DE102009016554A1 - Medizinisches Implantat mit einer Oberflächenschicht und Verfahren zur Herstellung der Implantatoberfläche - Google Patents

Medizinisches Implantat mit einer Oberflächenschicht und Verfahren zur Herstellung der Implantatoberfläche Download PDF

Info

Publication number
DE102009016554A1
DE102009016554A1 DE102009016554A DE102009016554A DE102009016554A1 DE 102009016554 A1 DE102009016554 A1 DE 102009016554A1 DE 102009016554 A DE102009016554 A DE 102009016554A DE 102009016554 A DE102009016554 A DE 102009016554A DE 102009016554 A1 DE102009016554 A1 DE 102009016554A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
surface layer
zirconium
implant
medical implant
phosphorus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102009016554A
Other languages
English (en)
Inventor
Jan-Dirk Reimers
Mounir Rafai
Joachim Schmitz
Daniela Hauff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kulzer GmbH
Original Assignee
Heraeus Kulzer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Kulzer GmbH filed Critical Heraeus Kulzer GmbH
Priority to DE102009016554A priority Critical patent/DE102009016554A1/de
Publication of DE102009016554A1 publication Critical patent/DE102009016554A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/04Metals or alloys
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00Dental prostheses; Making same
    • A61C13/0003Making bridge-work, inlays, implants or the like
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28Materials for coating prostheses
    • A61L27/30Inorganic materials
    • A61L27/306Other specific inorganic materials not covered by A61L27/303 - A61L27/32
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • A61C8/0012Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the material or composition, e.g. ceramics, surface layer, metal alloy
    • A61C8/0013Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the material or composition, e.g. ceramics, surface layer, metal alloy with a surface layer, coating

