DE10225840B4 - Low-wear medical implant material and its use - Google Patents

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Abstract

Verschleißarmes medizinisches Implantatmaterial, Implantat oder Implantatkomponente, umfassend eine Polymermatrix, in welcher ein Latentwärmespeichermaterial dispergiert enthalten ist.Low-wear medical Implant material, implant or implant component comprising a polymer matrix in which a latent heat storage material disperses is included.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges verschleißarmes medizinisches Implantatmaterial und dessen Verwendung bei der Herstellung von Implantaten und Implantatkomponenten. Ferner betrifft die Erfindung Implantate und Implantatkomponenten, die unter Verwendung des vorgenannten Implantatmaterials hergestellt sind.The The present invention relates to a novel low-wear medical Implant material and its use in the manufacture of implants and implant components. Furthermore, the invention relates to implants and implant components using the aforementioned Implant material are made.

In der DE 197 49 731 A1 ist die Verwendung von Mikrokapseln mit einer oder mehreren lipophilen Substanzen als Kernmaterial, die ihren fest/flüssigen Phasenübergang im Temperaturbereich von – 20 bis 120 °C haben, und mit einem Polymer als Schale, das durch radikalische Polymerisation einer Monomermischung erhältlich ist als Latentwärmespeichermaterial beschrieben.In the DE 197 49 731 A1 is the use of microcapsules with one or more lipophilic substances as core material, which have their solid / liquid phase transition in the temperature range of - 20 to 120 ° C, and described with a polymer shell as obtained by free radical polymerization of a monomer mixture as latent heat storage material.

Die DE 101 02 250 A1 betrifft ein Latentwärmespeichermaterial auf Basis eines Phasenwechselmaterials, wie insbesondere Paraffin, enthaltend ein Verdickungsmittel, insbesondere ein Anteil an einem Copolymer, wie etwa einem Triblock-, Radikalblock- und/oder Multiblock-Copolymer, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Diblock-Copolymer, wobei das Latentwärmespeichermaterial einen Anteil eines Ölbindemittels aufweist.The DE 101 02 250 A1 relates to a latent heat storage material based on a phase change material, such as paraffin, containing a thickening agent, in particular a proportion of a copolymer, such as a triblock, radical block and / or multiblock copolymer, optionally in combination with a diblock copolymer, wherein the latent heat storage material having a proportion of an oil binder.

Die WO 02/095314 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von temperaturregulierenden Flächen und/oder Strukturen auf einem Substrat, wobei die Flächen und/oder Strukturen in Form eines Druckverfahrens mittels Rotations- oder Flachschablonen und durch die Verwendung einer Polymerdispersion mit mindestens einem darin eingebrachten Latentwärmespeichermaterial in wasch- und chemischreinigungs-beständiger Form als Drucksubstanz auf das Substrat aufgebracht werden.The WO 02/095314 A1 relates to a process for the preparation of temperature-regulating surfaces and / or structures on a substrate, wherein the areas and / or Structures in the form of a printing process by means of rotation or Flat stencils and by the use of a polymer dispersion with at least one latent heat storage material incorporated therein in washing and chemical cleaning-resistant Form can be applied as a printing substance to the substrate.

Endoprothesen, wie beispielsweise Gelenkprothesen, sind bereits seit Jahren in der medizinischen Praxis eingeführt und werden in der Regel aus Metallen, Legierungen, Keramiken, Kunststoffmaterialien oder aus Kombinationen dieser Werkstoffe gefertigt, wobei den Kunststoffmaterialien eine immer größere Bedeutung zukommt.endoprostheses such as joint prostheses, have been in for years introduced to medical practice and are usually made of metals, alloys, ceramics, plastic materials or made of combinations of these materials, the plastic materials an ever greater importance due.

Das in der Endoprothetik zum Einsatz kommende Kunststoffmaterial umfasst häufig ein Polyethylen mit einer ultrahohen Molmasse (UHMWPE). UHMWPE zeichnet sich zwar durch eine Vielzahl von vorteilhaften Eigenschaften aus, es erfüllt jedoch nicht die für eine lange Lebensdauer von Gelenkprothesen notwendigen hohen mechanischen Anforderungen an Festigkeit und Verschleiß.The in the arthroplasty used plastic material often an ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE). UHMWPE draws Although characterized by a variety of advantageous properties, it fulfills but not for a long life of joint prostheses necessary high mechanical Requirements for strength and wear.

Als Ursache für den Verschleiß von Gelenkimplantaten und Gelenkimplantatkomponenten auf Kunststoffbasis können insbesondere die unter Bewegung und Belastung einer Prothese auftretenden und einen Abrieb bewirkenden mechanischen Reibungsphänomene sowie die durch die Reibungen entstehende Reibungswärme genannt werden, die eine thermische Alterung des Kunststoffmaterials bewirkt.When Cause for the wear of Joint implants and plastic-based joint implant components can in particular the occurring under movement and load of a prosthesis and an abrasion causing mechanical friction phenomena and by the Frictions resulting frictional heat be called, which is a thermal aging of the plastic material causes.

