DE102018101692A1 - Articulated component and thus formed artificial joint and method for its production - Google Patents

Articulated component and thus formed artificial joint and method for its production Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gelenkbauteil für ein künstliches Gelenk eines Lebewesens, wobei das Gelenkbauteil zum Zusammenwirken mit wenigstens einem weiteren Gelenkbauteil ausgebildet ist, um das künstliche Gelenk zu bilden, wobei das Gelenkbauteil eine Auflagerfläche zur Auflagerung auf einer weiteren Auflagerfläche des weiteren Gelenkbauteils aufweist, wobei das Gelenkbauteil ein Kapillardruck-Fördersystem mit einer Vielzahl von Kapillaren aufweist, das zum Fördern eines Gelenk-Schmiermittels von einem Schmiermittelreservoir zur Auflagerfläche mittels Kapillarkräften eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein künstliches Gelenk aufweisend ein derartiges Gelenkbauteil und wenigstens ein weiteres Gelenkbauteil, wobei das Gelenkbauteil und das weitere Gelenkbauteil im Zusammenwirken das künstliche Gelenk bilden. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gelenkbauteils.

Figure DE102018101692A1_0000
The invention relates to a joint component for an artificial joint of a living being, wherein the joint component is designed to cooperate with at least one further joint component to form the artificial joint, wherein the joint component has a bearing surface for bearing on a further bearing surface of the further joint component, wherein the Articulated component has a capillary pressure delivery system with a plurality of capillaries, which is adapted for conveying a joint lubricant from a lubricant reservoir to the bearing surface by means of capillary forces. The invention also relates to an artificial joint having such a joint component and at least one further joint component, wherein the joint component and the further joint component in cooperation form the artificial joint. The invention also relates to a method for producing such a joint component.
Figure DE102018101692A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Gelenkbauteil für ein künstliches Gelenk eines Lebewesens, das zum Zusammenwirken mit wenigstens einem weiteren Gelenkbauteil ausgebildet ist, um das künstliche Gelenk zu bilden. Die Erfindung betrifft außerdem ein künstliches Gelenk aufweisend ein derartiges Gelenkbauteil und wenigstens ein weiteres Gelenkbauteil, wobei das Gelenkbauteil und das weitere Gelenkbauteil im Zusammenwirken das künstliche Gelenk bilden. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gelenkbauteils.The invention relates to a joint component for an artificial joint of a living being, which is designed to interact with at least one further joint component in order to form the artificial joint. The invention also relates to an artificial joint having such a joint component and at least one further joint component, wherein the joint component and the further joint component in cooperation form the artificial joint. The invention also relates to a method for producing such a joint component.

Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der künstlichen Gelenke für Lebewesen, z.B. Hüftendoprothesen, wie aus der DE 24 11 617 A1 bekannt. Die Implantation von Hüftendoprothesen wird vielfach als Routineeingriff durchgeführt. Die Lebensdauer solcher Endoprothesen ist unter anderem durch den Effekt des Abriebs zwischen den Implantat-Elementen begrenzt. Die durch Abrieb entstehenden Partikel können nachteilige Gewebereaktionen auslösen. Um dem Problem des Abriebs zu begegnen, werden beispielsweise verschleißarme Gleitpaarungen wie Metall-Metall oder Keramik-Keramik-Kombinationen eingesetzt. Jedoch sind auch solche Vorschläge mit Schwierigkeiten behaftet. Zudem wird das Problem des Abriebs hierdurch nur verringert.In general, the invention relates to the field of artificial joints for living beings, such as hip endoprostheses, as shown in DE 24 11 617 A1 known. The implantation of hip endoprostheses is often performed as a routine procedure. The lifetime of such endoprostheses is limited, inter alia, by the effect of abrasion between the implant elements. The particles resulting from abrasion can cause adverse tissue reactions. To counteract the problem of abrasion, for example, low-wear pairings such as metal-metal or ceramic-ceramic combinations are used. However, even such proposals are fraught with difficulties. In addition, the problem of abrasion is thereby only reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenkbauteil für ein künstliches Gelenk eines Lebewesens anzugeben, durch das eine wesentlich erhöhte Lebensdauer des künstlichen Gelenks im Lebewesen erzielt wird. Ferner soll ein hiermit gebildetes künstliches Gelenk und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gelenkbauteils angegeben werden.The invention has for its object to provide a joint component for an artificial joint of a living being, through which a substantially increased life of the artificial joint is achieved in the living being. Furthermore, an hereby formed artificial joint and a method for producing such a joint component should be specified.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gelenkbauteil für ein künstliches Gelenk eines Lebewesens, wobei das Gelenkbauteil zum Zusammenwirken mit wenigstens einem weiteren Gelenkbauteil ausgebildet ist, um das künstliche Gelenk zu bilden, wobei das Gelenkbauteil eine Auflagerfläche zur Auflagerung auf einer weiteren Auflagerfläche des weiteren Gelenkbauteils aufweist, wobei das Gelenkbauteil ein Kapillardruck-Fördersystem mit einer Vielzahl von Kapillaren aufweist, das zum Fördern eines Gelenk-Schmiermittels von einem Schmiermittelreservoir zur Auflagerfläche mittels Kapillarkräften eingerichtet ist. Auf diese Weise kann die tribologisch beanspruchte Oberfläche, d.h. die Auflagerfläche, gezielt mit einem Gelenk-Schmiermittel versorgt werden, sodass Reibung und dadurch bedingter Abrieb minimiert werden können, zumindest so weit, dass eine Schmierung erreicht werden kann, der derjenigen von natürlichen Gelenken entspricht. Zudem kann als Gelenk-Schmiermittel auch ein natürlicher Schmierstoff eingesetzt werden, wie z.B. Synovialflüssigkeit oder die in der natürlichen Synovialflüssigkeit vorkommende entzündungshemmende Hyaluronsäure. Dementsprechend kann die Funktionsweise eines natürlichen Gelenks weitestgehend nachgebildet werden.This object is achieved by a joint component for an artificial joint of a living being, wherein the joint component is designed to cooperate with at least one further joint component to form the artificial joint, wherein the joint component has a bearing surface for bearing on a further bearing surface of the further joint component, wherein the hinge member comprises a capillary pressure delivery system having a plurality of capillaries adapted to convey a hinge lubricant from a lubricant reservoir to the support surface by means of capillary forces. In this way, the tribologically stressed surface, i. the bearing surface, specifically supplied with a joint lubricant, so that friction and consequent abrasion can be minimized, at least so far that a lubrication can be achieved, which corresponds to that of natural joints. In addition, as a joint lubricant and a natural lubricant can be used, such. Synovial fluid or the anti-inflammatory hyaluronic acid found in natural synovial fluid. Accordingly, the operation of a natural joint can be replicated as much as possible.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zum Fördern des Gelenk-Schmiermittels keine mechanisch beweglichen oder elektrischen Komponenten erforderlich sind, wie z.B. Pumpen und/oder Antriebskomponenten. Die Förderung des Gelenk-Schmiermittels von dem Schmiermittelreservoir zur Auflagerfläche kann ausschließlich durch die Kapillarkräfte erfolgen.A further advantage of the invention is that no mechanically moving or electrical components are required to convey the articulated lubricant, e.g. Pumps and / or drive components. The promotion of the joint lubricant from the lubricant reservoir to the bearing surface can be done only by the capillary forces.

