DE102006039329B3

DE102006039329B3 - Implantat und Verfahren zum Herstellen eines Implantats

Info

Publication number: DE102006039329B3
Application number: DE102006039329A
Authority: DE
Inventors: Richard Dr.-Ing. Zeller; Jan Dipl.-Ing.(FH) Reich
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: IONBOND AG OLTEN, CH; Aesculap AG
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2026-08-17
Also published as: ES2372627T3; WO2008019923A2; EP2051666A2; US20090210068A1; DE202006012902U1; ATE530145T1; US8147560B2; WO2008019923A3; JP5128598B2; JP2010500139A; EP2051666B1

Abstract

Um ein Implantat zum Einsetzen in einen menschlichen oder tierischen Körper, welches mindestens ein Implantatteil umfasst, wobei das mindestens eine Implantatteil einen aus einem Implantatmaterial hergestellten Grundkörper mit einer Oberfläche aufweist, die mindestens teilweise in Form einer künstlichen Gelenkfläche ausgebildet ist, wobei ein Teil der oder die ganze Gelenkfläche mit einer verschleißmindernden Hartstoffbeschichtung bedeckt ist, so zu verbessern, dass eine Implantattragedauer verlängert und die Verträglichkeit des Implantats erhöht wird, wird vorgeschlagen, dass zwischen der Hartstoffbeschichtung und der mindestens einen aus dem Implantatmaterial gebildeten Gelenkfläche eine Zwischenschicht zum Vermindern von Spannungen zwischen der Hartstoffbeschichtung und dem Implantatmaterial vorgesehen ist. Ferner wird ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Implantats zum Einsetzen in einen menschlichen oder tierischen Körper vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Implantat zum Einsetzen in einen menschlichen oder tierischen Körper, welches mindestens ein Implantatteil umfasst, wobei das mindestens eine Implantatteil einen aus einem Implantatmaterial hergestellten Grundkörper mit einer Oberfläche aufweist, die mindestens teilweise in Form einer künstlichen Gelenkfläche ausgebildet ist, wobei ein Teil oder die ganze Gelenkfläche mit einer verschleißmindernden Hartstoffbeschichtung bedeckt ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Implantats zum Einsetzen in einen menschlichen oder tierischen Körper, welches mindestens ein Implantatteil umfasst, wobei zur Ausbildung des Implantatteils ein Grundkörper aus einem Implantatmaterial hergestellt wird, welches eine Oberfläche aufweist, die mindestens in Form einer künstlichen Gelenkfläche ausgebildet wird, wobei eine verschleißmindernde Hartstoffbeschichtung auf die ganze oder einen Teil der Gelenkfläche aufgebracht wird.
Implantate der eingangs beschriebenen Art und Verfahren zu deren Herstellung sind in vielfältiger Weise bekannt, beispielsweise aus der EP 1 679 088 A2 . Derartige Implantate kommen beispielsweise in Form von Hüft- und Kniegelenk-Endoprothesen zum Einsatz. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Wirbelsäulenprothetik, dabei insbesondere die Bandscheibenprothetik. Unabhängig von ihrem Einsatzzweck weisen Implantate der eingangs beschriebenen Art eine Gelenkfläche auf, die vorzugsweise verschleißmindernd ausgebildet ist. Zu diesem Zweck ist es bekannt, einen ein Implantatteil bildenden Grundkörper mit einer Hartstoffbeschichtung zu versehen, und zwar mindestens in einem Bereich seiner Oberfläche, welche einen Teil oder die gesamte Gelenkfläche bildet.
