DD222210A1 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF IMPLANT MATERIAL AS A HARD AND SOFT TISSUE SET - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Implantatmaterials als Hart- und Weichgewebeersatz fuer das Mittelgesichtsskelett. Das Implantatmaterial ist kostenguenstig herstellbar, vollsynthetisch und damit staendig verfuegbar. Graphitfolie wird einer Hochtemperaturbehandlung bei Temperaturen oberhalb 2 300 K unterworfen, anschliessend mit einer Oberflaechenprofilierung in Form alternierender Einpraegungen von Erhoehungen und Vertiefungen versehen, auf die eine pyrolytisch abgeschiedene Hartkohleschicht aufgebracht wird. Das Material weist eine sehr gute Biokompatibilitaet auf.The invention relates to a method for producing an implant material as a hard and soft tissue replacement for the mid-facial skeleton. The implant material can be produced cost-effectively, fully synthetic and thus permanently available. Graphite foil is subjected to a high-temperature treatment at temperatures above 2 300 K, then provided with a surface profiling in the form of alternating Einpraegungen of elevations and depressions on which a pyrolytically deposited hard carbon layer is applied. The material has a very good biocompatibility.
Description
,Verfahren zur Hera teilung von I-mplantatmaterial als H^'b^ unT^eichge We be ersatz, Method for the distribution of implant material as a H ^ b ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
,Anwendungsgebiet der Erfindung, Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Implantatraaterial» das sich zum alloplastisohen Gewebeersatz bestimmter Wandstrukturen des Gesichtsskeletts eignet.The invention relates to a method for the production of implant material, which is suitable for the alloplastic tissue replacement of certain wall structures of the facial skeleton.
Charakteristik der bekannten LösungenCharacteristic of the known solutions
Zur Herateilung bzw. Gewinnung von Gewebeersats flir bestimmte Wandstrukturen des Mittelge'sichtsskeletts, u.a. von dünnen knöchernen und bindegewebigen Strukturen des Nasenhöhlen-Systems, der Augenhöhlenwände und der frontalen Schädelbasis, werden folgende Verfahren angewendetϊFor the manufacture or recovery of tissue aggregate for certain wall structures of the mid-aspect skeleton, i.a. of thin bony and connective tissue structures of the nasal cavity system, the orbital walls and the frontal skull base, the following procedures are usedϊ
- Entnahme von körpereigenem Knochen oder Knorpel von einer anderen Körperregion und Transplantation in den vorhandenen Defekt»- Removal of endogenous bone or cartilage from another body region and transplantation into the existing defect »
- Chemische Denaturierung von V/eiohgewebe, das aus der harten Hirnhaut menschlicher Leichen entnommen wurde, sogenannte lyophilisierte Dura mater.Chemical denaturation of tissue derived from the hard meninges of human corpses, so-called lyophilized dura mater.
~ Weiterverarbeitung von Polymeren mit bekannten Verfahren der Plastverarbeitung.~ Further processing of polymers by known methods of plastic processing.
Diese bekannten Verfahren zur Gewinnung bzw. Herstellung des Implantatmaterials haben wesentliche Nachteile. Bei der Verwendung körpereigener Implantate ist eine Zweitoperation zur Gewinnung des Implantatmaterials erforderlich.These known methods for obtaining or producing the implant material have significant disadvantages. When using the body's own implants, a second operation to obtain the implant material is required.
