DE10128100A1 - Medizinisches Implantat für den menschlichen und tierischen Körper - Google Patents
Medizinisches Implantat für den menschlichen und tierischen KörperInfo
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Abstract
Ein medizinisches Implantat für den menschlichen und tierischen Körper besteht zumindest teilweise aus einer Magnesiumlegierung. Dabei ist vorgesehen, daß die Magnesiumlegierung Anteile von Seltenerdmetallen und Lithium sowie gegebenenfalls von Yttrium und Aluminium enthält. Vorzugsweise enthält die Magnesiumlegierung Lithium in einem Anteil von 0 bis 7 Ma-%, Aluminium in einem Anteil von 0 bis 16 Ma-%, gegebenenfalls Yttrium in einem Anteil von 0,01 bis 7 Ma-% und Seltenerdmetalle in einem Anteil von 0 bis 8 Ma-%.
Description
Die Erfindung betrifft ein medizinisches Implantat für den
menschlichen oder tierischen Körper, das zumindest teilwei
se aus einer Magnesiumlegierung besteht.
Medizinische Implantate der genannten Art sind in verschie
denen Formen bekannt. Es kann sich dabei um Befestigungs
elemente für einen Knochen, beispielsweise Platten, Schrau
ben oder Nägel, um chirurgisches Nahtmaterial, um chirurgi
sche Netze oder Folien oder auch um Prothesen oder Prothe
senteile handeln. Üblicherweise bestehen zur Zeit verwende
te Implantate aus korrosionsbeständigem Material wie Edel
stahl oder Titan. Damit ist jedoch der Nachteil verbunden,
daß die Implantate im Körper nicht degradiert werden und
deshalb operativ entfernt werden müssen, wenn sie aus medi
zinischen Gründen nicht mehr notwendig sind, da es anson
sten zu Gegenreaktionen des Körpers kommen kann. Alternativ
sind auch degradierbare Implantate aus Polymeren bekannt.
Sie besitzen jedoch eine relativ geringe Fertigkeit und
Duktilität.
Bereits seit Beginn des 20. Jahrhunderts ist es bekannt,
daß Implantate aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen ge
wisse Vorteile mit sich bringen, da Magnesium leicht degra
dierbar ist. In dem Aufsatz "Magnesium Screw and Nail
Transfixion in Fractures" von Earl D. McBride aus "Southern
Medical Journal, 1938, Vol. 31, Nr. 5, S. 508 ff. ist die
Verwendung von Schrauben, Bolzen und Dübeln aus Magnesium
bzw. Magnesiumlegierungen beschrieben. In der DE 197 31 021
A1 wird diese Idee wieder aufgegriffen, ohne jedoch auf die
bekannten degradierbaren Implantate aus Magnesium oder Ma
gnesiumlegierungen einzugehen. Die im Zusammenhang mit der
Knochenchirurgie beschriebenen Magnesiumlegierungen weisen
jedoch den Nachteil auf, daß sie eine relativ große Gasmen
ge pro Zeiteinheit, insbesondere an Wasserstoff produzie
ren. Dadurch besteht die Gefahr, daß in dem mit einem ent
sprechenden Implantat versehenen Körper Gaskavernen entste
hen, die für den Heilungsprozeß hinderlich sind, da sie
insbesondere das Gewebe und die Gewebeschichten voneinander
trennen. Darüber hinaus zeigen die bekannten Magnesiumle
gierungen einen ungleichförmigen Korrosionsangriff, der ei
nen zuverlässigen Halt während des notwendigen Heilungs
zeitraums nicht gewährleistet.
Auch chirurgisches Nahtmaterial aus Magnesium oder Magnesi
umlegierungen ist seit langem bekannt, wie sich beispiels
weise aus DE-PS 6 30 061, DE-PS 6 76 059, DE-PS 6 65 836 und
DE-PS 6 88 616 ergibt. Mit einem derartigen Nahtmaterial
sind ebenfalls die oben genannten Nachteile hinsichtlich
der Gasentwicklung und des ungleichmäßigen Korrosionsan
griff gegeben.
