WO2014063816A1 - Percutaneous implant and method for producing such an implant - Google Patents

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WO2014063816A1
WO2014063816A1 PCT/EP2013/003194 EP2013003194W WO2014063816A1 WO 2014063816 A1 WO2014063816 A1 WO 2014063816A1 EP 2013003194 W EP2013003194 W EP 2013003194W WO 2014063816 A1 WO2014063816 A1 WO 2014063816A1
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Michael Meyer
Richard Skiera
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Otto Bock Healthcare Products Gmbh
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Abstract

The invention relates to a percutaneous implant (1) that has an extracorporeal region and an intracorporeal region (600, 700) as well as a contact region (730) in which skin tissue (10) enters in contact with the implant (1). In said contact region (730), the surface has a porous structure with interconnecting pores (2), the size of the pores being smaller than 1 μm.

Description

Perkutanes Implantat und Verfahren zum Herstellen eines solchen Implantates  Percutaneous implant and method of making such an implant
Die Erfindung betrifft ein perkutanes Implantat mit einem extrakorporalen Bereich und einem intrakorporalen Bereich und einem Kontaktbereich, in dem Hautgewebe mit dem Implantat und dort insbesondere mit der Oberfläche des Implantates in Kontakt tritt, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Implantates. The invention relates to a percutaneous implant having an extracorporeal region and an intracorporeal region and a contact region, in which skin tissue comes into contact with the implant and there in particular with the surface of the implant, and a method for producing such an implant.
Implantate können sowohl mit Hartgewebe, wie zum Beispiel Knochen, als auch mit Weichgewebe, wie zum Beispiel Bindegewebe oder Hautgewebe, in Kontakt stehen. Je nach Anwendungsfall kommt es zwischen dem Implantat und dem Gewebe zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Wechselwirkung. Medizinisch wird insbesondere eine fibröse Einkapselung als nachteilig erachtet. Die meisten Implantatoberflächen sind mit dem Ziel entworfen, eine Einkapselung zu verhindern und streben eine Integration über ein gut ausgebildetes Regenerationsgewebe an. In diesem Fall ist eine zelladhärente Integration erwünscht. Ein Beispiel hierfür sind langzeitig implantierbare, perkutane bzw. transkutane Implantate. Implants may be in contact with both hard tissue, such as bone, and soft tissue, such as connective tissue or skin tissue. Depending on the application, there is a more or less pronounced interaction between the implant and the tissue. Medically, fibrous encapsulation in particular is considered disadvantageous. Most implant surfaces are designed to prevent encapsulation and seek integration through a well-designed regeneration tissue. In this case, cell-adherent integration is desired. An example of this is long-term implantable, percutaneous or transcutaneous implants.
Perkutane Implantate, unabhängig davon, ob sie im Weichgewebe oder Knochen verankert sind, stellen eine Diskontinuität der Haut und somit der Epidermis dar. Damit ist die Barrierefunktion der Epidermis gegenüber biologischen äußeren Einflüssen, wie Bakterien, Viren, Pilzen und anderen Umwelteinflüssen wie Schweiß, Reinigungsmit- teln oder Kontaminationen, z.B. Verschmutzungen oder dergleichen geschwächt bzw. aufgehoben. Über die sogenannte 3 -Phasen-Linie, an welcher die extrakorporale Umgebung, das Implantat und das biologische Gewebe zusammentreffen, können Erreger in den Körper eintreten und spontan oder verzögert Fremdkörperreaktionen hervorrufen, beispielsweise oberflächliche bis tiefergehende Entzündungen oder Infektionen. Eine weitere Fremdkörperreaktion bzw. ein Phänomen der Wundheilung ist das Bestreben des Körpers bzw. der Haut, die Diskontinuität des Hautdurchtritts zu beenden und den Kontaktbereich bzw. das Implantat einzukapseln oder abzustoßen. So erfolgt bei vielen Modellen der Hautdurchleitung ein Tiefenwachstum der Epidermis, auch Marsupialisation genannt. Percutaneous implants, regardless of whether they are anchored in the soft tissue or bone, represent a discontinuity of the skin and thus of the epidermis. Thus, the barrier function of the epidermis against biological external influences, such as bacteria, viruses, fungi and other environmental influences such as sweat, cleaning mit - Contaminations or, for example Dirt or the like weakened or canceled. Via the so-called 3-phase line, at which the extracorporeal environment, the implant and the biological tissue meet, pathogens can enter the body and cause spontaneous or delayed foreign body reactions, for example superficial to deeper inflammations or infections. Another foreign body reaction or phenomenon of wound healing is the endeavor of the body or the skin to end the discontinuity of the skin penetration and encapsulate or repel the contact area or the implant. Thus, many models of skin conduction, a deep growth of the epidermis, also called Marsupialization.
In wenigen Fällen erfolgt jedoch kein Tiefenwachstum, jedoch entstehen aufgrund von fibrösen Anlagerungen bindegewebsartige Manschetten am Hautdurchtritt, welche auch In few cases, however, no deep growth occurs, but due to fibrous deposits, connective tissue-like cuffs are formed on the skin, which also
BESTÄTIGUNGSKOPIE extrakorporal herauswachsen. Damit sind stets die Bildung eines Spaltes und damit auch Relativbewegungen zwischen dem Gewebe und der Implantatoberfläche möglich. Diese Situation kann auch tiefergehende Infektionen im Bereich des Hautdurchtrittes begünstigen. CONFIRMATION COPY outgrow extracorporeal. Thus, the formation of a gap and thus also relative movements between the tissue and the implant surface are always possible. This situation may also promote deeper infections in the area of skin penetration.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Implantaten bekannt, die langzeitig implantiert und mit Weich- oder Hartgewebe in Kontakt stehen. In der Tumoren- doprothetik werden zur Anbindung des Bindegewebes an die Prothese und zur Stabilisierung von Muskeln Textilien verwendet, die nur eine indirekte Anbindung des Gewe- bes ermöglichen. Ein solches Textil kann als schlauchförmig ausgebildet sein und über große Bereiche die Endoprothese abdecken. Das fixierte Muskel- und Bindegewebe kapselt das Textil ein, findet jedoch an den modifizierten Prothesenoberflächen keine feste Anbindung. Damit verbunden können Relativbewegungen zwischen dem Implantat und dem Gewebe auftreten und die Vaskularisation in der Nähe des Implantates be- hindern. Es entstehen Narbengewebe oder eine fibröse Einkapselung, eine normale Durchblutung in der Implantatnähe ist dann nicht mehr gewährleistet. The prior art discloses a large number of implants that are implanted for a long time and in contact with soft or hard tissue. In tumor dop- rothetics, textiles are used to attach the connective tissue to the prosthesis and to stabilize muscles, allowing only indirect binding of the tissue. Such a textile may be formed as a tubular and cover the endoprosthesis over large areas. The fixed muscle and connective tissue encapsulates the textile, but finds no firm connection to the modified prosthesis surfaces. Associated with this, relative movements between the implant and the tissue can occur and prevent vascularization in the vicinity of the implant. It creates scar tissue or a fibrous encapsulation, a normal blood flow near the implant is then no longer guaranteed.
Auch Implantate mit einem Hautdurchtritt stehen mit Weichgewebe in Kontakt. Sie dienen der Durchleitung von mechanischen Lasten, Stoffen oder elektrischen Signalen. So werden lasttragende, ossär verankerte, perkutane Implantate zur Anbindung von Exoprothesen an den menschlichen Körper, zur Verankerung von dentalen Prothesen oder zur Fixation von Knochensegmenten an eine äußere Stützkonstruktion (Externer Fixateur zur Osteosynthese) eingesetzt. Für die Durchleitung von Stoffen oder elektrischen Signalen werden Implantate wie Katheter oder Kanülen mit unterschiedlichster Verweilzeit eingesetzt. Even implants with a skin penetration are in contact with soft tissue. They are used to transmit mechanical loads, substances or electrical signals. For example, load-bearing, osseously anchored, percutaneous implants for attaching exoprostheses to the human body, for anchoring dental prostheses or for fixing bone segments to an external support structure (external fixator for osteosynthesis) are used. For the passage of substances or electrical signals implants such as catheters or cannulas are used with a variety of residence time.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zur Gestaltung von Hautdurchtritten und der Fixation bzw. Integration von Weichgewebe bekannt. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Anwendung von lasttragenden, ossär verankerten, perku- tanen Implantaten für die langzeitige Implantation. Für langzeitige Implantationen sind die Anforderungen hinsichtlich der Integration in das Gewebe und an die anatomischen Strukturen mit am anspruchsvollsten. Die DE 80 89 74 Cl beschreibt eine Prothesenbefestigungsvorrichtung mit einem Befestigungsstab, der unmittelbar in das Extremitätenskelett eingesetzt wird. Der Befestigungsstab wird in die Markhülle des Knochens eingeführt und dort befestigt, die Exoprothese ist lösbar mit dem durch die Haut tretenden Befestigungsstab verbunden. Die Gestaltung des Hautdurchtrittes ist nicht beschrieben. Various solutions for shaping skin passages and the fixation or integration of soft tissue are known from the prior art. Of particular importance is the application of load-bearing, bone-anchored, percutaneous implants for long-term implantation. For long-term implantation, the requirements for integration into the tissue and anatomical structures are the most demanding. DE 80 89 74 C1 describes a prosthesis fastening device with a fastening rod which is inserted directly into the extremity skeleton. The fixation rod is inserted into the marrow sheath of the bone and fixed there, the exoprosthesis is releasably connected to the passing through the skin attachment rod. The design of the skin passage is not described.
Die US 4,143,426 A beschreibt die dauerhafte Anbindung künstlicher Gliedmaßen mit Hilfe eines im Röhrenknochen verankerten, lasttragenden Implantats. Es werden Gestaltungsanforderungen an den Hautdurchtritt formuliert und darauf hingewiesen, dass im Kontaktbereich des Hautdurchtritts die Gewebeadhäsion und das Einwachsen von Gewebe für die Vermeidung von Infektionen und die Aufrechterhaltung der Barrierefunktion der Haut von großer Bedeutung sind. Es wird auf die Anwendung geschäumter oder textiler Materialien hingewiesen, im Speziellen auf die Anwendung von Velourfasern. US Pat. No. 4,143,426 A describes the permanent connection of artificial limbs with the aid of a load-bearing implant anchored in the long bones. Formulation requirements for the penetration of the skin are formulated and it is pointed out that in the contact area of the skin penetration tissue adhesion and the ingrowth of tissue are of great importance for the prevention of infections and the maintenance of the barrier function of the skin. Attention is drawn to the use of foamed or textile materials, in particular to the use of suede fibers.
Die WO 2005/055858 AI beschreibt einen Hautdurchtritt eines ossär verankerten Zahnimplantates, das eine Adhäsion der Mundschleimhaut durch eine Implantatoberfläche mit Poren von einem mittleren Durchmesser von weniger als Ι μηι erreichen sollt. Diese durch anodische Oxidation hergestellte poröse Oberfläche soll für die Weichgewebeanbindung vorteilhaft sein, durch die sehr geringe Porengröße wird ein Eindringen von Bakterien verhindert, zumindest nicht gefördert. WO 2005/055858 AI describes a skin passage of a osseär anchored dental implant, which should achieve an adhesion of the oral mucosa through an implant surface with pores of a mean diameter of less than Ι μηι. This porous surface produced by anodic oxidation should be advantageous for the Weichgewebeanbindung, by the very small pore size, penetration of bacteria is prevented, at least not promoted.
