SE503638C2 - Metallimplantat vars yta innehåller fluor och/eller fluorjoner - Google Patents

Description

503 10 15 20 25 30 “__ ._ 63% tt't~'~|1;~. r - inläkningstiden på tre månader eller mer. Med tanke på det obehag som är förknippat med detta, är det önskvärt att minimera den tidsperiod som är nödvändig för ovannämnda första fas, och i vissa fall, exempelvis i vissa ortopediska användningsområden, väsentligen kunna avstå från nämnda första fas och att utföra hela implantationsförfarandet i en enda operation.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett implantat som fäster snabbare vid benvävnaden på så sätt att den ovan beskrivna post-operativa inläggningsperioden kan reduceras.

Vissa av de metaller eller legeringar som använts för benimplantat kan bilda en stark bindning med benvävnaden, en bindning som kan vara lika stark benvävnaden i sig, ibland t.o.m. starkare. Det mest kända exemplet på denna typ av metalliskt implantatmaterial är titan och legeringar av titan vilkas egenskaper i detta avseende har varit kända sedan omkring 1950. Denna bindning med benvävnaden har kallats "osseointegrering" av Brånemark et. al. Även om denna bindning mellan titan och benvävnad är förhållandevis stark är det i vissa anvåndningar önskvärt att förbättra bindningen mellan metall och benvävnad. Tidigare försök att åstadkomma starkare bindningar har innefattat anordnandet av ett lager av hydroxiapatit på metallytan, varvid tanken bakom detta är att stimulera vävnadsregenereringen omkring implantet. Att lägga på ett separat skikt av detta slag kan emellertid innefatta risk för flagning, dvs även om bindningen mellan benvävnad och skikt kan vara starkare än den normala bindningen mellan implantat och benvävnad, så kan bindningen mellan implantat och skikt faktist vara svagare än den normala bindningen mellan implantat och benvävnad. Ytterligare ett syfte med uppfinningen är följaktligen tillhandahålla ett implantat som bildar en starkare bindning med benvävnaden. Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att ange en metod för att behandling av ett implantat av metall för att ge implantatet med ovannämnda egenskaper. 10 15 20 25 30 m n v! ll, ll 503 638 Kort beskrivning av uppfmningsidén Ovannämnda syften uppnås med hjälp av ett implantat av metall för implantering i benvävnad, varvid ytan på nämnda metallimplantat innehåller fluor och/eller fluorjoner i en mängd som är lika med den mängd som erhålles genom behandling av ett sådant implantat med en 02% per volym vattenlösning av fluorvätesyra vid rumstemperatur under 10-50 sekunder (alla procenttal använda nedan i samband med lösningar av fluorvätesyra kommer att vara volymprocent), varvid det överraskande har befunnits att ytor av implantat av metall med detta fluorinnehåll i kommer att stimulera tillväxten av benvävnad i närheten av implantatets yta liksom även att förstärka bindningen mellan implantat och benvävnad.

Ett sätt att producera ett implantat enligt föreliggande uppfinning är med hjälp av en metod för att behandla metalliska implantat omfattande ett nedsänkande av metallimplantaten i en 0,2% vattenlösning av fluorvätesyra vid l5-25°C under en tidsperiod varierande mellan 10-50 sek. Ovannämnda syften uppnås även medelst ett metallimplantat som har behandlats enligt detta förfarande.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen återges i de beroende kraven.

Kort beskrivning av ritningarna Figur l är ett diagram som visar den kraft som behövs för att trycka ut ett implantat samt fluor- och syreinnehållet hos en implantatyta som har behandlats med 0,2% fluorvätesyra, såsom en funktion av behandlingstiden.

Figur 2 är ett SBM-fotografi av en implantatyta behandlad med 02% HF under 30 sekunder i en förstoring på 10.000 gånger, 503 sås 10 15 20 25 30 IW Sju., |v .

