BERICHT REPORT - RMS Foundation
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BERICHT R EPORT 2020
1
RMS-Bericht
RMS 2020
Report 2020 Inhaltsverzeichnis
Einleitung 3
Allgemein Organisation der Konferenz «[MEET THE EXPERT] Implants» 4
Einführung des neuen ERP-Systems «Actricity» 5
Neues Chemielabor – Mehr Raum für neue analytische Dienstleistungen 6
IT-Sicherheit: Ein Kampf an vielen Fronten 7
Ein Praktikum oder «Sabbatical» in der RMS 8
Wahlfach «Medical Devices» für pharmazeutische Wissenschaften (ETHZ) 9
Werkstoffe / Oberflächen Ringversuch XPS (bildgebende Röntgenstrahl-Photoelektronenspektroskopie) 10
Verpackungsprüfungen / Siegelnahtprüfung 11
Untersuchung von Modeschmuck auf Schwermetalle 12
Titanschaum-Polymer-Verbund zur Überbrückung lokaler Knorpeldefekte 13
Entwicklung einer künstlichen Synovialflüssigkeit für Triboversuche 14
Metallische Abriebpartikel in humanem Weichgewebe 15
Bio- & Strukturmechanik Optische Oberflächenanalyse von AM-Strukturen 16
Impulsmessung an einem Instrument mit Schlagmechanismus 17
Digitale Keramik 18
Aufbau eines dynamischen Tests zur Glenoidlockerung 19
Biokeramik & Biokompatibilität Strategie zur Erweiterung von Dienstleistungen nach ISO 10993 20
Analyse von CaP-Knochenersatzmaterialien nach USP 232/233 21
Lichtabschattung: Ein optisches Verfahren zur Partikelbestimmung 22
Osteoinduktives Ersatzmaterial für die Knochenregeneration 23
Eine Neubeurteilung der β-TCP-Kristallstruktur 24
Wie Gadolinium-Ionen aus MRI-Kontrastmitteln im Knochen enden 25
Anhang Publikationen 26
Publikationen aus externen Projekten (EFO) mit RMS-Unterstützung 26
Abstracts / Kurzfassungen, präsentiert als Vortrag (V) oder Poster (P) 27
Eingeladene Vorträge (ohne Kurzfassung) 28
Eingeladene Vorträge (mit Kurzfassung) 28
Weitere Vorträge 29
Seminarvorträge in der RMS 29
Lehrtätigkeiten 30
Patente 31
Personal 32
2
RMS Report 2020 Table of contents RMS-Bericht 2020
Introduction 3
General Organization of the congress «[MEET THE EXPERT] Implants» 4
Introduction of the new ERP system «Actricity» 5
New chemistry lab – More space for new analytical services 6
IT security: a fight on many fronts 7
An internship or «sabbatical» in the RMS 8
Elective course «Medical Devices» for pharmaceutical sciences (ETHZ) 9
Materials / Surfaces Interlaboratory test iXPS (imaging X-ray photoelectron spectroscopy) 10
Packaging testing / Sealed seam testing 11
Determination of heavy metals in fashion jewelry 12
A titanium-foam-polymer compound to bridge local cartilage defects 13
Development of a synthetic synovial fluid for tribological testing 14
Metal wear particles in human soft tissue 15
Bio- & Structural Mechanics Optical surface analysis of AM structures 16
Measurement of the impulse in an instrument with impact mechanism 17
Digital ceramics 18
Development of a dynamic test for glenoid loosening 19
Bioceramics & Biocompatibility Strategy to extend services according to ISO 10993 20
Analysis of CaP bone substitute materials according USP 232/233 21
Light obscuration : an optical method for the determination of particles 22
Osteoinductive substitute material for bone regeneration 23
The crystal structur of β-TCP revisited 24
How gadolinium ions from MRI contrast agents end up in bone 25
Appendix Publications 26
Publications on external projects (EFO) with RMS grant 26
Abstracts presented as lecture (V) or poster (P) 27
Invited talks (without abstracts) 28
Invited talks (with abstract) 28
Other presentations 29
Seminary talks at the RMS 29
Teaching activities 30
Patents 31
Personnel 32
3
RMS Report 2020 Einleitung / Introduction
G erne wollen wir Ihnen, geschätzte Kunden,
liebe Freunde und Partner wiederum einen
Einblick in ausgewählte Aktivitäten und Errungen-
W e would like to give you, dear customers,
friends and partners, an insight into selected
activities and achievements of the RMS in the last
schaften der RMS in den letzten zwei Jahren ge- two years. The whole thing is a kind of reflection of
ben. Das Ganze ist eine Art Spiegelbild vorange- previous years with the difference that everything
gangener Jahre mit dem Unterschied, dass alles has to be more precise and faster despite addi-
trotz zusätzlicher Vorgaben und mehr Aufwand tional specifications and a greater workload. Medi-
präziser sein und schneller gehen muss. Gerade cal technology in particular is subject to enormous
die Medizintechnik ist einem gewaltigen Wandel changes ... you know what it's like.
ausgesetzt … Sie kennen das ja auch. We can consider ourselves lucky that our research
Wir dürfen uns glücklich schätzen, dass unsere projects continue to receive additional support
Forschungsprojekte weiterhin zusätzliche Un- from funding agencies such as the Swiss National
terstützung durch Förderagenturen, wie den Science Foundation or Innosuisse. Through teach-
Schweizerischen Nationalfonds oder Innosuisse, ing activities at the University of Berne, the Berne
erfahren. Durch Lehrtätigkeiten an der Universi- University of Applied Sciences and ETH Zurich our
tät Bern, der Berner Fachhochschule und der ETH knowledge is also passed on to younger people.
Zürich geben wir unser Wissen auch an jüngere As the sole organizer of the annual conference
Menschen weiter. Als mittelweile alleiniger Haup- «[MEET THE EXPERT] Implants» and with presences
torganisator der jährlichen Tagung «[MEET THE at exhibitions, we also try to offer further education
EXPERT] Implants» und mit Auftritten an Ausstel- opportunities to professionals and thus contribute
lungen, versuchen wir auch Berufstätigen eine to the further development of Switzerland as an in-
Fortbildungsgelegenheit anzubieten und so zur dustrial and medtech site.
Weiterentwicklung des Industrie- und Medtech- In the RMS itself, too, continuous development is
Standorts Schweiz beizutragen. an issue. Recently, we have expanded our range
Auch in der RMS selber ist die Weiterentwicklung of tests in areas such as chemical-analytical in-
ein ständiges Thema. Erweiterungen unseres Prü- vestigations, detection of particulate residues, in
fangebotes erfolgten zuletzt und aktuell in den vitro biocompatibility tests and validation of sur-
Themenbereichen chemisch-analytische Unter- gical instrument reprocessing. In addition, there
suchungen, Nachweis von partikulären Rückstän- is a constant challenge by increasing demands in
den, In-vitro-Biokompatibilitätstests oder auch quality assurance, not least because of the much-
Validierung der Wiederaufbereitung von chirur- discussed new medical device regulation MDR
gischen Instrumenten. Zudem sind wir infolge 2017/745. The type and extent of materials test-
steigender Ansprüche in der Qualitätssicherung ing for companies outside the medtech sector is
– nicht zuletzt wegen der vieldiskutierten, neu- also growing steadily, and with it the number of
en Medizinprodukteverordnung MDR 2017/745 new customers. New testing services alone are not
– laufend gefordert. Auch Art und Umfang von enough. RMS has introduced a new enterprise re-
Materialprüfungen für Firmen ausserhalb der Me- source planning system (ERP) and is currently build-
dizintechnik wachsen stetig und damit auch die ing an additional chemical laboratory.
