Gepulster Laserstrahl poliert Implantatoberflächen

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Ein großer Anwendungsbereich des Mikropolierens ist die Politur von Implantaten für die Medizintechnik. Dort kommen häufig Titanwerkstoffe zum Einsatz. Das konventionelle, manuelle Polieren dieser Materialien gestaltet sich oft besonders schwierig.

Laserpolieren besonders gut für Titan geeignet

Der Werkstoff „schmiert“ bei der abrasiven Bearbeitung. Feine Kratzer und Riefen reduzieren zudem die Biokompatibilität, weil sich an diesen Stellen Verunreinigungen festsetzen können. Beim Polieren mit Laserstrahlung treten solche Oberflächendefekte prinzipbedingt nicht auf. Die Biokompatibilität wird daher nicht negativ beeinflusst.

Eine Aufgabenstellung in der Medizintechnik ist das Polieren von Bauteilen für blutführende Implantate. Die wesentlichen Anforderungen an eine Oberfläche für solch einen Einsatzbereich sind sowohl eine geringe mechanische Belastung von Blutbestandteilen an der Oberfläche des Implantats zur Verringerung beziehungsweise Vermeidung der Schädigung von Blutbestandteilen als auch die Vermeidung der Anhaftung von Blutbestandteilen an der Oberfläche zur Vermeidung thromboembolischer Komplikationen.

Bearbeitungsdauer konnte mit Laserpolieren drastisch reduziert werden

Für diese Oberflächen ist das Polieren mit gepulster Laserstrahlung aus den oben genannten Gründen besonders geeignet. Neben der Vermeidung von Kratzern, Riefen und Oberflächendefekten hat vor allem die Verringerung der Mikrorauheit einen positiven Einfluss auf die Hämokompatibilität der Bauteile.

Auf der ersten Seite dieses Beitrags ist beispielhaft eine Komponente des Herzunterstützungssystems Incor der Berlin Heart GmbH im Ausgangs- sowie im laserpolierten Zustand dargestellt. Das Bauteil wurde bis auf die Außenflächen der Schaufeln komplett mit gepulster Laserstrahlung poliert.

Laserpolieren verkürzt Bearbeitungszeit von 3 h auf 2 min

Die Bearbeitungsdauer beträgt etwa 2 min. Eine konventionelle Politur dieses Bauteils nimmt bis zu 3 h in Anspruch. Ansätze zwischen den nacheinander bearbeiteten Teilflächen, zum Beispiel beim Übergang von den Schaufeln zur Nabe, sind nicht erkennbar. Die dazugehörigen Oberflächen sowie das Rauheitsspektrum sind in Bild 4 dargestellt.

Sowohl die mikroskopische Aufnahme als auch das Rauheitsspektrum zeigen, dass die laserpolierte Oberfläche keine Kratzer oder Riefen aufweist und die Mikrorauheit deutlich verringert ist. Erste experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass die laserpolierten Bauteile eine mindestens genauso gute Hämokompatibilität aufweisen wie konventionell polierte Komponenten.

Neben anderen Forschungsprojekten wird das Laserpolieren für die Medizintechnik im Rahmen des durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Innonet-Projekts „Medi-Surf“ weiterentwickelt.

Dipl.-Ing. Christian Nüsser ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in 52074 Aachen

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