DK174876B1 - Implantat og implantatoverflademodificeringsproces - Google Patents

Description

DK 174876 B1 i

Opfindelsen angår et implantat, særligt et hofteimplantat, et tandimplantat, en knogleskrue, en fikseringsstift eller et fikseringssøm (pin-fixati-on), omfattende et metallisk grundlegeme, hvilket ' 5 grundlegeme har en overflade, som er modificeret med ^ et materiale, der indholder et vævsvenligt metal ud- ' valgt blandt tantal eller niob, til dannelse af en overflademodificering.

Implantater til indsættelse i den menneskelig 10 organisme skal eller bør opfylde en lang række kriterier, herunder bl.a. at implantatet ikke bør afgive farlige stoffer eller kunne medføre allergiske reaktioner hos patienten. Dette gælder naturligvis særligt de implantater, der er beregnet til permanent 15 eller blivende indsættelse i organismen, men heller ikke pin-fixations, som ofte fjernes efter få uger eller måneder, bør afgive farlige stoffer eller kunne medføre allergiske reaktioner. Pin-fixations er bl.a. stifter eller søm, som indsættes gennem vævet til en 20 knogle, og disse stifter eller søm forbindes indbyrdes med et ydre stativ, hvorved fx enderne af en brækket knogle fastholdes i korrekt position, og belastning optages af stifter og stativ. Pin-fixations kan fx også anvendes alene i en knogle til at sammen-25 holde knogledele under sammenvoksning, og i dette tilfælde vil man ofte efterlade dem i kroppen og derved undgå et yderligere indgreb, som kan være traumatisk og desuden kan skabe mere arvæv.

Mange implantater er imidlertid blevet frem-^ 30 stillet af materialer, der ikke opfylder dette krite- , rie, bl.a. er et meget anvendt materiale en legering af cobalt, chrom og molybdæn (CoCrMo) (fx Vitallium®, som indholder 60% Co, 35% Cr og 5% Mo) . Det har nemlig vist sig, at bl.a. koboltindholdet i CoCrMo oplø-35 ses og diffunderer ud af implantatet og ind i blodbanerne, hvilket er stærkt uønsket, da det kan føre til forgiftninger og skader af bl.a. hjertet. Et andet meget anvendt materiale til implantater er rustfast 2 DK 174876 B1 stål, der er legeret med nikkel, som også er et uønsket stof, da det kan føre til allergi. Derimod er ren titan forholdsvis vævsvenligt, og kan anvendes til implantater i det væsentlige uden gener med hen-5 syn til allergi eller forgiftning. Ren titan er imidlertid mindre egnet til implantater, som udsættes for ^ store mekaniske påvirkninger, såsom hofteimplantater, da implantater af ren titan ikke har samme gode styrkemæssige egenskaber som de førnævnte materialer og 10 derfor er implantater af ren titan i højere grad udsat for brud end implantater af de andre materialer.

Der er derfor udviklet forskellige titanlegeringer, som har forbedrede styrkemæssige egenskaber, men også her giver legeringsstofferne en risiko for allergi og 15 forgiftning.

Der er i den kendte teknik gjort adskillige forsøg på at hindre, at et implantat afgiver giftige stoffer eller skaber allergiske reaktioner. Det er således velbeskrevet hvordan implantatet kan påføres 20 en belægning af vævsvenligt materiale. Fra WO 99/65537 kendes et metallisk implantat med en overflade eller en overfladebelægning bestående af flere lag af fx tantal i lagtykkelser på 5 Mm eller mere.

Dette implantat besidder den væsentlige ulempe, at 25 belægningen kan skalle af, da det i praksis hidtil har vist sig umuligt at få lagene til at hæfte ordentligt til hinanden og til det underliggende grundlegeme. Afskalning er naturligvis særligt et problem ved implantater, som fx under stor kraftanvendelse 3 0 drives ind i en knogle, eller som udsættes for store #

kraftpåvirkninger når de er indsat i kroppen. Afskal- T

» ning af belægning har, ud over at belægningen så ikke har den ønskede funktion som beskyttelse mod afgivelse af uønskede stoffer fra implantatet, yderligere 35 den ulempe, at fikseringen af implantatet bliver mangelfuld i disse områder.

