DE10123441A1 - Operationswerkzeug und Implantat - Google Patents

Abstract

Es werden ein Operationswerkzeug und Implantat mit einer Sperrschicht auf ihrer Oberfläche vorgeschlagen. Eine sehr dichte und verträgliche Sperrschicht wird dadurch erreicht, daß diese aus Siliciumdioxid besteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Operationswerkzeug gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 sowie ein Implantat gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 8.

Unter dem Begriff "Operationswerkzeug" ist hier primär ein Gerät bzw. In­ strument zu verstehen, das bei einer Operation und/oder Untersuchung, ins­ besondere am menschlichen oder tierischen Körper, eingesetzt, also insbe­ sondere eingeführt und/oder beispielsweise zur Einwirkung auf Körpergewebe eingesetzt wird. Im weiteren Sinne sind hierunter jedoch auch sonstige Instrumente, Geräte und Hilfsmittel zu verstehen, die bei Operationen und/oder Untersuchungen eingesetzt werden und insbesondere Kontakt mit dem jeweiligen Körper haben.

Unter "Arbeitsabschnitt" ist hier zumindest ein Teil des Operationswerkzeugs zu verstehen, das für die bestimmungsgemäße Funktion des Operationswerk­ zeugs wesentlich ist und/oder primär mit dem zu operierenden und/oder zu untersuchenden Körper in Kontakt steht bzw. in diesen eindringt. Insbeson­ dere handelt es sich hierbei um einen verhältnismäßig kleinen Teil im Bereich der jeweiligen Operations- bzw. Untersuchungsstelle. Das Operationswerk­ zeug kann beispielsweise also weitere Abschnitte oder Teile, wie eine Hand­ habe o. dgl., aufweisen, die ebenfalls auch mit dem Körper in Kontakt treten bzw. in diesen eindringen.

Unter dem Begriff "Implantat" ist hier zunächst im engeren Sinne ein in den Körper eines Tieres oder eines Menschen zumindest vorübergehend einzu­ setzendes Element, das beispielsweise therapeutische, Stütz- und/oder Ge­ lenkfunktionen ausüben kann, wie temporäre Implantate, beispielsweise so­ genannte "Seeds", oder Stents zur Tumorbehandlung bzw. -therapie, Tracheal- Stents u. dgl., zu verstehen. Im weiteren Sinne sind hierunter jedoch auch mit dem Körper von außen und/oder insbesondere vorübergehend in Kontakt bringbare Elemente o. dgl. zu verstehen.

Implantate in Form Stents werden beispielsweise zur Abstützung aufgeweite­ ter Gefäße eingesetzt. Diese röhrenförmigen Einsätze werden nach der Auf­ weitung verengter Gefäße eingeführt und anschließend radial aufgeweitet, so daß die Stents die Gefäßwandungen innenseitig abstützen.

Bei Operationswerkzeugen und Implantaten ist die Bioverträglichkeit, also die Verträglichkeit für den Körper sehr wichtig. Viele bisher für Operations­ werkzeuge und Implantate eingesetzte Werkstoffe stehen zunehmend im Verdacht, unerwünschte Nebenwirkungen im Körper, insbesondere aufgrund des Lösens von Bestandteilen der Werkstoffe im Körper, zu verursachen.

Beschichtungen von Implantaten zum Schutz und zur Erhöhung der Bio­ kompatibilität (Körperverträglichkeit) sind grundsätzlich bekannt. Die An­ forderungen an eine Schutzschicht bzw. Sperrschicht sind jedoch sehr hoch.

Die Sperrschicht sollte preisgünstig erhältlich sein. Die Sperrschicht sollte auf quasi jedem beliebigen Untergrund bzw. Grundmaterial gut oder zumindest ausreichend gut haften. Die Sperrschicht sollte - je nach Anwendungsfall - ausreichend flexibel sein, um sich beispielsweise beim Deformieren eines Im­ plantats, wie beim Aufweiten eines Stents, nicht abzulösen. Die Sperrschicht sollte ausreichend undurchlässig sein. Die Sperrschicht sollte selbst sehr bio­ kompatibel (körperverträglich) sein und keine oder zumindest keine uner­ wünschten Bestandteile an den Körper abgeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Operations­ werkzeug und ein Implantat anzugeben, die eine Sperrschicht aufweisen, die eine hohe Biokompatiblität bei großer Undurchlässigkeit aufweist, insbe­ sondere die oben genannten Anforderungen zumindest weitgehend erfüllt.

