DE102006005034A1

DE102006005034A1 - Implantat und Verfahren zur Herstellung eines Implantats

Info

Publication number: DE102006005034A1
Application number: DE102006005034A
Authority: DE
Inventors: Dirk Zimmermann; Bodo FÜTTERER
Original assignee: Maxon Motor GmbH
Current assignee: Maxon International AG
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein zum Einwachsen in einen Knochen bestimmtes Implantat und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Implantats. Es handelt sich dabei um ein einteiliges oder aus mehreren Teilen bestehendes Keramikimplantat, das auf einfache Weise mit einer aufgerauten Oberfläche versehen werden soll, um das Einwachsen des Implantats in den Knochen zu erleichtern. Hierzu ist vorgesehen, das Implantat in einem Sinterverfahren herzustellen und die Oberflächenrauigkeit des Implantats bereits vor dem abschließenden Sintervorgang zu erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zum Einwachsen in einen Knochen bestimmten Implantats durch Pulverspritzgießen von bindemittelversetztem Metallund/oder Keramikpulver, in dem durch Spritzgießen zunächst ein Grünling, durch Entfernen des Bindemittels ein Braunling und mindestens einmaliges Sintern das Implantat hergestellt wird, wobei das Verfahren einen Schritt zur Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit des Implantats umfasst.

Versuche, Beschädigungen von Gelenken oder auch Zahnsubstanz durch Einsatz von Implantaten zu beheben sind schon seit langem bekannt. Etwa in der Mitte des 20. Jahrhunderts wurde die Forschung in diesen Bereichen intensiviert, so dass heutzutage beispielsweise der Einsatz eines künstlichen Hüftgelenks zur Routine geworden ist.

Auch bei Totalverlust eines Zahnes wird häufig ein Zahnimplantat empfohlen. Solche Zahnimplantate bestehen üblicherweise aus mehreren Teilen. Ein Implantatkörper wird in den Kiefer eingepflanzt und dort im Knochen verankert. Am Implantatkörper wird ein Implantatpfosten befestigt, auf dem eine Suprakonstruktion, wie beispielsweise eine Krone, angebracht wird.

Bisher wird hauptsächlich Titan als Werkstoff für diese Implantate eingesetzt. Dies liegt daran, dass Titan eine gute Biokompatibilität und gute mechanische Eigenschaften aufweist.

Vor allen Dingen bei Zahnimplantaten ergeben sich durch den Einsatz von Titan allerdings eine Reihe von Nachteilen. So kann es beispielsweise vorkommen, dass das Titanimplantat durch das Zahnfleisch durchschimmert. Bei Zahnfleischrückgang oder Schrumpfung ist ein dunkler Rand zwischen der Krone und dem Zahnfleisch zu erkennen.

Es ist daher auch bekannt, Implantate aus Keramik herzustellen. Keramik hat den Vorteil, eine dem natürlichen Zahn ähnliche, helle Färbung zu haben. Nachteilig an diesen Keramikimplantaten ist allerdings, dass sie in einem aufwändigen Herstellverfahren produziert werden müssen. Um das Einwachsen in den Knochen zu erleichtern, ist bekannt, dass die Implantatoberfläche eine bestimmte Rauhigkeit aufweisen sollte. Bei sehr har dass die Implantatoberfläche eine bestimmte Rauhigkeit aufweisen sollte. Bei sehr harten und glatten Keramikoberfläche ist es bisher schwierig, eine raue Oberfläche herzustellen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Keramikimplantat, einteilig oder aus mehreren Teilen bestehend, auf einfache Weise mit einer aufgerauten Oberfläche zu versehen, die das Einwachsen des Implantats in den Knochen erleichtert.

Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schritt zur Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit des Implantats vor dem abschließenden Sintern erfolgt, indem die Oberfläche im Grünling und/oder im Braunling und/oder in einer anderen Vorstufe des Implantats zumindest teilweise aufgeraut wird. Die Oberflächenbehandlung ist somit Teil des Herstell-Verfahrens. Es sind keine nachträglichen mechanischen Bearbeitungsschritte, wie z.B. spanabhebende Schritte, an den glatten und harten gesinterten Keramikkörpern notwendig.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Pulverspritzgießwerkzeug eine Struktur aufweist, die die Oberflächenrauhigkeit des Implantats erhöht. Diese Struktur wird auf den Grünling übertragen und bleibt auch nach dem Sintervorgang bestehen. Das Implantat muss somit nach dem Sintern nicht mehr mechanisch bearbeitet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Oberflächenrauhigkeit des Grünlings und/oder des Braunlings durch einen materialabtragenden Schritt, wie Erodieren, Sand- oder Wasserstrahlen, Laserstrahlen, Ätzen, erhöht wird. Da der Grünling und der Braunling eine wesentlich weichere Oberfläche aufweisen als das Implantat, ist die mechanische Behandlung der Oberflächen in diesem Schritt sehr einfach.

In einer Variante ist es auch möglich, die Oberflächenrauhigkeit des Grünlings und/oder des Braunlings durch einen materialumformenden Schritt, wie Walzen, Prägen oder Drücken zu erhöhen. Wie bereits beschrieben, sollten mechanische Behandlungen vorzugsweise am Grünling oder Braunling vorgenommen werden, da diese Vorstufen wesentlich leichter zu bearbeiten sind, als das gesinterte Implantat.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass die Oberflächenrauhigkeit durch Aufbringen zusätzlicher Partikel auf die Oberfläche des Grünlings und/oder des Braunlings und/oder der anderen Vorstufe des Implantats erhöht wird. In diesem Fall ist keinerlei mechanische Belastung des Grundkörpers nötig, Beschädigungen des Grünlings oder Braunlings können somit ausgeschlossen werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Grünling und/oder der Braunling und/oder die andere Vorstufe des Implantats mit Bindemittel beschichtet und Partikel auf die Bindemittelschicht aufgebracht werden. Durch die Bindemittelschicht werden die Partikel auf dem Grundkörper fixiert und bilden Vorsprünge aus, die die Oberflächenrauhigkeit erhöhen. Während des abschließenden Sintervorgangs sintern diese Partikel auf dem Implantat auf.

Gemäß einer anderen Verfahrensweise werden die Partikel mit Bindemittel gemischt und auf den Grünling und/oder den Braunling und/oder die andere Vorstufe des Implantats aufgebracht. Da Bindemittel und Partikel gleichzeitig aufgebracht werden, kann ein Verfahrensschritt eingespart werden.

In einer bevorzugten Variante werden die Partikel bzw. die Partikel-Bindemittel-Mischung auf den bindemittelbeschichteten Grünling und/oder den bindemittelbeschichteten Braunling und/oder die andere, bindemittelbeschichtete Vorstufe des Implantats bzw. den Grünling und/oder Braunling und/oder die andere Vorstufe des Implantats aufgesprüht. Somit ist eine einfache Beschichtung, auch von komplexeren Geometrien, möglich.

Weiterhin ist es auch möglich, dass der Grünling und/oder der Braunling und/oder die andere Vorstufe des Implantats bzw. der bindemittelmittelbeschichtete Grünling und/oder der bindemittelbeschichtete Braunling und/oder die andere, bindemittelbeschichtete Vorstufe des Implantats mit der Partikel-Bindemittelmischung bzw. den Partikeln berieselt werden. Die Partikel werden somit drucklos auf den Grundkörper aufgebracht, wodurch eventuelle Beschädigungen vermieden werden können.

