DD295827A5

DD295827A5 - FORMKOERPER FOR CONTACT WITH HARD FIBER

Info

Publication number: DD295827A5
Application number: DD32017388A
Authority: DD
Inventors: Georg Berger; Gabriele Steinborn; Gert Neumann; Robert Becker
Original assignee: Zentralinstitut Fuer Anorganische Chemie,De; Zentralinstitut Fuer Organische Chemie,De
Priority date: 1988-09-27
Filing date: 1988-09-27
Publication date: 1991-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft Formkoerper auf Basis bioaktiver Kompositmaterialien aus physiologisch unbedenklichen Polyurethanen und einem keramischen Material aus der Gruppe alpha-Tricalciumphosphat (TCP); alpha-TCP plus beta-TCP; Mischkristalle der Reihe beta-TCP - Ca7Mg2P6O24; und Apatit plus Mischkristalle der Reihe beta-TCP - Ca7Mg2P6O24. Beschrieben wird auch ein Herstellungsverfahren. Die neuen Formkoerper fuer den Hartgewebeersatz weisen gegenueber bekannten Polyurethankompositen geringere Quellung und Auslaugbarkeit auf.{Formkoerper, bioaktive; Kompositmaterialien; Polyurethan, biokompativel; Keramik, bioaktive; Tricalciumphosphat; Mischkristalle, bioaktive; Bioaktivitaet; Knochenersatzstoffe}The invention relates to molds based on bioactive composite materials of physiologically acceptable polyurethanes and a ceramic material from the group alpha-tricalcium phosphate (TCP); alpha-TCP plus beta-TCP; Mixed Crystals of the Beta-TCP Series - Ca7Mg2P6O24; and Apatite plus mixed crystals of the beta-TCP series - Ca7Mg2P6O24. Also described is a manufacturing process. The new moldings for hard tissue replacement have lower swelling and leachability than known polyurethane composites. {Form Body, Bioactive; composite materials; Polyurethane, biocompatible; Ceramics, bioactive; tricalcium phosphate; Mixed crystals, bioactive; bioactivity; Bone substitutes}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft Formkörper auf der Basis bioaktiver Kompositmaterialien aus physiologisch unbedenklichen Polyurethanen und speziellen bioaktiven Keramikmaterialien, die geeignet sind, im implantierten Zustand einen engen Knochenkontakt zu bilden und die nur eine geringe Quellung aufweisen.The invention relates to moldings based on bioactive composite materials of physiologically acceptable polyurethanes and special bioactive ceramic materials which are suitable for forming a tight bone contact in the implanted state and which have only a small swelling.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Die Implantation von Knochenersatzmaterialien hat sich in den letzten 15 Jahren in der Welt zu einer üblichen Therapie für verschiedenste Knochendefekte entwickelt. Dabei ist das Ziel der Verwendung zementloser Implantate insbesondere bei tragenden Implantaten und deren Langzeitstabilität im Implantatlager durch einen hohen Knochenkontaktgrad zwischen dem Hartgewebe und dem Implantat zu erreichen.The implantation of bone replacement materials has become a common therapy for a variety of bone defects in the world over the last 15 years. The goal of using cementless implants, in particular in the case of load-bearing implants and their long-term stability in the implant bed, can be achieved by means of a high degree of bone contact between the hard tissue and the implant.

Auch auf dem Gebiet des künstlichen Gelenkersatzes sind Knochenersatzmaterialien für eine möglichst feste Bindung zwischen Knochen und Prothesen von Bedeutung. Gegenwärtig werden hier bevorzugt bioinerte Materialien mit hoher Festigkeit wie Titan, Aluminiumoxidkeramik und hochfeste Cobaltlegierungen eingesetzt.Also in the field of artificial joint replacement bone replacement materials for a strong bond between bone and prostheses are of importance. At present, bio-inert high-strength materials such as titanium, alumina ceramics and high-strength cobalt alloys are preferably used here.

Implantate auf Basis bioinerter Materialien zeigen eine langsame Einheilung und einen großen Modulunterschied zwischen Implantat und Knochen.Implants based on bioinert materials show a slow healing and a large module difference between implant and bone.

Darin kann die Ursache für ein Prothesenversagen nach längerer Implantationszeit liegen. Reoperationsraten bis zu 12% rechtfertigen daher die ständige Suche nach neuen, besseren Werkstoffen. Aus diesem Grund wird versucht, mit bioaktiven keramischen Werkstoffen bzw. durch verschiedene Kunststoffe den Verbund zwischen Knochen und Prothesen zu verbessern.This may be the cause of a prosthesis failure after a long implantation time. Reoperation rates of up to 12% therefore justify the constant search for new, better materials. For this reason, it is attempted to improve the bond between bones and prostheses with bioactive ceramic materials or through various plastics.

