DE102021110336A1 - bone implant material - Google Patents

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Jan-Niklas Keil
Jan Kappelhoff
Thomas Jüstel
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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Knochenimplantatsmaterial, welches im UV-C-Bereich emittiert und somit für die Desinfektion im Körper benutzt werden kann.The present invention relates to a bone implant material which emits in the UV-C range and can therefore be used for disinfection in the body.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf anorganische Materialien, die bei Knochenimplantaten - oder -schrauben eingesetzt werden können.The present invention relates to inorganic materials that can be used in bone implants or screws.

Damit ein Knochen nach einem Bruch wieder zusammenwächst, werden insbesondere bei schwereren Brüchen häufig die Knochenfragmente mit Platten, die wiederum mit Metallschrauben befestigt werden, stabilisiert. Gefertigt werden die Platten und Schrauben z.B. aus rostfreiem Edelstahl. Alternativ wird für die Platten Reintitan und für die Schrauben Titanlegierungen wie beispielsweise Titan-Aluminium-Niob genutzt.In order for a bone to grow back together after a fracture, the bone fragments are often stabilized with plates, which in turn are fastened with metal screws, especially in the case of more severe fractures. The plates and screws are made of stainless steel, for example. Alternatively, pure titanium is used for the plates and titanium alloys such as titanium-aluminium-niobium for the screws.

Die Schwierigkeit bei derartigen Eingriffen in den Körper ist, dass bei jedem invasiven Eingriff immer auch das Risiko einer postoperativen Komplikation aufgrund einer Infektion besteht. Die Infektionswahrscheinlichkeit nach dem Einsatz einer Endoprothese beträgt Schätzungen zufolge zwischen 0,25 - 3 %, nach dem Einsetzen von Osteosynthesematerialien sogar zwischen 5 und 10 %. Hierbei spielt vor allem der Mikroorganismus Staphylococcus aureus, ein körpereigenes Hautbakterium, eine Rolle.The difficulty with such interventions in the body is that with every invasive intervention there is always the risk of a postoperative complication due to an infection. According to estimates, the probability of infection after the use of an endoprosthesis is between 0.25 - 3%, after the use of osteosynthesis materials even between 5 and 10%. The microorganism Staphylococcus aureus, an endogenous skin bacterium, plays a particularly important role here.

Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Material bereitzustellen, durch welches das Infektionsrisiko deutlich vermindert werden kann.The object is therefore to provide a material by which the risk of infection can be significantly reduced.

Diese Aufgabe wird durch ein Material gemäß Anspruch 1 gelöst. Demgemäß wird ein Knochenimplantat vorgeschlagen, umfassend ein anorganisches Material (im Folgenden „anorganisches Material“ genannt), welches in der Lage ist, Licht im einem Wellenlängenbereich von ≥ 190 nm und ≤ 290 nm zu emittieren.This object is solved by a material according to claim 1. Accordingly, a bone implant is proposed, comprising an inorganic material (hereinafter referred to as “inorganic material”), which is able to emit light in a wavelength range of ≧190 nm and ≦290 nm.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei Einsatz eines derartigen Materials es bei vielen Anwendungen möglich ist, Infektionen im Nachhinein zu vermindern, da in diesem Bereich (teilweise auch UV-C-Bereich genannt) eine lokal begrenzte Desinfektion bzw. Keiminaktivierung erzielt werden kann.Surprisingly, it has been shown that when such a material is used, it is possible in many applications to reduce infections afterwards, since locally limited disinfection or germ inactivation can be achieved in this area (sometimes also called the UV-C area).

Für die meisten Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung konnte außerdem noch einer oder mehrere der folgenden Vorteile erzielt werden:

  • - Die Materialien sind auf einfache Weise aus gut verfügbaren Ausgangsstoffen herstellbar
  • - Die Materialien sind biokompatibel und im Körper langzeitstabil
  • - Die Materialien sind auf gängige Weise verarbeitbar.
  • - Die Materialien sind wasserunlöslich
  • - Die Materialien sind strahlungsstabil
For most applications within the present invention, one or more of the following advantages could also be achieved:
  • - The materials can be produced in a simple manner from readily available starting materials
  • - The materials are biocompatible and long-term stable in the body
  • - The materials can be processed in the usual way.
  • - The materials are insoluble in water
  • - The materials are radiation stable

Der Ausdruck „Knochenimplantat“ umfasst und/oder bedeutet dabei alle gängigen Materialien und Vorrichtungen, die in allen Bereichen der Osteosynthese sowie der Endoprothetik Verwendung finden, d.h. insbesondere (aber nicht darauf beschränkt):

