DE102020120343A1

DE102020120343A1 - Verwendung eines metallischen Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche zum Herstellen eines wirkstoffbeladenen metallischen Implantates

Info

Publication number: DE102020120343A1
Application number: DE102020120343.8A
Authority: DE
Inventors: Ralph Wilken; Dirk Salz; Uwe Specht; Kai Borcherding
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2022-02-03
Also published as: EP4188467A1; WO2022023405A1

Abstract

Verwendung eines metallischen Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche zum Herstellen eines wirkstoffbeladenen metallischen Implantates, wobei das metallische Implantat mit porenöffnungsbelegter Oberfläche zumindest bei Beginn der Beladung mit dem Wirkstoff einen Kapillardruck von ≥ 1 hPa, bevorzugt ≥ 5 hPa, bevorzugt ≥ 10 hPa für Wasser aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines metallischen Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche zum Herstellen eines wirkstoffbeladenen metallischen Implantates, wobei das metallische Implantat mit porenöffnungsbelegter Oberfläche zumindest bei Beginn der Beladung mit dem Wirkstoff einen positiven Kapillardruck für Wasser aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beladen eines metallischen Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche mit einem Wirkstoff sowie ein metallisches Implantat mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche, dass eine besonders geeignete Ausgestaltung für die erfindungsgemäße Verwendung wie auch das erfindungsgemäße Verfahren hat.
Beim Einbringen eines Implantates in den menschlichen oder tierischen Körper kommt es für das Erreichen des Implantationserfolges regelmäßig nicht nur auf die Ausgestaltung und Zusammensetzung des Implantates an, sondern von ebenso hoher Bedeutung sind einerseits das Vermeiden von Infektionen bei der Implantation oder in Folge der Implantation und andererseits das Integrieren des Implantates in den Empfängerkörper. Hierzu ist es wünschenswert, Implantate möglichst flexibel mit Wirkstoffen auszurüsten, die die gewünschten Effekte, insbesondere das Vermeiden von Infektionen und das Fördern von Integration des Implantates in den Empfängerkörper bewirken und/oder unterstützen. Für das Vermeiden von Infektionen geeignete Wirkstoffe sind in diesem Zusammenhang Antibiotika, Phagen oder weitere antiinfektive Stoffe bis hin zu Zellen, integrationsunterstützende Substanzen sind dabei z.B. Wirkstoffe, die die Osseointegration befördern, Wachstumsfaktoren, Phosphate, Silikate oder weitere medizinisch wirksamen Substanzen.
Dabei ist es von hoher Bedeutung, die Implantate so auszugestalten, dass sie effektiv mit den gewünschten Substanzen beladen werden können.
Im Stand der Technik sind beispielsweise poröse Oberflächen von Implantaten bekannt, die eine gute Osseointegration ermöglichen. Hierzu gibt es verschiedene Strategien, mit denen Implantate behandelt und/oder hergestellt werden, um die gewünschte Wirkstoffaufnahmekapazität zu erreichen. Als Beispiele seien hier genannt:

1. Ätzverfahren oder Oxidationsverfahren, welche die Implantatoberfläche porös gestalten,
2. Additiv hergestellte Implantate oder durch additive Technologien oberflächlich angepasste Implantate beispielsweide durch Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM), Binderjet, etc. (Fa. ImplantCast, Fa. Stryker, Fa. Aesculap), welche eine Porosität im Design vorsehen,
3. Schichten mittels Plasmaspritzen beispielsweise Hydroxylapatit, Titan, Kalciumphosphate (Fa. DOT, Fa. Medicoat), welche auf Grund ihrer Struktur eine Porosität erzeugen,
4. Laserstrukturen (Produkt Laser-Lok der Fa. Camlog), welche in der Oberfläche eine Porosität schafft.

Weiterhin sind Oberflächen offenbart, die ein Aufnahmevolumen beschreiben und die sich mit Antibiotika beladen lassen. Diese sollen neben einer guten Osseointegration die lokale Antibiose, insbesondere bei Revisionsoperationen, ermöglichen:

1. Laserstrukturen (nach WO 2020/127594 A1 ))
2. Poröse Schichten mit Abgabekontrollschicht ( DE 10 2016 204 899 A1 ).

Dabei besteht grundsätzlich ein Bedarf, die Implantate in situ, d.h. direkt vor oder sogar während der Operation zum Implantieren möglichst flexibel mit den für den jeweiligen Anwendungszweck geeigneten Wirkstoffen zu beladen. Dabei ist der Regelfall, dass die Wirkstoffe im wässrigen Medium für die Beladung bereitgestellt werden.
Diese Beladung muss einfach (in der Klinik von Fachpersonal ausführbar), schnell (für eine akute Behandlung von Notfallpatienten als auch im Zeitrahmen einer geplanten Therapie umsetzbar), reproduzierbar (unabhängig vom Ausführenden eine gleiche Dosis aufnehmen) und bevorzugt ohne die Verwendung von Therapeutika bzw. Hilfsstoffen (z.B. Lösungsmitteln), welche Zellen und Gewebe schädigen, erfolgen können.
Die bisherigen metallischen porösen Implantatoberflächen lassen insbesondere eine zuverlässige Beladung nicht zu. Einzelne Verfahren wie beispielsweise das SLM erzeugen eine vergleichsweise hydrophobe Oberfläche (Kontaktwinkel > 90°), so dass das Eindringen einer Beladung mit wässrigen Lösungen ins Implantat gehemmt ist. Ferner ändert sich die Oberflächenenergie über das Alter und respektive die Lagerung der Oberfläche, sodass sich die Implantatoberfläche nicht ausreichend und nicht reproduzierbar beladen lässt. Bei Lagerung metallischer Oberflächen entsteht auf metallischen Oberflächen eine Adsorbatschicht, die die Oberflächenenergie herabsetzt und das Benetzungsverhalten verändert, insbesondere die Benetzung durch wässrige Medien herabsetzt. Diese sich ausbildende Adsorbatschicht ist abhängig von der Umgebung bzw. der Umgebungsluft, so dass das resultierende Benetzungsverhalten der Implantatoberfläche stark schwankt.
Metallische Implantatoberflächen aus Titan oder Edelstahl (316 L) sind immer mit einer Titandioxid- bzw. Chromoxidschicht bedeckt. Direkt nach der Herstellung weisen die Implantatoberflächen eine hohe Oberflächenenergie auf, weil sich insbesondere auf Titanoxid immer auch Hydroxidgruppen befinden. Diese Hydroxidgruppen reagieren miteinander oder mit Bestandteilen aus der Umgebungsluft. Das bedeutet, dass die Titandioxidoberfläche mit der Zeit einen Wasserkontaktwinkel > 70° aufweisen wird. Weiterhin ist es möglich, dass sich aus der Umgebungsluft organische Moleküle auf der Implantatoberfläche niederschlagen und die Oberfläche hydrophobieren. Dieser Effekt ist insbesondere bei Verpackungsprozessen (Heißsiegeln) und bei Sterilisationsprozessen wie der Gammasterilisation zu beobachten. Heutzutage werden Implantate häufig in Blisterverpackungen sterilisiert, die aus polymeren Materialien bestehen. Die sehr harte Gammastrahlung zersetzt die Polymere, so dass sich Molekülfragmente auf der Implantatoberfläche wiederfinden. Hierdurch wird die Oberfläche stark hydrophob (Kontaktwinkel >90°). Auch die weiteren üblichen Sterilisationsprozesse (Heißdampfsterilisation, Wasserstoffperoxid-Sterilisation mit und ohne Plasmaphase, Niedertemperatur-Dampf und Formaldehyd-Sterilisation oder Ethylenoxid-Sterilisation) treten in Interaktion mit der Implantatoberfläche und verändern diese hinsichtlich der Benetzbarkeit und inneren Aufnahmekapazität.

Diese hydrophoben Oberflächen liegen nach dem Stand der Technik vor (z.B. Hersteller Camlog / DOT / Implantcast/Stryker), insbesondere wenn es sich um Titanimplantate handelt. Tabelle 1 zeigt die atomare Zusammensetzung einer SiO2-Oberfläche direkt nach der Herstellung, an Luft gelagert und verschieden gammasterilisiert (25 kGy). Tabelle 1: Atomare Zusammensetzung einer SiO2-Oberfläche nach verschiedenen Behandlungsmethoden.

