WO2010097413A1 - Implant, at least partially comprising a composite material, intermediate composite product and method for producing an implant - Google Patents

Implant, at least partially comprising a composite material, intermediate composite product and method for producing an implant Download PDF

Info

Publication number
WO2010097413A1
WO2010097413A1 PCT/EP2010/052347 EP2010052347W WO2010097413A1 WO 2010097413 A1 WO2010097413 A1 WO 2010097413A1 EP 2010052347 W EP2010052347 W EP 2010052347W WO 2010097413 A1 WO2010097413 A1 WO 2010097413A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
titanium
component
magnesium
implant
individual bodies
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/052347
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Heinrich K. Feichtinger
Peter Uggowitzer
Original Assignee
Jossi Holding Ag
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 Jossi Holding Ag filed Critical Jossi Holding Ag
Publication of WO2010097413A1 publication Critical patent/WO2010097413A1/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
    • A61L27/40Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/42Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having an inorganic matrix
    • A61L27/427Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having an inorganic matrix of other specific inorganic materials not covered by A61L27/422 or A61L27/425
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/30767Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/32Joints for the hip
    • A61F2/34Acetabular cups
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/3094Designing or manufacturing processes
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/0077Special surfaces of prostheses, e.g. for improving ingrowth
    • A61F2002/0086Special surfaces of prostheses, e.g. for improving ingrowth for preferentially controlling or promoting the growth of specific types of cells or tissues
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2002/30001Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30003Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis
    • A61F2002/30004Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis the prosthesis being made from materials having different values of a given property at different locations within the same prosthesis
    • A61F2002/30032Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis the prosthesis being made from materials having different values of a given property at different locations within the same prosthesis differing in absorbability or resorbability, i.e. in absorption or resorption time
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2002/30001Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30003Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis
    • A61F2002/30004Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis the prosthesis being made from materials having different values of a given property at different locations within the same prosthesis
    • A61F2002/30051Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis the prosthesis being made from materials having different values of a given property at different locations within the same prosthesis differing in corrosion resistance
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2002/30001Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30108Shapes
    • A61F2002/30199Three-dimensional shapes
    • A61F2002/30289Three-dimensional shapes helically-coiled
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2002/30001Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30316The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
    • A61F2002/30329Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements
    • A61F2002/30451Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements soldered or brazed or welded
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/30767Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2/30907Nets or sleeves applied to surface of prostheses or in cement
    • A61F2002/30909Nets
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/30767Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2/30907Nets or sleeves applied to surface of prostheses or in cement
    • A61F2002/30909Nets
    • A61F2002/30914Details of the mesh structure, e.g. disposition of the woven warp and weft wires
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/30767Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2/30907Nets or sleeves applied to surface of prostheses or in cement
    • A61F2002/30909Nets
    • A61F2002/30915Nets made of a stack of bonded perforated sheets, grids or wire meshes
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/30767Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2002/3093Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth for promoting ingrowth of bone tissue
    • 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
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/3094Designing or manufacturing processes
    • A61F2002/30967Diffusion bonding
    • 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
    • A61F2220/00Fixations or connections for prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2220/0025Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements
    • A61F2220/0058Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements soldered or brazed or welded
    • 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
    • A61F2230/00Geometry of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2230/0063Three-dimensional shapes
    • A61F2230/0091Three-dimensional shapes helically-coiled or spirally-coiled, i.e. having a 2-D spiral cross-section
    • 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
    • A61F2250/00Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2250/0014Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof having different values of a given property or geometrical feature, e.g. mechanical property or material property, at different locations within the same prosthesis
    • A61F2250/003Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof having different values of a given property or geometrical feature, e.g. mechanical property or material property, at different locations within the same prosthesis differing in adsorbability or resorbability, i.e. in adsorption or resorption time
    • 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
    • A61F2250/00Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2250/0014Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof having different values of a given property or geometrical feature, e.g. mechanical property or material property, at different locations within the same prosthesis
    • A61F2250/0054Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof having different values of a given property or geometrical feature, e.g. mechanical property or material property, at different locations within the same prosthesis differing in corrosion resistance
    • 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
    • A61F2310/00005The prosthesis being constructed from a particular material
    • A61F2310/00011Metals or alloys
    • A61F2310/00023Titanium or titanium-based alloys, e.g. Ti-Ni alloys
    • 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
    • A61F2310/00395Coating or prosthesis-covering structure made of metals or of alloys
    • A61F2310/00407Coating made of titanium or of Ti-based alloys
    • 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
    • A61F2310/00395Coating or prosthesis-covering structure made of metals or of alloys
    • A61F2310/00419Other metals
    • A61F2310/00425Coating made of magnesium or of Mg-based alloys
    • 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
    • A61F2310/00802Coating or prosthesis-covering structure made of compounds based on metal hydrides
    • A61F2310/00808Coating made of titanium hydride