Die obige Aufgabe wird durch ein Operationswerkzeug gemäß Anspruch 1 oder ein Implantat gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine wesentliche Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Sperr­ schicht aus Siliciumdioxid besteht. Diese auf Anhieb einfach erscheinende Lösung gestattet die Verwendung eines quasi beliebigen Grundmaterials, da Siliciumdioxid sehr haltbar auf quasi jedem beliebigen Grundmaterial, insbe­ sondere durch Plasmabeschichtung, abgeschieden werden kann.

Siliciumdioxid wurde bisher primär nur für Beschichtungen für Brillengläser und Lebensmittelverpackungen eingesetzt. Der vorschlagsgemäße Einsatz im medizinischen Bereich führt zu verschiedenen Vorteilen.

Siliciumdioxid ist die häufigste anorganische Verbindung unseres Lebens­ raums. Dementsprechend ist Siliciumdioxid hochgradig biokompatibel, das heißt körperverträglich.

Siliciumdioxid ist chemisch sehr einfach aufgebaut, nämlich aus Silicium und Sauerstoff. Dementsprechend sind keine unerwünschten bzw. risikoreichen Lösevorgänge im Körper zu erwarten.

Siliciumdioxid kann in sehr dünnen, amorphen Schichten abgeschieden wer­ den. So kann eine für jeden Anwendungsfall ausreichende Flexibilität erreicht werden, wodurch ein unerwünschtes Ablösen, beispielsweise beim Aufweiten eines Stents, ausgeschlossen werden kann.

Siliciumdioxid bildet, insbesondere bei Plasmabeschichtung, eine sehr dichte hochgradig undurchlässige Sperrschicht.

Weitere Eigenschaften, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend für zwei Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines vorschlagsgemäßen Opera­ tionswerkzeugs;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines vorschlagsgemäßen Implan­ tats in Form eines Stents; und

Fig. 3 eine ausschnittsweise Darstellung des schematischen Aufbaus des Operationswerkzeugs bzw. des Implantats.

Fig. 1 zeigt ein vorschlagsgemäßes Operationswerkzeug 1 im eingangs erläu­ terten Sinne. Beim Darstellungsbeispiel handelt es sich um ein zangenartiges Instrument bzw. Werkzeug. Wie bereits erläutert, kann es sich hierbei jedoch um jegliche Art von Instrument, technischem Hilfsmittel oder Werkzeug für Untersuchungen und/oder Operationen am menschlichen oder tierischen Körper handeln.

Das Operationswerkzeug 1 weist vorzugsweise mindestens einen Arbeitsab­ schnitt 2, hier zwei Arbeitsabschnitte 2 auf. Die Arbeitsabschnitte 2 bilden hier zangenartige Greif-, Halte- und/oder Schneidelemente. Der Begriff "Ar­ beitsabschnitt" ist jedoch nicht auf ein einziges Teil beschränkt, vielmehr kann es sich hierbei auch einerseits um eine Mehrzahl von Teilen oder andererseits um einen Abschnitt bzw. Bereich eines einstückigen Teils handeln.

Wie bereits erläutert, handelt es sich bei dem Arbeitsabschnitt 2 insbesondere um den vorderen bzw. relevanten Bereich des Operationswerkzeugs 1, der bei einer Operation oder Untersuchung mit dem nicht dargestellten Körper in Kontakt tritt.

Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen, aus Veranschaulichungsgründen stark vereinfachten Darstellung ein vorschlagsgemäßes Implantat 3 in Form eines Stents. Beim Darstellungsbeispiel bildet das Implantat 3 einen gitterartigen, rohrförmigen Körper. Bezüglich alternativer Formen, Funktionen und An­ wendungen des Implantats 3 wird auf die eingangsseitige Definition verwie­ sen.

Fig. 3 zeigt in nicht maßstabsgerechter Darstellung einen vergrößerten Aus­ schnitt des vorschlagsgemäßen Materialaufbaus. Dieser Materialaufbau ist zumindest für die Arbeitsabschnitte 2 des Operationswerkzeugs 1 oder be­ darfsweise auch für das gesamte Operationswerkzeug 1 vorgesehen. Weiter ist dieser Materialaufbau für das vorschlagsgemäße Implantat 3 vorgesehen. Nachfolgend wird aus Vereinfachungsgründen lediglich auf das Implantat 3 Bezug genommen, auch wenn die entsprechenden Ausführungen für minde­ stens einen Arbeitsabschnitt 2 des Operationswerkzeugs 1, mehrere Arbeits­ abschnitte 2 des Operationswerkzeugs 1 oder das gesamte Operationswerk­ zeug 1 gelten.

Das Implantat 3 besteht zumindest im wesentlichen aus einem in Fig. 3 ange­ deuteten Grundmaterial 4. Insbesondere zeigt Fig. 3 lediglich einen teilweisen Schnitt in das Material des Implantats 3.