Elemente	Frisch hergestellt	An Luft gelagert	Gammasterilisiert (PMMA-Blister, geklebt)	Gammasterilisiert (PE-Verpackung, geschraubt)
Si	24,1	17,8	17,5	0,3
O	57,2	33,6	21,2	3,7
C	18,2	48,4	60,3	93,7
N	0,3	0,1	0,7	0,0

Neben der Zunahme des Kohlenstoffgehalts bei den gammasterilisierten Proben ist der Oxidationszustand des Stickstoffs von Bedeutung. Bei der gammasterilisierten Probe liegt er in positiver Oxidationsstufe vor und nicht wie bei den anderen Proben als Amino-Verbindung in negativer Oxidationsstufe.
Die Tatsache, dass poröse Implantate aus dem Stand der Technik bislang regelmäßig über verhältnismäßig hydrophobe Oberflächen verfügt haben oder zumindest abhängig von den Lager- und/oder Sterilisierbedingungen immer wieder solche für eine Beladung negativen Oberflächenbedingungen aufwiesen, hielt die Fachwelt bislang davon ab, diese Implantate als für eine (nachträgliche), insbesondere eine in situ- Beladung mit gewünschten Wirkstoffen in Betracht zu ziehen.
Vor diesem Hintergrund war es auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, mittels derer Implantate zuverlässig mit Wirkstoffen beladen werden können. Bevorzugt sollten dabei die Beladungsvorgänge schnell erfolgen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Verwendung eines metallischen Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche zum Herstellen eines wirkstoffbeladenen metallischen Implantates, wobei das metallische Implantat mit porenöffnungsbelegter Oberfläche zumindest bei Beginn der Beladung mit dem Wirkstoff einen Kapillardruck von ≥ 1 hPa, bevorzugt ≥ 5 hPa, bevorzugt ≥ 10 hPa für Wasser aufweist.
Eine porenöffnungsbelegte Oberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine solche Oberfläche, die Öffnungen umfasst, die eine Verbindung zwischen der Umgebung des Implantates und einem oder mehreren Räumen, die unterhalb der Implantatoberfläche liegen (im Inneren des Implantates), herstellen. Dabei ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, dass die gesamte Oberfläche des Implantates porenöffnungsbelegt ist, es kann auch sinnvoll sein, nur bestimmte Bereiche des Implantates mit entsprechenden Porenöffnungen und den darunterliegenden Poren zu versehen.
Eine Pore im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist ein Hohlraum in einem festen Material mit wenigstens einer Öffnung zur Umgebung des Materials.
Um eine gute Befüllbarkeit zu gewährleisten, sind Poren im Sinne dieser Anmeldung bevorzugt offenporig, das heißt, es bilden viele Poren ein offenporöses Material, indem die überwiegende Zahl der Poren mindestens zwei Öffnungen zu einer benachbarten Pore oder zur Implantatoberfläche aufweist.
Die Poren können kanalartig, kugelig oder scharfkantig sein.
Bevorzugt befindet sich das offenporige Material als Schicht an der Oberfläche des Implantats.
Die Porengestalt wird durch die Porenwandung und die Öffnungen bestimmt. Eine Öffnung liegt immer dann vor, wenn bei schichtweisem Schnitt durch die Pore ein minimaler Öffnungsquerschnitt vorliegt. Zum Finden des minimalen Öffnungsquerschnitts müssen die Schnitte ggf. in allen Raumrichtungen vorgenommen werden.
Der Kapillardruck für Wasser wird im Zweifelsfall wie weiter unten angegeben gemessen.
Es ist Verdienst der vorliegenden Erfindung, eine Kenngröße anzugeben, nämlich ein entsprechender Kapillardruck, die ein Implantat für eine Beladung mit einer wässrigen Wirkstofflösung bzw. wässrigen Wirkstoffdispersion geeignet erscheinen lässt. Dabei hat sich herausgestellt, dass der Kapillardruck von wesentlichen Eigenschaften des für die Wirkstoffaufnahme vorgesehenen Bereiches des erfindungsgemäß zu verwendenden Implantats abhängig ist. Der Kapillardruck ist thermodynamisch bestimmt und ist im (vereinfachten) Fall einer Röhre abhängig von der Gleichung $P_{K} = \frac{2 \cdot σ \cdot cos Θ}{r}$
σ: OF-Energie der Flüssigkeit (mN/m)
Θ: Kontaktwinkel
r: Kapillarradius (mm)
Der positive Kapillardruck für Wasser bei den erfindungsgemäß zu verwendenden metallischen Implantaten kann über verschiedene Maßnahmen gewährleistet werden. Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung, wobei das metallische Implantat mit Poren zumindest vor der Beladung (i) so ausgestaltet ist, dass es auch nach einer Lagerung in einer Vakuumverpackung bei 60 °C für 12 Stunden einen Kapillardruck von ≥ 5 hPa, bevorzugt ≥ 6 hPa, weiter bevorzugt ≥ 7 hPa für Wasser aufweist oder (ii) einen wiederhergestellten Kapillardruck von ≥ 10 hPa für Wasser aufweist oder (iii) einen über ein gezieltes Verfahren hergestellten Kapillardruck von ≥ 10hPa für Wasser aufweist.
Die Variante i) der bevorzugten erfindungsgemäßen Verwendung ist letztendlich eine Materialeigenschaft, die das Implantat auszeichnet, in dem es auch unter bestimmten Umständen, hier bei einer Lagerung unter verhältnismäßig belastenden Bedingungen, seine Kapillarität gegenüber Wasser zu einem Mindestmaß aufrechterhält. Dabei ist im Sinne der vorliegenden Erfindung im Zweifelsfall die Vakuumverpackung, die für die genannte Materialeigenschaft ausschlaggebend ist, die Folie Material A117A; Aluminium Polyethylen Verbundmaterial der Fa. Gruber-Folien GmbH & Co. KG, Straubing.
Es ist auch möglich, im Sinne der Variante ii) der bevorzugten erfindungsgemäßen Verwendung ein Kapillardruck, der ursprünglich vorhanden war, wiederherzustellen, in dem z.B. über ein gezieltes Reinigungsverfahren Adsorbate, wie z.B. kohlenstoffhaltige Adsorbate entfernt werden, um den entsprechenden Kapillardruck für Wasser wiederherzustellen und so zu gewährleisten, dass die erfindungsgemäße Verwendung sichergestellt werden kann. Als Reinigungsverfahren kommen neben klassischen badgestützten nasschemischen Verfahren (z.B. wässrige Reinigung, wässrige Beizverfahren, Ultraschall-Reinigung, Lösungsmittelreinigung, Dampfentfettung) trockene Verfahren wie Plasmaverfahren sowohl im Niederdruck als auch im Atmosphärendruck, UV-Bestrahlung insbesondere bei Titan-haltigen Implantatoberflächen, Vakuum-UV-Bestrahlung, Laserverfahren, Beflammung, Ozon in Frage.
Als weitere Möglichkeit ist es möglich, im Sinne der Variante iii) der bevorzugten erfindungsgemäßen Verwendung über einen Nachbearbeitungsschritt (ein gezieltes Verfahren) den gewünschten Kapillardruck für das erfindungsgemäße Implantat zu erzeugen. Dabei ist ein gezieltes Verfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung ein solcher Verfahrensschritt, der insbesondere dazu dienen soll, den gewünschten Kapillardruck herzustellen und sich von der Erzeugung der Poren abgrenzen lässt. Solche Schritte könnten z.B. sein ein Ätzprozess zur Vergrößerung der Poren, ein Beschichtungsprozess, der die Benetzbarkeit der Porenoberflächen verbessert oder ein beliebiges Verfahren, mit dem die Gestaltung und/oder Oberflächeneigenschaften der Poren nach ihrer Erzeugung bewirkt wird.
Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Verwendung ist ein metallisches Implantat, das zumindest an seiner Oberfläche eins oder mehrere der folgenden Metalle umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Aluminium, Vanadium, Eisen, Chrom, Molybdän, Mangan, Nickel, Kobalt, Tantal, Zirkonium, Zinn, Niob, Zink, Magnesium, Wolfram, Kupfer, Silber, Gold, Platin, Palladium, Rhodium.
Bevorzugt ist es, dass die Porenschicht (unter der porenöffnungsbelegten Oberfläche des Implantates) im Sinne eines offenporigen Schaums ausgebildet ist. Dabei bedeutet offenporig - wie bereits oben angedeutet - dass die überwiegende Zahl der Poren mehr als eine Öffnung haben, so dass Kavitäten bereitgestellt werden, die aus mehreren miteinander verbundenen Poren und sogar Kanälen gebildet werden können.
Wichtig für viele Anwendungen im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es, dass nicht nur ein ausreichend hoher Kapillardruck gegenüber Wasser für die grundsätzliche Möglichkeit der Beladung des erfindungsgemäß zu verwendenden metallischen Implantates gegeben ist, sondern es ist zudem bevorzugt gewünscht, dass die Beladung verhältnismäßig schnell erfolgt.
Während der Kapillardruck im Wesentlichen eine thermodynamische Größe ist, stellt die Beladungsgeschwindigkeit eine kinetische Größe dar. Dabei beschreibt die Washburn-Gleichung den Weg einer Flüssigkeit in einem porösen Medium (uniaxiale horizontale Ausbreitung): $L = \sqrt{\frac{σ \cdot 2 \cdot r \cdot t \cdot cos Θ}{4 \cdot η}}$
mit
L: Ausbreitungslänge
σ: Oberflächenenergie der Flüssigkeit
r: Kapillarradius
t: Zeit
Θ: Kontaktwinkel
η: Viskosität der Flüssigkeit
Hieraus wird ersichtlich, dass einerseits, um einen möglichst großen Kapillardruck zu erzeugen, der Radius möglichst gering sein sollte, andererseits um ein schnelle Beladungsgeschwindigkeit zu erzielen, der Radius möglichst groß sein sollte.
Vor diesem Hintergrund ist eine erfindungsgemäße Verwendung bevorzugt, wobei das Implantat bei vollständiger Benetzung der porenöffnungsbelegten Oberfläche mit Wasser innerhalb von ≤ 300 s, bevorzugt ≤ 10 s, weiter bevorzugt ≤ 1 s, besonders bevorzugt ≤ 100 ms und ganz besonders bevorzugt ≤ 10ms eine Füllung mit Wasser von 90 % des mit Wasser füllbaren Volumens erreicht.
Diese hohen Füllungsgeschwindigkeiten stellen sicher, dass in der erfindungsgemäßen Verwendung auch eine in situ Wirkstoffbeladung beispielsweise in Rahmen einer Operation möglich ist.
Der Ausbreitungskoeffizient κ (siehe Messbeispiel 4.1) ist definiert durch $L (t) = \sqrt{κ \cdot t} + L (0)$
L(t): Ausbreitungslänge zur Zeit t
L(0): Ausbreitungslänge zur Zeit t=0
t: Kontaktzeit
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei der Ausbreitungskoeffizient κ in wenigstens einer Raumrichtung innerhalb des Implantates ≥ 500 mm²/s, bevorzugt ≥ 1000 mm²/s, weiter bevorzugt ≥ 2000 mm²/s, weiter bevorzugt ≥ 5000 mm²/s, weiter bevorzugt ≥ 7000 mm²/s und besonders bevorzugt ≥ 10000 mm²/s beträgt.
Der Massezunahmekoeffizient µ_w (siehe Messbeispiel 4.2) ist definiert durch: $w (t) = \sqrt{μ_{w} \cdot t} + w (0)$
w(t): Masse zum Zeitpunkt t
w(0): Masse zum Zeitpunkt t=0
t: Kontaktzeit
Alternativ oder zusätzlich bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei der Massezunahmekoeffizient µ_w in wenigstens einer Raumrichtung innerhalb des Implantates ≥ 50 mg²/s, bevorzugt ≥ 100 mg²/s, bevorzugt ≥ 200 mg²/s, bevorzugt ≥ 500 mg²/s, bevorzugt ≥ 1000 mg²/s und weiter bevorzugt ≥ 1500 mg²/s beträgt.
Beide Koeffizienten κ und µ_w sind jeder für sich aber auch gemeinsam Ausdruck struktureller Eigenschaften der porösen Schicht des Implantates. So kann ein hohes κ beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass in der porösen Schicht vornehmlich Grabenstrukturen vorhanden sind, wobei die Grabenstrukturen bevorzugt parallel zu einander angeordnet sind, während für die Massenzunahme neben einer entsprechenden Strukturierung auch das jeweilige (verfügbare) Porenvolumen eine wesentliche Rolle spielt.
Zur Messung der Messgrößen κ und µ_w wird auf die Messbeispiele unten verwiesen.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine Verwendung, wobei das Implantat bei Beginn der Beladung ein durch Benetzung mit Wasser füllbares Volumen von ≥ 0,1 µL/cm², bevorzugt ≥ 0,3 µL/cm², weiter bevorzugt ≥ 1 µL/cm², besonders bevorzugt ≥ 3 µL/cm² bezogen auf die porenöffnungsbelegte Oberfläche des Implantates, bevorzugt bezogen auf die gesamte Oberfläche des Implantates.
Es hat sich herausgestellt, dass über geeignete Maßnahmen (vgl. auch weiter unten) erfindungsgemäß zu verwendende Implantate bereitgestellt werden können, die über ein gutes Aufnahmevolumen für Wirkstoffe in wässrigen Lösungen bzw. wässrigen Dispersionen verfügen. Hierfür ist das mit Wasser füllbare Volumen eine Kenngröße. Zur Bestimmung des mit Wasser füllbaren Volumens wird ebenfalls auf weiter unten verwiesen.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei das metallische Implantat den Bereich der porenöffnungsbelegten Oberfläche über einen statischen Wasserkontaktwinkel Θ ≤ 80 °, bevorzugt ≤ 60 °, jeweils weiter bevorzugt ≤ 30 °, ≤ 15 °, ≤ 10 ° und besonders bevorzugt ≤ 5 ° verfügt.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der statische Wasserkontaktwinkel zwischen dem Material des Implantates an der Oberfläche und dem Beladungsmedium entscheidend für einen einfach zu erreichenden Beladungserfolg im Sinne der vorliegenden erfindungsgemäßen Verwendung: Ein statischer Wasserkontaktwinkel von ≥ 90° würde dazu führen, dass das Beladungsmedium nicht ohne weitere Maßnahmen in die Kapillaren eindringen könnte. Erst über einen äußeren Druck wäre es möglich, die entsprechende Befüllung der Kavitäten/Kapillaren zu erzeugen. Dies ist insbesondere bei zeitsensitiven Beladungsvorgängen, wie sie beispielsweise in situ während einer Operation stattfinden, sehr nachteilig.
Überraschend hat sich im Rahmen eigener Forschungen herausgestellt, dass das Verhältnis zwischen dem mittleren Radius der Poren und Cosinus Θ von besonderer Bedeutung für die Beladbarkeit der in der erfindungsgemäßen Verwendung einzusetzenden metallischen Implantate ist.
Dementsprechend ist eine erfindungsgemäße Verwendung bevorzugt, wobei der Quotient r/cos(Θ) 5 µm - 200 µm beträgt, mit
r = mittlerer Radius der jeweils engsten Porenstelle der Pore unterhalb der einer porenöffnungsbelegten Oberfläche und Θ= statischer Kontaktwinkel.
Zur Bestimmung des mittleren Radius wird auf die Beschreibung weiter unten verwiesen.
Um die für die erfindungsgemäße Verwendung erwünschten Eigenschaften des erfindungsgemäß einzusetzenden Implantates sicherzustellen, eignen sich die nachfolgenden Maßnahmen in besonderem Maße:

