DE60029186T2

DE60029186T2 - Keramischer Schaumkörper

Info

Publication number: DE60029186T2
Application number: DE60029186T
Authority: DE
Inventors: Shihong Li; Klaas De Groot; Pierre Jean Francois Layrolle; Clemens Antoni Van Blitterswijk; Joost Robert De Wijn
Original assignee: Isotis BV
Current assignee: OctoPlus Sciences BV
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: AU778651B2; US6479418B2; JP2001224679A; AU7231000A; DE60029186D1; ATE332288T1; CA2328818A1; US20020037799A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers und einen Körper, der durch dieses Verfahren erhältlich ist. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung dieses Körpers als Gerüst beim künstlichen Aufbau von Gewebe.
Die Erneuerung von Skelettgewebe ist als neuer Werg zur Rekonstruktion von Skelettdefekten erkannt worden, die auf abnormer Entwicklung, Trauma, Tumoren und anderen Zuständen, die einen chirurgischen Eingriff erfordern, beruhen. Autologe Knochenimplantate gelten als "Goldstandard" von Knochentransplantationen mit überlegenen biologischen Ergebnissen. Jedoch ist der Vorrat an autologen Knochen begrenzt und reicht oft nicht aus, besonders wenn es sich um große Defekte am Skelett handelt. Als Alternativmaterialien werden Fremdimplantate verwendet, doch dabei treten immunologisch bedingte Komplikationen sowie das Risiko der Übertragung von Krankheiten auf. Weitere Nachteile von Eigen- und Fremdimplantatmaterialien umfassen ihr beschränktes Potential zum Formen oder Gestalten, um eine optimale Einpassung in Knochenlücken zu erreichen.
Mit weiter fortschreitender Entwicklung chirurgischer Techniken und medizinischen Wissens besteht zunehmend Bedarf an synthetischen Knochenersatzmaterialien, der auf den begrenzten Vorrat an Autoimplantatmaterialien und die mit der Verwendung von Fremdimplantaten einhergehenden Gesundheitsrisiken zurückzuführen ist. Seit über 20 Jahren wird Hydroxyapatit bezüglich der Verwendung im Knochenmilieu untersucht, und die Biokompatibilität dieses Keramikmaterials und sein Verhalten in Bezug auf die Förderung des Knochenwachstums sind nachgewiesen. Da poröses HA leichter resorbiert werden kann und auch das Knochenwachstum stärker anregt als dichtes HA, steigt das Interesse an der Entwicklung von synthetischen porösen Hydroxyapatitknochenersatzmaterialien (HA-Knochenersatzmaterialien) zum Auffüllen von Defekten an belasteten und unbelasteten Knochen. Diese Technologie könnte das Potential haben, die Gefäßbildung wiederherzustellen und das Knochengewebe an der Reparaturstelle vollständig zu durchdringen.
Die Abwandlung des Gerüstdesigns als dreidimensionales Übergitter ist als ein Ansatz gezeigt worden, die Funktionalität der Knochenneubildungsmaterialien zu optimieren, damit diese Materialien für bestimmte orthopädische Anwendungen maßgeschneidert werden können, z.B. in Form von Füllmaterial für Hohlräume, Implantaten oder Implantatüberzügen. Bei dem Versuch, einen Träger für Skelettzellen und -gewebe zu entwickeln, der optimale Raumbedingungen für die Migration und Erhaltung von Zellen durch die Anordnung von Strukturelementen wie Poren und Fasern zur Verfügung stellen könnte, wird untersucht, ob die Verwendung "lebender" Materialien möglich ist. Solches lebendes Material könnte die Form eines offenporigen Implantatsystems zusammen mit lebendem Gewebe annehmen. In anderen Worten, hier handelt es sich um den künstlichen Aufbau von hartem Gewebe.
