AUFGABEN DER
ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper anzugeben,
der ausgezeichnete Verarbeitbarkeit, Biokompatibilität und Wasserbeständigkeit
sowie hohe Stoßfestigkeit
aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers anzugeben.
KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
Aufgrund intensiver Untersuchungen
im Hinblick auf die oben genannten Aufgaben haben die Erfinder herausgefunden,
dass ein Kompositkörper
hinsichtlich Verarbeitbarkeit, Biokompatibilität, Wasserbeständigkeit
und Stoßfestigkeit
verbessert ist, wenn ein Metallelement mit ausgezeichneter mechanischer
Festigkeit in einem Schritt vorhanden ist, in dem Calciumphosphatteilchen
(oder Calciumphosphatteilchen und ein Calciumphosphatblock), Kunstharzteilchen
I, die zumindest teilweise von vornherein vernetzt sind, und nicht-vernetzte
Kunstharzteilchen II einer Wärme/Druckbeaufschlagung
unterzogen werden. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis.
Demnach wird der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper der
vorliegenden Erfindung hergestellt, indem ein Metallelement, Calciumphosphatteilchen
(oder Calciumphosphatteilchen und ein Calciumphosphatblock), Kunstharzteilchen
I, die zumindest teilweise von vornherein vernetzt sind, und nicht-vernetzte
Kunstharzteilchen II unter Wärmebeaufschlagung
gepresst werden, wobei die Calciumphosphatteilchen (oder die Calciumphosphatteilchen
und der Calciumphosphatblock) auf zumindest einem Teil der Oberfläche des
Kompositkörpers freiliegen.
In dem Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper der
vorliegenden Erfindung werden während
des Pressen unter Wärmebeaufschlagung
die Kunstharzteilchen I unter Beibehaltung ihrer Form bis zu einem
gewissen Grad erweicht, während die
nicht-vernetzten Kunstharzteilchen II mit ihrer Thermoplastizität erweicht
oder geschmolzen werden. Enthält
der Kompositkörper
einen porösen
Calciumphosphatblock, so treten die erweichten oder geschmolzenen
Kunstharzteilchen vorzugsweise in die Poren des Calciumphosphatblocks
ein. Das Metallelement und Calciumphosphatteilchen (oder Calciumphosphatteilchen
und ein Calciumphosphatblock) sind durch die Haftung der Kunstharzteilchen an
dem Metallelement und den Calciumphosphatteilchen (oder den Calciumphosphatteilchen
und dem Calciumphosphatblock) in dem Kompositkörper fest fixiert.
In dem Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper sind
die Kunstharzteilchen I, die zumindest teilweise von vornherein
vernetzt sind, und die nicht-vernetzten
Kunstharzteilchen II vorzugsweise aneinander gebunden. Durch das
Pressen unter Wärmebeaufschlagung
werden die Kunstharzteilchen I zwecks dieser Bindewirkung unter
Beibehaltung ihrer Form bis zu einem gewissen Grad erweicht und
die Kunstharzteilchen II erweicht oder geschmolzen, um in die zwischen
den Teilchen vorhandenen Lücken
zu gelangen, wodurch ein Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper gebildet
wird. Die die Lücken
zwischen den Teilchen füllenden Kunstharzteilchen
II wirken als Bindemittel.
Im normalen Zustand sind nicht nur
die Calciumphosphatteilchen fest durch die Kunstharzteilchen I und
II fixiert, sondern auch die Kunstharzteilchen I und II fest aneinander
gebunden. Beim Schleifen und Polieren tritt jedoch eine Exfoliation
an Grenzflächen
zwischen den Calciumphosphatteilchen und den Kunstharzteilchen und
an Grenzflächen
zwischen den Kunstharzteilchen I und II auf. Der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper weist
deshalb ausgezeichnete Verarbeitbarkeit auf.
Vorzugsweise bedeckt eine Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht
die gesamte Oberfläche
des Metallelementes. Eine besonders gute Biokompatibilität weist
der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper auf, der eine die gesamte
Oberfläche
des Metallelementes bedeckende Kompositschicht hat, so dass das
Metallelement nicht freiliegt.
Das Metallelement besteht vorzugsweise aus
einem Metall oder einer Legierung, ausgewählt aus der aus reinem Titan,
Titanlegierungen und Edelstahl bestehenden Gruppe. Vorzugsweise
hat zumindest ein Teil des Metallelementes eine Dicke von 0,5 mm
oder mehr. Ein Beispiel für
bevorzugte Formen des Metallelementes ist eine Schraubenform. In
diesem Fall ist eine Kompositschicht, die aus Calciumphosphatteilchen
und Kunstharzteilchen I und II besteht, vorzugsweise auf einem Rumpf
einer Schraube ausgebildet.
Das Metallelement hat vorzugsweise
die Form eines Netzwerks. In diesem Fall ist jede Seite des Metallnetzwerks
vorzugsweise von der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht bedeckt. Hat das
Metallelement die Form eines Netzwerks, so haftet die Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht einfach
an dem Metallelement.
Ein weiteres Beispiel für bevorzugte
Formen des Metallelementes ist eine hohle Form. In diesem Fall ist
die gesamte Oberfläche
des Metallelementes vorzugsweise von einer hohlen Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht
bedeckt. Wird der hohle Kompositkörper in einen lebenden Körper implantiert,
so kann ein Knochenmaterial in den Kompositkörper gefüllt werden. Vorzugsweise hat
das Metallelement ein Fenster und der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper eine
auf das Fenster ausgerichtete Öffnung.
Im Hinblick auf Biokompatibilität sind die
Calciumphosphatteilchen vorzugsweise porös. Die mittlere Teilchengröße der Calciumphosphatteilchen
beträgt
vorzugsweise 0,001 bis 10 mm und das Calcium/Phosphor-Molverhältnis vorzugsweise
1,4 bis 2,0. Die Calciumphosphatteilchen werden vorzugsweise im
Voraus gesintert.
Sowohl die Kunstharzteilchen I als
auch die Kunstharzteilchen II bestehen vorzugsweise aus einem wasserunlöslichen
Acryl- oder Polystyrolharz, insbesondere Polymethylmethacrylat.
Der Gehalt an nicht-vernetzten Kunstharzteilchen II bezogen auf
die Gesamtmenge an Kunstharzteilchen I und II beträgt vorzugsweise
0,2 bis 50 Masse-%.
In dem Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper beträgt das Masseverhältnis der Calciumphosphatteilchen
zu den Kunstharzteichen vorzugsweise 1/9 bis 8/2.
Enthält der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper einen
Calciumphosphatblock, so ist der Calciumphosphatblock im Hinblick
auf die Biokompatibilität
vorzugsweise porös.
Das Calcium/Phosphor-Molverhältnis
beträgt
in dem Calciumphosphatblock vorzugsweise 1,4 bis 2,0. Unter praktischen
Gesichtspunkten wird ferner vorzugsweise der gesinterte Calciumphosphatblock
mit einer Dicke von mindestens 1 mm verwendet.
Das Verfahren zum Herstellen des
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der vorliegenden
Erfindung umfasst die Schritte (a) Einbringen eines Metallelementes,
der Calciumphosphatteilchen (oder Calciumphosphatteilchen und eines
Calciumphosphatblocks) und Kunstharzteilchen I und II in eine Kavität einer
Formeinrichtung derart, dass die Kunstharzteilchen die Calciumphosphatteilchen
umgeben und dass die Calciumphosphatteilchen und/oder der Calciumphosphatblock
an zumindest einem Teil der Oberfläche des Kompositkörpers freiliegen;
und (b) Pressen dieser Komponenten unter Wärmebeaufschlagung in einer
Kavität
einer Formeinrichtung, so dass die Kunstharzteilchen an das Metallelement
und die Calciumphosphatteilchen (oder Calciumphosphatteilchen und
Calciumphosphatblock) gebunden werden.
