12.02.2022 | Autor: Ulrich Lehmeyer | Lesedauer: Ca. 2 Minuten

Titanium – wichtiger Werkstoff in der Medizintechnik

Titanium

Wertvolle Eigenschaften, vielfältige Einsatzgebiete

Der Einsatz von Titanium und von Titanlegierungen bedeutet eine wahre Revolution auf dem Gebiet der Medizintechnik. Das Metall wird inzwischen in vielfältigster Art und Weise verwendet, zum Beispiel in Hüftprothesen, Schädeldeckenplatten oder Knochenimplantaten. Ausschlaggebend dafür sind die speziellen Eigenschaften von Titanium, die es zu einem Allroundtalent unter den medizinischen Werkstoffen machen, das die hohen Ansprüche der Medizintechnik erfüllt.

Welche Eigenschaften hat Titanium?

Neben der hohen Verträglichkeit und der extremen Stabilität, ist Titanium vor allem wegen seiner Elastizität für medizinische Anwendungen interessant. Der Elastizitätskoeffizient des Leichtmetalls kommt dem von menschlichen Knochen sehr nahe und weist zudem eine außerordentlich hohe Ermüdungsfestigkeit auf. Besonders bei der Verwendung von Titan für Implantate für Hüft- oder Kniegelenke sind diese Eigenschaften enorm wichtig und ermöglichen Patienten eine schnellere Regeneration nach einem Eingriff. Generell gilt: Wenn Implantate über einen längeren Zeitraum im menschlichen Körper bleiben sollen, müssen die Werkstoffe biokompatibel, korrosionsbeständig, gewebeverträglich und elastisch sein. Titanium erfüllt all diese Eigenschaften in vollem Umfang.

Medizinische Anwendungsgebiete für Titanwerkstoffe

In nahezu jedem Bereich der Medizin werden Titanwerkstoffe eingesetzt – unlegierte wie auch Legierungen. Aktuell ist vor allem in folgenden Disziplinen eine überdurchschnittlich häufige Verwendung des Stoffes festzustellen:

  • Gelenkersatzteile für Hüfte, Knie, Schulter, Wirbelsäule, Ellbogen und Hand
  • Fixiermaterialien für Knochen wie Nägel, Schrauben, Muttern und Platten
  • Zahnimplantate und Teile für die kieferorthopädische Chirurgie und die zahnärztliche Prothetik
  • Herzschrittmachergehäuse und künstliche Herzklappen
  • chirurgische Instrumente für die Herz- und Augenchirurgie
  • Bauteile in schnell laufenden Blutzentrifugen
  • Gehhilfen und Rollstühle

Ob für Hüftprothesen, Schädeldeckenplatten oder Knochen- oder Zahnimplantate – kein anderer Werkstoff kann derart vielfältig eingesetzt werden. Die außergewöhnliche Beschaffenheit von Titanwerkstoffen macht das Biomaterial nicht nur belastbar, es ist zudem biokompatibel und bioadhäsiv. Das heißt, der Körper nimmt den Werkstoff ohne Probleme an, und Gewebe- und Knochenzellen können besonders gut am Implantat anwachsen.

Titanium im Dentalbereich

In der Zahnmedizin, vor allem in der zahntechnischen Prothetik, etwa bei Zahnkronen und Brücken, greift man gerne auf Titan zurück. Das Leichtmetall ist nämlich nicht nur robust, sondern auch geschmacksneutral, und sein Einsatz ist zudem mit geringeren Kosten verbunden. Hinzu kommt die erhöhte Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes, die ein langanhaltendes Sicherheitsgefühl beim Tragen von Zahnimplantaten ermöglicht. Neben Reintitanwerkstoffen werden auch Legierungen verwendet. Eine der wesentlichen Entwicklungen im Bereich Legierungen betrifft das toxische Element Vanadin. Es wird durch körperverträgliche Elemente ersetzt, etwa im Rahmen einer Substitution durch Eisen, wie es im Fall der Titanlegierung TiAl 5Fe2.5 gegeben ist. Wegen ihrer hohen Reinheit wird im zahnmedizinischen Bereich häufig die Legierung Ti6Al4V ELI verwendet.

Titan in der Sportmedizin

In der Unfallchirurgie sowie in der chirurgischen Orthopädie und der Sportmedizin gilt das robuste Leichtmetall mittlerweile als einer der wichtigsten Werkstoffe. Auch bei der Behandlung von Knochenbrüchen oder schweren Kopfverletzungen wird auf Titanium zurückgegriffen – je nach Verletzungsart in unterschiedlichen Formen, beispielsweise durch den Einsatz von Titannägeln, etwa bei Knochenbrüchen, oder als Platten bei Verletzungen im Kopfbereich.

Weitere Anwendungsgebiete in der Medizin:

  • In der Mittelohrchirurgie wird der Werkstoff erfolgreich verwendet und in der Erzeugung künstlicher Steigbügel eingesetzt.
  • In der Neurochirurgie finden Clips aus Titan ihre Anwendung bei der Operation von Aneurysmen. Titan hat Edelstahl aufgrund der besseren NMR-Eigenschaften (NMR = engl. Nuclear Magnetic Resonance für Kernspinresonanz) weitgehend verdrängt.
  • In Nahrungsergänzungsmitteln und einigen Medikamenten dient Titanoxid aufgrund seiner guten Verträglichkeit als Färbungsmittel.

Titan und medizinischer Fortschritt

International forschen Wissenschaftler an neuen Anwendungsmöglichkeiten für Titanium und für Titanlegierungen. Die Forschung mit dem Biomaterial geht in unterschiedlichste Richtungen. Besonders in Hinblick auf Implantate gibt es vielversprechende Möglichkeiten der Weiterentwicklung – etwa durch die Zusammenführung von semiflexiblen und festen Materialien. Ein weiteres Forschungsziel ist es, Prothesen und Implantate noch verträglicher für den Körper zu machen.