Technische Keramik Der Stoff, aus dem die (Medizintechnik-)Träume sind

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Fällt in der Medizin der Begriff Keramik, denken die meisten spontan an Zahnersatz, künstlichen Gelenkersatz oder Schrauben. Doch das ist nur ein kleiner Teil der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dieses einerseits so alten, andererseits hochmodernen Werkstoffs in der Medizin.

Keramik, daraus sind Tassen und Teller, und wenn sie herunterfallen, zerspringen sie in 1.000 Teile. Das stimmt – und stimmt auch wieder nicht. Denn technische Keramik ist völlig anders. Zwar teilt sie sich mit der Gebrauchskeramik so positive Eigenschaften wie hohe Härte, Langlebigkeit oder leichte Formbarkeit, vermeidet aber praktisch alle negativen Eigenschaften.

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Mit Keramik bis auf den Mars

Stefan Zilm kennt sich aus mit technischer Keramik. Er leitet das Business Development für den Bereich CIM/MIM (Ceramic und Metal Injection Molding) bei Maxon: „Technische Keramik findet gerade in der Medizintechnik vielfältige Anwendungen – dank ihrer Härte, Festigkeit und biologischen Verträglichkeit.“ Nun ist das Schweizer Unternehmen Maxon eigentlich mehr für seine Antriebstechnik, die es mittlerweile in vielen Rovern der NASA bis auf den Mars gebracht hat, bekannt. Aber in der Sexauer Niederlassung, idyllisch zwischen Kaiserstuhl und Schwarzwald gelegen, hat sich in den vergangenen Jahren ein Know-how für keramischen und metallischen Pulverspritzguss entwickelt.

Entstanden ist dieser Unternehmenszweig vor über 25 Jahren aus der Suche nach besseren und langlebigeren Materialien für die Antriebstechnik. So hat sich auch die Antriebstechnik für chirurgische Geräte und medizinische Dosiergeräte, Exoskelette und biomechanische Hände zu einem Schwerpunkt entwickelt. Keramik lässt sich aber noch weit vielfältiger einsetzen.

Ideal für den langfristigen Gebrauch

Entwicklern und Konstrukteuren kann technische Keramik Vorteile in einer Vielzahl von medizintechnischen Produkten und Anwendungsbereichen bieten. Das wohl bedeutendste Einsatzgebiet ist die Herstellung biokompatibler Implantate, die direkt mit dem menschlichen Körper verbunden sind. Zilm: „Das Material ist resistent gegen Korrosion und Abnutzung, was es ideal für den langfristigen Gebrauch macht. Zudem hat es eine hohe Festigkeit bei gleichzeitiger Flexibilität, so dass es sich an verschiedene anatomische Strukturen anpassen kann.“

Typisches Beispiel: die Herstellung von Zahnimplantaten und künstlichen Zähnen. Aber auch künstliche Hüftgelenkeinsätze bestehen aus verschiedenen technischen Keramiken mit Anteilen von Zirkon- und Aluminiumoxid. Sie sind in der Lage, hohe Belastungen zu tragen, gleichzeitig vertragen sie sich gut mit dem Körper und sind sehr lang haltbar. Keramische Komponenten werden ebenfalls in Antrieben der Implantattechnik eingesetzt, beispielsweise für Herzunterstützungssysteme. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Endoskopie-Technik. Dank ihrer isolierenden, hitzebeständigen und sterilen Eigenschaften eignet sich die technische Keramik gut für minimalinvasive Eingriffe.

Keramik für medizintechnische Geräte

Auch außerhalb des menschlichen Körpers bietet technische Keramik viele Vorteile. „Ein wichtiger Bereich sind Geräte für die Diagnostik, beispielsweise in Computer- oder Magnetresonanz-Tomographen, für Schutzschichten oder in der Sensorik“, weiß Zilm. Antriebe von Medikamenten- und Insulinpumpen nutzen ebenfalls Keramik. Dort sichern sie eine gleichmäßige und präzise Dosierung.

Als Membranen und Filter erfüllt Keramik in Dialysemaschinen und in der Biotechnologie höchste Anforderungen. Darüber hinaus setzen Mediziner keramische Materialien in der Medizin- und Hygienetechnik ein, da diese aufgrund ihrer Oberflächenbeschaffenheit Bakterien, Viren oder Pilzen kaum Nährboden bieten und leicht zu sterilisieren sind. Ein weiteres Gebiet ist die Labortechnik. So lassen sich Probenhalter und Pipettenspitzen daraus herstellen, die sehr beständig gegenüber hohen Temperaturen und aggressiven Chemikalien sind. Für diesen Bereich liefert Maxon Kolben und Düsen aus Keramik als Dosiereinheiten.

Maxon-Bauteile helfen in der gesamten Medizin

Die Produktpalette unterstützt in der Medizintechnik Ingenieure, Entwickler und Konstrukteure darin, innovative Lösungen zu finden. In Prothesen, aber auch in medizintechnischen Geräten finden sich bürstenlose und bürstenbehaftete Gleichstrommotoren, bürstenlose Flachmotoren sowie Planeten-, Stirnrad- und Spezialgetriebe von Maxon. Weitere Einsatzbereiche sind die Sensorik, Servoverstärker und Positioniersteuerungen.

Die CIM- und MIM-Spezialisten aus Sexau stellen u. a. Produkte für Maxon-Planetengetriebe und Motoren her: von hochgenauen Achsen, über Motorwellen bis zu präzisen Verzahnungskomponenten. Ein großer Bereich sind Sonderantriebe, wo Maxon in den letzten Jahren stark gewachsen ist. Hier werden verschiedene Komponenten im keramischen und metallischen Spritzgussverfahren hergestellt.

Viele Kundenspezifische Projekte haben sich auch außerhalb der Maxon-Gruppe entwickelt. Zum einen stellt der CIM-MIM- Bereich auch Achsen für Positioniertische her, hier ist der Vorteil von Keramik, dass dieses Material nicht magnetisch ist.

Außerdem macht man sich für chirurgische Instrumente die hervorragenden Isolationseigenschaften von Keramik zunutze. Bei Hörgeräten bieten Keramikteile nicht nur hohe Biokompatibilität, sondern auch Verschleißfestigkeit. Auch metallische MIM-Bauteile sind für die Medizin interessant. Ein typisches Beispiel sind chirurgische Instrumente, wo biokompatible Bauteile aus Edelstahl eingesetzt werden.

* Der Autor: Michael Pyper ist freier Redakteur.

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