DE102009004188A1 - Medizinisches Implantat und Verfahren zur Herstellung eines solchen Implantats - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein medizinisches Implantat mit einem Körper (10), der zumindest bereichsweise aus wenigstens einem biologisch abbaubaren, kristallinen Material hergestellt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Körper (10) wenigstens zwei verschiedene erste und zweite Bereiche (11, 12) aufweist, wobei das kristalline Material des ersten Bereichs (11) eine andere Korngröße aufweist, als das kristalline Material des zweiten Bereichs (12).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein medizinisches Implantat und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Implantats. Ein Implantat mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist beispielsweise in der WO 2007/027251 A2 beschrieben.
  • Es ist bekannt, Implantate oder Endoprothesen aus einem resorbierbaren Material herzustellen, das sich mit einer materialspezifischen Rate auflöst, so dass das Implantat abgebaut wird, nachdem es seine Funktion erfüllt hat, um Entzündungsreaktionen zu vermeiden. Hierzu kommen beispielsweise Magnesiumlegierungen zum Einsatz, die sowohl biokompatibel als auch biologisch abbaubar sind. Der Nachteil dieser Materialien besteht darin, dass deren Absorptionsrate relativ hoch ist, so dass das Risiko besteht, dass sich das Implantat zu schnell auflöst, bevor die Behandlung abgeschlossen ist.
  • Zur Verlangsamung der Absorptionsrate ist es aus der eingangsgenannten Druckschrift bekannt, das aus einer Magnesiumlegierung hergestellte Implantat mit einem biodegradierbaren Polymer zu beschichten. Die Absorptionsrate der Polymerbeschichtung ist kleiner als die Absorptionsrate der Magnesiumlegierung des Grundkörpers, wodurch insgesamt die Absorptionsrate des Implantats gesenkt wird. Weitere Beispiele für resorbierbare Implantate sind in der DE 10 2005 018 356 A1 gegeben, die ebenfalls polymere Beschichtungen umfassen. Zur Herstellung derartiger polymerbeschichteter Implantate werden Sprüh- oder Tauchverfahren verwendet, wobei ein Polymer in einem Lösungsmittel gelöst und diese Lösung auf das Implantat aufgetragen wird ( DE 10 2005 018 356 A1 ).
  • Bei der Materialpaarung Metall/Polymer besteht das Risiko der Ablösung der Beschichtung. Hierfür müssen gegebenenfalls Haftvermittlerschichten eingesetzt werden. Nach Abbau des Polymers erfolgt eine unkontrollierte Absorption des Grundkörpers bzw. Trägers, was zur Trennung und Ablösung von Stentbereichen führen kann. Außerdem sind die Polymerschichten empfindlich gegen mechanische Beschädigungen beim Crimpen oder Entlassen aus einem Katheter. An den beschädigten Stellen kommt es zu einer vorzeitigen Absorption des Grundkörpers. Bei bestimmten Polymerbeschichtungen kann es zu Problemen bei der Sterilisierung des Implantats kommen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein medizinisches Implantat anzugeben, das eine verbesserte Steuerung und Verlangsamung der Absorptionsrate ermöglicht. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Implantats anzugeben.
  • Im Hinblick auf das Implantat wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 17 gelöst.
  • Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein medizinisches Implantat mit einem Körper anzugeben, der zumindest bereichsweise aus wenigstens einem biologisch abbaubaren kristallinen Material hergestellt ist. Der Körper weist wenigstens zwei verschiedene erste und zweite Bereiche auf, wobei das kristalline Material des ersten Bereichs eine andere Korngröße aufweist, als das kristalline Material des zweiten Bereichs. Die Erfindung beruht ferner auf dem Gedanken, ein Verfahren zum Herstellen eines medizinischen Implantats anzugeben, bei dem durch ein PVD-Verfahren, insbesondere Sputtern ein Grundkörper mit wenigstens einem biologisch abbaubaren kristallinen Material beschichtet oder wenigstens ein biologisch abbaubares kristallines Material schichtweise zur Bildung eines freitragenden Körpers aufgebracht wird derart, dass die Korngröße des aufgebrachten kristallinen Materials kleiner als 200 μm beträgt.
  • Im Unterschied zum Stand der Technik wird das kristalline Material nicht nur zur Herstellung des Grundkörpers, sondern auch zur Beschichtung des Grundkörpers bzw. zur Herstellung eines freitragenden Körpers verwendet. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt dies durch ein PVD-Verfahren, also durch ein auf der physikalischen Gasabscheidung basierendes Verfahren, insbesondere durch Sputtern. Dies hat den Vorteil, dass die Materialeigenschaften, insbesondere die Gefügeeigenschaften des Implantats sehr fein eingestellt werden können. Ferner lässt sich die Korngröße des kristallinen Materials gut steuern, so dass eine gezielte Kornfeinung, insbesondere eine bereichsweise gezielte Kornfeinung, eingestellt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine hohe Kornfeinung, d. h. kleine Korngrößen erreicht werden, wodurch die Absorptionsrate des Implantats gesenkt wird. Überdies bietet die Herstellung des Implantats mittels eines PVD-Verfahrens, insbesondere mittels Sputtern, die Möglichkeit, die Materialeigenschaften bereichsweise zu ändern, so dass das Implantat mit bereichsweise unterschiedlichen Funktionen ausgestattet werden kann.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen medizinischen Implantats besteht darin, dass durch die Einstellung unterschiedlicher Korngrößen in unterschiedlichen Bereichen des Implantats die Eigenschaften des Implantats in Abhängigkeit vom jeweiligen Gefüge gezielt gesteuert werden können. Die Einstellung unterschiedlicher Korngrößen in unterschiedlichen Bereichen des Implantats ist besonders gut durch den Einsatz von PVD-Verfahren, insbesondere durch Sputtern, realisierbar.
