DE2501683A1 - Bioaktives verbundmaterial fuer prothetische zwecke und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Bioaktives verbundmaterial fuer prothetische zwecke und verfahren zu seiner herstellung

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DE2501683A1 DE19752501683 DE2501683A DE2501683A1 DE 2501683 A1 DE2501683 A1 DE 2501683A1 DE 19752501683 DE19752501683 DE 19752501683 DE 2501683 A DE2501683 A DE 2501683A DE 2501683 A1 DE2501683 A1 DE 2501683A1
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Description

BRNST LEIT2 GMIBH ^
A 1999 «3 Wttalar, den, 15. Jan. 1975
Pat Bl/Pe
Bioaktives Verbundmaterial für prothetische Zwecke und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein bioaktives Verbundmaterial für prothetisohe Zwecke, ein Verfahren zu dessen Herstellung, sowie die Verwendung des so hergestellten Materials in der Zahn- bzw. Knoohenchirurgie.
Es ist bekannt, zur Fixierung.beispielsweise von Endoprothesen und anderen Knochenersatzstücken im tierischen oder menschlichen Organismus einen sog. "Knochenzement" aus Kunststoff auf Methacrylatbasis zu verwenden. So wird in der "Zeitschrift für Orthopädie" 112 (1974), 419-426, ein Kunststoff "Palakav" beschrieben, der neben Methylmethacrylat und einem organischen Katalysator Kie~ seisäuregeIe enthält, wobei das Verhältnis Methylmethacrylat : Kieselsäure sich wie 58 s 42 verhält. Die zugesetzten anorganischen Gele dienen dabei lediglich als Füllmaterial der Kunststoffmatrix.
Zwar werden mit diesem Composite-Material bereite günstigere Haftungsverhältnisse im Sinne einer Mikroverzahnung des "Palakav" an der anliegenden Knochensubstanz erzielt als bei den bislang üblichen Knochenzementen, wie zum Beispiel dem "Palacos", der lediglich eine gewisse Makroverzahnung mit dem angrenzenden Knochenteil herbeizuführen vermag» das Grundproblem einer voll ausreichenden Verankerung zwischen Material und Knochenwand im Sinne stabiler chemischer Hauptvalenzverknüpfungen, die auch immerwährenden Druck-, Zug-, Scher- und/oder Torsionsbeanspruohungen in erheblichem Maße standzuhalten vermögen, konnte indes
609831/0915 " 2 "
2 A 1999
15.K1975 Patentabteilung
mit den bislang bekannten Verbundmaterialien nicht gelöst werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein biokompatibles Verbundmaterial zu schaffen, das nicht nur eine gewisse "Klebefreundlichkeit11 aufweist, sondern das unter Vermeidung der den bekannten Materialien anhaftenden Nachteile bioaktiv 1st und zu einem vollständigen Anwachsen an den jeweiligen Kontaktflächen Material/Knochenwand führt. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen bioaktiven Verbundmaterlals, sowie Anwendungen desselben in Chirurgie und Orthopädie anzugeben. -.
Die Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß das Verbundmaterial aus einer Kunststoffmatrix auf Methacrylatbasis und mindestens einem bioaktiven Material besteht. Dabei kann das bioaktive Material eine Glaskeramik sein, wie sie in dem Patent .... (Patentanmeldung P 23 26 100.9-45) beschrieben und beansprucht ist. Es handelt sich hierbei um ein glaskeramisches Material mit Apatit-Kristallphase, das aus 20 bis 60 Gew.-$ si°o» 5 bis k0 Gew.-^ P2O5, 2,7 bis 20 Gew.-% Na3O, 0,4 bis 20 Gew,-$ KgO, 2,9 bis 30 Gew.-^ MgO und 5 bis kO Gew.-%
CaO besteht, das zusätzlich noch 1·*·- 0,005 bis 3*0 Gew.-^ Fluor enthalten kann. Die Verteilung der vorzugsweise in Korngrößen bis zu 200 um der Kunststoffmatrix beigegebenen pulverisierten Glaskeramik kann entweder eine homogene (isotrope Kornverteilung) oder eine gezielt inhomogene (anisotrope Kornverteilung) sein. Es ist vorteilhaft, daß der Anteil des bioaktiven Materials zwischen 20 und 70 Volumen-$ ausmacht.