Gemäß einer weiteren Variante werden der Grünling und/oder der Braunling und/oder die andere Vorstufe des Implantats bzw. der bindemittelbeschichtete Grünling und/oder der bindemittelbeschichtete Braunling und/oder die andere, bindemittelbeschichtete Vorstufe des Implantats in die Partikel-Bindemittel-Mischung bzw. in die Partikel einge taucht. Auf diese Weise ist es möglich, eine gleichmäßige Beschichtung des Grundkörpers zu erreichen.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass die zusätzlich aufgebrachten Partikel eingebrannt werden. Auf diese Weise wird eine feste Verbindung zwischen dem Grundkörper und den aufgebrachten Partikeln hergestellt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zusätzlich aufgebrachten Partikel aus demselben Material bestehen wie das Implantat. Beim Sintern kann sich somit eine feste Verbindung zwischen den Partikeln und dem Implantat ausbilden.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass sich bei dem Implantat um ein Schraubimplantat handelt und die Oberfläche des Implantats in dem Bereich aufgeraut wird, in dem beim Einsetzen des Implantats in den Knochen Reibkontakt zwischen Implantat und Knochen auftritt. Durch die aufgeraute Oberfläche des Implantats wird beim Einschrauben des Implantats in den Knochen Knochen abgerieben. Dieser Knochenabrieb trägt dazu bei, dass das Implantat besser in den Knochen einwächst.

Bevorzugterwieise sind die auf das Implantat aufgebrachte Partikel scharfkantig. Durch die scharfkantigen Partikel wird die Erzeugung von Knochenabrieb beim Einsetzen des Implantats erleichtert.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auch auf ein Implantat aus einem keramischen oder metallischen Sinterwerkstoff mit aufgerauter Oberfläche zum Einwachsen in einen Knochen, bei dem die Oberfläche zumindest teilweise partikelförmige Vorsprünge aufweist. Wie bereits beschrieben, können diese Vorsprünge leicht auf einen Grünling und/oder einen Braunling und/oder eine andere Vorstufe des Implantats vor dem abschließenden Sintern aufgebracht werden und erleichtern das Einwachsen des Implantats in den Knochen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die aufgeraute Oberfläche des Implantats eine sandpapierähnliche Struktur hat. Diese sandpapierähnliche Struktur entsteht durch das Herstellverfahren und sorgt dafür, dass beim Einsetzen des Implantats in den Knochen Teile des Knochens abgerieben werden und zu einem verbesserten Einwachsen des Implantats beitragen.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 ein im Kiefer verankertes Dentalimplantat,

2 Vergrößerung eines Ausschnitts des Implantats aus 1.

1 zeigt einen Querschnitt durch ein im Kieferknochen 2 verankertes Dentalimplantat 1. Das Dentalimplantat 1 besteht aus einem Implantatkörper 3, einem Implantatpfosten 4 und einer Suprakonstruktion 5. Der Implantatkörper 3 wird in eine Bohrung im Kieferknochen 2 eingesetzt und ist somit von außen nicht sichtbar. Auf dem Implantatkörper 3 wird ein Implantatpfosten 4 befestigt. Der Implantatpfosten 4 ist von Zahnfleisch umgeben und somit ebenfalls nicht von außen sichtbar. Der Implantatpfosten 4 weist eine Befestigungsvorrichtung für eine Suprakonstruktion 5, beispielsweise eine Krone oder eine Brücke, auf.

Um den Implantatkörper 3 gut im Kieferknochen 2 verankern zu können, weist der Implantatkörper 3 ein Gewinde 7 auf. 2 zeigt eine Vergrößerung eines Ausschnitts des Implantatkörpers 3 mit dem Gewinde 7.

