DE102006011348B4

DE102006011348B4 - A process for producing a physiological environment corrosion inhibiting layer on a molding

Info

Publication number: DE102006011348B4
Application number: DE102006011348.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gerold Bodo; Gerhard Kappelt
Original assignee: Biotronik VI Patent AG
Current assignee: Biotronik AG
Priority date: 2006-03-11
Filing date: 2006-03-11
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2026-03-12
Also published as: DE102006011348A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung einer in physiologischer Umgebung korrosionshemmenden Schicht auf einem Stent oder einem Bestandteil eines Stents, der aus einer Yttrium und weitere Seltenerdmetalle enthaltenden, biokorrodierbaren Magnesiumlegierung besteht und der als medizinisches Implantat oder als ein Bestandteil eines medizinischen Implantats ausgebildet ist, umfassend den Schritt: Behandeln einer Oberfläche des Stents oder des Bestandteil eines Stents mit einer wässrigen, fluoridhaltigen Konversionslösung.A method of producing a physiological environment anticorrosive layer on a stent or component of a stent comprised of a yttrium and other rare earth metal containing biocorrodible magnesium alloy and which is formed as a medical implant or as a component of a medical implant comprising the step of: treating a surface of the stent or component of a stent with an aqueous, fluoride-containing conversion solution.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer in physiologischer Umgebung korrosionshemmenden Schicht auf einem Stent oder einen Bestandteil eines Stents, der aus einer Yttrium und weitere Seltenerdmetalle enthaltenden, biokorrodierbaren Magnesiumlegierung besteht und der als medizinisches Implantat oder als ein Bestandteil eines medizinischen Implantats ausgebildet ist. The invention relates to a method for producing a physiological environment corrosion-inhibiting layer on a stent or a component of a stent, which consists of a yttrium and other rare earth-containing, biocorrodible magnesium alloy and which is designed as a medical implant or as a component of a medical implant.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Medizinische Implantate unterschiedlichster Zweckbestimmung sind in großer Vielfalt aus dem Stand der Technik bekannt. Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Realisation moderner medizinischer Implantate ist deren Biokompatibilität: Die eingesetzten Werkstoffe sollen einen möglichst hohen Grad an Gewebeverträglichkeit gewähren. Häufig ist nur ein zeitweiliger Verbleib des Implantats im Körper zur Erfüllung des medizinischen Zweckes erforderlich. Implantate aus permanenten Werkstoffen, also Werkstoffen, die im Körper nicht abgebaut werden, sind wieder zu entfernen, da es mittel- und langfristig auch bei hoher Biokompatibilität zu Abstoßungsreaktionen des Körpers kommen kann. Medical implants of various purposes are known in great variety from the prior art. An important aspect in the realization of modern medical implants is their biocompatibility: The materials used should provide the highest possible degree of tissue compatibility. Often, only a temporary retention of the implant in the body is necessary to fulfill the medical purpose. Implants made of permanent materials, ie materials that are not degraded in the body, are to be removed again, because in the medium and long term, even with high biocompatibility can lead to rejection reactions of the body.

Ein Ansatz zur Lösung vorgenannter Problematik besteht darin, das Implantat ganz oder in Teilen aus einem biokorrodierbaren Werkstoff zu formen. Unter Biokorrosion werden mikrobielle Vorgänge oder schlicht durch die Anwesenheit von Körpermedien bedingte Prozesse verstanden, die zu einem allmählichen Abbau der aus dem Werkstoff bestehen Struktur führen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt verliert das Implantat oder zumindest der Teil des Implantates, der aus dem biokorrodierbaren Werkstoff besteht, seine mechanische Integrität. Die Abbauprodukte werden vom Körper weitgehend resorbiert, wobei geringe Rückstände tolerierbar sind.One approach to solving the aforementioned problem is to form the implant in whole or in part of a biocorrodible material. Biocorrosion is understood to mean microbial processes or processes simply conditioned by the presence of body media, which lead to a gradual degradation of the structure consisting of the material. At some point in time, the implant or at least the part of the implant made of the biocorrodible material loses its mechanical integrity. The degradation products are largely absorbed by the body, with low residues are tolerated.

Biokorrodierbare Werkstoffe wurden unter anderem auf Basis von Polymeren synthetischer Natur oder natürlichem Ursprungs entwickelt. Die Materialeigenschaften, aber auch teils die Biokompatibilität der Abbauprodukte der Polymere limitiert den Einsatz jedoch deutlich. So müssen beispielsweise orthopädische Implantate häufig hohen mechanischen Beanspruchungen standhalten und vaskuläre Implantate, z.B. Stents, je nach Design sehr speziellen Anforderungen an E-Modul, Brüchigkeit und Formbarkeit genügen. Biocorrodible materials have been developed on the basis of polymers of synthetic or natural origin. The material properties, but also partly the biocompatibility of the degradation products of the polymers limits the use clearly. For example, orthopedic implants often must withstand high mechanical stresses and vascular implants, e.g. Stents, depending on the design, meet very specific requirements for modulus of elasticity, brittleness and formability.

