NL9301941A - Method of applying a coating of a bioactive material to implants. - Google Patents

Method of applying a coating of a bioactive material to implants. Download PDF

Info

Publication number
NL9301941A
NL9301941A NL9301941A NL9301941A NL9301941A NL 9301941 A NL9301941 A NL 9301941A NL 9301941 A NL9301941 A NL 9301941A NL 9301941 A NL9301941 A NL 9301941A NL 9301941 A NL9301941 A NL 9301941A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
solution
substrate
bioactive material
ions
coating
Prior art date
Application number
NL9301941A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Klaas De Groot
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Klaas De Groot filed Critical Klaas De Groot
Priority to NL9301941A priority Critical patent/NL9301941A/en
Priority to PCT/NL1994/000279 priority patent/WO1995013101A1/en
Publication of NL9301941A publication Critical patent/NL9301941A/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28Materials for coating prostheses
    • A61L27/30Inorganic materials
    • A61L27/32Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28Materials for coating prostheses
    • A61L27/30Inorganic materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2310/00Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
    • A61F2310/00389The prosthesis being coated or covered with a particular material
    • A61F2310/00592Coating or prosthesis-covering structure made of ceramics or of ceramic-like compounds
    • A61F2310/00796Coating or prosthesis-covering structure made of a phosphorus-containing compound, e.g. hydroxy(l)apatite

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Description

Titel: Werkwijze voor het aaiïbrengen van een bekleding vaneen bioactief materiaal op implantaten.Title: Method for applying a coating of a bioactive material to implants.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor hetaanbrengen van een bekleding van een bioactief materiaal opimplantaten die aan skeletdelen moeten worden verbonden.The invention relates to a method of applying a coating of a bioactive material to implants to be attached to skeletal parts.

Voorts betreft de werkwijze volgens de uitvinding een nieuwbekledingsmateriaal.The method according to the invention furthermore relates to a new coating material.

Chirurgische implantaten die een bioactief materiaalomvatten, zijn bekend voor het herstellen of versterken vanskeletdelen, zoals botten, gewrichten en tanden. Een bioactiefmateriaal is in dit verband een materiaal dat een specifiekebiologische respons aan het grensvlak tussen een implantaat eneen skeletdeel bewerkt. Meer in het bijzonder wordt eenbinding tussen het skeletweefsel en het implantaatmateriaalverkregen. Het spreekt voor zich dat het aangroeien van eenimplantaat aan skeletweef sel van groot voordeel is. Het is vangroot belang voor wat betreft de toename in clinische functie.Surgical implants that contain a bioactive material are known for repairing or strengthening skeletal parts, such as bones, joints and teeth. In this context, a bioactive material is a material that processes a specific biological response at the interface between an implant and a skeletal part. More specifically, a bond between the skeletal tissue and the implant material is obtained. It goes without saying that the growth of an implant on skeletal tissue is of great advantage. It is of great importance in terms of the increase in clinical function.

Zo is bekend, dat silicaatglas, specifieke ceramischeglassamenstellingen, alsmede silica-, titania- en zirconia-lagen bereid onder toepassing van de sol-gelmethode, in staatzijn om chemisch te binden aan botweefsel. Meer in hetbijzonder groeit in een fysiologische omgeving een apatietlaagaan op oppervlakken van deze materialen. Dit proces vindtzowel in vivo als in testsystemen, waarin gesimuleerdelichaamsvloeistoffen worden toegepast, plaats. Apatiet is eenbioactieve verbinding die zorgt voor een verbinding tussen degenoemde glasachtige materialen en levend skeletweefsel. Eenen ander is uitvoerig beschreven in Panjian Li, In vitro andIn vivo Calcium Phosphate Induction on Gel Oxides, PhD ThesisLeiden university, Offsetdrukkerij Haveka B.V., Alblasserdam,Nederland (1993) en in Panjian Li et al., J.Am.Ceram.Soc. 15(1992), 2094-2097.For example, it is known that silicate glass, specific ceramic glass compositions, as well as silica, titania, and zirconia layers prepared by the sol-gel method are capable of chemically bonding to bone tissue. More specifically, in a physiological environment, an apatite layer grows on surfaces of these materials. This process takes place both in vivo and in test systems using simulated body fluids. Apatite is a bioactive compound that provides a connection between the aforementioned glassy materials and living skeletal tissue. Another is described in detail in Panjian Li, In vitro and In vivo Calcium Phosphate Induction on Gel Oxides, PhD Thesis Leiden University, Offset Drukkerij Haveka B.V., Alblasserdam, The Netherlands (1993) and in Panjian Li et al., J. Am.Ceram.Soc. 15 (1992), 2094-2097.

. Voorts is bekend uit het overzichtsartikel "MedicalApplications of Calciumphosphate Bioceramics" van K. de Grootin Ceramics International 12. (1993), 363-366, dat ceramische voorwerpen vervaardigd uit calciumfosfaatzouten met succeskunnen worden toegepast voor het vervangen en versterken vanbeenweefsel. Het is bekend om zowel implantaten volledig uitdergelijke ceramische materialen te vervaardigen als eenbekleding uit een dergelijk materiaal aan te brengen op eensubstraat dat als implantaat wordt toegepast, bijvoorbeeldroestvrij staal.. Furthermore, it is known from the review article "Medical Applications of Calcium Phosphate Bioceramics" by K. de Grootin Ceramics International 12. (1993), 363-366, that ceramic articles made from calcium phosphate salts can be used successfully to replace and strengthen bone tissue. It is known to both manufacture implants of completely different ceramic materials and to apply a coating of such a material to a substrate which is used as an implant, for example stainless steel.

