DE3412915A1 - Implantationsgegenstand und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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HiELLMANN " IJIRAMS " OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühling

Q / ι O Q I CT Dipl.-Ing. R. Kinne ο 4 IZo IO Dipl.-lng. R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 202403 - 4 - 8000 München 2

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5. April 1984 DE 3826/case F-33-D

Aisin Seiki Kabushiki Kaisha

Kariya City / Japan
■ ·

Implantationsgegenstand und Verfahren zu dessen

Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Implantationsgegenstand, der unter Einwirkung einer Fliehkraft zum Dispergieren von -Apatitteilchen geformt worden ist. Beispiele für solche Implantationsgegenstände sind künstliche Knochen und Zahnwurzeln.

Implantationsmaterialien, bei denen Apatit verwendet wird, sind aus der JA-A 50349/1980 ("Dental-Verbundmaterial") und der JA-A 45814/1981 ("Hydroxylapatithaltiges keramisches Material und Verfahren zu dessen Herstellung") bekannt. In den vorstehend erwähnten JA-AA wird jeweils erwähnt, daß Apatit eine vorteilhafte Affinität zu lebenden Knochen hat und daß ein aus einer Mischung von Apatit und Harzmaterial hergestelltes Formteil als Implantationsgegenstand verwendet werden kann.

Dresdner Bank (München) KIo. 3930 β44 Bayer. Vereinsbank {München) KIo. 608 941 Postscheck (Münchiinl Ktti ft/O-43-ΟΟΊ

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Apatit ist e Ln keramisches Material, das hauptsächlich aus Calciumphosphat besteht und eine geringe mechanische · Festigkeit sowie eine geringe Schlagfestigkeit hat. Gemäß klinischen Erfahrungen kann Apatit nur zum Bedecken der gebrochenen Teile von Knochen, die einer verhältnismäßig niedrigen Beanspruchung ausgesetzt sind, verwendet werden, während die Anwendung von Apatit für Gelenkteile oder für zahnärztliche Zwecke schwierig ist.

Ferner sind aus der vorstehend erwähnten JA-A 50349/1980 Gegenstände bekannt, die durch homogenes Dispergieren von Apatitteilchen in einer beispielsweise aus Kunstharz hergestellten Grundsubstanz hergestellt werden.

Aus dem Dental-Verbundmaterial können säulenförmige künstliche Knochen geformt werden, wie sie in Fig. l(a) gezeigt werden. Die künstlichen Knochen werden als Implantationsgegenstände für Oberschenkelknochen verwendet. Eines der Dental-Verbundmaterialien ist eine Mischung aus Polyethylenharz und Apatitteilchen mit einem Durchmesser von 100 bis 500 pm. Ein anderes Dental-Verbundmaterial ist ein Implantationsmaterial für zahnärztliche Zwecke, das aus einer Mischung von Phenolharz und Apatitteilchen besteht.

Bei diesen Dental-Verbundmaterialien handelt es sich jedoch um Mischungen aus einer Grundsubstanz und Apatitteilchen- in einem VolumenVerhältnis von 9:1 bis 4:6.

Aus dem Material wird durch Erwärmen unter Rühren ein künstlicher Knochen geformt, der zur Erzielung der gewünschten Gestalt fertigbearbeitet wird. In diesem Fall wird zwar der erforderliche hohe Anteil bzw. die erforderliche große Dichte des an der Oberfläche des erhaltenen Gegenstandes erscheinenden Apatits erzielt,

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jedoch wird auch ein großer Anteil der ApntLtteilohen bis zum mittleren Teil des Gegenstandes homogen disper- · giert. (Dieses Verfahren wird nachstehend als Herstellungsverfahren mit homogener Dispergierung des Apatits in der gesamten Grundsubstanz bezeichnet).

Auf diese Weise hergestellte künstliche Knochen haben eine geringe Festigkeit und insbesondere eine ungenügende Schlagfestigkeit, so daß durchaus Verformungen oder Brüche auftreten können, wenn diese künstlichen Knochen lange als Implantat verwendet werden. Infolgedessen wurde festgestellt, daß das Herstellungsverfahren mit homogener Dispergierung des Apatits in der gesamten Grundsubstanz entsprechend der Art der Verwendung nicht notwendigerweise geeignet ist.