609831/0915
A 1999 15.U1975
Patentabteilung
. Auoli ist es möglich, daß das erfindungsgemäße Verbundmaterial zur Erhöhung seiner mechanischen Eigenschaften zusätzlich mindestens eine aus einem Fasermaterial, beispielsweise Glasfasern an sich bekannter Zusammensetzung> bestehende Armierung aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahrensablauf wird zunächst in an sich bekannter Weise einem flüssigen monomeren Methylmethaorylat ein als Härter wirkendes pulverförmiges oder flüssiges Material, vorzugsweise ein organisehes Peroxid, und sodann die bereits beschriebene pulverisierte bioaktive Glaskeramik beigegeben. Es kann dabei zur Erreichung einer gezielt anisotropen Kornverteilung vorteilhaft sein, das pulverisierte Bio-Material erst dann zu dem bereits mit dem Härter versehenen Methy1-methacrylat zu geben, wenn der*bereits ablaufende Polymerisationsvorgang schon zu einer gewissen Viskosität der organischen Mischeubstanz (Methylmethycrylat + organischer Härter) geführt hat. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann als weitere Komponente ein an sich bekannter Katalysator zugegeben werden. Wegen der stark exothermen Polymerieationsreaktion kann eine Kühlung während des Verfahrensablaufs von Vorteil sein. Die genannten Verfahrensschritte können insbesondere unter Min vivow-Bedingungen, d.h. bei chirurgisch-orthopädischen Eingriffen am lebenden Organismus, ablaufen.
Erfindungsgemäß ergeben sich zwei große Anwendungsbereiche des neuen Verbundmaterials. Erstens kann es als Knochen- oder Zahnzement zur Fixierung künstlicher Implantate oder körpereigener Knochen- bzw. Zahnteile dienenj zweitens kann das vollständig auspolymerisierte Verbundmaterial selbst zu Prothesen oder Prothesenteilen verarbeitet werden, die aufgrund ihrer bioaktiven Einlagerungen ein dauerhaftes Anwachsen ermöglichen.
6 0 9 8 3 1/0915 - 4 -
A1999 15.1.1975
Potentobteilung
Der zeitliche Ablauf der einzelnen Verfahrensstufen hängt von dem jeweils erwünschten Endprodukt ab. Will man das erfindungsgemäße Verbundmaterial als Knochenzement zur Verankerung einer Endoprothese in einem Röhrenknochen verwenden, so/irird beispielsweise dem in einem Gefäß befindlichen flüssigen Methylmethacrylat nach Zugabe des Härters alsbald eine feingekörnte Fraiiktion der Bio-Glaskeramik zugegeben, die in Abhängigkeit von der Masse der einzelnen Pulver-Partikeln und des sich stetig steigernden Viskositätsgrades in die sich "eindickende". Substanz eindringen und teilweise oder ganz absinken. Wenn die Auspolymerisation soweit fortgeschritten ist, daß sich eine knetfähige, teigige Masse ergibt, kann ein für den beabsichtigten Zweck ausreichend großer plastischer "Klumpen" entnommen werden, der sodann mit einem Bio-Glaskeramik-Pulver gewissermaßen "paniert" wird, so daß in der Oberfläche der Knetmasse eine Anreicherung des bioaktiven Materials vorhanden ist. Die so präparierte Masse wird dann als bioaktiver Zement funktionsgerecht zwischen Knochen und Implantat plaziert.
Eine weitere Möglichkeit der Zubereitung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials für die anschließende Verwendung als.Knochenzement ist dadurch gegeben, daß der mit dem Härter und einer gewissen Menge von pulverförmigem bioaktiven Material versehene niederviskose Kunststoff alsbald "in vivo" allseitig dünnschichtig aufgetragen wird - beispielsweise auf die zylinderförmige Innenwandung eines Röhrenknochens -, daß danach in kurzem zeitliehen Abstand diese dünne Schicht aus Verbundmaterial mit zusätzlichem pulverisierten Bio-Glaskeramik-Material angereichert wird und daran anschließend die Hauptmasse · des bereite vorbehandelten erfindungsgemäßen Knochenzementes eingeführt wird.
609831 /0915
A 1999 15.1.75
Patentabteilung
Damit wird eine anisotrope Kornverteilung des für den oho mi s ο he η Haf tmeohanismus ausschlaggebenden Bio-Pulvers erzielt derart, daß an der dem Knochen zugewandten Seite dee eingebrachten Zementes eine Anliäufung des Pulvers vorhanden ist.
Die Wahl der Pulver-Partikel-Größe hängt ebenfalls vom jeweils vorgesehenen Einsatzzweck des Verbundmaterials ab; es hat sich gezeigt, daß Korngrößendurchmesser über 200 μηι aufgrund der reduzierten spezifischen Oberfläche der eingebetteten Partikeln nicht mehr zu optimalen Ergebnissen führen.
