DE3525731A1 - Verfahren zur herstellung eines nicht toxischen kunststoff-schaum-koerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines nicht toxischen Kunststoff-Schaum-Körpers.

Solche Körper finden in der Medizin als Implantate, z. B. als Luftröhren oder Gefäßprothesen, Anwendung.

Die Herstellung dieser Körper bereitet gewisse Schwierigkeiten:

Zwar werden seit langem in großem Umfang Kunststoffschäume er­ zeugt. So kann man beispielsweise Polyurethan dadurch verschäu­ men, daß man eine CO₂-Bildung bewirkt. Diese Schäume sind aber physiologisch bedenklich.

Ein anderes bekanntes Verfahren, das zu nicht toxischen Schäu­ men führt, besteht darin, daß der Kunststoff auf einen Körper aufgespritzt wird derart, daß er im Fluge teilweise trocknet, so daß sich auf dem Körper Kunststoffäden und -partikel unter Bildung von Hohlräumen zwischen den Fäden und Partikeln auf­ einanderlegen. Die Hohlräume sind in ihrer Form völlig unre­ gelmäßig und zu einem großen Teil offen. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig. Ferner ist der Schaumkörper in seiner Struk­ tur wenig variierbar und daher nur begrenzt einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingans erwähnte Verfahren derart zu gestalten, daß es einfacher und billiger als das bekannte ist und ferner zu Schaumkörpern führt, die bezüg­ lich ihrer Struktur variierbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kunststoff, mit einem Lösungsmittel eine viskose, also zäh­ flüssige Lösung bildend, in die gewünschte Form gebracht und einem mit dem Lösungsmittel homogen mischbaren Fällbad ausge­ setzt wird, d. h. insbesondere in dieses eingetaucht wird.

Die hierbei entstehenden Schäume weisen Poren auf, die weitge­ hend sphärisch sind und völlig geschlossen sind.

Wird die viskose Lösung dem Fällmittel ausgesetzt, dann bildet sich zunächst eine Haut im Bereich der Grenzfläche zwischen der Kunststofflösung und dem Fällmittel. Durch diese findet ein Austausch zwischen dem Lösungsmittel und dem Fällmittel statt, was ein Anwachsen der Haut in das Innere des Kunststoff­ körpers zur Folge hat. Die auf diese Weise wachsende Schicht ist porig. Diesen Vorgang läßt man so lange ablaufen, bis das Lösungsmittel abdiffundiert ist und der Kunststoff sich voll­ ständig zu einem Körper mit geschlossenen bzw. weitgehend ge­ schlossenen Poren verfestigt hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist wesentlich einfacher und billiger durchführbar als das bekannte. Hinzu kommt, daß man die Größe der Poren, die Abhängigkeit der Porengröße von ihrem Ab­ stand von der Oberfläche des Schaumkörpers, die Dicke der Poren­ wände und die Elastizität des Schaumkörpers durch Variation der verschiedenen Parameter leicht variieren kann. Außerdem kann man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dem Schaumkörper weit mehr unterschiedliche Formen verleihen als mit dem bekann­ ten Verfahren. Weiterhin läßt sich der erfindungsgemäß herge­ stellte Schaumkörper leichter und haltbarer nähen als ein sol­ cher, der nach dem bekannten Verfahren geschaffen worden ist. Sodann ist es möglich, die Poren insbesondere der äußeren Schicht geschlossen zu lassen oder sie auf mechanischem und/oder che­ mischem Wege zu öffnen. Im ersteren Falle kann der Körper als Wirkstoffreservoir dienen. Im zweiten Fall kann er wie die bekannten Körper als Implantat Verwendung finden. (Die offenen Poren ermöglichen es dem Gewebe, in die Poren hinein zu wachsen.) Natürlich kann er in diesem Fall zusätzlich auch als Wirkstoff­ reservoir dienen.

Der Porendurchmesser der erfindungsgemäßen Schaumkörper liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 50-500 µm.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß zur Schaffung von zusätzli­ chen Mikroporen die viskose Lösung mit kleinsten Partikeln aus einer unlöslichen Substanz versetzt wird, die nach der Fällung durch einen Extraktionsprozeß (bei dem die Substanz zunächst gelöst wird) herausgeholt werden. Auf diese Weise ist es möglich, Poren in der Größenordnung von 5-10 µm zu schaffen.

Andererseits ist es auch unter Umständen sinnvoll, daß die viskose Lösung mit einer Substanz versetzt wird, die sich in der viskosen Lösung löst und im Fällbad löst oder nicht löst und nach der Fällung gegebenenfalls durch einen Extraktions­ prozeß herausgeholt wird. Auf diese Weise können zusätzliche Poren von der Größe im molekularen Bereich geschaffen werden.

Außerdem wird vorgeschlagen, daß ein solcher Kunststoff ver­ wendet wird, der vom menschlichen oder tierischen Körper nicht resorbiert wird. Ein Luft- oder Speiseröhrenstück aus diesem Kunststoff wird dann vom Körper nach gewisser Zeit ausgeschie­ den, sei es, daß er ausgebrochen wird oder in den Magen gelangt.