Abstract

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Implantat mit einem eine Oberflächenschicht aufweisenden metallischen Körper, wobei die Oberflächenschicht Calcium und/oder Phosphor aufweist und besteht darin, dass in die Oberflächenschicht Zirconium und/oder Zirconiumdioxid eingelagert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein medizinisches Implantat mit einem eine Oberflächenschicht aufweisenden metallischen Körper, wobei die Oberflächenschicht Calcium und/oder Phosphor aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenschicht auf einem medizinischen Implantat durch anodische Oxidation mittels Lichtbogenentladung.
  • Implantate zum dauerhaften Verbleib im menschlichen Körper, vorzugsweise Dentalimplantate, werden nach dem heutigen Stand der Technik zumeist aus Titan (Grade 2, 4, 4 kv oder einer Titan-Legierung) hergestellt. Titan hat sich im Sinne der Biokompatibilität und langfristigen funktionalen Integration im Organismus als Implatationswerkstoff der Wahl herausgestellt. Titan ist an seiner Oberfläche als typischer Oxidhautbildner durch eine Titandioxidschicht vor korrosiven Angriffen geschützt, hieraus resultiert auch die Biokompatibilität. Titan bzw. die durch Titandioxid geschützte Titanoberfläche gilt als bioinert, Titan erzeugt damit eine Kontaktosteogenese. Im Allgemeinen besteht die Herstellung von Implantaten aus den Schritten maschinelle Fertigung, Reinigung, Oberflächenbehandlung, Reinigung und anschließende Verpackung inklusive der Sterilisation. Die erste Reinigung dient zum Entfernen der aus der Produktion stammenden Verschmutzungen durch Fremdstoffe und Hilfsflüssigkeiten. Dies kann durch den Einsatz von Tensiden, oder Säuren und Basen erfolgen. Wünschenswert ist hier eine Reinigung auf atomarem Niveau, da Fremdatome zu einer Abstoßungs- bzw. Fremdkörperreaktion des umliegenden Gewebes führen können. Die gereinigten, an der Oberfläche nur maschinierten Titanimplantate werden dann zur verbesserten Osseointegration oberflächenmodifiziert. Nach der Oberflächenbehandlung erfolgt ein weiterer Reinigungsschritt um mögliche Verunreinigungen durch die Oberflächebehandlung wie Beispielsweise eine Partikel-, Säure- oder, Basenbelastung zu reduzieren. Der dauerhafte implantologische Einsatz von maschinierten Titanoberflächen findet nur noch vereinzelt Anwendung.
  • Die Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Osteointegration der Titanimplantate kann dann mechanisch, chemisch oder elektrochemisch, oder aus einer Kombination der vorgenannten Verfahren erfolgen. Hier kommen Strahlbehandlungen, Ätz- oder Beizverfahren, Plasmabehandlungen und Plasmauftragsverfahren sowie Anodisationsverfahren zum Einsatz.
  • Alle Implantatbeschichtungsverfahren haben zum Ziel, folgende zwei Grundparameter der Implantatoberfläche gemäß der aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnisse für die Osseointegration zu optimieren:
    • 1) Oberflächenmorphologie: mechanische Parameter wie Rauhigkeit, Porosität, Haftfestigkeit, Kristalinität
    • 2) Chemische bzw. elektrochemische Parameter wie Elementarverteilung, Elementarzusammensetzung, Löslichkeit, Korrosionsverhalten, elektrische Oberflächenladung, Leitfähigkeit, Oberflächenenergie, funktionelle Gruppen.
  • Jede Beschichtungsform stellt eine für das jeweilige Verfahren typische Ausprägung dieser Parameter her. Der Nachweis der Funktion der Oberflächen kann derzeit aufgrund des mangelnden Verständnisses der Gesamtzusammenhänge der Osseointegration nur anhand von Analogieschlüssen, Zellstudien, Tierversuchen und klinischen Studien am Menschen geführt werden.
  • Eine Strahlbehandlung wird derzeit mit Korund (Aluminiumoxid) oder mit Siliziumdioxid, Titandioxid, Hydroxylapatit, TCP oder ähnlichem durchgeführt. Das Grundelement dieser mechanisch abrasiven Methode besteht darin, dass die Partikel des Strahlgutes mit einer hohen kinetischen Energie auf die Oberfläche geschlagen werden und dort Material abtragen, gleichzeitig kann ein sogenanntes Triboplasma erzeugt werden. An der Kontaktstelle zum Grundwerkstoff kann es dann partiell zum Aufschmelzen des Werkstoffs kommen, das Strahlgut kann zerplatzen und lagert sich in der Schmelze ein (Rocatec Verfahren). Es erfolgt also eine mehr oder minder große Einlagerung der Partikelteile in die abgetragene, raue Oberfläche. Diese Partikel werden als Modifikation der Oberfläche bezeichnet und können jedoch auch zu einer Fremdkörperreaktion führen, sollten sich die Partikel im Laufe der Zeit lockern. Das umgebende Gewebe von mit Siliziumoxid gestrahlten Implantaten ist oftmals stark mit dem Strahlgut belastet.
  • Eine Ätz- oder Beizbehandlung mit unregelmäßigem Materialabtrag stellt eine weitere Möglichkeit zur Oberflächenmodifikation dar. Je nach Rezeptur der Säuren oder Basen und Ausrichtung des Kristallgefüges im Metall werden die Oberflächen mehr oder weniger stark angegriffen, es entsteht eine mehr oder minder definierte Texturierung der Oberfläche in Form von Oberflä chenrauhigkeiten bei gleichzeitiger Reinigung des Metalls von Fremdatomen. Die Abbauprodukte der Säure oder Base müssen nachfolgend entfernt werden. Es können Komplexsalze entstehen, die in den folgenden Reinigungsschritten nur schwer löslich sind, im Körper jedoch über die langfristige Zeiträume gesehen für eine Kontamination des Gewebes mit Fremdionen sorgen können.
