Polymere in der Medizintechnik

Question 1

Nennen Sie mindestens drei sehr häufig eingesetzte Kunststoffe (ausgeschrieben und abgekürzt) in der Medizintechnik mit jeweils zwei Produktbeispielen.

Answer 1

Polethylen (PE):
Gelenkpfanne für Hüftgelenkendoprothese, Künstliche Knieprothesen, Sehnen-und Bänderersatz, Spritzen, Katheter Schläuche, Verpackungsmaterial

Polypropylen (PP):
Komponenten für Blutoxygeneratorenund Nierendialyse, Fingergelenk-Prothesen, Herzklappen, Nahtmaterial, Einweg-Spritzen, Verpackungsmaterial

Polyethylenterephthalat (PET):
Künstliche Blutgefäße, Sehnen-und Bänderersatz, Nahtmaterial

Polyvinylchlorid (PVC):
Extrakorporale Blutschläuche, Blutbeutel und Beutel für Lösungen für intravenöse Anwendungen, Einwegartikel

Polycarbonat (PC):
Komponenten für Dialysegeräte, unzerbrechliche, sterile Flaschen, Spritzen, Schläuche, Verpackungsmaterial

Polyamide (PA):Nahtmaterial, Kateherterschläuche, Komponentem für Dialysegeräte, Spritzen, Herzmitralklappen

Polytetrafluorethylen (PTFE):
Gefässimplantate

Question 2

Ist PVC für Langzeitimplantate geeignet? Bitte begründen Sie Ihre Antwort!

Answer 2

• Nein, zu viele Weichmacher die auf Dauer gesundheitsgefährdend sind
• Weichmacher nicht chemisch, sondern physikalisch mit Polymer verbunden -> Weichmacher kann in geringem Umfang aus dem Polymer heraus migrieren

Question 3

Nennen Sie mindestens zwei grundlegende Eigenschaften von PTFE, die dieses Material für
Gefäßprothesen besonders geeignet machen!

Answer 3

• schlechte Benetzbarkeit/hohe Inertheit
• sehr geringe Wasseraufnahme
• hohe chemische Beständigkeit
• Hohe thermische und chemische Beständigkeit
• Gute Gleiteigenschaften

Question 4

Warum wird PTFE trotz guter Gleiteigenschaften nicht als Gelenkpaarung eingesetzt?

Answer 4

Geringe Festigkeit

Question 5

Nennen Sie die Einsatzgebiete von Knochenzement und die Aufgabe, die dort von ihm übernommen wird.

Answer 5

• Hüft- und Knieendoprothetik

- >Knochenzement zur Fixierung und Lastübertragung

Question 6

Nennen Sie das Material, welches den Hauptbestanteil des pulverförmigen Knochenzementes ausmacht! Schildern Sie die Vorgehensweise beim Einsatz des Zementes! Was sind besonders kritische Schritte, die unbedingt vom Anwender beachtet werden müssen?

Answer 6

Polymethylmethacrylat (PMMA)

• Polymerisationswärme bei großen Volumina
• Exotherme Reaktion führt zu Temperaturen bis 124°C mit Verdampfen von Monomeren sowie zur Expansion von Lufteinschlüssen (Volumenzunahme)
• Schrumpfung beim Aushärten bis zu 22 Vol.%
• Da Monomerflüssigkeit toxisch ist sollte Knochenzement erst 4-5 Minuten nach Mischbeginn mit dem Gewebe/Knochen in Kontakt gebracht werden

Question 7

Benennen und skizzieren Sie die unterschiedlichen Polymerarchitekturen!

Answer 7

• Statistisch (-A-B-A-A-B-B-B-A-A-A-B-B-A-A-A-A-)
• Blockpolymer (-A-A-A-B-B-B-A-A-A-B-B-B-A-A-A-)
• Alternierend (-A-B-A-B-A-B-A-)
• Pfropfpolymerisation

Question 8

Vergleichen Sie die Wasseraufnahme von UHMW-PE, Weich-PVC, Polyamid, Polymethylmethacylat und Polytetrafluorethylen. Welche Bedeutung kann die Wasseraufnahme für das Medizinprodukt
haben?

Answer 8

UHMW-PE: 0,01
Weich-PVC: 0,5
Polyamid: 2,5-3,5
Polycarbonat: 0,2
Polymethylmethacylat: 0,35
Polysulfon: 0,3
PEEK: 0,15
Polytetrafluorethylen: 0,2

Lagerfähigkeit zunehmend schwieriger, aber wichtig für elektrochemische Eigenschaften

Question 9

Benennen und erläutern Sie die drei wesentlichen Degradationsmechanismen!

Answer 9

• > Physikalische Degradation
• strahlungs-, temperatur- oder mechanisch induziert
• > Hydrolytische Degradation
• hydrolytisch instabile Bindungen wie z.B. Ester- oder Amidgruppe (entspricht umgekehrten Polykondensationsreaktion)
• Kann durch Temperatur, Säuren und Basen sowie Enzyme katalysiert werden
• > Enzymatische Degradation
• Abhängig von Kombination spezifischer Gruppen und Enzyme
• Hydrolytisch, oxidativ oder direkte Spaltung (s. Polymerisation)
• Da Enzyme nicht in das Polymer diffundieren können, findet Degradation nur an der zugänglichen Oberfläche statt (im Unterschied zur Hydrolyse)
• Vor allem bei natürlichen Polymeren

Question 10

Welche Verfahren sind besonders geeignet für die Sterilisation von PVC? Gibt es Unterschiede für
verschiedene PVC-Arten?

Answer 10

• > Sterilisation mit Ethylenoxid-Gas
• > Keine Dampfsterilisation
• für Hart-PVC nicht geeignet
• Weich-PVC (Schläuche) mit 121°C Dampfsterilisation möglich
• > Nur spezielle PVC-Mischungen für die Strahlensterilisation geeignete
• > Plasmasterilisation

Question 11

Nennen Sie Hauptanwendungsgebiete für medizinisch eingesetzte Polyurethane! Welche Eigenschaft ermöglicht die Einsätze? Wie werden die typischen Bauteile hergestellt?

Answer 11

• künstliche Herzklappen, künstliche Herzen, Katheterschläuche
• gute mechanische Kennwerte
• hohe Transparenz
• sehr gute biokompatible Eigenschaften
• sehr gute Kälteflexibilität
• dauerhafte Flexibilität
• gutes Rückstellverhalten, geringer Druckverformungsrest
• Verarbeitung thermoplastischer PUR-Elastomere durch Spritzgießen und Thermoumformen

Question 12

Welche Vorteile bietet PEEK OPTIMATM speziell beim in-vivo Einsatz?

Answer 12

• Keine Kapselbildung nach einem Jahr Implantatdauer
• Keine messbaren Unterschiede zwischen
  implantiertem und nicht implantierten Material
• Mit kortikalem Knochen (3-30 GPa) vergleichbares EModul von PEEK OPTIMATM (mit 30 Gew.% Carbonfasern)
• Autoclavierbar (121°C, 30 Minuten)
• CT- (keine Metallartefakte) & MR-kompatibel (2. Ordnung)
• Geringe Wärmeleitfähigkeit*
• Einfachere Verarbeitung (auch 3D-Druck), geringere
  Kosten