DE2534504A1

DE2534504A1 - Keramisches material

Info

Publication number: DE2534504A1
Application number: DE19752534504
Authority: DE
Inventors: Michael Jarcho
Original assignee: Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1974-08-02
Filing date: 1975-08-01
Publication date: 1976-02-19
Also published as: ATA599475A; DK347975A; JPS5140400A; FI64131B; SE425563B; CH618952A5; DE2534504C2; CA1096582A; NO138802B; NO138802C; FI752194A; FR2283104B1; IE42442B1; SE426386B; NL7509243A; NL182859C; NL182859B; SE7508751L; IL47794A; GB1522182A

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. A3Gmc*nrι Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

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25345(K

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STERLING DRUG TEC, Hew York, IT.Y. /USA

Keramisches Material

Die vorliegende Erfindung "betrifft Keramik bzw. keramisches Material, insbesondere zur Verwendung in der Zahnheilkunde und der Orthopädie.

Ein Großteil der Dentalforschung ist auf die Herstellung von Materialien ausgerichtet, die als Ersatz für Zähne und Knochen, als dentales Restorationsmaterial für Füllungen, Aufsätze bzw. Kapseln und Kronen und als Prothesen-Füllmaterial für Knochen verwendet werden können. Die Dentalforschung ist auch auf die Verhinderung der Zahn-Fleekenbildung (dental plaque) gerichtet, die mutmaßliche Ursache für sowohl Zahncaries als auch für periodontale Erkrankungen.

Bisher verwendete Füllmaterialien für dentale Heil- bzw. Wiederherstellungszusammensetzungen, wie Quarz, Aluminiumoxid, Silicate, Glasperlen usw. weisen eine geringe chemische oder physi-

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kaiische Ähnlichkeit mit dem Zahnschmelz auf. Ein "besonderer Nachteil dieser Materialien liegt in der Unvereinbarkeit der linearen Expansionskoeffizienten von Füllmaterial und Zahn, was möglicherweise zu undichten Grenzstellen und zur neuen Cariesbildung führt. Für den Fachmann auf diesem Gebiet bestand daher ein langes Bedürfnis nach einer Zahnfüllzusammensetzung mit physikalischen Eigenschaften, die denen der natürlichen Zahnstruktur sehr nahekommen.

Darüberhinaus besteht auf dem Gebiet der chirurgischen Prothesenmaterialien, das gegenwärtig von hochfesten, nicht korrosiven Legierungen dominiert wird, das anerkannte Bedürfnis nach einem Material, das biologischem hartem Gewebe ähnlicher ist, da die Probleme der Gewebeverträglichkeit und Haftung bisher nicht völlig gelöst wurden (Hulbert et al., Materials Science Research 5, 417 (1971)).

In der auf die Entdeckung wirksamer Antiflecken ("anti-plaque") chemotherapeutischen Mitteln gerichteten Forschung besteht die Notwendigkeit nach Standardtestmaterialien mit einer guten zahnartigen Oberfläche mit Hinsicht auf die Fleckenbildung und die Beständigkeit gegen chemische Mittel. Obwohl natürliche Zähne für diesen Zweck verwendet wurden, haben diese den Nachteil, stark variabel zu sein, in großen Mengen relativ schlecht erhältlich zu sein und vor der Anwendung aufwendig gereinigt werden zu müssen. Es werden daher andere Materialien verwendet, auf denen sich dentale Flecken akkumulieren, wie pulverisierter Hydroxylapatit, Acryl-Zähne, Glas und Draht. Obwohl diese Materialien möglicherweise zum Studium der Pleckenbildung als solche geeignet sind, zeigen diese Materialien eine geringe Ähnlichkeit mit der natürlichen Zahnoberfläche auf und sind daher nicht vollständig zur Anwendung zur Auffindung wirksamer Antifleckenmittel geeignet. Es ist beispielsweise bekannt, daß Chemikalien, die die Fleckenbildung auf Zähnen inhibieren, dies nicht notwendigerweise auf Glas und Draht bewirken (Turesky et al., J. Periodontology 43,

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263 (1972)). Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem billigen, leicht .erhältlichen Material, das chemisch dem Zahnschmelz ähnlich, hart, dicht und hoch poliert ist.

Hydroxy!apatit, Ca₁₀(PO^)₆(OH)₂, auch als basisches Calciumorthophosphat bekannt, die mineralische Phase von Zähnen und Knochen, wurde als geeignet für die verschiedenen vorstehenden Zwecke empfohlen und die US-Patentschrift 2 508 816 beschreibt ein Verfahren zur Erzielung des Hydroxylapatits aus Zahnschmelz und seine Verwendung im Gemisch mit einem synthetischen Harz, als prothetische Zahnzusammensetzung..Dieser Torgang ist langwierig und aufwendig und auf die Erzeugung von fein verteiltem Hydroxylapatit beschränkt. Darüberhinaus hängt diese Methode selbstverständlich von der Beschaffung natürlicher Zähne ab.

Die Verwendung von porösem, nicht keramischem Hydroxylapatit als Füllmaterial in Zahnzementen und lüllungszusammensetzungen wurde in der deutschen Offenlegungsschrift 2 415 333 empfohlen.

Kutty (Indian J. Chem. 11, 695 (1973)) beschreibt Mischungen von Hydroxylapatit und Whitlockit, hergestellt durch die Zersetzung von pulverisiertem Hydroxylapatit bei verschiedenen Temperaturen.

Bett et al. beschreiben in J. Amer. Ohem. Soc. 89, 5535 (1-967), die Herstellung von teilchenförmigen! Hydroxylapatit mit einer Stöchiometrie variierend von Ca/P = 1,67 bis 1,57. Die so erhaltenen Materialien enthalten große interkristalline Poren. Es wurde auch beschrieben, daß beim Erhitzen bis zu 1000⁰C die calciumarmen Hydroxylapatite eine teilweise Umwandlung in die ¥hitlockitphase ("whitlockite phase") eingehen.

Die US-Patentschrift 3 787 900 beschreibt ein Knochen- und Zahnprothesenmaterial, das eine feuerfeste Verbindung und eine caloiumphosphatverbindung, z.B. Whitlockit, umfaßt.

Es wurden verschiedene Versuche unternommen, eine harte, feste Makroform von Hydroxylapatit zu schaffen. Jedoch hat sich keine der bisherigen Formen von Hydroxylapatit als voll zufriedenstellend erwiesen. So beschreiben Roy und linnehan in Nature, 247,

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220 (1974) ein genau durchdachtes hydrothermisch.es Austauschverfahren, bei dem das Skelett—CaIciumcarbonat von Meereskoral— len zu Hydroxylapatit umgewandelt wurde. Das so erzeugte Material behielt notwendigerweise die hohe Porosität, die für die Korallenstruktur charakteristisch ist,bei und hatte darüberhinaus eine relativ geringe Zugfestigkeit von etwa 16,9 bis 33»Ο kg/cm (270-470 psi), was einen ernstlichen Hachteil für ein Prothesenmaterial darstellt.

Monroe et al. beschrieben in Journal of Dental Research 50, 860 (1971) die Herstellung eines keramischen Materials durch Sintern von komprimierten Üabletten von Hydroxylapatit. Das so erhaltene Material war eine Mischung von Hydroxylapatit und etwa 30 fo ^- Whitlockit, der ein öa^PO,)« oder Tricalciumphosphat ist, als eine geordnete Mosaikanordnung von polyedrischen Kristalliten und schien eine zu große Porosität aufzuweisen, um es zur Anwendung in einem Zahnmaterial geeignet zu machen.

Eao und Böhm beschrieben in Journal of Dental Research 53, 1351 (1974) eine polykristalline Form von Hydroxylapatit, hergestellt durch isostatisches Pressen von pulverisiertem Hydroxylapatit in einer Form und isothermes Sintern der geformten Form. Die resultierende Keramik war porös und hatte eine maximale Druckfestigkeit von etwa 1200 kg/cm (17 000 psi).

Bhaskar et al.beschrieben in Oral Surgery 32, 336 (1971) die Anwendung eines biozersetzbaren Calciumphosphat-keramischen Materials zur Ausfüllung von Knochendefekten. Das Material ist hoch porös, wird von dem Ort des Implantats resorbiert und weist die Festigkeit eines Metalls oder die Hichtabbaubarkeit eines keramischen Implantats nicht auf.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer polykristallinen gesinterten Keramik geschaffen, das darin besteht, Calciumionen mit Phosphationen in wässrigem Medium und bei einem

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pH-Wert von etwa 10 bis 12 umzusetzen, zur Bildung einer gelatineartigen Ausfällung eines Phosphats von Calcium mit einem Molverhältnis von Calcium zu Phosphor zwischen dem ungefähren Molverhältnis von Calcium zu Phosphor in Hydroxylapatit und dem in Whitlockit, diese Ausfällung aus der lösung abzutrennen, die Ausfällung bis zu einer Temperatur von mindestens 1000⁰C, jedoch unter die Temperatur zu erhitzen, bei der eine nennenswerte Zersetzung des Hydroxylapatits auftritt und diese Temperatur während einer ausreichenden Zeit beizubehalten, um das Sintern und im wesentlichen eine maximale Verdichtung des resultierenden Produkts zu bewirken.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine neue keramische Form von Hydroxyl enthaltendem, im wesentlichen reinen Hydroxylapatit geschaffen, die hart und dicht ist und eine Hochpolitur bzw. einen Hochglanz annimmt. Chemisch ist sie sehr ähnlich dem Zahnschmelz. Darüberhinaus kann dieses neue Material in relativ einfacher Weise aus billigen Ausgangsmaterialien hergestellt werden und ist in gleichmäßiger Qualität erhältlich, wodurch die unerwünschte Tariabilität von natürlichen Zähnen vermieden wird.

Die Einarbeitung der neuen keramischen Form von Hydroxylapatit in Zahnersatz-Zusammensetzungen schafft ein dichtes Füllmaterial, das einen Expansionskoeffizienten aufweist, der praktisch mit dem von natürlichem Zahnschmelz identisch ist.

Das zahntechnische und chirurgische Implantationsmaterial, das durch die vorliegende Erfindung zugänglich gemacht wird, ist hart, fest und völlig bioverträglich und kann in jeglicher gewünschten Form ohne die Notwendigkeit hoher Drücke oder anderer komplizierter Techniken hergestellt v/erden. Darüberhinaus kann, wie im nachfolgenden genauer beschrieben, jegliches gewünschtes Ausmaß an Porosität einem derartigen Material verliehen werden, wodurch das Einwachsen von Gewebe ermöglicht wird.

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Wie aus dem folgenden ersichtlich, bringen die Charakteristika des hier beschriebenen neuen Materials eine ideale Eignung zur Herstellung von Scheiben, Platten, Stäben usw. zur Anwendung zum Test von dentalen Anti-Fleckmitteln mit sich.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird ein neues, zweiphasisches keramisches Material geschaffen, das Hydroxylapatit und Whitlockit umfaßt. Wie im folgenden genauer beschrieben, ist diese zweiphasige Keramik hart, dicht, nicht porös, bioverträglich, leicht verarbeitbar zu ;jeder gewünschten Gestalt oder Form und aufgrund der bekannten resorbierbaren Natur von Whitlockit als starkes, teilweise resorbierbares chirurgisches Implantationsmaterial verwendbar.