Ein aussichtsreicher Ansatz zur Lösung des Problems liegt in der Verwendung biokorrodierbarer Metalllegierungen. So wird in DE 197 31 021 A1 vorgeschlagen, medizinische Implantate aus einem metallischen Werkstoff zu formen, dessen Hauptbestandteil ein Element aus der Gruppe Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Eisen, Zink und Aluminium ist. Als besonders geeignet werden Legierungen auf Basis von Magnesium, Eisen und Zink beschrieben. Nebenbestandteile der Legierungen können Mangan, Cobalt, Nickel, Chrom, Kupfer, Cadmium, Blei, Zinn, Thorium, Zirkonium, Silber, Gold, Palladium, Platin, Silizium, Calcium, Lithium, Aluminium, Zink und Eisen sein. Weiterhin ist aus der DE 102 53 634 A1 der Einsatz einer biokorrodierbaren Magnesiumlegierung mit einem Anteil von Magnesium > 90 %, Yttrium 3,7–5,5 %, Seltenerdmetallen 1,5–4,4 % und Rest < 1 % bekannt, die sich insbesondere zur Herstellung einer Endoprothese, z. B. in Form eines selbstexpandierenden oder ballonexpandierbaren Stent, eignet. Ungeachtet der erreichten Fortschritte auf dem Gebiet biokorrodierbarer Metalllegierungen sind die bisher bekannten Legierungen aufgrund ihres Korrosionsverhaltens nur beschränkt einsatzfähig. Die relativ rasche Biokorrosion der Magnesiumlegierungen limitiert den Einsatz. Sowohl die Grundlagen der Magnesium-Korrosion als auch eine große Anzahl von technischen Verfahren zur Verbesserung des Korrosionsverhaltens (im Sinne einer Verstärkung des Korrosionsschutzes) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bekannt ist beispielsweise, dass der Zusatz von Yttrium und/oder weiteren Seltenerdmetallen einer Magnesiumlegierung einen leicht erhöhten Korrosionswiderstand in Meerwasser verleiht.A promising approach to solving the problem lies in the use of biocorrodible metal alloys. So will in DE 197 31 021 A1 proposed to form medical implants of a metallic material whose main component is an element from the group of alkali metals, alkaline earth metals, iron, zinc and aluminum. Particularly suitable alloys based on magnesium, iron and zinc are described. Secondary constituents of the alloys may be manganese, cobalt, nickel, chromium, copper, cadmium, lead, tin, thorium, zirconium, silver, gold, palladium, platinum, silicon, calcium, lithium, aluminum, zinc and iron. Furthermore, from the DE 102 53 634 A1 the use of a biocorrodible magnesium alloy with a share of magnesium> 90%, yttrium 3.7-5.5%, rare earth metals 1.5-4.4% and remainder <1% known in particular for the preparation of an endoprosthesis, z. In the form of a self-expanding or balloon-expandable stent. Regardless of the progress achieved in the field of biocorrodible metal alloys, the alloys known hitherto are only of limited use owing to their corrosion behavior. The relatively rapid biocorrosion of magnesium alloys limits the use. Both the fundamentals of magnesium corrosion and a large number of technical processes for improving the corrosion behavior (in terms of enhancing the corrosion protection) are known from the prior art. It is known, for example, that the addition of yttrium and / or other rare earth metals to a magnesium alloy confers a slightly increased corrosion resistance in seawater.

Ein Ansatzpunkt sieht vor, eine korrosionsschützende Schicht auf dem aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung bestehenden Formkörper zu erzeugen. Bekannte Verfahren zur Erzeugung einer korrosionsschützenden Schicht wurden unter dem Gesichtpunkt eines technischen Einsatzes des Formkörpers – jedoch nicht medizin-technischen Einsatzes in biokorrodierbaren Implantaten in physiologischer Umgebung – entwickelt und optimiert. Diese bekannten Verfahren umfassen: das Aufbringen von Polymeren, das Erzeugen einer Emaille, die chemische Konversion der Oberfläche, Heißgasoxidation, Anodisieren, Plasmaspritzen, Laserstrahl-Umschmelzen, PVD-Verfahren und Ionenimplantation. One starting point is to produce a corrosion-protective layer on the molding made of magnesium or a magnesium alloy. Known methods for producing a corrosion-protective layer have been developed and optimized from the point of view of a technical use of the molding - but not medical-technical use in biocorrodible implants in a physiological environment. These known methods include: applying polymers, producing enamel, surface chemical conversion, hot gas oxidation, anodizing, plasma spraying, laser beam remelting, PVD methods, and ion implantation.

JP 02061252 A beschreibt die chemische Konversion der Oberfläche von Magnesium-Werkstücken durch Erhitzen derselben in SF₆-haltiger Atmosphäre und unter Ausbildung einer MgF₂-Schicht. JP 02061252 A describes the chemical conversion of the surface of magnesium workpieces by heating them in SF ₆ -containing atmosphere and forming a MgF ₂ layer.

EP 0 702 098 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von abriebfesten Schutzbeschichtungen für Bauteile aus Aluminium-Magnesium-Legierungen und zwar durch Reaktion mit fluorhaltigem Plasma, wobei ebenfalls eine MgF₂-Schicht ausgebildet wird. EP 0 702 098 A1 describes a method for the production of abrasion-resistant protective coatings for components made of aluminum-magnesium alloys by reaction with fluorine-containing plasma, wherein also an MgF ₂ layer is formed.

DE 101 63 107 C1 sieht vor, in die Oberflächenschicht eines Magnesium-Werkstücks ein Halogensalz einzubringen, das eine geringere thermodynamische Stabilität aufweist, als ein mit demselben Halogenid gebildetes Magnesiumsalz. Das Einbringen des Halogensalzes in die Oberflächenschicht erfolgt durch Diffusionslegieren, Gaslegieren, schmelzflüssiges Legieren, mechanisches Legieren, Schleuderguss oder Reaktionsmahlen. Es entsteht eine sauerstofffreie, korrosionsschützende Deckschicht. DE 101 63 107 C1 provides to incorporate into the surface layer of a magnesium workpiece a halogen salt which has a lower thermodynamic stability than a magnesium salt formed with the same halide. The Introduction of the halogen salt in the surface layer is carried out by diffusion alloying, gas alloying, molten alloying, mechanical alloying, centrifugal casting or reaction milling. The result is an oxygen-free, corrosion-protective cover layer.