Die DE 103 53 400 AI beschreibt eine Realisierung eines Hautdurchtrittes mit einem lasttragenden, ossär verankerten Implantat, bei dem für das Hautgewebe im Bereich des Hautdurchtritts keine Fixation vorgesehen ist, vielmehr wird die Ruhigstellung des Weichgewebes durch eine Fixation in makroskopisch porösen Strukturen von tieferliegenden Weichgewebestrukturen gewährleistet. DE 103 53 400 AI describes a realization of a skin passageway with a load-bearing, ossär anchored implant in which the skin tissue in the area of the skin passage no fixation is provided, but the immobilization of the soft tissue is ensured by a fixation in macroscopic porous structures of deeper soft tissue structures ,
Die DE 103 57 579 B4, EP 382515 A2, US 2006/0041318 AI und WO 02/38083 AI beschreiben konstruktive Elemente zur Fixation von Weichgewebe. Es handelt sich hierbei um Strukturen wie Manschetten, Haken, Netze oder Vliese, die mit dem Unterhautgewebe, der sogenannten Subkutis, verwachsen, so dass es zu einer mechanischen Entlastung an der 3 -Phasen-Linie kommt. Auch die alleinige Verwendung von Weich- gewebeankern am bzw. unter dem Hautdurchtritt kann langfristig zu Infektionen führen. DE 103 57 579 B4, EP 382515 A2, US 2006/0041318 A1 and WO 02/38083 A1 describe constructive elements for the fixation of soft tissue. These are structures such as cuffs, hooks, nets or nonwovens, which fused with the subcutaneous tissue, the so-called subcutis, so that there is a mechanical relief on the 3-phase line. Even the sole use of soft Tissue anchors on or under the skin can lead to long-term infections.
Ein Lösungsansatz gegen die Marsupialisation ist in der DE 101 000 69 Cl beschrie- ben, bei dem ein Material am Hautdurchtritt von intrakorporal, extrakorporal gezogen wird, so dass sich ansiedelnde Keime und Bakterien aus dem Körper gezogen werden. Ein Anwachsen des Materials am Hautdurchtritt ist nicht vorgesehen. A solution against Marsupialisation is described in DE 101 000 69 Cl, in which a material on the skin passage of intracorporeal, extracorporeal is pulled, so that colonizing germs and bacteria are pulled out of the body. An increase in the material at the skin passage is not provided.
In der US 2003/0171825 AI ist das physiologische und physikalische Adhäsionsverhai - ten von Zellen und Bakterien hinsichtlich der Hydrophobie oder Hydrophilität beschrieben. Durch eine hydrophobe, extrakorporale Oberfläche wird das Adhäsionsverhalten erschwert, so dass die Bildung von Biofilmen reduziert werden kann. Intrakorporal sind hydrophile Oberflächen angeordnet. Die EP 1 481 696 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Implantates mit einer bioaktiven, strontiumsubstituierten, keramischen Apatit-Beschichtung. Dazu wird das zu beschichtende Implantat in eine Lösung aus Strontium-, Calcium- und Phosphationen eingetaucht. Bei einem pH- Wert von 5 bis 8 und bei einer Temperatur von 30°C und 50°C soll eine Apatit-Beschichtung mit substituierten Strontiumionen erfolgen. Eine poröse Oberfläche wird in diesem Verfahren nicht erreicht. US 2003/0171825 A1 describes the physiological and physical adhesion behavior of cells and bacteria with regard to hydrophobicity or hydrophilicity. A hydrophobic, extracorporeal surface makes the adhesion behavior more difficult so that the formation of biofilms can be reduced. Intracorporeal hydrophilic surfaces are arranged. EP 1 481 696 A1 describes a method for producing an implant with a bioactive, strontium-substituted, ceramic apatite coating. For this purpose, the implant to be coated is immersed in a solution of strontium, calcium and phosphate ions. At a pH of 5 to 8 and at a temperature of 30 ° C and 50 ° C an apatite coating should be carried out with substituted strontium ions. A porous surface is not achieved in this process.
Die WO 2008/074175 AI beschreibt eine strontiumreiche Apatit-Beschichtung, die über eine anodische Oxidation realisiert wird. Hierdurch soll eine verbesserte Haftfestigkeit erreicht werden. WO 2008/074175 Al describes a strontium-rich apatite coating, which is realized via an anodic oxidation. As a result, an improved adhesion is to be achieved.
Die WO 03/039609 AI beschreibt ein Verfahren zur Beschichtung von Implantaten, bei denen eine gegebenenfalls mehrere Lagen umfassende Schicht auf ein Titansubstrat aufgebracht wird, indem durch einen angelegten Gleichstrom die Oberfläche aufgeschmolzen wird. Anschließend wird eine Abschlussschicht aufgebracht, indem das Implantat in eine Lösung mit Vesikeln, mit einer Innenschicht Phospholipid und einer Außenschicht aus Caleiumphosphat, eingetaucht wird, wobei wiederum unter Anlegung eines elektrischen Potenzials eine Ablagerung auf dem Implantat stattfindet. Eine poröse Oberfläche wird dadurch nicht hergestellt. Die WO 2002/087648 AI beschreibt eine verbesserte Zelladhäsion durch eine Be- schichtung eines Implantats mit Titanoxid und/oder Siliziumoxid. Mit Hilfe der Sol- Gel Technik können Titanoxidschichten bzw. Komposite aus Titandioxid und Siliziumdioxid mit Poren zwischen 1 und 50nm hergestellt werden. Diese Oberflächen zei- gen eine erhöhte Zahl von OH-Gruppen, an denen sich zum Beispiel die Zelladhäsion fördernde Proteine ankoppeln lassen. WO 03/039609 A1 describes a method for coating implants, in which a layer which optionally comprises several layers is applied to a titanium substrate by melting the surface by means of an applied direct current. Then, a topcoat is applied by immersing the implant in a solution of vesicles having an inner layer of phospholipid and an outer layer of calcium phosphate, again depositing on the implant while applying an electrical potential. A porous surface is not produced thereby. WO 2002/087648 A1 describes improved cell adhesion by coating an implant with titanium oxide and / or silicon oxide. With the help of the sol-gel technique, titanium oxide layers or composites of titanium dioxide and silicon dioxide with pores between 1 and 50 nm can be produced. These surfaces show an increased number of OH groups, to which, for example, the cell adhesion promoting proteins can be coupled.
In der EP 0 642362 Bl ist ausgeführt, dass beim Sol-Gel Verfahren bioaktive, anorganische Substanzen zugeführt werden können, die die Zelladhäsion verbessern. In Ana- logie zum Hautdurchtritt am Zahn beschreibt die US 5,035,71 1 A die vorteilhafte Wirkung von Hydroxylapatit beim Hautdurchtritt. Zum Einsatz kamen monolithische Keramiken, aus Calciumphosphaten. Auch die US 2003/0171825 AI beschreibt die Verwendung von Hydroxylapatiten im Kontaktbereich zum Weichgewebe, auch in Kombination mit Biopolymeren wie Laminin und Fibronektin sowie einer porösen Oberflä- chentopografie, die das Einwachsen des Weichgewebes ermöglichen soll. Die Porenstruktur ist geschlossen. EP 0 642 362 B1 states that the sol-gel method can be used to supply bioactive, inorganic substances which improve cell adhesion. In analogy to the skin penetration on the tooth, US Pat. No. 5,035,711A describes the advantageous effect of hydroxyapatite on skin penetration. Monolithic ceramics, made of calcium phosphates, were used. US 2003/0171825 A1 also describes the use of hydroxylapatites in the area of contact to the soft tissue, also in combination with biopolymers such as laminin and fibronectin, and a porous surface topography which is intended to enable soft tissue ingrowth. The pore structure is closed.
Auch die DE 101 58 302 A2 beschreibt die Herstellung einer Beschichtung von implantierbaren und perkutanen Metallkörpern mit Calciumphosphat mit Hilfe eines elektro- chemischen Verfahrens. Dabei wird der Metallkörper mit NaOH oder Ca(OH)2 vorbehandelt, um die Verbesserung der Haftfestigkeit zu erreichen. Das Verfahren ermöglicht jedoch keine Porenstruktur der Beschichtung. DE 101 58 302 A2 also describes the preparation of a coating of implantable and percutaneous metal bodies with calcium phosphate by means of an electrochemical method. In this case, the metal body is pretreated with NaOH or Ca (OH) 2 in order to achieve the improvement of the adhesive strength. However, the method does not allow a pore structure of the coating.
Die AT 44 13 78 E betrifft osseointegrierte Implantate, beispielsweise Zahnimplantat mit einer Nanostruktur und einer Mikrostruktur für ein verbessertes Anwachsen der Oberflächen im Knochen. Die Porenstruktur ist geschlossen. AT 44 13 78 E relates to osseointegrated implants, for example a dental implant with a nanostructure and a microstructure for improved growth of the surfaces in the bone. The pore structure is closed.
Die US 2007/0071788 AI beschreibt einen perkutanen Hautdurchtritt zur Verankerung von Exoprothesen mit einer Hautanbindung am bzw. im Implantat dadurch, dass das Hautgewebe in eine offenporige Makrostruktur einwächst. Zusätzlich werden antibakteriell wirkende Substanzen wie zum Beispiel Silber verwendet, um einer Infektion entgegenzuwirken. Die US 2010-00249784 AI beschreibt eine biokompatible Polymer- und Keramikbe- schichtung für ein perkutanes Abutment im craniofacialen Anwendungsbereich, welches am Hautdurchtritt eine Porosität aufweist und mit Wirkstoffen in einer Polymeroder Keramikmatrix beschichtet ist. Die Porenstruktur ist geschlossen. US 2007/0071788 A1 describes a percutaneous skin passage for anchoring exoprostheses with a skin connection on or in the implant in that the skin tissue grows into an open-pored macrostructure. In addition, antibacterial substances such as silver are used to counteract infection. US 2010-00249784 A1 describes a biocompatible polymer and ceramic coating for a percutaneous abutment in the craniofacial area of application, which has a porosity at the skin passage and is coated with active ingredients in a polymer or ceramic matrix. The pore structure is closed.
Die US 2010/0193363 AI beschreibt ein Verfahren zur Gestaltung einer offenporigen Struktur im Nanobereich auf Titanoberflächen, dass durch eine basische Ätzung mit Natriumhydroxid durchgeführt wird. Ein elektrischer Anschluss ist vorgesehen, so dass der grundsätzlich bekannte Prozess beschleunigt wird. Das Verfahren beschreibt die Herstellung einer netzartigen Nanostruktur, ohne jedoch bioaktive oder antibakterielle chemische Zusätze für den Hautdurchtritt zu verwenden. Eine weitergehende bioaktive Beschichtung mit Hydroxylapatit und weiteren adhäsionsfördernden Elementen wie Magnesium ist hier nicht vorgesehen. Die US 6,183,255 A beschreibt eine Anwendung für Dentalimplantate und orthopädische Implantate einer solchen geätzten Oberfläche. US 2010/0193363 A1 describes a method for forming a nano-open-pore structure on titanium surfaces, which is carried out by a basic etching with sodium hydroxide. An electrical connection is provided so that the basically known process is accelerated. The method describes the preparation of a net-like nanostructure without, however, using bioactive or antibacterial chemical additives for skin penetration. A more extensive bioactive coating with hydroxyapatite and other adhesion-promoting elements such as magnesium is not provided here. US 6,183,255 A describes an application for dental implants and orthopedic implants of such an etched surface.
Die DE 10 2008 054 403 AI beschreibt eine Nanostruktur in der Größenordnung von einem 1 nm bis 1000 nm zur verbesserten Zellanbindung an Implantatoberflächen. Die Struktur ist nicht interkonnektierend. DE 10 2008 054 403 A1 describes a nanostructure on the order of 1 nm to 1000 nm for improved cell attachment to implant surfaces. The structure is not interconnecting.
Die AT 501 408 AI beschreibt eine Ankopplung von Proteinen wie Laminin oder In- tegrin, die an spezielle, funktionalisierte Oberflächen, zum Beispiel Diamantbeschich- tungen angekoppelt werden. AT 501 408 A1 describes a coupling of proteins such as laminin or enterin, which are coupled to special, functionalized surfaces, for example diamond coatings.