Die durch den Verschleiß entstehenden Abriebpartikel können sich in der benachbarten Knochensubstanz ablagern und dort zu einem Knochenabbau (Osteolyse) führen. Dieser kann eine Lockerung des Implantats zur Folge haben und zu einem Totalausfall des Implantats führen, der einen Ersatz des Implantats mit einer weiteren Operation des Patienten notwendig macht.The resulting from the wear Abrasion particles can Depositing in the adjacent bone substance and there to a Bone degradation (osteolysis) lead. This can lead to a loosening of the implant and to cause a total failure of the implant, a replacement of the Implant with a further operation of the patient necessary power.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verschleißarmes medizinisches Implantatmaterial zu schaffen.From that Based on the object of the invention, a wear-resistant medical To create implant material.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Implantatmaterial Implantat oder Implantatkomponente, umfassend eine Polymermatrix, in welcher ein Latentwärmespeichermaterial dispergiert enthalten ist.These The object is achieved by an implant material implant or implant component comprising a polymer matrix in which a latent heat storage material dispersed is.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Kompositmaterial, in welchem ein Latentwärmespeichermaterial in dispergierter Form enthalten ist, nach großen Belastungen nur geringe Verschleißerscheinungen aufweist.Surprisingly It has been found that the composite material according to the invention, in which a latent heat storage material is contained in dispersed form, after high loads only small wear having.

Das in dem erfindungsgemäßen Implantatmaterial dispergierte Latentwärmespeichermaterial nimmt Volumina in dem Matrixmaterial ein, die im Folgenden als Kavitäten bezeichnet werden.The in the implant material according to the invention dispersed latent heat storage material increases Volumes in the matrix material, hereinafter referred to as cavities become.

Führt man einem festen Latentwärmespeichermaterial, beispielsweise einem Wachs, Wärme zu, so beginnt dieses bei Erreichen seiner Schmelztemperatur seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig zu ändern. Während dieses Phasenwechsels absorbiert das Latentwärmespeichermaterial eine bestimmte Wärmemenge, die sogenannte Schmelzwärme. Da sich hierbei die Temperatur des Latentwärmespeichermaterials und seiner näheren Umgebung trotz Wärmezufuhr nur geringfügig ändert, spricht man auch von latenter (versteckter) Wärme. Gleichermaßen wird im umgekehrten Phasenwechsel, also von flüssig nach fest, die gespeicherte Latentwärme wieder bei nahezu konstanter Temperatur an die Umgebung abgegeben.Leading a solid latent heat storage material, for example, a wax, heat too, this begins when its melting temperature reaches its To change the state of aggregation from solid to liquid. During this phase change absorbed the latent heat storage material a certain amount of heat, the so-called heat of fusion. Since in this case the temperature of the latent heat storage material and its closer Environment despite heat supply only slightly changes, speaks also from latent (hidden) heat. Equally will in reverse phase change, ie from liquid to solid, the stored latent heat released again at almost constant temperature to the environment.

Latentwärmespeichermaterialien werden bislang als Kälte- oder Wärmespeicher, beispielsweise in der Lebensmittel-, Textil- und Bauindustrie sowie teilweise auch für elektronische Bauteilkomponenten, verwendet. In der Medizin finden Latentwärmespeichermaterialien als singuläre Werkstoffe Anwendung in Kälte- oder Wärmekissen.Latent heat storage materials are so far as a cold or heat storage, for example in the food, textile and construction industry so as sometimes used for electronic component components. In medicine, latent heat storage materials are used as singular materials in cold or warming cushions.

Es hat sich gezeigt, dass die dem erfindungsgemäßen Implantatmaterial zugeführte Wärme von dem in ihm dispergierten Latentwärmespeichermaterial beim Erreichen der Phasenumwandlungstemperatur des Latentwärmespeichermaterials absorbiert wird, so dass lokale Erwärmungen des Implantatmaterials oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur des Latentwärmespeichermaterials im Wesentlichen vermieden werden und so eine thermisch bedingte Alterung des Implantatmaterials weitgehend unterbunden wird, was die Verschleißarmut des erfindungsgemäßen Kompositmaterials erklärt.It It has been shown that the heat supplied to the implant material according to the invention from the latent heat storage material dispersed in it upon reaching the phase transition temperature of the latent heat storage material is absorbed, causing local warming of the implant material above the phase transition temperature of the latent heat storage material be essentially avoided and so a thermally induced Aging of the implant material is largely prevented what the low wear of the composite material according to the invention explained.