Ferner zeigt Apatit, der in dem mittleren Teil der künstlichen Knochen dispergiert ist, nicht nur die Wirkung, daß er die Festigkeit der Gegenstände herabsetzt, sondern er hat auch keine Wirkung auf die Affinität zu lebenden Knochen bzw. Knochen aus organischem Material.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Implantationsgegenstand bzw. ein Implantat zur Verfügung zu stellen, der bzw. das eine gute Affinität zu organischen Knochen und eine hohe ' Stabilität gegen Spannungen bzw. gegen Beanspruchung zeigt sowie eine gute Affinität zu Organen und gute.mechanische Eigenschaften hat.
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Diese Aufgabe wird durch einen Implantationsgegenstand mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

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Eine besondere Ausgestaltung, der Erfindung beutenfc in einem Verfahren zur Herstellung eines Implantations- " gegenstandes (Implantats) mit den im kennzeichnenden Teil .des Patentanspruchs 10 angegebenen Schritten.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. l(a), l(b) und l(c) sind jeweils teilweise gebrochene, perspektivische Ansichten von bekannten Implantationsgegenständen, wobei Fig. l(a) einen säulenförmigen künstlichen Knochen, Fig. l(b) einen Implantationsgegenstand für zahnärztliche Verwendung und Fig. l(c) eine künstliche Gelenkpfanne für eine nach einer· Hüftgelenkamputation implantierte Prothese zeigt.

Fig. 2 ist eine Mikrofotografie, die die Mikrostruktur eines Gegenstandes zeigt, der erhalten wurde, indem Apatitteilchen und Aluminiumoxidpulver in einem Volumenverhältnis von 1:1 in eine Aluminiumlegierung eingemischt und unter Einwirkung einer Fliehkraft dispergiert wurden. 25

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dispersionsdichte von Apatit und dem Mischungsverhältnis von Apatit zu Aluminiumoxid zeigt.
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Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Vickers-Härte einer dispergierten Apatit enthaltenden Oberflächenschicht und der Zentrifugalbeschleunigung zeigt. 35

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Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dispersionsbreite und der ' Zentrifugalbeschleunigung bzw. zwischen dem . Verhältnis von Druckfestigkeitswerten und der Zentrifugalbeschleunigung zeigt.

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Charpy-Schlagzähigkeitswerten und dem Verhältnis der Dispersionsbreite zu dem Durchmesser des Formteils für den Fall der Verwendung einer Aluminiumlegierung als Grundsubstanz zeigt.

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen Charpy-Schlagzähigkeitswerten- und dem Verhältnis der Dispersionsbreite zu dem Durchmesser des Formteils für den Fall 'der Verwendung eines Polyesters als Grundsubstanz zeigt.
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Fig. 8(a) bis 8(f) zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines Implantationsgegenstandes für die Implantation in einen Kaninchenknochen.

Fig. 9 ist eine Fotografie, die eine Vergrößerung der körperlichen Struktur eines Implantationsgegenstandes und des Knochens, in den der Gegenstand implantiert wurde, zeigt.

30' Fig. 10 (a) und 10 (b) zeigen einen Abriß der Arbeitsweise in einem Verfahren zum Dispergieren unter Einwirkung einer Fliehkraft, bei dem als Grundsubstanz eine Aluminiumlegierung eingesetzt wird.

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Fig. 11 (a), ll(b) und 11 (c) zeilen cine Form Tür eine künstliche Gelenkpfanne; die Gelenkpfanne, · die unter Anwendung dieser Form nach einem Verfahren zum Dispergieren unter Einwirkung einer Fliehkraft hergestellt wurde·, bzw. ein Anwendungsbeispiel dieser Gelenkpfanne.

Fig. 12(a) zeigt eine Form für eine künstliche Zahnwurzel, und Fig. 12(b) zeigt ein Anwendungsbeispiel der künstlichen Zahnwurzel, die unter Anwendung dieser Form nach einem Verfahren zum Dispergieren unter Einwirkung einer Fliehkraft hergestellt wurde.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Dispergierenunter Anwendung einer Fliehkraft für die Herstellung eines Formteils wird eine Mischung aus einer Grundsubstanz und Apatitteilchen in einen Tiegel oder eine Form hineingegeben; dann wird der Tiegel oder die Form unter Einwirkung einer Fliehkraft mit einer Zentrifugalbeschleunigung von 5 g bis 3000 g umlaufen gelassen, wobei erwärmt wird, falls dies notwendig ist. Dadurch werden aufgrund des Unterschiedes zwischen der Dichte des Apatits und der Dichte der Grundsubstanz (Dichte des Apatits: etwa 3,1; Dichte von Harzen: 0,9 bis 1,4; Dichte von Aluminium oder Aluminiumlegierungen: etwa 2,5) Apat'it te ilchen in einem Oberflächenschichtteil, beispielsweise innerhalb einer Oberflächenschicht von der. Oberfläche des erhaltenen Gegenstandes bis zu einer Tiefe von 2 mm, dispergiert, während in dem mittleren Teil des Gegenstandes kein Apatit dispergiert wird.