Bei bekannten Implantaten tritt jedoch üblicherweise das Problem auf, dass aus dem Implantatmaterial Metallionen, beispielsweise Kobalt-, Chrom-, Molybdän- und/oder Nickel-Ionen austreten können, und zwar auch durch die Hartstoffbeschichtung hindurch. Dies führt zu einer erhöhten Korrosion und auch zu einer Erhöhung des Verschleißes des Implantats, beispielsweise durch Abplatzen der Hartstoffbeschichtung. Die beschriebenen negativen Effekte haben den Nachteil, dass sich dadurch eine Implantattragedauer sowie die Verträglichkeit des Implantats reduzieren kann, beispielsweise kann der Austritt von Metallionen im großen Umfang aus dem Implantatmaterial allergische Reaktionen hervorrufen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Implantat der eingangs beschriebenen Art sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats so zu verbessern, dass eine Implantattragedauer verlängert und die Verträglichkeit des Implantats erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Implantat der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen der Hartstoffbeschichtung und der mindestens einen aus dem Implantatmaterial gebildeten Gelenkfläche eine Zwischenschicht zum Vermindern von Spannungen zwischen der Hartstoffbeschichtung und dem Implantatmaterial ist.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Zwischenschicht hat insbesondere die Eigenschaft, mechanische und/oder elektromechanische Spannungen zwischen der Hartstoffbeschichtung und dem Implantatmaterial und/oder innere Spannungen in der Hartstoffbeschichtung zu vermindern. Dies hat den Vorteil, dass die Hartstoffbeschichtung praktisch ohne mechanische und/oder elektromechanische Spannungen auf das Implantatmaterial aufgebracht werden kann. Dadurch wird es Metallionen, die aus dem Implantatmaterial austreten möch ten, erschwert, sowohl durch die Zwischenschicht als auch durch die Hartstoffbeschichtung nach außen vorzudringen. Dadurch wird einerseits eine Korrosion des Implantatmaterials verringert und andererseits ein Verschleiß der Hartstoffbeschichtung reduziert. Insbesondere kann die Zwischenschicht auch ein Anhaften der Hartstoffbeschichtung auf dem Implantatmaterial verbessern. Insbesondere dann, wenn die Zwischenschicht eine defektarme Schicht ist, bildet diese Kondensationskeime für ein optimales Aufwachsen der Hartstoffbeschichtung.
Vorzugsweise ist die Hartstoffbeschichtung in Form einer korrosionsinhibierenden Beschichtung ausgebildet. Durch eine derartige Hartstoffbeschichtung wird sowohl eine Korrosion des Implantatmaterials nach der Implantation in einen menschlichen oder tierischen Körper als auch eine Korrosion der Hartstoffbeschichtung selbst deutlich verringert oder sogar ganz verhindert.
Um zu verhindern, dass Metallionen aus dem Implantatmaterial austreten und in den menschlichen oder tierischen Körper gelangen können, ist es günstig, wenn die Hartstoffbeschichtung in Form einer eine Metallionen-Barriere bildenden Beschichtung ausgebildet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die eine Metallionen-Barriere bildende Beschichtung eine die Ionenabgabe aus dem Implantatteil im Vergleich zu einem Implantatteil ohne eine Metallionen-Barriere bildende Beschichtung um mindestens einen Faktor 10 verringernde Beschichtung ist, vorzugsweise eine die Ionenabgabe um mindestens einen Faktor 20 verringernde Beschichtung. Mit einer derartigen eine Metallionen-Barriere bildenden Beschichtung kann der Austritt von Metallionen aus dem Implantatmaterial im Vergleich zu herkömmlichen Implantaten auf mindestens ein Zehntel verringert werden.
Günstigerweise ist die eine Metallionen-Barriere bildende Beschichtung eine Barriere für Kobalt-, Chrom-, Molybdän- und/oder Nickel-Ionen. Eine solche Metallionen-Barriere bildende Beschichtung eignet sich hervorragend für herkömmliche Implantatwerkstoffe, beispielsweise Stähle, die Kobalt, Chrom, Molybdän und/oder Nickel enthalten.
Die Herstellung der Hartstoffbeschichtung wird besonders einfach und deren Verschleißfestigkeit besonders hoch, wenn die Hartstoffbeschichtung mindestens eine keramische Schicht umfasst.
Vorteilhafterweise ist die Hartstoffbeschichtung in Form eines mehrschichtigen Schichtsystems ausgebildet. Dadurch können Eigenschaften der Hartstoffbeschichtung individuell optimiert werden. So kann zum einen eine erforderliche Stützwirkung für eine äußere Deckschicht verbessert und zum anderen ein Abplatzen dieser Deckschicht wirksam verhindert werden. Ein mehrschichtiges Schichtsystem, das beispielsweise in Form einer "Sandwich-Struktur" aufgebaut sein kann, verbessert zudem die Ermüdungsfestigkeit des Schichtsystems selbst. Des Weiteren können durch mehrere unterschiedliche Schichten gezielt Barrieren für Metallionen ausgebildet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Schichtsystem eine vom Implantatteil weg weisende äußere Deckschicht und mindestens eine unter der Deckschicht liegende innere Schicht aufweist und dass eine Härte der Deckschicht größer ist als eine Härte der mindestens einen inneren Schicht. So kann beispielsweise die äußere Deckschicht deutlich härter sein als die mindestens eine darunter liegende Schicht, die jedoch vorzugsweise eine ausreichende Zähigkeit aufweist, um sowohl eine Ermüdungsfestigkeit des Schichtsystems zu erhöhen als auch ein Abplatzen der äußeren Deckschicht zu verhindern.
