DE2947885A1

DE2947885A1 - Verfahren zum herstellen von faserverstaerktem knochenzement

Info

Publication number: DE2947885A1
Application number: DE19792947885
Authority: DE
Inventors: Sabine 2000 Hamburg Wellmanns; Prof. Dr.med. Dietmar 2070 Großhansdorf Wolter
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1979-11-28
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1981-07-23

Description

Verfahren zum Herstellen von faserverstärktem Knochen-
zement Knochenzemente, die zur Verankerung von Gelenkeridopro thesen, zur Ausfüllung von Knochendefekten und als Verstärkung bei der Osteosynthese verwendet werden, enthalten ein oder mehrere härtbare Harze, im besonderen Methylmethacrylat-, Methacrylat-, Methacrylsäuremethylester- Homo- und Copolymere. Die pulvrigen Harze, werden mit einem Monomeren, z. B. Methylmethacrylat-oder Methacrylsäuremethylester-Monomeren, angeteigt und das hochviskose Gemisch wird auf oder in die Defektstelle gedrückt. Durch die Verwendung schnellhärtender Harze läßt sich häufig eine stabile Montage erreichen, so daß beispielsweise verletzte Extremitäten oder ersetzte Gelenke sofort nach der Operation belastet werden können. Neben der Rückgewinnung verlorener Körperfunktionen werden dadurch sekundäre Komplikationen wie Thrombosen, Embolien oder Lungenentzündungen weitgehend vermieden.
Der ausgehärtete Knochenzement muß teilweise erhebliche Spannungen aufnehmen, z. B. werden bei einer Hüftgelenkprothese an der medialen Seite des Schaftoberteils erhebliche Druckspannungen auf die Zementschicht aufgebracht, die schließlich zum Reißen der Schicht und zur Lockerung der Prothese führen können. Zugbeanspruchungen, die nach Lockerung der Prothese entstehen, sind dann wegen der geringen Zugfestigkeit des Knochenzements häufige Versagensursachen. Es ist bekannt, Werkstoffe, besonders auch Kunstharze, durch die Einlagerung von hochfesten Fasern oder Endlosfäden zu verstärken. Als Verstärkung für Knochenzemente eignen sich besonders Fasern aus Kohlenstoff und Graphit, im folgenden Kohlenstoffasern genannt, die günstige mechanische Eigenschaften und vor allem eine ausgezeichnete Biokompatibilität aufweisen. Zum Herstellen von faserverstärkten Knochenzementen sind für Kurzschnittfasern geeignete Verfahren bekannt geworden, die im wesentlichen darin bestehen, daß zunächst die pulverförmige Komponente eines Knochenzements mit einem gegenüber handelsüblichen Massen erhöhten Katalysatoranteil und den Fasern gemischt wird und in das Gemisch Acrylat-Monomeren eingerührt werden Der faserverstärkte ausgehärtete Knochenzement weist eine um etwa 100 % höhere Biegefestigkeit auf, als der nicht verstärkte handelsübliche Zement. Längere Kohlenstoffasern oder Endlosfäden lassen sich jedoch mit diesem Verfahren nicht homogen in der Zementmatrix dispergieren und es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verstärken eines Knochenzements mit Langfasern oder Endlosfäden zu schaffen, der eine besonders hohe Festigkeit aufweist und sich vor allem für die Osteosynthese eignet.
Zum Lösen der Aufgabe wird ein im wesentlichen Kohlenstoffasern enthaltendes textiles Flächengebilde mit einem Acrylatmonomeren imprägniert, eine Zugspannung an das Gebilde angelegt, das dann allseitig mit einem zähplastischen ein Polyacrylat, einen Acrylatmonomeren und einen Härtungskatalysator enthaltenden Knochenzement beschichtet wird. Unter dem Begriff "Polyacrylat" sind Homo- und Copolymere aus der Gruppe Polymethylmethacrylat, Polymethacrylsäuremethylester und Methylmethacrylat-Styrol zu verstehen, unter "Acrylatmonomere" die Monomeren dieser Polymeren Geeignete Härtungskatalysatoren sind beispielsweise Benzoyl- und Acetyl-Peroxid.
Die Kohlenstoffasern werden jeweils in einer vorgegebenen, für den Verwendungszweck vorteilhaften geometrischen Ordnung verwendet, z. B. in Form eines Fasern in paralleler Anordnung enthaltenden Bandes, Gewebe mit Satin- oder Leinwandbindung und dergleichen.
Zum Imprägnieren werden Fasergebilde in die Lösung eines Acrylatmonomeren getaucht und dann bei Raumtemperatur getrocknet. Der als Matrix verwendete Knochenzement wird durch Mischen von etwa 100 Gew. Teilen Polyacrylat, 2 Gew. Teilen Härtungskatalysator und 50 Gew.
Teilen Polyacrylat, 2 Gew. Teilen Härtungskatalysator und 50 Gew. Teilen Acrylatmonomeren hergestellt. Die Teigzeit des zähplastischen Gemisches sollte zweckmäßig um 5 min betragen und der Faseranteil des Zements etwa 10 bis 50 Vol. %.
Eine einfache Art des Einbringens des Kohlenstoffasergebildes in die Zementmatrix besteht darin, auf eine Unterlage eine erste Schicht aus Knochenzement aufzubringen, das gestreckte Fasergebilde in die Schicht zu drücken, eine zweite Schicht aus Knochenzement aufzubringen und das Schichtpaket mit einer Rolle zu egalisieren. Unterlage ist beispielsweise ein defekter Knochen, Auflage eine Osteosyntheseplatte. Bei der Auffüllung von Knochenmarkräumen zur Stabilitätsvermehrung, beispielsweise bei einer Osteoporose, werden die imprägnierten Kohlenstoffbänder über an den Knochenenden angeordnete Löcher durch den Mark raum gezogen und der verbleibende Raum wird dann mit dem Knochenzement aufgefüllt.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft erläutert. In einem Tiegel wurde ein Knochenzement aus 100 Gew. Teilen Polymethylmethacrylat, 2 Gew. Teilen Benzoylperoxid und 50 Gew. Teilen Methylmethacrylat- Monomeren angerührt und ein Teil der Mischung zu einer etwa einen Millimeter dicken Schicht ausgestrichen.
Ein auf einen Rahmen gespanntes Band aus Kohlenstofffasern wurde in die Schicht gedrückt, mit einer Zementschicht von etwa 1 mm Dicke überschichtet und das gesamte Schichtpaket mit einer Rolle egalisiert. Der Faseranteil der gehärteten Schicht betrug ca. 30 Vol. %; der Festigkeitszuwachs bezogen auf den unverstärkten Knochenzement mehr als 100 YO.
Knochenzement