Ein effektiver Ansatz einen hohen Kapillardruck für Wasser im Bereich der porenöffnungsbelegten Oberfläche des erfindungsgemäß zu verwendenden Implantates einzustellen, ist es, die Poren in Form von Grabenstrukturen mit einer Flächenüberdeckung von ≥ 95% bezogen auf die porenöffnungsbelegte Oberfläche vorzusehen.

Die porenöffnungsbelegte Oberfläche im Sinne dieses Textes ist allgemein der Teil der Oberfläche des Implantats, der Porenöffnungen aufweist. Dabei werden nur diejenigen Flächenteile mitgerechnet, die über mindestens 10 Porenöffnungen pro mm², bevorzugt mindestens 100 Porenöffnungen pro mm² und weiter bevorzugt mindestens 400 Porenöffnungen pro mm² verfügen, wobei die betrachtete Messfläche stets ein mm² ist.
Bei der Einstellung der Grabenstrukturen (mit Überdeckung) ist zu berücksichtigen, dass zu große bzw. zu lange Grabenöffnungen dazu führen, dass eine Kapillarsperre entsteht und somit der mögliche Kapillardruck limitiert wird. Offene Gräben führen generell dazu, dass nur ein geringer Kapillardruck entsteht, dagegen führen weitgehend geschlossene Gräben zu einem hohen Kapillardruck. In diesem Zusammenhang wird auch auf die Beispiele verwiesen.
Eine weitere, ggf. auch zusätzlich einsetzbare Variante zur Einstellung der erwünschten Eigenschaften ist insbesondere die Beeinflussung des statischen Kontaktwinkels Θ durch eine geeignete Beschichtung.
Demensprechend bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei im Bereich der porenbelegten Oberfläche eine hydrophiliesteigende Beschichtung vorhanden ist.
Hydrophiliesteigend im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei eine gesondert angebrachte Beschichtung (nach Erzeugung der Poren), die die Hydrophilie gegenüber der unbeschichteten Variante erhöht.
Zur Erzielung einer verbesserten hydrophilen Oberfläche, insbesondere bei Titanoberflächen, sind zwei Verfahren bevorzugt, einerseits die Beschichtung der Titanoberfläche, insbesondere der äußeren Titanoberfläche, bevorzugt aus der Gasphase abgeschieden. Überaschenderweise hilft bereits die äußere Beschichtung, das Eindringen des Wassers in die Kavitäten / Poren zu verbessern, ohne maßgeblich die Oberflächenchemie der Kavitäten / Poren zu verändern.
Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, führt die Beschichtung insbesondere in den Öffnungsbereichen der Poren / Kavitäten dazu, dass die hydrophoben Öffnungsbereiche der Poren ihre Wirkung als Kapillarsperre verlieren und so das flüssige Medium in Bereiche höherer Kapillarität eintreten und so die Saugwirkung entfalten kann.
Bevorzugt sind hier Beschichtungen auf Basis Siliziumoxiden (SiOx), Polyalkylenoxid, insbesondere Polyethylenoxid (PEO), Polyvinylalkohol, Polyacrylate, Kohlenhydrate, Mucine, Hydrogele und Hydroxylapatit. Besonders bevorzugt ist die Aufbringung derartiger Schichten mittels Plasmapolymerisation, plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), z.B. Sputtern, Verdampfen, insbesondere Elektronenstrahlverdampfen.
Andererseits ist die Beschichtung der Implantatoberfläche aus der flüssigen Phase möglich, insbesondere mittels Dip-Coating in einer mit einem Beschichtungsstoff versetzten Lösung. Nach Trocknung sind die Poren / Kavitäten mit einer dünnen (bevorzugt < 1 µm) dicken Schicht des Beschichtungsstoffs versehen. Als Beschichtungsstoff kommen insbesondere folgende Stoffe in Frage:

Kohlenhydrate, insbesondere Glucose, Fructose, Galactose, Mucine; PPO-PEO Blockcopolymere (Poloxamere), Polysorbate, Sorbitan-Ester (wie Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonopalmitat, Sorbitanmonostearat, Sorbitantristearat, Sorbitanmonooleat), Phospholipide, hydrophilische natürliche oder synthetische Polymere wie z. B. Alginat, Dextran, Chitosan, Carrageen, Polyethylenglykol (PEG), lösliches Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Carboxymethylcellulose (CMC), HES (Hydroxyethylstärke). Hydrogel-bildende Polymere können durch eine Polymerisation oder eine Polyaddition oder Polykondensation, die wenigstens eine der Substanzen aus der folgenden Gruppe enthält, erhalten werden: polymerisiertes Hydroxyethylmethacrylat (HEMA), polymerisiertes Hydroxypropy-Imethacrylat (HPMA), polymerisiertes α-Methacryloyl-ω-Methoxypolyethylengiykol, polymerisiertes Methacryloyloxyethylphosphorylcholin (MPC), Polyethylenglykolbisacrylat und deren Copolymere, vernetzte resorbierbare Pre-Polymere der Art A-B-C-B-A mit kommerziell verkauften Beispielen Focalseal® (Genzyme) oder Advaseal® (Ethicon) mit A = Acryl- oder Methacryl-Gruppe, B = hydrolytisch teilbare Gruppe, die Polymere aus Lactid, Glycolid, 2-Hydroxybutansäure, 2-Hydroxyvaleriansäure, Trimethylencarbonat, Polyorthoester, Polyanhydride, Polyphosphate, Polyphosphazene und/oder Polyamide und/oder Copolymere davon, und C = hydrophilische Polymere, im Besonderen Polyethylenglykol (PEG), Polyvinylalcohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Poly(N-isopropylacrylamide) (PNi-PAAM) oder Sol-Gel-Systeme.

