Zirkonkeramiken (ZrO₂) besitzen außergewöhnliche physikalische, chemische und biologische Eigenschaften, die sie zu einem idealen Material für verschiedene medizinische Anwendungen machen. Im Folgenden werden ihre Kernmerkmale und typischen Anwendungen zusammengefasst.
- Hervorragende Biokompatibilität
- Nicht toxisch und nicht allergen: Zirkon verursacht keine Abstoßungsreaktionen mit menschlichem Gewebe und setzt keine schädlichen Ionen frei, im Gegensatz zu bestimmten Metalllegierungen wie Nickel-Chrom.
- Chemisch inert und stabil: Es korrodiert oder zersetzt sich nicht in der physiologischen Umgebung (zuverlässiger als resorbierbare Materialien), was eine sichere Langzeitimplantation im menschlichen Körper ermöglicht.
- Anwendungsfall: Die Inzidenz von Gewebeentzündungen um Zirkonimplantate ist 60% niedriger als bei Titanlegierungsimplantaten in Zahnmedizinischen Anwendungen.
- Mechanische Leistungsfähigkeit
- Merkmale: Biegefestigkeit 900–1200 MPa, Härte (Vickers) 1200–1400 HV, Elastizitätsmodul 200–210 GPa
- Medizinische Bedeutung: Widersteht Hochfrequenzbetrieb von chirurgischen Instrumenten, erhält die Schärfe chirurgischer Werkzeuge (z.B. chirurgische Klingen), ähnlich wie Knochen, reduziert Stress Shielding in orthopädischen Implantaten
- Anwendungsfälle: Künstlicher Hüftgelenkkopf (Verschleißrate < 0,1 mm/Jahr), Minimalinvasive chirurgische Zangen (Lebensdauer dreimal länger als Edelstahl)
- Chemische Stabilität
- Korrosionsbeständigkeit: Hervorragende Beständigkeit gegen Körperflüssigkeiten und Desinfektionsmittel wie Wasserstoffperoxid und Ethylenoxid.
- Hochtemperaturstabilität: Kann sicher bei 134°C Sterilisation verwendet werden, performt besser als polymerbasierte Instrumente.
- Anwendungsfall: Verwendet in laparoskopischen und robotischen chirurgischen Instrumenten, wie Elektroden und chirurgischen Zangen, wo Korrosionsbeständigkeit und Isolierung die Gewebeadhäsion minimieren und die chirurgische Präzision verbessern.
- Laparoskopische Instrumente zeigen keine Leistungsverschlechterung nach 500 Sterilisationszyklen.
- Funktionelle Eigenschaften
- Elektrische Isolierung: Geeignet für Hochfrequenz-Elektrochirurgische Skalpelle und Ultraschallmesser, um Stromlecks zu verhindern.
- Niedrige Wärmeleitfähigkeit: Reduziert thermische Schäden an umliegendem Gewebe während energie-basierter chirurgischer Verfahren.
- Oberflächenmodifikation: Polieren (Ra < 0,05 μm) oder Beschichtung kann die bakterielle Adhäsion um bis zu 70% reduzieren.
- Anwendungsfall: In Hochfrequenz-Elektrochirurgischen Skalpellen und Ultraschallmesser, optimiert die Isolierung und Hochtemperaturbeständigkeit von Zirkon die Geräteleistung und minimiert thermische Schäden an Gewebe.
Wichtige Technische Spezifikationen:
- Material: Zirkonkeramiken (ZrO₂)
- Biegefestigkeit: 900–1200 MPa
- Vickers Härte: 1200–1400 HV
- Elastizitätsmodul: 200–210 GPa
- Korrosionsbeständigkeit: Hervorragend gegen Körperflüssigkeiten und Desinfektionsmittel
- Hochtemperatursterilisation: Bis zu 134°C
- Oberflächenrauheit (poliert): Ra < 0,05 μm
- Biokompatibilität: Nicht toxisch, nicht allergen, chemisch inert
- Anwendungen: Zahnimplantate, orthopädische Implantate, chirurgische Instrumente (Zangen, Skalpelle, Elektroden), minimalinvasive und robotische Chirurgiewerkzeuge