Der herkömmlichste Weg zur Herstellung eines porösen HA-Keramikmaterials ist die Verwendung eines Schäummittels wie Wasserstoffperoxid (H₂O₂). Im einzelnen wird eine HA-Aufschlämmung dadurch hergestellt, dass man HA-Pulver mit Wasser und einer H₂O₂-Lösung mischt. Dann werden Proben der Aufschlämmung unter erhöhter Temperatur in einen Ofen gelegt. Das H₂O₂ zersetzt sich, und O₂ wird aus dem Schüttmaterial freigesetzt, so dass eine poröse Struktur zurückbleibt. Bis heute wird diese Technik noch immer verbreitet bei klinischen Anwendungen und in der Forschung eingesetzt. Jedoch haben durch dieses H₂O₂-Verfahren hergestellte poröse Keramikmaterialien von Natur aus einen wesentlichen Nachteil: Sie verfügen nur über "laminare Porosität". In anderen Worten, die Poren sind größtenteils laminar verbunden, so dass es keine echt dreidimensionale miteinander verbundene Struktur gibt.
Das Schlickergießen ist ein anderer Weg zur Synthese poröser Keramikmaterialien. Der Herstellungsweg umfasst die Herstellung einer HA-Aufschlämmung (Schlicker) durch Mischen von HA-Pulver mit Wasser, einem Dispergiermittel und Bindemitteln unter Rühren. In diese Aufschlämmung wird eine Art Schaum (Schwamm) getaucht und gedrückt. Dadurch wird die Aufschlämmung in den Schaum gesaugt. Eine Keramikschicht überzieht dann alle Verstrebungen des Schwamms, nachdem die überschüssige Aufschlämmung durch Ausdrücken der Proben entfernt wurde. Anschließend werden die Proben in einem Mikrowellenofen getrocknet und schließlich in einem Ofen gesintert. Dieses Verfahren wird oft als "positives Abdruckverfahren" bezeichnet.
Durch Schlickergießen hergestellte Materialien sind hochporös; sie haben eine netzförmige Struktur. Allerdings kann aufgrund von inneren Defekten im Keramikmaterial, die zurückbleiben, nachdem der Schwamm verbrannt wurde, die Festigkeit des Materials nicht erhöht werden, um die Anforderungen von Anwendungen im Zusammenhang mit dem künstliche Aufbau von Gewebe zu erfüllen.
Inzwischen gilt auf dem Gebiet der Biomaterialien besonderes Interesse dem Korallen-HA. Ein Beispiel für ein solches Material ist Interpore^®, das über hohe Porosität und eine ausgezeichnete mikroporöse Oberflächenstruktur verfügt. Jedoch ist es ein teures Material und, wichtiger noch, seine mechanische Festigkeit reicht nicht aus für Anwendungen zum künstlichen Aufbau von Gewebe.
In Chemical Abstracts; Band 102, Nr. 14, 8. April 1985, Abstract Nr. 118385g wird ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers offenbart, bei dem ein Polyalkylenpolyol (A) und ein organisches Isocyanat (B) vermischt werden, um eine Vormischung zu ergeben. Diese wird mit dickflüssigen Keramikaufschlämmungen vermischt, die durch Mischen eines Vernetzungsmittels (C) und einer Keramikaufschlämmung auf Wasserbasis hergestellt wurde, um A + B + C des Keramikmaterials herzustellen, in eine Form gegossen und geschäumt, um einen Urethanschaumkörper herzustellen, der getrocknet und gebrannt wird, um einen porösen Keramikkörper herzustellen.
In Chemical Abstracts, Band 104, Nr. 18, 5. Mai 1986, Abstract Nr. 154446c wird eine Zubereitung aus geschäumten Keramikkörpern beschrieben, in der ein Keramikrohmaterial mit Wasser, einem Tensid und/oder Gerbsäure oder deren Salz vermischt wird, um eine Keramikaufschlämmung herzustellen. Dann wird diese mit einem Urethanprepolymer vermischt, das dadurch hergestellt wurde, dass man ein eine Ethylenoxideinheit enthaltendes Poly(oxyalkylen)polyol in eine Form goss, schäumen ließ, trocknete und brannte.
Die britische Patentanmeldung 2 317 887 offenbart poröse Keramikgegenstände, die bei der Züchtung von Knochenzellen verwendet werden können. Die Gegenstände werden dadurch hergestellt, dass man eine Dispersion bildet, die einen flüssigen Träger und die Teilchen sowie ein polymerisierbares monomeres Material enthält, einen Schaum aus der Dispersion bildet, die geschäumte Struktur polymerisiert, die Struktur trocknet, um den flüssigen Träger zu entfernen und einen festen Gegenstand mit aus den Blasen stammenden Poren zur Verfügung zu stel len, und den Gegenstand brennt, um das organische Bindemittel zu entfernen und einen Keramikverbund zur Verfügung zu stellen.
