Thesis (doctoral)--Freie Universität Berlin, 1981.

Freie Univ., Diss.--Berlin, 2003.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2006.

Thesis (doctoral)--Freie Universität Berlin, 1982.

Zugl.: Karlsruhe, Universiẗat, Diss., 2006.

Infektionen von Endoprothesen sind auch heute noch, obgleich aufgrund aktueller Hygienestandards seltener, eine schwerwiegende Komplikation. Die Folgen können risikoreiche Revisionsoperationen bis hin zum kompletten Prothesenverlust sein. Um die Gefahr bakterieller Protheseninfektionen zu minimieren, rückten unter anderem Oberflächenbeschichtungen mit antimikrobieller Wirkung in den Fokus der Forscher. Eine Kombination aus dem antimikrobiell wirksamen Metall Silber und dem die Härte verbessernden Stickstoff – als TiAgN – Beschichtung – zeigte bereits gute in vitro Ergebnisse (Moseke et al. 2011). Auf Grundlage dieser positiven in vitro Studie wurde die TiAgN – Beschichtung in der hier vorliegenden Arbeit in vivo im Tiermodell untersucht. Ziel der Studie war es das Einwachsen TiAgN – beschichteter Titanimplantate im Kaninchenknochen mit unbeschichteten Titanimplantaten zu vergleichen. Hierzu wurden bei insgesamt drei Kaninchen jeweils zwei TiAgN – beschichtete Proben und eine unbeschichtete Kontrolle in beide Femora implantiert. Der Einheilzeitraum betrug drei Monate. Nach der Entnahme der Femora wurde zunächst durch Röntgenaufnahmen die genaue Lage der Implantate festgesellt. Nach der Anfertigung von Dünnschliffen nach Donath und der Trichrom – Färbung nach Masson – Goldner wurden für die histologische Auswertung lichtmikroskopische Bilder in 40 – facher Vergrößerung angefertigt. Um den gesamten Umfang der Implantatanschnitte vermessen zu können, wurden die aufgenommen Einzelbilder zu den ursprünglichen Gesamtbildern zusammengesetzt. Die Vermessung der Implantatumfänge erfolgte hinsichtlich der Untersuchungsparameter Knochen – Implantat – Kontakt (KIK), nicht mineralisierter Knochen (Osteoid), Bindegewebe und Spalten – Implantatoberflächenbereiche an denen kein Gewebe angewachsen ist. Für die drei beobachteten Kaninchen ergab sich für die TiAgN – beschichteten Probeimplantate ein KIK von 94,87 %, ein Osteoidanteil am KIK von 45,15 % und ein Spaltanteil von 2,82 % verglichen mit den unbeschichteten Kontrollen von 97,31 % für den KIK, 60,12 % für den Osteoid – sowie 2,69 % für den Spaltanteil. Somit zeigt sich für TiAgN – beschichtete Titanimplantate kein signifikant schlechteres Einwachsen im Vergleich zu unbeschichteten Titanimplantaten. Ausgehend von der guten antimikrobiellen Wirksamkeit und Zytokompatibilität in vitro (Moseke et al. 2011) sowie der guten Osseointegration in vivo präsentiert sich diese Beschichtung sehr vielversprechend. Dennoch sind weitere Untersuchungen erforderlich, wie beispielsweise die Überprüfung der Haftfestigkeit zwischen Beschichtung und Implantat sowie die antimikrobielle Wirksamkeit in vivo. Ergeben sich für diese Beschichtung weiterhin gute Ergebnisse, kann eine Studie am Menschen in Erwägung gezogen werden. / Even today, infections of endoprostheses are still a serious complication, although less frequent due to current hygiene standards. The consequences can be risky revision operations or even the complete loss of the prosthesis. In order to minimise the risk of bacterial prosthesis infections, researchers have focused on surface coatings with antimicrobial effects. A combination of the antimicrobially effective metal silver and nitrogen, which improves hardness - as TiAgN coating - has already shown good in vitro results (Moseke et al. 2011). On the basis of this positive in vitro study, the TiAgN coating in this paper was investigated in vivo in an animal model. The aim of the study was to compare the ingrowth of TiAgN coated titanium implants in rabbit bone with uncoated titanium implants. Two TiAgN-coated samples and one uncoated control were implanted in both femora of three rabbits. The healing period was three months. After removal of the femora, the exact position of the implants was determined by x-rays. After the preparation of thin sections according to Donath and the trichrome staining according to Masson-Goldner, light microscopic images were taken at 40x magnification for histological evaluation. In order to be able to measure the entire circumference of the implant incisions, the individual images taken were combined to form the original overall images. The measurement of the implant circumferences was carried out with regard to the examination parameters bone-implant contact (BIC), non-mineralized bone (osteoid), connective tissue and clefts - implant surface areas on which no tissue has grown.For the three observed rabbits, the TiAgN-coated sample implants showed a KIK of 94.87 %, an osteoid content of 45.15 % at the KIK and a gap content of 2.82 % compared to the uncoated controls of 97.31 % for the KIK, 60.12 % for the osteoid and 2.69 % for the gap content. Thus, TiAgN - coated titanium implants do not show significantly worse ingrowth compared to uncoated titanium implants. Based on the good antimicrobial efficacy and cytocompatibility in vitro (Moseke et al. 2011) as well as the good osseointegration in vivo, this coating is very promising. Nevertheless, further investigations are necessary, such as testing the adhesion between coating and implant as well as the antimicrobial efficacy in vivo. If the results for this coating continue to be good, a study in humans may be considered.