Anzahl Neukunden. Mit neuen Prüfangeboten Besides processing customer orders all our activi-
alleine ist es nicht getan. Die RMS hat ein neues ties in research and technology transfer would not
Unternehmensressourcenplanungssystem (ERP) be possible without the goodwill of the founding
eingeführt und baut gegenwärtig ein zusätzliches families Mathys and Marzo. We would like to thank
Chemielabor ein. them.
Alle unsere Aktivitäten in Forschung und Tech-
nologietransfer wären neben der Bearbeitung
von Kundenaufträgen ohne das Wohlwollen der
Stifterfamilien Mathys und Marzo nicht möglich.
Dafür möchten wir uns bedanken. Beat Gasser
Das RMS-Team im Sommer 2019 – The RMS team in summer 2019
4
Allgemeines RMS-Bericht 2020
Organisation der Konferenz «[MEET THE EXPERT] Implants»
Organization of the congress «[MEET THE EXPERT] Implants»
D ie RMS Foundation sieht entsprechend
dem Stiftungszweck eine ihrer Aufgaben
in der Förderung von Ausbildung und Tech-
gend aus technischen und wissenschaftlichen
Experten (42 %) und Führungspersonen (37
%) bestand.
L. Eschbach
T. Imwinkelried
S. Rohrer
nologietransfer. Aus diesem Grund wurde im R. Heuberger
Jahr 2009 die Veranstaltungsreihe «[MEET C. Stähli
THE EXPERT] Implants – Material- und Ober-
flächentechnologie für Implantate» ins Leben
gerufen. In den Jahren 2009 bis 2016 wurde
T
he RMS Foundation sees one of its tasks in
the promotion of education and technol-
ogy transfer in accordance with the purpose
die Tagung vom Medical Cluster und der RMS of the foundation. For this reason, the event
gemeinsam organisiert und fand als zweitä- series «[MEET THE EXPERT] Implants – Mate-
giger Kongress mit Vortragsprogramm und rial and Surface Technology for Implants» was
Tischausstellung in Interlaken statt. Wegen launched in 2009.
der Weiterentwicklung des Medical Cluster In the years 2009 to
zum Branchenverband Swiss Medtech im Jahr 2016, the conference
2017 wurde die Organisation der Tagung ab was jointly organized
2018 vollständig auf die RMS übertragen. Am by the Medical Clus-
19. März 2019 konnte mit der zehnten erfolg- ter and the RMS and
reichen Durchführung der Fachveranstaltung took place as a two-
in Olten ein Jubiläum gefeiert werden. day congress with
Das Ziel der Veranstaltung «[MEET THE EX- lecture program and
PERT] Implants» ist die Förderung der Zu- table exhibition in In-
sammenarbeit von Implantatherstellern, Zu- terlaken. Due to the
lieferbetrieben und Anwendern sowie die further development
Vermittlung von Know-how zu aktuellen The- of the Medical Clus-
men aus den Bereichen Werkstoffe, Oberflä- ter into the industry
chen und Prozesse. Dabei werden Aspekte association Swiss Medtech in 2017, the or- Abbildungen:
wie Reinigung, Verpackung, Sicherheit und ganization of the conference was completely Oben: Begrüssungsrede an
Qualität immer wichtiger. transferred to the RMS from 2018 onwards. der Tagung in Olten.
Für das Vortragsprogramm ist ein wissen- On March 19, 2019, the tenth successful Links: Fachgespräche in der
event was celebrated in Olten. Ausstellung.
schaftliches Komitee verantwortlich, das sich
aus Vertretern von Implantatherstellern, Zu- The aim of the event «[MEET THE EXPERT]
lieferern, Dienstleistern und Hochschulen zu-Implants» is to promote cooperation between Figures:
sammensetzt. Für die Veranstaltung im März implant manufacturers, suppliers and users Top: Welcome message at
and to impart know-how on cur- the conference in Olten.
rent topics in the fields of ma- Left: Expert discussions in
terials, surfaces and processes. the exhibition.
Aspects such as cleaning, pack-
aging, safety and quality are be-
coming increasingly important.
A scientific committee consist-
ing of representatives of implant
manufacturers, suppliers, ser-
vice providers and universities is
responsible for the lecture pro-
gram. For the event in March
2019, this committee put to-
gether a diverse program with
2019 wurde durch dieses Gremium ein viel- 23 contributions (lectures and posters). The
fältiges Programm mit 23 Beiträgen (Vorträge table exhibition was again well booked with
und Poster) zusammengestellt. Die Tischaus- 24 companies. 130 people took part in the
stellung war mit 24 Firmen wiederum gut event, with the audience consisting mainly
gebucht. An der Veranstaltung nahmen 130 of technical and scientific experts (42%) and
Personen teil, wobei das Publikum überwie- managers (37%).
5
RMS Report 2020 General
Einführung des neuen ERP-Systems «Actricity»
Introduction of the new ERP system «Actricity»
B. Gasser
F. Bigolin D ie Arbeitsweise und -prozesse haben sich
in der RMS in den letzten Jahren wesent-
lich verändert. Eine grössere Zahl an ange-
Zeit war der Umgang mit «Actricity» alltäglich.
Handhabung und Informationsgehalt des
neuen Systems werden geschätzt.
M. Husmann
L. Eschbach botenen Dienstleistungen und ein ausführli-
B. Lüthi cheres Reporting in der Forschung bedingen
eine Verknüpfung von Prozessdaten und eine
Optimierung der Kontrollen. Dies und mehr
führte in der RMS zur Forderung nach
einer neuen Software zur Unterneh-
T
he working methods and processes in the
RMS have changed considerably in recent
years. A larger number of services offered
mensressourcenplanung (ERP). and more detailed reporting in research re-
Die Evaluation begann mit einer quire the linking of process data and an opti-
Zusammenstellung von An- mization of the controlling. This and more led
forderungen und Wünschen, to the demand for a new software for enter-
formuliert durch involvierte prise resource planning (ERP) in the RMS.