Herkömmliche technische Einsatzgebiete von Formkörpern aus Magnesiumlegierungen außerhalb der Medizintechnik erfordern in der Regel eine weitgehende Unterbindung korrosiver Prozesse. Dementsprechend ist die Zielstellung der meisten technischen Verfahren eine vollständige Inhibierung korrosiver Prozesse. Dagegen sollte die Zielstellung zur Verbesserung des Korrosionsverhaltens von biodegradierbaren Magnesiumlegierungen nicht in der vollständigen Unterbindung, sondern nur in der Hemmung korrosiver Prozesse liegen. Schon aus diesem Grunde eignen sich die meisten bekannten Verfahren zur Erzeugung einer Korrosionsschutzschicht nicht. Ferner müssen für einen medizin-technischen Einsatz auch toxikologische Aspekte berücksichtigt werden. Des Weiteren sind korrosive Prozesse stark von dem Medium abhängig, in dem sie ablaufen, und daher dürfte eine Übertragbarkeit der unter herkömmlichen Umweltbedingungen auf technischem Gebiet gewonnenen Erkenntnisse zum Korrosionsschutz auf die Prozesse in physiologischer Umgebung nicht uneingeschränkt möglich sein. Schließlich dürften bei einer Vielzahl von medizinischen Implantaten auch die der Korrosion zugrundeliegenden Mechanismen von üblichen technischen Anwendungen des Werkstoffs abweichen. So werden beispielsweise Stents, chirurgisches Nahtmaterial oder Clips im Gebrauch mechanisch verformt, so dass der Teilprozess der Spannungsriss-Korrosion beim Abbau dieser Formkörper erhebliche Bedeutung haben dürfte. Conventional technical fields of use of magnesium alloy moldings outside of medical technology generally require extensive suppression of corrosive processes. Accordingly, the objective of most engineering processes is complete inhibition of corrosive processes. By contrast, the goal of improving the corrosion behavior of biodegradable magnesium alloys should not be the complete suppression, but only the inhibition of corrosive processes. For this reason, most known methods for producing a corrosion protection layer are not suitable. Furthermore, toxicological aspects must also be considered for medical-technical use. Furthermore, corrosive processes are highly dependent on the medium in which they occur, and therefore, the transferability of the knowledge gained under conventional environmental conditions in the technical field for corrosion protection to the processes in physiological environment should not be fully possible. Finally, in a large number of medical implants, the mechanisms underlying the corrosion should deviate from the usual technical applications of the material. For example, stents, surgical sutures or clips are mechanically deformed in use, so that the sub-process of stress corrosion cracking in the degradation of these moldings should have considerable significance.

DE 101 63 106 A1 sieht vor, den Magnesiumwerkstoff durch Modifikation mit Halogeniden in seiner Korrosivität zu verändern. Der Magnesiumwerkstoff soll zur Herstellung medizinischer Implantate verwendet werden. Bevorzugt ist das Halogenid ein Fluorid. Die Modifikation des Werkstoffs wird durch Zulegieren salzförmiger Halogenverbindungen erreicht. Es wird demnach die Zusammensetzung der Magnesiumlegierung durch Zugabe der Halogenide verändert, um die Korrosionsrate zu mindern. Dementsprechend wird der gesamte, aus einer solchen modifizierten Legierung bestehende Formkörper ein verändertes Korrosionsverhalten besitzen. Durch das Zulegieren können jedoch weitere Werkstoffeigenschaften beeinflusst werden, die bei der Verarbeitung von Bedeutung sind oder auch die mechanischen Eigenschaften des aus dem Werkstoff entstehenden Formkörpers prägen. DE 101 63 106 A1 plans to change the magnesium material by modification with halides in its corrosivity. The magnesium material is to be used for the production of medical implants. Preferably, the halide is a fluoride. The modification of the material is achieved by alloying salt-form halogen compounds. Accordingly, the composition of the magnesium alloy is changed by adding the halides to reduce the corrosion rate. Accordingly, the entire, consisting of such a modified alloy moldings will have a modified corrosion behavior. By alloying, however, further material properties can be influenced, which are important in the processing or also characterize the mechanical properties of the resulting from the material molding.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stent oder einen Bestandteil eines Stents, der als medizinisches Implantat oder als ein Bestandteil eines medizinischen Implantats ausgebildet ist und aus einer spezifischen biokorrodierbaren Magnesiumlegierung besteht, derart zu modifizieren, dass eine Korrosion in physiologischer Umgebung gehemmt ist. Die Zusammensetzung der Legierung soll dabei nach Möglichkeit nur im Oberflächenbereich verändert werden, um unerwünschte Änderungen der Werkstoffeigenschaften zu vermeiden. Vorzugsweise soll nur eine anfängliche Hemmung der Biokorrosion erreicht werden, d. h. im Laufe der Zeit soll die Korrosionsrate ansteigen (die Korrosion sich beschleunigen), um den mit Fragmentbildung durch Zerfall des Stents oder des Bestandteils eines Stents resultierenden Gefahren im Körper von Mensch oder Tier entgegenzuwirken. Durch eine anfängliche Hemmung der Biokorrosion könnte auch erreicht werden, dass ein ein Stent oder ein Bestandteil eines Stents in der Lage ist, seinen medizinischen Einsatzzweck über einen bestimmten Zeitraum zu erfüllen, dann aber rasch korrodiert. The object of the present invention is to modify a stent or a component of a stent, which is designed as a medical implant or as a component of a medical implant and consists of a specific biocorrodible magnesium alloy, in such a way that corrosion in a physiological environment is inhibited. If possible, the composition of the alloy should be changed only in the surface area in order to avoid undesired changes in the material properties. Preferably, only an initial inhibition of biocorrosion should be achieved, i. H. Over time, the corrosion rate is expected to increase (accelerate corrosion) to counteract the dangers of fragmentation due to disintegration of the stent or component of a stent in the human or animal body. An initial inhibition of biocorrosion could also result in a stent or component of a stent being able to perform its medical use over a period of time, but then rapidly corroded.