  • Dabei bildet der wenigstens eine Bereich des Implantats einen räumlich erstreckten Materialbereich, der im Wesentlichen homogene physikalische Eigenschaften, beispielsweise die Auflösungseigenschaften des Materials, aufweist. Der wenigstens eine andere Bereich des Implantats bildet einen anderen räumlich erstreckten Materialbereich, der im Wesentlichen andere homogene physikalische Eigenschaften, insbesondere eine andere Auflösungsgeschwindigkeit des Materials aufweist. Die Materialbereiche bilden insbesondere einen Teil der Implantatwandung. Die Größe, Ausdehnung und Form des jeweiligen Bereichs ist an sich nicht beschränkt, sondern angepasst derart, dass eine im Bereich eingestellte Eigenschaft, beispielsweise die Auflösungsgeschwindigkeit, einen Einfluss auf das Verhalten des Implantats hat. Die hierfür erforderliche Größe des jeweiligen Bereichs richtet sich nach der Wandstärke und/oder der Dimension des Implantats bzw. eines jeweils von dem Bereich gebildeten Strukturelements des Implantats und ist somit vom Fachmann je nach Einsatz und Bedarf bestimmbar. Die Abgrenzung eines Bereichs von einem anderen Bereich, insbesondere von einem angrenzenden anderen Bereich, erfolgt insbesondere durch die Korngröße, die sich in den verschiedenen Bereichen unterscheidet. Innerhalb eines Bereiches kann das Material einphasig oder mehrphasig vorliegen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen medizinischen Implantats sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • So können verschiedene Bereiche des Körpers des Implantats Schichten bilden, die aufeinander angeordnet sind. Die Schichten weisen unterschiedliche Korngrößen auf, konkret unterscheidet sich die in einer Schicht vorhandene Korngröße von der in einer ande ren Schicht vorhandenen Korngröße, so dass schichtweise unterschiedliche Eigenschaften, beispielsweise unterschiedliche Absorptionsraten eingestellt werden können. Um durch das PVD-Verfahren bzw. Sputtern größere Schichtdicken zu erzielen, werden nachfolgend mehrere Lagen übereinander aufgetragen, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Die einzelnen Materiallagen einer Schicht weisen dieselbe Korngröße auf, so dass sich insgesamt eine größere Schichtdicke mit einer einheitlichen (mittleren) Korngröße ergibt. Dabei können mehrere derartiger mehrlagig aufgesputterter Schichten miteinander kombiniert werden, wobei pro Schicht eine andere Korngröße eingestellt ist.
  • Dabei können die Schichten wenigstens eine Außenschicht und eine Innenschicht umfassen, wobei die Korngröße des Materials der Außenschicht kleiner als die Korngröße des Materials der Innenschicht ist. Die Außenschicht des Implantats kommt im Körper mit der Körperflüssigkeit, insbesondere einer Gefäßwand in Berührung. Aufgrund der Kornfeinung in der Außenschicht findet die Auflösung der Außenschicht relativ langsam statt. Nachdem die Außenschicht komplett aufgelöst ist, wird die Innenschicht relativ schnell aufgelöst, da deren Korngröße größer als die der Außenschicht ist.
  • Es ist auch möglich, dass zwei Außenschichten vorgesehen sind, von denen eine radial außen und eine radial innen bezogen auf die Implantatwandung angeordnet ist. Die Innenschicht bildet in diesem Fall eine Mittelschicht oder eine Kernschicht, so dass sich insgesamt ein sandwichartiger Aufbau ergibt. Durch die radial innen angeordnete und die radial außen angeordnete Außenschicht ist die Innenschicht bzw. Mittelschicht beidseitig gegen Körperflüssigkeit geschützt.
  • Es ist auch möglich, das vorstehend erläuterte Auflösungsverhalten umzukehren, indem die Korngröße des Materials der wenigstens einen Außenschicht größer als die Korngröße des Materials der Innenschicht ist.
  • Diese Ausführungsform ist dafür geeignet, Strukturelemente bzw. Stegelemente, die bei der Implantation anfangs eine relativ hohe Anfangskraft auf die Gefäßwand ausüben, so zu beeinflussen, dass die hohe Anfangskraft aufgrund der schnell abbaubaren Außenschicht relativ schnell sinkt. Nach Abbau der Außenschicht verbleibt eine relativ dünne, weniger schnell absorbierbare Schicht, die im Gegensatz zur Aufweitfunktion des ursprünglichen Stegelements im Wesentlichen nur eine Stützfunktion übernimmt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Körper mehr als zwei aufeinander angeordnete Schichten, wobei die Korngröße des Materials der jeweiligen Schicht mit zunehmendem Abstand von der Außenschicht zunimmt. Dadurch wird erreicht, dass die Absorptionsrate mit zunehmender Auflösung des Implantats allmählich zunimmt. Auch hier ist es möglich, dieses Verhalten umzukehren, indem die Korngröße des Materials der jeweiligen Schicht mit zunehmendem Abstand von der Außenschicht abnimmt.
  • Im Fall einer sandwichartig aufgebauten Implantatwandung bzw. einem sandwichartig aufgebauten Implantat ist es auch möglich, die Schichten mit den unterschiedlichen Korngrößen so anzuordnen, dass die Schichten auf beiden Seiten der Mittel- oder Kernschicht Korngrößen aufweisen, die zur Kernschicht hin abnehmen oder zunehmen. Somit ändern sich die Eigenschaften schichtweise mit zunehmender Auflösung.