  • - Implantate
  • - Prothesen, insbesondere Endoprothesen
  • - Platten
  • - Schrauben
  • - Künstliche Knochen
  • - Zahnimplantate
  • - Klammern
The term "bone implant" includes and/or means all common materials and devices that are used in all areas of osteosynthesis and endoprosthetics, i.e. in particular (but not limited to):
  • - implants
  • - Prostheses, in particular endoprostheses
  • - Plates
  • - screws
  • - Artificial bones
  • - dental implants
  • - brackets

Es sei darauf hingewiesen, dass das Knochenimplantat bei vielen Anwendungen der vorliegenden Erfindung nur teilweise aus dem anorganischen Material besteht, insbesondere wenn das Knochenimplantat z.B. eine Platte oder Schraube ist. In diesem Fall ist es oftmals bevorzugt, dass das Implantat ganz oder teilweise mit dem anorganischen Material beschichtet ist.It should be noted that in many applications of the present invention the bone implant consists only partially of the inorganic material, particularly when the bone implant is a plate or screw, for example. In this case it is often preferred that the implant is completely or partially coated with the inorganic material.

Bevorzugt ist die mittlere Schichtdicke der Beschichtung des anorganischen Materials dann von ≥ 100 nm und ≤ 100 µm.The average layer thickness of the coating of the inorganic material is then preferably ≧100 nm and ≦100 μm.

Alternativ kann bei anderen Anwendungen das Knochenimplantat ganz oder im Wesentlichen aus dem anorganischen Material bestehen.Alternatively, in other applications, the bone implant can consist entirely or essentially of the inorganic material.

Der Term „im Wesentlichen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst dabei einen Anteil von ≥ 95% (Vol.-%./Vol.-%), noch bevorzugt ≥ 98% (Vol.-%/Vol.-%) sowie am meisten bevorzugt ≥ 99 (Vol.-%/Vol.-%).The term "substantially" in the sense of the present invention means and/or includes a proportion of ≧95% (% by volume/% by volume), more preferably ≧98% (% by volume/% by volume). %) and most preferably ≥ 99 (v/v %).

Der Term „anorganisches Material“ bedeutet und/oder umfasst dabei insbesondere Materialien, die entweder keinen Kohlenstoff oder Kohlenstoff nur in Form von Carbonat oder Hydrogencarbonat enthalten.The term "inorganic material" means and/or includes in particular materials that contain either no carbon or carbon only in the form of carbonate or bicarbonate.

Der Term „Licht im einem Wellenlängenbereich von ≥ 190 und ≤ 290 nm zu emittieren“ bedeutet und/oder umfasst dabei insbesondere, dass das erfindungsgemäße Material mindestens eine Emissionsbande in diesem Wellenlängenbereich besitzt. Bevorzugt besitzt das erfindungsgemäße Material mindestens eine Emissionsbande im Bereich von ≥ 200 und ≤ 280, noch bevorzugt von ≥ 210 und ≤ 270 nmThe term “to emit light in a wavelength range of ≧190 and ≦290 nm” means and/or includes in particular that the material according to the invention has at least one emission band in this wavelength range. The material according to the invention preferably has at least one emission band in the range from ≧200 and ≦280, more preferably from ≧210 and ≦270 nm

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das anorganische Material durch Gamma- oder Röntgenstrahlung, bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von ≥ 10 keV und ≤ 20 MeV, anregbar, worunter insbesondere verstanden wird, dass das anorganische Material in diesem Bereich eine Absorptionsbande besitzt.According to a preferred embodiment, the inorganic material can be excited by gamma or X-ray radiation, preferably in a wavelength range of ≧10 keV and ≦20 MeV, which means in particular that the inorganic material has an absorption band in this range.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das anorganische Material Ce3+-, Pr3+-, Nd3+-, Bi3+, Sc3+-, und/oder Gd3+-dotiert. Dies hat sich bei vielen Anwendungen bewährt.According to a preferred embodiment of the invention, the inorganic material is Ce 3+ -, Pr 3+ -, Nd 3+ -, Bi 3+ , Sc 3+ -, and/or Gd 3+ -doped. This has proven itself in many applications.

Unter dem Term (als Beispiel) „Pr3+- dotiert“ wird insbesondere verstanden, dass im erfindungsgemäßen Material Praseodym in der (formalen) Oxidationsstufe +III bzw. (formal) als Pr3+ vorliegt und ein geeignetes Ion eines Gittermaterials substituiert; für die anderen Ionen gilt analoges.The term (as an example) "Pr 3+ - doped" is understood in particular to mean that in the material according to the invention praseodymium is present in the (formal) oxidation state +III or (formally) as Pr 3+ and substitutes a suitable ion of a lattice material; the same applies to the other ions.