For at udgå afskalning af en belægning, er der i US patentskrift 4.743.308 foreslået en fremgangsmå- 3 DK 174876 B1 de til passivering af en metallegering, særligt en CoCrMo-legering (Vitallium®) med en belægning af vævsvenligt materiale, såsom et ædelt metal, og udsætte den belagte overflade for et ionbombardement, 5 som driver belægningen ind i metallegeringen, så der ikke er et overfladelag, som kan skalle af. Imidlertid medfører ionbombardementet, at overfladen af implantatet ikke er tæt, men nærmest porøs, da den vil være oversået med små såkaldte pin-holes fra ionbom-10 bardementet, og der vil derfor bl.a. være risiko for, at implantatet stadigvæk afgiver skadelige stoffer.

Yderligere udsættes visse implantattyper for meget store mekaniske påvirkninger, fx implantater til lårben, hofteskål og knæ, og disse implantater må 15 derfor opfylde nogle skrappe styrkemæssige betingelser. Dette har stigende betydning, da der udover ældre mennesker med behov for implantater pga. nedslidning og knoglebrud, fx fordi de lider af osteoporose, er set en stigning i antallet af yngre mennesker, som 20 har brug for sådanne implantater pga. akutte skader og nedslidning opstået ved ekstrem sport og lignende.

Det har vist sig, at knæ- og hofteimplantater har en holdbarhed på op til 10-15 år, hvilket i mange tilfælde er tilstrækkeligt i forhold til ældre menne-25 sker, men ikke for yngre mennesker. Dette skyldes, at det er vanskeligt og ofte umuligt at genoperere, så ofte kan et implantat ikke udskiftes med et nyt, da operationen er et stort indgreb, som kan være invaliderende ved forsøg på gentagelse.

30 Fra US patentskrift 5.415.704 kendes et over fladehærdet, metallisk implantat, hvor implantatet er fremstillet af en metallegering tilsat et opløst, let oxiderbart eller nitriderbart metal, såsom bl.a. tantal. Hensigten med dette er at danne et oxideret el-35 ler nitrideret overfladelag, som både kan forsegle overfladen og dermed hindre afgivelse af giftige stoffer, og hærde overfladen til opnåelse af høj slidstyrke af implantatet. Dette implantat har imid- 4 DK 174876 B1 lertid ikke en diffusionstæt, ensartet overflade, og den hærdede overflade vil betyde, at der i forbindelse med bøjende eller svingende belastning er risiko for, at overfladen vil krakelere, da overfladen vil 5 være forholdsvis sprød og ikke kan følge grundlegemets bevægelser.

Fra WO 99/26673 kendes et implantat, som er forsynet med et overfladelag. Tykkelsen af overfladelaget vælges til at være mindre end den kritiske de-10 fektstørrelse for det givne materiale og spændinger. Overfladelaget kan bestå af calciumphosphat eller en oxid af titan, zirconium eller tantal. Det anføres, at tykkelsen af overfladelaget fortrinsvis er mindre end 5 Mm. Hensigten med denne opfindelse er at anvise 15 en maksimal tykkelse af et overfladelag af et materiale med lav styrke for at hindre, at der i laget dannes fissurer, der kan initiere revner i grundlegemet, så styrken af implantatet bliver mindre.

Et formål med den foreliggende opfindelse er at 20 tilvejebringe et implantat, som ikke afgiver skadelige stoffer, og som har en overflade, der ikke kan skalle af.

Et andet formål med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe et implantat, som udviser en for-25 bedret mekanisk styrke.

Implantatet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at i det mindste det vævsvenlige metal er indlegeret i overfladen og udgør en ensartet, diffusionstæt yderzone på legemet, hvilken yderzone har 30 større duktilitet end det metalliske grundlegeme.

Det vævsvenlige metal er indlegeret i overfladen og hermed forstås, at et metallegeme i størknet form er udsat for en proces, som tillegerer et andet metal til legemets overflade, og at overfladen derved 35 får en legeringszone, idet det tillegerede metal dif-funderer op til nogle mikrometer ind legemet. Tilførsel af det tillegerede metal er fortsat indtil det danner en yderzone med en ensartet, diffusionstæt 5 DK 174876 B1 overflade af i det væsentlige rent vævsvenligt metal.