Wie in 2 deutlich zu erkennen ist, weist der Implantatkörper 3 an seiner Oberfläche partikelförmige Vorsprünge 8 auf. Diese partikelförmigen Vorsprünge 8 sind hauptsächlich dort angebracht, wo der Implantatkörper 3 beim Einsetzen in den Kieferknochen 2 mit diesem in Reibkontakt tritt, also vor allem an dem Gewinde 7. Beim Einschrauben des Implantatkörpers 3 in den Kieferknochen 2 reiben diese partikelförmigen Vorsprünge 8 am Kieferknochen 2 und führen zu Knochenabrieb. Es hat sich gezeigt, dass dieser Knochenabrieb das Einwachsen des Implantatkörpers 3 in den Kieferknochen 2 erleichtert. Um diesen Knochenabrieb zu fördern, sollten die partikelförmigen Vorsprünge 8 daher möglichst scharfkantig sein. Zudem führen die partikelförmigen Vorsprünge 8 dazu, dass die Oberfläche des Implantatkörpers 3 aufgeraut ist. Der Kieferknochen 2 kann zwischen die partikelförmigen Vorsprünge 8 einwachsen, was zu einer sehr festen Verankerung des Implantatkörpers 3 im Knochen 2 führt.

Die Oberflächenrauhigkeiten bzw. partikelförmigen Vorsprünge 8 werden bereits während des Herstellungsverfahrens auf dem Implantatkörper 3 angebracht. Da die Vorstufen des Implantats wesentlich leichter bearbeitet werden können als das fertige gesinterte Implantat, wird der Verfahrensschritt zur Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit vor dem abschließenden Sintern durchgeführt. Das Herstellungsverfahren umfasst dabei mehrere Schritte. In einem ersten Schritt wird durch Pulverspritzgießen bindemittelversetzten Metall- oder Keramikpulver zunächst ein Grünling hergestellt. Im Anschluss daran wird das Bindemittel aus dem Grünling entfernt. Je nach Art des Bindemittels kann dies durch Erwärmen des Grünlings erfolgen, durch Behandlung des Grünlings mit organischen Lösemitteln oder auch durch Kontakt des Grünlings mit starken Säuren. Das nahezu bindemittelfreie Werkstück wird Braunling genannt. Dieser Braunling ist sehr fragil und sollte keinen größeren Belastungen ausgesetzt werden. Nach der Entfernung des Bindemittels wird der Braunling durch einen thermischen Prozess, das Sintern, verdichtet und erhält nahezu seine Endfestigkeit.

Die Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit des Implantatkörpers 3 kann in verschiedenen Schritten des Herstellungsprozesses vorgenommen werden. Eine Möglichkeit ist, das Spritzgießwerkzeug, in dem der Grünling geformt wird, mit einer Struktur zu versehen, die dann auf der Oberfläche des Grünlings abgebildet wird. Dies führt normalerweise zu weichen Konturen der Vorsprünge. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Material von der Oberfläche des Grünlings oder des Braunlings abzutragen. Dies kann beispielsweise durch einen materialabtragenden oder materialumformenden Schritt, wie Erodieren, Sand- oder Wasserstrahlen, Laserstrahlen, Ätzen, Prägen, Walzen oder Drücken erfolgen. Bei dieser Methode muss allerdings sehr vorsichtig vorgegangen werden, da der Grünling und vor allem der Braunling sehr fragil sind und keinen großen Belastungen ausgesetzt werden dürfen.

Weiterhin ist auch möglich, zusätzliche Partikel auf die Oberfläche des Grünlings, des Braunlings oder einer anderen Vorstufe des Implantats aufzubringen. Dazu wird der Basiskörper mit einer Bindemittelschicht beschichtet, auf die im Anschluss die Partikel aufgebracht werden. Das kann z.B. durch Aufsprühen, Aufrieseln oder durch Eintauchen des Körpers in die Partikel erfolgen.

Andererseits ist es auch möglich, die Partikel mit Bindemittel zu mischen und diese Mischung auf die Basiskörper aufzusprühen, aufzurieseln, aufzuwalzen oder die Basiskörper in die Mischung einzutauchen.

