DE2838759A1 - COATED IMPLANT - Google Patents

COATED IMPLANT

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Horst Dr Med Hampel
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Description

Beschichtetes Implantat Anwendungsgebiet der ErfindungCoated implant field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein beschichtetes Implantat für die Verwendung als Hemi- und Endoprothese.The invention relates to a coated implant for use as a hemi and endoprosthesis.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristics of the known technical solutions

Bei allen bekannten Implantaten wird vorausgesetzt, daß ihre Zusammensetzung bzw. ihre Oberflächen so beschaffen sind, daß sie biologisch inert, gewebeverträglich und relativ korrosionsbeständig sind. 41s Implantatmaterialien werden je nach Verwendungszweck Kohlenstoff, Tantal, Titan, Titan-Legierungen, CoCr-Legierungen, AlpOo-Keramiken oder organische Kunststoffe verwendet. Weitere Einsatzmaterialien sind rostfreier Stahl, Teflon und andere Kunststoffe. Die Oberflächen können noch zusätzlich behandelt sein·With all known implants it is assumed that their composition or their surfaces are designed in this way are that they are biologically inert, tissue-compatible and relatively corrosion-resistant. 41s implant materials Depending on the intended use, carbon, tantalum, titanium, Titanium alloys, CoCr alloys, AlpOo ceramics or organic plastics are used. Other input materials are stainless steel, Teflon and other plastics. The surfaces can also be treated

So ist es bekannt, Implantate mit einer Schicht aus pyrolythischem Kohlenstoff zu versehen, der eine Aufrauhung der Oberfläche und eine Verbesserung der chemischen Widerstandsfähigkeit bewirken soll (DT-OS 2.157*139)· Weiterhin ist es bekannt, Blutgefäßprothesen aus nichtre-3orbierbarem, physiologisch inertem Kunstfasergewebe herzustellen, die mit einer Schicht aus Mucopolysaccharide^ Glyzerin und Antibiotika versehen sind, um die Bildung von Thromben zu verhindern und das Einwachsen des nicht resorbierbaren Bestandteils während des Abbaues der Schicht zu ermöglichen (DT-OS 1.491.218).So it is known to have implants with a layer of pyrolytic Carbon to provide a roughening of the surface and an improvement in chemical resistance (DT-OS 2.157 * 139) It is also known to make blood vessel prostheses made of non-absorbable, Manufacture physiologically inert synthetic fiber fabric covered with a layer of mucopolysaccharide ^ Glycerin and antibiotics are provided to prevent thrombus formation and the ingrowth of the non-absorbable To enable component during the dismantling of the layer (DT-OS 1.491.218).

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Es sind Röhren zum Verbinden von Blutgefäßen bekannt, die aus Saccharose und Glucose, Lactose oder Maltose und Dextran oder Dextrin bestehen. Diese Zusammensetzung soll bewirken, daß keine Toxizität für das Lebewesen eintritt und sich das Implantat nach einer bestimmten Zeit im Blut auflöst (DT-OS 2.034.413). Es ist auch bekannt, Implantate aus Titan oder Titan-Legierungen mit einer interferenzfarbigen Oberflächenschicht aus Oxiden, Nitriden, Karbiden und Karbonnitriden zu versehen. Diese interferenzfarbige Oberflächenschicht wird aufgebracht, um neben einem gewissen kosmetischen Effekt vor allem durch Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit die Korrosionsbeständigkeit des Implantats zu erhöhen, wobei insbesondere die Reibkorrosion herabgesetzt werden soll. Zusätzlich wird eine genaue Kontrol- Ie des Korrosionsverhaltens im Gewebe ermöglicht (DT-OS 1.943.801). Das Hauptaugenmerk wird dabei auf die Interferenzfarbigkeit der Oberflächenschicht gelegt, die jedoch stets bei optisch transparenten dünnen Schichten, wie bei den genannten Oxiden, Nitriden, Karbiden und Karbonnitriden, auftritt. Dabei sind offensichtlich bestimmte Zusammenhänge nicht erkannt worden, wie z. B. daß derartige Schichten einen Einfluß gegenüber der natürlichen Diffusion beliebiger Ionen, also auch der des Implantats, ausüben. Diese Tatsache wird aber in der Bauelementetechnik seit langem ausgenutzt.There are known tubes for connecting blood vessels that consist of sucrose and glucose, lactose or maltose and dextran or dextrin. This composition should have the effect that there is no toxicity for the living being and that the implant dissolves in the blood after a certain time (DT-OS 2,034,413). It is also known to be made from implants Titanium or titanium alloys with an interference-colored surface layer made of oxides, nitrides, carbides and carbon nitrides to provide. This interference-colored surface layer is applied in addition to a certain cosmetic The main effect is the corrosion resistance of the implant by reducing the electrical conductivity to increase, in particular the fretting corrosion should be reduced. In addition, a precise control Ie of the corrosion behavior in the tissue enables (DT-OS 1.943.801). The main focus is on the Interference color of the surface layer placed, which, however, always with optically transparent thin layers, such as occurs in the aforementioned oxides, nitrides, carbides and carbon nitrides. There are obviously certain connections not recognized, such as B. that such layers have an influence on natural diffusion of any ions, including those of the implant. This fact has long been used in component technology exploited.