US-A-4,894,194 offenbart ein Verfahren zum Formen von Keramikpulvern. Dazu wird ein Aufschlämmungsgemisch gebildet, das Keramikpulver, ein Dispergiermittel für das metallhaltige Pulver und eine Monomerlösung umfasst. Das Aufschlämmungsgemisch wird in eine Form umgefüllt und die das Aufschlämmungsgemisch enthaltende Form erwärmt, um das Monomer zu polymerisieren und zu vernetzen und eine feste Polymer-Lösungsmittelgel-Matrix zu bilden. Das feste Produkt kann aus der Form genommen und erhitzt werden, um zuerst das Lösungsmittel und dann das Polymer zu entfernen. Danach kann das Produkt gesintert werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es verschiedene bekannte Verfahren zur Herstellung poröser Keramikmaterialien gibt. An ein poröses Keramikmaterial, das zum Wiederaufbau des Skeletts, zur Reparatur von hartem Gewebe oder sogar für Zwecke des künstlichen Aufbaus von hartem Gewebe verwendet werden soll, werden jedoch spezielle Anforderungen gestellt. Bei Knochengewebe, das einwachsen soll, gilt eine Porengröße im Bereich von 100 bis 300 μm als akzeptabel, wobei die Poren vollständig miteinander verbunden sein sollten. Diese Vorgabe hat den Wunsch nach einem besser geeigneten porösen Keramikmaterial (Gewebeträger oder 3-D-Gerüst) geweckt.
Die Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers zur Verfügung. Dieses Verfahren ergibt einen Keramikkörper mit miteinander verbundenen Poren von steuerbarer Porengröße. Außerdem sind die mechanischen Eigenschaften des Keramikkörpers denjenigen von Keramikkörpern überlegen, die durch die vorstehend erörterten bekannten Verfahren hergestellt wurden. Insbesondere ist die Druckfestigkeit viel höher.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Keramikkörpers basiert auf dem negativen Abdruckverfahren. Genauer umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte:

1) Herstellung einer wässerigen Aufschlämmung eines Keramikmaterials;
2) Mischen der Aufschlämmung mit einer flüssigen, viskosen organischen Phase, um einen Teig zu erhalten, wobei die organische Phase im Wesentlichen in Wasser unlöslich ist und thermisch zu gasförmigen Rückständen zersetzt werden kann;
3) Trocknen des Teiges und
4) Entfernen der organischen Phase durch thermische Zersetzung.

Wie bereits erwähnt, hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass man einen Keramikkörper erhält, dessen poröse Struktur aus miteinander verbundenen Poren besteht. Darüber hinaus kann eine besonders hohe Porosität erreicht werden, während die überlegenen mechanischen Eigenschaften erhalten bleiben.
Außerdem wurde festgestellt, dass ein durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlicher Keramikkörper über eine spezifische mikroporöse Oberfläche innerhalb der Makroporen verfügt. In anderen Worten, die Oberfläche des Keramikkörpers einschließlich der Oberfläche innerhalb der Poren hat eine bestimmte vorteilhafte Runzeligkeit. Aufgrund dieses Merkmals erreicht man eine gute Befestigung der Zellen, wenn Zellen auf den Körper geimpft werden, z.B. bei Anwendungen zum künstlichen Aufbau von Gewebe. Auch kann dank dieses Merkmals der Keramikkörper die Bildung von Knochengewebe anregen. Bei den vorstehend beschriebenen, durch das Schlickergießverfahren hergestellten Keramikmaterialien wurde dieses Merkmal nicht festgestellt.
Das Keramikmaterial, aus dem die Aufschlämmung hergestellt wird, kann prinzipiell jedes Material sein, aus dem ein poröser Körper hergestellt werden soll. In anderen Worten, die Wahl eines speziellen Keramikmaterials hängt von der angestrebten Anwendung des Endprodukts ab. Angesichts der geplanten Verwendung des Keramikkörpers als Gerüst beim künstlichen Aufbau von Gewebe wird erfindungsgemäß bevorzugt, dass es sich bei dem Keramikmaterial um ein Calciumphosphat handelt. Stark bevorzugte Calciumphosphate könne aus der Gruppe Octacalciumphosphat, Apatite wie Hydroxyapatit und Carbonatapatit, Whitlockite, α-Tricalciumphosphat, β-Tricalciumphosphat, Natriumcalciumphosphat und Kombinationen davon ausgewählt werden.