Bioaktive Implantatwerkstoffe unterscheiden sich von bioinerten Materialien entsprechend einer Definition von Hench durch die Fähigkeit, aufgrund der Freisetzung von Ionen (Ca²⁺, PO4") den Stoffwechsel zu beeinflussen. Daß die Bioaktivität von Implantatwerkstoffen überhaupt notwendig ist, ergibt sich aus Haftfestigkeitsmessungen. Es zeigte sich, daß an bioaktiven Oberflächen größere Haftkräfte nach kürzerer Zeit auftreten. Nachteilig wirkt sich bei reinem Biokeramikmaterial dessen Sprödigkeit und Härte aus. Korrekturen an Implantaten sind während der Operation nicht möglich, und erfordern extrem harte Werkzeuge mit Diamanthärte zu ihrer Bearbeitung. Um diese Nachteile zu umgehen, werden zunehmend Verbundmaterialien auf Basis von Kunststoffen mit bioaktiven Füllstoffen eingesetzt.Bioactive implant materials differ from bioengineered materials according to Hench's definition of the ability to affect metabolism due to the release of ions (Ca ²⁺ , PO 4 ") .The bioactivity of implant materials is indicated by adhesion measurements The disadvantage is that pure bio-ceramic material is brittle and has a hardness, that implants can not be corrected during surgery, and that extremely hard diamond-hardened tools are required to handle them Compound materials based on plastics with bioactive fillers are increasingly being used.

Als Kunststoffe bieten sich aufgrund ihrer guten Biokompatibilität auch im Bereich von Hartgewebe Polyurethane an.Due to their good biocompatibility, polyurethanes are also available in the field of hard tissue as plastics.

Polyurethane sind zur Herstellung von in der Medizintechnik einsetzbaren Formstoffen, die auch als Biomaterial bezeichnet werden, als besonders geeignet einzuschätzen, da zu deren Herstellung keinerlei Initiatoren, Beschleuniger, Weichmacher, Stabilisatoren und ähnliche später migrierende und teilweise toxische Zusätze notwendig sind. Darüber hinaus erfolgt die Verarbeitung im allgemeinen lösungsmittelfrei.Polyurethanes are to be estimated as particularly suitable for the production of moldings which can be used in medical technology, which are also referred to as biomaterials, since their preparation does not require any initiators, accelerators, plasticizers, stabilizers and similar later migrating and partially toxic additives. In addition, the processing is generally solvent-free.

Die Polyadditionsreaktion bei Polyurethanen erfolgt durch Anlagerung der reaktionsfreudigen Diisocyanate an Verbindungen, die aktive Wasserstoffatome besitzen. Als solche werden z. B. Polyhydroxyverbindungen mit zwei oder mehr OH-Gruppen und unterschiedlichem Molekulargewicht eingesetzt.The polyaddition reaction in polyurethanes takes place by addition of the reactive diisocyanates to compounds which have active hydrogen atoms. As such, z. B. Polyhydroxy compounds having two or more OH groups and different molecular weight.

Diese als Polyole bezeichneten Verbindungen stellen meist Oligomere auf Basis verschiedener monomerer Verbindungen dar, die durch ihre chemische Struktur die Eigenschaften der Polyurethane weitestgehend bestimmen.These compounds, referred to as polyols, usually represent oligomers based on various monomeric compounds, which largely determine the properties of the polyurethanes through their chemical structure.

Entsprechend der angestrebten Bioaktivität sind Verbundmaterialien aus einem Polyurethan und einem bioaktiven Füllstoff durch einfache Technologien herstellbar.Depending on the desired bioactivity composite materials of a polyurethane and a bioactive filler can be produced by simple technologies.

Daß Polyurethane mit bioaktiven Füllstoffen hohe Festigkeiten und einen an den Knochen angepaßten Modul besitzen ist aus der Schrift DD 222666 bekannt. Es ist zu vermuten, daß die die Bioaktivität auslösenden Ionen durch das Polyurethan diffundieren können. Aus Ergebnissen von Knochenkontaktmessungen über der Zeit geht hervor, daß für eine hohe Haftkraft zwischen Knochen und Implantat insbesondere der Zeitraum 0 bis 30 Tage nach Implantation von besonderer Bedeutung ist. In diesem Zeitraum sind insbesondere hohe lonenströme zur Stimulierung des Knochenwachstums notwendig. Es zeigt sich, daß die bisherigen Verbundmaterialien durch die vollständige Umhüllung des biokeramischen Füllstoffs den lonenstrom sehr stark einschränken. Weiterhin sind alkalihaltige Bioglaskeramiken durch eine entsprechende katalytische Wirkung in der Lage Urethangruppen hydrolytisch zu spalten, was zu einer starken Quellung und zur Minderung der mechanischen Eigenschaften führt. Auch das reine Auslösen von Alkaliionen führt schon aufgrund des Masseverlustes zu einer Schwächung des Verbundes.That polyurethanes with bioactive fillers have high strengths and adapted to the bone module is known from the document DD 222666. It can be assumed that the ions triggering the bioactivity can diffuse through the polyurethane. Results of bone contact measurements over time indicate that for a high adhesive force between bone and implant, in particular the period 0 to 30 days after implantation is of particular importance. In particular, high ion currents are needed to stimulate bone growth during this period. It turns out that the previous composite materials by the complete covering of the bioceramic filler greatly restrict the ion current. Furthermore, alkali-containing bioglass ceramics are capable of hydrolytic cleavage of urethane groups by a corresponding catalytic action, which leads to a strong swelling and to a reduction of the mechanical properties. Even the pure triggering of alkali ions already leads to a weakening of the composite due to the loss of mass.