Will man das erfindungsgemäße Verbundmaterial beispielsweise selbst als Prothesenwerkstoff verwenden, so kann das flüssige Ausgangsmaterial ^Kunststoff + Härter) so™ gleich in vorgefertigte Formen eingegeben werden, wobei bei dosr Einrichtung der Formen auf eine Vo lumen-Vor gäbe (Toleranz) zu achten ist, da das Polymerisat einer gewissen Schrumpfung unterworfen ist, die allerdings durch, die Zugabe von bis zu 70 Vol.-$> Bio-Glaskeramik-Material gezielt "abgemildert" werden kann. Das erhärtete Material kann im übrigen in beliebiger Weise (sägen, fräsen, bohren, schneiden, läppen, schleifen, pressen) einer anschließenden mechanischen Formbearbeitung auf gewünschte Endmaße unterzogen werden. Bei diesem letztgenannten Beispiel kann es von Vorteil sein, nach Art der faserverstärkten Kunststoffe Glas- oder andere mineralische Fasern (Whiskers, z.B. Kohlenstoffasern) gerichtet (anisotrop) oder ohne Vorzugsrichtung (isotrop) einzulagern.
Auch ist es für spezielle Anfertigungen zweckmäßig, an bestimmten Stellen eines Prothesenteils oder einer Prothese eine Anhäufung der pulverförmigen bioaktiven Partikel beispielsweise durch Seigerung infolge der Schwerkräfte in wirkung oder durch Nach-Be schichtung ( "Panieren'1} zu erzielen.
609831 /0915 , .■
6 A 1999
15.1.1975
Patentabteilung
Als Füllmaterial - beispielsweise für Zahnfüllungen oder für lokal beschädigte Knochenpartien - läßt sich das neue Material ebenfalls in vielgestaltiger Weise verwenden.
— 7 —
609831/0915

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verbundmaterial für prothetische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Kunststoffmatrix auf Methaorylatbasis und mindestens einem bioaktiven Material besteht.
    2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine an sich bekannte bioaktive Glaskeramik mit Apatit-Kristallphase der Zusammensetzung
    20,0 bis 60,0 Gew.-£
    5y0 bis 40,0 Gew.-%
    2,7 his 20,0 Gewo-# 3
    0,4 bis 20,0 Gew.-# K3O
    2,9 his 30,0 Gew.-^ MgO
    5,0 bis 40,0 Gew.-# CaO
    ist, welche zusätzlich noch 0,005 bis 3,0 Gew.-^ Fluor enthalten kann.
    3. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dass Material in homogen (isotrope Kornverteilung) verteilter Form, vorzugsweise in Korngrößen bis zu 200 μια, in der Kunststoffmatrix eingelagert ist.
    h, Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material inhomogen (anisotrope Kornverteilung) in der Kunststoffmatrix eingelagert ist«
    5· Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in einem Anteil von 20 bis 70 Volumen-% vorhanden istc
    609831/0915
    Aktenzeichen: P 25 Ol 683.5 unsur Zeichen: A 1999
    Patentabteilung Λ ^ ft K M|l£ ^1975
    Bl/Pe
    6. Verbundmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß es zur Erhöhung seiner mechanischen Eigenschaften zusätzlich mindestens eine aus einem Fasermaterial, beispielsweise Glasfasern an sich bekannter Zusammensetzung, bestehende Armierung aufweist.
    / 7· Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in an sich bekannter Weise einem flüssigen monomeren Methylmethacrylat ein als Härter wirkendes pulverförmiges oder flüssiges organisches Material, vorzugsweise ein Peroxid, und sodann eine pulverisierte bioaktive Glaskeramik der in Anspruch 2 angegebenen Zusammensetzung beigegeben wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der pulverisierten Glaskeramik zum Zwecke einer gezielten fraktionierten Seigerung (anisotrope Kornvertellung) erst dann zu dem bereits mit dem Härter versehenen Methylmethacrylat erfolgt, wenn der einsetzende Polymerisationsvorgang bereits zu einer gewissen Viskosität der organischen Mischsubstanz geführt hat.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Komponente ein an sich bekannter Katalysator zugegeben wird.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Verfahrensstufen unter "in vivo"-Bedingungen ablaufen.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 his 9» dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Verfahrensstufen unter "in vitro"-Bedingungen ablaufen.
    6 09 8 3-1/09 15
    Aktenzeichen» P 25 01 683.5 anaer /'.eichen; A 1999
    Patentabteilung ^. 4» März Λ 975
    Bl/Pe J .'■ /na
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß während des Polymerisationsvorgangs eine Kühlung des aushärtenden Verbundmaterials erfolgt*
    13· Verwendung des Verbundmaterials als bioaktiver Knochenzement zur Fixierung von künstlichen Jimplantaten, wie Prothesen, Knochenersatzstücken und Zähnen.
    Ik. Verwendung des Verbundmaterials als bioaktiver Knochenzement zur Fixierung von körpereigenen Knochenteilen oder Zähnen.
    15· Verwendung des Verbundmaterials als Füllmaterial für lokale Knochen- oder Zahndefekte.
    16. Verwendung des Verbundmaterials als bioaktiver Werkstoff in der Knochen- oder Zahnprothetik.
    609831 /0915
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