  • Die mit den vorstehend erläuternden Ausführungsformen ermöglichten Änderungen der Absorptionsrate mit zunehmender Auflösung des Implantats können je nach Bedarf und Behandlungsziel eingesetzt und auch miteinander kombiniert werden, indem unterschiedliche Bereiche des Implantats mit unterschiedlichen Absorptionseigenschaften versehen werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass in wenigstens einer Schicht und/oder in einer Zwischenschicht ein oder mehrere Medikamente eingelagert sind. Damit lässt sich die Erfindung bzw. die vorstehend genannten Ausführungsformen auf medikamentenabgebende Implantate erweitern.
  • Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Körper mehrere Strukturelemente, insbesondere Gitterstege auf. Die Strukturelemente können allgemein Stentelemente, wie beispielsweise die vorstehend erwähnten Gitterstege, geschlossene Zellen, Verbinder, Endbögen und dergleichen andere Funktionselemente umfassen. Bei dieser Ausführungsform umfasst wenigstens ein Strukturelement wenigstens zwei verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen Korngrößen und/oder jeweils ein Strukturelement besteht aus einem Bereich mit einer Korngröße und jeweils ein weiteres Strukturelement aus einem weiteren Bereich mit einer anderen Korngröße. Im letzteren Fall bedeutet dies, dass bei dieser Ausführungsform sich ganze Strukturelemente im Hinblick auf ihre Korngröße unterscheiden, wobei jedes Strukturelement in sich eine im Wesentlichen einheitliche Korngröße aufweist. Konkret besteht jeweils ein ganzes Strukturelement, beispielsweise ein Gittersteg aus dem ersten Bereich mit einer ersten Korngröße. Ein weiteres Struktur element, beispielsweise ein weiterer Gittersteg, bildet einen zweiten Bereich mit einer anderen Korngröße. Die Korngröße des ersten Bereichs bzw. ersten Strukturelements kann größer oder kleiner als die Korngröße des zweiten Bereichs bzw. zweiten Strukturelements, je nachdem, an welcher Stelle des Implantats eine gewünschte Auflösungsrate eingestellt werden soll. Es ist auch möglich, dass ein einziges Strukturelement verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen Korngrößen aufweist, so dass unterschiedliche Auflösungsraten innerhalb desselben Strukturelements einstellbar sind. Damit ist es beispielsweise möglich, ein Strukturelement bzw. einen Gittersteg an einer gewünschten Stelle zu durchtrennen, um den Kraftfluss zu unterbinden. Im Bereich der Trennstelle weist der Gittersteg bzw. das Strukturelement einen Bereich mit einer relativ großen Korngröße auf, so dass dieser Bereich relativ schnell abgebaut wird, wohingegen der restliche Bereich des Strukturelements mit feinerer Korngröße bestehen bleibt.
  • Dabei können erste Strukturelemente vorgesehen sein, die im implantierten Zustand eine größere Stützkraft aufbringen als zweite Strukturelemente, wobei das Material der ersten Strukturelemente eine kleinere Korngröße aufweist als das Material der zweiten Strukturelemente. Das bedeutet, dass die ersten Strukturelemente hauptsächlich für die Aufbringung der Stützkraft, im Fall eines Stents für die Aufbringung der Radialkraft auf die Gefäßwand, verantwortlich sind. Die zweiten Strukturelemente haben eine Rückhaltefunktion derart, dass die zweiten Strukturelemente einer Aufweitung des Durchmessers des Stents oder eines anderen Implantats entgegenwirken. Die zweiten Strukturelemente bilden daher Brücken, die eine Aufweitbewegung des Implantats, insbesondere des Stents, limitieren.
  • Mit der vorstehend beschriebenen Einstellung der Korngröße kann erreicht werden, dass die zweiten Strukturelemente bzw. Brücken mit größeren Korngrößen schnell aufgelöst werden. Nach Auflösung der rückhaltenden zweiten Strukturelemente kommt es zu einer Durchmesservergrößerung, so dass die ersten Strukturelemente ihre auf die Gefäßwand wirkende Stützkraft entfalten können. Insgesamt kann damit ein Implantat verwirklicht werden, das mit zunehmender Behandlungsdauer die Radialkraft auf die Gefäßwand erhöht. Dies kann beispielsweise beim so genannten Remodelling, d. h. beim Wiederaufbau der Gefäßinnenwand vorteilhaft sein. Danach kann die Stützkraft abgebaut werden, indem die ersten Stützelemente ebenfalls abgebaut werden, allerdings mit einer langsameren Auflösungsrate als die zweiten Stützelemente.
  • Es ist auch möglich, dass die ersten und zweiten Strukturelemente beide zur Aufbringung der Radialkraft bzw. der auf die Gefäßwand wirkenden Aufweitkraft beitragen. Bei einem derartigen Implantat bzw. Stent ist es möglich, die Auflösungsrate umzukehren derart, dass die ersten Strukturelemente mit hoher Stützkraft schneller abgebaut werden als die zweiten Stützelemente. Hierfür weisen die ersten Stützelemente eine größere Korngröße auf, als die zweiten Stützelemente.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die Strukturelemente Schichten mit unterschiedlichen Korngrößen auf. Damit wird erreicht, dass sich das Auflösungsverhalten in Dickenrichtung, also normal zur Implantatoberfläche, ändert.
