Development of functional surface structures combined with functional surface compositions of titanium based materials in order to control the interface material / human blood

• Applicants: Dr.-Ing. Frank Aubertin; Professor Dr.-Ing. Roger Thull (†)
• Subject Area: Biomaterials
• Term: from 2000 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5262454

Auch im Herz - Kreislaufsystem wird die Wechselwirkung künstlicher Werkstoffoberflächen mit der physiologischen Umgebung durch die Oberflächenstruktur und -zusammensetzung des Implantates beeinflußt. Ziel des Projektes ist es, die in Wechselwirkung stehenden Oberflächen so zu optimieren, daß je nach Anwendung entweder ein hämokompatibles (Stents als Gefäßprothesen) oder ein thrombogenes (Coils zur Thrombogenisierung von z.B. Aneurysmen) Verhalten eingestellt wird. Dazu sollen zunächst die Einflüsse der Topographie und der chemisch - physikalischen Eigenschaften auf die Blutgerinnung voneinander getrennt untersucht und erst später die jeweils optimalen Oberflächeneigenschaften miteinander kombiniert werden. Die Oberflächenstruktur soll in weiten Bereichen von makroskopischen über mesoskopische bis hin zu Nanostrukturen variiert werden. Insbesondere soll untersucht werden, ob eine dem Lotus-Effekt vergleichbare Oberfläche mit geringer Benetzbarkeit hergestellt werden kann, die zu einer verminderten Thrombenbildung bzw. geringeren Überwucherung des Stents durch die Neointima führt. Dazu werden Titan technischer Reinheit und beta-nahe Titanlegierungen (TiNb30, TiTa30) metallurgisch so präpariert, daß das Gefüge sich besonders gut eignet, um durch Ätzmethoden die erwünschte Struktur einzustellen. Die Oberflächenzusammensetzung, die zusätzlich zu den hämokompatiblen bzw. thrombogenen Eigenschaften beitragen soll, wird durch Beschichten mit leitfähigen (Ti-Boride, -Nitride, -Carbide) bzw. halbleitenden (Ti-Oxide) Schichten variiert. Hauptmerkmal der Schichten soll sein, daß sie so dünn sind, daß die darunter liegende Oberflächenstruktur erhalten bleibt. Im Falle der hämokompatiblen Oberfläche soll zusätzlich eine die Blutgerinnungskaskade nicht aktivierende Oberflächenzusammensetzung aus Heparansulfat, die mittels Spacer aus Metallalkoxiden kovalent an den Implantatwerkstoff gebunden wird, hergestellt werden. Die Hämokompatibilität der Oberfläche wird mit Hilfe von etablierten Testsystemen in vitro gemessen.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1100: Interface between Biomaterial and Biosystem