DE3934149C2 - Silikonschaum und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Silikonschaums und insbesondere eines solchen Schaums, der für die Oberfläche von Implantaten geeignet ist, die in den menschlichen Körper eingesetzt werden.

Prothesen zur Implantation in den menschlichen Körper haben eine beträcht­ liche Größe und eine Gestalt, die dazu bestimmt ist, Körpergewebe zu ver­ bessern oder zu ersetzen. Weil sie nicht in ungünstiger Weise mit mensch­ lichem Gewebe reagieren, sind Silikone mit für medizinische Zwecke geeig­ neten Eigenschaften das bevorzugte Herstellungsmaterial für solche Pro­ thesen. Im allgemeinen hat eine Prothese eine Umhüllung, die ein deformier­ bares Material enthält, das mit der Umhüllung die Eigenschaften des Gewe­ bes simuliert, die es ersetzt oder verbessert. Hierfür bekannte Materia­ lien sind Silikongele und normale salzhaltige Lösungen. Im allgemeinen muß das Umhüllungsmaterial undurchlässig oder wenigstens nur halbdurchlässig gegenüber dem von ihm umschlossenen Material sein, damit dieses nicht leicht auslaufen, auslaugen oder in den Körper hinein übertreten kann. Im allgemeinen haben diese Umhüllungen eine glatte äußere Oberfläche.

Man gelangt mehr und mehr zu der Erkenntnis oder der Überzeugung, daß glatte Umhüllungsoberflächen die Tendenz haben, in einer harten, von dem Körper entwickelten Umkapselung eingekapselt zu werden, wenn der Körper das Implantat als einen Fremdkörper erkennt. Insbesondere bei Brustimplan­ taten können diese sphärischen Umkapselungen individuelle Körper werden, die getrennt fühlbar und verhältnismäßig hart sind. Dies macht den beab­ sichtigten Zweck der Prothese vollständig zunichte und erfordert recht oft eine Wiederholung des Vorgangs. Diese Wiederholung bedeutet die Ein­ pflanzung einer anderen Prothese. In einer solchen Situation gibt es nur Verluste und Unannehmlichkeiten. Der Patient ist enttäuscht und wird den Risiken und Kosten einer zweiten Operation ausgesetzt, und der Chirurg wird den entsprechenden Risiken und den Enttäuschungen des Patienten aus­ gesetzt.

Es wurden Prothesen entwickelt, die mit einem Material mit einer aufgerauh­ ten Oberfläche bedeckt sind. Diese Oberfläche hat eine Fülle von Hohlräumen und faserartigen Strukturen. Sie besteht im allgemeinen aus einem offenzel­ ligen Schaum, der sauber geschnitten wird, um diese Oberflächengestalt herzustellen. Das für diesen Zweck verwendete Material ist gewöhnlich ein offenzelliger Urethanschaum. Es wäre zu bevorzugen, für diesen Zweck einen Silikonschaum zu verwenden, aber bis zur Gegenwart gibt es kein geeignetes Silikonschaummaterial bzw. keine Silikonschaumstruktur, die für den hier vorgesehenen Zweck geeignet wäre. Die Begriffe "Schaum" und "Schwamm" werden im folgenden austauschbar verwendet, um eine offenzellige Konstruk­ tion zu kennzeichnen, in der Hohlräume in dem Material miteinander in Ver­ bindung stehen.

Durch die Erfindung wird ein Silikonschaum und ein Verfahren zu dessen Herstellung geschaffen und insbesondere ein Verfahren zur For­ mung des Silikonschaums an der Oberfläche eines kontinuierlichen Substrats, so daß sich die ergebende Konstruktion einen ihr von vornherein innewohnen­ den, eigenen und kontinuierlichen äußeren, aufgerauhten Oberflächenbereich hat sowie eine innere Schicht, die gegenüber demjenigen Material, das darin enthalten ist, undurchlässig oder wenigstens nur halbdurchlässig ist.