normal 1verstärkt

Biegefestigkeit 21 110 N/mm

Zugfestigkeit in Faserrichtung 37 74

Bei der Osteosynthese gebrochener Knochen oder drohender Knochenbrüche, beispielsweise bei Tumoren, können metallische Implantate wie Platten oder Marknägel ersetzt werden, wie das folgende Beispiel zeigt: In einen Knochen wurden Knochenschrauben geschraubt, die etwa 5 cm mit dem Kopfteil aus dem Knochen ragten, und die Oberfläche des Knochens mit Knochenzement beschichtet. Zu einem Band ausgelegte Kohlenstoffasern wurden mit einem Ende an einer Schraube befestigt, unter Spannung um den Knochen gewickelt und das zweite Ende an der zweiten Schraube befestigt. Auf die Faserschicht wurde eine Schicht aus Knochenzement aufgebracht und nach dem Härten des Zements die Schrauben fest angezogen.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen eines kohlenstoffaserverstärkten Knochenzements, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein im wesentlichen Kohlenstoffasern enthaltendes textiles Flächengebilde mit einem Acrylatmonomeren imprägniert, durch Anlegen einer Zugspannung gespannt und mit einem zähplastischen durch Mischen eines Polyacrylats, eines Acrylatmonomeren und eines Härtungskatalysators hergestellten Knochenzement allseitig beschichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß Kohlenstoffbänder als Verstärkungselement verwendet werden.
3. Verwendung eines nach Anspruch 1 und 2 hergestellten Knochenzements anstelle metallischer Implantate bei der Osteosynthese.