Die Calciumphosphatteilchen (und/oder
der Calciumphosphatblock) werden vorzugsweise gesintert. Ihre Sintertemperatur
liegt vorzugsweise bei 500°C
bis 1300°C.
Der Schritt des Pressens unter Wärmebeaufschlagung
erfolgt vorzugsweise im Vakuum oder in einer sauerstofffreien Atmosphäre.
Das Verfahren zum Herstellen des
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Verwendung eines hohlen
Metallelementes, das Pressen einer Mischung der Calciumphosphatteilchen
und der Kunstharzteilchen I und II, die das Metallelement umgeben, unter
Wärmebeaufschlagung,
um einen Kompositkörper
auszubilden, der das in einen Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper eingebettete
Metallelement enthält;
und das Schleifen eines Teils des Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörpers in dem
Kompositkörper
mit Metallelementeinlagerung, um einen hohlen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper auszubilden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
oben beschriebenen Verfahrens wird ein hohles Metallelement mit
einem Fenster verwendet und der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper durch Bearbeiten
an einer auf das Fenster ausgerichteten Position teilweise weggeschnitten,
um einen hohlen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper mit
einem Fenster auszubilden.
Das Verfahren zum Herstellen eines
schraubenförmigen
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sieht vor, ein schraubenförmiges Metallelement zu
verwenden, das Metallelement in einer Kavität einer Formeinrichtung mit
einer auf sein Gewinde aufgesetzten Kappe anzuordnen, eine Mischung
der Calciumphosphatteilchen und der Kunstharzteilchen I und II in
die Kavität
der Formeinrichtung zu füllen, diese
Komponenten unter Wärmebeaufschlagung
zu pressen, um einen Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper um
das Metallelement herum auszubilden; die Kappe von dem Gewinde der Schraube
zu entfernen; und den Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper um
einen Rumpf des schraubenförmigen
Metallelementes herum mit einem Gewinde zu versehen.
In obigem Verfahren wird vorzugsweise
eine Formeinrichtung verwendet, umfassend ein stationäres Formelement
mit einer sich über
seine gesamte Länge
in vertikaler Richtung erstreckenden Kavität; einen unteren Stempel, der
eine Kavität mit
einer für die
Aufnahme des mit der Kappe versehenen, schraubenförmigen Metallelementes
geeigneten Form hat und in die Kavität des stationären Formelementes
von dessen unterem Ende her eintritt; eine Schutzform, die eine
sich über
deren gesamte Länge in
vertikaler Richtung erstreckende Kavität und eine Kavität, deren
Form zur Aufnahme des mit der Kappe versehenen, schraubenförmigen Metallelementes geeignet
ist, hat und mit dem unteren Stempel in Anlage kommt; und einen
vertikal bewegbaren oberen Stempel, der an einer auf die Kavität des unteren Stempels
ausgerichteten Position eine Kavität hat, welche die gleiche Form
wie die Kavität
des unteren Stempels hat, und der von oben in die vertikale Kavität der Schutzform
eintritt, um in Anlage mit dem unteren Stempel zu kommen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
das mit der Kappe versehene, schraubenförmige Metallelement in der
Kavität
des unteren Stempels angeordnet; der untere Stempel in der Kavität des stationären Formelementes
angeordnet; die Schutzform nach unten bewegt, wodurch die Kavität der Schutzform
in Anlage mit der Kavität
des unteren Stempels kommt; eine Mischung der Calciumphosphatteilchen
und der Kunstharzteilchen I und II in die miteinander kombinierten
Kavitäten
des unteren Stempels und des Formteils gefüllt; der obere Stempel nach
unten bewegt, um die Mischung unter Wärmebeaufschlagung zu pressen,
wodurch der Caiciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper um den Rumpf des Metallelements
herum ausgebildet wird.
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist
eine Draufsicht, die ein Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
1(b) ist
eine Seitenansicht, die das in 1(a) gezeigte
Beispiel zeigt;
2(a) ist
eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
2(b) ist
eine vertikale Querschnittsansicht längs der Linie A-A in 2(a);
3(a) ist
eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
3(b) ist
eine vertikale Querschnittsansicht längs der Linie B-B in 3(a);
4(a) ist
eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
4(b) ist
eine vertikale Querschnittsansicht längs der Linie C-C in 4(a);
5(a) ist
eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
5(b) ist
eine vertikale Querschnittsansicht längs der Linie D-D in 5(a);
6(a) ist
eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
6(b) ist
eine vertikale Querschnittsansicht längs der Linie E-E in 6(a);
7(a) ist
eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
7(b) ist
eine vertikale Querschnittsansicht längs der Linie F-F in 7(a);
8(a) ist
eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
8(b) ist
eine vertikale Querschnittsansicht längs der Linie G-G in 8(a);
9(a) ist
eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
9(b) ist
eine vertikale Querschnittsansicht längs der Linie H-H in 9(a);
10(a) ist
eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
10(b) ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen Teil des in 10(a) gezeigten Beispiels
zeigt;
11(a) ist
eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
11(b) ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen Teil des in 11(a) gezeigten
Beispiels zeigt;
12 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Metallelementes
zeigt;
13 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper zeigt,
der das in 12 gezeigte
Metallelement enthält;
14(a) ist
eine Seitenansicht, die den in 13 gezeigten
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper zeigt;
14(b) ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie J-J in 14(a);
14(c) ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie K-K in 14(a);
15(a) ist
eine Seitenansicht, die ein weiteres Beispiel des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers der
vorliegenden Erfindung zeigt;
15(b) ist
eine Querschnittsansicht, die das in 15(a) gezeigte
Beispiel zeigt;
16 ist
eine schematische Ansicht, die den Aufbau der Einrichtung zur Druck/Wärmebeaufschlagung
unter Vakuum zeigt;
17 ist
eine auseinander gezogene Querschnittsansicht der Formeinrichtung
der in 16 gezeigten,
zur Druck/Wärmebeaufschlagung
unter Vakuum bestimmten Einrichtung
18 ist
eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in
dem ein Metallelement, eine Mischung und ein Calciumphosphat in eine
Kavität
einer in 17 gezeigten
Formeinrichtung gefüllt
werden;
19(a) ist
eine Querschnittsansicht, die den Schritt zum Herstellen eines plattenförmigen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers zeigt,
bei dem ein zylindrisches Metallelement und eine Mischung in eine
Kavität
der Formeinrichtung der zur Druck/Wärmebeaufschlagung unter Vakuum
bestimmten Einrichtung gefüllt
werden;
19(b) ist
eine Querschittsansicht, die den Schritt zur Herstellung eines plattenförmigen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers zeigt,
bei dem das Metallelelement und die Mischung, die in die Kavität der Formeinrichtung
gefüllt sind,
unter Druckbeaufschlagung erwärmt
werden;
20(a) ist
eine Querschnittsansicht, die den Schritt zum Herstellen eines plattenförmigen Kompositkörpers mit
eingebettetem Metallelement zeigt, bei dem ein zylindrisches Metallelement
und eine Mischung in eine Kavität
der Formeinrichtung der zur Druck/Wärmebeaufschlagung unter Vakuum bestimmten
Einrichtung gefüllt
werden;
20(b) ist
eine Querschnittsansicht, die den Schritt zum Herstellen eines Kompositkörpers mit
eingebettetem Metallelement zeigt, bei dem das Metallelement und
die Mischung, die in die Formkavität gefüllt sind, unter Druckbeaufschlagung
erhitzt werden;
21 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Kompositkörper mit eingebettetem zylindrischem Metallelement
zeigt, den man durch den in 20 gezeigten
Prozess erhält;
22(a) ist
eine Seitenansicht, die den in 21 gezeigten
Kompositkörper
mit eingebettetem zylindrischem Metallelement zeigt;
22(b) ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie L-L in 22(a);
22(c) ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie M-M in 22(a);
23 ist
eine Querschnittsansicht, die den Schritt zeigt, bei dem eine Kappe
auf eine Metallschraube gesetzt wird, um den in 15 gezeigten Kompositkörper herzustellen;
24 ist
eine vertikale Querschnittsansicht, die die Formeinrichtung der
zur Druck/Wärmebeaufschlagung
unter Vakuum bestimmten Einrichtung zeigt, die der Herstellung des
in 15 gezeigten schraubenförmigen Kompositkörpers dient;
25 ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie N-N in 24;
26(a) ist
eine Draufsicht, die eine Schutzform zeigt, die in der in 24 gezeigten, zur Druck/Wärmebeaufschlagung
unter Vakuum bestimmten Einrichtung verwendet wird;
26(b) ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie O-O in 26(a);
26(c) ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie P-P in 26(a);
26(d) ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie Q-Q in 26(a);
26(e) ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie R-R in 26(a);
27 ist
eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in
dem die Mischung in die Formeinrichtung der zur Druck/Wärmebeaufschlagung
unter Vakuum bestimmten Einrichtung gefüllt ist, wobei die mit der
Kappe versehene Schraube darin angeordnet ist;
28(a) ist
eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in
dem die Mischung unter Druckbeaufschlagung erhitzt wird, wobei die mit
der Kappe versehene Schraube in der Formeinrichtung fixiert ist;
28(b) ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie S-S in 28(a);
29 ist
eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in
dem das Formteil nach der Druck- und Wärmebeaufschlagung aus der Formeinrichtung
entnommen ist;
30 ist
eine Querschnittsansicht, die das Entfernen der Kappe von dem geformten
Produkt zeigt; und
31 ist
eine Querschnittsansicht, die zeigt, wie das geformte Produkt mit
einem Gewinde versehen wird.