Mitarbeitende. Danach wur- The evaluation began with a compilation of
den intern 15 Angebote bewer- requirements and wishes, formulated by in-
tet und davon fünf für eine Prä- volved employees. Then 15 offers were as-
sentation durch die Lieferanten sessed internally and five of these were se-
ausgewählt. Da diese fünf Lösun- lected for a presentation by the suppliers. As
gen ziemlich unterschiedlich waren, these five solutions were quite different, the
wurde das am besten geeignete Produkt most suitable product was compared with the
einem Vergleich mit dem Pflichtenheft unter- requirements specification. Out of a total of
zogen. Aus total 12 MUSS-Kriterien galt es u. 12 MUST criteria, the following had to be ful-
a. folgende zu erfüllen: a) einen zusammen- filled: a) a coherent and clear core process
hängenden und übersichtlichen Kernprozess for order processing from inquiry, quotation,
für die Auftragsabwicklung von Anfrage, über order, service recording to customer invoice,
Offerte, Auftrag, Leistungserfassung bis zur b) the administration and documentation of
Debitorenrechnung, b) die Verwaltung und research projects, c) a customer database, d)
Dokumentation von Forschungsprojekten, c) fast response times with simple, comprehen-
eine Kundendatenbank, d) schnelle Reakti- sive search options, and e) standard require-
onszeiten mit einfachen, umfassenden Such- ments of information technology. In order to
möglichkeiten und e) Standardanforderungen be able to discuss questions independently, a
der Informationstechnologie. Um unabhän- reference company was visited. Finally, RMS
gig Fragen diskutieren zu können, wurde eine decided on the «Actricity» software, which is
Referenzfirma besucht. Schliesslich entschied used as a web-based application. The da-
sich die RMS für die Software «Actricity», die tabase with the business-relevant data was
als webbasierte Anwendung eingesetzt wird. deliberately stored on a local server and not
Die Datenbank mit den geschäftsrelevan- in a cloud. Moderated by the supplier, the im-
ten Daten wurde bewusst auf einen lokalen plementation was carried out within a period
Server und nicht in einer Cloud gespeichert. of four months and in seven workshops. For
Die Implementierung erfolgte in Moderation financial and operational accounting as well
durch den Lieferanten in einem Zeitraum von as payroll accounting, «Topal» offered itself
vier Monaten und in sieben Workshops. Für as a suitable software.
die Finanz- und Betriebs- sowie Lohnbuchhal- For the migration and the training of the
tung hat sich «Topal» als passende Software employees, 15 internal manuals and about
angeboten. twice as much short information have been
Für die Migration und die Schulung der written so far. After only a short time, the use
Mitarbeitenden wurden bis heute 15 interne of «Actricity» was already commonplace. Us-
Anleitungen und etwa doppelt so viele ers appreciate the handling and information
Kurzinformationen erstellt. Bereits nach kurzer content of the new system.
6
Allgemeines RMS-Bericht 2020
Neues Chemielabor – Mehr Raum für neue analytische Dienstleistungen
New chemistry lab – More space for new analytical services
D ie chemisch-analytischen Fragestellungen
aus Industrie und Forschung werden im-
mer komplexer und umfangreicher. Um die-
The RMS is therefore in the process of convert-
ing the room previously used as a library into
a new, modern chemical laboratory.
R. Wirz
C. Wälti
Y. Viecelli
sen Anforderungen auch in Zukunft gerecht Two requirements were to be given special P. Michel
zu werden, braucht es neben gut ausgebil- consideration:
deten Spezialisten auch entsprechend mehr
1) the media supply of the workplaces with
Arbeitsfläche, Abzüge und Raum für neues,
electricity, IT and gases should be made as
spezialisiertes Analysenequipment.
flexible as possible.
Die RMS ist daher dabei, den bisher als Bibli-
2) the extraction of exhaust air from the two
othek genutzten Raum in ein neues, moder-
new fume hoods and the associated supply
nes Chemielabor umzubauen.
of fresh air to the laboratory and its air-condi-
Zwei Anforderungen waren dabei besonders tioning system should be redesigned.
zu berücksichtigen:
1. Die Medienversorgung der Arbeitsplätze
mit Strom, EDV und Gasen soll möglichst fle-
xibel gestaltet werden.
2. Das Abführen der Abluft aus den zwei neu-
en Abzügen und damit verbunden die Ver-
sorgung des Labors mit Frischluft und dessen
Klimatisierung soll neu konzipiert werden.
Für die Medienversorgung hat man auf das
Konzept der «Mediendecke» des Lieferanten
zurückgegriffen. Hier werden sämtliche Medi-
en über ein Deckenraster und entsprechend
flexible Mediensäulen an den gewünschten
Ort geführt. Dieses Konzept erlaubt eine spä-
tere Neuanordnung ohne grössere Einschrän-
kungen.
Für den erfolgreichen Betrieb zweier neuer
Abzüge musste zuerst eine Möglichkeit gefun-
den werden, wie ca. 1500 m3 Frischluft pro
Stunde klimatisiert ins neue Labor nachge-
führt werden. Die Lösung fand man mit einem
X-CUBE Klimagerät der neusten Generation,
das aufgrund seiner Grösse neben dem Ge- For the media supply, the concept of the sup- Abbildung:
bäude zu stehen kam. Das Klimagerät besitzt plier's «media ceiling» has been used. Here, Neues Chemielabor mit neuer
das Energieeffizienzlabel Eurovent A+ und all media are guided to the desired location Luft- bzw. Klimaversorgung
sorgt mit einer effizienten Wärmerückgewin- via a ceiling grid and correspondingly flexible und Mediendecke. Das Labor
nung für konstante Temperatur und Luftfeuch- media columns. This concept allows the repo- wird im März 2020 in Betrieb
genommen.
tigkeit im Labor. Das neue Chemielabor wird sitioning without major restrictions.
im März 2020 fertiggestellt. For the successful operation of two new fume Figure:
hoods, a way had to be found to supply the New chemical laboratory with
new laboratory with approx. 1500 m3/h of new air or climatic conditioning
conditioned fresh air. The solution was found and media ceiling. The labora-
T he chemical-analytical questions from with an X-CUBE air conditioning unit of the tory is expected to be operatio-
industry and research are becoming in- latest generation, which due to its size was nal in March 2020.
creasingly complex and extensive. In order placed next to the building. The air condition-
to meet these requirements in the future, not ing unit has the energy efficiency label Eu-
only well-trained specialists are needed, but rovent A+ and ensures constant temperature
also correspondingly more work space, fume and humidity in the laboratory with efficient
hoods and room for new, specialized analyti- heat recovery. The new chemical laboratory
cal equipment. will be completed in March 2020.
7
RMS Report 2020 General
IT-Sicherheit: Ein Kampf an vielen Fronten
IT security: a fight on many fronts
M. Husmann
P. Bucher C omputer und Netzwerke sind aus un-
serem Alltag nicht mehr wegzudenken.
Immer wieder geraten Firmen in das Visier
Damit wir feststellen können, ob unsere
Massnahmen Wirkung zeigen, lassen wir un-
sere Systeme regelmässig durch Sicherheits-
von Angreifern, die versuchen, Schwachstel- firmen auditieren.
len in der Informationstechnik auszunutzen,
um dadurch an Geld oder wertvolle Daten
zu kommen.
Die RMS Foundation ist bestrebt, einen
reibungslosen und sicheren Ablauf ihrer C omputers and networks have become an
integral part of our everyday lives. Again
and again, companies are targeted by at-
Dienstleistungen und Forschungsarbeit si-
cherzustellen. Eine der Hauptaufgaben der tackers who try to exploit weaknesses in infor-
Infor matikab - mation technology in order to obtain money
teilung ist es or valuable data.
System
System health Healthgraph Graph Network
Network status Status
deshalb, unse- The RMS Foundation strives to ensure that its
HighlyVulnerable
Highly vulnerableSystems
systems Missing
Missingpatches
2
Patches
re Systeme und services and research work run trouble-free
9 Software auf and securely. One of the main tasks of the
einem aktu- IT department is therefore to keep our sys-
ellen Stand zu tems and software up to date. For example,
94 242
242
halten. So wur- all computers with access to the network or
den sämtliche Internet have been updated to Windows 10.