Ein geringer, aber nicht zu vernachlässigender Anteil der von einem Latentwärmespeichermaterial absorbierten Wärmemenge wird als sogenannte sensible (fühlbare) Wärme gespeichert. Daher sollte das Latentwärmespeichermaterial gleichzeitig über eine entsprechend hohe spezifische Wärmekapazität verfügen.One less, but not too negligible Proportion of a latent heat storage material absorbed amount of heat is called a sensible Heat stored. Therefore, the latent heat storage material should at the same time over one correspondingly high specific heat capacity.

Das erfindungsgemäße Implantatmaterial lässt sich, wenn gewünscht, derart ausbilden, dass die an der Oberfläche des Kompositmaterials befindlichen Kavitäten in einer offenen Form vorliegen, d.h. dass ein Materieaustausch zwischen diesen Kavitäten und der Umgebung des Kompositmaterials stattfinden kann. Umfasst ein solches Kompositmaterial ein Latentwärmespeichermaterial, das seinen Aggregatzustand von fest nach flüssig unter Volumenzunahme ändert, so kann das Latentwärmespeichermaterial bei Aufnahme einer diesen Phasenwechsel bewirkenden Wärmemenge aus den an der Oberfläche des erfindungsgemäßen Implantatmaterials befindlichen offenen Kavitäten austreten. Bei einer derartigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompositmaterials, bei welchem ein Latentwärmespeichermaterial mit guten Schmiereigenschaften zum Einsatz kam, hat es sich gezeigt, dass das aus den offenen Kavitäten austretende Latentwärmespeichermaterial auf dem Implantatmaterial und insbesondere an den Kontaktflächen zwischen dem Implantatmaterial und einem Reibkörper einen Schmierfilm bildet, der die unter Bewegung und Belastung zwischen dem Implantatmaterial und dem Reibkörper auftretenden mechanischen Reibungsphänomene und Adhäsionseffekte sowie den daraus resultierenden mechanischen Abrieb und das Entstehen von Reibungswärme deutlich reduziert. Darüber hinaus kann der vorgenannte Schmierfilm zu einer vergrößerten Kontaktfläche und damit zu einem verringerten Kontaktdruck zwischen dem Reibkörper und dem erfindungsgemäßen Implantatmaterial führen, wobei der verringerte Kontaktdruck eine Verminderung der mechanischen Reibungsphänomene bewirkt und damit einhergehend eine verminderte Bildung von Reibungswärme, die letztlich den mechanischen Abrieb bzw. die thermisch bedingte Alterung des Implantatmaterials und des Reibkörpers abermals verringern.The implant material according to the invention can be if desired, form such that the located on the surface of the composite material wells in an open form, i. that a matter exchange between these cavities and the environment of the composite material can take place. includes Such a composite material is a latent heat storage material that its Physical state from solid to liquid changes under volume increase, so can the latent heat storage material upon receiving an amount of heat causing this phase change from the on the surface of the implant material according to the invention located open cavities escape. In such an embodiment of the composite material according to the invention, in which a latent heat storage material with good lubricating properties has been used, it has been shown that's from the open cavities emerging latent heat storage material on the implant material and in particular on the contact surfaces between the implant material and a friction body forms a lubricating film, the under movement and stress between the implant material and the friction body occurring mechanical friction phenomena and adhesion effects as well as the resulting mechanical abrasion and the emergence of frictional heat significantly reduced. About that In addition, the aforesaid lubricating film may become an enlarged contact surface and thus to a reduced contact pressure between the friction body and the implant material according to the invention to lead, wherein the reduced contact pressure is a reduction of the mechanical friction phenomena causes and concomitantly a reduced formation of frictional heat, the ultimately the mechanical abrasion or thermal aging reduce the implant material and the friction body again.

Im Gegensatz zu dem bislang in der Endoprothetik verwendeten strahlenvernetzten UHMWPE, weist das erfindungsgemäße Implantatmaterial eine verbesserte Verschleiß- und Kriechbeständigkeit sowie eine erhöhte Duktilität auf und kann Stoßbelastungen deutlich besser abfedern, weshalb es sich insbesondere auch zu Herstellung von Implantaten und Implantatkomponenten für das menschliche Knie eignet.in the Contrary to the radiation crosslinking used so far in endoprosthetics UHMWPE, has the implant material according to the invention an improved wear and creep resistance as well as an increased ductility on and can shock loads cushion significantly better, which is why it is especially to manufacture of implants and implant components for the human knee.

In dem erfindungsgemäßen Implantatmaterial ist mindestens ein Latentwärmespeichermaterial vorteilhafterweise im Wesentlichen gleichmäßig in der Polymermatrix dispergiert enthalten, um ein einheitliches Wärmeabsorptionsverhalten des Implantatmaterials zu gewährleisten und die Bildung lokaler Erwärmungen oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur des Latentwärmespeichermaterials weitgehend zu vermeiden.In the implant material according to the invention At least one latent heat storage material is advantageously essentially evenly in the Polymer matrix dispersed to provide a uniform heat absorption behavior of the implant material and the formation of local warming above the phase transition temperature of the latent heat storage material largely avoided.

