Open Access

Florian P. Schwarz

• Silberhaltiger diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC) in Form eines Nanokomposits ist aus mehreren Gründen ein interessantes Material für die Medizintechnik. Zum Einen bietet DLC gute mechanische Eigenschaften, so dass es als biokompatible Verschleißschutzbeschichtung auf Gelenkendoprothesen eingesetzt werden kann. Zum Anderen besitzt Silber antibakterielle Eigenschaften, die es ermöglichen, postoperative Infektionen zu reduzieren. Die Herstellung von Ag-DLC mit konventionellen Verfahren ist jedoch problematisch, da die gleichzeitige Abscheidung von Silber und Kohlenstoff in einem Plasmaprozess keine separate Kontrolle über die Bildung der Silbernanopartikel und der DLC-Matrix zulässt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein alternatives Herstellungsverfahren entwickelt, das diese Problematik umgeht. Bei der Metall-DLC-Herstellung durch Ionenimplantation in ein Nanokomposit werden die Silberpartikel zunächst in einem chemischen Prozess erzeugt und in einer Polymermatrix gebunden. Erst dannSilberhaltiger diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC) in Form eines Nanokomposits ist aus mehreren Gründen ein interessantes Material für die Medizintechnik. Zum Einen bietet DLC gute mechanische Eigenschaften, so dass es als biokompatible Verschleißschutzbeschichtung auf Gelenkendoprothesen eingesetzt werden kann. Zum Anderen besitzt Silber antibakterielle Eigenschaften, die es ermöglichen, postoperative Infektionen zu reduzieren. Die Herstellung von Ag-DLC mit konventionellen Verfahren ist jedoch problematisch, da die gleichzeitige Abscheidung von Silber und Kohlenstoff in einem Plasmaprozess keine separate Kontrolle über die Bildung der Silbernanopartikel und der DLC-Matrix zulässt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein alternatives Herstellungsverfahren entwickelt, das diese Problematik umgeht. Bei der Metall-DLC-Herstellung durch Ionenimplantation in ein Nanokomposit werden die Silberpartikel zunächst in einem chemischen Prozess erzeugt und in einer Polymermatrix gebunden. Erst dann erfolgt die ioneninduzierte Transformation der Matrix zu DLC. Die einzelnen Aspekte und Prozessschritte dieses Verfahrens wurden in Hinblick auf die resultierenden Materialeigenschaften untersucht und optimiert. Ziel war es, einen wirtschaftlich relevanten Prozess zu gestalten. Basierend auf den experimentell erzielten Erkenntnissen wurde auch ein Modell des Umwandlungsvorgangs erarbeitet und in einer Computersimulation implementiert. Zum Abschluss der Arbeit wurde das Material in einem biomedizinischen Versuch auf seine Eignung als antibakterielle Beschichtung hin untersucht. Dabei wurde eine Keimabtötungsrate von 90% erreicht.…
• Silver containing diamond-like carbon (DLC) is an interesting material for medical engineering from several points of view. On the one hand DLC provides high mechanical robustness. It can be used as biocompatible and wear resistant coating for joint replacing implants. On the other hand silver has antimicrobial properties, which could reduce post-operative inflammations. However conventional production of Ag-DLC by co-deposition of silver and carbon in a plasma process is problematic since it does not allow for a separate control of nano particle morphology and matrix properties. In this work an alternative production method has been developed to circumvent this problem. In metall-DLC-production by ion implantation into a nano composite, silver nano particles are initially formed in solution and then incorporated within a polymer matrix. Finally the polymer is transformed into DLC by ion implantation. The aspects and single steps of this method were investigated with regard to theSilver containing diamond-like carbon (DLC) is an interesting material for medical engineering from several points of view. On the one hand DLC provides high mechanical robustness. It can be used as biocompatible and wear resistant coating for joint replacing implants. On the other hand silver has antimicrobial properties, which could reduce post-operative inflammations. However conventional production of Ag-DLC by co-deposition of silver and carbon in a plasma process is problematic since it does not allow for a separate control of nano particle morphology and matrix properties. In this work an alternative production method has been developed to circumvent this problem. In metall-DLC-production by ion implantation into a nano composite, silver nano particles are initially formed in solution and then incorporated within a polymer matrix. Finally the polymer is transformed into DLC by ion implantation. The aspects and single steps of this method were investigated with regard to the resulting material's properties. The goal was to design an economically relevant deposition method. Based on experimental results a model of the transformation process has been established, which has also been implemented in a computer simulation. Finally the antibacterial properties of the material have been checked in a biomedical test. Here a bacterial killing rate of 90% could be achieved.…