Das Grundmaterial 4 kann grundsätzlich ein beliebiges Material oder ein be­ liebiger Werkstoff mit geeigneten Eigenschaften sein, wobei es auf die Bio­ verträglichkeit (Körperverträglichkeit) nicht ankommt. Bedarsfweise kann es sich auch um ein Verbundmaterial handeln.

Das Grundmaterial 4 ist durch eine Sperrschicht 5 aus einem Halbmetalloxid, nämlich Siliciumdioxid, auf seiner Oberfläche, zumindest in Oberflächenbe­ reichen 6, die frei und/oder für Körperflüssigkeiten bzw. -gewebe zugänglich sind, abgedeckt und insbesondere vor Körperflüssigkeiten und sonstigen körpereigenen Stoffen geschützt. Die Sperrschicht 5 ist nämlich insbesondere undurchlässig für das Grundmaterial 4, davon gebildete Ionen und/oder Kör­ perflüssigkeiten bzw. sonstige körpereigene Stoffe ausgebildet. Auf diese Weise kann ein ungewolltes Lösen des Grundmaterials 4 im Körper verhindert werden.

Das Grundmaterial 4 besteht beim Darstellungsbeispiel vorzugsweise zumin­ dest im wesentlichen aus Aluminium, einer Aluminiumverbindung, einer Alu­ miniumverbindung und/oder deren Mischung. Insbesondere aus verhältnis­ mäßig reinem Aluminium. Vorzugsweise besteht das Grundmaterial zu min­ destens 95 Masse-%, vorzugsweise 97 oder 98 Masse-%, aus Aluminium, insbesondere einer entsprechenden Aluminiumlegierung.

Beim Operieren, Untersuchen und/oder Implantieren wird zunehmend - ins­ besondere im Hinblick auf möglichst wenig invasive, also mikroinvasive Ein­ griffe - eine Lagebestimmung und/oder Funktionsbestimmung des Operati­ onswerkzeugs und/oder des Implantats basierend auf Magnetresonanz ein­ gesetzt, wozu beispielsweise ein sogenannter Kernspintomograph verwendet wird. Die Magnetresonanz - hier kurz als MR bezeichnet - wird hier also insbesondere zur Abbildung von räumlichen Verhältnissen in einem Körper, beispielsweise der Lage von Geweben, Organen, Operationswerkzeugen und/oder Implantaten, eingesetzt, wobei ein verhältnismäßig starkes Magnetfeld angelegt und aufgrund der unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften Stoffe und Materialien unterscheidbar sind.

Um MR einsetzen zu können, ist die Verwendung von MR-kompatiblen Werkstoffen für Operationswerkzeuge bzw. deren Arbeitsabschnitte und für Implantate erforderlich. Bei Verwendung eines herkömmlichen Materials, wie Edelstahl, ergeben sich nämlich derartige Artifakte (Fehldarstellungen), daß MR keine oder eine nur unzureichende (bildliche bzw. räumliche) Auflösung ermöglicht. Durch Verwendung von Aluminium als Grundmaterial 4 ergibt sich überraschenderweise eine besondere MR-Kompatibilität des Implantats 3. Versuche haben gezeigt, daß Aluminium in einem Kernspintomographen überraschenderweise nicht oder quasi nicht sichtbar ist. Beim Einsatz von MR treten also nicht die ansonsten bei Metallen generell vorhandenen Artefakte auf.

Die vorgesehene Sperrschicht 5 ist vorzugsweise verhältnismäßig dünn und vorzugsweise amorph ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine gute bzw. ausrei­ chende Flexibilität. Dies ist insbesondere bei Ausbildung des Implantats 3 als Stent wichtig, um bei der üblicherweise vorgesehenen radialen Aufweitung des Stents im Inneren eines Gefäßes Ablösung der Sperrschicht 5 zu vermeiden.

Vorzugsweise ist die Sperrschicht 5 zumindest im wesentlichen einheitlich dick ausgebildet. Insbesondere beträgt die mittlere Dicke 10 bis 200 nm, vor­ zugsweise 20 bis 100 nm und insbesondere etwa 50 nm.

Das Grundmaterial 4 wird zur Bildung der Sperrschicht 5 vorzugsweise plas­ mabeschichtet, die Sperrschicht 5 also durch ein Plasmaverfahren aufgebracht. Das aufzubringende Material, hier insbesondere nicht oxidiertes Silicium, wird beispielsweise im Vakuum verdampft und reagiert unter Zusatz von Sauerstoff an der Oberfläche des Implantats 3 unter Ausbildung einer festhaftenden Oxidschicht, die überwiegend amorph und damit flexibel ist.