Die Präparierung und Lagerung iyophilisierter Dura mater ist sehr zeit- und kostenaufwendig. Weiterhin ist deren Lagerung auch nur begrenzte Zeit möglich, so daß eine ständige Verfügbarkeit nur mit großem Aufwand gewährleistet werden kann* Die Herstellung von Implantatmaterial aus Polymeren ist zwar aufwendig, aber ein wesentlicher Nachteil ist, daß die Gewebe» verträglichkeit nicht immer in dem erforderlichen Maße gegeben· ist.-. ; / ... - -The preparation and storage of iyophilized dura mater is very time consuming and costly. Furthermore, their storage is only limited time possible, so that a constant availability can be guaranteed only with great effort * Although the production of implant material from polymers is expensive, but a major disadvantage is that the tissue compatibility is not always to the required extent given is.-. ; / ... - -
Aus anderen Bereichen der Medizin, wie der Zahnheilkunde und Orthopädie ist es auch bekannt, Implantatmaterial aus Kohlenstoff werkst of fen zu verwenden» Die hier eingesetzten Werkstoffe sind Glaskohlenstoff bzw» mechanisch sehr feste, nur durch Zer°- spannung verforrabare Kohlenstoffwerkstoffe, die ggf» auch eine Pyrokohlenstoffbeschichtung aufweisen können» Derartige Werkstoffe können als Weich»» und Hartgewebeersatz . nicht eingesetzt werden.It is also known from other fields of medicine, such as dentistry and orthopedics, to use implant material made of carbon steel. The materials used here are glassy carbon or mechanically very solid carbon materials that can only be applied by means of Zero stress may have a pyrocarbon coating. Such materials may be used as soft and hard tissue substitutes. not be used.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines vollsynthetischen Implantatmaterials als Hart- und Weichgewebeersatz zu schaffen, das kostengünstig hergestellt werden kann, praktisch unbegrenzt lagerfähig ist und dabei eine sehr hohe .Biokompatibilität besitzt«The aim of the invention is to provide a method for producing a fully synthetic implant material as a hard and soft tissue replacement, which can be produced inexpensively, is virtually unlimited shelf life and thereby has a very high .Biocompatibility «
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines vollsynthetischen Implantatmaterials zu schaffen, daß es ermöglicht, einen Werkstoff aus der Gruppe der Kohlenstoffwerkstoff e als Hart- und Weichgewebeersatz für Wandstrukturen des Gesichtsskeletts zu verwenden.The object of the invention is to provide a method for producing a fully synthetic implant material, which makes it possible to use a material from the group of carbon material e as a hard and soft tissue replacement for wall structures of the facial skeleton.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß handelsübliche Graphitfolie, die an sich als Implantatmaterial völlig ungeeignet ist, als Ausgangswerkstoff für das erfindungsgemäße Verfahren dient«, -According to the invention, this object is achieved in that commercially available graphite foil, which is completely unsuitable as an implant material, as a starting material for the process according to the invention is used,
Graphitfolie ist ein flächenhafter Kohle ns toffwe'rkst off, derGraphite foil is a sheetlike coal ns toffwe'rkst off, the
sieh bei Schichtdicken von 0,1 bis 1 mm durch Biegsamkeit, leichte Bearbeitbarkeit sowie durch eine hohe Gas- und PlUssigkeitaundurchlässigkeit senkrecht zur Folienebene auszeichnet.With layer thicknesses of 0.1 to 1 mm it is characterized by flexibility, easy machinability and by a high gas and liquid impermeability perpendicular to the film plane.
Handelsübliche Graphitfolie ist aufgrund ihrer Herstellung und Eigenschaften für medizinische Einsatzzwecke ungeeignet. Herstellungsbedingt kann sie 2- bis 3 Ma-% raineralogische Verunreinigungen sowie Reste starker Säuren enthalten. ZUgfestigkeit und Biegsamkeit sind für die medizinische Anwendung unzureichend* Graphitfolie neigt bei starker Biegebeanspruchung zum Brechen. Weiterhin ist dieOberflächenabriebfestigkeit gering«Commercially available graphite foil is unsuitable for medical use because of its preparation and properties. As a result of its production, it may contain 2 to 3% by mass of raineralogical impurities as well as residues of strong acids. Tack resistance and flexibility are inadequate for medical use * Graphite foil tends to break under heavy bending conditions. Furthermore, the surface abrasion resistance is low «
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß Graphitfoli© einer Hochtemperaturbehandlung bei Temperaturen oberhalb 23OO K unterworfen wird, danach eine Profilierung der Oberfläche in Form alternierender Einprägungen von Erhöhungen und Vertiefungen derart erfolgt, daß die zusätzliche Verformung der Graphitfolie an keiner Stelle 30 % der Foliendicke übersteigt und abschließend eine pyrolytische Hartkohlesohicht aufgetragen wird.The inventive method is that Graphitfoli © is subjected to a high temperature treatment at temperatures above 2300 K, then a profiling of the surface in the form of alternating impressions of elevations and depressions is such that the additional deformation of the graphite foil at any point exceeds 30 % of the film thickness and Finally, a pyrolytic Hartkohlesohicht is applied.
Die pyrolytische Hartkohleschicht wird in einem Temperaturbereich von 13ΟΟ bis 1600 K aus Kohlenwasserstoffen bei Dampfdrücken von 1 bis 20 Torr abgeschieden, nachdem vor Beginn der Beschichtung die gesamte Apparatur mit der darin befindlichen vorbereiteten Graphitfolie auf ein Vakuum von mindestensThe pyrolytic hard carbon layer is deposited in a temperature range of 13ΟΟ to 1600 K from hydrocarbons at vapor pressures of 1 to 20 Torr, after the beginning of the coating, the entire apparatus with the prepared graphite foil therein to a vacuum of at least
5 x 10 Torr gebracht wurde. 5 x 10 torr was brought.
