DE10210970A1

DE10210970A1 - Implantat

Info

Publication number: DE10210970A1
Application number: DE2002110970
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Bloemer; Richard Zeller
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: DE10210970B9; DE10210970B4

Abstract

Um bei einem Implantat aus hochmolekularem Polyethylen Oberflächenverschleißerscheinungen zu vermeiden, die beim Kontakt mit metallischen Stützstrukturen auftreten können, wird vorgeschlagen, daß die Oberfläche des Implantates zumindest bereichsweise mit einer dünnen Schicht aus Titan bedeckt ist, die gegebenenfalls Zusätze von Kohlenstoff, Stickstoff und/oder Sauerstoff enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Implantat aus hochmolekularem Polyethylen.

Derartige Implantate aus insbesondere ultrahochmolekularem Polyethylen werden beispielsweise in Hüftgelenkprothesen als Lagerpfanne für die Gelenkkugel des Femur verwendet, diese Lagerpfannen werden in metallische Lagerschalen eingesetzt, die ihrerseits die Hüftgelenkprothese im Hüftgelenkknochen verankern.

Es hat sich herausgestellt, daß an der Grenzschicht zwischen derartigen Polyethylenimplantaten einerseits und metallischen Stützstrukturen andererseits, also beispielsweise der metallischen Lagerschale, durch Haftreibung Verschleißerscheinungen auftreten, diese Erscheinung wird als "backside wear" bezeichnet. Dies beruht darauf, daß die Oberfläche des Implantates und die Oberfläche der daran anliegenden metallischen Stützstruktur sich relativ eng verzahnen, so daß bei Mikrobewegungen zwischen Implantat und Stützstruktur ein Materialabrieb auftritt. Dies kann zu einer aseptischen Lockerung des Implantates führen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Implantat so auszubilden, daß diese unerwünschte Haftreibungsverschleißerscheinung reduziert oder beseitigt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Implantat der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß seine Oberfläche mindestens bereichsweise mit einer dünnen Schicht aus Titan bedeckt ist, die gegebenenfalls Zusätze von Kohlenstoff, Stickstoff und/oder Sauerstoff enthält.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß bereits eine sehr dünne Schicht aus Titan auf der Oberfläche des Polyethylenimplantates zu einer solchen Veränderung der grenzflächenphysikalischen Verhältnisse führt, daß eine Zerrüttung des Polyethylenwerkstoffes unterbleibt. Dadurch kann die Liegedauer eines Implantates gesteigert werden, da die durch den Polyethylenverschleiß hervorgerufene aseptische Lockerung vermieden wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Anteil von Kohlenstoff in der Schicht von der vom Implantat abgewandten Außenseite der Schicht zum Implantat hin zunimmt. Der höhere Kohlenstoffanteil an der dem Implantat zugewandten Innenseite der Schicht führt zu einer besonders guten Haftung der auf den Polyethylenwerkstoff aufgebrachten Schicht, so daß eine sichere Verbindung zwischen der im wesentlichen metallischen Schicht und der Kunststoffoberfläche gewährleistet ist.

Die Schicht kann an der Außenseite aus reinem Titan bestehen, bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Schicht an der Außenseite nur Titan und Stickstoff enthält.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Anteil des Kohlenstoffes an der dem Implantat zugewandten Innenseite der Schicht zwischen 0,5 und 20 Gewichtsprozent liegt.