Für die Erfindung ist es nicht wichtig, ob sich die Zellkonstruktion ganz durch das Material hindurcherstreckt, aber eine solche Konstruktion läßt sich herstellen, wenn nur ein Schaum gewünscht wird. Auf dem Gebiet der Implan­ tate ist es jedoch die Oberflächenkonfiguration mit Hohlräumen und faser­ artigem Material, die für das umgebende Gewebe wichtig ist. Eine Tiefe von vielleicht nicht mehr als etwa einem Millimeter einer solchen Struktur ist erforderlich oder erwünscht. Eine sehr viel tiefere Zellkonstruktion kann selbst wieder zu Problemen des Gewebewachstums führen.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß durch Einbetten lösbarer Kristalle in das Silikon bis auf die gewünschte Tiefe, bis zu der der Schaum gebil­ det werden soll, durch Härten des Silikons und durch anschließendes Heraus­ lösen der Kristalle ein offenzelliger Schaum gebildet werden kann, der die aufgerauhte Oberfläche bietet, die für ein begrenztes Wachstum oder Anwachsen von Gewebe erwünscht ist. Der Schaum kann als Oberfläche auf einem einheitlichen und kontinuierlichen Silikonsubstrat gebildet werden, wobei die Tiefe des Schaums dadurch gesteuert werden kann, daß die Tiefe gesteuert wird, bis zu der sich die Kristalle erstrecken.

Es wurde ferner erfindungsgemäß gefunden, daß die Verwendung von Kristal­ len, die alle im wesentlichen die gleiche Größe haben, einen verhältnis­ mäßig weniger brauchbaren Schaum ergibt. Dies kommt daher, daß Teilchen gleicher Größe beim Zusammenpacken eine Matrix bilden, die einen relativ geringen Volumenprozentsatz ("Packungsverhältnis") hat. Wenn mehr als eine Größe verwendet wird, kann ein weniger dichter Schaum gebildet werden, weil mehr Kristalle in ein gegebenes Volumen gepackt werden können. Ferner ergibt sich beim Herauslösen der Kristalle leichter eine größere Anzahl von Verästelungen oder Verzweigungen und diese miteinander verbindenden offenen Hohlräumen, wodurch in entsprechender Weise eine wirksamere aufge­ rauhte Oberfläche gebildet wird.

Durch die Erfindung wird ein Silikonschaum, ein mit einer einheitlichen, einstöckigen Silikonschaumoberfläche ausgestatteter Silikonkörper und ein Verfahren zur Herstellung des Schaums bzw. des Körpers geschaffen.

Erfindungsgemäß wird der Silikonschaum hergestellt durch Einlagern lös­ licher Kristalle in ungehärtetes Silikon, anschließendes Härten des Sili­ kons und danach Herauslösen der Kristalle. Die Kristalle sind in dem Silikon unlöslich, und sie sind löslich in einem Lösungsmittel, das das gehärtete Silikon nicht löst. Das bevorzugte Kristall ist Natriumchlorid, da es selbst dann, wenn es nicht vollständig entfernt wird, in dem mensch­ lichen Körper keinen Schaden anrichtet. Das bevorzugte Lösungsmittel ist Wasser.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal in Weiterbildung der Erfindung wird eine Vielzahl von Kristallgrößen oder Größenbereichen verwendet, um das Packungsverhältnis zu verbessern und dadurch die Rauhigkeit der Oberfläche zu erhöhen, nachdem die Kristalle herausgelöst sind.

Gemäß einem bevorzugten, aber nicht notwendigen Merkmal der Erfindung werde die Kristalle nicht über die ganze Tiefe des Silikons eingebettet, und, es ergibt sich ein festes Silikonsubstrat, das für eine ein Fluid oder ein Gel enthaltende Umhüllung geeignet ist, wobei eine Oberfläche an einer Seite die beschriebene Rauhigkeit aufweist.

