Biokeramiken

Biokeramiken sind keramische Materialien, die in der Medizin zur Substitution, Rekonstruk­tion oder Heilung von Knochen, Zähnen und Weichteilen eingesetzt werden. Sie zeichnen sich durch Biokompatibilität, chemische Stabilität und oft gute mechanische Eigenschaften aus. Je nach Reaktion mit dem Gewebe unterscheidet man bioinert, bioaktiv und resorbierbar. Bioinert reagiert kaum mit Gewebe, bioaktive Keramiken bilden bei Kontakt mit Gewebe eine dünne Apatit-Schicht und fördern die Knochenbindung, und resorbierbare Keramiken lösen sich im Körper auf und werden schrittweise durch eigenes Gewebe ersetzt.

Wichtigste Materialien sind Calciumphosphate wie Hydroxylapatit (HA) und Trikalziumphosphat (TCP) sowie biphasische Calciumphosphate (BCP). Bioaktive Gläser und glaskeramische Systeme, beispielsweise Bioglass, bilden ebenfalls eine knochenzugewandte Schicht. Hochleistungskeramiken wie Aluminiumoxid (Al2O3) und Zirkon (ZrO2) liefern erhöhte Festigkeit und Verschleißbeständigkeit. Silizium-Nitrid (Si3N4) wird in tribologischen Anwendungen und bestimmten Implantatkomponenten erforscht. Oberflächenmodifikationen, wie Hydroxylapatit-Beschichtungen auf Metallimplantaten, verbessern die Knochenbindung.

Eigenschaften und Fertigung: Poröse Strukturen fördern die Osteointegration, während dichte Keramiken mechanische Stabilität bieten. Herstellung erfolgt durch Sintern, Pulvermetallurgie, keramische Schäume und zunehmend durch additive Fertigung (3D-Druck) zur individuellen Geometrie und Porosität. Bioaktive Keramiken bilden an der Grenzfläche eine Apatit-Schicht, wodurch die Bindung an Knochen verbessert wird.

Anwendungen: In der Orthopädie als Knochenersatz, Füllmaterial oder Beschichtung für Implantate; in der Zahnmedizin für Implantat-Oberflächen, Knochenersatzmaterialien und rekonstruktive Versorgungen. Vorteile sind Biokompatibilität und chemische Stabilität; Nachteile sind Sprödigkeit und begrenzte Bruchfestigkeit im Vergleich zu Metallen oder Polymeren.

Forschung und Regulierung: Aktuelle Arbeiten zielen auf verbesserte Bruchzähigkeit, funktionell abgestufte Materialien, Nanostrukturen und patientenspezifische Implantate durch 3D-Druck. Biokeramiken unterliegen regulatorischen Anforderungen und werden je nach Anwendungsgebiet von Gesundheitsbehörden geprüft.