Definitions

  • Implant at least partially consisting of a composite material, intermediate composite product and method for producing an implant
  • the invention relates to an implant, at least partially consisting of a composite material comprising a titanium-containing first component and a magnesium-containing second component, according to the preamble of claim 1, an intermediate product for producing a composite material according to the preamble of claim 7, and a method for producing an implant at least partially consisting of a composite material according to the preamble of claim 16.
  • Medical implants are known in a variety of forms, in the present case are meant by this term, especially endoprostheses, as they are used in body joints or in dental prosthetics.
  • a variety of materials are used, eg stainless steels, cobalt-chromium-molybdenum alloys and titanium alloys.
  • a particular problem is the anchoring of the endoprostheses in the peripheral bone tissue.
  • Biotolerant and bioinert materials, such as stainless steels or cobalt-chromium-molybdenum alloys require the solid anchoring of, for example, the stem of a hip joint endoprosthesis, the use of a cement high precision when fitting the endoprosthesis requested by the surgeon.
  • titanium and its alloys which exert an osteoinductive effect on peripheral bone tissue, in particular with favorable surface design, whereby it augments to the surface of the endoprosthesis and forms a firm connection with it.
  • This positive property of titanium surfaces is mainly due to the oxide layer spontaneously formed on titanium surfaces. which has hydroxyl groups to which protein molecules can dock.
  • the adhesion between bone tissue and a smooth implant surface improves in bulk as this surface is enlarged or patterned.
  • Such a structure can be produced both reductively, with erosive as well as additive, with applying methods.
  • Reductive methods of machining the titanium surface include e.g. Turning, sandblasting, acid etching and electrochemical oxidation.
  • a topography with desired roughness depth is produced by sandblasting with special abrasion materials, which is subsequently exposed to a special etching in a second step, whereby a surface with improved osteoinductive properties is formed.
  • Additive methods include, for example, the group of TPS methods in which titanium hydride powder with plasma gas is applied to the surface of the implant in a vacuum chamber, wherein the spray parameters are selected to provide an open-pore titanium structure which provides improved osseointegration allows.
  • the favorable effect of such an O ber Formation which is compared to a smooth increased by about six times, can be increased by an additional coating, for example with hydroxyapatite.
  • the TPS method and also other methods, as used in particular for dental implants are summarized in a book by W. Bücking and R. Suckert (Bücking, W. and Suckert, R .: "Implant Prosthetics", New Merkur Verlag, 1995). US Pat. No.
  • 6,849,230 describes another method for producing a porous bone-like structure.
  • titanium hydride is heated together with saline spheres, which are in a packing similar to the closest packing, and a suitable binder in a negative pressure zone, after removal of the binder, upon further heating, decomposition of the titanium hydride and formation of a pure titanium phase firmly sintered on further heating.
  • An essential step of the inventive concept is that the temperature is carried to a range where the common salt is removed by melting and evaporation from the open-pore titanium structure, after which a bone tissue-like structure remains.
  • fasteners for bones such as plates, screws or nails, for example, whose task is temporarily to fix the bone tissue on both sides of a breakage and immobilize until the break point has grown together again. Once this is the case, these fasteners must be in a second surgical procedure again be removed, which is an additional burden on the patient.
  • magnesium ions released during the corrosion process together with the increase in pH, lead to local precipitation of calcium phosphates, which are converted into functioning bone tissue in the subsequent process of osseointegration so that the previously occupied by the implant cavity after completion of the healing process is largely filled by new bone tissue.
  • This concept of magnesium-induced bioactivation has also been used in endoprostheses by vapor-depositing magnesium or a magnesium alloy onto the surface of a stainless steel implant, for example, or by ion implantation into this surface. If one takes into account that the amounts of magnesium offered are relatively small, then only a short-term osteoinductive effect can be maintained.
  • WO2008 / 122594 describes an implant having an open-pored three-dimensional framework structure made of a first, non-particulate material, wherein the pores are filled with a second, particulate material.
  • First or second material may consist of metal, such as titanium or magnesium, wherein at least one material is biodegradable.
  • WO2008 / 122595 discloses an implant having an open-pore three-dimensional framework structure made of a first, non-particulate material, wherein the pores are filled with a second, likewise non-particulate material.
  • First or second material may consist of metal, such as titanium or magnesium, wherein at least one material is biodegradable.
  • An object of the present invention is to avoid the disadvantages of the known and in particular to provide an implant of the type mentioned, which has osteoinduktiv properties and allows the ingrowth of bone tissue in an advantageous manner. This object is achieved with an implant according to claim 1.
  • the implant according to the invention consists at least partially of a composite material comprising a first titanium-containing component and a second magnesium-containing component.
  • a composite material comprising a first titanium-containing component and a second magnesium-containing component.
  • the Composite is obtainable by diffusion bonding single bodies of the first component using titanium hydride particles in the presence of single bodies of the second component, which fuse together during diffusion bonding.
  • the individual bodies of the second component have a maximum width of 0.05 mm to 1 mm before the fusion.
  • the two welded or fused components are arranged statistically regularly and / or in a periodically repeating pattern.
  • the width here is to be understood as meaning the smallest external dimension of the individual body measured at right angles to its longitudinal axis, thus e.g. the outer diameter of an ellipsoid or the smallest narrow side of a prism.
  • individual wires or shaped bodies made of individual wires, such as helices can be regarded as a single body.
  • the pattern of the first titanium-containing component has substantially the shape of an open-pore network structure after the diffusion bonding.
  • the magnesium-containing component largely fills the pores of the network structure of the first component after the fusion. It itself forms a magnesium-containing network structure which extends within the pores of the titanium-containing network structure of the first component.
  • the magnesium-containing network structure is dissolved by contact with body fluids, whereby calcium phosphate is precipitated.
  • the advantage of such a structure is that initially there is an implant which has a high strength and only gradually begins to form an osteoinductive open-pore network structure. Furthermore, the growth of new bone cells is due to the dissolution of the magnesium-containing component and the resulting Prevented precipitation of calcium phosphate in the pores of the network structure of the first, titanium-containing component favors.
  • the pattern of the first, titanium-containing component is obtainable by diffusion bonding of the individual bodies of the first component to one another.
  • the use of titanium hydride particles allows for diffusion bonding at lower temperatures than when no titanium hydride particles are used.
  • the individual bodies of the first component can consist only of titanium hydride particles, which in the case of diffusion welding decompose into titanium and hydrogen and form a network structure of titanium.
  • the first component may also consist of individual bodies of titanium or a titanium alloy, which are mixed with titanium hydride particles and / or coated.
  • the single bodies of the second magnesium-containing component preferably include magnesium, a magnesium alloy, a magnesium salt or mixtures thereof.
  • the second component may also contain further salts, preferably calcium salts, such as calcium fluoride, calcium chloride and / or calcium oxide.
  • the advantage of using magnesium salts is that they also release oxy-inductive magnesium ions during the dissolution process, but without the simultaneous formation of hydrogen, as is typical for the corrosion of metallic magnesium or its alloys.
  • the addition of calcium salts has the advantage that the liberated during the dissolution Calciu- ions increase the solubility of calcium phosphate.
  • the individual bodies of the second component are arranged statistically regularly like those of the first component and / or in a periodically repeating pattern.
  • the individual bodies of the second component fuse together to form a magnesium-containing network structure which covers the pores of the titanium-containing network structure.
  • tur which results from the diffusion bonding of the first component, largely fills.
  • the composite material obtains its stable solid structure after diffusion bonding.
  • the individual bodies of the second, magnesium-containing component have a maximum width of 0.05 mm to 1 mm. By using individual bodies in this size, pores can be produced in the network structure of the first component in the composite material, which have an optimum osteoinductive size.
  • the composite is bonded to the surface of an implant.
  • the implant preferably has a metallic base body.
  • the implant has a base body of titanium or a titanium alloy.
  • the composite material is preferably connected by welding to the implant surface. The welding of the composite preferably takes place in the same step as the diffusion bonding of the individual bodies of the first component. Titanium implants are stable, have good biocompatibility and are well established in the market. Because the mesh structure of the first component is titanium or a titanium alloy and is welded to the body, the composite forms an osteoinductive surface of the same or similar material on the implant.
  • titanium hydride particles in addition to the optionally present individual bodies of titanium or a titanium alloy is an essential prerequisite for the production of the composite material according to the invention on an implant.
  • care must be taken that the temperature during diffusion bonding does not rise above the transformation temperature of the titanium alloy used.
  • the welding process eg without titanium hydride only with titanium powder proved to be used for the sintering of these particles temperatures in the range above 1100 0 C in which the structure of the titanium implant body would already be damaged.
  • Another disadvantage of high welding temperatures is also the risk of excessive loss of the magnesium-containing component, since the vapor pressure of magnesium above 900 0 C assumes very high levels.
  • titanium hydride is used as an aid.
  • the use of titanium hydride also allows for welding to other metallic or ceramic implant surfaces.
  • the composite material may alternatively be connected to the surface of a ceramic implant.
  • titanium hydride is an important component in addition to other metallic components, because the titanium hydride is split into hydrogen and highly active reducing titanium when heated, which reacts with the superficial oxygen atoms of the ceramic.
  • a metallization occurs, wherein the metallic components of the solder wet the ceramic surface and connect to it.
  • the use of titanium hydride in the first component similarly enables the bonding of the composite to the ceramic implant in the same process step as the diffusion bonding of the single bodies of the first component.
  • this can be used to provide or coat a joint-stem implant, such as, for example, an acetabular cup, with the osteoinductive composite material according to the invention.
  • the basic implant body can consist of the composite material according to the invention as a whole.
  • only certain areas of the implant base body may consist of the composite material.
  • the composite material according to the invention can be present on the entire surface of the implant base body or only on partial areas thereof.
  • the first titanium-containing component preferably consists of individual bodies with a maximum width of 1 mm and a maximum length of 5 mm. These are preferably circular in cross section single body. Alternatively, the individual bodies may be elongated, such as wire pieces. If the maximum dimensions of the individual bodies of the first component are complied with, then, after the diffusion bonding of the individual bodies, a network structure with pores is formed which has an optimum geometry and size for the ingrowth of bone cells.
  • the individual bodies of the first component may have a maximum width of 1 mm and a length of at least 10 mm, more preferably at least 50 mm, the bodies preferably being helical.
  • the network structure of the first titanium-containing component is composed of diffusion-bonded helices joined together.
  • the helical structure of the individual bodies is preferably such that an envelope around the helically extending individual bodies has a maximum diameter of 3 mm. Helically extending single bodies in the first component result in a composite in which the first component and the second component are arranged in a periodically repeating pattern.
  • Another object of the invention is to provide an intermediate for producing an osteoinductive composite required. This object is achieved with an intermediate composite product according to claim 7.
  • the intermediate product according to the invention for producing a composite material consists of individual bodies of a first titanium-containing component and individual bodies of a second magnesium-containing component.
  • the individual bodies of both components are arranged such that they are in contact with each other.
  • the individual bodies of the first component are mixed or coated with particles of titanium hydride.
  • the individual bodies of the first component consist of titanium hydride.
  • the individual bodies of both components have a maximum width of 0.05 mm to 1 mm.
  • Such an intermediate product according to the invention for producing a composite material has the advantage that the individual bodies of the first titanium-containing component are diffusion welded together by heating and thus form a titanium-containing network structure.
  • the individual bodies of the second magnesium-containing component will fuse together by the heat and form a second magnesium-containing network structure, which largely fills the pores of the first titanium-containing network structure.
  • Such a composite material has good osteoinductive properties.
  • the magnesium-containing network structure will dissolve in contact with body fluid and allows the ingrowth of bone cells into the first titanium-containing network structure.
  • the particles of titanium hydride preferably have a particle size of not more than 0.05 mm. This leads to an optimal distribution of the titanium hydride particles within the first component or as a coating on the individual bodies of the first component.
  • the magnesium-milled particles of the second component are intended to determine the ometric character of the network structure, which is only possible if the titanium hydride particles are much smaller than these.
  • the fineness of the titanium hydride particles due to the shorter diffusion paths, enables a faster elimination of the hydrogen and, due to the higher specific surface area, also a higher sintering activity, which has a favorable effect on the diffusion bonding.
  • a further advantage of a finer particle size of the particles of titanium hydride lies in the fact that the welding of the resulting correspondingly finer titanium particles in the first sintering phase leads to a finely structured surface of the first titanium-containing component.
  • the particles of titanium hydride and the individual bodies of the second component are preferably mixed with a binder.
  • the mass formed thereby is preferably pressed into a shaped body.
  • a statistical distribution of the individual bodies of the second component and the particles of titanium hydride can be achieved.
  • a composite material according to the invention can be produced from such an intermediate composite product.
  • the mass of the intermediate product is very easy to shape and can be easily pressed to form a molded body of any shape.
  • the particles of titanium hydride may be mixed with the individual bodies of the first titanium-containing component as well as the individual bodies of the second magnesium-containing component and a binder.
  • the mass thus obtained is preferably pressed into a shaped body.
  • the presence of the individual bodies of the first titanium-containing component in addition to the particles of titanium hydride allows the moldability of the mass as well affect the distribution of titanium-containing material and magnesium-containing material in the mass.
  • the individual bodies of the first component can preferably consist of wire sections made of titanium or a titanium alloy which are preferably circular in cross-section. More preferably, the individual bodies of the second component of preferably circular cross-section wire sections made of magnesium or a magnesium alloy.
  • the wire sections of the first component are preferably coated with titanium hydride. Alternatively, particles of titanium hydride may be mixed with the wire sections of the first and second components. By cross-sectionally preferably circular wire sections, the intermediate composite product can be easily produced.
  • the pieces of wire have a length which is preferably between 50% and 150% of their diameter.
  • the wire sections have a length which corresponds to their diameter.
  • the individual bodies of the first component consist of wires made of titanium or a titanium alloy and the individual bodies of the second component consist of wires made of magnesium or a magnesium alloy, the wires of both components being connected to form a braid, a woven fabric or a knitted fabric are.
  • the intermediate composite product has a plurality of strands of wires, twisted together, of the first and second components, which are arranged side by side and / or one above the other on a metallic or ceramic base body.
  • the strands consist of at least one wire of titanium or a titanium alloy and at least one wire of magnesium or a magnesium alloy.
  • the titanium-containing wire is at least partially coated with titanium hydride.
  • the number and diameter of the titanium and magnesium wires twisted together depends on the desired volume fraction of the two components within the composite to be produced. Strands of wires twisted together have the advantage that by simple twisting of wires regular network structures of the first as well as the second component can be produced. In the finished composite material then the wires of the first titanium-containing component are due to the twisting in helical form, in the second magnesium-containing component, this strict geometric helical arrangement is canceled by the melting process.
  • Another object of the present invention is to provide a method of making an implant having osteoinductive properties. This object is achieved by the method according to claim 16.
  • the method according to the invention comprises the following steps for producing an implant which consists at least partially of a composite material comprising a titanium-containing first component and a second magnesium-containing component.
  • a first component is presented, which consists of particles of titanium hydride and optionally individual bodies of titanium or a titanium alloy.
  • the first and second components are brought together to form an intermediate composite product, so the individual bodies of the two components touch each other statistically and / or in a periodically repeating pattern.
  • the intermediate product is then optionally heated under pressure, until the dissociation of the titanium hydride to titanium and the formation of diffusion bonds between the individual bodies of the first component and to the fusion of the single body of the second component with each other.
  • the first component contains particles of titanium hydride.
  • the first component may optionally also include titanium single body or a titanium alloy.
  • the titanium hydride allows the formation of diffusion bonds at lower temperatures compared to pure titanium or a titanium alloy.
  • the first and second components are brought together. Depending on how the two components are brought together, the individual bodies of the two components touch each other statistically and / or in a periodically repeating pattern. The regularity and / or periodicity of the touches can be influenced by suitable choice of the individual bodies in terms of their dimensions and shape and by their quantitative ratio to one another.
  • the intermediate composite product produced by bringing the two components together is heated so that the titanium hydride dissociates to titanium and hydrogen and the freshly formed titanium particles form diffusion bonding sites with one another and with any titanium-containing bodies of the first component.
  • the individual bodies of the second component also fuse together.
  • the individual bodies of the second component preferably have a maximum width of 0.05 mm to 1 mm.
  • the volume occupied by the single bodies of the second component before melting defines the pattern of the network structure of the first component.
  • the use of individual bodies with a maximum width of 0.05 mm to 1 mm results in the composite material with a titanium-containing network structure, which is optimally suitable for the ingrowth of bone cells.
  • the heating can be done either at positive or negative pressure. In order to avoid reactions between the titanium hydride and the air, the heating may alternatively be carried out under a protective gas atmosphere.
  • a binder such as e.g. in the powder metallurgy of titanium alloys.
  • the binder can be completely removed by the heat of the process in the sense of a debindering, without leaving any residues, which can adversely affect growing into the titanium-containing network structure bone cells.
  • the particles of titanium hydride are present in a viscous mass which is easy to handle and which has e.g. easy to press into a mold.
  • single bodies of titanium or a titanium alloy can be admixed to the mass of the binder and the titanium hydride particles.
  • the statistical regularity and / or the periodically repeating pattern of the contact points between the individual bodies of the two components can be additionally influenced.
  • this can be adapted to the statics of the composite material.
  • the individual bodies of the first component may be coated or coated with titanium hydride particles.
  • a binder can also be mixed in this case.
  • the mass of titanium hydride particles and binder is particularly preferably mixed with the individual bodies of the second magnesium-containing component and applied to an implant base body.
  • the application may take a variety of forms, e.g. by brushing, spraying or by pressing done, the adhesive effect of the binder can be used.
  • a part of an implant can be provided with a composite material which has osteoinductive properties and allows the ingrowth of bone cells.
  • the implant base body may be partially coated with titanium hydride, in order to achieve a better weld between the first component and the implant body.
  • the individual bodies of the first and second components can consist of cut pieces of wire.
  • titanium- and magnesium-containing wires are cut to a suitable length.
  • the properties of the network structures formed by the components can be influenced; for example, wire sections whose length corresponds to their diameter preferably arrange statistically, while wire sections whose length exceeds the diameter yourself preferably store parallel to each other, which leads, for example, to directional mechanical properties.
  • a further alternative embodiment of the method according to the invention also provides that the individual bodies of the first and the second component consist of wires or pieces of wire which are brought together in such a way that at least one wire or piece of wire of the first component with at least one wire or piece of wire of the second component twisted a strand. If wires are twisted, then a relatively long strand can be produced, which can be wound, for example, around an implant main body. However, it is also possible to divide the twisted strands into shorter sections. Such pieces of wire can be welded, for example, as a bed of composite material bez. merge. The shell diameter of these strands may be e.g. can also be chosen equal to the length, whereby the strands preferably randomly arrange in a bed, but at the same time there is a periodicity of the sequence of titanium and magnesium-containing components within the single strands.
  • wires of the first and second components may first be twisted together into a strand. This strand is then divided into partial strands and pressed onto an implant body. The partial strands can also be pressed into a mold.
  • Another embodiment for producing certain structures based on titanium- and magnesium-containing wires is that the wires are wound into spirals by a known winding method, the spirals subsequently being cut into shorter sections and optionally pressed with a binder into a composite body where the spiral Body of the two components partially interlock.
  • the spiral body of the first component can be precoated with titanium hydride, but it is also possible to introduce the titanium hydride only with the binder in the bed.
  • At least one wire of each component may be tangled together.
  • the volume fractions of the two components can be varied, e.g. by different feeding speeds of the wires when tangled.
  • the wire of the first component may preferably be precoated with titanium hydride, but it is also possible to add the titanium hydride particles together with the binder during or after the entanglement process.
  • the idea according to the invention is an osteoinductive composite zone for anchoring an implant in peripheral bone tissue, which in the sense of the independent claim consists of areas of a magnesium-containing metallic and / or salt-like phase and optionally areas of a titanium-containing metallic phase is formed, wherein the areas at least along a spatial axis have a diameter between 0.05 and 1 mm and are arranged in statistical and / or periodic manner to each other so that it comes to frequent contact with areas of the surface of its own and the other phase, at least the regions of the one component being in diffusion bonding via titanium regions resulting from dissociation of titanium hydride particles with a maximum grain size of 0.05 mm and that the magnesium-containing phase in contact with body fluid with salt-like character in a solubility process and metallic character in the sense of a corrosion process with release of magnesium ions according to their composition and geometry with the formation of calcium phosphate in a timely controlled manner in a solution, after which augmentation of the peripheral bone tissue by conversion of the calcium phosphate in these
  • the inventive idea also includes a method for producing such an osteoinductive composite zone, wherein areas of a magnesium-containing phase, optionally areas of a titanium alloy and titanium hydride particles, which are preferably in admixture with a binder or adhesive, such as in powder metallurgy injection molding is used to form a composite body which either forms the entire implant or is applied to the surface of an implant body, this composite body or composite in an optional first phase corresponding to the nature of the binder or adhesive De bindering on a it is heated in a second phase at gradually increasing temperature under reduced pressure and / or inert gas, which leads to the dissociation of the titanium hydride to titanium with elimination of hydrogen and that d the heating process is conducted in a third phase up to a temperature, where it comes to the diffusion bonding of the newly formed titanium phase with at least one of the adjacent phases and the optional implant body, wherein at the same time either comes to melting and crosslinking of the magnesium-containing phase.
  • a binder or adhesive such as in powder metallurgy
  • this composite zone thus consists of a network of a permanently remaining in the body and kraftorderden metal phase, preferably titanium or a titanium alloy and in its cavities second cohesive network of a magnesium-containing phase, which in the production phase in the sense of a placeholder the shape of the determines in the second phase after implantation via the onset of contact with body fluid dissolution process an osteoinductive network of cavities, which favors the ingrowth of bone cells, whereby the mechanical stability of the existing metallic network is additionally increased.
  • Titanium hydride thus makes it possible, in accordance with the invention, to produce a titanium- and magnesium-containing layer not only on a large number of metallic but also ceramic materials.
  • FIGS. 2a-2d show various phases in the production and after implantation of a second embodiment of an implant according to the invention with osteoinductive composite material on the surface in a sectional view; 3a-3e different phases in the production of a third embodiment of an inventive osteoinductive composite material in a sectional view,
  • FIG. 6b shows a cross section through the intermediate composite product from FIG. 5a along the axis
  • FIG. 8 shows an embodiment of an implant according to the invention with a surface made of a composite material
  • FIG. 9 shows a section through a further embodiment of an inventive implant with a composite material on the surface
  • FIG. 13 shows a further embodiment of an osteoinductive composite material which contains an elastically resilient reinforcement.
  • FIGS. 1 a to 1 d show a first variant of a production method of an implant 1 according to the invention, in which the implant 1 is provided with a composite material 2.
  • individual bodies of a magnesium-containing component 4 in admixture with titanium hydride particles which are preferably previously mixed with a binder, as used, for example, in the powder metallurgy of titanium alloys, are mixed to form a mass 5 and placed on an implant 1 applied.
  • the applied mass can be pressed into a shaped body, so that a desired surface shape is formed.
  • the individual bodies of the magnesium-containing component 4 may consist of a mixture of at least one magnesium salt and / or at least one metallic magnesium alloy.
  • the individual bodies can have shapes that can go from approximately centrally symmetric spherical up to the extremely elongated geometry of a wire, the width of which is between 0.05 and 1 mm.
  • implant 1 to which the mass 5 is applied to form a composite material 2, preferably consists of titanium or a titanium alloy.
  • implant 1 can also be made of a different metal or even of a ceramic mass, since titanium hydride is frequently used in soldering materials for producing metal-ceramic compounds, it being able to metallize the surface of a ceramic due to its high reducing power and to make it suitable for the soldering process.
  • Figure Ib shows a state after the composite of implant body 1 and mass 5 described in Figure Ia was subjected to a thermal aftertreatment.
  • the binder with which the titanium hydride particles have been mixed into mass 5 is removed in the manner of debindering, depending on its chemical nature, with a solvent and / or by careful thermal heating.
  • the binder must in any case be designed in a physical and chemical manner so that it does not react with the titanium-containing component, or the process of debindering should be completed before the titanium hydride dissociates on further temperature increase to titanium and hydrogen, because the statu nascendi formed fine-grained titanium has a high chemical reactivity and would also with small traces of eg oxygen, nitrogen Substance or carbon react.
  • the further heating in particular the dissociation of the titanium hydride, must be carried out under reduced pressure and / or a suitable protective gas such as argon, in order to avoid a reaction between titanium and the gas atmosphere.
  • a suitable protective gas such as argon
  • the three-dimensional relationship of the network structure 7 is - especially in the case of salt-like magnesium-containing single body 4- supported by the wetting behavior, because while the magnesium-containing single body 4 naturally show good wetting among each other, this is much worse against the pure titanium. This behavior is known from the industrial production of titanium via the Kroll process, where the magnesium and titanium systems are also in contact at high temperatures.
  • FIG. 1c shows the state some time after the composite of implant 1 and composite 2 has been implanted peripherally to bone tissue 15.
  • the magnesium-containing component is a mixture of one or more magnesium salts, for example magnesium chloride, a gradual dissolution process occurs with the release of magnesium ions.
  • the magnesium-containing second component is a metallic magnesium alloy, the dissolution occurs as part of a corrosion process with simultaneous release of hydrogen. In both cases, the dissolution kinetics are determined, on the one hand, by the stability of the network structure 7 and, on the other hand, by the geometry of the cavity system formed thereby, which determines the proportion and extent of the mass transfer processes occurring via diffusion and convection.
  • the network structure 7 can also consist of a mixture of metallic and salt-like proportions, wherein the amount of the components can be chosen in particular in connection with their dissolution rate and with regard to the reduction of the undesirable in the corrosion of the network structure 7 amount of hydrogen ,
  • the dissolution of the network structure 7 leads to the precipitation of calcium phosphate 12.
  • two osteoinductive principles are used in combination: on the one hand, this is the growth-promoting effect of a titanium structure 6 of optimum geometry, on the other hand the favorable effect of a long-term directed diffusion of magnesium ions, which flows off in a continuous manner by the degradation of the network structure 7 in the direction of the peripheral bone tissue 15 and favors the precipitation of calcium phosphate 12.
  • 1 d shows the later final state in which the bone tissue 15 is augmented by conversion of the calcium phosphate 12 into new bone cells 16 in the titanium structure 6 of the composite material 2. is animal.
  • a composite zone has now developed between the implant 1 and the bone tissue 15, in which shearing forces that exist between the rigid metallic implant 1 and the more elastic bone tissue 15 can be reduced in an efficient manner.
  • the different bending behavior between a fully metallic implant 1 and the surrounding bone tissue 15 can be adjusted, which could otherwise lead to dangerous shear stresses at the periphery of the implant 1 and the bone tissue 15.
  • This first and simplest variant of an inventive implant 1 which at least partially consists of a composite material 2, uses only the titanium structure 6 formed from the dissociation of titanium hydride as a framework for the embedding of the network structure 7 of the magnesium-containing component. After dissolution of the magnesium-containing component, the titanium structure 6 forms osteoinductive cavities into which new bone cells 16 can augment. At the same time, the titanium structure 6 serves to form diffusion bonds 10 even at low temperatures, which results in a stable connection of the composite material 2 with the implant 1, so that the forces coming from the bone tissue 15 can be reliably transmitted to the implant 1.
  • FIG. 2 a shows a second alternative embodiment of a manufacturing method of an implant 1 according to the invention, which at least partially consists of a composite material 2, which leads to increased mechanical stability.
  • the composite material 2 is constructed in addition to the individual bodies 4 of the magnesium-containing second component and also of individual bodies 3 of a titanium alloy.
  • the individual bodies 3,4 are applied to the coating in the presence of titanium hydride, which is preferably mixed with a binder to give a composition 5 Part of the surface of the implant 1, preferably using a shaping process, applied or pressed.
  • FIG. 2b shows, in a broad analogy to FIG. 1b, the state as it appeared after debindering and the dissociation of the mass 5 shown in FIG. 2a and its sintering into titanium structure 6.
  • diffusion bonding occurs here at the contact points 13 of the titanium-containing individual bodies 3, resulting in a net-like three-dimensional structure 8 of the titanium alloy, which is additionally connected to the surface of the implant 1 via diffusion bonds 14, this surface being diffusion-bonded 10 also associated with the resulting from the decomposition of titanium hydride titanium structure 6.
  • the magnesium-containing particles 4 are fused via the contact points 11 into a coherent phase 7.
  • FIG. 2 c shows, analogously to FIG. 1 c, a situation where implant 1 according to the invention has been implanted peripherally to bone tissue 15. Again, there is the controlled dissolution of the magnesium-containing network structure 7 with successive precipitation of calcium phosphate 12th
  • FIG. 2d shows, analogously to FIG. Id, the end state occurring after a prolonged period after implantation, in which the bone tissue 15 is augmented by new bone cells 16 into the titanium mesh structure 7 of the composite material 2.
  • the composite material 2 is applied as a surface coating, with the aim of the implant 1 in a cement-free manner mechanically stable to connect with peripheral bone tissue 5.
  • the composite material 2 itself as a whole implant, whereby the production according to FIGS. 2a-2d is preferably chosen because of its higher mechanical stability, since the stiffening effect of the implant 1 is missing.
  • the mechanical behavior of the implant can be predetermined within wide limits.
  • this mixing ratio in a strategic manner within the implant body, so that zones of high rigidity and zones of high elasticity are combined in an implant body so that the implant can meet the mechanical requirements in the body in an optimal manner.
  • FIG. 3 shows a further variant of the structure of a composite layer consisting of magnesium- and titanium-containing particles.
  • a layer 9 consisting of a mass 5 of a binder and fine-grained titanium hydride particles is applied to the surface of an implant.
  • 3b shows the next step, in which preferably round and almost equal particles of the magnesium-containing component 4 are at least partly pressed into the still soft layer 9.
  • This can e.g. By soaking in a fluidized bed of fluidized particles, by "breading", ie contact of the still liquid and adhesive layer 9 with a loose layer of the particles of the magnesium-containing component 4 or by pneumatic spin-coating of these particles onto the binder layer
  • the aim is to produce a monolayer of the particles of the magnesium-containing components 4 on the implant body 1 which, in accordance with the viscosity and thickness of the layer 9 and the kinetic energy of the particles, leads to more or less deep enclosure of these particles with the layer 9. If the particles can be largely enveloped by the layer 9, can be started after the solidification of the layer 9 already with the thermal treatment, the further process steps in analogy to Figures 1 and 2 take place.
  • FIG. 3 c shows an optional further step in FIG. 3 b if the particles of the magnesium-containing layer 4 are to be enclosed by the layer 9 in a precisely defined manner.
  • a secondary layer 9 'of titanium hydride and binder layer is applied to the first layer 9.
  • Fig. 3d shows the condition after the coating has been subjected to a thermal treatment according to Fig. 3c.
  • the binder was first removed analogously to Figures 1 and 2 and subsequently the titanium hydride particles are split into titanium and hydrogen, whereupon the formation of a network structure of titanium 6 as well as diffusion bonds 10 between the implant body 1 and the mesh structure 6 of titanium occurs.
  • the particles of the magnesium-containing component 4 have contact points 11 to their neighbors, merging occurs and the formation of a network structure 7 of the second component occurs.
  • Figure 3e shows the last step in which a part of the surface of the composite e.g. is removed by a cutting or grinding process so far that a new O ber Designs arises, which consists of truncated areas of the network structure 7 of magnesium and the titanium-containing network structure 8.
  • the particular advantage of this variant is given by the fact that all magnesium-containing areas are accessible for the corrosion process with body fluid.
  • both the magnesium-containing individual bodies consist of a wire 20 made of magnesium, preferably a magnesium alloy, and also the titanium-containing individual bodies consist of a wire 21 made of titanium, preferably a titanium alloy. as shown in Figure 4a.
  • the diameter of the wires 29 is preferably from 0.05 to 1 mm, but more preferably between 0.35 and 0.6 mm, in order to achieve an optimal osteoinductive effect for the future titanium structure 6.
  • FIG. 4b shows a first working step, in which both wires 20, 21 into shorter wire sections 23, 24, whose length 28 between 50 - 150%, but preferably 100% of the diameter 29.
  • the titanium-containing wire sections 24 are coated with a thin layer of titanium hydride.
  • a suitable adhesive for example, through a fluidized bed of titanium hydride particles.
  • titanium hydride-coated wire sections 25 are formed on all sides, as shown in FIG. 3c.
  • FIG. 4d shows a bed 26 of magnesium-containing wire sections 24 and titanium-containing and titanium hydride-coated wire sections 25, wherein the particles in analogy to Raschig rings have a diameter 29 similar to their length 28, whereby they are statistically randomly aligned in space.
  • the titanium hydride is located on the surfaces of the titanium-containing wire sections 25, while the magnesium-containing wire sections 23 largely a free Have surface and thus merge in the subsequent heating without obstruction by titanium skins to a continuous network structure 7 or welded.
  • the ratio between length 28 and diameter 29 of the wire sections 23, 24, 25 can also be selected larger, which leads to an increasing alignment. tion of the same comes to one another, whereby a desired stiffness and elasticity behavior can be achieved in certain spatial directions.
  • FIG. 4 e shows the bed 26 after the thermal treatment, in which a debindering in a first phase and in a second phase for the dissociation of the titanium hydride to form pure titanium-coated titanium-containing wire sections 27.
  • a debindering in a first phase and in a second phase for the dissociation of the titanium hydride to form pure titanium-coated titanium-containing wire sections 27.
  • diffusion bonds 10 are formed, resulting in a three-dimensional titanium-containing network structure 8 with high strength and elasticity.
  • a local process of diffusion bonding or a global melting process results in the formation of connection zones 30 and thus likewise a three-dimensional magnesium-containing network structure 7, this process also being assisted by the wetting behavior. While the contiguity, i.
  • the three-dimensional connection of the titanium-containing network structure 8 is of importance primarily with regard to the mechanical strength, the contiguity of the magnesium-containing network structure 7 only contributes to the strength in the first phase after the implantation, then allows access to the body fluid, so that all of its areas is available for the dissolution or corrosion and thus for the augmentation of the bone tissue, which favorably influences the strength in the final state.
  • agglomerates 31 of fine-grained titanium hydride with a suitable binder come.
  • the agglomerates 31 have an approximately spherical shape and can, preferably, for example, produced by a pelletization process.
  • it could also be cylindrical agglomerates 31, which are produced for example by extrusion with subsequent division, in which case they largely correspond in their geometric shape to the wire sections 23, 24.
  • similar conditions apply in terms of diameter and length as for the wire sections 23, 24 in order to achieve a similarly favorable random bulk behavior within the subsequent bed 32.
  • 5b shows such a bed 32, consisting of magnesium-containing wire sections 23, titanium-containing wire sections 24 and the agglomerates 31, the latter in function of the pressing pressure on the bed 32 and the deformability of the agglomerates 31 within the bed 32 their shape the contours of surrounding wire sections 23, 24 can adjust.
  • Fig. 5c shows the state after debindering and the further thermal treatment.
  • the titanium hydride particles of the agglomerates 31 have formed more or less microporous pure titanium zones 33, which are diffusion-welded by contact points to the titanium-containing wire sections 24 to form a three-dimensional titanium-containing network structure 8.
  • FIGS. 5a-5c could also be carried out in a largely analogous manner, but without the inclusion of the titanium-containing wire sections 24, so that the bed 32 shown in FIG. 5b is only replaced by magnesium-containing wire segments. sections 23 and the agglomerates 31 would be constructed. In such a case, the agglomerates 31 preferably have a more cylindrical shape, similar to that of the wire sections 23.
  • a composite material consisting of a network structure of titanium 6 and a magnesium-containing network structure 8.
  • Such osteoinductive zone has less strength than a zone which has a titanium-containing network structure 7, however, the network structure 8 has microporosity, which can additionally reinforce the osteoinductive effect after dissolution of the magnesium-containing network structure 7.
  • the particles can alternatively be arranged in a regular and controlled manner.
  • FIG. 6 a shows a first embodiment of a method for producing a composite material 2 with regular network structures 7, 8 on an implant 1.
  • At least one wire 20 of a magnesium-containing material or a magnesium alloy with at least one titaniferous wire 22 precoated with titanium hydride becomes a strand 35 twisted together.
  • the outer diameter of both wires 20, 22 are preferably the same size, so that the outer surfaces of both wires are within the same enveloping lateral surface as possible. In this embodiment, only the simplest case is shown, where each a magensium restroomr wire 20 and a titanium-containing wire 21 are twisted together.
  • strands 35 are conceivable in which a plurality of wires 20 containing magnesium and a plurality of titanium-containing wires 21 are twisted together, their number, diameter and composition varying can.
  • strands 35 which are composed of more than two wires, created in the vicinity of the single strand an additional periodicity with resulting from the geometry of the individual wires and their winding arrangement contacts their lateral surfaces, while strands 35, as in the case shown here consist only of one wire, a certain randomness of the contact of a Zopfwicklung to benachtbarten arises.
  • strands 35 are also conceivable in which only titanium-containing wires 21 are twisted together, for example if it is desired to provide magnesium-poor or even -free porous zones within a composite body whose task is only in the mechanical field to achieve specific strength and rigidity serves.
  • FIG. 6b shows a cross-sectional view of the strand 35 shown in FIG. 5a in an outer view, which is guided by the longitudinal axis 36 shown there, after a thermal after-treatment.
  • FIG. 7a shows an implant 1, on the surface of which three layer layers 37, 37 'and 37''of strands 35 from FIG. 6b have been pressed.
  • periodic and / or statistical contact points occur between the wires 20, 21 of the same component of different layer layers 37, 37 'and 37 ".
  • a strand 35 can also be wound onto the implant 1, wherein, depending on the winding tension, a pressing of the layer layers 37, 37 ', 37 "against the surface of the implant 1 is superfluous becomes.
  • FIG. 7b shows the state of the laminated composite shown in FIG.
  • the titanium-containing wires 21 of the various layer layers 37, 37 ', 37 "are now connected to one another via diffusion bonding zones 38 resulting from the decomposition of the titanium hydride coating and form a three-dimensional network structure 40.
  • the magnesium-containing wires 20 also combine to form a three-dimensional network structure 39.
  • This periodicity of the contact which is ensured by the use of strands 35, on the one hand has the advantage that both the titanium-containing network 40 as well as the magnesium-containing network 39 has a higher strength and that after implantation ensures in any case that each part of the magnesium-containing network 39 is accessible to the body fluid.
  • FIG. 8 shows an alternative embodiment of an implant 1 according to the invention, which partly consists of a composite material 2.
  • This embodiment has a single-layer winding of a strand 35.
  • the surface 41 of the implant 1 is preferably coated with titanium hydride before the strand 35 is wound up.
  • this titanium hydride layer is not necessary because the titanium-containing wire 21 of the strand 35 is coated with titanium hydride.
  • a relatively thin and porous layer composite is produced, as it is today also produced by other methods, for example plasma spraying of titanium particles. can not be produced, but with a defined void volume containing areas of magnesium-containing phases.
  • Fig. 9 shows an alternative embodiment of the present invention. Shown is a cross section through an implant 1, on which 4 layer layers 37, 37 ', 37' 'and 37' '' are wound up as a coating. In a symbolic manner, the case is shown in this image, in which a plurality of superimposed layer layer of a composite material 2 with periodic titanium and magnesium-containing network structures 7, 8 generated.
  • Such a case represents a transition to the use of the composite material 2 in the sense of a full implant, because unlike in the case of a bare surface coating, which is to ensure a cementless and secure connection to peripheral bone tissue, takes the wider composite zone and a part of the inside of the Implant occurring forces, while the mass is reduced compared to an existing only of solid material implant and the bending behavior of the adjacent bone structure can be better adapted.
  • FIG. 10a shows, as in FIG. 6a, a strand 35 which, as in the simplest case shown here, consists in each case of a titanium hydride-coated wire 22 made of titanium or a titanium alloy and a wire 20 consisting of magnesium or a magnesium alloy, the strand 35 being cut into sections 42 is divided, whose length 43 in relation to the diameter 44 of the surrounding enveloping surface is also in the range of 50 to 150%, but preferably at 100%.
  • the strand sections 42 can be used analogously to the production method for a composite material 2 described in FIG.
  • FIG. 10b shows, analogously to FIG. 4d, a bed 45 in which randomly arranged strand sections 42 are combined with one another.
  • a bed 45 consisting of strand sections 42 has a higher periodicity of the contacts between identical components within a strand section
  • FIG. 11a shows an embodiment of the inventive idea in which a composite material 2 forms a porous full implant in the form of an acetabulum implant 50.
  • the picture is otherwise to be regarded only as a basic section and does not claim to be a true to scale representation of an actual acetabulum implant 50.
  • the composite material 2 is produced according to one of the embodiments previously shown, for example by a bed 34 of magnesium-containing wire sections 20 and titanium-containing wire sections 22 as shown in FIG. 3d or by pigtail sections 42 as shown in FIG. 10b.
  • a multilayer winding of a strand 35 onto a substrate body with the function of a spacer is alternatively possible, which forms the negative shape of the inner curvature of the inner region 51 of the hip joint.
  • due to its physical and chemical properties either already disappears during heating or can be removed after the sintering process, so that a hemispherical cavity remains behind.
  • the outer region the surface of which later comes into contact with peripheral bone tissue, comprises a composite material 2
  • the inner region 51 consists of a titanium-containing open-cell network structure 8 without magnesium components. This can be accomplished by the fact that this inner region 51, depending on the production method consists of particles, wire sections, plait sections or a cable winding, which consists only of titanium-containing material, the areas are connected in accordance with one of the methods described above via bridges of pure titanium, the the decomposition of titanium hydride are formed.
  • Fig. IIb shows a second embodiment of the hip joint socket implant 50 shown in Fig. IIa, in which e.g. a plastic 52 of a material suitable for mating with the ball joint has been sprayed, whereby a portion of the plastic 52 penetrates into the inner region 51 and is firmly crosslinked with the three-dimensional network structure of the titanium. In this case, the plastic can not penetrate into the composite material 2, whose cavities are still filled with the magnesium-containing component at this time.
  • a plastic 52 of a material suitable for mating with the ball joint has been sprayed, whereby a portion of the plastic 52 penetrates into the inner region 51 and is firmly crosslinked with the three-dimensional network structure of the titanium.
  • the plastic can not penetrate into the composite material 2, whose cavities are still filled with the magnesium-containing component at this time.
  • FIG. 11c shows, in a schematic way, the situation as it has occurred a long time after the implantation of an acetabulum implant 50.
  • the peripheral bone tissue 15 is firmly anchored in the pan by the bone mesh 16 augmented in the titanium mesh structure.
  • an implant can be viewed as a composite by seamlessly blending a plastic phase into bone tissue via a porous titanium structure, thereby providing optimal mechanical performance.
  • FIG. 12 shows a further example of a possible application of the composite material 2 according to the invention, this time as a coating 54 of a dental implant 53 made of titanium or a titanium alloy.
  • the coating 54 was pressed either as a helical body, the screw shape could also subsequently on the finished sintered material, e.g. produced by a machining process.
  • the composite material 2 may also have the shape of a cylinder or a cone instead of a helical shape. However, it may also have a more complex shape, e.g. is achieved by means of machining methods in order to adapt the outward contour exactly to a bone surface, in particular e.g. in a case where the thickness of the jawbone to be augmented is insufficient for anchoring a normal dental implant.
  • a dental implant constructed and manufactured according to the invention has several significant advantages.
  • the optimum porosity and depth of the composite material 2 provides optimal anchoring in the peripheral bone tissue, which is particularly important in cases where only a small amount of bone material is available in the jaw.
  • the high osteoinductive effect of the resulting peripherally after implantation cavities leads to an accelerated ingrowth of the bone cells, which shortens the unpleasant transition phase for the patient.
  • a third advantage can be under There may be circumstances in which a long-term antiseptic effect is achieved both by the continued formation of magnesium ions, while the slow outflow of hydrogen in the form of a protective gas prevents germs from entering countercurrently, since inflammation is a dreaded side effect of implantation.
  • FIG. 13 shows a further variant of the inventive concept, which is listed only as a basic arrangement without reference to a concrete use case in the body to show the versatility of the principle of this composite material.
  • the picture shows a spiral made of a wire 46, preferably of a titanium alloy, which is integrated in an osteoinductive structure 47 which consists of components containing magnesium and titanium.
  • This wire represents a reinforcement, which stiffens the implant in one direction, but ensures increased elastic deformability in another direction.
  • This principle which is demonstrated here with a spiral spring, can also be varied with leaf springs or other components.
  • a mixture of 45% by volume of magnesium powder with a mean particle size of 300 ⁇ m and 55% by volume of titanium hydride powder with a mean particle size of 20 ⁇ m was mixed with a PMMA-based binder to give a mortar-like mass. Subsequently, this mass was applied to the surface of an implant body of a stainless steel alloy in a thickness of about 250 microns.
  • the coated implant body was placed in the retort of a vacuum furnace in a next step and heated to 600 0 C for 20 hours, first removing the PMMA binder and then decomposing the titanium hydride into titanium and hydrogen. Subsequently, the furnace chamber was flooded with argon to just below atmospheric pressure to prevent the magnesium from boiling.
  • the titanium hydride behaved in this example as Aktivlötkomponente, ie its disintegration resulted in pure titanium, which leads by its strong reducing effect to the formation of titanium aluminates, which form a transition layer between the aluminum oxide and the open-pore titanium layer, the magnesium particles melt simultaneously and within the pores the titanium layer remain.
  • a previously sandblasted acetabulum made of titanium alloy Ti6AlV4 with its outer side was repeatedly placed in a slurry of 50% by volume magnesium alloy powder (alloy AZ31) with an average particle size of 50 ⁇ m and 50% by volume titanium hydride powder and a polyacetal binder immersed so that a layer of 150 microns was formed.
  • the thus-coated acetabulum was then heated for 25 hours to 550 0 C and then held at this temperature for a further 5 hours, so that it came to the removal of the binder and complete decomposition of the titanium hydride. Thereafter, the furnace chamber was flooded with argon to 700 mbar and heated to 830 0 C under this pressure. This temperature was held for 3 hours.
  • an open-pore titanium structure was formed, the pores of which were partially filled with the magnesium alloy welded at the contact points with the surface of the acetabular cup.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

A composite body (2) made of particles of a magnesium-containing phase (4) and particles (3) of a titanium alloy is applied to the surface of a solid-body implant (1) together with a mixture (5) comprising titanium hydride and a binder, and is subsequently heated under a vacuum and/or under protective gas. After removal of the binder and dissociation of the titanium hydride into titanium, diffusion welding occurs at statistical contact points (13) of the particles among each other and at contacts between said particles and the surface, and at the same time fusing or bonding of the magnesium-containing particles among each other occurs at the statistical contact points, so that two interlocking titanium-containing and magnesium-containing phases develop. After implantation and upon contact with body fluid, the magnesium-containing phase dissolves, wherein the release of magnesium ions results in the precipitation of calcium phosphates that have an osteoinductive effect, whereby peripheral bone tissue augments into the hollow spaces previously filled by the magnesium-containing phase.