Weitere Einzelheiten und Vor­ teile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Schicht von ungehärtetem Silikon;

Fig. 2 ist eine etwas schematische Darstellung eines Ausschnitts der Schicht von Fig. 1, wobei Kristalle in deren obere Oberfläche eingebettet sind;

Fig. 3 ist eine etwas schematische Querschnittsdarstellung eines Aus­ schnitts der Schicht von Fig. 1, die gehärtet ist und aus der die Kristalle herausgelöst sind;

Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht nach der Linie 4-4 in Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine Schicht 10 eines ungehärteten Silikon-Elastomers, wie beispielsweise eines bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silikons für medizinische Zwecke. Die Schicht 10 hat eine untere Oberfläche 11, die durch Aufbringen des Monomers auf eine Stützfläche gebildet wurde, und eine obere Oberfläche 12, die sich selbst ausbildet und einstellt, während sich das Silikon noch im Fluidzustand befindet.

Fig. 2 zeigt eine Menge von Kristallen 15 in die obere Oberfläche 12 bis zu einer Tiefe 13 eingedrückt. Die Kristalle werden in dem Silikon einge­ bettet und stehen, wie später beschrieben wird, in Berührung miteinander. Als Gruppe sind die Kristalle durch das flüssige Silikon umschlossen.

Wenn eine Schicht gewünscht wird, die vollständig aus Schaum besteht, werden die Kristalle ganz durch das Monomer hindurch von dessen einer Ober­ fläche bis zu deren anderer Oberfläche eingedrückt. Jedoch wird ein unge­ stützter Schaum kaum stark genug sein, eine wesentliche Handhabung zu über­ stehen. Daher bleibt in dem für Implantate bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Tiefenbereich 16 des Silikons ohne Kristalle. Die Struktur der Fig. 2 wird gehärtet und wird zu einem flexiblen elastomeren Körper mit Kristallen in seinem oberen Bereich.

Nachdem der Körper ausgehärtet ist, werden die Kristalle aus diesem heraus­ gelöst und hinterlassen Hohlräume dort, wo sie sich beim Härten der Schicht befanden. Es ist praktisch unmöglich, die sich ergebende Struktur genau zu beschreiben, aber die Hohlräume sind offenzellig und befinden sich dort, wo die Kristalle waren und wo sie in Berührung miteinander standen. Das verbleibende Elastomer ist eine Konstruktion mit vielen Hohlräumen, Ver­ zweigungen, Verästelungen, Wänden und Teilen von Wänden. Zur Vereinfachung wird diese Art von Oberflächenschicht auch als "aufgerauhte Oberfläche" bezeichnet.

Mit Fig. 4 soll gezeigt werden, daß sich in der Schaumschicht 17 viele Öffnungen befinden. Die Schaumschicht 17, die als Folge des Här­ tens als kontinuierliche Struktur mit der darunterliegenden undurchlässigen Substratschicht 18 gebildet wurde, ist mit der Substratschicht einstückig und durch diese abgestützt. Infolgedessen ergibt sich ein strukturell star­ kes, durchgehendes und leicht zu handhabendes Konstruktionsmaterial aus Silikon mit einer Schaumoberfläche. Das Material kann je nach Wunsch geformt werden. Falls gewünscht, kann das Verfahren auf einer Schicht ausge­ führt werden, die auf einem Kern oder auf irgendeiner anderen Vorrichtung gebildet ist, so daß nach der Fertigstellung die Schicht bereits die ge­ wünschte Form hat und kein oder nur ein geringes Schneiden oder Verkleben erforderlich ist.

Jedes geeignete härtbare flüssige Silikon kann für das Produkt verwendet werden. Die Details zur Verarbeitung des Materials sind in der Silikon­ technik bekannt und erfordern hier keine weitere Beschreibung. Das gehär­ tete Material ist gewöhnlich halbdurchlässig, aber seine Permeabilität ist nicht so groß, daß seine Fähigkeit beeinträchtigt würde, Silikongele oder normale Salzlösungen für lange Zeiträume zufriedenstellend aufzuneh­ men und zu halten. Einige Silikone können vollständig undurchlässig sein, sind aber für Brustimplantate nicht allgemein in Verwendung. Auch solche undurchlässigen Silikone sind zur Verwendung bei der Erfindung geeignet.