Als Grundsubstanz können Metalle wie z. B. Aluminium und Aluminiumlegierungen und Kunstharze eingesetzt werden. Als Kunstharz werden Phenolharz, Polyesterharz,

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Urethanharz, Epoxyharz, Fluorharz, Pulysulfonharz, Polyethylenharz, Polyamidharz, Polypropylenharz, Poly- ■ vinylchloridharz, Polycarbonatharz, Polymethylmethacrylatharz, eine Mischung davon oder ein Copolymer, das aus zwei oder mehr als zwei polyrnerisi erbaren Monomeren gebildet ist, eingesetzt.

Als zu dispergierende Substanz werden Apatitteilchen eingesetzt. Ferner wurde bei Versuchen, die von den

IQ Erfindern durchgeführt wurden, festgestellt, daß durch Vermischen von anorganischen Pulvern wie z. B. Aluminiumoxid- oder Aluminiumpulver mit Apatit die Haftfestigkeit zwischen dem dispergierten Apatit und der Grundsubstanz erhöht wird. Folglich können zusammen mit Apatit eine nicht gesundheitsschädliche bzw. ungefähr-, liehe feste Verbindung und ein Metall verwendet werden.

Die Größe des herzustellenden Gegenstandes wird in Abhängigkeit von den Teilen, für die er verwendet wird, gewählt. Der bevorzugte Durchmesser des Gegenstandes beträgt für künstliche Knochen oder Gelenke etwa 15 bis '50 mm und für künstliche Zähne etwa 4 bis 10 mm·.

Für die Durchführung des Formens unter Einwirkung einer Fliehkraft werden Grundsubstanz und zu dispergierende Substanz 'zusammen in eine Form oder einen Tiegel hineingegeben. Die Grundsubstanz kann in irgendeiner Form, als Block, in Form von Teilchen oder als Flussigkeit, eingesetzt werden. Wenn die .Grundsubstanz in Form von Teilchen oder in flüssiger Form eingesetzt wird, werden die Grundsubstanz und die zu dispergierende Substanz vorzugsweise homogen vermischt.

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Wenn als Grundsubstanz ein Block verwendet wird, wird der Block vorzugsweise so gestaltet, daß er der Gestalt · des mittleren Teils des herzustellenden Gegenstandes entspricht, und die zu dispergierende Substanz wird auf den Oberflächenteil gegeben, wo dispergierte Apatitte Liehen enthalten sein sollen.

Das Material in der Form oder dem Tiegel wird erwärmt, falls dies notwendig ist, d. h., das Erwärmen ist erforderlich, wenn die Grundsubstanz ein Feststoff ist oder wenn durch Erwärmen eine Härtungsreaktion bewirkt werden kann. Wenn die Grundsubstanz ein Feststoff ist, wird sie über ihren Schmelzpunkt erwärmt.

Es gibt drei Arten des Umlaufenlassens:

(A) Die Form oder der Tiegel wird unter Anwendung ihrer (seiner) Mittelachse als Drehachse umlaufen gelassen, wie es in Fig. 8(b) gezeigt wird;

(B) die Form oder der Tiegel wird unter Anwendung einer außerhalb der Form (des Tiegels) befindlichen bzw. von der Form (dem Tiegel) entfernten Drehachse umlaufen gelassen, wie es in Fig. 10(b) gezeigt wird; oder

(C) es wird eine Kombination der zwei vorstehend erwähnten Arten angewandt.

Die Art des Umlaufenlassens gemäß .(A) führt dazu, daß Apatitteilchen leicht an der Unterseite des Hohlraums der Form oder des Tiegels dispergiert werden, und diese Art ist folglich zur Herstellung eines Gegenstandes geeignet, der in seiner Unterseite apatit-

reich ist; die Art des Umlaufenlassens gemäß (B) ist

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für den Fall geeignet, bei dem Apatitteilchen hauptsächlich über den äußeren Umfang eines stabförmigen · Gegenstandes dispergiert werden sollen.