Günstig ist es, wenn die Deckschicht Zirkon (Zr) enthält, denn zirkonenthaltende Schichten oder Keramiken weisen eine besonders große Härte und damit eine hohe Abriebfestigkeit auf.
Um die Verschleißminderung der Hartstoffbeschichtung weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die Deckschicht Zirkonnitrid (ZrN) ist. Neben der hohen Härte bewirkt ein geänderter Benetzungswinkel der Zirkonnitrid-(ZrN)-Schicht eine Verbesserung der Schmierung der Gleitflächen und trägt somit zu einer weiteren Verschleißreduzierung bei.
Vorzugsweise sind mehrere innere Schichten ausgebildet. Mehrere innere Schichten, vorzugsweise in Form einer "Sandwich-Struktur", erhöhen eine Stützwirkung für die Deckschicht und verhindern in hohem Maße deren Abplatzen.
Zur Erhöhung einer Härte und der Stabilität der Hartstoffbeschichtung ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine innere Schicht eine Nitrid-Schicht ist. Als Nitrid-Schichten sind insbesondere Schichten aus Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN), Chromnitrid (CrN) und Chromcarbonitrid (CrCN) denkbar.
Vorzugsweise umfasst die mindestens eine innere Schicht mindestens eine Chromnitrid-(CrN)-Schicht. Diese harte Schicht erhöht eine Stützwirkung des Schichtsystems für die äußere Deckschicht.
Günstig ist es ferner, wenn die mindestens eine innere Schicht mindestens eine Chromcarbonitrid-(CrCN)-Schicht umfasst. Die Kohlenstoff enthaltende Chromcarbonitrid-(CrCN)-Schicht weist eine große Zähigkeit auf, die insbesondere ein Abplatzen weiterer Schichten, vor allem der äußeren Deckschicht, verhindert.
Um definiert unterschiedliche Eigenschaften des Schichtsystems vorgeben zu können, ist es günstig, wenn mindestens zwei unterschiedliche innere Schichten ausgebildet sind. Selbstverständlich können auch drei, vier oder mehr unterschiedliche innere Schichten vorgesehen sein.
Um ein hoch effizientes inneres Schichtsystem ausbilden zu können, ist es vorteilhaft, wenn mehr als zwei innere Schichten ausgebildet sind und wenn die mindestens zwei unterschiedlichen inneren Schichten abwechselnd übereinander liegend ausgebildet sind. Beispielsweise lässt sich so ein inneres Schichtsystem aus inneren Schichten unterschiedlicher Härte und Zähigkeit ausbilden, beispielsweise durch abwechselnde Schichten großer Härte und großer Zähigkeit.
Vorzugsweise sind fünf innere Schichten ausgebildet. Insbesondere können diese zwei unterschiedliche Schichten umfassen, die abwechselnd übereinander liegend ausgebildet sind, also zum Beispiel in einer Schichtfolge A-B-A-B-A. Insbesondere kann eine der beiden Schichten eine Chromnitrid-(CrN)-Schicht sein und die andere der beiden unterschiedlichen Schichten eine Chromcarbonitrid-(CrCN)-Schicht, wobei vorzugsweise die äußeren Schichten des Schichtsystems durch Chromnitrid-(CrN)-Schichten gebildet sind. Fünf innere Schichten lassen sich zum einen noch einfach herstellen, zum anderen kann bereits mit fünf Schichten eine sehr gute Haftung der äußeren Deckschicht sowie eine effiziente Metallionen-Barriere ausgebildet werden. Alternativ können als unterschiedliche Schichten auch Titannitrid-(TiN)-Schichten und Titancarbonitrid-(TiCN)-Schichten vorgesehen sein.
Um eine besonders gute Anhaftung der äußeren Deckschicht an der mindestens einen inneren Schicht zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Deckschicht direkt eine innere Schicht aus Chromnitrid (CrN) bedeckt. Insbe sondere dann, wenn die äußere Deckschicht auch eine Nitrid-Schicht ist, kann so eine hervorragende Stabilität der Hartstoffbeschichtung erreicht werden.
