EP3035973A1 - Endoprothese mit nanostrukturierter und beschichteter oberfläche - Google Patents

Endoprothese mit nanostrukturierter und beschichteter oberfläche

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EP3035973A1
EP3035973A1 EP14796669.1A EP14796669A EP3035973A1 EP 3035973 A1 EP3035973 A1 EP 3035973A1 EP 14796669 A EP14796669 A EP 14796669A EP 3035973 A1 EP3035973 A1 EP 3035973A1
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EP
European Patent Office
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coating
nanostructures
endoprosthesis
surface area
laser
Prior art date
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Withdrawn
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EP14796669.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ante Kurtovic
Jürgen STEINWANDEL
Tobias Mertens
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Airbus Defence and Space GmbH
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Publication date
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    • A61L2420/00Materials or methods for coatings medical devices
    • A61L2420/02Methods for coating medical devices

Definitions

  • the invention relates to an endoprosthesis with a nanostructured surface area made of a metal, a metal alloy, a ceramic, a plastic or a fiber-reinforced plastic, which is at least partially covered with a fabric-inductive or anticoagulation coating, and a method for their preparation.
  • tissue-inducible coatings e.g. endoprostheses covered with an osteoinductive coating of bone substitute material such as hydrxoylapatite are known.
  • the bone substitute material allows for good growth of the surrounding tissue to the endoprosthesis. For example, in the case of hip prostheses, a good hold of the prosthesis is ensured even without the use of bone cement in the bone.
  • the aim of the invention was to improve the adhesion of a tissue-inducing or also anticoagulation coating on an endoprosthesis.
  • the invention relates to an endoprosthesis comprising a surface area comprising a metal, a metal alloy, a ceramic, a plastic or a fiber-reinforced plastic, which is at least partially covered completely with a tissue-inducing or anticoagulation coating, the surface area on which the coating is applied.
  • CONFIRMATION COPY Nanostructures has been provided with a height and width in the range of 5 to 999 nm.
  • the invention further relates to a method for producing an endoprosthesis comprising a surface area comprising a metal, a metal alloy, a ceramic, a plastic or a fiber-reinforced plastic, in which at least parts of the surface area by means of a pulsed laser beam or an electron, ion or neutral particle beam Nanostructures are generated with a height and width in the range of 5 to 999 nm and after creation of the nanostructures a complete tissue-inducible or anticoagulation coating is applied.
  • Endoprostheses are implants that in most cases remain permanently in the body, but there are also cases in which the endoprosthesis is bioresorbed over time.
  • the endoprostheses include in particular the bone replacement endoprostheses, such as hip, knee, shoulder, elbow, ankle and ankle prostheses, vascular prostheses, lumen prostheses, such as stents, and heart valves.
  • the materials of these endoprostheses usually include metal (usually in the form of a metal alloy), ceramic, plastic and / or fiber-reinforced plastic, depending on the requirements of the material.
  • the prosthetic socket of a hip prosthesis very often includes a titanium alloy such as TiAl6V4 or TiAl6Nb7, especially when an osteoinductive coating such as hydroxyapatite is applied, which eliminates the need for bone cement for attachment, a CoCrMo alloy, particularly if bone cement is to be attached is used, or occasionally fiber reinforced plastic and more recently ceramic.
  • Plastics are used, for example, for the replacement of the wrist and hip joint.
  • Stents include Generally, it is a metal that can be a magnesium alloy if the stent is to be bioresorbable.
  • Vascular prostheses generally comprise plastic as the base material, eg polytetrafluoroethylene (PTFE), while mechanical heart valves generally comprise plastic and metal.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • tissue-inducible coatings in the specific case of bone tissue, as “osteoinductive coatings.”
  • tissue-inducible coatings in the specific case of bone tissue, as “osteoinductive coatings.”
  • tissue-inducible coatings are hydroxyapatite, ⁇ -tricalcium phosphate and combinations thereof, tetracalcium phosphate, potassium hydroxyapatite, calcium sulfate, silicon apatite, magnesium apatite, bioglass comprising silicon, calcium, sodium, phosphorus and oxygen, collagen, collagen in Combination with hydroxyapatite, growth factors and osteoblast-binding peptide.
  • tissue-inducible coatings which are particularly suitable for the good growth or growth of softgels.
  • Heparin and EDTA coatings have an anticoagulant effect.
  • these coating materials may contain other pharmaceutically active ingredients, e.g. Antibiotics, included.
  • the part of the surface of an endoprosthesis which is coated with a tissue-inducing or anticoagulant coating is provided with nanostructures having a height and width in the range from 5 to 999 nm before coating. These nanostructures preferably cover at least 80%, preferably at least 90% and in particular at least 95% of the area of said part of the endoprosthesis.
  • the nanostructuring of the abovementioned surface materials can be carried out, for example, with the aid of a pulsed laser beam or with electron, ion or neutral particle beams.
  • a pulsed laser beam or with electron, ion or neutral particle beams Such methods are known to the person skilled in the art.
  • the entire surface area comprising a metal, a metal alloy, a ceramic, a plastic or a fiber-reinforced plastic, on which the nanostructures are to be produced and which is accessible for laser irradiation is fired once or several times with a pulsed laser beam sampled in such a way that adjacent spots of the laser beam abut each other or overlap without gaps, the following conditions being met:
  • t pulse length of the laser pulses [ns], where t is about 0.1 ns to about 2000 ns, f: repetition rate of the laser pulses [kHz]
  • atmosphere in which the process is carried out is vacuum, ambient atmosphere or an inert gas or gas mixture.
  • Hydroxylapatite and other inorganic ionic coating may, for.
  • plasma spraying, ion implantation, sputtering, sol-gel coating, a precipitation reaction, electrophoretic deposition, electrochemical deposition, electrospray deposition or laser deposition can be applied.
  • Bioglass is preferably applied by sputtering, and organic compounds may e.g. by electrophoresis or evaporation of a solution containing the compound.
  • microstructures in particular structures in the range of 40-100 ⁇ m, favor the growth of tissue on the endoprosthesis on the surface of the endoprostheses.
  • This also applies to the above-mentioned coatings. Therefore, they are preferably applied so that they have a microstructured surface.
  • This can e.g. be accomplished by applying a very thin coating of the above-mentioned coating materials e.g. with a thickness in the range of 30-40 ⁇ is applied to a nanostructures superimposed microstructured surface area of the endoprosthesis.
  • Microstructures on said endoprosthesis surface materials may e.g. B. by sandblasting or blasting with corundum or glass particles or in the case of titanium alloys by means of plasma sprayed titanium particles are produced.
  • mesostructured endoprosthesis surfaces subject to nanostructuring Structures in a size range of 100 ⁇ to 2000 ⁇ suitable.
  • These are, for example, honeycomb, sphere, mesh, spongiosa, sponge or trabecular structures (tripods).
  • These mesostructures are provided with a nanostructuring according to the invention before the application of the tissue-inducing or anticoagulant coating as described above.

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Abstract

Eine Endoprothese mit einem ein Metall, eine Metalllegierung, eine Keramik, einen Kunststoff oder einen faserverstärkten Kunststoff umfassenden Oberflächenbereich, der zumindest teilweise mit einer gewebeinduktiven oder Antikoagulations-Beschichtung lückenlos bedeckt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich, auf dem die Beschichtung aufgebracht ist, vor der Aufbringung mit Nanostruktureren mit einer Höhe und Breite im Bereich von 5 bis 999 nm versehen worden ist. Ein Verfahren zu Herstellung der Endoprothese wird ebenfalls beschrieben.

Description

Endoprothese mit nanostrukturierter und beschichteter Oberfläche Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Endoprothese mit einem nanostrukturierten Oberflächenbereich aus einem Metall, einer Metalllegierung, einer Keramik, einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff, der zumindest teilweise mit einer gewebeinduktiven oder Antikoagulations-Beschichtung lückenlos bedeckt ist, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Hintergrund der Erfindung
Mit gewebeinduktiven Beschichtungen, z.B. mit einer osteoinduktiven Beschich- tung aus Knochenersatzmaterial wie Hydrxoylapatit bedeckte Endoprothesen sind bekannt. Das Knochenersatzmaterial ermöglicht ein gutes Anwachsen des umgebenden Gewebes an die Endoprothese. Beispielweise bei Hüftprothesen ist dabei ein guter Halt der Prothese auch ohne Verwendung von Knochenzement im Knochen gewährleistet.
Jedoch bereitet die Haftung der gewebeinduktiven Beschichtung an der Endoprothese häufig Probleme.
Das Ziel der Erfindung war es, die Haftung einer gewebeinduktiven oder auch Antikoagulations-Beschichtung an einer Endoprothese zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Endoprothese mit einem ein Metall, eine Metalllegierung, eine Keramik, einen Kunststoff oder einen faserverstärkten Kunststoff umfassenden Oberflächenbereich, der zumindest teilweise mit einer gewebeinduktiven oder Antikoagulations-Beschichtung lückenlos bedeckt ist, wobei der Oberflächenbereich, auf dem die Beschichtung aufgebracht ist, vor der Aufbringung mit
BESTÄTIGUNGSKOPIE Nanostrukturen mit einer Höhe und Breite im Bereich von 5 bis 999 nm versehen worden ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese mit einem ein Metall, eine Metalllegierung, eine Keramik, einen Kunststoff oder einen faserverstärkten Kunststoff umfassenden Oberflächenbereich, bei dem zumindest auf Teilen des Oberflächenbereichs mittels eines gepulsten Laserstrahls oder eines Elektronen-, Ionen- oder Neutralteilchenstrahls Nanostrukturen mit einer Höhe und Breite im Bereich von 5 bis 999 nm erzeugt werden und nach Erzeugung der Nanostrukturen eine lückenlose gewebeinduktive oder Antikoagulations- Beschichtung aufgebracht wird.
Detaillierte Beschreibung
Bei Endoprothesen handelt es sich um Implantate, die in den meisten Fällen dauerhaft im Körper verbleiben, wobei es aber auch Fälle gibt, in denen die Endoprothese im Lauf der Zeit bioresorbiert wird.
Zu den Endoprothesen zählen insbesondere die Knochenersatz-Endoprothesen, wie Hüft-, Kniegelenk-, Schulter-, Ellenbogen-, Sprunggelenk- und Fingerknöchel- Prothesen, Gefäß-Prothesen, Lumen-Prothesen, wie Stents, und Herzklappen.
Die Materialien dieser Endoprothesen umfassen gewöhnlich Metall (meist in Form einer Metalllegierung), Keramik, Kunststoff und/oder faserverstärkten Kunststoff, je nach Anforderung an das Material.
Beispielweise umfasst der Prothesenschaft einer Hüftprothese sehr häufig eine Titanlegierung wie TiAI6V4 oder TiAI6Nb7, insbesondere, wenn eine osteoindukti- ve Beschichtung wie Hydroxylapatit aufgebracht wird, bei der sich die Verwendung von Knochenzement zum Befestigen erübrigt, eine CoCrMo-Legierung, insbesondere, wenn Knochenzement zur Befestigung verwendet wird, oder gelegentlich faserverstärkten Kunststoff und neuerdings auch Keramik. Kunststoffe werden z.B. beim Fingergelenk- und Hüftgelenkspfannen-Ersatz eingesetzt. Stents umfas- sen im Allgemeinen Metall, bei dem es sich um eine Magnesiumlegierung handeln kann, wenn der Stent bioresorbierbar sein soll. Gefäßprothesen umfassen als Grundmaterial in der Regel Kunststoff, z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE), während mechanische Herzklappen in der Regel Kunststoff und Metall umfassen.
Es sind zahlreiche Beschichtungen bekannt, die das An- und Einwachsen von Gewebe an bzw. in die Endoprothese begünstigen. Derartige Beschichtungen werden hierin als„gewebeinduktive Beschichtungen", im speziellen Fall von Knochengewebe als„osteoinduktive Beschichtungen" bezeichnet. Einige Beispiele für gewebeinduktive Beschichtungen, die alle auch osteoinduktiv sind, sind Hydro- xylapatit, ß-Tricalciumphosphat und deren Kombinationen, Tetracalciumphosphat, Caliumhydroxyapatit, Calciumsulfat, Siliciumapatit, Magnesiumapatit, Bioglas umfassend Silicium, Calcium, Natrium, Phosphor und Sauerstoff, Kollagen, Kollagen in Kombination mit Hydroxylapatit, Wachstumsfaktoren und Osteoblasten bindendes Peptid. Albumin und Gelatine sind Beispiele für gewebeinduktive Beschichtungen, die insbesondere zum guten An- oder Einwachsen von Weichgebe geeignet sind. Heparin- und EDTA-Beschichtungen wirken antikoagulierend. Gemäß der Erfindung können diese Beschichtungsmaterialien weitere pharmazeutisch wirksame Bestandteile, wie z.B. Antibiotika, enthalten.
Erfindungsgemäß wird der Teil der Oberfläche einer Endoprothese, der mit einer gewebeinduzierenden oder antikoagulierend wirkenden Beschichtung beschichtet ist, vor der Beschichtung mit Nanostrukturen mit einer Höhe und Breite im Bereich von 5 bis 999 nm versehen. Diese Nanostrukturen bedecken bevorzugt mindestens 80%, bevorzugt mindestens 90% und insbesondere mindestens 95% der Fläche des genannten Teils der Endoprothese.
Die Nanostrukturierung der oben genannten Oberflächenmaterialien kann beispielweise mit Hilfe eines gepulsten Laserstrahls oder mit Elektronen-, Ionen- oder Neutralteilchenstrahlen vorgenommen werden. Derartige Verfahren sind dem Fachmann bekannt. In einem besonders bevorzugten Verfahren wird der gesamte ein Metall, eine Metalllegierung, eine Keramik, einen Kunststoff oder einen faserverstärkten Kunststoff umfassende Oberflächenbereich, auf dem die Nanostrukturen zu erzeugen sind und der für eine Laserbestrahlung zugänglich ist, mit einem gepulsten Laserstrahl ein- oder mehrmals auf solche Weise abgetastet, dass benachbarte Lichtflecke des Laserstrahls lückenlos aneinander stoßen oder sich überlappen, wobei die folgenden Bedingungen eingehalten werden:
etwa 0,07 < ε < etwa 2300
mit
worin:
Pp: Impulsspitzenleistung der austretenden Laserstrahlung [kW]
Pm: Mittlere Leistung der austretenden Laserstrahlung [W]
t: Impulslänge der Laserimpulse [ns], wobei t etwa 0,1 ns bis etwa 2000 ns ist, f: Repetitionsrate der Laserimpulse [kHz]
v: Abtastgeschwindigkeit an der Werkstückoberfläche [mm/s]
d: Durchmesser des Laserstrahls am Werkstück [[im]
: Absorption der Laserstrahlung des bestrahlten Material [%] bei Normalbedingungen
λ: Wellenlänge der Laserstrahlung [nm], wobei λ = etwa 100 nm bis etwa 1 1000 nm
Tv: Siedepunkt des Materials [K] bei Normaldruck
cp: Spezifische Wärmekapazität [J/kgK] bei Normalbedingungen
κ: Spezifische Wärmeleitfähigkeit [W/mK] bei Normalbedingungen
wobei die Atmosphäre, in der das Verfahren durchgeführt wird, Vakuum, Umgebungsatmosphäre oder ein inertes Gas oder Gasgemisch ist.
Dies ermöglicht auf zuverlässige Weise eine vollständige Nanostrukturierung der betreffenden Oberfläche. Diese Nanostrukturen ermöglichen ein sehr gutes Haften der anschließend aufgebrachten gewebeinduzierenden oder antikoagulierend wirkenden Beschichtung
Dem Fachmann sind zahlreiche Verfahren zum lückenlosen Aufbringen der gewebeinduzierenden oder antikoagulierend wirkenden Beschichtungen bekannt. Hyd- roxylapatit und andere anorganische ionische Beschichtung können z. B. durch Plasma-Sprühen, Ionen-Implantation, Sputtern, Sol-Gel-Beschichtung, eine Fällungsreaktion, elektrophoretische Abscheidung, elektrochemische Abscheidung, Elektrospray-Abscheidung oder Laserabscheidung aufgebracht werden. Bioglas wird bevorzugt durch Sputtern aufgebracht, und organische Verbindungen können z.B. durch Elektrophorese oder Eindampfen einer die Verbindung enthaltende Lösung aufgebracht werden.
Es ist bekannt, dass Mikrostrukturen, insbesondere Strukturen im Bereich von 40- 100 μιη, auf der Oberfläche der Endoprothesen das Anwachsen von Gewebe an die Endoprothese begünstigen. Dies gilt auch für die oben genannten Beschichtungen. Deshalb werden diese bevorzugt so aufgebracht, dass sie eine mikrostrukturierte Oberfläche aufweisen. Dies kann z.B. bewerkstelligt werden, indem eine sehr dünne Beschichtung der oben genannten Beschichtungsmaterialien z.B. mit einer Dicke im Bereich von 30 - 40 μιη auf einen von Nanostrukturen überlagerten mikrostrukturierten Oberflächenbereich der Endoprothese aufgetragen wird. Mikrostrukturen auf den genannten Endoprothese-Oberflächenmaterialien können z. B. durch Sandstrahlen oder Strahlen mit Korund- oder Glaspartikel oder im Fall von Titanlegierungen durch mittels Plasmaspritzverfahren aufgetragene Titan partikel erzeugt werden.
Einige der oben genannten Verfahren zur Auftragung der Beschichtung ermöglichen aber durch geeignete Verfahrensführung auch ohne eine der Nanostrukturie- rung unterliegende Mikrostrukturierung des Endoprothesen-Oberflächenbereichs, dass eine mikrostrukturierte Beschichtungsoberfläche entsteht.
Insbesondere zum An- und Einwachsen von Knochengewebe sind ferner der Na- nostrukturierung unterliegende mesostrukturierte Endoprothesen-Oberflächen mit Strukturen in einem Größenbereich von 100 μιτι bis 2000 μιτι geeignet. Dabei handelt es sich z.B. um Waben-, Kugel,- Netz-, Spongiosa-, Schwamm- oder trabekuläre Struktren (Tripoden). Diesen Mesostrukturen werden vor dem Aufbringen der gewebeinduktiven oder antikoagulierend wirkenden Beschichtung wie oben beschrieben erfindungsgemäß mit einer Nanostrukturierung versehen.
Auf die vorstehend beschriebene Weise lassen sich stark haftende Beschichtun- gen auf einer Endoprothese anbringen, was postoperative Komplikationen aufgrund von abblätternden Beschichtungsteilen wirksam verhindert.

Claims

Patentansprüche
1. Endoprothese mit einem ein Metall, eine Metalllegierung, eine Keramik, einen Kunststoff oder einen faserverstärkten Kunststoff umfassenden Oberflächenbereich, der zumindest teilweise mit einer gewebeinduktiven oder Antikoagulati- ons-Beschichtung lückenlos bedeckt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Oberflächenbereich, auf dem die Beschichtung aufgebracht ist, vor der Aufbringung mit Nanostrukturen mit einer Höhe und Breite im Bereich von 5 bis 999 nm versehen worden ist.
2. Endoprothese nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens etwa 80 % der Fläche des Oberflächenbereichs, auf dem die Beschichtung aufgebracht ist, mit den Nanostrukturen versehen ist.
3. Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich eine Metalllegierung umfasst, die aus TiAI6V4 oder TiAI6Nb7 ausgewählt ist.
4. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einem Material ausgewählt ist, das ein oder mehrere Bestandteile umfasst , die aus Hydroxylapatit, ß-Tricalciumphosphat, Tetracalci- umphosphat, Caliumhydroxyapatit, Calciumsulfat, Siliciumapatit, Magnesiumapatit, Bioglas umfassend Silicium, Calcium, Natrium, Phosphor und Sauerstoff, Kollagen, Albumin, Gelatine, Wachstumsfaktoren, Osteoblasten bindendem Peptid, Heparin und EDTA ausgewählt sind.
5. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich, der mit den Nanostrukturen versehen worden ist, unter den Nanostrukturen befindliche Meso-Oberflächenstrukturen im Bereich von etwa 100 bis etwa 2000 μιη oder Mikro-Oberflächenstrukturen im Bereich von etwa 40 bis etwa 100 μιη umfasst.
6. Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese mit einem ein Metall, eine Metalllegierung, eine Keramik, einen Kunststoff oder einen faserverstärkten Kunststoff umfassenden Oberflächen bereich, bei dem zumindest auf Teilen des Oberflächenbereichs mittels eines gepulsten Laserstrahls oder eines Elektronen-, Ionen- oder Neutralteilchenstrahls Nanostrukturen mit einer Höhe und Breite im Bereich von 5 bis 999 nm erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erzeugung der Nanostrukturen eine lückenlose gewebeinduktive oder Antikoagu- lations-Beschichtung aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte ein Metall, eine Metalllegierung, eine Keramik, einen Kunststoff oder einen faserverstärkten Kunststoff umfassende Oberflächenbereich, auf dem die Nanostrukturen zu erzeugen sind und der für eine Laserbestrahlung zugänglich ist, mit einem gepulsten Laserstrahl ein- oder mehrmals auf solche Weise abgetastet wird, dass benachbarte Lichtflecke des Laserstrahls lückenlos aneinander stoßen oder sich überlappen, wobei die folgenden Bedingungen eingehalten werden:
etwa 0,07 < ε < etwa 2300
mit
worin:
Pp: Impulsspitzenleistung der austretenden Laserstrahlung [kW]
Pm: Mittlere Leistung der austretenden Laserstrahlung [W]
t: Impulslänge der Laserimpulse [ns], wobei t etwa 0,1 ns bis etwa 2000 ns ist, f: Repetitionsrate der Laserimpulse [kHz]
v: Abtastgeschwindigkeit an der Werkstückoberfläche [mm/s]
d: Durchmesser des Laserstrahls am Werkstück [pm]
: Absorption der Laserstrahlung des bestrahlten Material [%] bei Normalbedingungen
λ: Wellenlänge der Laserstrahlung [nm], wobei λ = etwa 100 nm bis etwa 11000 nm
Tv: Siedepunkt des Materials [K] bei Normaldruck cp: Spezifische Wärmekapazität [J/kgK] bei Normalbedingungen
