Medizinische Kunststoffe
Kunststoffe für medizinische Instrumente oder die Einwegspritzen sind aus dem Alltag der Mediziner schon lange nicht mehr wegzudenken. Darüber hinaus sind Kunststoffe heute lebenswichtig und das im wahrsten Sinne des Wortes. Die moderne Chirurgie nutzt eine Vielzahl von synthetischen Materialien. Man denke nur an die künstliche Herzklappe, das künstliche Hüftgelenk, den Knochendübel, der eine erneute Operation erspart, oder die Hornhautprothese. Auch beim Zahnarzt sind Kunststoffe allgegenwärtig.
Eine wesentliche Voraussetzung für den Einsatz in der Medizin- und Labortechnik ist in vielen Fällen die gesundheitliche Unbedenklichkeit des verwendeten Werkstoffes. Daher wird aus hygienischen Gründen häufig Einwegmaterial aus Polyethylen, Polypropylen etc. eingesetzt. Es gibt aber auch gut sterilisierbare Produkte etwa aus dem bruchfesten, durchsichtigen und wärmeresistenten Polycarbonat Makrolon®.
Heute werden z. B. immer mehr Medikamente intravenös in Liposomen-lösungen verabreicht. Aus diesem Grund wurde von der Bayer AG ein lipidresistentes Polycarbonat (Makrolon®) für die Infusionstechnologie entwickelt. Aus dem gleichen Werkstoff werden auch Korrekturlinsen (Kontaktlinsen) für die Augenmedizin oder Brillengläser hergestellt.
Implantate in der Knochenchirurgie
Bahnbrechend ist die Anpassung von Kunststoffoberflächen für Implantate zur Überlistung der Immunabwehr. Knochen werden beispielsweise von knochenaufbauenden und -abbauenden Zellen, den Osteoblasten und Osteoklasten, ständig umgeformt. Diese Zellen tragen an der Oberfläche sogenannte Integrine. Das sind Proteine, die eine Andockstelle für bestimmte Eiweißmoleküle besitzen. Dies nutzt man heute aus, indem man nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip spezielle Proteine, die exakt zu den Andockstellen der Osteoblasten passen, über kurze Kettenmoleküle an der Oberfläche von Implantaten aus dem Kunststoff PMMA (Polymethylmethacrylat) befestigt. So werden die knochenbildenden Zellen direkt an die Oberfläche des Implantates gelockt, und dadurch das Implantat fest in der Knochenstruktur verankern. Das neuartige Material ist aus den Operationssälen heute nicht mehr wegzudenken.
Implantate für Herz und Kreislauf
Ein gesundes Herz schlägt etwa 40 Millionen Mal im Jahr. Da ist es selbstverständlich, dass nur Materialien für die künstlichen Kammern oder Klappen am Herzen in Frage kommen, die besonders bioverträglich und gleichzeitig flexibel, aber zugleich formstabil und reißfest sind. Zudem müssen die Oberflächen so beschaffen sein, dass die Bildung von Blutgerinnseln durch Ablagerung von Blutzellen vermieden wird.
Die ersten mechanischen Herzklappen bestanden aus Stahl und Siliconkautschuk, jedoch waren diese Materialien anfällig für die Bildung von Blutgerinnseln (Thrombus), sodass eine begleitende medikamentöse Behandlung erforderlich war. Heute kennt man künstliche Herzklappen, deren Flügel aus pyrolytisch abgeschiedenem Kohlenstoff bestehen und die neben der hohen mechanischen Festigkeit auch eine äußerst glatte Oberfläche aufweisen. Dadurch wird das Thrombusrisiko deutlich reduziert.
Für die Herstellung künstlicher Gefäße nutzt man Teflon (Polytetrafluorethylen), das durch Verstrecken poröser gemacht wurde. An der porösen Oberfläche lagern sich Plasmaproteine an, sodass eine natürliche glatte Oberfläche entsteht.
Biologisch abbaubare Kunststoffe in der Medizin
Biologisch abbaubare Kunststoffe sind ein anderes Beispiel für den Einsatz von Kunststoffen in der Medizin. Dabei handelt es sich z. B. um Polyesterfäden aus Polymilchsäure, Polyglykolsäure oder Polydioxan. Diese Stoffe werden im Organismus hydrolytisch abgebaut, eine erneute Operation zum Entfernen der Fäden entfällt.
Durch die Copolymerisation mit spezieller Kombination von Kunststoffen kann man sehr langsam abbaubare Knochendübel gewinnen.
Auch Kunststoffe als Gefäßwandstützen (Stents) müssen mitunter mehrere Jahre im Körper verbleiben. Daher werden auch hier biologisch abbaubare Polymere eingesetzt, die sich nach der angestrebten Verweildauer von selbst auflösen.
Kunststoffe in der Zahnmedizin
Füllungen aus Kunststoffen stellen eine Alternative zu den früher gebräuchlichen Amalgamfüllungen dar, die auf Grund ihres Gehalts an Quecksilber in Verruf kamen. Dazu bohrt der Zahnarzt zunächst die erkrankte kariöse Stelle des Zahns auf und bringt dann kurzzeitig Phosphorsäure ein. Nach dem Spülen mit Wasser wird ein Gemisch verschiedener Substanzen eingefüllt. Es gibt verschiedene Rezepturen, Eine ist z. B. eine Mischung aus Glutaraldehyd (Pentandial),
2-Hydroxyethylmethacrylat,
und verschiedenen anderen Dimethacrylaten
sowie Quarz
Dieses Gemisch härtet binnen weniger Minuten unter UV-Belichtung aus.
Der Dialdehyd dient zur Verbindung von Kunststoff und Zahn. Eine der Aldehydgruppen reagiert mit einer freien Aminogruppe aus dem Dentin des Zahnes:
die andere bindet an die endständige Hydroxylgruppe des 2- Hydroxyethylmethacrylats.
Auf diese Weise ist eine feste Verbindung zwischen Kunststoff und Zahn erreicht.
Die Belichtung dient dem Start der radikalischen Polymerisation. Daher muss im Füllungsgemisch auch in Spuren ein Initiator (Radikalbildner) vorhanden sein. Da mehrere verschiedene ungesättigte Monomere vorliegen entsteht unter Verknüpfung der C=C-Doppelbindungen ein statistisches Copolyme. Es handelt sich um einen räumlich vernetzten Duroplasten, denn die Dimethacrylate enthalten zwei Doppelbindungen. Der Quarzzusatz erhöht die Festigkeit der Füllung.
Auch aus der Zahnersatzherstellung sind Kunststoffe nicht mehr wegzudenken, sei es für den erforderlichen Gebissabdruck mit Siliconkautschuk oder die Verblendung von Kronen, soweit dies aus Kostengründen nicht durch Keramik erfolgen soll.