92 233 Computer, die The operating system is constantly monitored,
HealthySystems
systems
mit Netzwerk and if updates are necessary, they are in-
Healthy Installed Patches
Installed Patches
und Internet stalled within a short time. Security updates
Configuration Summary Computers by OS verbunden sind, are an important part of this. Standard secu-
Configuration summary Computers by OS auf Windows rity systems such as antivirus or firewall are
InIn progress
Progress
10 aktualisiert. managed centrally and activate an alarm if
Draft
Draft 1
7
Das Betriebssy- dangers are detected. In addition, our em-
stem wird stän- ployees are particularly in focus. Unfortu-
dig beobachtet, nately, they are often the target of attempts at
29 94
14 Executed
Executed
und wenn Up- deception (phishing) or threats. By providing
7 dates nötig sind, consistent information and raising awareness,
Suspended
Suspended
94 werden diese we therefore try to help employees to recog-
Windows
Windows10 10
innerhalb kur- nize these types of attacks and to react to
zer Zeit einge- them appropriately. We also attach great im-
spielt. Ein wich- portance to physical security. To prevent un-
Abbildung: tiger Teil davon sind die Sicherheitsupdates. authorised persons from entering the premis-
Alles im Blick: Die Computer Standardsicherheitssysteme wie Antivirus oder es, access to the RMS has been monitored by
werden zentral überwacht. Firewall werden zentral verwaltet und schla- an access control system since spring 2019.
gen Alarm, falls Gefahren detektiert werden. If doors are not locked correctly, an alarm is
Figure: Ausserdem stehen unsere Mitarbeitenden triggered.
Everything in sight: The com- besonders im Fokus. Leider sind gerade sie In order to determine whether our measures
puters are monitored centrally. immer wieder Ziel von Täuschungsversuchen are effective, we have our systems regularly
(Phishing) oder Drohungen. Durch konse- audited by security companies.
quente Information und Sensibilisierung ver-
suchen wir deshalb, den Mitarbeitenden zu
helfen, diese Art von Angriffen zu erkennen
und richtig darauf zu reagieren. Auch auf die
physische Sicherheit wird Wert gelegt. Damit
keine unbefugten Personen die Räumlich-
keiten betreten können, werden die Zugänge
zur RMS seit Frühjahr 2019 mit einer Zutritts-
kontrolle überwacht. Werden Türen nicht kor-
rekt verschlossen, wird ein Alarm ausgelöst.
8
Allgemein RMS-Bericht 2020
Ein Praktikum oder «Sabbatical» in der RMS
An internship or «sabbatical» at RMS
D ie meisten Studierenden müssen im Laufe
ihrer Ausbildung, insbesondere während
des Masterstudiums, ein Praktikum absol-
which they often do. Generally, students do
not stay for more than 6 months.
M. Bohner
Internship students are asked to work on a
vieren. Die RMS Foundation bietet pro Jahr research project because an involvement in
bis zu 18 Praktikumsmonate an. Einige Stu- testing or services would require more intense
denten bleiben nur für die von ihrer Institution
geforderte Mindestdauer (oft acht Wochen),
aber viele würden gerne länger bleiben – was
sie oft auch tun. Im Allgemeinen bleiben die
Studenten nicht länger als sechs Monate.
Praktikanten arbeiten an einem Forschungs-
projekt, da eine Beteiligung an Tests oder
Dienstleistungen mehr Einführungsarbeit von
Seiten der RMS bedeuten würde. Oftmals
traten Studierende als Co-Autoren bei wis-
senschaftlichen Publikationen auf. Einige von
ihnen kehrten nach ihrem Studium als Dokto-
rand, Postdoktorand oder Mitarbeiter zur RMS
zurück.
Praktikumsgesuche sind oft spontan, aber
etwa auch die Antwort auf eine Ausschrei-
bung einer spezifischen Aufgabe durch einen
RMS-Mitarbeitenden, wie zum Beispiel auf
der Praktikumsplattform der EPF Lausanne.
Da eine Masterarbeit bei der RMS von der
EPFL ebenfalls als Praktikum anerkannt wird,
gab es Studierende, die sowohl Praktikum training at RMS. In a number of cases, stu- Abbildung:
und Masterarbeit gleichzeitig absolvierten. dents appeared as co-authors on scientific Der EPFL-Student Giacomo
Von Zeit zu Zeit wird den Universitätsprofes- publications. A few of them returned to RMS Chizzola an seinem Arbeits-
after their studies as PhD student, postdoc, or platz in der RMS.
soren die Möglichkeit gegeben, eine Pau-
se in der Lehrtätigkeit einzulegen, so dass employee.
Figure:
sie in auswärtigen Labors an einem neuen Internship applications are often spontane-
Thema arbeiten können. Im Jahr 2019 war Giacomo Chizzola, a student
ous, but can also be the answer to a call e.g.
from EPFL, at his workplace in
zum ersten Mal ein Universitätsprofessor für on the EPF Lausanne internship platform by a the RMS.
dieses sogenannte «Sabbatical» in der RMS RMS employee offering a specific topic. Since
tätig: Professor Antonio Salinas aus der For- a master thesis at RMS is also considered as
schungsgruppe Biomaterial, Departement an internship by EPFL, we had students doing
Anorganische Chemie und Bioorganik, Uni- both at once.
versität Complutense, Madrid, beschäftigte Every once in a while, university professors
sich in der RMS während zwei Monaten are given the possibility to have a break in
mit Fragen zum Phasenübergang von α- zu teaching activities, thus allowing them to trav-
β-Trikalziumphosphat. el to other labs and work on a new topic. In
2019, for the first time, a university professor
stayed at RMS for this so-called «sabbatical».
Prof. Antonio Salinas from the Biomaterials
M ost students are requested to perform an Research Group, Department of Inorganic
internship during the course of their ed- Chemistry and Bioorganic, Complutense Uni-
ucation, in particular during their master stud- versity, Madrid, worked two months on the
ies. RMS Foundation offers up to 18 student phase transformation of α- to β-tricalcium
months of internship per year. Some students phosphate.
only stay for the minimum duration requested
by their institution (often 8 weeks), but many
would like to stay for a longer period of time,9
RMS Report 2020 General
Wahlfach «Medical Devices» für pharmazeutische Wissenschaften (ETHZ)
Elective course «Medical Devices» for pharmaceutical sciences (ETHZ)
T. Imwinkelried
B. Gasser
M. Bohner
F ür das Departement Pharma-
zeutische Wissenschaften der
ETH Zürich organisiert die RMS
S. Rohrer Foundation ein Wahlfach «Medi-
zinprodukte». Externe Experten aus
Industrie, Spitälern und der RMS
vermitteln Masterstudierenden und
Doktorierenden Grundkenntnisse
über Medizinprodukte. Das Modul
gibt einen Überblick über die wich-
tigsten Klassen von Medizinpro-
dukten wie orthopädische, dentale
und kardiovaskuläre Implantate. Die
verschiedenen Klassen von Mate-
rialien, die in Medizinprodukten
verwendet werden – von korrosions-
beständigen Metallen bis hin zu ab-
baubaren Keramiken und Polymeren
– werden vorgestellt. Die Bedeutung
der mechanischen Funktion, der
Materialeigenschaften und der Oberflächen-
– ranging from permanent metals to degrad-
beschaffenheit wird ebenfalls diskutiert. Das
able ceramics and polymers – are presented.
Modul beinhaltet auch einen Osteosynthese-
The importance of mechanical function, ma-
Workshop und die Besichtigung einer Pro- terial properties and surface conditions are
duktionsstätte. also discussed. The module also includes an
In einer Gruppenarbeit wird der Lebenszy- osteosynthesis workshop and a visit of a pro-
klus eines spezifischen Medizinproduktes duction facility.