Die besten Ergebnisse ergeben sich, wenn man kristallines Material verwendet weil die Unregelmäßigkeiten der Kristalle innerhalb der Zellen eine erhöhte Rauhigkeit bewirken und weil die Aussichten für eine Berührung mit benach­ barten Kristallen größer sind, als wenn beispielsweise ein sphärisches Pro­ dukt verwendet würde.

Das bevorzugte Kristall ist Natriumchlorid. Es könnte jedoch jede andere Verbindung stattdessen verwendet werden, die in dem Silikon unlöslich ist und die in einem Lösungsmittel löslich ist, das nicht das Silikon auf­ löst, und die als verbleibender Rest nicht dem Körper schadet.

Das bevorzugte Lösungsmittel ist Wasser. Jedes andere Lösungsmittel könnte stattdessen verwendet werden, das die Kristalle und nicht das Silikon auflöst und das keine schädlichen Rückstände hinterläßt.

Die Eigenschaften des Schaums werden aus den oben genannten Gründen ver­ bessert, wenn man eine Vielzahl von Kristallgrößen benutzt. Natürlich sind die Kristallgrößen niemals wirklich gleichförmig, und sie werden im allge­ meinen durch Prozentsätze aufgrund der auf Standardsieben zurückgehaltenen Teilchen definiert. Zwei brauchbare Größen von Natriumchloridsalz, die in etwa gleichen Anteilen miteinander vermischt werden, werden durch die Morton Salt Division von Morton Thiokol, Inc., Chicago, Illinois, USA, vertrieben.

Die eine Sorte ist ein Tafelsalz, das man vorwiegend auf den in USA genorm­ ten Sieben mit einer Maschenweite von 30 bis 50 Mesh erhält.

Das andere Salz ist ein feines KD-Solarsalz, das man vorwiegend auf US- Standardsieben mit der Maschenweite zwischen etwa 16 und 40 Mesh erhält.

Wenn man diese Salze gut mischt und wie beschrieben einbettet, kann man einen sehr zufriedenstellenden Silikonschaum herstellen.

Es könnten mehr als zwei Größenbereiche des Salzes verwendet werden, oder es könnten für jedes Salz engere und spezifischere Größenbereiche vorgese­ hen werden. Jedoch hat sich die Verwendung von nur zwei Größen bzw. Größen­ bereichen, wie beschrieben, als vollständig zufriedenstellend erwiesen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen eines Silikonschaums, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• 1. Einbetten einer Schicht eines kristallinen Materials in eine Schicht aus ungehärtetem Silikon,
• 2. wobei das kristalline Material dicht gepackt ist und im allgemeinen in Kristall-Kristall-Berührung steht und durch das flüssige Silikon umgeben ist,
• 3. Aushärten des Silikons,
• 4. Herauslösen der Kristalle mit einem Lösungsmittel, das die Kristalle löst, aber das gehärtete Silikon nicht löst,
• 5. wodurch eine Struktur von gehärtetem Silikon gebildet wird, die eine große Anzahl von Verzweigungen oder Verästelungen und miteinander in Verbindung stehenden Hohlräumen aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle in einer Vielzahl von Größen oder Größenbereichen verwendet werden, um das Packungsverhältnis der Kristalle als Gruppe zu erhöhen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle aus Natriumchlorid bestehen und daß das Lösungsmittel Wasser ist.

4. Silikon-Schaumkörper hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1.

5. Formkörper mit Silikon-Schaumschicht, hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle nur bis zu einer begrenzten Tiefe in das ungehärtete Silikon eingedrückt werden, wo­ durch nach dem Härten des Silikons und dem anschließenden Herauslösen der Kristalle unterhalb des Schaums ein kontinuierliches, ungeschäumtes Silikonsubstrat als einstückige Fortsetzung des Schaums gebildet ist.