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
[1] Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper
Der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper enthält Calciumphosphatteilchen (oder
Calciumphosphatteilchen und einen Calciumphosphatblock), Kunstharzteilchen
I, die zumindest teilweise von vornherein vernetzt sind, und nicht-vernetzte
Kunstharzteilchen II.
(1) Metallelement
Das Metallelement unterliegt keinen
Beschränkungen,
sofern es ausreichende Festigkeit aufweist, um in dem Kompositkörper als
Verstärkung zu
fungieren, und keinen schädigenden
Einfluss auf den menschlichen Körper
ausübt.
Es kann aus üblicherweise
verwendeten Materialien bestehen. Das Metallelement besteht vorzugsweise
aus mindestens einem Metall oder einer Legierung, ausgewählt aus der
aus reinem Titan, Titanlegierungen und Edelstahl bestehenden Gruppe.
Das Metallelement hat vorzugsweise
die Form einer Säule,
eines Zylinders, einer Schraube, eines Netzwerks oder einer Platte.
Der Außendurchmesser
des säulenförmigen Metallelementes
ist vorzugsweise gleich dem des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers oder
etwa 1 bis 5 mm kleiner als dieser. Die Höhe des Metallelementes beträgt vorzugsweise
etwa 0,5 mm bis 100 mm, obgleich diesbezüglich keine besonderen Beschränkungen
bestehen, sofern das Metallelement kürzer als der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper ist.
Bei Verwendung des schraubenförmigen
Metallelementes beträgt
der Außendurchmesser des
Schraubenrumpfes vorzugsweise 1 bis 10 mm. Wird ein zylindrisches
Metallelement verwendet, so beträgt
die Dicke des Metallelementes vorzugsweise 0,5 mm bis 20 mm. Ist
die Dicke des Metallelementes kleiner als 0,5 mm, so ist das Metallelement
nicht stark genug, um in dem Kompositkörper als Verstärkung zu
fungieren. Übersteigt
dagegen die Dicke des Metallelementes 20 mm, so weist der Kompositkörper schlechte
Verarbeitbarkeit und Biokompatibilität auf.
Das Metallnetzwerk besteht vorzugsweise aus
Drähten,
die einen Durchmesser von 3 mm oder weniger haben. Die Zahl an Netzwerklöchern unterliegt
keiner besonderen Beschränkung;
die Netzwerklöcher
können
klein oder groß sein.
Um für
eine verbesserte Haftung an Kunstharzen zu sorgen, kann die Oberfläche des
Metallelementes vor der Wärme/Druckbeaufschlagung
einer hafterzeugenden Behandlung etc. unterzogen werden.
Ist das Metallelement plattenförmig, so
hat es vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,5 bis 5 mm. Das Metallelement
ist vorzugsweise mit mehreren Durchgangslöchern versehen, die senkrecht
zu dessen Ebene angeordnet sind. Ist das plattenförmige Metallelement
vollständig
mit dem Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper bedeckt, so können die
Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschichten auf
beiden Seiten des Metallelementes über die Durchgangslöcher miteinander
verbunden sein. Die Durchgangslöcher
sind vorzugsweise in gleichen Abständen voneinander angeordnet.
Der flächenmäßige prozentuale
Anteil der Durchgangslöcher
an dem Metallelement beträgt
vorzugsweise 5 bis 90 %. Beträgt
die Gesamtfläche
der Durchgangslöcher
weniger als 5 %, so ist die Kontaktfläche der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschichten
zu klein, so dass sie sich leicht von dem Metallelement ablösen. Übersteigt
sie dagegen 90 %, so weist das Metallelement nicht genügend Festigkeit
als Verstärkung
auf.
Das Metallelement ist (a) vorzugsweise
hohl, (b) hat ein oberes Ende und ein unteres Ende, von denen mindestens
eines offen ist, und (c) hat ein oder mehrere Fenster. Es hat demnach
die Form eines Zylinders mit kreisförmigem, ovalem oder rechteckigem Querschnitt. 12 zeigt ein spezielles
Beispiel eines solchen Metallelementes. Dieses Metallelement 200 ist
ein Zylinder mit rechteckigem Querschnitt und einem Paar Fenster 221 in
jeder Seitenwand. Das zylindrische, mit Fenstern versehene Metallelement kann
einen zylindrischen, mit Fenstern versehenen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper bilden.
Wird der zylindrische, mit Fenstern versehene Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper in
einen lebenden Körper
implantiert, so gelangen Osteoblaste und Körperflüssigkeit einfach in dessen hohlen
Teil, so dass sich der Knochen einfach um den Kompositkörper herum
regeneriert.
Die Zahl an Fenstern in dem Metallelement beträgt in der
Praxis, obgleich dies keine besondere Beschränkung darstellt, 5 oder weniger,
vorzugsweise 4 oder weniger in jeder Fläche, wenn der zylindrische
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper einen
rechteckigen Querschnitt hat. Die Gesamtfläche der Fenster 221 beträgt vorzugsweise
80 % oder weniger der Fläche
jeder Seitenwand. Wenn die Gesamtfläche der Fenster 221 mehr
als 80 % beträgt,
so hat das Metallelement nicht genügend Festigkeit, um als Verstärkung für den Kompositkörper zu wirken.
(2) Calciumphosphatteilchen
In den Calciumphosphatteilchen beträgt das Calcium/Phosphor-Molverhältnis vorzugsweise
1,4 bis 2,0. Spezielle Beispiele für die Calciumphosphatteilchen
sind Apatite wie Hydroxylapatit und Fluorapatit, Calciumphosphate
wie Tricalciumphosphat und Tetracalciumphosphat, sowie deren Mischpulver.
Die Calciumphosphatteilchen können poröse oder
dichte Teilchen sein, obgleich poröse zu bevorzugen sind. Sind
die Calciumphosphatteilchen porös, so
beträgt
ihre Porosität
vorzugsweise 20 bis 70 %. Die Poren der porösen Teilchen können unterschiedliche
Größe haben,
vorzugsweise haben sie jedoch Durchmesser von 10 bis 2000 μm.