Für bestimmte Anwendungen kann es notwendig sein, dass in der Polymermatrix des erfindungsgemäßen Kompositmaterials mehrere voneinander verschiedene Latentwärmespeichermaterialien dispergiert enthalten sind, wobei jedes Latentwärmespeichermaterial eine oder mehrere voneinander verschiedene Latentwärmespeichermaterialkomponenten umfassen kann. Sollen die verschiedenen Latentwärmespeichermaterialien ihre ursprünglichen Phasenumwandlungstemperaturen in dem erfindungsgemäßen Kompositmaterial beibehalten, so ist bei der Auswahl der Latentwärmespeichermaterialien zu berücksichtigen, dass sich diese unter den Herstellungsbedingungen des Kompositmaterials nicht miteinander vermischen, da eine Vermischung der Latentwärmespeichermaterialien, auch wenn diese nur gering ausfällt, eine Veränderung ihrer Phasenumwandlungstemperaturen bewirken kann.For certain Applications may require that in the polymer matrix of the composite material according to the invention several different latent heat storage materials dispersed are included, wherein each latent heat storage material one or several different latent heat storage material components may include. Should the different latent heat storage materials their original phase transformation temperatures in the composite material according to the invention should be taken into account when selecting latent heat storage materials, that these are under the manufacturing conditions of the composite material do not mix with each other since mixing of the latent heat storage materials, even if this is low, a change their phase transition temperatures can cause.

Im Gegensatz dazu kann es auch Umstände geben, unter denen eine Mischbarkeit bzw. eine teilweise Mischbarkeit der verschiedenen Latentwärmespeichermaterialien erwünscht ist. Werden bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials beispielsweise teilweise miteinander mischbare Latentwärmespeichermaterialien eingesetzt, so können sich während der Herstellung in der Polymermatrix des Kompositmaterials Latentwärmespeichermaterialien mit verschiedenster Zusammensetzung und entsprechend verschiedenen Phasenum wandlungstemperaturen bilden. Derartige Kompositmaterialien absorbieren eine Wärmemenge in der Regel nicht nur bei diskreten Temperaturen, sondern über Temperaturbereiche hinweg.in the In contrast, there may be circumstances among which a miscibility or a partial miscibility of different latent heat storage materials he wishes is. Are used in the production of the composite material according to the invention For example, partially miscible latent heat storage materials used, so can while the preparation in the polymer matrix of the composite material latent heat storage materials with different composition and according to different Form phase change temperatures. Absorb such composite materials a quantity of heat usually not only at discrete temperatures but over temperature ranges time.

Vorteilhafterweise umfasst die Polymermatrix des erfindungsgemäßen Implantatmaterials mindestens ein Polyethylen mit ultrahoher Molmasse, insbesondere mit einem mittleren Molekulargewicht in einem Bereich von ca. 3.000.000 bis 7.000.000, da es gute tribologische Eigenschaften, wie beispielsweise eine starke Abriebsbeständigkeit und einen geringen Reibungswiderstand, sowie eine sehr gute Verträglichkeit mit dem Körpergewebe aufweist.advantageously, the polymer matrix of the implant material according to the invention comprises at least an ultra-high molecular weight polyethylene, especially one average molecular weight in a range of about 3,000,000 to 7,000,000, since it has good tribological properties, such as a strong abrasion resistance and a low frictional resistance, as well as a very good compatibility with the body tissue having.

Alternativ zum UHMWPE umfasst die Polymermatrix des erfindungsgemäßen Implantatmaterials ein Polyaryletherketon, wobei insbesondere Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyetherketonketone und/oder Polyetheretherketonketone bevorzugt sind, da sie die für eine Implantatanwendung unabdingbaren Werkstoffeigenschaften wie Biokompatibilität, gute Chemikalien- und Hydrolysebeständigkeit, gute Festigkeit, Steifigkeit, Zähigkeit und gute tribologische Eigenschaften aufweisen und sich mit allen für Thermoplaste üblichen Verfahren bearbeiten lassen. Darüber hinaus lassen sich Polyaryletherketone an die mechanische Festigkeit der Knochensubstanz anpassen, wodurch dem sogenannten "stress-shielding" entgegengewirkt werden kann.alternative The UHMWPE comprises the polymer matrix of the implant material according to the invention a polyaryletherketone, in particular polyetherketones, polyetheretherketones, Polyether ketone ketones and / or polyetheretherketone ketones are preferred because they are the ones for an implant application of indispensable material properties such as biocompatibility, good chemical and hydrolysis resistance, good strength, Stiffness, toughness and have good tribological properties and deal with all for thermoplastics usual Have the procedure edited. About that In addition, polyaryl ether ketones can be added to the mechanical strength adjust the bone substance, thereby counteracting the so-called "stress-shielding" can be.