Der Kunststoff kann aber auch durch den menschlichen Körper schadlos resorbiert werden, wobei die Resorptionsgeschwindig­ keit auf den Heilungsprozeß abgestimmt wird.

Beispiele

Ein Stab aus Teflon, Glas oder Metall wird langsam in eine hochviskose Polyurethanlösung getaucht (z. B. 15% Polyurethan in Dimethylformamid, η = 10⁵ mPas) und langsam wieder heraus­ gezogen, wobei die Polyurethanlösung durch Drehen des Stabes gleichmäßig auf diesem verteilt wird. Sofort anschließend wird das Ganze in ein Fällbad (z. B. Wasser mit einem Detergenz, 0-10°C) getaucht und 20 Stunden ruhend daringelassen, wobei sich das Fällbad langsam auf Zimmertemperatur erwärmt. Das Polymere wird dabei unter Porenbildung ausgefällt. Dann wird der Schaumkörper mehrere Stunden in fließendem Wasser lösungs­ mittelfrei gewaschen. Anschließend wird die Prothese bei 60°C im Umlufttrockenschrank oder im Vakuum getrocknet.

Zur Schaffung eines Schaumkörpers mit offenen Poren wird die Prothese mit der Form in eine Drehbank eingespannt, und die Poren werden mittels eines scharfen Messers aufgeschnitten.

Um den Schaumstoffschlauch bequem von der Form abziehen zu können, wird er in ein Quellbad getaucht (z. B. Chloroform/Tetra­ kohlenstoff 1 : 4). Dann wird die Prothese vorsichtig abgezogen und anschließend getrocknet.

Das Implantat kann mit Äthylenoxyd sterilisiert werden. Es sollte vor einer Implantation ca. 10 Tage bei etwa 50°C im Vakuum ausgasen. Unmittelbar vor der Implantation sollte das Implantat 1-2 Stunden in steriler physiologischer Kochsalz­ lösung lagern, wodurch das Material wieder weich und geschmei­ dig wird. Die Prothese wird erst vor dem Einnähen auf die ge­ wünschten Abmessungen zugeschnitten.

Vor dem Aufbringen der porösen Polyurethanschicht wird der Formkörper in eine 10%ige Polyurethanlösung in Dimethylform­ amid (Viskosität ca. 8.000-10.000 mPas) getaucht. Die Be­ schichtung wird bei ca. 60°C getrocknet. Die getrocknete (nicht poröse) Schicht hat eine Schichtdicke von ca. 30-50 µm. Diese Schicht dient als Infektionssperre. Nach dem Abkühlen verfährt man wie beschrieben.

Zur Verstärkung wird nach dem Aufbringen der nicht porösen Schicht auf diese eine Lage aus Dacrongaze aufgeklebt. Ebenso eignet sich das spiralförmige Aufziehen eines Fadens aus Poly­ amid, der zuvor durch thermische Verformung (10 Minuten bei 170°C) in die Form der Prothese gebracht wird. Dann wird wie bereits beschrieben die Schaumstoffschicht erzeugt.

Zur Schaffung einer spiralförmigen Wulst auf dem Schaumschlauch wird dieser, nachdem er getrocknet worden ist, mit dem Stab in eine Drehbank eingespannt und langsam gedreht. Aus einer Spritze wird auf ihn eine hochviskose Polyurethanlösung spiral­ förmig aufgetragen (Windungsabstand ca. 1 cm). Zur Haftung des spiralförmigen Wulstes auf dem Schlauchkörper gewährt man dem Ganzen eine Trocknungszeit von 20-30 Minuten bei Zimmertem­ peratur. Dann wird die Prothese erneut in das Fällbad getaucht. Auf diese Weise wird auch die Wulst porenförmig.

Um der Gefahr einer Infektion gerade während der ersten Zeit nach der Implantation zu begegnen wird die Prothese mit einer verdünnten Lösung eines Antibiotikums getränkt (z. B. 2 ml Re­ fobazin oder Gentamyzin 40,0 mg in 40 ml physiologischer Koch­ salzlösung). Das Imprägnieren mit dem Antibiotikum sollte auf sterile Weise an der bereits sterilisierten und entgasten Pro­ these vorgenommen werden, da das Sterilisationsverfahren die antibiotische Wirkung herabsetzen würde. Die Prothese wird zu diesem Zweck in einem druckfesten Glasgefäß zusammen mit der Antibiotika-Lösung evakuiert, bis keine Gasblasen mehr aufstei­ gen. Dann belüftet man das Gefäß langsam mit steriler Luft. Un­ ter Umständen wiederholt man diesen Vorgang ein bis zwei weite­ re Male.

Soll ein Implantat aus resorbierbarem Kunststoff geschaffen werden, bestehen verschiedene Möglichkeiten des Abbaus des Kunst­ stoffes: Es kann ein hydrolytischer oder ein oxidativer Spal­ tungsprozeß erfolgen. Wichtig ist, daß die Molekülfragmente physiologisch unbedenklich sind. Zweckmäßig ist es, wenn der Abbau nicht vor zwei Monaten erfolgt.