  • Ein materialauftragendes Beschichtungsverfahren ist generell das thermische Spritzen von Implantatoberfläche. Ein starker Temperaturgradient bei einem Teil dieser Auftragsmethoden führt zu erhöhten Eigenspannungen in der aufgetragenen Schicht als bei Konversionsschichten, die aufgetragenen Schichten haben dann eine verminderte Haftfestigkeit. Zum thermischen Spritzen werden Titan oder Titanlegierungen verwendet.
  • Das Plasmabeschichten (IPD, VPS, PVD, CVD, PECVD) beispielsweise kann je nach Prozessführung oder Verfahrensart auch nahezu kalt Werkstoffe auftragen. Daher sind diese Verfahren derzeit gerne genutzt. Ein klassischer PVD Prozess wird in DE 40 05 692 beschrieben, wobei Refraktärmetalle wie Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Wolfram oder Molybdän verwendet werden. Vorteilhafterweise werden dort die Oxidschichten von Titan-Zirconiumdioxid und auch Titan-Nioboxid als Implantatbeschichtung verwendet. Der Vorteil des Verfahrens liegt in der rissfreien Beschichtung ohne Reduzierung der Haftfestigkeit durch thermisch induzierte Eigenspannungen. Als Erweiterung wird dann in DE 40 09 337 zusätzlich eine Calziumhydrogenphosphatbeschichtung mittels Aufspritzen vorgeschlagen.
  • Eine besondere Variante einer materialauftragenden Oberflächenbeschichtung ist die Beschichtung mit bioaktiven Keramiken wie Bioglas, Al2O3, SiO2 oder calciumphosphathaltige Keramiken. Keramische Schichten, insbesondere Calciumphosphate, werden zumeist thermisch aufgetragen (Plasmaspritzen) wobei eine hohe Eigenspannung in die Beschichtungsverbund eingebracht wird. Diese führt zu verminderten Haftungen und unerwünschter Rissbildung. Aber auch andere Verfahren finden Verwendung, konventionelle Sinterung, Sputtern, elektrochemisches Abscheiden, Sol-Gel Beschichtungen, Einbrennen.
  • Das Hydroxylapatit (HA) ist die zumeist verwendete Calciumphosphatvariante, als Dihydrat wird es Brushit genannt, als natürliches Mineral kommt es als Monetit vor. Weiterhin finden in den Beschichtungskeramiken folgende Bestandteile der kristallinen Hauptphasen Verwendung: Calciumoxide, Phosphorpentoxid, Titanate, Natriumdioxid, Kaliumdioxid, Magnesiumdioxid, Calciumfluoride und Zirconiumdioxid in Form von FA-CZP. Die Bestandteile liegen kristallin, in amorphen Phasen oder in Zwischenstufen vor.
  • Die Beschichtungen gelten als nicht dauerhaft stabil, jedoch unbestritten als bioaktiv, da sie direkt eine chemisch-biologische Verbindung zur Knochenzelle ausbilden und damit ein Verbundosteogenese ausbilden. Die Löslichkeit von Hydroxylapatit ist pH-Wert abhängig und kann stark von inneren (Knochenabbau, Knochenaufbau) und von äußeren Einflüssen (bakterielle pH-Wert Absenkung) beeinflusst werden.
  • Die langfristige Prognose von HA-beschichteten Implantaten ist laufend in Diskussion. Die gute und überaus schnelle Einheilung dagegen steht außer Frage.
  • Das vierte Oberflächenbehandlungsverfahren ist das Anodisieren der Oberfläche zur Erzeugung einer dickeren, passiven Oxidschicht aus dem Grundmaterial des Implantates heraus. Bei Titanoberflächen wird eine Titanoxidoberfläche im so genannten ANOF-Verfahren erzeugt (Anodisation unter Funkenentladung). Diese Oberflächenbehandlung/Oxidation erzeugt ein Aufdicken der natürlichen Oxidschicht um ein Mehrfaches der normalen Oxidschichtdicke und erzeugt damit passivierte, grau erscheinende poröse Oberflächen mit einer erhöhten Oberflächenrauhigkeit. Das Verfahren ist eine elektrochemische Veränderung der Oberfläche, es wird eine Konversionsschicht gebildet, die sich aus dem Grundmaterial heraus zusammen mit dem Elektrolyten bildet.
  • Eine Kombination der Methoden ist üblich, so können Strahl- und anschließende Säure- oder Beizbehandlungen miteinander kombiniert werden, oder aber es können Anodisationsbehandlungen auch in Säurelektrolyten durchgeführt werden. Diese Kombination hat den Vorteil, die abschließende Reinigung zu integrieren. So wird teilweise eine anschließende erneute Säurebehandlung nach der mechanischen Aufrauung vorgeschlagen, die das Strahlgut abschließend vollständig herauslösen solle.
  • In DE 40 09 337 ist eine PVB-Beschichtung mit Metalloxiden und zusätzlich eine Calziumhydrogenphosphatbeschichtung mittels Aufspritzen beschrieben.
  • DE 10 2006 013 115 beschreibt eine Kombination einer refraktärmetallischen Vakuumbeschichtung mit anschließender elektrolytischer oder thermischer Oxidation.
  • Mit der ANOF-Oberflächenbehandlung ist derzeit eine Kombination der Verfahren „Konversionsschicht” und „additive Beschichtung” möglich. Es können mit der Wahl des Elektrolyten die Oxidationsvorgänge in und an der Oberfläche des Titans beeinflusst werden. Weiterhin können die im Elektrolyten vorliegenden feinkristallinen Materialien in die Oberfläche physikalisch eingelagert werden. Ein Einlagern von Phosphat ist ebenfalls bekannt.
  • Das grundlegende Verfahren zur elektrochemischen Behandlung von Implantaten in galvanischen Bädern nach dem ANOF-Verfahren ist in DE 10 2004 022 768 , DE 10 2004 021 739 , DD 246 028 , DD 156003 und DE 101 58303 beschrieben. Auch DD 210 607 offenbart die Verwendung des ANOF-Verfahren.
  • Durch den Zusatz von osteokonduktiven Biomaterialien können bioinerte Titanimplantate bioaktiviert werden.
  • Insbesondere Dentalimplantate haben jedoch nicht alleine den Anforderungen der Knocheneinheilung zu genügen, sie müssen den dualen Bedingungen des Einsatzes im Mundraum genügen. Es findet hier ein Kontakt des Implantates sowohl mit dem Hartgewebe des Knochens und auch dem Weichgewebe der Mundschleimhaut statt.
