[03.11.2006] Partikel von nur wenigen Millionstel Millimetern Größe können eine erhebliche Wirkung haben. Das zeigen die Doktorarbeiten der Ingenieure Dr. Boris F. Kock und Dr. Robin Büscher, beide Universität Duisburg-Essen (UDE). Sie untersuchten voneinander unabhängig winzige Teilchen, die beispielsweise Krebs oder erhebliche Schmerzen verursachen können. Für ihre mit „sehr gut“ bewerteten Dissertationen zu Rußpartikel und Dieselmotoren bzw. zu neuen künstlichen Hüftgelenken erhielten sie die mit je 2000 Euro dotierten Innovationspreise Ingenieurwissenschaften der Sparkasse am Niederrhein.

Wer ein künstliches Hüftgelenk bekommt, der hofft, dass er zukünftig schmerzfrei gehen kann und dass es nicht noch einmal ausgetauscht werden muss. „Im optimalen Fall hält ein Gelenk 25 Jahre“, sagt

Dr. Büscher. Die in der Hüftschale entstehende Reibung kann jedoch dafür sorgen, dass Metallteilchen in den umgebenden Knochen eindringen und sich die Prothese lockert. Die Folge sind neue Schmerzen.

Am Institut für Werkstofftechnik der UDE stellten sich Dr. Büscher und sein Professor Alfons Fischer die Frage, warum sich aus einer hochpolierten Metalloberfläche Teile herauslösen. Die Antwort: „Wir haben es sozusagen mit einem intelligenten Werkstoff zu tun“, sagt der junge Wissenschaftler, der unmittelbar nach dem Abschluss seiner Doktorarbeit von Stryker, einem amerikanischen Konzern für Medizintechnik, unter Vertrag genommen wurde. Wegen der erhöhten punktuellen Belastung verdichtet sich das Metall an den beanspruchten Stellen, winzige Teilchen brechen dabei aus der Oberfläche heraus.

Auf der Grundlage seiner Erkenntnisse entwickelte Dr. Büscher ein neues Modell für ein Metall/Metall-Hüftgelenk. Professor Fischer bringt die inzwischen patentierte Idee auf den Punkt: „nicht glatter und härter, sondern weicher und rauer.“ Die raue Oberfläche sorgt in der Metallschale für eine erhöhte Reibungstemperatur. Der dabei aus dem Eiweiß des Gewebes entstehende Kohlenstoff wirkt später wie ein Polster und verhindert weiteren Abrieb des Metalls. Professor Fischer: „Die deutschen Ärzte sind zurückhaltend, die Amerikaner begeistert.“

Dr. Boris F. Kock untersuchte für seine Arbeit die Größenentwicklung von Rußteilchen in einem Dieselmotor. „Gesundheitsschädlich sind vor allem Partikel im Nanometerbereich, die bis tief in die Lunge vordringen können“, so der Preisträger. Die Schwierigkeit seiner Arbeit war, dass er die bei der Verbrennung im Motorraum entstehenden Teilchen nicht einfach unter das Elektronenmikroskop legen konnte. „Dr. Kock ist weltweit der erste, der mit Hilfe von Laserstrahlen die Größe der Rußpartikel parallel zum Verbrennungsprozess gemessen hat“, sagt Professor Paul Roth, der die mit „sehr gut“ benotete Dissertation betreute.

Ziel von Dr. Kocks Arbeit ist es, die Verbrennung im Dieselmotor so zu optimieren, dass erst gar keine krebserregenden Partikel mehr entstehen. „Ein nachgeschalteter Filter muss regelmäßig gereinigt werden und niemand weiß, ob dabei nicht auch gesundheitsschädigende Stoffe freigesetzt werden“, so der Preisträger.

Mit dem 1997 erstmals ausgeschriebenen Innovationspreis möchte die Sparkasse am Niederrhein den Wissenstransfer von der Hochschule in die Region unterstützen. Zugelassen waren erstmals anwendungsbezogene Arbeiten aus dem Bereich der Ingenieurwissenschaften. Bisher war der Innovationspreis auf den Bereich der Mechatronik beschränkt.

Redaktion: Jörg Zimmer, Tel. 02841/206-2688