Beispielhaft wird zu den Möglichkeiten der Beschichtung, insbesondere das Aufbringen einer Siliciumdioxid-Schicht, auf die US 4,917,786, US 5,096,558, US 5,565,248 und US 5,662,741 verwiesen, deren Inhalt hiermit als ergänzende Offenbarung genannt wird. Jedoch ist das Aufbringen nicht auf reine Plasmaverfahren beschränkt. Vielmehr können auch sonstige Verfahren, insbesondere plasmagestützte Verfahren, wie das plasmagestützte PVD- Verfahren oder das plasmagestützte CVD-Verfahren zum Einsatz kommen, wie in dem Artikel "Charakterrollen" von Volker Buck und Horst Ehrich, Essener Unikate, Materialwissenschaft, Band 13, Universität GH Essen/­ Wissenschaftsverlag, ISSN 0944-6060, Seite 42 folgende, offenbart, eingesetzt werden. Die vorgenannte Zeitschrift wird vollumfänglich ergänzend als Offenbarung hinsichtlich Beschichtungsverfahren und verwendbarer Materialien auch hinsichtlich verwendbarer biokompatibler Materialien genannt.

Vorschlagsgemäß besteht die Sperrschicht 5 zumindest im wesentlichen aus Siliciumdioxid. Siliciumdioxid hat als häufigste anorganische Verbindung eine ausgezeichnete Biokompatibilität, ist also für den Körper optimal ver­ träglich. Mit Siliciumdioxid läßt sich auch eine ausreichend dichte bzw. un­ durchlässige Sperrschicht 5 bilden.

Bei der vorzugsweise vorgesehenen amorphen Ausbildung wird auch eine ausreichende Flexibilität und Haftung auf dem Grundmaterial 4 bzw. den ab­ zudeckkenden Oberflächenbereichen 6 erreicht.

Claims (15)

1. Operationswerkzeug (1), insbesondere für den menschlichen und/oder tierischen Körper, mit einem Arbeitsabschnitt (2), der zumindest teilweise aus vorzugsweise keramischem und/oder metallischem Grundmaterial (4) besteht, das von einer Sperrschicht (5) abgedeckt ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) aus Siliciumdioxid besteht.

2. Operationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Arbeitsabschnitt (2), insbesondere das gesamte Operationswerkzeug (1), zumindest im wesentlichen aus dem Grundmaterial (4) besteht.

3. Operationswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial (4) aus Keramik, Metall, einer Metalllegierung und/oder einer Metallverbindung, insbesondere aus Aluminium, einer Alumi­ niumverbindung, einer Aluminiumlegierung und/oder deren Mischungen, be­ steht.

4. Operationswerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) für das Grundmaterial (4), davon gebildete Ionen und/oder Körperflüssigkeiten undurchlässig ist.

5. Operationswerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) alle freien und/oder für Kör­ perflüssigkeiten bzw. -gewebe zugänglichen Oberflächenbereiche (6) abdeckt.

6. Operationswerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) amorph ausgebildet ist und/oder eine mittlere Dicke von 10 bis 200 nm, vorzugsweise 20 bis 100 nm und insbesondere von etwa 50 nm aufweist.

7. Operationswerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) durch Plasmabeschichtung gebildet ist.

8. Implantat (3) zumindest teilweise aus vorzugsweise keramischem und/oder metallischem Grundmaterial (4), das von einer Sperrschicht (5) ab­ gedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (4) aus Siliciumdioxid besteht.

9. Implantat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Implantat (3) zumindest im wesentlichen aus dem Grundmaterial (4) besteht.

10. Implantat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial (4) aus Keramik, Metall, einer Metalllegierung und/oder einer Metallverbindung, insbesondere aus Aluminium, einer Aluminiumverbindung, einer Aluminiumlegierung und/oder deren Mischungen, besteht.

11. Implantat nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) für das Grundmaterial (4), davon gebildete Ionen und/oder Körperflüssigkeiten undurchlässig ist.

12. Implantat nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) alle freien und/oder für Körperflüssigkeiten bzw. - gewebe zugänglichen Oberflächenbereiche (6) abdeckt.

13. Implantat nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) amorph ausgebildet ist und/oder eine mittlere Dicke von 10 bis 200 nm, vorzugsweise 20 bis 100 nm und insbesondere von etwa 50 nm aufweist.

14. Implantat nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) durch Plasmabeschichtung gebildet ist.

15. Implantat nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Implantat (3) als Stent ausgebildet ist.