Werden der Grünling oder der Braunling so beschichtet, so werden die zusätzlich aufgebrachten Partikel im Sinterschritt mit dem Grundkörper verbunden. Wird eine andere Vorstufe des Implantats auf diese Weise behandelt, so erfolgt ein weiterer Einbrennschritt, um eine Verbindung zwischen den aufgebrachten Partikeln und dem Basiskörper zu erreichen. Die Partikel werden dabei meist so ausgewählt, dass sie aus demselben Material bestehen, wie der Implantatkörper.

Um beim Einsetzen des Implantatkörpers 3 in den Kieferknochen 2 den gewünschten Knochenabrieb zu erhalten, erfolgt die Beschichtung vorzugsweise mit scharfkantigen Partikeln.

Das fertige Implantat weist dann eine sandpapierartige Struktur der Oberfläche auf.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines zum Einwachsen in einen Knochen bestimmten Implantats durch Pulverspritzgießen von bindemittelversetztem Metall- und/oder Keramikpulver, indem durch Spritzgießen zunächst ein Grünling, durch Entfernen des Bindemittels ein Braunling und durch mindestens einmaliges Sintern das Implantat hergestellt wird, wobei das Verfahren einen Schritt zur Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit des Implantats umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit vor dem abschließenden Sintern erfolgt, indem die Oberfläche im Grünling und/oder im Braunling und/oder in einer anderen Vorstufe des Implantats zumindest teilweise aufgeraut wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulverspritzgießwerkzeug eine Struktur aufweist, die die Oberflächenrauhigkeit des Implantats erhöht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauhigkeit des Grünlings und/oder des Braunlings durch einen materialabtragenden Schritt, wie Erodieren, Sand- oder Wasserstrahlen, Laserstrahlen, Ätzen, erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauhigkeit des Grünlings und/oder des Braunlings durch einen materialumformenden Schritt, wie Walzen, Prägen, Drücken erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauhigkeit des Implantats durch Aufbringen zusätzlicher Partikel auf die Oberfläche des Grünlings und/oder des Braunlings und/oder der anderen Vorstufe des Implantats erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling und/oder der Braunling und/oder der anderen Vorstufe des Implantats mit Bindemittel beschichtet und Partikel auf die Bindemittelschicht aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel mit Bindemittel gemischt und auf den Grünling und/oder den Braunling und/oder die andere Vorstufe des Implantats aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel bzw. die Partikel-Bindemittel-Mischung auf den bindemittelbeschichteten Grünling und/oder den bindemittelbeschichteten Braunling und/oder die andere, bindemittelbeschichtete Vorstufe des Implantats bzw. den Grünling und/oder den Braunling und/oder die andere Vorstufe des Implantats aufgesprüht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling und/oder der Braunling und/oder die andere Vorstufe des Implantats bzw. der bindemittelbeschichtete Grünling und/oder der bindemittelbeschichtete Braunling und/oder die andere, bindemittelbeschichtete Vorstufe des Implantats mit der Partikel-Bindemittel-Mischung bzw. den Partikeln berieselt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling und/oder der Braunling und/oder die andere Vorstufe bzw. der bindemittelbeschichtete Grünling und/oder der bindemittelbeschichtete Braunling und/oder die andere, bindemittelbeschichtete Vorstufe des Implantats in die Partikel-Bindemittel-Mischung bzw. die Partikel eingetaucht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlich aufgebrachten Partikel eingebrannt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlich aufgebrachten Partikel aus dem selben Material bestehen wie das Implantat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Implantat um ein Schraubimplantat handelt und die Oberfläche des Implantats in dem Bereich aufgeraut wird, in dem beim Einsetzen des Implantats in den Knochen Reibkontakt zwischen dem Implantat und dem Knochen auftritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel scharfkantig sind.
Implantat aus einem keramischen oder metallischen Sinterwerkstoff mit aufgerauter Oberfläche zum Einwachsen in einen Knochen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Implantats zumindest teilweise partikelförmige Vorsprünge aufweist.
Implantat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeraute Oberfläche des Implantats eine sandpapierähnliche Struktur hat.