DE112008000032B4

DE112008000032B4 - Verfahren zur Herstellung eines Implantats

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Publication number: DE112008000032B4
Application number: DE112008000032T
Authority: DE
Inventors: Hideki Aoki; Masashi Toyama; Hiroto Fujimaki; Hiroki Hashimoto
Original assignee: Yamahachi Dental Mfg Co
Current assignee: Yamahachi Dental Mfg Co
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2028-12-10
Also published as: US8834233B2; CN101888815A; US20100243429A1; DE112008000032T5; JP5248848B2; JP2009136632A; WO2009075095A1; CN101888815B

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Implantats, das einen Schritt des Aufrauens der Oberfläche eines Implantats durch das Sandstrahlverfahren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufrauens der Oberfläche des Implantats einen Schritt des Aufprallens von Strahlgut auf die Oberfläche des Implantats aufweist, wobei das Strahlgut Fluoroapatit aufweist, wobei das Verfahren zum Herstellen eines Implantats weiterhin aufweist: einen Schritt des Entfernens von Strahlgut, der nach dem Schritt des Aufrauens der Oberfläche des Implantats durchgeführt wird, indem Säure auf das Implantat gegeben wird, wobei das Strahlgut, das an der Oberfläche des Implantats angelagert ist, aufgelöst und entfernt wird, einen Beschichtungsschritt der Sputterbeschichtung einer auf Kalziumphosphat basierenden Materialschicht auf das Implantat nach dem Schritt des Entfernens von Strahlgut, und einen hydrothermalen Behandlungsschritt unter Verwendung einer wässrigen Alkalilösung, der nach dem Beschichtungsschritt durchgeführt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats. Bei diesem Implantat handelt es sich insbesondere um eine künstliche Zahnwurzel.
Beschreibung des Standes der Technik
Aus der DE 697 38 492 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Titanimplantats bekannt, wobei das Implantat mehrerer Sandstrahlbehandlungen unterworfen wird, und wobei die Strahlpartikel bioaktives Gas oder gesintertes Hydroxylapatit, gesintertes Tricalciumphosphat oder eine Mischung daraus enthalten.
Aus der DE 10 2004 025 030 A1 ist eine Verwendung von synthetischen Orthophosphaten, wie zum Beispiel Hydroxylapatit oder Fluorapatit als Werkstoff in der Dentalmedizin bekannt.
In der DE 60 2004 008 313 A1 ist ein Verfahren zur Oberflächenendbehandlung eines Knochenimplantats offenbart, bei dem eine Oberfläche des Implantats mit abrasiven Partikeln bestrahlt wird und bei dem die Partikel durch Ultraschall entfernt werden.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 10-99438 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnimplantats, bei welchem das Sandstrahlverfahren für die Oberflächenbehandlung des Zahnimplantats angewendet wird. Bei dem in dieser Veröffentlichung offenbarten Verfahren wird Hydroxylapatit als Strahlgut (Strahlkorn) verwendet. Und gemäß dieser Veröffentlichung wird Hydroxylapatit absichtlich in der Oberfläche eines Zahnimplantats eingebettet und wird als Knochenbildungsbeschleuniger verwendet, nachdem das Zahnimplantat in einen Kieferknochen eingesetzt ist (vergleiche die Zusammenfassung, etc.).
Hydroxylapatit zerfällt bei hohen Temperaturen von 1000°C oder höher leicht. Deshalb ist es schwierig, einen komplizierten Sinterkörper aus Hydroxylapatit herzustellen. Da Hydroxylapatit keine genügend große Härte verglichen mit Fluoroapatit aufweist, ist es deshalb schwierig ein gewünschtes Oberflächenaufrauen an der Oberfläche des Implantats angemessen durchzuführen. Andererseits ist das Strahlgut, das bei Sandstrahlverfahren verwendet wird, so hart, dass es die Oberfläche eines Implantats verkratzt, wo es tiefe Kerben oder Risse hinterlässt, wodurch die Haltbarkeit des Implantats verringert wird. Da das herkömmliche Strahlgut eine geringe Biokompatibilität aufweist und es nicht für die Knochenregeneration geeignet ist, muss das Strahlgut von einem Implantat entfernt werden, nachdem das Sandstrahlverfahren durchgeführt worden ist, um dessen Oberfläche aufzurauen. Jedoch war es problematisch, dass das Strahlgut physikalisch und chemisch nicht komplett entfernt werden konnte.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Implantaten anzugeben, das bevorzugt aufgeraute Oberflächen aufweist, und von welchem das Strahlgut angemessen entfernt wird.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, Implantate anzugeben, auf denen eine homogene und hochfeine Hydroxylapatit-Beschichtung fest aufgebracht ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats, wobei dessen Obenfläche durch das Sandstrahlverfahren unter Verwendung eines Strahlguts, das Fluoroapatit aufweist, aufgeraut wird. Obwohl Fluoroapatit eine geringere Biokompatibilität verglichen mit Hydroxylapatit aufweist, hat es eine komplizierte Kristallstruktur, welche dazu führt, dass Implantate, die aus Fluoroapatit hergestellt sind, bei hohen Temperaturen schwer zerfallen. Somit ist der komplizierte Sinterkörper aus Fluoroapatit, der bei hohen Sintertemperaturen hergestellt wird, härter als derjenige aus Hydroxylapatit, und er weist auch eine moderate Härte auf, die verglichen mit herkömmlichem Strahlgut wie beispielsweise Tonerde weich ist.