Die CA 2476841 AI beschreibt metallische Implantate mit Kollagen- oder Chitosanbe- schichtungen, die zur verbesserten Heilung führen und gleichzeitig eine antibakterielle Wirkung haben. Die US 2010/0286776 AI beschreibt die antibakterielle Wirkung von Silberionen und deren Verbindungen am Hautdurchtritt von Hörhilfeimplantaten. Es sind auch Kombinationen mit antibiotischen Wirkstoffen möglich. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Implantat bereitzustellen, das eine mechanische Entlastung einer gegebenenfalls osseointegrierten Verankerung und eine besseren Anbindung an das Weichgewebe, insbesondere an der Haut und einen verbesserten Hautdurchtritt bereitstellt. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfah- ren zum Herstellen eines geeigneten Implantats und/oder einer Implantatoberfläche anzugeben. CA 2476841 A1 describes metallic implants with collagen or chitosan coatings which lead to improved healing and at the same time have an antibacterial effect. US 2010/0286776 A1 describes the antibacterial effect of silver ions and their compounds on the skin penetration of hearing aid implants. There are also possible combinations with antibiotic agents. The object of the present invention is to provide an implant which provides a mechanical relief of an optionally osseointegrated anchoring and a better attachment to the soft tissue, in particular to the skin and an improved skin penetration. Furthermore, it is an object of the invention to specify a method for producing a suitable implant and / or an implant surface.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein perkutanes Implantat mit den Merkmalen des Hauptanspruchs und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Implantates nach den Merkmalen des Nebenanspruches gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren aufgeführt. According to the invention this object is achieved by a percutaneous implant having the features of the main claim and a method for producing such an implant according to the features of the independent claim, advantageous refinements and developments of the inventions are listed in the dependent claims, the description and the figures.
Das perkutane Implantat mit einem extrakorporalen Bereich und einem intrakorporalen Bereich und einem Kontaktbereich, in dem das Hautgewebe mit dem Implantat in Kontakt tritt, sieht vor, dass in dem Kontaktbereich die Oberfläche eine poröse Struktur mit interkonnektierenden Poren aufweist, wobei die Porengrößer kleiner als 1 μιη ist. Während im mikroskopischen Bereich, also bei einer Porengröße zwischen 1 μηι und 1 mm, die Interaktion zwischen dem Implantat und dem biologischen Gewebe auf zellulärer Ebene stattfindet, ist bei einer porösen Struktur mit einer mittleren Porengröße im Na- nobereich, also zwischen 1 nm und 1000 nm eine Interaktion des biologischen Gewebes mit dem Implantat auf einer makromolekularen oder biomolekularen Ebene festzustellen. Die bevorzugte mittlere Porengröße liegt in einem Bereich zwischen 50nm und lOOOnm. Nach dem Einbringen des Implantates in den Organismus wird durch die na- nostrukturierte, offenporige Oberfläche eine Interaktion zwischen dem Implantat und dem biologischen Gewebe hergestellt. Durch die offenporige, bevorzugt nanoporöse Oberfläche aus Hydroxylapatit des Kontaktbereiches können insbesondere während der Wundheilung Proteine, insbesondere native Ankerproteine, Kollagene und andere faserartige Bestandteile aus einer extrazellulären Matrix in die Oberfläche eindringen und als Halteapparat oder als eine neue native, autologe Oberfläche fungieren. Damit verbunden ist eine verbesserte Adhäsion der Zellen an der Implantatoberfläche gegeben, und Mikrorelativbewegungen können reduziert bzw. vermieden werden. Eine Einkapse- lung des Implantats wird ebenfalls reduziert, wodurch eine verbesserte Durchblutung des biologischen Gewebes, also des Hautgewebes, und damit eine erhöhte Immunkompatibilität an der Implantatoberfläche im Kontaktbereich gegeben sind. The percutaneous implant with an extracorporeal area and an intracorporeal area and a contact area in which the skin tissue comes into contact with the implant provides that in the contact area the surface has a porous structure with interconnecting pores, wherein the pores are smaller than 1 μm is. While the interaction between the implant and the biological tissue takes place on the cellular level in the microscopic range, ie with a pore size between 1 μm and 1 mm, in the case of a porous structure with an average pore size in the nanobar region, ie between 1 nm and 1000 nm to detect an interaction of the biological tissue with the implant on a macromolecular or biomolecular level. The preferred mean pore size is in a range between 50nm and 100nm. After the introduction of the implant into the organism, an interaction between the implant and the biological tissue is produced by the nanostructured, open-pored surface. Due to the open-pore, preferably nanoporous surface of hydroxyapatite of the contact area, especially during wound healing, proteins, in particular native anchor proteins, collagens and other fibrous components, can penetrate from an extracellular matrix into the surface and act as a holding apparatus or as a new native, autologous surface. Associated with this is given an improved adhesion of the cells to the implant surface, and micro-relative movements can be reduced or avoided. An encapsulation of the implant is also reduced, resulting in improved blood flow the biological tissue, ie the skin tissue, and thus an increased immune compatibility at the implant surface are given in the contact area.
Der Kontaktbereich kann eine Calciumphosphatbeschichtung und/oder eine Apatitbe- Schichtung, insbesondere eine Fluorhydroxil- oder Hydroxylapatitbeschichtung, aufweisen. Besonders bevorzugt ist eine Porenstruktur aus Hydroxylapatit, gegebenenfalls mit Substitutionsapatiten wie beispielsweise Fluor-, Strontium- oder Karbonathydroxy- lapatit. Vorteilhafter Weise ist die nanoporöse interkonnektierende Hydroxylapatitschicht, insbesondere in dem Kontaktbereich, in dem die Haut anwachsen soll, zusätzlich mit zell- adhäsionsfördernden Zusätzen aus Alkalimetallen und/oder Erdalkalimetallen versehen oder beschichtet, insbesondere Magnesium, Strontium, Natrium und Kalium oder eine Mischung zumindest zweier dieser Elemente. Aufgrund der Tatsache, dass durch die nanoporöse interkonnektierende Struktur und das verwendete Material die Epithelzellen und das Bindegewebe anwachsen können, wird das Tiefenwachstum der Epidermis reduziert und ggf. verhindert. Im Bereich des Hautkontaktes wird so eine Oberflächen- beschichtung bereitgestellt, die ein optimales Anwachsen der Haut gewährleistet. Vorteilhafter Weise weist der Kontaktbereich mit einer Calciumphosphat und/oder einer Apatitbeschichtung, insbesondere einer Fluorhydroxil- oder Hydroxilapatitbe- schichtung auf. Die Calciumphosphat- oder Apatitbeschichtung im Kontaktbereich mit einer offenporigen Struktur, also bei der die Poren untereinander verbunden sind, hat den Vorteil, dass eine verbesserte Adhäsion des Gewebes an der Implantatoberfläche stattfindet. The contact region may comprise a calcium phosphate coating and / or an apatite coating, in particular a fluorohydroxil or hydroxylapatite coating. Particularly preferred is a pore structure of hydroxyapatite, optionally with substitution apatites such as fluoro, strontium or Karbonathydroxy- lapatite. Advantageously, the nanoporous interconnecting hydroxylapatite layer, in particular in the contact area in which the skin is to grow, is additionally provided or coated with cell adhesion-promoting additives of alkali metals and / or alkaline earth metals, in particular magnesium, strontium, sodium and potassium or a mixture of at least two of these Elements. Due to the fact that the epithelial cells and the connective tissue can grow due to the nanoporous interconnecting structure and the material used, the deep growth of the epidermis is reduced and possibly prevented. In the area of skin contact, a surface coating is thus provided which ensures optimal growth of the skin. Advantageously, the contact area comprises a calcium phosphate and / or an apatite coating, in particular a fluorohydroxil or hydroxyapatite coating. The calcium phosphate or apatite coating in the contact region with an open-pored structure, ie in which the pores are interconnected, has the advantage that improved adhesion of the tissue to the implant surface takes place.
Eine Bakterienadhäsion ist unter anderem porengrößenabhängig, wobei sich herausgestellt hat, dass bei einer nanoporösen interkonnektierenden Porenstruktur eine verminderte Bakterienanlagerung auftritt. Der Kontaktbereich kann antibakterielle Zusätze enthalten, insbesondere Silber, Kupfer, Magnesium oder Zink oder einer Mischung zumindest zweier dieser Elemente oder deren Salze. Dadurch werden eine Bakterienadhäsion und eine Biofilmbildung reduziert, unterdrückt bzw. vermieden. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Porengröße im Kontaktbereich in distaler Richtung abnimmt, also dass eine graduierte Verteilung der Porengröße vorliegt, bei der die Porosität in intrakorporal-extrakorporaler Richtung abnimmt, also die Porengröße verringert wird. Durch die zunehmend glatte, im weiteren Umfang verdichtete Oberfläche im Bereich der 3 -Phasen-Linie bzw. vom Übergang des Hautgewebes zum Implantat wird die Anlagerung von Bakterien oder dergleichen vermieden oder zumindest behindert. Bacterial adhesion depends, among other things, on pore size, and it has been found that a reduced bacterial accumulation occurs in the case of a nanoporous interconnecting pore structure. The contact region may contain antibacterial additives, in particular silver, copper, magnesium or zinc or a mixture of at least two of these elements or their salts. As a result, bacterial adhesion and biofilm formation are reduced, suppressed or avoided. In one development of the invention, it is provided that the pore size in the contact region decreases in the distal direction, that is to say that there is a graduated distribution of the pore size at which the porosity in the intracorporeal extracorporeal direction decreases, ie the pore size is reduced. Due to the increasingly smooth, in the further extent compressed surface in the region of the 3-phase line or the transition of the skin tissue to the implant, the attachment of bacteria or the like is avoided or at least hindered.
Der gesamte intrakorporale Bereich des Implantats kann eine Oberfläche wie der Kon- taktbereich mit der oben beschriebenen Beschichtung aufweisen. The entire intracorporeal area of the implant may have a surface like the contact area with the coating described above.
An dem Implantat kann im intrakorporalen Bereich zumindest ein Weichgewebeanker angeordnet sein, um eine formschlüssige Anbindung des Weichgewebes an das Implantat zu unterstützen. Der oder die Weichgewebeanker sind vorteilhafterweise unmittel- bar proximal des Bereiches des permanenten Kontaktes des Hautgewebes mit dem Implantat angeordnet. Die Weichgewebeanker können eine Oberfläche mit einer nanoporö- sen Struktur mit interkonnektierenden Poren aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit der Beschichtung im Kontaktbereich beschrieben worden ist. Als Weichgewebeanker können Makrostrukturen, vorzugsweise mit Durchbrüchen, z.B. Bohrungen von 500 μπι Durchmesser eingesetzt werden. Diese Makrostrukturen können Bestandteil des Implantatsubstrates sein oder sich tellerförmig im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des Hautdurchtrittes in das Gewebe erstrecken. Bei einer Oberflächenausgestaltung ebenfalls mit einer erfindungsgemäßen, offenporigen, porösen Struktur im Na- nobereich soll eine Reduzierung oder Vermeidung einer fibrösen Einkapselung oder Narbenbildung erfolgen. At least one soft tissue anchor may be arranged on the implant in the intracorporeal region in order to support a positive connection of the soft tissue to the implant. The soft tissue anchor (s) are advantageously arranged immediately proximal to the region of permanent contact of the skin tissue with the implant. The soft tissue anchors can have a surface with a nanoporous structure with interconnecting pores, as has already been described in connection with the coating in the contact region. As soft tissue anchors, macrostructures, preferably with breakthroughs, e.g. Holes of 500 μπι diameter can be used. These macrostructures may be part of the implant substrate or may extend in the shape of a dish substantially perpendicular to the direction of skin penetration into the tissue. In the case of a surface design likewise having an open-pored, porous structure according to the invention in the nanobar region, a reduction or avoidance of fibrous encapsulation or scar formation should take place.