Während ein gewisses Ausmaß an Porosität bei chirurgischen Implantationsmaterialien vorteilhaft sein kann, da es die Zirkulation von Körperflüssigkeiten und das Einwachsen von Gewebe erlaubt, vermindert diese Porosität notwendigerweise die mechanische Festigkeit des Implantats. Die biphasische Keramik, die durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird, kann, obwohl sie dicht, mechanisch fest und im wesentlichen nicht porös ist, nichtsdestoweniger die Zirkulation von Körperflüssigkeiten und das Einwachsen von Geweben ermöglichen, da die darin enthaltene Whitlockitphase langsam von dem Implantat resorbiert und durch natürliches biologisch hartes Gewebe ereetzt wird.

Die neue physikalische Form von Hydroxylapatit, die sich von den biologischen und geologischen Formen und allen bisher bekannten synthetischen Formen, wie nachstehend aufgeführt, unterscheidet, besteht aus einem festen, harten, dichten, weißen, durchscheinend isotropen, polykristallinen, gesinterten Keramikmaterial, das im wesentlichen reinen Hydroxylapatit mit einer durchschnittlichen Kr is tall it größe im annähernden Bereich von 0,2 bis 3 Mikron, eine Dichte im annähernden Bereich von 3,10 bis 3,14 g/cm⁵ besitzt und weiter durch die Abwesenheit von Poren und die Spaltung ent-

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lang glatter gebogener Flächen charakterisiert ist. Darüberhinaus hat das vorstehend "beschriebene Material bei seiner gewöhnlichen Herstellung eine Druckfestigkeit im annähernden Bereich von 2460 bis 8790 kg/cm² (35 000 bis 125 000 psi), eine Zugfestigkeit im annähernden Bereich von 211 bis 2110 kg/cm² (3 000 bis 30 000 psi), einen linearen thermischen Expansionskoeffizienten im annähernden Bereich von 10 bis 12 ppm pro Centigrad, eine Knoophärte im annähernden Bereich von 470 bis 500 und einen Elastizitätsmodul von etwa 0,42 χ 10⁶ kg/cm² (6 χ 10⁶ psi) und ist unter polarisiertem Licht nicht doppelbrechend. Die ursprüngliche Bewertung der neuen Hydroxylapatit-Keramik zeigte, daß es sich um eine feste, harte, dichte, weiße, durchscheinende Keramik handelte, die im wesentlichen reinen, mikrokristallinen Hydroxylapatit in einer zufälligen isotropen Anordnung umfaßte

und eine Druckfestigkeit im Bereich von etwa 2460 bis 5270 kg/cm (35 000 bis 75 000 psi), eine Zugfestigkeit im Bereich von etwa 211 bis 3520 kg/cm² (3 000 bis 50 000 psi), einen linearen thermischen Expansionskoeffizienten im Bereich von etwa 10 bis 12 ppm pro Centigrad, eine Knoophärte im Bereich von etwa 470 bis 500 und einen Elastizitätsmodul von etwa 0,42 χ 10° kg/cm (6 χ 10 psi) aufwies und durch eine Spaltung entlang glatter, gekrümmter Flächen und durch die Abwesenheit einer Doppelbrechung unter polarisiertem Licht charakterisiert ist.

Der hier verwendete Ausdruck "dicht" bezeichnet eine hoch kompakte Anordnung von Teilchen, die im wesentlichen keine Bäume oder ungefüllte Zwischenräume zwischen sich aufweisen.

Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Form von Hydroxylapatit sind geologischer Hydroxylapatit und synthetischer Hydroxylapatit, hergestellt durch ein hydrothermisches Verfahren, mikrokristallin, brechen entlang flacher Ebenen und weisen eine Doppelbrechung auf. Biologischer Hydroxylapatit zeichnet sich dadurch aus, daß er im allgemeinen beträchtliche Mengen an Carbonationen in dem Apatitgitter besitzt, und in seinem reinsten

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Zustand, d.h. im Zahnschmelz, anisotrop in spiralenförmig angeordneten, strahlenförmig verlaufenden Stäben angeordnet ist, so daß er in geraden Linien entlang der Grenzfläche dieser Schmelzstäbe bricht und eine vergleichsweise geringe Zugfestigkeit von 105 kg/cm² (1 500 psi) aufweist.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Eigenschaften der neuen keramischen Form von Hydroxylapatit, die durch die vorliegende Erfindung geschaffen werden, ist dieses Material auch völlig bioverträglich und daher besonders geeignet als Material für Zahnprothesen und chirurgische Prothesen. So kann das erfindungsgemäße Keramikmaterial zu Zahnkronen, künstlichen Zähnen, Knochen- und Gelenkprothesen (joint protheses), Kanülen, 7 erankerungsvorrichtungen für künstliche Glieder, die an Knochen gebunden werden können und durch die Haut herausragen, sowie Testoberflächen zur Untersuchung von Zahnflecken, der Cariesbil— dung, Arthritis oder anderen Erkrankungen, die die Zähne und Knochen befallen können, gegossen oder maschinell verarbeitet werden. In geeigneter Weise vermählen kann die neue erfindungsgemäße Keramik als synthetischer spongiöser Knochen (canncellus bone) zur Ausbesserung von Knochendefekten, als ein Schleif- bzw. Poliermittel und in Verbindung mit üblichen Harzen bzw. Standardharzen als dentale restorative Zusammensetzung, wie nachstehend beschrieben, verwendet werden.

thierunter sind auch Zahnbeläge zu verstehen .

Als Testfläche zur Bewertung von dentalen Flecken^Inhibierenden Mitteln kann die erfindungsgemäße Keramik zu Körpern jeglicher geeigneter Größe und Gestalt hergestellt werden, vorzugsweise in einer Größe und in einer Form, die leicht in ein Standarduntersuchungsrohr eingebracht werden kann. Dies wird zweckmäßig durch Schneiden oder Maschinenbehandlung großer plattenartiger Stücke von getrocknetem Filterkuchen auf eine geeignete Größe und anschließendes Sintern erzielt. Die gesinterten Produkte werden unter Anwendung üblicher Steinschleif- bzw. Steinbehandlungstechniken hoch poliert und die resultierenden Körper werden an-

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schließend als Substrate zur Bewertung von dentalen Flecken inhibierenden Mitteln nach der von luresky et al., loc. cit., beschriebenen !Technik verwendet, !fach der Anwendung werden die Keramikkörper einfach erneut poliert, um eine neue Testoberflache zu ergeben.

Die normal hergestellte erfindungsgemäße Keramik ist nicht lediglich dicht, sondern auch ohne Poren und wenn auch für den Fall von dentalen Anwendungszwecken ein nicht poröses Material wesentlich ist, kann ein gewisser Porositätsgrad bei Implantaten vorteilhaft sein, da er die Zirkulation von Körperflüssigkeiten und das Einwachsen von Gewebe ermöglicht. Der vorliegenden Keramik können verschiedene Porositätsgrade in gleicher Weise wie von Monroe et al., loc. cit., beschrieben, verliehen werden. So werden organische Materialien, die Stärke, Cellulose, Baumwolle oder Kollagen in Mengen von etwa 5 "bis 25 Gew.-^, mit dem gelatineartigen Präzipitat von Hydroxylapatit vermischt. Während der anschließenden Sinterbehandlung werden die organischen Materialien herausgebrannt, wobei Hohlräume und Kanäle in dem ansonsten nicht porösen keramischen Produkt geschaffen werden. Alternativ kann eine Porosität mechanisch durch Bohren oder maschinelle Erzeugung von Hohlräumen und Öffnungen in dem nicht porösen Keramikmaterial erzeugt werden.

Auf solche Weise kann ein künstlicher Zahn, der gemäß diesem Merkmal der Erfindung zusammengesetzt ist, am Implantationspunkt porös gemacht werden, während die freiliegende Zahnfläche nicht porös bleibt. Die Implantation kann wie von Hodosh et al., Journal of the American Dental Association 70, 362 (1965) beschrieben, durchgeführt werden. Alternativ kann die erfindungsgemäß geschaffene Keramik mit einem polymerisierbaren oder polymerisierten Bindematerial, wie nachstehend beschrieben, gemischt werden und die resultierende Zusammensetzung kann als Überzug für Metallimplantate, wie in der ÜS-Patentschrift 3 609 867 beschrieben, verwendet werden.

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Das zweite vorstehend erwähnte Merkmal der Erfindung besteht in einem kräftigen bzw. widerstandsfähigen, harten, dichten, weißen, isotropen, polykristallin gesinterten Keramikprodukt, das als eine Phase von etwa 14 bis 93 Gew.-^ Hydroxylapatit und als eine zweite Phase etwa 2 bis 86 Gew.-% Whitlockit umfaßt und durch die Abwesenheit von Poren und die Spaltung entlang glatter gebogener Ebenen charakterisiert ist.

Whitlockit, das auch als Tricalciumphosphat bekannt ist, ist ein Mineral mit der chemischen Formel Ca,(P(K)₂, das entweder in einer oc- oder ß-kristallinen Phase existieren kann. Der hier verwendete Ausdruck Whitlockit bezeichnet entweder die u.~ oder die ß-Phase oder eine Mischung der beiden Phasen.

Die erfindungsgemäße zweiphasige Keramik bleibt,unabhängig von den jeweiligen Konzentrationen des darin enthaltenen Hydroxylapatits und Whitlockits, ein nicht poröses polykristallines Material. Es ist jedoch ersichtlich, daß Hydroxylapatit und Whitlockit verschiedene physikalische Eigenschaften aufweisen und daher die physikalischen Eigenschaften, z.B. die Dichte und optischen Eigenschaften der zweiphasigen Keramik von den jeweiligen Mengen an Hydroxylapatit und Whitlockit, die darin enthalten sind, abhängen. Beispielsweise ist die theoretische Dichte von Whitlockit geringer als die von Hydroxylapatit und daher ist die beobachtete Dichte einer Probe der zweiphasigen Keramik, die etwa 40 $> Hydroxylapatit und 60 fo Whitlockit enthält, 2,93 g/cm⁵ im Vergleich mit einer Dichte von 3,10 g/cm für eine Probe aus Hydroxylapat it-Keramik.

Die vorstehend beschriebene zweiphasige Keramik ist auch bioverträglich und daher als Material für chirurgische Prothesen geeignet. So kann dieses Material zu Knochen- und Gelenkprothesen oder zu jeglicher zur Ausfüllung einer Leerstelle oder eines Feh lers in einem Knochen geeigneten Form gegossen oder maschinell verarbeitet werden. Der in einem aus dieser zweiphasigen Keramik

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hergestellten prothetischen Gegenstand enthaltene Whitlockit wird eventuell resorbiert und durch das Einwachsen von natürlichem "biologischem hartem Gewebe ersetzt. Selbstverständlich hängt das Ausmaß des Einwachsens von Gewebe von der resorbierbaren Whitlockitmenge, die in der Keramik: enthalten ist, ab.

Bei der normalen Herstellung ist die erfindungsgemäße zweipha— sige Keramik nicht porös. Jedoch können, falls gewünscht, verschiedene Porositätsgrade, wie vorstehend für die neue Keramik aus Hydroxylapatit beschrieben, verliehen werden.