Andererseits besitzt er die Eigenschaft, in Säure leicht löslich zu sein. Bei der Durchführung des Oberflächenaufrauens durch das Sandstrahlverfahren unter Verwendung von Strahlgut, das Fluoroapatit aufweist, kann man folglich ein Implantat, das eine ganz bevorzugt raue Oberfläche aufweist, erhalten, und übrig gebliebenes Strahlgut kann leicht durch Säure entfernt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats, das einen Schritt des Aufrauens der Oberfläche eines Implantats durch das Sandstrahlverfahren aufweist, wobei der Schritt des Aufrauens der Oberfläche eines Implantats einen Schritt des Aufprallens von Strahlgut auf die Oberfläche des Implantats aufweist, wobei das Strahlgut Fluoroapatit aufweist.
Das Verfahren weist weiterhin einen Schritt des Entfernens von Strahlgut auf, der nach dem Schritt des Aufrauens der Oberfläche eines Implantats durchgeführt wird, indem Säure auf das Implantat gegeben wird.
Durch das Sandstrahlverfahren wird das Strahlgut in die Oberfläche eines Implantats eingeschnitten. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch, bei der Fluoroapatit als Strahlgut verwendet wird, kann es durch Auflösen in Säure leicht von der Oberfläche eines Implantats entfernt werden.
Weiterhin weist das Verfahren einen Beschichtungsschritt einer Sputterbeschichtung einer auf Kalziumphosphat basierenden Materialschicht auf dem Implantat nach dem Schritt des Entfernens des Strahlguts auf, und einen hydrothermalen Behandlungsschritt unter Verwendung einer wässrigen Alkalilösung, der nach dem Beschichtungsschritt durchgeführt wird.
Da die Oberfläche des Implantats wie vorstehend beschrieben aufgeraut wird, kann sie in wirksamer Weise mit einer Beschichtung (Film) aus Hydroxylapatit (kalziumphosphatbasiertes Material) durch Sputtermethoden beschichtet werden. Weiterhin wird in diesem Beschichtungsverfahren Hydroxylapatit und dergleichen fest mit einem Grundmaterial verbunden und homogen auf der Oberfläche beschichtet, so dass die Hydroxylapatit-Beschichtung nicht entfernt wird, wodurch man ein bevorzugtes Implantat erhält.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Implantats, wobei der Schritt des Aufrauens der Oberfläche eines Implantats ein Schritt ist, um dessen Oberfläche aufzurauen, so dass eine mittlere Abweichung des Oberflächenprofils (Ra) des Implantats im Bereich zwischen 0,3 μm und 3 μm gebildet wird.
Da Fluoroapatit als Strahlgut verwendet wird, kann die Oberfläche des Implantats leicht aufgeraut werden, so dass eine mittlere Abweichung des Oberflächenprofils (Ra) des Implantats im Bereich zwischen 0,3 μm und 3 μm gebildet wird. Insbesondere durch Sputterbeschichtung kann auf diese Weise eine hochfeine Hydroxylapatit–Dünnschicht homogen ausgebildet werden, die ein hervorragendes Haftvermögen an dem Grundmaterial wie beispielsweise Metall aufweist.
Das Strahlgut, das Fluoroapatit aufweist, wird mit einem Sieb gesiebt, welches Siebweitenöffnungen zwischen 12 und 100 Mesh aufweist.
Bei Verwendung des vorstehend beschriebenen Strahlguts, wie es in nachfolgend beschriebenen Beispielen dargelegt ist, kann ein Implantat mit einer bevorzugten Oberflächenrauhigkeit hergestellt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats, wobei das Implantat eine beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Implantat, wobei das Implantat eine künstliche Zahnwurzel ist, und wobei der Schritt des Aufrauens der Oberfläche eines Implantats ein Schritt ist, um die Oberfläche des Wurzelteils der künstlichen Zahnwurzel aufzurauen, so dass eine mittlere Abweichung des Oberflächenprofils (Ra) des Implantats im Bereich zwischen 0,3 μm und 3 μm gebildet wird.