Es ist ferner bekannt, Magnesium oder eine Magnesiumlegie
rung auf Implantate insbesondere aus Edelstahl aufzudamp
fen, da diese Stoffe zu einer rascheren Wiederherstellung
des Knochens beitragen. Auch aus entsprechendem Material
bestehende Prothesen oder Prothesenteile wurden bereits
verwendet. Um das Knochenwachstum zu fördern, können den
Legierung an Calcium und Cadmium zugeschlagen sein. Neben
den bereits oben genannten Nachteilen ist insbesondere die
Verwendung von Cadmium (Cd) problematisch, da es sich hier
bei um ein toxisches Metall handelt, das nicht in den Kör
per gelangen sollte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein medizinisches
Implantat für den menschlichen oder tierischen Körper vor
zusehen, das die vorgenannten Nachteile vermeidet und mit
keinen oder nur geringen Nebenwirkungen im Körper degra
dierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem medizinischen
Implantat der genannten Art dadurch gelöst, daß die Magne
siumlegierung Anteile von Seltenerdmetallen und von Lithium
enthält. Der in der Magnesiumlegierung enthaltene Selten
erdmetallanteil fängt den bei der Korrosion des Magnesiums
entstehenden Wasserstoff ab. Durch die Beimischung der Sel
tenerdmetalle zur Magnesiumlegierung wird eine Kornfeinung
erreicht, wodurch sich ein langsamer, kontinuierlicher und
gut vorhersehbarer Korrosionsverlauf des entsprechenden Im
plantates im Körper einstellt. Auf diese Weise sind eine
übermäßige Gasentwicklung und die Gefahr der Bildung von
Gaskavernen bei der Degradierung des Implantates zuverläs
sig vermieden. Durch die lithiumabhängige Deckschichtkompo
nentenvermehrung wird ein sehr guter Korrosionsschutz der
Magnesiumlegierung erreicht.
Das Zulegieren von Seltenerdmetallen zu Magnesiumbasisle
gierungen verbessert darüber hinaus deren mechanische Mate
rialeigenschaften. Die erfindungsgemäße degradierbare Le
gierung zeichnet sich durch eine erhöhte Duktilität und ei
ne gesteigerte Festigkeit bei gleichzeitig gutem Korrosi
onswiderstand im Vergleich zu den bekannten degradierbaren
Magnesiumlegierungen für Implantate aus.
Erfindungsgemäß finden als Seltenerdmetalle vorzugsweise
Cer und/oder Neodym und/oder Praseodym oder ein anderes
Element der Ordnungszeichen 57 bis 71 des Periodensystems
Verwendung. Dabei dürfte Cer zu bevorzugen sein, da es in
natürlicher Weise im Körper und insbesondere im Knochen
vorkommt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Magnesiumlegierung Lithium in einem Anteil von 0
bis 7 mas-% und vorzugsweise von zumindest 0,01 mas-%, Alumi
nium in einem Anteil von 0 bis 16 mas-% und vorzugsweise von
zumindest 0,01 mas-%, gegebenenfalls Yttrium in einem Anteil
von 0,01 mas-% bis 7 mas-% sowie Seltenerdmetalle in einem
Anteil von 0 bis 8 mas-% und vorzugsweise von zumindest 0,01 mas-%
enthält.
Vorzugsweise ist die Magnesiumlegierung gemäß der Formel
MgLi4Al4SE2 mas-% (= 4 mas-% Li + 4 mas-% Al + 2 mas-% SE +
Rest Basiselement Mg) zusammengesetzt, wobei SE ein Selten
erdmetall ist. Alternativ kann die Magnesiumlegierung auch
gemäß der Formel MgY4SE3Li2,4 mas-% zusammengesetzt sein,
wobei SE ebenfalls ein Seltenerdmetall ist. Das Seltenerd
metall, beispielsweise Cer, verbessert die mechanischen und
korrosiven Eigenschaften, indem der Wasserstoff abgebunden
wird und vermehrt Deckschichtkomponenten entstehen.
Die Magnesiumlegierung kann schmelzmetallurgisch, pulverme
tallurgisch oder durch mechanisches Legieren zu einem Im
plantat ausgebildet werden oder durch Metallspritz-/Sin
tertechniken auf vorgefertigte Implantate appliziert wer
den. Die Werkstoffe können im guß- oder thermomechanisch
behandelten Zustand als Implantat verwendet werden. Eine
Erhöhung der mechanischen und/oder korrosiven Gebrauchsei
genschaften tritt durch ein sequentielles Strangpressen,
Homogenisieren und Auslagern auf. Die Implantate können
darüber hinaus durch spanende oder formgebende Bearbeitung
wie beispielsweise durch Drehen, Schmieden oder Stanzen
hergestellt werden.