Zwischen den Reibkörpern von Gelenkprothesen treten unter physiologischen Bedingungen Temperaturen in einem Bereich von ca. 40 bis ca. 60 °C auf, weshalb das in dem erfindungsgemäßen Implantatmaterial dispergierte Latentwärmespeichermaterial vorteilhafterweise mindestens eine Phasenumwandlungstemperatur in diesem Temperaturbereich aufweist.Between the friction bodies Joint prostheses undergo temperatures under physiological conditions in a range of about 40 to about 60 ° C, which is why in the implant material according to the invention dispersed latent heat storage material advantageously at least one phase transformation temperature in having this temperature range.

Das Latentwärmespeichermaterial ist vorteilhafterweise insgesamt mit einem Anteil von ca. 0,2 bis ca. 10 Vol.% in der Polymermatrix enthalten, da unterhalb von 0,2 Vol.% die vorstehend genannten vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Implantatmaterials lediglich schwach ausgeprägt sind und oberhalb von 10 Vol.% die vorstehend genannten vorteilhaften Eigenschaften der Kunststoffmatrixmaterialien UHMWPE oder Polyaryletherketon, insbesondere deren mechanische Eigenschaften, maßgeblich beeinträchtigt werden. Die besten Resultate wurden in einem Bereich von 1 bis 3 Vol.% erhalten.The Latent heat storage material is advantageously in total with a share of about 0.2 to about 10 vol.% Contained in the polymer matrix, since below 0.2 Vol.% The above-mentioned advantageous properties of the implant material according to the invention are only weak and above 10% by volume of the aforementioned advantageous Properties of the plastic matrix materials UHMWPE or polyaryletherketone, in particular their mechanical properties are significantly impaired. The best results were obtained in a range of 1 to 3% by volume.

Damit die Temperatur des erfindungsgemäßen Implantatmaterials auch bei der Absorption relativ großer Wärmemengen im Wesentlichen nicht über die Phasenumwandlungstemperatur des in ihm dispergierten Latentwärmespeichermaterials ansteigt, weist das Latentwärmespeichermaterial eine möglichst große Schmelzenthalpie auf, bevorzugt größer 20 kJ/kg, besonders bevorzugt größer 40 kJ/kg und am meisten bevorzugt größer 80 kJ/kg.In order to the temperature of the implant material according to the invention even with the absorption of relatively large amounts of heat essentially not over the Phase transition temperature of the dispersed in him latent heat storage material increases, has the latent heat storage material one possible size Enthalpy of fusion, preferably greater than 20 kJ / kg, more preferably greater than 40 kJ / kg and most preferably greater than 80 kJ / kg.

Vorteilhafterweise weist das eine Wärmemenge absorbierende Latentwärmespeichermaterial eine relativ hohe spezifische Wärmekapazität auf. Dadurch wird gewährleistet, dass die von dem Latentwärmespeichermaterial bei der Phasenumwandlung gespeicherte sensible Wärmemenge zu einer möglichst geringen Temperaturerhöhung oberhalb seiner Phasenumwandlungstemperatur führt. Dabei ist ein Latentwärmespeichermaterial mit einer spezifischen Wärmekapazität größer 0,5 kJ/kg K, bevorzugt größer 1 kJ/kg K und besonders bevorzugt größer 1,5 kJ/kg K, besonders geeignet.advantageously, this indicates a quantity of heat absorbing latent heat storage material a relatively high specific heat capacity. Thereby is guaranteed that of the latent heat storage material stored in the phase transformation sensitive amount of heat to a possible low temperature increase above its phase transition temperature. This is a latent heat storage material with a specific heat capacity greater than 0.5 kJ / kg K, preferably greater than 1 kJ / kg K and more preferably greater than 1.5 kJ / kg K, especially suitable.

Wenn eine Schmierfilmbildung auf dem Implantatmaterial und/oder zwischen den Kontaktflächen der Reibkörper nicht zweckmäßig ist, ist es besonders günstig, wenn das Latentwärmespeichermaterial bei seiner Phasenumwandlung seinen Aggregatszustand nicht ändert.If a lubricating film on the implant material and / or between the contact surfaces of friction body is not appropriate is it particularly favorable if the latent heat storage material does not change its state of aggregation during its phase transformation.

Wenn eine Schmierfilmbildung auf dem Implantatmaterial und/oder zwischen den Reibkörpern zweckmäßig ist, ist es vorteilhaft, wenn das Latentwärmespei chermaterial bei seiner Phasenumwandlung seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig ändert.If a lubricating film on the implant material and / or between the friction bodies is appropriate, It is advantageous if the latent heat storage material at its Phase transformation changes its state of aggregation from solid to liquid.