  • Der Knochenkontakt benötigt eine Oberflächenausbildung, wie sie oben dargelegt wurde, eine optimierte Anhaftung von Weichgewebe ist bisher nicht beschrieben. Die Weichgewebsmanschette zum Beispiel darf nicht an zu rauen Oberflächen anliegen. Die bisherige Lösung ist eine zweigeteilte Oberfläche des Implantates. Es wurde der Halsbereich, in dem die Gingivamanschette anliegen und dicht abschließen musste, beschichtungsfrei gehalten und maschinell geglättet (poliert, etc.). Mit dem aktiven Setzen des Implantates auf ein Niveau wurde der Übergang zwischen Knochen und Weichgewebe vordefiniert. Verschiedene Lehrmeinungen fanden hier Einzug und definierten den Begriff der biologischen Breite. Das Knochenniveau ist biologischen Veränderungen unterworfen, deren Mechanismen nicht abschließend geklärt sind. Das Setzen des Implantates kann jedoch nicht diesen Veränderungen, die im Laufe der Lebenszeit des Implantates ablaufen, angepasst werden. Der Knochenrückgang verändert die geplante Tiefe der Gingivamanschette in Bezug zum Implantat in einem Zeitraum von bis zu 12 Monaten nach Implantation deutlich und in der darauf folgenden Zeit marginal, jedoch ist der Vorgang oftmals nicht stationär. Eine Schädigung der Gingivamanschette durch Manipulationen am Gingivaformer oder am Halsbereich des Implantates führt nachweislich zu Knochenrückbildungen. Ebenso kontraproduktiv sind entzündliche Vorgänge zu sehen. Die Definition der prothetisch benötigten Lage der Gewebemanschette war daher selten exakt möglich. Der Vorzug in allen Behandlungsschritten und konstruktiven Implantatvorgaben wurde logischerweise der Sicherung der bestehenden Knochensituation gegeben.
  • Die aktive Anbindung der Gingiva an den Implantathals ist derzeit nur ungenügend gelöst, die Implantatbeschichtungstechnologie berücksichtig nahezu vollständig die Verbesserung der Knocheneinheilung.
  • Keramische Implantate, die nahezu nach einem gleichen Ablauf hergestellt werden, haben eine nachweislich vorhandene, im Falle von Zirkonoxidimplantaten, eine sehr gute Gingivaanhaftung, jedoch ist hier die Knochenanhaftung als fragwürdig zu bezeichnen. Nur eine Osseointegration des Implantates bei einer gleichzeitigen dichten Bindegewebsmanschette um die Durchtrittstelle in den Mundraum hinein sichert eine langfristige Implantatversorgung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Techniken zu verbessern und insbesondere dem Übergang zwischen Hartgewebe und Weichgewebe besser gerecht zu werden. Aufgrund der Biologisierungsmöglichkeit von ANOF-Implantatoberflächen sind diese in Kombination mit der deutlich dickeren Oxidschicht zur Isolierung eines möglichen Ionenaustausches generell zu bevorzugen.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Erfindungsgemäß ist in die Oberflächenschicht Zirconium und/oder Zirconiumdioxid eingelagert. Die Osseointegration der Oberfläche von vorzugsweise mit einem Körper aus im wesentlichen Titan begildeten Implantaten wird durch die Affinität der Gingiva zu Zirconiumdioxid in überraschender Art und Weise ideal verbessert. Die mehrteilige Herstellung von Oberflächen für die Knochenanhaftung und die Gingivaanhaftung und der Kompromiss für eine gute Knochenstabilität durch die Verwendung eines rauen Implantathalses ist nicht mehr notwendig.
  • Gleichzeitig lässt sich mit der erfindungsgemäßen Modifikation der Oberfläche mit Zirconiumdioxid der Isoelektrische Punkt der Oberflächenschicht bzw. der Oberfläche im Vergleich zur unmodifizierten Oberfläche zu leicht höheren pH-Werten verschieben. Der Isoelektrische Punkt beträgt vorzugsweise 5 bis 8, insbesondere 6,5 bis 7,5. Diese Veränderung ist deswegen so bedeutend, da der primäre Schritt sowohl zur Osseointegration als auch zur Anhaftung der Mukosa (Schleimhaut) immer die Proteinadsorption aus dem Blutplasma ist, diese ist ladungsabhängig. Durch die Beladung mit Calcium und Phosphat hat eine Anodisationsschicht zwar eine bioaktive Wirkung, jedoch verschiebt sich der Isoelektrische Punkt der Oberfläche im Vergleich zu nicht bioaktiven und nur bioinerten gestrahlten Titanoberflächen leicht in einen geringeren pH-Wert-Bereich. Dies kann in Kombination mit geringen aufgeprägten pH-Werten, bedingt durch äußere Einflüsse (bakterieller Befall, Knochenabbauprozesse) zu einem negativen biologischen Effekt der Osseointegration führen. Eine Stabilisierung des Isoelektrischen Punktes ist dann von Vorteil und verhindert eine dann veränderte negative Degradation der Eiweiße in Zusammenhang der Osteoinduktionsvorgänge und der späteren Osteokonduktion.
  • Das Zirconium oder Zirconiumdioxid sollte vorzugsweise flächig verteilt oder in partikulär messbaren Ansammlungen mit einem Gehalt von etwa 0,1 bis 10 At-% (Atom-%) vorhanden sein, bezogen auf die Oberflächenschicht. Vorzugsweise beträgt der Anteil 0,1 bis 7 At-%.
  • Weiterhin ist die Ein- oder Umlagerung des im Elektrolyten vorliegenden Calciumphosphats in der Plasmaentladung und der Schmelzbereiche der Implantatoberflächenschicht überraschenderweise durch das gleichzeitige im Elektrolyten vorhandenen Zirconiumdioxids derart beeinflusst, dass es bei der Bildung von Hydroxylapatit, Brushit und weiteren Calciumphosphatverbindungen zu einer deutlich messbaren Stabilisierung der Calciumphosphatlöslichkeit bei abgesenkten pH-Werten kommt. Diese bereits bei Calzium-Zirconiumorthophosphat beobachtete Stabilisierung der pH-Wert abhängigen Löslichkeit des Calciumphosphats führt zu einer verbesserten biologischen Verträglichkeit bei bakteriellen Komplikationen oder anderen ungewollten pH-Wert Absenkungen während der Einheilung und vor Erreichen eines stabilen Zustandes mit abgeheiltem Gewebekontakt zum Implantat. Vorzugsweise weist die Oberflächenschicht Calciumbisdihydrogenphosphat auf.