Die Erfindung nutzt die Seltenerdmetalle, die als Gruppe
stark ähnelnde mechanische und korrosive Eigenschaften auf
weisen und in die Legierung übertragen. Hier werden exem
plarisch die Legierungskomponenten Cer, das als Repräsen
tant der Cer-basierten Mischmetalle ist, und Yttrium ver
wendet, da diese in der Gegenwart die höchste wirtschaftli
che Verfügbarkeit aufweisen. Jedes andere Seltenerden-
Element reagiert jedoch vergleichbar. Die Seltenerden bil
den bei Korrosion Hydroxide, exemplarisch Ce(OH)3, Alumini
um bildet Spinelle wie MgAl2O4, Magnesium bildet eine MgO
und Mg(OH)2-Deckschicht aus. Durch den Zuschlag von Lithium
werden diese Deckschichtkomponenten im angehobenen pH der
Doppelschicht thermodynamisch stabiler und es werden weite
re Deckschichtkomponenten wie z. B. Al(OH)3 oder CeAlO3
thermodynamisch erst möglich und stabil. Eine Anreicherung
der Deckschicht durch mehr Komponenten führt zu einer Ver
dichtung, die zum einen die zugeigenspannungsbehaftete
Mg(OH)2-Deckschicht entspannt und durch die Verdichtung das
Diffundieren von Mg reduziert. Durch weniger Mg in der Dop
pelschicht korrodiert das Implantat weniger, es entsteht
weniger Wasserstoff. Durch weniger Wasserstoff wird das Im
plantat körperverträglicher und der pH-Wert bleibt auf hö
herem Niveau. So bleiben die z. T. pH-abhängigen Deck
schichtkomponenten intakt und reduzieren die Korrosionsra
te.
Die erfindungsgemäße Magnesiumlegierung kann in Form von
chirurgischen Befestigungsdrähten unterschiedlicher Dicke,
die auch aus Einzeldrähten geflochten sein können, von
Schrauben insbesondere für die Hand- und Fußchirurgie sowie
in der traumatologischen und orthopädischen Knochen- und
Gelenkchirurgie insbesondere als Interferenzschrauben
(Kreuzbandchirurgie) sowie als Naht- und Ankersystem zur
Fixierung von Muskeln, Sehnen, Menisken, Gelenklippen (z. B.
Acetabulum, Glenoid), Fascien, Periost und Knochen verwen
det werden. Desweiteren kann die Magnesiumlegierung für
Platten, Stifte, Knöpfe oder Cerclagen Verwendung finden.
In einer weiteren Anwendungsmöglichkeit können aus der er
findungsgemäßen Magnesiumlegierung Wund- oder Bruchnetze
oder Wund- oder Bruchfolien hergestellt werden. Die Her
stellung kann durch gegenseitiges Verbinden dünner Drähte
oder durch Ausstanzen dünner Bleche erfolgen.
Darüber hinaus kann chirurgisches Nahtmaterial, insbesonde
re Wundklammern beispielsweise für Klammernahtgeräte, aus
der Magnesiumlegierung bestehen.
Implantate mit einer Implantatbeschichtung mit der erfin
dungsgemäßen Magnesiumlegierung können insbesondere für Im
plantate mit Knochenkontakt Verwendung finden. Für die Auf
bringung der Beschichtung können an sich bekannte Verfah
ren, z. B. thermisches Spritzen (Lichtbogen und Plasma), PVD
(= physical vapor deposition), CVD (= chemical vapor depo
sition) oder Co-Strangpressen Anwendung finden.
Um die Verträglichkeit für den menschlichen oder tierischen
Körper zu erhöhen, enthält die erfindungsgemäße Magnesium
legierung kein Cadmium, d. h. sie ist cadmiumfrei.
Wenn die erfindungsgemäße Magnesiumlegierung für Prothesen
oder Prothesenteile verwendet wird, ist der Vorteil gege
ben, daß die Implantate nach dem Anwachsen des Knochens und
dem dadurch gegebenen Erreichen der Sekundärstabilität re
sorbiert werden können, so daß der natürliche Kraftfluß in
nerhalb des Knochens nicht behindert wird.
Claims (6)
1. Medizinisches Implantat für den menschlichen und tie
rischen Körper, das zumindest teilweise aus einer
Magnesiumlegierung besteht, die Anteile von Seltenerd
metallen und Lithium enthält.
2. Medizinisches Implantat nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung
Lithium in einem Anteil von 0 bis 7 mas-%,
Aluminium in einem Anteil von 0 bis 16 mas-% und
Seltenerdmetalle in einem Anteil von 0 bis 8 mas-%
enthält.
3. Medizinisches Implantat nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß als Seltenerdmetalle Cer
und/oder Neodym und/oder Praseodym Verwendung finden.
4. Medizinisches Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung
Yttrium in einem Anteil von 0 bis 7 mas-% enthält.
5. Medizinisches Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung
gemäß der Formel MgLi4Al4SE2 mas-% zusammengesetzt ist,
wobei SE ein Seltenerdmetall ist.
6. Medizinisches Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung
gemäß der Formel MgY4SE3Li2,4 mas-% zusammengesetzt
ist, wobei SE ein Seltenerdmetall ist.
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