Vorteilhafterweise ist die Zwischenschicht eine metallische Schicht. Eine metallische Schicht lässt sich besonders einfach auf ein metallisches Implantatmaterial aufbringen. Zudem haftet eine metallische Zwischenschicht besonders gut auf einem metallischen Implantatmaterial.
Vorzugsweise enthält die Zwischenschicht kein Metall, welches im Implantatmaterial enthalten ist. Eine derartige Zwischenschicht bildet eine zusätzliche Barriere für aus dem Implantatmaterial austretende Metallionen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Zwischenschicht eine Schicht aus einer Zirkon-Legierung, aus einer Niob-Legierung, aus einer Tantal-Legierung, aus reinem Niob, aus reinem Tantal oder aus reinem Zirkon ist. Insbesondere eine Reinzirkon-Schicht, die vorteilhafterweise durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht ist, ist besonders defektarm, so dass mechanische Spannungen, die aufträten, wenn die Hartstoffbeschichtung direkt auf das Implantatmaterial aufgebracht würde, deutlich verringert werden. Eine Schicht aus reinem Zirkon hat zudem den Vorteil, dass sie nahezu defektfrei ist, das heißt auch keine sogenannten "pin-holes" aufweist, durch die Ladungen und insbesondere auch Ionen aus dem Implantatmaterial in die Hartstoffbeschichtung oder durch diese hindurch gelangen können.
Ein besonders gutes Anhaften der Hartstoffbeschichtung und/oder der Zwischenschicht wird erreicht, wenn die Hartstoffbeschichtung und/oder die Zwischenschicht durch physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapour de position – PVD) aufgebrachte Schichten sind. Insbesondere lassen sich so mehrere Schichten nacheinander gezielt aufbringen.
Vorteilhafterweise weist die Zwischenschicht eine Dicke in einem Bereich von 30·10^–9 m bis 200·10^–9 m auf. Bevorzugt beträgt die Dicke der Schicht 50 bis 100 nm. Insbesondere eine Schicht aus metallischem Zirkonium hat ausgezeichnete Hafteigenschaften und versiegelt zudem das Implantatmaterial, wodurch ein Austritt von Metallionen aus dem Implantatmaterial reduziert werden kann.
Um eine Tragedauer des Implantats zu erhöhen, ist es vorteilhaft, wenn die Hartstoffbeschichtung eine Kratzfestigkeit von mindestens 100 N aufweist. Auf diese Weise lässt sich ein Abrieb der Hartstoffbeschichtung minimieren.
Vorzugsweise enthält das Implantatmaterial Kobalt oder ist eine Kobalt-Legierung. Es ist somit möglich, herkömmliche Implantatmaterialien zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Implantats zu verwenden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kobalt-Legierung eine Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierung ist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine CoCr29Mo6-Legierung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Implantat ein künstliches Hüft- oder Kniegelenk, ein Wirbelkörperersatzimplantat oder eine künstliche Bandscheibenprothese ist.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Implantatteil eine Gelenkkugel oder eine Gelenkpfanne einer Hüftgelenkprothese, eine künstliche Kondyle oder eine Ti biapiatte einer Kniegelenkprothese oder ein eine Gelenkfläche aufweisendes oder tragendes Anlageelement einer Bandscheibenprothese.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor dem Aufbringen der Hartstoffbeschichtung eine Zwischenschicht zum Vermindern mechanischer Spannungen zwischen der Hartstoffbeschichtung und dem Implantatmaterial auf dem mindestens einen Teil der Gelenkfläche aufgebracht wird.
Wie bereits oben ausgeführt, wird durch die Zwischenschicht der Austritt von Metallionen aus dem Implantatmaterial deutlich herabgesetzt und ferner auch das Anhaften der Hartstoffbeschichtung auf dem Implantatmaterial verbessert. Dadurch kann die Gefahr der Korrosion des Implantats vermindert und die Implantattragedauer erhöht werden. Zudem können Implantate auch für Allergiker aus Materialien hergestellt werden, die aufgrund sonst üblicherweise austretender, eine allergische Reaktion hervorrufender Materialien nicht zur Herstellung von Implantaten für Allergiker geeignet wären. Insbesondere durch eine defektarme Zwischenschicht lassen sich die gewünschten Eigenschaften der Hartstoffbeschichtung deutlich verbessern.