Die Wandstärke der Prothesen kann durch die Konzentration (Viskosität) der Polymerlösung variiert werden.

Die Größe der Poren läßt sich innerhalb gewisser Grenzen durch Variation des Herstellungsverfahrens einstellen:

• a) Warmes Wasser als Fällmittel (ca. 60°C) verkleinert die Poren,
• b) Fällen bei Rotation, insbesondere bei lang­ samer Rotation der Form führt zu kleineren Poren an der Außenseite der Prothese,
• c) Andere Fällmittel als Wasser (z. B. Alkohole) vergrößern die Diffusionsgeschwindigkeit des Lösungsmittels; die Folge ist kleinere Poren und größere Wandstärken der Poren,
• d) Durch Suspension fein zerkleinerter, im Lö­ sungsmittel des Polymeren unlöslicher Substan­ zen (z. B. Soda oder Kaliumkarbonat) und an­ schließende Extraktion dieser Substanzen (z. B. Behandlung mit alkoholischer Salzsäure) werden Mikroporen erzeugt. Die Porengröße richtet sich nach der Größe der Partikel.

Die erfindungsgemäßen Implantate können als Speiseröhren, Luft­ röhren, Gefäßprothesen, künstliche Haut, permanente Hautdurch­ leitungen, Reparaturpatches, Drug-Release-Systeme usw. Verwen­ dung finden. Das sind elastische Implantate. Es ist aber auch möglich, durch Wahl der Komponenten, einen anschließenden Här­ tungsprozeß oder Erhöhung der Konzentration des Kunststoffes im Lösungsmittel einen harten bzw. teilelastischen Schaum zu schaffen.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung eines nicht toxischen Kunststoff- Schaum-Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff, mit einem Lösungsmittel eine viskose Lösung bil­ dend, in die gewünschte Form gebracht und einem mit dem Lösungs­ mittel homogen mischbaren Fällbad ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Schaffung eines Schlauches ein Stab in die viskose Lösung getaucht und dann der Stab mit der ihn umgeben­ den viskosen Lösung in das Fällbad getaucht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schaumkörper lösungsmittelfrei und ge­ gebenenfalls fällmittelfrei gewaschen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schaumkörper getrocknet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Poren im Bereich einer Fläche auf mechanischem und/oder chemischem Wege geöffnet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Poren insbesondere bei drehender Bewegung des Schaumkörpers durch Anritzen mittels einer Drahtbürste, Schmir­ gelpapier, einer Messerklinge od. dgl. geöffnet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Poren durch Bestreichen mit einem Lösungsmittel geöffnet werden, wonach vorzugsweise der Schaumkörper sofort wieder in ein Fällbad getaucht wird, um die weitere Lösung zu unterbinden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Abziehen des Kunststoffkörpers von einer Form, vorzugsweise einer solchen mit Unebenheiten, der Schaumkörper in ein Quellbad getaucht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zuvor auf die Form eine dünne Schicht aus nicht porösem Kunststoff aufgetragen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kunststoffkörper durch Lagen in oder auf die dünne Schicht verstärkt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß auf die dünne Schicht ein Netz aus Fäden oder bei röhrenförmiger Ausbildung des Kunststoffkörpers ein Faden spi­ ralförmig aufgelegt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Schaffung von Mikroporen die viskose Lösung mit kleinsten Partikeln aus einer unlöslichen Substanz versetzt wird, die nach der Fällung durch einen Ex­ traktionsprozeß herausgeholt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Schaffung von Mikroporen die viskose Lösung mit einer Substanz versetzt wird, die sich in der viskosen Lösung löst und im Fällbad löst oder nicht löst und nach der Fällung gegebenenfalls durch einen Extraktionspro­ zeß herausgeholt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein solcher Kunststoff verwendet wird, der vom menschlichen oder tierischen Körper nicht re­ sorbiert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein solcher Kunststoff verwendet wird, der vom menschlichen Körper schadlos resorbiert wird, wo­ bei die Resorptionsgeschwindigkeit auf den Heilungsprozeß ab­ gestimmt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schaumstoffkörper mit einem Wirkstoff getränkt wird, vorzugsweise durch intermittierendes Evakuieren der Wirkstofflösung, in der der Körper liegt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Kunststoff Polyurethan und als Fällmittel vorzugsweise Wasser, vorzugsweise versetzt mit einem Detergenz, verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Temperatur des Wassers zu Beginn des Fällungs­ prozesses 0-10° C beträgt und daß der Kunststoffkörper in dem Fällbad ca. 20 Stunden verbleibt.

19. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Verwendung von Polyurethan auf die Form eine Lösung aus Polyurethan in Dimethylformamid (z.B. 10%ige Kon­ zentration, Viskosität 8.000-10.000 mPas) aufgebracht wird und daß die Schicht vorzugsweise bei 60°C getrocknet wird.