Besonders bevorzugt ist, dass die Beschichtung gute Löslichkeit, insbesondere gute Wasserlöslichkeit aufweist. So wird bei der Beladungsprozedur gleichzeitig die Beschichtung entfernt. Hierfür werden insbesondere bei polymeren Beschichtungsstoffen auf das Molekulargewicht geachtet. Bevorzugt sind Molekulargewichte < 5000 g/mol.
Eine weitere Variante, mit der die Hydrophilie der Oberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung verbessert werden kann, ist eine Bestrahlung der porenöffnungsbelegten Oberfläche mit energiereicher Strahlung, insbesondere des Spektralbereiches UV mit Wellenlängen zwischen 100 nm bis 380 nm. In einer weiteren Ausgestaltung, insbesondere, wenn Titanoberflächen neben Titan und Sauerstoff weitere Fremdelemente aufweisen, ist die Bestrahlung mit Wellenlängen bis 700 nm vorteilhaft.
Auch hier liegt ein ähnlicher Effekt vor wie bei der hydrophilen Beschichtung: die als Kapillarsperre wirkenden hydrophoben Öffnungsbereiche werden hydrophiliert (z.B. über photokatalytischen Effekt), so dass das Medium in den Bereich höherer Kapillarität eintreten kann. Ein ähnlicher Effekt kann durch Plasmabehandlungen oder Behandlung mit Ozon erreicht werden.
Dementsprechend ist eine erfindungsgemäße Verwendung bevorzugt, wobei die Herstellung oder Wiederherstellung des Kapillardruckes wenigstens zum Teil durch Steigerung der Hydrophilie durch Bestrahlung und/oder Plasmabehandlung und/oder Ozon erfolgt.
Ein weiterer, sehr effektiver Ansatzpunkt ist, die Porenerzeugung so zu gestalten, dass wenigstens an einem Teil der Porenwände der Poren mit dem Hauptvolumen (Mikroporen) Nanoporen vorgesehen sind.
Dementsprechend ist erfindungsgemäß eine Verwendung bevorzugt, wobei die Poren unterhalb der porenöffnungsbelegten Oberfläche sowohl Nanoporen mit einem Porenradius r_nano von 5 nm - 100 nm als auch Mikroporen mit einem Porenradius r_mikro von 5 µm - 500 µm umfassen.
Um sowohl gute thermodynamische Benetzungseigenschaften als auch gute Benetzungsgeschwindigkeiten zu ermöglichen, ist die Kombination von Porosität auf verschiedenen Größenskalen von Vorteil:

Durch die Porosität auf kleinen Skalen wird der Kapillardruck erhöht (5 nm < r_nano < 100 nm).

Durch die Porosität auf großen Skalen wird der Strömungswiderstand erniedrigt. (5 µm < r_mikro < 500 µm).
Für das Porositätenverhältnis gilt bevorzugt: r_mikro/r_nano > 10.
Um den Strömungswiderstand gering zu halten, sind bevorzugt lediglich die Porenoberflächen der großskaligen Porosität mit einer dünnen Schicht kleinskaliger Porosität bedeckt. Die Schichtdicke der Schicht kleinskaliger Porosität ist bevorzugt < 1/10^* r_mikro.
Zur Bestimmung der Porengrenzen und der Porenradien ist im Zweifelsfall wie folgt vorzugehen: Es wird im Querschnitt ein Schliff durch die porenhaltige Schicht des erfindungsgemäß zu verwendenden Substrates senkrecht zur Oberfläche erstellt. Dabei werden die Porenräume mit einer geeigneten Einbettmasse, z.B. einer Epoxid-Einbettmasse ausgefüllt, sodass alle Hohlräume mit dem entsprechenden Material gefüllt sind, auch wenn im Schliff keine Öffnung zur Oberfläche (Porenöffnung) sichtbar ist.
Anhand der 1 wird das weitere Vorgehen näher erläutert:
Die 1 stellt schematisch einen Querschnittsschliff durch den Porenbereich eines erfindungsgemäß zu verwendenden Implantates dar.
Dabei haben die Bezugszeichen folgenden Bedeutung:

(1) Kreis, der in unmittelbarer Umgebung nur größere Nachbarkreise hat;
(2) Kreis, der in unmittelbarer Umgebung nur kleinere Nachbarkreise hat;
(3) Substrat;
(4) Kreis, der in unmittelbarer Umgebung mindestens einen kleineren und mindestens einen größeren Kreis als Nachbarn hat;
(5) Untergrenze Deckschicht;
(6) Porenraum;
(7) Porenöffnung.

Vorgehensweise (schematisch):

1. An jedem Punkt des Porenbereichs wird ein Kreis so gezogen, dass der Kreis die Porenwandung an mindestens einem Punkt berührt, aber nicht schneidet.
2. Alle Kreise, die die Porenwandung nur an einem Punkt berühren, werden verworfen und nicht weiter betrachtet (nicht abgebildet).
3. Alle Kreise, die in unmittelbarer Umgebung mindestens einen kleineren und gleichzeitig mindestens einen größeren Kreis als Nachbarn haben, werden abermals verworfen (4 in 1).
4. Die Verbindung der zwei Berührungspunkte von Kreisen (1 in 1), die in unmittelbarer Umgebung nur größere Nachbarkreise haben, bilden den Porenübergang oder die Porenöffnung.
5. Der Radius der Kreise (2 in 1), die in unmittelbarer Umgebung nur kleinere Nachbarkreise haben, ist der jeweilige Porenradius.

Zur Ermittlung von r_mikro und r_nano werden nun zwei Gruppen von Porenradien gebildet, nämlich die Gruppe der Porenradien ≥ 1 µm und die Gruppe der Porenradien < 1 µm.
Der Radius der Mikroporen r_mikro ist das arithmetische Mittel der Gruppe der Porenradien ≥ 1 µm.
Der Radius der Nanoporen r_nano ist das arithmetische Mittel der Gruppe der Porenradien < 1 µm.
Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Beladen eines metallischen Implantates mit einer porenbelegten Oberfläche mit einem Wirkstoff, umfassend die Schritte:

a1) Bereitstellen eines Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche, wie oben, Variante (i) definiert, bevorzugt in einer weiter oben näher definierten Ausgestaltung oder
a2) Bereitstellen eines Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche, wie oben, Variante (ii) oder (iii) definiert, bevorzugt in einer weiter oben näher definierten Ausgestaltung,
1. b) zumindest im Fall a2) Herstellung oder Wiederherstellung des Kapillardruckes, wie oben definiert, und
2. c) Kontaktieren des Implantates wenigstens im Bereich der porenöffnungsbelegten Oberfläche mit einer bevorzugt wässrigen Lösung oder wässrigen Dispersion des Wirkstoffes.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es effektiv möglich, Implantate mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche schnell und zuverlässig mit einem gewünschten Wirkstoff (insbesondere in wässriger Lösung oder wässriger Dispersion) zu beladen.
Teil der Erfindung ist auch ein metallisches Implantat mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche, wobei das Implantat nach einer Lagerung in einer Vakuumverpackung bei 60 °C für 12 Stunden einen Kapillardruck von ≥ 5 hPa aufweist und/oder wobei der Ausbreitungskoeffizient κ in wenigstens einer Raumrichtung innerhalb des Implantates ≥ 500 mm²/s, bevorzugt ≥ 1000 mm²/s, weiter bevorzugt ≥ 2000 mm²/s, ≥ 5000 mm²/s, bevorzugt ≥ 7000 mm²/s und weiter bevorzugt ≥ 10000 mm²/s beträgt und/oder wobei der Massezunahmekoeffizient µ_w in wenigstens einer Raumrichtung innerhalb des Implantates ≥ 50 mg²/s, bevorzugt ≥ 100 mg²/s, bevorzugt ≥ 200 mg²/s, bevorzugt ≥ 500 mg²/s, ≥ 500 mg²/s, bevorzugt ≥ 1000 mg²/s und weiter bevorzugt ≥ 1500 mg²/s beträgt.
Dabei ist das erfindungsgemäße metallische Implantat mit Poren an der Oberfläche bevorzugt so ausgestaltet, wie weiter oben näher definiert.
Diese erfindungsgemäßen metallischen Implantate eignen sich ganz besonders gut für die erfindungsgemäße Verwendung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Messbeispiele:
Die Messbeispiele sind im Zweifelsfall die Variante, mit der eine Größe im Sinne des vorliegenden Textes bestimmt wird.
1. Messung des Kapillardrucks durch Steiqexperiment:
Ein 1 cm breiter und 20 cm Metallstreifen wird mit einer porösen Struktur versehen. Die Probe wird in ein Glasgefäß, das zu 1 cm mit demineralisiertem Wasser gefüllt ist, mittig eingetaucht. Die Steighöhe wird im Gleichgewicht (mit geschlossenem Deckel) ermittelt.
Aus der Steighöhe h lässt sich der Kapillardruck P_κermitteln nach P_κ = ρ · g · h mit
p: Dichte der Flüssigkeit
g: Erdbeschleunigung
20 cm entsprechen ~ 20 hPa
2. Messung des Kapillardrucks durch Aufsetzzelle (im Zweifelsfall anzuwendendes Verfahren):
Ein dreidimensional geformtes Implantat mit poröser Oberflächenstruktur wird auf eine Aufsetzzelle nach 2 aufgesetzt. Vor Aufsetzen und nach Äquillibration der Druckverhältnisse bei aufgesetztem Implantat werden jeweils die Drücke abgelesen. Durch Differenzbildung erhält man den Kapillardruck.
Dabei stellt die 2 die Messanordnung schematisch dar mit:

1 möglichst steifes Gefäß (z.B. Metallrohr)
3 Prüfmedium (hier Wasser)
5 Dichtung, z.B. O-Ring
7 Manometer gasdicht an Gefäß angebracht
9 strukturierte Metalloberfläche, kann auch 3D-geformt sein
11 Rändelschraube zur Erhöhung der Wassersäule
13 Anschlussrohr zum Manometer und der Rändelschraube.

Für die Druckmesszelle (1) wird ein V2A-Stahlrohr mit 5 mm Innendurchmesser und 7 mm Außendurchmesser und einer Länge von ca. 1 m verwendet. Als Manometer (7) wird ein digitales Druckmessgerät DPI 104, des Herstellers General Electric verwendet. Das Manometer misst Drücke zwischen 0 und 700 mbar bei einer Genauigkeit von 0,05 % FS einschließlich Nichtlinearität, Hysterese, Wiederholbarkeit und Temperaturauswirkungen von 14 °F bis 122 °F (-10 °C bis 50 °C). Das Display aktualisiert zweimal pro Sekunde. Die Messzelle wird mit Wasser (3) befüllt, die Probe (9) auf den O-Ring (5) gesetzt. Anschließend wird durch Anheben der Wassersäule, mittels Rändelschraube (11), der Luftspalt zwischen der strukturierten Metalloberfläche und der Wasseroberfläche im Metallrohr und dem O-Ring mit Wasser gefüllt. Dabei erhöht sich der Anfangsdruckdruck zunächst auf p_start [mbar]. Sobald der Kontakt der Wassersäule mit der offenporigen Metalloberfläche hergestellt ist, fällt der Druck im System ab. Anschließend wird der Druckabfall so lange beobachtet, bis sich ein Sättigungswert p_min einstellt, und der ablesbare Druck weniger als 0,01 mbar pro 3 Sekunden schwankt. Anschließend wird die Probe (9) von der Oberfläche abgezogen, so dass der Druck wieder auf p_ende steigt. Aus dem Differenzdruck, des minimalen Ducks p_min und dem Druck nach Abheben des Substrats p_ende wird der Kapillardruck bestimmt.
3. Messung des zugänglichen Porenvolumens mittels Wilhelmv-Waaqe:
Einsatz der Wilhelmywaage DCAT25 der Fa. Dataphysics
Verwendung einer Probe mit Oberflächenporosität, Probengröße: 2 cm × 2 cm

Eintauchen der Probe, so dass Kontakt zum Wasser besteht.
Die Wilhelmywaage bringt die Proben automatisiert in Kontakt mit der Wasseroberfläche und misst die zeitaufgelöste Massenzunahme. Ist die Probe vollständig benetzt, stellt sich ein Massensättigungswert Ms (in mg) ein. Dieser ist Abhängig von der Fläche der Probe Ap (in cm²), vom Porenvolumen pro Fläche MVA (in µl/cm²) und von systematischen, von der Oberflächengröße unabhängigen Messfehlern Merr (in mg), wie den Probenauftrieb durch das partielle Wassereintauchen. $M s (A p) = M e r r + M V A \cdot A p$
Die Messung der Sättigungsmassen Ms zweier unterschiedlich langer Proben, mit der gleichen Breite und Dicke, welche die gleichen Kontaktflächen zum Wasser besitzen, ohne an eine Theorie gebunden zu sein auch den gleiche systematischen Fehler Merr. Die Differenz der Sättigungsmassen geteilt durch die Differenzfläche Ap1-Ap2 der Proben ergibt die eingelagerte Masse im Porenvolumen pro Fläche MVA. Der Quotient der MVA und der Dichte des Wassers (1g/cm³) ergibt das Porenvolumen pro Fläche.
Messung der Gewichtszunahme nach vollständiger Befüllung / Benetzung der Poren
Bezug der Gewichtszunahme auf die benetzte / befüllte Fläche.

Über die Berücksichtigung der Dichte des Wassers unter Berücksichtigung der Massenzunahme ist das zugängliche Porenvolumen bestimmbar.
4.1. Messung der Befüllung in Abhängigkeit der Kontaktzeit:
Verwendung einer Probe mit Oberflächenporosität, Probengröße: 2 cm × 2 cm
Absetzen eines Wassertropfens mit definiertem Volumen auf die möglichst horizontal ausgerichtete Probenoberfläche. Videoaufnahme von oben auf die Probenoberfläche (Blickrichtung parallel zur Oberflächennormalen) des Benetzungsvorgangs parallel zur Probenoberfläche. Ermittlung der Ausbreitungslänge L(t) in Abhängigkeit der Kontaktzeit t.
Die Ausbreitungslänge L(t) über die Zeit aufgetragen ergibt einen oberflächenspezifischen Kurvenverlauf. Durch Ausgleichsrechnung lassen sich die Parameter der nichtlinearen Funktion $L (t) = \sqrt{κ \cdot t} + L (0)$
L(t): Ausbreitungslänge zur Zeit t
L(0): Ausbreitungslänge zur Zeit t=0
t: Kontaktzeit
bestimmen, die das zeitliche Verhalten der Benetzungslänge ergeben. Dabei ist L(t) die Ausbreitungslänge in Abhängigkeit der Kontaktzeit t, κ ist der Ausbreitungskoeffizienten in mm²/s und L(0) der Tropfenradius in mm zum Messzeitpunkt t gleich null. Die Ausgleichrechnung erfolgt innerhalb des Zeitintervalls t = 0 s bis zum Kontaktzeitpunkt tinter, bis die Ausbreitungslänge L_inter = 2/3 [L_max - L(0)] + L(0) erreicht. Dabei ist Lmax die maximal gemessene Ausbreitungslänge (Sättigungswert) und L(0) ist die minimale Ausbreitungslänge zum Zeitpunkt t = 0. Das Messintervall der Kontaktzeit t zwischen t =0s und tinter sollte idealerweise aus mindestens 8 gleichmäßig verteilten Messpunkten bestehen.
Es gibt Oberflächen z.B. mit parallelen Kanälen, die eine bevorzugte in der Oberflächenebene befindliche Ausbreitungsrichtung aufweisen, sodass in gleichen Kontaktzeiten größere Ausbreitungslängen zurückgelegt werden, als in anderen Richtungen auf der Probe. Daher können Oberflächen unterschiedliche Ausbreitungskoeffizenten κ aufweisen.
4.2. Kinetikmessung mittels Wilhelmvwaaqe:
Einsatz der Wilhelmywaage DCAT25 der Fa. Dataphysics
Verwendung einer Probe mit Oberflächenporosität
Eintauchen der Probe, so dass Kontakt zum Wasser besteht.

Die Wilhelmywaage bringt die Proben automatisiert in Kontakt mit der Wasseroberfläche und misst die zeitaufgelöste Massenzunahme bis zur Sättigung der Probe, oder dem Gleichgewichtszustand von Kapillardruck, Atmosphärendruck und hydrostatischem Druck.
Die Masse w(t) über die Kontaktzeit t aufgetragen ergibt einen oberflächenspezifischen Kurvenverlauf. Durch Ausgleichsrechnung lassen sich die Parameter der nichtlinearen Funktion $w (t) = \sqrt{μ_{w} \cdot t} + w (0)$
w(t): Masse zum Zeitpunkt t
w(0): Masse zum Zeitpunkt t=0
t: Kontaktzeit

_w

²

_max

Es gibt Oberflächen z.B. mit parallelen Kanälen, die eine bevorzugte in der Oberflächenebene befindliche Ausbreitungsrichtung aufweisen, sodass in gleichen Kontaktzeiten größere Ausbreitungslängen zurückgelegt werden, als in anderen Richtungen auf der Probe. Daher können Oberflächen unterschiedliche Massenzunahmekoeffizienten µ_w aufweisen.
5. Bestimmung des statischen Wasserkontaktwinkels Θ
Die Bestimmung des Wasserkontaktwinkels erfolgt im Zweifelsfall nach DIN EN ISO 19403-2
Ausführunqsbeispiele:
Ausführungsbeispiel 1: Laserstruktur (L29) (erfindungsgemäß zu verwenden)
Beschreibung der Herstellung / Lagerung

Material: Ti6Al4V-Flachsubstrat (Lieferant: ARA-T Advance GmbH, D-46539 Dinslaken)
Laser: 100W Nd:YAG-Laser (Typ CL100 der Firma CleanLaser, Herzogenrath, Deutschland mit Stamp-Optik und f(330) f-theta Linse
Emittierte Wellenlänge: 1064 nm
Energieverteilung im Laserspot: Gauss
Spotdurchmesser im Fokus: ca. 107 µm
Soll-Leistung: 100% (100 W)
Pulsfolgefrequenz: 100 kHz
Pulslänge: 130 ns
Laserfluenz am Substrat: 10,5 J/cm2
Anzahl der direkt aufeinanderfolgenden Laserpulse je Position: 26
Anzahl der Wiederholungen der kompletten Laserbehandlung (Zyklenzahl): 1
Vorschub zwischen den einzelnen Laserpositionen: 0,065 mm
Linienabstand: 0,160 mm
Scangeschwindigkeit betrug 10000 mm/s.

