DE102006011629A1

DE102006011629A1 - Verfahren zur Herstellung von Implantaten

Info

Publication number: DE102006011629A1
Application number: DE200610011629
Authority: DE
Inventors: Uta. Dr.Med. Seydewitz; Mathias Wilde; Richard H.W.Prof.Dr.Med. Funk
Original assignee: MIRCOCERAM GmbH
Current assignee: MIRCOCERAM GmbH
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2007-09-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Implantaten, insbesondere Dentalimplantaten auf der Basis von Zirkondioxid und entsprechender hochfester Mischkeramiken, welche im Wesentlichen aus einem Grundkörper bestehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung vorzuschlagen, wie die glatte porenfreie Oberfläche von Zirkondioxid und entsprechender hochfester Mischkeramiken für den Ablauf optimaler zellbiologischer Vorgänge technisch strukturiert werden kann. Diese sind die Grundlage/Voraussetzung für einen optimalen Einheilprozess bereits in den ersten Stunden nach Implantation. Ein optimal zügiger Einheilprozess verhindert damit sekundäre Wundheilung und Lockerung und bietet dann auch ein ästhetisch optimales Ergebnis bei schneller funktioneller Belastung. Erfindungsgemäß wird daher mit einem Laser an einem mittels Gießen oder mechanisch aus Halbzeugen hergestellten Grundkörper eine gezielte Oberflächenstrukturierung als optimale Voraussetzung für die Aufnahme des Implantats im Knochengewebe erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Implantaten, insbesondere Dentalimplantaten auf der Basis von Zirkondioxid und entsprechender hochfester Mischkeramiken, welche im Wesentlichen aus einem Grundkörper bestehen.

Die Versorgung zahnloser oder teilbezahnter Kiefer erfolgt seit Jahren erfolgreich mit dentalen Implantaten. Nach dem Stand der Technik erfolgt vorzugsweise der Einsatz von Titanimplantaten, welche im Zahnwurzelbereich eine spezielle Oberflächenbehandlung durch Ätzen, Beschichten, Laserbehandlung oder Sandstrahlung erhalten haben, um eine bestmögliche Osseointegration nach dem Implantieren zu sichern.

Zunehmend werden Zirkondioxid und entsprechende hochfeste Mischkeramiken für die dentale Implantologie interessant. Keramische Werkstoffe besitzen beste ästhetische Eigenschaften, denn ihre Zahnfarbigkeit verhindert das Durchscheinen des Implantatkörpers oder das Sichtbarwerden des Kopfes, so wie es bei Titanimplantaten häufig durch auftretende Weichgewebsretraktion der Fall ist. Zirkoniumoxid und entsprechende hochfeste Mischkeramiken besitzen eine prinzipiell bessere Gewebeverträglichkeit als metallische. Sie sind chemisch stabil, haben eine Resistenz gegen Mundmilieu, sind korrosionsfest und besitzen ausgezeichnete Osseointegrationseigenschaften.

Die Osseointegration ist bei Dentalimplantaten abhängig von der Möglichkeit der Adhäsion, also der Anhaftung, der Zellen an die Implantatoberfläche im Zahnwurzelbereich in den ersten Stunden nach erfolgter Implantation.

Hochfeste keramische Oberflächen aus heiß isostatisch nachverdichteten Zirkondioxid sind fast porenfrei und sehr glatt. Maßnahmen zur Oberflächenstrukturierung wie bei metallischen Implantaten aus Titan, wie zum Beispiel Ätzen, Beschichten oder Strahlen, sind entweder nicht möglich und/oder technisch sehr aufwendig.

Aufgabe der Erfindung

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung vorzuschlagen, wie diese glatte Oberfläche für den Ablauf optimaler zellbiologischer Vorgänge technisch strukturiert werden kann, also eine Oberfläche zu imitieren, wie sie physiologischer Weise ein aktiver Osteoblast (aus der Umgebung des Implantats kommend), auch am natürlichen Knochenmaterial vorfindet. Dies ist die optimale Voraussetzung für die Aufnahme des Implantats im Knochengewebe.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass mit einem Laser an einem mittels Gießen oder mechanisch aus Halbzeugen hergestellten Grundkörper eine gezielte Oberflächenstrukturierung erzeugt wird.

