DE3233992C2 - Implantate aus Keramik - Google Patents

Abstract

Implantate aus Keramik besitzen nach dem keramischen Brand eine bioinerte, aber gleichzeitig reaktionsträge Oberfläche. An den Teilfächen, die der Anlagerung von Gewebe dienen, kann die Anlagerung von Gewebe begünstigt werden dadurch, daß diese Teilflächen einer mechanischen Bearbeitung unterzogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft Implantate aus Keramik, die Teilflächen aufweisen, die der Anlagerung von Gewebe dienen.

Implantate aus Keramik werden seit vielen Jahren in der Hüftgelenkendoprothetik, in der Zahnheilkunde als künstliche Zahnwurzel und in anderen Bereichen der Ersatzteilchirurgie eingesetzt Derartige Implantate weisen immer Flächen auf, die der Gewebeanlagerung dienen, und meistens des weiteren auch Flächen, die der Erfüllung der dem Implantat jeweils gestellten Aufgaben dienen. Bei den Pfannen von Hüftgelenkendoprothesen dienen z. B. die dem Knochen zugewandten Oberflächen, mit denen die Implantate z. B. in das angrenzende Knochengewebe eingeschraubt worden sind, der Verankerung der Implantate in eben diesem Knochengewebe, während die dem Hüftknochen abgewandte, halbkugelförmig ausgebildete weitere Oberfläche der Aufnahme der Hüftgelenkkugel dient. — Bei den oben schon erwähnten Zahnimplantaten dienen große Teile der Oberfläche ebenfalls der Verankerung im Knochengewebe, in diesem Fall natürlich dem Kieferknochen, ein weiterer Teil der Oberfläche dient der Herstellung eines möglichst bakteriendichten Schleimhautabschlusses, während der in den Mundraum hineinragende Teil des Implantats zur Aufnahme der Zahnkrone oder sonstiger Suprakonstruktionen vorgesehen ist — Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit denjenigen Teilflächen der Implantate aus Keramik, die der Anlagerung von Gewebe in der eben beschriebenen Art und Weise dienen.

Implantate aus Keramik bestehen bisher meistens aus dichter, hochreiner Aluminiumoxidkeramik, die als Prototyp eines bioinerten Implantatmaterials bezeichnet werden kann (z.B. DE-PS 23 25 585 und DE-PS 23 14 175). Neben dieser Art Keramik sind auch schon z. B. Zirkonoxidkeramiken und Keramiken aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid (DE-OS 27 32 923) und Mischoxiden aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, und Aluminiumoxid in Erwägung gezogen worden. Auch Mischoxide, die Magnesiumoxide und Kristallite von Glimmer enthalten, sind bereits für die Anwendung als Implantate vorgesehen worden. — Bei der Herstellung derartiger Keramiken wird meist von pulverförmigen Rohstoffen ausgegangen, die gemischt und komprimiert werden. Zum besseren Zusammenhalt dieser Pulverhaufwerke werden meist noch Kunststoffe als Plastifizierungsmittel zugesetzt; falls die Verarbeitung auf Spritzgußmaschinen erfolgt, werden Thermoplaste als Zusatzmaterialien benutzt Häufig dient die geiade erwähnte Verdichtung auch zugleich der endgültigen Formgebung. Die Umwandlung dieser, zum Teil mit Hilfe der erwähnten Plastifizierungsmittel geformten Pulverhaufwerke in polykristalline Festkörper erfolgt durch eine Wärmebehandlung, die man den keramischen Brand nennt Manchmal werden die für die Formgebung zugefügten Plastifizierungsmittel noch durch eine vorgeschobene getrennte Wärmebehandlung ausgetrieben. Der keramische Brand findet bei Temperaturen statt bei denen die kristallinen Bestandteile Umkristallisieren, was im allgemeinen mit einem Kristallwachstum verbunden ist Gleichzeitig lagern sich die Kristallenen sehr eng aneinander, so daß dieser Prozeß mit einer Schwindung, d. h.

einer Verminderung der Linearabmessungen der Körper verbunden ist Bei manchen keramischen Zusammensetzungen treten beim keramischen Brand auch teilweise flüssige Phasen auf, die ebenfalls zur Verdichtung der Körper beitragen. — In jedem Fall müssen die beim keramischen Brand benutzten Temperaturen so hoch sein, daß die beteiligten Stoffe und kristallinen Phasen in die Lage versetzt werden, im wesentlichen ihr thermodynamisches Gleichgewicht zu erreichen. Da in den Oberflächenbereichen stets die Beweglichkeit der Atome oder Ionen der beteiligten Materialien größer ist als im Innern der Werkstoffe, ist die Einstellung des thermodynamischen Gleichgewichts in oberflächennahen Bereichen besonders gut Die oberflächennahen Bereiche haben daher meist vom Kristallinneren etwas abweichende Eigenschaften, wobei die Abweichungen im allgemeinen in Richtung auf eine größere Stabilität der beteiligten Kristallsysteme, eine größere Trägheit für Reaktionen mit der Umgebung und allgemein auf eine größere Freiheit von Gitterfehlern jeglicher Art hinausläuft.

