Nanoporöses Aluminiumoxid als funktionale Beschichtung auf Biomaterialien

Biomaterialien im Hartgewebekontakt setzen unterschiedliche Eigenschaften, wie hohe mechanische Stabilitat bei geringem Reibungsverlust, eine gute Anbindung in das Empfangergewebe und einen hemmenden Einfluss auf die Bildung von Biofilmen, voraus. Insbesondere Beschichtungen welche eine gezielte Modifikation von topologischen, mechanischen und chemischen Oberflacheneigenschaften bewirken, haben sich als aussichtsreich erwiesen, um eine stabile Knochen/Implantat Anbindung herzustellen. Nanostrukturen kommt dabei ein zunehmendes Interesse zu, da sowohl molekulare, zellulare, sowie bakterielle Prozesse auf dieser Grosenskala stattfinden. In der vorliegenden Arbeit wurde die elektrochemische Erzeugung nanoporoser anodischer Aluminiumoxidschichten (PAA) als funktionale Beschichtung auf elektrisch nichtleitenden keramischen und leitenden titanbasierten Biomaterialien mit Porengrosen dPore ≤ 45 nm untersucht. Aus Messungen des Stromungspotentials wurde das Zeta-Potential der PAA-Nanostrukturen abgeleitet und ein Zusammenhang zur biologischen Wechselwirkung hergestellt. Fur den direkten Kontakt mit dem Empfangergewebe wurden Untersuchungen zur Adhasion und Proliferation von humanen Osteoblasten sowie die Adhasion von Bakterien und die damit verbundene Ausbildung von Biofilmen mit Escherichia Coli (HB101) durchgefuhrt. Es konnte gezeigt werden, dass die erzeugten nanoporosen Aluminiumoxidschichten einen sehr unterschiedlichen Einfluss auf die Osteoblastenaktivitat bzw. Adhasion von Escherichia Coli (HB101) aufweisen. Des Weiteren wurden die erzeugten Schichten fur den Bereich zementierter prothetischer Versorgungen als innovative Oberflachenstrukturen zur Erhohung der Zementanhaftung auf herkommlichen Biomaterialien untersucht. Zu diesem Zweck wurden die mechanischen Kennwerte von PAA-Schichten und deren Grenzflachenstabilitat auf verschiedenen Implantmaterialien und mit PMMA basiertem Zement ermittelt. Durch gezielte Einstellung und topologische Optimierung der PAA-Strukturen konnen mechanisch stabile Schichten mit zellstimulierenden (Osseointegra-tion) bzw. -inhibierenden (Biofilm) Wechselwirkungen hergestellt werden und bezuglich des Einsatzortes (z.B. lasttragender Gelenkersatz) angepasst werden.