Osteointegration of Polymer Composites for Medical Implants

Active medical implants are electronic devices implanted inside the human body and used to restore damaged or lost organ or functionality. There is a great potential for active implants to provide permanent solutions to extremely complicated and/or incurable medical conditions such as blindness, Alzheimer disease, heart disease, diabetes and arthritis. However, there are serious apprehensions regarding the safety and durability of existing active medical implants. The currently available metal- made implants can cause complications during operation such as device detachment, leakage, debris contamination and tissue loosening around the device. These complications may generate serious medical conditions and cast a grave doubt on the active medical implants industry. We introduce a new implants design based on novel hybrid materials of nano and micro organic and inorganic thin films coating on carbon fibre reinforced polyether ether ketone (CF-PEEK). We will utilize these hybrid materials to achieve medical implants enhanced biocompatibility, and osteointegration (bone incorporation) using the cochlear implant as a case study. These achievements will enable the creation of safe, and durable implants. Our approach includes the use of inventive structuring of multi layers functional nano and micro thin films that will deliver a permeation barrier for the implant in addition to providing the necessary signals for enhanced biocompatibility and osteointegration for devices that are anchored by bone. In this inter-disciplinary project, we will deliver answers to fundamental questions related to the fields of hybrid thin films structuring and polymer-living tissue interactions. In addition, we will provide the technological platform towards creating safe and effective active implants.

Aktive medizinische Implantate sind elektronische Vorrichtungen, die in den menschlichen Körper implantiert werden und verwendet werden, um beschädigte oder verlorene Organe oder Funktionen wiederherzustellen. Es gibt ein großes Potenzial für aktive Implantate, um dauerhafte Lösungen für extrem komplizierte und / oder unheilbare Krankheiten wie Blindheit, Alzheimer-Krankheit, Herzerkrankungen, Diabetes und Arthritis bereitzustellen. Es bestehen jedoch ernsthafte Befürchtungen hinsichtlich der Sicherheit und Haltbarkeit bestehender aktiver medizinischer Implantate. Die derzeit verfügbaren, aus Metall hergestellten Implantate können während des Betriebs zu Komplikationen führen, wie z. B. Ablösen von Geräten, Leckagen, Verunreinigung von Fremdkörpern und Lockerung von Gewebe um das Gerät herum. Diese Komplikationen können ernsthafte medizinische Zustände hervorrufen und einen ernsthaften Zweifel an der Industrie der aktiven medizinischen Implantate aufwerfen. Wir stellen ein neues Implantatdesign vor, das auf neuartigen Hybridmaterialien aus nano- und mikroorganischen und anorganischen Dünnfilmen basiert, die auf kohlenstofffaserverstärktem Polyetheretherketon (CF-PEEK) beschichtet sind. Wir werden diese Hybridmaterialien verwenden, um die verbesserte Biokompatibilität und Osteointegration (Knochenintegration) von medizinischen Implantaten zu erreichen, wobei das Cochlea-Implantat als Fallstudie verwendet wird. Diese Errungenschaften werden die Schaffung von sicheren und dauerhaften Implantaten ermöglichen. Unser Ansatz umfasst den Einsatz der erfindungsgemäßen Strukturierung von mehrschichtigen funktionellen Nano- und Mikrotendünnschichten, die neben einer Permeationsbarriere für das Implantat die notwendigen Signale für eine verbesserte Biokompatibilität und Osteointegration für knochenverankerte Geräte liefern. In diesem interdisziplinären Projekt werden wir Antworten auf fundamentale Fragen liefern, die sich auf die Bereiche der Strukturierung von Hybriddünnfilmen und Polymer-Lebendgewebe beziehen. Darüber hinaus bieten wir die technologische Plattform für sichere und wirksame aktive Implantate.