Weiterhin ist es bekannt, daß Li-, B-, C-, F-, Oa-, K-, Na-, Mg-, Si- und P-Ionen zum Steuern der Gewebereaktionen und zur Stimulation des Anwachsens von Gewebe an die Oberflächen derjenigen Implantatteile eingelagert sind, die der Befestigung der Implantate dienen. Es soll durch diese Erfindung erreicht werden, daß eine bestimmte Dosis der genannten Ionen erst in das Implantat eingelagert wird, um dann gezielt und zeitlich begrenzt, nämlich bis zum Zustandekommen einer festen Verbindung zwischen Implantat und Implantatbett, in das Implantatbett zu diffundieren. Diese Ioneneinlagerung beeinträchtigt jedoch in keiner Weise dieIt is also known that Li-, B-, C-, F-, Oa-, K-, Na-, Mg, Si and P ions for controlling tissue reactions and for stimulating the growth of tissue to the surfaces those implant parts are stored that are used to attach the implants. It is intended to be achieved by this invention be that a certain dose of the said ions is first stored in the implant, in order then to be targeted and for a limited time, namely until a firm connection is established between the implant and the implant bed, diffuse into the implant bed. This ion storage however, does not affect the in any way

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natürliche Diffusion der Ionen des Implantatmaterials· Das bedeutet, daß trotz der zusätzlichen Ionen die nichtvertretbare Belastung des Implantatbettes durch die Ionen des Implantatmaterials nicht verringert wird. Die Art der Ionen ist auch nicht davon abhängig gemacht worden, welche Zusammensetzung das Implantatbett hat (DT-AS 2·324.867)·natural diffusion of the ions of the implant material · The means that, despite the additional ions, the unacceptable loading of the implant bed by the ions of the Implant material is not reduced. The type of ions has not been made dependent on which one Composition of the implant bed (DT-AS 2 324.867)

Nachteile aller bekannten Implantate sind, daß die Materialeinflüsse des Implantats verringert, aber nicht ausgeschlossen, das Implantat bis zur festen Verankerung nicht in den Stoffwechsel mit allen sich daraus ergebenden Konsequenzen einbezogen und nur eine zeitliche Tolerierung des Implantats durch den Körper erreicht werden.Disadvantages of all known implants are that the material influences of the implant does not reduce, but not exclude, the implant until it is firmly anchored involved in the metabolism with all the consequences that arise from it and only a temporal tolerance of the implant can be reached through the body.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, Implantate herzustellen, die bei gleichbleibender biologischer Konstitution des Empfängers eine unbegrenzte Liegedauer erreichen.The aim of the invention is to produce implants which, while the biological constitution of the recipient remains the same achieve an unlimited length of stay.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplain the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Herstellung von Implantaten, die unabhängig von ihrer funktioneilen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit eine Oberflächenschicht optimaler Zusammensetzung aufweisen, die es ermöglicht, daß das Implantat den Stoffwechsel nicht nur nicht beeinträchtigt, sondern daß er positiv beeinflußt wird.The object of the invention is to produce implants that are independent of their functional strength and corrosion resistance have a surface layer of optimal composition that enables the implant not only does not affect the metabolism, but that it is positively influenced.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, einmal die natürliche Diffusion der Ionen des Implantatmaterials zu verhindern, indem dieses passiviert wird, und gleichzeitig eine physiologisch aktive Implantatoberfläche herzustellen, um eine Weaensgleichheit zwischen Implantatoberfläche und Implantatbett zu erreichen. Das geschieht, indem in Abhängigkeit von der Art des Implantatmaterials ein Schichtsystem oder eine Schicht aufgebracht werden.The solution according to the invention consists in the natural diffusion of the ions of the implant material prevent it by passivation and at the same time create a physiologically active implant surface, to ensure uniformity between the implant surface and to reach the implant bed. This is done by using a layer system depending on the type of implant material or a layer can be applied.