Abbildungen: einschliesslich der
Oben: Bild aus der Broschüre Behandlungsmöglich
des Masterstudiengangs MSc keiten, des Markt
Pharmaceutical Sciences der umfeldes, des Pro-
Abteilung Chemie und Ange- duktdesigns und der
wandte Biowissenschaften (D regulatorischen As-
CHAB) der ETH Zürich.
pekte bewertet.
Unten: Studentinnen während
des Osteosynthese-Workshops.
Figures:
Top: Flyer MSc Pharmaceutical
A n elective course
on «medical de-
vices» is organized by
Sciences from the department RMS Foundation for
of Chemistry and Applied the Pharmaceutical
Biosciences (D CHAB) of ETH
Zürich. Science department of
Bottom: Students participating ETH Zurich. External
in the osteosynthesis workshop. experts from industry,
hospitals and the RMS
provide basic knowledge of medical devices The life cycle of a specific medical device
to master and PhD students. The module pro- including treatment options, market environ-
vides an overview of the most relevant classes ment, device design and regulatory aspects is
of medical devices such as orthopaedic, den- assessed during a group work.
tal and cardiovascular devices. The different
classes of materials used in medical devices10
Werkstoffe / Oberflächen RMS-Bericht 2020
Ringversuch XPS (bildgebende Röntgenstrahl-Photoelektronenspektroskopie)
Interlaboratory test iXPS (imaging X-ray photoelectron spectroscopy)
X PS ist eine sehr sensitive Technik, um die
chemische Zusammensetzung einer Ober-
fläche zu analysieren. Sie wird beispielsweise
X PS is an extremely sensitive technique to
analyze the chemical composition of a sur-
face. This is used, for example, to investigate
R. Heuberger
in collaboration with
verwendet, um die Sauberkeit von Medizinal- the cleanliness of medical products or the Dr. C. Passiu and
produkten oder die Herkunft von Flecken oder origin of stains or discolorations. Some spec- Prof. A. Rossi,
Verfärbungen zu untersuchen. Einige Spektro- trometers also offer the possibility to mea- ETH Zürich
meter bieten auch die Möglichkeit, die che- sure the images of the element distribution
mische Information ortsaufgelöst zu messen, in a spatially resolved
um so Abbildungen der Elementverteilung zu manner, thus generat-
generieren. Allerdings ist hierbei die laterale ing chemical images.
Auflösung schwierig zu bestimmen. However, the lateral
Daher wurden von Dr. Cristiana Passiu resolution is difficult to
und Prof. Antonella Rossi (ETH Zürich) determine.
photolithographisch atomar flache Proben Therefore, Dr. Cris-
mit verschiedenen Titan-Gold-Strukturen tiana Passiu and Prof.
hergestellt. Diese wurden verwendet, um Antonella Rossi (ETH
in einem Ringversuch verschiedene Geräte Zurich) photolitho-
zu vergleichen und die Auflösung der graphically prepared
chemischen Bilder zu bestimmen. Das atomically flat samples
Spektrometer der RMS Foundation (Axis Nova with various titanium /
von Kratos) bietet zwei unterschiedliche iXPS gold structures. These
Modi: die ortsaufgelöste, parallele Erfassung were used in an inter-
der Photoelektronen einer bestimmten laboratory test to com-
Energie und die Messung von Spektren mit pare the performance
kleinen Messbereichen, die dann zu Linien of different instruments
oder Bildern zusammengesetzt werden. Der and to determine the
Test hat die Grenzen der lateralen Auflösung resolution of chemical
beider Modi aufgezeigt. So waren Strukturen images. The spectrometer at RMS Founda- Abbildungen:
von 20 µm mit dem parallelen iXPS gerade tion, (Axis Nova from Kratos) offers two dif- Oben: Titankreis (Ø 100 µm)
noch erkennbar. Bei der Linienmessung über ferent iXPS modes: 1st the parallel, spatially von Gold umgeben, analysiert
eine Kante betrug die Breite des Übergangs resolved acquisition of photoelectrons of a mit iXPS.
0.7 bis 1.4 mm, je nach verwendetem Mess- certain energy and 2nd the acquisition of Links: Linienmessung einer
bereich. spectra with small spot sizes, which are sub- Titan-Gold-Kante, gemessen
Die Resultate zeigten, dass mit dem parallelen sequently combined to line measurements or mit verschieden Messbereichen
iXPS Strukturen ab 20 µm abgebildet werden images. The test has shown the limits of the (nominaler Ø von 27 bis
lateral resolution of both modes. 110 µm, Breite d12-88: Distanz
Thus, structures of 20 µm were just zwischen Messpositionen, wo
barely visible with iXPS. When mea- die Intensität 12 resp. 88 % der
suring line profiles over an edge Gesamtintensität beträgt).
using different spot sizes, the width
was between 0.7 and 1.4 mm, de- Figures:
pending on the used spot sizes. Top: Titanium circle (Ø 100 µm)
surrounded by gold, analyzed
The results showed that with iXPS
with iXPS.
features larger than 20 µm could
be resolved. The analyzed areas in Left: Line measurement of a
the spectroscopy mode were 30 to titanium/gold edge, analyzed
with various spot sizes (Ø from
40 µm larger than the nominal spot
27 to 110 µm, width d12-88:
sizes. This work will be published
distance between measuring
soon.
positions where the inten-
konnten. Bei der Spektroskopie waren die ef- sity is 12 or 88 % of the total
fektiven Messbereiche 30 bis 40 µm grösser intensity).
als die nominalen Messbereiche. Diese Arbeit
soll demnächst publiziert werden.11
RMS Report 2020 Materials / Surfaces
Verpackungsprüfungen / Siegelnahtprüfung
Packaging testing / Sealed seam testing
D. Streit
M. Schaudinn
L. Eschbach
E ine Siegelnaht muss einerseits die mini-
male Verpackungsanforderung bezüglich
der Dichtungsfestigkeit erfüllen, andererseits
können Leckagen, z. B. in Form von Kanälen,
ab einer Grösse von 50 µm erkannt werden.
Dabei wird die zu testende Siegelnaht einer
muss sie aber auch einfach zu öffnen sein. Farbeindringlösung ausgesetzt. Nach Kon-
Das Angebot der RMS an Verpackungsprü- takt mit dem Färbemittel wird die Naht visuell
fungen umfasst sowohl mechanische wie auf Undichtigkeit geprüft.
auch visuelle Prüfungen.