Die zweiphasige Keramik kann auch durch !Fluoridierung, wie nachfolgend für keramischen Hydroxylapatit beschrieben, säure-resistent gemacht werden.

Die vorstehend beschriebene neue keramische 3?orm von Hydroxylapatit kann durch Ausfällen aus wässrigem Medium bei einem pH-Wert von etwa 10-12 hergestellt werden, wobei der Hydroxylapatit ein Molverhältnis von Calcium zu Phosphor von etwa 1,62 bis 1,72 aufweist, worauf der ausgefällte Hydroxylapatit aus der lösung abgetrennt wird und der so erhaltene Hydroxylapatit auf eine Temperatur und während einer Zeit erwärmt wird, die dazu ausreichen, das Sintern und die maximale Verdichtung des Hydroxylapatits ohne wesentliche Zersetzung zu bewirken.

So wird der Hydroxylapatit aus wässrigem Medium durch Umsetzung der Calciumionen mit Phosphationen bei einem pH-Wert von etwa 10-12 ausgefällt. Es sind jegliche Calcium- oder Phosphat enthaltenden Verbindungen geeignet, die Calcium- und Phosphationen in wässrigem Medium liefern, vorausgesetzt, daß die jeweiligen Gegenionen dieser Verbindungen leicht aus dem Hydroxylapatitprodukt entfernt werden und nicht selbst in das Hydroxylapatitgitter eingearbeitet werden oder andererseits eine Wechselwirkung mit der Ausfällung oder Isolierung von in wesentlichem reinem Hydroxylapatit eingehen. Verbindungen, die Calciumionen liefern, sind

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"beispielsweise Calciumnitrat, Calciumhydroxid, Calciumcarbonat und dergleichen. Das Phosphation kann aus Diammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumphosphat, Phosphorsäure und dergleichen geliefert werden. Bei der vorliegenden Methode sind Calciumnitrat und Diammoniumhydrogenphosphat die bevorzugten Quellen für Calcium- bzw. Phosphat ionen.

Die Herstellung von der erfindungsgemäßen neuen Form von Hydroxylapatit wird zweckmäßig wie folgt durchgeführt:

Zuerst werden Calciumnitrat und Diammoniumhydrogenphosphat in einem Molverhältnis von 1,67 "bis 1 in wässriger Lösung bei einem pH-Wert von etwa 10-12 zur Erzielung eines gelatineartigen Niederschlags von Hydroxylapatit miteinander umgesetzt. Zu diesem Zweck ist die von Hayek et al. in Inorganic Syntheses 7 63 (1963) beschriebene Methode geeignet. Die gelatineartige Suspension von Hydroxy!apatit, die so erhalten wird, wird anschließend in Kontakt mit der Originallösung während einer Zeit gehalten, die dazu ausreicht, daß das Calcium-zu-Phosphorverhältnis des suspendierten Hydroxylapatits einen Wert von etwa 1,62-1,72 einnimmt. Dies wird zweckmäßig entweder durch Rühren der Suspension bei Raumtemperatur während nicht unter 24 Stunden oder durch Sieden der Suspension während 10 bis 90 Minuten oder durch eine Kombination von Sieden, gefolgt von Stehen bei Raumtemperatur erzielt. Vorzugsweise wird die Suspension 10 Minuten gekocht und anschliessend 15-20 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen. Der Hydroxylapatit wird anschließend aus der Lösung auf geeignete Weise, beispielsweise durch Zentrifugieren oder Vakuumfiltration entfernt. Das gelartige, so gewonnene Produkt enthält eine große Menge von eingeschlossenem Wasser, von dem viel durch Druck entfernt werden kann. Palis gewünscht, kann das nasse, tonartige Material zu einer zweckmäßigen Form geschnitten oder geformt werden oder alternativ in eine geeignete Form gegossen werden. Es sei festgestellt, daß gewöhnlich eine Schrumpfung von etwa 25 $ auftritt, wenn der nasse Hydroxylapatit getrocknet wird und

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eine weitere Schrumpfung von etwa 25 % während der nachfolgenden Sinterung auftritt. Dies sollte selbstverständlich in Betracht gezogen werden, wenn man das Material formt. Das nasse Produkt kann langsam bis zur Sintertemperatur von 1050 bis 1250⁰G erwärmt werden, bei welchem Punkt das gesamte restliche Wasser abgetrieben ist. Hält man die Temperatur etwa 20 Minuten bis 3 Stunden bei 1050 bis 1250⁰C, so erfolgt die Sinterung und maximale Verdichtung des Produkts. Gewöhnlich ist es bevorzugt, das getrocknete Produkt vor dem Sintern zu isolieren. So kann das nasse Produkt bei etwa 90 bis 900⁰G während etwa 5 bis 24 Stunden oder bis der Wassergehalt davon auf 0 bis etwa 2 i° vermindert ist, getrocknet werden. Im allgemeinen werden bevorzugt Trocknungsbedingungen von etwa 90 bis 95°G während 15 Minuten oder bis zu einer Verminderung des Wassergehaltes auf etwa 1 bis 2 io bevorzugt. Der auf diese Weise erhaltene Hydroxylapatit ist brüchig und porös, weist jedoch eine beträchtliche mechanische !Festigkeit auf. Eine gewisse Abscheidung oder ein Brechen des tonartigen Materials kann beim Trocknen eintreten, insbesondere, wenn ein dicker Filterkuchen verwendet wird. Jedoch wer-

den Stücke in der Größe von 100 cm und 3 mm Dicke leicht erzielt. Die Abtrennung oder das Brechen während des Trocknens können verhindert oder auf ein Minimum herabgesetzt werden, wenn man der Suspension von frisch ausgefälltem Hydroxylapatit" etwa 0,4 bis 0,6 Gew.-$ eines organischen Bindemittels, wie Kollagen, pulverisierte Cellulose oder Baumwolle, zugibt, wobei etwa 0,5 $ Kollagen bevorzugt sind. Das organische Bindemittel wird während der anschließenden Sinterung verflüchtigt und die physikalischen Charakteristika des keramischen Produkts erscheinen im wesentlichen unverändert im Vergleich mit dem in Abwesenheit eines derartigen Bindemittels hergestellten Produkts. Selbstverständlich führt die Anwendung von wesentlich größeren Mengen an organischem Bindemittel, wie vorstehend beschrieben, zu einem porösen keramischen Produkt. Es können auch andere übliche organische und anorganische Bindemittel, die dem Keramikfachmann bekannt sind, verwendet werden.

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Zu diesem Zeitpunkt ist es im allgemeinen zweckmäßig, den getrockneten Hydroxylapatit roh zu der gewünschten Form des Endprodukts zu schneiden oder zu formen, wobei man die vorstehend erwähnte, beim Sintern auftretende Schrumpfung berücksichtigt.

Die Hydroxylapatitkörper sollten vor dem Sintern gleichmäßig und frei von Fehlstellen sein. Die Anwesenheit von Rissen oder Sprüngen kann zum Bruch der Stücke während des Sinterverfahrens führen. Die Produkte werden anschließend bei etwa 1050 bis 1250⁰C während etwa 20 Minuten bis 3 Stunden gesintert, wobei die Temperaturen und Zeiten in inverser Weise voneinander abhängen. Vorzugsweise wird bei 1100 bis 1200°0 während etwa 0,5 bis 1 Stunde gesintert. Die harten, dichten, keramischen Artikel, die so hergestellt werden, können anschließend unter Anwendung üblicher Techniken poliert oder maschinell verarbeitet werden.

Bei dem vorstehenden Verfahren ist es kritisch, den Hydroxylapatit als gelartigen bzw. gelatineartigen Niederschlag aus wässriger Lösung herzustellen, da lediglich in diesem kohäsiven gelatineartigen Zustand der Hydroxylapatit geformt oder geschmolzen und anschließend getrocknet und gesintert werden kann, um die Keramik in Makroform zu erzielen. Trockener, teilchenförmiger oder granulärer Hydroxylapatit kann nicht erneut in diesen kohäsiven gelartigen Zustand überführt werden. Wird beispielsweise pulverisierter Hydroxylapatit in Wasser suspendiert und filtriert, so erhält man einen nicht kohäsiven, teilchenförmigen Filterkuchen, der einfach trocknet und bröselt und nicht gestaltet, geformt oder in eine Makroform der Keramik umgewandelt werden kann. Darüberhinaus ist, obwohl pulverisierter Hydroxylapatit mechanisch zu einem Formkörper, wie eine Tablette, gepreßt werden kann, das beim erfindungsgemäßen Sintern erhaltene Produkt ein hochporöses Produkt und bricht nicht längs glatter Ebenen, sondern zersplittert einfach zu rauhen Stücken.

Obwohl die Bildung von Hydroxylapatit in wässrigem Medium ein komplexer und nicht vollständig verständlicher Vorgang ist, wird

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allgemein angenommen, daß sich. Calcium- und Phosphationen zunächst unter Bildung eines Hydroxylapatits mit Caleiummangel vereinen, der ein Calcium/Phosphorverhältnis von etwa 1,5 aufweist. In Anwesenheit von Calciumionen wird diese Species langsam in Hydroxylapatit mit einem Calcium/Phosphorverhältnis von 1,67 umgewandelt. /Eanes et al., Mature 208, 365 (1965) und Bett et al., J. Amer. Chem. Soc. 89, 5535 (1967)/. So muß zur Erzielung einer Keramik, die im wesentlichen reinen Hydroxylapatit umfaßt, beim erfindungsgemäßen Verfahren der ursprüngliche gelartige Niederschlag von Hydroxylapatit in Kontakt mit der Ausgangslösung während einer Zeit bleiben, die dazu ausreicht, das Calcium/Phosphorverhältnis auf einen Wert von etwa 1,67 bis 1,72 ansteigen zu lassen. Wesentliche Abweichungen von diesem Bereich führen zu einem weniger durchscheinenden keramischen Produkt. Wird beispielsweise Hydroxylapatit bei Raumtemperatur ausgefällt und während 2 Stunden nach der Ausfällung gewonnen, so beträgt sein Calcium/Phosphorverhältnis etwa 1,55 bis 1,57 und die schließlich daraus hergestellte Keramik ist undurchsichtig bzw. opak und erweist sich durch Röntgenstrahlenbeugung als eine Mischung aus Hydroxylapatit und Whitlockit. Tatsächlich ist, wie genauer im nachfolgenden beschrieben, ein Material mit einem Calcium/Phosphorverhältnis von etwa 1,44-1,60 bei der Herstellung der vorstehend beschriebenen zweiphasigen Keramik nützlich. So kann es, obwohl das erfindungsgemäße Verfahren zu einer durchscheinenden Keramik führt, die im wesentlichen reinen Hydroxylapatit umfaßt, aufgrund der nicht vollständig verständlichen Bildungsweise des Hydroxylapatits in wässrigem Medium, vorteilhaft sein, die Hydroxylapatitbildung zu überwachen, um sicherzustellen, daß die gewünschte Calcium/Phosphor-Stöchiometrie erzielt wird und daß als Produkt beim Sintern im wesentlichen reinen Hydroxylapatit enthalten wird. Dies wird zweckmäßig durch. Entnahme eines aliquoten Teils der Hydroxylapatit suspension, Abtrennen des Produkts, Trocknen und Sintern, wie vorstehend beschrieben, und Unterziehen der so erhaltenen Keramik einer Elementaranalyse und Röntgenstrahlenanalyse er-

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Die Temperatur und die Dauer des Sinterns sind für das erfindungsgemäße Yerfahren ebenfalls kritisch. So kann nicht gesinterter Hydroxylapatit mit dem gewünschten Calcium/Phosphorverhältnis von 1,62-1,72 in die erfindungsgemäße Keramik durch Erwärmen auf eine Temperatur vonrv1050 bis 120O⁰C umgewandelt werden. Bei einer Temperatur von 1050⁰C kann das vollständige Sintern und die maximale Terdichtung 2 bis 3 Stunden erfordern, während bei 120O⁰C das Yerfahren in 20-30 Minuten vollständig sein kann. Bevorzugt wird bei einer Temperatur von etwa 1100⁰C während etwa 1 Stunde gesintert. Eine Temperatur wesentlich unter 1050⁰C führt zu einer unvollständigen Sinterung, unabhängig von der Zeitdauer des Erwärmens, während das Erwärmen über 125O⁰C während mehr als 1 Stunde zu einer teilweisen Zersetzung des Hydroxylapatits zu Whitlockit führt.

