Een uitnodiging tot botgroei – Vacuümplasmaspuiten zorgt voor poreuze stabiliteit

Een uitnodiging tot botgroei – Vacuümplasmaspuiten zorgt voor poreuze stabiliteit

Veel kunstgewrichten worden direct en zonder hulpmiddelen in het bot verankerd. Poreuze structuren op het oppervlak maken veilige botingroei mogelijk. Vacuümplasmaspuiten geeft ze de nodige vorm en stabiliteit.
VPS_Bone-Implants-4.jpg

De botten van de mens worden constant vernieuwd. Fagocyten knagen continu rondom het bot. Tegelijkertijd produceert het lichaam cellen uit osteoblast, deze cellen worden gebruikt om nieuw bot aan te maken. Daarom groeit een gebroken bot relatief snel weer aan elkaar. Ditzelfde mechanisme zorgt ervoor dat kunstgewrichten direct in het bot verankerd kunnen worden zonder botcement.

Een sterke band

Wanneer een botbreuk heelt, groeien de botten weer aan elkaar. Bij een implantaat groeit het bot echter tegen een vreemd metalen object aan. Om het in te laten groeien, moet het implantaat de trabeculae een goed oppervlak bieden waar deze zich aan kunnen hechten. De trabeculae zijn kleine bundeltjes spierweefsel die een driedimensionale rasterstructuur in het bot vormen. Idealiter raken ze poriën die overeenkomen met hun sterkte. Tegelijkertijd moeten deze holtes diep genoeg zijn zodat de trabeculae er genoeg grip op hebben.

Op het gebied van materiaaltechniek vormt dit een grote uitdaging: het implantaat moet een poreus oppervlak bieden, terwijl het ook een aantal jaren tegen een enorme belasting moet kunnen. De componenten van implantaten zijn om die reden gemaakt van een zeer stabiele titaniumlegering. Voor het gladde oppervlak is een deklaag nodig die – letterlijk – een onbreekbare verbinding met het substraat kan vormen. Vacuümplasmaspuiten (Vacuum Plasma Spraying, VPS) biedt een oplossing voor dit probleem.

Atmosfeer van zeer zuiver gas

Tijdens dit proces wordt het onbedekte implantaat in een vacuümkamer geplaatst. In een vacuüm van ongeveer 0,08 millibar wordt alle zuurstof uit de atmosfeer en de daaraan vastzittende waterdamp uit de kamer gezogen, waardoor de voorwaarden worden gecreëerd die nodig zijn voor een atmosfeer met zeer zuiver gas. De kamer wordt vervolgens met argon gespoeld en opnieuw geëvacueerd. Hierna wordt het procesgas in de kamer geleid. Het werkelijke coatingproces start als de plasmabrander wordt ingeschakeld.

Er wordt een sterke stroom toegepast om een boog te creëren, waarna het procesgas wordt omgezet in plasma. De spraypoeder, die normaal gesproken ook van titanium wordt gemaakt, wordt in de gasstroom gemixt. Bij temperaturen van meer dan 20.000 graden Celsius worden er vloeistofdruppels gevormd die worden versneld, gecomprimeerd en op het oppervlak van het werkstuk worden gespoten. De hoge energiedichtheid in het proces zorgt ervoor dat de verbinding extreem stabiel is. Nauwkeurig procesbeheer maakt het mogelijk om de vorm van de resulterende structuren te beïnvloeden en de gewenste vorm van de poriën te bereiken. Een combinatie van frequentiegeregelde COBRA schroefvacuümpompen als voorpompen en Puma vacuümboosters is al succesvol gebleken in grote VPS-systemen.

Het korte antwoord is nee. Een groot deel van de componenten van kunstledematen (endoprothesen) is gemaakt van een kobaltchroomlegering (CoCr). Dankzij de stabiliteit bij telkens wisselende belastingniveaus heeft deze legering bewezen een uitstekende optie te zijn in het menselijk lichaam. Botcellen kunnen zich echter niet rechtstreeks hechten aan oppervlakken die van deze legering zijn gemaakt. CoCr-implantaten worden daarom vastgemaakt aan het bot met zogenaamd botcement, ofwel kunsthars.

Titanium biedt een vergelijkbare stabiliteit als CoCr, maar reageert goed op botten. Botcellen kunnen zich direct aan dit metaal hechten. Botten hebben een soortgelijke reactie met tantalium, maar dit materiaal is veel zeldzamer en aanzienlijk duurder en wordt dus bijna nooit voor implantaten gebruikt. Een aantal factoren bepalen of implantaten met botcement of direct verankerde implantaten beter zijn. Kunstheupen worden bijvoorbeeld vaak zonder botcement geïmplanteerd, terwijl er bij knieën vaak wel cement gebruikt wordt.


Abonneer u op de "World of Vacuum"-nieuwsbrief!
Abonneer u nu en blijf up-to-date met het laatste fascinerende nieuws op het gebied van vacuüm.

ABONNEREN