Damit Schichten nahezu beliebiger Art und Dicke auf das Implantatteil aufgebracht werden können, ist es günstig, wenn die Hartstoffbeschichtung und/oder die Zwischenschicht durch physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapour deposition – PVD) aufgebracht werden.
Um eine optimale Verbindung zwischen der Hartstoffbeschichtung und dem Implantatmaterial zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Zwischenschicht mit einer Dicke in einem Bereich von 30·10^–9 m bis 200·10^–9 m aufgebracht wird. Vorzugsweise wird die Zwischenschicht mit einer Dicke im Bereich von 50 bis 100 nm aufgebracht. Eine Zwischenschicht mit einer Dicke im angegebenen Bereich reicht aus, um das Implantatmaterial zu versiegeln, insbesondere dann, wenn die Zwischenschicht sehr defektarm ist, wie beispielsweise eine Zwischenschicht aus reinem Zirkonium.
Vorteilhafterweise wird als Zwischenschicht eine metallische Schicht aufgebracht. Insbesondere eignet sich eine Schicht aus reinem Zirkonium hervorragend um das Implantatmaterial zu versiegeln und eine optimale Verbindung zwischen der Hartstoffbeschichtung mit dem Implantatmaterial zu erreichen. Um eine möglichst gute, für Metallionen eine Barriere bildende Schicht auszubilden, ist es günstig, wenn als Zwischenschicht eine Schicht aufgebracht wird, die kein Metall enthält, welches im Implantatmaterial enthalten ist.
Vorzugsweise wird als Zwischenschicht eine Schicht aus einer Zirkon-Legierung, aus einer Zirkon enthaltenden Keramik oder aus reinem Zirkon aufgebracht. Derartige Zwischenschichten eignen sich besonders gut, um das Implantatmaterial vollständig zu versiegeln.
Ferner wird die eingangs gestellte Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines der oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Implantats in Form eines künstlichen Hüft- oder Kniegelenks, eines Wirbelkörperersatzimplantats oder einer künstlichen Bandscheibenprothese.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
1: eine Seitenansicht eines Femurknochens mit einer implantierten erfindungsgemäßen Kondyle;
2: eine Ansicht des Femurknochens aus 1 in Richtung des Pfeiles A;
3: eine Ansicht eines teilweise künstlichen Kniegelenks von vorne;
4: eine Schnittansicht längs der Linien 4-4 in den 1 und 3; und
5: eine Ansicht analog 4 mit einem mehrschichtigen Hartstoffbeschichtungssystem.
Erfindungsgemäße Implantate können beispielsweise in Form von Kniegelenkprothesen, Hüftgelenkprothesen oder Bandscheibenprothesen ausgebildet sein. Diese Liste ist jedoch nicht abschließend.
Im Falle einer Kniegelenkprothese ist es denkbar, einen mit einem Femur 18 verbindbaren Teil der Kniegelenkprothese in Form eines Implantatteils gemäß der vorliegenden Erfindung auszubilden, beispielsweise in Form eines Implantatteils 10, wie er beispielhaft in den 1 und 2 in Form einer künstlichen Kondyle dargestellt ist. Das Implantatteil 10 weist eine Artikulationsfläche auf, die eine Gelenkfläche 12 bildet. Eine in die entgegengesetzte Richtung weisende Knochenanlagefläche 14 des Implantatteils 10 liegt an einer bearbeiteten Knochenfläche 16 des Femurs 18 an.
Des Weiteren kann zur Ausbildung eines Implantats 20 in Form einer Kniegelenkprothese ein weiteres erfindungsgemäßes Implantatteil vorgesehen sein, welches in 3 mit dem Bezugszeichen 22 versehen und in Form eines Tibiateils ausgebildet ist. Das Implantatteil 22 umfasst eine Tibiaplatte 24 mit einer ebenen Gelenkfläche 26, die an einer vorbereiteten ebenen Knochenfläche 28 einer Tibia 30 anliegt. Das Implantatteil 22 weist ferner einen Schaft 32 auf, welcher in einer dafür vorbereiteten Ausnehmung 34 in der Tibia verankert ist.
Das Implantatteil 20 kann ferner einen Meniskusteil 36 umfassen, welcher beweglich auf dem Implantatteil 22 gelagert ist. Der Meniskusteil 36 weist zwei zu Kondylen 38 des Femurs korrespondierende Artikulationsflächen 40 auf. Insbesondere können die Artikulationsflächen 40 korrespondierend zu der Gelenkfläche 12 des Implantatteils 10 ausgebildet sein.