Description

Implantat, wenigstens teilweise bestehend aus einem Verbundwerkstoff, Zwischenverbundprodukt und Verfahren zur Herstellung eines ImplantatsImplant, at least partially consisting of a composite material, intermediate composite product and method for producing an implant
Die Erfindung betrifft ein Implantat, wenigstens teilweise bestehend aus einem Verbundwerkstoff aus einer titanhaltigen ersten Komponente und einer magnesiumhaltigen zweiten Komponente, gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Zwischenverbundprodukt zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 7, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats wenigstens teilweise bestehend aus einem Verbundwerkstoff gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 16.The invention relates to an implant, at least partially consisting of a composite material comprising a titanium-containing first component and a magnesium-containing second component, according to the preamble of claim 1, an intermediate product for producing a composite material according to the preamble of claim 7, and a method for producing an implant at least partially consisting of a composite material according to the preamble of claim 16.
Medizinische Implantate sind in den verschiedensten Formen bekannt, im vorliegenden Fall sind mit diesem Begriff vor allem Endoprothesen gemeint, wie sie bei Körpergelenken oder in der Zahnprothetik Anwendung finden. Dabei kommen eine Vielzahl von Materialien zur Anwendung, z.B. rostfreie Stähle, Kobalt-Chrom- Molybdänlegierungen und Titanlegierungen. Eine spezielle Problematik stellt dabei die Verankerung der Endoprothesen im peripheren Knochengewebe dar. Biotolerante und bioinerte Materialien, wie rostfreie Stähle oder Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen benötigen zur festen Verankerung z.B. des Schafts einer Hüftge- lenk-Endoprothese, die Verwendung eines Zements, was hohe Präzision beim Einpassen der Endoprothese durch den Chirurgen verlangt. Im Gegensatz dazu stehen bioaktive Materiallien wie Titan und seine Legierungen, welche insbesondere bei günstiger Oberflächengestaltung eine osteoinduktive Wirkung auf peripheres Knochengewebe ausüben, wodurch es zur Oberfläche der Endoprothese augmentiert und mit dieser eine feste Verbindung eingeht. Diese positive Eigenschaft von Titanoberflächen ist vor allem auf die spontan auf Titanoberflächen gebildete Oxydschicht zu- rückzuführen, welche Hydroxylgruppen besitzt, an denen Proteinmoleküle andocken können.Medical implants are known in a variety of forms, in the present case are meant by this term, especially endoprostheses, as they are used in body joints or in dental prosthetics. A variety of materials are used, eg stainless steels, cobalt-chromium-molybdenum alloys and titanium alloys. A particular problem is the anchoring of the endoprostheses in the peripheral bone tissue. Biotolerant and bioinert materials, such as stainless steels or cobalt-chromium-molybdenum alloys require the solid anchoring of, for example, the stem of a hip joint endoprosthesis, the use of a cement high precision when fitting the endoprosthesis requested by the surgeon. In contrast, there are bioactive materials such as titanium and its alloys, which exert an osteoinductive effect on peripheral bone tissue, in particular with favorable surface design, whereby it augments to the surface of the endoprosthesis and forms a firm connection with it. This positive property of titanium surfaces is mainly due to the oxide layer spontaneously formed on titanium surfaces. which has hydroxyl groups to which protein molecules can dock.
Allgemein kann gesagt werden, dass die Haftung zwischen Knochengewebe und einer glatten Implantat-Oberfläche sich in dem Masse verbessert, wie diese Oberfläche vergrössert bzw. strukturiert wird. Eine solche Struktur kann sowohl reduktiv, mit abtragenden wie auch additiv, mit aufbringenden Methoden hergestellt werden.Generally, it can be said that the adhesion between bone tissue and a smooth implant surface improves in bulk as this surface is enlarged or patterned. Such a structure can be produced both reductively, with erosive as well as additive, with applying methods.
Zu den reduktiven Methoden der Bearbeitung der Titanoberfläche gehören z.B. Drehen, Sandstrahlen, Säureätzen und elektrochemische Oxidation. Nach der EP 0 388 576 wird z.B. durch Sandstrahlen mit speziellen Abrasionsmaterialien in einem ersten Schritt eine Topographie mit gewünschter Rauheitstiefe erzeugt, die an- schliessend in einem zweiten Schritt einer speziellen Ätzung ausgesetzt wird, wodurch eine Oberfläche mit verbesserten oste- oinduktiven Eigenschaften entsteht.Reductive methods of machining the titanium surface include e.g. Turning, sandblasting, acid etching and electrochemical oxidation. According to EP 0 388 576, e.g. In a first step, a topography with desired roughness depth is produced by sandblasting with special abrasion materials, which is subsequently exposed to a special etching in a second step, whereby a surface with improved osteoinductive properties is formed.
Zu den additiven Methoden gehört z.B. die Gruppe der TPS- Verfahren, bei denen Titanhydrid-Pulver mit Plasmagas auf die Oberfläche des Implantats in einer Vakuumkammer aufgebracht wird, wobei die Spritzparameter so gewählt werden, dass eine offenporige Titanstruktur entsteht, welche eine verbesserte Osse- ointegration ermöglicht. Die günstige Wirkung einer solchen O- berfläche, die gegenüber einer glatten etwa um das sechsfache vergrössert ist, kann noch durch eine zusätzliche Beschichtung, z.B. mit Hydroxylapatit gesteigert werden. Das TPS-Verfahren und auch andere Methoden, wie sie insbesondere bei Dentalimplantaten zur Anwendung kommen, sind zusammenfassend in einem Buch von W. Bücking und R. Suckert (Bücking, W. und Suckert, R.: „Implantat- Prothetik", Neuer Merkur Verlag, 1995) beschrieben. Die US 6 '849 '230 beschreibt eine andere Methode zur Erzeugung einer porösen knochenähnlichen Struktur. In einer bevorzugten Variante wird Titanhydrid zusammen mit Kochsalzkugeln, die sich in einer der dichtesten Kugelpackung ähnlichen Schüttung befinden und einem geeigneten Binder in einem Unterdruckbereich erhitzt, wobei es nach Entfernung des Binders bei weiterer Erhitzung zur Zersetzung des Titanhydrids und der Bildung einer Reintitanphase kommt, die bei weiterer Erhitzung fest versintert. Ein wesentlicher Schritt des erfindungsgemässen Gedankens ist dabei, dass die Temperatur bis in einen Bereich geführt wird, wo das Kochsalz durch Schmelzen und Verdampfen aus der offenporigen Titanstruktur entfernt wird, wonach eine knochengewebeähnliche Struktur zurückbleibt.Additive methods include, for example, the group of TPS methods in which titanium hydride powder with plasma gas is applied to the surface of the implant in a vacuum chamber, wherein the spray parameters are selected to provide an open-pore titanium structure which provides improved osseointegration allows. The favorable effect of such an O berfläche, which is compared to a smooth increased by about six times, can be increased by an additional coating, for example with hydroxyapatite. The TPS method and also other methods, as used in particular for dental implants, are summarized in a book by W. Bücking and R. Suckert (Bücking, W. and Suckert, R .: "Implant Prosthetics", New Merkur Verlag, 1995). US Pat. No. 6,849,230 describes another method for producing a porous bone-like structure. In a preferred variant, titanium hydride is heated together with saline spheres, which are in a packing similar to the closest packing, and a suitable binder in a negative pressure zone, after removal of the binder, upon further heating, decomposition of the titanium hydride and formation of a pure titanium phase firmly sintered on further heating. An essential step of the inventive concept is that the temperature is carried to a range where the common salt is removed by melting and evaporation from the open-pore titanium structure, after which a bone tissue-like structure remains.
Es wurden auch Versuche unternommen die Oberflächen von Implantaten mit drahtförmigen Oberflächenstrukturen zu beschichten. So wird z.B. entsprechend US 3 '906 '550 eine Hüftgelenkspfanne über ein Geflecht von verknäuelten Metallfasern verankert, welche die Verbindung zum Knochengewebe herstellen. Die Metallfasern, vorzugsweise aus einer Chrom-Kobalt-Molybdänlegierung, werden dabei über Verschweissungspunkte sowohl untereinander wie auch mit der Oberfläche des Implantats verbunden. Als Vorteil dieser Methode wird angegeben, dass eine solche Faserstruktur im Gegensatz zu versinterten Metallpulvern eine durchgehend offenporige Porenstruktur aufweist.Attempts have also been made to coat the surfaces of implants with wire-like surface structures. For example, in accordance with US Pat. No. 3,906,550, an acetabulum is anchored over a mesh of entangled metal fibers which connect to the bone tissue. The metal fibers, preferably of a chromium-cobalt-molybdenum alloy, are connected via welding points both with each other and with the surface of the implant. An advantage of this method is stated that such a fiber structure, in contrast to sintered metal powders has a continuous open-pored pore structure.
Im Gegensatz zu Endoprothesen, die dauerhaft im Körper verbleiben, gibt es Befestigungselemente für Knochen, beispielsweise Platten, Schrauben oder z.B. Nägel, deren Aufgabenstellung es ist, die Knochengewebe beidseitig einer Bruchstelle temporär zu fixieren und solange ruhigzustellen, bis die Bruchstelle wieder zusammengewachsen ist. Sobald dies der Fall ist, müssen diese Befestigungselemente in einem zweiten operativen Eingriff wieder entfernt werden, was eine zusätzliche Belastung für den Patienten darstellt.In contrast to endoprostheses that remain permanently in the body, there are fasteners for bones, such as plates, screws or nails, for example, whose task is temporarily to fix the bone tissue on both sides of a breakage and immobilize until the break point has grown together again. Once this is the case, these fasteners must be in a second surgical procedure again be removed, which is an additional burden on the patient.
Bereits in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde deshalb die Idee entwickelt, solche Implantate aus Magnesiumlegierungen zu fertigen, da solche Magnesiumlegierungen im Kontakt mit Körperflüssigkeiten korrodieren und sich damit sukzessive auflösen, sodass ihre Entfernung nicht mehr nötig ist. Das Problem dieser ersten Legierungen bestand jedoch in der hohen Reaktivität dieser Legierungen, denn die mit der Auflösung einhergehende Erniedrigung der mechanischen Festigkeit des Implantats muss ja mit der Zunahme des Knochenaufbaus so übereinstimmen, dass zu allen Zeiten die Stabilität der Verbindung gewährleistet ist. Ein weiterer Nachteil der schnellen Auflösung dieser ersten Legierungen war auch die starke Wasserstoffentwicklung, welche mit der Korrosion unedler Metalle einhergeht, dieser Wasserstoff konnte nicht mit ausreichender Schnelligkeit resorbiert werden und bildete oft an unerwünschten Stellen mit Gas gefüllte Kavernen, welche den Heilungsprozess behinderten. Moderne Magnesiumlegierungen, wie sie z.B. in EP 1'395'297Bl beschrieben sind, haben ein günstigeres Korrosionsverhalten.Therefore, the idea was already developed in the first half of the 20th century to manufacture such implants from magnesium alloys, since such magnesium alloys corrode in contact with body fluids and thus dissolve successively, so that their removal is no longer necessary. The problem of these first alloys, however, was the high reactivity of these alloys, because the reduction of the mechanical strength of the implant associated with the dissolution must in fact coincide with the increase of the bone structure so that the stability of the connection is ensured at all times. Another disadvantage of the rapid dissolution of these first alloys was also the strong evolution of hydrogen, which is associated with the corrosion of base metals, this hydrogen could not be absorbed with sufficient rapidity and often formed at undesirable sites with gas-filled caverns, which hindered the healing process. Modern magnesium alloys, as e.g. in EP 1'395'297Bl have a more favorable corrosion behavior.
Besonders interessant am Verhalten solcher kontrolliert korrodierender Magnesiumlegierungen ist dabei die Tatsache, dass die beim Korrosionsprozess freigesetzten Magnesiumionen im Verein mit der Erhöhung des pH-Werts zur lokalen Ausfällung von Calci- umphosphaten führen, welche im anschliessenden Prozess der Osse- ointegration in funktionierendes Knochengewebe umgewandelt werden, sodass der vorher vom Implantat eingenommene Hohlraum nach Abschluss des Heilungsprozesses weitgehend von neuen Knochengewebe gefüllt ist. Dieses Konzept der magnesiuminduzierten Bioaktivierung wurde bereits auch bei Endoprothesen zum Einsatz gebracht, indem Magnesium oder eine Magnesiumlegierung z.B. auf die Oberfläche eines Implantats aus rostfreiem Stahl aufgedampft oder z.B. durch Ionenimplantation in diese Oberfläche integriert wurden. Wenn man in Rechnung stellt, dass die dabei angebotenen Magnesiummengen relativ gering sind, so ist dadurch nur eine kurzzeitige oste- oinduktive Wirkung aufrechtzuerhalten.Of particular interest in the behavior of such controlled corroding magnesium alloys is the fact that the magnesium ions released during the corrosion process, together with the increase in pH, lead to local precipitation of calcium phosphates, which are converted into functioning bone tissue in the subsequent process of osseointegration so that the previously occupied by the implant cavity after completion of the healing process is largely filled by new bone tissue. This concept of magnesium-induced bioactivation has also been used in endoprostheses by vapor-depositing magnesium or a magnesium alloy onto the surface of a stainless steel implant, for example, or by ion implantation into this surface. If one takes into account that the amounts of magnesium offered are relatively small, then only a short-term osteoinductive effect can be maintained.
Die WO2008/122594 beschreibt ein Implantat mit einer offenporigen dreidimensionalen Gerüststruktur aus einem ersten, nicht partikelförmigen Material, wobei die Poren mit einem zweiten, partikelförmigen Material gefüllt sind. Erstes oder zweites Material können dabei aus Metall, wie Titan oder Magnesium bestehen wobei mindestens ein Material bioabbaubar ist.WO2008 / 122594 describes an implant having an open-pored three-dimensional framework structure made of a first, non-particulate material, wherein the pores are filled with a second, particulate material. First or second material may consist of metal, such as titanium or magnesium, wherein at least one material is biodegradable.
Die WO2008/122595 offenbart ein Implantat mit einer offenporigen dreidimensionalen Gerüststruktur aus einem ersten, nicht partikelförmigen Material, wobei die Poren mit einem zweiten, ebenfalls nicht partikelförmigen Material gefüllt sind. Erstes oder zweites Material können dabei aus Metall, wie Titan oder Magnesium bestehen, wobei mindestens ein Material bioabbaubar ist.WO2008 / 122595 discloses an implant having an open-pore three-dimensional framework structure made of a first, non-particulate material, wherein the pores are filled with a second, likewise non-particulate material. First or second material may consist of metal, such as titanium or magnesium, wherein at least one material is biodegradable.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden und insbesondere ein Implantat der eingangs genannten Art zu schaffen, welches osteoin- duktive Eigenschaften aufweist und das Einwachsen von Knochengewebe auf vorteilhafte Weise ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit einem Implantat gemäss Anspruch 1 gelöst.An object of the present invention is to avoid the disadvantages of the known and in particular to provide an implant of the type mentioned, which has osteoinduktiv properties and allows the ingrowth of bone tissue in an advantageous manner. This object is achieved with an implant according to claim 1.
Das erfindungsgemässen Implantat besteht dabei mindestens teilweise aus einem Verbundwerkstoff aus einer ersten titanhaltigen Komponente und einer zweiten magnesiumhaltigen Komponente. Der Verbundwerkstoff ist erhältlich durch Diffusionsverschweissung von Einzelkörpern der ersten Komponente unter Verwendung von Partikeln aus Titanhydrid im Beisein von Einzelkörpern der zweiten Komponente, welche bei der Diffusionsverschweissung verschmelzen. Die Einzelkörper der zweiten Komponente weisen vor der Verschmelzung eine maximale Breite von 0.05mm bis lmm auf. Die beiden verschweissten beziehungsweise verschmolzenen Komponenten sind dabei statistisch regelmässig und/oder in einem sich periodisch wiederholenden Muster angeordnet.The implant according to the invention consists at least partially of a composite material comprising a first titanium-containing component and a second magnesium-containing component. Of the Composite is obtainable by diffusion bonding single bodies of the first component using titanium hydride particles in the presence of single bodies of the second component, which fuse together during diffusion bonding. The individual bodies of the second component have a maximum width of 0.05 mm to 1 mm before the fusion. The two welded or fused components are arranged statistically regularly and / or in a periodically repeating pattern.
Unter der Breite ist dabei das geringste Aussenmass des Einzelkörpers gemessen im rechten Winkel zu seiner Längsachse zu verstehen, also z.B. der Aussendurchmesser eines Ellipsoids oder die kleinste Schmalseite eines Prismas. Als Einzelkörper können in diesem Sinn auch einzelne Drähte oder Formkörper aus einzelnen Drähten wie Helices angesehen werden.The width here is to be understood as meaning the smallest external dimension of the individual body measured at right angles to its longitudinal axis, thus e.g. the outer diameter of an ellipsoid or the smallest narrow side of a prism. In this sense, individual wires or shaped bodies made of individual wires, such as helices, can be regarded as a single body.
Das Muster der ersten titanhaltigen Komponente weist nach der Diffusionsverschweissung im Wesentlichen die Form einer offenporigen Netzstruktur auf. Die magnesiumhaltige Komponente füllt dabei nach der Verschmelzung weitgehend die Poren der Netzstruktur der ersten Komponente aus. Dabei bildet sie selbst eine magnesiumhaltige Netzstruktur, welche sich innerhalb der Poren der titanhaltigen Netzstruktur der ersten Komponente erstreckt. Nach der Implantation des Implantats wird die magnesiumhaltige Netzstruktur durch Kontakt mit Körperflüssigkeiten aufgelöst, wobei Calciumphosphat ausgefällt wird. Der Vorteil einer solchen Struktur besteht darin, dass zunächst ein Implantat vorliegt, welches eine hohe Festigkeit aufweist und sich erst nach und nach eine osteoinduktive offenporige Netzstruktur zu bilden beginnt. Ferner wird das Wachstum neuer Knochenzellen durch das Auflösen der magnesiumhaltigen Komponente und dem dadurch her- vorgerufenen Ausfällen von Calciumphosphat in den Poren der Netzstruktur der ersten, titanhaltigen Komponente begünstigt.The pattern of the first titanium-containing component has substantially the shape of an open-pore network structure after the diffusion bonding. The magnesium-containing component largely fills the pores of the network structure of the first component after the fusion. It itself forms a magnesium-containing network structure which extends within the pores of the titanium-containing network structure of the first component. After implantation of the implant, the magnesium-containing network structure is dissolved by contact with body fluids, whereby calcium phosphate is precipitated. The advantage of such a structure is that initially there is an implant which has a high strength and only gradually begins to form an osteoinductive open-pore network structure. Furthermore, the growth of new bone cells is due to the dissolution of the magnesium-containing component and the resulting Prevented precipitation of calcium phosphate in the pores of the network structure of the first, titanium-containing component favors.
Das Muster der ersten, titanhaltigen Komponente ist erhältlich durch Diffusionsverschweissung der Einzelkörper der ersten Komponente untereinander. Der Einsatz von Titanhydridpartikel ermöglicht eine Diffusionsverschweissung bei niedrigeren Temperaturen als wenn keine Titanhydridpartikel verwendet werden. Die Einzelkörper der ersten Komponente können dabei nur aus Titanhydridpartikel bestehen, wobei diese beim Diffusionsverschweis- sen in Titan und Wasserstoff zerfallen und eine Netzstruktur aus Titan bilden. Alternativ kann die erste Komponente auch aus Einzelkörper aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen, welche mit Titanhydridpartikel vermischt und/oder beschichtet sind.The pattern of the first, titanium-containing component is obtainable by diffusion bonding of the individual bodies of the first component to one another. The use of titanium hydride particles allows for diffusion bonding at lower temperatures than when no titanium hydride particles are used. The individual bodies of the first component can consist only of titanium hydride particles, which in the case of diffusion welding decompose into titanium and hydrogen and form a network structure of titanium. Alternatively, the first component may also consist of individual bodies of titanium or a titanium alloy, which are mixed with titanium hydride particles and / or coated.
Die Einzelkörper der zweiten, magnesiumhaltigen Komponente beinhalten bevorzugt Magnesium, eine Magnesiumlegierung, ein Magnesiumsalz oder Mischungen davon. Im Weiteren kann die zweite Komponente noch weitere Salze beinhalten, bevorzugt Calciumsalze, wie Calciumfluorid, Calciumchlorid und/oder Calciumoxid. Der Vorteil der Verwendung von Magnesiumsalzen liegt darin, dass sie beim Lösungsvorgang ebenfalls osseoinduktive Magnesiumionen freisetzen, jedoch ohne die gleichzeitige Bildung von Wasserstoff, wie dies für die Korrosion von metallischem Magnesium o- der seinen Legierungen typisch ist. Die Zugabe von Calciumsalzen hat den Vorteil dass die bei der Auflösung freigesetzen Calciu- mionen das Löslichkeitsprodukt von Calciumphosphat erhöhen. Die Einzelkörper der zweiten Komponente sind dabei wie diejenigen der ersten Komponente statistisch regelmässig und/oder in einem sich periodisch wiederholenden Muster angeordnet. Durch die Hitze der Diffusionsverschweissung verschmelzen die Einzelkörper der zweiten Komponente miteinander und bilden eine magnesiumhal- tige Netzstruktur, welche die Poren der titanhaltigen Netzstruk- tur, die durch das Diffusionsverschweissen der ersten Komponente entsteht, weitgehend ausfüllt. Dadurch erhält das Verbundmaterial nach dem Diffusionsverschweissen seine stabile Vollkörperstruktur. Die Einzelkörper der zweiten, magnesiumhaltigen Komponente weisen dabei eine maximale Breite von 0.05mm bis lmm auf. Durch die Verwendung von Einzelkörpern in dieser Grosse können im Verbundmaterial Poren in der Netzstruktur der ersten Komponente erzeugt werden, die eine optimale osteoinduktive Grosse aufweisen .The single bodies of the second magnesium-containing component preferably include magnesium, a magnesium alloy, a magnesium salt or mixtures thereof. In addition, the second component may also contain further salts, preferably calcium salts, such as calcium fluoride, calcium chloride and / or calcium oxide. The advantage of using magnesium salts is that they also release oxy-inductive magnesium ions during the dissolution process, but without the simultaneous formation of hydrogen, as is typical for the corrosion of metallic magnesium or its alloys. The addition of calcium salts has the advantage that the liberated during the dissolution Calciu- ions increase the solubility of calcium phosphate. The individual bodies of the second component are arranged statistically regularly like those of the first component and / or in a periodically repeating pattern. As a result of the heat of the diffusion bonding, the individual bodies of the second component fuse together to form a magnesium-containing network structure which covers the pores of the titanium-containing network structure. tur, which results from the diffusion bonding of the first component, largely fills. As a result, the composite material obtains its stable solid structure after diffusion bonding. The individual bodies of the second, magnesium-containing component have a maximum width of 0.05 mm to 1 mm. By using individual bodies in this size, pores can be produced in the network structure of the first component in the composite material, which have an optimum osteoinductive size.
Bevorzugt wird der Verbundwerkstoff mit der Oberfläche eines Implantats verbunden. Das Implantat weist dabei vorzugsweise einen metallischen Grundkörper auf. Besonders bevorzugt weist das Implantat einen Grundkörper aus Titan oder einer Titanlegierung auf. Der Verbundwerkstoff wird bevorzugt durch Schweissen mit der Implantatoberfläche verbunden. Die Verschweissung des Verbundwerkstoffs findet bevorzugterweise im gleichen Schritt statt, wie die Diffusionsverschweissung der Einzelkörper der ersten Komponente. Implantate aus Titan sind stabil, weisen eine gute Biokompatibilität auf und sind im Markt etabliert. Da die Netzstruktur der ersten Komponente aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und mit dem Grundkörper verschweisst wird, bildet der Verbundwerkstoff eine osteoinduktive Oberfläche aus einem gleichen oder ähnlichen Material auf dem Implantat.Preferably, the composite is bonded to the surface of an implant. The implant preferably has a metallic base body. Particularly preferably, the implant has a base body of titanium or a titanium alloy. The composite material is preferably connected by welding to the implant surface. The welding of the composite preferably takes place in the same step as the diffusion bonding of the individual bodies of the first component. Titanium implants are stable, have good biocompatibility and are well established in the market. Because the mesh structure of the first component is titanium or a titanium alloy and is welded to the body, the composite forms an osteoinductive surface of the same or similar material on the implant.
Die Verwendung von Titanhydridpartikeln neben den wahlweise vorhandenen Einzelkörpern von Titan oder einer Titanlegierung ist dabei eine wesentliche Voraussetzung zur Erzeugung des erfin- dungsgemässen Verbundwerkstoffs auf einem Implantat. Insbesondere bei Titanimplantaten muss darauf geachtet werden, dass die Temperatur beim Diffusionsschweissen nicht über die Umwandlungstemperatur der verwendeten Titanlegierung ansteigt. Würde der Schweissvorgang z.B. ohne Titanhydrid nur mit Titanpulver durch- geführt, so müssten für die Versinterung dieser Partikel Temperaturen im Bereich oberhalb von 11000C zur Anwendung kommen, bei denen das Gefüge des Titanimplantatkörpers bereits geschädigt würde. Ein weiterer Nachteil hoher Schweisstemperaturen ist auch die Gefahr eines übermässigen Verlusts der magnesiumhaltigen Komponente, da der Dampfdruck von Magnesium oberhalb von 9000C sehr hohe Werte annimmt. Um Diffusionsverschweissungen bei einer Temperatur, die unterhalb der Transustemperatur von Implantaten aus Titanlegierungen liegt, zu ermöglichen, wird Titanhydrid als Hilfsmittel eingesetzt. Die Verwendung von Titanhydrid ermöglicht ausserdem auch die Verschweissung auf andere metallische oder Keramische Implantatoberflächen.The use of titanium hydride particles in addition to the optionally present individual bodies of titanium or a titanium alloy is an essential prerequisite for the production of the composite material according to the invention on an implant. In the case of titanium implants in particular, care must be taken that the temperature during diffusion bonding does not rise above the transformation temperature of the titanium alloy used. Would the welding process eg without titanium hydride only with titanium powder durch- led, would have to be used for the sintering of these particles temperatures in the range above 1100 0 C in which the structure of the titanium implant body would already be damaged. Another disadvantage of high welding temperatures is also the risk of excessive loss of the magnesium-containing component, since the vapor pressure of magnesium above 900 0 C assumes very high levels. To enable diffusion bonding at a temperature below the transus temperature of titanium alloy implants, titanium hydride is used as an aid. The use of titanium hydride also allows for welding to other metallic or ceramic implant surfaces.