Die vorstehend beschriebene zweiphasige Keramik, die eine Phase aus Hydroxylapatit und eine zweite Phase aus Whitlockit umfaßt, kann durch Ausfällen einer Calciumphosphatverbindung mit einem Molverhältnis von Calcium zu Phosphor im Bereich von etwa 1,44 bis 1,60, vorzugsweise 1,46-1,57» aus einer wässrigen Lösung bei einem pH-Wert von etwa 10-12, Abtrennen des Niederschlags aus der Lösung und Erwärmen des so erhaltenen Feststoffs auf eine Temperatur und während einer Zeit, die dazu ausreichen, das Sintern und die maximale Verdichtung zu bewirken, hergestellt werden.

Die Calciumphosphat-Yerbindung mit der erforderlichen Stöchiometrie, nämlich Ca/P = 1,44-1,60, wird durch Wechselwirkung von Calciumionen mit Phosphationen in wässrigem Medium bei pH-Wert 10-12 erzielt, wobei die gleichen Quellen für Calcium- und Phosphationen wie vorstehend für die Herstellung des einphasigen Hydroxylapatits beschrieben, verwendet werden. Die bevorzugten Reagenzien sind Calciumnitrat und Diammoniumhydrogenphosphat.

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So kann die zweiphasige Keramik durch Wechselwirkung von Calciumnitrat und Diammoniumhydrogenphosphat in einem Molverhältnis von 1,67 bis 1, d.h. wie vorstehend für die Herstellung der einphasigen Hydroxylapatitkeramik, hergestellt werden, vorausgesetzt, daß die ursprüngliche gelartige Ausfällung nicht erwärmt wird und in Kontakt mit der ursprünglichen Lösung während eines Zeitraums gehalten wird, der etwa 4 Stunden nicht überschreitet, oder alternativ,daß das Molverhältnis von Calcium zu Phosphor der Ausfällung einen Wert von etwa 1,60 nicht überschreiten darf.

Wie vorstehend für die Herstellung der einphasigen Hydroixylapatitkeramik beschrieben, wird der Calciumphosphatniederschlag aus der !Lösung abgetrennt, gewaschen, gegebenenfalls zu einer zweckmäßigen Porm gestaltet oder geformt und, falls gewünscht, getrocknet und vor dem Sintern isoliert.

Die Suspension von frisch ausgefälltem Calciumphosphat kann auch mit organischen Bindemitteln oder Fluoridionen, wie vorstehend für den einphasigen Hydroxylapatit beschrieben, behandelt werden.

Gesintert wird durch Erwärmen auf etwa 1050⁰C bis 135O⁰C ,während etwa 20 Minuten bis 3 Stunden.

Die in der so hergestellten Keramik enthaltene Menge an Whitlockit hängt von der Zeit ab, zu der die Ausfällung aus der ursprünglichen lösung abgetrennt wird und kann von etwa 2 bis 83 # variieren. Wird so das Produkt 5 Minuten nach der Ausfällung isoliert, so beträgt sein Calcium/Phosphorverhältnis 1,55 und die schließlich daraus hergestellte Keramik enthält etwa 83 $> Whitlockit. Wird das Produkt 2 Stunden nach der Ausfällung isoliert, so beträgt das Calcium/Phosphorverhältnis 1,57 und die resultierende Keramik enthält etwa 61 $> Whitlockit. Durch Isolieren de3 Produkts 4,5 Stunden nach der Ausfällung erhält

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man schließlich eine Keramik, die schätzungsweise 2 fi Whitlockit in einer Menge enthält, die durch Röntgenstrahlenbeugung, die eine minimale Konzentrationssensibilität von 2-3 i° aufweist, kaum feststellbar ist. Wird selbstverständlich das Produkt über etwa 7 Stunden mit der Originallösung in Kontakt gehalten, so ist die schließlich erhaltene Keramik im wesentlichen einphasiger Hydroxylapatit.

Alternativ kann die erfindungsgemäße zweiphasige Keramik durch Umsetzung von Galciumionen mit Phosphat ionen in einem Molverhältnis von etwa 1,50 - 1,60 zu 1 hergestellt werden. Auf diese Weise kann das Molverhältnis von Calcium/Phosphor in dem GaI-ciumphosphatniederschlag einen Wert von etwa 1,60 unabhängig von der Zeitdauer, "mit der die Ausfällung in Kontakt mit der ursprünglichen lösung bleibt, nicht überschreiten.

So wird die Herstellung der erfindungsgemäßen zweiphasigen Keramik zweckmäßig wie vorstehend für die Herstellung einer einphasigen Hydroxylapatitkeramik beschrieben, durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Reaktionskomponenten, nämlich Calciumnitrat und Diammoniumhydrogenphosphat in einem Molverhältnis von etwa 1,50 bis 1,60 zu 1 aufeinander einwirken, zur Erzielung von Keramiken, die etwa 30-50 j6 Hydroxylapatit und etwa 50-70 $> Whitlockit enthalten.

Die Keramik kann darüberhinaus in der Whitlockitphase angereichert werden, durch Kombination der Merkmale der zwei vorhergehenden Verfahrensweisen, d.h. durch Wechselwirkung von Calciumionen mit Phosphationen in einem Molverhältnis von etv/a 1,50-1,60 zu 1 und isolieren der ausgefällten Calciumphosphatverbindung innerhalb kurzer Zeit, vorzugsweise etwa 5 Minuten bis 4 Stunden, folgend auf die Ausfällung. So hergestellte Keramiken umfassen etwa 10-30 $ Hydroxylapatit und 70-90 ⁰A Whitlockit.

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Es ist bekannt, daß Hydroxylapatit bei etwa 125O⁰C eine Zersetzung unter Bildung von Whitloekit eingeht und es ist daher ersichtlich, daß ein längeres Erhitzen der einphasigen HydroxyI-apatitkeramik gemäß der Erfindung auf Temperaturen von etwa 125O⁰C oder darüber zu einer teilweisen Zersetzung des Hydroxylapatit3 zu Whitloekit führt, wodurch noch eine weitere Methode zur Erzielung der erfindungsgemäßen zweiphasigen Keramik geschaffen wird.

Die Erfindung betrifft auch eine wiederherstellende bzw. restaurative Dentalzusammensetzung, die eine Mischung der erfindungsgemäßen Hydroxylapatitkeramik und eines polymerisierbaren oder polymerisierten Bindematerials umfaßt, das mit den Bedingungen des Oralraumes verträglich ist. Die dentale Wiederherstellungszusammensetzung gemäß der Erfindung umfaßt etwa 10-90 fo₉ vorzugsweise 60 bis SO fo, bezogen auf das Gewicht, von fein zerteiltem keramischen Hydroxylapatit, wobei der Rest dieser Zusammensetzung von etwa 10-90 Gew.-5^ ein dental akzeptierbares polymerisierbares oder polymerisiertes Bindematerial zusammen mit bekannten bzw. üblichen geeigneten Polymerisationskatalysatoren, wie aliphatisch^ Ketonperoxide, Benzoylperoxid usw., reaktive Verdünnungsmittel, wie Di-, Tri- und letraäthylenglykoldimethacrylat, Härter, wie IT—3-oxokohlenwasserstoff-substituierte Acrylamide, wie in^der US-Patentschrift 3 277 O56 beschrieben, Promotoren bzw. Reaktionsförderer oder Beschleuniger, wie Metallacetylacetonate, tertiäre Amine, z.B. H,U-Bis-(2-hydroxyäthyl)-p~toluidin usw., oder quervernetzende Mittel, wie Zinkoxid usw., die in einer Menge von etwa 0,01 bis 4-5 Gew.-fo der Gesamtzusammensetzung vorliegen, umfaßt. Obwohl es nicht wesentlich ist, kann ein oberflächenaktives Comonomeres oder Befestigungsmittel (keying agent), wie das Reaktionsprodukt von If-Phenylglyein und Glycidylmethacrylat, wie in der US-Patentschrift 3 200 14-2 beschrieben, Methacryloxypropyltrimethoxys ilan, 3,4-Epoxycyclohexyläthyltrimethoxysilan, Vinyltrichlorsilan usw. zu der Zusammensetzung in einer Menge von 0,05 bis 10 Gew.-$ der Gesamtzusammensetzung zugesetzt wer-

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den. Das Binde- oder Befestigungsmittel fördert die Bindung des keramischen Materials an das Harz und von der dentalen Füllzusammensetzung an den natürlichen Zahn. So wird der erfindungsgemäße keramische Hydroxylapatit auf eine geeignete Teilchengröße von etwa 5 "bis 100 Mikron unter Anwendung üblicher Mahltechniken zerkleinert und anschließend mit einer geeigneten Menge eines Standardharzes, das in der Zahntechnik üblich bzw. bekannt ist, wie Hydroxyäthylmethacrylat, Polymethylmethacrylat, Polyacrylsäure, Propylenglykolfumaratphthalat ungesättigte Polyester, wie von Allied Chemical Co. 23 LS8275 und Pittsburgh Plate Glass als Selektron 530001 angeboten, styrol-modifizierte ungesättigte Polyester, wie von Glidden Glidpol 1008, G--136 und 4CS5O, Epoxyharze, wie Ciba Araldite 6020, Union Carbide EBL2774 und das Bisaerylatmonomere, hergestellt aus G-lycidylmethaerylat und Bisphenol A gemäß der US-Patentschrift 3 066 112, vermischt. Das Harz kann ein einziges Monomeres oder eine Mischung von zwei oder mehreren Comonomeren umfassen. Zusatzstoffe, wie Farbstoffe, anorganische Pigmente und fluoreszierende Mittel können gegebenenfalls zu der vorstehenden Zusammensetzung nach den in diesem Fachgebiet bekannten Prinzipien gefügt werden. Es ist zweckmässig, das Harz, den keramischen Hydroxylapatit und gegebenenfalls Ingredenzien, wie Silanbindemittel, Farbstoffe, anorganische Pigmente oder fluoreszierende Mittel vor der Zugabe des Katalysators, Härters, Qtiervernetzungsmittels, Promotors oder Beschleunigers, zu vermischen. Jedoch ist die Reihenfolge,gemäß der die Bestandteile vermischt werden, nicht kritisch und diese Bestandteile können gleichzeitig vermischt werden. Unter Anwendung üblicher Techniken kann die so hergestellte Zusammensetzung als ein Zahnfüllmaterial, als Zahnzement, als Hohlraumauskleidung, als die Pulpa verkappendes Mittel verwendet werden oder die Zusammensetzung kann in eine geeignete Form zur Erzeugung eines künstlichen Zahnes oder einer Reihe von künstlichen Zähnen gegossen werden.