Object of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, die Eigenschaften bioaktiver keramischer Verbundmaterialien zu verbessern.It is an object of the invention to improve the properties of bioactive ceramic composite materials.

Essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch die Modifizierung des in einen Verbund mit Polyurethanelastomeren eingebrachten Biokeramikmaterial besonders bioaktive, dem Knochen angepaßte, in der Medizintechnik anwendbare Verbundmaterialien zur Herstellung von Hartgewebsimplantate geeignete Werkstoffe bereitzustellen.The invention has for its object to provide by the modification of introduced into a composite with polyurethane elastomers bioceramics especially bioactive, adapted to the bone, applicable in medical composite materials for the production of hard tissue implants suitable materials.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, indem als bioaktive Komponenten keramische Materialien eingesetzt werden, die mindestens einen Bestandteil derfolgenden Gruppe als Hauptphase enthalten:The object is achieved by using as bioactive components ceramic materials which contain at least one constituent of the following group as the main phase:

- alpha-Tricalciumphosphat (TCP)alpha-tricalcium phosphate (TCP)

- Gemische aus alpha-TCP und beta-TCP, vorzugsweise mit einem Mischungsverhältnis von 9:1 bis 1:9Mixtures of alpha-TCP and beta-TCP, preferably with a mixing ratio of 9: 1 to 1: 9

- Mischkristalle der Reihe beta-TCP-Ca₇Mg₂P₆O24- mixed crystals of the series beta-TCP-Ca ₇ Mg ₂ P ₆ O24

- Apatit und Mischkristalle der Reihe beta-TCP-Ca₇Mg₂P₆O₂,i.Apatite and mixed crystals of the series beta-TCP-Ca ₇ Mg ₂ P ₆ O ₂ , i.

Ein bevorzugtes keramisches Material ist alpha-TCP. Ein weiteres bevorzugtes Material sind Gemische von alpha-TCP und beta-TCP. Ein drittes bevorzugtes Material sind Mischkristalle der Reihe beta-TCP-Ca₇Mg₂P₆O24.A preferred ceramic material is alpha-TCP. Another preferred material is mixtures of alpha-TCP and beta-TCP. A third preferred material is beta-TCP-Ca ₇ Mg ₂ P ₆ O 24 mixed crystals.

Unter „Hauptphase" im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist ein Phasenanteil zu verstehen, der deutlich über 50% liegt, vorzugsweise über 60% und insbesondere über 75%. Als Nebenphase kann vorzugsweise Apatit und/oder Tetracalciumphosphat auftreten, jedoch auch Anteile von Glasphase und anderen Phasen sind in geringem Umfang möglich.The term "main phase" in the context of the present invention is to be understood as meaning a phase fraction which is well above 50%, preferably above 60% and in particular above 75% other phases are possible to a limited extent.

Die Mengenanteile an keramischen Bestandteilen sollen so eingestellt werden, daß im polymerisierten Kompositsich der Anteil dieser Stoffe zu 10 bis 70 Ma.-% ergibt. Untersuchungen weiterer Eigenschaftsparameter zeigten, daß optimale Lösungen der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung dann gefunden werden, wenn das keramische Material in einer Menge von 40 bis 60Ma.-% im Komposit integriert ist.The proportions of ceramic constituents should be adjusted so that in the polymerized Kompositsich the proportion of these substances to 10 to 70 wt .-% results. Investigations of further property parameters showed that optimal solutions of the task according to the invention are found when the ceramic material is incorporated in an amount of 40 to 60% by mass in the composite.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn die bioaktiven keramischen Phasen an jenen Stellen freigelegt werden, an denen ein Knochenkontakt beabsichtigt ist. Dieser Vorteil kann schon beobachtet werden, wenn lediglich 20% der beabsichtigten Kontaktfläche zu diesem Zwecke bearbeitet wurde. Diese Bearbeitung, das Freilegen, kann durch ein oder mehrere bekannte Bearbeitungsverfahren, wie Bohren, Drehen, Schleifen, erfolgen. In diesem Zusammenhang ist es auch nutzbringend, die bearbeitete Fläche von losen Bearbeitungspartikeln bzw. -spänen mittels Ultraschall zu reinigen.It has also proved to be advantageous if the bioactive ceramic phases are exposed at those sites where bone contact is intended. This advantage can already be observed if only 20% of the intended contact surface has been processed for this purpose. This machining, the exposure, can be done by one or more known machining methods, such as drilling, turning, grinding. In this context, it is also beneficial to clean the machined surface of loose machining particles or chips by means of ultrasound.

Als bekannte physiologisch unbedenkliche Polyurethane, die mit den bioaktiven, grobkristallinen Füllstoffen einen innigen Verbund bilden, werden vernetzte Produkte benutzt, deren Glastemperatur oberhalb 37"C liegt.Crosslinked products whose glass transition temperature is above 37 ° C. are used as known physiologically acceptable polyurethanes which form an intimate bond with the bioactive, coarsely crystalline fillers.