Implantaten vervaardigd uit alleen bioceramiek enbioglas, bijvoorbeeld inqplantaten uit calciumfosfaatzouten,bezitten sterke compressie-eigenschappen, maar zijn zwak onderspanning en hebben een geringe vermoeidheidssterkte.Implants made from bioceramics and bioglass only, for example implants from calcium phosphate salts, have strong compression properties, but are weak under-tension and have a low fatigue strength.

Dergelijke massieve implantaten kunnen derhalve clinischalleen worden toegepast op plaatsen waar geen hogetreksterkten optreden. Een voorbeeld van een clinischetoepassing van een implantaat uit alleen calciumfosfaten ishet vervangen van middenoorbeentjes.Such solid implants can therefore only be used clinically in places where no high tensile strengths occur. An example of a clinical application of an implant from calcium phosphates only is the replacement of middle ossicles.

Implantaten van een sterk materiaal die zijn bekleed methydroxyapatiet of andere bioactieve, aan calciumfosfaatgerelateerde verbindingen bezitten wel een hoge sterkte.Bekledingen uit calciumfosfaatzouten en in het bijzonder uithydroxyapatiet kunnen op verschillende wijzen worden aange¬bracht op substraten. In de bijdrage van Paul Serekian inHydroxylapatite Coatings in Orthopaedic Surgery, edited byR.G.T. Gees ink and M.T. Manley, Raven Press, Ltd., New York(1993), 81-87 worden de voor- en nadelen van onder andereplasmasproeien, vlamsproeien, dipcoating, elektroforese enmagnetronsputteren, besproken. De meest gebruikelijkebekledingsmethode is plasmasproeien. Een belangrijk nadeel vanal deze bekende methoden is dat de werkwijzen bewerkelijk engecompliceerd zijn. Er bestaat derhalve behoefte aan eeneenvoudige werkwijze voor het bekleden van geschikteimplantaatsubstraten.Implants of a strong material coated with methyl hydroxyapatite or other bioactive calcium phosphate-related compounds do have a high strength. Coatings of calcium phosphate salts, and especially of hydroxyapatite, can be applied to substrates in various ways. In the contribution of Paul Serekian in Hydroxylapatite Coatings in Orthopedic Surgery, edited by R.G.T. Gees ink and M.T. Manley, Raven Press, Ltd., New York (1993), 81-87 discusses the advantages and disadvantages of plasma spraying, flame spraying, dip coating, electrophoresis and microwave sputtering, among others. The most common coating method is plasma spraying. An important drawback of all these known methods is that the methods are laborious and complicated. Therefore, there is a need for a simple method of coating suitable implant substrates.

Bioactieve verbindingen binden aan skeletdelen, omdatdeze verbindingen qua structuur sterk gelijken op de mineralefase van skeletweefsel. De laatste jaren is het calcium-fosfaatsysteem, en in het bijzonder hydroxyapatiet uitvoerig bestudeerd. Hydroxyapatxet xs een natuurlxjk voorkomendmineraal dat de belangrijkste mineraalcomponent vormt inbeenderen en in tandemaille. Daarnaast is ook het calcium-carbonaatsysteem en carbonaat-bevattend hydroxyapatxet in ditverband bestudeerd.Bioactive compounds bind to skeletal parts, because these compounds are very similar in structure to the mineral phase of skeletal tissue. In recent years, the calcium-phosphate system, and especially hydroxyapatite, has been extensively studied. Hydroxyapatxet xs a naturally occurring mineral that forms the main mineral component in bone and in tandem enamel. In addition, the calcium carbonate system and carbonate-containing hydroxyapatxet have also been studied in this context.

In hoofdzaak bestaan beendermineralen uit een complexmengsel van calcium-, fosfaat-, carbonaat- en hydroxylionen,terwijl eveneens kalium- en natriumionen aanwezig zijn. Menneemt aan dat een reeks zouten met de algemene formuleBone minerals mainly consist of a complex mixture of calcium, phosphate, carbonate and hydroxyl ions, while potassium and sodium ions are also present. It is believed that a series of salts with the general formula

Cap (PO4) q (C03) r (OH) s waarbij p 2 l en q, r en s 2 0, en waarbij 2p = 3q + 2r + s,aan skeletdelen kunnen binden, wanneer deze zouten aanwezigzijn in de vorm van een vast implantaat of als een bekledings-materiaal voor andere, bijvoorbeeld metalen implantaten.Wanneer p=l0, q=6, r=0 en s=2 geeft de bovengenoemde formulede structuurformule van hydroxyapatxet; als p=l, q=0, r=i ens=0 wordt calciumcarbonaat weergegeven; en wanneer bijvoor¬beeld p=9, q=5, r=l en s=l wordt een carbonaatbevattendhydroxyapatxet verkregen.Cap (PO4) q (C03) r (OH) s where p 2 l and q, r and s 2 0, and where 2p = 3q + 2r + s, can bind to skeletal parts when these salts are present in the form of a solid implant or as a coating material for other, for example, metal implants. When p = 10, q = 6, r = 0 and s = 2, the above formula gives the hydroxyapatxet structural formula; if p = 1, q = 0, r = i ens = 0, calcium carbonate is represented; and when for example p = 9, q = 5, r = 1 and s = 1, a carbonate-containing hydroxyapatxet is obtained.