Die Messungen nach Messbeispiel 1 und 3 erfolgten innerhalb von 48 h nach Herstellung der Proben. Gelagert und untersucht wurde bei Raumtemperatur 20 - 25 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 20 - 25 % r.h.
Messung des Kapillardrucks nach Messbeispiel 1:

Probengeometrie: 50 mm × 300 mm × 1 mm

Behandelte Fläche: Streifen 10 mm × 300 mm auf einer Seite des Bleches:

Die Laserbehandlung erfolgte linienweise scannend entlang der Längsrichtung des Bleches.

Die mittels Lineal ermittelte Steighöhe von der Wasseroberfläche an beträgt 23 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von ~ 23 mbar.
Messung des Kapillardrucks nach Messbeispiel 2:

Probengeometrie: 20 mm × 130 mm × 1 mm

Behandelte Fläche: einseitig vollflächig 20 mm × 130 mm:

Der minimale Druck der Aufsetzzelle stellte sich nach 2400 Sekunden ein, indem der Zelldruck nur noch um weniger als 0,03 mbar/s fiel. Der minimale Druck betrug p_min = 61 mbar. Nach Ablösen der Probe stieg der Druck in der Aufsetzzelle auf p_ende = 90 mbar. Die Differenz der Drücke ergibt einen Kapillardruck von 29 mbar für die Oberflächenbehandlung mit L29.
Messung des Porenvolumens nach Messbeispiel 3:

Probengeometrie: 1 cm × 4 cm, sowie 1 cm × 8 cm, beidseitig mit dem Laser behandelt mit Ap1 = 8 cm² und Ap2 = 16 cm².

Die Wilhelmy-Messung ergibt für die gesättigte Masse der Proben mit Ap = 16 cm² einen Wert von Ms = 280 mg. Für die Proben mit Ap = 8 cm² beträgt Ms = 244 mg.
Die Differenz der gesättigten Massen geteilt durch die Differenz der Flächen und der Dichte des Wassers ergibt ein Porenvolumen pro Fläche von 5 µl/cm².
Messung der Ausbreitungskinetik nach Messbeispiel 4:

Versuchsaufbau:
- - Hochgeschwindigkeitskamera: Photron NOVA S6 800k 16GB; 100.000 fps
- - Pipette: 1 - 10 µ1, Eppendorf
- - 10 µl demineralisiertes Wasser
- - Titansubstrat: 2 × 2 cm ², einseitig Laserbehandelt mit Parameter L29

Aus dem Hochgeschwindigkeitsvideo wurde mit den gemeinfreien Bildbearbeitungsprogrammen VLC-Mediaplayer und ImageJ, die Ausbreitungslängen L(t) in unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen von der Mitte des applizierten Wassertropfens zu unterschiedlichen Zeitpunkten t bestimmt.
Die Messwerte wurden mit der Software Origin Pro V9.7 aufgetragen und mittels Ausgleichsrechnung der Ausbreitungskoeffizient bestimmt. Dieser beträgt für L29 κ = 20000 mm²/s bei einem Residuum von 0,96 für in der Richtung mit der schnellsten Ausbreitung. Senkrecht auf der Oberfläche zur schnellsten Ausbreitung ergibt sich die langsamste Ausbreitung mit einem κ = 2400 mm²/s bei einem Residuum von 0,96.
Messung der Massenaufnahmekinetik nach Messbeispiel 4.2:

Probengeometrie: Eine Probe L29, 1 cm × 8 cm, beidseitig mit dem Laser behandelt, parallel zur Längsachse der Probe wie oben beschreiben. Eine zweite Probe L29_quer, 1 cm × 4 cm, wurde senkrecht zur Längsachse mit dem Laser bandelt.

Mittels Wilhelmywaage wurde die Massenzunahme zu den unterschiedlichen Zeitpunkten t bestimmt.
Die Messwerte wurden mit der Software Origin Pro V9.7 aufgetragen und mittels Ausgleichsrechnung er Ausbreitungskoeffizient µ_w bestimmt. Dieser beträgt für L29 µ_w = 2000 mg²/s bei einem Residuum von 0,96 für dir Richtung mit der schnellsten Ausbreitung. Erfolgt die Benetzung der Oberfläche entlang der langsamsten Ausbreitung, ergibt sich ein µ_w = 2 mg²/s bei einem Residuum von 0,96.
Ausführungsbeispiel 2a: Laserstruktur (L2) (erfindungsgemäß zu verwenden)
Beschreibung der Herstellung / Lagerung

Material: Ti6Al4V-Flachsubstrat (Lieferant: ARA-T Advance GmbH, D-46539 Dinslaken)
Laser: 100W Nd:YAG-Laser (Typ CL100 der Firma CleanLaser, Herzogenrath, Deutschland mit Stamp-Optik und f(330) f-theta Linse
Emittierte Wellenlänge: 1064 nm
Energieverteilung im Laserspot: Gauss
Spotdurchmesser im Fokus: ca. 107 µm
Soll-Leistung: 100% (100 W)
Pulsfolgefrequenz: 200 kHz
Pulslänge: 200 ns
Laserfluenz am Substrat: 10,5 J/cm2
Anzahl der direkt aufeinanderfolgenden Laserpulse je Position: 20
Anzahl der Wiederholungen der kompletten Laserbehandlung (Zyklenzahl): 1
Vorschub zwischen den einzelnen Laserpositionen: 0,053 mm
Linienabstand: 0,107 mm
Scangeschwindigkeit betrug 10000 mm/s.

Die erste Messung nach Messbeispiel 1 erfolgte innerhalb von 48 h nach Herstellung der Proben. Gelagert und untersucht wurde bei Raumtemperatur 20 - 25 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 20 - 25 % r.h.
Messung des Kapillardrucks nach Messbeispiel 1:

Probengeometrie: 50 mm × 300 mm × 1 mm

Behandelte Fläche: Streifen 10 mm × 300 mm auf einer Seite des Bleches:

Die mittels Lineal ermittelte Steighöhe von der Wasseroberfläche an beträgt 18 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von ~ 18 mbar.
Messung der Ausbreitungskinetik nach Messbeispiel 4.1:

Versuchsaufbau:
- - Hochgeschwindigkeitskamera: Photron NOVA S6 800k 16GB; 100.000 fps
- - Pipette: 1 - 10 µl, Eppendorf
- - 10 µl demineralisiertes Wasser
- - Titansubstrat: 2 × 2 cm ², einseitig Laserbehandelt mit Parameter L2

Aus dem Hochgeschwindigkeitsvideo wurde mit den gemeinfreien Bildbearbeitungsprogrammen VLC-Mediaplayer und ImageJ, die Ausbreitungslängen L(t) von der Mitte des applizierten Wassertropfens zu unterschiedlichen Zeitpunkten t bestimmt.
Die Messwerte wurden mit der Software Origin Pro V9.7 aufgetragen und mittels Ausgleichsrechnung er Ausbreitungskoeffizient bestimmt. Dieser beträgt für L29 κ = 13000 mm²/s bei einem Residuum von 0,96 für in der Richtung mit der schnellsten Ausbreitung. Senkrecht auf der Oberfläche zur schnellsten Ausbreitung ergibt sich die langsamste Ausbreitung mit einem κ = 1300 mm²/s bei einem Residuum von 0,96.
Messung des Kapillardrucks nach Messbeispiel 2:

Probengeometrie: 20 mm × 130 mm × 1 mm

Behandelte Fläche: einseitig vollflächig 20 mm × 130 mm:

Der minimale Druck der Aufsetzzelle stellte sich nach 1600 Sekunden ein, indem der Zelldruck nur noch um weniger als 0,03 mbar/s fiel. Der minimale Druck betrug p_min = 71 mbar. Nach Ablösen der Probe stieg der Druck in der Aufsetzzelle auf p_ende = 91 mbar. Die Differenz der Drücke ergibt einen Kapillardruck von 20 mbar für die Oberflächenbehandlung mit L2.
Ausführungsbeispiel 2b: Laserstruktur (L2 nach Sterilisierung gemäß dem Stand der Technik) (nicht erfindungsgemäß zu verwenden)
Die Probe aus Ausführungsbeispiel 2a wurde in AI-Folie eingewickelt, im Vakuum in einem PE-Beutel versiegelt und gammasterilisiert.
Die Messung nach Messbeispiel 1 erfolgte nach einer Lagerung für 2 Jahre bei Raumtemperatur.
Messung des Kapillardrucks nach Messbeispiel 1:

Die mittels Lineal ermittelte Steighöhe von der Wasseroberfläche an beträgt 0 cm. Ein Eindringen des Wassers in die Kavitäten nach Wasserkontakt wurde nicht beobachtet.