Zur Sicherung der physiologischen Unbedenklichkeit ist der Einsatz eines geeigneten Polyols und geeigneter Diisocyanate unter Einhaltung der Forderung nach Feuchtigkeitsausschluß notwendig. Erfindungsgemäß werden zur Herstellung der Polyurethane niedermolekulare Hydroxyverbindungen wieTrimethylolpropan. Neopentylglykol, Hexandiol-1,6und Butandiol-1,4 neben den höhermolekularen Polyolen wie Polytetrahydrofuran, oder Monorinzinoleate dieser Hydroxylverbindungen eingesetzt. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wichtig, daß die Funktionalität der Polyolkomponente zwischen 2,1 und 4,0, vorzugsweise zwischen 2,7 und 3,6 eingestellt wird. Darüber hinaus ist es zur Gewährleistung der notwendigen Härte des zur Bindung der keramischen Komponente eingesetzten Polyurethans notwendig, daß das Hydroxyläquivalentgewicht zwischen 40g und 300 g Komponente/Mol OH eingestellt wird.To ensure the physiological safety of the use of a suitable polyol and suitable diisocyanates in compliance with the requirement for exclusion of moisture is necessary. According to the invention for the production of polyurethanes low molecular weight hydroxy compounds such as trimethylolpropane. Neopentyl glycol, 1,6-hexanediol and 1,4-butanediol are used in addition to the higher molecular weight polyols such as polytetrahydrofuran, or Monorinzinoleate these hydroxyl compounds. For the process of the present invention, it is important that the functionality of the polyol component be adjusted between 2.1 and 4.0, preferably between 2.7 and 3.6. In addition, to ensure the necessary hardness of the polyurethane used to bond the ceramic component, it is necessary to set the hydroxyl equivalent weight between 40 g and 300 g component / mole OH.

Neben der chemischen Zusammensetzung des Polyurethans spielt das technologische Regime der Verarbeitung und Anwendung des Materials ein Rolle.In addition to the chemical composition of the polyurethane, the technological regime plays a role in the processing and application of the material.

Bei einer nahezu katalysatorfreien Polyaddition der Polyurethankomponenten ist zum Zwecke der Aushärtung die Temperatur auf 40 bis 80⁰C einzustellen. Als physiologisch unbedenkliches Trennmittel kann Bienenwachs verwendet werden. Die mittlere Verweilzeit in der Form beträgt bei 80⁰C etwa 40 min. Bei den erfindungsgemäßen Polyurethanen ist nach dem Überschreiten des Gelpunktes und der Entformung die Reaktion des überschüssigen Isocyanats mit Luftfeuchtigkeit zu berücksichtigen. Der Überschuß sollte günstigerweise zwischen 1 und 10Mol-% NCO betragen. Durch Ausgießen in Folienbeutel und nach Aushärtung bei Raumtemperatur lassen sich aus dem Polyurethan Formstücke schneiden, die entsprechend AB der DDR auf Migration geprüft werden können. Es zeigt sich, daß das erfindungsgemäß eingesetzte Polyurethan in allen Prüfungen des AB der DDR den geforderten Normen entspricht.In the case of a virtually catalyst-free polyaddition of the polyurethane components, the temperature is set to 40 to 80 ^° C. for the purpose of curing. Beeswax can be used as a physiologically acceptable release agent. The average residence time in the mold is at 80 ⁰ C for about 40 min. In the case of the polyurethanes according to the invention, after exceeding the gel point and removing the mold, the reaction of the excess isocyanate with atmospheric moisture must be taken into account. The excess should desirably be between 1 and 10 mol% NCO. By pouring into foil bags and after curing at room temperature can be cut from the polyurethane fittings, which can be tested according to AB of the GDR on migration. It turns out that the polyurethane used in this invention corresponds to the required standards in all tests of the AB of the GDR.

An sich sollten die erfindungsgemäßen keramischen Materialien völlig ungeeignet sein, da besonders das TCP hinlänglich als resorbierbares Knochenersatzmaterial bekannt ist und in diesem Sinne weltweit eine klinische Anwendung erfährt.As such, the ceramic materials according to the invention should be completely unsuitable since, in particular, the TCP is well known as a resorbable bone substitute material and in this sense is being used clinically worldwide.

Demgegenüber wurde überraschend gefunden, daß der Einsatz der o.g. Stoffe bzw. davon abgeleiteten Stoffgemische im Verein mit geeigneten Polyurethanzusammensetzungen, zu bioaktiven Kompositwirkstoffen führt, die tatsächlich sowohl eine geringere Eluierbarkeit als auch eine geringere Quellbarkeit aufweisen als bekannte technische Lösungen.In contrast, it was surprisingly found that the use of o.g. Substances or mixtures of substances derived therefrom, in combination with suitable polyurethane compositions, leads to bioactive composite active ingredients which in fact have both less eluability and less swellability than known technical solutions.