  • Das kristalline Material kann Korrosionsgräben aufweisen derart, dass eine Auflösung des Materials im implantierten Zustand entlang der Korrosionsgräben erfolgt, wodurch eine geometrisch vorbestimmte Auflösung zumindest einiger Bereiche des Implantats oder des kompletten Implantats ermöglicht wird.
  • Die verschiedenen Bereiche können stegförmig ausgebildet sein, wobei die Korngröße wenigstens eines stegförmigen Bereichs und die Breite des stegförmigen Bereichs im Verhältnis 1:15 bis 1:100 stehen. Damit wird erreicht, dass die Korngröße in jedem Fall sehr viel kleiner ist, als die Stegbreite bzw. allgemein die Breite der Bereiche bzw. der Strukturelemente.
  • Als biologisch abbaubares kristallines Material oder als biologisch abbaubare kristalline Materialien können Magnesium-Legierungen und/oder Eisen-Legierungen verwendet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert: In diesen zeigen
  • 1 das Gefüge eines Strukturelements, insbesondere eines Gittersteges gemäß Stand der Technik;
  • 1a das Gefüge gemäß 1, bei dem eine interkristalline Korrosion auftritt;
  • 2 das Gefüge eines Strukturelements nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
  • 3 das Gefüge eines Strukturelements nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
  • 3a das Gefüge gemäß 3, bei dem eine interkristalline Korrosion auftritt;
  • 4 das Gefüge eines Strukturelements umfassend zwei Schichten nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; und
  • 5 eine Ansicht eines Körpers eines Implantats nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit unterschiedlichen Bereichen, die verschiedene Korngrößen aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. dessen Ausführungsformen bieten eine hervorragende Alternative zu den herkömmlichen Techniken, die zur Herstellung biologisch degradierbarer Implantate, insbesondere Stents, eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen PVD-Verfahren, insbesondere die Sputterprozesse, ermöglichen die Einstellung sehr kleiner Korngrößen, wodurch die Absorptionsrate des Implantatmaterials im Vergleich zu bekannten Implantatmaterialien stark verringert wird. Überdies haben PVD-Verfahren bzw. Sputterprozesse den Vorteil, dass die Werkstoffeigenschaften, insbesondere die Korngröße bereichsweise variiert werden können, so dass die Absorptionsrate in verschiedenen Implantatbereichen unterschiedlich eingestellt werden kann, so dass spezielle Eigenschaften des Implantats verstärkt, abgeschwächt oder neu eingestellt werden können. Damit ist die Auflösung des Implantats gut steuerbar. Insbesondere das Sputtern hat den Vorteil, dass die Verteilung der Elemente in der Legierung fein eingestellt werden kann. Ausscheidungen werden im Gegensatz zu konventionellen Schmelztechnologien vermieden, da das Magnesium oder das Eisen mit Legierungselementen übersättigt werden kann, womit die Auflösungsgeschwindigkeiten in weiteren Grenzen variiert werden können. Die Zweitphasen können besser verteilt werden. Weiterhin ist es möglich, die Auflösungsgeschwindigkeit durch die feine, gezielte Einstellung der Legierungen herabzusetzen.
  • Sputtern hat ferner den Vorteil, dass größere Mengen Zusatzelemente bzw. eine Vielzahl verschiedener Zusatzelemente, die beispielsweise die Auflösung verlangsamen, in das Ma terial eingebracht werden können, als dies mit konventionellen Schmelztechnologien möglicht ist. Bei letzteren kommt es häufig zu Ausscheidungsprozessen, die die mechanischen Eigenschaften des Implantats ungünstig beeinflussen.
  • Durch Sputtern können beliebig dünne Schichten (Multilagen-Zwischenschichten) gebildet werden, die unterschiedliche Eigenschaften, vor allem hinsichtlich der Auflösung des Implantats, aufweisen. Die Herstellung bioabsorbierbarer Implantate durch Sputtern hat ferner den Vorteil, dass die Materialeigenschaften entlang des Implantats, d. h. in axialer, radialer und in Umfangsrichtung geändert werden können. Hierbei sind eine Vielzahl von Möglichkeiten gegeben. Beispielsweise kann die Auflösungsrichtung vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser, vom Stegrand zum Stegkern, von den Stentenden zur Stentmitte oder jeweils umgekehrt beeinflusst werden. Beispielsweise können Zwischenschichten eingebracht werden, die die Auflösungsgeschwindigkeit herabsetzen, so dass der schneller sich auflösende Kern des Implantats bzw. der einzelnen Strukturelemente sich erst dann beginnt aufzulösen, wenn die Zwischenschicht vollständig abgebaut ist. Durch Sputtern können Korrosionsgräben eingebracht werden, so dass die Auflösung zunächst entlang vordefinierter Pfade gelenkt wird. Dabei kann der Sputterprozess beispielsweise mit einem Lithografieverfahren kombiniert werden. Es ist auch möglich, pfadartige Bereiche in die Implantatwandung zu integrieren mit einer relativ großen Korngröße, so dass diese Bereiche vor dem umgebenden Material korrodieren. Es ist auch möglich, Korrosionsgräben durch Ätzen nachträglich einzubringen. Über die Länge dieser Pfade kann die Auflösung gesteuert werden. Durch Sputtern und nachfolgendes Strukturieren des Implantats, beispielsweise durch Ätzen, können Steggeometrien festgelegt werden, mit denen die Auflösung steuerbar ist.