Den tætte yderzone går gradvist over i legeringszonen, der er strukturmæssigt fuldstændig forankret i grundlegemet. Yderzonen har større duktilitet end det 5 metalliske grundlegeme, dvs. at yderzonen har større deformationsevne end grundlegemet, således at yderzonen kan strækkes længere end grundlegemet.

Ved fremstillingen af implantater opstår der mikro- og makroridser på overfladen af det metalliske 10 grundlegeme, og disse ridser kan ikke fjernes fuldstændig ved efterbearbejdning, selv ved polering med fx diamantpasta. Endvidere vil der på overfladen af grundlegemet være korngrænser, og såvel korngrænser som ridser vil give anledning til kærwirkning under 15 udmattelse, så der lettere sker initiering af revnevækst fra overfladen af grundlegemet, hvilket kan føre til brud. Da yderzonen er ensartet og tæt er alle ridser og korngrænser på overfladen af grundlegemet effektivt forseglet. Implantatoverfladen er fri for 20 kærwirkning, idet overfladen fremstår uden korngrænser, ridser eller andet, hvorfra en revne kan initiere, hvilket medfører, at udmattelsesstyrken af implantatet er væsentligt forøget. Udmattelsesstyrken er af afgørende betydning for holdbarheden af implan-25 tater, da de fleste implantater udsættes for gentagen belastning. Således vil et hofteimplantat ved almindelig gang blive påvirket ca. en gang pr. sekund, hvilket for en person, der er oppegående i fx 5 timer om dagen, på et år bliver til et samlet antal påvirk-30 ninger på over 6,5 million. Endvidere betyder yderzonens større duktilitet i forhold til grundlegemet, at denne zone følger grundlegemets bevægelser, og ikke skaller af.

En tæt overflade uden mikroporøsiteter er for-35 delagtig, da bakterier vanskeligere sidder fast på en tæt overflade, og der er derfor mindre risiko for, at der bliver introduceret bakterier ved indsætning af implantatet. Dette betyder, at helingsprocessen ikke 6 DK 174876 B1 er hæmmet af bakterier, og risikoen for komplikationer er minimeret.

Ifølge en foretrukken udførelsesform er det metalliske grundlegeme en CoCrMo-legering, der har vist 5 sig at opnå en særdeles stor forøgelse af udmattel-sesstyrken ved overflademodificering.

I en foretrukken udførelsesform er grundlegemet modificeret ved en saltsmelteproces til en tykkelse af yderzonen på ca. 2-14 μιη, fortrinsvis mere end 5 10 μπ\ og mindre end 12 Mm, og særligt 8-10 Mm. En tykkelse af yderzonen på 2 μητι kan være tilstrækkelig ved enkle geometriske former af grundlegemet, men ved huller og kanter vil modificeringen resultere i en tyndere yderzone, og dermed en risiko for en porøs 15 overflade. En tykkelse af yderzonen på mere end 14 Mm vil betyde forøgelse af procestiden og større materialeudgifter, og det vil derfor være ugunstigt af økonomiske grunde. Det har vist sig, at en tykkelse af yderzonen på 8-10 Mm udgør et fornuftigt kompromis 20 mellem sikkerhed for en tilstrækkeligt tyk yderzone over hele grundlegemet og økonomi.

I en alternativ udførelsesform er grundlegemet modificeret ved en CVD-proces til en tykkelse af yderzonen på ca. 10-35 μπ», fortrinsvis mere end 12 Mm 25 og mindre end 25 Mm, særligt 12-17 Mm. Den nødvendige tykkelse af yderzonen er større ved denne proces, da modificeringen sker under søjleagtig vækst, hvilket giver risiko for pin-holes i overfladen ved tynde lag. En tykkelse på 10 Mm vil være tilstrækkelig ved 30 enkle former af grundlegemet, men ved huller og kanter vil yderzonen være tyndere, og der vil derfor være en risiko for en porøs overflade. En tykkelse af yderzonen på mere end 35 Mm vil betyde forøgelse af procestiden og større materialeudgifter, og det vil 35 derfor være ugunstigt af økonomiske grunde. Det har vist sig, at en tykkelse af yderzonen på 12-17 Mm udgør et fornuftigt kompromis mellem sikkerhed for en tilstrækkeligt tyk yderzone over hele grundlegemet og 7 DK 174876 B1 økonomi.