Die Kompositbildung erfolgt in analoger Weise zu üblichen Verfahren, indem o.g. keramische Materialien zunächst zerkleinert und fraktioniert werden. Diese so gewonnenen Granulate der Korngröße von 40-500 μιη - besonders geeignet ist jedoch ein Kornband von nur 63-150μιη - können wahlweise einer hydrolytischen Behandlung unterzogen werden, wobei diese Art der Oberflächenbehandlung durch eine Säure erfolgen kann. Als herausragend hat sich in diesem Zusammenhang die BehandlungThe composite formation takes place analogously to conventional methods by o.g. ceramic materials are first comminuted and fractionated. These granules thus obtained, the grain size of 40-500 μιη - is particularly suitable, however, a particle size of only 63-150μιη - can optionally be subjected to a hydrolytic treatment, this type of surface treatment can be carried out by an acid. As outstanding in this context, the treatment

mit H₃PO₄ gegenüber anderen Säuren erwiesen.with H ₃ PO ₄ over other acids.

Im Falle der Säurebehandlung muß eine nachfolgende Temperung bei Temperaturen zwischen 200 und 900°C erfolgen, wobei mehrmaliges längerfristiges Halten bei verschiedenen Temperaturen die Kompositbildung begünstigt.In the case of acid treatment, a subsequent annealing must be carried out at temperatures between 200 and 900 ° C, with multiple longer-term holding at different temperatures favors the formation of composite.

Das oberflächenbehandelte oder unbehandelte Granulat wird mit der Isocyanatkomponente des Polyurethans vermengt,The surface-treated or untreated granules are mixed with the isocyanate component of the polyurethane,

homogenisiert und entgast.homogenized and degassed.

Dieses Gemisch zwischen dem keramischen Material und dem Isocyanat wird mit der Polyolkomponente des Polyurethans sodann innig vermischt und nach dem Entgasen vergossen, woran sich das Aushärten des Polyurethans in einer Form inThis mixture between the ceramic material and the isocyanate is then intimately mixed with the polyol component of the polyurethane and potted after degassing, followed by the curing of the polyurethane in a mold in

bekannter Weise anschließt.known way connects.

Die neuen Hartgewebsimplantate zeichnen sich durch physiologische Unbedenklichkeit und eine hohe Dimensionsstabilität aus.The new hard tissue implants are characterized by physiological safety and high dimensional stability.

Darüber hinaus wird die bioaktive Wirkung insbesondere in der Anfangsphase nach Implantation durch hohe Calciumfreisetzung erreicht. Weiterhin erhält man bioaktive Kompositmaterialien, die gegenüber den bekannten bioaktiven Kompositen auf der Basis von Polyurethan eine geringere Quellung aufweisen und deren Auslaugbarkeit verringert ist.In addition, the bioactive effect is achieved in particular in the initial phase after implantation by high calcium release. Furthermore, one obtains bioactive composite materials, which have a lower swelling compared to the known bioactive composites based on polyurethane and their leachability is reduced.

Um den Erfolg bei der Applikation daraus hergestellter Implantate zu sichern, muß in jedem Fall eine Sterilisierung in geeigneterIn order to ensure success in the application of implants made thereof, in any case, a sterilization in a suitable

Weise erfolgen.Done way.

Die Applikation dieser Komposite kann sowohl durch rotationssymmetrische Formkörper erfolgen, deren Bearbeitung zwangsläufig einfacher ist, wie im Falle von Unterlegscheiben und Zahnwurzelimplantaten aber auch Schrauben, sie kann jedoch auch individuell geformte (unsymmetrische) Formkörper, wie Schädelkalottenimplantate, Kinnprofilplastiken undThe application of these composites can be done both by rotationally symmetric shaped body whose processing is inevitably easier, as in the case of washers and dental root implants but also screws, but it can also individually shaped (asymmetric) moldings, such as cranial calf implants, chin profile sculptures and

andersweitig gebogene Formkörper, mit einbeziehen.otherwise curved moldings, involve.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Mischkristalle der Reihe P-TCP-Ca₂Mg₂PeO₂₄ sind bisher noch nicht beschrieben worden.The mixed crystals of the series P-TCP-Ca ₂ Mg ₂ PeO _{24 used} according to the invention have not yet been described.

Man erhält diese Mischkristalle durch Schmelzen/Sintern eines Gemisches von etwa (Masseanteile in %)These mixed crystals are obtained by melting / sintering a mixture of approximately (mass fractions in%)

5 bis 15 SiO₂ 70 bis 85 Ca₃(PO₄I₂ bzw. CaO/P₂O₅ 5 to 15 SiO ₂ 70 to 85 Ca ₃ (PO ₄ I ₂ or CaO / P ₂ O ₅

1 bis 4MgO1 to 4MgO

2 bis 6MgF₂ 2 bis 3 Na₂O 1 bis 4 K₂O2 to 6 Mg ₂ 2 to 3 Na ₂ O 1 to 4 K ₂ O.

bei ca. 1 600 °C. Das Material kann danach getempert werden, vorteilhaft 1 bis5 Stunden bei 1000 bis 1 200°C. Durch Veränderung des Fluorgehaltes des Gemisches können unterschiedliche Mischkristalle (ss) der genannten Reihe erhalten werden. Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden.at approx. 1 600 ° C. The material can then be tempered, advantageously 1 to 5 hours at 1000 to 1200 ° C. By changing the fluorine content of the mixture, different mixed crystals (ss) of the mentioned series can be obtained. The invention will be explained in more detail by examples.

embodiments

In der Tabelle 1 wurden einige Beispiele relevanter keramischer Materialien dargestellt, die im Sinne der Erfindung mit guten Ergebnissen getestet wurden.Table 1 shows some examples of relevant ceramic materials that have been tested in accordance with the invention with good results.