Selbstverständlich ist es sehr vorteilhaft, daß das in dem oralen

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Hohlraum verwendete Material earies-resistent ist. Dies wird in der Praxis der vorliegenden Erfindung beq.uem durch Zusatz von etwa 0,01 bis 1 $ Fluoridionen, wie Ammonium- oder Stannofluorid zu der Suspension von frisch ausgefälltem Hydroxy !apatit erzielt. Die Keramik, die durch Sintern des resultierenden Produkts erzeugt wird, ist äußerst resistent gegen Angriff von Milchsäure, Essigsäure oder Zitronensäure, eine Standard-invitro-Methode zur Bestimmung der Caries-Resistenz. Alternativ kann der fertiggestellten Keramik die Resistenz gegen Caries durch Aussetzen der Keramik einer 0,5 bis 5 ^-igen wässrigen lösung von Hatriumfluorid während etwa 12 Stunden bis 5 Tagen verliehen werden. Vorzugsweise wird der Keramikkörper in etwa 5 5&—iger wässriger ffatriumfluoridlösung während etwa 4 Tagen stehengelassen.

Yom Fachmann auf dem Keramikgebiet wird es geschätzt, daß zusätzlich zu den organischen und anorganischen Bindemitteln und Fluoridionen die erfindungsgemäßen Keramikmaterialien auch geringe Mengen von anderen Elementen enthalten können, die, obwohl sie die wesentliche Eatur der Keramikprodukte nicht ändern, diesen nützliche Charakteristika verleihen können. Es ist beispielsweise bekannt, daß Barium und Strontium in das Apatitkristallgitter aufgenommen werden und daß diese Elemente beträchtlichopaker gegen Röntgenstrahlen sind als Calcium. Daher führt der Zusatz einer geringen Menge von Barium- oder Strontiumionen zu den Calciumionen vor der Umsetzung der letzteren mit dem Phosphation schließlich zu einer Hydroxylapatitkeramik, die mit Barium oder Strontium versehen ist, die bei Anwendung in einer dentalen Wiederherstellungszusammensetzung, wie vorstehend beschrieben, eine ausreichende Röntgenstrahlenabsorption ergibt, um eine Feststellung von dem gefüllten Zahn zu ermöglichen. Es ist bekannt, daß Magnesium, das auch in das Apatitkristallgitter aufgenommen wird, die Kristallisation von Hydroxylapatit verzögert, während es die Kristallisation von Whitlockit beschleunigt (Eanes et al., CaIc. Tiss. Res. 2, 32 (1963)). So begünstigt die

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Zugabe einer geringen Menge von Magnesiumionen zu den Caiciumionen vor der Reaktion der letzteren mit Phosphationen die Bildung von Whitlockit, wodurch ßehließlich eine mit Whitlockit angereicherte zweiphasige Keramik entsteht.

Die, wie vorstehend beschrieben, erhaltenen keramischen Materialien wurden auf der Basis einer oder mehrerer der folgenden Bestimmungen charakterisiert: Elementaranalyse, Dichte, Röntgenstrahlenbeugung, Transmissions-Elektronenmikroskop ie, Mikroskopie unter polarisiertem Iiicht und mechanische Eigenschaften.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

Zu einer gerührten Mischung von 130 ml 1,63 n-Calciumnitrat (0,212 Mol) und 125 ml konzentriertem Ammoniak wurde tropfenweise während etwa 20 Minuten eine Mischung von 16,75 g (0,127 Mol) Diammoniumhydrogenphosphat, 400 ml destilliertem Wasser und 150 ml konzentriertem Ammoniak gefügt. Die resultierende Suspension wurde 10 Minuten gekocht, in einem Eisbad gekühlt und filtriert. Der Filterkuchen wurde mit einem Kautschukdamm gepreßt und anschließend über Uacht bei 95⁰C getrocknet. Eine Probe des "resultierenden, harten, porösen, brüchigen Kuchens wurde in einen elektrischen Brennofen während 115 Minuten bis auf eine Endtemperatur von 1230⁰C erwärmt und anschließend auf Raumtemperatur gekühlt, wobei man ein kräftiges bzw. widerstandsfähiges, hartee weißes, durchscheinendes keramisches Produkt erhielt.

Standardelementaranalysen des endgültigen Keramikprodukts und auch des getrockneten Hydroxylapatits vor dem Sintern ergaben die folgenden Ergebnisse, bezogen auf

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	ber	• • ·	getrocknet, nicht gesinterter Hydro- xylapatit	Keramik
Ca	39,	89 io	37,4 $	39,6 io
P	18,	5 *	17,5 io	18,9 io
H₂O	0	*	1 *	-
Ca/P	1,	667	1,65	1,62

Die Untersuchung eines dünnen Abschnitts der Keramik durch Mikroskopie unter polarisiertem Licht bei 130X und 352X zeigte, daß das Material im wesentlichen frei von Whitloekit war. Die Abwesenheit einer Doppelbrechung und wahrnehmbare Strukturmerkmale, v/ie die Kristallitform, Orientierung, Grenzlinien usw., zeigten eine mikrokristalline Struktur. Ein Tergleich mit den optischen Mikrographien eines dünnen Abschnitts der gesinterten gepreßten Tablette, beschrieben von Monroe et al., loc. cit., zeigte, daß die beiden Materialien strukturell unterschiedlich waren.

Röntgenstrahlenbeugungs-Messungen wurden in üblicher Weise durchgeführt. Die interplanaren Räume (spacings) wurden berechnet und erwiesen sich als tatsächlich identisch mit*den für Hydroxy!apatit von Donnay et al., Crystal Data, ACA Monogram Fr. 5,663 (1963) angegebenen. Die Röntgenstrahlendata zeigten darüberhinaus die Abwesenheit von Whitlockit in jeglicher Menge über etwa 2 bis 3 i°, der minimalen Sensibilitätskonzentration des Diffraktometers an.

Beispiel 2

Eine Lösung von 79,2 g (0,60 Mol) Diammoniumhydrogenphosphat in 1500 ml destilliertem Wasser wurde mit etwa 750 ml konzentriertem Ammoniak auf den pH-Wert 11-12 eingestellt.

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Zusätzliches destilliertes Wasser wurde zur Auflösung des ausgefällten Ammoniumphosphats zugefügt, wobei sich ein Gesamtvolumen von 3200 ml ergab. Falls notwendig, wurde der pH-Wert erneut auf 11-12 eingestellt. Diese lösung wurde tropfenweise während 30 bis 40 Minuten zu einer kräftig gerührten Lösung gefügt, die 1 Mol Calciumnitrat in 900 ml destilliertem Wasser enthielt, die vorher mit etwa 30 ml konzentriertem wässrigen Ammoniak auf den pH-Wert 12 eingestellt worden war und anschließend mit destilliertem Wasser auf ein Tolumen von 1800 ml verdünnt wurde. War die Zugabe vollständig, so wurde die resultierende gelartige bzw. gelatineartige Suspension weitere 10 Minuten gerührt und anschließend 10 Minuten gekocht, von der Wärmequelle weggenommen, bedeckt und 15-20 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen. Die überstehende Flüssigkeit wurde abdekantiert und die restliche Suspension wurde 10 Minuten bei 2000 Upm zentrifugiert. Der resultierende Schlamm wurde erneut in 800 ml destilliertem Wasser suspendiert und erneut 10 Minuten bei 2000 Upm zentrifugiert. Es wurde ausreichend destilliertes Wasser zu den restlichen Feststoffen gefügt, um ein Gesamtvolumen von 900 ml zu ergeben. Durch heftiges Schütteln erhielt man eine homogene Suspension, die im wesentlichen frei von großen Bruchstücken oder Aggregaten war. Die gesamte Suspension wurde in einen Büchner-Trichter auf einmal gegossen und unter Anwendung eine3 schwachen Vakuums filtriert. Wenn der Filterkuchen rissig zu werden begann, wurde ein Kautschukdamm angelegt und das Vakuum erhöht. Fach 1 Stunde wurde der Damm entfernt und der rißfreie, intakte Filterkuchen wurde auf eine flache Oberfläche überführt und 15 Stunden bei 90-95⁰C getrocknet, wobei man 90-100 g weißer, poröser, spröder Stücke

p von Hydroxylapatit erhielt. Bruchstücke von 1 bis 4 cm und frei von Rissen und Sprüngen wurden in einen elektrischen Brennofen gefügt und die Temperatur wurde während 100 Minuten auf 1200⁰C angehoben, wonach der Ofen und sein Inhalt auf Raumtemperatur abkühlen konnten. Man erhielt Stücke aus einem harten,

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dichten, nicht porösen, weißen, durchscheinenden keramischen Material.

getrockneter, nicht

Analyse ber.: gesinterter Hydroxyl- Keramik

apatit

Ca	39	,89	io	36	,5,	36,8 $	31	,7,	38	,0	io	,3
P	18	,5 5		21			22	,8,	19	,0	, 18	56
Ca/P	1,	667		1	,30,	1,31	1	,08,	1,	55	, 1,

Fach der Durchführung der vorstehenden Analysen wurde festgestellt, daß die angewendete analytische Technik eine vollständige Auflösung der Proben nicht gestattete und die Ergebnisse daher ungenau und stark variabel sind. Trotz der vorstehenden analytischen Daten wurde die wesentliche Homogenität dieser Probe durch die folgenden elektronenmikroskopischen Daten bestätigt. Darüberhinaus besaß das Produkt von Beispiel 3, das nach einer im wesentlichen der Arbeitsweise von Beispiel 2 identischen Arbeitsweise hergestellt wurde, die erwarteten analytischen Werte und wurde darüberhinaus als homogener Hydroxylapatit durch Röntgenstrahlenbeugung und Elektronenmikroskopie charakterisiert.

Zweistufige Wiederholungsproben wurden durch Abschirmen einer Kollophoniumwiedergabe der Probenoberfläche mit Chrom und anschließendes Überziehen mit Kohlenstoff hergestellt. Die Transmissionselektronen-mikroskopische Bewertung der kopierten Proben ergab eine einwandfrei gleichmäßige Korngröße mit keinem Anzeichen für Poren oder eine zweite Au3fällungsphase weder in den Korngrenzlinien oder innerhalb der Körner selbst in einer Menge von über etwa 0,5 ^, der minimalen Konzentrationssensibilität des Elektronenmikroskops. Eine Probe der Keramik wurde anschließend auf SiC-Papier auf 600 "grit" poliert und anschließend mit einer 3-Mikrometer-Diamantpaste auf einem metal-

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lographischen Rad, das mit einem feinen Mylontuch "bedeckt war, poliert. Die Probe wurde anschließend 30 Sekunden mit 4 $-iger Fluorwasserstoffsäure geätzt. Es wurden anschließend Kopien der polierten und der geätzten Oberfläche gemacht und elektronenmikroskopisch untersucht. Erneut waren keine Sekundärphasen in den Korngrenzlinien festzustellen, jedoch ergab sich ein gewisser Anhaltspunkt für geringe Sekundarphasenteilchen in der Kornmasse.