Die Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Zur Erzeugung einer in physiologischer Umgebung korrosionshemmenden Schicht auf einem Stent oder einen Bestandteil eines Stents, der aus einer Yttrium und weiteren Seltenerdmetalle enthaltenden, biokorrodierbaren Magnesiumlegierung besteht und als medizinisches Implantat oder als ein Bestandteil eines medizinischen Implantats ausgebildet ist, umfasst das Verfahren den folgenden Schritt:
Behandeln einer Oberfläche des Stents oder des Bestandteils eines Stents mit einer wässrigen, fluoridhaltigen Konversionslösung.The object is achieved according to a first aspect of the invention by the method having the features mentioned in claim 1. To produce a physiological environment anticorrosive layer on a stent or component of a stent consisting of a biocorrodible magnesium alloy containing yttrium and other rare earth metals and designed as a medical implant or as a component of a medical implant, the method comprises the following step:
Treating a surface of the stent or component of a stent with an aqueous, fluoride-containing conversion solution.

Das Behandeln der Oberfläche mit der Konversionslösung führt zur Ausbildung einer korrosionshemmenden Schicht, die MgF₂-haltig sein dürfte. Die erfindungsgemäß erzeugte korrosionshemmende Schicht weist eine gleichmäßige Dicke auf. Es wird davon ausgegangen, dass die gleichmäßige Dicke der Schicht durch den Einsatz einer flüssigen Konversionslösung und die durch Kontakt mit der Konversionslösung induzierten Prozesse im Oberflächenbereich des Stents oder des Bestandteils eines Stents bedingt ist.The treatment of the surface with the conversion solution leads to the formation of a corrosion-inhibiting layer, which should be MgF ₂ -containing. The corrosion-inhibiting layer produced according to the invention has a uniform thickness. It is believed that the uniform thickness of the layer is due to the use of a liquid conversion solution and the processes induced by contact with the conversion solution in the surface area of the stent or component of a stent.

Durch die Anwesenheit von Yttrium und weiteren Seltenerdmetallen zeigt die Magnesiumlegierung bereits einen gegenüber reinem Magnesium erhöhten Korrosionswiderstand. Es hat sich nun gezeigt, dass die Behandlung mit einer wässrigen, fluoridhaltigen Konversionslösung nicht zur Ausbildung einer vollständig oder weitgehend die Korrosion in physiologischer Umgebung inhibierenden Schutzschicht führt. Mit anderen Worten, in physiologischer Umgebung erfolgt dennoch eine Korrosion des Formkörpers, jedoch mit verzögerter Geschwindigkeit. Due to the presence of yttrium and other rare earth metals, the magnesium alloy already shows an increased corrosion resistance compared to pure magnesium. It has now been found that treatment with an aqueous, fluoride-containing conversion solution does not lead to the formation of a protective layer which completely or largely inhibits corrosion in a physiological environment. In other words, in a physiological environment, corrosion of the shaped body nevertheless occurs, but at a delayed speed.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß erzeugten korrosionshemmenden Schicht wird der Abbau des Stents oder des Bestandteils eines Stents in physiologischer Umgebung nur zeitweilig verhindert oder zumindest gehemmt. Erste Untersuchungen deuten drauf hin, dass die korrosionshemmende Schicht in physiologischer Umgebung ebenfalls angegriffen und allmählich abgebaut wird. Dieses Verhalten ist vorteilhaft. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Stent oder der Bestandteil eines Stents nach dem Einbringen in physiologischer Umgebung, d. h. Implantation in den Körper von Mensch oder Tier, über einen ersten Zeitraum seine mechanische Integrität beibehält und seinen medizinischen Zweck erfüllen kann. Sobald die korrosionshemmende Schicht jedoch ganz oder in Teilen abgebaut ist, findet über einen zweiten Zeitraum ein rascher Abbau der darunter liegenden, nur aus der biokorrodierbaren Magnesiumlegierung bestehenden Bestandteile des Stents oder des Bestandteils eines Stents statt. Mit anderen Worten, eine Korrosionsrate im ersten Zeitraum ist geringer als eine Korrosionsrate im zweiten Zeitraum. Insbesondere bei Stents kann damit wirkungsvoll den aus der Fragmentbildung resultierenden Gefahren entgegengewirkt werden. Unter Magnesiumlegierung wird vorliegend eine Legierung verstanden, deren Hauptkomponente Magnesium ist. Hauptkomponente ist die Legierungskomponente, deren Gewichtsanteil an der Legierung am höchsten ist. Alle prozentualen Angaben zur Zusammensetzung der Legierungen sind als Angaben in Gewichtsprozent zu verstehen, sofern nicht anders ausgeführt. Die Magnesiumlegierung enthält Yttrium und weitere Seltenerdmetalle, da sich eine derartige Legierung aufgrund ihrer physiko-chemischen Eigenschaften und hohen Biokompatibilität, insbesondere auch seiner Abbauprodukte, auszeichnet. Vorzugsweise ist die Magnesiumlegierung halogenfrei (hierunter wird ein Halogenanteil von kleiner oder gleich 0,01 Gew.% an der Legierung verstanden) oder weist zumindest einen Halogenanteil von kleiner als 0,2 Gew.% auf. With the aid of the corrosion-inhibiting layer produced according to the invention, the degradation of the stent or of the component of a stent in a physiological environment is only temporarily prevented or at least inhibited. First investigations indicate that the corrosion-inhibiting layer in physiological environment is also attacked and gradually degraded. This behavior is beneficial. In this way it can be achieved that the stent or the component of a stent, after introduction into a physiological environment, ie implantation into the body of human or animal, retains its mechanical integrity for a first period of time and can fulfill its medical purpose. However, as soon as the anti-corrosive layer has degraded, in whole or in part, rapid degradation of the underlying constituents of the stent or component of a stent consisting solely of the biocorrodible magnesium alloy will take place for a second period. In other words, a corrosion rate in the first period is less than a corrosion rate in the second period. In stents in particular, this effectively counteracts the dangers resulting from fragment formation. Magnesium alloy is understood here to mean an alloy whose main component is magnesium. The main component is the alloy component whose weight fraction of the alloy is highest. All percentage information on the composition of the alloys is to be understood as weight percentages, unless stated otherwise. The magnesium alloy contains yttrium and other rare earth metals, since such an alloy is distinguished by its physico-chemical properties and high biocompatibility, in particular its degradation products. The magnesium alloy is preferably halogen-free (this is understood to mean a halogen fraction of less than or equal to 0.01% by weight of the alloy) or has at least a halogen content of less than 0.2% by weight.