In diesem Sinne kann der Verbundwerkstoff alternativ kann auch mit der Oberfläche eines keramischen Implantats verbunden sein. In der sog. Aktivlöttechnik, welche zum Fügen von Metallen und Keramiken dient, ist Titanhydrid neben anderen metallischen Komponenten eine wichtige Komponente, denn das Titanhydrid wird bei Erhitzung in Wasserstoff und hochaktiv reduzierendes Titan gespalten, welches mit den oberflächlichen Sauerstoffatomen der Keramik reagiert. Auf der Oberfläche der Oxidkeramik kommt es zu einer Metallisierung, wobei die metallischen Komponenten des Lots die keramische Oberfläche benetzen sich mit dieser verbinden. Die Verwendung von Titanhydrid in der ersten Komponente ermöglicht in ähnlicher Weise das Verbinden des Verbundwerkstoffs mit dem keramischen Implantat im gleichen Verfahrensschritt wie die Diffusionsverschweissung der Einzelkörper der ersten Komponente. Insbesondere kann dadurch ein Gelenkspfannenimplantat, wie beispielsweise eine Hüftgelenkspfanne, mit dem erfindungsge- mässen osteoinduktiven Verbundwerkstoff versehen beziehungsweise beschichtet werden. Weiter kann der Implantatgrundkörper gesamthaft aus dem erfin- dungsgemässen Verbundwerkstoff bestehen. Alternativ können nur gewisse Bereiche des Implantatgrundkörpers aus dem Verbundwerkstoff bestehen. Alternativ kann der erfindungsgemässe Verbundwerkstoff auf der gesamten Oberfläche des Implantatgrundkörpers vorhanden sein oder nur auf Teilbereiche davon.In this sense, the composite material may alternatively be connected to the surface of a ceramic implant. In the so-called active soldering technique, which serves to join metals and ceramics, titanium hydride is an important component in addition to other metallic components, because the titanium hydride is split into hydrogen and highly active reducing titanium when heated, which reacts with the superficial oxygen atoms of the ceramic. On the surface of the oxide ceramic, a metallization occurs, wherein the metallic components of the solder wet the ceramic surface and connect to it. The use of titanium hydride in the first component similarly enables the bonding of the composite to the ceramic implant in the same process step as the diffusion bonding of the single bodies of the first component. In particular, this can be used to provide or coat a joint-stem implant, such as, for example, an acetabular cup, with the osteoinductive composite material according to the invention. Furthermore, the basic implant body can consist of the composite material according to the invention as a whole. Alternatively, only certain areas of the implant base body may consist of the composite material. Alternatively, the composite material according to the invention can be present on the entire surface of the implant base body or only on partial areas thereof.
Bevorzugt besteht die erste titanhaltige Komponente aus Einzelkörpern mit maximal lmm Breite und maximal 5mm Länge. Dabei handelt es sich bevorzugt um im Querschnitt kreisförmige Einzelkörper. Alternativ können die Einzelkörper auch länglich sein, wie beispielsweise Drahtstücke. Werden die maximalen Abmessungen bei den Einzelkörpern der ersten Komponente eingehalten, so bildet sich nach dem Diffusionsverschweissen der Einzelkörper eine Netzstruktur mit Poren, die eine optimale Geometrie und Grosse für das Einwachsen von Knochenzellen aufweisen.The first titanium-containing component preferably consists of individual bodies with a maximum width of 1 mm and a maximum length of 5 mm. These are preferably circular in cross section single body. Alternatively, the individual bodies may be elongated, such as wire pieces. If the maximum dimensions of the individual bodies of the first component are complied with, then, after the diffusion bonding of the individual bodies, a network structure with pores is formed which has an optimum geometry and size for the ingrowth of bone cells.
Alternativ können die Einzelkörper der ersten Komponente eine maximale Breite von lmm und eine Länge von mindestens 10mm aufweisen, besonders bevorzugt mindestens 50mm, wobei die Körper vorzugsweise helikal verlaufen. Die Netzstruktur der ersten ti- tanhaltigen Komponente setzt sich demnach nach dem Diffusions- verschweissen aus miteinander verbundenen Helices zusammen. Die Helixstruktur der Einzelkörper ist bevorzugt dermassen beschaffen, dass eine Einhüllende um die helikal verlaufenden Einzelkörper einen Durchmesser von maximal 3 mm. Helikal verlaufende Einzelkörper in der ersten Komponente führen zu einem Verbundwerkstoff, bei dem die erste Komponente und die zweite Komponente in einem sich periodisch wiederholenden Muster angeordnet sind.Alternatively, the individual bodies of the first component may have a maximum width of 1 mm and a length of at least 10 mm, more preferably at least 50 mm, the bodies preferably being helical. Accordingly, the network structure of the first titanium-containing component is composed of diffusion-bonded helices joined together. The helical structure of the individual bodies is preferably such that an envelope around the helically extending individual bodies has a maximum diameter of 3 mm. Helically extending single bodies in the first component result in a composite in which the first component and the second component are arranged in a periodically repeating pattern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Zwischenprodukt zur Herstellung eines osteoinduktiven Verbundwerkstoffs vorzulegen. Diese Aufgabe wird mit einem Zwischenverbundprodukt gemäss Anspruch 7 gelöst.Another object of the invention is to provide an intermediate for producing an osteoinductive composite required. This object is achieved with an intermediate composite product according to claim 7.
Das erfindungsgemässe Zwischenverbundprodukt zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs besteht aus Einzelkörper einer ersten ti- tanhaltigen Komponente und Einzelkörper einer zweiten magnesium- haltigen Komponente. Die Einzelkörper beider Komponenten sind dabei derart angeordnet, dass sie in Kontakt zueinander stehen. Dabei sind die Einzelkörper der ersten Komponente mit Partikeln aus Titanhydrid vermischt oder beschichtet. Alternativ bestehen die Einzelkörper der ersten Komponente aus Titanhydrid. Die Einzelkörper beider Komponenten weisen eine maximale Breite von 0.05mm bis lmm auf.The intermediate product according to the invention for producing a composite material consists of individual bodies of a first titanium-containing component and individual bodies of a second magnesium-containing component. The individual bodies of both components are arranged such that they are in contact with each other. The individual bodies of the first component are mixed or coated with particles of titanium hydride. Alternatively, the individual bodies of the first component consist of titanium hydride. The individual bodies of both components have a maximum width of 0.05 mm to 1 mm.
Die Verwendung eines solchen erfindungsgemässen Zwischenverbund- produkts zur Herstellung eines Verbundmaterials weist den Vorteil auf, dass durch Erhitzen die Einzelkörper der ersten titan- haltigen Komponente miteinander diffusionsverschweisst werden und somit eine titanhaltige Netzstruktur bilden. Die Einzelkörper der zweiten magnesiumhaltigen Komponente werden durch die Hitze miteinander verschmelzen und eine zweite magnesiumhaltige Netzstruktur bilden, die die Poren der ersten titanhaltigen Netzstruktur weitgehend ausfüllt. Ein solcher Verbundwerkstoff weist gute osteoinduktive Eigenschaften auf. Ausserdem wird sich die magnesiumhaltige Netzstruktur in Kontakt mit Körperflüssigkeit auflösen und ermöglicht das Einwachsen von Knochenzellen in die erste titanhaltige Netzstruktur.The use of such an intermediate product according to the invention for producing a composite material has the advantage that the individual bodies of the first titanium-containing component are diffusion welded together by heating and thus form a titanium-containing network structure. The individual bodies of the second magnesium-containing component will fuse together by the heat and form a second magnesium-containing network structure, which largely fills the pores of the first titanium-containing network structure. Such a composite material has good osteoinductive properties. In addition, the magnesium-containing network structure will dissolve in contact with body fluid and allows the ingrowth of bone cells into the first titanium-containing network structure.
Vorzugsweise weisen die Partikel aus Titanhydrid eine Korngrösse von maximal 0.05mm auf. Dies führt zu einer optimalen Verteilung der Titanhydridpartikel innerhalb der ersten Komponente oder als Beschichtung auf den Einzelkörpern der ersten Komponente. Die magnesiumahltigen Partikel der zweiten Komponente sollen den ge- ometrischen Charakter der Netzstruktur bestimmen, was nur möglich ist, wenn die Titanhydridpartikel wesentlich kleiner als diese sind. Ausserdem ermöglicht die Feinheit der Titanhydridpartikel durch die kürzeren Diffusionswege eine schnellere Abspaltung des Wasserstoffs und infolge der höheren spezifischen Oberfläche auch eine höhere Sinteraktivität, was sich günstig auf die Diffusionsverschweissung auswirkt.The particles of titanium hydride preferably have a particle size of not more than 0.05 mm. This leads to an optimal distribution of the titanium hydride particles within the first component or as a coating on the individual bodies of the first component. The magnesium-milled particles of the second component are intended to determine the ometric character of the network structure, which is only possible if the titanium hydride particles are much smaller than these. In addition, the fineness of the titanium hydride particles, due to the shorter diffusion paths, enables a faster elimination of the hydrogen and, due to the higher specific surface area, also a higher sintering activity, which has a favorable effect on the diffusion bonding.
Ein weiterer Vorteil einer feineren Korngrösse der Partikel aus Titanhydrid liegt darin, dass die Verschweissung der daraus entstehenden entsprechend feineren Titanpartikel in der ersten Sinterphase zu einer fein-strukturierten Oberfläche der ersten ti- tanhaltigen Komponente führt.A further advantage of a finer particle size of the particles of titanium hydride lies in the fact that the welding of the resulting correspondingly finer titanium particles in the first sintering phase leads to a finely structured surface of the first titanium-containing component.
Bevorzugt werden die Partikel aus Titanhydrid und die Einzelkörper der zweiten Komponente mit einem Binder vermischt. Die dadurch gebildete Masse wird vorzugsweise zu einem Formkörper ver- presst. Dadurch lässt sich eine statistische Verteilung der Einzelkörper der zweiten Komponente und den Partikel aus Titanhydrid erreichen. Durch anschliessendes Erhitzen lässt sich aus einem solchen Zwischenverbundprodukt ein erfindungsgemässes Verbundmaterial herstellen. Die Masse des Zwischenverbundprodukts ist sehr gut formbar und lässt sich einfach zu einem Formkörper beliebiger Form verpressen.The particles of titanium hydride and the individual bodies of the second component are preferably mixed with a binder. The mass formed thereby is preferably pressed into a shaped body. As a result, a statistical distribution of the individual bodies of the second component and the particles of titanium hydride can be achieved. By subsequent heating, a composite material according to the invention can be produced from such an intermediate composite product. The mass of the intermediate product is very easy to shape and can be easily pressed to form a molded body of any shape.
Alternativ können die Partikel aus Titanhydrid mit den Einzelkörpern der ersten titanhaltigen Komponente sowie den Einzelkörpern der zweiten magnesiumhaltigen Komponente und einem Binder vermischt werden. Die so erhaltene Masse wird vorzugsweise zu einem Formkörper gepresst. Durch die Anwesenheit der Einzelkörper der ersten titanhaltigen Komponente zusätzlich zu den Partikeln aus Titanhydrid lässt sich die Formbarkeit der Masse sowie die Verteilung von titanhaltigem Material und magnesiumhaltigen Material in der Masse beeinflussen.Alternatively, the particles of titanium hydride may be mixed with the individual bodies of the first titanium-containing component as well as the individual bodies of the second magnesium-containing component and a binder. The mass thus obtained is preferably pressed into a shaped body. The presence of the individual bodies of the first titanium-containing component in addition to the particles of titanium hydride allows the moldability of the mass as well affect the distribution of titanium-containing material and magnesium-containing material in the mass.
Bevorzugt können die Einzelkörper der ersten Komponente aus im Querschnitt vorzugsweise kreisförmigen Drahtabschnitten aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen. Weiter bevorzugt bestehen die Einzelkörper der zweiten Komponente aus im Querschnitt vorzugsweise kreisförmigen Drahtabschnitten aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung. Die Drahtabschnitte der ersten Komponente sind dabei bevorzugt mit Titanhydrid beschichtet. Alternativ können Partikel aus Titanhydrid mit den Drahtabschnitten der ersten und der zweiten Komponente vermischt werden. Durch im Querschnitt vorzugsweise kreisförmige Drahtabschnitte lässt sich das Zwischenverbundprodukt leicht herstellen.The individual bodies of the first component can preferably consist of wire sections made of titanium or a titanium alloy which are preferably circular in cross-section. More preferably, the individual bodies of the second component of preferably circular cross-section wire sections made of magnesium or a magnesium alloy. The wire sections of the first component are preferably coated with titanium hydride. Alternatively, particles of titanium hydride may be mixed with the wire sections of the first and second components. By cross-sectionally preferably circular wire sections, the intermediate composite product can be easily produced.
Die Drahtstücke weisen dabei eine Länge auf, die bevorzugt zwischen 50% und 150% ihres Durchmessers beträgt. Besonders bevorzugt weisen die Drahtabschnitte eine Länge auf, die ihrem Durchmesser entspricht. Dadurch wird eine optimale Berührungsdichte der Einzelkörper erreicht, ähnlich wie dies bei Raschig-Ringen in der chemischen Technik gepackter Säulen der Fall ist, da diese Geometrie zu einer statistischen räumlichen Anordnung der Einzelkörper führt.The pieces of wire have a length which is preferably between 50% and 150% of their diameter. Particularly preferably, the wire sections have a length which corresponds to their diameter. As a result, an optimal contact density of the individual bodies is achieved, similar to the case of Raschig rings in the packed column technique, since this geometry leads to a statistical spatial arrangement of the individual bodies.
Alternativ können beim erfindungsgemässen Zwischenverbundprodukt die Einzelkörper der ersten Komponente aus Drähten aus Titan o- der einer Titanlegierung und die Einzelkörper der zweiten Komponente aus Drähten aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung bestehen, wobei die Drähte beider Komponenten zu einem Geflecht, einem Gewebe oder einem Gewirke miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht die Herstellung von Verbundwerkstoff mit regelmässi- gen Netzstrukturen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Zwi- schenverbundprodukt mehrere Stränge miteinander verdrillter Drähte der ersten und zweiten Komponente auf, die nebeneinander und/oder übereinander auf einem metallischen oder keramischen Grundkörper angeordnet sind. Die Stränge bestehen dabei aus mindestens einem Draht aus Titan oder einer Titanlegierung sowie mindestens einem Draht aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung. Der titanhaltige Draht ist dabei zumindest teilweise mit Titanhydrid beschichtet. Die Zahl und der Durchmesser der miteinander verdrillten titan- und magnesiumhaltigen Drähte hängt vom gewünschten Volumenanteil der beiden Komponenten innerhalb des herzustellenden Verbundkörpers ab. Stränge aus miteinander verdrillten Drähten haben den Vorteil, dass durch einfaches verdrillen von Drähten sich regelmässige Netzstrukturen der ersten wie auch der zweiten Komponente herstellen lassen. Im fertigen Verbundwerkstoff liegen dann die Drähte der ersten titanhaltigen Komponente wegen dem Verdrillen in helikaler Form vor, bei der zweiten magnesiumhaltigen Komponente wird diese strenge geometrische helikale Anordnung durch den Schmelzprozess aufgehoben.Alternatively, in the case of the intermediate composite product according to the invention, the individual bodies of the first component consist of wires made of titanium or a titanium alloy and the individual bodies of the second component consist of wires made of magnesium or a magnesium alloy, the wires of both components being connected to form a braid, a woven fabric or a knitted fabric are. This enables the production of composite material with regular network structures. In a further preferred embodiment, the intermediate composite product has a plurality of strands of wires, twisted together, of the first and second components, which are arranged side by side and / or one above the other on a metallic or ceramic base body. The strands consist of at least one wire of titanium or a titanium alloy and at least one wire of magnesium or a magnesium alloy. The titanium-containing wire is at least partially coated with titanium hydride. The number and diameter of the titanium and magnesium wires twisted together depends on the desired volume fraction of the two components within the composite to be produced. Strands of wires twisted together have the advantage that by simple twisting of wires regular network structures of the first as well as the second component can be produced. In the finished composite material then the wires of the first titanium-containing component are due to the twisting in helical form, in the second magnesium-containing component, this strict geometric helical arrangement is canceled by the melting process.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats mit osteoinduktiven Eigenschaften vorzulegen. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäss Anspruch 16 gelöst.Another object of the present invention is to provide a method of making an implant having osteoinductive properties. This object is achieved by the method according to claim 16.
Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst folgende Schritte zur Herstellung eines Implantats, welches wenigstens teilweise aus einem Verbundwerkstoff aus einer titanhaltigen ersten Komponente und einer zweiten magnesiumhaltigen Komponente besteht. Dabei wird eine erste Komponente vorgelegt, welche aus Partikeln aus Titanhydrid und wahlweise Einzelkörpern aus Titan oder einer Titanlegierung besteht. Danach wird die erste und die zweite Komponente zu einem Zwischenverbundprodukt zusammengebracht, so dass sich die Einzelkörper der beiden Komponenten statistisch und/oder in einem sich periodisch wiederholenden Muster berühren. Das Zwischenverbundprodukt wird anschliessend wahlweise unter Druck erhitzt, bis zur Dissoziation des Titanhydrids zu Titan und zur Bildung von Diffusionsverschweissungen zwischen Einzelkörpern der ersten Komponente sowie bis zum Verschmelzen der Einzelkörper der zweiten Komponente untereinander.The method according to the invention comprises the following steps for producing an implant which consists at least partially of a composite material comprising a titanium-containing first component and a second magnesium-containing component. In this case, a first component is presented, which consists of particles of titanium hydride and optionally individual bodies of titanium or a titanium alloy. Thereafter, the first and second components are brought together to form an intermediate composite product, so the individual bodies of the two components touch each other statistically and / or in a periodically repeating pattern. The intermediate product is then optionally heated under pressure, until the dissociation of the titanium hydride to titanium and the formation of diffusion bonds between the individual bodies of the first component and to the fusion of the single body of the second component with each other.
Die erste Komponente beinhaltet Partikel aus Titanhydrid. Zusätzlich kann die erste Komponente wahlweise auch Einzelkörper aus Titan oder einer Titanlegierung beinhalten. Das Titanhydrid ermöglicht die Bildung von Diffusionsverschweissungen bei geringeren Temperaturen im Vergleich zu reinem Titan oder einer Titanlegierung. In einem nächsten Schritt werden die erste und die zweite Komponente zusammengebracht. Je nach dem wie die beiden Komponenten zusammengebracht werden, berühren sich die Einzelkörper der beiden Komponenten statistisch und/oder in einem sich periodisch wiederholenden Muster. Die Regelmässigkeit und/oder Periodizität der Berührungen lässt sich durch geeignete Wahl der Einzelkörper hinsichtlich ihrer Dimensionen und Form sowie durch ihr Mengenverhältnis zueinander beeinflussen. Im letzten Schritt wird das durch das Zusammenbringen der beiden Komponenten erzeugte Zwischenverbundprodukt erhitzt, so dass das Titanhydrid zu Titan und Wasserstoff disoziiert und die frisch gebildeten Titanpartikel Diffusionsschweissstellen untereinander und mit den allfällig vorhandenen titanhaltigen Körpern der ersten Komponente bilden. Dies führt zur Bildung einer ersten titanhaltigen Netzstruktur. Durch die Hitze verschmelzen zudem die Einzelkörper der zweiten Komponente miteinander. Dadurch bildet sich eine zweite, magnesiumhaltige Netzstruktur, wobei sich beide Netzstrukturen gegenseitig durchdringen. Bevorzugt weisen die Einzelkörper der zweiten Komponente eine maximale Breite von 0.05mm bis lmm auf. Das Volumen das durch die Einzelkörper der zweiten Komponente vor dem Schmelzen eingenommen wird, definiert das Muster der Netzstruktur der ersten Komponente. Die Verwendung von Einzelkörpern mit einer maximalen Breite von 0.05mm bis lmm ergibt im Verbundwerkstoff eine titanhaltige Netzstruktur, die optimal für das Einwachsen von Knochenzellen geeignet ist.The first component contains particles of titanium hydride. In addition, the first component may optionally also include titanium single body or a titanium alloy. The titanium hydride allows the formation of diffusion bonds at lower temperatures compared to pure titanium or a titanium alloy. In a next step, the first and second components are brought together. Depending on how the two components are brought together, the individual bodies of the two components touch each other statistically and / or in a periodically repeating pattern. The regularity and / or periodicity of the touches can be influenced by suitable choice of the individual bodies in terms of their dimensions and shape and by their quantitative ratio to one another. In the last step, the intermediate composite product produced by bringing the two components together is heated so that the titanium hydride dissociates to titanium and hydrogen and the freshly formed titanium particles form diffusion bonding sites with one another and with any titanium-containing bodies of the first component. This leads to the formation of a first titanium-containing network structure. Due to the heat, the individual bodies of the second component also fuse together. This forms a second, magnesium-containing network structure, wherein both network structures penetrate each other. The individual bodies of the second component preferably have a maximum width of 0.05 mm to 1 mm. The volume occupied by the single bodies of the second component before melting defines the pattern of the network structure of the first component. The use of individual bodies with a maximum width of 0.05 mm to 1 mm results in the composite material with a titanium-containing network structure, which is optimally suitable for the ingrowth of bone cells.
Das Erhitzen kann dabei wahlweise bei Über- oder Unterdruck erfolgen. Um Reaktionen zwischen dem Titanhydrid und der Luft zu vermeiden, kann das Erhitzen alternativ unter Schutzgasatmosphäre erfolgen.The heating can be done either at positive or negative pressure. In order to avoid reactions between the titanium hydride and the air, the heating may alternatively be carried out under a protective gas atmosphere.
Bevorzugt wird eine Mischung von Partikeln aus Titanhydrid mit einem Binder, wie er z.B. in der Pulvermetallurgie von Titanlegierungen zur Anwendung kommt, vorgelegt. Wichtig in diesem Zusammenhang ist dass der Binder durch die Hitzeeinwirkung des Verfahrens im Sinne eines Debinderings vollständig entfernt werden kann, ohne irgendwelche Rückstände zu hinterlassen, welche sich negativ auf in die titanhaltige Netzstruktur einwachsende Knochenzellen auswirken können. Durch den Einsatz eines Binders liegen die Partikel aus Titanhydrid in einer viskosen Masse vor, die sich einfach handhaben lässt und die z.B. leicht zu einer Form pressen lässt.Preferred is a mixture of particles of titanium hydride with a binder such as e.g. in the powder metallurgy of titanium alloys is used submitted. Important in this context is that the binder can be completely removed by the heat of the process in the sense of a debindering, without leaving any residues, which can adversely affect growing into the titanium-containing network structure bone cells. By using a binder, the particles of titanium hydride are present in a viscous mass which is easy to handle and which has e.g. easy to press into a mold.
Zusätzlich können Einzelkörper aus Titan oder einer Titanlegierung zur Masse des Binders und der Titanhydridpartikel beigemischt werden. Dadurch lassen sich die statistische Regelmässig- keit und/oder das sich periodisch wiederholende Muster der Berührungspunkte zwischen den Einzelkörper der beiden Komponenten zusätzlich beeinflussen. Auch kann dadurch die die Statik des Verbundwerkstoffs angepasst werden. Alternativ können die Einzelkörper der ersten Komponente mit Titanhydridpartikel beschichtet oder überzogen sein. Um den Zusammenhalt der Teilchen der ersten, mit Titanhydrid vorbeschichteten und der zweiten Komponente im Rahmen eines Grünkörpers oder einer Beschichtung zu gewährleisten, kann auch in diesem Fall ein Binder zugemischt werden.In addition, single bodies of titanium or a titanium alloy can be admixed to the mass of the binder and the titanium hydride particles. As a result, the statistical regularity and / or the periodically repeating pattern of the contact points between the individual bodies of the two components can be additionally influenced. Also, this can be adapted to the statics of the composite material. Alternatively, the individual bodies of the first component may be coated or coated with titanium hydride particles. In order to ensure the cohesion of the particles of the first titanium hydride precoated and the second component in the context of a green body or a coating, a binder can also be mixed in this case.
Besonders bevorzugt wird die Masse aus Titanhydridpartikel und Binder mit den Einzelkörpern der zweiten magnesiumhaltigen Komponente vermischt und auf einen Implantatgrundkörper aufgebracht. Das Aufbringen kann in vielfältiger Form, z.B. durch Aufpinseln, Aufspritzen oder durch Aufpressen erfolgen, wobei die klebende Wirkung des Binders genutzt werden kann. Dadurch kann ein Teil eines Implantats mit einem Verbundwerkstoff versehen werden, der osteoinduktive Eigenschaften aufweist und das Einwachsen von Knochenzellen ermöglicht. Der Implantatgrundkörper kann dabei teilweise mit Titanhydrid beschichtet sein, um eine bessere Verschweissung zwischen der ersten Komponente und dem Implantatgrundkörper zu erreichen. Durch das Aufbringen auf einen Implantatgrundkörper lassen sich auch komplizierte Formen herstellen .The mass of titanium hydride particles and binder is particularly preferably mixed with the individual bodies of the second magnesium-containing component and applied to an implant base body. The application may take a variety of forms, e.g. by brushing, spraying or by pressing done, the adhesive effect of the binder can be used. As a result, a part of an implant can be provided with a composite material which has osteoinductive properties and allows the ingrowth of bone cells. The implant base body may be partially coated with titanium hydride, in order to achieve a better weld between the first component and the implant body. By applying to a basic implant body can also produce complicated shapes.
Alternativ können die Einzelkörper der ersten und zweiten Komponente aus zugeschnittenen Drahtstücken bestehen. Dabei werden zunächst titan- und magnesiumhaltige Drähte auf eine geeignete Länge zugeschnitten. Je nach Länge und Durchmesser der Drähte sowie dem Verhältnis der Länge zum Durchmesser lassen sich die Eigenschaften der durch die Komponenten gebildeten Netzstrukturen beeinflussen, z.B. ordnen sich Drahtabschnitte, deren Länge ihrem Durchmesser entspricht, bevorzugt statistisch an, während Drahtabschnitte, deren Länge den Durchmesser übersteigt, sich bevorzugt parallel zueinander lagern, was z.B. zu gerichteten mechanischen Eigenschaften führt.Alternatively, the individual bodies of the first and second components can consist of cut pieces of wire. Initially, titanium- and magnesium-containing wires are cut to a suitable length. Depending on the length and diameter of the wires and the ratio of the length to the diameter, the properties of the network structures formed by the components can be influenced; for example, wire sections whose length corresponds to their diameter preferably arrange statistically, while wire sections whose length exceeds the diameter yourself preferably store parallel to each other, which leads, for example, to directional mechanical properties.
Eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens sieht zudem vor, dass die Einzelkörper der ersten und der zweiten Komponente aus Drähten oder Drahtstücken bestehen, die derart zusammengebracht werden, dass mindestens ein Draht oder Drahtstück der ersten Komponente mit mindestens einem Draht oder Drahtstück der zweiten Komponente zu einem Strang verdrillt ist. Werden Drähte verdrillt, so lässt sich ein relativ langer Strang herstellen, der sich beispielsweise um einen Implantatgrundkörper wickeln lässt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die verdrillten Stränge in kürzere Abschnitte zu zerteilen. Solche Drahtstücke lassen sich beispielsweise als Schüttung zum Verbundwerkstoff verschweissen bez. verschmelzen. Dabei kann der Hüll-Durchmesser dieser Stränge z.B. ebenfalls gleich der Länge gewählt werden, wodurch die Stränge sich in einer Schüttung bevorzugt statistisch anordnen, gleichzeitig existiert jedoch eine Periodizität der Abfolge der titan- und der magnesium- haltigen Komponenten innerhalb der Einzelstränge.A further alternative embodiment of the method according to the invention also provides that the individual bodies of the first and the second component consist of wires or pieces of wire which are brought together in such a way that at least one wire or piece of wire of the first component with at least one wire or piece of wire of the second component twisted a strand. If wires are twisted, then a relatively long strand can be produced, which can be wound, for example, around an implant main body. However, it is also possible to divide the twisted strands into shorter sections. Such pieces of wire can be welded, for example, as a bed of composite material bez. merge. The shell diameter of these strands may be e.g. can also be chosen equal to the length, whereby the strands preferably randomly arrange in a bed, but at the same time there is a periodicity of the sequence of titanium and magnesium-containing components within the single strands.