Figur 3 är implantatytan i figur 2, i en förstoring pá 52.000 gånger, Figur 4 är ett SEM-fotograñ av ett implantat i förstoring på 10.000 gånger och som har behandlats med 0,2% HF under 90 sekunder, Figur 5 är ytani ñgur 4 i en förstoring på 52.000 gånger.

Figur 6 är ett SEM fotografi av en obehandlad implantatyta i en förstoring på 52.000 gånger.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Syftet för uppfinningen uppnås med hjälp av ett metallimplantat för implantering i benvävnad som har en yta med ett fluorinnehåll i en mängd lika med mängden i en referensimplantatyta som har behandlats med en vattenlösning av fluorvâtesyra som har en koncentration på 0,2 volymprocent vid rumstemperatur under 10-50 sekunder. Rumstemperatur anses normalt vara omkring 21 °C.

I en föredragen utföringsform är metallimplantatet gjort av C.P. (commercially pure) titan eller av en legering av titan. 1 en annan föredragen utföringsform bör innehållet av fluor och/eller fluorjoner och syre i implantatets yta vara lika med mängden därav i referensimplantatytan.

I en tredje föredragen utföringsform bör metallimplantatet för implantering i benvävnad innehålla syre och/eller fluor (och/eller fluorjoner) till en mängd som är lika med den som förekommer i referensimplantatytan efter behandling med 02% vattenlösning av fluorvâtesyra vid rumstemperatur under 30 sekunder. 10 15 20 25 30 1 "IW I' ' i ses ess l Wii Referensimplantatytan som behandlas skall vara tillverkad av titan grade 3, och skall tillverkas medelst svarvning med en genomsnittshastighet av ca 7 meter per minut. Ingen skärvätska skall användas. Skärverktyget skall göras av HSS-stål (high speed steel).

Före behandlingen i fluorvâtesyralösningen skall referensimplantatytan rengöras medelst en standardrengöringsprocedur innefattande följande steg: 1. Behandling med trikloretylen med ultraljudsbehandling under 15 minuter. 2. Sköljning i absolut ren etanol under 10 sekunder. 3. Tre successiva behandlingar med etanol och ultraljudsbehandling, var och en under 10 minuter. Varje rengjort implantat sterilförpaekas sedan i ett Mediplast (TM), Varje rengjort implantat skall sedan sterilförpackas i ett sterilt omslag och steriliseras i en Citomat 162 (TM) (LlC Company) autoklav vid 120°C under 30 minuter.

Exemp' el I diagrammet i ñgur 1 visas resultatet av ett experiment i vilket den kraft som behövs för att avlägsna (trycka ut) väsentligen koniska, ogängade implantat som behandlats i O,2% vattenlösning av fluorvätesyra vid rumstemperatur under olika tidsperioder. Implantaten har tillverkats så att de har en diameter på 2 mm i ena änden, 3 mm vid den andra änden och en total längd på 5 mm. Implantaten har tillverkats av titan grade 3 samt rengjorts och steriliserats i enlighet med ovannämnda förfarande för behandling av referensimplantatytan.

Behandlingstiderna var 10 sekunder, 30 sekunder, 60 sekunder, 90 sekunder, 120 sekunder och 180 sekunder. Uttryckningsprov gjordes och uttryckningskrafterna sus ezå 10 15 20 25 30 11.11 stup' |' v markerades i diagrammet för varje behandlingstid utom för 90 och 180 sekunder.

Innehållet av fluor och syre i ytan på de behandlade implantaten har också markerats i diagrammet för varje behandlingstid. Värdet för ett obehandlat kontrollexemplar är också illustrerat i diagrammet som en behandlingstid på 0 sekunder. Varje värde för testresultaten är ett medelvärde av värdena för fyra implantat som implanterats i tibia hos en kanin och vilka hade lämnats att läka in i benvävnaden under två månader.

En drag/tryckprovningsmaskin lnstron _rnodell_1_1_2_1_, (Instron, Storbritannien) bl.a. omfattande en stödjigg och en kolv inställd för ett belastningsområde på 0-200 N, användes för att mäta den kraft som behövdes för att separera varje implantat från benet. Frästa spår anpassade till stödjiggen gjordes i benvävnaden omgivande implantatets bredare ände i varje prov, och provet placerades på stödjiggen.