Besonders bevorzugt wird eine Legierung der Zusammensetzung Seltenerdmetalle 5,2–9,9 Gew.%, davon Yttrium 3,7–5,5 Gew.%, und Rest < 1 Gew.%, wobei Magnesium den auf 100 Gew.% fehlenden Anteil an der Legierung einnimmt, eingesetzt. Die Legierung bestätigte bereits experimentell und in ersten klinischen Versuchen ihre besondere Eignung, d. h. zeigt eine hohe Biokompatibilität, günstige Verarbeitungseigenschaften, gute mechanische Kennwerte und ein für die Einsatzzwecke adäquates Korrosionsverhalten. Unter der Sammelbezeichnung „Seltenerdmetalle“ werden vorliegend Scandium (21), Yttrium (39), Lanthan (57) und die 14 auf Lanthan (57) folgenden Elemente, nämlich Cer (58), Praseodym (59), Neodym (60), Promethium (61), Samarium (62), Europium (63), Gadolinium (64), Terbium (65), Dysprosium (66), Holmium (67), Erbium (68), Thulium (69), Ytterbium (70) und Lutetium (71), verstanden. Particularly preferred is an alloy of the composition rare earth metals 5.2-9.9 wt.% Of which yttrium 3.7-5.5 wt.%, And balance <1 wt.%, Where magnesium is missing to 100 wt.% Missing share used on the alloy. The alloy already confirmed its suitability experimentally and in initial clinical trials, d. H. shows a high biocompatibility, favorable processing properties, good mechanical properties and adequate for the purposes of corrosion behavior. Scandium (21), yttrium (39), lanthanum (57) and the 14 elements following lanthanum (57), namely cerium (58), praseodymium (59), neodymium (60), promethium are referred to herein by the generic term "rare earth metals" (61), samarium (62), europium (63), gadolinium (64), terbium (65), dysprosium (66), holmium (67), erbium (68), thulium (69), ytterbium (70) and lutetium (71), understood.

Die Magnesiumlegierungen sind so in ihrer Zusammensetzung zu wählen, dass sie biokorrodierbar sind. Als biokorrodierbar im Sinne der Erfindung werden Legierungen bezeichnet, bei denen in physiologischer Umgebung ein Abbau stattfindet, der letztendlich dazu führt, dass der gesamte Stent – respektive das gesamte Implantat oder der aus dem Werkstoff gebildete Teil des Stents – seine mechanische Integrität verliert. Als Prüfmedium zur Testung des Korrosionsverhaltens einer in Frage kommenden Legierung dient künstliches Plasma, wie es nach EN ISO 10993-15:2000 für Biokorrosionsuntersuchungen vorgeschrieben ist (Zusammensetzung NaCl 6,8 g/l, CaCl₂ 0,2 g/l, KCl 0,4 g/l, MgSO₄ 0,1 g/l, NaHCO₃ 2,2 g/l, Na₂HPO₄ 0,126 g/l, NaH₂PO₄ 0,026 g/l). Eine Probe der zu untersuchenden Legierung wird dazu in einem verschlossenen Probenbehälter mit einer definierten Menge des Prüfmediums bei 37 °C gelagert. In zeitlichen Abständen – abgestimmt auf das zu erwartende Korrosionsverhalten – von wenigen Stunden bis zu mehreren Monaten werden die Proben entnommen und in bekannter Weise auf Korrosionsspuren untersucht. Das künstliche Plasma nach EN ISO 10993-15:2000 entspricht einem blutähnlichen Medium und stellt damit eine Möglichkeit dar, eine physiologische Umgebung im Sinne der Erfindung reproduzierbar nachzustellen. The magnesium alloys are to be chosen in their composition so that they are biocorrodible. For the purposes of the invention, alloys are termed biocorrodible in which degradation takes place in a physiological environment, which ultimately leads to the entire stent-or the entire implant or the part of the stent formed of the material-losing its mechanical integrity. As a test medium for testing the corrosion behavior of a candidate alloy is used artificial plasma, as prescribed in EN ISO 10993-15: 2000 for biocorrosion studies (composition NaCl 6.8 g / l, CaCl ₂ 0.2 g / l, KCl 0 , 4 g / l, MgSO ₄ 0.1 g / l, NaHCO ₃ 2.2 g / l, Na ₂ HPO ₄ 0.166 g / l, NaH ₂ PO ₄ 0.026 g / l). A sample of the alloy to be examined is stored in a sealed sample container with a defined amount of the test medium at 37 ° C. At intervals - adjusted to the expected corrosion behavior - from a few hours to several months, the samples are taken and examined in a known manner for traces of corrosion. The artificial plasma according to EN ISO 10993-15: 2000 corresponds to a blood-like medium and thus represents a possibility to reproducibly reproduce a physiological environment within the meaning of the invention.