Thans is een eenvoudige werkwijze gevonden, waarmee hetprobleem van de bekende bekledingswerkwijzen wordt opgelost.Deze eenvoudige werkwijze is gebaseerd op het simpelewelbekende feit dat hard water vaak neerslagen vormt. Dezeneerslagen vormen doorgaans een probleem. De gevormde neer¬slagen kunnen slechts moeilijk worden verwijderd door deuitstekende hechting aan de materialen waarop zij precipi¬teren. In het bijzonder wordt verwezen naar ketelsteenvormingin ketels en pannen, het optreden van kalkaanslag in bijvoor¬beeld wasmachines etc. De neerslagen bestaan voornamelijk uitcalciumcarbonaatcomplexen. Volgens de uitvinding wordt nu opinventieve wijze gebruik gemaakt van dit doorgaans nadeligeverschijnsel.A simple method has now been found which solves the problem of the known coating methods. This simple method is based on the well-known fact that hard water often forms precipitates. These blows are usually a problem. The deposits formed are difficult to remove due to the excellent adhesion to the materials on which they precipitate. In particular, reference is made to scale formation in kettles and pans, the occurrence of limescale in washing machines, etc. The precipitates mainly consist of calcium carbonate complexes. According to the invention, use is generally made of this generally disadvantageous phenomenon.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor hetbekleden van een implantaatsubstraat met een bioactiefmateriaal voorgesteld door de algemene formule (I)The invention relates to a method of coating an implant substrate with a bioactive material represented by the general formula (I)

Cap(PO4)q(C03)r(OH)s, waarbij p 2 1 en q, r en s 2 0, en waarbij 2p = 3q + 2r + s, waarbij genoemd substraat in eenoplossing wordt gebracht waarin ten minste calcium-, bijvoorkeur carbonaationen en eventueel fosfaationen en/of eenbron voor hydroxylionen aanwezig zijn, waarna het bioactievemateriaal uit de oplossing op het substraat wordt neerge¬slagen.Cap (PO4) q (CO 3) r (OH) s, where p 2 1 and q, r and s 2 0, and where 2p = 3q + 2r + s, wherein said substrate is brought into a solution in which at least calcium, preferably carbonate ions and optionally phosphate ions and / or a source of hydroxyl ions are present, after which the bioactive material is deposited from the solution on the substrate.

In de werkwijze volgens de uitvinding is de aanwezigheid 'van calciumionen in een oplosmiddel essentieel, in een aantalvoorkeursuitvoeringsvormen zal voorts voor de neerslagreactiegebruik worden gemaakt van de aanwezigheid van carbonaat- ofwaterstof carbonaationen.In the process of the invention, the presence of calcium ions in a solvent is essential, and in a number of preferred embodiments, the presence of carbonate or hydrogen carbonate ions will furthermore be used for the precipitation reaction.

Aan het oplosmiddel moet de eis worden gesteld, dathierin calcium-, carbonaat- en fosfaationen aanwezig kunnenzijn. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgensde uitvinding wordt als oplossing een waterige oplossingtoegepast, bij voorkeur water.The solvent must be subject to the requirement that it may contain calcium, carbonate and phosphate ions. In a preferred embodiment of the method according to the invention, an aqueous solution, preferably water, is used as the solution.

Normaliter zal bij de werkwijze volgens de uitvindingworden uitgegaan van een oplossing waarin calciumionenaanwezig zijn. Waterstofcarbonaationen kunnen aan dezeoplossing worden toegevoegd in de vorm van een oplosbaarwaterstofcarbonaatzout of in situ worden gevormd uit eenoplosbaar carbonaatzout of uit CC>2-gas dat wordt doorgeleid.The method according to the invention will normally start from a solution in which calcium ions are present. Hydrogen carbonate ions can be added to this solution in the form of a soluble hydrogen carbonate salt or formed in situ from a soluble carbonate salt or from CC> 2 gas being passed through.

Zoals algemeen bekend wordt de hierboven ter sprakegekomen ketelsteen gevormd, wanneer hard water dat calcium¬ionen bevat in aanwezigheid van kooldioxide wordt gekookt.Kooldioxide vormt in water waterstofcarbonaationen. Door kokenvan het water treedt decompositie van (een gedeelte van) dezewaterstofcarbonaationen op, waarna het slecht oplosbarecalciumcarbonaat wordt gevormd.As is well known, the scale discussed above is formed when hard water containing calcium ions is boiled in the presence of carbon dioxide. Carbon dioxide in water forms hydrogen carbonate ions. Boiling of the water causes decomposition of (a part of) these hydrogen carbonate ions, after which the poorly soluble calcium carbonate is formed.

In formulevorm verloopt deze reactie in bijvoorbeeldwater als volgt:In the form of a form, this reaction takes place as follows in water, for example:

Ca(HC03)2 -(verhoogde temperatuur)-»· CaC03(4) + C02(T) + H20Waterstof carbonaat ionen geven in water een zwak zure pH. Doorhet ontsnappen van (een deel van het) kooldioxidegas zal de pHvan de overblijvende oplossing stijgen, of, met anderewoorden, zal de concentratie aan OH'-ionen stijgen.Ca (HC03) 2 - (elevated temperature) - »CaCO3 (4) + CO2 (T) + H2O Hydrogen carbonate ions give a weakly acidic pH in water. By escaping (part of) the carbon dioxide gas, the pH of the remaining solution will rise, or, in other words, the concentration of OH ions will rise.