Table 1

Zusammensetzungen, Herstellungbedingungen und Phasenbestandteile einiger ausgewählter bioaktiver anorganischnichtmetallischer MaterialienCompositions, conditions of preparation and phase components of some selected bioactive inorganic non-metallic materials

Material- Zusammensetzung in Masseanteilen in % Schmelz-/ Nach- Phasenbe- Säurecode SiO₂ Ca₃(PO₄I₂ MgO MgF₂ Na₂O K₂O Sinter- temperung stancteile behandlungMaterial composition in proportions by mass in% Melting / demand Phasenbe- acid code SiO ₂ Ca ₃ (PO ₄ I ₂ MgO MgF ₂ Na ₂ OK ₂ O sintering annealing treatment stancteile

temperatur ("C) (h;°C)temperature ("C) (h; ° C)

C80D20/1 1600C80D20 / 1 1600

C80D20/2 1 600C80D20 / 2 1 600

C80D20/3 12,90 73,60 2,99 4,62 2,4 3,49 1600C80D20 / 3 12,90 73,60 2,99 4,62 2,4 3,49 1600

4; 1110 Mischkristalle (ss) ohne4; 1110 mixed crystals (ss) without

der Reihe ß-TCP-the series ß-TCP

Ca₇Mg₂P₆O₂₄;Ca ₇ Mg ₂ P ₆ O ₂₄ ;

Nebeiphase: Apatit 4; 1 190 dto., jedochNebeiphase: apatite 4; 1 190 dto., However

Apatitanteil nochApatite part still

geringer 4; 1 110 nicht bestimmtlower 4; 1 110 not determined

20%ige H₃PO₄ 200,400 und 800°C, jeweils 2 h lang20% H ₃ PO ₄ 200, 400 and 800 ° C, each for 2 hours

C80D20/4C80D20 / 4 8,958.95 82,8082,80 1,491.49 2,312.31 2,702.70 1,751.75 16001600 4; 1 1904; 1 190 nicht bestimmtnot determined dto.ditto. C90D10/1 C90D10/2C90D10 / 1 C90D10 / 2 als CaO: 52,30 und P₂O₅:39,78as CaO: 52.30 and P ₂ O ₅ : 39.78 7,927.92 1600 16001600 1600 ohne ohnewithout without Apatit und ss P-TCP-Ca₇Mg₂P₆O₂₄ dto.Apatite and ss P-TCP-Ca ₇ Mg ₂ P ₆ O ₂₄ dto. ohne 15%ige H₃PO₄ without 15% H ₃ PO ₄ HA3bHa3b -- 100,0100.0 -- -- -- -- 16001600 4; 1 1804; 1 180 Apatit und Nebenphase: ss P-TCP-Ca₇Mg₂P₆O₂₄ Apatite and minor phase: see P-TCP-Ca ₇ Mg ₂ P ₆ O ₂₄ ohnewithout TCP/1 TCP/2TCP / 1 TCP / 2 -- 100,0100.0 -- -- —- -- 16001600 ohne ohnewithout without α-TCP Q-TCPα-TCP Q-TCP ohne 40%ige H₃PO₄ without 40% H ₃ PO ₄ TCP/3TCP / 3 1 6001 600 2/1 1002/1 100 alpha-TCP beta-TCPalpha TCP beta TCP 5%ige H₃PO₄ 15 min lang5% H ₃ PO _{4 for} 15 min

Die in Tabelle 1 angegebenen keramischen Materialien und weitere, die Anteile der keramischen Produkte von alpha-TCP, alpha-TCP-ß-TCP und/oder ss ß-TCP/Ca₇Mg₂P₆O₂₄ enthielten, wurden mit den Polyurethankomponenten in beschriebener Weise jedoch mit stark differenziertem Mengenanteilen an keramischer Phase zu Polyurethankomponenten vermischt und zu Formkörpern vergossen. Eine Auswahl dieser Untersuchungen wurde in Tabelle 2 dargestellt.The ceramic materials indicated in Table 1 and others containing proportions of the ceramic products of alpha-TCP, alpha-TCP-β-TCP and / or ss β-TCP / Ca ₇ Mg ₂ P ₆ O _{24 were} treated with the polyurethane components in described manner, however, mixed with highly differentiated proportions of ceramic phase to polyurethane components and cast into moldings. A selection of these studies was presented in Table 2.