Der Begriff Korrosion bezieht sich vorliegend auf die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung, wobei eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt wird, die – bei Einsatz des Werkstoffs in einem Bauteil – zu einer Beeinträchtigung der Funktion des Bauteils führt. Ein Korrosionssystem besteht vorliegend aus dem korrodierenden Werkstoff, also der Magnesiumlegierung, sowie einem flüssigen Korrosionsmedium, das in seiner Zusammensetzung die Verhältnisse in physiologischer Umgebung nachstellt oder ein physiologisches Medium, insbesondere Blut ist. Werkstoffseitig beeinflussen die Korrosion Faktoren, wie die Zusammensetzung und Vorbehandlung der Legierung, mikro- und submikroskopische Inhomogenitäten, Randzoneneigenschaften, Temperatur- und Spannungszustand und insbesondere die Zusammensetzung einer die Oberfläche bedeckenden Schicht. Auf Seiten des Mediums wird der Korrosionsprozess durch Leitfähigkeit, Temperatur, Temperaturgradienten, Azidität, Volumen-Oberflächen-Verhältnis, Konzentrationsunterschied sowie Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst. The term corrosion in this case refers to the reaction of a metallic material with its surroundings, wherein a measurable change of the material is effected, which - when using the material in a component - leads to an impairment of the function of the component. In the present case, a corrosion system consists of the corrosive material, ie the magnesium alloy, and a liquid corrosion medium which, in its composition, adjusts the conditions in a physiological environment or is a physiological medium, in particular blood. On the material side, the corrosion influences factors such as the composition and pretreatment of the alloy, micro- and submicroscopic inhomogeneities, edge zone properties, temperature and stress state and in particular the composition of a surface-covering layer. On the medium side, the corrosion process is affected by conductivity, temperature, temperature gradients, acidity, volume-to-surface ratio, concentration difference, and flow velocity.

An der Phasengrenzfläche zwischen Werkstoff und Medium laufen Redox-Reaktionen ab. Für eine schützende bzw. hemmende Wirkung müssen vorhandene Schutzschichten und/oder die Produkte der Redox-Reaktionen eine gegen das Korrosionsmedium ausreichend dichte Struktur ausbilden, eine bezogen auf die Umgebung erhöhte thermodynamische Stabilität aufweisen und im Korrosionsmedium wenig löslich oder unlöslich sein. In der Phasengrenzfläche, genauer in einer sich in diesem Bereich ausbildenden Doppelschicht, laufen Ad- und Desorptionsprozesse ab. Die Vorgänge in der Doppelschicht sind geprägt von den dort ablaufenden kathodischen, anodischen und chemischen Teilprozessen. Es ist in der Regel eine allmähliche Alkalisierung der Doppelschicht zu beobachten. Fremdstoffablagerungen, Verunreinigungen und Korrosionsprodukte beeinflussen den Korrosionsprozess. Die Vorgänge bei der Korrosion sind demnach hoch komplex und lassen sich gerade im Zusammenhang mit einem physiologischen Korrosionsmedium, also Blut oder künstlichem Plasma, nicht oder nur im geringen Umfang voraussagen, da Vergleichsdaten fehlen. Schon aus diesem Grunde ist das Auffinden eines Verfahrens, das sich zur Erzeugung einer korrosionshemmenden Schicht, d. h. zur nur temporären Herabsetzung der Korrosionsrate einer Magnesiumlegierung der weiter oben genannten Zusammensetzung in physiologischer Umgebung, eignet, eine außerhalb der Routine liegende Maßnahme. Redox reactions take place at the interface between material and medium. For a protective or inhibiting effect, existing protective layers and / or the products of the redox reactions have to form a sufficiently dense structure against the corrosion medium, have an increased thermodynamic stability relative to the environment and in the corrosion medium be slightly soluble or insoluble. In the phase interface, more precisely in a double layer forming in this region, adsorption and desorption processes take place. The processes in the bilayer are characterized by the cathodic, anodic and chemical partial processes that take place there. As a rule, a gradual alkalization of the bilayer is observed. Foreign matter deposits, impurities and corrosion products influence the corrosion process. Accordingly, the processes in corrosion are highly complex and can not be predicted, or only to a limited extent, in connection with a physiological corrosive medium, ie blood or artificial plasma, since comparative data are lacking. For this reason alone, finding a method that is suitable for producing a corrosion-inhibiting layer, ie for only temporarily reducing the corrosion rate of a magnesium alloy of the above-mentioned composition in a physiological environment, is an out-of-routine measure.

Der Vorgang der Korrosion lässt sich durch Angabe einer Korrosionsrate quantifizieren. Ein zügiger Abbau ist mit einer hohen Korrosionsrate verbunden, und umgekehrt. Bezogen auf den Abbau des gesamten Stents oder des Bestandteils eines Stents wird eine im Sinne der Erfindung modifizierte Oberfläche zur Herabsetzung der Korrosionsrate führen. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte korrosionshemmende Schicht wird im Laufe der Zeit selbst abgebaut bzw. kann die von ihr abgedeckten Bereiche des Stents oder des Bestandteils eines Stents aus der biokorrodierbaren Magnesiumlegierung nur noch in einem immer geringeren Umfang schützen. Daher ist der Verlauf der Korrosionsrate für den gesamten Stent oder den Bestandteils eines Stents nicht linear. Vielmehr ergibt sich zu Beginn der einsetzenden korrosiven Prozesse eine relativ niedrige Korrosionsrate, die im Laufe der Zeit ansteigt. Dieses Verhalten wird als temporäre Herabsetzung der Korrosionsrate im Sinne der Erfindung verstanden und zeichnet die erzeugte korrosionshemmende Schicht aus. The process of corrosion can be quantified by specifying a corrosion rate. Fast degradation is associated with a high corrosion rate, and vice versa. Based on the degradation of the entire stent or the constituent of a stent, a modified surface in the sense of the invention will lead to a reduction of the corrosion rate. The corrosion-inhibiting layer produced by the method according to the invention is self-degraded over time or can protect the areas of the stent covered by it or of the constituent of a stent made of the biocorrodible magnesium alloy only to an ever-smaller extent. Therefore, the course of corrosion rate for the entire stent or component of a stent is not linear. On the contrary, at the beginning of the onset of corrosive processes, a relatively low corrosion rate occurs, which increases over time. This behavior is understood as a temporary reduction of the corrosion rate in the sense of the invention and distinguishes the generated corrosion-inhibiting layer.