Durch die Kapillarwirkung kann zudem einem Auslaufen des Gelenk-Schmiermittels aus dem Schmiermittelreservoir entgegengewirkt werden, sodass die Funktion der Schmierung langfristig aufrechterhalten werden kann.The capillary action can also counteract leakage of the joint lubricant from the lubricant reservoir, so that the function of the lubrication can be maintained long term.

Dementsprechend ist eine Vielzahl von Austrittsstellen der Kapillaren über die Auflagerfläche verteilt, sodass das Gelenkbauteil in diesem Bereich über eine durchlässige Schicht verfügt. Die Austrittsstellen der Kapillaren können über die gesamte Auflagerfläche oder nur über den tribologisch beanspruchten Bereich verteilt sein, oder nur über einen zentralen Bereich, an dem die Belastung durch das weitere Gelenkbauteil am höchsten ist, z.B. nur im zentralen 50%-Bereich der Auflagerfläche. Auf diese Weise kann das Gelenk-Schmiermittel insbesondere über den tribologisch beanspruchten Bereich der Auflagerfläche gleichmäßig verteilt und automatisch nachgefördert werden.Accordingly, a multiplicity of exit points of the capillaries are distributed over the bearing surface, so that the joint component has a permeable layer in this region. The exit points of the capillaries may be distributed over the entire support surface or only over the tribologically stressed region, or only over a central region where the load on the further hinge component is highest, e.g. only in the central 50% area of the bearing surface. In this way, the joint lubricant can be evenly distributed over the tribologically stressed area of the support surface and automatically nachgefördert.

Auf diese Weise wird ein kommunizierendes Drucksystem zur Förderung des Gelenk-Schmiermittels bereitgestellt. Der im Schmiermittelreservoir vorhandene Vorrat an Gelenk-Schmiermittel kann beispielsweise durch eine Vorbefüllung im Rahmen einer Implantation des künstlichen Gelenks erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Schmiermittelreservoir auch durch eine Körperfunktion des Lebewesens mit neuem Gelenk-Schmiermittel aufgefüllt werden.In this way, a communicating pressure system for delivering the joint lubricant is provided. The stock of joint lubricant present in the lubricant reservoir can take place, for example, by pre-filling as part of an implantation of the artificial joint. Alternatively or additionally, the lubricant reservoir can also be filled up by a body function of the living being with new joint lubricant.