Für eine Anwendung bei osseointegrierten Implantaten ist es vorgesehen, dass Einrichtungen zur Verankerung in einem Knochen im intrakorporalen Bereich angeordnet sind. Diese Verankerungseinrichtung oder Verankerungseinrichtungen können einstückig mit dem Kontaktbereich ausgebildet oder aufgrund eines modularen Aufbaus des Implanta- tes an dem Implantatteil mit dem Kontaktbereich angebracht, beispielsweise angeschraubt werden. Die Verankerungseinrichtung weist dabei Formschlusselemente, beispielsweise ein Gewinde oder übliche Schraubenaufnahmen oder Knochenanker auf, die in oder an dem Knochen festgelegt werden können. Auch die Oberfläche der Verankerungseinrichtung bzw. der Verankerungseinrichtungen kann eine nanoporöse Struktur mit interkonnektierenden Poren aufweisen. Die Knochenzellen können an der Oberfläche der Verankerungseinrichtung anwachsen, was zu einer stabilen Veranke- rung des Implantats innerhalb des Knochens führt. For use in osseointegrated implants, it is provided that means for anchoring in a bone in the intracorporeal area are arranged. This anchoring device or anchoring devices can be formed integrally with the contact region or, due to a modular construction of the implant, attached to the implant region with the contact region, for example screwed on. The anchoring device in this case has form-locking elements, for example a thread or conventional screw receptacles or bone anchors, which can be fixed in or on the bone. The surface of the anchoring device or the anchoring devices may also have a nanoporous structure with interconnecting pores. The bone cells can grow on the surface of the anchoring device, resulting in a stable anchoring of the implant within the bone.
An dem distalen Ende des extrakorporalen Bereiches des Implantates sind Aufnahmeeinrichtungen für Anschlusselemente ausgebildet, beispielsweise für Epithesen, medizintechnisches Gerät oder Prothesenbauteile. Das Implantat besteht bevorzugt aus Ti- tan, einer Titanlegierung oder einem Titanwerkstoff, bevorzugt als Träger einer Ober- flächenbeschichtung, beispielsweise der erfindungsgemäßen nanoporösen Calcium- phosphat- oder Apatitbeschichtung. At the distal end of the extracorporeal region of the implant receiving means for connection elements are formed, for example, for epitheses, medical device or prosthetic components. The implant preferably consists of titanium, a titanium alloy or a titanium material, preferably as a carrier of a surface coating, for example the nanoporous calcium phosphate or apatite coating according to the invention.
Neben der Nanostruktur der Oberfläche kann im intrakorporalen Bereich eine Mikrostruktur ausgebildet sein, die zwischen 2 μηι und 500 μιη tief ist, wobei die Tiefe in distaler Richtung abnehmen kann. Die Mikrostruktur kann beispielsweise durch eine chemische, physikalische, spanende oder umformende Bearbeitung erfolgen, um eine vergrößerte Oberfläche auszubilden und mehrere Ankerpositionen für adhädierende Zellen zu bilden. Weiterhin können auch Plasma-Spray-Beschichtungen mit Partikeln in μηι-Größe oder Auftragssintern vorgenommen werden, um eine entsprechende Struktur auszubilden. Ebenfalls kann durch Partikelstrahlen oder Laserstrukturierung eine entsprechende Struktur, gegebenenfalls eine 3D-Struktur erzeugt werden. Diese Mikro strukturierung wird vor der erfindungsgemäßen Oberflächenmodifikation ausgeführt. In addition to the nanostructure of the surface, a microstructure can be formed in the intracorporeal region which is deep between 2 μm and 500 μm, whereby the depth can decrease in the distal direction. For example, the microstructure may be made by chemical, physical, machining, or remodeling to form an increased surface area and to form multiple anchor positions for adherent cells. Furthermore, plasma spray coatings with particles in μηι size or order sintering can be made to form a corresponding structure. Likewise, particle beams or laser structuring can be used to produce a corresponding structure, optionally a 3D structure. This microstructure is carried out before the surface modification according to the invention.
Die nanoporöse Oberflächenstruktur ist sowohl im Kontaktbereich als auch im intrakorporalen Bereich des Implantates oder der Weichgewebeanker ist bevorzugt dünner als 20 μηι, bevorzugt dünner als 5 μηι, insbesondere bevorzugt dünner als 2 μηι. Weiterhin können der Kontaktbereich und/oder der intrakorporale Bereich mit einer resorbierbaren, vorzugsweise antibakteriellen Deckschicht versehen sein. Dazu können Polymere, bevorzugt antibakteriell wirksame, biodegradierbare Polymere als Deckschicht vorgesehen sein. Insbesondere können resorbierbare Polymere wie zum Beispiel Polylactid mit und ohne die oben genannten Substanzen als Deckschicht vorgesehen sein. Dies bedeutet, dass sich die Deckschicht auf der nanoporösen und interkonnektie- renden Beschichtung befindet und diese abdeckt. Die Deckschicht kann ebenfalls aus keramischen, biopolymeren oder metallischen Materialien bestehen. Eine Möglichkeit für eine resorbierbare Deckschicht besteht in einer metallischen Schicht, insbesondere aus Magnesium. The nanoporous surface structure is both in the contact area and in the intracorporeal region of the implant or the Weichgewebeanker is preferably thinner than 20 μηι, preferably thinner than 5 μηι, particularly preferably thinner than 2 μηι. Furthermore, the contact region and / or the intracorporeal region can be provided with a resorbable, preferably antibacterial cover layer. For this purpose, polymers, preferably antibacterial, biodegradable polymers may be provided as a cover layer. In particular, resorbable polymers such as Polylactide be provided with and without the above substances as a topcoat. This means that the cover layer is on the nanoporous and interconnecting coating and covers it. The cover layer may also be made of ceramic, biopolymer or metallic materials. One possibility for a resorbable cover layer consists in a metallic layer, in particular magnesium.
Zur weiteren Zelladhäsionssteigerung können der Kontaktbereich und/oder der intra- korporale Bereich zusätzlich chemisch oder physikalisch funktionalisiert sein. Auch können in den Bereichen organische Substanzen wie Wachstumsfaktoren und/oder pharmazeutische Substanzen wie Antibiotika z.B. Tetracyclin und/oder Antiseptika vorgesehen sein, die in oder auf der porösen Struktur angelagert sind. Bevorzugt sind Proteine, Integrine, Laminin, Fibronektin, Kollagen, Fibrin, Peptide, insbesondere RGD-Peptide, Aminosäuren, Chitosan und Chitin. For further cell adhesion enhancement, the contact area and / or the intracorporeal area can additionally be chemically or physically functionalized. Also, in the fields, organic substances such as growth factors and / or pharmaceutical substances such as antibiotics, e.g. Tetracycline and / or antiseptics may be provided, which are deposited in or on the porous structure. Preference is given to proteins, integrins, laminin, fibronectin, collagen, fibrin, peptides, in particular RGD peptides, amino acids, chitosan and chitin.
Die poröse Struktur kann mit wundheilenden und/oder antibakteriellen Wirkstoffen versehen sein, beispielsweise beschichtet oder infiltriert. Als Wirkstoff kommt beispielsweise Tetracyclin in Betracht. Der extrakorporale Bereich ist vorteilhafterweise als polierte Oberfläche ausgebildet, wobei der Grundkörper vorteilhafterweise aus Titan besteht. Die Oberfläche der extrakorporalen Bestandteile können mit antibakteriell wirkenden Substanzen oder Elementen versehen sein, beispielsweise Kupfer, Silber, Fluor, hydrophoben Beschichtungen wie PTFE, DLC oder Titannitrit. The porous structure may be provided with wound healing and / or antibacterial agents, for example, coated or infiltrated. As an active ingredient, for example tetracycline into consideration. The extracorporeal area is advantageously designed as a polished surface, wherein the base body advantageously consists of titanium. The surface of the extracorporeal components may be provided with antibacterial substances or elements, for example copper, silver, fluorine, hydrophobic coatings such as PTFE, DLC or titanium nitrite.
Das erfmdungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Implantates, wie es oben beschrieben ist, sieht vor, dass zumindest im Kontaktbereich eine mit Calciumphosphat versehene Oberfläche aus Titan oder einer Titanlegierung geätzt, beispielsweise mit einer starken Base, vorzugsweise einer NaOH-Lauge, und das Implantat anschließend mit einer Calciumphosphatschicht versehen, anschließend hydrothermal in ein Apatit umgewandelt und dann thermisch behandelt wird. Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung der Beschichtung in mehreren Schritten, dabei kann das Apatit, insbesondere das Hydroxylapatit in seiner chemischen Zusammensetzung und in seiner Porengröße durch Variation der Prozessparameter verändert werden. The erfmdungsgemäße method for producing an implant, as described above, provides that etched at least in the contact area provided with a calcium phosphate surface of titanium or a titanium alloy, for example, with a strong base, preferably a NaOH solution, and the implant then with a calcium phosphate layer, then hydrothermally converted into an apatite and then thermally treated. According to the invention, the preparation of the coating takes place in several steps, while the apatite, in particular the hydroxyapatite in its chemical composition and in its pore size by Variation of the process parameters are changed.
Durch eine starke Natriumhydroxid-Lauge, bevorzugt eine 5M NaOH-Lösung, wird die Oberfläche des Trägers, der aus Titan oder deren Legierungen aufgebaut sein kann, in eine amorphe Natriumtitanatschicht umgewandelt, die eine netzartige Nanostruktur aufweist. Zur Herstellung der nanoporösen Struktur kann die gelartige und amorphe Natriumtitanatschicht in deionisiertem Wasser mehrmals gespült. By means of a strong sodium hydroxide liquor, preferably a 5M NaOH solution, the surface of the support, which may be composed of titanium or its alloys, is converted into an amorphous sodium titanate layer having a reticulated nanostructure. To prepare the nanoporous structure, the gelatinous and amorphous sodium titanate layer may be rinsed several times in deionized water.
Zum Aufbringen der Calciumphosphatschicht kann mit einer elektrischen Spannung wenig unterhalb der im System vorliegenden Elektrolysespannung die Beschichtung derart auf der geätzten Titanoberfläche abgeschieden werden, dass eine nanoproröse und interkonnektierende, calciumphosphatreiche Oberfläche entsteht, ggf. mit gewünschten metallischen Zusätzen. Vorzugsweise liegt die optimale Beschichtungs- spannung 10% unterhalb der jeweiligen Elektrolysespannung. Die Elektrolyselösung besteht aus einem gelösten Calciumphosphat in einem pH-Bereich zwischen 3,5 und 4,5, vorzugsweise 4. Die Mengen der Zusätze in der calciumphosphatreichen Elektrolytlösung ergeben den späteren Anteil der metallischen Substanzen wie Zink, Kupfer, Silber, Natrium, Kalium, Magnesium und/oder der Substitutionsapatiten wie Strontiumapatit, Fluorapatit und/oder Carbonatapatit in der Apatitbeschichtung. Über die Be- schichtungsdauer kann erfindungsgemäß die mittlere Porengröße der Beschichtung eingestellt werden. Die Dauer beträgt zwischen 1 bis 10 Minuten, vorzugsweise 2 Minuten. To apply the calcium phosphate layer, the coating can be deposited on the etched titanium surface with an electrical voltage slightly below the electrolysis voltage present in the system in such a way that a nanoprotic and interconnecting, calcium phosphate-rich surface is formed, optionally with desired metallic additives. The optimum coating voltage is preferably 10% below the respective electrolysis voltage. The electrolytic solution consists of a dissolved calcium phosphate in a pH range between 3.5 and 4.5, preferably 4. The amounts of the additives in the calcium phosphate-rich electrolyte solution yield the later portion of the metallic substances such as zinc, copper, silver, sodium, potassium, Magnesium and / or substitution apatites such as strontium apatite, fluorapatite and / or carbonate apatite in the apatite coating. Over the duration of the coating, the mean pore size of the coating can be adjusted according to the invention. The duration is between 1 to 10 minutes, preferably 2 minutes.