Auch wenn ein Block aus einer Grundsubstanz in die Mitte des Hohlraums einer Form hineingebracht wird, die zu dispergierende Substanz zwischen die Innenfläche der Form und den Block gebracht wird und das Urnlaufenlassen gemäß (B) durchgeführt wird, kann ein stabförmiger Gegenstand erhalten werden, der am Umfang einen Oberflächenschichtteil mit einem hohen Gehalt an dispergierten Apatitteilchen aufweist.

Die Umlaufgeschwindigkeit und -dauer sind notwendige Faktoren für die Erzielung eines Oberflächenschicht-· teils, in dem sich die dispergierte Substanz gut abgesetzt hat. Entsprechend der Festigkeit des Gegenstandes und dessen Affinität zu einem lebenden Körper usw. wird es nicht immer bevorzugt, daß zwischen dem Oberflächenschichtteil, der dispergierten Apatit enthält, und dem mittleren Teil, der hauptsächlich aus der Grundsubstanz besteht, eine deutliche Grenze gebildet wird.

Durch Erstarrenlassen der Grundsubstanz während des Umlaufs der Form kann ein Rohling erhalten werden. Der erhaltene Rohling wird einer üblichen Bearbeitung, beispielsweise durch Schneiden usw., unterzogen und zur Herstellung eines Irnplantationsgegenstandes ' mit einer bestimmten Beschaffenheit · fertißbearbeitet.

Der auf diese Weise hergestellte, künstliche linplantationsgegenstand hat eine Struktur, die aus einem Oberflächenschichtteil, in dem Apatit oder Apatit und eine weitere dispergierte Substanz in dichter Verteilung

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vorliegen, und einem mittleren Teil, in dem hauptsächlich die Grundsubstanz oder die Grundsubstanz und die weitere dispergierte Substanz enthalten sind, besteht. Die Dicke des Oberflächenschichtteils beträgt vorzugsweise etwa 0,05 bis 2 mm. Die Menge des über die Oberflächenschicht freiliegenden Apatits, d. h., die Dichte bzw. der Anteil des Apatits, beträgt vorzugsweise etwa 10 bis 90 %. Wenn der Anteil des Apatits in dem Oberflächenschichtteil erhöht wird, nimmt die Affinität des Implantationsgegenstandes zu einem lebenden Körper zu, während seine mechanische Festigkeit abnimmt. Ferner ist die Grenze zwischen dem Oberflächenschichtteil und dem mittleren Teil vorzugsweise nicht deutlich. Das heißt, es wird bevorzugt, daß der Anteil der dispergierten Apatitteilchen in Richtung auf den. mittleren Teil allmählich abnimmt.

Das Herstellungsverfahren wird nachstehend näher erläutert.

Falls die Grundsubstanz ein thermoplastisches Harz ist, das bei normaler Temperatur pulverförmig ist, werden das Harzpulver und Apatitteilchen homogen vermischt und in eine Form oder einen Tiegel hineingegeben, und das Harzpulver wird durch Erwärmen geschmolzen. Danach wird die Form oder der Tiegel unter Einwirkung einer Fliehkraft mit einer Zentrifugalbeschleunigung von 50 g bis 1000 g um ihre (seine) Mittelachse herum umlaufen gelassen, und durch Abkühlen der Form oder des Tiegels werden Apatitteilchen nur über die dünne Oberflächenschicht des erhaltenen Gegenstandes dispergiert.

Falls die Grundsubstanz ein hitzehärtbares Harz ist, das bei normaler Temperatur flüssig ist, (wobei ein

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bei normaler Temperatur aushärtendes Harz als eine Art eines hitzehärtbaren Harzes angesehen wird) werden · das Harz und Apatit homogen vermischt und in eine Form oder einen Tiegel hineingegeben, und die Form

5 oder der Tiegel wird unter Einwirkung einer Fliehkraft mit einer Zentrifugalbeschleunigung von 5 g bis 1000 g um ihre (seine) Mittelachse herum umlaufen gelassen. Während des Umlaufenlassens wird das hitzehärtbare Harz ausgehärtet, wodurch nur über die dünne Oberflächenschicht des erhaltenen Gegenstandes Apatitteilchen dispergiert werden. Zum Aushärten des Harzes können einige Harzarten erwärmt werden, während andere mit einem Härter (Härtungsmittel) vermischt werden.