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, weitere Elemente zur Biologisierung der Oberfläche, welche sich in einer Beeinflussung des pH-Wertverhaltens bzw. des Isoelektrischen Punktes der Oberfläche äußern, zu ergänzen. Es ist vorteilhaft, wenn die Oberflächenschicht mindestens ein Element aus der Gruppe Magnesium, Natrium, Kalium, Kohlenstoff, Stickstoff, Silizium, Aluminium, Chlor, Vanadium, Niob aufweist, oder insbesondere solche Verbindungen davon, die eine hohen Isoelektrischen Punkt haben, z. B. Korund.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenschicht, wie sie zum Beispiel vorstehend beschrieben ist, auf einem medizinischen Implantat durch anodische Oxidation mittels Lichtbogenentladung/Funkenentladung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Implantatoberfläche durch die Behandlung mit den Bestandteilen Calcium, Phosphor, Sauerstoff, Wasserstoff und/oder Zirconium des verwendeten Elektrolyten versetzt wird. Der Verfahrensablauf kann prinzipiell nach dem Stand der Technik durchgeführt werden.
  • Die Anodisationsbehandlung kann in einem wässrigen, übersättigten Elektrolyten unter der Anwesenheit von Calcium, Phosphat und Zirconium oder vorzugsweise Zirconiumdioxid stattfinden.
  • Durch Anlegen einer Grundspannung und Überlagern einer Wechselspannung wird die Anodisation unter Funkenentladung durchgeführt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft beschrieben.
  • Das Zirconium oder Zirconiumdioxid liegt vorzugsweise in einem mikrokristallinen Zustand vor und wird der übersättigten Lösung des Elektrolyts zugesetzt. Das Zirconium kann elementar, in gelöster, in atomar an andere Elemente gebundener Form vorliegen. Vorzugsweise kann Zirconiumdioxid in sehr fein gemahlener Form verwendet werden. Das Zirconiumdioxid liegt vorzugsweise in Form von Nanopartikeln als Dispersion vor.
  • Zirconium bzw. Zirconiumdioxid kann als Mikro-Dispersion stabil in Wasser gehalten werden, diese ist bei einem pH-Wert von ca. 3 stabil. Die Zirconiumpartikel (bzw. Zirconiumdioxidpartikel) werden vorzugsweise als Nanopartikel mit einer Größe von kleiner 100 nm bereitgestellt, wie sie beispielsweise bei Sigma Aldrich bezogen werden kann. Die Lösung liegt mit 1–5 Gewichts-% vor und wird dem Elektrolyten zugesetzt.
  • Das Ansetzen des Bearbeitungselektrolyts erfolgt mit einer Konzentration von 10–80, vorzugsweise 30–40 g/l Bidest H2O Ca(H2PO4)2 (Kalziumbisdihydrogenphosphat). Nach Ansetzen des Elektrolyts wird die Zirconium(dioxid) Dispersion zugesetzt. Hier können auf 10 l Elektrolyt 0,1–4 vorzugsweise 0,5–2 l Dispersion des Zirconium (bzw. Zirconiumdioxid) zugesetzt werden.
  • Die Dispersion wird zusammen mit den kristallinen Bestandteilen des Elektrolyts durch eine geeignete Umwälzung in ständiger Schwebe gehalten.
  • Der Elektrolyt wird zur Durchführung der Beschichtung eines Titanimplantates auf eine Temperatur zwischen 20 und 60°C, vorzugsweise zwischen 35 und 45°C gehalten.
  • Die Anodisation besteht üblicherweise aus zwei Phasen, der langsamen Steigerung der Grundspannung auf ein Niveau zwischen 20–180 V, vorzugsweise zwischen 45–110 V und darauf folgend die Phase der Lichtbogenentladung, die bei einer aufgelagerten Wechselspannung zwischen 80–1500 V, vorzugsweise bei 200–500 V stattfindet.
  • Der zweite Teil der Anodisation kann sowohl spannungs- wie auch stromgeregelt durchgeführt werden. In einer weiteren mögliche Ausführung kann in der zweiten Phase der Anodisation unter Lichtbogenentladung zwischen mehreren Kennlinien hin und her geschaltet werden. Nach einer Behandlungszeit von 30–500 Sekunden, in der die Oxidhaut aufwächst, sinkt der Stromfluss bedingt durch die Steigerung des Widerstandes der Oxidhaut. Zur Abschaltung des Prozesses kann eine definierte Ladungsmenge oder aber eine Mindeststrommenge verwendet werden. Als Ladungsmenge bieten sich 50–700 As, vorzugsweise 100–300 As an. Als Strom schwelle zur Abschaltung der überlagerten Spannung und der Grundspannung kann ein Wert zwischen 0,25–4 A verwendet werden.
  • Durch die Anodisation unter Funkenentladung bilden sich im Elektrolyt Plasmakanäle, die auf der Oberfläche in Form von Lichtbogenansatzpunkten aufliegen. Auf der Titanoberfläche des Implantates bilden die mobilen Lichtbogenfußpunkte wannenförmige, tiefe Brennflecken aus. Der Lichtbogen verhält sich stochastisch gemäß des Oberflächenwiderstandes, er wandert, er verlöscht und zündet an anderer Stelle neu. Die Brennflecken stellen sich dann als Poren in der Oberfläche dar, in den Schmelzfronten lagern sich bei Erstarrung die fein verteilten Substanzen des Elektrolyts sowohl als Ionen und auch als elementare (Nano-)Kristallite ein. Die Oberfläche ist nach Abschluss des Verfahrens porenbehaftet, stark oxidiert, mit einer prozessparameterabhängigen Porengröße von 0,5–5 μm.
  • Verfahrensgemäß lagert sich das Zirconiumdioxid zusammen mit dem Phosphor und dem Calcium in der Oberfläche des Implantates ab. Es kann darauf folgend durch eine EDX Analyse nachgewiesen werden. Der Nachweis der Einlagerung kann im Rahmen der standardmäßig durchgeführten Serienkonstanzuntersuchungen im Rasterelektronenmikroskop erfolgen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4005692 [0009]
    • - DE 4009337 [0009, 0016]
    • - DE 102006013115 [0017]
    • - DE 102004022768 [0019]
    • - DE 102004021739 [0019]
    • - DD 246028 [0019]
    • - DD 156003 [0019]
    • - DE 10158303 [0019]
    • - DD 210607 [0019]