Es können auch Schichtgradienten durch eine Ausrichtung des elektrischen Feldes oder durch ein gesteuertes, z.B. kontinuierliches Herausziehen des Implantats aus dem Elektrolyt während der elektrochemischen Abscheidung eingestellt werden. Dies kann insbesondere für den Bereich des Hautdurchtritts von Vorteil sein, wenn die Porosität an der 3 -Phasen-Linie distal abnimmt und extrakorporal vorzugsweise vollständig geschlossen ist. Layer gradients may also be induced by an electric field orientation or by a controlled, e.g. continuous withdrawal of the implant from the electrolyte can be adjusted during the electrochemical deposition. This may be particularly advantageous for the area of skin penetration when the porosity decreases distally on the 3-phase line and is preferably completely closed extracorporeally.
In einem weiteren Schritt wird die calciumphosphatreiche Beschichtung, ggf. mit den Anteilen der anderen vorgesehenen Metalle, hydrothermal in einer alkalischen Lösung, vorzugsweise Ca(OH)2-Lösung, bei Temperaturen über 100°C und Drücken über lbar, vorzugsweise bei 150°C und 5 bar, in Hydroxylapatit umgewandelt. In a further step, the calcium phosphate-rich coating, optionally with the proportions of the other metals provided hydrothermally in an alkaline solution, preferably Ca (OH) 2 solution, at temperatures above 100 ° C and pressures above lbar, preferably at 150 ° C and 5 bar, converted into hydroxyapatite.
Das Tempern oder thermische Behandeln der Hydroxilapatitbeschichtung dient der Festigkeitssteigerung der Beschichtung, gleichzeitig wird die Löslichkeit der Beschichtung verringert. Weiterhin hat die thermische Behandlung den positiven Effekt, dass die Oberfläche von noch anhaftenden Ca(OH)2-Partikeln befreit wird, wenn die Behandlungstemperatur oberhalb 580°C liegt. Vorzugsweise liegt die Behandlungstemperatur oberhalb 600°C, insbesondere bei 650°C. Vor dem Ätzen, dem elektrochemischen Beschichten und dem Tempern kann der Kontaktbereich mikrostrukturiert werden. Die Mikro struktur dient neben der Oberflächenvergrößerung und der eingeschränkten Formschlüssigkeit für das einwachsende Bindegewebe vor Beschädigung der Oberflächenbeschichtung der Nanostruktur vor Beschädigung bei mechanischer Überlastung oder bei Stößen. The annealing or thermal treatment of the hydroxyapatite coating serves to increase the strength of the coating, at the same time reducing the solubility of the coating. Furthermore, the thermal treatment has the positive effect that the surface of still adhering Ca (OH) 2 particles is released when the treatment temperature is above 580 ° C. Preferably, the treatment temperature is above 600 ° C, especially at 650 ° C. Before etching, electroplating and annealing, the contact area can be microstructured. The microstructure is used in addition to the surface enlargement and the limited form fit for the ingrowing connective tissue from damage to the surface coating of the nanostructure from damage during mechanical overload or shock.
Des Weiteren kann die nanostrukturierte Beschichtung zusätzlich funktionalisiert werden, beispielsweise mit einem Sauerstoffplasma, so dass die Benetzbarkeit und damit der kapillare Effekt weiter gesteigert werden kann. Die interkonnektierende, nanoporö- se Beschichtung kann mit organischen Substanzen wie Integrine, Fibrin oder RGD- Peptiden zusätzlich beschichtet oder infiltriert werden. Als eine zusätzliche Beschichtung mit organischen Substanzen für eine antibakterielle Wirkung eignet sich beispielsweise Chitosan, das neben einer antibakteriellen Wirkung auch eine heilende Wirkung aufweist, die im Bereich des Hautdurchtritts von besonderem Vorteil ist. Als anorganisch wirksame Substanzen können Silber- oder Kupferverbindungen, Fluorapa- tit oder Polymere eingesetzt werden, die entweder in die Poren oder als resorbierende Deckschicht aufgetragen werden können. Furthermore, the nanostructured coating can be additionally functionalized, for example with an oxygen plasma, so that the wettability and thus the capillary effect can be further increased. The interconnecting nanoporous coating can be additionally coated or infiltrated with organic substances such as integrins, fibrin or RGD peptides. As an additional coating with organic substances for an antibacterial effect, for example, chitosan is suitable, which also has a healing effect in addition to an antibacterial effect, which is particularly advantageous in the skin penetration. As inorganic substances silver or copper compounds, fluoroapatite or polymers can be used, which can be applied either in the pores or as an absorbent cover layer.
Die Erfindung kann weiterhin vorsehen, dass die nanostrukturierte Oberfläche mit resorbierbaren Beschichtungen bedeckt wird. Dies können Polymere wie zum Beispiel Polylactid oder auch Metalle wie Magnesium sein. Auf diese Weise ist es möglich, dass die nanostrukturierte Oberfläche erst nach der Wundheilung geöffnet wird, so dass die spezifischen Proteinfasern wie Laminin oder andere Ankerproteine erst nach der Wundheilung in die Nanoporen integriert werden. Dies kann zu einer verbesserten epi- thalen Zelladhäsion führen. Diese resorbierbaren Beschichtungen können zusätzlich mit antiseptisch wirkenden Substanzen wie beispielsweise Silber oder deren lösliche Salze wie Silbernitrate oder als organische Substanzen wie Chitosan dotiert sein. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention may further provide that the nanostructured surface is covered with resorbable coatings. These may be polymers such as polylactide or even metals such as magnesium. In this way, it is possible that the nanostructured surface is opened only after wound healing, so that the specific protein fibers such as laminin or other anchor proteins are integrated into the nanopores only after wound healing. This can lead to improved epi- lead to cell adhesion. These resorbable coatings may additionally be doped with antiseptic substances such as, for example, silver or their soluble salts, such as silver nitrates, or as organic substances, such as chitosan. Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it:
Figur 1 - eine schematische Darstellung eines Implantatsystems; Figur 2 - eine schematische Detaildarstellung des Implantatsystems im Bereich des Figure 1 - a schematic representation of an implant system; FIG. 2 shows a schematic detail of the implant system in the area of the
Hautdurchtritte s ;  Skin passages s;
Figur 3 - eine schematische Detaildarstellung einer Implantatoberfläche; Figur 4 - eine REM- Aufnahme; FIG. 3 shows a schematic detail of an implant surface; Figure 4 - a SEM image;
Figur 5 - eine REM-Aufnahme einer Schnittprobe; sowie FIG. 5 shows an SEM image of a cut sample; such as
Figur 6 - eine schematische Darstellung einer Implantatbeschichtung mit einer Re- aktionszone. FIG. 6 shows a schematic representation of an implant coating with a reaction zone.
In Figur 1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines perkutanen Implantatsystems 1 in implantierter Stellung dargestellt. Das Implantatsystem 1 weist eine in im Knochengewebe 50 verankerte Implantatkomponente 600 auf, die über Formschluss- mittel 610, beispielsweise ein Gewinde oder andere Formschlusselemente verankert ist. Die ossär verankerte Implantatkomponente 600 weist im Kontaktbereich 61 1 zwischen dem Knochengewebe 50 und der Implantatkomponente 600 bevorzugt eine strukturierte Oberfläche auf, die ein Anwachsen und Einwachsen in das Knochengewebe 50 erleichtern. Dazu können mikrostrukturierte Oberflächen an der Implantatkomponente 600 ausgebildet sein; ebenfalls können die Oberflächen mit einer nanoporösen, interkon- nektierenden Struktur aus Hydroxylapatit mit einer Porengröße unterhalb 1 μπι versehen werden, um eine fibröse Abkapselung zu verhindern. Die Oberflächenstruktur der Implantatkomponente 600 ist dabei dreidimensional und offenporig, um ein verbesser- tes Anwachsen zu ermöglichen. Der Knochen 50 ist überwiegend von Muskelgewebe umgeben. FIG. 1 shows a schematic sectional view of a percutaneous implant system 1 in an implanted position. The implant system 1 has an implant component 600 anchored in the bone tissue 50, which is anchored via form-fitting means 610, for example a thread or other form-locking elements. The osseär ancherte implant component 600 preferably has a structured surface in the contact area 61 1 between the bone tissue 50 and the implant component 600, which facilitate growth and ingrowth into the bone tissue 50. For this purpose, microstructured surfaces can be formed on the implant component 600; Likewise, the surfaces can be provided with a nanoporous, interconnecting structure of hydroxyapatite having a pore size below 1 μm in order to prevent fibrous encapsulation. The surface structure of the implant component 600 is three-dimensional and open-pored, in order to improve the to allow for growth. The bone 50 is predominantly surrounded by muscle tissue.
An dem distalen Ende der ossär verankerten Implantatkomponente 600 ist eine im aus Muskeln und Bindegewebe bestehenden Weichgewebe 40 positionierte, zweite Implantatkomponente 700 befestigt. Diese zweite Implantatkomponente 700 kann auf der ossär verankerten Implantatkomponente 600 aufgeschraubt, aufgesteckt oder anderweitig dauerhaft, jedoch vorzugsweise lösbar befestigt sein. An der zweiten, im Weichgewebe 40 oder im Muskelgewebe positionierten Implantatkomponente 700 sind seitlich abkragende Weichgewebeanker 73 angeordnet, entweder daran befestigt oder einstückig mit der zweiten Implantatkomponente 700 ausgebildet. Die Weichgewebeanker 73 können ebenfalls mikrostrukturiert sein und eine nanoporö- se interkonnektierende Struktur aus Hydroxylapatit aufweisen; es wird somit eine drei- dimensionale, offenporige, poröse Oberflächenstruktur im Nanobereich bereitgestellt. Über den gesamten Bereich 710, in dem die zweite Implantatkomponente 700 in Kontakt mit dem Muskelgewebe oder Weichgewebe 40 steht, bildet sie eine Schnittstelle 71 1 zwischen der zweiten Implantatkomponente 700 und dem Weichgewebe 40 aus. Auch die Oberfläche dieses Bereiches 710 kann mikro- und nanoporös mit interkonnek- tierenden Poren aus Hydroxylapatit sein und eine offenporige, poröse Oberfläche, vorzugsweise in einer Stärke unterhalb 10 μιη mit einer Porengröße unterhalb 1 μηι aufweisen. Attached to the distal end of the osseously anchored implant component 600 is a second implant component 700 positioned in the soft tissue 40 consisting of muscle and connective tissue. This second implant component 700 can be screwed onto the osseär anchored implant component 600, plugged or otherwise permanently, but preferably releasably secured. On the second implant component 700 positioned in the soft tissue 40 or in the muscle tissue, laterally projecting soft tissue anchors 73 are arranged, either attached thereto or formed integrally with the second implant component 700. The soft tissue anchors 73 may also be microstructured and have a nanoporous interfacial structure of hydroxyapatite; Thus, a three-dimensional, open-pore, porous surface structure in the nanoscale is provided. Over the entire region 710, in which the second implant component 700 is in contact with the muscle tissue or soft tissue 40, it forms an interface 71 1 between the second implant component 700 and the soft tissue 40. The surface of this region 710 can also be microporous and nanoporous with interconnecting pores of hydroxyapatite and have an open-pored, porous surface, preferably in a thickness below 10 μm, with a pore size below 1 μm.