After examining suitable parameters for a newly designed system, dynamic SIPGP could be developed. For the first time, SIPGP was performed while applying a constant flow of monomer solution through the reaction system. This added a new parameter: the flow rate (rfl). Accordingly, this parameter was examined, comparing dynamic to static SIPGP. It could be shown, that by applying higher rfl to the system, the contact angle increases, which indicates a slower coating. The flow patterns inside the reactor were then modelled and calculated. These calculations indicated, that, due to higher flow velocities, the contact angle on the coated samples would be lower on the sides of the sample and higher in the middle. This finding was verified by contact angle measurements. The influence of dynamic SIPGP on the temperature inside the reaction chamber during the reaction was examined by temperature sensors inside the reactor. This showed, that the constant flow of monomer solution can be utilized to decrease the warming of the reaction solution during the reaction. Finally it was shown, that dynamic SIPGP can decrease the formation of bulk polymer on the sample, which is forming during the reaction. This enables SIPGP to fabricate more homogeneous coatings by applying a constant monomer flow. / Nachdem für ein neu entworfenes System geeignete Parameter untersucht wurden, konnte das dynamische SIPGP entwickelt werden. Zum ersten Mal wurde SIPGP durchgeführt, während ein konstanter Fluss von Monomerlösung durch das System geleitet wurde. Das fügte einen neuen Parameter hinzu: die Flussrate (rfl). Diese wurde untersucht, indem dynamisches und statisches SIPGP verglichen wurden. Es konnte gezeigt werden, dass mit höheren rfl der Kontaktwinkel anstieg, was auf eine langsamere Beschichtung hindeutet. Daraufhin wurden die Flussmuster innerhalb des Reaktors modelliert und berechnet. Diese Berechnungen deuteten darauf hin, dass der Kontaktwinkel an den Seiten der beschichteten Probe, durch erhöhte Fließgeschwindigkeiten, höher sind als in der Mitte. Dies wurde dann auch durch Kontaktwinkel-Messungen bestätigt. Der Einfluss von dynamischem SIPGP auf die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer während der Reaktion wurde mit Temperatursensoren innerhalb des Reaktors untersucht. Dies zeigte, dass der konstante Fluss von Monomerlösung dazu genutzt werden kann, die Erwärmung der Reaktionslösung während der Reaktion zu verringern. Abschließend wurde gezeigt, dass dynamisches SIPGP die Entstehung von bulk-Polymer auf der Probe, welches während der Reaktion entsteht, reduzieren kann. Dadurch ist es möglich durch SIPGP gleichmäßigere Beschichtungen zu erzeugen, indem ein konstanter Monomerfluss hinzugefügt wird.