Bei einer mechanischen Testung wird zum
Beispiel die Kraft ermittelt, die erforderlich ist,
um eine Siegelnaht aufzureissen. Der soge-
nannte «peel test» wird O n one hand, a sealed seam must meet
the minimum seal strength for pack-
aging requirements, but on the other hand
an flexiblen Verpa-
ckungen durchgeführt. it must also be easy to open. The range of
Nebst der Bestimmung packaging tests offered by RMS includes both,
der Siegelnahtfestigkeit mechanical and visual testing.
kann es auch hilfreich In a mechanical test, for example, the force
sein, das Versagens- required to tear open a sealed seam is deter-
muster zu bestimmen mined. The so-called «peel test» is performed
(adhesive peel, cohe- on flexible packaging. In addition to deter-
sive peel, delamination, mining the strength of the sealed seam, it can
ASTM F88/F88M-15). also be helpful to determine the failure mode
Eine weitere mecha- (adhesive peel, cohesive peel, delamination,
nische Testung ist die ASTM F88/F88M-15). Another mechani-
Prüfung der Siegelnaht- cal test measures the seal strength on blister
festigkeit an Blisterver- packs. This method is used to test the seal
packungen. Dieses Ver- strength of the entire lid (membrane) of a rig-
fahren dient zur Prüfung id or semi-rigid container (blister). The maxi-
der Siegelnahtfestigkeit mum, continuous and average force, over the
des gesamten Deckels entire curve or over the valley to valley area
(Membrane) von einem as well as the mechanical work performed
starren oder halbstar- can be determined. The bubble test is a visual
ren Behälter (Blister). test method for packaging. This test method
Dabei können die ma- is used to determine the total leakage of a
Abbildung: ximale sowie die kontinuierliche und mittlere package. Blister packs with or without intend-
ASTM F3039-15 Standard Test Kraft über die gesamte Kurve oder über den ed contents can be tested. For this purpose,
Method for Detecting Leaks in «valley to valley»-Bereich sowie die verrichtete the blisters are dipped into a container with
Nonporous Packaging or mechanische Arbeit bestimmt werden. Ein vi- water and a negative pressure is applied from
Flexible Barrier Materials by suelles Prüfverfahren für Verpackungen stellt the outside. Any possible leakage of the pack-
Dye Penetration – Beispiel
der Bubble Test dar. Diese Prüfmethode dient aging is shown in the form of continuously
für eine undichte Stelle in
einer Siegelnaht. Mit Hilfe des zur Bestimmung der Gesamtleckage einer rising bubbles from the container during the
Kapillareffektes dringt das Verpackung. Es können Blisterverpackungen increase of the vacuum and the subsequent
Färbemittel in die undichte mit oder ohne bestimmungsgemässem In- holding time. The «dye penetration test» is
Stelle ein. halt geprüft werden. Dazu werden die Blister also regarded as a visual test method. Leaks
in einen Behälter mit Wasser getaucht und can be detected in sealed seams of flexible
Figure: es wird von aussen ein Unterdruck angelegt. packaging, e.g. in the form of channels, from
ASTM F3039-15 Standard Test Eine eventuelle Undichtigkeit der Verpackung a size of 50 µm. For this test, the sealed seam
Method for Detecting Leaks in zeigt sich in Form von stetig aufsteigenden is exposed to a dye penetration solution. Af-
Nonporous Packaging or
Blasen aus dem Behälter während des An- ter exposition to the dye, the seam is visually
Flexible Barrier Materials by
stiegs des Vakuums und der anschliessenden checked for any leakage.
Dye Penetration – Example of
a leak in a sealed seam. By Haltezeit. Als visuelles Prüfverfahren gilt auch
means of the capillary effect, der sogenannte «dye penetration test». In
the dye penetrates into the leak. Siegelnähten von flexiblen Verpackungen12
Werkstoffe / Oberflächen RMS-Bericht 2020
Untersuchung von Modeschmuck auf Schwermetalle
Determination of heavy metals in fashion jewelry
I n Modeschmuck stellt man immer wieder
deutliche Überschreitungen des zulässigen
Blei- und Cadmiumgehaltes fest. Seit 2012
I n fashion jewelry, the permissible lead and
cadmium content is repeatedly found to be
significantly exceeded. Since 2012 the le-
F. Bigolin
liegt der gesetzliche Grenzwert für Blei bei gal limit for lead has been 0.05 % and for
0.05 % und für Cadmium bei 0.01 % 1. Blei cadmium 0.01 % 1. Lead and cadmium are
und Cadmium sind toxische Schwermetalle, toxic heavy metals that damage the metabo-
die den Stoffwechsel schädigen. Ein weiteres in lism. Another critical element is known to be
diesem Zusammenhang kritisches Element ist nickel. A nickel contact allergy manifests itself
bekanntlich Nickel. Eine Nickelkontaktallergie in burning, itching, blistering, swelling and ec-
äussert sich in Brennen, Jucken, Blasenbildung, zema. If the nickel content is high, the release
Schwellungen und Ekzemen. Bei hohen of nickel into the skin can be checked with a
Nickelgehalten kann die Nickelabgabe an
Abbildungen:
die Haut mit einem Teststreifen überprüft
Modeschmuck 1 (oben)
werden. Verfärbt sich der Streifen rot
Modeschmuck 2 (unten)
(Nickel-Dimethylglyoxim-Komplex), ist das
Schmuckstück gesundheitsgefährdend. Ein Unten links:
mal erworben, bleibt eine Nickelallergie meist Blau: RFA-Spektrum
lebenslänglich bestehen. Modeschmuck 1
Mit der Röntgenfluoreszenzspektroskopie mit < 0.007 % Blei.
(RFA) können diese Elemente einfach und für Rot: RFA-Spektrum
das Schmuckstück zerstörungsfrei gemessen Modeschmuck 2
mit 0.39 % Blei.
werden.
In unserem Beispiel liess ein Händler einge- Figures:
kauften Modeschmuck in der RMS Foundati-
Fashion jewelry 1 (top)
on auf deren Gehalt an Blei, Cadmium und Fashion jewelry 2 (bottom)
Nickel überprüfen. Der Gehalt von Blei lag
bei einem Schmuckstück mit 0.39 % fast um Bottom left:
das Achtfache über dem gesetzlichen Grenz- Blue: XRF spectrum fashion
wert. Die Gehalte an Cadmium und Nickel jewelry 1 with < 0.007 % lead.
erfüllten die gesetzlichen Vorgaben. Red: XRF spectrum fashion
jewelry 2 with 0.39 % lead.
test strip. If the strip turns red (nickel dimeth-
ylglyoxime complex), the piece of jewelry is
hazardous to health. Once acquired, a nickel
allergy usually lasts for life.
With X-ray fluorescence spectroscopy (XRF)
these elements can be measured easily and
non-destructively for the piece of jewelry.
In our example, a retailer had fashion jewelry
checked at the RMS Foundation for its lead,
cadmium and nickel content. The lead con-
tent of 0.39 % in one piece of jewelry was 1
EU-Richtlinie 2011/65/EU
almost eight times higher than the legal limit. (RoHS: Restriction (guideline) of
The cadmium and nickel contents met the le- the use of certain
gal requirements. hazardous substances).13
RMS Report 2020 Materials / Surfaces
Titanschaum-Polymer-Verbund zur Überbrückung lokaler Knorpeldefekte
A titanium-foam-polymer compound to bridge local cartilage defects
T. Imwinkelried
H. Zohdi
S. Röthlisberger
K leine Knorpeldefekte im Knie könnten
durch synthetische osteochondrale
Stöpsel überbrückt werden. Titanschaum
S mall cartilage defects in the knee
might be bridged by synthetic osteo-
chondral plugs. Titanium foam as an os-
R. Gilgen als osteokonduktives Verankerungsma- teoconductive anchoring material could
R. Heuberger terial könnte mit einem polymeren Gleit- be combined with a polymeric gliding
material kombiniert werden, das entlang material which would slide along the op-
in collaboration with des gegenüberliegenden natürlichen
posed natural cartilage. A first feasibility
Prof. Dr. S. Eggli, Klinik Knorpels gleitet. Ein erster Machbarkeits-
Sonnenhof, Bern test was carried out using ultra-high-mo-
test wurde mit ultrahochmolekularem Po-
lyethylen (UHMWPE) durchgeführt. Das lecular-weight polyethylene (UHMWPE).