Eine Anwendbarkeit ist sowohl für geteilte als auch für einteilige Implantate gegeben.

Die Strukturierung erfolgt nach zellbiologischen Gesichtspunkten zur Verbesserung der Adhäsion, Proliferation und Differenzierung von Knochen- und Bindegewebszellen.

Durch Laserenergie werden linienförmige Strukturen mit spezifischen Erhöhungen und Vertiefungen erzeugt.

Diese Strukturen entsprechen in ihrer geometrischen Anordnung den physiologischen Eigenschaften der Zellen. Der Verlauf der mit einem Laser erzeugten Strukturen folgt der Wachstumsausrichtung der Zellkörper.

Vorteile der Erfindung

Die Art der Strukturierung der Oberfläche aus Zirkoniumoxid, also die geometrische Oberflächenbeschaffenheit, sollte mit den physiologischen Eigenschaften sowie mit den Erfordernissen der Knochen- und Bindegewebszellen korrelieren. Vorausgegangene Arbeiten an Titanimplantaten mit lasererzeugten TiO₂ Streifen zeigten, das spezifische Maxima und Minima der Streifenbreiten und Streifenabstände für die Zelladhäsion, Zellausrichtung und Zellproliferation vorliegen.

Erzeugt werden Linienstrukturen im Zahnwurzelbereich des Keramikimplantates (1). Durchgeführte zellbiologische Prüfungen der Erfinder an Zirkonoxidoberflächen haben gezeigt, dass nur bestimmte Abstände zwischen den Linien die ideale Basis für Adhäsion und Zellausrichtung bilden ( 2.) Bei der Strukturierung der Zirkonoxid-Keramik, wurde erfindungsgemäß eine Oberfläche imitiert, wie sie physiologischer Weise ein aktiver Osteoblast (aus der Umgebung des Implantats kommend), vorfindet: Es sind Rauhigkeiten, die den Fortsätzen des Osteoblasten bzw. den Canaliculi der Osteozyten (Durchmesser 0,4 μm) und den darin gelegenen Osteozytenfortsätzen (Durchmesser 0,15 μm) entsprechen. Die Osteozyten selbst liegen nach ihrer Einmauerung in die Knochensubstanz in Lakunen von 33 zu 10 μm Größe.

Durch unsere Laserstrukturierung werden erfindungsgemäß genau diese Dimensionen angesprochen, sodass sich der Osteoblast (topographisch gesehen) "heimisch" fühlt. Darüber hinaus ist keramisches Material dem natürlich im Knochen vorkommenden Verbund von Kollagen (Bündel von Kollagen I-Fasern, maximal 0,2 μm dick) und Hydroxylapatit ähnlicher (sowohl vom Ladungsverhalten als auch von dem Elastizitätsmodul) als Metalle wie beispielsweise Titan.

Produktionstechnisch serienmäßig eingesetzt wird zur Oberflächenstrukturierung ein gütegeschalteter Festkörperlaser dessen Pulsenergie zur Materialschonung knapp über der Abtragsschwelle gesteuert wird. Die Strukturierung kann sowohl mit Scanner- als auch mit Achssystem realisiert werden.

Der damit erfindungsgemäß erreichte Vorteil ist, dass die Bindegewebs- und Knochenzellen, die somit entstandenen Kanten als Richtungssignal erkennen, sich adhärieren (festklammern), und den so gebildeten Zellkörper dann längs in die entsprechenden Rinnen legt.

Dies ist die Grundlage/Voraussetzung für einen optimalen Einheilprozess bereits in den ersten Stunden nach der Implantation bei Einsatz Zirkoniumoxid und entsprechender hochfester Mischkeramiken. Ein optimal zügiger Einheilprozess verhindert sekundäre Wundheilung und Lockerung und bietet dann auch ein ästhetisch optimales Ergebnis bei schneller funktioneller Belastung.