Die Weichgewebeanker 73 dienen zur Stabilisierung des Weichgewebes 40 in unmit- telbarer Nähe des Implantatsystems 1 und zur Vermeidung von Relativbewegungen zwischen dem Weichgewebe 40 und der zweiten Implantatkomponente 700. Die Weichgewebeanker 73 können auch mikro- und nanoporöse Strukturen aus Hydroxylapatit mit interkonnektierenden Poren aufweisen und um einen Grundkörper der Implantatkomponente 700 herumgewickelt oder befestigt sein. The soft tissue anchors 73 serve to stabilize the soft tissue 40 in the immediate vicinity of the implant system 1 and to avoid relative movements between the soft tissue 40 and the second implant component 700. The soft tissue anchors 73 may also include microporous and nanoporous structures of hydroxyapatite with interconnecting pores and vice versa a body of the implant component 700 to be wrapped or attached.
Proximal von dem Kontaktbereich 730 beabstandet ist ein Anhaftungsbereich 720 der Kutis ausgebildet, der mit dem Zwischenschichtgewebe proximal von der Subkutis beginnt. Distal dazu ist der Kontaktbereich 730 vorhanden, der im Bereich des Hautdurchtritts im Kontakt mit der Epidermis 10 steht und daher auch als Hautdurchtrittsbereich bezeichnet werden kann, wobei die Haut mit dem subdermalen Gewebe zusammen als eine Einheit angesehen werden kann. Die Haut aus Dermis und Epidermis gemeinsam ist ca. 1.mm dick und bildet mit dem subdermalen Gewebe, das bis zu mehreren Millimetern dick sein kann, eine Einheit. Proximally spaced from the contact region 730 is an attachment portion 720 of the cutis which begins with the interlayer tissue proximal to the subcutis. Distally to the contact area 730 is present, which is in the skin passage in contact with the epidermis 10 and therefore may also be referred to as a skin passage area, wherein the skin with the subdermal tissue together can be regarded as a unit. The skin of dermis and epidermis together is about 1.mm thick and forms a unit with the subdermal tissue, which can be up to several millimeters thick.
An dem distalen Ende der zweiten Implantatkomponente 700 ist ein extrakorporales Anschlussstück 800 mit einer Basis 810 und Befestigungseinrichtungen für die Auf- nähme beispielsweise von Prothesenkomponenten oder Epithesenkomponenten vorhanden. At the distal end of the second implant component 700, there is an extracorporeal fitting 800 having a base 810 and attachment means for receiving, for example, prosthetic components or epithesis components.
Abweichend von dem dargestellten Implantatsystem aus einer ossär verankerten Implantatkomponente 600, einer im Weichgewebe 40 verankerten Implantatkomponente 700 und einem extrakorporalen Abschlussstück 800, das insbesondere als ein lasttragendes Implantatsystem zur Anbindung von Prothesen an einen Knochenstumpf, beispielsweise einen Femurstumpf vorgesehen ist, kann bei einer geringeren Belastung der Bereich mit den Gewebeankern 73 weggelassen werden, so dass unmittelbar nach der Knochenverankerung der Epitheldurchtritt bzw. Hautdurchtritt erfolgt. Für medizin- technische Anwendungen, beispielsweise bei einem Katheter, kann auf die ossäre Verankerung verzichtet werden, so dass nur Weichgewebeanker 73 an der entsprechenden Implantatkomponente 700 zur Weichgewebsverankerung vorgesehen sind. Notwithstanding the illustrated implant system comprising a bone anchored implant component 600, an implant component 700 anchored in the soft tissue 40 and an extracorporeal endpiece 800, which is provided in particular as a load-bearing implant system for connecting prostheses to a bone stump, for example a femoral stump, at a lower load the area with the tissue anchors 73 are omitted so that the epithelial passage or skin passage takes place immediately after the bone anchoring. For medical-technical applications, for example in the case of a catheter, it is possible to dispense with the osseous anchoring, so that only soft-tissue anchors 73 are provided on the corresponding implant component 700 for soft-tissue anchoring.
Der Aufbau gemäß Figur 1 mit der ossär verankerten Implantatkomponente 600, dem Schaftbereich 700 in Kontakt mit Muskeln und subkutanem Gewebe oder Bindegewebe sowie einem perkutanen Bereich mit der 3 -Phasen-Linie und einem ausschließlich extrakorporalen Bereich kann je nach anatomischer Situation verändert werden. Beispielsweise kann der Schaftbereich bei einem transphalangalen Amputationsniveau entfallen, der ossär verankerte Bereich kann bei Portsystemen entfallen. Weichgewebean- ker 73 können sowohl in dem Schaftbereich in Kontakt mit Muskeln und subkutanem Gewebe oder Bindegewebe als auch im dermalen Bereich der Kutis angeordnet sein. The structure according to FIG. 1 with the osseously anchored implant component 600, the shaft region 700 in contact with muscles and subcutaneous tissue or connective tissue and a percutaneous region with the 3-phase line and an exclusively extracorporeal region can be changed depending on the anatomical situation. For example, the shaft area can be omitted at a transphalangeal amputation level, the osseär anchored area can be omitted in port systems. Soft tissue anchors 73 may be located in the shaft area in contact with muscles and subcutaneous tissue or connective tissue as well as in the dermal area of the cutis.
Sofern an dem Implantat 1 im intrakorporalen Bereich Weichgewebeanker 73 angeord- net sind, unterstützen diese eine formschlüssige Anbindung des Weichgewebes an dem Implantat 1. Der oder die Weichgewebeanker 73 sind vorteilhafter Weise unmittelbar proximal des Bereiches des permanenten Kontaktes des Hauptgewebes mit dem Implantat 1 angeordnet, um eine ständige Abdeckung des oder der Weichgewebeanker 73 mit dem Hautgewebe sicherzustellen. Der Hautgewebeanker 73 kann ebenfalls eine Oberfläche mit einer nanoporösen interkonnektierenden Struktur aus Hydroxylapatit wie im Bereich der 3-Phasen-Linie aufweisen. Da sich die Weichgewebeanker 73 in einem subkutanen Bereich befinden kann die Porengröße auch größer sein, um auch Bindegewebe einwachsen bzw. durchwachsen zu lassen. Insbesondere sind hier auch konstruktive Gestaltungen zur Neo askularisation des subkutanen Gewebes vorgesehen, die die Aufgabe haben, im Bereich des Hautdurchtrittes Einwirkungen von mechanischen Belastungen abzufangen. Für die Neovaskularisation sind beispielsweise Bohrungen mit einem Durchmesser zwischen 0,5 bis 5 mm vorteilhaft. In der Figur 2 ist der Bereich des Hautdurchtritts eines perkutanen Implantats 1 in vergrößerter Detaildarstellung gezeigt. Der Anhaftungsbereich 720 liegt im Bereich des Bindegewebes 30, der distal dazu angeordnete Kontaktbereich 730 kann dabei in drei Unterbereiche 731, 732 und 733 unterteilt werden, wobei in der Figur 2 insbesondere der zweite Unterbereich 732 des Kontaktbereichs 730 dargestellt ist, in dem die Haut 10 nach dem Einsetzen des Implantatsystems 1 in unmittelbaren Kontakt zu der Implantatoberfläche tritt. If soft tissue anchor 73 is arranged on the implant 1 in the intracorporeal region. The soft tissue anchors 73 are advantageously arranged immediately proximal to the region of permanent contact of the main tissue with the implant 1 in order to provide continuous covering of the soft tissue anchor 73 with the skin tissue sure. The skin tissue anchor 73 may also have a surface with a nanoporous hydroxyapatite interconnecting structure as in the 3-phase line region. Since the soft tissue anchors 73 are located in a subcutaneous region, the pore size can also be greater in order to also allow connective tissue to grow in or grow through it. In particular, constructive designs for the neo askularisation of the subcutaneous tissue are provided here, which have the task of intercepting effects of mechanical stress in the area of the skin penetration. For neovascularization, for example holes with a diameter between 0.5 to 5 mm are advantageous. FIG. 2 shows the region of the skin passage of a percutaneous implant 1 in an enlarged detail. The attachment region 720 lies in the region of the connective tissue 30, the contact region 730 arranged distally there can be subdivided into three subregions 731, 732 and 733, FIG. 2 particularly showing the second subregion 732 of the contact region 730, in which the skin 10 occurs after insertion of the implant system 1 in direct contact with the implant surface.
Proximal des zweiten Unterbereiches 732 schließt sich der subdermale Unterbereich 731 an, der mit einer sogenannten Zwischengewebsschicht aus Faszien 32 oder Fett- gewebe mit Fettzellen 31 oder direkt mit dem Bindegewebe 30 in Kontakt tritt. In dem subdermalen Unterbereich 731 können auch Weichgewebeanker 73 positioniert sein. Proximal folgt dann Bindegewebe 30 oder auch schon Muskelgewebe 40, wo ebenfalls Weichgewebeanker 73 positioniert werden können. Es erscheint sinnvoll zu sein, die Weichgewebeanker 73 möglichst nahe unter die Haut zu legen, also subdermal anzu- ordnen. Proximally of the second subregion 732, the subdermal subregion 731 follows, which comes into contact with a so-called intermediate tissue layer of fasciae 32 or fatty tissue with fat cells 31 or directly with the connective tissue 30. Soft tissue anchors 73 may also be positioned in the subdermal subregion 731. Proximal then follows connective tissue 30 or already muscle tissue 40, where also soft tissue anchor 73 can be positioned. It seems to make sense to place the soft tissue anchor 73 as close to the skin as possible, ie to arrange it subdermally.
Den Anhaftungs- und Kontaktbereichen 720 und 730, in denen die Implantatkomponente 700 in Kontakt mit der Haut 10, dem Zwischengewebe, dem Bindegewebe 30, meist aus Bindegewebszellen, den sogenannten Fibroblasten, steht, schließt sich ein extrakorporaler Teilbereich 733 an, der poliert sein kann. Das Hautgewebe kann sich aufgrund verschiedener äußerer Einflüsse, sei es mechanischer oder physiologischer Natur, entlang der Längsstreckung der Implantatkomponente 700 verlagern, d. h. die Haut kann sich zurückziehen oder vorschieben und dadurch einen unterschiedlichen Bereich des Kontaktbereiches 730 abdecken und somit die Länge des extrakorporalen Teilbereiches 733 verändern, so dass der extrakorporale Teilbereich 733 auch als Kontaktbereich anzusehen ist. Die Anhaftungs- und Kontaktbereiche 720, 730 weisen bevorzugt eine nanoporöse, interkonnektierende Struktur aus Hydroxylapatit aus, vorzugsweise mit in distaler Richtung abnehmender Porosität, auf. The attachment and contact areas 720 and 730, in which the implant component 700 in contact with the skin 10, the intermediate tissue, the connective tissue 30, usually from connective tissue cells, the so-called fibroblasts, is followed by an extracorporeal portion 733, which may be polished. Due to various external influences, be it mechanical or physiological in nature, the skin tissue can shift along the longitudinal extent of the implant component 700, ie the skin can retract or advance and thereby cover a different area of the contact area 730 and thus change the length of the extracorporeal partial area 733 , so that the extracorporeal portion 733 is also to be regarded as a contact area. The attachment and contact regions 720, 730 preferably have a nanoporous, interconnecting structure of hydroxyapatite, preferably with decreasing porosity in the distal direction.
In der Figur 2 ist die maximal distale Position mit dem Bezugzeichen 10a eingezeichnet, die maximal proximale Position des Epithels 10 ist mit dem Bezugszeichen 10b beschrieben. Zwischen diesen Extremen kann sich das Hautgewebe an dem Implantat anlagern. FIG. 2 shows the maximum distal position with the reference numeral 10a; the maximum proximal position of the epithelium 10 is described by the reference numeral 10b. Between these extremes, the skin tissue can attach to the implant.