Wanneer nu in een oplossing met calcium- en (waterstof)-carbonaationen eveneens fosfaationen aanwezig zijn, zullendeze bij een pH-stijging eveneens neerslaan. Dit kan doormiddel van de volgende (onvolledige) reactievergelijkingworden voorgesteld:If phosphate ions are also present in a solution with calcium and (hydrogen) carbonate ions, they will also precipitate with a rise in pH. This can be represented by the following (incomplete) reaction equation:

Ca2+ + HPO42- + H2PO4- + HCO3-— C02 (t) + Cap (PO4) q (C03) r (OH) g (4)Ca2 + + HPO42- + H2PO4- + HCO3-— C02 (t) + Cap (PO4) q (C03) r (OH) g (4)

Afhankelijk van de ionenconcentraties en pH van deoplossing kan een neerslag worden verkregen van een verbindingmet formule (I) met elke gewenste waarde voor p, g, r en s.Depending on the ion concentrations and pH of the solution, a precipitate of a compound of formula (I) can be obtained with any desired value for p, g, r and s.

Een deskundige kan op simpele wijze proefondervindelijk deprocesomstandigheden voor het doen neerslaan van een gewenstebekledingssamenstelling bepalen. Bij voorkeur wordt eenbioactief materiaal neergeslagen, waarin de verhouding p/qtussen 1 en 2 ligt.One skilled in the art can easily determine the process conditions for precipitating a desired coating composition by trial and error. Preferably a bioactive material is deposited in which the ratio p / q is between 1 and 2.

Meer in het bijzonder zijn in de literatuur de oplosbaar-heidsprodukten van de diverse calcium-carbonaat-fosfaatzoutenbekend als functie van de temperatuur en pH (zie bijvoorbeeldF.C.M. Driessens, Formation and Stability of CalciumPhosphates in relation to the Phase Composition of the Mineralin Calcified Tissues, In Bioceramics of Calciumphosphate, K. de Groot editor, CRC Press, 1984). Daarnaast is algemeenbekend, dat naarmate de concentratie van ionen in eenoplossing toeneemt, de volgende omstandigheden zich voorkunnen doen: onderverzadiging; overzadiging ofwel de vormingvan een metastabiele toestand; en neerslagvorming. Deze driestadia kunnen ook worden gecreëerd door bijvoorbeeld detemperatuur en/of de pH te laten toenemen.More specifically, the solubility products of the various calcium carbonate phosphate salts are known in the literature as a function of temperature and pH (see, for example, F. CM Driessens, Formation and Stability of CalciumPhosphates in relation to the Phase Composition of the Mineralin Calcified Tissues , In Bioceramics of Calcium Phosphate, K. de Groot editor, CRC Press, 1984). In addition, it is well known that as the concentration of ions in a solution increases, the following conditions may arise: unsaturation; supersaturation or the formation of a metastable state; and precipitation. These three stages can also be created by, for example, increasing the temperature and / or the pH.

De wijze waarop de bekledingslaag uit een oplossing dieten minste calcium- en carbonaationen bevat, volgens deuitvinding wordt neergeslagen is niet kritisch. Wel is hetonder toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding hetmeest effectief, wanneer de uitgangsoplossing zich in demetastabiele toestand bevindt. De gesimuleerde lichaams¬vloeistof beschreven in de bovengenoemde publikaties vanPanjian Li voldoet zeer goed. Deze gesimuleerde lichaams¬vloeistof heeft een ionensamenstelling die gelijkt op de ionensamenstelling van in het lichaam aanwezige vloeistoffen,zoals bloed en weefselvocht. In essentie kan uit eendergelijke metastabiele vloeistof een geschikt neerslag op eensubstraat worden afgezet door het substraat in deze oplossingte brengen en daarin gedurende enige tijd, bijvoorbeeld enigedagen te handhaven. De voorkeur wordt evenwel gegeven aanwerkwijzen waarbij door middel van een temperatuursverandering,of een pH-verandering een neerslag op een in de metastabieleoplossing gedeponeerd substraat wordt verkregen. Dergelijkewerkwijzen kunnen beter gestuurd, gereguleerd worden.The manner in which the coating is deposited from a solution containing at least calcium and carbonate ions according to the invention is not critical. However, using the method according to the invention it is most effective when the starting solution is in the metastable state. The simulated body fluid described in the above publications of Panjian Li is very satisfactory. This simulated body fluid has an ionic composition that is similar to the ionic composition of liquids present in the body, such as blood and tissue fluid. In essence, from such a metastable liquid, a suitable precipitate can be deposited on a substrate by introducing the substrate into this solution and maintaining it therein for some time, for example a few days. Preference is, however, given to methods in which a precipitate on a substrate deposited in the metastable solution is obtained by means of a temperature change or a pH change. Such methods can be better controlled, regulated.

In één voorkeursuitvoeringsvorm wordt de oplossingverwarmd teneinde het bioactieve materiaal te laten neerslaanop het substraat. Hoewel een en ander afhankelijk is van deionenconcentraties in de (metastabiele) oplossing, zal in deregel een temperatuursverhoging met 50°C voldoende zijn om hetgewenste calciumzout te laten neerslaan. Deze werkwijze kanworden vergeleken met de vorming van ketelsteen in een ketel.In one preferred embodiment, the solution is heated to precipitate the bioactive material on the substrate. Although this is dependent on deion concentrations in the (metastable) solution, a temperature increase of 50 ° C will usually suffice to precipitate the desired calcium salt. This method can be compared to the formation of scale in a kettle.