Die Druckfestigkeit und der Elastizitätsmodul wurden nach üblichen Methoden bestimmt und erwiesen sich als 3,969 + 1,176 kg/cm² (56,462 + 16,733 psi) bzw. 0,44 x 106 kg/cm² (6,3 x 10⁶ psi).

Die Zugfestigkeit wurde nach dem üblichen Dreipunkte-Biegetest bestimmt und erwies sich als 678 + 233 kg/cm (9650 + 3320 psi).

Der thermische Expansionskoeffizient erwies sich als linear zwischen 25 und 225⁰C mit einem Wert von 11 χ 10~⁶/°C + 10 $>.

Unter Anwendung der Standard—Knoop-Methode wurde ein Härtewert von 480 gefunden. Der gleiche Wert wurde unabhängig von der Richtung der angewendeten Kraft gefunden, was anzeigt, daß das Material isotrop ist.

Die Porosität wurde qualitativ durch Eintauchen des Testmaterials in einen Fuchsinfarbstoff während 15 Minuten, Waschen mit Wasser, Trocknen und anschließende Untersuchung des Testmaterials auf Spuren von verbliebenem Farbstoff untersucht. Diese Untersuchung wurde gleichzeitig mit der nicht porösen Form der Keramik, geschaffen durch die vorliegende Erfindung, einer gesinterten, komprimierten Tablette von Hydroxylapatit und einem natürlichen Zahn durchgeführt. Die gesinterte komprimierte Tablette zeigte eine beträchtliche Beibehaltung des

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Farbstoffs, während die neue erfindungsgemäße Keramik und der natürliche Zahn keine sichtbare Beibehaltung des Farbstoffs aufwiesen. In einer anderen Methode wurde das zu untersuchende Material in 6n-wässriges Ammoniak während 15 Minuten eingetaucht, mit Wasser gewaschen, getrocknet und mit feuchtem iackmuspapier gerieben. Jegliches in Oberfläehenporen zurückbleibendes Ammoniak verfärbt das umgebende Laekmuspapier blau. Wurde diese Untersuchung gleichzeitig an der erfindungsgemäßen Keramik, an einer gesinterten komprimierten Tablette von Hydroxylapatit und einem natürlichen Zahn durchgeführt, so verfärbte sich das Lackmuspapier in Kontakt mit der gesinterten komprimierten Tablette blau, was die Anwesenheit von in der Tablette eingeschlossenem Ammoniak anzeigt. Weder bei der neuen erf in— dungsgemäßen Keramik noch bei dem natürlichen Zahn zeigte sich eine Farbänderung des iackmuspapieres.

Beispiel 3

Auf gleiche Weise wie in Beispiel 2, jedoch ausgehend von 3 Mol Calciumnitrat und 1,8 Mol Diammoniumhydrogenphosphat, erhielt man 304 g weißen, spröden, porösen Hydrosylapatit.

Analyse ber.: gef.:

Ca

Ca/P

Durch Sintern bei 1100⁰C während 1 Stunde erhielt man eine harte, weiße, durchscheinende Keramik mit einer Dichte von 3,10 g/cm . Die Röntgenstrahlenbeugung zeigte, daß das Material homogener Hydroxylapatit war. Die elektronenmikroskopis ehe Bewertung zeigte eine Kristallit-Größenverteilung im Bereich von 0,7 bis 3 Mikron und die Abwesenheit von Poren oder Ausfällungen einer zweiten Phase.

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39,	89
13,	VJl
1,	667

40	,0
18	,6
1	,66

Beispiel 4

A.) Nach der gleichen Arbeitsweise wie in Beispiel 2 beschrieben, jedoch unter Verwendung der halben, dort verwendeten Quantitäten, wurden etwa 50 g Hydroxylapatit aus der wässrigen lösung ausgefällt. Nach dem Zentrifugieren wurde die zurückbleibende Mineralaufschlämmung erneut in ausreichend Wasser zur Bildung eines Gesamtvolumens von 1 1 suspendiert und 2 Minuten in einem Waring-Miseher homogenisiert.

B.) Eine Mischung von 0,5 g pulverisierter Cellulose (-^0,5 /ti) in 200 ml Wasser wurde 3 Minuten in einem Waring-Miseher vermischt. Ein Aliquot von 100 ml der homogenen wässrigen Suspension von Hydroxylapatit wurde anschließend zugefügt und die resultierende Mischung weitere 5 Minuten vermischt. Die Suspension wurde anschließend filtriert und der Filterkuchen getrocknet und gesintert, gemäß Beispiel 2. Der Filterkuchen zeigte nach dem Trocknen sehr geringe Rißbildung und das durch Sintern erzeugte keramische Produkt war leicht porös, was sich durch den vorstehend beschriebenen Fuchsinfarbstofftest erwies.

C.) Eine Mischung, die 0,5 g zerteilter Verbandwatte in 200 ml Wasser enthielt, wurde mit einem Waring—Mischer 45 Minuten bis zur Erzielung einer fast homogenen Suspension vermischt-. Ein aliquoter feil von 100 ml der homogenen wässrigen Suspension von Hydrosylapatit, beschrieben in Beispiel 4A, wurde anschließend zugesetzt und es wurde weitere 15 Minuten vermischt. Die resultierende Suspension wurde filtriert und der Filterkuchen getrocknet und gesintert, gemäß Beispiel 2. Das keramische Produkt blieb intakt und war wahrnehmbar porös.

Beispiel 5

A.) Eine Mischung von 5 g Kollagen (Rinder-Achillessehnen) in 300 ml Wasser wurde 5 Minuten in einem Waring-Miseher vermischt. Das Kollagen schloß große Wassermengen unter Bildung einer dikken, gelatineartigen Masse ein. Eine geringe Menge von fein ver-

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teiltem Kollagen (20-30 mg) verblieb in Suspension.

B.) Die Suspension des fein verteilten Kollagens (250 ml) wurde dekantiert und in einem Waring-Miseher 5 Minuten mit 100 ml eines aliquoten Seils der homogenen Suspension von Hydroxylapatit, beschrieben in Beispiel 4A, vermischt. Die resultierende Mischung wurde filtriert und der Filterkuchen getrocknet und gesintert, gemäß Beispiel 2. Das keramische Produkt bl^eb intakt und war im wesentlichen nicht porös.

C.) Etwa 20 io des dicken, gelatineartigen Kollagens wurden in einem Waring-Miseher 6 Minuten mit 150 ml der homogenen wässrigen Suspension von Hydroxylapatit, beschrieben in Beispiel 4A, vermischt. Die resultierende Mischung wurde filtriert und der !Filterkuchen getrocknet und gesintert, gemäß Beispiel 2. Der getrocknete Kuchen blieb vor dem Sintern intakt und wies eine beträchtliche mechanische !Festigkeit auf. Die Keramik, die durch Sintern erhalten wurde, war hart, fest bzw. widerstandsfähig und sichtbar porös-,

Beispiel 6

Proben des gemäß Beispiel 2 erhaltenen Keramikprodukts wurden 12 Stunden in 1 $-igem wässrigem HTatriumfluorid stehengelassen. Diese Materialien wurden anschließend zusammen mit Proben von nicht behandelter Keramik und natürlichen Zähnen einer 10 $-igen Milchsäure ausgesetzt. !Nach 3 !Tagen zeigte die mit Pluorid behandelte Keramik wesentlich geringere Angriffe durch Milchsäure als das nicht behandelte keramische Material oder der natürliche Zahnschmelz. Wurde 3 Tage in 1 $-igem wässrigem Hatriumfluorid stehengelassen, so wurde die Keramik nicht sichtbar durch Milchsäure nach 3 Tagen angegriffen und zeigte nach 1 Monat lediglich eine leichte Zersetzung, wohingegen unbehandelte Proben stark zersetzt waren.

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Beispiel 7

Nach der gleichen Arbeitsweise, wie in Beispiel 2 beschrieben, jedoch unter Anwendung der halben dort verwendeten Quantitäten, wurden etwa 50 g Hydroxy !apatit aus wässriger lösung ausgefällt. Nach dem Zentrifugieren wurde die Mineralaufschlämmung in ausreichend Wasser zur Erzielung eines Gesamtvolumens von 500 ml suspendiert. Die Suspension wurde in 10 gleiche Teile geteilt, von denen jeder mit 50 ml Wasser verdünnt wurde und mit Ammoniumfluorid wie folgt behandelt wurde: zu den Proben 1, 2, 3, 4 und 5 wurden 0, 0,1, 0,5, 1,0 bzw. 2,0 ml wässriges Ammoniumfluorid mit einem Gehalt von 0,00085 g F~"/ml gefügt. Die Proben 6, 7 und 8 wurden mit 0,5, 1,0 bzw. 10,0 ml wässrigem Ammoniumfluorid mit einem Gehalt von 0,0085 g 3?"~/ml behandelt. Die Proben 9 und 10 wurden mit 2,0 bzw. 4,0 ml wässrigem Ammoniumfluorid mit einem Gehalt von 0,045 g 3?~"/ml verzersetzt. Die Suspensionen wurden anschließend auf einem Rotationsschüttler 1 1/2 Stunden geschüttelt und filtriert. Die Filterkuchen wurden 15 Minuten mit einem Kautschukdamm gepreßt, 2 Tage bei 95⁰C getrocknet und anschließend in einem elektrischen Brennofen auf eine Temperatur von 1200⁰C erhitzt. Die resultierenden Keramiken wurden zu feinen Pulvern gemahlen und durch ein Sieb von 0,044 mm lichter Maschenweite (325 mesh) gesiebt. 80 mg jeder der Pulverproben wurden mit 80 ml. einer 0,4 m-Katriumlactatpufferlösung vom pH-Wert 4,1 bei 23⁰C vermischt und auf einem Burrell-Dreh- bzw. Gelenkschüttler geschüttelt. Fach 2, 9, 25 und 40 Minuten nach dem Vermischen wurden aus jeder Probenmischung aliquote Teile von 3 ml entnommen, sofort zur Entfernung der ungelösten Probe filtriert und die Menge an gelöster Keramik colorimetrisch bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle A aufgeführt. Zu Vergleichszwecken wurde ein gesinterter Anteil der Probe 1 4 Tage in 1 ml 5 $-igem Natriumfluorid stehengelassen. Der Feststoff wurde abgetrennt, sorgfältig mit Wasser gewaschen, getrocknet und anschließend dem vorstehend beschriebenen Auflösungsversuch, wie die Probe 1A, unterzogen. Die Ergebnisse sind in die

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Tabelle A mitaufgenommen. Es ist selbstverständlich ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen experimentellen Bedingungen in vivo-Bedingungen nicht nahekommen, jedoch so gewählt wurden, daß sie eine ausreichende Auflösung der Probe innerhalb einer angängigen Zeitdauer ermöglichen, um so eine genaue Bewertung der relativen Auswirkung der Fluoridionenkonzentration zu ermöglichen. So sind in vivo-Auflösungsraten für keramischen Hydroxylapatit erwartungsgemäß beträchtlich geringer als die vorstehenden Raten in dem starken Iiactatpuffer.