Vorzugsweise sind die Teilchengrößen der Calciumphosphatteilchen
so eingestellt, dass ihr mittlerer Teilchendurchmesser 0,001 bis
10 mm beträgt. Noch
besser beträgt
der mittlere Teilchendurchmesser der Calciumphosphatteilchen 0,01
bis 6 mm. Ist der mittlere Teilchendurchmesser der Calciumphosphatteilchen größer als
10 mm, so lösen
sich die Calciumphosphatteilchen während des Gebrauchs leicht von
dem Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper. Ist er dagegen kleiner
als 0,001 mm, so agglomerieren sie leicht, wodurch geringe Dispergierbarkeit
und hohe Kosten entstehen.
Die Calciumphosphatteilchen werden
vorzugsweise gesintert, bevor sie unter Wärmebeaufschlagung gepresst
werden. Die Sintertemperatur beträgt vorzugsweise 500 bis 1300°C und noch
besser 700 bis 1200°C.
Liegt die Sintertemperatur unter 500°C, so brechen die Calciumphosphatteilchen leicht
zusammen. Insbesondere die porösen
Calciumphosphatteilchen werden deformiert und verlieren ihre Porosität, da die
Poren durch die Druckbeaufschlagung brechen. Liegt die Sintertemperatur
oberhalb von 1300°C,
so wird die Calciumphosphatverbindung in unerwünschter Weise zersetzt oder
in ihrer Qualität
gemindert.
Die Sinterzeit, während der die oben genannte
Sintertemperatur gehalten wird, beträgt vorzugsweise 1 bis 10 Stunden.
Ist die Sinterzeit kürzer als
1 Stunde, so würden
die Calciumphosphatteilchen trotz Sintern keinen ausreichenden Verstärkungseffekt
bewirken. Ist dagegen die Sinterzeit länger als 10 Stunden, so erreicht
man keinen weiteren Effekt, und es steigen lediglich die Kosten.
Die Sinterzeit beträgt
noch besser 2 bis 5 Stunden. Obgleich diesbezüglich keine bestimmten Beschränkungen bestehen,
ist die Sinteratmosphäre
vorzugsweise Luft, um die Zersetzung der Calciumphosphatteilchen
zu verhindern.
(3) Kunstharzteilchen
Die Kunstharzteilchen umfassen Kunstharzteilchen
I, die zumindest teilweise von vornherein vernetzt sind, und nicht-vernetzte
Kunstharzteilchen II. Hinsichtlich der zumindest teilweise von vornherein vernetzten
Kunstharzteilchen I und der nicht-vernetzten Kunstharzteilchen II bestehen
keine besonderen Beschränkungen,
sofern sie den menschlichen Körper
nicht schädigen.
Hierfür
können
aus dem Stand der Technik bekannte Materialien verwendet werden. Die
Kunstharzteilchen I und II enthalten vorzugsweise ein wasserunlösliches
Acryl- oder Polystyrolharz und dergleichen, insbesondere Polymethylmethacrylat.
Für die
Kunstharzteilchen I und II können die
gleichen oder verschiedene Materialien verwendet werden.
Die Kunstharzteilchen I und II haben
jeweils einen mittleren Teilchendurchmesser von vorzugsweise 0,05
bis 500 μm,
noch besser von 0,1 bis 100 μm.
Auch sind die mittleren Teilchendurchmesser der Kunstharzteilchen
vorzugsweise kleiner als der der Calciumphosphatteilchen.
Der Gehalt an Kunstharzteilchen II
beträgt vorzugsweise
0,2 bis 50 Masse-%, bezogen auf den Gesamtgehalt an Kunstharzteilchen
I und II. Ist der Gehalt an Kunstharzteilchen II kleiner als 0,2
%, so ist der Kompositkörper
nicht ausreichend stabil in Wasser. Ist dagegen der Gehalt größer als
50 Masse-%, so ist es nicht nur wahrscheinlich, dass die Kunstharzteilchen
II in dem Schritt, in dem unter Wärmebeaufschlagung gepresst
wird, in die porösen
Calciumphosphatteilchen eindringen, sondern der resultierende Kompositkörper ist
auch schlecht verarbeitbar.
(4) Calciumphosphatblock
Der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper der
vorliegenden Erfindung kann einen Calciumphosphatblock enthalten
oder auch nicht. Enthält
er den Calciumphosphatblock, so ist dessen Zusammensetzung vorzugsweise
gleich der der Calciumphosphatteilchen.
Der Calciumphospatblock kann porös oder kompakt
sein, obgleich ein poröser
Calciumphosphatblock bevorzugt wird. Ist der Calciumphosphatblock
porös,
so beträgt
seine Porosität
vorzugsweise 5 bis 90 %. Die Poren des Calciumphosphatblocks können zwar
verschiedene Größen haben,
vorzugsweise haben sie jedoch einen Durchmesser von 20 bis 200 μm.
Obgleich diesbezüglich keine besonderen Beschränkungen
bestehen, kann der Calciumphosphatblock die Form einer rechteckigen
Säule oder
einer kreisförmigen
Säule haben.
Die Dicke des Calciumphosphatblocks beträgt aus praktischen Erwägungen vorzugsweise
1 mm oder mehr, obgleich diesbezüglich
keine besonderen Beschränkungen bestehen,
sofern der Calciumphosphatblock dünner als der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper ist.
(5) Struktur des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers
In dem Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper der
vorliegenden Erfindung liegen die Calciumphosphatteilchen (oder
die Calciumphosphatteilchen und der Calciumphosphatblock) zumindest
an einem Teil von dessen Oberfläche
frei.
Die 1 bis 11 und die 13 bis 15 zeigen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper gemäß unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung, ohne dass die vorliegende Erfindung
darauf beschränkt
sein soll. Obgleich keine besonderen Beschränkungen diesbezüglich bestehen,
kann der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper die
Form einer rechteckigen Säule,
einer kreisförmigen
Säule,
einer Platte, eines Zylinders, einer Schraube oder einer Kombination
davon haben. Die 1 bis 9 zeigen
Beispiele für
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper in Gestalt einer kreisförmigen Säule. Die 10 und 11 zeigen
Beispiele für
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper in
Gestalt einer Platte. Die 13 und 14 zeigen Beispiele für Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper in
Gestalt eines Zylinders. 15 zeigt
ein Beispiel für
einen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper in Gestalt einer Schraube.
Die 1 bis 6 zeigen Beispiele für Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper, die
jeweils einen Calciumphosphatblock enthalten. Die 7 bis 11 und die 13 bis 15 zeigen Beispiele für Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper jeweils
ohne Calciumphosphatblock.
1(a) ist
eine Draufsicht, die einen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper zeigt,
und 1(b) ist eine Seitenansicht
davon. Der in den 1(a) und 1(b) gezeigte Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hat eine
dreischichtige Struktur, umfassend eine obere aus einem Calciumphosphatblock 300 bestehende
Schicht, eine mittlere, aus einer Mischung der Calciumphosphatteilchen
und der Kunstharzteilchen bestehende Schicht (Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a)
und eine untere Schicht, die von dem an der mittleren Schicht haftenden
Metallelement 200 gebildet ist. Die in der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a enthaltenen
Kunstharzteilchen bestehen aus Kunstharzteilchen I, die zumindest
teilweise von vornherein vernetzt sind, und nicht-vernetzten Kunstharzteilchen
II. Die vernetzten Kunstharzteilchen I und die nicht-vernetzten
Kunstharzteilchen II umgeben die Calciumphosphatteilchen 100 und
fixieren diese in einer dicht gedrängten Anordnung. Die Calciumphosphatteilchen 100 liegen an
der Oberfläche
der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a frei.