Wie in den nachfolgend beschriebenen Beispielen dargelegt, kann das Verfahren zur Herstellung eines Implantats gemäß der vorliegenden Erfindung in wirksamer Weise für ein Verfahren zur Herstellung einer künstlichen Zahnwurzel verwendet werden, wobei die Oberfläche des Wurzelteils der Zahnwurzel aufgeraut und dann mit einer Hydroxylapatit-Schicht beschichtet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Implantats ist die Säure Salzsäure in wässriger Lösung in einer Konzentration im Bereich von 1 N bis 6 N oder Salpetersäure in wässriger Lösung in einer Konzentration im Bereich von 1 N bis 6 N, und wobei der Schritt des Entfernens von Strahlgut den Schritt des Tränkens des Implantats in der Salzsäure in wässriger Lösung oder der Salpetersäure in wässriger Lösung für 1 bis 10 Minuten umfasst.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft eines der vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Implantats, wobei der pH-Bereich der wässrigen Alkalilösung zwischen pH 9 und pH 11 liegt. Insbesondere betrifft die bevorzugte Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats, wobei in dem hydrothermalen Behandlungsschritt das Implantat in der wässrigen Alkalilösung in dem Temperaturbereich von 100°C bis 150°C für 3 bis 24 Stunden getränkt wird.
Wie in dem Beispiel dargelegt, kann ein erfindungsgemäßes Implantat durch Durchführung der vorstehend beschriebenen hydrothermalen Behandlung erreicht werden. Verunreinigungen werden durch das Sputtern erzeugt. Bei Durchführung der vorstehend beschrieben hydrothermalen Behandlung können die Verunreinigungen entfernt werden. Auch kann eine Hydroxylapatit-Beschichtung, die durch Sputtern ausgebildet ist, kristallisiert werden, wodurch ein erfindungsgemäßes Implantat entsteht. Es kann nämlich bei Durchführung der vorstehend beschriebenen hydrothermalen Behandlung ein Implantat mit einer damit stark verbundenen homogen und hochfeinen Hydroxylapatit-Beschichtung erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung kann ein Implantat erzeugen, das eine daran fest verbundene homogene und hochfeine Hydroxylapatit-Beschichtung aufweist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Aspekte der vorliegenden Erfindung erklärt. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats, das einen Schritt des Aufrauens der Oberfläche eines Implantats durch das Sandstrahlverfahren aufweist, wobei der Schritt des Aufrauens der Oberfläche eines Implantats einen Schritt des Aufprallens von Strahlgut auf die Oberfläche des Implantats aufweist, wobei das Strahlgut Fluoroapatit aufweist.
In der vorliegenden Beschreibung ist ”Fluoroapatit” identisch mit einem Material das ”Fluorapatit” genannt wird, wobei das Fluoratom im Fluorapatit durch eine Hydroxylgruppe ersetzt ist. Obwohl Fluoroapatit eine geringe Biokompatibilität vergleichen mit Hydroxylapatit aufweist, besitzt es eine hervorragende Härte. Andererseits besitzt es die Eigenschaft in Säure leicht löslich zu sein. Beim Durchführen des Oberflächenaufrauens eines Implantats durch das Sandstrahlverfahren unter Verwendung von Strahlgut, das Fluoroapatit aufweist, kann man folglich ein Implantat mit ganz bevorzugt rauer Oberfläche erhalten, und restliches Strahlgut kann durch Säure davon leicht entfernt werden. ”Sandstrahlverfahren” ist ein Verfahren zum Aufrauen eines Teilbereichs, wobei das Oberflächenaufrauen durch auf dem Teilbereich aufprallende harte Partikel durchgeführt wird.
Das in einem Schritt des Aufrauens der Oberfläche verwendete Strahlgut soll zum Großteil aus Fluoroapatit bestehen, und kann ausschließlich aus Fluoroapatit bestehen. Hydroxylapatit ist ein Beispiel eines anderen Strahlguts als Fluoroapatit. Fluoroapatit ist insbesondere eine Fluoroapatit-Keramik, die in einem Temperaturbereich von 9 × 10²°C bis 1,5 × 10³°C gesintert wird.
Das Strahlgut wird mit einem Sieb gesiebt, das Siebweitenöffnungen zwischen 12 Mesh (Öffnung 1,4 mm) und 100 Mesh (Öffnung 150 μm) aufweist. Wie in den Beispielen dargelegt, kann ein Implantat, das eine raue Oberfläche aufweist durch Verwendung des vorstehenden Strahlguts hergestellt werden. Das Strahlgut kann mit einem Sieb mit Siebweitenöffnungen zwischen 30 Mesh und 60 Mesh gesiebt werden. Es ist zu beachten, dass ”Mesh” die Einheit für ein Sieb ist, welche die Anzahl der Öffnungen pro Inch Länge (1 Inch = 2,54 cm) angibt. Zum Beispiel weist ein Sieb mit 14 Mesh eine Maschenweite von 14 Öffnungen pro einem
Inch Länge auf
Der Schritt des Aufrauens der Oberfläche wird vorzugsweise so durchgeführt, dass die mittlere Abweichung des Oberflächenprofils (Ra) des Implantats im Bereich zwischen 0,3 μm und 3 μm zu liegen kommt. Der Bereich kann auch von 0.5 μm bis 2 μm reichen. Ein Implantat, das die vorstehend beschriebe aufgeraute Oberfläche aufweist, kann aus dem vorstehenden Strahlgut durch das Sandstrahlverfahren hergestellt werden, wobei eine Gasfüllung in einem Bereich 0,2 bis 2 Atmosphärendruck eingeleitet wird.