IQ Wenn als Grundsubstanz ein Metall wie z. B, Aluminium, oder eine Aluminiumlegierung eingesetzt wird, werden ein Block oder ein Pulver aus dem Metall und die Apatitteilchen in eine Form oder einen Tiegel hineingegeben. Nach dem Schmelzen durch Erwärmen wird das verflüssigte Metall in der Form oder dem Tiegel abgekühlt. Während des Abkühlens wird die Form oder der Tiegel unter ' Anwendung der Mittelachse der Form oder des Tiegels als Drehachse umlaufen gelassen, und auf das verflüssigte Metall und die Apatitteilchen wird eine Fliehkraft einwirken gelassen, wodurch die Apatitteilchen nur über die dünne Oberflächenschicht des erhaltenen Gegenstandes dispergiert werden. Die innere Struktur des durch dieses Verfahren gebildeten Oberflächenschichtteils wird in der Mikrofotografie von Fig.

2 gezeigt. Fig. 2 zeigt Apatitteilchen,10, Grundsubstanz 30, Aluminiumoxidteilchen 30a und die Oberfläche 30b des Gegenstandes. Die Apatitteilchen und die Alurniniumoxidteilchen sind von der Grundsubstanz dicht umgeben.

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Die Dispersions- bzw. Verteilungsdichte des Apatits kann durch Vermischen einer weiteren zu dispergierenden ■ Substanz mit dem Apatit leicht reguliert werden. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Dispersionsdichte des Apatits und dem Mischungsverhältnis von Apatit zu Aluminiumoxid. In diesem Fall bestand das Verbundmaterial aus 60 Vol.-% Aluminium und 40 Vol.-% dispergierter bzw. zu dispergierender Substanz. Die Materialien wurden in einer Form auf 800⁰C erhitzt, und die Fliehkraft entsprach einer Zentrifugalbeschleunigung von etwa 2000 g.

Falls als Grundsubstanz ein Harz eingesetzt und als zu dispergierende Substanz eine Mischung von Aluminiumpulver mit Apatitteilchen verwendet wird, können die· mechanischen Eigenschaften wie z. B. die Härte und die Druckfestigkeit des erhaltenen Gegenstandes verbessert werden.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Zentrifugalbeschleunigung und der Vickers-Härte des Apatitteilchen

enthaltenden Oberflächenschichtteils für den Fall des Einsatzes einer Aluminiumlegierung als Grundsubstanz; bei der Zentrifugalbeschleunigung von 2680 g (bei 800°C) erreicht die Vickers-Härte den maximalen Wert, der etwa doppelt so groß ist wie die Vickers-Härte, die ohne Einwirkung einer Fliehkraft erzielt wird.

Fig. 5 zeigt (A) die Beziehung zwischen der Dispersionsbreite W und der Zentrifugalbeschleunigung bzw. (B) die Beziehung zwischen dem Verhältnis Pc/Po von Druckfestigkeitswerten und der Zentriiugalbeschleunigung für den Fall, daß Apatit in Polyester dispergiert wird. Gemäß Fig. 5 steigt die Druckfestigkeit an, wenn die Zentrifugalbeschleunigung erhöht wird. Bei-

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spielsweise erreicht die Druckfestigkeit etwa den dreifachen Wert der ohne Zentrifugalbeschleunigung

erzielten Druckfestigkeit, wenn die Zentrifugalbeschleunigung 80 g beträgt.
5

Die Schlagzähigkeit der Formteile nimmt entsprechend der Zunahme der Dispersionsbreite des Formteils ab, wie es in Fig. 6 gezeigt wird. In diesem Fall wird eine Aluminiumlegierung als Grundsubstanz verwendet.

In Fig. 6 zeigt die Abszisse das Verhältnis W/h der Dispersionsbreite W zu dem Durchmesser h des Formteils, während die Ordinate das Verhältnis U/U der Schlagzähigkeit U des Formteils zu' der Schlagzähigkeit U der Grundsubstanz selbst zeigt.

Gemäß Fig. 6 entspricht die Schlagzähigkeit bei einem Verhältnis W/h = 0,04 etwa 80 % der Schlagzähigkeit der Grundsubstanz allein. Die Schlagzähigkeit ist etwa viermal so groß wie die Schlagzähigkeit des Gegen-Standes, in dem Apati.t vollständig bzw. überall dispergiert ist (W/h = 1,0). Ähnlich wird in Fig. 7 der Fall gezeigt, in dem ein Polyester als Grundsubstanz verwendet wird. Die Schlagzähigkeit des Gegenstandes, bei dem W/h = 0,02, beträgt etwa 70 % der Schlagzähigkeit der Grundsubstanz allein. Die Schlagzähigkeit ist etwa viermal so groß wie die Schlagzähigkeit des Gegenstandes, in dem Apatit überall dispergiert ist.