  • Es hat sich gezeigt, dass bei Korngrößen kleiner 200 μm eine wirksame Senkung der Auflösungsgeschwindigkeit erreicht wird. Es ist möglich, durch Sputtern, oder andere PVD-Verfahren Korngrößen im Bereich von 2 μm einzustellen. Die Einstellung anderer Korngrößen ist durch Sputtern ohne Weiteres möglich. Beispielsweise kann die Obergrenze für die korrosionsverlangsamende Korngröße auf 175 μm, 150 μm, 125 μm, 100 μm, 75 μm, 50 μm, 25 μm, 20 μm, 15 μm, 10 μm, 8 μm, 6 μm, 4 μm eingestellt werden. Die Untergrenze richtet sich nach dem Verfahrensparameter und kann 2 μm oder weniger betragen. Für die Kombination verschiedener Bereiche mit unterschiedlichen Korngrößen kommen alle vorstehend genannten Werte einschließlich deren Zwischenwerte in Betracht. Beispielsweise kann ein Bereich eine Korngröße von 2 μm und ein weiterer Bereich eine Korngröße von 20 μm aufweisen. Weitere unterschiedliche Bereiche mit anderen Korn größen können vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein dritter Bereich eine Korngröße von 100 μm aufweisen. Es ist auch möglich, dass weitere zusätzliche Bereiche die im Stand der Technik bekannten und üblichen Korngrößen von 200 μm aufweisen, so dass diese Bereiche ein besonders schnelles Auflösungsvermögen aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung unterschiedlicher medizinischer Implantate geeignet, die zumindest teilweise biodegradierbar sind. Besonders bevorzugt ist das Verfahren zur Herstellung von biodegradierbaren Stents. Es ist auch möglich, das Verfahren zur Herstellung von Filtern zu verwenden, die nach einer vorgegebenen Zeit durch Auflösung entfernt werden. Derartige Filter werden beispielsweise im zerebralen Bereich verwendet, um zu verhindern, dass Blutpartikel Hirngefäße verstopfen. Ein häufiger Grund für die Bildung von Gerinnseln und folgender Partikelablösung ist die Ausweitung einer Stenose im Karotitbereich oder die Implantation einer Herzklappe. In der ersten Phase nach entsprechender Behandlung ist das Risiko der Ablösung von Blutgerinnseln besonders groß. In dieser Phase ist ein Filter zusammen mit einer Anti-Gerinnungs-Therapie vorteilhaft. Nach einigen Tagen/Wochen/Monaten können die Anti-Gerinnungs-Mittel abgesetzt werden, wenn das Risiko der Partikelablösung sinkt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, den Filter aus einem bioabsorbierbaren Material herzustellen, um zu verhindern, dass der Filter ohne Anti-Gerinnungs-Behandlung zur Thrombenbildung führt. Ein derartiger Filter kann besonders vorteilhaft mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer Ausführungsform des Verfahrens hergestellt werden.
  • Bei chirurgischen Hirneingriffen und in den folgenden Wochen ist das Blutungsrisiko groß. Um den Blutfluss in den betroffenen Gefäßen für diese Zeit zu unterbinden bzw. einzuschränken, werden Okklusionsdevices oder Vorrichtungen, die den Blutfluss minimieren oder zu anderen kollateralen Gefäßen leiten, verwendet. Nach Abschluss der Behandlung soll diese Vorrichtung bzw. das Okklusionsdevice absorbiert werden, um den physiologischen Fluss langfristig nicht zu beeinträchtigen. Derartige Okklusionsdevices oder Vorrichtungen können vorteilhafterweise mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht zur Herstellung auf die vorstehend genannten medizinischen Implantate eingeschränkt, sondern kann weitere Implantate umfassen, die aus bioabbaubaren Materialien hergestellt sind.
  • Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit anderen Verfahren zu kombinieren, beispielsweise mit Verfahren, durch die die Oberfläche des Implantats bzw. des Stents strukturiert werden kann. Hierbei kommen beispielsweise Ätzverfahren zum Einsatz.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird wenigstens ein biologisch abbaubares kristallines Material auf einen Grundkörper beschichtet, insbesondere durch Sputtern. Als kristalline Materialien kommen Metalle und Metalllegierungen in Frage, die biologisch abbaubar sind, beispielsweise Magnesium oder Eisen oder Magnesium-Legierungen und/oder Eisen-Legierungen. Es ist auch möglich, mit dem Verfahren unterschiedliche Materialien, insbesondere zwei, drei oder mehr als drei Materialien bereichsweise in das Implantat zu integrieren. Das Verfahren eignet sich also auch hervorragend dazu, unterschiedliche Materialien stoffschlüssig miteinander zu verbinden, so dass ein Implantat herstellbar ist, das bereichsweise aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere unterschiedlichen bioabbaubaren Materialien aufgebaut ist.
  • Die Korngröße des aufgebrachten kristallinen Materials wird dabei so eingestellt, dass diese weniger als 200 μm beträgt. Der Grundkörper, auf den das kristalline Material aufgesputtert wird, kann zumindest bereichsweise aus einem biologisch abbaubaren Material hergestellt sein. Der Grundkörper kann durch andere Herstellungsverfahren gebildet sein, beispielsweise durch Laserschneiden aus einem Vollmaterial. Der Grundkörper kann dabei ein anderes Gefüge, insbesondere andere Korngrößen aufweisen, als das durch Sputtern auf den Grundkörper aufgebrachte bioabsorbierbare kristalline Material.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das kristalline Material einen freitragenden Körper des Implantats bildet, der durch Sputtern hergestellt ist. Das bedeutet, dass die Stützstruktur des Körpers durch Sputtern hergestellt ist. Ein Grundkörper, wie bei der vorangegangenen Ausführungsform, ist hierfür nicht erforderlich. Verfahren zur Herstellung derartiger freitragender Implantate, insbesondere freitragender Stents, sind an sich bekannt.