Ausführungsbeispiel 3: Laserstruktur (L2) + ppPolvacrylsaure (erfindungsgemäß zu verwenden)
Beschreibung der Herstellung Laserstruktur

Beschreibung Abscheidung der Acrylsäureschichten
Die plasmapolymeren Acrylsäureschichten (ppAA) werden mit Hilfe der Plasmapolymerisation von Acrylsäure im Niederdruck hergestellt. Hierzu wird ein 360 I Plasmareaktor auf einen Basisdruck von 5*10-3 mbar evakuiert und anschließend wird so viel Acrylsäuredampf in den Reaktor gelassen, dass sich ein Druck von 0,03 mbar einstellt. Ein Hochfrequenzplasma (13.56 MHz) wird mit Hilfe einer Plasmaelektrode (35 × 35 cm), die 7 cm über dem Kammerboden angeordnet ist, gezündet. Die zu beschichtenden Proben (Siliziumwafer, Glas) werden 7 cm über der Plasmaelektrode auf einer Edelstahlplatte befestigt. Nach einer Prozesszeit von 160 s ergaben sich folgende Schichtdicken und Kontaktwinkel. Zusätzlich wurde die Schichtdicke nach einer kurzen Wasserlagerung (ca. 10 s) gemessen. Tabelle 2: Eigenschaften von ppAA-Schichten in Abhängigkeit von der Plasmaleistung

Leistung Schichtdicke as grown Schichtdicke nach Wasserlagerung WasserkontaktWinkel

100 W 77 nm 0 nm 11°

125 W 85 nm 0 nm 12°

175 W 95 nm 45 nm 23°

225 W 108 nm 108 nm 51°
Die stabile Probe (225 W) wurde in AI-Folie gewickelt, im Vakuum in einem PE-Beutel versiegelt, gammasterilisiert und für 2 Jahre gelagert. Nach der Lagerungszeit wurde ein Wasserkontaktwinkel von ca. 25° auf der Schichtoberfläche nachgewiesen. Diese hydrophilen und nicht wasserlöslichen Schichten haben den Nachteil, dass sie auf dem Implantat verbleiben und somit auch implantiert werden.
Alternativen sind hydrophile ppAA-Schichten, die sich nach kurzer Lagerungszeit (max. 5 min) in Wasser komplett auflösen. D.h. während der Beladung mit einer Antibiotika-Lösung ist die Oberfläche hydrophil und das eingesetzte Implantat hat keine ppAA-Beschichtung auf der Oberfläche. Somit entfällt die komplexe Frage nach den biologischen Eigenschaften der ppAA-Oberfläche. Die wasserlösliche Schicht wird mit einer Plasmaleistung <=125 W hergestellt.
Ausführungsbeispiel 4: Laserstruktur (Stahl -LPC)
Beschreibung der Herstellung / Lagerung

Material: Edelstahlproben (AISI 316L; WNr. 1.4404) Flachsubstrat
Laser: 100W Nd:YAG-Laser (Typ CL100 der Firma CleanLaser, Herzogenrath, Deutschland mit Stamp-Optik und f(330) f-theta Linse
Emittierte Wellenlänge: 1064 nm
Energieverteilung im Laserspot: Gauss
Spotdurchmesser im Fokus: ca. 107 µm
Soll-Leistung: 100% (100 W)
Pulsfolgefrequenz: 100 kHz
Pulslänge: 130 ns
Laserfluenz am Substrat: 10,5 J/cm2
Anzahl der direkt aufeinanderfolgenden Laserpulse je Position: 20
Anzahl der Wiederholungen der kompletten Laserbehandlung (Zyklenzahl): 1
Vorschub zwischen den einzelnen Laserpositionen: 0,065 mm
Linienabstand: 0,240 mm
Scangeschwindigkeit betrug 10000 mm/s.

Die Messung erfolgte innerhalb von 48 h nach Herstellung der Proben. Gelagert und untersucht wurde bei Raumtemperatur 20 - 25 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 20 - 25 % r.h.
Messung des Kapillardrucks nach Messbeispiel 1:

Probengeometrie: 50 mm × 300 mm × 1 mm

Behandelte Fläche: Streifen 10 mm × 300 mm auf einer Seite des Bleches:

Die Probe wird in ein Glasgefäß, das zu 1 cm mit demineralisiertem Wasser gefüllt ist, mittig eingetaucht. Die Steighöhe wird im Gleichgewicht (mit geschlossenem Deckel) ermittelt. Die mittels Lineal ermittelte Steighöhe von der Wasseroberfläche an beträgt 16 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von ~ 16 mbar.
Ausführunasbeispiel 5: Nachweis einer Mikro- und Nanoporosität L2 und L29:
Material: Ti6Al4V-Flachsubstrat (Lieferant: ARA-T Advance GmbH, D-46539 Dinslaken)
Laserbehandlung analog zu Ausführungsbeispiel 1 für den Laserparameter L29 und Ausführungsbeispiel 2a für L2
Für Poren > 10 µm erfolgten die Untersuchungen der Porenradien mittels metallographischer Schliffe und Lichtmikroskopie wie oben beschrieben. Porositäten < 10 µm wurden mittels Rasterelektronemmikroskopie (REM) oder Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) an einem Tecnai F20 S-TWIN Mikroskop untersucht.
Die Laserbehandlung mit L2 führt auf der Probenoberfläche zur Bildung von interkonnektierenden Poren, in Form von Kanälen. Der mittlere Radius r_mikro dieser Poren beträgt 35 µm.Diese Porosität ist mit einer 150 nm dicken Titanoxidschicht kleinerer Porosität belegt, deren mittlerer Porenradius r_nano 10 nm beträgt.
Die Laserbehandlung mit L29 führt auf der Probenoberfläche zur Bildung von interkonnektierenden Poren, in Form von Kanälen Der mittlere Radius r_mikro dieser Poren beträgt 50 µm.Diese Porosität ist mit einer 300 nm dicken Titanoxidschicht kleinerer Porosität belegt, deren mittlerer Porendurchmesser r_nano 25 nm beträgt.
Ausführungsbeispiel 6a: Laserstrukturen (nicht erfindungsgemäß)

Material: Ti6Al4V-Flachsubstrat (Lieferant: ARA-T Advance GmbH, D-46539 Dinslaken)
Probengeometrie: 50 mm × 300 mm × 1 mm
Laserbehandelte Fläche: Streifen 10 mm × 300 mm auf einer Seite des Bleches
Laserbehandlung analog zu Messbeispiel 1 für den Laserparameter L29 und Messbeispiel 2
Verpackungsmaterial: Verpackungsbeutel, Gruber Folie Material A117A; Aluminium Polyethylen Verbundmaterial, Gruber-Folien GmbH & Co. KG, Straubing
Verpackungsmaschine: Multivac C200 mit 8 mm Siegelbreite; Firma: Multivac SE, Wolfertschwenden

Die Proben wurden nach der Herstellung einzeln in PE-Beutel verpackt, evakuiert und verschweißt. Anschließend erfolgte eine Ofenlagerung der verpackten Proben bei 60°C für 12 h und einer zweiten Probenserie für 24 h.
Ergebnisse der Messung des Kapillardrucks nach Messbeispiel 1:

L2 nach 12h, 60°C Ofenlagerung: Die Wassersteighöhe beträgt 7 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von ~ 7 mbar.
L2 nach 24h, 60°C Ofenlagerung: Die Wassersteighöhe beträgt 0 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von 0 mbar.
L29 nach 12h, 60°C Ofenlagerung: Die Wassersteighöhe beträgt 10 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von ~ 10 mbar.
L29 nach 24h, 60°C Ofenlagerung: Die Wassersteighöhe beträgt 0 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von 0 mbar.

Es stellt sich heraus, dass die Proben L2 und L29 über eine gute Lagerstabilität für 12h verfügen.
Ausführungsbeispiel 6b: Laserstrukturen Hvdrophilierung bzw. Wiederherstellung der Hvdrophilie (erfindungsgemäß)
Die Probekörper aus 6a wurden nach Messung der Steighöhe getrocknet (1 h, 60 °C) und anschließend Plasmabehandlungen unterzogen.
Niederdruckplasmabehandlung. Die Probekörper wurden in die Nähe der HF (13,56 MHz) betriebenen Kathode befestigt. Nachdem der rechteckige Niederdruckreaktor mit einem Volumen von 360 I und einer installierten Saugleistung von 4500 m³/h auf einen Druck kleiner 0,02 mbar evakuiert worden ist, wurde der Sauerstoff mit einem Fluss von 280 sccm in den Reaktor eingelassen. Mit Hilfe einer Hochfrequenzplasmaentladung (13,56 MHz) wurde auf den Probekörpern eine Self-Bias-Spannung von 250 V eingestellt. Die Dauer der Behandlung betrug 5 min. Nach Belüftung der Anlage wurden die Probekörper entnommen und geprüft.
Atmosphärendruckplasmabehandlung:
Die Atmosphärendruckplasmabehandlung erfolgte mit Hilfe einer Atmosphärendruckplasmaanlage (PFW10) der Firma Plasmatreat, Steinhagen. Das Druckluftplasma brannte bei einer Transformator-Entladungsspannung von 300 V. Die Druckluft wurde mit 30 l/min zugeführt. Es wurde eine Einzelplasmadüse verwendet, die in einem Abstand von 6 mm zwischen Substrat und Düsenkopf in drei Behandlungszyklen mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min in 4 mm Schrittweiten in Längsrichtung mäandrierend über die Probe verfahren wurde.
Messung nach Niederdruckplasmabehandlung:
L2 nach 12 h, 60°C Ofenlagerung und Niederdruckplasmabehandlung: Die Wassersteighöhe beträgt 12,5 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von ~ 12,5 mbar.
L29 nach 12 h, 60°C Ofenlagerung und Niederdruckplasmabehandlung: Die Wassersteighöhe beträgt 17 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von ~ 17 mbar.
Messung nach Atmosphärendruckplasma:

L2 nach 12h, 60°C Ofenlagerung und Atmosphärendruckplasma: Die Wassersteighöhe beträgt 16 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von ~ 16 mbar.
L2 nach 24h, 60°C Ofenlagerung und Atmosphärendruckplasma: Die Wassersteighöhe beträgt 12 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von 12,5 mbar.
L29 nach 12h, 60°C Ofenlagerung und Atmosphärendruckplasma: Die Wassersteighöhe beträgt 20 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von ~ 20 mbar.
L29 nach 24h, 60°C Ofenlagerung und Atmosphärendruckplasma: Die Wassersteighöhe beträgt 22 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von 22 mbar.
Bei allen Proben ließ sich der Kapillardruck erheblich steigern, das gilt auch für die Proben, die nach Lagerung für 24h keinen Kapillardruck mehr aufwiesen.