Insbesondere durch Sputterbeschichtung kann eine hochfeine Hydroxylapatit-Dünnschicht homogen ausgebildet werden, die ein hervorragendes Haftvermögen an Grundmaterialien wie beispielsweise Metall aufweist. Es ist zu beachten, dass die mittlere Abweichung des Profils (Ra) in der JISB0601(1994), etc beschrieben ist.
Die Beispiele für Implantate der vorliegenden Beschreibung sind künstliche Knochen, wie beispielsweise ein künstliches Gelenk und eine künstliche Zahnwurzel. Insbesondere ist ein bevorzugtes Implantat gemäß der vorliegenden Erfindung eine künstliche Zahnwurzel. Auch ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass ein Teilbereich oder die gesamte Oberfläche eines Wurzelteils aufgeraut werden. Wie in den nachfolgenden Beispielen dargelegt, kann das Verfahren zur Herstellung eines Implantats gemäß der vorliegenden Erfindung in wirksamer Weise für ein Verfahren zur Herstellung einer künstlichen Zahnwurzel angewendet werden, wobei die Oberfläche des Wurzelteils der Zahnwurzel aufgeraut und dann mit einer bevorzugten Hydroxylapatit-Beschichtung versehen wird.

Der Vergleich zwischen der vorliegenden Erfindung, die ein Strahlgut verwendet, das Fluoroapatit aufweist, und dem Stand der Technik ist in der untenstehenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

	Hydroxylapatit	Herkömmliches	Strahlgut gemäß der
		Strahlgut	vorliegenden Erfindung
Härte	X	⌾	O
Löslichkeit in Säure	⌾	X	⌾
Ra Regulierung	X	O	⌾
Biokompatibilität	⌾	X	O

Es ist deutlich anhand der Tabelle 1 zu erkennen, dass das Strahlgut gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen mit dem herkömmlichen Strahlgut ausgezeichnet beim Oberflächenaufrauen ist.
Durch das Sandstrahlverfahren wird das Strahlgut in die Oberfläche eines Implantats eingeschnitten. Da Fluoroapatit als Strahlgut verwendet wird, kann es gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch leicht von der Oberfläche eines Implantats durch Auflösen von Fluoroapatit mit Säure entfernt werden.
Die Beispiele für Säuren, die im Schritt des Entfernens von Strahlgut verwendet wird, weisen eine 1 bis 6 N Salzsäure in wässriger Lösung und eine 1 bis 6 N Salpetersäure in wässriger Lösung auf. Die Säure kann 1 N bis 3 N sein, und kann auch 1 N bis 2 N sein.
Der Schritt des Entfernens von Strahlgut umfasst zum Beispiel einen Schritt des Tränkens des Implantats in der Salzsäure in wässriger Lösung oder in der Salpetersäure in wässriger Lösung für 1 bis 10 Minuten. Da Fluoroapatit als Strahlgut verwendet wird, kann es gemäß der vorliegenden Erfindung leicht von einem Implantat durch Auflösen des Fluoroapatits in wirksamer Weise entfernt werden.