Es wurden planare Substrate mittels Flüssigphasenabscheidung mit Titandioxid beschichtet. Durch Absorption von Polyelektrolyten konnte die chemische Beschaffenheit der Substratoberfläche so verändert werden, daß die verwendbaren Substratmaterialien zur Beschichtung mit dem LPD-Verfahren um Glas, Polycarbonat, PET und Polyethylen erweitert wurden. Bedeutung kommt besonders der LPD-Beschichtung auf Borosilicatglas zu, da damit erstmalig ein Vergleich zwischen TiO2-Schichten aus der Flüssigphasenabscheidung und Schichten, die mittels Sol-Gel-Verfahren gewonnen wurden, möglich wurde. Der systematische Vergleich zwischen den Schichten der beiden Beschichtungsverfahren, ergab, daß Sol-Gel-Beschichtungen eine thermische Nachbehandlung mit Temperaturen größer 400°C benötigen, um ihre optimalen optischen und mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Dabei tritt zwar eine starke Schrumpfung durch die Pyrolyse organischer Reste und Kristallisation auf. Jedoch führt diese Schrumpfung zu keiner Rißbildung oder Delaminierung. Im Gegenteil, die Ausbildung eines anorganischen Netzwerkes führt zum Aushärten der Schicht. Die bei höheren Temperaturen auftretende Kristallisation ermöglicht einen höheren Brechungsindex der Schicht bei gleichbleibend sehr guter Transparenz. Die bereits teilkristallin abgeschiedenen TiO2-Filme aus dem LPD-Verfahren schrumpfen zwar weit weniger stark als die Sol-Gel-Schichten, durch eine schlechte Haftung auf der Glasoberfläche verbreitern sich jedoch bereits vorhandene schmale Risse. Die Pyrolyse des Polyelektrolytlayers führt zum Verlust der haftvermittelnden Schicht und damit zu einem drastischen Rückgang der Schichthaftung und daraus bedingend der Bleistifthärte. Die Rißbildung verursacht einen starken Anstieg der Schichttrübung. Weiterhin verursacht die Rißverbreitung bei steigender Temperatur einen geringeren Brechzahlanstieg, als dies das LPD-Material ermöglichen würde. Durch diese Ergebnisse wird offensichtlich, daß für Substrate, die hohe Temperaturen ermöglichen, Sol-Gel-Beschichtungen dem LPD-Verfahren vorzuziehen ist. Für thermisch nicht belastbare Substrate stellt die Flüssigphasenabscheidung jedoch ein sehr gutes Beschichtungsverfahren dar. Um bestmögliche Ergebnisse mit dem LPD-Verfahren zu erzielen, kommt der Modifizierung der Substratoberfläche eine entscheiden Bedeutung zu. Zur bereits bekannten Oberflächenmodifizierung durch Ätzen mit Natriumperoxodisulfat (Hydroxylierung) wurde hierbei die zusätzliche bzw. alleinige Funktionalisierung durch Adsorption eines Polyelektrolytbilayers untersucht. Durch die Verwendung eines Polyelektrolytbilayers konnte die Dichte an Kristallisationsstellen im Vergleich zum unbehandelten bzw. hydroxylierten Substrat erhöht werden. Dies führte im Einklang mit dem bekannten Schichtwachstummodell zu gleichmäßigeren Beschichtungen. Der Einsatz des Polyelektrolytbilayers konnte in allen Fällen dazu genutzt werden, die Trübung der Schicht zu verringern. Dabei wurden Trübungswerte größer 50 % meist auf Werte von ca. 20 % und kleiner verbessert. Hohe Keimdichten bewirken dabei eine geringe Trübung. Jedoch konnte auch bei geringeren Keimdichten durch den Polyelektrolytbilayer geringe Trübungswerte erreicht werden. Bei der mechanischen Charakterisierung der TiO2-Schichten konnte festgestellt werden, daß bei den polymeren Substraten durch Hydroxylierung oder den Polyelektrolytbilayer die Schichthaftung verbessert werden. Eine Abhängigkeit der mechanischen Schichteigenschaften von der Substrathärt konnte mit Ausnahme des sehr weichen Polyethylens nicht gefunden werden. Jedoch ist für eine hohe Bleistifthärte eine gute Haftung nötig. Abriebuntersuchungen mit einem Filzstempel (Crockmetertest) zeigten ein analoges Verhalten zum Bleistifthärtetest. Um eventuell auftretende Nachteile