DE4012731A1 - Verfahren zur herstellung von implantaten mit definierter rauher oberflaeche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Implantaten mit definierter rauher Oberfläche und findet Anwendung bei der Herstellung medizinischer Implantate für die Implantologie vorwiegend für die Dentalimplantologie.

In den letzten Jahren sind mehrere Verfahren zum dauerhaften Befestigen von Implantaten vorgeschlagen worden, bei denen die An- und Einwachsfähigkeit des umgebenden Knochengewebes ausgenutzt wird. Beispiele für derartige Verfahren sind:

• - Kerben, konkave oder konvexe Rundungen, Löcher, gerippte oder mit Drahtgeflechten belegte Implantatoberflächen über bzw. in die das Knochenmaterial einwachsen kann (Makroreten­ tionen),
• - der Einsatz biologisch aktiver Materialien, vorzugsweise Keramiken, die mit dem Knochengewebe reagieren können und so eine tragfähige Verbindung herstellen,
• - die Verwendung poröser oder aufgerauhter Oberflächen (Mik­ roretentionen) an die der Knochen des Implantates gegeben ist.

Zur Erzeugung von Mikroretentionen auf metallischen Implantaten sind verschiedene Verfahren bekannt. Am häufigsten wird ein Plasma-Sprühverfahren angewendet, bei dem Metall- oder Kera­ mik-Pulver in einem Plasmastrahl auf das Implantat aufgesintert wird / Kirsch, A.; Ackermann, K. L.; Das IMZ-Implantat-System, ZWR 11/86, S. 1134-1144/. Ein billiges Verfahren zum Überflä­ chenaufrauhen ist das Sandstrahlen; die dabei entstehenden Rauheiten sind schollen- und scherbenförmig und erlauben im Vergleich zum vorher genannten Verfahren nur geringe Oberflä­ chenvergrößerungen. Die Beschichtung des Implantates mit einer ANOF-Schicht (Anodische Oxidation unter Funkenentla­ dung) ist eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Oberflä­ chenrauheiten. Das Implantat wird in einem Elektrolyten durch einen wandernden Funken lokal aufgeschmolzen und dabei oxi­ diert. Es werden dabei Rauhtiefen bis 20 µm erreicht / Kurze, P.; Krysmann, W.; ANOF - ein neues Beschichtungsverfahren für die Medizintechnik, Z. Klin. Med. 41 (1986) 3, S. 219-222; Kurze, P.; Krysmann, W.; Knoefler, W.; Graf, H.-L. Keramisier­ tes Metallimplantat DD - WP A 61 F/286 973/. Nachteile sind die geringe Verbiegestabilität der ANOF-Schichten sowie einzelne lokale Oberflächenbereiche oder geschlossene Schichten.

Ein entscheidender Nachteil der beschriebenen Verfahren besteht darin, daß zur Erzeugung der Oberflächen-Rauheiten ein von der Herstellung des Implantatkörpers unabhängiger, weiterer technologischer Schritt erforderlich ist, wodurch sich der Zeit- und Kostenaufwand wesentlich erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Implantate mit hoher Bioverträglichkeit in reproduzierbaren beliebigen Formen mit möglichst wenigen Arbeitsschritten und mit definierten, dem speziellen Anwendungsfall abgepaßten Rauhtiefen herzustellen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem in einem Einstufenverfahren mittels eines funkenerosiven Abtragverfah­ rens Implantate in beliebigen Formen mit Rauheiten zwischen 1 µm und 100 µm hergestellt werden. Für die Herstellung von Implantaten kommen als funkenerosive Abtragverfahren das fun­ kenerosive Schneiden unter Verwendung von Titanium-Draht als Elektrode oder das funkenerosive Senken unter Verwendung von Kohleelektroden zur Anwendung.