In den 2 bis 9 ist jeweils (a) eine Draufsicht, die
einen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper zeigt,
und (b) dessen vertikale Querschnittsansicht. Der in den 2(a) und 2(b) gezeigte Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hat
eine dreischichtige Struktur, die einen zylindrischen Calciumphosphatblock 300,
eine darin enthaltene Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a und ein
in der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a enthaltenes
zylindrisches Metallelement 200 umfasst. Die Zusammensetzung der
Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a kann die gleiche
sein wie in dem in 1 gezeigten Beispiel.
Die 3 bis 5 zeigen Beispiele für Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper, die
jeweils ein zylindrisches Metallelement 200 umfassen, das
dessen Seitenfläche
bedeckt. Der in den 3(a) und 3(b) gezeigte Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hat
eine Struktur, die eine aus einem Metallelement 200 bestehende äußere Schicht,
eine darin enthaltene Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a und
zwei Calciumphosphatblöcke 300, 300 umfasst,
die an der oberen und der unteren Fläche des Kompositkörpers in der
Mitte der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a freiliegen.
Die Zusammensetzung der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a kann die
gleiche sein wie in dem in 1 gezeigten
Beispiel.
Der in den 4(a) und 4(b) gezeigte
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hat eine
Struktur, die ein Metallelement 200 mit einer mittigen
horizontalen Trennwand, zwei kreisförmige, säulenförmige Calciumphosphatblöcke 300, 300,
die auf beiden Seiten der Trennwand angeordnet sind, sowie Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschichten 3a umfasst,
die zwischen die Trennwand des Metallelementes und die Calciumphosphatblöcke 300, 300 eingebracht
sind. In den übrigen
Bereichen kann der Kompositkörper
gleich dem in 3 gezeigten sein.
Der in den 5(a) und 5(b) gezeigte
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hat eine
Struktur, die eine von einem Metallelement 200 gebildete äußere Schicht
und eine innere Schicht umfasst, die von einer aus einer Mischung
der Calciumphosphatteilchen 100 und der Kunstharzteilchen bestehenden
Mischung und zwei Calciumphosphatblöcken 300, 300 gebildet
ist, zwischen denen sich die Kompositschicht 3a in einer
Sandwichanordnung befindet. Die Zusammensetzung der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a kann
die gleiche wie in dem in 1 gezeigten
Beispiel sein.
Der in den 6(a) und 6(b) gezeigte
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hat eine
Struktur, die einen zylindrischen Calciumphosphatblock 300 (äußere Schicht),
eine in dem Calciumphosphatblock 300 enthaltene Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a (mittlere Schicht)
und eine in der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a enthaltene
kreisförmige Metallsäule 200 umfasst.
Die Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a schließt das säulenförmige Metallelement 200 ein.
Die Zusammensetzung der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a kann
die gleiche wie in dem in 1 gezeigten
Beispiel sein.
Der in den 7(a) und 7(b) gezeigte
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hat eine
Doppelschichtstruktur, die eine Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a und
eine Schicht umfasst, die von einem Metallelement 200 gebildet ist,
das an der unteren Fläche
der Calciumphosphat- Kunstharz-Kompositschicht 3a haftet.
Die Zusammensetzung der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a kann
die gleiche wie in dem in 1 gezeigten
Beispiel sein.
Der in 8(a) und 8(b) gezeigte Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hat
eine Doppelschichtstruktur, die eine zylindrische Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a (äußere Schicht)
und ein säulenförmiges Metallelement 200 (innere
Schicht) umfasst, das an der Innenfläche der zylindrischen Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a haftet.
Die Zusammensetzung der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a kann die
gleiche wie in dem in 1 gezeigten
Beispiel sein.
Der in den 9(a) und 9(b) gezeigte
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hat eine
Doppelschichtstruktur, die eine von einem zylindrischen Metallelement 200 gebildete äußere Schicht und
eine innere Schicht umfasst, die von einer an dem Metallelement 200 haftenden
Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a gebildet
ist. Die Zusammensetzung der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a kann
die gleiche wie in dem in 1 gezeigten
Beispiel sein.
Der in 10(a) und 10(b) gezeigte plattenförmige Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper umfasst
ein netzwerkförmiges
Metallelement 200 und eine Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a,
welche die gesamte Oberfläche
des Metallelementes 200 bedeckt. Die Zusammensetzung der
Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a kann
die gleiche wie in dem in 1 gezeigten
Beispiel sein.
Der in den 11(a) und 11(b) gezeigte
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper umfasst
ein plattenförmiges
Metallelement 200 und eine Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a,
welche die gesamte Fläche
des Metallelementes 200 bedeckt. Das Metallelement 200 hat
mehrere Durchgangslöcher 230,
die in konstanten Abständen voneinander
angeordnet sind. Wie in 11(b) gezeigt,
füllt die
Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a die Durch gangslöcher 230,
so dass die auf beiden Seiten des Metallelementes 200 angeordneten
Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschichten 3a miteinander
verbunden sind. Dadurch wird verhindert, dass sich die Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a leicht
von dem Metallelement 200 ablöst. Die Zusammensetzung der
Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a kann die gleiche
wie in dem in 1 gezeigten Beispiel
sein.
Die 13 und 14 zeigen ein weiteres Beispiel für den Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper. Dieser
Kompositkörper
hat eine zylindrische Form mit rechteckigem Querschnitt und ist
durch ein in 12 gezeigtes
Metallelement 200 und eine Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a gebildet,
die das Metallelement 200 in seiner Gesamtheit bedeckt.
14(a) ist
eine Seitenansicht, die den Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper nach 13 zeigt, 14(b) ist eine Querschnittsansicht längs der
Linie J-J in 14(a),
und 14(c) ist eine Querschnittsansicht
längs der
Linie K-K in 14(a).
Dieser Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hat Öffnungen 31,
die auf die Fenster 221 des Metallelementes 200 ausgerichtet
sind. Wie in 14(b) gezeigt,
sind die inneren und die äußeren Flächen des
Metallelementes 200 und die Seitenflächen der Fenster 221 mit
der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a bedeckt.
Wie in 14(c) gezeigt
ist, ist das Metallelement 200 an keiner Stelle freiliegend,
da die obere Fläche 222 und
die untere Fläche 223 des
Metallelementes 200 auch mit der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a bedeckt
sind. Das zylindrische, mit Fenstern versehene Metallelement 200 ist mit
anderen Worten vollständig
in der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a eingebettet.
15(a) zeigt
einen schraubenförmigen Kompositkörper von
der Seite, und 15(b) zeigt dessen
vertikalen Querschnitt. Dieser schraubenförmige Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper umfasst
eine Metallschraube 200 mit einem im Wesentlichen konisch
geformten Gewinde 201, einem Rumpf 202, dessen
Außendurchmesser
kleiner als der Basisdurchmesser des konischen Gewindes 201 ist,
und einen Kopf 203, dessen Außendurchmesser größer als
der Basisdurchmesser des konischen Gewindes 201 ist; und
eine Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a,
die den Rumpf 202 bedeckt. Das Gewinde 201 und
die Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a haben
jeweils eine Gewindeoberfläche.
Der Rumpf 202 hat vorzugsweise eine unregelmäßige Oberfläche, um die
Anhaftung an die Kunstharzteilchen I und II zu erhöhen. Der
Schraubenkopf 203 hat eine plus- oder minus-geformte Ausnehmung 203, über die
der schraubenförmige
Kompositkörper 200 gedreht
werden kann. Wie in dem in 1 gezeigten
Beispiel besteht die Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a aus einer
homogenen Mischung der Calciumphosphatteilchen 100 und
der Kunstharzteilchen I und II. Die Calciumphosphatteilchen 100 liegen
an der Oberfläche
der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a frei.
[2] Herstellung des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers
(1) Erstes Ausführungsbeispiel
Die vorliegende Erfindung wendet
ein mit Druck/Wärmebeaufschlagung
arbeitendes Verfahren an, um den Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper herzustellen.
