En invitasjon til benvekst – Vakuumplasmasprøyting gir porøs stabilitet

En invitasjon til benvekst – Vakuumplasmasprøyting gir porøs stabilitet

Mange kunstige ledd integrerer seg i ben uten hjelpemidler som f.eks. bensement. Porøse strukturer på overflaten av de kunstige leddene sørger for såkalt beninnvekst. Vakuumplasmasprøyting gir dem den nødvendige formen, styrken og ikke minst overflaten for å stimulere til det.
VPS_Bone-Implants-4.jpg

Menneskeben er i en konstant ombyggingsprosess. Eteceller gnager seg fram rundt benet hele tiden. Samtidig produserer kroppen celler av osteoblast, og disse cellene brukes til å lage nytt ben. Det er derfor et brukket ben vil vokse sammen igjen relativt raskt. Den samme mekanismen lar kunstige ledd integreres i ben uten behov for bensement.

En solid binding

Når en fraktur tilheles, er det ben som møter ben. Når man får satt inn et implantat, treffer benet imidlertid et fremmedlegeme av metall. For at det skal vokse seg inn i benet må implantatet ha en overflate som trabeklene kan feste seg til. Trabeklene er små benspiler som danner en tredimensjonal rutenettstruktur inne i benet. Ideelt sett vil de treffe porer som stemmer overens med deres egen styrke. Samtidig må disse porene være dype nok til at trabeklene får godt nok feste.

Når det gjelder materialteknikk, utgjør dette en enorm utfordring: Implantatet må ha en porøs overflate samtidig som det skal tåle enorme belastninger gjennom mange år. Implantatkomponenter er derfor laget av svært sterke titanlegeringer. For å skape den porøse overflaten kreves et belegg som fester seg med en ubrytelig binding til selve implantatet. Vakuumplasmasprøyting (VPS) er løsningen på dette problemet.

Ultraren gassatmosfære

I løpet av denne prosessen plasseres implantatet i et vakuumkammer. I et vakuum på rundt 0,08 millibar suges all atmosfærisk oksygen og eventuell vanndamp som sitter fast på det, ut av kammeret og danner forholdene som kreves for en ultraren gassatmosfære. Kammeret spyles så med argon og evakueres igjen. Etter dette mates prosessgass inn i kammeret. Den faktiske beleggingsprosessen starter når plasmabrenneren slås på.

En sterk strøm påføres for å danne en bue, og prosessgassen blir til plasma. Spraypulveret, som vanligvis også er laget av titan, blandes inn i gassflammen. Ved temperaturer på over 20 000 grader Celsius formes væskedråper som akselereres, komprimeres og sprayes på implantatets overflate. Den høyenergiske tettheten i prosessen sikrer at bindingen er bunnsolid. Presis prosesstyring gjør at formen på den resulterende overflatestrukturen dannes og den påkrevde poreformen oppnås. En kombinasjon av frekvenskontrollerte COBRA-skruevakuumpumper som forvakuumpumper og Puma-vakuumboostere har vist seg å være vellykket i store VPS-systemer.

Det korte svaret er nei. En stor del av komponentene i kunstige ledd (endoproteser) er laget av koboltkromlegeringer (CoCr). Takket være deres stabilitet under stadig varierende belastningsnivåer, har de vist seg å være et utmerket valg i menneskekroppen. Benceller kan imidlertid ikke binde seg direkte til overflater som er laget av disse legeringene. CoCr-implantater festes derfor til benet ved hjelp av noe som er kjent som bensement, et syntetisk harpiks.

Titan har et lignende stabilitetsnivå som CoCr, men reagerer godt med ben. Benceller kan nemlig bindes direkte med dette metallet. De responderer på lignende måte som tantal, men dette materialet er mye sjeldnere og betydelig dyrere og brukes derfor nesten aldri til implantater. Flere faktorer avgjør om sementerte implantater eller direkte integrerte er bedre. For eksempel implanteres kunstige hofter ofte uten sement, mens knær ofte implanteres med.


Abonner på nyhetsbrevet ‘World of Vacuum'!
Abonner nå og hold deg oppdatert med de siste fascinerende nyhetene fra vakuumverdenen.

ABONNER