Ausführunasbeispiel 7: Zellstofftuch (nicht erfindungsgemäß einzusetzen)
Beschreibung der Herstellung / Lagerung
Messung des Kapillardrucks nach Messbeispiel 1:

Material: Papierfilter (Hersteller: Whatman), gefaltet, Grade 2V, Durchmesser 320 mm, Porengröße 8,0 µm (geglättet)
Probengeometrie: 10 mm × 300 mm
Die mittels Lineal ermittelte Steighöhe von der Wasseroberfläche an beträgt 11,5 cm. Dies entspricht einem Kapillardruck von ∼ 11,5 mbar.

Messung der Ausbreitungskinetik nach Messbeispiel 4.1:

Material: Kimwipe KIMTECH SCIENCE* Präzisionstücher, 19 g/m²

Versuchsaufbau:

- Hochgeschwindigkeitskamera: Photron NOVA S6 800k 16GB; 100.000 fps
- Pipette: 1 - 10 µl Eppendorf
- 10 µl demineralisiertes Wasser

Aus dem Hochgeschwindigkeitsvideo wurde mit den gemeinfreien Bildbearbeitungsprogrammen VLC-Mediaplayer und ImageJ, die Ausbreitungslängen L(t) in unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen von der Mitte des applizierten Wassertropfens zu unterschiedlichen Zeitpunkten t bestimmt.
Die Messwerte wurden mit der Software Origin Pro V9.7 aufgetragen und mittels Ausgleichsrechnung er Ausbreitungskoeffizient bestimmt. Dieser beträgt κ = 120 mm²/s bei einem Residuum von 0,85.
Messung der Massenaufnahmekinetik nach Messbeispiel 4.2:

Material: Papierfilter (Hersteller: Whatman), gefaltet, Grade 2V, Durchmesser 320 mm, Porengröße 8,0 µm (geglättet)
Probengeometrie: 10 mm × 40 mm
Mittels Wilhelmywaage wurde die Massenzunahme zu den unterschiedlichen Zeitpunkten t bestimmt.

Die Messwerte wurden mit der Software Origin Pro V9.7 aufgetragen und mittels Ausgleichsrechnung er Ausbreitungskoeffizient µ_w bestimmt. Dieser beträgt für das Filterpaper µ_w = 8,6 mg²/s bei einem Residuum von 0,92.
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

WO 2020/127594 A1 [0005]
DE 102016204899 A1 [0005]

Claims

Verwendung eines metallischen Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche zum Herstellen eines wirkstoffbeladenen metallischen Implantates, wobei das metallische Implantat mit porenöffnungsbelegter Oberfläche zumindest bei Beginn der Beladung mit dem Wirkstoff einen Kapillardruck von ≥ 1 hPa, bevorzugt ≥ 5 hPa, bevorzugt ≥ 10 hPa für Wasser aufweist.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei das metallische Implantat mit Poren zumindest vor der Beladung (i) so ausgestaltet ist, dass es auch nach einer Lagerung in einer Vakuumverpackung bei 60 °C für 12 Stunden einen Kapillardruck von ≥ 5 hPa, bevorzugt ≥ 6 hPa, weiter bevorzugt ≥ 7 hPa für Wasser aufweist oder (ii) einen wiederhergestellten Kapillardruck von ≥ 10 hPa für Wasser aufweist oder (iii) einen über ein gezieltes Verfahren hergestellten Kapillardruck von ≥ 10hPa für Wasser aufweist.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Implantat bei vollständiger Benetzung der porenöffnungsbelegten Oberfläche mit Wasser innerhalb von ≤ 300 s, bevorzugt ≤ 10 s, weiter bevorzugt ≤ 1 s, besonders bevorzugt ≤ 100 ms und ganz besonders bevorzugt ≤ 10ms eine Füllung mit Wasser von 90 % des mit Wasser füllbaren Volumens erreicht.
Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ausbreitungskoeffizient κ in wenigstens einer Raumrichtung innerhalb des Implantates ≥ 500 mm²/s, bevorzugt ≥ 1000 mm²/s, weiter bevorzugt ≥ 2000 mm²/s, weiter bevorzugt ≥ 5000 mm²/s, weiter bevorzugt ≥ 7000 mm²/s und besonders bevorzugt ≥ 10000 mm²/s beträgt.
Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Massezunahmekoeffizient µ_w in wenigstens einer Raumrichtung innerhalb des Implantates ≥ 50 mg²/s, bevorzugt ≥ 100 mg²/s, bevorzugt ≥ 200 mg²/s, bevorzugt ≥ 500 mg²/s, bevorzugt ≥ 500 mg²/s, bevorzugt ≥ 1000 mg²/s und weiter bevorzugt ≥ 1500 mg²/s beträgt.
Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Implantat bei Beginn der Beladung ein durch Benetzung mit Wasser füllbares Volumen von ≥ 0,1 µL/cm² bevorzugt ≥ 0,3 µL/cm²weiter bevorzugt ≥ 1 µL/cm²besonders bevorzugt ≥ 3 µL/cm² bezogen auf die porenöffnungsbelegte Oberfläche des Implantates, bevorzugt bezogen auf die gesamte Oberfläche des Implantates.
Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das metallische Implantat im Bereich der porenöffnungsbelegten Oberfläche über einen statischen Wasserkontaktwinkel Θ ≤ 80 °, bevorzugt ≤ 60 °, jeweils weiter bevorzugt ≤ 30 °, ≤ 15 °, ≤ 10 ° und besonders bevorzugt ≤ 5 ° verfügt.
Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Quotient r/cos(Θ) 5 µm - 200 µm beträgt, mit r = mittlerer Radius der jeweils engsten Porenstelle der Pore unterhalb der einer porenöffnungsbelegten Oberfläche und Θ= statischer Kontaktwinkel.
Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Bereich der porenöffnungsbelegten Oberfläche eine hydrophiliesteigernde Beschichtung vorhanden ist.
Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Poren unterhalb der porenöffnungsbelegten Oberfläche sowohl Nanoporen mit einem Porenradius r_nano von 5 nm - 100 nm als auch Mikroporen mit einem Porenradius r_mikro von 5 µm - 500 µm umfassen.
Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Herstellung oder Wiederherstellung des Kapillardruckes wenigstens zum Teil durch Steigerung der Hydrophilie durch Bestrahlung und/oder Plasmabehandlung und/oder Ozon erfolgt.
Verfahren zum Beladen eines metallischen Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche mit einem Wirkstoff, umfassend die Schritte: a1) Bereitstellen eines Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche, wie in Anspruch 1, Variante (i) definiert, bevorzugt in einer der in den Ansprüchen 2 bis 11 näher definierten Ausgestaltung oder a2) Bereitstellen eines Implantates mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche, wie in Anspruch 1, Variante (ii) oder (iii) definiert, bevorzugt in einer der in den Ansprüchen 2 bis 11 näher definierten Ausgestaltung, b) zumindest im Fall a2) Herstellung oder Wiederherstellung des Kapillardruckes, wie in Anspruch 1 definiert, und c) Kontaktieren des Implantates wenigstens im Bereich der porenöffnungsbelegten Oberfläche mit einer bevorzugt wässrigen Lösung oder wässrigen Dispersion des Wirkstoffes.
Metallisches Implantat mit einer porenöffnungsbelegten Oberfläche, wobei das Implantat nach einer Lagerung in einer Vakuumverpackung bei 60 °C für 12 Stunden einen Kapillardruck von ≥ 5 hPa aufweist und/oder wobei der Ausbreitungskoeffizient κ in wenigstens einer Raumrichtung innerhalb des Implantates ≥ 500 mm²/s, bevorzugt ≥ 1000 mm²/s, weiter bevorzugt ≥ 2000 mm²/s, weiter bevorzugt ≥ 5000 mm²/s, bevorzugt ≥ 7000 mm²/s und weiter bevorzugt ≥ 10000 mm²/s beträgt und/oder wobei der Massezunahmekoeffizient µ_w in wenigstens einer Raumrichtung innerhalb des Implantates ≥ 50 mg²/s, bevorzugt ≥ 100 mg²/s, bevorzugt ≥ 200 mg²/s, bevorzugt ≥ 500 mg²/s, bevorzugt ≥ 500 mg²/s, bevorzugt ≥ 1000 mg²/s und weiter bevorzugt ≥ 1500 mg²/s beträgt.
Metallisches Implantat mit Poren an der Oberfläche nach Anspruch 13, in der Ausgestaltung gemäß der Definition in einem der Ansprüche 2 bis 11.