Die erfindungsgemäß eingesetzte wässrige, fluoridhaltige Konversionslösung enthält Fluorid in gelöster Form. Ein Fluoridgehalt der Konversionslösung kann dabei in weiten Grenzen variieren. Eine Obergrenze des Gehalts ist durch die Löslichkeit bzw. Mischbarkeit der verwendeten Fluoridquelle gesetzt. Eine untere Grenze wird durch zeitliche und praktische Erwägungsgründe bestimmt: Um eine vorgegebene Oberfläche des Formkörpers zu modifizieren, müssten bei sehr niedrigen Fluoridgehalten große Volumenströme der Konversionslösung bewegt werden bzw. lange Kontaktzeiten vorgegeben werden. Als Fluoridquelle dienen Fluorsalze, insbesondere Alkalifluoride und Ammoniumfluorid, und/oder Flusssäure (HF). Es hat sich gezeigt, dass der Einsatz einer wässrigen Konversionslösung für die Ausbildung der korrosionshemmenden Schicht essentiell ist. Ein Grund hierfür könnten hydrolytische Teilprozesse bei der Behandlung der Oberfläche des Stents oder des Bestandteils eines Stents sein.The aqueous, fluoride-containing conversion solution used according to the invention contains fluoride in dissolved form. A fluoride content of the conversion solution can vary within wide limits. An upper limit of the content is set by the solubility or miscibility of the fluoride source used. A lower limit is determined by temporal and practical recitals: In order to modify a given surface of the molding, it would be necessary to move large volume streams of the conversion solution or to specify long contact times at very low fluoride contents. The fluoride source used are fluorine salts, in particular alkali fluorides and ammonium fluoride, and / or hydrofluoric acid (HF). It has been found that the use of an aqueous conversion solution is essential for the formation of the corrosion-inhibiting layer. One reason for this could be hydrolytic partial processes in the treatment of the surface of the stent or component of a stent.

Vorzugsweise ist die Konversionslösung eine wässrige HF-Lösung. Die wässrige HF-Lösung wird insbesondere auf Basis des azeotropen HF / H₂O-Gemisches bereitgestellt (HF-Gehalt: 38,2 %). Gegebenenfalls können dieser Lösung weitere Fluoridsalze zugesetzt werden. In Gegenwart einer wässrigen HF-Lösung erfolgt die Bildung von thermodynamisch stabilen, hydrolysebeständigen MgF₂. Preferably, the conversion solution is an aqueous HF solution. The aqueous HF solution is provided in particular on the basis of the azeotropic HF / H ₂ O mixture (HF content: 38.2%). Optionally, further fluoride salts can be added to this solution. In the presence of an aqueous HF solution, the formation of thermodynamically stable, hydrolysis-resistant MgF _{2 takes place} .

Vorzugsweise wird in einem Vorbehandlungsschritt eine Mg(OH)₂-Schicht auf der Oberfläche des Stents oder des Bestandteils eines Stents erzeugt. Die Vorbehandlung kann mit Hilfe von aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen. Ohne die Vorbehandlung ist die Oberfläche der Magnesiumlegierung zumindest bereichsweise mit einer dünnen überwiegend aus MgO bestehenden Schicht bedeckt. Der Vorbehandlungsschritt ist deshalb bevorzugt, weil die Lösung von MgO in wässriger Lösung schneller als die Konversion von MgO in MgF₂ abläuft und der Schichtaufbau somit sehr langsam vonstatten gehen würde. Preferably, in a pretreatment step, a Mg (OH) ₂ layer is formed on the surface of the stent or component of a stent. The pretreatment can be carried out by means known from the prior art. Without the pretreatment, the surface of the magnesium alloy is at least partially covered with a thin layer consisting predominantly of MgO. The pretreatment step is preferred because the solution of MgO in aqueous solution will be faster than the conversion of MgO to MgF ₂ and thus the build-up of layers would be very slow.

Der Stents oder des Bestandteils eines Stents ist als medizinisches Implantat ausgebildet oder ein Bestandteil eines solchen Implantates. The stent or component of a stent is designed as a medical implant or a component of such an implant.

. Stents herkömmlicher Bauart weisen eine filigrane Struktur aus metallischen Streben auf, die zur Einbringung in den Körper in einem ersten, nicht expandierten Zustand komprimierbar ist und die am Ort der Applikation in einen zweiten, expandierten Zustand aufgeweitet wird. Bei Stents bestehen besondere Anforderungen an die korrosionshemmende Schicht: Die mechanische Belastung des Materials während der Expansion des Implantats hat Einfluss auf den Verlauf des Korrosionsprozesses und es ist davon auszugehen, dass die Spannungsrisskorrosion in den belasteten Bereichen verstärkt wird. Eine korrosionshemmende Schicht sollte diesen Umstand berücksichtigen. Weiterhin könnte eine harte korrosionshemmende Schicht während der Expansion des Stents abplatzen und eine Rissbildung in der Schicht bei Expansion des Implantats dürfte unvermeidbar sein. Schließlich sind die Dimensionen der filigranen metallischen Struktur zu beachten und es sollte nach Möglichkeit nur eine dünne, aber auch gleichmäßige korrosionshemmende Schicht erzeugt werden. , Stents of conventional design have a filigree structure of metallic struts which is compressible for introduction into the body in a first, unexpanded state and which is expanded to a second, expanded state at the site of the application. For stents, there are special requirements for the corrosion-inhibiting layer: The mechanical stress on the material during the expansion of the implant has an influence on the course of the corrosion process and it can be assumed that the stress corrosion cracking in the loaded areas is intensified. A corrosion-inhibiting layer should take this fact into account. Furthermore, a hard corrosion inhibiting layer could flake off during expansion of the stent, and cracking in the layer upon expansion of the implant is likely to be unavoidable. Finally, the dimensions of the filigree metallic structure must be taken into account and, if possible, only a thin, but also uniform, corrosion-inhibiting layer should be produced.