K: Spezifische Wärmeleitfähigkeit [W/mK] bei Normalbedingungen
wobei die Atmosphäre, in der das Verfahren durchgeführt wird, Vakuum, Umgebungsatmosphäre oder ein inertes Gas oder Gasgemisch ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich eine Metalllegierung umfasst, die aus TiAI6V4 oder TiAI6Nb7 ausgewählt ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine gewebeinduktive Beschichtung ist, die aus einem Material ausgewählt ist, das ein oder mehrere Bestandteile umfasst, die aus Hydro- xylapatit, ß-Tricalciumphosphat, Caliumhydroxyapatit, Calciumsulfat, Siliciumapa- tit, Magnesiumapatit, Kollagen, Albumin, Gelatine, Wachstumsfaktoren, Osteoblasten bindendem Peptid, Heparin und EDTA ausgewählt sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostrukturen auf einem Oberflächenbereich, der Meso- Oberflächenstrukturen im Bereich von etwa 100 bis etwa 2000 μιτι oder MikroOberflächenstrukturen im Bereich von etwa 40 bis etwa 100 μιη umfasst, erzeugt worden sind.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gewebeinduktive Beschichtung aus einem Material ausgewählt ist, das Hydroxylapatit umfasst, und die Beschichtung durch Plasma-Sprühen, Ionen- Implantation, Sputtern, Sol-Gel-Beschichtung, eine Fällungsreaktion, elektrophore- tische Abscheidung, elektrochemische Abscheidung, Elektrospray-Abscheidung oder Laserabscheidung aufgebracht wird.
EP14796669.1A 2013-08-22 2014-08-20 Endoprothese mit nanostrukturierter und beschichteter oberfläche Withdrawn EP3035973A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013013818.3A DE102013013818B4 (de) 2013-08-22 2013-08-22 Knochenersatz-Endoprothese mit mikro- und nanostrukturierter sowie beschichteter Oberfläche
PCT/DE2014/000415 WO2015024550A1 (de) 2013-08-22 2014-08-20 Endoprothese mit nanostrukturierter und beschichteter oberfläche

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3035973A1 true EP3035973A1 (de) 2016-06-29

Family

ID=51897016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14796669.1A Withdrawn EP3035973A1 (de) 2013-08-22 2014-08-20 Endoprothese mit nanostrukturierter und beschichteter oberfläche

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160199539A1 (de)
EP (1) EP3035973A1 (de)
DE (1) DE102013013818B4 (de)
WO (1) WO2015024550A1 (de)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6033582A (en) * 1996-01-22 2000-03-07 Etex Corporation Surface modification of medical implants
US6764709B2 (en) * 2001-11-08 2004-07-20 Scimed Life Systems, Inc. Method for making and measuring a coating on the surface of a medical device using an ultraviolet laser
US20070173941A1 (en) * 2006-01-25 2007-07-26 Sdgi Holdings, Inc. Intervertebral prosthetic disc and method of installing same
US20090035722A1 (en) * 2007-08-01 2009-02-05 Ganesan Balasundaram Hydroxyapatite coated nanostructured titanium surfaces
DE102008054403A1 (de) * 2008-12-09 2010-06-10 Robert Bosch Gmbh Implantat mit einer Oberflächenstruktur und Verfahren zur Herstellung eines solchen Implantats
DE102011121546B4 (de) * 2011-12-20 2013-07-11 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zur Strukturierung einer Oberfläche eines Werkstücks

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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