Implantatet ifølge opfindelsen kan være modificeret med ethvert egnet materiale indeholdende et vævsvenligt metal udvalgt blandt tantal og niob, men 5 i en foretrukken udførelsesform er det vævsvenlige metal tantal. Det har nemlig vist sig, at dette materiale har særligt gode egenskaber, både med hensyn til vævsvenlighed, indlegering i grundlegemet, forbedring af udmattelsesstyrke for implantatet, og kor-10 rosionsbestandighed.

Ifølge en foretrukken udførelsesform er implantatet ejendommeligt ved, at det vævsvenlige metal er α-tantal. Tantal kan, ligesom en række andre metaller, i fast tilstand optræde i mere end en krystal-15 gittertype. Tantal kan således optræde som οί-tantal med kubisk rumcentreret gitteropbygning og som β-tantal med tetragonal gitteropbygning. I denne sammenhæng er ot-tantal at foretrække, da det i langt højere grad end /S-tantal er tæt og duktilt.

20 Ifølge en foretrukken udførelsesform er implan tatet endvidere ejendommeligt ved, at implantatet har forbedret udmattelsesstyrke opnået ved, at implantatet er i en tilstand med trykspændinger i overfladen.

Dette er medvirkende til at øge udmattelsesstyrken 25 for implantatet, da eventuel trækbelastning vil blive modvirket af disse trykspændinger, og åbning af revner vil blive modvirket.

Implantatet er ifølge en udførelsesform ejendommeligt ved, at overflademodificeringen desuden om-30 fatter en legeringszone indlegeret i overfladen af grundlegemet, idet der i legeringszonen er gradvist stigende koncentration af modificeringsmateriale i retning mod overfladen af yderzonen, mens koncentrationen af grundlegemets legering gradvist aftager i 35 retning mod overfladen af yderzonen. Denne legerings-zone sikrer en god vedhæftningsevne for yderzonen, således at det i særlig høj grad er sikret, at yderzonen ikke skaller af eller revner.

8 DK 174876 B1

Ifølge en foretrukken udførelsesform er implantatet ejendommeligt ved, at implantatets styrkemæssige egenskaber, såsom dets elasticitetsmodul og/el-ler trækstyrke, i det væsentlige svarer til de til-5 svarende styrkemæssige egenskaber af den knogle implantatet indsættes i. Dette skal ses i lyset af, at elasticitetsmodulet for knogler er ca. 21.000 MN/m2, mens det for fx stål omtrent 10 gange så stort, nemlig ca. 210.000 MN/m2. Tilsvarende er trækstyrken for 10 knogler ca. 140 MN/m2, mens trækstyrken for typisk højstyrkestål er op mod 1.500 MN/m2.

Da yderzonen som tidligere nævnt har større duktilitet end grundlegemet kan implantatet fremstilles med styrkemæssige egenskaber tæt på knoglens, 15 herunder give en smule efter ved belastning, uden at der er risiko for at yderzonen skaller af. Ved hårdt belastede implantater, såsom hofteimplantater, er det for modvirkning af knogleændringer særligt fordelagtigt, at implantatet har styrkemæssige egenskaber, 20 der ligger tæt på de styrkemæssige egenskaber af kroppens knogler. Herved sikres, at der fx ikke opstår spændingskoncentrationer, som kan forøge risikoen for knoglebrud, samt forøge risikoen for, at knoglen vokser abnormt, eller hvis implantatet er meget 25 stærkere end knoglen, at knoglen svinder ind i de områder, hvor knoglen aflastes af implantatet.

Endvidere kan overfladen være yderligere modificeret med et indvækstfremmende stof, såsom calcium eller hydroxyapatit. Hermed sikres en god vedhæftning 30 af implantatet uden brug af cement eller andet fikseringsmateriale .

Implantatet er særligt en fikseringsstift eller et fikseringssøm (pin-fixation) med en diameter under 10 mm. Det er fordelagtigt med så små dimensioner som 35 muligt i forbindelse med pin-fixations, da de skal indsættes gennem vævet og ind i knoglen, og udtages ofte igen efter nogle uger, og generne i forbindelse hermed vil være mindre jo mindre dimensioner disse 9 DK 174876 B1 pin-fixations kan fremstilles med. De små ydre dimensioner er mulige, da pin-fixations med overflademodificering ifølge opfindelsen har større udmattelses-styrke end pin-fixations uden overflademodificering, 5 og derfor kan fremstilles med mindre dimensioner, så hullet i væv og knogle bliver mindre.