In een andere uitvoeringsvorm wordt het substraat dat(gedeeltelijk) is ondergedompeld in de oplossing, verhitteneinde het bioactieve materiaal daarop te laten neerslaan.Deze werkwijze kan worden vergeleken met de vorming vankalkaanslag op een verwarmingselement in bijvoorbeeld eenwasmachine. Afhankelijk van de ionenconcentraties in deoplossing, zal een temperatuursverschil tussen het substraaten de oplossing van ongeveer 50°C in de regel voldoende zijnvoor een gewenste neerslagvorming.In another embodiment, the substrate that is (partially) immersed in the solution is heated to precipitate the bioactive material thereon. This method can be compared to the formation of limescale on a heating element in, for example, a washing machine. Depending on the ion concentrations in the solution, a temperature difference between the substrates and the solution of about 50 ° C will generally be sufficient for a desired precipitation.

In weer een andere uitvoeringsvorm wordt aan de oplossingloog toegevoegd teneinde het bioactieve materiaal te latenneerslaan op het substraat. Deze uitvoeringsvorm is te verge¬lijken met békende werkwijzen voor het ontharden van(afval)water. In deze onthardingswerkwijzen, die bijvoorbeeldstaan beschreven in de publikatie Abscheidung vonCalciumphosphaten aus Abwasser durch Kristallisation imwirbelbett-reaktor van E. Eggers en J.C. van Dijk, welkepublikatie werd voorgedragen op 28 november 1986 op hetSymposium Entfernung von Phosphaten aus Abwassem undIn yet another embodiment, the solution is added to allow the bioactive material to settle on the substrate. This embodiment can be compared with known methods for the softening of (waste) water. In these softening methods, which are described, for example, in the publication Abscheidung von Calciumphosphaten aus Abwasser durch Kristallisation imwirbelbett reactor of E. Eggers and J.C. van Dijk, which publication was nominated on 28 November 1986 at the Symposium Entfernung von Phosphaten aus Abwassem und

Nutzbahrmachung vom Klarschlammen te Frankfurt/Neu -Isenburg 2,BRD, wordt in een stroom hard water loog geïnjecteerd. Hierbijontstaat een metastabiele oplossing, welke na doorleiding dooreen gefluïdiseerd bed van bijvoorbeeld zandkorrels wordtonthard. In de werkwijze volgens de uitvinding kan alsbasische oplossing in principe iedere basische verbindingworden toegevoegd. Zo kan bijvoorbeeld een natronloogoplossing,of een sodaoplossing worden geïnjecteerd. Bij voorkeur wordtechter een kalkwater-oplossing aan de oplossing die in dewerkwijze volgens de uitvinding wordt toegepast toegevoegd.Nutzbahrmachung vom Klarschlammen in Frankfurt / Neu-Isenburg 2, BRD, is injected into a stream of hard water lye. This results in a metastable solution, which is softened after passage through a fluidized bed of, for example, sand grains. In principle, any basic compound can be added as a basic solution in the method according to the invention. For example, a caustic soda solution or a soda solution can be injected. Preferably, however, a lime water solution is added to the solution used in the process of the invention.

Nogmaals wordt benadrukt dat de werkwijze volgens deuitvinding gebruik maakt van processen die als ongewenstworden aangeduid - vorming van ketelsteen of kalkaanslag -ofwel van processen die worden toegepast om deze ongewensteprocessen te voorkomen - ontharden van water.It is emphasized once again that the method according to the invention makes use of processes which are referred to as undesirable - scale formation or limescale formation - or of processes used to prevent these undesirable processes - softening of water.

Uit het artikel Medical Applications of CalciumphosphateBioceramics van K. de Groot in Journal of the Ceramic Societyof Japan, ££ (1991), 943-953 blijkt dat de optimale dikte vooreen bekledingslaag op een implantaat aan de bovengrens bepaaldwordt door de sterkte, de brosheid van de bekledingslaag enaan de ondergrens door het feit dat een apat iet oppervlak inhet lichaam wordt afgebroken.From the article Medical Applications of Calcium Phosphate Bioceramics by K. de Groot in Journal of the Ceramic Society of Japan, ££ (1991), 943-953, it appears that the optimal thickness for a coating on an implant at the upper limit is determined by the strength, brittleness of the coating layer and at the lower limit due to the fact that an apatite surface in the body is broken down.

Er is aangetoond dat een dikkere bekleding brosser enminder sterk is dan een dunnere bekleding. Aangezien dunnerebekledingen voorts beter hechten aan een substraat, lijkt hetgewenst een zo dun mogelijke bekledingslaag aan te brengen.A thicker coating has been shown to be more brittle and less strong than a thinner coating. Furthermore, since thinner coatings adhere better to a substrate, it appears desirable to apply a coating as thin as possible.

Van de andere kant degraderen apatietoppervlakken echterin het lichaam. Er moet voor worden gezorgd dat de laag zo dikis dat skeletweefsel kan aangroeien. Het is bekend, dat in hetlichaam per jaar ongeveer 20 pm apatiet wordt afgebroken.Overigens is uit onderzoeken gebleken dat de rol van hydroxy-apatietbekledingen vooral in het eerste jaar en in hetbijzonder in de eerste maand na het aanbrengen van eenimplantaat essentieel is.On the other hand, however, apatite surfaces degrade in the body. Care must be taken to ensure that the layer is so thick that skeletal tissue can grow. It is known that approximately 20 µm apatite is broken down in the body per year. Moreover, studies have shown that the role of hydroxyapatite coatings is essential, especially in the first year and especially in the first month after implant placement.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgensde uitvinding wordt een laag bioactief materiaal met een diktetussen 5 en 100, en bij voorkeur tussen 10 en 50 μιη afgezet.In a preferred embodiment of the method according to the invention, a layer of bioactive material with a thickness between 5 and 100, and preferably between 10 and 50 µ, is deposited.