Das Kapillardruck-Fördersystem kann auch zur Medikamenten-Zufuhr genutzt werden.The capillary pressure delivery system can also be used for drug delivery.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kapillaren sich ausgehend von einer Anschlussstelle für das Schmiermittelreservoir zu der Auflagerfläche hin verästeln. Dementsprechend gehen von der Anschlussstelle für das Schmiermittelreservoir nur einige wenige Kapillaren ab, an der Auflagerfläche endet dann eine wesentlich höhere Zahl von Kapillaren. Auf diese Weise kann das Gelenk-Schmiermittel sehr effizient mittels der Kapillarkräfte ohne zusätzliche Hilfsmittel zur Auflagerfläche gefördert werden und gleichmäßig verteilt werden.According to an advantageous development of the invention, provision is made for the capillaries to branch out from a connection point for the lubricant reservoir to the bearing surface. Accordingly, only a few capillaries depart from the connection point for the lubricant reservoir, and then a significantly higher number of capillaries ends at the support surface. In this way, the joint lubricant can very efficiently by means of capillary forces without additional aids be promoted to the support surface and evenly distributed.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gelenkbauteil eine offenporige Schwammstruktur aufweist, durch die zumindest ein Teil der Kapillaren des Kapillardruck-Fördersystems gebildet ist. Eine solche offenporige Schwammstruktur kann sehr effizient hergestellt werden, z.B. nach dem nachfolgend noch erläuterten Verfahren. Zudem kann das Gelenkbauteil auch im Bereich dieser Schwammstruktur vergleichsweise robust bereitgestellt werden, sodass auch künstliche Gelenke für stark belastete Körperbereiche, wie z.B. Hüftendoprothesen, erfindungsgemäß vorteilhaft realisiert werden können.According to an advantageous development of the invention, it is provided that the joint component has an open-pore sponge structure, by which at least part of the capillaries of the capillary pressure delivery system is formed. Such an open-pored sponge structure can be made very efficiently, e.g. according to the method explained below. In addition, the joint component can also be made comparatively robust in the region of this sponge structure, so that artificial joints for heavily loaded areas of the body, such as, for example, can also be used. Hip endoprostheses, can be advantageously realized according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kapillaren über ihre Längserstreckung einen im Wesentlichen gleichbleibenden Durchmesser und/oder eine im Wesentlichen gleichbleibenden Querschnittsfläche aufweisen. Auf diese Weise kann eine effiziente Förderung des Gelenk-Schmiermittels mittels Kapillarkräften sichergestellt werden. Die Kapillaren können insbesondere auch über eine Verzweigungs- bzw. Verästelungsstelle hinaus im Durchmesser und/oder in der Querschnittsfläche im Wesentlichen gleichbleibend ausgebildet sein.According to an advantageous development of the invention, it is provided that the capillaries have over their longitudinal extent a substantially constant diameter and / or a substantially constant cross-sectional area. In this way, an efficient promotion of the joint lubricant can be ensured by means of capillary forces. In particular, the capillaries may also be formed substantially uniformly over a branch or branching point in the diameter and / or in the cross-sectional area.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kapillaren einen Durchmesser von weniger als 300 µm oder eine Querschnittsfläche von weniger als 0,1 mm2 aufweisen. Insbesondere kann der mittlere Durchmesser, wenn der Querschnitt der Kapillare nicht kreisrund ist, kleiner als 300 µm betragen. Auf diese Weise kann der Gelenk-Schmierstoffeffizient zur Auflagerfläche transportiert werden. Durch die Wahl des Durchmessers bzw. der Querschnittsfläche der Kapillaren können die Kapillarkräfte je nach gewähltem Schmierstoff geeignet eingestellt werden.According to an advantageous development of the invention, it is provided that the capillaries have a diameter of less than 300 μm or a cross-sectional area of less than 0.1 mm 2 . In particular, if the cross section of the capillary is not circular, the average diameter may be smaller than 300 μm. In this way, the joint lubricant efficiency can be transported to the support surface. By choosing the diameter or the cross-sectional area of the capillaries, the capillary forces can be suitably adjusted depending on the selected lubricant.

Das Schmiermittelreservoir kann grundsätzlich an einer beliebigen Stelle angeordnet werden, d.h. es gibt große Freiheitsgrade bei der Platzierung des Schmiermittelreservoirs. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gelenkbauteil das Schmiermittelreservoir aufweist. So kann das Schmiermittelreservoir beispielsweise in einem Innenraum des Gelenkbauteils angeordnet sein, z.B. durch eine innere Kammer des Gelenkbauteils gebildet sein. Das Schmiermittelreservoir kann auch als Schmiermittelbehälter ausgebildet sein, der außen am Gelenkbauteil angeordnet ist. Das Schmiermittelreservoir kann auch durch eine Kombination solcher Elemente gebildet sein.The lubricant reservoir can basically be placed anywhere, i. There are great degrees of freedom in the placement of the lubricant reservoir. According to an advantageous development of the invention, it is provided that the joint component has the lubricant reservoir. For example, the lubricant reservoir may be disposed in an interior of the joint member, e.g. be formed by an inner chamber of the joint component. The lubricant reservoir can also be designed as a lubricant container which is arranged on the outside of the joint component. The lubricant reservoir may also be formed by a combination of such elements.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auflagerfläche porös ist und/oder eine Vielzahl von über ihre Oberfläche verteilten Kapillaren aufweist. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Verteilung des Gelenk-Schmiermittels an der Auflagerfläche besonders effizient realisiert werden. Beispielsweise können Kapillaren vorgesehen sein, die an der Außenoberfläche entlang verlaufen, d.h. auf der Auflagerfläche. Hierdurch kann eine Schmiermittelschicht zwischen der Auflagerfläche und der weiteren Auflagerfläche bereitgestellt und bei Belastung des künstlichen Gelenks aufrechterhalten werden.According to an advantageous development of the invention, it is provided that the support surface is porous and / or has a multiplicity of capillaries distributed over its surface. In this way, a uniform distribution of the joint lubricant on the support surface can be realized particularly efficiently. For example, capillaries may be provided which run along the outer surface, i. on the support surface. In this way, a lubricant layer between the support surface and the further support surface can be provided and maintained under load of the artificial joint.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein künstliches Gelenk aufweisend ein Gelenkbauteil der zuvor erläuterten Art und wenigstens ein weiteres Gelenkbauteil, wobei das Gelenkbauteil und das weitere Gelenkbauteil im Zusammenwirken das künstliche Gelenk bilden. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Die beschriebene Ausführung des Gelenkbauteils mit dem Kapillardruck-Fördersystem mit einer Vielzahl von Kapillaren, das zum Fördern eines Gelenk-Schmiermittels von einem Schmiermittelreservoir zur Auflagerfläche mittels Kapillarkräften eingerichtet ist, sowie die entsprechenden Weiterbildungen können zusätzlich auch am weiteren Gelenkbauteil realisiert werden, sodass von beiden Seiten das Gelenk-Schmiermittel zugeführt werden kann.The above-mentioned object is also achieved by an artificial joint having a joint component of the type described above and at least one further joint component, wherein the joint component and the further joint component in cooperation form the artificial joint. This also makes it possible to realize the advantages explained above. The described embodiment of the joint component with the capillary pressure delivery system with a plurality of capillaries, which is adapted for conveying a joint lubricant from a lubricant reservoir to the support surface by means of capillary forces, and the corresponding developments can also be realized on the other joint component, so that from both sides the joint lubricant can be supplied.