Opfindelsen angår tillige en implantatoverflademodificeringsproces, der modificerer en overflade af et implantat, særligt et hofteimplantat, et tand-10 implantat, en knogleskrue eller lignende, omfattende et metallisk grundlegeme, hvilket implantat modificeres med et materiale, der indeholder et vævsvenligt metal udvalgt blandt tantal og niob.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendomme-15 lig ved, at modificeringen omfatter en CVD- eller saltsmelteproces med det vævsvenlige materiale, som ved processen indlegeres i overfladen af legemet, hvorved overfladen får en legeringszone, idet det tillegerede materiale diffunderer op til nogle roikro-20 meter ind legemet, og tilførsel af materiale fortsættes indtil der er dannet en yderzone med en ensartet, diffusionstæt overflade af i det væsentlige rent vævsvenligt metal, idet legeringszonen går gradvist over i den diffusionstætte yderzone.

25 Opfindelsen vil i det følgende blive forklaret nærmere ved hjælp af udførelseseksempler og med henvisning til den medfølgende tegning, hvor fig. 1 viser skematisk et snit af et overflademodificeret grundlegeme, 30 fig. 2 en graf, som viser mængden af tantal, der er trængt ind i et grundlegeme af en CoCrMo-legering, fig. 3 en 600x forstørrelse i elektronmikroskop af et grundlegeme med overflademodificering, 35 fig. 4 en overflademodificeret overflade med pin-holes, fig. 5 en overflademodificeret overflade uden pin-holes, 10 DK 174876 B1 fig. 6 en graf, som viser mængden af Co i overfladeområdet af et tantalmodificeret grundlegeme fremstillet af en CoCrMo-legering, fig. 7 et slib vinkelret på en brudzone af et 5 overflademodificeret grundlegeme, fig. 8 en afbildning, der viser en revne i et grundlegeme, og fig. 9 en graf med kurver for indhold af tantal og cobalt i området omkring grundlegemets overflade.

10 Fig. 1 viser skematisk et grundlegeme 1 med en overflademodificering 4 omfattende en legeringszone 3 og en yderzone 2, hvor modificeringsmaterialet i legeringszonen 3 er trængt ind i grundlegemet 1, mens yderzonen 2 består af rent modificeringsmateriale. På 15 grund af denne opbygning er overflademodificeringen 4 sikkert forankret til grundlegemet 1, og der er således ikke tale om en belægning i gængs forstand. Tykkelsen af legeringszonen 3 er forskellig alt efter hvilket materiale grundlegemet 1 er fremstillet af, 20 således er legerings zonen 3 fundet til at være i størrelsesordenen 0,5 Mm - 1,5 Mm for tantal på CoCrMo, mens den er op til 1-10 μνα for tantal på rustfast stål, og 8-10 μτη for tantal på titanlegering.

Der kan anvendes andre typer vævsvenligt metal 25 end tantal, men det har vist sig, at dette materiale har særligt gode egenskaber med hensyn til vævsvenlighed, indlegering i grundlegemet, forbedring af ud-mattelsesstyrke for implantatet og korrosionsbestan-dighed. Tantal er således mere korrosionsbestandigt 3 0 end guld, og har ved stuetemperatur høj bestandighed imod de fleste syrer og baser. Som et eksempel på dette, kan oplyses, at et testlegeme af rustfrit, kirurgisk stål (316L) med en diffusionstæt yderzone af tantal, som blev udsat for en aggressiv saltsyretåge, 35 efter 30 dage var uden spor af nedbrud af tantaloverfladen, mens testlegemer uden den diffusionstætte yderzone korroderer bort på få minutter. Ved testen blev anvendt en halvfyldt beholder med 40% saltsyre i 11 DK 174876 B1 vandig opløsning, med en temperatur på 75°C, hvorved der over væskespejlet vil danne sig en gasfase - en saltsyretåge - som er meget aggressiv. Der blev anvendt testlegemer på 6 til 13 mm i diameter, og disse 5 testlegemer blev nedsænket halvt i væsken, så resten var i gasfasen.