Als Latentwärmespeichermaterial sind alle Stoffe oder Stoffgemische geeignet, die mindestens eine Phasenumwandlungstemperatur in einem Bereich von ca. 40 bis ca. 60 °C aufweisen. Dabei sind insbesondere solche Latentwärmespeichermaterialien bevorzugt, die eine gute Verträglichkeit mit dem Polymermatrixmaterial und mit dem Körpergewebe aufweisen. Latentwärmespeichermaterialien können eine oder mehrere voneinander verschiedene Latentwärmespeichermaterialkomponenten umfassen. Als Latentwärmespeichermaterialien bzw. Latentwärmespeichermaterialkomponente sind beispielsweise Wachse, Wachsester, Fette, Fettsäuren, Carbonsäuren, Polymere, Eiweiße, organische Salze, anorganische Salze und/oder hydratisierte anorganische Salze geeignet. Gegebenenfalls werden dem Latentwärmespeichermaterial Hilfsstoffe wie beispielsweise Dispersionsmittel zugesetzt, die eine Dispergierung des Latentwärmespeichermaterials im Kunststoffmatrixmaterial erleichtern.When Latent heat storage material are all substances or mixtures suitable, the at least one Phase transition temperature in a range of about 40 to about 60 ° C have. In particular, such latent heat storage materials are preferred, the a good compatibility with the polymer matrix material and with the body tissue. Latent heat storage materials can one or a plurality of different latent heat storage material components include. As latent heat storage materials or latent heat storage material component are, for example, waxes, wax esters, fats, fatty acids, carboxylic acids, polymers, proteins, organic salts, inorganic salts and / or hydrated inorganic Salts suitable. Optionally, the latent heat storage material Additives such as dispersants added, the a dispersion of the latent heat storage material in the plastic matrix material.

Vorteilhafterweise ist das Latentwärmespeichermaterial an ein Trägermaterial gebunden, beispielsweise in Form eines Granulats oder eines Pulvers, um eine möglichst gleichmäßige Dispergierung des Latentwärmespeichermaterials in der Kunststoffmatrix zu bewirken, wobei dies insbesondere für Latentwärmespeichermaterialien gilt, die nur sehr schwer in der Kunststoffmatrix zu dispergieren sind. Als Trägermaterialien sind insbesondere solche mit kapillarer Struktur geeignet.advantageously, is the latent heat storage material to a carrier material bound, for example in the form of granules or a powder, one as possible uniform dispersion of the Latent heat storage material effect in the plastic matrix, and this in particular for latent heat storage materials which is very difficult to disperse in the plastic matrix are. As carrier materials In particular, those with capillary structure are suitable.

Um eine Dispergierung eines schwer dispergierbaren Latentwärmespeichermaterials zu gewährleisten, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Latentwärmespeichermaterial in verkapselter Form in dem Kunststoffmatrixmaterial dispergiert wird. Durch die Verkapselung, also die Abschirmung des Latentwärmespeichermaterials von dem Kunststoffmatrixmaterial, können auch Latentwärmespei chermaterialien verwendet werden, die nicht gut mit dem Körpergewebe oder dem Kunststoffmatrixmaterial verträglich sind und dessen mechanische und/oder tribologische Eigenschaften nachteilig verändern würden. Um einen guten Wärmetransport von dem Kunststoffmatrixmaterial zum Latentwärmespeichermaterial zu gewährleisten, weist das Material zum Verkapseln des Latentwärmespeichermaterials vorteilhafterweise eine große Wärmeleitfähigkeit auf.To ensure a dispersion of a difficultly dispersible latent heat storage material afford, it is particularly advantageous if the latent heat storage material is dispersed in encapsulated form in the plastic matrix material. The encapsulation, ie the shielding of the latent heat storage material from the plastic matrix material, also latent heat storage materials can be used which are not well compatible with the body tissue or the plastic matrix material and would adversely affect its mechanical and / or tribological properties. In order to ensure good heat transfer from the plastic matrix material to the latent heat storage material, the material for encapsulating the latent heat storage material advantageously has a high thermal conductivity.

An ein Trägermaterial gebunden oder in verkapselter Form können mehrere verschiedene Latentwärmespeichermaterialien problemlos in dem Kunststoffmatrixmaterial eines erfindungsgemäßen Kompositmaterials dispergiert werden, ohne dass sich diese miteinander vermischen.At a carrier material bound or in encapsulated form may be several different latent heat storage materials easily in the plastic matrix material of a composite material according to the invention be dispersed without these mix with each other.