Bei künstlichen Gelenken, die eine Lagerung nach Art einer Kugel-Kugelpfannen-Lagerung aufweisen, kann das Gelenkbauteil beispielsweise die Kugelpfanne und das weitere Gelenkbauteil die Kugel des Kugel-Kugelpfannen-Lagers aufweisen. Auch eine umgekehrte Zuordnung ist vorteilhaft.In artificial joints, which have a storage in the manner of a ball and socket bearing, the joint component, for example, the ball socket and the other joint component may comprise the ball of the ball-socket bearing. A reverse assignment is also advantageous.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Auflagerfläche des Gelenkbauteils und der weiteren Auflagerfläche des weiteren Gelenkbauteils eine kapillare Zwischenschicht zur Aufnahme des Gelenk-Schmiermittels bildbar ist. Auf diese Weise kann eine Schmiermittelschicht zwischen der Auflagerfläche und der weiteren Auflagerfläche bereitgestellt werden, die auch bei Belastung des Gelenks aufrechterhalten wird. Zu diesem Zweck kann die Auflagerfläche und/oder die weitere Auflagerfläche porös sein und/oder eine Vielzahl von über ihre Oberfläche verteilten Kapillaren aufweisen. Die gebildete Schmiermittelschicht bzw. die kapillare Zwischenschicht kann dabei variabel sein, z.B. in der Art, dass sich die Dicke der Schicht je nach Belastung des künstlichen Gelenks ändert. Es wird so die Möglichkeit geschaffen, dass sich zwischen der Auflagerfläche und der weiteren Auflagerfläche überhaupt eine solche Schmiermittelschicht bilden kann. Auf diese Weise kann der natürliche Melk-Effekt der Knorpelschleimhaut nachgebildet werden. Im Belastungsfall, z.B. bei einer Belastung des künstlichen Gelenks mit dem Körpergewicht, wird das zwischen den Gleitlagerpartnern befindliche Gelenk-Schmiermittel soweit komprimiert, dass der Spalt zwischen den Gleitlagerpartnern auf Kapillardicke reduziert wird. Spätestens dann entstehen zwischen der Auflagerfläche und der weiteren Auflagerfläche Kapillarkräfte, die einem Auslaufen des Gelenk-Schmiermittels sowie der Druckwirkung der über das Kapillardruck-Fördersystem entgegenwirken. Hiermit wird zugleich einem Auslaufen des Gelenk-Schmiermittels entgegengewirkt.According to an advantageous development of the invention, it is provided that a capillary intermediate layer for receiving the joint lubricant can be formed between the bearing surface of the joint component and the further bearing surface of the further joint component. In this way, a lubricant layer between the support surface and the further support surface can be provided, which is maintained even under load of the joint. For this purpose, the support surface and / or the further support surface may be porous and / or have a multiplicity of capillaries distributed over their surface. The lubricant layer formed or the capillary intermediate layer can be variable, for example in such a way that the thickness of the layer changes depending on the load of the artificial joint. It is thus created the possibility that can form such a lubricant layer between the support surface and the further support surface at all. In this way, the natural milking effect of the cartilaginous mucosa can be simulated. In case of stress, for example when the artificial joint is loaded with the body weight, this becomes between the sliding bearing partners located joint lubricant compressed so far that the gap between the sliding bearing partners is reduced to capillary thickness. At the latest then arise between the support surface and the other support surface capillary forces that counteract leakage of the joint lubricant and the pressure effect of the capillary pressure conveyor system. This is counteracted at the same time a leakage of the joint lubricant.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass

  1. a) entweder die Auflagerfläche des Gelenkbauteils konvex gekrümmt und die weitere Auflagerfläche des weiteren Gelenkbauteils konkav gekrümmt ausgebildet ist
  2. b) oder die Auflagerfläche des Gelenkbauteils konkav gekrümmt und die weitere Auflagerfläche des weiteren Gelenkbauteils konvex gekrümmt ausgebildet ist,
  3. c) wobei der Krümmungsradius der konkaven Krümmung größer als der Krümmungsradius der konvexen Krümmung ausgebildet ist.
According to an advantageous development of the invention, it is provided that
  1. a) either the bearing surface of the joint component convexly curved and the further bearing surface of the further joint component is formed concavely curved
  2. b) or the support surface of the joint component is concavely curved and the further support surface of the further joint component is convexly curved,
  3. c) wherein the radius of curvature of the concave curvature is greater than the radius of curvature of the convex curvature.