Die Gelenkfläche 12 des Implantatteils 10 und die Gelenkfläche 26 des Implantatteils 22 sind mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig, mit einer Hartstoffbeschichtung versehen. Ein Grundkörper 42 der Implantatteile 10 und 22, welcher vorzugsweise aus einem Implantatstahl, beispielsweise einer Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierung, wie zum Beispiel CoCr29Mo6, hergestellt ist, ist, wie in den 4 und 5 beispielhaft dargestellt, mit einer Hartstoffbeschichtung 44 versehen.
Zwischen dem Grundkörper 42 und der Hartstoffbeschichtung 44 ist eine Zwischenschicht 46 aufgebracht, die mechanische Spannungen zwischen der Hartstoffbeschichtung 44 und dem Implantatmaterial, aus dem der Grundkörper 42 gebildet ist, vermindert.
Die Hartstoffbeschichtung 44 kann in Form einer einzigen Schicht aufgebracht sein oder aber auch in Form eines Schichtsystems 48, welches aus zwei oder mehr Schichten aufgebaut ist. Ein aus mehreren Schichten bestehendes Schichtsystem 48 umfasst insbesondere eine äußere Deckschicht 50, die vorzugsweise in Form einer verschleißtragenden Zirkonnitrid-Schicht (ZrN) ausgebildet ist. Sie weist vorzugsweise eine Dicke in einem Bereich von 1·10^–6m bis 10·10^–6 m auf.
Unter der Deckschicht 50 können eine oder mehrere innere Schichten des Schichtsystems 48 vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die inneren Schichten in Form von zähen und harten Schichten 52 beziehungsweise 54 ausgebildet, die insbesondere abwechselnd übereinander liegend das Schichtsystem 48 ausbilden können. Als ein Beispiel für eine harte innere Schicht 52 sei eine Chromnitrid-(CrN)-Schicht genannt, als zähe Schichten 54 eignen sich insbesondere Schichten aus Chromcarbonitrid (CrCN).
Besonders gute Eigenschaften der Hartstoffbeschichtung 44 werden erreicht, wenn abwechselnd harte und zähe Schichten vorgesehen sind. Sie geben der äußeren Deckschicht die erforderliche Stützwirkung und verhindern in hohem Maße deren Abplatzen. Ferner wird durch eine derartige "Sandwich-Struktur" auch die Ermüdungsfestigkeit des Schichtsystems maßgeblich positiv beeinflusst. Die Deckschicht, beispielsweise eine Zirkonnitrid-(ZrN)-Deckschicht ist in ihrer Härte auf die Härte der harten Schichten 52 abgestimmt und übernimmt im Wesentlichen die verschleißmindernde Funktion der Hartstoffbeschichtung 44. Neben der hohen Härte hat sich bei einer Zirkonnitrid-(ZrN)-Deckschicht überraschend gezeigt, dass bei dieser Schicht insbesondere ein geänderter Benetzungswinkel eine Verbesserung der Schmierung der Gelenkfläche 12 beziehungsweise der Gelenkfläche 26 bewirkt und dadurch zu einer Verschleißreduzierung beträgt.
Die Zwischenschicht 46, die vorzugsweise aus reinem Zirkonium ausgebildet ist, ist praktisch defektfrei, das heißt es werden keine sogenannten "pin-holes" ausgebildet, die einen Ladungstransport, insbesondere auch in Form von Metallionen, aus dem Grundkörper 42 nach außen ermöglichen.
Die Hartstoffbeschichtung 44, insbesondere wenn sie in Form eines Schichtsystems 48 ausgebildet ist, wirkt sich nicht nur positiv auf die Stabilität aus, sondern verhindert zudem eine Abgabe von Metallionen aus dem Grundkörper 42. Ein Austreten von Metallionen aus einem Implantatteil 10 beziehungsweise 22 kann bei manchen Patienten zu allergischen Reaktionen führen und ist keinesfalls wünschenswert. Insbesondere das vorgeschlagene Schichtsystem 48 ermöglicht es, eine Ionenabgabe von Kobalt, Chrom, Molybdän und/oder Nickel aus dem Implantatmaterial des Grundkörpers 42 um das mindestens 20fache gegenüber herkömmlichen Implantaten zu reduzieren. Durch die vorzugsweise defektfreie Zwischenschicht 46 wird die Ionenabgabe zusätzlich verringert. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Zwischenschicht 46 aus einem Metall gebildet ist, welches nicht im Implantatmaterial enthalten ist, aus dem der Grundkörper 42 hergestellt ist.
