Erfolgreicher Einsatz der Mikro-Computertomographie zur Beurteilung der Grenzfläche von Hydroxylapatit-beschichteten PEEK-Materialien
Grund dafür ist insbesondere das dem menschlichen Knochenmaterial sehr ähnliche Elastizitätsmodul des PEEK. Für eine Applikation muss PEEK allerdings zunächst an der Oberfläche so modifiziert werden, dass ein Einwachsen in menschliches Gewebe erfolgreich gelingt.
Die Beschichtung von bioinertem PEEK mit Hydroxylapatit (HAp) mittels atmosphärischem Plasmaspritzen (APS) ist aktueller Forschungsgegenstand und stellt aufgrund des starken thermischen Abbaus des Polymersubstrats nach wie vor eine Herausforderung dar. In einer neuen Studie haben Wissenschaftler von INNOVENT die Abscheidung von reinem und mit ZnO dotiertem HAp auf PEEK systematisch untersucht und dabei die komplexen Wechselwirkungen zwischen Wärmemanagement, Grenzflächenmikromechanik und biologischer Funktionalität aufgezeigt. Mikrostrukturelle Analysen (REM, HRTEM, STEM-EDX und XPS) zeigten, dass die HAp/PEEK-Bindung vorwiegend durch eine mechanische Verriegelung auf atomarer Ebene bestimmt wird, die ohne Zwischenreaktionsschichten zustande kommt. Entscheidend war, dass durch die Optimierung der Plasmaleistung und den Einsatz einer optimierten Kühlstrategie eine übermäßige Amorphisierung und Oxidation des PEEK verhindert wurde, während gleichzeitig eine hohe HAp-Kristallinität (69,2 %) erhalten blieb.
Besonders hinweisen möchten die Autoren, dass zur Untersuchung möglicher Schäden am PEEK-Substrat nach der Beschichtung unter verschiedenen Sprühbedingungen in dieser Studie auch Mikro-Computertomographie (µCT)-Untersuchungen durchgeführt wurden. Mit dem bei INNOVENT vorhandenen Gerät EasyTom L scanner der Firma RX solutions konnten detaillierte Aufnahmen der Grenzfläche zwischen der Hydroxylapatitschicht und dem PEEK-Grundmaterial erzeugt werden, die Rückschlüsse auf den Temperatureinfluss während der Beschichtung erlauben. Infolge einer zu hohen Temperaturbelastung konnten so auch rissartige Verformungen und partielle Delaminationen in der Grenzfläche erfolgreich nachgewiesen werden. Dieser Versagensfall hängt sehr wahrscheinlich mit Restspannungen zusammen, die durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von HAp und PEEK verursacht werden.
Mehr zu den Ergebnissen der Studie finden Sie hier:
J. Xu et al.: “Interfacial behavior and biological trade-offs of plasma-sprayed ZnO-doped hydroxyapatite coatings on PEEK” Surface and Coatings Technology 2026, 133638
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2026.133638