Tabelle A

Relative Auflösungsraten von fluoriertem keramischen Hydroxyl-

apatit

Probe Pluoridgehalt (PPM)

gelöst

Nr.	zugesetzt	gefunden	2 Min.	9 Min.	25 Min.	40 Min.
1	0	—	9,2	18,5	32,0	39,7
2	17	19	9,2	18,8	29,3	39,0
3	85	190^a	8,9	17,6	30,0	38,3
4	170	190	10,3	18,3	30,5	37,5
5	340	216	9,9	18,1	29,7	35,2
6	850	226	8,8	17,1	27,7	>33,0
7	1 700	470	7,9	18,1	25,7	29,8
8	17 000	1 460	6,7	12,1	19,7	23,3
9	18 000	1 700	6,3	11,5	19,7	23,3
10	36 000	2 307	5,9	11,3	17,6	21,0

1A - 3,7 7,1 13,7 18,7

a) offensichtlich eine nicht korrekte Untersuchung

Beispiel 8

Große Bruchstücke von getrocknetem Filterkuchen von etwa 3 bis 4 mm Dicke, hergestellt gemäß Beispiel 2 und mit einem Ca/P-Verhältnis = 1,64-1,66 wurden geritzt und zu rechteckigen Plat-

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ten von etwa 14-15 mm Länge und 7-8 mm Breite gebrochen und durch ein Ende wurde ein kleines loch gebohrt. 1000 dieser Platten wurden anschließend gemäß Beispiel 2 gesintert und unter Anwendung üblicher Steintechniken auf Hochglanz poliert. Die resultierenden Keramikkörper mit einer Dichte von 3,12-3,14 g/cm waren in Form von rechteckigen Platten von etwa 1011 mm länge, 4-5 mm Breite und 2-3 mm Dicke und wiesen ein loch an einem Ende auf, durch das ein Draht befestigt wurde. Die Platten, die so auf jegliche gewünschte Tiefe in ein Testrohr eingebracht werden konnten, wurden als Testoberflächen zur Bewertung von Mitteln zur Inhibierung von Zahnfleckenbildung, wie vorstehend beschrieben, verwendet.

Beispiel 9

Eine lösung von 0,24 Mol Diamraoniumhydrogenphosphat in 600 ml destilliertem Wasser wurde mit 34° ml konzentriertem Ammoniak auf den pH-Wert 11,4 eingestellt und das Endvolumen wurde mit destilliertem Wasser auf 1280 ml gebracht. Diese lösung wurde tropfenweise während 30 Minuten zu einer kräftig gerührten lö- ' sung von 0,4 Mol Calciumnitrat in 360 ml destilliertem Wasser, die vorher mit konzentriertem Ammoniak auf den pH-Wert 11 ein-"gestellt und mit destilliertem Wasser auf ein Volumen von 720 ml verdünnt wurde, getropft. Die resultierende Suspension wurde ohne Sieden gerührt und es wurden aliquote Teile von 250 ml periodisch .entnommen und die Produkte isoliert, gewaschen und getrocknet, wie in Beispiel 2 beschrieben. Alle Proben wurden anschließend eine Stunde auf 1100⁰C erhitzt und die Zusammensetzung der resultierenden Keramikprodukte wurde durch Röntgenstrahlenbeugung bestimmt. Sie Ergebnisse sind in der Tabelle B aufgeführt.

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2 5 ? Λ 504

	Rührzeit	Min. ·	Tabelle	B	18,2	1,55	Phasen, beobach tet durch Rönt- genstrahlenbeu- gnng fo Hydro- % Whit- xylapatit lockit	83
Probe Ur.	5	MIn.	Yerweilzeit vor der Iso lierung		-	-	17	79
1	45	Std.	—	Elementaranalyse # Ca % P Ca/P	18,0	1,57	21	61
2	2	,5 Std.	-	36,6	-	-	39	2^a
3	4:	Std.	-	—	17,0	1,68	93	₂a
4	7	Std.	-	36,6	17,0	1,69	98	0
5	7	Std.	-	-	17,1	1,69	100	0
6	24	Std.	17 Std.	37,0	16,8	1,72	100	0
7	48	-	37,2		100
S	—	37,4
	37,4

Diese Vierte liegen an der Grenze der minimalen Konzentrationsempfindlichkeit des Röntgenstrahlendiffraktometers (2-3 $) und ihre Genauigkeit ist daher fraglich.

Beispiel 10

A.) Wach der in Beispiel 2 beschriebenen Arbeitsweise, jedoch unter Verwendung von 0,3 Mol Calciumnitrat und 0,2 Mol Diammoniumhydrogenphosphat erhielt man ein hartes, brüchiges, poröses Produkt mit der folgenden Elementarzusammensetzung: Ca = 38,85 5»; ρ = 19,77 7°; Ca/P = 1,52. Dieses Material wurde 1 Stunde auf 1200⁰C erwärmt, wobei man ein festes hartes, nicht poiöses, weisses, etwas opakes keramisches Material erhielt, das etwa 40 fo Hydroxylapatit und 60 $ Whitlockit, wie durch Röntgenstrahlenbeugung bestimmt, enthielt.

B.) Wurde die vorstehende Umsetzung unter umgekehrter Zugabe der Ausgangsmaterialien durchgeführt, so erhielt man ein Produkt, das etwa 40 # Hydroxylapatit und 60 $ Whitlockit enthielt und ein Ca/P-Yerhältηis von 1,52 und eine Dichte von 2,932 g/car aufwies.

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Beispiel 11

Eine Lösung von 0,0625 Mol Diammoniumhydrogenphosphat in 150 ml destilliertem Wasser wurde mit 95 ml konzentriertem Ammoniak "behandelt und das Endvolumen mit destilliertem Wasser auf 320 ml gebracht. Diese Lösung wurde tropfenweise während 30 Minuten zu einer kräftig gerührten Lösung von 0,1 Mol Calciumnitrat und 2,5 ml konzentriertem Ammoniak in 180 ml destilliertem Wasser gekühlt. Die resultierende Suspension wurde 5 Minuten gerührt, anschließend in Eis 45 Minuten gekühlt und der suspendierte Feststoff wurde isoliert, gewaschen und wie in Beispiel 2 beschrieben, getrocknet, wobei man einen harten, brüchigen, porösen, weissen Feststoff mit der folgenden Elementarzusammensetzung erhielt: Ca = 35,4 $>, P = 18,59 ^; Ca/P = 1,46. Dieses Material wurde 1 Stunde auf 135O°C erhitzt, wobei man ein festes, hartes, nicht poröses, etwas opakes keramisches Produkt erhielt, das etwa 14 % Hydroxy !apatit und 86 $ Whitlockit, angezeigt durch die Röntgen- ■ strahlenbeugung, enthielt.

Die Produkte der Beispiele 1 bis 11 entsprechen den erfindungsgemäßen Materialien und haben die wie vorstehend beschriebenen physikalischen Eigenschaften.

Die Produkte, die gemäß den Beispielen 1, 2, 3, 5B und 6 tiis 8 hergestellt wurden, sind feste, harte, dichte, weiße, durchscheinende Keramikkörper, die im wesentlichen reinen isotropen, polykristallinen Hydroxylapatit, der frei von Poren ist, enthalten und eine Druckfestigkeit im Bereich von etwa 2460 bis 8790 kg/cm (35 000 bis 125 000 psi), eine Zugfestigkeit im Bereich von etwa 211 bis 2110 kg/cm² (3 000 bis 30 000 psi), einen linearen thermischen Expansionskoeffizienten im Bereich von etwa 10 bis 12 ppm pro Centigrad, eine Knoop-Härte im Bereich von etwa 470 bis 500 und ein Elastizitätsmodul von etwa 0,42 χ 10 kg/cm² (6 χ 10 psi) aufweisen und dadurch charakterisiert sind, daß sie entlang glatter, gebogener bzw. gewellter Ebenen gespalten werden und unter dem polarisierten Licht keine Doppelbrechung zeigen. Die gemäß

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den Beispielen 4 und 5 erzeugten Produkte enthalten, obwohl sie das gleiche Material wie in den Beispielen 1, 2, 3, 5B und 6 Ms 8 umfassen, Hohlräume oder Poren von variierender Anzahl und Größe. Es ist ersichtlich, daß die Einbringung von Poren in diese Gegenstände eine Änderung von deren physikalischen Eigenschaften bewirkt, beispielsweise eine Terminderung der Druckfestigkeit, Zugfestigkeit, Elastizität und Härte.

Beispiel 12

Eine als Zahnzement und Zahnfüllung geeignete Zusammensetzung wurde wie folgt hergestellt:

A.) Zu einer Lösung von 20 mg des Kondensationsprodukts von N-Phenylglycin und Glycidylmethacrylat (beschrieben in der US-Patentschrift 3 200 142 und dort als HPG-GMA bezeichnet) in 7 ml Äthanol wurden 2,0 g pulverisierter keramischer Hydroxy !apatit gefügt. Nach. 5-minütigem Verwirbeln wurde das Äthanol unter Yakuum bei Raumtemperatur verdampft und der zurückbleibende Peststoff wurde 2 Stunden bei 1 mmHg getrocknet.

B.) Eine Probe von SO mg des vorstehenden Materials wurde mit 0,4 mg Benzylperoxid und 30 mg einer 1:2-Mischung von Hydroxyäthylmethacrylat und dem Reaktionsprodukt von Bisphenol A und Glycidylmethacrylat, wie in der US-Patentschrift 3 066 112 beschrieben und in der Fachwelt als Bis-GMA bezeichnet, vermischt. Die resultierende Mischung wurde in eine zylindrische Stahlform gefügt, worin sie in 3-5 Minuten härtete. Die Druckfestigkeit wurde für so gehärtete zylindrische Plomben bestimmt; der durchschnittliche Wert betrug 1712 kg/cm² (24 350 psi).

Beispiel 13

Eine Mischung von 60 Teilen pulverisiertem keramischen Hydroxylapatit, 13 Teilen Hydroxyäthylmethaerylat, 27 Teilen des Kondensationsprodukts von Bisphenol A und Glycidylmethacrylat, 0,3 Tei-

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len N,N-Bis~(2-hydroxyäthyl)-p-toluidin und 0,8 Teilen Benzoylperoxid wurde sorgfältig vermischt, wobei man eine dünne, freifließende Formulierung erhielt, die als Versiegelungsmittel für löcher und Risse in Zähnen geeignet war. Die Mischung wurde in eine zylindrische Stahlform gegossen, in der sie in etwa 3 Minuten härtete. Die Druckfestigkeit wurde für sieben derartige zylindrische Plomben bestimmt und zeigte einen durchschnittlichen Wert von 1434 kg/cm² (20 400 psi).

Beispiel 14

Im folgenden wird ein Beispiel für eine Formulierung gegeben, die als Zahnfüllungsmaterial geeignet ist.