Polymer wurde unter erhöhter Temperatur The polymer was infiltrated into titanium
und erhöhtem Druck in Titanschäume in- foams using increased temperature and
filtriert. Getestet wurden pressure. Titanium foams with four differ-
Titanschäume mit vier ver- ent porosities and two different pore sizes
schiedenen Porositäten were tested. The infiltration depth exceed-
und zwei verschiedenen ed 1 mm in all cases and the UHMWPE
Porengrössen. Die Infilt- was so well anchored that it could only be
rationstiefe betrug in al- pulled out by shear forces exceeding the
len Fällen mehr als 1 mm strength of the polymer bulk.
und das UHMWPE war so
gut verankert, dass es nur The tribologic situation in the knee was si-
durch Scherkräfte, die die mulated in vitro by an inverted setup with
Festigkeit von Polyethylen a porcine cartilage pin sliding against a
übersteigen, herausgezo- polymer disc. The friction coefficients in
gen werden konnte. protein containing fluid were an order of
Die tribologische Situati- magnitude higher than for cartilage alone
on im Knie wurde in vitro and the presence of a gap turned out
durch einen umgekehrten to be detrimental to cartilage wear. Al-
Aufbau mit einem Schwei- though UHMWPE is not suitable for the
neknorpelstift, der gegen eine Polymer- application, other more hydrophilic poly-
scheibe gleitet, simuliert. Die Reibungs- mers might present a viable option.
koeffizienten in proteinhaltiger Flüssigkeit
waren um eine Grössenordnung höher als
bei Knorpel allein, und das Vorhanden-
sein eines Spalts erwies sich als nachtei-
lig für den Knorpelverschleiss. Obwohl
Abbildungen: UHMWPE für die An-
Schematische Darstellung eines wendung nicht geeig-
Titanschaum-Polymer-Stöpsels net ist, könnten andere,
zur Überbrückung lokaler hydrophilere Polymere
Knorpeldefekte im menschli- eine gangbare Option
chen Knie. darstellen.
Querschnitt eines offenporösen
Titanschaums, mit UHMWPE
infiltriert (Pfeillänge 1.5 mm).
Figures:
Schematic representation of a
titanium-foam-polymer plug
bridging a local cartilage
defect in the human knee.
Cross-section of an open-pore
titanium foam infiltrated with
UHMWPE (arrow length 1.5
mm).14
Werkstoffe / Oberflächen RMS-Bericht 2020
Entwicklung einer künstlichen Synovialflüssigkeit für Triboversuche
Development of a synthetic synovial fluid for tribological testing
V erschleissversuche von Gelenkprothe-
sen werden meist mit verdünntem Rinder-
serum als Schmierflüssigkeit durchgeführt.
concentration and the protein composition of
the serum-based test liquids vary. In addition,
the viscosity of these test liquids is similar to
E. Bortel
B. Charbonnier
R. Heuberger
Die Ergebnisse aus verschiedenen Labors sind that of water and does not match the more
schwierig zu vergleichen, da z. B. die Protein viscous synovial fluid.
konzentration und die Proteinzusammenset- A diploma thesis
zung der Testflüssigkeiten variieren. Ausser- was conducted at
dem ist die Viskosität dieser Testflüssigkeiten the RMS Foundation
ähnlich der von Wasser und entspricht nicht and aimed at de-
der zähflüssigeren Synovialflüssigkeit. veloping a synthetic
Ziel dieser Arbeit war es, eine synthetische synovial fluid as an
Synovialflüssigkeit als Alternative zu den be- alternative to the ex-
stehenden Testflüssigkeiten zu entwickeln. isting test liquids. Im-
Hyaluronsäure (HA), die lyophilisierten Pro- proved consistency
teine Rinderserumalbumin (BSA) und Immun- and reproducibility
globulin G (IgG), das Phospholipid Lecithin of results at a similar
(PL) und Salze wurden in einem schrittwei- price were required.
sen Ansatz eingesetzt, um die Testflüssigkeit Hyaluronic acid
auf der Basis von Rinderserum zu ersetzen. (HA), the lyophilized
Durch die Konzentration der Hyaluronsäure proteins bovine serum albumin (BSA) and im- Abkürzungen / Abbreviations:
munoglobulin G (IgG), the phospholipid leci- HiSi-Mix: Hip simulator test
konnte die Viskosität der Testflüssigkeiten der-
thin (PL) and salts were applied in a stepwise liquid according to
jenigen von humanen Synovialflüssigkeiten ISO 14242-1,
angeglichen werden. Pin-on-Disc-Verschleiss approach to replace the actually used test liq-
HA: hyaluronic acid,
tests wurden mit Stiften aus ultrahochmoleku- uid based on newborn calf serum.
NCS: newborn calf serum,
larem Polyethylen (UHMWPE) auf CoCrMo- The in vitro results obtained with ultra-high- RS: Ringer solution,
Scheiben durchgeführt. Geschmiert mit den molecular-weight polyethylene (UHMWPE) BSA: bovine serum albumin,
künstlichen Synovialflüssigkeiten, nahm die pins sliding vs. CoCrMo discs revealed that IgG: immunoglobulin G,
Reibung bei höheren Geschwindigkeiten ab the developed synthetic synovial fluid fulfils PL: phospholipid.
– wie von der Stribeck-Theorie vorhergesagt. the set requirements: increase of viscosity,
Somit fand durch den Einsatz der Hyaluron- reasonable cost, improved consistency and
säure ein Wechsel von der Grenzflächen- wear particles that resemble the ones found
schmierung zur gemischten Schmierung statt, in vivo.
wo die Synovialflüssigkeit einen Teil Abbildungen:
der Last übernahm. Oben: Scherratenabhängigkeit
der Viskosität verschiedener
Die entwickelte synthetische Syno- Testflüssigkeiten und Vergleich
vialflüssigkeit mit 3 g/L HA, 19 g/L mit der Literatur.
BSA, 11 g/L IgG, 0,1 g/L PL und
Unten: Stribeck-Plot mit den
Ringerlösung erfüllt die gestellten Reibungskoeffizienten von
Anforderungen: Erhöhung der Vis- UHMWPE-Pins vs. CoCrMo-
kosität, angemessene Kosten, ver- Scheiben, die mit verschiedenen
besserte Konsistenz und Verschleiss Testflüssigkeiten geschmiert
partikel, die den in vivo gefundenen wurden.
ähneln. Sie ist somit eine realistische
Alternative zu der verwendeten se- Figures:
rumbasierten Testflüssigkeit. Bei Top: Shear rate dependence
neueren Langzeitstudien wurde zu- of the viscosity of different test
liquids and comparison to the
sätzlich Natriumazid zugegeben, um das Bak- The developed synthetic synovial fluid with 3
literature.
terienwachstum zu unterbinden. g/L HA, 19 g/L BSA, 11 g/L IgG, 0.1 g/L PL
Bottom: Stribeck plot with
and Ringer solution is a more realistic alterna- the friction coefficients of
W ear tests of joint prostheses are usually
performed using bovine calf serum. The
results from different laboratories are hardly
tive to the used serum-based test liquid. For
newer, long-term studies, sodium azide was
added in order to inhibit bacterial growth.
