Hardop nadenken om het gebruik van medicijnen of medische hulpmiddelen voor bepaalde bevolkingsgroepen in de toekomst uit een kostenoverwegingen te beperken, veroorzaakt (terecht) grote beroering en publieke afkeur. Toch is het van grote maatschappelijke betekenis om de kosten van deze middelen te beperken.
Aan aanbodzijde moeten permanente implantaten zoals prothesen voor gewrichten of heupen in voldoende mate beschikbaar blijven terwijl ze ook betaalbaar moeten blijven voor ontwikkelingslanden. Onderzoekers aan het Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile (IFKB) van de Universität Stuttgart werken aan een nieuwe technologie op basis van keramisch spuitgieten, waarmee de productiekosten van implantaten beduidend omlaag zouden kunnen.
Bij de gebruikelijke heup- of knie-operatie worden standaard implantaten van speciaal staal met een kunststof drager van lagedruk polyetheen gebruikt. Deze zijn relatief goedkoop maar de gebruiksduur is, afhankelijk van de belasting, begrensd op tien tot vijftien jaar.
Nieuwe aanpak
Keramische implantaten zijn wat betreft levensduur superieur. Omdat de materiaaleigenschappen bovendien minder slijtagegevoelig zijn en een betere biologische verdraagzaamheid hebben, is er minder kans op ontstekingen in het weefsel en wordt het losraken van de implantaten vertraagd. Ze groeien ook sneller vast en de patiënten komen na de operatie sneller weer op de been. Er is ook een nadeel: de productie en de eindafwerking van het spiegelglad geslepen, harde en taaie keramiek vraagt een flink aantal bewerkingen en is daarom duurder.
Om de noodzakelijke hoge kwaliteiten van keramische implantaten met een kostenplaatje voor een bredere markt te waarborgen, kiezen de onder-zoekers voor een nieuwe aanpak voor de totale productieketen, vanaf de conditionering van de grondstof en het vormgevingsproces tot aan de eindbewerking.
Het doel is om via keramisch spuitgieten (Ceramic Injection Moulding, CIM) implantaten te produceren met de geometrie die al heel dicht bij de eindvorm komt. Dit in de vaktaal als ‘Net-shape vormgeving’ aangeduide concept in combinatie met het CIM-proces maakt het mogelijk, de bewerkingstijd en de dure nabewerking belangrijk te reduceren.
Nieuwe composieten
Het proces vereist echter een hoger aandeel aan bindmiddelen en hulp-stoffen, waardoor de warmtebehandeling en de chemische techniek gecompliceerder worden. In het kader van het project werden eerst sterke en taaie meng-oxide keramieken ontwikkeld, die geschikt zijn voor spuitgietwerktechniek: aluminiumoxide-zirkoniumoxide-nano composieten (ZTA: zirconia toughened alumina). Achter de afkorting zitten hoogwaardige keramische materialen verborgen voor biomedische toepassingen, die een hoge sterkte, bio-compatibiliteit en hardheid hebben. Daardoor zijn ze beter dan de metalen grondstoffen voor orthopedische toepassingen.
De nadelen van keramiek (een verhoogde gevoeligheid voor breuk door brosheid) kunnen op microscopische schaal in de materiaalstructuur worden vermeden door het gebruik van versterkingsmechanismen, wat de taaiheid tegen breuk vergroot evenals de hardheid en vermoeiingssterkte. Op basis van gedetailleerde analyses van de componentenstructuur en de criteria voor uitval moeten de processen en materialen uiteindelijk zodanig worden geoptimaliseerd, dat men goedkope implantaten met een grote betrouw-baarheid in grote aantallen kan produceren.
Resultaten
De eerste testen zijn veelbelovend. In het voorjaar heeft het IFKB al de eerste heupgewricht implantaten van spuitgietwerk uit ZTA-composiet keramiek geproduceerd. Hierbij werd een spuitgietvorm gebruikt die in het kader van de technologisch samenwerkingsproject was geconstrueerd door het Duits-Egyptische bedrijf HBW Gubesch Egypt in Caïro.
De resultaten zijn veelbelovend en voorspellen, dat deze nieuwe productie voor keramische implantaten ertoe kan bijdragen, dat de directe produc-tiekosten tot 30% dalen. De onderzoekers gaan er vanuit dat de patiëntengroepen die van deze moderne materiaaltechnologie in de medische techniek profiteren, in de toekomst belangrijk groter worden.
Door de verhoging van de levensduur van de prothesen verbetert niet alleen kwaliteit van leven van de individuele betroffene. Ook de kosten voor de gezondheidszorg worden omlaag gebracht, doordat minder hersteloperaties en nazorg noodzakelijk zijn. Bij een demografische ontwikkeling met een stijgend aantal oudere mensen heeft dit een grote maatschappelijke betekenis, die ook het belang aangeven van onderzoek en ontwikkeling van materialen voor industriële productietechniek.
