DE2138146A1

DE2138146A1 - Korpenmplantationsmaterial

Info

Publication number: DE2138146A1
Application number: DE19712138146
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Hochman, Robert Francis, Smyrna, Ga (V St A )
Priority date: 1970-08-06
Filing date: 1971-07-30
Publication date: 1972-02-10
Also published as: GB1363305A; CH541324A; DE2138146B2; FR2104009A5; BE770685A; CA963746A

Description

Robert Francis Hocnrnan, 3186 River Heights Drive, Smyrna, Georgia 3CU8G (V.St.A.)

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Körperimplantations-Material

Die Erfindung betrifft Materialien, die für die medizinische Implantation geeignet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein medizinisches Implantations-Material zu schaffen, welches sich gegenüber menschlichem Körpergewebe chemisch neutral und nicht toxisch verhält, bei hoher Festigkeit ein relativ geringes Gewicht aufweist, und das bei guter Sicherheit gegen Ermüdung eine hohe Bruchfestigkeit aufweist.

Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Material zu schaffen, das sich einfach in Form von Rohren, N-Uhten, orthopädischen oder Dental-Implantaten od. dgl. herstellen läßt.

Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, ein Material der. oben genannten Art zu schaffen, weLches sich zu Prothesen oder anderen Implantaten verarbeiten läßt,

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deren Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Porosität und Steifiqkeit in verschiedenen Richtungen einen vorbestimmten Wert aufweist, damit die daraus herzustellende Prothese oder Vorrichtung sich weitgehend den Bedingungen an der Implantationsstelle im menschlichen Körper anpassen läßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß dieses Körperimplantations-Material bus mit Kunststoff überzogener. Fasern besteht; und daß die Fasern zu der

fc aus Graphitfasern und Borfasern bestehenden Gruppe gehören. Vorteilhafterweise wird als diese Fasern einhüllender Kunststoff ein medizinisch neutraler Kunststoff wie Silikon verwendet. Auch Graphit verhält sich gegenüber dem menschlichen Körper medizinisch neutral. Als Silikon läßt sich mit Vorteil eine handelsübliche medizinische Sorte von Organopolysiloxan verwenden. Die als Stränge oder Verbindungen benutzten Graphitfasern sind ebenfalls ein bekanntes handelsübliches Erzeugnis und außerdem mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul erhältlich. Bei diesen Fasern handelt es sich ganz allgemein um durch Erhitzung unter gesteuerten Temperaturen und atmosphärischen Bedingungen graphitierte, gewebte

P oder ungewebte Textilien wie Nylon oder regenerierte Zellulose. Diese Graphitfasern sind so in dem Elastomer eingeschlossen, daß ein im wesentlichen homogener Werkstoff gebildet wird. Die Fesern können in dem Kunststoff vollständic: eingebettet sein. Durch Veränderung der räumlichen Proportionen der Graphitfasern und des elastomeren Kunststoffes bzw. durch Veränderung des Faser-Elastizitätsmoduls läßt sich die Festigkeit und Flexibilität des Implantats in weiten Grenzen einstellen. Außerdem kann man cie Stärke und Flexibilität dadurch verändern, daß man die Richtung der Fasern nach bestimmten Gesichtspunkten auswählt. Silikon-Elastcmore und andere Silikone haben

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sich bei Prothesen und anderen Implantaten auf dem medizinischen Gebiet hauptsächlich deswegen durchgesetzt, weil sie sich menschlichem Gewebe gegenüber neutral verhalten. Silikon-Elastomere haben jedoch eine geringe Zugfestigkeit, so daß sie daher für manche Implantate ungeeignet sind.