Der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper kann einen Calciumphosphatblock
enthalten oder auch nicht. Die weiter unten folgende Erläuterung
bezieht sich hauptsächlich
auf die Herstellung eines einen Calciumphosphatblock enthaltenden
Kompositkörpers. Den
Kompositkörper
ohne Calciumphosphatblock kann man nach einem ähnlichen mit Druck/Wärmebeaufschlagung
arbeitenden Verfahren erhalten.
(a) Herstellung des Calciumphosphatblocks
Der Calciumphosphatblock kann nach
herkömmlichen
Verfahren hergestellt werden, vorzugsweise wird er jedoch nach den
in JP 2-167868 A und JP 8-48583 A beschriebenen Verfahren, Schäumverfahren
und Verfahren hergestellt, in denen thermisch zersetzbare Kügelchen
zugegeben werden. Das zum Herstellen eines Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörpers bestimmte
Verfahren, das in JP 2-167868 A beschrieben ist, ist ein Verfahren
(I), bei dem ein Brei oder ein flüssige Gel, der bzw. das Calciumphosphatverbindungspulver
und ein Polymermaterial enthält,
aufgeschäumt
und dann eingedickt oder geliert wird und der resultierende aufgeschäumte Körper erforderlichenfalls
gesintert wird. Das zum Herstellen eines Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörpers bestimmte
Verfahren, das in JP 8-48583 A beschrieben ist, ist ein Verfahren
(II), bei dem Polysaccharidteilchen und Keramikteilchen gemischt und
zu einem Grünling
komprimiert werden, der dann gesintert wird.
(b) Herstellung des Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörpers
(I) Einrichtung zur Druck/Wärmebeaufschlagung
Bevorzugte Verfahren zum Herstellen
des Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers unter Druck/Wärmebeaufschlagung
sind ein Verfahren, bei dem ein Metallelement, eine die Calciumphosphatteilchen
und die Kunstharzteilchen I und II enthaltende Mischung und ein
Calciumphosphatblock zwischen zwei mit einer Wärmequelle verbundene Formteile
gebracht wird, die unter Druckbeaufschlagung erwärmt werden. Die Druck/Wärmebeaufschlagung
wird vorzugsweise im Vakuum oder in einer Atmosphäre eines
inerten Gases wie N2, He und Ar durchgeführt.
Die 16 bis 18 zeigen ein Beispiel für Einrichtungen
zum Durchführen
einer Druck/Wärmebehandlung
im Vakuum oder in einer Atmosphäre
aus inertem Gas. In 16 hat
die Einrichtung 1 zur Druck/Wärmebeaufschlagung eine mit
einer Vakuumpumpe 7 versehene Vakuumkammer 6,
ein darin angeordnetes stationäres
Formelement 2, zwei Stempel 4a und 4b zum
Pressen eines Metallelementes, eine Mischung der Calciumphosphatteilchen und
der Kunstharzteilchen I und II sowie einen Calciumphosphatblock,
der unter Wärmebeaufschlagung in
eine Kavität 2a des
stationären
Formelementes 2 eingebracht wird, und Rammen 5a und 5b zum
Antreiben der Stempel 4a und 4b. In dem stationären Formelement 2 kann
ein Thermoelement (nicht gezeigt) zum Messen der Wärmebehandlungstemperatur
angeordnet sein. Eine Gaspumpe 11 ist an ein Gaseinlasselement
und einen Gasbehälter
(nicht gezeigt) angeschlossen.
Die Rammen 5a und 5b werden
jeweils von einem Pressantriebsmechanismus 9 mit elektrischer Energie,
die von einer mit einem Anschluss (nicht gezeigt) verbundenen Stromversorgung 8 empfangen wird,
angetrieben, um die Mischung 3 unter Wärmebeaufschlagung der Stempel 4a und 4b zu
pressen. Ein Steuermittel 10 ist mit dem Pressantriebsmechanismus 9,
der Stromversorgung 8, der Vakuumpumpe 7 und dem
Thermoelement verbunden, um die Heiztemperatur in dem stationären Formelement 2 und
das Vakuum in der Vakuumkammer 6 einzustellen.
Wie in 17 gezeigt,
hat das stationäre Formelement 2 eine
Ringstruktur mit einer Kavität 2a, die
einen kreisförmigen,
ovalen oder rechteckigen Querschnitt hat. Die Stempel 4a und 4b sind
jeweils im Querschnitt etwas kleiner als die Kavität 2a,
so dass sie sich in der Kavität 2a des
stationären
Formelementes 2 nach oben und unten bewegen können. Die
Stempel 4a und 4b sind an den Rammen 5a bzw. 5b befestigt.
(II) Einfüllen
Das Metallelement, eine die Calciumphosphatteilchen
und die Kunstharzteilchen I und II enthaltende Mischung und der
Calciumphosphatblock werden so in die Kavität des stationären Formelementes 2 gefüllt, dass
die Calciumphosphatteilchen und der Calciumphosphatblock zumindest
an einem Teil der Oberfläche
des resultierenden Kompositkörpers
freiliegen und dass die Kunstharzteilchen I und II die Calciumphosphatteilchen
umgeben.
Das Massenverhältnis der Calciumphosphatteilchen
zu den Kunstharzteilchen beträgt
vorzugsweise 1/9 bis 8/2. Beträgt
das Massenverhältnis der
Calciumphosphatteilchen mehr als 8/2, so sind die Calciumphosphatteilchen
nicht vollständig
von den Kunstharzteilchen umgeben, was dazu führt, dass sich die Calciumphosphatteilchen
leicht lösen. Ist
dagegen das Massenverhältnis
der Calciumphosphatteilchen kleiner als 1/9, so ist in dem Kompositkörper der
Gehalt an Calciumphosphat zu gering, was zu einer geringen Biokompatibilität führt.
Wird beispielsweise der in den 1(a) und (b) gezeigte
Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hergestellt,
so werden das Metallelement 200, die Mischung 3a der
Calciumphosphatteilchen und der Kunstharzteilchen I und II sowie der
Calciumphosphatblock 300 in dieser Reihenfolge in die Kavität 2a des
in 16 gezeigten stationären Formelementes 2 gefüllt, wie
in 18 gezeigt ist. Wird
in einem anderen Fall der in 10 oder 11 gezeigte Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper hergestellt,
so wird eine Mischung der Calciumphosphatteilchen und der Kunstharzteilchen
I und II bis zu einer Höhe
von etwa 5 bis 10 mm in die Kavität 2a gefüllt und
anschließend
ein netzwerk- oder plattenförmiges
Metallelement 200 in die Kavität 2a gelegt, wie in 19(a) gezeigt ist. Die Mischung 3 wird
dann weiter bis zu einer Höhe
von 5 bis 10 mm auf das Metallelement 200 zugegeben, wie
in 19(b) gezeigt ist.
Die Mischung 3 gelangt in die Maschen oder Durchgangslöcher 230 des
Metallelementes 200. Der Schritt, in dem die Materialien
in die Kavität 2a gefüllt werden,
wird in Abhängigkeit
der Struktur des herzustellenden Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers durchgeführt.
(III) Druck/Wärmebehandlung
Für
den in den 1(a) und (b) gezeigten Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper wird,
nachdem das Metallelement 200, die Mischung 3 und
der Calciumphosphatblock 300 in dieser Reihenfolge, wie
in 18 gezeigt, in die
Kavität 2a gefüllt sind,
die Vakuumkammer 6 abgedichtet und durch die Vakuumpumpe 7 bis
auf ein Vakuum von etwa 1 Pa evakuiert. Anschließend wird ein inertes Gas wie
N2, He oder Ar eingeleitet, um die Druck/Wärmebehandlung
in einer niedrigen Sauerstoffkonzentration durchzuführen, um
eine oxidative Verschlechterung der Kunstharzteilchen zu vermeiden.