Weiterhin weist das Verfahren zur Herstellung eines Implantats einen Beschichtungsschritt der Sputterbeschichtung einer auf Kalziumphosphat basierenden Materialschicht auf dem Implantat nach dem Schritt des Entfernens von Strahlgut auf, und einen hydrothermalen Behandlungsschritt, der eine wässrige Alkalilösung verwendet, der nach dem Beschichtungsschritt durchgeführt wird. Ein Beispiel einer auf Kalziumphosphat basierenden Materialbeschichtung ist eine Hydroxylapatit-Beschichtung. In dem Schritt der Sputterbeschichtung wird zum Beispiel ein Verfahren angewendet, das in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-76113 offenbart ist. Die einzelnen Schritte des Verfahrens sind folgendermaßen. Ein Target aus Kalziumphosphat-Material wird in ein Target-Halteglied eingesetzt. Ein bestimmter Vakuumlevel in einer Vakuumkammer wird durch Absaugen von Luft aus der Vakuumkammer durch eine Abpumpeinrichtung wie zum Beispiel eine Vakuumpumpe erreicht. Zum Beispiel Argongas wird von einer Gaseinblaseinrichtung in die Vakuumkammer eingeblasen, und Argonionen kollidieren mit dem Target. Dann verdampfen Atome und Moleküle, die das Target aufweist, mit hoher Energie, wobei sie mit einem Implantat kollidieren. Folglich wird eine dünne Schicht homogener Dicke, die Targetmoleküle aufweist, auf dem Implantat ausgebildet. Diese dünne Schicht, die durch Sputtern erhalten wird, verbindet sich fest mit dem Implantat. Das Target ist ein Material, das durch Sputtern verdampft und auf dem Implantat aufgedampft wird. Die Beispiele von geeignetem Targetmaterial umfassen Hydroxylapatit oder α-TCP, das ein Ausgangsstoff von Hydroxylapatit (Trikalziumphosphat), β-TCP, Oktakalziumphosphat, amorphem Kalziumphosphat und dergleichen ist. Wenn das Implantat eine künstliche Zahnwurzel ist, ist zu beachten, dass ausschließlich ihr Wurzelteil durch Sputtern des Wurzelteils sputterbeschichtet werden kann, wobei der andere Teilbereich so abgedeckt wird, dass er nicht sputterbeschichtet wird.
Da bei der vorliegenden Erfindung die Oberfläche des Implantats wie vorstehend beschrieben aufgeraut wird, kann sie in wirksamer Weise mit einer auf Kalziumphosphat basierenden Materialbeschichtung wie beispielsweise Hydroxylapatit durch Sputtern beschichtet werden. Weiterhin wird in diesem Beschichtungsprozess zum Beispiel hochfeines Hydroxylapatit homogen auf der Oberfläche aufgebracht, so dass die Hydroxylapatit-Beschichtung nicht entfernt wird, wodurch dadurch ein erfindungsgemäßes Implantat erhalten werden kann. Diese hydrothermale Behandlung ist besonders effektiv, wenn das Oberflächenaufrauen unter Verwendung von Strahlgut durchgeführt wird, das Fluoroapatit aufweist, und dann wird eine Hydroxylapatit–Dünnschicht durch Sputtern ausgebildet. Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Implantats werden Verunreinigungen durch das Sputtern erzeugt. Aber bei der Durchführung der vorstehend beschriebenen hydrothermalen Behandlung können die Verunreinigungen entfernt werden. Auch kann die Hydroxylapatit-Beschichtung, die durch Sputtern gebildet ist, richtig kristallisiert werden, wodurch man ein erfindungsgemäßes Implantat erhält.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. H04-168297 offenbart ein Verfahren zur Umwandlung von Kalziumphosphat in Hydroxylapatit. Dieser Umwandlungsprozess ist folgendermaßen: Die Oberfläche des Grundmaterials wird durch Tonerde oder dergleichen aufgeraut. Dann wird die Oberfläche mit Kalziumphosphat durch das Plasmaspritzverfahren beschichtet. Und die hydrothermale Behandlung wird an dem resultierenden Material in wässriger Lösung, die Kalzium und Phosphorsäure enthält, durchgeführt. Bei diesem Prozess werden feine Partikel eines Kalziumphosphatgemischs in der hydrothermalen Lösung erzeugt. Und diese feinen Partikel kollidieren physikalisch mit einer Dünnschicht aus Hydroxylapatit, aufgrund einer verstärkten konvektiven Strömung in der Lösung, wodurch ein Problem beim Entfernen der Hydroxylapatit-Beschichtung auftritt. Bei einer durch Plasmaspritzen erzeugten Hydroxylapatit-Beschichtung stellt eine Abblätterung von ungefähr 1 μm kein Problem dar, da sie eine etwa 30 μm dicke Schichtdicke aufweist. Aber bei einer sputterbeschichteten Hydroxylapatit-Beschichtung ist eine Abblätterung von ungefähr 1 μm ein großes Problem, da sie höchstens eine Schichtdicke von 1 bis 2 μm aufweist. Deshalb ist eine hydrothermale Behandlung in wässriger Lösung, die Phosphorsäure und Kalziumionen aufweist, nicht geeignet für eine Kristallisation zum Entfernen von Verunreinigungen von der Hydroxylapatit-Schicht, die man durch Sputterbeschichtung erhält. Es gibt ein weiteres Problem. Ungefähr 10 mg Hydroxylapatit wird in 1 l gereinigten Wassers aufgelöst. Da die Masse einer 1 bis 2 μm dicken sputterbeschichteten Hydroxylapatit-Dünnschicht nicht mehr als 1 mg beträgt, ist die gesamte Hydroxylapatit–Dünnschicht in gereinigtem Wasser gelöst. Aufgrund des Problems der Löslichkeit von Hydroxylapatit kann gereinigtes Wasser nicht für eine Hydroxylapatit-Dünnschicht verwendet werden. Da die hydrothermale Behandlung in wässriger Alkalilösung durchgeführt wird, kann bei der vorliegenden Erfindung verhindert werden, dass die Hydroxylapatit-Dünnschicht aufgelöst wird, und auch die Kristallinität wird vergrößert. Dies wird in den nachfolgend beschriebenen Beispielen dargelegt.