Im Rahmen der Erfindung lassen sich aber auch Implantate herstellen, die aus mit einem Silikon-Polymer überzogenen Borfasern, oder aus mit einem Epoxydharz überzogenen Bor- oder Graphitfasern bestehen. Da jedoch Epoxydharze gegenüber KÖrperqewebe nicht ausrei- chend chemisch neutral sind, sollte ein aus Fasern und Epoxydharz bestehendes Implantat vollständig in eine medizinisch einwandfreie Silikonsorte eingeschlossen sein. Borfasern sind genau wie Graphitfasern bekennt und im Handel erhältlich. Es sei hier kurz engedeutet, daß man sie durch Ablagerung von Bor auf dünnen Substraten wie Tungsten-Draht herstellen kann. Borfasern zeichnen sich vor allem durch gute Dehnungs-, Kompressions- und Ermüdungsfestigkeit aus. Andererseits üben sie eine Rückwirkung auf den menschlichen Körper aus. Trotzdem lassen sich Implantate unter Verwendung von Borfasern in manchen Fällen verwenden. Wenn sichergestellt ist, daß die Borfasern vollständig von einem medizinisch neutralen Silikon-Polymer eingeschlossen sind, kann man auch medizinisch körperneutrale Implantate unter Verwendung von Borfasern herstellen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einer Zeichnung entnommen werden. Es zeigen: : ,

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Fig. 1 eine perspektivische Darstellung für

ein typisches Implantat gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 2 ein weiteres erfindungsgemäßes Implantat:

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Ebene 3-3 von Fig. 2;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer erf^ndungsgemäßen Körperprothese; und

Fig. 5 eine abgebrochene Schnittdarstellung mit Einzelheiten einer Prothese bzw. eines Implantats gemäß der vorliegenden Erfindung. .

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Implantat 1 dargestellt, wie es als Nagelelement zur Wiederherstellung des korrekten Winkels zwischen Schenkelhals und Schenkelschaft eines menschlichen Schenkelknochens verwendet wird. Die äußere Ausbildung des Implantats 1 ist an und für sicK bekannt; man unterscheidet zwischen einem.Nagelabschnitt 2 zum Einsetzen in den Schenkelhals und einen Schaftabschnitt 3, der von außen am Schenkelschaft befestigt wird. Das gesamte Implantat 1 besteht aus in Silikongummi eingebetteten Graphitfasern 4, deren Faserachsen parallel zur Längsachse sowohl des Nagelabschnittes 2 als auch des Schaftabschnittes 3 verlaufen. Als Silikongummi kann eine bewährte medizinische Silikon-Art verwendet werden, beispielsweise die medizinische Silikongummisorte Nr. 382, wie sie von der Dow-Corning Corporation, Midland / Michigan hergestellt wird.

Das Implantat 1 kann auf herkömmliche Weise als Formteil hergestellt sein. Dabei werden beispielsweise zuerst die Graphitfasern 4 in eine geeignete Form eingelegt und anschließend die Form mit Silikon gefüllt und schließlich die gesamte Formiüllunq bei einem geeigneten Druck auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, so daß der

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Silikongummi polymerisiert. Das aus der Form herausgenommene Formteil kann, falls erforderlich, anschließend auf einer Maschine oder in anderer Weise bearbeitet werden,

Das Implantat 1 hat eine extrem hohe Zug-, Druck- und Ermüdungsfestigkeit. Besonders die letzte Eigenschaft ist von besonderer Bedeutung in der Medizin, weil die Hauptursache für viele Brüche von orthopädischen Implantaten in Ermüdungserscheinungen der verschiedenen bish-er verwendeten Metall—Legierungen zu sehen ist. Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Material eine wesentlich höhere Ermüdungsfestigkeit aufweist, als die derzeit bei Körperimplantaten verwendeten Legierungen.

Ein besonderer Vorteil ist, daß Graphitfasern sich mit einem in weiten Grenzen unterschiedlichen Elastizitätsmodul herstellen lassen, und daß sie außerdem in Form von gewebten oder ungewebten Textilien lieferbar sind. Somit läßt sich durcn Auswahl einer bestimmten Graphitfaser sowohl die Festigkeit als auch die Elastizität des daraus herzustellenden Implantats so gestalten, wie es für die vorgesehene Körperregion erforderlich ist.

Ein in Fig. 2 dargestelltes Implantat 5 weist eine Bauform auf, mit der eti zur Verwendung als Knochenmark-Nagel innerhalb des Schenkel-Knochenmarkkanals verwendet werden kann. Wie durch einen in Fig. 3 dargestellten Schnitt ersichtlich ist, besitzt das Implantat 5 einen kleeblattohnlichen Querschnitt, und einen ähnlichen Aufbau aus Graphitfasern und Silikonpolymer wie das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel. Beim vorliegenden Implantat 5 ist davon abweichend jedoch eine innere Lage 6 aus Graphitfasern 7, deren Faserverlauf parallel zur Länqsachse des Implantats 5 ausgerichtet ist, und

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eine äußere Lage 8 aus Graphitfasern 9 vorhanden, welche in Umfangsrichtung, also rechtwinklig zur Faserrichtung der inneren Lage 6 verlaufen. Dadurch wird erreicht, daß dieses Implantat 5 sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung eine hohe Festigkeit besitzt.