Alternativ können Drähte der ersten und der zweiten Komponente zunächst miteinander zu einem Strang verdrillt werden. Dieser Strang wird dann in Teilstränge zerteilt und diese auf einen Implantatgrundkörper gepresst. Die Teilstränge können auch in eine Form gepresst werden.Alternatively, wires of the first and second components may first be twisted together into a strand. This strand is then divided into partial strands and pressed onto an implant body. The partial strands can also be pressed into a mold.
Eine weitere Ausführungsform zur Erzeugung bestimmter Strukturen auf der Basis von titan- und magnesiumhaltigen Drähten besteht darin, dass die Drähte mit einem bekannten Wickelverfahren zu Spiralen gewickelt werden, wobei die Spiralen anschliessend in kürzere Abschnitte zerteilt werden und wahlweise mit einem Binder zu einem Verbundkörper verpresst werden, wobei die Spiral- körper der beiden Komponenten sich teilweise miteinander verschränken. Dabei können bevorzugt die Spiralkörper der ersten Komponente mit Titanhydrid vorbeschichtet werden, es besteht jedoch auch die Möglichkeit das Titanhydrid erst mit dem Binder in die Schüttung einzubringen.Another embodiment for producing certain structures based on titanium- and magnesium-containing wires is that the wires are wound into spirals by a known winding method, the spirals subsequently being cut into shorter sections and optionally pressed with a binder into a composite body where the spiral Body of the two components partially interlock. In this case, preferably, the spiral body of the first component can be precoated with titanium hydride, but it is also possible to introduce the titanium hydride only with the binder in the bed.
Alternativ können von jeder Komponente mindestens ein Draht miteinander verknäuelt werden. Die Volumenanteile der beiden Komponenten können dabei variiert werden, z.B. durch unterschiedliche Zuführgeschwindigkeiten der Drähte beim Verknäueln. Auch in diesem Fall kann der Draht der ersten Komponente bevorzugt mit Titanhydrid vorbeschichtet sein, es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Titanhydridpartikel gemeinsam mit dem Binder während oder nach dem Verknäuelungsvorgang zuzugeben.Alternatively, at least one wire of each component may be tangled together. The volume fractions of the two components can be varied, e.g. by different feeding speeds of the wires when tangled. Also in this case, the wire of the first component may preferably be precoated with titanium hydride, but it is also possible to add the titanium hydride particles together with the binder during or after the entanglement process.
Unter Verknäueln im Sinne der Anmeldung wird das chaotische Verheddern von Drähten der ersten und der zweiten Komponente miteinander verstanden.Under entangling in the sense of the application, the chaotic entanglement of wires of the first and the second component is understood together.
Im Gegensatz zum Stand der Technik handelt es sich bei der er- findungsmässigen Idee um ein osteoinduktive Verbundzone zur Verankerung eines Implantats in peripherem Knochengewebe, welches im Sinne des unabhängigen Anspruchs aus Bereichen einer magnesi- umhaltigen metallischen und/oder salzartigen Phase und wahlweise Bereichen einer titanhaltigen metallischen Phase aufgebaut ist, wobei die Bereiche zumindestens entlang einer Raumachse einen Durchmesser zwischen 0.05 und 1 mm aufweisen und in statistischer und/oder periodischer Weise so zueinander angeordnet sind, dass es zu häufiger Kontaktnahme mit Bereichen der Oberfläche der eigenen und der anderen Phase kommt, wobei sich zumindestens die Bereiche der einen Komponente über aus Dissoziation von Titanhydridteilchen mit einer maximalen Korngrösse von 0.05 mm entstandene Titanbereiche in Diffusionsverschweissung befinden und dass die magnesiumhaltige Phase bei Kontaktnahme mit Körperflüssigkeit bei salzartigem Charakter im Sinne eines Löslich- keitsprozesses und bei metallischem Charakter im Sinne eines Korrosionsprozesses unter Freisetzung von Magnesiumionen entsprechend ihrer Zusammensetzung und Geometrie unter Bildung von Calciumphosphat in zeitlich kontrollierter Weise in Lösung geht, wonach die Augmentation des peripheren Knochengewebes durch Umwandlung des Calciumphosphats in diesen Hohlräume erfolgt.In contrast to the prior art, the idea according to the invention is an osteoinductive composite zone for anchoring an implant in peripheral bone tissue, which in the sense of the independent claim consists of areas of a magnesium-containing metallic and / or salt-like phase and optionally areas of a titanium-containing metallic phase is formed, wherein the areas at least along a spatial axis have a diameter between 0.05 and 1 mm and are arranged in statistical and / or periodic manner to each other so that it comes to frequent contact with areas of the surface of its own and the other phase, at least the regions of the one component being in diffusion bonding via titanium regions resulting from dissociation of titanium hydride particles with a maximum grain size of 0.05 mm and that the magnesium-containing phase in contact with body fluid with salt-like character in a solubility process and metallic character in the sense of a corrosion process with release of magnesium ions according to their composition and geometry with the formation of calcium phosphate in a timely controlled manner in a solution, after which augmentation of the peripheral bone tissue by conversion of the calcium phosphate in these cavities takes place.
Entsprechend Anspruch 16 umfasst die erfindungsgemässe Idee auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen osteoinduktiven Verbundzone, wobei Bereiche einer magnesiumhaltigen Phase, wahlweise Bereiche einer Titanlegierung und Titanhydrid-Teilchen, welche sich vorzugsweise in Mischung mit einem Binder oder Kleber befinden, wie er z.B. beim pulvermetallurgischen Spritzguss von Titanlegierungen zur Anwendung kommt, zu einem Verbundkörper geformt werden, der entweder das gesamte Implantat bildet oder auf die Oberfläche eines Implantatkörpers aufgebracht wird, wobei dieser Verbundkörper oder Verbund in einer wahlweise ersten Phase einem der Natur des Binders oder Klebers entsprechenden De- bindering über einen thermischen und/oder Lösungsprozess unterworfen wird, worauf er in einer zweiten Phase bei allmählich ansteigender Temperatur unter Unterdruck und/oder Inertgas erhitzt wird, worauf es zur Dissoziation des Titanhydrids zu Titan unter Abspaltung von Wasserstoff kommt und dass der Erhitzungsprozess in einer dritten Phase bis zu einer Temperatur geführt wird, wo es zur Diffusionsverschweissung der neu gebildeten Titanphase mit zumindestens einer der Nachbarphasen und dem wahlweise vorhandenen Implantatkörper kommt, wobei es gleichzeitig wahlweise zum Aufschmelzen und zur Vernetzung der magnesiumhaltigen Phase kommt . Im wesentlichen besteht diese Verbundzone also aus einem Netzwerk einer dauerhaft im Körper verbleibenden und kraftführenden Metallphase, vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung und einem in dessen Hohlräumen befindlichen zweiten zusammenhängenden Netzwerk einer magnesiumhaltigen Phase, welche in der Phase der Herstellung im Sinne eines Platzhalters die Formgebung der kraftführenden Metallkomphase bestimmt und in der zweiten Phase nach der Implantation über den im Kontakt mit Körperflüssigkeit einsetzenden Auflösungsprozess ein osteoinduktives Netzwerk von Hohlräumen bildet, welches das Einwachsen von Knochenzellen begünstigt, wodurch die mechanische Stabilität des bereits vorhandenen metallischen Netzwerks zusätzlich erhöht wird.According to claim 16, the inventive idea also includes a method for producing such an osteoinductive composite zone, wherein areas of a magnesium-containing phase, optionally areas of a titanium alloy and titanium hydride particles, which are preferably in admixture with a binder or adhesive, such as in powder metallurgy injection molding is used to form a composite body which either forms the entire implant or is applied to the surface of an implant body, this composite body or composite in an optional first phase corresponding to the nature of the binder or adhesive De bindering on a it is heated in a second phase at gradually increasing temperature under reduced pressure and / or inert gas, which leads to the dissociation of the titanium hydride to titanium with elimination of hydrogen and that d the heating process is conducted in a third phase up to a temperature, where it comes to the diffusion bonding of the newly formed titanium phase with at least one of the adjacent phases and the optional implant body, wherein at the same time either comes to melting and crosslinking of the magnesium-containing phase. In essence, this composite zone thus consists of a network of a permanently remaining in the body and kraftführenden metal phase, preferably titanium or a titanium alloy and in its cavities second cohesive network of a magnesium-containing phase, which in the production phase in the sense of a placeholder the shape of the determines in the second phase after implantation via the onset of contact with body fluid dissolution process an osteoinductive network of cavities, which favors the ingrowth of bone cells, whereby the mechanical stability of the existing metallic network is additionally increased.
Wird ein erfindungsgemässer Verbundwerkstoff mit einem keramischen Implantatgrundkörper durch Diffusionsschweissen mit Hilfe von Titanhydrid verbunden, kann eine Bindungsfestigkeit erzielt werden, welche im Idealfall diejenige der Keramik übersteigen kann. Titanhydrid ermöglicht damit auf diese Weise erfindungsge- mäss die Erzeugung einer titan- und magnesiumhaltigen Schicht nicht nur auf einer Vielzahl von metallischen sondern auch keramischen Werkstoffen.If a composite material according to the invention is bonded to a ceramic implant base body by diffusion welding with the aid of titanium hydride, a bond strength can be achieved, which in the ideal case can exceed that of the ceramic. Titanium hydride thus makes it possible, in accordance with the invention, to produce a titanium- and magnesium-containing layer not only on a large number of metallic but also ceramic materials.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den folgenden Figuren und Beispielen. Es zeigen:Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following figures and examples. Show it:
Fig. Ia - Id verschiedene Phasen bei der Herstellung sowie nach Implantation einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäs- sen Implantats mit osteoinduktivem Verbundwerkstoff auf der O- berfläche in einer Schnittansicht,1a-Id different phases in the production and after implantation of a first embodiment of an implant according to the invention with osteoinductive composite material on the surface in a sectional view,
Fig. 2a - 2d verschiedene Phasen bei der Herstellung sowie nach Implantation einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsemäs- sen Implantats mit osteoinduktivem Verbundwerkstoff auf der O- berfläche in einer Schnittansicht, Fig. 3a - 3e verschiedene Phasen bei der Herstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemässen osteoinduktiven Verbundwerkstoffs in einer Schnittansicht,FIGS. 2a-2d show various phases in the production and after implantation of a second embodiment of an implant according to the invention with osteoinductive composite material on the surface in a sectional view; 3a-3e different phases in the production of a third embodiment of an inventive osteoinductive composite material in a sectional view,
Fig. 4a - 4c verschiedene Phasen bei der Herstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemässen osteoinduktiven Verbundwerkstoffs,4a-4c different phases in the production of a fourth embodiment of an inventive osteoinductive composite material,
Fig. 5a - 5c verschiedene Phasen der Herstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verbundwerkstoffs,5a-5c different phases of the production of a further embodiment of a composite material according to the invention,
Fig. 6a eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Zwischen- verbundprodukts ,6a shows an embodiment of an intermediate composite product according to the invention,
Fig. 6b einen Querschnitt durch das Zwischenverbundprodukt aus Figur 5a entlang der Achse,FIG. 6b shows a cross section through the intermediate composite product from FIG. 5a along the axis, FIG.
Fig. 7a und 7b verschiedene Phasen bei der Herstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemässen osteoinduktiven Verbundwerkstoffs auf der Oberfläche eines Implantats,7a and 7b different phases in the production of a further embodiment of an inventive osteoinductive composite material on the surface of an implant,
Fig. 8 eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Implantats mit einer Oberfläche aus einem Verbundwerkstoff,8 shows an embodiment of an implant according to the invention with a surface made of a composite material,
Fig. 9 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Implantats mit einem Verbundwerkstoff auf der Oberfläche,9 shows a section through a further embodiment of an inventive implant with a composite material on the surface,
Fig. 10a und 10b zwei Phasen bei der Herstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verbundwerkstoffs, Fig. IIa - 11c zwei Phasen bei der Herstellung einer Hüftgelenkspfanne mit einem erfindungsgemässen Verbundwerkstoff und einer dritten Phase, welche das Implantat nach Implantation und erfolgter Augmentation des peripheren Knochengewebes zeigt,10a and 10b two phases in the production of a further embodiment of a composite material according to the invention, 11a-11c show two phases in the production of an acetabular cup with a composite material according to the invention and a third phase, which shows the implant after implantation and augmentation of the peripheral bone tissue,
Fig. 12 eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Implantats mit einem nachträglich bearbeiteten Verbundwerkstoff, und12 shows an embodiment of an inventive implant with a subsequently processed composite material, and
Fig. 13 eine weitere Ausführungsform eines osteoinduktiven Verbundwerkstoffs, welche eine elastisch federnde Armierung enthält.13 shows a further embodiment of an osteoinductive composite material which contains an elastically resilient reinforcement.
Figuren Ia bis Id zeigen eine erste Variante eines erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens eines Implantats 1, bei dem das Implantat 1 mit einem Verbundwerkstoff 2 versehen wird. Wie in Figur Ia gezeigt, werden dabei zunächst Einzelkörper einer mag- nesiumhaltigen Komponente 4 in Mischung mit Titanhydridpartikeln, welche vorgängig vorzugsweise mit einem Binder, wie er z.B. in der Pulvermetallurgie von Titanlegierungen zur Anwendung kommt, zu einer Masse 5 vermischt und auf ein Implantat 1 aufgebracht. Vorzugsweise kann die aufgebrachte Masse zu einem Formkörper gepresst werden, sodass eine gewünschte Oberflächenform entsteht. Die Einzelkörper der magnesiumhaltigen Komponente 4 können aus einem Gemisch von mindestens einem Magnesiumsalz und/oder mindestens einer metallischen Magnesiumlegierung bestehen. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um Partikel einer Magnesiumlegierung mit angenähert ellipsoider Form, deren Breite B bei 0.35 mm und deren Länge L etwa beim doppelten Wert liegt. Die Einzelkörper können Formen aufweisen, die von annähernd zentralsymmetrisch kugelig bis hin zur extrem langgezogenen Geometrie eines Drahts gehen können, wobei deren Breite zwischen 0.05 und 1 mm liegt. Die Menge der vorzugsweise mit Binder vermischten Titanhydridpartikel, deren Korngrösse bevorzugt unter- halb von 0.05 mm liegt, wird dabei im Verhältnis zur Menge der Einzelkörper der magnesiumhaltigen Komponente 4 auf einen Wert begrenzt, welcher sicherstellt, dass es beim Verpressen des Formkörpers zu zahlreichen Berührungsstellen 11 der Einzelkörper 4 unter sich sowie auch mit der Oberfläche des Implantats 1 kommt. Um dies sicherzustellen, kann die Bindermenge auf einen Wert begrenzt werden, bei dem nach der Pressung restliche Hohlräume zwischen den Einzelkörper 4 zurückbleiben.FIGS. 1 a to 1 d show a first variant of a production method of an implant 1 according to the invention, in which the implant 1 is provided with a composite material 2. As shown in FIG. 1 a, individual bodies of a magnesium-containing component 4 in admixture with titanium hydride particles, which are preferably previously mixed with a binder, as used, for example, in the powder metallurgy of titanium alloys, are mixed to form a mass 5 and placed on an implant 1 applied. Preferably, the applied mass can be pressed into a shaped body, so that a desired surface shape is formed. The individual bodies of the magnesium-containing component 4 may consist of a mixture of at least one magnesium salt and / or at least one metallic magnesium alloy. In the present example are particles of a magnesium alloy with approximately ellipsoidal shape whose width B at 0.35 mm and whose length L is about twice the value. The individual bodies can have shapes that can go from approximately centrally symmetric spherical up to the extremely elongated geometry of a wire, the width of which is between 0.05 and 1 mm. The amount of titanium hydride particles, preferably mixed with binder, whose particle size is preferably is half of 0.05 mm, it is limited in relation to the amount of the individual body of the magnesium-containing component 4 to a value which ensures that it comes to the pressing of the molding to numerous contact points 11 of the individual body 4 below as well as with the surface of the implant 1 , To ensure this, the amount of binder can be limited to a value at which remaining voids remain between the individual bodies 4 after the pressing.
Das Implantat 1, auf den die Masse 5 zur Bildung eines Verbundwerkstoffs 2 aufgebracht wird, besteht dabei vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung. Implantat 1 kann jedoch auch aus einem anderen Metall oder sogar aus einer keramischen Masse bestehen, da Titanhydrid in der Werkstofftechnik häufig als Löthilfsmittel zur Erzeugung von metall-keramischen Fügungen verwendet wird, wobei es infolge seiner hohen Reduktionskraft imstande ist, die Oberfläche einer Keramik zu metallisieren und damit für den Lötprozess geeignet zu machen.The implant 1, to which the mass 5 is applied to form a composite material 2, preferably consists of titanium or a titanium alloy. However, implant 1 can also be made of a different metal or even of a ceramic mass, since titanium hydride is frequently used in soldering materials for producing metal-ceramic compounds, it being able to metallize the surface of a ceramic due to its high reducing power and to make it suitable for the soldering process.
Bild Ib zeigt einen Zustand, nachdem der in Bild Ia beschriebene Verbund aus Implantatkörper 1 und Masse 5 einer thermischen Nachbehandlung unterworfen wurde. In einem ersten Schritt wird der Binder, mit dem die Titanhydridpartikel zur Masse 5 gemischt wurden, im Sinne eines Debinderings je nach seiner chemischen Natur mit einem Lösungsmittel und/oder durch vorsichtige thermische Erhitzung entfernt. Das Bindemittel muss dabei auf jeden Fall in phyikalischer und chemischer Weise so beschaffen sein, dass es nicht mit der titanhaltigen Komponente reagiert, bzw. der Vorgang des Debinderings sollte abgeschlossen sein, bevor das Titanhydrid bei weiterer Temperaturerhöhung zu Titan und Wasserstoff dissoziiert, denn das in statu nascendi gebildete feinkörnige Titan besitzt eine hohe chemische Reaktivität und würde auch noch mit geringen Spuren z.B. von Sauerstoff, Stick- Stoff oder Kohlenstoff in Reaktion treten. Aus demselben Grund muss die weitere Erhitzung, insbesondere die Dissoziation des Titanhydrids, unbedingt unter vermindertem Druck und/oder einem geeigneten Schutzgas wie Argon erfolgen, um eine Reaktion zwischen Titan und der Gasatmosphäre zu vermeiden. Die Dissoziation des Titanhydrids beginnt je nach Gasdruck zwischen 300 und 4000C und klingt bei einer Temperatur zwischen 500 und 6000C ab. Infolge der Feinkörnigkeit und hohen Reaktivität der aus der Dissoziation von Titanhydrid entstandenen Titanpartikel kommt es bereits in diesem Temperaturbereich zu einem Ansintern, wobei es bei weiterer Steigerung der Temperatur zu Diffusionsverschweis- sungen 10 zwischen der Oberfläche des Implantats 1 und des durch die Dissoziations des Titanhydrids frisch gebildeten Reintitans kommt, wobei sich eine zusammenhängende Netzstruktur aus Titan 6 bildet. Je nach Zusammensetzung und Schmelzpunkt der magnesium- haltigen Einzelkörper 4 sowie der Höhe der Temperatur in der Endphase kommt es an den Berührungsstellen 11 zum Zusammen- schluss der magnesiumhaltigen Einzelkörper 4 über Verschmel- zungs- oder Diffusionsverschweissungsbereiche unter Bildung einer zusammenhängenden Netzstruktur 7 der magnesiumhaltigen Komponente. Der dreidimensionale Zusammenhang der Netzstruktur 7 wird - insbesondere im Falle salzartiger magnesiumhaltiger Einzelkörper 4- auch durch das Benetzungsverhalten unterstützt, denn während die magnesiumhaltigen Einzelkörper 4 untereinander naturgemäss eine gute Benetzung zeigen, ist diese gegen das Reintitan wesentlich schlechter. Dieses Verhalten ist ja aus der industriellen Herstellung von Titan über das Kroll-Verfahren bekannt, wo sich die Systeme Magnesium und Titan ebenfalls bei hohen Temperaturen in Kontakt befinden.Figure Ib shows a state after the composite of implant body 1 and mass 5 described in Figure Ia was subjected to a thermal aftertreatment. In a first step, the binder with which the titanium hydride particles have been mixed into mass 5 is removed in the manner of debindering, depending on its chemical nature, with a solvent and / or by careful thermal heating. The binder must in any case be designed in a physical and chemical manner so that it does not react with the titanium-containing component, or the process of debindering should be completed before the titanium hydride dissociates on further temperature increase to titanium and hydrogen, because the statu nascendi formed fine-grained titanium has a high chemical reactivity and would also with small traces of eg oxygen, nitrogen Substance or carbon react. For the same reason, the further heating, in particular the dissociation of the titanium hydride, must be carried out under reduced pressure and / or a suitable protective gas such as argon, in order to avoid a reaction between titanium and the gas atmosphere. The dissociation of titanium hydride begins depending on the gas pressure between 300 and 400 0 C and stops at a temperature between 500 and 600 0 C. As a result of the fine granularity and high reactivity of the titanium particles formed from the dissociation of titanium hydride, sintering already occurs in this temperature range, whereby, as the temperature is further increased, diffusion bonds 10 are produced between the surface of the implant 1 and that due to the dissociation of the titanium hydride formed Reintitans comes, with a contiguous network structure of titanium 6 is formed. Depending on the composition and melting point of the magnesium-containing individual bodies 4 as well as the height of the temperature in the final phase, the magnesium-containing individual bodies 4 merge at the points of contact 11 via fusion or diffusion bonding regions to form a coherent network structure 7 of the magnesium-containing component. The three-dimensional relationship of the network structure 7 is - especially in the case of salt-like magnesium-containing single body 4- supported by the wetting behavior, because while the magnesium-containing single body 4 naturally show good wetting among each other, this is much worse against the pure titanium. This behavior is known from the industrial production of titanium via the Kroll process, where the magnesium and titanium systems are also in contact at high temperatures.
Fig. Ic zeigt den Zustand einige Zeit nachdem der Verbund aus Implantat 1 und Verbundwerkstoff 2 peripher zu Knochengewebe 15 implantiert wurde. Durch den Kontakt mit Körperflüssigkeit kommt es zur allmählichen Auflösung der Netzstruktur 7 der magnesium- haltigen zweiten Komponente. Falls es sich bei der magnesiumhal- tigen Komponente um ein Gemisch von einem oder mehreren Magnesiumsalzen, z.B. Magnesiumchlorid handelt, kommt es dabei zu einem allmählichen Lösungsvorgang unter Freisetzung von Magnesiumionen. Falls die magnesiumhaltige zweite Komponente eine metallische Magnesiumlegierung ist, erfolgt die Auflösung im Rahmen eines Korrosionsvorgangs unter gleichzeitiger Freisetzung von Wasserstoff. In beiden Fällen wird die Auflösungskinetik einerseits von der Stabilität der Netzstruktur 7 und andererseits von der Geometrie des dabei gebildeten Hohlraumsystems bestimmt, welches Anteil und Ausmass der dabei auftretenden Stofftransportporzesse über Diffusion und Konvektion bestimmt. Obwohl im Bild nicht gezeigt, kann die Netzstruktur 7 auch aus einer Mischung von metallischen und salzartigen Anteilen bestehen, wobei die Menge der Anteile insbesondere im Zusammenhang mit ihrer Auflösungsgeschwindigkeit sowie in Hinblick auf die Reduktion der bei der Korrosion der Netzstruktur 7 unerwünschten Wasserstoffmenge gewählt werden kann.FIG. 1c shows the state some time after the composite of implant 1 and composite 2 has been implanted peripherally to bone tissue 15. Coming through contact with body fluid it is the gradual dissolution of the network structure 7 of the magnesium-containing second component. If the magnesium-containing component is a mixture of one or more magnesium salts, for example magnesium chloride, a gradual dissolution process occurs with the release of magnesium ions. If the magnesium-containing second component is a metallic magnesium alloy, the dissolution occurs as part of a corrosion process with simultaneous release of hydrogen. In both cases, the dissolution kinetics are determined, on the one hand, by the stability of the network structure 7 and, on the other hand, by the geometry of the cavity system formed thereby, which determines the proportion and extent of the mass transfer processes occurring via diffusion and convection. Although not shown in the figure, the network structure 7 can also consist of a mixture of metallic and salt-like proportions, wherein the amount of the components can be chosen in particular in connection with their dissolution rate and with regard to the reduction of the undesirable in the corrosion of the network structure 7 amount of hydrogen ,
Die Auflösung der Netzstruktur 7 führt zur Ausfällung von Calci- umphospat 12. Es ist ein spezielles Merkmal der erfindungsgemäs- sen Idee, dass zwei osteoinduktive Prinzipien in Kombination zum Einsatz kommen: zum einen ist dies die wachstumsfördernde Wirkung einer Titanstruktur 6 optimaler Geometrie, zum anderen die günstige Wirkung eines langzeitig gerichteten Diffusionsstroms von Magnesiumionen, der in stetiger Weise durch den Abbau der Netzstruktur 7 in Richtung des peripheren Knochengewebes 15 ab- fliesst und die Ausfällung von Calciumphosphat 12 begünstigt.The dissolution of the network structure 7 leads to the precipitation of calcium phosphate 12. It is a special feature of the idea according to the invention that two osteoinductive principles are used in combination: on the one hand, this is the growth-promoting effect of a titanium structure 6 of optimum geometry, on the other hand the favorable effect of a long-term directed diffusion of magnesium ions, which flows off in a continuous manner by the degradation of the network structure 7 in the direction of the peripheral bone tissue 15 and favors the precipitation of calcium phosphate 12.
Fig. Id zeigt den späteren Endzustand, in dem das Knochengewebe 15 durch Umwandlung des Calciumphosphats 12 zu neuen Knochenzellen 16 in die Titanstruktur 6 des Verbundwerkstoffs 2 augmen- tiert ist. Es ist nun also eine Verbundzone zwischen dem Implantat 1 und dem Knochengewebe 15 entstanden, in welcher Scherkräfte, die zwischen dem steifen metallischen Implantat 1 und dem elastischeren Knochengewebe 15 bestehen, in effizienter Weise abgebaut werden können. Damit kann das unterschiedliche Biegeverhalten zwischen einem vollmetallischen Implantat 1 und dem umliegenden Knochengewebe 15 angepasst werden, welches sonst zu gefährlichen Scherspannungen an der Peripherie des Implantats 1 und des Knochengewebes 15 führen könnte.1 d shows the later final state in which the bone tissue 15 is augmented by conversion of the calcium phosphate 12 into new bone cells 16 in the titanium structure 6 of the composite material 2. is animal. Thus, a composite zone has now developed between the implant 1 and the bone tissue 15, in which shearing forces that exist between the rigid metallic implant 1 and the more elastic bone tissue 15 can be reduced in an efficient manner. Thus, the different bending behavior between a fully metallic implant 1 and the surrounding bone tissue 15 can be adjusted, which could otherwise lead to dangerous shear stresses at the periphery of the implant 1 and the bone tissue 15.