Zu 5 ml 2-Propanol wurden 0,5 g pulverisierter Keramik-Hydroxylapatit gefügt. Das 2~Propanol wurde anschließend im Vakuum bei Raumtemperatur verdampft, um jegliches Hydratationswasser von der Oberfläche der Keramik zu entfernen. Zu 120 mg so behandeltem pulverisierten Hydroixylapatit wurden 0,3 mg Benzoylperoxid und anschließend 40 mg einer Mischung aus dem Kondensationsprodukt von Bisphenol A und Glycidylmethacrylat, Iriäthylenglykoldimethacrylat und H,]f-Bis-(2-hydroxyäthyl)-p-toluidin gefügt,

•p

die von Lee Pharmaceuticals unter dem Handelsnamen Epoxylite HL-72 vertrieben wird. Die Mischung wurde zu einer glatten Paste, gespachtelt und in zylindrische Stahlformen gefüllt und 4 Stunden stehengelassen. Die zylindrischen Proben wurden anschließend aus den Formen entnommen und es wurden drei Proben untersucht und zeigten eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 1568 kg/cm (22 300 psi).

Beispiel 15

Zu einer Lösung von 30 mg des Kondensationsprodukts von F-Phenylglycidin und Glycidylmethacrylat in 7 ml Äthanol wurde unter Verwirbeln 1 g pulverisierter keramischer Hydroxylapatit gefügt. Das Äthanol wurde unter Vakuum bei Raumtemperatur verdampft. Zu einer

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Mischung aus 130 mg pulverisiertem keramischen Hydroxylapatit, der so behandelt wurde und 3,0 mg Benzoylperoxid wurden 74 mg einer Mischung, enthaltend 60 Teile des Kondensationsprodukts von Bisphenol A und Glycidylmethaerylat und 40 Teile Triäthylenglykoldimethacrylat gefügt und das resultierende Aggregat wurde zu einer glatten Paste gespachtelt, die in zylindrische Stahlformen gefüllt wurde und 3 Stunden stehengelassen wurde. Die zylindrischen Plomben wurden aus den Formen entnommen und es wurden vier Proben untersucht und zeigten eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 1568 kg/cm² (22 300 psi).

Beispiel 16

Eine als Zahnzement und kieferchirurgischer bzw. orthodontischer Zement oder als temporäre Zahnfüllung geeignete Zusammensetzung wurde durch Vermischen von 100 mg pulverisiertem keramischen Hydroxylapatit, 300 mg Zinkoxid und 300 mg 40 $-iger wässriger Polyacrylsäure hergestellt. Die resultierende Mischung wurde in zylindrische Stahlformen gefügt, worin sie in etwa 3-5 Minuten härtete. Die zylindrischen Plomben wurden aus den !Formen entnommen und es wurden vier Proben untersucht und zeigten eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 872 kg/cm² (12 400 psi). Weitere 5 Proben wiesen eine durchschnittliche diametrale Zugfestigkeit von 115 kg/cm (1630 psi) auf. Die 40 $-ige wässrige^Polyacrylsäure und das Zinkoxid wurden als flüssige bzw. feste Bestandteile eines handelsüblichen Polycarboxylatzements erhalten, der von der El
trieben wird.

der von der ESPE G.m.b.H. unter dem Handelsnamen Durelon ver

Beispiel 17

Eine als Zahnzement und Zahnfüllungsmittel geeignete Zusammensetzung wurde durch Vermischen von 6 Gew.-Teilen 40 $-iger wässriger Polyacrylsäure mit einer Mischung von 6 Gew.-Teilen pulverisiertem keramischen Hydroxylapatit und 4 Gew.-Teilen Zinkoxid hergestellt. Die resultierende Zusammensetzung hatte eine Här-

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tungszeit von etwa 5 "bis 10 Minuten. Die 40 /^-ige wässrige Polyacrylsäure und das Zinkoxid wurden als flüssige bzw. feste Bestandteile eines handelsüblichen Polycarboxylatzements erhalten, der von der Ei
trieben wird.

der von der ESPE G.m.b.H. unter dem Handelsnamen Durelon ver-

Beispiel 18

Im folgenden wird ein Beispiel für eine Zahnfüllungs—Zusammensetzung gegeben:

Bestandteil Gew.-5^

styrolmodifiziertes Polyesterharz

(Glidden Glidpol G-136) 29,2

BenzoyIperoxid 0,7

Styrol 0,6

Methacryloxypropyltrimethoxys ilan 1,5

keramischer Hydroxylapatit 68,0

Beispiel 19

Im folgenden wird ein Beispiel für eine Zusammensetzung gegeben, die als Zahnzement bzw. Dentalzement, Hohlkörperauskleidung und die Pulpa verkappendes Mittel verwendbar ist:

Bestandteil Gew.-^

Epoxyharz (Union Carbide ERL2774) 67

N-3-OXO-1,1~d imethylbutylacrylamid 23

keramischer Hydroxylapatit 10

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253Λ50Α

Beispiel 20

Im folgenden wird ein Beispiel für eine Zusammensetzung gegeben, die zur Herstellung von künstlichen Zähnen oder einem Set von künstlichen Zähnen geeignet ist.

Eine Mischung aus 60 Gew.-Teilen keramischem Hydroxylapatit von etwa 0,105 "bis 0,074 mm Korngröße (150 bis 200 mesh) und 40 Gew.-Teilen pulverisiertem Polymethylmethacrylat wird mit etwa 15 Gew.-Teilen flüssigem monomeren Methylmethacrylat vermischt und die resultierende Mischung wird in einem verschlossenen Gefäß bei Raumtemperatur stehengelassen, bis das Material nicht mehr an den Gefäßwänden klebt und eine nicht klebrige plastische Konsistenz aufweist. Das Material wird anschließend in eine geeignete Form überführt und die Form und sein Inhalt werden in Wasser eingetaucht, das während etwa 1 Stunde zum Sieden erwärmt wird und 30 Minuten bei dieser Temperatur gehalten wird. Die Form wird anschließend an der Luft etwa 15 Minuten abgekühlt und schließlich in kaltem Leitungswasser gekühlt.

Die Bioverträglichkeit der neuen keramischen Porm von Hydroxylapatit, der durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird, wurde durch Implantationsuntersuchungen bestätigt, wobei sich zeigte, daß keine inflammatorische Reaktion eintrat, wenn Abschnitte der nach der Methode von Beispiel 1 hergestellten Keramik intraperitoneal in Ratten implantiert wurden oder subkutan in den Rücken von Kaninchen implantiert wurden und daß nach 28 Tagen keine Resorption der Keramik ersichtlich war.

Pellets von keramischem Hydroxylapatit, hergestellt nach der gleichen Methode wie in Beispiel 3 beschrieben, wurden chirurgisch in die Oberschenkelknochen von Hunden implantiert. Die Implantate wurden in vivo durch periodische Röntgenuntersuchung überwacht. Nach Perioden von 1 Monat und 6 Monaten wurden die Tiere getötet und die die Implantate enthaltenden Oberschenkelknochen wurden entnommen. Die Oberschenkelknochen wurden an der Stelle des Im-

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plantats seziert und sowohl optisch als auch durch abtastende Elektronenmikroskopie untersucht. Sowohl die Implantate von 1 Monat als auch von 6 Monaten zeigten eine normale Heilung, ej.ne starke Bindung von neuem Knochen an die Implantatoberfläche, ohne dazwischenliegende faserartige Gewebe, keine Entzündung oder Eremdkörperreaktion und keine Resorption des implantierten Materials.

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer polykristallinen, gesinterten Keramik bzw· Sinterkeramik, dadurch gekennzeichnet, daß man Calciumionen mit Phosphationen in wässrigem Medium und bei einem pH-Wert von etwa 10 bis 12 zur Bildung eines gel- bzw. gelatineartigen Niederschlags eines Phosphats von Calcium mit einem Molverhältnis von Calcium zu Phosphor zwischen etwa dem Molverhältnis von Calcium zu Phosphor in Hydroxylapatit und dem in Whitlockit umsetzt und diese Ausfällung aus der lösung entfernt, wobei man die Ausfällung bis zu einer Temperatur von mindestens 1000⁰C, jedoch unter die Temperatur, bei der eine beträchtliche Zersetzung des Hydroxylapatits auftritt, erwärmt und diese Temperatur ausreichend lange beibehält, um das Sintern und die im wesentlichen maximale Verdichtung des resultierenden Produkts zu ergeben.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfällung auf eine Temperatur von mindestens etwa 1050⁰C erwärmt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausfällung von Hydroxylapatit gebildet wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfällung ein Molverhältnis von Calcium zu Phosphor im Bereich von etwa 1,62-1,72 aufweist und die Temperatur im Bereich von etwa 1050⁰C bis 1250⁰C während etwa 20 Minuten bis 3 Stunden gehalten wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bei etwa 1100 bis 1200⁰C während etwa 0,5 bis 1 Stunde gehalten wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

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Claims

daß eine Ausfällung mit einem Molverhältnis von Calcium zu Phosphor im Bereich von etwa 1,46-1,57 gebildet wird und diese Ausfällung auf eine Temperatur im Bereich von etwa IO5O bis 135O⁰C während etwa 20 Minuten bis 3 Stunden erhitzt wird.

7. "Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumion von Calciumnitrat geliefert und das Phosphation von Mammoniumhydrogenphosphat ge~ liefert werden.

S. Yerfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das hergestellte Material in etwa 0,5 bis 5 /6-igem wässrigem Natriumfluorid während etwa 12 Stunden bis 5 Tage stehengelassen wird.

9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 0,4 bis 0,6 G-ew.-$ eines organischen Bindemittels zu der Ausfällung gefügt wird und dieses organische Bindemittel während des Erhitzens verflüchtigt wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel Kollagen ist.

11. Yerfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, zur Herstellung einer porösen Form der Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 5 bis 25 Gew.-$ eines organischen Bindemittels zu der Ausfällung gefügt werden, und dieses organische Bindemittel während des Erhitzens verflüchtigt wird.

12.Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Bindemittel pulverisierte Cellulose, Baumwolle oder Kollagen verwendet werden.

13. Durchscheinende, isotrope, polykristalline, gesinterte Keramik, gekennzeichnet dureh im wesentlichen reinen Hydroxyl-

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apatit mit einer durchschnittlichen Kristallgröße im Bereich von etwa 0,2 bis 3 Mikron, wobei diese Keramik eine Dichte im Bereich von etwa 3,10 bis 3,14 g/enr aufweist, im wesentlichen keine Poren besitzt und entlang glatter, gebogener Flächen bzw. Ebenen gespalten wird.

14. Feste bzw. kräftige, harte, dichte, isotrope, polykristalline, gesinterte, zweiphasige Keramik, umfassend als eine Phase etwa 14 bis 93 Gew.-$ Hydroxylapatit und als zweite Phase etwa 2 bis 86 Gew.-^ Whitlockit, wobei diese Keramik im wesentlichen keine Poren aufweist und entlang glatter, gebogener Flächen bzw. Ebenen gespalten wird.

15. Keramik gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge von Fluoridionen eingearbeitet ist, die zur wesentlichen Verminderung der Zersetzung des keramischen Materials durch Milchsäure geeignet ist.

16. Sine die Zähne wiederherstellende Zusammensetzung, gekennzeichnet durch etwa 10 bis 90 Gew.-^ von fein verteiltem keramischen Hydroxylapatit gemäß Anspruch 13 oder 14 oder hergestellt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 und ein mit dem Zahn verträgliches polymerisierbares oder polymerisiertes Bindematerial.

17. Zusammensetzung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Zahn verträgliche Bindematerial Polyacrylsäure ist.

13. Zusammensetzung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Zahn verträgliche Bindematerial das Konden~ sationsprodulct von Bisphe-nol A und GIycidylmethacrylat ist.

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