Ein in Fig. 4 dargestelltes weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel besitzt die Form einer Schenkelhalsprothese IC. Diese Schenkelhalsprothese 10 weist einen Kugelkopf 11 als Ersatz für den menschlichen W Schenkelhals, und ferner einen unteren Schaft 12 auf, der im Knochenmark-Kanal des Schenkels befestigt wird.

Der Kugelkopf 11 besitzt Graphitfasern 13 mit nach allen Richtungen verteiltem Faserverlauf, damit eine nach allen Richtungen gleichmäßige Festigkeit vorhanden ist. Die Graphitfasern 13 innerhalb des Schaftes 12 verlaufen dagegen in Schaftrichtung. Der im Bereich des Kugelkopfes 11 gewählte Silikonkuriststoff ist nicht porös, während der für den Schaft 12 verwendete Kunststoff zumindest an seiner Oberfläche porös ausgebildet ist, damit das Knochengewebe sich mit der Schenkelhalsk prothese 10 verbinden kann. Die Porosität im Bereich des Schaftes 12 kann durc h entsprechende, bekannte Maßnahmen beim Einformen der Prothese erzielt werden.

In Fig. 5 ist in abgebrochener und geschnittener Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in P'orm eines Implantats 14 dargestellt, bei dem Graphit-Fasern 15 in Epoxydharz 16 eingebettet sind. Epoxydharze sind als solche bekannt, und in Verbindung mit Graphitfasern 15 entsteht ein Implantat mit extrem hoher Festigkeit. Es muß jedoch sichergestellt sein, daß das Epoxydharz gegenüber den' menschlichen Körpergewebe

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einwandfrei isoliert wird; deshalb ist das Implantat 14 vollständig in eine äußere Schicht aus Silikongummi 17 eingebettet. Falls erforderlich, kann auch diese äußere Silikongummi-Schicht 17 Graphitfesern enthalten.

Abschließend sei bemerkt, daß in der vorliegenden Beschreibung nur einige Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, daß im Rahmen der Erfindung jedoch noch zahlreiche andere Abwandlungen möglich sind.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein Material zur Herstellung von Prothesen oder anderen Körper-Implantaten, welches aus Graphit- oder Börfasern besteht, die in einen medizinisch neutralen Kunststoff eingebettet bzw. von diesen überzogen sind. Der verbindende Kunststoff kann eine medizinische Silikon-Polymersorte sein, oder aber ein anderer Kunststoff wie beispielsweise Epoxydharz, welches abschließend mit eine.n medizinisch neutralen Silikoni=,olymer überzogen wird. Ein daraus bestehendes Implantations-Material hat wesentlich bessere mechanische und klinische Eigenschaften als herkömmliche Materialien.

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Claims

Ansprüche

lJ Körperimplantations-Material, dadurch gekennzeichnet, laß dieses Material aus mit Kunststoff überzogenen Fasern besteht; und daß die Pasern zur Gruppe der Graphitfasern und/oder Borfasern gehören.
2. Material nach,Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die äußere Oberfläche des Kunststoffes im wesentlichen neutral gegenüber menschlichem Körpergewebe ist.
3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, tiaß der Kunststoff zumindest teilweise aus einem Organopolysxloxan bef.teht.
4. Material nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff zumindest teilweise aus einem Epoxydharz besteht.
5. Material nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche ι
Crganopolysiloxan besteht.

daß die äußere Oberfläche des Kunststoffes aus einem
6. Material nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche porös gestaltet ist.
7. Körperimplantat, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet durch die Verwendung von aus in den vorstehenden Ansprüchen offenbartem Material.

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8. Körperirnpl antat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) in verschiedenen Abschnitten (2, 3) des Implantats in unterschiedlichen Richtungen verlaufen. ■ .
9. Körperirnpl antat nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch seine Ausbildung zu einer vollständigen οrthopädischen Prorh es e.

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