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Titelaufnahme

Titel
Laser-Structured and Anodized Surfaces on Medical Implants for Reduced Adhesion of Cells / submitted by Peter Fosodeder
AutorInnenFosodeder, Peter
Beurteiler / BeurteilerinHeitz, Johannes
ErschienenLinz, 2018
Umfangx, 72 Blätter : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Masterarbeit, 2018
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Oberflächenstrukturierung / Laserstrukturierung / medizinische Implantate / Titan / Zelladhäsion / elektrochemische Bearbeitung
Schlagwörter (EN)surface processing / laser processing / medical implants / titanium / cell adhesion / electrochemical processing
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-25730 Persistent Identifier (URN)
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 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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Laser-Structured and Anodized Surfaces on Medical Implants for Reduced Adhesion of Cells [42.39 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Im Zuge dieser Masterarbeit sollen zwei Methoden zur Bearbeitung von flachen und zylindrischen Titan Proben, mit dem Ziel der Herstellung einer zellabweisenden Oberfläche, vorgestellt werden. Als Motivation, wird ein neuartiger, miniaturisierter und voll implantierbarer Herzschrittmacher herangezogen. Medizinische Studien haben gezeigt, dass eben dieser Herzschrittmacher, bereits ein Jahr nach der Implantation in das menschliche Herz, zur Gänze von Narbengewebe (z.B. Fibroblasten) abgekapselt wurde. Eine geplante Explantation (z.B. zum Ende der Batterielaufzeit) des Schrittmachers wäre in diesem Zustand nicht mehr durchführbar. Daher sollen die im Folgenden eingeführten Bearbeitungsmethoden herangezogen werden, um ein gänzliches Einwachsen zu verhindern und letztlich die Möglichkeit einer einfachen Explantation aufrecht zu erhalten. ^Das erste vorgestellte Verfahren basiert auf Femtosekunden Laser Strukturierung von Titan, mit dem Ziel der Herstellung von gleichmäßig angeordneten Mikrometer-periodischen Kegelstrukturen und dazu überlagerten Nanometer-periodischen Ripplemustern. Mittels einer Parameterstudie konnte gezeigt werden, dass bei einer geeigneten Wahl von Laser-Processing Parametern die Herstellung einer solchen Struktur mit 10 15 m periodischen Kegelstrukturen und 350 400nm periodischen Ripplemustern möglich ist. Weiters wurde durch Zelltests mit Mäuse-Fibroblasten bei zwei unterschiedlichen Strukturen auf flachen Proben gezeigt, dass derartige Strukturen einen zellabweisenden Effekt haben. Das zweite Verfahren basiert auf dem Konzept der elektrochemischen Oxidation von Titan. Durch eine weitere Parameterstudie mit unterschiedlichen Anodisierungsparametern wurde anhand von Zelltests an flachen Proben die zellabweisende Wirkung der unterschiedlichen Oxidschichten untersucht. Darauf basierend wurden mehrere Sets von Laser- und Anodisierungsparametern ausgewählt und auf zylindrischen Proben, welche als Attrappen für den Herzschrittmacher dienten, erfolgreich reproduziert. Zuletzt wurde auch auf diesen Proben nachgewiesen, dass mit einem geeignet strukturierten und anodisierten Ring um den Zylinder eine Barriere für weiteres Zellwachstum erstellt werden kann.

Zusammenfassung (Englisch)

In the course of this master thesis, two different methods for preparing flat and cylindric titanium surfaces with cell repellent properties are introduced. In particular, a new miniaturized leadless intracardiac transcatheter pacing system is considered as a motivation for the interest in such surfaces. Recent medical studies revealed, that this particular device tends to be overgrown by scar tissue (e.g. fibroblasts) already after one year of operating time in the human heart, which makes a simple explantation (e.g. at the end of the battery lifetime) of the device impossible. The following introduced methods for processing the surface of this pacing device are supposed to prevent full ingrowth and therefore preserve the possibility of a simple explantation. The first method involves femtosecond laser-processing, with the aim of creating a very rough surface, consisting of regularly arranged conical micrometer structures and superimposed nanometer ripples. By means of a parameter study on flat samples, it was shown that regularly arranged micrometer cones at a typical periodicity of 10 15 m and nanometer ripples at a typical periodicity of 350 400nm can be fabricated with the use of appropriate laser processing parameters. Furthermore, cell tests with murine fibroblasts were used to demonstrate the cell repellent properties of two different surface structures of this kind. Secondly, the concept of electrochemical oxidation of titanium is introduced. Within a second parameter study on flat samples, the cell repellent effect of different anodization parameters and methods were examined by means of cell tests. Multiple chosen sets of convenient laser processing parameters and anodization parameters were finally reproduced on cylindric samples, that are used as models for the actual pacemaker. Ultimately, it was shown that an appropriately structured and anodized ring around the cylinder surface is an effective way of creating a barrier at a certain height, that fibroblasts are not able to overgrow.

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