Für die Zwecke eines Implantates, das mit seiner Oberfläche mit Gewebe in Berührung steht bei dem eine möglichst dichte Gewebeanlagerung erwünscht ist, wirkt also eine derartige Brennhaut als ausgesprochen reaktionsträge Fläche. Sie könnte also einmal im Sinne einer Bioinertheit besonders vorteilhafte Oberfläche angesehen werden. Dies wurde bisher auch stets angestrebt
Andererseits wird natürlich jede Eigenschaft einer Oberfläche begrüßt, die die Anlagerung von Gewebe begünstigt, ohne gleichzeitig die Gewebeproliferation störende Bestandteile an die Umgebung abzugeben.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, an Implantaten aus Keramik, die Teilflächen aufweisen, die der Anlagerung von Gewebe dienen, diese Teilflächen möglichst so zu verändern, daß sie zwar noch immer keine die Gewebeaktivität in der Oberflächennähe ungünstig beeinflussende Bestandteile abgeben, aber trotzdem eine günstigere Gewebeanlagerung gestatten bzw. stimulieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Bei der experimentellen Prüfung des Erfindungsgedankens wurden Probeteile aus dichter, hochreiner

b5 AI2O3-Keramik einmal im gebrannten Zustand, also mit der obenerwähnten Brennhaut, und zum andern nach einer mechanischen Bearbeitung, die in diesem Fall aus einem Schleifen mit Diamantscheiben bestand, einer

Flüssigkeit ausgesetzt, die die wesentlichen Bestandteile des Blutes enthielt Die Oberflächen wurden sodann nach unterschiedlichen Verweildauern unter dieser genannten Flüssigkeit entnommen, abgespült und für die rasterelektronenmikroskopische Untersuchung vorbereitet Die Verweildauern waren einige 10 Sekunden sowie einige Minuten. Die gewonnenen rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen wurden sodann bezüglich der Dichte der Belegung durch fibrinogene Fasern und Zellen untersucht und ausgezählt — Es zeigte sich, daß die bearbeiteten Oberflächen der dichten, hochreinen AhOrKeramik mit erheblich mehr Fasern und Zellen bedeckt waren, als die unbearbeiteten Oberflächen, die also noch ihre Brennhaut besaßen. Der Unterschied lag in der Größenordnung von 50% bei den kürzesten Verweildauern, er wurde bei längeren Zeiten geringer. Aber gerade die Kurzzeitreaktion scheint uns für die Frage der Charakterisierung des Unterschiedes über die Gewebefreundlichkeit der Oberflächen wichtig. Es ist aus anderen Arbeiten bekannt, daß die Unterschiede in der Gewebefreundlichkeit schwerer erkennbar werden, wenn lange Verweildauern zugrunde gelegt worden sind.

Die Oberflächenbearbeitung von Implantaten aus Keramik ist bisher bereits beschrieben worden (W. Glien und Chr. Musstow, »Neue Oberflächenstruktur biokeramischer Implanteate«, Hermsdorfer Technische Mitteilungen, 18. Jahrgang, Heft 52, 1978, S. 1669—1670). Bei der in dieser Arbeit beschriebenen Schaffung neuer Oberflächenstrukturen handelt es sich jedoch um eine Aufrauhung der Oberfläche vor dem keramischen Brand. Es ist das Ziel in dieser Arbeit, die Oberfläche mit muldenförmigen Ausnehmungen zu versehen, also mit makroskopischen Modulationen. Dadurch, daß diese makroskopischen Modulationen vor dem keramischen Brand eingebracht werden, tragen ihre Oberflächen wieder die durch den Brand entstehende Brennhaut Sie entsprechen also nicht dem in den Ansprüchen beschriebenen Vorgehen.

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Implantate aus Keramik, die Teilflächen aufweisen, die der Anlagerung von Gewebe dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den keramischen Brand entstandenen Oberflächen auf den der Anlagerung von Gewebe dienenden Teilflächen durch mechanische Bearbeitung entfernt sind.

2. Implantate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilflächen geschliffen sind.

3. Implantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilflächen geschliffen und poliert sind.

4. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilflächen durch Sandstrahlen bearbeitet sind.

5. Implantat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Sandstrahlen benutzte Sand aus dem Pulver des Materials zusammengesetzt ist, aus dem die zu bearbeitende Keramik besteht