Unter bestimmten Umständen kann es wünschenswert sein, ein Additiv in die wässerige Aufschlämmung zu inkorporieren. Beispiele für solche Additive sind Bindemittel, Tenside, Mittel zur Steuerung des pH, Entflocker und dergleichen. Als Bindemittel kann ein wasserlösliches Polymer wie ein Cellulosederivat (z.B. Carboxymethylcellulose) verwendet werden, vorzugsweise in einer Menge zwischen 0,05 und 0,5 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Aufschlämmung. Ein Mittel zur Steuerung des pH kann mit vorteilhaftem Ergebnis verwendet werden, um die Löslichkeit des Keramikmaterials zu steuern. Selbstverständlich sollte vermieden werden, dass sich das Keramikmaterial (in signifikanter Menge) in der wässerigen Phase löst. Der Fachmann wird aufgrund seines allgemeinen Fachwissens feststellen können, ob ein bestimmtes Additiv verwendet werden sollte.
Die Konzentration des Keramikmaterials in der Aufschlämmung hängt von der Löslichkeit des gewählten Keramikmaterials in Wasser ab. Im Allgemeinen wird diese Konzentration bezogen auf das Gewicht der Aufschlämmung zwischen 50 und 80 Gew.-%, vorzugsweise 55 und 75 Gew.-% gewählt. Die Aufschlämmung kann dadurch hergestellt werden, dass man Wasser und das Keramikmaterial unter Rühren mischt, bis man eine homogene Aufschlämmung erhält.
Wie bereits erwähnt, wird die Aufschlämmung mit einer organischen Phase gemischt, die sich in der Aufschlämmung nicht löst (d.h. im Wesentlichen in Wasser unlöslich ist) und chemisch nicht mit dem Keramikmaterial in der Aufschlämmung reagiert.
Um eine homogene Verteilung der organischen Phase in der ganzen Aufschlämmung zu erreichen, muss die organische Phase zum Zeitpunkt des Mischens in flüssiger Form vorliegen. Außerdem sollte die organische Phase viskos sein, um sicherzustellen, dass das resultierende Gemisch die Form eines formbaren Teigs hat, so dass der resultierende Keramikkörper gestaltet werden kann. Es ist auch möglich, dass die Viskosität der organischen Phase zum Zeitpunkt des Mischens mit der Aufschlämmung relativ gering ist, aber dann beim Trocknen ansteigt.
Eine weitere Voraussetzung, die die organische Phase erfüllen muss, besteht darin, dass sie durch thermische Zersetzung aus dem Teig entfernt werden kann. Es ist bevorzugt, dass sich die organische Phase in flüchtige und/oder gasförmige Reste zersetzt, wenn sie Temperaturen über 200 oder 400°C ausgesetzt wird. Abhängig von der geplanten Anwendung des fertigen Keramikkörpers sollten bei der thermischen Zersetzung im Wesentlichen keine verkohlten oder teerartigen Rückstände gebildet werden bzw. nach dem Sintern in der porösen Struktur des Keramikkörpers verbleiben.
Geeignete Beispiele für Materialien, die dazu verwendet werden können, die organische Phase zu bilden, sind vom Fachmann aufgrund der vorstehenden Überlegungen ohne weiteres zu finden. Je nach dem gewählten Material kann ein organisches Lösungsmittel vorhanden sein oder nicht. Wenn ein organisches Lösungsmittel verwendet werden soll, muss es natürlich so gewählt werden, dass es die vorstehend genannten Eigenschaften der organischen Phase nicht wesentlich beeinträchtigt.
Ohne dass diese Liste als erschöpfend betrachtet werden sollte, kommen folgende geeignete Materialien für die Verwendung in der organischen Phase in Frage: Wachse, Schellack, Fettsäuren, Fette, Epoxidharze, Polyurethanharze, Polyesterharze, Poly(meth)acrylatharze und Kombinationen davon. Besonders gute Ergebnisse hat man mit der Verwendung eines Poly(meth)acrylatharzes erzielt. Ein solches Harz kann ein Homo- oder Copolymer verschiedener Acrylat- und/oder Methacrylatmonomere sein. Vorzugsweise ist das Harz Polymethacrylat.