Auch hierdurch kann die zuvor erwähnte, permanente kapillare Zwischenschicht günstig beeinflusst werden.This also makes it possible to favorably influence the abovementioned permanent capillary intermediate layer.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenkbauteils der zuvor erläuterten Art, bei dem zumindest ein Teilbereich des Gelenkbauteils, das die zu erzeugenden Kapillaren des Kapillardruck-Fördersystems aufweisen soll, aus einem Permanentmaterial gebildet wird, das mit einem Opfermaterial strukturiert wird, wobei durch das Opfermaterial die zu erzeugenden Kapillaren des Kapillardruck-Fördersystems definiert werden, wobei das Opfermaterial anschließend aus dem Permanentmaterial entfernt wird.The object mentioned at the outset is also achieved by a method for producing a joint component of the type described above, in which at least a partial region of the joint component which is to have the capillaries of the capillary pressure delivery system to be produced is formed from a permanent material which structures with a sacrificial material in which the sacrificial material defines the capillaries of the capillary pressure delivery system to be produced, the sacrificial material subsequently being removed from the permanent material.

In vergleichbarer Weise kann auch das weitere Gelenkbauteil hergestellt werden, wenn dieses mit einem Kapillardruck-Fördersystem ausgebildet ist.In a comparable manner, the further joint component can be produced, if this is formed with a capillary pressure conveying system.

Das Permanentmaterial verbleibt somit am Gelenkbauteil und bildet zumindest denjenigen Teil des Gelenkbauteils, der die Auflagerfläche aufweist. Das Gelenkbauteil kann zumindest im Bereich der Auflagerfläche beispielsweise aus Titanoxid, Ytriumstabilisierten Zirkoniumoxid, Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid hergestellt sein. Das Opfermaterial kann z.B. Kupfer oder eine Kupferlegierung sein, z.B. eine Silber-Kupfer-Legierung (eutektisches Ag72Cu28). Um die Kapillaren des Kapillardruck-Fördersystems herzustellen, kann beispielsweise das Gelenkbauteil im Bereich der Auflagerfläche mit dem Opfermaterial beschichtet werden. Durch anschließendes chemisches Herauslösen der unedleren Kupferphasen, z.B. durch selektives chemisches Ätzen, kann eine offenporige Schichtstruktur aus Silber erzeugt werden. Die Porosität bei Verwendung einer Silber-Kupfer-Legierung ist dabei abhängig vom Kupferphasenanteil und dessen Verteilung in der Legierung. Es können Schichten mit variablen Kupferanteilen, z.B. 20 Gew.-% bis 50 Gew.-%, appliziert werden, wobei beim Löten durch zusätzliche Variation des Temperatur-Zeit-Regimes, insbesondere der Abkühlgeschwindigkeit, gezielt Einfluss auf die Größe und Orientierung der sich ausscheidenden Kupferphasen genommen werden kann. Durch das Einbringen zusätzlicher Opfermaterial-Strukturen, z.B. in Form von feinen Netzen aus dem Opfermaterial oder parallel angeordneten Fasern aus dem Opfermaterial, welche im Beschichtungsprozess in die Schichtlegierung mit eingebettet werden, können Platzhalter für zusätzliche Kanäle oder Kapillaren vorgesehen werden. Diese können parallel oder netzförmig angeordnet werden. Durch das chemische Herauslösen werden dann auch diese Anteile des Opfermaterials entfernt, und es verbleiben die entsprechenden Kanäle oder Kapillaren in der dann offenporigen Schicht.The permanent material thus remains on the joint component and forms at least that part of the joint component which has the bearing surface. The hinge component can be produced, for example, from titanium oxide, yttrium-stabilized zirconium oxide, zirconium oxide or aluminum oxide, at least in the area of the bearing surface. The sacrificial material may e.g. Copper or a copper alloy, e.g. a silver-copper alloy (eutectic Ag72Cu28). In order to produce the capillaries of the capillary pressure delivery system, for example, the joint component in the region of the support surface can be coated with the sacrificial material. By subsequent chemical dissolution of the less noble copper phases, e.g. by selective chemical etching, an open-pore layer structure of silver can be produced. The porosity when using a silver-copper alloy is dependent on the copper phase content and its distribution in the alloy. Layers of variable copper levels, e.g. 20 wt .-% to 50 wt .-%, can be applied, wherein during soldering by additional variation of the temperature-time regime, in particular the cooling rate, specifically influence on the size and orientation of the exiting copper phases can be taken. By introducing additional sacrificial material structures, e.g. in the form of fine nets from the sacrificial material or fibers arranged in parallel from the sacrificial material, which are embedded in the coating alloy in the coating alloy, placeholders for additional channels or capillaries can be provided. These can be arranged in parallel or reticulated. Due to the chemical dissolution, these portions of the sacrificial material are then removed and the corresponding channels or capillaries remain in the then open-pored layer.