Die Profilierung kann durch Prägung mit einer gerippten Walze als Parallelstreifenanordnung oder als kreuzweise Streifenanordnung erfolgen.The profiling can be done by embossing with a ribbed roller as a parallel strip arrangement or as a crosswise strip arrangement.
Besonders günstige Eigenschaften bezüglich der Verformbarkeit des Implantatmaterials werden erreicht, wenn dife Oberflächen-Particularly favorable properties with respect to the deformability of the implant material are achieved if dife surface
profilierung als unterbrochene Hoch- und Tief prägung in Kreuzrasteranordnung erfolgt. profiling as interrupted high and low embossing takes place in cross grid arrangement.
Durch die erfindungsgemäße Hochtemperaturbehandlung werden . die nestartigen mineralogischen Verunreinigungen sowie etwaige Säureriickstände vollständig ausgetrieben bzw. auf medizinisch unbedenkliche Werte herabgesetzt· Gleichzeitig wird durch eine temperaturinduzierte Ausrichtung der Graphitlamellen die Steifheit des Materials erheblich verbessert»By the high temperature treatment according to the invention. the nest-like mineralogical impurities as well as any acid residues are completely expelled or reduced to medically harmless values · At the same time the stiffness of the material is considerably improved by a temperature-induced alignment of the graphite fins »
Durch die anschließende Oberflächenprofilierung wird ein Komplex von Eigenschaften geschaffen, der die Nutzung der pyrolytischen Kohlenstoffbeschichtung zur Festigkeitserhöhung bei gleichzeitiger Verbesserung der Biegsamkeit überhaupt erst möglich machte Glatte, nichtprofilierte Graphitfolie ist bei aufgebrachten Pyrokohlenstoffschichten von Schichtdicken größer als 0,5 - 1 Aim bereits so steif und brüchig, daß ein Einsatz'für den genannten biomedizinischen Zweck ausscheidet.The subsequent surface profiling creates a complex of properties that made the use of the pyrolytic carbon coating to increase strength and simultaneously improve flexibility even smoother, non-profiled graphite foil is already so stiff and stiff with applied pyrocarbon layers of layer thicknesses greater than 0.5-1 Aim it is fragile that an operation is eliminated for the said biomedical purpose.
Durch die Art der Profilierung können die Eigenschaften der Folie anwendungsspezifisch in weiten Grenzen variiert werden. Eine Parallelprofilierung bewirkt eine sehr gute Biegsamkeit und Dehnbarkeit in der Richtung senkrecht zur Rippenanordnung, so daß mit Zunahme der Dicke der hochfesten pyrolytischen Deckschicht große Festigkeiten realisiert werden können. Jedoch nehmen Steifheit und damit Bruchgefahr beim Anpassen an den Skelettdefekt in der Richtung quer zu den Rippen erheblich zu. 'Due to the type of profiling, the properties of the film can be varied within a wide range of application-specific applications. A parallel profiling results in a very good flexibility and extensibility in the direction perpendicular to the rib arrangement, so that with increasing thickness of the high-strength pyrolytic cover layer large strengths can be realized. However, stiffness and thus the risk of breakage when adapting to the skeletal defect in the direction transverse to the ribs increases considerably. '
Für viele Zwecke ist eine Kreuzrasterprägung zweckmäßig,da hiermit gute Steifigkeiten bei hoher verbleibender Biegsamkeit in allen Richtungen erzielt werden können. Ferner bietet eine Kreuzrasterprägung Vorteile bei der Langzeitfixierung der Folie im Gewebe, da das native Gewebe von beiden Seiten in die alternierenden Rasterfächer einwächst und damit eine feste Verankerung bewirkt»Cross-crimping is useful for many purposes because it allows good stiffness to be achieved with high remaining flexibility in all directions. Furthermore, a cross-raster embossing offers advantages in the long-term fixation of the film in the tissue, since the native tissue from both sides grows into the alternating raster subjects and thus causes a firm anchorage »
Die Prägung ist nur dann wirksam, wenn sie in Form von alternierenden Erhebungen und Vertiefungen ohne wesentliche zusätzliche Verdichtung der Folie aufgebracht wird. Die erfindungsgemäß abgeschiedene Hartkohleschicht hat den besonderen Vorteil der hohen Anisotropie der physikalischen Eigenschaften. Besondere Bedeutung hat hier die ÜbereinstimmungThe embossing is effective only when applied in the form of alternating peaks and valleys without substantial additional densification of the film. The hard carbon layer deposited according to the invention has the particular advantage of high anisotropy of the physical properties. Special importance here has the agreement
. - 5 - . · , - 5 -. ·
der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Graphitfolienunterlage und der aufgebrachten Pyrokohlenstoffschicht. Weiterhin weist die Deckschicht hohe Härte und Abriebfestigkeit, hohe Reinheit, hohe Zugfestigkeit sowie eine hervorragende Biokompatibilität auf.the coefficient of thermal expansion of the graphite foil backing and the applied pyrocarbon layer. Furthermore, the cover layer has high hardness and abrasion resistance, high purity, high tensile strength and excellent biocompatibility.