Kolven sänktes med en hastighet på 1 mm/ minut och den maximala kraft som krävdes för att separera implantatet från benvävnaden mättes.

Innehållet av fluor och syre mättes medelst en elektronmikroprob (CAMECA camebax) vid SINTEF/SI i Oslo. Resultaten sådana de erhölls med denna utrustning var 13% 0% 0 sek 0.01 5.1 10 sek 0.15 5.5 30 sek 0.11 5.8 60 sek 0.17 5.7 90 sek 0.2 9.4 120 sek 0.23 8.4 180 sek 0.16 11.0 10 15 20 25 30 'pl 'I .I v, ? 503 ess l l Diagrammet illustrerar tydligt de högre värdena för de uttryckningsprov som var resultatet av behandlingstider varierande mellan 10 och 50 sekunder med ett toppvärde vid 30 sekunder. Värdena för återstående behandlingstider och för de obehandlade kontrollexemplaren är lägre även om behandlade implantat generellt har högra värden än obehandlade implantat. Värdena för syre (5,5 till 5,8%) och fluorinnehåll (0,11 till ca 0,15%) i implantatens yta vid behandlingstider mellan 10 och 50 sekunder är lägre än motsvarande värden för övriga behandlingstider.

Det synes följaktligen föreligga en korrelation mellan innehållet av fluor och innehållet av syre hos implantatytan och styrkan av bindningen mellan implantatyta och benvävnad.

Uttryckningsproven utfördes efter en tidsperiod som var så kort som två månader.

Den snabba ökningen av styrkan av bindningen resulterar i att den inläkningsperiod som krävs för att nå en given styrka hos benet avkortas. En användning av behandlingen enligt uppfinningen underlättar således användandet av kirgurgiska förfarandet i ett steg, i synnerhet vid ortopediska tillämpningar, eftersom den tidsperiod som patienten måste vara overksam avkortas.

Figur 3 illustrerar hur implantatytan i stort synes vara opåverkad av behandlingen enligt uppfinningen eftersom ingen effekt kan ses i en förstoring på 10.000 gånger (de ursprungliga spåren efter verktyget har inte påverkats alls), Detta foto skall jämföras med fotot i figur 5, i 10.000 gångers förstoring, som visar en yta som har behandlats längre (90 sekunder) än vad som förutses med föreliggande uppfinning och i vilken den tydliga förändringen av ytan medelst behandlingen ifråga illustreras.

Fig 4, som visar ytan i figur 3 i en förstoring pâ 52 000 gånger bör jämföras med figur 7, som visar en obehandlad yta i en förstoring på 52 000 gånger, och med figur 6, som visar ytan i figur 5 i 52 000 gångers förstoring. Såsom klart framgår l :W 041.1 'i _ 503 essä påverkas ytan behandlad enligt uppfinningen endast föga, de ursprungliga spåren efter verktyget är fortfarande synbara, medan ytan som behandlats under en längre tidsperiod är klart förändrad och är täckt med ett poröst skikt. 5 Ovan användes provimplantat som tillverkats och behandlats på samma sätt såsom referensimplantatytan. Det bör emellertid påpekas att de metallimplantat som skall användas i den kliniska situationen och/eller i forskningen naturligtvis kan tillverkas av vilken metall som helst och behandlas på vilket sätt som helst inom omfånget för kraven förutsatt att implantatytan är ekvivalent med referensytan med 10 avseende på innehållet av fluor och syre.

Uppñnningen hänför sig också till ett förfarande för behandling av metallimplantat före implantering omfattande följande steg 15 - Rengöring och sterilisering av implantatet enligt ett standardförfarande omfattande lösningsmedel och ultraljud, - Doppning av implantatet i en 03% vattenlösning av fluorvätesyra vid en temperatur av 15-25°C under en tidsperiod pä 10-50 sekunder, 20 - Sköljning av implantatet i ett lämpligt medium, företrädesvis destillerat vatten. l en föredragen utföringsform av förfarandet är tidsperioden för behandling av implantatet 30 sekunder och i en annan föredragen utföringsform utföres 25 behandlingen vid en temperatur på 21 °C.