Table 2

Kompositbildung und EigenschaftskennzeichnungComposite formation and feature marking

Material-CodeMaterial Code C90D10/2C90D10 / 2 4040 TCP/2TCP / 2 4040 HA3bHa3b C80D20/1C80D20 / 1 6060 2020 Referenzmaterial Vitrokeram auf der Basis von Apatit und Wo/IastonitReference material Vitrokeram based on apatite and Wo / Iastonite Ma.-% des keram. MaterialsMa .-% of the ceramic. material 6060 6060 6060 6060 2020 4040 4040 8080 4040 Polyurethan ICV 33Polyurethane ICV 33 4040 0,30.3 4040 0,01-0,050.01-0.05 8080 6060 55 11 6060 Auslaugung in (mmol/l) Ionen (40Tage, pH = 7,4; 37°C)Leaching in (mmol / L) ions (40 days, pH = 7.4, 37 ° C) 0,80.8 22 0,060.06 11 0,010.01 22 33 1-21-2 5-105-10 Quellung %Swelling% 2,52.5 ++ 1,51.5 ++ 0-10-1 2,52.5 ++ ++ 3-43-4 Nachbearbeitungpost processing ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ tierexperimentelle Untersuchung mit positiven VerlaufAnimal experimentation with positive course ++ ++ ++ ++ ++

Table 2 (continued)

Kompositbildung und EigenschaftsbestimmungComposite formation and property determination

Material-CodeMaterial Code C80D20/1C80D20 / 1 4040 TCP/3TCP / 3 4040 Ma.-%des keram. MaterialsMa .-% of the ceramic. material 6060 6060 6060 6060 Polyurethan Il (HV 33)Polyurethane Il (HV 33) 4040 0,80.8 4040 0,080.08 Auslaugung (Ionen in mmol/l nach 40Tagen in TRIS-HCI-Puffer; pH = 7,4;T = 37°CLeaching (ions in mmol / l after 40 days in TRIS-HCl buffer; pH = 7.4, T = 37 ° C 11 2,52.5 0,10.1 1,51.5 Quellung (%)Swelling (%) 33 ++ 22 ++ Nachbearbeitungpost processing ++ ++ 4-4 ++ tierexperimentelle Untersuchung mit positiven VerlaufAnimal experimentation with positive course ++ ++

Die in diesen Beispielen eingesetzten Polyurethane I (CV33) und Il (HV33) sind nach folgenden Rezepturen hergestellt:The polyurethanes I (CV33) and II (HV33) used in these examples are prepared according to the following formulations:

Polyolkomponente I:Polyol component I:

Durch Umesterung von 1 Mol Ricinusöl mit 2MolTrimethylolpropan unter Zusatz von 5 Mol-% Adipinsäure ergibt sich ein Produkt mit dem Hydroxyläquivalentgewicht 120g Ester/Mol OH und einer Funktionalität von 3,2. Bei 40°C läßt sich eine Viskosität 1000mPa · s messen.By transesterification of 1 mol of castor oil with 2MolTrimethylolpropan with the addition of 5 mol% of adipic acid results in a product having the hydroxyl equivalent weight 120g ester / mol OH and a functionality of 3.2. At 40 ° C, a viscosity of 1000mPa · s can be measured.

Isocyanatkomponente I:Isocyanate component I:

Als Reaktionspartner des niedermolekularen, höherfunktionellen Polyols dient reines Toluylendiisocyanat.The reaction partner of the low molecular weight, higher functional polyol is pure toluene diisocyanate.

Polyolkomponente II:Polyol component II:

Zur Umsetzung mit einem Preaddukt als Isocyanatkomponente wird ein Gemisch aus Butandiol 1.4 und Trimethylolpropan eingesetzt.For reaction with a Preaddukt as isocyanate component, a mixture of 1,4-butanediol and trimethylolpropane is used.

Isoccyanatkomponente II:Isocyanate component II:

Aus 25,7g Polytetrahydrofuran (rel. Molmasse 1 000) (PTHF) und 2,3g Trimethylolpropan wird eine Polyolmischung hergestellt.From 25.7 g of polytetrahydrofuran (molecular weight 1 000) (PTHF) and 2.3 g of trimethylolpropane, a polyol mixture is prepared.

Dieses Gemisch schmilzt bei 60^cC. Am Rotationsverdampfer wird das Gemisch bei einer Temperatur von 65-7O⁰C und einem Vakuum von 1 Torr 2 Stunden getrocknet.This mixture melts at 60 ^c C. on a rotary evaporator, the mixture at a temperature of 65-7O ⁰ C and a vacuum of 1 Torr for 2 hours dried.