An das distale Ende des zweiten Unterbereiches 732 mit einem temporär langzeitigen Kontakt mit dem Hautgewebe schließt sich ein extrakorporaler Teilbereich 733 und gegebenenfalls temporär kurzzeitigem Kontakt mit dem Hautgewebe an. Dieser Bereich entspricht einer standardmäßigen polierten Titanoberfläche und kann zusätzlich antibakterielle Substanzen enthalten. Daran anschließend ist das nicht dargestellte extrakorporale Anschlusselement 800, beispielsweise in Gestalt einer Abschlusskappe. Adjoining the distal end of the second subregion 732 with a temporally long-term contact with the skin tissue is an extracorporeal subregion 733 and, if appropriate, temporary temporary contact with the skin tissue. This range corresponds to a standard polished titanium surface and may additionally contain antibacterial substances. This is followed by the extracorporeal connecting element 800 (not shown), for example in the form of an end cap.
In der Figur 3 ist an die Schnittstelle zwischen der Oberfläche des zweiten Unterberei- ches 732 und dem Hautbereich im Bereich der 3 -Phasen-Linie dargestellt. An der Außenseite des Kontaktbereiches 730 und damit des zweiten Unterbereiches 732 ist eine Mikrostruktur 3 aufgebracht, die eine gewisse Rauhigkeit z.B. durch Oberflächenät- zungen erhält. Diese Mikro strukturierung zeigt eine definierte Hoch-Tiefstruktur, die einen Größenbereich von 1 μιη bis 5 μηι aufweist. Durch die vergrößerte Oberfläche werden mehrere Ankerpositionen für adhärierende Zellen gebildet. Alternativ kann durch andere Beschichtungsverfahren, wie das Plasma-Spray- Verfahren mit Mikropar- tikeln, eine Auftragssinterung oder eine gusstechnische Formgebung eine entsprechende Mikro struktur auf dem Implantat erzeugt werden. Ebenfalls kann durch ein Partikel- 1 strahlen oder eine Laserstrukturierung eine Hoch-Tiefstruktur erzeugt werden. Vorteilhaft ist hier wieder eine distal abnehmende Rauhigkeit. FIG. 3 shows the interface between the surface of the second sub-area 732 and the area of the skin in the region of the 3-phase line. On the outside of the contact region 730 and thus of the second subregion 732, a microstructure 3 is applied, which obtains a certain roughness, for example by surface etching. This microstructure shows a defined high-low structure, which has a size range of 1 μιη to 5 μηι. The enlarged surface creates multiple anchor positions for adherent cells. Alternatively, by means of other coating methods, such as the plasma spray method with microparticles, an application sintering or a casting technique, a corresponding microstructure can be produced on the implant. Likewise, a particle 1 radiate or a laser structuring a high-depth structure can be generated. A further advantage here is a distally decreasing roughness.
Auf diese Mikrostruktur 3 wird die Beschichtung mit nanoporöser interkonnektierender Struktur aus Hydroxylapatit aufgebracht, die auch weitere Bestandteile enthalten kann. Diese etwa Ι μηι bis 5 dicken Dünnschichtbeschichtungen erhalten weitgehend die darunterliegende Topografie des Grundwerkstoffes und können temporär, zum Beispiel während einer Einheilphase, auch so dick sein, dass sie vorübergehend die Topografie qualitativ verändern, da diese Beschichtungen einer Biokorrosion unterliegen. Onto this microstructure 3, the coating with nanoporous interconnecating structure of hydroxyapatite is applied, which may also contain other constituents. These approximately Ι μηι to 5 thick thin-film coatings obtained largely the underlying topography of the base material and can temporarily, for example, during a healing phase, be so thick that they temporarily change the topography qualitatively, since these coatings are subject to biocorrosion.
Die Poren 2 dienen zum Eindringen kollagener Fasern 4 und zur Anbindung von Fibroblasten 5 der Dermis 20, um eine optimale Anbindung des Hautgewebes an das Implantat zu erzielen. Der zweite Unterbereich 732 kann in einen proximalen Bereich 7321 und in einen Übergangsbereich 7322 unterteilt werden, wobei im proximalen Bereich 7321 eine gröbere Struktur der Poren im Vergleich zu den Poren im Übergangsbereich 7322 vorhanden ist. Die Poren werden distal kleiner und sind oberhalb der 3- Phasen-Linie idealerweise nicht mehr vorhanden. The pores 2 serve to penetrate collagenous fibers 4 and to bind fibroblasts 5 of the dermis 20, in order to achieve optimum attachment of the skin tissue to the implant. The second subregion 732 can be subdivided into a proximal region 7321 and into a transition region 7322, wherein in the proximal region 7321 a coarser structure of the pores compared to the pores in the transition region 7322 is present. The pores become smaller distally and are ideally absent above the 3-phase line.
In der Figur 4 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Oberflächenbe- schichtung eines Implantats dargestellt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde und die eine nanoporöse und interkonnektierende Struktur aus Hydroxylapatit auf der Implantatkomponente 700 oder auf dem Weichgewebeanker 73 zeigt. FIG. 4 shows a scanning electron micrograph of the surface coating of an implant which was produced by the method according to the invention and which shows a nanoporous and interconnecting structure of hydroxyapatite on the implant component 700 or on the soft tissue anchor 73.
In der Figur 5 ist eine vergrößerte Darstellung der interkonnektierenden nanoporösen Hydroxylapatitschicht im Querschnitt gezeigt. Die Hydroxylapatitschicht mit den Poren 2 ist auf einem Titansubstrat als Teil der Implantatkomponente 700 dargestellt. Die Darstellung ist eine Rasterelektronenaufnahme im Querschnitt, die mit einem FIB (Fo- cused Ion Beam) hergestellt wurde. FIG. 5 shows an enlarged illustration of the interconnecting nanoporous hydroxyapatite layer in cross-section. The hydroxyapatite layer with the pores 2 is shown on a titanium substrate as part of the implant component 700. The illustration is a scanning electron photomicrograph in cross-section, which was produced with a FIB (Focued Ion Beam).
In der Figur 6 ist eine schematische Darstellung der Anbindung einer Hautzelle an die Implantatbeschichtung dargestellt. Das Implantat mit der Implantatkomponente 700 weist an der Außenseite eine Beschichtung aus Hydroxylapatit mit einer nanoporösen Struktur auf, wobei die Poren interkonnektierend ausgebildet sind. Das Gewebe, das durch die Zelle 33 symbolisiert wird, verankert sich mit den Kollagenfasern und Ankerproteinen in der nanoporösen Struktur des Hydroxylapatits, das wiederum mit dem Titanimplantat 700 verbunden ist. Die nanoporöse und interkonnektierende Hydroxy- lapatitbeschichtung ist somit das Interface zwischen dem Implantat und dem Gewebe und stellt einen Hybridbereich dar, in dem sowohl zellbiologisches als auch synthetisches Material vorhanden sind. Vorteilhafter Weise erlaubt dieser Hybridbereich einen Austausch von Ionen und Signalstoffen durch den Kapillareffekt der nanoporösen und interkonnektierenden Struktur in Richtung der Zellen 33, so dass die Zellen auch von der Implantatseite mit Nährstoffen versorgt werden können. In dem Hydroxylapatit können Substanzen enthalten sein, die die Zelladhäsion fördern oder antibakteriell wirken können Der Reaktionsbereich, auch Hybridbereich genannt, zwischen dem Implantat 700 und dem Gewebe 33 ist im oberen Bereich der Figur 6 in Gestalt der einander überdeckenden Pfeile dargestellt. FIG. 6 shows a schematic representation of the connection of a skin cell to the implant coating. The implant with the implant component 700 has on the outside a coating of hydroxyapatite with a nanoporous Structure, wherein the pores are formed interconnecting. The tissue symbolized by the cell 33 anchors to the collagen fibers and anchor proteins in the nanoporous structure of the hydroxyapatite, which in turn is connected to the titanium implant 700. The nanoporous and interconnecting hydroxy-lapatite coating is thus the interface between the implant and the tissue and represents a hybrid region in which both cell biology and synthetic material are present. Advantageously, this hybrid region allows an exchange of ions and signal substances by the capillary effect of the nanoporous and interconnecting structure in the direction of the cells 33, so that the cells can also be supplied with nutrients from the implant side. Substances which promote cell adhesion or may have an antibacterial effect may be present in the hydroxyapatite. The reaction region, also called hybrid region, between the implant 700 and the tissue 33 is shown in the upper area of FIG. 6 in the form of the arrows overlapping one another.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird nachfolgend das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtung und eines erfindungsgemäße Implantats erläutert. Ein perkutanes Implantat mit einem Weichgewebeanker aus Reintitan Grad 4 soll für eine craniofaciale Anwendung mit einer nanoporösen und interkonnektierenden Hydro- xylapatitbeschichtung im Bereich des Hautkontaktes und des intrakorporalen Bereichs beschichtet werden. Zu Beginn des erfindungsgemäßen Beschichtungsprozesses werden die intrakorporalen Bereiche, die also in Kontakt mit dem Weichgewebe stehen, durch Beizen mikrostrukturiert. Die nicht mikrostrukturierten Bereiche, also die polierten Oberflächen, die extrakorporal vorliegen, sowie der Bereich des Hautkontaktes werden hierfür mit Schrumpfschläuchen maskiert. Durch das Beizen wird die Titanoberfläche chemisch derart abgetragen, insbesondere bei ungleichmäßigen Oxidschichten, dass hierdurch Hoch-Tief-Strukturen von etwa 2 bis 5 μηι entstehen. Die Beizlösung besteht aus einer Mischung von 88 % Wasser, 2 % Flusssäure (40 %ig) und 10 % Salpetersäure (65 %ig). Die Beizzeit beträgt 2 Minuten. Durch verlängerte Beizzeiten und weiteren Zu- Sätzen in der Standardsäure kann die Mikrostruktur auf der Titanoberfläche variiert werden. Based on an embodiment, the method for producing a coating according to the invention and an implant according to the invention will be explained below. A percutaneous implant with a grade 4 pure titanium soft tissue anchor is to be coated for craniofacial application with a nanoporous and interconnecting hydroxyapatite coating in the area of the skin contact and the intracorporeal area. At the beginning of the coating process according to the invention, the intracorporeal areas, which are thus in contact with the soft tissue, are microstructured by pickling. The non-microstructured areas, ie the polished surfaces, which are present extracorporeally, as well as the area of the skin contact are masked for this purpose with shrink tubing. By pickling the titanium surface is chemically removed in such a way, especially in non-uniform oxide layers, that thereby high-low structures of about 2 to 5 μηι arise. The pickling solution consists of a mixture of 88% water, 2% hydrofluoric acid (40%) and 10% nitric acid (65%). The pickling time is 2 minutes. Due to extended pickling times and other additives Sets in the standard acid, the microstructure on the titanium surface can be varied.