Wenn ein synthetisches Polymer in der organischen Phase verwendet wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine kleine Menge monomeres Material einzubauen. Dieses monomere Material kann im Teig, der durch Mischen der organischen Phase mit der wässerigen Aufschlämmung des Keramikmaterials gebildet wurde, in situ polymerisieren. Dadurch wird die Bildung miteinander verbundener Poren im fertigen Keramikkörper vorteilhaft beeinflusst. Das monomere Material kann in einem Verhältnis von bis zu 3:1 bezogen auf das Gewicht des Polymers enthalten sein. Ein bevorzugter Bereich bezogen auf das Gewicht des Polymers liegt im Bereich von 1:1 bis 1:2,5. Wenn nötig, kann eine kleine Menge eines geeigneten Katalysators oder Initiators, der die Polymerisation begünstigt, vorhanden sein.
Falls die Herstellung eines Keramikkörpers mit besonders hoher Porosität gewünscht wird, kann man ein Schäummittel in die organische Phase aufnehmen. Das Schäummittel kann in der organischen Phase in Mengen von bis zu 10 Gew.-% enthalten sein. Man hat festgestellt, dass man durch die Verwendung eines Schäummittels eine Porosität von etwa 60 % erreichen kann. Ein bevorzugtes Bei spiel des Schäummittels ist eine Kombination von Natriumcarbonat und Citronensäure, wobei diese Mittel in einem Gewichtsverhältnis zwischen 1:2 und 1:5 verwendet werden können. Vorteilhafterweise wirkt dieses spezielle Schäummittel im Wesentlichen nur, wenn es in Kontakt mit Wasser gebracht wird (d.h. mit der wässerigen Aufschlämmung des Keramikmaterials). Dies wirkt sich so aus, dass die organische Phase bis zu einem bestimmten Grad aufquillt, dabei aber zusammenhängend bleibt, so dass die mechanischen Eigenschaften des hergestellten Keramikkörpers durch die Verwendung eines Schäummittels im Wesentlichen nicht beeinträchtigt werden.
In einer anderen Ausführungsform wird brennbare teilchenförmige Materie wie Kiefernzweige oder starre Polymerfasern in die organische Phase, in die Aufschlämmung aus dem Keramikmaterial oder in das Gemisch aus der organischen Phase und der Aufschlämmung eingebaut. Diese Materie soll sich zersetzen, wenn die organische Phase durch thermische Zersetzung entfernt wird. Im Ergebnis erhält man einen Keramikkörper, der voneinander getrennte Hohlräume in seiner Struktur aufweist. Diese haben die Form und Größe der entfernten teilchenförmigen Materie. Solche Hohlräume können vorteilhafterweise die Form von Tunnels oder Kanälen haben, die den Fluss des Kulturmediums durch den Keramikkörper erleichtern, wenn er als Gerüst zum künstlichen Aufbau von Gewebe verwendet wird und darauf geimpfte Zellen gezüchtet werden.
Die wässerige Aufschlämmung des Keramikmaterials und der organischen Phase wird vorzugsweise in einem Volumenverhältnis zwischen 1:2 und 3:1, stärker bevorzugt zwischen 1:1 und 2:1 vermischt. Der Teig umfasst vorzugsweise mindestens 35 Vol.-% der organischen Phase, wobei der Rest vorzugsweise aus der wässerigen Aufschlämmung besteht. Beide Komponenten des Teigs können auf beliebige Weise vermischt werden, wobei man nur darauf achten sollte, dass man ein homogenes Gemisch erhält.
Der Teig wird anschließend getrocknet. In dieser Stufe kann wie angestrebt eine Polymerisationsreaktion in der organischen Phase ablaufen. Vorzugsweise erfolgt das Trocknen über mindestens 5 Stunden bei atmosphärischen Bedingungen. Wenn gründlicher getrocknet werden soll, kann man eine Mikrowelle zu diesem Zweck einsetzen. Außerdem sollte der Teig noch vor dem Trocknen zu einer gewünschten Gestalt geformt werden. Dazu kann er in eine Form gebracht werden, bei der es sich beispielsweise um eine Polypropylen- oder Polyethylenform han deln kann. Sie kann aber auch aus jedem anderen Material bestehen, das durch Verbrennen im Wesentlichen entfernt werden kann, ohne dass giftige Gase freigesetzt werden.