UHMWPE pins vs. CoCrMo
discs lubricated with different
test liquids. The sliding speeds
ever comparable as, for example, the protein varied between 1 and 20 mm/s.15
RMS Report 2020 Materials / Surfaces
Metallische Abriebpartikel in humanem Weichgewebe
Metal wear particles in human soft tissue
R. Heuberger
O. Loeffel
A. Lau
B ei einer fortgeschrittenen Arthrose im
Kniegelenk ist der Knorpel so weit ge-
schädigt, dass Knochen auf Knochen reibt.
I n severe osteoarthritis of the knee joint, the
cartilage is damaged to such an extent that
bone rubs against bone. This is very painful
Dies ist sehr schmerzhaft und schränkt die and restricts the mobility of the affected per-
Mobilität des Betroffenen stark ein. In die- son. In these cases, the knee can be largely
sen Fällen kann das Knie durch den Einsatz restored by using knee joint prostheses. Knee
von Kniegelenkprothesen weitgehend wie- prostheses typically consist of metallic com-
derhergestellt werden. Knieprothesen beste- ponents (CoCrMo alloy) that rub on polyethy
hen typischerweise aus Metallkomponenten lene inlays. Depending on the design of the
(CoCrMo-Legierung), die auf Einlagen aus prosthesis, however, there are also metallic
Polyethylen reiben. Je nach Ausführung der components that rub on metal. The question
Prothese gibt es aber auch Metallkomponen- here is how large the metallic wear particles
ten, die auf Metall reiben. Hier stellte sich die are.
This question was
investigated using bi-
opsies of soft tissues.
These were taken
from patients who
needed a revision
of the knee pros-
thesis. Thin sections,
so-called histologies,
of the biopsies were
prepared at the Uni-
versity Hospital of
Basel and the condi-
tion of the tissue was
Abbildungen: Frage, wie gross die metallenen Abriebparti- examined and assessed microscopically. Af-
Histologie einer Knieprobe: kel sind. ter drying in vacuum, non-stained histologies
REM-Aufnahme im Sekundär- were examined at the RMS Foundation with
Diese Frage wurde anhand von Weichge-
elektronenmodus für die the scanning electron microscope (SEM). De-
optimale Darstellung der
webeproben untersucht. Diese wurden Pa-
tienten/Patientinnen entnommen, die eine pending on the sample, none to few particles
Topographie (links) und im
Revision der Knieprothese benötigten. Von in the submicrometer range were detected.
Rückstreuelektronenmodus für
den optimalen Materialkontrast den Gewebeproben wurden am Universi- By means of energy dispersive X-ray analysis
(rechts), in welchem die schwe- tätsspital Basel dünne Schnitte präpariert, (EDX) it was possible to distinguish between
ren Partikel heller erscheinen. sogenannte Histologien, und der Zustand metal particles and other particles (e.g. cal-
Unten: Detaillierte REM- des Gewebes mikroskopisch untersucht und cium phosphate).
Aufnahme der Histologie mit beurteilt. Nach einem Trocknen im Vakuum
einzelnen, hell erscheinenden wurden nicht eingefärbte Histologien in der
Metallpartikeln.
RMS Foundation mit dem Rasterelektronen-
mikroskop (REM) untersucht. Je nach Probe
Figures:
wurden einzelne Partikel im Submikrometer-
Histology of a biopsy of the
knee (soft tissue): SEM image bereich nachgewiesen. Mittels energiedisper-
of a histology in the second- siver Röntgenanalyse (EDX) konnte zwischen
ary electron mode to show the Metallpartikeln und anderen Partikeln (z. B.
topography (left) and in the Kalziumphosphat) unterschieden werden.
backscattered electron mode In den Gewebeproben wurden nur sehr we-
for optimal material contrast
nige Metallpartikel im Submikrometerbereich
(right), whereas the heavy
particles appear brighter.
gefunden. Diese Ergebnisse wurden zur Beur-
Only very few metal particles in the submicro
teilung der Auswirkungen des Metallabriebs
Bottom: Detailed SEM image meter range were detected in the biopsies.
of the histology with few, bright auf die Patienten/Patientinnen verwendet.
These results were used to assess the effects
appearing metal particles. of metal wear on patients.16
Bio- & Strukturmechanik RMS-Bericht 2020
Optische Oberflächenanalyse von AM-Strukturen
Optical surface analysis of AM structures
D as Additive Manufacturing (AM) hat sich
in den letzten Jahren zu einer vielverspre-
chenden Herstelltechnologie mit revolutio-
I n recent years, additive manufacturing (AM)
has developed into a promising manufactur-
ing technology with revolutionary possibilities
A. Butscher
R. Heuberger
R. Gilgen
nären Möglichkeiten wie «Komplexität zum such as «complexity for free». However, the
Nulltarif» entwickelt. Die physikalischen Eigen- physical properties of these inhomogeneous
schaften dieser inhomogenen, in Schichten or layer-based components are often neither
aufgebauten Bauteile sind jedoch oft weder known nor assessable. This is associated with
bekannt noch abschätzbar. Damit verbunden new risks and challenges with regard to the
sind neue Risiken und Herausforderungen in quality and reliability of such products, espe-
Bezug auf Qualität und Zuverlässigkeit derar- cially in medical technology applications.
tiger Produkte, speziell bei Anwendungen in In this project, the fatigue resistance of a struc-
der Medizintechnik. ture manufactured by AM was tested under
In dieser Arbeit wurde die Ermüdungsbestän- dynamic bending load and analyzed with an
digkeit einer mittels AM gefertigten Struktur optical method. The non-contact 3D surface
unter dynamischer Biegebeanspruchung ge- analysis allows to obtain local information at
testet und mit einem optischen Verfahren ana- visible surfaces of components during or af- Abbildung:
lysiert. Die berührungslose 3D-Oberflächen- ter loading. The information obtained allows Detail eines Flächenvergleiches
analyse erlaubt es, lokale Informationen an an insight into the design freedom of AM and zwischen «Soll» (CAD-Modell)
sichtbaren Oberflächen von Bauteilen wäh- enables nominal actual performance com- und «Ist» (optisch erfasste reale
parisons between the CAD model and the Oberfläche).
rend oder nach einer Belastung zu gewinnen.
Die ermittelten Informationen gestatten einen real surface. For example, thermally induced
Figure:
Einblick in die gestalterische Freiheit von AM residual stresses can lead to deformations of
Detail of a surface comparison
und ermöglichen Soll-Ist-Vergleiche zwischen the component, which can be quantified with between «nominal» (CAD
dem CAD-Modell und der realen Oberfläche. this method. model) and «actual» sur-
Beispielsweise können thermisch induzierte Ei- The mobile surface analysis enables appli- face (optical scan of the real
genspannungen zu Deformationen des Bau- cation-specific tests and analyses on site as surface).
teils führen, die mit dieser Methode quantifi- well as a deeper insight into the structural me-
ziert werden können. chanics of the component, which can be de-
Die mobile Oberflächenanalyse ermöglicht cisive for optimization and component safety.
anwendungsspezifische Prüfungen und Analy-
sen im Labor oder vor Ort sowie einen vertief-
ten Einblick in die Strukturmechanik des Bau-
teils, der entscheidend für die Optimierung
und Bauteilsicherheit sein kann.Sie können auch lesen