Es hat sich nun gezeigt, dass der Einsatz einer wässrigen, fluoridhaltigen Konversionslösung, insbesondere einer wässrigen HF-Lösung, allen diesen Erfordernissen genügt. Besonders vorteilhaft ist, dass es in physiologischer Umgebung durch das allgegenwärtige Phosphat zur Bildung einer Fluorapatit-Schicht kommt, die eine sehr hohe Biokompatibilität besitzt. Die Bildung der Fluorapatit-Schicht hat zudem eine Volumenvergrößerung zur Folge, die beim Aufweiten des Stents entstehende Risse abdeckt. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders für Stents geeignet.It has now been found that the use of an aqueous, fluoride-containing conversion solution, in particular an aqueous HF solution, meets all these requirements. It is particularly advantageous that in physiological environment by the ubiquitous phosphate to form a Fluorapatit layer comes, which has a very high biocompatibility. In addition, the formation of the fluoroapatite layer results in an increase in volume that covers cracks resulting from the expansion of the stent. Therefore, the method according to the invention is particularly suitable for stents.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Versuchsdurchführung näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to a test procedure.

Erzeugung einer korrosionshemmenden Schicht auf TestkörpernGeneration of a corrosion-inhibiting layer on test bodies

Für den Versuch wurden ca. 1 cm dicke Testkörper aus der Magnesiumlegierung WE43 eingesetzt. WE43 ist eine kommerziell erhältliche Magnesiumlegierung, deren Yttriumgehalt etwa 4 Gew.% und Gehalt an Seltenerdmetallen ohne Yttrium etwa 3 Gew.% beträgt. Die Testkörper wurden vorab mechanisch zu einer Körnung von 2005 µm geschliffen und anschließend ebenfalls mechanisch bis auf eine Körnung von 6 µm poliert. Es folgte eine chemische Politur (5 min.; Politur: 100 ml wasserfreies Ethanol und 100 g kristalline Phosphorsäure). Anschließend wurde für 3 min. in Ethanol, dann für 1 min. in Aceton im Ultraschall gereinigt. Die durch die Behandlung erhaltene Oberfläche des Testkörpers ist einem polierten Stent vergleichbar.For the test approximately 1 cm thick test specimens made of magnesium alloy WE43 were used. WE43 is a commercially available magnesium alloy whose yttrium content is about 4% by weight and content of rare earth metals without yttrium is about 3% by weight. The test bodies were previously ground mechanically to a grain size of 2005 microns and then also mechanically polished to a grain size of 6 microns. A chemical polish followed (5 minutes, polish: 100 ml of anhydrous ethanol and 100 g of crystalline phosphoric acid). It was then for 3 min. in ethanol, then for 1 min. cleaned in acetone on ultrasound. The surface of the test body obtained by the treatment is comparable to a polished stent.

Drei Testkörper wurden für je 15, 45 und 135 min. bei Raumtemperatur in eine wässrige HF-Lösung getaucht (azeotropes HF / H₂O-Gemisch). Weitere drei Testkörper wurden für je 15, 45 und 135 min. bei 50°C in die wässrige HF-Lösung getaucht. Anschließend wurden die Testkörper der Konversionslösung entnommen und mit destilliertem Wasser gespült. Ein Testkörper wurde zu Referenzzwecken nur mit destilliertem Wasser behandelt.Three test bodies were each for 15, 45 and 135 min. immersed in an aqueous HF solution at room temperature (azeotropic HF / H ₂ O mixture). Another three test bodies were each for 15, 45 and 135 min. immersed in the aqueous HF solution at 50 ° C. Subsequently, the test bodies were taken out of the conversion solution and rinsed with distilled water. A test specimen was treated with distilled water for reference only.

Zur Charakterisierung des Korrosionsverhaltens folgte eine elektrochemische Untersuchung über mehrere Tage in 0,9%iger NaCl-Lösung. Zur Abschätzung der Korrosionsgeschwindigkeit wurde der Polarisationswiderstand in bestimmten Abständen gemessen. Die Messungen erfolgten in nachstehendem Turnus: (i) 90 Minuten lang jede Minute eine Messung und dann (ii) alle 10 Minuten eine Messung. To characterize the corrosion behavior was followed by an electrochemical investigation over several days in 0.9% NaCl solution. To estimate the corrosion rate, the polarization resistance was measured at certain intervals. The measurements were made in the following cycle: (i) one measurement every minute for 90 minutes and then (ii) one measurement every 10 minutes.

Die elektrochemischen Untersuchungen belegten für die unbehandelte Referenzprobe eine erhöhte Korrosionsrate. Dagegen zeigten die mit der Konversionslösung behandelten Proben eine deutlich erniedrigte Korrosionsrate, die in Laufe der Zeit allmählich wieder anstieg. Die Variation von Temperatur und Behandlungszeit zeigte nur einen geringen Einfluss auf das Korrosionsverhalten. Dies wird als Beleg für einen selbsthemmenden Prozess bei der Ausbildung der Konversionsschicht verstanden. Die Behandlung führte zu einer gleichmäßig dicken, korrosionshemmenden Schicht auf der Oberfläche der Testkörper (Dicke geschätzt etwa 20 µm).The electrochemical studies showed an increased corrosion rate for the untreated reference sample. In contrast, the samples treated with the conversion solution showed a markedly reduced corrosion rate, which gradually increased over time. The variation of temperature and treatment time showed only a small influence on the corrosion behavior. This is understood as evidence of a self-locking process in the formation of the conversion layer. The treatment resulted in a uniformly thick, corrosion-inhibiting layer on the surface of the test specimens (estimated to be about 20 μm thick).

Claims

A method of producing a physiological environment anticorrosive layer on a stent or component of a stent comprised of a yttrium and other rare earth metal containing biocorrodible magnesium alloy and which is formed as a medical implant or as a component of a medical implant, comprising the step of: Treating a surface of the stent or component of a stent with an aqueous, fluoride-containing conversion solution.

Process according to Claim 1, in which the conversion solution used is an aqueous HF solution.

A method according to claims 1 or 2, wherein a stent or a constituent of a magnesium alloy stent of the rare earth element composition is 5.2-9.9% by weight, of which yttrium is 3.7-5.5% by weight, and balance < 1 wt.%, Wherein magnesium occupies the 100 wt.% Missing proportion of the alloy is used.