Der getrocknete Teig wird anschließend in einen Ofen gelegt, um die organische Phase thermisch zu zersetzen und zu entfernen. Geeignete Bedingungen hängen von der Art der organischen Phase ab. Typischerweise erfolgt die thermische Zersetzung bei einer Temperatur zwischen 200 und 800°C. Um sicherzustellen, dass die organische Phase anschließend vollständig verschwindet, kann das Erhitzen auf 24 oder sogar 36 Stunden ausgedehnt werden.
Nach dem thermischen Zersetzungsschritt erhält man einen porösen Keramikkörper, der als solcher verwendet werden kann. Für viele Anwendungen ist es jedoch bevorzugt, dass der Keramikkörper gesintert ist. Das Sintern kann bei einer Temperatur zwischen 800 und 1400°C, vorzugsweise zwischen 1000 und 1300°C durchgeführt werden.
Der auf diese Weise erhaltene Keramikkörper hat überlegene mechanische Eigenschaften. Insbesondere verfügt er über hohe Festigkeit. Die Druckfestigkeit beträgt vorzugsweise mindestens 10 MPa. Außerdem hat der Keramikkörper eine Porosität von sehr vorteilhafter Konfiguration. Die Poren sind miteinander verbunden und haben vorzugsweise einen mittleren Durchmesser im Bereich von 400 bis 4000 μm. Die Untergrenze der Porosität des Keramikkörpers kann 40 % oder sogar 50 oder 70 % betragen.
Die vorstehenden Eigenschaften machen den Keramikkörper besonders gut geeignet zur Verwendung als Gerüst beim künstlichen Aufbau von Gewebe. In dieser Hinsicht soll der Begriff "künstlicher Aufbau von Gewebe" jedes Verfahren beinhalten, bei dem Zellen auf das Gerüstmaterial geimpft und dort entweder in vitro oder in vivo gezüchtet werden, um Gewebe eines gewünschten Typs zu bilden. Für die Herstellung von Gewebe können Zellen verschiedenen Typs verwendet werden, und zwar von Stammzellen bis zu allen Arten differenzierter Zellen. Aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften ist der erfindungsgemäße poröse Keramikkörper besonders gut geeignet zum künstlichen Aufbau von Knochengewebe oder zur Reparatur von Defekten nicht nur an unbelasteten, sondern auch an belasteten Stellen.
Ferner haben die Erfinder festgestellt, dass der erfindungsgemäße Keramikkörper zerstoßen werden kann, um ein Granulat von einer gewünschten porösen Struktur zu bilden. Das auf diese Weise erhaltene Granulat kann z.B. bei der Mundchirurgie oder bei der plastischen Chirurgie im Gesicht sowie bei chirurgischen Eingriffen am Rückgrat und in der Orthopädie verwendet werden. Vorzugsweise liegt der mittlere Durchmesser der Teilchen des Granulats zwischen 2 und 3,5 mm.
Die Erfindung wird jetzt durch das folgende, nicht einschränkende Beispiel näher erläutert.
Beispiel
Verwendete Chemikalien:
Hydroxyapatitpulver (HA), Merck
Polymethmethacrylat (PMMA)
Carboxmethylcellulose (CMC)
Dolapix, Zschimmer & Schwarz GmbH
Ammoniaklösung (25 %), Merck
Polymethylmethacrylat(PMMA)-Pulver, Dental Biolux International
Methylmethacrylatmonomer (MMA)
Dibenzoylperoxid (DBPO; üblicherweise von 75 % Reinheit)
N,N-Dimethyl-p-toluidin (DMPT)
Eine Aufschlämmung wurde dadurch hergestellt, dass man die in Tabelle 1 aufgeführten Inhaltsstoffe in den angegebenen Mengen mischte. Dann wurde weitergerührt, bis man eine homogene Aufschlämmung erhielt.