62,5g Methylenbis-(4-phenylisocyanat) und 9,5g Toluylendiisocyanat werden in einem Sulfierkolben vorgelegt und auf 50°C unter Rühren erhitzt. Sobald das Isocyanat aufgeschmolzen ist, wird in drei Etappen das getrocknete Polyol zugegeben. Nach 4 Stunden Nachreaktion bei 80°C erhält man ein nahezu klares, schwach gelbes Preaddukt mit einem NCO-Äquivalent von 175g/Mol NCO. Die Viskosität beträgt bei 25⁰C 3500 mPa s.62.5 g of methylene bis (4-phenyl isocyanate) and 9.5 g of tolylene diisocyanate are placed in a sulphonation flask and heated to 50 ° C with stirring. Once the isocyanate has melted, the dried polyol is added in three stages. After 4 hours post-reaction at 80 ° C to obtain a nearly clear, pale yellow Preaddukt with an NCO equivalent of 175g / mole of NCO. The viscosity is at 25 ⁰ C 3500 mPa s.

Claims

1. Form body for contact with hard tissue, consisting of a grain posit of a cross-linked biocompatible polyurethane and a bioactive ceramic agent, characterized in that the ceramic material of one or more substances of the group

alpha-tricalcium phosphate,

alpha tricalcium phosphate and beta tricalcium phosphate,

- mixed crystals of the series beta-tricalcium phosphate-Ca ₇ Mg ₂ P6O24,

- Apatite and mixed crystals of beta-tricalcium phosphate-Ca ₇ Mg2P ₆ P24 series

as the main phase, the ceramic material is present in an amount of 10 to 70 parts by mass in%, the polyurethane is present in an amount of 30 to 90 parts by mass in%, and part of the bioactive ceramic phase of the shaped body is directed towards the intended hard tissue Contact surface is exposed.

2. Shaped body according to claim 1, characterized in that the ceramic material of one or more substances of the group alpha-tricalcium phosphate; alpha tricalcium phosphate plus beta tricalcium phosphate; Mixed crystals of the series beta-tricalcium phosphate-Ca ₇ Mg ₂ P60 ₂ 4 exists as the main phase.

3. Shaped body according to claim 1, characterized in that the ceramic material is alpha-tricalcium phosphate.

4. Shaped body according to claim 1, characterized in that the ceramic material is a mixture of alpha tricalcium phosphate and beta tricalcium phosphate, preferably in the ratio of 5: 1 to 1: 5.

5. Shaped body according to claim 1, characterized in that the ceramic material contains mixed crystals of the series beta tricalcium phosphate Ca ₇ Mg ₂ P6O24.

6. Shaped body according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the ceramic material in an amount of 30 to 70 parts by mass in% and the polyurethane in an amount of 70 to 30 parts by mass in% is present.

7. Shaped body according to claim 1 to 6, characterized in that at least 20% of the intended hard tissue contact surface is exposed.

8. Shaped body according to claim 1 to 7, characterized in that it is rotationally symmetrical shaped body, preferably screws, washers, tooth root implants.

9. Shaped body according to claim 1 to 7, characterized in that it is individually shaped body, preferably cranial calf, chin profile sculptures or sheet-shaped curved body.

10. Shaped body according to claim 1 to 9, characterized in that the glass transition temperature of the polyurethane is above 37 ° C.

11. Shaped body according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the ceramic material contains as minor phase apatite and / or tetracalcium phosphate.

12. A method for producing shaped bodies for contact with hard tissue, consisting of a composite of a cross-linked biocompatible polyurethane and a bioactive ceramic material, characterized by blending a ceramic material of the group:

- alpha tricalcium phosphate

alpha tricalcium phosphate and beta tricalcium phosphate

- Mixed crystals of the series beta-tricalcium phosphate-Ca ₇ Mg ₂ P6O24

- Apatite and mixed crystals of the series beta-tricalcium phosphate-Ca ₇ Mg ₂ P6O24

being in a particle size between 40 and 500 microns, with the isocyanate component of the polyurethane, homogenizing and degassing the isocyanate component containing the ceramic material, contacting the isocyanate component with the polyol component of the polyurethane, curing the composite in a mold in a known manner, Exposing the bioactive ceramic phase to the intended hard tissue contact surface by one or more known processing methods, and optionally, cleaning and / or sterilizing the shaped article.

13. The method according to claim 12, characterized in that the grain size of the ceramic material is in the range of 63 to 150 micrometers.

14. A method according to claim 12 or 13, characterized in that the ceramic material is subjected after comminution of a hydrolytic surface treatment by an acid.

15. The method according to claim 14, characterized in that the ceramic material is treated with 5- to 40% phosphoric acid for 5 to 60 minutes and then annealed at 473 to 1 073K.

16. The method according to claim 12 to 15, characterized in that the machining of the molded polyurethane is carried out by machining and then a cleaning is carried out by ultrasound.

17. The method of claim 12, characterized in that the polyol component has a functionality between about 2.1 and about 4.0, preferably between about 2.7 and about 3.6.

A process according to claim 12 or 17, characterized in that the polyol component is selected from the group consisting of trimethylolpropane, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, 1,4-butanediol, polytetrahydrofuran and monorizinoleates thereof.

19. The method according to one or more of claims 12 to 18, characterized in that the hydroxyl equivalent weight of the polyol component is adjusted between about 40g and about 300g component per mole of OH.

20. The method according to claim 12, characterized in that the curing of the composite takes place in the mold at a temperature of about 40 to 80 ⁰ C.