Wird der Pressantriebsmechanismus 9 durch
das Steuermittel 10 betätigt,
so wird mindestens eine der Rammen 5a und 5b in
eine Richtung bewegt, in der sie sich der anderen annähert, so
dass die daran befestigten Stempel 4a und 4b die
Mischung 3 pressen. Die Pressleistung der Stempel 4a und 4b liegt
vorzugsweise bei 0,5 bis 50 MPa und noch besser bei 1,0 bis 20 MPa.
Liegt die Pressleistung unter 0,5 MPa, so wird keine ausreichende
Haftung zwischen den Kunstharzteilchen und dem Metallelement, den
Kunstharzteilchen und den Calciumphosphatteilchen und den Kunstharzteilchen
und dem Calciumphosphatblock erreicht, was dazu führt, dass
sich das Metallelement, die Calciumphosphatteilchen und der Calciumphosphatblock
leicht von dem resultierenden Kompositkörper lösen. Bei mehr als 50 MPa ergibt
sich jedoch keine entsprechend verbesserte Formbeständigkeit,
vielmehr treten Probleme auf, wie z.B. das Zusammenbrechen der Calciumphosphatteilchen
und des Calciumphosphatblocks.
Die Stempel 4a und 4b werden
durch die Stromversorgung 8 erwärmt, so dass die Mischung unter
Druck erwärmt
wird. Die Mischung 3 wird vorzugsweise nach einem vorbestimmten
Temperaturerhöhungsprogramm
erwärmt.
In diesem Fall wird die Temperatur der Mischung 3 von einem
in dem stationären
Formelement 2 angeordneten Thermoelement (nicht gezeigt)
erfasst und das Ausgangssignal des Thermoelementes an das Steuermittel 10 gesendet. Das
Steuermittel 10 erzeugt ein für eine Temperaturerhöhung nach
dem Temperaturerhöhungsprogramm
vorgesehenes Signal auf Grundlage zugeführter Temperaturdaten und sendet
es an die Stromversorgung 8. Die Stromversorgung 8 speist
die Rammen 5a und 5b gemäß einem von dem Steuermittel 10 stammenden
Befehl mit einem geeigneten Strom.
Die Heiztemperatur beträgt vorzugsweise 130°C bis 300°C und noch
besser 150°C
bis 250°C. Ist
die Heiztemperatur kleiner als 130°C, so wird eine ausreichende
Haftung zwischen den Kunstharzteilchen und dem Metallelement, den
Kunstharzteilchen und den Calciumphosphatteilchen und den Kunstharzteilchen
und dem Calciumphosphatblock nicht erreicht, was dazu führt, dass
sich das Metallelement, die Calciumphosphatteilchen und der Calciumphosphatblock
leicht von dem Kompositkörper
lösen. Eine
Heiztemperatur von mehr als 300°C
ist nicht erwünscht,
da die Kunstharzteilchen ihre Form nicht beibehalten können, was
zuweilen zu einem Schmelzzusammenschluss führt.
Die Heizzeit (Zeit, in der die Heiztemperatur gehalten
wird) beträgt
vorzugsweise 1 bis 30 Minuten. Ist die Heizzeit kürzer als
1 Minute, so kann eine ausreichende Haftung zwischen den Kunstharzteilchen
und dem Metallelement, den Kunstharzteilchen und den Calciumphosphatteilchen
und den Kunstharzteilchen und dem Calciumphosphatblock nicht erreicht
werden. Eine Heizzeit von mehr als 30 Minuten ist nicht wünschenswert,
da dies nicht zu einer verbesserten Haftung führt. Eine noch bevorzugtere Heizzeit
beträgt
3 bis 10 Minuten.
Nach der Druck/Wärmebehandlung wird der Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper auf
Raumtemperatur abgekühlt
und aus dem stationären
Formelement entfernt. Liegen die Calciumphosphatteilchen nicht in
ausreichendem Maße
an der Oberfläche
des Kompositkörpers
frei, so kann die Oberfläche
geschliffen werden.
(2) Zweites Ausführungsbeispiel
Die Herstellung des in den 13 und 14 gezeigten
zylindrischen Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörpers gemäß zweitem
Ausführungsbeispiel
ist die gleiche wie die gemäß erstem Ausführungsbeispiel,
abgesehen davon, dass eine Mischung 3 aus Calciumphosphatteilchen
und Kunstharzteilchen I und II und ein Metallelement 200 in
die Kavität 2a des
stationären
Formelementes 2 gefüllt wird.
Nachfolgend werden deshalb die Unterschiede der Prozesse beschrieben.
Wie in 20(a) gezeigt,
wird eine Mischung 3 aus den Calciumphosphatteilchen und
den Kunstharzteilchen I und II in die Kavität des stationären Formelementes 2 gefüllt, so
dass die Mischung 3 gleichmäßig auf der Bodenfläche der
Kavität 2a liegt. Nachdem
die Mischung 3 auf eine Höhe von etwa 5 bis 10 mm angewachsen
ist, wird das Metallelement 200 in die Kavität 2a und
anschließend
weiter die Mischung 3 in die Kavität 2a eingebracht,
so dass die Mischung 3 innerhalb und außerhalb des Metallelementes 200 vorhanden
ist. Da die Mischung 3 auch außerhalb des Metallelementes 200 eingefüllt wird, ist
die Innenabmessung der Kavität 2a etwa
3 bis 10 mm größer als
die Außenabmessung
des Metallelementes 200.
Wie in 20(b) gezeigt,
wird, wenn die Mischung 3 in einer Höhe von etwa 5 bis 10 mm auf dem
Metallelement 200 liegt, der Inhalt der Kavität 2a unter
Wärmebeaufschlagung
gepresst. Die Druck/Wärmebehandlung
liefert einen Kompositkörper 400,
der von dem Metallelement 200 und einer Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a, welche
die gesamte Oberfläche
des Metallelementes 200 bedeckt, gebildet ist, wie in den 21 und 22 gezeigt
ist. Man lässt
dann den Kompositkörper 400 auf
Raumtemperatur abkühlen,
worauf er aus der Kavität
des Formelementes genommen wird. Dieser Kompositkörper ist
ein Festkörper,
der das Metallelement 200 enthält, der in dem Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht
eingebettet ist, der deshalb als "Kompositkörper mit Metallelementeinlagerung
" bezeichnet wird.
22(a) ist
eine Seitenansicht, die einen zylindrischen Kompositkörper 400 mit
Metallelementeinlagerung zeigt, 22(b) ist
eine Querschnittsansicht längs
der Linie L-L in 22(a),
und 22(c) ist eine Querschnittsansicht
längs der
Linie M-M in 22(a).
Der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper innerhalb des Metallelementes 200 wird
von dem festen Kompositkörper
mit Metallelementeinlagerung weggeschnitten, um ihn zylindrisch
auszubilden. Außerdem
wird der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper an den Fenstern des Metallelementes 200 entsprechenden
Positionen geschnitten, um den zylindrischen Kompositkörper mit
Metallelementeinlagerung mit Öffnungen 31 zu
versehen. Der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper wird
so abgeschnitten, dass eine Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a vorzugsweise
in einer Dicke d von 0,5 bis 2 mm auf den inneren und äußeren Flächen und
den oberen und unteren Stirnflächen 222, 223 des
Metallelementes 200 verbleibt. Der so erhaltene zylindrische,
mit Fenstern versehene Calciumphosphat-Kunstharz-Metall-Kompositkörper umfasst
ein zylindrische, mit Fenstern versehenes Metallelement 200 und
eine Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a, die
auf der gesamten Oberfläche
des Metallelementes 200 ausgebildet ist. Die Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a ist
in den 22(b) und 22(c) an Hand der gestrichelten
Linien gezeigt.