Diese erste und einfachste Variante eines erfindungsmässen Implantats 1 welches mindestens teilweise aus einem Verbundwerkstoff 2 besteht, verwendet lediglich die aus der Dissoziation von Titanhydrid gebildete Titanstruktur 6 als Gerüst für die Einbettung der Netzstruktur 7 der magnesiumhaltigen Komponente. Nach der Auflösung der magnesiumhaltigen Komponente bildet die Titanstruktur 6 osteoinduktive Hohlräume, in die neue Knochenzellen 16 augmentieren können. Gleichzeitig dient die Titanstruktur 6 zur Bildung von Diffusionsverschweissungen 10 schon bei tiefen Temperaturen, was zu einer stabilen Verbindung des Verbundwerkstoffs 2 mit dem Implantat 1 sorgt, damit die vom Knochengewebe 15 kommenden Kräfte sicher auf das Implantat 1 ü- bertragen werden können.This first and simplest variant of an inventive implant 1 which at least partially consists of a composite material 2, uses only the titanium structure 6 formed from the dissociation of titanium hydride as a framework for the embedding of the network structure 7 of the magnesium-containing component. After dissolution of the magnesium-containing component, the titanium structure 6 forms osteoinductive cavities into which new bone cells 16 can augment. At the same time, the titanium structure 6 serves to form diffusion bonds 10 even at low temperatures, which results in a stable connection of the composite material 2 with the implant 1, so that the forces coming from the bone tissue 15 can be reliably transmitted to the implant 1.
Fig. 2a zeigt eine zweite alternative Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens eines erfindungsgemässen Implantats 1, welches mindestens teilweise aus einem Verbundwerkstoff 2 besteht, die zu erhöhter mechanischer Stabilität führt. Dabei wird der Verbunderkstoff 2 neben den Einzelkörpern 4 der magnesiumhaltigen zweiten Komponente auch aus Einzelkörpern 3 einer Titanlegierung aufgebaut. Die Einzelkörper 3,4 werden in Gegenwart von Titanhydrid, welches vorzugsweise mit einem Binder zu einer Masse 5 vermischt zur Anwendung kommt, auf den zu beschichteten Teil der Oberfläche des Implantats 1, vorzugsweise unter Verwendung eines formgebenden Prozesses, aufgebracht bzw. aufgepresst. Dabei kommt es zu statistischen Berührungsstellen 11 zwischen den magnesiumhaltigen Einzelkörper 4, Berührungsstellen 13 zwischen den einzelnen titanhaltigen Einzelkörper 3, Berührungsstellen 14 zwischen den titanhaltigen Einzelkörper 3 und der O- berfläche des Implantats 1 sowie Berührungsstellen 10 zwischen der Masse 5 und der Oberfläche des Implantats 1. Auch bei diesem Beispiel wird der Anteil von Titanhydrid und Binder so knapp bemessen, dass es bei Pressung der Masse 5 zwangsläufig zu diesen Berührungen kommen muss, da etwaige Dünnschichten von Titanhydrid durch die Kräfte des Pressvorgangs weitgehend von den Berührungsstellen weg zur Seite geschoben werden.FIG. 2 a shows a second alternative embodiment of a manufacturing method of an implant 1 according to the invention, which at least partially consists of a composite material 2, which leads to increased mechanical stability. In this case, the composite material 2 is constructed in addition to the individual bodies 4 of the magnesium-containing second component and also of individual bodies 3 of a titanium alloy. The individual bodies 3,4 are applied to the coating in the presence of titanium hydride, which is preferably mixed with a binder to give a composition 5 Part of the surface of the implant 1, preferably using a shaping process, applied or pressed. This results in statistical contact points 11 between the magnesium-containing individual bodies 4, contact points 13 between the individual titanium-containing individual bodies 3, contact points 14 between the titanium-containing individual bodies 3 and the surface of the implant 1 and contact points 10 between the mass 5 and the surface of the implant 1 In this example, the proportion of titanium hydride and binder is so tight that it must inevitably come to these touches upon pressing the mass 5, since any thin layers of titanium hydride are pushed by the forces of the pressing process largely away from the contact points to the side.
Fig. 2b zeigt in weitgehender Analogie zu Bild Ib den Zustand, wie er nach dem Debindering sowie der Dissoziation der in Bild 2a gezeigten Masse 5 und Versinterung derselben zu Titanstruktur 6 entstanden ist. Zusätzlich kommt es hier jedoch zu Diffusions- verschweissungen an den Berührungsstellen 13 der titanhaltigen Einzelkörper 3 untereinander, wodurch eine netzartige dreidimensionale Struktur 8 der Titanlegierung entsteht, welche zusätzlich über Diffusionsverschweissungen 14 mit der Oberfläche des Implantats 1 verbunden ist, diese Oberfläche ist über Diffusi- onsverschweissungen 10 auch mit der aus der Zersetzung von Titanhydrid entstandenen Titanstruktur 6 verbunden. In gleicher Weise sind die magnesiumhaltigen Partikel 4 über die Kontaktstellen 11 zu einer zusammenhängenden Phase 7 verschmolzen.FIG. 2b shows, in a broad analogy to FIG. 1b, the state as it appeared after debindering and the dissociation of the mass 5 shown in FIG. 2a and its sintering into titanium structure 6. In addition, however, diffusion bonding occurs here at the contact points 13 of the titanium-containing individual bodies 3, resulting in a net-like three-dimensional structure 8 of the titanium alloy, which is additionally connected to the surface of the implant 1 via diffusion bonds 14, this surface being diffusion-bonded 10 also associated with the resulting from the decomposition of titanium hydride titanium structure 6. In the same way, the magnesium-containing particles 4 are fused via the contact points 11 into a coherent phase 7.
Fig. 2c zeigt analog zu Fig. Ic eine Situation, wo das erfin- dungsgemässe Implantat 1 peripher zu Knochengewebe 15 implantiert wurde. Auch hier kommt es zur kontrollierten Auflösung der magnesiumhaltigen Netzstruktur 7 mit sukzessiver Ausfällung von Calciumphosphat 12. Fig. 2d zeigt in Analogie zu Fig. Id den nach längerer Zeit eintretenden Endzustand nach erfolgter Implantation, bei dem das Knochengewebe 15 durch neue Knochenzellen 16 in die Titannetzstruktur 7 des Verbundwerkstoffs 2 augmentiert ist.FIG. 2 c shows, analogously to FIG. 1 c, a situation where implant 1 according to the invention has been implanted peripherally to bone tissue 15. Again, there is the controlled dissolution of the magnesium-containing network structure 7 with successive precipitation of calcium phosphate 12th FIG. 2d shows, analogously to FIG. Id, the end state occurring after a prolonged period after implantation, in which the bone tissue 15 is augmented by new bone cells 16 into the titanium mesh structure 7 of the composite material 2.
In diesen beiden ersten Varianten des erfindungsgemässen Implantats 1, welches mindestens teilweise aus Verbundwerkstoff 2 besteht, wird der Verbundwerkstoff 2 als Oberflächenbeschichtung aufgebracht, mit dem Ziel, das Implantat 1 in zementfreier Art mechanisch stabil mit peripherem Knochengewebe 5 zu verbinden. Es ist jedoch entsprechend der erfindungsgemässen Idee durchaus möglich, den Verbundwerkstoff 2 auch selbst als Ganzimplantat zu verwenden, wobei vorzugsweise die Herstellung entsprechend Fig. 2a - 2d wegen ihrer höheren mechanischen Stabilität gewählt wird, da die versteifende Wirkung des Implantats 1 fehlt. Über das Mischungsverhältnis der titanhaltigen Einzelkörper 3, der magnesiumhaltigen Einzelkörper 4 sowie der Masse 5 aus der Titanhydrid-Bindermischung kann dabei das mechanische Verhalten des Implantats in weiten Grenzen vorherbestimmt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dieses Mischungsverhältnis in strategischer Weise innerhalb des Implantatkörpers zu variieren, sodass Zonen hoher Steifigkeit und Zonen hoher Elastizität in einem Implantatkörper so vereint sind, dass das Implantat den mechanischen Anforderungen im Körper in optimaler Weise begegnen kann .In these two first variants of the inventive implant 1, which consists at least partially of composite material 2, the composite material 2 is applied as a surface coating, with the aim of the implant 1 in a cement-free manner mechanically stable to connect with peripheral bone tissue 5. However, according to the idea according to the invention, it is quite possible to use the composite material 2 itself as a whole implant, whereby the production according to FIGS. 2a-2d is preferably chosen because of its higher mechanical stability, since the stiffening effect of the implant 1 is missing. By way of the mixing ratio of the titanium-containing individual bodies 3, the magnesium-containing individual bodies 4 and the mass 5 of the titanium hydride binder mixture, the mechanical behavior of the implant can be predetermined within wide limits. Of course, it is also possible to vary this mixing ratio in a strategic manner within the implant body, so that zones of high rigidity and zones of high elasticity are combined in an implant body so that the implant can meet the mechanical requirements in the body in an optimal manner.
Fig. 3 zeigt eine weitere Variante des Aufbaus einer Verbundschicht bestehend aus magnesium- und titanhaltigen Partikeln. Dabei wird entsprechend Figur 3a in einem ersten Schritt eine Schicht 9 bestehend aus einer Masse 5 aus einem Binder und feinkörnigen Titanhydrid-Partikeln auf die Oberfläche eines Implan- tatkörpers 1 aufgebracht, wobei dies in beliebiger Weise, z.B. durch Tauchen, Spritzen oder Aufpinseln geschehen kann.FIG. 3 shows a further variant of the structure of a composite layer consisting of magnesium- and titanium-containing particles. 3a, in a first step, a layer 9 consisting of a mass 5 of a binder and fine-grained titanium hydride particles is applied to the surface of an implant. applied tatkörpers 1, wherein this can be done in any way, for example by dipping, spraying or brushing.
Fig. 3b zeigt den nächsten Schritt, bei dem vorzugsweise runde und nahezu gleich grosse Partikel der magnesiumhaltigen Komponente 4 zumindestens teilweise in die noch weiche Schicht 9 ein- gepresst werden. Dies kann z.B. durch Besanden in einem Flüssigbett aus fluidisierten Partikeln, durch „Panieren", d.h. Kon- taktnahme des noch flüssigen und klebefähigen Schicht 9 mit einer lockeren Schicht der Partikel der magnesiumhaltigen Komponente 4oder durch pneumatisches Aufschleudern dieser Partikel auf die Binderschicht geschehen. In allen Fällen wird die Erzeugung einer Monoschicht der Partikel der magnesiumhaltigen Kompo- nente4 auf dem Implantatkörper 1 angestrebt, welche entsprechend der Viskosität und Dicke der Schicht 9 sowie der kinetischen E- nergie der Partikel zur mehr oder weniger tiefen Umschliessung dieser Partikel mit der Schicht 9 führt. Falls die Partikel weitgehend von der Schicht 9 umhüllt werden, kann nach dem Verfestigung der Schicht 9 bereits mit der thermischen Behandlung begonnen werden, wobei die weiteren Verfahrensschritte in Analogie zu den Figuren 1 und 2 erfolgen.3b shows the next step, in which preferably round and almost equal particles of the magnesium-containing component 4 are at least partly pressed into the still soft layer 9. This can e.g. By soaking in a fluidized bed of fluidized particles, by "breading", ie contact of the still liquid and adhesive layer 9 with a loose layer of the particles of the magnesium-containing component 4 or by pneumatic spin-coating of these particles onto the binder layer The aim is to produce a monolayer of the particles of the magnesium-containing components 4 on the implant body 1 which, in accordance with the viscosity and thickness of the layer 9 and the kinetic energy of the particles, leads to more or less deep enclosure of these particles with the layer 9. If the particles can be largely enveloped by the layer 9, can be started after the solidification of the layer 9 already with the thermal treatment, the further process steps in analogy to Figures 1 and 2 take place.
Fig. 3c zeigt einen wahlweisen weiteren auf Fig. 3b erfolgenden Verfahrensschritt, falls die Partikel der magnesiumhaltigen Schicht4 in exakt definierter Weise von der Schicht 9 eingeschlossen werden sollen. In diesem Fall wird nach Verfestigung der primären Schicht 9 aus Titanhydrid und Binder eine sekundäre Schicht 9' aus Titanhydrid und Binderschicht auf die erste Schicht 9 aufgebracht.FIG. 3 c shows an optional further step in FIG. 3 b if the particles of the magnesium-containing layer 4 are to be enclosed by the layer 9 in a precisely defined manner. In this case, after solidification of the primary layer 9 of titanium hydride and binder, a secondary layer 9 'of titanium hydride and binder layer is applied to the first layer 9.
Bild 3d zeigt den Zustand nachdem die Beschichtung entsprechend Bild 3c einer thermischen Behandlung unterworfen wurde. Dabei wurde analog zu den Figuren 1 und 2 zuerst der Binder entfernt und anschliessend die Titanhydridpartikel in Titan und Wasserstoff gespalten, worauf es zur Bildung einer Netzstruktur aus Titan 6 sowie zu Diffusionsverschweissungen 10 zwischen dem Implantatkörper 1 und der Netzstruktur 6 aus Titan kommt. Wo die Partikel der magensiumhaltigen Komponente 4 Kontaktstellen 11 zu ihren Nachbarn aufweisen, kommt es zu Verschmelzungen und zur Bildung einer Netzstruktur 7 der zweiten Komponente.Fig. 3d shows the condition after the coating has been subjected to a thermal treatment according to Fig. 3c. In this case, the binder was first removed analogously to Figures 1 and 2 and subsequently the titanium hydride particles are split into titanium and hydrogen, whereupon the formation of a network structure of titanium 6 as well as diffusion bonds 10 between the implant body 1 and the mesh structure 6 of titanium occurs. Where the particles of the magnesium-containing component 4 have contact points 11 to their neighbors, merging occurs and the formation of a network structure 7 of the second component occurs.
Figur 3e zeigt den letzten Schritt bei dem ein Teil der Oberfläche des Verbundwerkstoffes z.B. durch einen spanabhebenden oder schleifenden Vorgang so weit abgetragen wird, dass eine neue O- berfläche entsteht, welche aus angeschnittenen Bereichen der Netzstruktur 7 aus Magnesium sowie der titanhaltigen Netzstruktur 8 besteht. Dabei ist der besondere Vorteil dieser Variante dadurch gegeben, dass alle magnesiumhaltigen Bereichefür den Korrosionsvorgang mit Körperflüssigkeit zugänglich sind.Figure 3e shows the last step in which a part of the surface of the composite e.g. is removed by a cutting or grinding process so far that a new O berfläche arises, which consists of truncated areas of the network structure 7 of magnesium and the titanium-containing network structure 8. The particular advantage of this variant is given by the fact that all magnesium-containing areas are accessible for the corrosion process with body fluid.
Fig. 4 zeigt eine dritte Variante zur Herstellung eines erfin- dungsgemässen Implantats 1, bei der sowohl die magnesiumhaltigen Einzelkörper aus einem Draht 20 aus Magnesium, bevorzugt einer Magnesiumlegierung, wie auch die titanhaltigen Einzelkörper aus einem Draht 21 aus Titan, bevorzugt einer Titanlegierung bestehen, wie in Figur 4a gezeigt. Der Durchmesser der Drähte 29 beträgt bevorzugt von 0.05 - 1 mm, besonders bevorzugt jedoch zwischen 0.35 und 0.6 mm, um für die zukünftige Titanstruktur 6 eine optimale osteoinduktive Wirkung zu erzielen.4 shows a third variant for producing an implant 1 according to the invention, in which both the magnesium-containing individual bodies consist of a wire 20 made of magnesium, preferably a magnesium alloy, and also the titanium-containing individual bodies consist of a wire 21 made of titanium, preferably a titanium alloy. as shown in Figure 4a. The diameter of the wires 29 is preferably from 0.05 to 1 mm, but more preferably between 0.35 and 0.6 mm, in order to achieve an optimal osteoinductive effect for the future titanium structure 6.
Figur 4b zeigt einen ersten Arbeitsschritt, bei dem beide Drähte 20, 21 in kürzere Drahtabschnitte 23, 24, deren Länge 28 zwischen 50 - 150%, bevorzugt jedoch 100% des Durchmessers 29 beträgt. Ein Verhältnis, bei dem Durchmesser und Länge eines Körpers gleich oder ähnlich ist, wird z.B. in der chemischen Verfahrenstechnik bei Füllkörper-Schüttungen von Raschig-Ringen an- gewendet, da solche Füllkörper sich in einer solchen Schüttung in statistischer Weise mit ihren Längsachsen in beliebigen Raumrichtungen anordnen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die titanhaltigen Drahtabschnitte 24 mit einer dünnen Schicht Titanhydrid beschichtet. Dies kann entweder geschehen, indem die Drahtabschnitte 24 in einen Schlicker, bestehend aus feinkörnigem Titanhydrid in Mischung mit einem geeigneten Binder getaucht werden oder indem sie nach Imprägnation mit einem geeigneten Kleber anschliessend z.B. durch ein fluidisier- tes Bett von Titanhydridpartikeln geführt werden. In beiden Fällen entstehen allseitig mit Titanhydrid beschichtete Drahtabschnitte 25, wie in Figur 3c gezeigt. Es ist jedoch auch möglich, die Beschichtung mit Titanhydrid bereits am Draht 21 vorzunehmen und diesen erst nachträglich zu zerschneiden, wobei die auf diese Weise erzeugten Partikel allerdings dann Stirnflächen ohne Titanhydrid-Beschichtung enthalten.FIG. 4b shows a first working step, in which both wires 20, 21 into shorter wire sections 23, 24, whose length 28 between 50 - 150%, but preferably 100% of the diameter 29. A ratio in which the diameter and length of a body is the same or similar, for example, in the chemical process engineering of packed beds of Raschig rings turned, since such fillers arrange themselves in such a bed in a statistical manner with their longitudinal axes in any spatial directions. In a preferred embodiment of the method, the titanium-containing wire sections 24 are coated with a thin layer of titanium hydride. This can be done either by immersing the wire sections 24 in a slurry consisting of fine-grained titanium hydride in admixture with a suitable binder or by passing them after impregnation with a suitable adhesive, for example, through a fluidized bed of titanium hydride particles. In both cases, titanium hydride-coated wire sections 25 are formed on all sides, as shown in FIG. 3c. However, it is also possible to make the coating with titanium hydride already on the wire 21 and to cut this only later, the particles produced in this way, however, then contain faces without titanium hydride coating.
Fig. 4d zeigt eine Schüttung 26 aus magnesiumhaltigen Drahtabschnitten 24 und titanhaltigen und mit Titanhydrid beschichteten Drahtabschnitten 25, wobei die Partikel in Analogie zu Raschig- Ringen eine ihrem Durchmesser 29 ähnliche Länge 28 aufweisen, wodurch sie statistisch beliebig im Raum ausgerichtet sind. Dies führt zu vielfältigen Berührungen zwischen Drahtabschnitten 24 und 25, sowohl unter sich wie auch mit den Drahtabschnitten der anderen Art. Im Gegensatz zu den vorherigen Beispielen ist hier das Titanhydrid auf den Oberflächen der titanhaltigen Drahtabschnitte 25 lokalisiert, während die magnesiumhaltigen Drahtabschnitte 23 weitgehend eine freie Oberfläche besitzen und damit bei der späteren Erhitzung ohne Behinderung durch Titanhäute zu einer durchgehenden Netzstruktur 7 verschmelzen oder verschweis- sen können. Selbstverständlich kann das Verhältnis zwischen Länge 28 und Durchmesser 29 der Drahtabschnitte 23, 24, 25 auch grösser gewählt werden, wodurch es zu einer zunehmenden Ausrich- tung derselben zueinander kommt, wodurch ein gewünschtes Stei- figkeits- und Elastizitätsverhalten in bestimmten Raumrichtungen erzielt werden kann.4d shows a bed 26 of magnesium-containing wire sections 24 and titanium-containing and titanium hydride-coated wire sections 25, wherein the particles in analogy to Raschig rings have a diameter 29 similar to their length 28, whereby they are statistically randomly aligned in space. This results in a variety of contacts between wire sections 24 and 25, both among themselves as with the wire sections of the other type. In contrast to the previous examples, the titanium hydride is located on the surfaces of the titanium-containing wire sections 25, while the magnesium-containing wire sections 23 largely a free Have surface and thus merge in the subsequent heating without obstruction by titanium skins to a continuous network structure 7 or welded. Of course, the ratio between length 28 and diameter 29 of the wire sections 23, 24, 25 can also be selected larger, which leads to an increasing alignment. tion of the same comes to one another, whereby a desired stiffness and elasticity behavior can be achieved in certain spatial directions.
Fig. 4e zeigt die Schüttung 26 nach der thermischen Behandlung, bei der es in einer ersten Phase zu einem Debindering und in einer zweiten Phase zur Dissoziation des Titanhydrids unter Bildung von mit Reintitan beschichteten titanhaltigen Drahtabschnitten 27 gekommen ist. An den Stellen, an denen eine statistische Kontaktnahme zwischen solchen Drahtabschnitten 27 existiert, kommt es zur Bildung von Diffusionsverschweissungen 10, wodurch eine dreidimensionale titanhaltige Netzstruktur 8 mit hoher Festigkeit und gleichzeitiger Elastizität entsteht. Gleichzeitig kommt es unter den magnesiumhaltigen Drahtabschnitten 23 über einen lokalen Vorgang der Diffusionsverschweissung oder einen globalen Schmelzvorgang zur Bildung von Verbindungszonen 30 und damit ebenfalls einer dreidimensionalen magnesiumhaltigen Netzstruktur 7, wobei dieser Vorgang auch noch durch das Benetzungsverhalten unterstützt wird. Während die Kontigui- tät, d.h. die dreidimensionale Verbindung der titanhaltigen Netzstruktur 8 vor allem in Hinblick auf die mechanische Festigkeit von Bedeutung ist, trägt die Kontiguität der magnesiumhaltigen Netzstruktur 7 nur in der ersten Phase nach der Implantation zur Festigkeit bei, anschliessend ermöglicht sie den Zugang der Körperflüssigkeit, sodass alle ihre Bereiche für die Auflösung bzw. Korrosion und damit zur Augmentation des Knochengewebes zur Verfügung steht, was die Festigkeit im Endzustand günstig beeinflusst.FIG. 4 e shows the bed 26 after the thermal treatment, in which a debindering in a first phase and in a second phase for the dissociation of the titanium hydride to form pure titanium-coated titanium-containing wire sections 27. At the locations where there is a statistical contact between such wire sections 27, diffusion bonds 10 are formed, resulting in a three-dimensional titanium-containing network structure 8 with high strength and elasticity. At the same time, under the magnesium-containing wire sections 23, a local process of diffusion bonding or a global melting process results in the formation of connection zones 30 and thus likewise a three-dimensional magnesium-containing network structure 7, this process also being assisted by the wetting behavior. While the contiguity, i. the three-dimensional connection of the titanium-containing network structure 8 is of importance primarily with regard to the mechanical strength, the contiguity of the magnesium-containing network structure 7 only contributes to the strength in the first phase after the implantation, then allows access to the body fluid, so that all of its areas is available for the dissolution or corrosion and thus for the augmentation of the bone tissue, which favorably influences the strength in the final state.
Fig. 5a zeigt den Ausgangspunkt einer Verfahrensvariante zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs 2 auf einem Implantat 1, bei der neben Drahtabschnitten 23, 24 auch Agglomerate 31 aus feinkörnigem Titanhydrid mit einem geeigneten Binder zur Anwendung kommen. Im vorliegenden Fall besitzen die Agglomerate 31 eine annähernd kugelige Gestalt und können, vorzugsweise z.B. durch ein Pelletisierungsverfahren hergestellt. Alternativ könnte es sich jedoch auch um zylinderförmige Agglomerate 31 handeln, die z.B. durch Strangpressen mit nachträglicher Zerteilung hergestellt werden, wobei sie dann in ihrer geometrischen Form weitgehend den Drahtabschnitten 23, 24 entsprechen. Für diese Agglomerate 31 gelten ähnliche Bedingungen in Bezug auf Durchmesser und Länge wie für die Drahtabschnitte 23, 24, um ein ähnlich günstiges statistisches Schüttverhalten innerhalb der späteren Schüttung 32 zu erzielen.5a shows the starting point of a method variant for producing a composite material 2 on an implant 1, in which, in addition to wire sections 23, 24, agglomerates 31 of fine-grained titanium hydride with a suitable binder are used come. In the present case, the agglomerates 31 have an approximately spherical shape and can, preferably, for example, produced by a pelletization process. Alternatively, however, it could also be cylindrical agglomerates 31, which are produced for example by extrusion with subsequent division, in which case they largely correspond in their geometric shape to the wire sections 23, 24. For these agglomerates 31 similar conditions apply in terms of diameter and length as for the wire sections 23, 24 in order to achieve a similarly favorable random bulk behavior within the subsequent bed 32.
Fig. 5b zeigt eine solche Schüttung 32, bestehend aus magnesium- haltigen Drahtabschnitten 23, titanhaltigen Drahtabschnitten 24 sowie den Agglomeraten 31, wobei letztere in Funktion des Pressdrucks auf die Schüttung 32 sowie der Verformbarkeit der Agglomerate 31 innerhalb der Schüttung 32 ihre Form den Konturen der umliegenden Drahtabschnitte 23, 24 anpassen können.5b shows such a bed 32, consisting of magnesium-containing wire sections 23, titanium-containing wire sections 24 and the agglomerates 31, the latter in function of the pressing pressure on the bed 32 and the deformability of the agglomerates 31 within the bed 32 their shape the contours of surrounding wire sections 23, 24 can adjust.
Fig. 5c zeigt den Zustand nach dem Debindering und der weiteren thermischen Behandlung. Dabei haben die Titanhydridpartikel der Agglomerate 31 mehr oder weniger mikroporöse Reintitanzonen 33 gebildet, welche durch Kontaktstellen zu den titanhaltigen Drahtabschnitten 24 zu einer dreidimensionalen titanhaltigen Netzstuktur 8 diffusionsverschweisst sind. Gleichzeitig kommt es an den zufälligen Kontaktstellen der magnesiumnhaltigen Drahtabschnitte 23 durch Verschweissung oder Schmelzen zur Bildung einer magnesiumhaltigen Netzstruktur 7.Fig. 5c shows the state after debindering and the further thermal treatment. In this case, the titanium hydride particles of the agglomerates 31 have formed more or less microporous pure titanium zones 33, which are diffusion-welded by contact points to the titanium-containing wire sections 24 to form a three-dimensional titanium-containing network structure 8. At the same time it comes at the random contact points of the magnesium-containing wire sections 23 by welding or melting to form a magnesium-containing network structure. 7
Dieses in Fig. 5a - 5c gezeigte Beispiel könnte auch in weitgehend analoger Weise, jedoch ohne Einbezug der titanhaltigen Drahtabschnitte 24 durchgeführt werden, sodass die in Fig. 5b gezeigte Schüttung 32 lediglich durch magnesiumhaltige Drahtab- schnitte 23 und die Agglomerate 31 aufgebaut würde. Bevorzugt weisen die Agglomerate 31 in einem solchen Fall eine eher zylinderartige Form auf, ähnlich wie die der Drahtabschnitte 23. Als Resultat entsteht analog zu dem in Fig. 5c gezeigten ein Verbundmaterial bestehend aus einer Netzstruktur aus Titan 6 sowie einer magnesiumhaltigen Netzstruktur 8. Eine solches osteoinduk- tive Zone weist weniger Festigkeit auf als eine Zone die eine titanhaltigen Netzstruktur 7 aufweist, jedoch besitzt die Netzstruktur 8 Mikroporosität, was die osteoinduktive Wirkung nach Auflösung der magnesiumhaltigen Netzstruktur 7 zusätzlich verstärken kann.This example shown in FIGS. 5a-5c could also be carried out in a largely analogous manner, but without the inclusion of the titanium-containing wire sections 24, so that the bed 32 shown in FIG. 5b is only replaced by magnesium-containing wire segments. sections 23 and the agglomerates 31 would be constructed. In such a case, the agglomerates 31 preferably have a more cylindrical shape, similar to that of the wire sections 23. The result is analogous to that shown in Fig. 5c, a composite material consisting of a network structure of titanium 6 and a magnesium-containing network structure 8. Such osteoinductive zone has less strength than a zone which has a titanium-containing network structure 7, however, the network structure 8 has microporosity, which can additionally reinforce the osteoinductive effect after dissolution of the magnesium-containing network structure 7.
Alternativ zu den gezeigten Varianten zur Herstellung eines er- findungsgemässen Implantats 1 in denen die Anordnung der magnesium- und der titanhaltigen Partikel im Verbundwerkstoff 2 in statistischer Weise erfolgte, können die Partikel alternativ in regelmässiger und kontrollierter Weise angeordnet werden.As an alternative to the variants shown for producing an implant 1 according to the invention in which the arrangement of the magnesium- and titanium-containing particles in the composite material 2 took place in a statistical manner, the particles can alternatively be arranged in a regular and controlled manner.