Im intrakorporalen Bereich und im Kontaktbereich, an dem die Haut anwachsen soll, werden die mikrostrukturierten Oberflächen weiter nanostrukturiert. Hierzu werden die Oberflächen in einer 5 M NaOH-Lösung geätzt, wobei die übrigen Oberflächen wieder mit Schrumpfschläuchen maskiert werden. Die basische Ätzung wird mindestens 20 Stunden bei Raumtemperatur durchgeführt. Die entstandene Oberflächenstruktur besteht nun aus einer Natrium-Titanat-Hydrogelschicht und weist eine Dicke von etwa 1 bis 2 μη auf. Die noch weiche Struktur zeichnet sich dadurch aus, dass sie sehr feine, dreidimensionale, netzartige Strukturen im Nanobereich ausbilden. Durch den anschließenden Spülvorgang in deionisiertem Wasser wird das Natrium weitestgehend ausgespült. Im anschließenden Fertigungsprozess werden die stegartigen dreidimensionalen Na- nostrukturen mittels eines nasschemischen Beschichtungsverfahrens mit nanokristalli- nen Calciumphosphat beschichtet. Das zu beschichtende Implantat wird dabei als Kathode geschaltet, die Anode ist eine Platinelektrode. Die angelegte Spannung und die Expositionsdauer sind von großer Bedeutung für die Beschichtung bzw. Infiltration in die nanoporöse, interkonnektierende Struktur. Die exakte Spannung muss empirisch ermittelt werden und liegt 10 % unter der im System vorliegenden Elektrolysespannung. Zu niedrige Spannungen führen zu keiner zeitnahen Abscheidung und zu hohe Spannungen schädigen einerseits die Oberfläche durch Wasserstoffentwicklung, andererseits wird die Struktur nicht in den Nanoporen gleichmäßig beschichtet. Bei der Standardelektrolytlösung, bestehend aus einer 0,025 M Ca(OH)2-Lösung und einer 0,05 M H3P04-Lösung und einem pH- Wert von 4.0, wird die Beschichtungsspannung von 2,7 V auf 3,3 V in einer Zeit von 2 Minuten kontinuierlich erhöht. Zusätze, wie z. B. Magnesium oder Strontium in Form von Hydroxiden, können dabei dem Elektrolyten zugegeben werden. Die elektrochemische Abscheidung von Calciumphosphaten mit oder ohne Zusätze beruht auf deren pH-abhängiger Löslichkeit, so dass die Einstellung des ph- Wertes dem jeweiligen System mit den entsprechenden Zusätzen anzupassen ist. Die nicht beschichteten Bereiche, also die extrakorporalen Bereiche, sind während des Beschichtungsprozesses noch mit den Schrumpfschläuchen maskiert. Im weiteren Prozesschritt wird das Calciumphosphat aus der elektrochemischen Be- schichtung hydrothermal in Hydroxylapatit umgewandelt. Dieser Prozess wird in einer alkalischen Lösung durchgeführt, vorzugsweise in einer ImM Ca(OH)2-Lösung bei Temperaturen von 150°C und Drücken von 4 bar. Die maskierenden Schläuche werden zuvor entfernt. In the intracorporeal area and in the contact area, where the skin is supposed to grow, the microstructured surfaces are further nanostructured. For this purpose, the surfaces are etched in a 5 M NaOH solution, with the remaining surfaces being masked again with shrink tubing. The basic etching is carried out at room temperature for at least 20 hours. The resulting surface structure now consists of a sodium titanate hydrogel layer and has a thickness of about 1 to 2 μη. The still soft structure is characterized by the fact that they form very fine, three-dimensional, net-like structures in the nanoscale. By the subsequent rinsing in deionized water, the sodium is rinsed as far as possible. In the subsequent manufacturing process, the bar-like three-dimensional nanostructures are coated with nanocrystalline calcium phosphate by means of a wet-chemical coating process. The implant to be coated is connected as a cathode, the anode is a platinum electrode. The applied voltage and the exposure time are of great importance for the coating or infiltration into the nanoporous, interconnecting structure. The exact voltage must be determined empirically and is 10% below the electrolysis voltage present in the system. Too low stresses do not lead to timely deposition, and too high stresses on the one hand damage the surface by hydrogen evolution, on the other hand, the structure is not evenly coated in the nanopores. In the standard electrolyte solution, consisting of a 0.025 M Ca (OH) 2 solution and a 0.05 MH 3 P0 4 solution and a pH of 4.0, the coating voltage of 2.7 V to 3.3 V in a Time of 2 minutes continuously increased. Additives, such. As magnesium or strontium in the form of hydroxides, can be added to the electrolyte. The electrochemical deposition of calcium phosphates with or without additives is based on their pH-dependent solubility, so that the adjustment of the ph value is to be adapted to the respective system with the corresponding additives. The uncoated areas, ie the extracorporeal areas, are still masked with the shrink tubing during the coating process. In the further process step, the calcium phosphate from the electrochemical coating is hydrothermally converted into hydroxyapatite. This process is carried out in an alkaline solution, preferably in an ImM Ca (OH) 2 solution at temperatures of 150 ° C and pressures of 4 bar. The masking tubes are removed first.
Durch den abschließenden Temperprozess wird das Hydroxylapatit in der nanoporösen und interkonnektierenden Oberfläche stabilisiert und verfestigt. Die thermische Behandlung wird bei 600°C und mindestens 2 Stunden durchgeführt. Die Aufheiz- und Abkühlrate beträgt 5°C/Min. Hierbei ist eine inerte Ofenatmosphäre, vorzugsweise mit Argon, 5.0 zu verwenden. The final tempering process stabilizes and solidifies the hydroxyapatite in the nanoporous and interconnecting surface. The thermal treatment is carried out at 600 ° C and at least 2 hours. The heating and cooling rate is 5 ° C / min. In this case an inert furnace atmosphere, preferably with argon, 5.0 should be used.

Claims

Patentansprüche claims
1. Perkutanes Implantat (1) mit einem extrakorporalen Bereich und einem intrakor- poralen Bereich (600, 700) und einem Kontaktbereich (730), in dem Hautgewebe (10) mit dem Implantat (1) in Kontakt tritt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kontaktbereich (730) die Oberfläche eine poröse Struktur mit interkonnek- tierenden Poren (2) aufweist und die Porengröße kleiner als 1 μηι ist. A percutaneous implant (1) having an extracorporeal area and an intracorporeal area (600, 700) and a contact area (730) in which skin tissue (10) comes into contact with the implant (1), characterized in that the contact area (730), the surface has a porous structure with interconnecting pores (2) and the pore size is less than 1 μηι.
2. Implantat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (730) eine Calciumphosphatbeschichtung und/oder eine Apatitbeschichtung, insbesondere eine Fluorhydroxil- oder Hydroxylapatitbeschichtung, aufweist. 2. Implant according to claim 1, characterized in that the contact region (730) comprises a calcium phosphate coating and / or an apatite coating, in particular a fluorohydroxil or hydroxyapatite coating.
3. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (730) zelladhäsionsfördernde Zusätze aus Alkalimetallen und Erdalkalimetallen enthält, insbesondere Magnesium, Strontium, Natrium und Kalium oder eine Mischung zumindest zweier dieser Elemente. 3. Implant according to claim 1 or 2, characterized in that the contact region (730) celladhäsionsfördernde additives of alkali metals and alkaline earth metals, in particular magnesium, strontium, sodium and potassium or a mixture of at least two of these elements.
4. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (730) antibakterielle Zusätze enthält, insbesondere Silber, Kupfer, Magnesium oder Zink oder deren Salze oder eine Mischung zumindest zweier dieser Elemente oder deren Salze . 4. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that the contact region (730) contains antibacterial additives, in particular silver, copper, magnesium or zinc or salts thereof or a mixture of at least two of these elements or their salts.
5. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße und/oder Porendichte in distaler Richtung abnimmt. 5. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that the pore size and / or pore density decreases in the distal direction.
6. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte intrakorporale Bereich (600, 700) eine Oberfläche wie der Kontaktbereich (730) aufweist. 6. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that the entire intracorporeal region (600, 700) has a surface such as the contact region (730).
7. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Implantat (1) im intrakorporalen Bereich (600, 700) zumindest ein Weichgewebeanker (73) angeordnet ist. 7. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that on the implant (1) in the intracorporeal region (600, 700) at least one soft tissue anchor (73) is arranged.
8. Implantat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Weichgewebeanker (73) eine Oberfläche mit einer porösen Struktur wie der Kontaktbereich (730) aufweist. 8. Implant according to claim 7, characterized in that the soft tissue anchor (73) has a surface with a porous structure such as the contact area (730).
9. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der intrakorporale Bereich (600, 700) zumindest eine Einrichtung (610) zur Verankerung in einem Knochen (50) aufweist. 9. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that the intracorporeal region (600, 700) has at least one device (610) for anchoring in a bone (50).
10. Implantat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungseinrichtung (610) Formschlusselemente aufweist. 10. Implant according to claim 9, characterized in that the anchoring device (610) has positive locking elements.
11. Implantat nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Verankerungseinrichtung (610) eine Oberfläche mit einer porösen Struktur wie der Kontaktbereich (730) aufweist. 11. Implant according to claim 9 or 10, characterized in that the surface of the anchoring device (610) has a surface with a porous structure such as the contact region (730).
12. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem distalen Ende des extrakorporalen Bereiches (800) Aufnahmeeinrichtungen (810) für Anschlusselemente ausgebildet sind. 12. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that at the distal end of the extracorporeal area (800) receiving means (810) are formed for connection elements.
13. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat (1) aus Titan oder einem Titanwerkstoff als Träger einer Oberflächenbeschichtung hergestellt ist. 13. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that the implant (1) is made of titanium or a titanium material as a carrier of a surface coating.
14. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im intrakorporalen Bereich (600, 700) eine Mikrostruktur (3) ausgebildet ist, die zwischen 2 μηι und 100 μπι tief ist. 14. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that in the intracorporeal region (600, 700), a microstructure (3) is formed, which is between 2 μηι μπι and 100 deep.
15. Implantat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Mikrostruktur (3) in distaler Richtung abnimmt. 15. Implant according to claim 14, characterized in that the depth of the microstructure (3) decreases in the distal direction.
16. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (730) und der intrakorporale Bereich (600, 700) mit ei- ner resorbierbaren Deckschicht aus keramischen, polymeren, biopolymeren oder metallischen Materialien beschichtet ist. 16. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that the contact region (730) and the intracorporeal region (600, 700) are connected to a ner absorbable cover layer of ceramic, polymeric, biopolymeric or metallic materials is coated.
17. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (730) und der intrakorporale Bereich (600, 700) physikalisch oder chemisch funktionalisiert und/oder mit Wachstumsfaktoren oder Proteinen beschichtet ist. 17. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that the contact region (730) and the intracorporeal region (600, 700) is physically or chemically functionalized and / or coated with growth factors or proteins.
18. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Struktur mit wundheilenden oder antibakteriellen Wirkstoffen versehen ist. 18. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that the porous structure is provided with wound-healing or antibacterial agents.
19. Verfahren zum Herstellen eines Implantates nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Kontaktbereich (730) ein Träger aus Titan oder deren Legierungen geätzt und die Trägeroberfläche mit Calciumphosphat beschichtet und hydrothermal in ein Apatit umgewandelt und anschließend thermisch behandelt wird. 19. A method for producing an implant according to one of the preceding claims, characterized in that etched at least in the contact region (730) a support of titanium or their alloys and the support surface is coated with calcium phosphate and hydrothermally converted into an apatite and then thermally treated.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine basische Ätzung, insbesondere eine NaOH-Ätzung durchgeführt wird. 20. The method according to claim 19, characterized in that a basic etching, in particular a NaOH etching is carried out.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die geätzte Oberfläche elektrochemisch mit der Calciumphosphatschicht beschichtet, die anschließend in einer Lauge hydrothermal in eine Apatitschicht mit nanoporö- sen, interkonnektierenden Poren umgewandelt wird. 21. The method according to claim 19 or 20, characterized in that the etched surface electrochemically coated with the calcium phosphate layer, which is then hydrothermally converted in an alkali into an apatite layer with nanoporous, interconnecting pores.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (730) und/oder der intrakorporale Bereich (600, 700) vor dem Ätzen und Beschichten mikrostrukturiert wird. 22. The method according to any one of claims 19 to 21, characterized in that the contact region (730) and / or the intracorporeal region (600, 700) is microstructured prior to etching and coating.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung bei Temperaturen oberhalb von 600°C, insbesondere bei 650°C durchgeführt wird. 23. The method according to any one of claims 19 to 22, characterized in that the thermal treatment at temperatures above 600 ° C, in particular at 650 ° C is performed.
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