Tabelle 1 – Zusammensetzung der HA-Aufschlämmung
Eine organische Phase wurde dadurch hergestellt, dass man ein Pulver und eine flüssige Komponente in der Menge von 9,3 g bzw. 3,7 g vermischte. Die Komponenten wurden in einem Teflonbecher zusammengegeben und gerührt, bis man ein homogenes Gemisch erhielt. Die genaue Art beider Komponenten ist in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2 – Zusammensetzung von PMMA
Als nächstens wurden 35,0 g der HA-Aufschlämmung und der organischen Phase unter mäßigem Rühren miteinander vermischt. Das Volumenverhältnis der HA-Aufschlämmung zur organischen Phase betrug 6:4. Man ließ die organische Phase sich bei Raumtemperatur (RT) setzen. Der resultierende ungebrannte Verbundkörper wurde 6 Stunden an der Luft getrocknet.
Schließlich wurde der getrocknete ungebrannte Körper in einen Ofen gelegt und nach dem in 1 gezeigten Erwärmungsprofil erwärmt und gesintert.
Von dem erhaltenen Keramikkörper machte man Mikrophotographien, die in 2, 3 und 4 zu sehen sind. 2 zeigt die Struktur unter einem optischen Mikroskop mit einer Vergrößerung von 26,4. 3 zeigt die Mikrostruktur des Keramikkörpers in den Poren mit einer Vergrößerung von 1250, und 4 zeigt die gleiche Mikrostruktur bei einer größeren Vergrößerung (2500).

Claims

Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers, umfassend die Schritte: 1) Herstellung einer wässrigen Aufschlämmung aus einem Keramikmaterial; 2) Mischen der Aufschlämmung mit einer flüssigen viskosen organischen Phase, um einen Teig zu erhalten, wobei die organische Phase im Wesentlichen in Wasser unlöslich ist und thermisch zu gasförmigen Rückständen zersetzt werden kann; 3) Trocknen des Teiges und 4) Entfernen der organischen Phase durch thermische Zersetzung.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Keramikmaterial ein Calciumphosphat ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Calciumphosphat ausgewählt wird aus der Gruppe Octacalciumphosphat, Apatite wie Hydroxyapatit und Carbonatapatit, Whitlockite, α-Tricalciumphosphat, β-Tricalciumphosphat, Natriumcalciumphosphat und deren Kombinationen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Aufschlämmung zwischen 50 und 80 Gew.-% Keramikmaterial, bezogen auf das Gewicht der Aufschlämmung, ausmacht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die organische Phase ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe Wachse, Schellack, Fettsäuren, Fette, Epoxidharze, Polyurethanharze, Polyesterharze, Poly(meth)acrylatharze und deren Kombinationen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die organische Phase ein Poly(meth)acrylatharz umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die organische Phase beim Trocknen fest wird.
Verfahren nach Anspruch 6 bis 7, bei dem die organische Phase Polymethylmethacrylat, Methylmethacrylat und einen Polymerisationsinitiator umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Teig unter atmosphärischen Bedingungen mindestens 5 Stunden getrocknet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die organische Phase bei einer Temperatur zwischen 200 und 800°C entfernt wird.
Poröser Keramikkörper, der gemäß einem der vorstehenden Ansprüche erhältlich ist und miteinander verbundene Poren mit einer durchschnittlichen Größe zwischen 400 und 4000 μm, eine Porosität von mindestens 40 % und eine Druckfestigkeit von mindestens 10 MPa aufweist.
Verwendung eines porösen Keramikkörpers nach Anspruch 11 als Gerüst beim künstlichen Aufbau von Gewebe.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der poröse Keramikkörper bei einer Temperatur zwischen 800 und 1400°C gesintert wird.
Poröser Keramikkörper, der durch ein Verfahren gemäß Anspruch 13 erhältlich ist und miteinander verbundene Poren mit einer durchschnittlichen Größe zwischen 400 und 4000 μm, eine Porosität von mindestens 40 % und eine Druckfestigkeit von mindestens 10 MPa aufweist.
Verwendung eines porösen Keramikkörpers nach Anspruch 14 als Gerüst für den künstlichen Aufbau von Gewebe.
Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikgranulats, umfassend das Zerstoßen eines porösen Keramikkörpers gemäß Anspruch 11 oder 14.
Poröses Keramikgranulat, das nach einem Verfahren gemäß Anspruch 16 erhältlich ist und einen mittleren Teilchendurchmesser zwischen 2 und 3,5 mm und miteinander verbundene Poren mit einer durchschnittlichen Größe zwischen 400 und 4000 μm, eine Porosität von mindestens 40 % und eine Druckfestigkeit von mindestens 10 MPa aufweist.