Die Hartstoffbeschichtung 44 beziehungsweise die einzelnen Schichten derselben werden vorzugsweise mittels physikalischer Gasphasenabscheidung aufgebracht, bilden also sogenannte "PVD-Schichten (physical vapour deposition)". Die Schichten könnten alternativ auch durch Kaltgasspritzen aufgebracht werden. Die Zwischenschicht weist vorzugsweise eine Dicke in einem Bereich von 50·10^–9 m bis 100·10^–9 m auf, die Hartstoffbeschichtung 44 eine Gesamtdicke 58 in einem Bereich von 1·10^–6m bis 10·10^–6 m. Dicken der einzelnen Schichten des Schichtsystems 48, insbesondere der harten Schicht 52 und der zähen Schicht 54 liegen in einem Bereich von 200·10^–9 m bis 1000·10^–9 m. Die Deckschicht 50 weist vorzugsweise eine Dicke in einem Bereich von 1·10^–6 m bis 5·10^–6 m auf.
Insbesondere durch das Multilagen-Schichtsystem 48 ist es gelungen, die bekannten guten Verschleißschutzeigenschaften von Hartstoffschichten für das tribologische, korrosive und dynamische Beanspruchungsprofil bei Gelenkprothesen, insbesondere bei Kniegelenk-Endoprothesen, zu adaptieren. Die einzelnen Schichten besitzen Barrierefunktion und gleichzeitig bedingt der Härte gradient der Schichten und die gradierte Druckspannungsverteilung der Einzelschichten eine hohe Haftfestigkeit und eine exzellente Ermüdungsfestigkeit. Insbesondere eine Gradierung des Kohlenstoffs innerhalb der zähen Schichten 54, beispielsweise innerhalb von Chromcarbonitrid-(CrCN)-Schichten, hat gezeigt, dass so eine Druckeigenspannungsverteilung aufbaut werden kann, so dass eine Kratzfestigkeit der Hartstoffbeschichtung 44 insgesamt über 100 N liegt. Typische bekannte PVD-Schichten weisen eine Kratzfestigkeit lediglich in einem Bereich zwischen 50 N und 70 N auf.

Claims

Implantat (20) zum Einsetzen in einen menschlichen oder tierischen Körper, welches mindestens ein Implantatteil (10, 22) umfasst, wobei das mindestens eine Implantatteil (10, 22) einen aus einem Implantatmaterial hergestellten Grundkörper (42) mit einer Oberfläche aufweist, die mindestens teilweise in Form einer künstlichen Gelenkfläche (12, 26) ausgebildet ist, wobei ein Teil der oder die ganze Gelenkfläche (12, 26) mit einer verschleißmindernden Hartstoffbeschichtung (44) bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hartstoffbeschichtung (44) und der mindestens einen aus dem Implantatmaterial gebildeten Gelenkfläche (12, 26) eine Zwischenschicht (46) zum Vermindern von Spannungen zwischen der Hartstoffbeschichtung (44) und dem Implantatmaterial ist.
Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffbeschichtung (44) in Form einer korrosionsinhibierenden Beschichtung (44) ausgebildet ist.
Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffbeschichtung (44) in Form einer eine Metallionen-Barriere bildenden Beschichtung (44) ausgebildet ist.
Implantat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Metallionen-Barriere bildende Beschichtung (44) eine die Ionenabgabe aus dem Implantatteil (10, 22) im Vergleich zu einem Impiantatteil ohne eine Metallionen-Barriere bildende Beschichtung um mindestens einen Faktor 10 verringernde Beschichtung (44) ist.
Implantat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Metallionen-Barriere bildende Beschichtung (44) eine eine Barriere für Kobalt-, Chrom-, Molybdän- und/oder Nickel-Ionen bildende Beschichtung (44) ist.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffbeschichtung (44) mindestens eine keramische Schicht (50, 52, 54) umfasst.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffbeschichtung (44) in Form eines mehrschichtigen Schichtsystems (48) ausgebildet ist.
Implantat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (48) eine vom Implantatteil (10, 22) weg weisende äußere Deckschicht (50) und mindestens eine unter der Deckschicht (50) liegende innere Schicht (52, 54) aufweist und dass eine Härte der Deckschicht (50) größer ist als eine Härte der mindestens einen inneren Schicht (52, 54).