Das beschriebene Schichtsystem mit eingebetteten Fasern oder Drähten als Platzhalter kann auch durch einen thermischen Beschichtungsprozess hergestellt werden. Zudem kann auch der Platzhalter selbst, d.h. das Opfermaterial, z.B. durch thermisches Spritzen mit Hilfe einer entsprechenden Maske, die die gewünschte Struktur der Kanäle und Kapillaren in der Schicht wiedergibt, auf die Bauteiloberfläche aufgebracht werden. Anschließend wird das Permanentmaterial aufgespritzt. Hierdurch kann der Beschichtungsprozess so eingestellt werden, dass die Schicht selbst bereits offenporig ist, sodass noch anschließend das Opfermaterial als Platzhalter für die Kapillaren herausgeätzt werden muss. Beim thermischen Spritzen und auch bei anderen Verfahren sind verfahrensbedingt sehr viele Kombinationen für das Permanentmaterial und das Opfermaterial geeignet, sodass das Verfahren nicht nur auf Silber-Kupfer-Werkstoffe beschränkt ist. Beispielsweise kann als Opfermaterial auch Aluminium genutzt werden, das in Kombination mit Aluminiumoxid bereits in der klinischen Routine eingesetzt wird. Ferner ist Magnesium als Opfermaterial geeignet. The described layer system with embedded fibers or wires as a placeholder can also be produced by a thermal coating process. In addition, the wildcard itself, i. the sacrificial material, e.g. by thermal spraying with the aid of a corresponding mask, which reproduces the desired structure of the channels and capillaries in the layer, to be applied to the component surface. Then the permanent material is sprayed on. In this way, the coating process can be adjusted so that the layer itself is already open-pored, so that subsequently the sacrificial material must be etched out as a placeholder for the capillaries. In the case of thermal spraying and also in other methods, due to the process, a large number of combinations are suitable for the permanent material and the sacrificial material, so that the method is not limited to silver-copper materials. For example, it is also possible to use aluminum as a sacrificial material, which is already used in clinical routine in combination with aluminum oxide. Furthermore, magnesium is suitable as a sacrificial material.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments using drawings.

Es zeigen

  • 1 - ein künstliches Gelenk in Form einer Hüftendoprothese und
  • 2 - eine weitere Ausführungsform eines künstlichen Gelenks in vergrößerter Detaildarstellung.
Show it
  • 1 an artificial joint in the form of a hip endoprosthesis and
  • 2 - Another embodiment of an artificial joint in enlarged detail.

In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet, die folgende Zuordnungen haben.

1
weiteres Gelenkbauteil
2
Prothesenschaft
3
Kapillardruck-Fördersystem
4
weitere Auflagerfläche
5
Zuleitung
6
Auflagerfläche
7
Gelenkkugel
8
Zwischenschicht
9
Schmiermittelreservoir
10
Knochen
11
Gelenkbauteil
12
Gelenkfläche
14
Ummantelungsbauteil
16
Metallbauteil
17
konisches Außengewinde
23
Hüftknochen
In the figures, like reference numerals are used for like elements having the following assignments.
1
another joint component
2
prosthetic socket
3
Capillary feed system
4
additional bearing surface
5
supply
6
bearing surface
7
joint ball
8th
interlayer
9
lubricant reservoir
10
bone
11
joint component
12
articular surface
14
covering member
16
metal component
17
conical external thread
23
hip bone

Die 1 zeigt ein künstliches Gelenk, das ein Gelenkbauteil 11 und ein weiteres Gelenkbauteil 1 aufweist. Im Falle einer Hüftendoprothese kann das weitere Gelenkbauteil 1 beispielsweise einen Prothesenschaft 2 aufweisen, der in einem Knochen implantiert ist. Das weitere Gelenkbauteil 1 weist eine Gelenkkugel 7 auf, die mit dem Prothesenschaft 2 verbunden ist.The 1 shows an artificial joint, which is a joint component 11 and another joint component 1 having. In the case of a hip endoprosthesis, the further joint component 1 for example, a prosthesis stem 2 which is implanted in a bone. The further joint component 1 has a joint ball 7 on that with the prosthetic stem 2 connected is.