Die Dicke der Schicht kann sehr gering sein, vorzugsweise liegt sie zwischen 40 und 100 nm. In einer derartigen dünnen Schicht, die gegebenenfalls nur wenige Atomlagen umfaßt, erhält man einen sicheren Schutz des Polyethylenimplantates gegenüber einer Zerrüttung der Oberflächenstruktur, eine solche Schicht gibt dem Polyethylenimplat ein metallisch graues Aussehen.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Hüftgelenkprothese mit einer metallischen Lagerschale und einer in diese eingesetzten Lagerpfanne aus Polyethylen mit einer Außenbeschichtung;
Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht der Lagerpfanne im Bereich A in Fig. 1 und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Aufbringung einer dünnen Schicht auf ein Polyethylenimplantat.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Hüftgelenk-Endoprothese erläutert, es versteht sich hierbei von selbst, daß derartige Implantate auch in anderen Stellen des Körpers eingesetzt werden können, in denen Implantate aus ultrahochpolymerem Polyethylen Anwendung finden können.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine halbkugelige Lagerschale 1 aus Metall in den Knochen 2 eingebettet und dort in geeigneter, in der Zeichnung nicht dargestellten Weise verankert. In diese Lagerschale 1 ist eine ebenfalls halbkugelförmige Lagerpfanne 3 eingesetzt und dort durch geeignete Mittel festgehalten, beispielsweise durch eine formschlüssige Verrastung oder dergleichen, auch dies ist in der Zeichnung nicht näher dargestellt. Die im wesentlichen halbkugelförmige Lagerausnehmung 4 der Lagerpfanne 3 dient der Aufnahme des Gelenkkopfes eines Femurknochens, auch dies ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Die Lagerpfanne 3 besteht aus ultrahochmolekularem Polyethylen, wie es üblicherweise in der Implantattechnik Verwendung findet. Auf der Außenseite der Lagerpfanne 3 ist diese mit einer dünnen Schicht 5 versehen, die das Polyethylenmaterial der Lagerpfanne 3 von dem metallischen Material der Lagerschale 1 trennt. Diese Schicht 5 kann aus reinem Titan bestehen oder aus Titan mit Zusätzen von Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Sauerstoff. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher der Anteil des Kohlenstoffes in dieser Schicht von außen nach innen, das heißt in Richtung auf das Polyethylenmaterial, zunimmt. Es hat sich herausgestellt, daß ein größerer Kohlenstoffanteil an der Innenseite der Schicht 5 deren Verbindung mit der Oberfläche des Polyethylenmaterials verbessert.
Die Anteile des Kohlenstoffes an der Innenseite der Schicht können beispielsweise 5 Gewichtsprozent betragen.
Die Schicht kann auch relativ hohe Anteile von Stickstoff enthalten, beispielsweise können diese Anteile zwischen 0,1 und 24 Gewichtsprozent liegen.
Die Dicke der Schicht ist sehr gering, beispielsweise kann sie liegen zwischen 40 nm und 100 nm, das heißt im Extremfall umfaßt diese Schicht nur einige wenige Atomlagen.
Die Schicht 5 wird auf der Außenseite der Lagerpfanne 3 durch eine plasmaaktivierte chemische Dampfphasenabscheidung aufgebracht. Schematisch ist eine für dieses Verfahren geeignete Vorrichtung in Fig. 3 dargestellt. In einem abgeschlossenen, weitgehend evakuierten Behälter 6 sind zwei Elektroden 7, 8 angeordnet, von denen eine eine Aufnahmefläche 9 für das zu beschichtende Implantat 10 aufweist. Der Behälter 6 wird von einem Gasstrom 11 durchströmt, der zwischen den beiden Elektroden 7, 8 hindurchtritt und der Titanverbindungen und gegebenenfalls Stickstoff, Sauerstoff und/oder Kohlendioxyd enthält. Zwischen den Elektroden 7, 8 wird in diesem chemischen Dampf ein Plasma erzeugt, und dies führt dazu, daß die darin enthaltenen Verbindungen aktiviert und aufgespalten werden, die Bestandteile lagern sich an der Oberfläche des Implantates 10 ab. Dabei bildet sich eine dünne Schicht aus Titan, in welche sich je nach Bestandteilen des Gasstromes Teile des Gasstromes einlagern, also beispielsweise Stickstoffatome, Sauerstoffatome oder insbesondere Kohlenstoffatome. Durch die Zusammensetzung des Gasstromes läßt sich auch die Zusammensetzung der Schicht 5 beeinflussen.

Claims

1. Implantat aus hochmolekularem Polyethylen, dadurch gekennzeichnet, daß seine Oberfläche zumindest bereichsweise mit einer dünnen Schicht (5) aus Titan bedeckt ist, die gegebenenfalls Zusätze von Kohlenstoff, Stickstoff und/oder Sauerstoff enthält.

2. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Kohlenstoff in der Schicht (5) von der Außenseite derselben zu dem Polyethylenmaterial hin zunimmt.

3. Implantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5) an der Außenseite aus reinem Titan besteht.

4. Implantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5) an der Außenseite nur Titan und Stickstoff enthält.

5. Implantat nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Kohlenstoffes an der Innenseite der Schicht (5) zwischen 0,5 und 20 Gewichtsprozent liegt.

6. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (5) zwischen 40 und 100 nm liegt.

7. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5) eine Ablagerung von Material ist, welches bei einer plasmaaktivierten chemischen Dampfphasenabscheidung auf der Oberfläche des Implantats (10) abgelagert wird.