Ferner kann durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Dispergieren unter Einwirkung einer Fliehkraft ein Gegenstand hergestellt werden, der eine Mehrschiehtenstruktur mit verschiedenen Grundsubstanzen entlang der Radialrichtung bezüglich der Umdrehung aufweist.

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* Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Ausführungsform 1
5

In Fig. 8 wird ein Verfahren gezeigt, bei dem Apatitteilchen und ein Monomer eines Polyesterharzes eingesetzt werden. Fig. 8(a) zeigt eine Form 1 aus nichtrostendem Stahl mit einem Innendurchmesser von etwa 27 mm und einer Tiefe von 100 mm. 1,7 ml Apatitteilchen mit einem Durchmesser von etwa 80 μπ\ und 50 ml des flüssigen Polyesterharz-Monomers mit einem Härtungsmittel wurden vermischt und in die Form gegossen. Dann wurde die Form an einem Drehgestell befestigt und um die Mittelachse der Form herum mit 1390 U/minumlaufen gelassen. Während des Umlaufs wurde die Form mit einer Heizvorrichtung Ib erwärmt, um das Polyesterharz zu verfestigen. Die Umlaufbewegung erzeugte an dem Umfangs-Oberflächenteil des erhaltenen Gegenstandes eine Fliehkraft mit. einer Zentrifugalbeschleunigung von 34 g. Eine Schnittansicht des auf diese Weise

hergestellten Rohlings ist in Fig. 8(c) gezeigt. Der Rohling weist eine Oberflächenschicht 4, in der Apatit dispergiert ist, und einen mittleren Teil 5, der von Apatit frei ist, auf. Fig. 8(d) ist eine Vergrößerung des Ausschnitts 6 von Fig. 8(c). Fig. 8(d) zeigt die Oberfläche 7 des Rohlings und dispergierte Apatitteilchen 8. Die Dispersionsdichte des Apatits in der Oberflächenschicht 4 beträgt etwa 60 % und die Dispersionsbreite etwa 100 μτη, und die Schlagzähigkeit beträgt etwa 70 % der Schlagzähigkeit der Grundsubstanz. Dann wurde eine Probe mit den Abmessungen 4 mm χ 2 mm χ 15 mm, die in Fig. 8(e) gezeigt ist, abgeschnitten. Die Probe enthielt die dispergierten Apatit enthaltende Oberflächenschicht, und die Dichte bzw. der Anteil des Apatits an der Oberfläche

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betrug etwa 50 %. Wie es in Fig. 8(f) gezeigt ist, wurde die Probe in einen Oberschenkelknochen eines · Kaninchens implantiert, und die Probe wurde nach einmonatiger Züchtung herausgenommen.
5

Fig. 9 ist eine mittels Mikroradiographie aufgenommene Fotografie, die eine Vergrößerung der körperlichen Struktur zeigt. Die Affinität der Probe zu dem Knochen 11 war gut. Zwischen dem dispergierten Apatit 10 und dem Knochen 11 wurde eine sehr gute Verbindung erzeugt, und es wurde keinerlei Abstoßungsreaktion gegen die Fremdsubstanz festgestellt. Fig. 9 zeigt Polyesterharz 12, das als Grundsubstanz verwendet wurde.

Ausführungsform 2

Bei dieser Ausführungsform wurden als Grundsubstanz 30,5 g einer stabförmigen Aluminiumlegierung (AC3A) 24 verwendet. 0,75 ml Apatitteilchen 21 wurden mit 0,75 ml Aluminiumoxidpulver 22 vermischt. Dann wurde die Mischung in den Zwischenraum zwischen den Wänden eines Tiegels mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einer Tiefe von 105 mm und der stabförmigen Aluminiumlegierung 24 hineingegeben, wie es in Fig. 10(a) gezeigt ist. Nach dem Schmelzen der Aluminiumlegierung durch Erhitzen auf 700°C wurde der Tiegel umlaufen gelassen, wie es in Fig. 10(b) gezeigt ist. Fig. 10(b) zeigt die Drehachse 28 und die Umlauf richtung 29. Die Umlaufgeschwindigkeit betrug 3500 U/min (entsprechend einer Zentrifugalbeschleunigung von· etwa , 2000 g). Während des Umlaufs wurde das Material abgekühlt, wobei ein geformter Rohling erhalten wurde.