Zum Beispiel wird eine wässrige Alkalilösung mit einem pH-Wert von 9 bis 11 für die hydrothermale Behandlung verwendet. Wie in dem nachfolgenden Beispiel dargelegt, kann es sowohl ein pH-Wert von 9 bis 11 sein, als auch kann der pH-Wert im Bereich von 9,5 bis 10,5 liegen. Diese alkalischen Lösungen können durch Zufügen von Alkali wie beispielsweise NaOH, KOH, NH₄OH geeignet eingestellt werden. Bei dem Schritt der hydrothermalen Behandlung wird zum Beispiel ein Implantat in alkalischer Lösung in einem Temperaturbereich zwischen 100°C und 150°C für 3 bis 24 Stunden getränkt. Da die Reaktionsgeschwindigkeit der hydrothermalen Behandlung sich oberhalb von 120°C nicht verbessert, kann der Temperaturbereich zwischen 100°C und 120°C liegen, er kann auch zwischen 110°C und 120°C liegen. Die hydrothermale Behandlung wird auch bevorzugt unter Druck durchgeführt. Der Druckbereich liegt beispielsweise bei 1,1 bis 20 Atmosphärendruck. Er kann auch 2 bis 10 Atmosphärendruck betragen.
Das durch das Verfahren zur Herstellung eines Implantats gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Implantat hat eine aufgeraute Oberfläche, mit denen Knochen und dergleichen leicht verbunden werden können. Es kann auch eine homogene und hochreine Hydroxylapatit-Beschichtung aufweisen. Auch wird das Strahlgut, das auf der Oberfläche eines Implantats durch das Oberflächenaufrauen durch das Sandstrahlverfahren übrig bleibt, in wirksamer Weise entfernt. So weist das Implantat eine hervorragende Biokompatibilität auf. Deshalb kann das Implantat, das durch das Verfahren zur Herstellung eines Implantats gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, als künstlicher Knochen oder eine künstliche Zahnwurzel in wirksamer Weise verwendet werden, wobei es durch chirurgische oder dentale Operation in vivo eingebettet wird.
Beispiel 1
Es wurde angenommen, dass ein schraubenförmiger Titan-2-Typ mit einem Durchmesser von 4 mm eine Zahnwurzel ist. Um dessen Oberfläche aufzurauen wurde Sandstrahlen durchgeführt. Das in der Sandstrahlbehandlung verwendete Strahlgut wurde folgendermaßen hergestellt. Sowohl Fluoroapatit-Keramik, synthetische Hydroxylapatit-Keramik, und natürliches mineralisches Fluoroapatit (hergestellt in Brasilien) wurde in einem Tonerde-Mörser gekörnt, und wurde durch Siebe in vier Arten aufgeteilt: 14 bis 22 (A), 22 bis 30 (B), 30 bis 84 (C) und 84 Mesh unter (D). Zum Vergleich wurde Kieselerde und Tonerde gekörnt und aufgeteilt auf die Größe von 14 bis 22 Mesh. Jede der fünf Arten von Strahlgut wurde separat in eine Sandstrahlvorrichtung gegeben, und das Sandstrahlen wurde an der Oberfläche von jeweils drei schraubenförmigen Titanteilen unter einem Druck von 0,5 Pa durchgeführt.