  • Beiden Verfahren ist gemeinsam, dass zumindest ein Teil des bioabsorbierbaren Implantatmaterials durch Sputtern aufgebracht wird.
  • Das mit dem Verfahren herstellbare Produkt wird nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert.
  • In den 1 bis 3 sind Gefügeausschnitte aus Implantaten dargestellt, die zumindest bereichsweise aus einem biologisch abbaubaren, kristallinen Material, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sind. In den Figuren sind die Korngrenzen 17 der Körner 18 dargestellt. Wie in 1 zu erkennen, ist die Korngröße bei bekannten Implantaten wesentlich größer, als die Korngröße der Implantate gemäß den 2, 3, der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele.
  • Bei der Korngröße handelt es sich um die mittlere Korngröße. Dies gilt für die gesamten Angaben in der Anmeldung betreffend die Korngröße.
  • Bei den bekannten Implantatwerkstoffen beträgt die Korngröße 200 μm oder mehr. Bei den Implantaten nach den erfindungsgemäßen Ausführungsformen beträgt die Korngröße weniger als 200 μm.
  • Der mit der kleineren Korngröße bzw. der Kornfeinung einhergehende Vorteil der Erfindung ist anhand der 1a und 3a veranschaulicht. Dort ist dargestellt, dass die Auflösung des Implantatmaterials durch interkristalline Korrosion bzw. Korngrenzenkorrosion erfolgt. Aus 1a ist ersichtlich, dass der Korngrenzenzerfall bei großen Körnern mit einer Korngröße von 200 μm oder mehr schnell fortschreitet, wohingegen die interkristalline Korrosion bei dem feinkörnigen Gefüge gemäß 3a eines erfindungsgemäßen Implantatwerkstoffes aufgrund der feinen Vernetzung wesentlich langsamer erfolgt. Die Auflösungsrate bei den bekannten Implantatmaterialien mit relativ großer Korngröße ist daher höher, als die Auflösungsrate bei einem Implantat nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, bei dem der Werkstoff eine kleinere Korngröße aufweist. Die im Vergleich zum Stand der Technik kleinere Korngröße wird bei dem Implantat gemäß 3a bzw. 2 durch das Aufbringen des Materials durch Sputtern erreicht. Ein weiterer Vorteil des feinkörnigen Gefüges zeigt sich in anderen mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise einer verbesserten Zugbeanspruchung und einem verbesserten Ermüdungsverhalten. Bei einem Gefüge mit einer besonders kleinen Korngröße, wie beispielsweise in 3 dargestellt (ca. 2 μm), ist es denkbar, für den Fall, dass das Implantat einen Stent bildet, die Stegbreite des Stents stark zu reduzieren, ohne dass die Körner in die Größenordnung der Stegdimensionen, insbesondere der Stegbreite, gelangen.
  • Das Verhältnis zwischen der Korngröße und der Stegbreite bzw. allgemein das Verhältnis zwischen der Korngröße und der Breite bzw. Dicke des Strukturelements kann in einem Bereich von 1:15 bis 1:100 eingestellt werden bzw. eingestellt sein. Bei Bedarf können die Bereichsgrenzen wie folgt variiert werden: Es können einerseits Bereichsgrenzen eingestellt werden ausgehend von der Grenze 1:15, die 1:20, 1:25, 1:30, 1:35, 1:40, 1:45, 1:50, 1:55, 1:60, 1:65, 1:70, 1:75, 1:80 umfassen. Die vorstehend genannten Bereichsgrenzen können mit der anderen Grenze von 1:100 jeweils kombiniert werden bzw. kombiniert sein.
  • Die andere Bereichsgrenze kann ausgehend von dem Verhältnis 1:100 wie folgt variiert werden bzw. variiert sein: 1:95, 1:90, 1:85, 1:80, 1:75, 1:70, 1:65, 1:60, 1:55, 1:50, 1:45, 1:40, 1:35. Die vorstehend genannten Bereichsgrenzen können jeweils mit der anderen Bereichsgrenze 1:15 und, sofern sinnvoll, mit den von der Bereichsgrenze 1:15 ausgehenden eingeschränkten Bereichsgrenzen kombiniert werden bzw. kombiniert sein.
  • Eine weitere besondere Eigenschaft des durch Sputtern hergestellten Implantats ist in 4 dargestellt. Dort ist zu erkennen, dass der Körper 10 des Implantats wenigstens zwei verschiedene erste und zweite Bereiche 11, 12 aufweist. Unter einem Bereich wird allgemein ein räumlicher oder schichtweiser Abschnitt des Implantats verstanden, der im Wesentlichen homogene Eigenschaften aufweist und sich dadurch von einem anderen zweiten Bereich abgrenzt. Dies erfolgt, wie in 4 dargestellt, bei dem Körper 10 durch die unterschiedlichen Korngrößen der Körner 18 des ersten und zweiten Bereichs 11, 12. Die durch Sputtern gebildeten Bereiche 11, 12 sind stoffschlüssig miteinander verbunden.