Fig. 6a zeigt eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs 2 mit regelmässigen Netzstrukturen 7, 8 auf einem Implantat 1. Dabei werden mindestens ein Draht 20 eines magnesiumhaltigen Materials oder einer Magnesiumlegierung mit mindestens einem mit Titanhydrid vorbeschichteten titanhaltigen Draht 22 zu einem Strang 35 miteinander verdrillt. Die Aussendurchmesser beider Drähte 20, 22 sind bevorzugt gleich gross, damit die Aussenflachen beider Drähte möglichst innerhalb derselben umhüllenden Mantelfläche liegen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nur der einfachste Fall gezeigt, wo je ein magensiumhaltiger Draht 20 und ein titanhaltiger Draht 21 miteinander verdrillt werden. Alternativ sind jedoch auch Stränge 35 denkbar, bei denen mehrere magneiumshaltige Drähte 20 und mehrere titanhaltige Drähte 21 miteinander verdrillt werden, wobei deren Anzahl, Durchmesser und Zusammensetzung variieren kann. Bei solchen Strängen 35, die aus mehr als zwei Drähten aufgebaut sind, entsteht im Nahbereich innerhalb des Einzelstranges eine zusätzliche Periodizität mit sich aus der Geometrie der einzelnen Drähte und ihrer Wickelanordnung ergebenden Kontakten ihrer Mantelflächen, während bei Strängen 35, die wie im hier gezeigten Fall nur aus je einem Draht bestehen, eine bestimmte Zufälligkeit der Kontaktnahme von einer Zopfwicklung zur benachtbarten entsteht. Als Sonderfall sind dabei auch Stränge 35 denkbar, bei denen nur titanhaltige Drähte 21 miteinander verdrillt werden, etwa wenn gewünscht wird, innerhalb eines Verbundkörpers magnesiumarme oder sogar -freie poröse Zonen zu schaffen, deren Aufgabenstellung nur im mechanischen Bereich, zur Erzielung bestimmter Festigkeit und Steifigkeit dient.FIG. 6 a shows a first embodiment of a method for producing a composite material 2 with regular network structures 7, 8 on an implant 1. At least one wire 20 of a magnesium-containing material or a magnesium alloy with at least one titaniferous wire 22 precoated with titanium hydride becomes a strand 35 twisted together. The outer diameter of both wires 20, 22 are preferably the same size, so that the outer surfaces of both wires are within the same enveloping lateral surface as possible. In this embodiment, only the simplest case is shown, where each a magensiumhaltiger wire 20 and a titanium-containing wire 21 are twisted together. Alternatively, however, strands 35 are conceivable in which a plurality of wires 20 containing magnesium and a plurality of titanium-containing wires 21 are twisted together, their number, diameter and composition varying can. In such strands 35, which are composed of more than two wires, created in the vicinity of the single strand an additional periodicity with resulting from the geometry of the individual wires and their winding arrangement contacts their lateral surfaces, while strands 35, as in the case shown here consist only of one wire, a certain randomness of the contact of a Zopfwicklung to benachtbarten arises. As a special case, strands 35 are also conceivable in which only titanium-containing wires 21 are twisted together, for example if it is desired to provide magnesium-poor or even -free porous zones within a composite body whose task is only in the mechanical field to achieve specific strength and rigidity serves.
Fig. 6b zeigt eine Querschnittansicht des in Fig. 5a in einer Aussenansicht gezeigten Strangs 35, welche durch die dort gezeigte Längsachse 36 geführt ist, nach einer thermischen Nachbehandlung. Im Gegensatz zur statistischen Anordnung der bisher beschriebenen Ausführungsformen ergibt sich hier eine regelmäs- sige Abfolge der magnesiumhaltigen Netzstruktur 7 und der titan- haltigen Netzstruktur 8.6b shows a cross-sectional view of the strand 35 shown in FIG. 5a in an outer view, which is guided by the longitudinal axis 36 shown there, after a thermal after-treatment. In contrast to the statistical arrangement of the embodiments described so far, this results in a regular sequence of the magnesium-containing network structure 7 and the titanium-containing network structure 8.
Fig. 7a zeigt ein Implantat 1, auf dessen Oberfläche drei Schichtlagen 37, 37' und 37'' aus Strängen 35 aus Figur 6b auf- gepresst wurden. Entsprechend der Innengeometrie des Strangs 35 kommt es dabei zu periodischen und/oder statistischen Berührungsstellen zwischen den Drähten 20, 21 derselben Komponente verschiedener Schichtlagen 37, 37' und 37'' . Insbesondere bei langgestreckten Implantaten 1, die über den gesamten Umfang beschichtet werden sollen, kann ein Strang 35 auch auf das Implantat 1 aufgewickelt werden, wobei je nach Wickelspannung eine Anpressung der Schichtlagen 37, 37', 37'' gegen die Oberfläche des Implantats 1 überflüssig wird. Fig. 7b zeigt den Zustand des in Fig. 7a gezeigten Schichtverbundes, nachdem ein Debindering in Kombination mit einer Erhitzung erfolgt sind. Die titanhaltigen Drähte 21 der verschiedenen Schichtlagen 37, 37', 37'' sind nun über aus der Zersetzung der Titanhydrid-Beschichtung entstandene Diffusionsverschweissungs- zonen 38 miteinander verbunden und bilden eine dreidimensionale Netzstruktur 40. An den Kontaktflächen zwischen dem titanhaltigen Draht 21 der innersten Schichtlage 37 bilden sich ebenfalls Diffusionsverschweissungen 38 zum Implantat 1 und verbinden somit Netzstruktur 40 mit Implantat 1. Auch die magnesiumhaltigen Drähte 20 verbinden sich zu einer dreidimensionalen Netzstruktur 39.FIG. 7a shows an implant 1, on the surface of which three layer layers 37, 37 'and 37''of strands 35 from FIG. 6b have been pressed. In accordance with the internal geometry of the strand 35, periodic and / or statistical contact points occur between the wires 20, 21 of the same component of different layer layers 37, 37 'and 37 ". In particular, in the case of elongated implants 1, which are to be coated over the entire circumference, a strand 35 can also be wound onto the implant 1, wherein, depending on the winding tension, a pressing of the layer layers 37, 37 ', 37 "against the surface of the implant 1 is superfluous becomes. FIG. 7b shows the state of the laminated composite shown in FIG. 7a after debindering has taken place in combination with heating. The titanium-containing wires 21 of the various layer layers 37, 37 ', 37 "are now connected to one another via diffusion bonding zones 38 resulting from the decomposition of the titanium hydride coating and form a three-dimensional network structure 40. At the contact surfaces between the titanium-containing wire 21 of the innermost layer layer 37 likewise form diffusion bonds 38 to the implant 1 and thus connect the network structure 40 to the implant 1. The magnesium-containing wires 20 also combine to form a three-dimensional network structure 39.
Diese Periodizität der Kontaktnahme, welche durch die Verwendung von Strängen 35 gewährleistet ist, hat einerseits den Vorteil, dass sowohl das titanhaltige Netzwerk 40 wie auch das magnesium- haltige Netzwerk 39 eine höhere Festigkeit aufweist und dass nach der Implantation auf jeden Fall gewährleistet ist, dass jeder Teil des magnesiumhaltigen Netzwerks 39 für die Körperflüssigkeit zugänglich ist.This periodicity of the contact, which is ensured by the use of strands 35, on the one hand has the advantage that both the titanium-containing network 40 as well as the magnesium-containing network 39 has a higher strength and that after implantation ensures in any case that each part of the magnesium-containing network 39 is accessible to the body fluid.
Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungs- gemässen Implantats 1, welches teilweise aus einem Verbundwerkstoff 2 besteht. Diese Ausführungsform weist eine einlagige Wicklung eines Strangs 35 auf. Die Oberfläche 41 des Implantats 1 wird bevorzugt vor dem Aufwickeln des Strangs 35 mit Titanhydrid beschichtet. Jedoch ist diese Titanhydridschicht nicht unbedingt nötig, da der titanhaltige Draht 21 des Strangs 35 mit Titanhydrid beschichtet ist. Im vorliegenden Fall entsteht also - verglichen mit dem Durchmesser des Implantatkörpers 1 - ein ver- hältnismässig dünner und poröser Schichtverbund, wie er heute auch mit anderen Methoden, z.B. Plasmaspritzen von Titanparti- kein erzeugt werden kann, allerdings mit einem definierten Hohlraumvolumen, welches Bereiche von magnesiumhaltigen Phasen enthält.FIG. 8 shows an alternative embodiment of an implant 1 according to the invention, which partly consists of a composite material 2. This embodiment has a single-layer winding of a strand 35. The surface 41 of the implant 1 is preferably coated with titanium hydride before the strand 35 is wound up. However, this titanium hydride layer is not necessary because the titanium-containing wire 21 of the strand 35 is coated with titanium hydride. In the present case, compared to the diameter of the implant body 1, a relatively thin and porous layer composite is produced, as it is today also produced by other methods, for example plasma spraying of titanium particles. can not be produced, but with a defined void volume containing areas of magnesium-containing phases.
Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dargestellt ist ein Querschnitt durch ein Implantat 1, auf welchem 4 Schichtlagen 37, 37', 37'' und 37''' als Be- schichtung aufgewickelt sind. In symbolischer Weise soll in diesem Bild der Fall gezeigt werden, bei dem eine Vielzahl von ü- bereinanderliegenden Schichtlage eines Verbundwerkstoffs 2 mit periodischen titan- und magnesiumhaltigen Netzstrukturen 7, 8 erzeugt. Ein solcher Fall stellt einen Übergang zur Anwendung des Verbundwerkstoffs 2 im Sinne eines Vollimplantats dar, denn anders als im Falle einer blossen Oberflächenbeschichtung, die eine zementfreie und sichere Anbindung an peripheres Knochengewebe sicherstellen soll, übernimmt hier die breitere Verbundzone auch einen Teil der im Inneren des Implantats auftretenden Kräfte, wobei gleichzeitig die Masse gegenüber einem nur aus Vollmaterial bestehenden Implantat vermindert wird und das Biegeverhalten der benachbarten Knochenstruktur besser angepasst werden kann .Fig. 9 shows an alternative embodiment of the present invention. Shown is a cross section through an implant 1, on which 4 layer layers 37, 37 ', 37' 'and 37' '' are wound up as a coating. In a symbolic manner, the case is shown in this image, in which a plurality of superimposed layer layer of a composite material 2 with periodic titanium and magnesium-containing network structures 7, 8 generated. Such a case represents a transition to the use of the composite material 2 in the sense of a full implant, because unlike in the case of a bare surface coating, which is to ensure a cementless and secure connection to peripheral bone tissue, takes the wider composite zone and a part of the inside of the Implant occurring forces, while the mass is reduced compared to an existing only of solid material implant and the bending behavior of the adjacent bone structure can be better adapted.
Fig. 10a zeigt wie Bild 6a einen Strang 35, der wie im hier gezeigten einfachsten Fall aus je einem mit Titanhydrid beschichteten Draht 22 aus Titan oder einer Titanlegierung sowie einem aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung bestehenden Draht 20 besteht, wobei der Strang 35 in Abschnitte 42 zerteilt wird, deren Länge 43 im Verhältnis zum Durchmesser 44 der sie umgebenden Hüllfläche ebenfalls im Bereich von 50 - 150%, bevorzugt jedoch bei 100% liegt. Die Strangabschnitte 42 können analog zum in Figur 3 beschriebenen Herstellungsverfahren für einen Verbundwerkstoff 2 verwendet werden. Fig. 10b zeigt in Analogie zu Fig. 4d eine Schüttung 45, in der statistisch angeordneten Strangabschnitte 42 miteinander vereinigt sind. Im Gegensatz zu einer nur aus Drahtabschnitten 23, 24 bestehenden Schüttung 32 weist eine aus Strangabschnitten 42 bestehende Schüttung 45 eine höhere Periodizität der Berührungen zwischen gleichen Komponenten innerhalb eines Strangabschnitts10a shows, as in FIG. 6a, a strand 35 which, as in the simplest case shown here, consists in each case of a titanium hydride-coated wire 22 made of titanium or a titanium alloy and a wire 20 consisting of magnesium or a magnesium alloy, the strand 35 being cut into sections 42 is divided, whose length 43 in relation to the diameter 44 of the surrounding enveloping surface is also in the range of 50 to 150%, but preferably at 100%. The strand sections 42 can be used analogously to the production method for a composite material 2 described in FIG. FIG. 10b shows, analogously to FIG. 4d, a bed 45 in which randomly arranged strand sections 42 are combined with one another. In contrast to a bed 32 consisting only of wire sections 23, 24, a bed 45 consisting of strand sections 42 has a higher periodicity of the contacts between identical components within a strand section
42 auf, während die Anordnung der Strangabschnitte 42 unter sich weitgehend statistisch geprägt ist. Wenn allerdings auch auf dieser Ebene ein höheres Mass von Periodizität gewünscht ist, etwa beim Aufbau einer Struktur, welche in einer gewünschten Richtung höhere Biegemomente ertragen kann, so ist es auch durchaus möglich, das Verhältnis der in Fig. 10a gezeigte Länge42, while the arrangement of the strand sections 42 is largely statistically characterized. However, if a higher degree of periodicity is also desired at this level, for example when constructing a structure which can endure higher bending moments in a desired direction, then it is also quite possible to have the ratio of the length shown in FIG. 10a
43 zum Durchmesser der Einhüllenden 44 um den Strangabschnitt 42 entweder positiv oder negativ vom Wert von 100% abweichen zu lassen, wobei im ersten Fall Strangabschnitte 42 mit der Form angenäherter längsgestreckter Zylinder, im zweiten Fall kurze, plättchenförmige Zylinder entstehen, die sich in einer Schüttung 45 bevorzugt entlang ihrer Hauptausdehnungsrichtung anordnen.43 to the diameter of the envelope 44 to the strand section 42 either positively or negatively deviate from the value of 100%, wherein in the first case strand sections 42 with the shape of approximated elongated cylinder, in the second case, short, platelet-shaped cylinder arise in a bed Arrange 45 preferably along its Hauptausdehnungsrichtung.
Fig. IIa zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Idee, bei der ein Verbundwerkstoff 2 ein poröses Vollimplantat in Form eines Hüftgelenkspfannen-Implantats 50 bildet. Das Bild ist im übrigen nur als prinzipieller Schnitt aufzufassen und erhebt keinerlei Anspruch auf eine massstäbliche und formgerechte Darstellung eines tatsächlichen Hüftgelenkpfannen-Implantats 50. Der Verbundwerkstoff 2 wird nach einem der vorher gezeigten Ausführungsformen erzeugt, zum Beispiel durch eine Schüttung 34 von magnesiumhaltigen Drahtabschnitten 20 und titanhaltigen Drahtabschnitten 22 wie in Fig. 3d oder durch Zopfabschnitte 42, wie in Fig. 10b gezeigt. In Analogie zu Bild 9 ist alternativ auch eine mehrlagige Wicklung eines Strangs 35 auf einen Substratkörper mit der Funktion eines Platzhalters möglich, welcher die negative Form der inneren Wölbung des inneren Bereichs 51 des Hüftge- lenkspfannen-Implantats 50 aufweist und der im Rahmen der infolge seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften entweder bereits bei der Erhitzung verschwindet oder nach dem Sinterpro- zess entfernt werden kann, sodass ein halbkugelförmiger Hohlraum zurückbleibt .11a shows an embodiment of the inventive idea in which a composite material 2 forms a porous full implant in the form of an acetabulum implant 50. The picture is otherwise to be regarded only as a basic section and does not claim to be a true to scale representation of an actual acetabulum implant 50. The composite material 2 is produced according to one of the embodiments previously shown, for example by a bed 34 of magnesium-containing wire sections 20 and titanium-containing wire sections 22 as shown in FIG. 3d or by pigtail sections 42 as shown in FIG. 10b. In analogy to FIG. 9, a multilayer winding of a strand 35 onto a substrate body with the function of a spacer is alternatively possible, which forms the negative shape of the inner curvature of the inner region 51 of the hip joint. In the context of which due to its physical and chemical properties either already disappears during heating or can be removed after the sintering process, so that a hemispherical cavity remains behind.
Für die spezifischen Anforderungen an dieses Hüftgelenkspfannen- Implantat 50 ist es jedoch notwendig, dass der äussere Bereich, dessen Oberfläche später mit peripherem Knochengewebe in Kontakt kommt, einen Verbundwerkstoff 2 aufweist, während der innere Bereich 51 aus einer titanhaltigen offenporigen Netzstruktur 8 ohne Magnesiumanteile besteht. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass dieser innere Bereich 51 je nach Herstellungmethode aus Partikeln, Drahtabschnitten, Zopfabschnitten oder einer Zopfwicklung besteht, die nur aus titanhaltigen Material besteht, wobei die Bereiche nach einer der vorgängig beschriebenen Methoden über Brücken aus Reintitan verbunden sind, die aus der Zersetzung von Titanhydrid entstanden sind.However, for the specific requirements of this acetabulum implant 50, it is necessary that the outer region, the surface of which later comes into contact with peripheral bone tissue, comprises a composite material 2, while the inner region 51 consists of a titanium-containing open-cell network structure 8 without magnesium components. This can be accomplished by the fact that this inner region 51, depending on the production method consists of particles, wire sections, plait sections or a cable winding, which consists only of titanium-containing material, the areas are connected in accordance with one of the methods described above via bridges of pure titanium, the the decomposition of titanium hydride are formed.
Fig. IIb zeigt eine zweiten Ausführungsform des in Figur IIa gezeigten Hüfgelenkspfannen-Implantats 50, bei dem z.B. ein Kunststoff 52 aus einem Material, welches für die Paarung mit der Gelenkkugel geeignet ist, aufgespritzt wurde, wobei ein Anteil des Kunststoffs 52 in den inneren Bereich 51 eindringt und fest mit der dreidimensionalen Netzstruktur des Titans vernetzt. Dabei kann der Kunststoff nicht bis in den Verbundwerkstoff 2 vordringen, dessen Hohlräume ja zu diesem Zeitpunkt noch mit der magne- siumhaltigen Komponente gefüllt sind.Fig. IIb shows a second embodiment of the hip joint socket implant 50 shown in Fig. IIa, in which e.g. a plastic 52 of a material suitable for mating with the ball joint has been sprayed, whereby a portion of the plastic 52 penetrates into the inner region 51 and is firmly crosslinked with the three-dimensional network structure of the titanium. In this case, the plastic can not penetrate into the composite material 2, whose cavities are still filled with the magnesium-containing component at this time.
Fig. llc zeigt in schematischer Weise die Situation, wie sie längere Zeit nach der Implantation eines Hüftgelenkpfannen- Implantats 50 eingetreten ist. Nachdem sukzessive die magnesium- haltige Komponente durch Lösung und/oder Korrosion abgebaut wor- den ist, ist das periphere Knochengewebe 15 durch die in die Titannetzstruktur augmentierte Knochenzone 16 fest in der Pfanne verankert. Man kann ein solches Implantat also als Verbund ansehen, indem eine Kunststoffphase über eine poröse Titanstruktur nahtlos in Knochengewebe übergeht, wodurch ein optimales mechanisches Verhalten erzielt werden kann.FIG. 11c shows, in a schematic way, the situation as it has occurred a long time after the implantation of an acetabulum implant 50. After successively reducing the magnesium-containing component by solution and / or corrosion, That is, the peripheral bone tissue 15 is firmly anchored in the pan by the bone mesh 16 augmented in the titanium mesh structure. Thus, such an implant can be viewed as a composite by seamlessly blending a plastic phase into bone tissue via a porous titanium structure, thereby providing optimal mechanical performance.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Beispiel einer möglichen Anwendung des erfindungungsgemässen Verbundwerkstoffs 2, diesmal als Be- schichtung 54 eines Dentalimplantats 53 aus Titan oder einer Titanlegierung. Im vorliegenden Beispiel wurde die Beschichtung 54 dabei entweder als schraubenförmiger Körper aufgepresst, die Schraubenform könnte auch nachträglich am fertig ausgesinterten Material z.B. durch einen spanabhebenden Prozess erzeugt werden. Selbstverständlich kann der Verbundwerkstoff 2 anstelle einer Schraubenform auch die Form eines Zylinders oder eines Konus besitzen. Er kann jedoch auch eine komplexere Form besitzen, welche z.B. mit spanabhebenden Methoden erzielt wird, um die Aus- senkontur exakt an eine Knochenoberfläche anzupassen, insbesondere z.B. in einem Fall, wo die Dicke des zu augmentierenden Kieferknochens für die Verankerung eines normalen Dentalimplantats nicht ausreicht.FIG. 12 shows a further example of a possible application of the composite material 2 according to the invention, this time as a coating 54 of a dental implant 53 made of titanium or a titanium alloy. In the present example, the coating 54 was pressed either as a helical body, the screw shape could also subsequently on the finished sintered material, e.g. produced by a machining process. Of course, the composite material 2 may also have the shape of a cylinder or a cone instead of a helical shape. However, it may also have a more complex shape, e.g. is achieved by means of machining methods in order to adapt the outward contour exactly to a bone surface, in particular e.g. in a case where the thickness of the jawbone to be augmented is insufficient for anchoring a normal dental implant.
Ein Dentalimplantat, welches erfindungsgemäss aufgebaut und hergestellt ist, besitzt verschiedene wesentliche Vorteile. Einerseits wird über die optimale Porosität und Tiefe des Verbundwerkstoffs 2 eine optimale Verankerung im peripheren Knochengewebe erzielt, was besonders in den Fällen wichtig ist, wo nur wenig Knochenmaterial im Kiefer zur Verfügung steht. Andererseits führt die hohe osteoinduktive Wirkung der peripher nach der Implantation entstehenden Hohlräume zu einem beschleunigten Einwachsen der Knochenzellen, was die für den Patienten unangenehme Uebergangsphase verkürzt. Ein dritter Vorteil kann unter Umständen darin bestehen, dass sowohl durch die fortlaufende Bildung von Magnesiumionen eine langzeitige antiseptische Wirkung erzielt wird, wobei gleichzeitig der langsame Abstrom von Wasserstoff im Sinne eines Schutzgases verhindert, dass Keime im Gegenstrom eindringen können, denn Entzündungen sind eine gefürchtete Nebenwirkung von Implantationen.A dental implant constructed and manufactured according to the invention has several significant advantages. On the one hand, the optimum porosity and depth of the composite material 2 provides optimal anchoring in the peripheral bone tissue, which is particularly important in cases where only a small amount of bone material is available in the jaw. On the other hand, the high osteoinductive effect of the resulting peripherally after implantation cavities leads to an accelerated ingrowth of the bone cells, which shortens the unpleasant transition phase for the patient. A third advantage can be under There may be circumstances in which a long-term antiseptic effect is achieved both by the continued formation of magnesium ions, while the slow outflow of hydrogen in the form of a protective gas prevents germs from entering countercurrently, since inflammation is a dreaded side effect of implantation.
Fig. 13 zeigt ein weitere Variante des erfindungsgemässen Gedankens, welcher nur als prinzipielle Anordnung ohne Hinweis auf einen konkreten Nutzungsfall im Körper aufgeführt wird, um die Vielseitigkeit des Prinzips dieses Verbundwerkstoffs zu zeigen. Im Bild befindet sich eine Spirale aus einem Draht 46, bevorzugt aus einer Titanlegierung, welcher in einer osteoinduktiven Stuk- tur 47 integriert ist, der aus magnesium- und titanhaltigen Komponenten besteht. Dieser Draht stellt eine Armierung dar, welche das Implantat in einer Richtung versteift, in einer anderen Richtung jedoch eine Erhöhte elastische Verformbarkeit gewährleistet. Dieses Prinzip, welches hier mit einer Spiralfeder demonstriert wird, kann auch mit Blattfedern oder anderen Bauelementen variiert werden.FIG. 13 shows a further variant of the inventive concept, which is listed only as a basic arrangement without reference to a concrete use case in the body to show the versatility of the principle of this composite material. The picture shows a spiral made of a wire 46, preferably of a titanium alloy, which is integrated in an osteoinductive structure 47 which consists of components containing magnesium and titanium. This wire represents a reinforcement, which stiffens the implant in one direction, but ensures increased elastic deformability in another direction. This principle, which is demonstrated here with a spiral spring, can also be varied with leaf springs or other components.
Es folgen drei exemplarische Beispiele zur Herstellung eines er- findungsgemässen Implantats mit einem Verbundwerkstoff:Three exemplary examples for the production of an implant according to the invention with a composite material follow:
In einem ersten Beispiel wurde eine Mischung von 45 vol-% Magnesiumpulver mit einer mittleren Korngrösse von 300 μm mit 55 vol- % Titanhydridpulver mit einer mittleren Korngrösse von 20 μm mit einem PMMA-basierten Binder zu einer mörtelartigen Masse ange- teigt. Anschliessend wurde diese Masse auf die Oberfläche eines Implantatkörpers aus einer rostfreien Stahllegierung in einer Dicke von ca. 250 μm aufgebracht. Der beschichtete Implantatkörper wurde in einem nächsten Schritt in die Retorte eines Vakuumofens eingebracht und während 20 Stunden auf 6000C aufgeheizt, wobei zuerst der PMMA-Binder entfernt wurde und sodann die Zersetzung des Titanhydrids zu Titan und Wasserstoff erfolgte. An- schliessend wurde die Ofenkammer mit Argon bis knapp unterhalb Atmosphärendruck geflutet, um ein Kochen des Magnesiums zu verhindern. Danach wurde die Temperatur bis 9500C erhöht und während 20 Minuten gehalten. Anschliessend wurde schnell auf Raumtemperatur abgekühlt. Als Resultat entstand eine offenporige Titanschicht, die an den Kontaktstellen mit der rostfreien Stahlfläche verschweisst war, wobei die offenporige Titanstruktur teilweise mit Magnesium angefüllt war.In a first example, a mixture of 45% by volume of magnesium powder with a mean particle size of 300 μm and 55% by volume of titanium hydride powder with a mean particle size of 20 μm was mixed with a PMMA-based binder to give a mortar-like mass. Subsequently, this mass was applied to the surface of an implant body of a stainless steel alloy in a thickness of about 250 microns. The coated implant body was placed in the retort of a vacuum furnace in a next step and heated to 600 0 C for 20 hours, first removing the PMMA binder and then decomposing the titanium hydride into titanium and hydrogen. Subsequently, the furnace chamber was flooded with argon to just below atmospheric pressure to prevent the magnesium from boiling. Thereafter, the temperature was increased to 950 0 C and held for 20 minutes. It was then cooled rapidly to room temperature. As a result, an open-pored titanium layer was formed, which was welded at the contact points with the stainless steel surface, wherein the open-pore titanium structure was partially filled with magnesium.
In einem zweiten Beispiel wurde eine Mischung von 25 vol-% Magnesiumlegierungspulver (Legierung AZ31) mit einer mittleren Korngrösse von 100 μm mit 50 vol-% Titanpulver Grade 5 (Legierung Ti6AlV4) mit einer mittleren Korngrösse von 20 μm und 25 vol-% Titanhydridpulver mit einer mittleren Korngrösse von 8 μm und einem PMMA-basierten Binder zu einem dünnflüssigen Schlicker angemischt, welcher in dünner Schicht auf einen Teil der Oberfläche eines Dentalimplantats aus Aluminiumoxid aufgetragen wurde. Dieser Körper wurde anschliessend unter Vakuum während 20 Stunden bis 6000C zur Entfernung des organischen Binders sowie zur Dissoziation des Titanhydrids unter Bildung von Titan aufgeheizt. Danach wurde der Druck im Ofen mit Argon auf 950 mbar erhöht und die Temperatur auf 9800C eingestellt und während 1 Stunde gehalten. Das Titanhydrid verhielt sich in diesem Beispiel als Aktivlötkomponente, d.h. durch seinen Zerfall entstand Reintitan, welches durch seine stark reduzierende Wirkung zur Bildung von Titanaluminaten führt, welche eine Uebergangsschicht zwischen dem Aluminiumoxid und der offenporigen Titanschicht bilden, wobei die Magnesiumpartikel gleichzeitig aufschmelzen und innerhalb den Poren der Titanschicht zurückbleiben. In einem dritten Beispiel wurde eine vorgängig sandgestrahlte Hüftgelenkspfanne aus der Titanlegierung Ti6AlV4 mit ihrer Aus- senseite mehrfach in einen Schlicker aus 50 vol-% Magnesiumlegierungspulver (Legierung AZ31) mit einer mittleren Korngrösse von 50 μm und 50 vol-% Titanhydridpulver sowie einem Polyacetal- binder eingetaucht, sodass eine Schicht von 150 μm entstand. Die so beschichtete Hüftgelenkspfanne wurde anschliessend während 25 Stunden bis 5500C erhitzt und dann während weiteren 5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, sodass es zur Entfernung des Binders sowie zur vollständigen Zersetzung des Titanhydrids kam. Danach wurde die Ofenkammer mit Argon bis 700 mbar geflutet und unter diesem Druck auf 8300C aufgeheizt. Diese Temperatur wurde während 3 Stunden gehalten. Als Resultat entstand eine offenporige Titanstruktur, deren Poren teilweise mit der Magnesiumlegierung gefüllt waren, die an den Kontaktstellen mit der Oberfläche der Hüftgelenkspfanne verschweisst war. In a second example, a mixture of 25 vol-% magnesium alloy powder (alloy AZ31) with a mean particle size of 100 microns with 50 vol% titanium powder Grade 5 (alloy Ti6AlV4) with a mean particle size of 20 microns and 25 vol% titanium hydride powder with a mean particle size of 8 microns and a PMMA-based binder mixed into a thin slurry, which was applied in a thin layer on a part of the surface of a dental implant made of alumina. This body was then heated under vacuum for 20 hours to 600 0 C to remove the organic binder and dissociation of titanium hydride to form titanium. Thereafter, the pressure in the furnace with argon was increased to 950 mbar and the temperature was adjusted to 980 0 C and held for 1 hour. The titanium hydride behaved in this example as Aktivlötkomponente, ie its disintegration resulted in pure titanium, which leads by its strong reducing effect to the formation of titanium aluminates, which form a transition layer between the aluminum oxide and the open-pore titanium layer, the magnesium particles melt simultaneously and within the pores the titanium layer remain. In a third example, a previously sandblasted acetabulum made of titanium alloy Ti6AlV4 with its outer side was repeatedly placed in a slurry of 50% by volume magnesium alloy powder (alloy AZ31) with an average particle size of 50 μm and 50% by volume titanium hydride powder and a polyacetal binder immersed so that a layer of 150 microns was formed. The thus-coated acetabulum was then heated for 25 hours to 550 0 C and then held at this temperature for a further 5 hours, so that it came to the removal of the binder and complete decomposition of the titanium hydride. Thereafter, the furnace chamber was flooded with argon to 700 mbar and heated to 830 0 C under this pressure. This temperature was held for 3 hours. As a result, an open-pore titanium structure was formed, the pores of which were partially filled with the magnesium alloy welded at the contact points with the surface of the acetabular cup.