Nach dem Durchführen der Sand strahlbehandlung, wurden sie 1, 3 oder 5 Minuten lang in 6 N Salzsäure in wässriger Lösung getränkt. Dann wurden sie durch eine Vorrichtung für energiedispersive Röntgenmikrobereichsanalyse (EDX) untersucht, um das restliche Strahlgut zu untersuchen. Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass das gesamte Apatit-Strahlgut in einer Minute entfernt wurde. Andererseits wurde Kieselerde und Tonerde in der Säure nicht gelöst, und 10 bis 20% davon blieben auf der Oberfläche des Titaniums übrig, wobei sie durch Wasser- oder Alkoholbad nicht entfernt wurden. Die mittlere Abweichung des Oberflächenprofils (Ra) des Titan, das durch das apatitbasierte Strahlgut erzeugt wurde, das unterschiedliche Partikelgrößen aufwies, wurde durch ein Oberflächenrauhigkeitsmessgerät (Surfcom, hergestellt von Tokyo Seimitsu Co.) unter den Bedingungen einer Auswertelänge von 0,8 mm, einer Messgeschwindigkeit von 0,3 mm/sec, und einem Anhaltewert von 0,8 mm gemessen. Jeder Test wurde an den drei Implantaten durchgeführt. Die Durchschnittswerte der erhaltenen Oberflächenrauhigkeit sind in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2. Oberflächenrauhigkeit (Ra), erzeugt durch jedes Strahlgut (Einheit: μm)

Strahlgut (A) (B) (C) (D)

synthetisches Fluoroapatit 3.5 2.0 1.5 0.5

natürliches Fluoroapatit 5.0 3.0 2.5 1.8

synthetisches Hydroxylapatit 1.0 0.8 0.8 0.8
Man erkennt anhand der Tabelle 2, dass die Oberflächenrauhigkeit von Titan maximal war, wenn natürliches Fluoroapatit als ein Strahlgut verwendet wurde, und die Oberflächenrauigkeit war bei synthetischem Fluoroapatit und bei synthetischem Hydroxylapatit verringert. Natürliches Fluoroapatit enthält einen geringen Anteil von Kieselerde und Tonerde, die härter als Apatit sind. Deshalb wurde angenommen, dass die Titanoberfläche ein wenig rauer wird, wenn natürliches Fluoroapatit als Strahlgut verwendet wurde, verglichen damit, wenn synthetisches Fluoroapatit als Strahlgut verwendet wurde. Man erkennt, dass dann, wenn synthetisches Hydroxylapatit als Strahlgut verwendet wurde, die Oberflächenrauhigkeit von Titan durch die Partikelgröße des synthetischen Hydroxylapatit nicht beeinflusst war. Um die Oberflächenrauhigkeit im Bereich von 1 μm bis 3 μm einzustellen, in welchem die Knochenbildung gefördert wird, wird synthetisches Fluoroapatit in geeigneter Weise verwendet, und dann wird natürliches Fluoroapatit bevorzugt verwendet.
Beispiel 2
Bei der Sputtermethode wurde Hydroxylapatit auf die Oberfläche von 21 Stück aus schraubenförmigem Titan aufgebracht, dessen Oberfläche durch das synthetische Fluoroapatit-Strahlgut im Beispiel 1 aufgeraut wurde. Die Beschichtung wurde ausgeführt, so dass sich eine Dicke im Bereich von 1 bis 2 μm einstellte. Und dann wurde die Dicke der Hydroxylapatit-Beschichtung durch eine Vorrichtung für energiedispersive Röntgenmikrobereichsanalyse (EDX) gemessen. Auch wurde die kristalline Phase der Hydroxylapatit-Beschichtung durch einen Röntgenspektrographen (XRD) gemessen.
1000 ml einer wässrigen Alkalilösung wurde hergestellt, die mit Natronlauge auf einen pH-Wert von 7, 8, 9, 9.5, 10, 10.5, and 11 eingestellt wurde. Jede der drei Zahnwurzeln, die mit Hydroxylapatit durch die Sputtermethode beschichtet wurden, wurde in die wässrige Alkalilösung gegeben und hydrothermal bei 110°C für 20 Stunden behandelt. Nach der hydrothermalen Behandlung wurde die Dicke der Hydroxylapatit-Beschichtung durch EDX gemessen. Auch wurde die kristalline Phase der Hydroxylapatit-Beschichtung durch einen Röntgenspektrographen (XRD) gemessen. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass eine Beschichtung, die nicht thermisch behandelt wurde, Hydroxylapatit und Verunreinigungen enthielt, aber nach der thermischen Behandlung die Verunreinigungen von der Beschichtung entfernt waren. Die Verunreinigungen enthielten Tri-Kalziumphosphat (TCP), Kalziumpyrophosphat, Kalziumoxid und dergleichen. Und die Gesamtsumme der Verunreinigungen betrug 10 bis 20 Gewichtsprozent. Gemäß den Ergebnissen der XDR-Messung, die in der kristallinen Phase, die ausschließlich Hydroxylapatit aufwies, bei einem pH-Wert von 9 oder höher durchgeführt wurde, war das Röntgendiagramm schärfer und die Kristallinität des Hydroxylapatit wurde verbessert. Wenn eine wässrige Lösung mit neutralem pH-Wert (7 bis 8) verwendet wurde, wurde die Dicke der Beschichtung um 30 bis 50 Prozent reduziert, und wenn der pH-Wert 9 betrug, wurde die Dicke um ungefähr 5 Prozent reduziert. Wenn der pH-Wert über 9,5 lag, wurde keine Abnahme beobachtet. Deshalb hat man erkannt, dass die alkalische hydrothermale Behandlung bei einem pH-Wert von 9 oder höher in geeigneter Weise durchgeführt wurde, dass sie optimal bei einem pH-Wert von 9,5 oder höher durchgeführt wird.