Es sei darauf hingewiesen, dass bei einigen Materialien das Ion, welches durch das Dotiermaterial ersetzt wird, formal in der Oxidationsstufe +II vorliegt - in diesem Fall ist es dann bevorzugt, dass ein zusätzliches Dotiermaterial, welches in der Oxidationsstufe +I vorliegt, vorhanden ist, um die Ladung auszugleichen. Hier sind Natrium und/oder Kalium besonders bevorzugt.It should be noted that for some materials the ion which is replaced by the dopant is formally in the +II oxidation state - in which case it is then preferred that an additional dopant which is in the +I oxidation state is present to balance the charge. Sodium and/or potassium are particularly preferred here.

Unter dem Term „Gittermaterial“ wird dabei insbesondere ein anorganisches Wirtsgitter verstanden.The term “lattice material” is understood to mean, in particular, an inorganic host lattice.

Gemäß einer bevorzugen Ausführungsform enthält das anorganische Material Ce3+-, Pr3+-, Nd3+-, Bi3+, Sc3+-, und/oder Gd3+ stöchiometrisch.According to a preferred embodiment, the inorganic material contains Ce 3+ -, Pr 3+ -, Nd 3+ -, Bi 3+ -, Sc 3+ -, and/or Gd 3+ - stoichiometrically.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Material als Gittermaterial ein Material ausgewählt aus Phosphaten, komplexeren Polyphosphaten, insbesondere Materialien, die P3O9 3- oder P5O14 3- - Ionen enthalten, Silikaten, komplexeren Silikaten, insbesondere Materialien, die SixOy n- - Ionen (mit x = 2 bis 10, y = 4 bis 30 sowie n der resultierenden negativen Ladung von 3 bis 12) enthalten, Phosphosilikaten, oder Mischungen daraus, bevorzugt besteht es im Wesentlichen daraus. Besonders bevorzugt sind Phosphate und Silikate.According to a preferred embodiment, the material according to the invention comprises as a lattice material a material selected from phosphates, more complex polyphosphates, in particular materials containing P 3 O 9 3 or P 5 O 14 3 - ions, silicates, more complex silicates, in particular materials containing Si x O y n- - ions (with x = 2 to 10, y = 4 to 30 and n of the resulting negative charge from 3 to 12), phosphosilicates, or mixtures thereof, it preferably consists essentially of them. Phosphates and silicates are particularly preferred.

Bevorzugt beträgt der Dotierungsgrad > 0 und ≤ 10%, bevorzugt ≥ 0,01% und ≤ 5% sowie am meisten bevorzugt ≥ 0,1 % und ≤ 1%.The degree of doping is preferably >0 and ≦10%, preferably ≧0.01% and ≦5% and most preferably ≧0.1% and ≦1%.

Dabei wird unter einem Dotierungsgrad von [X] % verstanden, dass [X] % der Summe aller zu ersetzenden Ionen im undotierten Material im erfindungsgemäßen Material durch das Dotiermetall bzw. die Dotiermetalle ersetzt sind.A degree of doping of [X]% is understood to mean that [X]% of the sum of all ions to be replaced in the undoped material are replaced by the doping metal or metals in the material according to the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Material ein Material ausgewählt aus der Gruppe enthaltend YPO4:Nd, LuPO4:Nd, ScPO4, LuPO4:Sc, YPO4:Sc, LaPO4:Pr, Sr3(PO4)2:Pr,Na, YPO4:Pr, YPO4:Pr,Nd, LuPO4:Pr, LuPO4:Pr,Nd, NaMgPO4:Pr, KSrPO4:Pr, LiCaPO4:Pr, Ca9Y(PO4)7:Pr, Ca9Lu(PO4)7:Pr, Ca5(PO4)2SiO4:Pr,Na, Sr5(PO4)2SiO4:Pr,Na, Lu2SiO5:Pr, Lu2Si2O7:Pr, ScPO4:Bi
oder Mischungen daraus, bevorzugt besteht es im Wesentlichen daraus.
According to a preferred embodiment, the material according to the invention comprises a material selected from the group consisting of YPO 4 : Nd, LuPO 4 : Nd, ScPO 4 , LuPO 4 : Sc, YPO 4 : Sc, LaPO 4 : Pr, Sr 3 (PO 4 ) 2 :Pr,Na, YPO 4 :Pr, YPO 4 :Pr,Nd, LuPO 4 :Pr, LuPO 4 :Pr,Nd, NaMgPO 4 :Pr, KSrPO 4 :Pr, LiCaPO 4 :Pr, Ca 9 Y(PO 4 ) 7 :Pr, Ca9Lu (PO4) 7 :Pr, Ca5 ( PO4 ) 2SiO4 :Pr,Na, Sr5 ( PO4 ) 2SiO4 : Pr ,Na, Lu2SiO5 : Pr , Lu 2 Si 2 O 7 :Pr, ScPO 4 :Bi
or mixtures thereof, preferably consisting essentially of it.