Claims (8)

  1. Medizinisches Implantat mit einem eine Oberflächenschicht aufweisenden metallischen Körper, wobei die Oberflächenschicht Calcium und/oder Phosphor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberflächenschicht Zirconium und/oder Zirconiumdioxid eingelagert ist.
  2. Medizinisches Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Körper im wesentlichen aus Titan gebildet ist.
  3. Medizinisches Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Zirconiumdioxid beziehungsweise des Zirconium 0,1 bis 10 At-% beträgt.
  4. Medizinisches Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht einen isoelektrischen Punkt von 5 bis 8, vorzugsweise von 6,5 bis 7,5 aufweist.
  5. Medizinisches Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht Calciumbisdihydrogenphosphat aufweist.
  6. Medizinisches Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht mindestens ein Element aus der Gruppe Magnesium, Natrium, Kalium, Kohlenstoff, Stickstoff, Silizium, Aluminium, Chlor, Vanadium, Niob aufweist.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenschicht auf einem medizinischen Implantat durch anodische Oxidation mittels Lichtbogenentladung, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantatoberfläche mit den Bestandteilen Calcium, Phosphor, Sauerstoff, Wasserstoff und/oder Zirconium des Elektrolyten versetzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Versetzen während der anodischen Oxidation erfolgt.
DE102009016554A 2009-02-19 2009-02-19 Medizinisches Implantat mit einer Oberflächenschicht und Verfahren zur Herstellung der Implantatoberfläche Withdrawn DE102009016554A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009016554A DE102009016554A1 (de) 2009-02-19 2009-02-19 Medizinisches Implantat mit einer Oberflächenschicht und Verfahren zur Herstellung der Implantatoberfläche