Beispiel 3
Es wurden eine alkalische hydrothermale Behandlung unter Atmosphärendruck bei 90 bis 1000°C und eine alkalische hydrothermale Behandlung unter Druck und Verwendung eines Autoklaven bei 100 bis 150°C durchgeführt. In dem erstgenannten Fall war die Reaktionsgeschwindigkeit beim Entfernen der Verunreinigungen von der Hydroxylapatit-Beschichtung gering, und die Kristallinität des Hydroxylapatits war ebenfalls gering. Im letzen Fall jedoch war die Reaktionsgeschwindigkeit doppelt so hoch verglichen mit der des erstgenannten Falles, und die Kristallinität war ebenfalls verbessert. Andererseits wurde keine bemerkenswerte Verbesserung beobachtet, wenn die alkalische hydrothermale Behandlung unter Druck bei über 120°C durchgeführt wurde.
Beispiel 4
Ein Oberflächenaufrauen wurde an der Oberfläche eines plattenförmigen Titan-2-Typs mit Abmessungen von 1 cm × 2 cm × 0,5 cm durchgeführt, der als Knochenplatte angenommen wurde. Er wurde derart behandelt, dass die Ra 1 μm wurde, wobei feines Strahlgut aus synthetischem Fluoroapatit verwendet wurde, dessen Korngröße 30 bis 84 Mesh betrug. 1,5 μm Hydroxylapatit wurde durch die Sputtermethode auf dessen Oberfläche aufgebracht. Und drei Stück des plattenförmigen Titans wurden in 1000 ml wässrige Alkalilösungen gegeben, die auf einen pH-Werte von 9 and 9,5 eingestellt wurden und 0,001% und 0,01% Phosphorsäure und Kalziumionen aufwiesen. Die hydrothermale Behandlung wurde bei 110°C für 20 Stunden durchgeführt, und dann wurde die Dicke der Hydroxylapatit-Beschichtung durch EDX gemessen. Im Ergebnis wurde die Dicke der Hydroxylapatit-Beschichtung um den Bereich von 20 bis 50% reduziert. Je höher die Konzentration der Phosphorsäure und der Kalziumionen war, und je höher der pH-Wert war, eine umso größere Menge an suspendierten Kalziumphosphatpartikeln wurde erzeugt. Man war der Ansicht, dass die Partikel mit der Hydroxylapatit-Beschichtung in starken Konvektionsströmungen im heißen Wasser kollidierten, wobei ein großer Teil der Hydroxylapatit-Beschichtung abblättert.
Die vorliegende Erfindung kann als ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats wie beispielsweise einer künstlichen Zahnwurzel verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Implantats, das einen Schritt des Aufrauens der Oberfläche eines Implantats durch das Sandstrahlverfahren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufrauens der Oberfläche des Implantats einen Schritt des Aufprallens von Strahlgut auf die Oberfläche des Implantats aufweist, wobei das Strahlgut Fluoroapatit aufweist, wobei das Verfahren zum Herstellen eines Implantats weiterhin aufweist: einen Schritt des Entfernens von Strahlgut, der nach dem Schritt des Aufrauens der Oberfläche des Implantats durchgeführt wird, indem Säure auf das Implantat gegeben wird, wobei das Strahlgut, das an der Oberfläche des Implantats angelagert ist, aufgelöst und entfernt wird, einen Beschichtungsschritt der Sputterbeschichtung einer auf Kalziumphosphat basierenden Materialschicht auf das Implantat nach dem Schritt des Entfernens von Strahlgut, und einen hydrothermalen Behandlungsschritt unter Verwendung einer wässrigen Alkalilösung, der nach dem Beschichtungsschritt durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Implantats nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Aufrauens der Oberfläche des Implantats ein Schritt ist, um dessen Oberfläche aufzurauen, so dass eine mittlere Abweichung des Oberflächenprofils (Ra) des Implantats im Bereich zwischen 0,3 μm und 3 μm gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Implantats nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Implantat eine künstliche Zahnwurzel ist.
Verfahren zur Herstellung eines Implantats nach Anspruch 1, wobei die Säure Salzsäure in wässriger Lösung in einer Konzentration im Bereich von 1 N bis 6 N oder Salpetersäure in wässriger Lösung in einer Konzentration im Bereich von 1 N bis 6 N ist, und wobei der Schritt des Entfernens von Strahlgut den Schritt des Tränkens des Implantats in der Salzsäure in wässriger Lösung oder in der Salpetersäure in wässriger Lösung für 1 bis 10 Minuten aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Implantats nach Anspruch 1, wobei der pH-Bereich der wässrigen Alkalilösung zwischen 9 und 11 liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Implantats nach Anspruch 5, wobei in dem hydrothermalen Behandlungsschritt das Implantat in der wässrigen Alkalilösung in dem Temperaturbereich von 100°C bis 150°C für 3 bis 24 Stunden getränkt wird.