Die Diffusion der Ionen wird verhindert, indem eine passivierende Schicht zum Beispiel aus Nitriden, Oxiden oder Karbiden abgeschieden wird· Darauf wird dann die physiolo-The diffusion of the ions is prevented by a passivating layer, for example made of nitrides, oxides or Carbides is deposited then the physiological

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-K--K-

gisch aktive Schicht aufgebracht. Diese physiologisch aktive Schicht besteht aus wesensgleichen körpereigenen Bestandteilen· In abhängigkeit von der Art des Implantatbettes kann die Schicht aufgebaut sein aus einer Aminosäure oder einer Mischung von Aminosäuren oder deren Bestandteile und/oder anderen im Körper enthaltenen Elementen oder deren Verbindungen·gisch active layer applied. This physiologically active layer consists of essentially the same body's own components Depending on the type of implant bed, the layer can be composed of an amino acid or a mixture of amino acids or their components and / or other elements contained in the body or their connections

Für den lall, daß eine passivierende Schicht einen für eine physiologisch aktivierende V/irkung ausreichenden Anteil an körpereigenen Elementen aufweist, kann auf das aufbringen einer weiteren physiologisch aktiven Schicht verzichtet werden· Das gilt beispielsweise bei der Verwendung von Si^NH als Schichtmaterial.For the lall that a passivating layer one for one physiologically activating effect sufficient proportion of Has endogenous elements, the application of a further physiologically active layer can be dispensed with · This applies, for example, to the use of Si ^ NH as a layer material.

Das aufbringen aller Schichten erfolgt mittels der bekannten vakuumtechnischen Beschichtungsverfahren, wie ζ. Β. Aufdampfen, plasmainduzierte Abscheidung aus der Gasphase, Zerstäubung oder ionenunterstütztes Beschichten· Das hat den Vorteil, daß die Beschichtung unter Einsatz hochreiner Ausgangsmaterialien bei relativ geringer Temperaturbelastung auf chemisch, klinisch und physiologisch sauberen Oberflächen erfolgen kann. Des weiteren ist es möglich, alle Schichten des Schichtsystems ohne Unterbrechung des Zyklus in einer Beschichtungsapparatur mittels einer oder mehrerer Verfahren aufzubringen.All layers are applied using the known vacuum coating processes, such as ζ. Β. Vapor deposition, plasma-induced deposition from the gas phase, Sputtering or ion-assisted coating · This has the advantage that the coating is made using highly pure Starting materials at a relatively low temperature load can be done on chemically, clinically and physiologically clean surfaces. It is also possible all layers of the layer system without interrupting the cycle in a coating apparatus by means of an or to apply several procedures.