Tykkelsen af yderzonen 2 er fastsat efter, at yderzonen 2 skal være ensartet og diffusionstæt, og ifølge en udførelsesform, hvor der er anvendt en 10 saltsmelteproces, er tykkelsen af yderzonen 2 8-10

Mm. I et andet udførelseseksempel er der anvendt en CVD-proces, hvilket fordrer en tykkelse af yderzonen 2 på 15-25 μηη, før det er sikret, at yderzonen 2 er ensartet og diffusionstæt.

15 Ved saltsmelteprocessen nedsænkes et grundlege me 1 i et bad af smeltede salte for pålægning af materiale. Ikke alle metaller kan tåle at blive nedsænket i saltsmelte, da smelten er stærkt reaktiv, og således vil fx titan opløses på et øjeblik (fluorid-20 saltsmelte). Ved passende styring med elektriske impulser kan der med fx tantal opnås en ensartet, diffusionstæt yderzone 2 af tantal ved en tykkelse af yderzonen 2 på omkring 8-10 Mm, og der kan opnås en såkaldt "smooth surface", som er helt jævn og glat 25 uden korngrænser. En jævn og glat overflade er fordelagtig, da der så er minimeret risiko for, at der sidder bakterier på overfladen ved indføring af implantatet .

En anden mulig proces er CVD-processen (Chemi-30 cal Vapour Deposition), som er en gaskemisk proces, hvor et materiale fordampes og ved hjælp af en bære-gas bringes til et grundlegeme, hvor materialet afsættes på overfladen under søjleagtig vækst. Da der er søjleagtig vækst fordres der to til tre gange 35 større tykkelse af yderzonen 2 før denne er ensartet og diffusionstæt uden pin-holes. Til gengæld er processen miljømæssigt fordelagtig i forhold til salt-smelteprocessen, og også med denne proces kan der op- 12 DK 174876 B1 nås god overflademodificering af indre overflader, huller m.v. Til gengæld foregår denne proces ved temperaturer på omkring 900°C, hvilket er problematisk i forbindelse med fx titan og titanlegeringer, da der 5 opstår uønsket stor kornvækst ved disse temperaturer.

Derimod er det fx ikke muligt at anvende PVD-processen (Physical Vapour Deposition), da denne proces giver en gennemporøs overflade med et stort antal pin-holes pr. kvadratcentimeter. Desuden kan der slet 10 ikke frembringes yderzoner med de nødvendige tykkelser, idet materialet vil lægge sig som et lag på overfladen af grundlegemet uden egentlig indlejring, da PVD-processen foregår ved temperaturer under 300°C, hvorfor laget vil have tendens til at skalle 15 af ved tykkelser over 2-3 Mm.

Ved CVD- og saltsmelteprocessen opnås en indleger ing af modificeringsmaterialet i overfladen af grundlegemet 1, idet modificeringsmaterialet diffunderer lidt ind i grundlegemet 1. Dette ses bl.a. af 2 0 fig. 2, som viser en måling af indholdet af tantal i forskellige afstande fra overfladen af et grundlegeme fremstillet af CoCrMo og overflademodificeret med tantal. Det ses således, at der i en dybde af 100 nm (0,1 Mm) er ca. 40 vægt-% tantal. Dette indikerer, at 25 selv ved et grundlegeme fremstillet af CoCrMo, som har en ret lukket overflade, sker der en indlegering af tantal i grundlegemet 1, hvilket sikrer en fuldstændig forankring af yderzonen 2, og dermed at yderzonen 2 ikke skaller af.

30 I fig. 3 ses en snitafbildning af et overflade modificeret grundlegeme 1 fremstillet af en CoCrMo-legering modificeret med tantal ved en saltsmelteproces. Yderzonen 2 på grundlegemet 1 har i dette udførelseseksempel en tykkelse af ca. 15 fim. Det har vist 35 sig, at tykkelsen af yderzonen 2 ved modificering med tantal ved saltsmelteprocessen ikke behøver at være større end ca. 10 Mm, men der er ikke noget til hinder for, at der kan være langt tykkere yderzoner 2, 13 DK 174876 B1 fx på 50 μιη.

Som nævnt er det væsentligt, at yderzonen 2 er ensartet og diffusionstæt, hvilket kan være vanskeligt at opnå, særligt med CVD-processen, hvor yderzo-5 nen 2 opbygges ved søjleagtig vækst, da der er risiko for, at der opstår pin-holes i overfladen, dvs. at der er gennemgående huller i yderzonen 2. Dette ses i fig. 4, som viser overfladen af et overflademodificeret grundlegeme. De sorte pletter er sådanne pin-10 holes. Fig. 5 viser en overflade af et tilsvarende overflademodificeret grundlegeme, og det ses, at denne overflade er tæt og uden pin-holes.

I kraft af, at implantatet ifølge opfindelsen har en ensartet og diffusionstæt yderzone, er der så-15 ledes frembragt en diffusionsbarriere, som sikrer, at uønskede stoffer i grundlegemet, såsom cobalt, ikke kan diffundere ud af implantatet. Som det fremgår af fig. 6, som angiver den målte mængde af cobalt i grundlegeme, legeringszone og yderzonen af et tantal-20 modificeret grundlegeme fremstillet af en CoCrMo-legering, er den målte mængde af cobalt ca. 65 vægt-% i grundlegemet, og falder i legeringszonen til en målt mængde på ca. 5 vægt-%, hvilket også er den målte mængde cobalt i yderzonen. Det skal her bemærkes, 25 at figuren pga. måletekniske begrænsninger giver et lidt misvisende billede. I virkeligheden er cobalt kun til stede i legeringszonen, hvor mængden gradvist går mod nul, mens der intet cobalt er i yderzonen.

Fig. 7 viser et slib vinkelret på et brud på et 30 tilsvarende prøveemne. Det ses, at yderzonen 2 ikke har løsnet sig eller skallet af, men derimod ser det ud til, at yderzonen 2 af ren tantal har flydt lige ved bruddet, hvilket bekræfter, at yderzonen 2 ikke skaller af, og at yderzonen 2 har større duktilitet 35 end grundlegemet 1.

I fig. 8, der viser en forstørrelse af et grundlegeme 1 af rustfrit stål, som er overflademodificeret med tantal, ses et eksempel på, at en revne 14 DK 174876 B1 synes at stoppe op i yderzonen af tantal, hvilket kan skyldes, at yderzonen har større duktilitet end grundlegemet, hvorved spændingskoncentrationen ved en revnespids nedsættes, samt at der er trykspændinger i 5 overfladen af implantatet.

Det er nemlig ved røntgenanalyse konstateret, at for et grundlegeme fremstillet af rustfrit stål og overflademodificeret med tantal ved saltsmelteprocessen er der trykspændinger i overfladen af yderzonen 10 på omkring 300 MPa. Disse trykspændinger vil medvirke til, at der ikke så let kan dannes revner i overfladen, da overfladen er forspændt og modvirker at revner kan åbne sig, idet denne trykspænding skal overvindes først.

15 Fig. 9 er en graf med kurver for indhold af tantal og cobalt i området omkring grundlegemets overflade, således at figuren svarer til en sammenkobling af fig. 2 og 6. Figuren illustrerer, at der i legeringszonen 3 er gradvist stigende koncentration 20 af modificeringsmateriale i retning mod yderzonen 2, mens koncentrationen af grundlegemets legering gradvist aftager i retning mod yderzonen 2. Yderzonen 2 består næsten udelukkende af modificeringsmateriale.

Ved måling af udmattelsesstyrken er det konsta-25 teret, at der med opfindelsen er tilvejebragt et implantat, som har forbedret udmattelsesstyrke. Et grundlegeme fremstillet af rustfrit stål opnår således en forbedring i udmattelsesstyrke på 20% ved en overflademodificering med tantal, mens et grundlegeme 30 fremstillet af en CoCrMo-legering opnår en forbedring i udmattelsesstyrke på 60%.

Som tidligere nævnt kan der til overflademodificeringen også anvendes niob. Når niob indlegeres i overfladen skal det imidlertid sikres, at der ikke 35 dannes oxider, da dette reducerer vedhæftningen væsentligt .

