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ANSYS BLOG

September 25, 2019

Was ist PMMA und wie wird es in der medizinischen Welt verwendet?

Poly(methylmethacrylat), oder PMMA, ist unter vielen Namen bekannt, darunter Plexiglas und Acryl. Die Biokompatibilität des PMMA-Materials hat ihm den medizinischen Beinamen "Knochenzement" eingebracht.

PMMA wird häufig als leichtere, bruchsichere Alternative zu Glas verwendet, z. B. für Fenster, Aquarien und Hockeybahnen. Daher ist es schwer vorstellbar, dass dieses leicht zu verarbeitende, kostengünstige und vielseitige Material auch für Zahnersatz, Knochenimplantate und mehr verwendet wird.

Obwohl PMMA durch Polymerisation von Methylmethacrylat (MMA) - einem Reizstoff und möglichen Karzinogen - hergestellt wird, ist es äußerst biokompatibel.


Die Biokompatibilität des PMMA-Materials macht es ideal für
Prothesenhersteller.  

Diese Biokompatibilität lässt sich auf die Widerstandsfähigkeit von PMMA zurückführen:

  • Thermische Spannung
  • Chemische Reaktionen
  • Menschliches Gewebe
  • Bioprozesse

Als Knochenzement wird PMMA verwendet, um die Lücken zwischen Implantaten und Knochen aufzufüllen. PMMA-Material eignet sich gut für dieses Verfahren, da es biokompatibel ist und sich in einer Krankenhausumgebung leicht polymerisieren lässt.

Ein besseres Verständnis der Materialinformationen kann dazu beitragen, die Frage zu beantworten, ob PMMA immer eine gute Wahl für In-vivo-Implantate ist.
 

PMMA-Material ist zwar biokompatibel, aber ist es immer die beste medizinische Wahl?

In einem Operationssaal wird Knochenzement aus einem Pulver und einer Flüssigkeit hergestellt. Das Pulver besteht aus MMA-Copolymeren, während die Flüssigkeit MMA-Monomere und chemische Beschleuniger und Inhibitoren enthält.

Durch Mischen von Pulver und Flüssigkeit entsteht ein Kitt, der zwischen Knochen und Implantat aufgetragen werden kann. Stellen Sie sich den Kitt wie den Fugenmörtel zwischen Fliesen vor: Er verankert das Implantat im Knochen.

Es gibt jedoch eine Reihe von Gründen, warum PMMA-Material für diesen Einsatz nicht ideal geeignet ist:


Die Biokompatibilität des PMMA-Materials macht es zu einer bevorzugten Option für die Verankerung von Implantaten im Knochen. Aber ist es auch die beste Wahl?
 

  1. Die Bruchzähigkeit von PMMA liegt zwischen 0,7 MPa∙m1/2 und 1,6 MPa∙m1/2, während die Bruchzähigkeit von Knochen zwischen 3,5 MPa∙m1/2 und 6,6 MPa∙m1/2 liegt.
  2. PMMA hat eine hohe Polymerisationstemperatur.

Der Unterschied zwischen der Bruchzähigkeit von PMMA und Knochen kann dazu führen, dass der Zement bei Stößen auch dann bricht, wenn der Knochen oder das Implantat nicht betroffen sind.

Außerdem haben Studien gezeigt, dass der Kitt aufgrund der exothermen Polymerisation außerhalb des Körpers Temperaturen von über 80 °C und innerhalb des Körpers Temperaturen von etwa 50 °C erreichen kann, was den Knochen schädigt. Dies führt zu einer längeren Genesungszeit für die Patienten.

Darüber hinaus können kleine Mengen von unpolymerisiertem MMA im Zement verbleiben. Diese Bestandteile können in den Rest des Körpers gelangen und eine Hypotonie verursachen.

PMMA mag als Knochenzement seine Tücken haben, aber in vielen Situationen ist es immer noch die beste Materialwahl. Forscher*innen sind jedoch auf der Suche nach einem besseren Material für Knochenzement.
 

Ärzte profitieren von der Biokompatibilität des PMMA-Materials

PMMA ist ein wichtiges Material für viele andere medizinische Verfahren. So wird es beispielsweise zur Herstellung von Zahnersatz und Füllungen verwendet, da es sich leicht einfärben und schnell formen lässt.

So können Ärzte mit PMMA-Material Zahnersatz und Füllungen herstellen, die in Größe und Farbe den ursprünglichen Zähnen sehr ähnlich sind.

PMMA-Material hat es auch ins Auge geschafft. In der Vergangenheit wurde es als harte Kontaktlinsen oder Intraokularlinsen verwendet.

Die Verwendung von PMMA im Auge begann mit einer überraschenden Entdeckung. Ein Augenarzt Sir Harold Ridley, der mit der Royal Air Force zusammenarbeitete, stellte fest, dass PMMA-Splitter im Auge - die von zerbrochenen Windschutzscheiben stammten - nicht die gleiche Abstoßung auslösten wie Glassplitter.


Die Biokompatibilität des PMMA-Materials machte es zu einer guten Wahl für harte Kontaktlinsen und Intraokularlinsen. Allerdings haben sich weichere Materialien auf dem Markt durchgesetzt.

Dies veranlasste Ridley zu dem Versuch, beschädigte Linsen bei Menschen mit grauem Star durch PMMA zu ersetzen. Die dauerhafte Implantation gelang ihm 1949 im St. Thomas Hospital.

Auf dem Markt für Intraokularlinsen konkurrieren inzwischen eine Reihe von Copolymeren auf PMMA-Basis und Materialien auf Silikonbasis mit PMMA. Diese Materialien haben den Vorteil, dass sie flexibel und daher weniger spröde sind.

Im Falle von Kontaktlinsen können weiche Linsen bequemer sein. Außerdem sind weiche Kontaktlinsen angesichts der jüngsten Fortschritte bei der Sauerstoffdurchlässigkeit die bevorzugte Wahl für Patienten.

PMMA-Material wird in der medizinischen Industrie vielseitig eingesetzt. Obwohl es immer seltener verwendet wird, werden Fortschritte bei PMMA und ähnlichen Materialien auch weiterhin das Leben vieler Menschen verbessern.

Um mehr darüber zu erfahren, wie Material Intelligence das Leben der Menschen verbessern kann, sehen Sie sich das Webinar an: Material Intelligence: Von der Auswahl zum Management. Oder entnehmen Sie hier Informationen zu Medizintechnik.

Dieser Blog enthält Stellen aus dem Blog von Sean Newham, der zuvor auf der Granta-Website zu finden war.

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