AusführungsbeispielEmbodiment

Ein beschichtetes Implantat aus Titan wird hergestellt, indem das Titanimplantat nach einer chemischen Reinigung in eine Vakuumapparatur eingebaut wird, in der es durch Abglimmen weitgehendst von sorbierten Fremdstoffen und Fremdschichten gereinigt wird. Danach wird auf das Titanimplantat ein Schichtsystem aus Siliziumnitrid und Kalziumfluorid aufgebracht. Zuerst erfolgt das Aufbringen der Siliziumnitridschicht unter Anwendung der Zerstäubungstechnik, und anschließend wird Kalziumfluorid aufgedampft.A coated titanium implant is produced by chemical cleaning of the titanium implant in a vacuum apparatus is installed in which it is largely removed from sorbed foreign substances and foreign layers by glowing off is cleaned. Then a layer system made of silicon nitride and calcium fluoride is applied to the titanium implant upset. First, the silicon nitride layer is applied using the atomization technique, and then calcium fluoride is evaporated.

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Ein Schichtsystem aus physiologisch aktiven Schichten, wie es bei Teflonimplantaten benutzt werden kann, wird hergestellt, indem ot-Alanin gedampft und anschließend Kohlenstoff durch ionenunterstütztes Beschichten aufgebracht wird Implantate aus bestimmten Metallen oder Metallegierungen, wie auch Titan, können mit einer passivierenden physiologisch aktiven Schicht aus Si IT EL versehen werden. Das ge-A layer system made up of physiologically active layers, such as It can be used in Teflon implants is made by vaporizing ot-alanine and then carbon implants made of certain metals or metal alloys are applied by ion-assisted coating, as well as titanium, can be provided with a passivating physiologically active layer made of Si IT EL. The GE-

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schieht mittels der plasmainduzierten Abscheidung aus der Gasphase eines Silan- Ammoniak-Gemisches.occurs by means of the plasma-induced deposition from the Gas phase of a silane-ammonia mixture.

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Claims (6)

Erfindungs anspruchInvention claim M. /Beschichtetes Implantat aus Metallen, Metallegierungen, Kunststoff, Keramik und/oder anderen Stoffen, gekennzeichnet dadurch, daß ein Implantat mit einem Schichtsystem versehen wird, das aus einer passivierenden Schicht und/oder mehreren physiologisch aktiven Schichten besteht, oder mit einer passivierenden, physiologisch aktiven Schicht versehen wird, wobei die physiologisch aktiven Schichten zusammengesetzt sind, aus wesensgleichen körpereigenen Bestandteilen.M. / Coated implant made of metals, metal alloys, Plastic, ceramic and / or other substances, characterized in that an implant with a layer system is provided, which consists of a passivating layer and / or several physiologically active layers consists, or is provided with a passivating, physiologically active layer, the physiologically active layers are composed of essentially the same body's own components. 2. Beschichtetes Implantat nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem aus einer passivierenden Schicht aus Siliziumnitrid und einer physiologisch aktiven Schicht aus Kalziumfluorid besteht.2. Coated implant according to item 1, characterized in that the layer system consists of a passivating Layer made of silicon nitride and a physiologically active layer made of calcium fluoride. 3· Beschichtetes Implantat nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem aus physiologisch aktiven Schichten, insbesondere aus c^ -Alanin- und Kohlenstoff, besteht.3 · Coated implant according to point 1, characterized in that the layer system consists of physiologically active layers, in particular of C ^ -alanine and carbon. 4·. Beschichtetes Implantat nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die passivierende physiologisch aktive Schicht aus SixNJE2 besteht.4 ·. Coated implant according to item 1, characterized in that the passivating physiologically active layer consists of Si x NJE 2 . 5· Beschichtetes Implantat nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die physiologisch aktive Schicht aus einer oder einer Mischung von Aminosäuren besteht.5 · Coated implant according to item 1, characterized in that the physiologically active layer consists of a or a mixture of amino acids. 6. Beschichtetes Implantat nach Punkt 1 bis 5> dadurch ge kennzeichnet, daß die Schichten mittels vakuumtechnischer Beschichtungsverfahren, insbesondere Aufdampfen, plasmainduzierte Abscheidung aus der Gasphase, Zerstäuben oder ionenunterstütztes Beschichten, aufgebracht werden.6. Coated implant according to point 1 to 5> characterized in that the layers by means of vacuum technology Coating processes, in particular vapor deposition, plasma-induced deposition from the gas phase, sputtering or ion-assisted coating. 909825/0608909825/0608
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