Das Gelenkbauteil 11 ist dementsprechend kugelpfannenartig ausgebildet, z.B. zur Implantation im Hüftknochen. Hierfür weist das Gelenkbauteil 11 eine in diesem Beispiel konvexe Auflagerfläche 6 auf, die zur Auflagerung auf einer an der Gelenkkugel 7 gebildeten weiteren Auflagerfläche 4 des weiteren Gelenkbauteils 1 eingerichtet ist.The joint component 11 is accordingly formed like a ball socket, for example for implantation in the hip bone. For this purpose, the joint component 11 a convex bearing surface in this example 6 on which is to be placed on one of the joint ball 7 formed further support surface 4 the further joint component 1 is set up.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Gelenkbauteil 11 ein Kapillardruck-Fördersystem 3 mit einer Vielzahl von Kapillaren angeordnet, die sich von einem Schmiermittelreservoir 9 über eine Zuleitung 5, sich im Verlaufe mehrfach verästelnd, zu der Auflagerfläche 6 hin erstrecken und dort Austrittsöffnungen aufweisen. Auf diese Weise kann Gelenk-Schmiermittel vom Schmiermittelreservoir 9 zur Oberfläche der Auflagerfläche 6 gefördert werden. Wie erkennbar ist, ist zwischen der Auflagerfläche 6 und der weiteren Auflagerfläche 4 eine kapillare Zwischenschicht 8 vorhanden, in der sich das Gelenk-Schmiermittel verteilen kann und durch Kapillarwirkung dort weitgehend fixiert ist.In the illustrated embodiment is in the hinge component 11 a capillary pressure conveyor system 3 arranged with a variety of capillaries extending from a lubricant reservoir 9 via a supply line 5 , ramifying in the course of several times, to the bearing surface 6 extend and there have outlet openings. In this way, joint lubricant from the lubricant reservoir 9 to the surface of the bearing surface 6 be encouraged. As can be seen, is between the support surface 6 and the other support surface 4 a capillary intermediate layer 8th present in which the joint lubricant can be distributed and is largely fixed there by capillary action.

Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines künstlichen Gelenks, ebenfalls am Beispiel einer Hüftendoprothese dargestellt, wobei in diesem Fall das Kapillardruck-Fördersystem 3 im weiteren Gelenkbauteil 1 angeordnet ist, insbesondere im Bereich der Gelenkkugel 7 mit der weiteren Auflagerfläche 4. In diesem Fall kann das Schmiermittelreservoir 9 beispielsweise durch eine innere Kammer des weiteren Gelenkbauteils 1 gebildet sein. Das Kapillardruck-Fördersystem 3 ist aufgrund der Kapillarkräfte geeignet, das Gelenk-Schmiermittel in jede Richtung zu fördern, auch entgegen der Schwerkraft. Erkennbar ist ferner, dass das weitere Gelenkbauteil 1 mittels seines Prothesenschafts 2 in einem Knochen 10 fixiert istThe 2 shows a further embodiment of an artificial joint, also illustrated by the example of a hip endoprosthesis, in which case the capillary pressure delivery system 3 in the further hinge component 1 is arranged, in particular in the region of the joint ball 7 with the further support surface 4 , In this case, the lubricant reservoir 9 for example, by an inner chamber of the other joint component 1 be formed. The capillary pressure conveyor system 3 is due to the capillary forces suitable to promote the joint lubricant in any direction, even against gravity. It can also be seen that the further joint component 1 by means of his prosthetic stem 2 in a bone 10 is fixed

Das Gelenkbauteil 11 kann beispielsweise einen schalenförmigen Aufbau aufweisen, beispielsweise mit einer kalottenförmig gestalteten Gelenkfläche 12, die beispielsweise aus Keramik bestehen kann und zur Führung der Gelenkkugel 7 dient. Die Gelenkfläche 12 kann in einem Ummantelungsbauteil 14, das z.B. aus Kunststoff hergestellt sein kann, fixiert sein. Das Ummantelungsbauteil 14 kann wiederum in einem Metallbauteil 16 fixiert sein, das beispielsweise ein konisches Außengewinde 17 aufweisen kann. Auf diese Weise kann das Gelenkbauteil 11 in einem Knochen 23 fixiert werden.The joint component 11 For example, it may have a bowl-shaped construction, for example with a dome-shaped joint surface 12 , which may be made of ceramic, for example, and for guiding the joint ball 7 serves. The articular surface 12 can in a shell component 14 , which may be made of plastic, for example, be fixed. The casing component 14 can turn in a metal part 16 be fixed, for example, a conical external thread 17 can have. In this way, the joint component 11 in a bone 23 be fixed.

Auch eine Kombination der in den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiele ist vorteilhaft, d.h. das Vorsehen eines Kapillardruck-Fördersystems 3 sowohl im Gelenkbauteil 11 als auch im weiteren Gelenkbauteil 1.Also a combination of in the 1 and 2 described embodiments is advantageous, ie the provision of a capillary pressure conveyor system 3 both in the joint component 11 as well as in the further hinge component 1 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 2411617 A1 [0002]DE 2411617 A1 [0002]

Claims (11)

