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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.
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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.
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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 ).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugte
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
medizinischen Implantats sind in den Unteransprüchen angegeben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als
biologisch abbaubares kristallines Material oder als biologisch
abbaubare kristalline Materialien können Magnesium-Legierungen
und/oder Eisen-Legierungen verwendet werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten
schematischen Zeichnungen näher erläutert: In
diesen zeigen
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1 das
Gefüge eines Strukturelements, insbesondere eines Gittersteges
gemäß Stand der Technik;
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1a das
Gefüge gemäß 1, bei dem eine
interkristalline Korrosion auftritt;
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2 das
Gefüge eines Strukturelements nach einem erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel;
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3 das
Gefüge eines Strukturelements nach einem weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel;
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3a das
Gefüge gemäß 3, bei dem eine
interkristalline Korrosion auftritt;
-
4 das
Gefüge eines Strukturelements umfassend zwei Schichten
nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
und
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5 eine
Ansicht eines Körpers eines Implantats nach einem erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel mit unterschiedlichen Bereichen, die verschiedene
Korngrößen aufweisen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beiden
Verfahren ist gemeinsam, dass zumindest ein Teil des bioabsorbierbaren
Implantatmaterials durch Sputtern aufgebracht wird.
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Das
mit dem Verfahren herstellbare Produkt wird nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert.
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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.
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Bei
der Korngröße handelt es sich um die mittlere
Korngröße. Dies gilt für die gesamten
Angaben in der Anmeldung betreffend die Korngröße.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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..
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Dieser
Schichtaufbau kann umgekehrt werden derart, dass die Korngröße
des Materials der jeweiligen Schicht mit zunehmendem Abstand von
der Außenschicht abnimmt.
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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.
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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.
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- 10
- Körper
- 11
- erste
Bereiche
- 12
- zweite
Bereiche
- 13
- Außenschicht
- 14
- Innenschicht
- 15,
16
- Strukturelemente
- 17
- Korngrenzen
- 18
- Körner
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/027251
A2 [0001]
- - DE 102005018356 A1 [0003, 0003]