In diesem Fall betrug die Dispersionsbreite des Apatits und des Aluminiumoxids 1 mm und die Dispersionsdichte

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48 %, und die Charpy-Schlngzähigkeit bo trug etwa 75 % der Schlagzähigkeit der Grundsubstanz allein. Fig. ' 10(b) zeigt einen mittleren Teil 25 und einen dispergierten Apatit und dispergiertes Aluminiumoxid enthaltenden

5 Oberflächenschichtteil 26. Eine Probe mit den Abmessungen 4 mm χ 2 mm χ 15 mm wurde wie bei der Ausführungsform 1 abgeschnitten und in einen Kaninchenknochen implantiert. Als die körperliche Struktur nach einem Monat beobachtet wurde, wurde bestätigt, daß die Probe durch den in dem Oberflächenteil der Probe befindlichen Apatit fest mit dem Kaninchenknochen verbunden war und daß die Haftfestigkeit hoch war.

Ausführungsform 3

■ Zur Herstellung einer künstlichen Gelenkpfanne für ein künstliches Hüftgelenk wurde eine Form 31 aus nichtrostendem Stahl, wie sie in Fig. 11(a) gezeigt ist, verwendet. Die Form war eine 2- bzw. mehrteilige Form, die in einer, die Mittelachse einschließenden Ebene trennbar war. Der Innendurchmesser der Form 31 betrug 30 mm. Der untere Teil der Innenseite der Form war durch Schneiden mit einem Gewinde 32 versehen worden. In die Form wurde ein flüssiges Polyester-Monomer hineingegeben, das mit 6 Vol.-% Apatitteilchen mit einem Durchmesser von etwa 80 jam und 4 Vol.-% Glasfasern mit einer Länge von 6 mm vermischt worden war. Dann wurde die Form um die Mittelachse der Form herum mit 1366 U/min umlaufen gelassen. Die Fliehkraft an der Innenfläche der Form· entsprach einer Zentrifugalbeschleunigung von etwa 40 g. Als das Polyester-Monomer einen halbfesten Zustand erreicht hatte, wurde in den durch die Umlaufbewegung erzeugten mittleren Hohlraum Polyethylenpulver mit superhoher Dichte nine Lngegeben, durch Erwärmen geschmolzen und durch Abkühlen

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erstarren (»eJassen. Auf d.le:;e Woir.o wurde; ein Unh.l i tif, für die Bildung eines Pfannen- bzw. Einsatzteils 33 einer Gelenkpfanne gebildet. Die Dicke des Oberflächenschichtteils des erhaltenen Rohlings betrug 0,23 mm. Die Dichte bzw. der Anteil des in dem Oberf lächenschichtteil enthaltenen Apatits betrug 50 %. Durch Schneiden bzw. spanende Bearbeitung des Rohlings wurde eine künstliche Gelenkpfanne erhalten, wie sie in Fig. 11(b) gezeigt ist. Die Gelenkpfanne weist einen Einschnitt bzw. eine Kerbe, die durch einen aus Polyethylen mit superhoher Dichte bestehenden, festen Teil 34 ausgefüllt ist, einen aus glasfaserverstärktem Polyester bestehenden, mittleren Teil 35 und einen dispergierte Apatitteilchen enthaltenden Oberflächenschichtteil 38 auf.

In Fig. 11(c) ist eine Anwendung der Gelenkpfanne für einen menschlichen Körper gezeigt. Die Gelenkpfanne wird für die Anwendung als künstliches Gelenk in ein Hüftbein implantiert. Der an dem Oberflächenschichtteil mit dem dispergierten Apatit gebildete Gewindeteil wird mit dem Hüftbein in Berührung gebracht.