  • Die verschiedenen Bereiche 11, 12 können beispielsweise Schichten 13, 14 bilden, die aufeinander angeordnet sind, wie in 4 dargestellt. Die einzelnen Schichten unterscheiden sich durch unterschiedliche Korngrößen und/oder durch unterschiedliche Materialien. Dabei können, wie in 4 dargestellt, zwei Schichten vorgesehen sein, die durch Beschichten eines Grundkörpers oder als freitragende Struktur durch Sputtern oder ein anderes PVD-Verfahren hergestellt sind. Die Schichtdicke der einzelnen Schicht 13, 14 wird in an sich bekannter Weise dadurch eingestellt, dass beim Sputtern eine geeignete Anzahl von Materiallagen übereinander aufgebracht wird, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Dabei wird pro Materiallage eine im Wesentlichen einheitliche mittlere Korngröße eingestellt, so dass sich die ergebende Schicht durch die Korngröße von einer anderen Schicht unterscheidet, die ebenfalls durch Sputtern und Aufbringen einer geeigneten Anzahl von Materiallagen hergestellt ist.
  • Die verschiedenen Schichten 13, 14 bilden zumindest einen Teil der Wandung des Implantats bzw. die komplette Wandung des Implantats. Bei einem Stent sind die Stege aus derartigen Schichten aufgebaut, die unterschiedliche Auflösungsgeschwindigkeiten aufweisen. Der Aufbau in Schichten ist mit der Sputtertechnik anders als bei herkömmlich hergestellten Rohren möglich. Der Stent kann beispielsweise direkt nach der Implantation zur Ausweitung einer Stenose eine sehr hohe Kraft aufbringen. Nach Auflösen der ersten Schicht nach einer kontrollierten Zeit verbleibt eine Stentstruktur, die aufgrund des Materialabbaus eine sehr viel geringere Kraft aufbringt. Die verbleibende Struktur erfüllt die Funktion der schonenden Unterstützung der Gefäßwand bzw. verhindert, dass ablösende Partikel in die Blutbahn gelangen. Das Implantat, insbesondere der Stent, kann wenigstens eine Schicht oder eine Grundstruktur aus einem Material umfassen, das nicht bioabsorbierbar ist, so dass eine im Vergleich zum Implantat vor der Implantation schwächere Implantatstruktur, also mit einer geringeren Wanddicke im Körper verbleibt, wenn dies gewünscht ist. Alternativ kann das komplette Implantat, insbesondere der komplette Stent, vollständig aus bioabsorbierbaren Materialien bestehen bzw. aus einem vollständig bioabsorbierbaren Material bestehen, so dass eine völlige Auflösung des Stents nach einer vorgegebenen Zeit erreicht wird.
  • Wie in 4 weiter zu erkennen, können die Schichten eine Außenschicht 13 und eine Innenschicht 14 bzw. eine erste Schicht und eine zweite Schicht umfassen, wobei die Korngröße des Materials der Außenschicht 13 kleiner als die Korngröße des Materials der Innenschicht 14 ist. Die Außenschicht ist dabei so angeordnet, dass diese im implantierten Zustand mit der Gefäßwand bzw. allgemein mit Körperflüssigkeit unmittelbar in Kontakt kommt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Innenschicht beidseitig mit jeweils einer Außenschicht beschichtet ist, so dass die Innenschicht nicht unmittelbar in Kontakt mit Körperflüssigkeit kommt zumindest solange, bis die Außenschichten aufgelöst sind. Dabei können mehr als eine Innenschicht 14 vorgesehen sein, die unterschiedliche Korngrößen aufweisen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 weist die Außenschicht 13 ein feinkörniges Gefüge auf und bildet somit eine sich relativ langsam auflösende Struktur. Es ist auch möglich, das Auflösungsverhalten umzukehren derart, dass eine Schicht mit einem grobkörnigen Gefüge als Außenschicht angeordnet ist, so dass die Auflösungsgeschwindigkeit zunächst relativ schnell ist, bis die Außenschicht aufgelöst ist, und sich dann verlangsamt, wenn die feinkörnigere Innenschicht nach Auflösung der Außenschicht mit der Körperflüssigkeit in Kontakt kommt. Auch hier ist es möglich, die Innenschicht als Kernschicht mit einem feinkörnigen Gefüge auszubilden, die beidseitig mit Außen schichten aus einem relativ grobkörnigen Gefüge beschichtet ist. Es können auch mehr als eine Innenschicht vorgesehen sein.
  • Bei einem Schichtaufbau mit mehr als zwei Schichten kann die Korngröße des Materials der jeweiligen Schicht mit zunehmendem Abstand von der Außenschicht zunehmen. Das bedeutet, dass die Außenschicht relativ feinkörnig ist, die erste weiter innen angeordnete Schicht ein Gefüge mit einer etwas größeren Korngröße aufweist, als die Außenschicht, eine zweite auf der ersten Schicht angeordnete Schicht ein Gefüge aufweist, dessen Korngröße größer als die Korngröße der ersten Schicht ist u. s. w..
  • Dieser Schichtaufbau kann umgekehrt werden derart, dass die Korngröße des Materials der jeweiligen Schicht mit zunehmendem Abstand von der Außenschicht abnimmt.
  • Im ersten Fall, d. h. bei zunehmender Korngröße, erhöht sich die Auflösungsgeschwindigkeit mit fortschreitender Auflösung. Im zweiten Fall bei abnehmender Korngröße verlangsamt sich die Auflösungsgeschwindigkeit mit zunehmender Auflösung.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 5 dargestellt, die einen Stent mit einer Gitterstruktur zeigt. Der Stent weist einen Körper 10 auf mit mehreren Strukturelementen 15, 16, die vorliegend als Gitterstege ausgebildet sind. Dabei bilden verschiedene Strukturelemente unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Korngrößen, die durch unterschiedliche Strichstärken gekennzeichnet sind.