Opfindelsen vil også kunne anvendes til hudgennemføringer og katetre, dvs. den type implantater, 15 DK 174876 B1 som ikke er forankret i en knogle. Sådanne gennemføringer bruges ved ostomier og dialyse til transport af væsker og stoffer ud og ind af kroppen, men kan også bruges til gennemføring af elektriske ledninger, 5 fx i det tilfælde hvor en pacemaker er anbragt udenfor kroppen. I nogle tilfælde er gennemføringen af permanent karakter, i andre af temporær art. Gennemføringen består af et L, T eller I-formet metalrør, hvor rørets overflade er modificeret ifølge opfindel-10 sen.

Claims (12)

16 DK 174876 B1

1. Implantat, særligt et hofteimplantat, et tandimplantat, en knogleskrue, en fikseringsstift eller et fikseringssøm (pin-fixation), omfattende et 5 metallisk grundlegeme (1), hvilket grundlegeme har en overflade, som er modificeret med et materiale, der indholder et vævsvenligt metal udvalgt blandt tantal og niob, til dannelse af en overflademodificering (4) kendetegnet ved, at i det mindste det 10 vævsvenlige metal er indlegeret i overfladen og udgør en ensartet, diffusionstæt yderzone (2) på legemet (1) , hvilken yderzone (2) har større duktilitet end det metalliske grundlegeme (1).

2. Implantat ifølge krav 1, kendeteg- 15. e t ved, at det metalliske grundlegeme (1) er en CoCrMo-legering.

3. Implantat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at grundlegemet er modificeret ved en saltsmelteproces til en tykkelse af yderzonen 20 (2) på ca. 2-14 pm, fortrinsvis mere end 5 μϋη og min dre end 12 pm, og særligt 8-10 pm.

4. Implantat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at grundlegemet {1) er modificeret ved en CVD-proces til en tykkelse af yderzonen 25 (2) på ca. 10-35 pm, fortrinsvis mere end 12 pm og mindre end 25 pm, særligt 12-17 pm.

5. Implantat ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at det vævsvenlige metal er tantal.

6. Implantat ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at det vævsvenlige metal er a-tantal.

7. Implantat ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at implan- 35 tatet har forbedret udmattelsesstyrke opnået ved, at implantatet er i en tilstand med trykspændinger i overfladen.

8. Implantat ifølge et eller flere af de fore- 17 DK 174876 B1 gående krav, kendetegnet ved, at overflademodificeringen (4) desuden omfatter en legeringszone (3) indlegeret i overfladen af grundlegemet (1) , idet der i legeringszonen (3) er gradvist stigende 5 koncentration af modificeringsmateriale i retning mod overfladen af yderzonen {2), mens koncentrationen af grundlegemets legering gradvist aftager i retning mod overfladen af yderzonen (2).

9. Implantat ifølge et eller flere af de fore-10 gående krav, kendetegnet ved, at implantatets styrkemæssige egenskaber udtrykt ved dets elasticitetsmodul og/eller trækstyrke, i det væsentlige svarer til de tilsvarende styrkemæssige egenskaber af den knogle implantatet indsættes i.

10. Implantat ifølge et eller flere af de fore gående krav, kendetegnet ved, at implantatet er en fikseringsstift eller et fikseringssøm (pin-fixation) med en diameter under 10 mm.

11. Implantat ifølge et eller flere af kravene 20 1-10, kendetegnet ved, at overfladen af implantatet yderligere er modificeret med et indvækst fremmende stof, såsom calcium eller hydroxyapa-tit.

12. Implantatoverflademodificeringsproces, der 25 modificerer en overflade af et implantat, særligt et hofteimplantat, et tandimplantat, en knogleskrue eller lignende, omfattende et metallisk grundlegeme (1) , hvilket implantat modificeres med et materiale, der indeholder et vævsvenligt metal udvalgt blandt 30 tantal og niob, kendetegnet ved, at modificeringen omfatter en CVD- eller saltsmelteproces med det vævsvenlige materiale, som ved processen indlegeres i overfladen af legemet (1), hvorved overfladen får en legeringszone (3) , idet det tillegerede 35 materiale diffunderer op til nogle mikrometer ind legemet (1) , og tilførsel af materiale fortsættes indtil der er dannet en yderzone (2) med en ensartet, diffusionstæt overflade af i det væsentlige rent DK 174876 B1 IB vævsvenligt metal, idet legeringszonen {3) går gradvist over i den diffusionstætte yderzone (2). 5