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009016554A DE102009016554A1 (de) 2009-02-19 2009-02-19 Medizinisches Implantat mit einer Oberflächenschicht und Verfahren zur Herstellung der Implantatoberfläche

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009016554A1 true DE102009016554A1 (de) 2010-09-09

Family

ID=42538665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009016554A Withdrawn DE102009016554A1 (de) 2009-02-19 2009-02-19 Medizinisches Implantat mit einer Oberflächenschicht und Verfahren zur Herstellung der Implantatoberfläche

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009016554A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2522373A1 (de) * 2011-05-11 2012-11-14 Dentsply IH AB Biokompatible Komponente
RU2490032C1 (ru) * 2012-07-03 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с углеродным нанопокрытием
US9108295B2 (en) 2011-12-22 2015-08-18 Dentsply International Inc. Blasting metallic implants with titanium oxide

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1530670A (en) * 1975-12-30 1978-11-01 Sumitomo Chemical Co Endosseous implants
DD156003A1 (de) 1980-09-23 1982-07-21 Peter Kurze Verfahren zur oberflaechenbehandlung von titanium und-legierungen
DD210607A1 (de) 1982-10-13 1984-06-20 Karl Marx Stadt Tech Hochschul Beschichtetes implantat
DD246028A1 (de) 1986-02-12 1987-05-27 Karl Marx Stadt Tech Hochschul Keramisiertes metallimplantat
DE4005692A1 (de) 1990-02-23 1991-08-29 Omt Oberflaechen Materialtech Verfahren zur herstellung von physiologisch vertraeglichen oxidschichten auf skelettimplantaten
DE4009337A1 (de) 1990-03-23 1991-09-26 Repenning Detlev Verfahren zur herstellung von osteointegrierenden oberflaechen auf skelettimplantaten sowie skelettimplantat
WO2002102431A1 (de) * 2001-06-15 2002-12-27 Humboldt Universität Berlin Charite Universitätsklinikum (Ccm) Oberflächenbehandeltes metallisches implantat und strahlgut
DE10158303A1 (de) 2001-11-16 2003-06-05 Michael C Dehn Sprühvorrichtung
EP1527790A1 (de) * 2003-10-27 2005-05-04 Straumann Holding AG Implantat mit einer keramischen Beschichtung
DE102004021739A1 (de) 2004-04-30 2005-11-24 Heraeus Kulzer Gmbh Implantat mit Oberflächenbeschichtung
DE102004022768A1 (de) 2004-05-05 2005-12-08 Heraeus Kulzer Gmbh Medizinische Implantate mit glaskeramikartiger Multielement-Oberflächenschicht
US20060093729A1 (en) * 1997-10-01 2006-05-04 Marx Jeffrey G Process for producing rigid reticulated articles
DE102006013115A1 (de) 2006-03-22 2007-09-27 omt Oberflächen- und Materialtechnologie GmbH Verfahren zur Herstellung heller biokompatibler Schichten auf Implantatkörpern
EP1941918A2 (de) * 2006-12-19 2008-07-09 BIOTRONIK VI Patent AG Verfahren zur Herstellung einer korrosionshemmenden Beschichtung auf einem Implantat aus einer biokorrodierbaren Magnesiumlegierung sowie nach dem Verfahren hergestelltes Implantat