Ein erfindungsgemäßes Implantatmaterial wird vorteilhafterweise mittels Kolbenextrusion (RAM-Extrusion), Extrusion, Press-Sintern, Pressen, Spritzgießen oder Kalandrieren hergestellt, welche eine im Wesentlichen gleichmäßige Dispergierung des Latentwärmespeichermaterials in der Kunststoffmatrix erlauben.One Inventive implant material is advantageously by means of piston extrusion (RAM extrusion), extrusion, Press-sintering, pressing, injection molding or calendering, which is a substantially uniform dispersion of the latent heat storage material allow in the plastic matrix.

Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials bei der Herstellung von Implantaten und Implantatkomponenten. Dabei sind als Implantate und Implantatkomponenten insbesondere Pfannen, Inlays und Gleitkomponenten für das menschliche Knie bevorzugt.Further the invention relates to the use of the composite material according to the invention in the manufacture of implants and implant components. there are implants and implant components in particular pans, Inlays and sliding components for the human knee is preferred.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung Implantate und Implantatkomponenten, insbesondere Pfannen, Inlays und Gleitkomponenten für das menschliche Knie, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials hergestellt sind.Furthermore The invention relates to implants and implant components, in particular Pans, inlays and sliding components for the human knee, the produced using the composite material according to the invention are.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung.The The following description of a preferred embodiment is used in conjunction with the drawing of the closer explanation the invention.

Es zeigen im Einzelnen:It show in detail:

1: eine Verschleißpaarung im unbelasteten Zustand; und 1 : a pair of wear in the unloaded condition; and

2: eine Verschleißpaarung im belasteten Zustand. 2 : a wear pair in the loaded condition.

In 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Implantatmaterials 1 zusammen mit einem Reibkörper 7 als Verschleißpaarung in einem unbelasteten Zustand dargestellt. Ein Latentwärmespeichermaterial 3 ist in der Kunststoffmatrix 2 in dispergierter Form in sogenannten Kavitäten enthalten.In 1 is an embodiment of an implant material according to the invention 1 together with a friction body 7 shown as a wear pair in an unloaded condition. A latent heat storage material 3 is in the plastic matrix 2 in dispersed form in so-called cavities.

Die in einem Belastungszustand (2) zwischen dem Implantatmaterial 1 und dem Reibkörper 7 auftretenden Reibungsphänomene führen zur Bildung von Reibungswärme, die von dem Latentwärmespeichermaterial 3 beim Erreichen seiner Schmelztemperatur aufgenommen wird, wobei das Latentwärmespeichermaterial 3 seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig unter Volumenzunahme ändert. Dabei tritt das Latentwärmespeichermaterial 3 aus den an der Oberfläche des Implantatmaterials 1 befindlichen offenen Kavitäten 5 aus und bildet zwischen dem Implantatmaterial 1 und dem Reibkörper 7 einen Film 9. Dieser Schmierfilm 9 bewirkt einerseits eine Reduzierung des mechanischen Abriebs und der thermischen Alterung des Implantatmaterials 1 und des Reibkörpers 7, da er die unter Bewegung und Belastung zwischen dem Implantatmaterial 1 und dem Reibkörper 7 auftretenden mechanischen Reibungsphänomene sowie die daraus resultierende Reibungswärme deutlich vermindert. Andererseits führt der Film 9 zu einer vergrößerten Kontaktfläche und folglich zu einem verringerten Kontaktdruck zwischen dem Implantatmaterial 1 und dem Reibkörper 7, wobei der verringerte Kontaktdruck abermals eine Verringerung der mechanischen Reibungsphänomene und der dadurch entstehenden Reibungswärme bewirkt und so letztlich einen verminderten Verschleiß bewirkt.The in a load condition ( 2 ) between the implant material 1 and the friction body 7 occurring friction phenomena lead to the formation of frictional heat from the latent heat storage material 3 is absorbed when reaching its melting temperature, wherein the latent heat storage material 3 changes its state of aggregation from solid to liquid under volume increase. In this case, the latent heat storage material occurs 3 from those on the surface of the implant material 1 located open cavities 5 and forms between the implant material 1 and the friction body 7 a movie 9 , This lubricating film 9 on the one hand causes a reduction of mechanical abrasion and thermal aging of the implant material 1 and the friction body 7 because it affects the movement and stress between the implant material 1 and the friction body 7 occurring mechanical friction phenomena and the resulting frictional heat significantly reduced. On the other hand, the movie leads 9 to an increased contact area and consequently to a reduced contact pressure between the implant material 1 and the friction body 7 , wherein the reduced contact pressure again causes a reduction of the mechanical friction phenomena and the resulting frictional heat and thus ultimately causes a reduced wear.