der weichen Polymere ausgleichen zu können, wurden parallel Polystyrolsubstrate, beschichtet mit einer ORMOCER®-Hartschicht, untersucht. Dabei wurden sehr gute Ergebnisse in Hinblick auf Keimstellendichte, optische und mechanische Eigenschaften erzielt. / Planar substrates were coated with titanium dioxide by liquid phase deposition. The chemical properties of substrate surface were changed through adsorption of polyelectrolytes, so that coating of glass, polycarbonate, PET and polyethylene with the LPD process could be done. Especially the LPD-Coating on borofloatglass is of importance. For the first time, a comparison between coatings from liquid phase deposition and coatings from sol-gel process became possible. The systematic comparison between the films of the two coating processes showed that sol-gel coatings need a thermal treatment at temperature above 400 °C to unfold their optimal optical and mechanical properties. Thereby a high shrinkage caused by pyrolysis of organic residues and crystrallisation occurs. But that shrinkage does not lead to formation of cracks or delamination. In Contrast, the formation of a inorganic backbone leads to a hardening of the film. At higher temperature emerging crystallisation enables a higher refractive index with constant very good transparency. The partially crystalline films from the LPD-process shrink much less than the sol-gel films. But caused by a bad adhesion on the glass surface small cracks get broadened. Pyrolysis of polyelectrolytes leads to a loss of the bonding agent and associated with that to dramatic decrease in adhesion and pencil hardness. The formation of cracks causes an high increase in the haze of the film. The broadening of cracks at rising temperature avoids a higher increase in refractive index as could be possible from the LPD-material properties. These results reveal that for substrates tolerating high temperatures sol-gel-coating is preferable to the LPD-process. For thermal non-stable substrates the liquid phase deposition is a very suitable coating technique. To achieve best possible results with the LPD-Process, the modification of the substrate surface is of importance. Beside the already known surface modification through etching with sodium peroxodisulfate (hydroxylation) the additional or exclusive surfacemodification through of adsorption a polyelectrolytebilayer was investigated. By the application of a polyelectrolytebilayer the density of nucleation sites could be increased in comparison with the untreated or hydroxylated substrate. This leads in consistence with the known film formation model to more homogeneous coatings. In general the application of the polyelectrolytebilayer reduced the haze of the film. In most cases the haze was decreased from 50 % and higher to 20% and lower. High densities of nucleation sites effect a low haze. But using the polyelectrolytebilayer low haze could also achieved despite a low nuclei density. Based on the mechanical characterisation of the TiO2-films could be demonstrated that on polymeric substrates the adhesion increases if hydroxylation or polyelctrolytebilayers are used. A dependence of mechanical film properties on the hardness of the substrate could not be detected with the exception of the very soft polyethylene. For a high pencil hardness a high adhesion is the crucial factor . Abrasion test with a felt die (Crockmeter)showed an analogue behaviour as the pencil hardness test. To compensate potential disadvantages from the soft polymers, polystyrene substrates with a ORMOCER®-hardcover-film were examined. Films on these substrates showed very good results refering to the density of nucleation sites, optical and mechanical properties.

Univ., Diss.--Heidelberg, 1999.

Zugl.: Clausthal, Techn. Univ., Diss., 2007