Gelenkbauteil (11) für ein künstliches Gelenk eines Lebewesens, wobei das Gelenkbauteil (11) zum Zusammenwirken mit wenigstens einem weiteren Gelenkbauteil (1) ausgebildet ist, um das künstliche Gelenk zu bilden, wobei das Gelenkbauteil (11) eine Auflagerfläche (6) zur Auflagerung auf einer weiteren Auflagerfläche (4) des weiteren Gelenkbauteils ()1 aufweist, wobei das Gelenkbauteil (11) ein Kapillardruck-Fördersystem (3) mit einer Vielzahl von Kapillaren aufweist, das zum Fördern eines Gelenk-Schmiermittels von einem Schmiermittelreservoir (9) zur Auflagerfläche (6) mittels Kapillarkräften eingerichtet ist.A joint component (11) for an artificial joint of a living being, wherein the joint component (11) is designed to cooperate with at least one further joint component (1) to form the artificial joint, wherein the joint component (11) has a bearing surface (6) for bearing on a further support surface (4) of the further joint component () 1, wherein the joint component (11) comprises a capillary pressure delivery system (3) with a plurality of capillaries, for conveying a joint lubricant from a lubricant reservoir (9) to the support surface (6) is arranged by means of capillary forces. Gelenkbauteil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren sich ausgehend von einer Anschlussstelle (5) für das Schmiermittelreservoir (9) zu der Auflagerfläche (6) hin verästeln.Joint component according to the preceding claim, characterized in that the capillaries branch out starting from a connection point (5) for the lubricant reservoir (9) to the bearing surface (6). Gelenkbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkbauteil (11) eine offenporige Schwammstruktur aufweist, durch die zumindest ein Teil der Kapillaren des Kapillardruck-Fördersystems (3) gebildet ist.Joint component according to one of the preceding claims, characterized in that the joint component (11) has an open-pored sponge structure through which at least part of the capillaries of the capillary pressure delivery system (3) is formed. Gelenkbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren über ihre Längserstreckung einen im Wesentlichen gleichbleibenden Durchmesser und/oder eine im Wesentlichen gleichbleibenden Querschnittsfläche aufweisen.Joint component according to one of the preceding claims, characterized in that the capillaries have over their longitudinal extent a substantially constant diameter and / or a substantially constant cross-sectional area. Gelenkbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren einen Durchmesser von weniger als 300 µm oder eine Querschnittsfläche von weniger als 0,1 mm2 aufweisen.Joint component according to one of the preceding claims, characterized in that the capillaries have a diameter of less than 300 microns or a cross-sectional area of less than 0.1 mm 2 . Gelenkbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkbauteil (11) das Schmiermittelreservoir (9) aufweist.Articulated component according to one of the preceding claims, characterized in that the joint component (11) has the lubricant reservoir (9). Gelenkbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagerfläche (6) porös ist und/oder eine Vielzahl von über ihre Oberfläche verteilten Kapillaren aufweist.Joint component according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing surface (6) is porous and / or has a plurality of capillaries distributed over its surface. Künstliches Gelenk aufweisend ein Gelenkbauteil (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens ein weiteres Gelenkbauteil (1), wobei das Gelenkbauteil (1) und das weitere Gelenkbauteil (1) im Zusammenwirken das künstliche Gelenk bilden.Artificial joint comprising a joint component (11) according to one of the preceding claims and at least one further joint component (1), wherein the joint component (1) and the further joint component (1) in cooperation form the artificial joint. Gelenk nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Auflagerfläche (6) des Gelenkbauteils (11) und der weiteren Auflagerfläche (4) des weiteren Gelenkbauteils (1) eine kapillare Zwischenschicht (8) zur Aufnahme des Gelenk-Schmiermittels bildbar ist.Joint according to the preceding claim, characterized in that a capillary intermediate layer (8) for receiving the joint lubricant can be formed between the support surface (6) of the joint component (11) and the further support surface (4) of the further joint component (1). Gelenk nach dem Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass a) entweder die Auflagerfläche (6) des Gelenkbauteils (11) konvex gekrümmt und die weitere Auflagerfläche (4) des weiteren Gelenkbauteils (1) konkav gekrümmt ausgebildet ist b) oder die Auflagerfläche (6) des Gelenkbauteils (11) konkav gekrümmt und die weitere Auflagerfläche (4) des weiteren Gelenkbauteils (1) konvex gekrümmt ausgebildet ist, c) wobei der Krümmungsradius der konkaven Krümmung größer als der Krümmungsradius der konvexen Krümmung ausgebildet ist.Joint after the Claim 8 or 9 Is formed, characterized in that a) either the bearing surface (6) of the joint member (11) is convexly curved and the other bearing surface (4) of the other joint member (1) curved concavely b) or the bearing surface (6) of the joint member (11) concavely curved and the further bearing surface (4) of the further joint component (1) is convexly curved, c) wherein the radius of curvature of the concave curvature is greater than the radius of curvature of the convex curvature. Verfahren zur Herstellung eines Gelenkbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich des Gelenkbauteils (11), das die zu erzeugenden Kapillaren des Kapillardruck-Fördersystems (3) aufweisen soll, aus einem Permanentmaterial gebildet wird, das mit einem Opfermaterial strukturiert wird, wobei durch das Opfermaterial die zu erzeugenden Kapillaren des Kapillardruck-Fördersystems (3) definiert werden, wobei das Opfermaterial anschließend aus dem Permanentmaterial entfernt wird.Method for producing a joint component according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that at least a portion of the joint member (11), which is to have the capillaries of Kapillardruck-conveying system (3) to be generated, is formed of a permanent material, which is structured with a sacrificial material, wherein by the sacrificial material to be produced capillaries the capillary pressure delivery system (3) are defined, wherein the sacrificial material is subsequently removed from the permanent material.
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DE2411617A1 (en) 1973-08-31 1975-04-10 Oscobal Ag SELF-HOLDING HIP PROSTHESIS
EP0084094A1 (en) * 1982-01-14 1983-07-27 GebràœDer Sulzer Aktiengesellschaft Joint-head for a ball-and-socket joint prosthesis
DE69518789T2 (en) * 1994-02-18 2001-02-22 Johnson & Johnson Professional Self-lubricating implantable joint

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