Ausführungsbeispielembodiment
Me Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.Me invention will be explained in more detail below in exemplary embodiments.
.Be is pie I1J1 .Be is pie I 1 J 1
Graphitfolie von 0,5 tarn Dicke und mit einem Aschegehalt von 0,9 % wird 30 Minuten einer thermischen Behandlung bei 25OO K unterworfen und anschließend zwischen 2 versetzten Walzen mit einer Kreuzmusterrasterung derart versehen, daß die kreuzweise angebrachten Erhöhungen und Vertiefungen sich abwechseln und die geglühte Folie an keiner Stelle dabei eine Dickenveränderung erfährt, die über 30 % der Ausgangsdicke liegt. Anschließend wird die oberflächenprofilierte FolieGraphite foil of 0.5 tarn thickness and with an ash content of 0.9 % is subjected to a heat treatment at 2500 K for 30 minutes and then provided with a cross pattern grid between 2 staggered rolls such that the crosswise raised and recesses alternate and the annealed Foil does not experience a change in thickness at any point, which is more than 30 % of the initial thickness. Subsequently, the surface profiled foil
—2 unter einen Vakuum von 5x10 Torr auf eine Temperatur von-2 under a vacuum of 5x10 Torr to a temperature of
1515 * 2 K aufgeheizt, Wach Erreichen dieser Temperatur wird η-Hexan bei einem Druck von 3»5 Torr 30 Minuten über die Folie geleitet.1515 * 2 K heated, awake At this temperature, η-hexane is passed over the film at a pressure of 3 »5 torr for 30 minutes.
Nach der Beschichtung weist die Folie eine harte verschleißfeste Oberflächenschicht von 2 yum Dicke, einen Ascheg'ehalt von kleiner 0,01 Gew»-% und eine gegenüber dem Ausgangszustand um den Faktor 2,5 höhere Zugfestigkeit bei erhöhter Steifheit und gut ausgebildeter Biegsamkeit in allen Richtungen auf.After coating, the film has a hard wear resistant surface layer of 2 μm thick, an ash content of less than 0.01% by weight and a tensile strength higher by a factor of 2.5 compared to the starting state, with increased rigidity and well-formed flexibility in all Directions on.
Beispiel 2 . ,Example 2. .
Graphitfolie von 0,2 mm Dicke wird gemäß Beispiel 1 hochtempe~ raturgeglüht, anschließend mit einer Parallelprofilierung versehen und bei 1600 K 90 Minuten beschichtet. Die Schichtdicke beträgt danach 10yum ,Die Folie weist eine um den Eaktor 5 erhöhte Zugfestigkeit bei noch vorhandener Biegsamkeit in der Richtung senkrecht zum Verlauf der Profilierungarippen auf·Graphite foil with a thickness of 0.2 mm is subjected to high-temperature annealing according to Example 1, then provided with a parallel profiling and coated at 1600 K for 90 minutes. The film thickness is then 10 μm. The film has a tensile strength increased by the factor 5, with the flexibility still present in the direction perpendicular to the profile of the profiling ribs.
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DD26092984A DD222210A1 (en) | 1984-03-15 | 1984-03-15 | METHOD FOR THE PRODUCTION OF IMPLANT MATERIAL AS A HARD AND SOFT TISSUE SET |
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EP1423271A1 (en) * | 2001-05-31 | 2004-06-02 | Advanced Energy Technology Inc. | Method for preparing composite flexible graphite material |
-
1984
- 1984-03-15 DD DD26092984A patent/DD222210A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1423271A1 (en) * | 2001-05-31 | 2004-06-02 | Advanced Energy Technology Inc. | Method for preparing composite flexible graphite material |
EP1423271A4 (en) * | 2001-05-31 | 2008-04-30 | Graftech Int Holdings Inc | Method for preparing composite flexible graphite material |
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