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1530670A (en) * 1975-12-30 1978-11-01 Sumitomo Chemical Co Endosseous implants
DD156003A1 (de) 1980-09-23 1982-07-21 Peter Kurze Verfahren zur oberflaechenbehandlung von titanium und-legierungen
DD210607A1 (de) 1982-10-13 1984-06-20 Karl Marx Stadt Tech Hochschul Beschichtetes implantat
DD246028A1 (de) 1986-02-12 1987-05-27 Karl Marx Stadt Tech Hochschul Keramisiertes metallimplantat
DE4005692A1 (de) 1990-02-23 1991-08-29 Omt Oberflaechen Materialtech Verfahren zur herstellung von physiologisch vertraeglichen oxidschichten auf skelettimplantaten
DE4009337A1 (de) 1990-03-23 1991-09-26 Repenning Detlev Verfahren zur herstellung von osteointegrierenden oberflaechen auf skelettimplantaten sowie skelettimplantat
US20060093729A1 (en) * 1997-10-01 2006-05-04 Marx Jeffrey G Process for producing rigid reticulated articles
WO2002102431A1 (de) * 2001-06-15 2002-12-27 Humboldt Universität Berlin Charite Universitätsklinikum (Ccm) Oberflächenbehandeltes metallisches implantat und strahlgut
DE10158303A1 (de) 2001-11-16 2003-06-05 Michael C Dehn Sprühvorrichtung
EP1527790A1 (de) * 2003-10-27 2005-05-04 Straumann Holding AG Implantat mit einer keramischen Beschichtung
DE102004021739A1 (de) 2004-04-30 2005-11-24 Heraeus Kulzer Gmbh Implantat mit Oberflächenbeschichtung
DE102004022768A1 (de) 2004-05-05 2005-12-08 Heraeus Kulzer Gmbh Medizinische Implantate mit glaskeramikartiger Multielement-Oberflächenschicht
DE102006013115A1 (de) 2006-03-22 2007-09-27 omt Oberflächen- und Materialtechnologie GmbH Verfahren zur Herstellung heller biokompatibler Schichten auf Implantatkörpern
EP1941918A2 (de) * 2006-12-19 2008-07-09 BIOTRONIK VI Patent AG Verfahren zur Herstellung einer korrosionshemmenden Beschichtung auf einem Implantat aus einer biokorrodierbaren Magnesiumlegierung sowie nach dem Verfahren hergestelltes Implantat

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2522373A1 (de) * 2011-05-11 2012-11-14 Dentsply IH AB Biokompatible Komponente
WO2012152884A1 (en) * 2011-05-11 2012-11-15 Dentsply Ih Ab Biocompatible component
CN103501829A (zh) * 2011-05-11 2014-01-08 登士伯Ih有限公司 生物相容性组件
US10052404B2 (en) 2011-05-11 2018-08-21 Dentsply Sirona Inc. Biocompatible component
US9108295B2 (en) 2011-12-22 2015-08-18 Dentsply International Inc. Blasting metallic implants with titanium oxide
RU2490032C1 (ru) * 2012-07-03 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с углеродным нанопокрытием

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1982007B1 (de) Verfahren zur herstellung eines metallkörpers sowie metallkörper
EP1527790B1 (de) Implantat mit einer keramischen Beschichtung
EP1888139B1 (de) Dentalimplantat und verfahren zu dessen herstellung
EP1150620B1 (de) Osteophile implantate
US8057657B2 (en) Treatment of an osteointegrative interface
CN101138652A (zh) 一种高生物活性表面多孔种植体复合材料制备方法
US20210338889A1 (en) Implant with ceramic coating, method of forming an implant, and method of applying a ceramic coating
EP2786771B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines funktionalisierten Implantats sowie funktionalisiertes Implantat
DE102006013115A1 (de) Verfahren zur Herstellung heller biokompatibler Schichten auf Implantatkörpern
EP2476390A1 (de) Zahnimplantat und Oberflächenbehandlungsverfahren eines Zahnimplantats
KR20200066867A (ko) 플라즈마 전해 산화법을 이용한 나노 메쉬 형 티타늄계 합금의 생체 활성 원소 코팅방법
EP1397168B1 (de) Titanoxid haltiges implantat
EP2962657A1 (de) Verfahren zum aufbringen eines antibakteriellen schutzes auf ein zahnimplantat und hergestelltes zahnimplantat
KR101283780B1 (ko) 타이타늄 임플란트 및 그의 제조 방법
DE102009016554A1 (de) Medizinisches Implantat mit einer Oberflächenschicht und Verfahren zur Herstellung der Implantatoberfläche
EP1515759B1 (de) Osteointegrierende grenzfläche für implantierbare prothese und methode zu deren herstellung
EP2077124B1 (de) Biokompatible Oberflächenschicht
DE102012210804A1 (de) Verfahren zur Erzeugung einer bakteriziden Schicht auf einem Grundkörper aus Titan oder einer Titanbasislegierung
DE10158302A1 (de) Beschichtung von implantierbaren Metallkörpern mit bioaktiven Materialien
EP3811896B1 (de) Dentalimplantat
Sagidugumar et al. Calcium phosphate coating formed on titanium scaffold by plasma electrolytic oxidation
DE202019105040U1 (de) Zweiteiliges Zahn-Kieferimplantat
Fialho Design of new biocompatible osseointegrated and antimicrobial dental implant
WO2005107830A1 (de) Medizinische implantate mit glaskeramikartiger multielement-oberflächenschicht
Ha et al. Biokompatible Keramische Werkstoffe

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20110901