Claims

Patentansprüche claims
1. Implantat, wenigstens teilweise bestehend aus einem Verbundwerkstoff (2) aus einer titanhaltigen ersten Komponente (3) und einer magnesiumhaltigen zweiten Komponente (4), erhältlich durch Diffusionsverschweissung von Einzelkörpern der ersten Komponente (3) unter Verwendung von Partikel aus Titanhydrid im Beisein von Einzelkörpern der zweiten Komponente (4), welche bei der Diffusionsverschweissung miteinander verschmelzen, wobei wenigstens die Einzelkörper der zweiten Komponente (4) vor der Verschmelzung eine maximale Breite (B) von 0.05mm bis lmm aufweisen, und wobei die beiden ver- schweissten beziehungsweise verschmolzenen Komponenten (3,4) statistisch regelmässig und/oder in einem sich periodisch wiederholenden Muster angeordnet sind.1. implant, at least partially consisting of a composite material (2) of a titanium-containing first component (3) and a magnesium-containing second component (4), obtainable by diffusion bonding of individual bodies of the first component (3) using particles of titanium hydride in the presence of Individual bodies of the second component (4), which merge with each other in the diffusion bonding, wherein at least the single body of the second component (4) before the fusion has a maximum width (B) of 0.05mm to lmm, and wherein the two welded or fused Components (3,4) statistically arranged regularly and / or in a periodically repeating pattern.
2. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff (2) mit der Oberfläche eines metallischen Implantatgrundkörpers (1), bevorzugt aus einer Titanlegierung, verbunden, vorzugsweise verschweisst ist.2. Implant according to claim 1, characterized in that the composite material (2) with the surface of a metallic implant base body (1), preferably made of a titanium alloy, connected, preferably welded.
3. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff (2) mit der Oberfläche eines keramischen Implantatgrundkörpers (1) verbunden ist.3. Implant according to claim 1, characterized in that the composite material (2) with the surface of a ceramic implant body (1) is connected.
4. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnesiumhaltige zweite Komponente (4) aus einem oder mehreren Magnesiumsalzen, wahlweise in Mischung mit anderen Salzen, vorzugsweise Calciumsalzen, bevorzugt Calciumchlorid und/oder Calciumfluorid und/oder Calciumoxid, besteht . 4. Implant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnesium-containing second component (4) consists of one or more magnesium salts, optionally in admixture with other salts, preferably calcium salts, preferably calcium chloride and / or calcium fluoride and / or calcium oxide ,
5. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die titanhaltige erste Komponente (3) aus sich in Diffusionsverschweissung befindlichen Einzelkörpern von maximal lmm Breite (B) und maximal 5mm Länge (L) besteht.5. Implant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the titanium-containing first component (3) consists of diffusion-bonded individual bodies of a maximum width of 1mm (B) and a maximum length of 5mm (L).
6. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die titanhaltige erste Komponente (3) aus sich in Diffusionsverschweissung befindlichen Einzelkörpern von maximal lmm Breite (B) und mehr als 10mm, vorzugsweise mehr als 50mm Länge (L) besteht, wobei die Einzelkörper vorzugsweise helikal verlaufen.6. Implant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the titanium-containing first component (3) consists of diffusion-bonded individual bodies of not more than 1 mm width (B) and more than 10 mm, preferably more than 50 mm length (L), wherein the individual bodies are preferably helical.
7. Zwischenverbundprodukt zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, insbesondere für die Herstellung eines Implantats nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelkörper einer titanhaltigen ersten Komponente (3) und Einzelkörper einer magnesiumhaltigen zweiten Komponente7. Intermediate composite product for producing a composite material, in particular for the production of an implant according to one of claims 1 to 6, characterized in that the individual body of a titanium-containing first component (3) and single body of a magnesium-containing second component
(4) im gegenseitigen Kontakt zueinander angeordnet sind und dass die Einzelkörper der ersten Komponente (3) mit Partikeln aus Titanhydrid vermischt oder beschichtet sind oder aus Titanhydrid bestehen, wobei die Einzelkörper beider Komponenten(4) are arranged in mutual contact with each other and that the individual bodies of the first component (3) are mixed or coated with particles of titanium hydride or consist of titanium hydride, the individual bodies of both components
(3,4) eine maximale Breite (B) von 0.05mm bis lmm aufweisen.(3,4) have a maximum width (B) of 0.05mm to 1mm.
8. Zwischenverbundprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus Titanhydrid eine maximale Korn- grösse von 0.05mm aufweisen.8. Intermediate composite product according to claim 7, characterized in that the particles of titanium hydride have a maximum particle size of 0.05 mm.
9. Zwischenverbundprodukt nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus Titanhydrid und wahlweise Einzelkörper aus Titan oder einer Titanlegierung zusammen mit den Einzelkörper der zweiten Komponente (4) in Mischung mit einem Binder einen vorzugsweise gepressten Formkörper bilden. 9. Intermediate composite product according to one of claims 7 or 8, characterized in that the particles of titanium hydride and optionally single body made of titanium or a titanium alloy together with the single body of the second component (4) in admixture with a binder form a preferably pressed molding.
10. Zwischenverbundprodukt nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus Titanhydrid, sowie die Einzelkörper der ersten titanhaltigen Komponente (3) und die Einzelkörper der zweiten magnesiumhaltigen Komponente10. Intermediate composite product according to one of claims 7 or 8, characterized in that the particles of titanium hydride, as well as the individual bodies of the first titanium-containing component (3) and the individual bodies of the second magnesium-containing component
(4) zusammen mit einem Binder vermischt einen vorzugsweise gepressten Formkörper bilden.(4) mixed together with a binder to form a preferably pressed molding.
11. Zwischenverbundprodukt nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkörper der ersten Komponente (3) aus im Querschnitt vorzugsweise kreisförmigen Drahtabschnitten aus Titan oder einer Titanlegierung (24,25) und die Einzelkörper der zweiten Komponente (4) aus im Querschnitt vorzugsweise kreisförmigen Drahtabschnitten aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung (23) bestehen, wobei die Einzelkörper der ersten Komponente (3) mit Titanhydrid beschichtet sind und/oder den Einzelkörpern beider Komponenten (3,4) Titanhydridpartikel beigemischt sind.11. Intermediate composite product according to one of claims 7 or 8, characterized in that the individual bodies of the first component (3) in cross-section preferably circular wire sections made of titanium or a titanium alloy (24,25) and the single body of the second component (4) in the Cross section preferably circular wire sections made of magnesium or a magnesium alloy (23), wherein the individual bodies of the first component (3) are coated with titanium hydride and / or the individual bodies of both components (3.4) titanium hydride particles are mixed.
12. Zwischenverbundprodukt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtabschnitte (23,24,25) der beiden Komponenten (3,4) eine Länge (28) aufweisen, die ihrem Durchmesser (29) entspricht.12. Intermediate composite product according to claim 11, characterized in that the wire sections (23, 24, 25) of the two components (3, 4) have a length (28) which corresponds to their diameter (29).
13. Zwischenverbundprodukt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtabschnitte (23,24,25) der beiden Komponenten (3,4) als Helices vorliegen.13. Intermediate composite product according to claim 11, characterized in that the wire sections (23, 24, 25) of the two components (3, 4) are in the form of helices.
14. Zwischenverbundprodukt nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkörper der ersten Komponente (3) Drähte aus Titan oder einer Titanlegierung (21,22) und die Einzelkörper der zweiten Komponente (4) Drähte aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung (20) sind, wobei die Drähte (20,21,22) beider Komponenten (3,4) zu einem Geflecht, einem Gewebe oder einem Gewirke miteinander verbunden sind.14. Intermediate composite product according to claim 7 or 8, characterized in that the individual bodies of the first component (3) wires of titanium or a titanium alloy (21,22) and the individual bodies of the second component (4) wires of magnesium or a magnesium alloy (20) are, with the wires (20,21,22) of both components (3,4) are connected to a braid, a woven or knitted fabric together.
15. Zwischenverbundprodukt nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stränge (35) miteinander verdrillter Drähte15. Intermediate composite product according to claim 14, characterized in that a plurality of strands (35) of mutually twisted wires
(20,21,22) der ersten und der zweiten Komponente (3,4) miteinander und/oder übereinander auf einem metallischen und/oder keramischen Grundkörper (1) angeordnet sind.(20,21,22) of the first and the second component (3,4) with each other and / or one above the other on a metallic and / or ceramic base body (1) are arranged.
16. Verfahren zur Herstellung eines Implantats, wenigstens teilweise bestehend aus einem Verbundwerkstoff (2) aus einer ti- tanhaltigen ersten Komponente (3) und einer magnesiumhaltigen zweiten Komponente (4), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch16. A method for producing an implant, at least partially consisting of a composite material (2) from a titanium-containing first component (3) and a magnesium-containing second component (4), in particular according to one of claims 1 to 6, characterized by
(a) Vorlegen der ersten Komponente (3) bestehend aus Partikeln aus Titanhydrid und wahlweise Einzelkörpern aus Titan oder einer Titanlegierung;(A) presenting the first component (3) consisting of particles of titanium hydride and optionally individual bodies of titanium or a titanium alloy;
(b) zusammenbringen der ersten und der zweiten Komponente (3,4) zu einem Zwischenverbundprodukt, so dass sich die(b) bringing the first and second components (3, 4) together to form an intermediate composite product such that the
Einzelkörper der beiden Komponenten (3,4) statistisch re- gelmässig und/oder in einem sich periodisch wiederholenden Muster berühren; undIndividual bodies of the two components (3, 4) touch statistically regularly and / or in a periodically repeating pattern; and
(c) erhitzen des Zwischenprodukts, wahlweise unter Druck, bis zur Dissoziation des Titanhydrids zu Titan und zur Bildung von Diffusionsverschweissungen (38) zwischen den Einzelkörpern der ersten Komponente (3) sowie bis zum Verschmelzen der Einzelkörper der zweiten Komponente (4) untereinander .(c) heating the intermediate, optionally under pressure, until dissociation of the titanium hydride to titanium and formation of diffusion bonds (38) between the individual bodies of the first component (3) and until the individual bodies of the second component (4) fuse together.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkörper der zweiten Komponente (4) eine maximale Breite17. The method according to claim 16, characterized in that the individual bodies of the second component (4) has a maximum width
(B) von 0.05mm bis lmm aufweisen. (B) from 0.05mm to 1mm.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgelegten Partikel aus Titanhydrid zunächst mit einem Binder zu einer Masse (5) vermischt werden .18. The method according to any one of claims 16 or 17, characterized in that the particles of titanium hydride initially mixed with a binder to a mass (5) are mixed.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Titanhydridpartikeln Einzelkörper aus Titan oder einer Titanlegierung in die Masse (5) gemischt werden.19. The method according to claim 18, characterized in that in addition to the titanium hydride particles, single bodies of titanium or a titanium alloy in the mass (5) are mixed.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkörper der ersten Komponente (3) mit den Titanhydridpartikeln beschichtet werden.20. The method according to any one of claims 16 or 17, characterized in that the individual bodies of the first component (3) are coated with the Titanhydridpartikeln.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (5) vor dem Erhitzen auf einen Implantatgrundkörper (1) gepresst wird.21. The method according to any one of claims 18 or 19, characterized in that the mass (5) is pressed prior to heating to an implant base body (1).
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkörper der ersten Komponente (3) aus abgelängten titanhaltigen Drahtabschnitten (24,25) und/oder die Einzelkörper der zweiten Komponente (4) aus abgelängten magnesiumhaltigen Drahtabschnitten (23) bestehen.22. The method according to any one of claims 16 to 21, characterized in that the individual bodies of the first component (3) of cut titanium-containing wire sections (24,25) and / or the individual body of the second component (4) of cut-to-length magnesium-containing wire sections (23) consist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die abgelängten Drahtabschnitte (23,24,25) der beiden Komponenten (3,4) als Helices vorliegen.23. The method according to claim 22, characterized in that the cut wire sections (23,24,25) of the two components (3,4) are present as helices.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkörper der ersten Komponente (3) und die Einzelkörper der zweiten Komponente (4) aus Drähten24. The method according to any one of claims 16 to 22, characterized in that the individual bodies of the first component (3) and the single body of the second component (4) made of wires
(20,21,22) oder Drahtabschnitten (23,24,25) bestehen, und dass die Komponenten (3,4) derart zusammengebracht werden, dass mindestens ein Draht (21,22) oder Drahtabschnitt (24,25) der ersten Komponente (3) mit mindestens einem Draht (20) o- der Drahtabschnitt (23) der zweiten Komponente (4) zu einem Strang (35) verdrillt wird.(20, 21, 22) or wire sections (23, 24, 25) and that the components (3, 4) are brought together in such a way that in that at least one wire (21, 22) or wire section (24, 25) of the first component (3) is twisted into a strand (35) with at least one wire (20) or wire section (23) of the second component (4) ,
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang (35) in mehreren nebeneinander und/oder übereinander liegenden Lagen (37) auf einem Implantatgrundkörper (1) aufgebracht wird, bevorzugt durch Umwickeln oder Aufpressen.25. The method according to claim 24, characterized in that the strand (35) in a plurality of juxtaposed and / or superimposed layers (37) on an implant base body (1) is applied, preferably by wrapping or pressing.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang (35) in eine Vielzahl von Strangabschnitten (42) unterteilt wird, wobei die Strangabschnitte (42) auf einen Implantatgrundkörper (1) aufgebracht oder in eine Form gepresst werden . 26. The method according to claim 24, characterized in that the strand (35) is subdivided into a plurality of strand sections (42), wherein the strand sections (42) are applied to an implant base body (1) or pressed into a mold.
PCT/EP2010/052347 2009-02-25 2010-02-24 Implant, at least partially comprising a composite material, intermediate composite product and method for producing an implant WO2010097413A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH2812009 2009-02-25
CH00281/09 2009-02-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010097413A1 true WO2010097413A1 (en) 2010-09-02

Family

ID=41226721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/052347 WO2010097413A1 (en) 2009-02-25 2010-02-24 Implant, at least partially comprising a composite material, intermediate composite product and method for producing an implant

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2010097413A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140336779A1 (en) * 2011-09-20 2014-11-13 Shinshu University Compressed fiber structural material and method for producing the same
CN110744059A (en) * 2019-11-01 2020-02-04 淮阴工学院 Medical porous low-modulus titanium-magnesium alloy and forming method and application thereof
CN115969551A (en) * 2023-02-20 2023-04-18 北京华益圣亚医疗器械有限公司 Oral implant and manufacturing method thereof

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3906550A (en) 1973-12-27 1975-09-23 William Rostoker Prosthetic device having a porous fiber metal structure
EP0212929A2 (en) * 1985-08-08 1987-03-04 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for producing endosseous implants
EP0388576A1 (en) 1989-03-23 1990-09-26 Institut Straumann Ag Metallic implant
WO2002045764A1 (en) * 2000-12-06 2002-06-13 Astra Tech Ab Medical prosthetic devices and implants having improved biocompatibility
WO2002066693A1 (en) * 2001-02-19 2002-08-29 Isotis N.V. Porous metals and metal coatings for implants
US6849230B1 (en) 1999-09-14 2005-02-01 Stratec Medical Ag Mixture of two particulate phases used in the production of a green compact that can be sintered at higher temperatures
EP1395297B1 (en) 2001-06-11 2006-04-26 Medizinische Hochschule Hannover Medical implant for the human or animal body
WO2008122595A2 (en) 2007-04-05 2008-10-16 Cinvention Ag Biodegradable therapeutic implant for bone or cartilage repair
WO2008122594A2 (en) 2007-04-05 2008-10-16 Cinvention Ag Partially biodegradable therapeutic implant for bone and cartilage repair
WO2009032475A2 (en) * 2007-09-06 2009-03-12 Boston Scientific Limited Endoprostheses having porous claddings prepared using metal hydrides

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3906550A (en) 1973-12-27 1975-09-23 William Rostoker Prosthetic device having a porous fiber metal structure
EP0212929A2 (en) * 1985-08-08 1987-03-04 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for producing endosseous implants
EP0388576A1 (en) 1989-03-23 1990-09-26 Institut Straumann Ag Metallic implant
US6849230B1 (en) 1999-09-14 2005-02-01 Stratec Medical Ag Mixture of two particulate phases used in the production of a green compact that can be sintered at higher temperatures
WO2002045764A1 (en) * 2000-12-06 2002-06-13 Astra Tech Ab Medical prosthetic devices and implants having improved biocompatibility
WO2002066693A1 (en) * 2001-02-19 2002-08-29 Isotis N.V. Porous metals and metal coatings for implants
EP1395297B1 (en) 2001-06-11 2006-04-26 Medizinische Hochschule Hannover Medical implant for the human or animal body
WO2008122595A2 (en) 2007-04-05 2008-10-16 Cinvention Ag Biodegradable therapeutic implant for bone or cartilage repair
WO2008122594A2 (en) 2007-04-05 2008-10-16 Cinvention Ag Partially biodegradable therapeutic implant for bone and cartilage repair
WO2009032475A2 (en) * 2007-09-06 2009-03-12 Boston Scientific Limited Endoprostheses having porous claddings prepared using metal hydrides

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BÜCKING, W.; SUCKERT, R.: "Implantat-Prothetik", 1995, NEUER MERKUR VERLAG

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140336779A1 (en) * 2011-09-20 2014-11-13 Shinshu University Compressed fiber structural material and method for producing the same
US9320602B2 (en) * 2011-09-20 2016-04-26 Shinshu University Compressed fiber structural material and method for producing the same
CN110744059A (en) * 2019-11-01 2020-02-04 淮阴工学院 Medical porous low-modulus titanium-magnesium alloy and forming method and application thereof
CN115969551A (en) * 2023-02-20 2023-04-18 北京华益圣亚医疗器械有限公司 Oral implant and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0006544B1 (en) Implantable material for bone replacement based on calcium phosphate ceramics in a matrix and method of preparing same
DE102008044951A1 (en) Open-pore biocompatible surface layer for an implant, method of manufacture and use
EP1888139B1 (en) Dental implant and method for the production thereof
EP0366018B1 (en) Metal sponge-like structure and method for making the same
WO2008077263A2 (en) Dental implant and method for the production thereof
DE10243101A1 (en) Open-pored metal coating for joint replacement implants and manufacturing processes
DE3445731A1 (en) Material and use thereof
EP3445414B1 (en) Hybrid implant made of a composite material
EP2582407A1 (en) Bone implant comprising a magnesium-containing metallic material with reduced corrosion rate, and methods and kit for producing the bone implant
DE102015107600B4 (en) A particulate alloplastic bone substitute material and method of making a free formed porous body
JP2019527767A (en) Porous metal devices
EP0553167B1 (en) Material and process for producing the same
EP2545945A2 (en) Implant, component set, method for manufacturing an implant and/or a component set and device for manufacturing an implant and/or a component set
WO2010097413A1 (en) Implant, at least partially comprising a composite material, intermediate composite product and method for producing an implant
WO1992006718A1 (en) Implant and process for producing the same
EP4138736A1 (en) Bone implant
WO2009000550A2 (en) Implant, and method for the production thereof
DE2905647A1 (en) Bone-implant anchoring element - based on metal core and plastic coating contg. embedded calcium phosphate
EP2885014B1 (en) Implant and method for the production thereof
JP4280968B2 (en) Implant complex
DE3331562A1 (en) Metal endoprosthesis and method for the production thereof
EP0262354B1 (en) Titanium implant having a surface structure built-up from wires
JP6803067B2 (en) Skull joint member
EP4197494A1 (en) Augmentation device, composite and method for making a composite
DE102010028430B4 (en) Implant as a bone substitute with an open-mesh, three-dimensional spatial network structure at least partially covering its surface

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10706205

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10706205

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1