Claims (18)

Verschleißarmes medizinisches Implantatmaterial, Implantat oder Implantatkomponente, umfassend eine Polymermatrix, in welcher ein Latentwärmespeichermaterial dispergiert enthalten ist.Low wear medical implant material, implant or implant component, comprising a polymer matrix in which a latent heat storage material is dispersed. Implantatmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial im Wesentlichen gleichmäßig in der Polymermatrix dispergiert enthalten ist.Implant material according to claim 1, characterized that the latent heat storage material essentially evenly in the Polymer matrix is dispersed. Implantatmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ein Polyethylen mit ultrahoher Molmasse umfasst.Implant material according to claim 1 or 2, characterized in that the polymer matrix is an ultrahigh-density polyethylene Molar mass comprises. Implantatmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Molekulargewicht des Polyethylens mit ultrahoher Molmasse in einem Bereich von 3.000.000 bis 7.000.000 liegt.Implant material according to claim 3, characterized that the average molecular weight of the ultrahigh-density polyethylene Molar mass is in a range of 3,000,000 to 7,000,000. Implantatmaterial nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ein Polyaryletherketon umfasst.Implant material according to one of claims 1 or 2, characterized in that the polymer matrix is a polyaryletherketone includes. Implantatmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyaryletherketon ein Polyetherketon, ein Polyetheretherketon, ein Polyetherketonketon und/oder ein Polyetheretherketonketon ist.Implant material according to claim 5, characterized in that the polyaryl ether ketone is a polyether ketone, a polyether ether ketone, a polyether ketone ketone and / or a polyether ether ketone ketone. Implantatmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial eine Phasenumwandlungstemperatur in einem Temperaturbereich von 40 bis 60 °C aufweist.Implant material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material a phase change temperature in a temperature range of 40 to 60 ° C having. Implantatmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial insgesamt mit einem Anteil in einem Bereich von 0,2 bis 10 Vol%, bevorzugt von 1 bis 3 Vol%, in der Polymermatrix enthalten ist.Implant material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material in total in the range of 0.2 to 10% by volume, preferably from 1 to 3% by volume, contained in the polymer matrix. Implantatmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial eine Schmelzenthalpie größer 20 kJ/kg, bevorzugt größer 40 kJ/kg und besonders bevorzugt größer 80 kJ/kg, aufweist.Implant material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material a melting enthalpy greater than 20 kJ / kg, preferably greater than 40 kJ / kg and more preferably greater than 80 kJ / kg, having. Implantatmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial eine spezifische Wärmekapazität von größer 0,5 kJ/kg K, bevorzugt größer 1 kJ/kg K und besonders bevorzugt größer 1,5 kJ/kg K, aufweist.Implant material according to one of the preceding Claims, characterized in that the latent heat storage material has a specific heat capacity of greater than 0.5 kJ / kg K, preferably greater than 1 kJ / kg K and more preferably greater than 1.5 kJ / kg K, has. Implantatmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial bei seiner Phasenumwandlung seinen Aggregatzustand nicht ändert.Implant material according to one of the preceding Claims, characterized in that the latent heat storage material at its Phase transformation does not change its state of aggregation. Implantatmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial bei seiner Phasenumwandlung seinen Aggregatzustand ändert, insbesondere von fest nach flüssig.Implant material according to one of the preceding Claims, characterized in that the latent heat storage material at its Phase transformation changes its state of aggregation, in particular of fixed after liquid. Implantatmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial eine) Wachs, Wachsester, Trifettsäureester, Fettsäureester, Fettsäure, Carbonsäure, Polymer, Eiweiß, organisches Salz, anorganisches Salz und/oder hydratisiertes anorganisches Salz umfasst.Implant material according to one of the preceding Claims, characterized in that the latent heat storage material comprises a) wax, wax ester, tri fatty acid esters, fatty acid ester, Fatty acid, Carboxylic acid, Polymer, protein, organic salt, inorganic salt and / or hydrated inorganic Salt includes. Implantatmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial an ein Trägermaterial gebunden ist.Implant material according to one of the preceding Claims, characterized in that the latent heat storage material to a support material is bound. Implantatmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial verkapselt ist.Implant material according to one of the preceding Claims, characterized in that the latent heat storage material encapsulated is. Implantatmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantatmaterial RAM-extrudiert, extrudiert, press-gesintert, gepresst, spritzgegossen oder kalandriert ist.Implant material according to one of the preceding Claims, characterized in that the implant material is RAM extruded, extruded, press-sintered, pressed, injection-molded or calendered is. Verwendung des verschleißarmen medizinischen Implantatmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 16 bei der Herstellung von Implantaten und Implantatkomponenten.Use of the low-wear medical implant material according to one of claims 1 to 16 in the manufacture of implants and implant components. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantate und Implantatkomponenten Pfannen, Inlays und Gleitkomponenten für das menschliche Knie umfassen.Use according to claim 17, characterized that the implants and implant components pans, inlays and Sliding components for include the human knee.
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