Implantat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (50) Zirkon (Zr) enthält.
Implantat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (50) Zirkonnitrid (ZrN) ist.
Implantat nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere innere Schichten (52, 54) ausgebildet sind.
Implantat nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine innere Schicht (52, 54) eine Nitrid-Schicht ist.
Implantat nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine innere Schicht (52, 54) mindestens eine Chromnitrid-(CrN)-Schicht (52) umfasst.
Implantat nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine innere Schicht (52, 54) mindestens eine Chromcarbonitrid-(CrCN)-Schicht (54) umfasst.
Implantat nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unterschiedliche innere Schichten (52, 54) ausgebildet sind.
Implantat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei innere Schichten (52, 54) ausgebildet sind und dass die mindestens zwei unterschiedlichen inneren Schichten (52, 54) abwechselnd übereinander liegend ausgebildet sind.
Implantat nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass fünf innere Schichten (52, 54) ausgebildet sind.
Implantat nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (50) direkt eine innere Schicht (52) aus Chromnitrid (CrN) bedeckt.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (46) eine metallische Schicht (46) ist.
Implantat nach Anspruch 19. dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (46) kein Metall enthält, welches im Implantatmaterial enthalten ist.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (46) eine Schicht (46) aus einer Zirkon-Legierung, aus einer Niob-Legierung, aus einer Tantal-Legierung, aus reinem Niob, aus reinem Tantal oder aus reinem Zirkon ist.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffbeschichtung (44) und/oder die Zwischenschicht (46) durch physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapour deposition – PVD) aufgebrachte Schichten (44, 46) sind.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (46) eine Dicke (56) in einem Bereich von 30·10^–9 m bis 200·10^–9 m aufweist.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffbeschichtung (44) eine Dicke (58) in einem Bereich von 50·10^–6 m bis 500·10^–6 m aufweist.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffbeschichtung (44) eine Kratzfestigkeit von mindestens 100 N aufweist.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantatmaterial Kobalt enthält oder eine Kobalt-Legierung ist.
Implantat nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kobalt-Legierung eine Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierung (CoCr29Mo6) ist.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat (20) ein künstliches Hüft- oder Kniegelenk (20), ein Wirbelkörperersatzimplantat oder eine künstliche Bandscheibenprothese ist.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Implantatteil (10, 22) eine Gelenkkugel oder eine Gelenkpfanne einer Hüftgelenkprothese, eine künstliche Kondyle (10) oder eine Tibiaplatte (22) einer Kniegelenkprothese (20) oder ein eine Gelenkfläche aufweisendes oder tragendes Anlageelement einer Bandscheibenprothese ist.
Verfahren zum Herstellen eines Implantats (20) zum Einsetzen in einen menschlichen oder tierischen Körper, welches mindestens ein Implantatteil (10, 22) umfasst, wobei zur Ausbildung des Implantatteils (10, 22) ein Grundkörper (42) aus einem Implantatmaterial hergestellt wird, welcher eine Oberfläche aufweist, die mindestens teilweise in Form einer künstlichen Gelenkfläche (12, 26) ausgebildet wird, wobei eine verschleißmindernde Hartstoffbeschichtung (44) auf die ganze oder einen Teil der Gelenkfläche (12, 26) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Hartstoffbeschichtung (44) eine Zwischenschicht (46) zum vermindern mechanischer Spannungen zwischen der Hartstoffbeschichtung (44) und dem Implantatmaterial auf den mindestens einen Teil der Gelenkfläche (12, 26) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffbeschichtung (44) und/oder die Zwischenschicht (46) durch physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapour deposition – PVD) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (46) mit einer Dicke (56) in einem Bereich von 30·10^–9 m bis 200·10^–9 m aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht (46) eine metallische Schicht (46) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht (46) eine Schicht (46) aufgebracht wird, die kein Metall enthält, welches im Implantatmaterial enthalten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht (46) eine Schicht aus einer Zirkon-Legierung, aus einer Zirkon enthaltenden Keramik oder aus reinem Zirkon aufgebracht wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 30 bis 35 zur Herstellung eines Implantats (20) in Form eines künstlichen Hüft- oder Kniegelenks (20), eines Wirbelkörperersatzimplantats oder einer künstlichen Bandscheibenprothese.