Uppfmningen avser även ett metallimplantat behandlat enligt detta förfarande. 10 15 20 25 30 11-19» 8.|1ï,,' || , 503 638 Uppñnningen avser även användningen av en 0,2% vattenlösning av fluorvätesyra under 10-50 sekunder vid rumstemperatur för behandling av ett metallimplantat för att förbättra dess implanteringsegenskaper.

Claims (14)

503 esš 10 15 20 25 LT I. 111-241... 10 Patentkrav

1. Metallimplantat för implantering i benvävnad, kännetecknat av att ytan på nämnda metallimplantat innehåller fluor och/eller fluorjoner till en mängd likvärdig med den mängd som erhålles medelst behandling av en referensimplantatyta med 0,2% vattenlösning av fluorvâtesyra vid rumstemperatur under 10-50 sekunder.

2. Metallimplantat enligt krav 1, kännetecknat av att nämnda metallimplantat är tillverkat av kommersiellt ren titan eller en legering av titan.

3. Metallimplantat enligt krav 2, kännecknat av att ytan hos nämnda metallimplantat innehåller fluor och/eller fluorjoner en mängd likvärdig med den mängd som erhålles medelst behandling med 02% vattenlösning av fluorvâtesyra vid rumstemperatur under 30 sekunder.

4. Metallimplantat enligt krav 2, kännetecknat av att nämnda yta innehåller fluor och syre i en mängd som är likvärdig med de mängder som förekommer efter behandling med en O,2% vattenlösning av fluorvätesyra vid rumstemperatur under 10-50 sekunder.

5. Metallimplantat enligt krav 4, kännetecknat av att nämnda yta innehåller fluor och syre i en mängd som är likvärdig med den mängd som förekommer efter behandling med 0,2% vattenlösning av fluorvätesyra vid rumstemperatur under 30 sekunder.

6. Förfarande för behandling av metallimplantat före implantering omfattande stegen av 10 15 20 25 WIQ "H 'L 503 638 11 - rengöring och sterilisering av implantatet enligt ett standardförfarande inbegripande lösningsmedel och ultraljud, - nedsänkning av implantatet i O,2% vattenlösning av fluorvätesyra vid en temperatur mellan 15-25°C under en tidsperiod av 10-50 sekunder, - sköljning av nämnda implantat i_ ett lämpligt medium, företrädesvis destillerat vatten.

7. Förfarande enligt krav 6, kännetecknat av, att nämnda tidsperiod är 30 sekunder.

8. Förfarande enligt krav 6, kännetecknat av, att nämnda behandling utföres vid 21°C.

9. Förfarande enligt krav 7, kännetecknat av, att nämnda behandling utföres vid 21°C.

10. Metallimplantat för implantering i benvävnad, kännetecknat av att nämnda implantat har behandlats med förfarandet enligt något av kraven 6-9.

11. Metallimplantat för implantering i benvävnad, som erhålles medelst behandling med O,2% vattenlösning av fluorvätesyra vid rumstemperatur under 10-50 sekunder.

12. Användning av en O,2% vattenlösning av fluorvâtesyra under 10-50 sekunder vid rumstemperatur för att behandla ett metallimplantat för att förbättra implanteringsegenskaperna. wlflll ".|_1,..| 'v , 5 0 3 6 3 S* ' 12 knat av att implantatets

13. Metallimplantat för implantering i benvävnad, kännetec yta innehåller fluor och/eller fluorjoner till en mängd av 0,11 till 0,15% mätt med en elektronmikroprob (Electron rnicroprobe). nat av att implantatytan innehåller 5

14. Metallimplantat enligt krav 13, känneteck syre till en mängd av 5,5-5,8% mätt med en elektronmikroprob. 10 15 20 25 30