Zoals boven reeds vermeld wordt bij voorkeur uitgegaanvan een waterige oplossing van calciumionen, waarin voorts tenminste {waterstof)carbonaationen en bij voorkeur ook fosfaat-ionen aanwezig zijn. In de regel zal deze waterige oplossingzwak zuur zijn. In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn daarnaastfluoride-ionen aanwezig. Het is bekend dat fluorapatiet nietdegradeert onder fysiologische omstandigheden. Hoewel sporenvan andere elementen aanwezig mogen zijn, wordt de uitgangs-oplossing bij voorkeur bereid met zo zuiver mogelijkeuitgangsstoffen. Zo wordt voor een waterige oplossing in hetbijzonder uitgegaan van aquadest.As stated above, it is preferred to start from an aqueous solution of calcium ions, in which at least {hydrogen) carbonate ions and preferably also phosphate ions are present. As a rule, this aqueous solution will be weakly acidic. In a preferred embodiment, fluoride ions are additionally present. Fluorapatite is known to not degrade under physiological conditions. Although traces of other elements may be present, the starting solution is preferably prepared with starting materials which are as pure as possible. For example, aquadest is used as the basis for an aqueous solution.

Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op een nieuwimplantaat omvattende een substraatmateriaal bekleed met eencarbonaatbevattende calciumfosfaatlaag. Bekende implantatendie zijn bekleed met bioactieve verbindingen worden bij devervaardiging steeds onderworpen aan een hittebehandeling(bijv. piasmavorming of calcineerstappen). Door de bekendehittebehandelingen zal steeds alle carbonaat in de vorm vanCO2 ontwijken. Volgens de werkwijze volgens de uitvinding ishet thans mogelijk carbonaatbevattende calciumfosfaat-bekledingen op implantaten aan te brengen.Finally, the invention relates to a new implant comprising a substrate material coated with a carbonate-containing calcium phosphate layer. Known implants which are coated with bioactive compounds are always subjected to a heat treatment during manufacture (e.g., pias formation or calcination steps). Due to the known heat treatments, all carbonate in the form of CO2 will always escape. According to the method according to the invention, it is now possible to apply carbonate-containing calcium phosphate coatings to implants.

Als substraat kunnen bekende implantaatmaterialen wordentoegepast. In het bijzonder worden uitstekende resultatenverkregen wanneer de bioactieve bekleding wordt aangebracht opmetalen implantaten. Geschikte materialen omvatten titaan,titaanlegeringen, roestvrij staal en chroom-nikkel-cobalt-legeringen. Daarnaast kan het concept van de werkwijze volgensde uitvinding eveneens worden aangewend voor de vervaardigingvan bioactief bulkmateriaal voor de vorming van kleineimplantaten, zoals middenoorprotheses, door een entmateriaalin de, bijvoorkeur metastabiele, oplossing te brengen.Known implant materials can be used as a substrate. In particular, excellent results are obtained when the bioactive coating is applied to metal implants. Suitable materials include titanium, titanium alloys, stainless steel and chromium-nickel-cobalt alloys. In addition, the concept of the method according to the invention can also be used for the production of bioactive bulk material for the formation of small implants, such as middle ear prostheses, by introducing a seed material into the, preferably metastable, solution.

Een van de grote voordelen van de werkwijze volgens deuitvinding ten opzichte van bekende werkwijzen is het ontbreken van een verhittmgsstap, waarbij temperaturen vanver boven 100°C worden bereikt (plasma-vorming of calcineer-stap). Hierdoor is het mogelijk ook kunststoffen substratenmet een bioactief calciumzout te bekleden, hetgeen tot nieuwei mogelijkheden in de toepassing van implantaten kan leiden.One of the great advantages of the method of the invention over known methods is the absence of a heating step, reaching temperatures above 100 ° C (plasma formation or calcination step). This makes it possible to also coat plastic substrates with a bioactive calcium salt, which can lead to new possibilities in the use of implants.

Voorbeeldt.Examples.

Een waterige oplossing met 142 mM Na+, 5 mM K+, 2,5 mM Ca2+,147,8 mM Cl', 4,2 mM HCO3" en 1 mM HPO42" werd bereid door ingedestilleerd water op te lossen "reagent-grade" NaCl, NaHC03,1 KC1, K2HPO4 *3H2O en CaCl2. In deze oplossing werd een implantaat uit roestvrij staal gedompeld, waarna de oplossingtot 87°C werd verhit. Er werd een carbonaat-bevattendehydroxyapatietlaag afgezet met een dikte tussen l en 10 μιη.An aqueous solution with 142 mM Na +, 5 mM K +, 2.5 mM Ca 2+, 147.8 mM Cl ', 4.2 mM HCO3 "and 1 mM HPO42" was prepared by dissolving distilled water "reagent-grade" NaCl , NaHCO3,1 KCl, K2HPO4 * 3H2O and CaCl2. A stainless steel implant was immersed in this solution and the solution was heated to 87 ° C. A carbonate-containing hydroxyapatite layer was deposited with a thickness between 1 and 10 µm.

Een en ander kan worden bevestigd met FT-IR reflectieanalyse; en SEM-opnames.This can be confirmed with FT-IR reflection analysis; and SEM recordings.