  • 10
    Körper
    11
    erste Bereiche
    12
    zweite Bereiche
    13
    Außenschicht
    14
    Innenschicht
    15, 16
    Strukturelemente
    17
    Korngrenzen
    18
    Körner
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2007/027251 A2 [0001]
    • - DE 102005018356 A1 [0003, 0003]

Claims (19)

  1. Medizinisches Implantat mit einem Körper (10), der zumindest bereichsweise aus wenigstens einem biologisch abbaubaren, kristallinen Material hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) wenigstens zwei verschiedene erste und zweite Bereiche (11, 12) aufweist, wobei das kristalline Material des ersten Bereichs (11) eine andere Korngröße aufweist, als das kristalline Material des zweiten Bereichs (12).
  2. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Bereiche (11, 12) des Körpers Schichten (13, 14) bilden, die aufeinander angeordnet sind.
  3. Implantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (13, 14) wenigstens eine Außenschicht (13) und eine Innenschicht (14) umfassen, wobei die Korngröße des Materials der Außenschicht kleiner als die Korngröße des Materials der Innenschicht ist.
  4. Implantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (13, 14) wenigstens eine Außenschicht und eine Innenschicht umfassen, wobei die Korngröße des Materials der Außenschicht größer als die Korngröße des Materials der Innenschicht ist.
  5. Implantat nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) mehr als zwei aufeinander angeordnete Schichten (13, 14) umfasst, wobei die Korngröße des Materials der jeweiligen Schicht mit zunehmendem Abstand von der Außenschicht (13) zunimmt.
  6. Implantat nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) mehr als zwei aufeinander angeordnete Schichten (13, 14) umfasst, wobei die Korngröße des Materials der jeweiligen Schicht mit zunehmendem Abstand von der Außenschicht (13) abnimmt.
  7. Implantat nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Schicht (13, 14) und/oder in einer Zwischenschicht ein oder mehrere Medikamente eingelagert sind.
  8. Implantat nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) mehrere Strukturelemente (15, 16), insbesondere Gitterstege, aufweist, wobei wenigstens ein Strukturelement (15, 16) wenigstens zwei verschiedene Bereiche (11, 12) mit unterschiedlichen Korngrößen umfasst und/oder jeweils ein Strukturelement (13) aus einem Bereich (11) mit einer Korngröße und jeweils ein weiteres Strukturelement (14) aus einem weiteren Bereich (12) mit einer anderen Korngröße besteht.
  9. Implantat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass erste Strukturelemente vorgesehen sind, die im implantierten Zustand eine größere Stützkraft aufbringen als zweite Strukturelemente, wobei das Material der ersten Strukturelemente eine kleinere Korngröße aufweist als das Material der zweiten Strukturelemente.
  10. Implantat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass erste Strukturelemente vorgesehen sind, die im implantierten Zustand eine größere Stützkraft aufbringen als zweite Strukturelemente, wobei das Material der ersten Strukturelemente eine größere Korngröße aufweist als das Material der zweiten Strukturelemente.
  11. Implantat nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (15, 16) Schichten (13, 14) mit unterschiedlichen Korngrößen aufweisen.
  12. Implantat nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Material Korrosionsgräben aufweist derart, dass eine Auflösung des Materials im implantierten Zustand entlang der Korrosionsgräben erfolgt.
  13. Implantat nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (11, 12) stegförmig ausgebildet sind, wobei die Korngröße wenigstens eines stegförmigen Bereichs (11, 12) und die Breite des stegförmigen Bereichs (11, 12) im Verhältnis 1:15 bis 1:100 stehen.
  14. Implantat nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das biologisch abbaubare, kristalline Material oder die biologisch abbaubaren kristallinen Materialien Magnesium, Magnesium-Legierungen und/oder Reineisen, Eisen-Legierungen umfassen.
  15. Verfahren zum Herstellen eines medizinischen Implantats, bei dem durch ein PVD-Verfahren, insbesondere Sputtern, ein Grundkörper mit wenigstens einem biologisch abbaubaren kristallinen Material beschichtet oder bei dem durch ein PVD-Verfahren, insbesondere Sputtern, wenigstens ein biologisch abbaubares kristallines Material schichtweise zur Bildung eines freitragenden Körpers (10) aufgebracht wird derart, dass die Korngröße des aufgebrachten kristallinen Materials kleiner als 200 μm beträgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch das PVD-Verfahren, insbesondere durch das Sputtern wenigstens zwei ver schiedene erste und zweite Bereiche (11, 12) gebildet werden, wobei das kristalline Material des ersten Bereichs (11) eine andere Korngröße aufweist, als das kristalline Material des zweiten Bereichs (12).
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Schichten (13, 14) gebildet werden, die unterschiedliche Korngrößen aufweisen.
  18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch das PVD-Verfahren, insbesondere durch das Sputtern, mehrere Strukturelemente (15, 16) des Körpers (10) gebildet werden, insbesondere Gitterstege, derart, dass wenigstens ein Strukturelement (15, 16) wenigstens zwei verschiedene Bereiche (11, 12) mit unterschiedlichen Korngrößen umfasst und/oder jeweils ein Strukturelement (13) aus einem Bereich (11) mit einer Korngröße und jeweils ein weiteres Strukturelement (14) aus einem weiteren Bereich (12) mit einer anderen Korngröße besteht.
  19. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) nach dem Aufbringen der Schichten aus dem kristallinen Material strukturiert wird derart, dass Steggeometrien gebildet werden, durch die die Auflösung des Körpers (10) steuerbar ist.
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