Ausführungsform 4

Eine zwei- bzw. mehrteilige Form 41, wie sie in Fig. 12 gezeigt ist', wurde zur Herstellung eines Implantationsgegenstandes für zahnärztliche Zwecke verwendet. Die Form war aus nichtrostendem Stahl hergestellt und enthielt im unteren Teil ihrer Innenseite ein Gewinde 42. In die Mitte der Form wurde eine stabförmige Grundsubstanz aus einer Aluminiumlegierung (AC3A) hineingegeben, und in den Zwischenraum zwischen der Formwand und der Grundsubstanz, wurde eine Mischung aus Apatitteilchen und Aluminiumoxidteilchen in einem Volumenverhältnis von 1: J. hineingegeben. Nach dem

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Schmelzen eier Alum i η t unilej'J erurif, durch KrIi i L/.on auf etwa 700 C wurde die Form unter Anwendung ihrer Mittel- " achse als Drehachse mit etwa 3b00 U/min (entsprechend einer Zentri fugalbeschleunigung von etwa 200(J g) umlaufen gelassen. Auf diese Weise wurde ein Implantationsgegenstand für zahnärztliche Zwecke mit einer Apatit-Dispersionsbreite von 0,3 mm und einer Dispersionsdichte von 50 % erhalten. Die Schlagzähigkeit des Gegenstandes betrug etwa 70 % der Schlagzähigkeit der Grundsubstanz allein. Der Gegenstand erfüllte die Anforderungen, die an ein Dentalimplantat gestellt werden.

Fig. 12(b) zeigt ein praktisches Anwendungsbeispiel. Das Beispiel ist ein künstlicher Zahn, der aus einer Zahnwurzel 46 und einer an der Oberseite der Zahnwurzel-46 befestigten Zahnkrone 45 besteht. Die Zahnwurzel 46 ist aus dem Formteil bzw. dem geformten Irnplantationsgegenstand hergestellt. Der künstliche Zahn wird in einen Unterkieferknochen 43 implantiert, wie es in Fig. 12(b) gezeigt wird. Wegen der guten Affinität der Zahnwurzel 46 zu dem Unterkieferknochen 43 wird der künstliche Zahn dauerhaft festgehalten. Fig. 12(b) zeigt ferner Zahnfleisch 47.

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Claims (13)

1. Patentansprüche

   ( 1. / Implantationsgegenstand für die Implantationin einen lebenden Körper, gekennzeichnet durch einen Grundkörper und einen Oberflächenteil, der mindestens einen Teil des Grundkörpers bedeckt, wobei der Grundkörper und der Oberflächenteil unter Einwirkung einer Fliehkraft erstarren gelassen worden sind, der Grundkörper aus einem mittleren Teil, der hauptsächlich aus einer Grundsubstanz besteht, hergestellt ist und der Oberflächenteil aus einem Oberflächenschichtteil, der dispergierte Apatitteilchen enthält,

   25 hergestellt ist.

   30
2. 2. Implantationsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundsubstanz ein Metall ist.
3. 3. Implantationsgegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus Aluminium und Aluminiumlegierungen ausgewählt ist.

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   B/13

   Dresdner B**

   - 2 - DE 3826
4. 4. Implantationsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundsubstanz ein ■ Kunstharz ist.
5. 5.. Implantationsgegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz Fasern für die Verstärkung des Kunstharzes enthält.
6. 6. Implantationsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Oberflächenteils zwischen 0,05 und 2 mm liegt.
7. 7. Implantationsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte bzw. der Anteil des in dem Oberflächenschichtteil enthaltenen Apatits. 10 bis 90 Vol.-% beträgt.
8. 8. Implantationsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenschichtteil eine weitere dispergierte Substanz enthält.
9. 9. Implantationsgegenstand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere dispergierte Substanz Aluminiumoxid ist. ;
10. 10. Verfahren zur Herstellung eines Implantationsgegenstandes, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

    Hineingeben einer Grundsubstanz und. von Apatitteilchen in eine Form,

    Umlaufenlassen der Form, um auf die Grundsubstanz, die sich im flüssigen Zustand befindet, und auf die Apatitteilchen eine Fliehkraft einwirken zu lassen,

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    * Erstarrenlassen der Grundsubstanz unter der Einwirkung der Fliehkraft und

    Herausnehmen des erhaltenen erstarrten Gegenstandes aus der Form.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Form unter Anwendung ihrer Mittelachse als Drehachse umlaufen gelassen wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Form unter Anwendung einer außerhalb der Form befindlichen bzw. von der Form entfernten Drehachse umlaufen gelassen wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Grundsubstanz die Gestalt des mittleren Teils eines herzustellenden Gegenstandes hat, daß die Grundsubstanz in die Mitte der Form hineingegeben wird und daß die Apatitteilchen in den zwischen der Form und der Grundsubstanz gebildeten Zwischenraum hineingegeben werden.