Voorbeeld 2Example 2

In de oplossing bereid in voorbeeld l, werd een roestvrijstalen implantaat gebracht. Vervolgens werd een 1 molairekalkwateroplossing continu in de oplossing gebracht. Hierbij1 bleek dat een carbonaat-bevattende hydroxyapatietlaag met eensnelheid van 2-3 pm/uur werd afgezet. De afgezette zoutlaagwas aanzienlijk gladder dan de laag die onder toepassing vande werkwijze volgens voorbeeld 1 werd verkregen.A stainless steel implant was introduced into the solution prepared in Example 1. Then a 1 molar lime water solution was continuously added to the solution. It was found that a carbonate-containing hydroxyapatite layer was deposited at a rate of 2-3 µm / h. The deposited salt layer was considerably smoother than the layer obtained using the method of Example 1.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het bekleden van een implantaatsubstraatmet een bioactief materiaal voorgesteld door de algemeneformule Cap(P04)g(C03)r(OH)Si waarbij p > 1 en q, r en s > 0, en waarbij 2p = 3q + 2r + s, waarbij genoemd substraat in een ·oplossing wordt gebracht waarin ten minste calciumionen, bijvoorkeur carbonaationen en eventueel fosfaationen aanwezigzijn, waarna het bioactieve materiaal uit de oplossing op hetsubstraat wordt neergeslagen.A method of coating an implant substrate with a bioactive material represented by the general formula Cap (PO4) g (CO3) r (OH) Si where p> 1 and q, r and s> 0, and where 2p = 3q + 2r + s, wherein said substrate is brought into a solution in which at least calcium ions, preferably carbonate ions and optionally phosphate ions are present, after which the bioactive material from the solution is precipitated on the substrate. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij een bioactiefmateriaal wordt neergeslagen, waarin de verhouding p/q tussen1 en 2 ligt.A method according to claim 1, wherein a bioactive material is precipitated, wherein the ratio p / q is between 1 and 2. 3. Werkwijze volgens conclusie l of 2, waarbij als oplossingeen waterige oplossing wordt toegepast.A method according to claim 1 or 2, wherein an aqueous solution is used as the solution. 4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies,waarbij de oplossing wordt verwarmd teneinde het bioactievemateriaal te laten neerslaan op het substraat.The method according to any of the preceding claims, wherein the solution is heated to precipitate the bioactive material on the substrate. 5. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-3, waarbij hetsubstraat wordt verhit teneinde het bioactieve materiaaldaarop te laten neerslaan.A method according to any one of claims 1-3, wherein the substrate is heated to precipitate the bioactive material thereon. 6. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-3, waarbij aande oplossing een basische verbinding wordt toegevoegd teneindehet bioactieve materiaal te laten neerslaan op het substraat.The method of any one of claims 1 to 3, wherein a basic compound is added to the solution to precipitate the bioactive material on the substrate. 7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies,waarbij een laag bioactief materiaal met een dikte tussen 5 en100 Mm wordt afgezet.A method according to any one of the preceding claims, wherein a layer of bioactive material with a thickness between 5 and 100 mm is deposited. 8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies,waarbij tevens fluorideionen in de oplossing aanwezig zijn.A method according to any one of the preceding claims, wherein fluoride ions are also present in the solution. 9. Implantaat omvattende een substraatmateriaal bekleed meteen carbonaatbevattende calciumfosfaatlaag.Implant comprising a substrate material coated with a carbonate-containing calcium phosphate layer.
NL9301941A 1993-11-09 1993-11-09 Method of applying a coating of a bioactive material to implants. NL9301941A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL9301941A NL9301941A (en) 1993-11-09 1993-11-09 Method of applying a coating of a bioactive material to implants.
PCT/NL1994/000279 WO1995013101A1 (en) 1993-11-09 1994-11-08 A method of applying a coating of a bioactive material to implants

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL9301941A NL9301941A (en) 1993-11-09 1993-11-09 Method of applying a coating of a bioactive material to implants.
NL9301941 1993-11-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL9301941A true NL9301941A (en) 1995-06-01

Family

ID=19863114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL9301941A NL9301941A (en) 1993-11-09 1993-11-09 Method of applying a coating of a bioactive material to implants.

Country Status (2)

Country Link
NL (1) NL9301941A (en)
WO (1) WO1995013101A1 (en)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE226453T1 (en) * 1996-05-10 2002-11-15 Isotis Nv IMPLANT MATERIAL AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
EP0806211B1 (en) * 1996-05-10 2002-10-23 IsoTis N.V. Implant material and process for producing it
EP0806212B1 (en) * 1996-05-10 2003-04-02 IsoTis N.V. Device for incorporation and release of biologically active agents
US6143948A (en) * 1996-05-10 2000-11-07 Isotis B.V. Device for incorporation and release of biologically active agents
EP0987031B1 (en) * 1998-09-15 2003-04-02 IsoTis N.V. Method for coating medical implants
CA2277732A1 (en) 1998-09-15 2000-03-15 Isotis B.V. Method for coating medical implants
CA2399216A1 (en) * 2000-02-04 2001-08-09 Isotis N.V. Proteinaceous coating
EP1359948A1 (en) 2001-01-30 2003-11-12 IsoTis S.A. A method for applying a bioactive coating on a medical device
JP4478754B2 (en) * 2002-11-25 2010-06-09 独立行政法人産業技術総合研究所 Protein-supporting calcium phosphate, method for producing the same, protein sustained-release body using the same, artificial bone and tissue engineering scaffold
US7067169B2 (en) 2003-06-04 2006-06-27 Chemat Technology Inc. Coated implants and methods of coating
JP4944010B2 (en) 2004-03-10 2012-05-30 サイル テクノロジー ゲーエムベーハー Coated implant, its manufacture and use
US8562346B2 (en) 2005-08-30 2013-10-22 Zimmer Dental, Inc. Dental implant for a jaw with reduced bone volume and improved osseointegration features
KR101369388B1 (en) 2005-11-14 2014-03-06 바이오메트 쓰리아이 엘엘씨 Deposition of discrete nanoparticles on an implant surface
WO2009097218A1 (en) 2008-01-28 2009-08-06 Biomet 3I, Llc Implant surface with increased hydrophilicity
US8641418B2 (en) 2010-03-29 2014-02-04 Biomet 3I, Llc Titanium nano-scale etching on an implant surface
US9131995B2 (en) 2012-03-20 2015-09-15 Biomet 3I, Llc Surface treatment for an implant surface