Emissionsmaxima dieser Materialien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt: Tabelle 1: Emissionsmaxima einiger bevorzugter erfindungsgemäßer anorganischer Materialien. Material Emissionswellenlänge/ nm YPO4:Nd 193 LuPO4:Nd 193 ScPO4 205 LuPO4:Sc 224 YPO4:Sc 225 LaPO4:Pr 225 ScPO4:Bi 230 Sr3(PO4)2:Pr,Na 231 YPO4:Pr 233 YPO4:Pr,Nd 233 LuPO4:Pr 233 LuPO4:Pr,Nd 233 NaMgPO4:Pr 235 KSrPO4:Pr 235 LiCaPO4:Pr 240 Ca9Y(PO4)7:Pr 250 Ca9Lu(PO4)7:Pr 250 Ca5(PO4)2SiO4:Pr,Na 260 Sr5(PO4)2SiO4:Pr,Na 260 Lu2SiO5:Pr 270 Lu2Si2O7:Pr 270 Emission maxima of these materials are listed in the table below: Table 1: Emission maxima of some preferred inorganic materials according to the invention. material Emission wavelength/nm YPO 4 :Nd 193 LuPO 4 :Nd 193 ScPO 4 205 LuPO 4 :Sc 224 YPO 4 :Sc 225 LaPO 4 :Pr 225 ScPO 4 :Bi 230 Sr 3 (PO 4 ) 2 :Pr,Na 231 YPO 4 :Pr 233 YPO 4 :Pr,Nd 233 LuPO 4 :Pr 233 LuPO 4 :Pr,Nd 233 NaMgPO 4 :Pr 235 KSrPO 4 :Pr 235 LiCaPO4 :Pr 240 Ca 9 Y(PO 4 ) 7 :Pr 250 Ca 9 Lu(PO 4 ) 7 :Pr 250 Ca 5 (PO 4 ) 2 SiO 4 :Pr,Na 260 Sr 5 (PO 4 ) 2 SiO 4 :Pr,Na 260 Lu2SiO5 : Pr 270 Lu2Si2O7 : Pr 270

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das anorganische Material teilweise, bevorzugt im Wesentlichen keramisch bzw. besteht teilweise, bevorzugt im Wesentlichen aus einer Keramik.According to a preferred embodiment of the invention, the inorganic material is partly, preferably essentially, ceramic or consists partly, preferably essentially, of a ceramic.

Der Ausdruck „Keramik“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein kompaktes kristallines oder polykristallines Material mit einer kontrollierten Menge an Poren oder porenfrei.The term "ceramic" in the sense of the present invention means and/or includes in the sense of the present invention in particular a compact crystalline or polycrystalline material with a controlled amount of pores or non-porous.

Der Ausdruck „polykristallines Material“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst dabei insbesondere ein Material mit einer Volumendichte von größer 90 Prozent der Hauptkomponente, bestehend zu mehr als 80 Prozent aus einzelnen Kristalldomänen, wobei jede Kristalldomäne einen Durchmesser von 0,1 - 20 µm und abweichende kristallographische Orientierung besitzt. Die einzelnen Kristalldomänen können über amorphes oder glasartiges Material oder über zusätzliche kristalline Phasen miteinander verbunden bzw. verdünnt sein.The expression "polycrystalline material" in the sense of the present invention means and/or includes in particular a material with a volume density of more than 90 percent of the main component, consisting of more than 80 percent of individual crystal domains, each crystal domain having a diameter of 0.1 - 20 µm and has a different crystallographic orientation. The individual crystal domains can be connected or diluted with one another via amorphous or glass-like material or via additional crystalline phases.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt das kristalline Material eine Dichte von ≥ 90% bis ≤ 100% der theoretischen Dichte. Dies hat sich für viele Anwendungen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt.According to a preferred embodiment of the present invention, the crystalline material has a density of ≧90% to ≦100% of the theoretical density. This has proven advantageous for many applications of the present invention.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung eines anorganischen Materials in Knochenimplantaten zur Verminderung des Infektionsrisikos und/oder zur Sterilisation und/oder Desinfektion im Körper.The present invention also relates to the use of an inorganic material in bone implants to reduce the risk of infection and/or for sterilization and/or disinfection in the body.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The aforementioned components, as well as those to be used according to the invention that are claimed and described in the exemplary embodiments, are subject in terms of their size, shape, choice of material and technical design no special exceptional conditions, so that the selection criteria known in the field of application can be applied without restriction.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in denen - beispielhaft - mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind, sowie anhand der nachfolgenden Beispiele, die rein illustrativ und nicht als beschränkend anzusehen sind. In den Zeichnungen zeigt:

  • 1 ein Emissionsspektrum eines ersten erfindungsgemäßen anorganischen Materials;
  • 2 einen Ausschnitt des Spektrums aus 1 sowie der relativem spektralem Desinfektionseffizienz für B. Subtilis nach DIN 5031-10
  • 3 ein Emissionsspektrum eines zweiten erfindungsgemäßen anorganischen Materials;
  • 4 vier Emissionsspektren eines dritten erfindungsgemäßen anorganischen Materials bei unterschiedlichen Röntgenanregungen; sowie
  • 5 vier Emissionsspektrum eines vierten erfindungsgemäßen anorganischen Materials bei unterschiedlichen Röntgenanregungen.
Further details, features and advantages of the subject of the invention result from the subclaims and from the following description of the accompanying drawing, in which - by way of example - several embodiments of the device according to the invention are shown, as well as the following examples, which are purely illustrative and not limiting are to be seen. In the drawings shows:
  • 1 an emission spectrum of a first inorganic material according to the invention;
  • 2 a section of the spectrum 1 and the relative spectral disinfection efficiency for B. subtilis according to DIN 5031-10
  • 3 an emission spectrum of a second inorganic material according to the invention;
  • 4 four emission spectra of a third inorganic material according to the invention with different X-ray excitations; such as
  • 5 four Emission spectrum of a fourth inorganic material according to the invention with different X-ray excitations.

Die Erfindung wird außerdem anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, die rein als beschreibend und nicht als beschränkend anzusehen sind:The invention is further illustrated by the following examples, which are to be considered purely descriptive and not limiting:

Beispiel IExample I

Beispiel I bezieht sich auf Sr3(PO4)2:Pr,S1, welches folgendermaßen hergestellt wurde:

  • Die pulverförmigen Edukte Pr6O11 (99,99 %, Treibacher), NH4H2PO4 (≥99,0 %, Merck KGaA), SrCO3 (99,9 %, Dr. Paul Lohmann) und SiO2 (>99,8 %, Aerosil 300, Evonik AG) wurden unter Zugabe von einigen Millilitern Isopropanol in einem Achatmörser gründlich zu einer homogenen Mischung vermahlen. Nachdem das Isopropanol vollständig verdampft war, wurden die entstandenen Mischungen in Korundtiegel überführt und 2 Stunden bei 800 °C an Luft geheizt. Das resultierende weiße Pulver wurde erneut gemahlen und 3 Stunden lang bei 1250 °C unter reduzierender Atmosphäre (5/95 % H2/N2) in einem Korundtiegel kalziniert. Das erhaltene weiße Pulver wurde mittels P-XRD untersucht und nach einem Abgleich mit einem Referenzspektrum, entnommen aus „Pearsons Crystal Database“ (PCD-Eintrag Nr.: 1936482) als phasenreines Sr3(PO4)2 identifiziert.
Example I relates to Sr 3 (PO 4 ) 2 :Pr,S 1 prepared as follows:
  • The powdered starting materials Pr 6 O 11 (99.99%, Treibacher), NH 4 H 2 PO 4 (≥99.0%, Merck KGaA), SrCO 3 (99.9%, Dr. Paul Lohmann) and SiO 2 ( >99.8%, Aerosil 300, Evonik AG) were thoroughly ground to a homogeneous mixture in an agate mortar with the addition of a few milliliters of isopropanol. After the isopropanol had evaporated completely, the resulting mixtures were transferred to corundum crucibles and heated in air at 800° C. for 2 hours. The resulting white powder was ground again and calcined for 3 hours at 1250°C in a reducing atmosphere (5/95% H 2 /N 2 ) in a corundum crucible. The white powder obtained was analyzed by P-XRD and identified as phase-pure Sr 3 (PO 4 ) 2 after comparison with a reference spectrum taken from "Pearson's Crystal Database" (PCD entry no.: 1936482).

1 zeigt das Emissionsspektrum des Materials unter Röntgenanregung (50 kV und 1,92 mA), 2 ein Ausschnitt des Spektrums, dahintergelegt (in grau) ist die relativem spektralem Desinfektionseffizienz für B. Subtilis nach DIN 5031-10. Wie gut zu sehen, emittiert das Material in einem Bereich, bei der eine Desinfektion möglich ist. 1 shows the emission spectrum of the material under X-ray excitation (50 kV and 1.92 mA), 2 a section of the spectrum, behind it (in gray) is the relative spectral disinfection efficiency for B. subtilis according to DIN 5031-10. As can be seen, the material emits in an area where disinfection is possible.

Beispiel IIExample II

Beispiel II bezieht sich auf LuPO4:Nd,Pr, welches folgendermaßen hergestellt wurde:

  • Die pulverförmigen Edukte Lu2O3 (mind. 99,99%), Pr6O11 (99,99 %, Treibacher), Nd2O3 (Treibacher, mind. 99 %) wurden in einem 100 ml Einhalsrundkolben in 50 ml dest. H2O und 1,78 ml H3PO4 (85 %) suspendiert. Dann wurde die Suspension für 24 h gerührt und anschließend der Einhalsrundkolben in den Trockenschrank gestellt, bis das Wasser vollständig verdampft war. Das getrocknete Pulver wurde ausgewogen, gemörsert und mit 2 Gew.-% LiF (Aldrich Chemical Company) sowie 3,42 Gew.-% NH4H2PO4 (≥99,0 %, Merck KGaA) - beides bezogen auf die Auswaage - homogenisiert. Diese Mischung wurde in einen Korundtiegel überführt und 4 Stunden bei 1000 °C unter CO-Atmosphäre reduzierend geheizt. Zum Schluss wurde das Material in HNO3/H2O (1:7) bei 60 °C für 5 Stunden gerührt und bis zur pH-Neutralität mit dest. H2O gewaschen. Das erhaltene Pulver wurde mittels P-XRD untersucht und nach einem Abgleich mit einem Referenzspektrum, entnommen aus „Pearsons Crystal Database“ (ICDD-Eintrag Nr.: 04-002-6024) als phasenreines LuPO4 identifiziert.
Example II relates to LuPO 4 :Nd,Pr, which was prepared as follows:
  • The powdered starting materials Lu 2 O 3 (min. 99.99%), Pr 6 O 11 (99.99%, Treibacher), Nd 2 O 3 (Treibacher, min. 99%) were placed in a 100 ml single-necked round bottom flask in 50 ml least H 2 O and 1.78 ml H 3 PO 4 (85%) suspended. Then the suspension was stirred for 24 h and then the one-neck round bottom flask was placed in the drying cabinet until the water had completely evaporated. The dried powder was weighed out, ground in a mortar and mixed with 2% by weight LiF (Aldrich Chemical Company) and 3.42% by weight NH 4 H 2 PO 4 (≧99.0%, Merck KGaA)—both based on the final weight - homogenized. This mixture was transferred to a corundum crucible and heated in a reducing manner at 1000° C. under a CO atmosphere for 4 hours. Finally, the material was stirred in HNO 3 /H 2 O (1:7) at 60° C. for 5 hours and diluted with dist. H2O washed. The powder obtained was examined by P-XRD and identified as phase-pure LuPO 4 after comparison with a reference spectrum taken from "Pearson's Crystal Database" (ICDD entry no.: 04-002-6024).

3 zeigt das Emissionsspektrum des Materials unter Röntgenanregung (50 kV und 1,7 mA). 3 shows the emission spectrum of the material under X-ray excitation (50 kV and 1.7 mA).

Beispiel III:Example III:

Beispiel III bezieht sich auf LaPO4:Pr, welches folgendermaßen hergestellt wurde:

  • Die pulverförmigen Edukte La2O3 (mind. 99,99%), Pr6O11 (99,99 %, Treibacher), wurden in einem 100 ml Einhalsrundkolben in 50 ml dest. H2O und 1,78 ml H3PO4 (85 %) suspendiert. Dann wurde die Suspension für 24 h gerührt und anschließend der Einhalsrundkolben in den Trockenschrank gestellt, bis das Wasser vollständig verdampft war. Das getrocknete Pulver wurde ausgewogen, gemörsert und mit 2 Gew.-%* LiF (Aldrich Chemical Company) sowie 3,42 Gew.-%* NH4H2PO4 (≥99,0 %, Merck KGaA) homogenisiert. Diese Mischung wurde in einen Korundtiegel überführt und 4 Stunden bei 1000 °C unter CO-Atmosphäre reduzierend geheizt. Zum Schluss wurde das Material in HNO3/H2O (1:7) bei 60 °C für 5 Stunden gerührt und bis zur pH-Neutralität mit dest. H2O gewaschen. Das erhaltene Pulver wurde mittels P-XRD untersucht und nach einem Abgleich mit einem Referenzspektrum als phasenreines LaPO4 identifiziert.
Example III refers to LaPO 4 :Pr, which was prepared as follows:
  • The powdered starting materials La 2 O 3 (at least 99.99%), Pr 6 O 11 (99.99%, Treibacher) were dissolved in 50 ml dist. H 2 O and 1.78 ml H 3 PO 4 (85%) suspended. Then the suspension was stirred for 24 h and then the one-neck round bottom flask was placed in the drying cabinet until the water had completely evaporated. The dried powder was weighed out, ground in a mortar and homogenized with 2% by weight* LiF (Aldrich Chemical Company) and 3.42% by weight* NH 4 H 2 PO 4 (≧99.0%, Merck KGaA). This mixture was transferred to a corundum crucible and heated in a reducing manner at 1000° C. under a CO atmosphere for 4 hours. Finally, the material was stirred in HNO 3 /H 2 O (1:7) at 60° C. for 5 hours and diluted with dist. H2O washed. The powder obtained was examined by P-XRD and identified as phase-pure LaPO 4 after comparison with a reference spectrum.

4 zeigt vier Emissionsspektrum des Materials bei unterschiedlichen Röntgenanregungen. 4 shows four emission spectra of the material at different X-ray excitations.

Beispiel IV:Example IV:

Beispiel IV bezieht sich auf YPO4:Pr, welches folgendermaßen hergestellt wurde:

  • Die pulverförmigen Edukte Y2O3 (mind. 99,99%), Pr6O11 (99,99 %, Treibacher), wurden in einem 100 ml Einhalsrundkolben in 50 ml dest. H2O und 1,78 ml H3PO4 (85 %) suspendiert. Dann wurde die Suspension für 24 h gerührt und anschließend der Einhalsrundkolben in den Trockenschrank gestellt, bis das Wasser vollständig verdampft war. Das getrocknete Pulver wurde ausgewogen, gemörsert und mit 2 Gew.-%* LiF (Aldrich Chemical Company) sowie 3,42 Gew.-%* NH4H2PO4 (≥99,0 %, Merck KGaA) homogenisiert. Diese Mischung wurde in einen Korundtiegel überführt und 4 Stunden bei 1000 °C unter CO-Atmosphäre reduzierend geheizt. Zum Schluss wurde das Material in HNO3/H2O (1:7) bei 60 °C für 5 Stunden gerührt und bis zur pH-Neutralität mit dest. H2O gewaschen. Das erhaltene Pulver wurde mittels P-XRD untersucht und nach einem Abgleich mit einem Referenzspektrum als phasenreines YPO4 identifiziert.
Example IV relates to YPO 4 :Pr made as follows:
  • The powdery starting materials Y 2 O 3 (at least 99.99%), Pr 6 O 11 (99.99%, Treibacher) were dissolved in 50 ml dist. H 2 O and 1.78 ml H 3 PO 4 (85%) suspended. Then the suspension was stirred for 24 h and then the one-neck round bottom flask was placed in the drying cabinet until the water had completely evaporated. The dried powder was weighed out, ground in a mortar and homogenized with 2% by weight* LiF (Aldrich Chemical Company) and 3.42% by weight* NH 4 H 2 PO 4 (≧99.0%, Merck KGaA). This mixture was transferred to a corundum crucible and heated in a reducing manner at 1000° C. under a CO atmosphere for 4 hours. Finally, the material was stirred in HNO 3 /H 2 O (1:7) at 60° C. for 5 hours and diluted with dist. H2O washed. The powder obtained was examined by P-XRD and identified as phase-pure YPO 4 after comparison with a reference spectrum.

5 zeigt vier Emissionsspektrum des Materials bei unterschiedlichen Röntgenanregungen. 5 shows four emission spectra of the material at different X-ray excitations.

Claims (10)

Knochenimplantat, umfassend ein anorganisches Material, welches in der Lage ist, Licht im einem Wellenlängenbereich von ≥ 190 nm und ≤ 290 nm zu emittieren.Bone implant comprising an inorganic material capable of emitting light in a wavelength range of ≥ 190 nm and ≤ 290 nm. Knochenimplantat gemäß Anspruch 1, wobei das Implantat mit dem anorganischen Material ganz oder teilweise beschichtet ist.Bone implant according claim 1 , wherein the implant is completely or partially coated with the inorganic material. Knochenimplantat gemäß Anspruch 1, wobei das Implantat im Wesentlichen aus dem anorganischen Material besteht.Bone implant according claim 1 , wherein the implant consists essentially of the inorganic material. Knochenimplantat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das anorganische Material Ce3+-, Pr3+-, Bi3+, Nd3+-, Sc3+-, und/oder Gd3+-dotiert ist.Bone implant according to one of Claims 1 until 3 , wherein the inorganic material is Ce 3+ -, Pr 3+ -, Bi 3+ -, Nd 3+ -, Sc 3+ -, and/or Gd 3+ -doped. Knochenimplantat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Dotierungsgrad > 0 und ≤ 10% beträgt.Bone implant according to one of Claims 1 until 4 , where the degree of doping is > 0 and ≤ 10%. Knochenimplantat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das anorganische Material als Gittermaterial ein Material ausgewählt aus Phosphaten, komplexeren Polyphosphaten, insbesondere Materialien, die P3O9 3- oder P5O14 3- - Ionen enthalten, Silikaten, komplexeren Silikaten, insbesondere Materialien, die SixOy n- - Ionen (mit x = 2 bis 10, y = 4 bis 30 sowie n der resultierenden negativen Ladung von 3 bis 12) enthalten, Phosphosilikaten, oder Mischungen daraus umfasst.Bone implant according to one of Claims 1 until 5 , wherein the inorganic material as a lattice material is a material selected from phosphates, more complex polyphosphates, in particular materials containing P 3 O 9 3- or P 5 O 14 3- ions, silicates, more complex silicates, in particular materials containing Si x O y n - ions (with x = 2 to 10, y = 4 to 30 and n the resulting negative charge from 3 to 12) contain phosphosilicates, or mixtures thereof. Knochenimplantat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erfindungsgemäße Material ein Material ausgewählt aus der Gruppe enthaltend YPO4:Nd, LuPO4:Nd, ScPO4, LuPO4:Sc, YPO4:Sc, LaPO4:Pr, Sr3(PO4)2:Pr,Na, YPO4:Pr, YPO4:Pr,Nd, LuPO4:Pr, LuPO4:Pr,Nd, NaMgPO4:Pr, KSrPO4:Pr, LiCaPO4:Pr, Ca9Y(PO4)7:Pr, Ca9Lu(PO4)7:Pr, Ca5(PO4)2SiO4:Pr,Na, Sr5(PO4)2SiO4:Pr,Na, Lu2SiO5:Pr, Lu2Si2O7:Pr, ScPO4:Bi oder Mischungen daraus umfasstBone implant according to one of Claims 1 until 6 , wherein the material according to the invention is a material selected from the group consisting of YPO 4 :Nd, LuPO 4 :Nd, ScPO 4 , LuPO 4 :Sc, YPO 4 :Sc, LaPO 4 :Pr, Sr 3 (PO 4 ) 2 :Pr, Na, YPO 4 :Pr, YPO 4 :Pr,Nd, LuPO 4 :Pr, LuPO 4 :Pr,Nd, NaMgPO 4 :Pr, KSrPO 4 :Pr, LiCaPO 4 :Pr, Ca 9 Y(PO 4 ) 7 :Pr, Ca 9 Lu(PO 4 ) 7 :Pr, Ca 5 (PO 4 ) 2 SiO 4 :Pr,Na, Sr 5 (PO 4 ) 2 SiO 4 :Pr,Na, Lu 2 SiO 5 :Pr, Lu 2 Si 2 O 7 :Pr, ScPO 4 :Bi or mixtures thereof Knochenimplantat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das anorganische Material zumindest teilweise als Keramik vorliegtBone implant according to one of Claims 1 until 7 , wherein the inorganic material is present at least partially as a ceramic Knochenimplantat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ausgewählt aus der folgenden Gruppe enthaltend: - Implantate - Prothesen, insbesondere Endoprothesen - Platten - Schrauben - Künstliche Knochen - Zahnimplantate - KlammernBone implant according to one of Claims 1 until 8th , selected from the following group containing: - implants - prostheses, in particular endoprostheses - plates - screws - artificial bones - dental implants - clips Verwendung eines anorganischen Materials, welches in der Lage ist, Licht im einem Wellenlängenbereich von ≥ 190 nm und ≤ 290 nm zu emittieren, in Knochenimplantaten zur Verminderung des Infektionsrisikos und/oder zur Sterilisation und/oder Desinfektion im KörperUse of an inorganic material capable of emitting light in a wavelength range of ≧190 nm and ≦290 nm in bone implants to reduce the risk of infection and/or for sterilization and/or disinfection in the body
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