Funkenerosive Abtragverfahren werden bisher vorwiegend unter Verwendung von Kupfer- oder Messing-Elektroden eingesetzt. Es ist bekannt, daß diese Verfahren auf den bearbeiteten Oberflächen prozeßbedingt verdampftes Elektrodenmaterial zu­ rücklassen, welches bei den verwendeten Elektroden einen Ein­ satz für medizinische Zwecke ausschließt. Nun hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß man bei Anwendung des fun­ kenerosiven Abtragverfahren mit Titanium-Elektroden in einem Einstufenverfahren die geforderte Form des als bioinert bekann­ ten Titaniums erstellen kann, aber gleichzeitig die Oberfläche bioverträglich bleibt und die für das entsprechende Implantat geforderte Rauhtiefe erzeugt wird. Damit entfallen zusätzliche Prozesse zur Säuberung der Implantate von toxischem Elektro­ denmaterial und zur Erzeugung der notwendigen Rauhtiefe. Es ist möglich, jede beliebige Form eines Implantates in großen Stückzahlen zu erzeugen, gleichzeitig aber in diesem Herstel­ lungsprozeß die Rauheit zu erzielen, die für den Anwendungs­ fall des Implantates notwendig ist. Diese Änderungen der Rau­ heit werden durch die Parameter des funkenerosiven Abtragver­ fahrens eingestellt.

Die bei Anwendung des Verfahrens eingesetzte dielektrische Flüssigkeit ist entionisiertes Wasser oder eine dielektrische Flüssigkeit mit bioaktiven Zusätzen zur Stimulierung des Anwachsprozesses, die sich auf der Oberfläche des Implantates anlagern.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zwischen Implan­ tatkörper und erzeugter definierter Oberflächenrauheit keine physikalisch-chemische Grenzfläche vorhanden ist, die auf- bzw. eingebrachte Bereiche mit unterschiedlichen physikalischen Parametern trennt, so daß ein Abplatzen der Rauheiten verhin­ dert wird, und daß die Herstellung von Implantaten mit defi­ nierter rauher Oberfläche in einem Arbeitsschritt realisiert ist.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher er­ läutert. Um ein Blattimplantat herzustellen, wird ein Titanium- Stab von 2 cm × 3 cm Grundfläche, 10 cm lang, mit einem Titanium-Draht vom Durchmesser 0,29 mm funkenerosiv geschnit­ ten. Dabei beträgt die Generatorleerlaufspannung 200 V und der mittlere Arbeitsstrom 2,5 A. Als dielektrische Flüssigkeit wird entionisiertes Wasser mit einer Leitfähigkeit von 18 µS/cm benutzt.

Der geeignete Generator ist ein RC-Generator mit einer Abtragsleistung von15 mm²/min. Der Arbeitskondensator hat eine Kapazität von 500 nF. Im Herstellungsprozeß wird erst das Profil erzeugt und dann werden die Implantate vereinzelt. Bei Verwendung der genannten Parameter wird eine Rauhtiefe von 20 µm erzielt, und die so hergestellten Implantate zeigen ein sehr gutes Einwachsverhalten.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Implantaten mit definierter rauher Oberfläche zur Anwendung in der Implantologie und unter Verwendung von Titanium als Implantatmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Einstufenverfahren mittels eines funkenerosiven Abtragverfahrens Implantate in beliebi­ gen Formen mit Rauhtiefen zwischen 1 µm und 100 µm herge­ stellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als funkenerosive Abtragverfahren funkenerosives Schneiden oder funkenerosives Senken angewendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim funkenerosiven Schneiden Titanium-Draht oder mit Titanium beschichteter Draht mit einem Durchmesser zwischen 0,20 mm und 0,35 mm verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum funkenerosiven Schneiden mit Titanium-Draht die Generatorleerlaufspannung oberhalb 150 V liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei den funkenerosiven Abtragverfahren als dielektri­ sche Flüssigkeit entionisiertes Wasser oder eine mit bioak­ tiven Zusätzen versehene dielektrische Flüssigkeit verwen­ det wird.