DE102004021739A1 - Implantat mit Oberflächenbeschichtung - Google Patents

Abstract

Medizinische Implantate mit biokompatiblen, porösen Oberflächenschichten, die Selen enthalten, weisen verbesserte antimikrobielle Eigenschaften auf.

Description

• Die Erfindung betrifft oberflächenbeschichtete medizinische Implantate, besonders aus Titan oder Titanbasislegierungen, geeignet für die Implantation in Knochen, sowie die Herstellung der beschichteten Implantate.
• Selen besitzt im menschlichen Organismus eine essentielle Rolle für das Immunsystem. Es liegt dabei in einer Vielzahl von Proteinen vor. Das Spurenelement ist unter anderem Bestandteil des antioxidativ wirkenden Enzyms Glutathionperoxidase, welches den Schutzmechanismus gegen freie Radikale durch das Selen aktiviert. Auch die Aktivität eines Schilddrüsenhormones ist durch gezielte Selenaufnahme beeinflussbar. Das Element ist hierbei im Selenocystein gebunden.
• Neben der Stärkung des Immunsystems besitzt Selen eine entzündungshemmende Wirkung. Entsprechende Anwendungen werden in der Krebstherapie beschrieben und zur Heilung genutzt. Die tägliche Selenaufnahmedosis sollte zwischen 70 und 400 μg/Tag liegen, da sonst Mangelerscheinungen oder Selenosen folgen.
• Die antiseptische bzw. entzündungshemmende Wirkung von Selenverbindungen wird als "antifouling agent" in WO 2000 016624 A1 bei medizinischen Implantanten beschrieben. Dabei wird die Selenverbindung aber erst kurz vor der Anwendung durch Tränken aufgebracht. Ein weiterer Einsatz selenhaltiger Implantatmaterialien für subkutane Implantate auf der Basis von Gläsern geschmolzener Natriumoxid-Kaliumoxid-Zinkoxid-Selenoxid-Mischungen findet sich in AU 556909. Es finden sich im Stand der Technik jedoch keine Hinweise auf poröse, biokompatible Oberflächenschichten, welche gezielt Se-Anteile aufwiesen.
• Nach WO 02/078759 A1 können poröse Oberflächenschichten auf Ti-Implantaten mittels Ethylendiamintetraessigsäure-haltigen Elektrolyten erhalten werden.
• In WO 00/72776 werden poröse Oxidschichtstrukturen auf Ti-Implantaten diskutiert, die keine Selen-Komponenten enthalten, aber auch keine die Biokompatibilität steigernden Verbindungen wie beispielsweise Ca-Phosphate aufweisen, wie sie in US-Patent 6,596,338 B2 aufgeführt werden.
• Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Oberflächen von Metallimplantaten derart zu beschichten bzw. zu modifizieren, dass biokompatible poröse Oberflächen mit biologisch wirksamen Selenkomponenten entstehen und eine Verbesserung der antiseptischen bzw. entzündungshemmenden Wirkung der Implantate erreicht wird.
• Erfindungsgemäß wird auf das Implantatmaterial eine poröse selenhaltige Schicht aus biokompatiblem Material aufgebracht. Die erfindungsgemäße Schicht enthält im allgemeinen bis zu 1,1 % Se. Das Selen wird in die Schichtmatrix eingelagert, zweckmäßig mit Hilfe plasmachemisch-elektrochemischer Reaktionen. Bevorzugt werden als biokompatible Schichten poröse, Ca-phosphathaltige Schichten eingesetzt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Ca-phosphathaltige Schichten mittels plasmachemisch-elektrochemischer anodischer Oxidation von Titanimplantaten in selenhaltigen Elektrolytsystemen erzeugt. Dabei ist der Konzentrationsbereich der darin enthaltenen Selenverbindungen so zu wählen, dass keine verstärkte Selenabscheidung auf der Kathodenoberfläche auftritt, sondern eine Einlagerung des Selens in die Schicht erfolgt.
• Die so gebildete selenhaltige Schicht ist porös und zeigt eine stark strukturierte Oberfläche. Die auf dem Ti-Substrat fest haftende Schicht verfügt über ein Porensystem, welches nicht untereinander vernetzt ist, sondern aus isolierten geschlossenen bzw. zur Oberfläche geöffneten Poren mit einem mittlerem Porendurchmesser von 1–2 μm besteht.
• Neben dem Einsatz von Kalziumdihydrogenphospat-Grundelektrolyten, können auch Schwefel- oder Phosphorsäurelösungen als Grundelektrolyt dienen. Die selenhaltige Verbindung wird im Grundelektrolyten gelöst und das Implantat darin bei hohen Spannungen einer elektrochemisch -plasmachemischen Oxidation unterworfen.
• Der Selenanteil bewirkt eine langsame Freisetzung des Selens. Die mikrobizide Wirkung macht erfindungsgemäß beschichtete Implantate insbesondere für Risikopatientengruppen geeignet.
• Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel beschrieben.
• 30g/l Kalziumdihydrogenphospat und 0,8g/l Natriumselenat werden in wässriger Lösung aufgelöst. In diesem Elektrolyt wird die elektrochemisch-plasmachemische Oxidation eines Ti-Dentalimplantates mit einer Gesamtoberfläche von 2,5 cm² bei Elektrolyttemperaturen zwischen 18°C–35°C so durchgeführt, dass 130 s an der Implantatoberfläche Plasmaentladungen auftreten. Das Anodenpotential liegt dabei im Bereich von 165 V.
• Anschließend erfolgt die Spülung des Implantates in dest. Wasser. Die Abschlussspülung erfolgt in eine Wasser/Propanol Gemisch 1:1.

Claims (7)

1. Medizinisches Implantat mit biokompatibler, poröser Oberflächenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht Selen enthält.
2. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat aus Titan oder dessen Legierungen ist.
3. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Schicht Calciumphosphat enthält.
4. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Oberflächenschicht 0,01 – 1,1 % Selen enthält.
5. Verfahren zur Herstellung eines Implantats nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man ein medizinisches Implantat nach Anspruch 2 – in einem selenhaltigen Kalziumdihydrogenphospat-Grundelektrolyten – elektrochemisch-plasmachemisch anodisch oxidiert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass dem Grundelektrolyten Selen in Form von Alkaliselenaten in Konzentrationen von 0,1–1,5 % zugesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass der Grundelektrolyt schwefel- und/oder phosphorsauer ist.