(3) Drittes Ausführungsbeispiel
Wegen der speziellen Form des in
den 15(a) und (b) gezeigten Kompositkörpers wird dieser beispielsweise
wie folgt hergestellt. Um ein Gewinde 201 einer Metallschraube 200 während des Formprozesses
zu schützen,
wird eine zylindrische Metallkappe 210 mit einer zu dem
Gewinde 201 komplementären
Gewindebohrung auf das Gewinde 201 gesetzt, wie in 23 gezeigt ist. Die Tiefe
der Gewindebohrung 210b der Metallkappe 210 ist
so festgelegt, dass eine offene Fläche 210a der Metallkappe 210 im
Wesentlichen bündig
mit der Grundfläche 201a des
Gewindes 201 ist, wenn das Gewinde 201 vollständig in
die Gewindebohrung 210b greift. Da die Metallkappe 210 nach
dem Formen von der Metallschraube 200 entfernt wird, werden
vorzugsweise das Gewinde 201 und/oder die Gewindebohrung 210b mit
einem Trennmittel wie Silikon bedeckt, um eine leichte Abnahme zu
ermöglichen.
Die 24 und 25 zeigen ein Beispiel der Einrichtung
zur Druck/Wärmebeaufschlagung,
mit der der in 15 gezeigte schraubenförmige Kompositkörper hergestellt
wird. 24 ist eine vertikale Querschnittsansicht,
welche die Formeinrichtung in einem offenen Zustand zeigt, und 25 ist eine Querschnittsansicht
längs der
Linie N-N in 24. Die
Formeinrichtung umfasst ein stationäres Formelement 2 mit
einer durchgehenden vertikalen Kavität 2a mit rechteckigem
Querschnitt, einen unteren Stempel 4b, der von unten in
die Kavität 2a des
stationären
Formelementes 2 eintritt, eine Schutzform 12,
die von oben in die Kavität 2a des
stationären Formelementes 2 eintritt,
um gegen den unteren Stempel 4b in Anlage zu kommen, und
einen oberen Stempel 4a, der von oben in die Kavität 12a der Schutzform
eintritt, um gegen den unteren Stempel 4b in Anlage zu
kommen. Antriebsrammen 5a, 5b sind an den Stempeln 4a bzw. 4b angebracht.
Der untere Stempel 4b hat
eine halbzylindrische Kavität 14b,
um die Metallschraube 200 an einer Kopffläche aufzunehmen.
Die halbzylindrische Kavität 14b ist
in Längsrichtung
an einem Ende offen und an dem anderen Ende geschlossen. Die halbzylindrische
Kavität 14b ist
so angeordnet, dass sie zur Kavität 2a des stationären Formelementes 2 freiliegt. Der
obere Stempel 4a hat eine halbzylindrische Kavität 14a mit
der gleichen Form wie die halbzylindrische Kavität 14b des unteren
Stempels 4b in einer auf die halbzylindrische Kavität 14b ausgerichteten
Position. Die beiden halbzylindrischen Kavitäten 14a und 14b sind
in ihrer Form im Wesentlichen komplementär zur der Kappe 210 bzw.
dem Kopf 203 der Metallschraube 200.
Die 26(a) bis 26(e) zeigen die Schutzform 12; 26(a) ist eine Draufsicht
auf die Schutzform 12, 26(b) eine
Querschnittsansicht längs der
Linie O-O in 26(a), 26(c) eine Querschnittsansicht
längs der
Linie P-P in 26(a), 26(d) eine Querschnittsansicht
längs der
Linie Q-Q in 26(a) und 26(e) eine Querschnittsansicht
längs der
Linie R-R in 26(a).
Die Schutzform 12 hat eine rechteckige Form mit einer solchen Abmessung,
dass sie genau in der Kavität 2a des stationären Formelementes 2 aufgenommen
wird. Die Schutzform 12 hat eine vertikal durchgehende Kavität 12a,
deren rechteckige Form gleich der Außenform des in 26(a) gezeigten Stempels 4a ist, und
halbzylindrische Kavitäten 12b, 12c,
die sich in Längsrichtung
der Kavität 12a erstrecken,
wie in den 26(b) bis 26(e) gezeigt ist. Die halbzylindrischen Kavitäten 12b und 12c haben
Formen, die komplementär
zu der mit der Kappe 210 versehenen Metallschraube 200 sind.
Die längs
ausgerichteten halbzylindrischen Kavitäten 12b und 12c nehmen
im Zusammenwirken mit der halbzylindrischen Kavität 14b des
unteren Stempels 4b die Metallschraube 200 in einer
exakten Position auf. Die halbzylindrische Kavität 12c hat exakt die
Länge zur
Aufnahme des Schraubenkopfs 203 (Länge gleich der Dicke des Schraubenkopfs 203),
so dass sie eine Schutzvorrichtung für den Schraubenkopf 203 bildet,
wenn die Metallschraube 200 in die Kavität 2a eingesetzt
wird.
Anschließend ist ein Beispiel für die Herstellung
des in 15 gezeigten schraubenförmigen Kompositkörpers unter
Verwendung der Einrichtung beschrieben, die den in den 24 bis 26 gezeigten Aufbau
hat. Ist die mit der Kappe 210 versehene Metallschraube 200 in
der halbzylindrischen Kavität 14b des
unteren Stempels 4b angeordnet, so wird zunächst der
untere Stempel 4b nach oben bewegt und etwa mittig der
Kavität 2a des
stationären
Formelementes 2 angehalten.
In diesem Zustand wird dann die Schutzform 12 nach
unten bewegt, bis die halbzylindrischen Kavitäten 12b und 12c der
Schutzform 12 mit der halbzylindrischen Kavität 14b des
unteren Stempels 4b zusammenpassen und so eine zylindrische
Kavität bilden,
in der die Kappe 210 und der Schraubenkopf 203 fixiert
sind.
In diesem Zustand wird die Mischung 3 der Calciumphosphatteilchen
und der Kunstharzteilchen I und II in die Kavität 14b des unteren
Stempels 4b und die Kavität 12a der Schutzform 12 gefüllt. Wie
in 28(a) gezeigt, wird
der obere Stempel 4a durch die Kavität 12a der Schutzform 12 nach
unten bewegt, um die Mischung 3 unter Wärmebeaufschlagung zu pressen,
so dass der resultierende Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper an
dem Metallelement (Metallschraubenkörper) 200 haftet. 28(b) zeigt einen Zustand,
in dem die Formgebung abgeschlossen ist.
Nach Abschluss der Formgebung werden, wie
in 29 gezeigt, der obere
und der untere Stempel 4a, 4b und die Schutzform 12 aus
dem stationären
Formelement nach außen
bewegt, und der resultierende schraubenförmige Kompositkörper, der die
Metallschraube 200 und die an der Metallschraube 200 haftende
Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a enthält, von
dem unteren Stempel 4b entfernt. Wie in 30 gezeigt, haftet die Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositschicht 3a nur
an dem Schraubenrumpf 202, jedoch nicht an der Kappe 210 und
dem Kopf 203. Die Kappe 210 kann so durch Drehen
einfach von der Metallschraube 200 abgenommen werden. Die
abgenommene Kappe 210 wird in nachfolgenden Formgebungsschritten
nach nochmaligem Aufbringen eines Trennmittels wiederverwendet.
Wie in 31 gezeigt,
wird mit Greifen des Kopfes 203 der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper um
den Rumpf 202 herum zu einer Schraubenform geschliffen.
Um einen gewissen Schleiffehler zu gestatten, wird der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper 3a in
einem beschränkten
Bereich etwas inwendig des Kopfes 203 geschliffen. Auf der
Innenfläche
des Kopfes 203 verbleibt zwar der Calciumphosphat-Kunstharz-Kompositkörper 3a in einer
geringen Menge, kann jedoch leicht entfernt werden.