Mit der Erfindung bietet sich eine wirtschaftliche Möglichkeit zur gewerblichen Serienfertigung, bei der die Herstellungsaufwendungen des Implantates einen realistischen Rahmen einnehmen.

Berücksichtigte Patente
Dentalimplantat(-teil) aus Zirkonium(oxid) mit strukturierter Oberfläche – Laserstrukturiert

[1] A61C 8/00 EP 1529498 A1 (WO2005044134) 11.05.2005 Mehrteiliges nichtmetallisches Implantat FRIADENT GMBH, DE V
[2] A61C 131083 DE 102 16 590 A1 30.10.2003 Verfahren zur maschinellen Fertigung von zahnärztlichen Restaurationen aus Keramik unter Anwendung eines Ultrakurzpulslasers Weigl, Paul, Dr., 61352 Bad Homburg, DE V
[3] B32B 3/26 WO2003053669A1 ( EP 1463630 ) ( JP 2005512702 ) 03.07.2003 Textured surface having undercut micro recesses in a surface TECOMET, INC.; AMRICH, MARK; ROLFE, JONATHAN, L.; BUTURLIA, JOSEPH; LYNCH, ROBERT, F. V
[4] A61C 8/00 WO2004008984A1 ( EP 1534168 ) 29.01.2004 An implant and a method for Ueating an implant surface ASTRA TECH AB; PETERSSON, I; JUNEMOBOSTROEM, K.; JOHANSSONRUDEN, GUNILLA; ANDERSSON, FREDRIK; HANSSON, STIG V

Ausführungsbeispiel
Die Abbildungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt:
1: Die Unteransicht eines Zahnimplantates, hier. Zahnwurzelbereich mit Außengewinde
2: Die Probe einer laserbearbeiteten Zirkonoxidoberfläche unter zellbiologischer Prüfung
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
(1) Zeigt schematisch eine Form der Anordnung der mittels gütegeschaltetem Festkörperlasererzeugten Linienstrukturen 2 im Zahnwurzelbereich des Keramikimplantates 1 mit Außengewinde 3. Durch die Laserstrukturierung wird eine Oberflächentopographie erzeugt (Dimensionen im Bereich von 10–33 μm), wie sie physiologischer Weise ein aktiver Osteoblast (aus der Umgebung des Implantats kommend), vorfinden sollte.
(2) Zeigt die Probe einer laserbearbeiteten Zirkonoxidoberfläche unter zellbiologischer Prüfung. Die durch die geometrische Anordnung (Höhe und Abstand der Linien) erreichte Oberflächenstruktur bietet den aktiven Osteoblasten herausragende Voraussetzungen die somit entstandenen Kanten als Richtungssignal zu erkennen, sich zu adhärieren (festklammem), und den so gebildeten Zellkörper dann längs in die entsprechenden Rinnen zu legen. Dies ist die Voraussetzung für eine optimale Aufnahme des Implantates in Knochen- und Bindegewebebereich.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Implantaten, insbesondere Dentalimplantaten auf der Basis von Zirkondioxid und entsprechender hochfester Mischkeramiken, im Wesentlichen aus einem Grundkörper bestehend, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Laser an einem mittels Spritzgießen oder mechanisch aus Halbzeugen hergestellten Grundkörper eine gezielte Oberflächenstrukturierung als optimale Voraussetzung für die Aufnahme des Implantats im Knochengewebe erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anwendbarkeit sowohl für geteilte als auch für einteilige Implantate gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung nach zellbiologischen Gesichtspunkten zur Verbesserung der Adhäsion, Proliferation und Differenzierung von Knochen- und Bindegewebszellen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Laser linienförmige Strukturen mit Erhöhungen und Vertiefungen erzeugt werden.
Implantate, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Laser erzeugten linienförmigen Strukturen mit Erhöhungen und Vertiefungen in ihrer geometrischen Anordnung den physiologischen Eigenschaften der Zellen entsprechen.
Implantate nach Anspruch 5, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Linienverlauf der mit einem Laser erzeugten Strukturen der Wachstumsausrichtung der Zellkörper entspricht.