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0042783A1 (en) * 1980-06-17 1981-12-30 SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION (S.E.P.) Société Anonyme dite: Method of producing bioactive coatings on bone prostheses, and prostheses so obtained
EP0130916A1 (en) * 1983-07-01 1985-01-09 SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION (S.E.P.) Société Anonyme dite: Method of producing bioactive calcium phosphate deposits, and products so obtained
WO1986001726A1 (en) * 1984-09-10 1986-03-27 MERCK Patent Gesellschaft mit beschränkter Haftung Material containing carbonate apatite and use of carbonate apatite for implants
EP0389713A1 (en) * 1989-03-29 1990-10-03 Kyoto University Process for coating a substrate with a bioactive hydroxyapatite film
EP0450939A2 (en) * 1990-04-05 1991-10-09 Norian Corporation Improvements in hydroxyapatite coatings of substrates
WO1993007912A1 (en) * 1991-10-15 1993-04-29 Sherwood Medical Company Bioimplant elements

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0042783A1 (en) * 1980-06-17 1981-12-30 SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION (S.E.P.) Société Anonyme dite: Method of producing bioactive coatings on bone prostheses, and prostheses so obtained
EP0130916A1 (en) * 1983-07-01 1985-01-09 SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION (S.E.P.) Société Anonyme dite: Method of producing bioactive calcium phosphate deposits, and products so obtained
WO1986001726A1 (en) * 1984-09-10 1986-03-27 MERCK Patent Gesellschaft mit beschränkter Haftung Material containing carbonate apatite and use of carbonate apatite for implants
EP0389713A1 (en) * 1989-03-29 1990-10-03 Kyoto University Process for coating a substrate with a bioactive hydroxyapatite film
EP0450939A2 (en) * 1990-04-05 1991-10-09 Norian Corporation Improvements in hydroxyapatite coatings of substrates
WO1993007912A1 (en) * 1991-10-15 1993-04-29 Sherwood Medical Company Bioimplant elements

Also Published As

Publication number Publication date
WO1995013101A1 (en) 1995-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2795824B2 (en) Surface treatment method for titanium-based implant and biocompatible titanium-based implant
NL9301941A (en) Method of applying a coating of a bioactive material to implants.
FI91713C (en) New bioactive coatings and their manufacture and use
Liu et al. Bioactive calcium phosphate coating formed on micro-arc oxidized magnesium by chemical deposition
Kokubo et al. Solutions able to reproduce in vivo surface‐structure changes in bioactive glass‐ceramic A‐W3
Kim et al. Graded surface structure of bioactive titanium prepared by chemical treatment
US8545625B2 (en) Materials for dental and biomedical application
US6733503B2 (en) Method for coating medical implants
Oliveira et al. Strontium‐substituted apatite coating grown on Ti6Al4V substrate through biomimetic synthesis
Wang et al. Preparation of hydroxyapatite coating on CoCrMo implant using an effective electrochemically-assisted deposition pretreatment
US20030113438A1 (en) Proteinaceous coating
SE464415B (en) PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF A COMPOSITION MATERIAL COATED WITH CALCIUM PHOSPHATE SOCIETY, AS USEFUL AS AN IMPLANT
KR20140095551A (en) Metal materials presenting a superficial layer of calcium phosphate, and methods for the preparation thereof
JP4349596B2 (en) Method for producing organic material with apatite coating
JP2004183017A (en) Surface treatment method for metal titanium based base material and metal titanium based medical material
EP1911469A2 (en) A titanium implant and a process for the preparation thereof
EP2296718B1 (en) Calcium phosphate coating of ti6ai4v by a na-lactate and lactic acid-buffered body fluid solution
KR100453184B1 (en) Method of coating thin layer of hydroxyapatite on a titanium implant surface by hydrothermal process
Dos Santos et al. Biomimetic calcium phosphates-based coatings deposited on binary Ti-Mo alloys modified by laser beam irradiation for biomaterial/clinical applications
JP2000093498A (en) Bone substitution material and its production
JPS59500501A (en) Method for producing bioinert subregions for prosthetic prostheses or prosthetic prosthetic components made of bioactive materials and prosthetic prostheses produced therefrom
JP4625943B2 (en) Bone substitute material and manufacturing method thereof
CN109280909B (en) Surface treatment method for implant with bioactivity
JPH0747116A (en) Manufacture of implant
Zhang et al. Dissolution behavior of hydroxyapatite coating by hydrothermal method: an in vitro study

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed