EP1434607A1

EP1434607A1 - Osteophile implantate

Info

Publication number: EP1434607A1
Application number: EP02764480A
Authority: EP
Inventors: Alain J. Denzer; James P. Simpson
Original assignee: Straumann Holding AG
Current assignee: Straumann Holding AG
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-07-07
Also published as: US20040210309A1; WO2003030957A1; JP2005505352A; AU2002328762B2; CN100366300C; CN1568200A; HK1071526A1

Abstract

Osteophiles Implantat mit einer aufgerauhten hydroxilierten und hydrophilen Oberfläche, welches aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und geeignet ist für die Implantation in Knochen, wobei das Implantat dadurch gekennzeichnet ist, dass. es im hydroxilierten Zustand mit hochenergetischer ultravioletter Strahlung behandelt wird.

Description

Osteophile Implantate

Die vorliegende Erfindung betrifft osteophile Implantate, welche zum Einsetzen in Knochen dienen und welche erheblich verbesserte Osteointegrationseigenschaften aufweisen, sowie Verfahren zu deren Herstellung.

Implantate, welche zum Einsetzen in Knochen dienen, wie beispielsweise Hüft- oder Kniegelenkprothesen oder in den Kiefer einzuschraubenden Stifte für den Aufbau künstlicher Zähne, sind an sich bekannt. Solche Implantate bestehen vorzugsweise aus Titan oder Titanbasislegierungen, wie z.B. Titan/Zirkon legierun- gen, wobei diese zusätzlich Niob, Tantal oder andere gewebeverträgliche metallische Zusätze enthalten können. Eine zentrale Eigenschaft solcher Implantate ist deren Osteointegrationszeit , das heisst die Zeit, die vergeht, bis sich die Knochensubstanz in genügender Stärke und dauerhaft mit der Implantatoberfläche verbunden, das heisst integriert, hat.

Wie fest das Implantat im Knochen verankert ist, kann mit mechanischen Messungen festgestellt werden, nämlich durch Messung der Kraft, sei es als Zug, Druck, Scherung oder Drehmoment, welche nötig sind, um das im Knochen verankerte Implantat aus seiner Verankerung herauszuziehen oder herauszudrehen, d.h. einen Adhäsionsbruch zwischen der Oberfläche des Implantats und der mit dieser verbundenen Knochensubstanz herbeizuführen. Solche Messmethoden sind an sich bekannt und beispielsweise in Brunski, Clinical Materials, Vol. 10, 1992, pp . 153-201, beschrieben. Messungen haben gezeigt, dass sich Titan- Implantate mit glatter Oberflächenstruktur nur ungenügend im Knochen verankern, während Implantate mit aufgerauhter Oberfläche einen bezüglich der Zugfestigkeit merklich verbesserten Knochen- Implantat -Verbund ergeben. Entsprechend wird gemäss EP 0 388 576 auf der Implantatoberfläche in einem ersten Schritt mittels Sandstrahlen eine Makrorauhigkeit angebracht und diese anschliessend mittels Behandlung in einem Säurebad mit einer Mikrorauhigkeit überlagert. Die Implantatoberfläche wird beispielsweise mittels Sandstrahlen aufgerauht und anschliessend mit einem Aetzmittel, z.B. mit Fluorwasserstoffsäure oder einem Chlorwasserstoffsäure/Schwefelsäuregemisch, behandelt. Die derart mit einer definierten Rauhigkeit versehene Oberfläche wird dann mit Wasser und Lösungsmitteln gewaschen und einer Sterilisationsbehandlung unterzogen.

Der chemische Zustand von Oberflächen, wie z.B. aus Titan oder Titanbasislegierungen ist komplex. Es wird davon ausgegangen, dass die Oberfläche von Titanmetall in Luft und Wasser spontan oxydiert und dass dann an der Oberfläche, das heisst in der äu- ssersten Atomschicht, eine Reaktion mit Wasser abläuft, wobei Hydroxylgruppen gebildet werden. Diese, Hydroxylgruppen enthaltende, Oberfläche wird in der Literatur als " hydroxylierte" Oberfläche bezeichnet. Siehe H.P. Boeh , Acidic and Basic Prop- erties of Hydroxylated Metal Oxide Surfaces, Discussions Faraday Society, Vol. 52, 1971, pp . 264-275. Eine hydroxylierte Oberfläche kann aber nur dann ihre volle Wirkung entfalten, wenn sie sich im „hydrophilen" Zustand befindet, das heisst, wenn sie nicht mit leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffen und anderen Verbindungen, wie beispielsweise Schwefeldioxid oder Stickstoffmonoxid, welche in der Luft vorhanden sind, überdeckt ist. Auch andere Verunreinigungen können in jeder Stufe des Herstellungsverfahrens auf die Implantatoberfläche gelangen, beispielsweise im Reinigungsverfahren, wenn das Implantat mit organischen Lösungsmitteln, wie Methanol oder Aceton, behandelt wird. Eine hydroxylierte und hydrophile Oberfläche, z.B. von Titan oder einer Ti- tanlegierung weist biologisch wirksame Eigenschaften auf bzw. kann als biologisch aktiv bezeichnet werden. Eine hydroxylierte und hydrophile Implantatoberfläche wächst erheblich schneller mit der Knochensubstanz zu einem starken Verbund zusammen als eine gleiche hydroxylierte jedoch nicht-hydrophile Oberfläche. Die Herstellung einer hydroxylierten und gleichzeitig hydrophilen Implantatoberfläche ist in WO 0044305 (PCT/EP00/00619) beschrieben.

Eine kontaminationsfreie, hydroxylierte Oberfläche verfügt über eine hohe Oberflächenenergie, was dazu führt, dass leicht flüchtige Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen, die in ungereinigter Luft vorkommen, rasch adsorbiert werden. Anfänglich bilden z.B. die adsorbierten Kohlenwasserstoffe auf der hydroxylierten Oberfläche eine monomolekulare Schicht (Monolayer) , wobei der hydrophile Charakter der Oberfläche verloren geht. Je länger das Implantat jedoch der Luft ausgesetzt wird, um so dik- ker wird die Kontaminationsschicht. Eine saubere hydroxylierte Oberfläche aus Titan ist hydrophil und weist bei der Benetzung mit Wasser einen Kontaktwinkel von weniger als 50° auf, während eine kontaminierte hydroxylierte Oberfläche einen Kontaktwinkel von über 70° aufweist und als hydrophob bezeichnet wird. Zwar gelingt es, die hydroxylierte und hydrophile Oberfläche, und damit auch deren biologische Aktivität, weitgehend unverändert zu erhalten, wenn man diese Oberfläche derart in einer Umhüllung verschliesst, dass ein Kontakt der Oberfläche mit Verbindungen, welche den hydrophilen Charakter der Implantatoberfläche beeinträchtigen können, verhindert wird. Wird aber die Umhüllung aufgebrochen, was kurz vor der Implantation notwendig ist, so lässt sich ein Kontakt der Implantatoberfläche mit der atmosphärischen Aussenluft und somit eine Verminderung des hydrophilen Charakters der Implantatoberfläche, nicht verhindern. Es besteht daher das Bedürfnis, die hydroxylierte und hydrophile Implantat- Oberfläche derart herzustellen oder zu behandeln, dass deren hydrophiler Charakter auch im Kontakt mit der atmosphärischen Au- ssenluft über eine verlängerte Zeitspanne weitgehend erhalten bleibt.

Es wurde nun gefunden, dass eine hydroxylierte jedoch kontaminierte, das heisst mit Verunreinigungen belegte hydrophobe, Implantatoberfläche einen hydrophilen Charakter erhält, wenn man diese Oberfläche mit hochenergetischer ultravioletter Strahlung (UV-Strahlen) behandelt. Überraschenderweise ist die derart erhaltene hydroxylierte und _^hydrophile Oberfläche gegen die Belegung durch Fremdstoffe der atmosphärichen Aussenluft deutlich unempfindlicher als eine hydroxylierte und hydrophile Implantatoberfläche, welche beispielsweise mittels Säureätzung erhalten wurde. Ebenso wurde gefunden, dass die Stabilität des hydrophilen Charakters einer mit Säureätzung erhalten hydroxylierten und hydrophilen Implantatoberfläche deutlich zunimmt, wenn man diese im hydrophilen Zustand mit hochenergetischer ultravioletter Strahlung behandelt. Ein weiterer Vorteil dieser Behandlung besteht darin, dass auf eine zusätzliche Sterilisation der Implantate verzichtet werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist in den Patentansprüchen definiert. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein osteophiles Implantat mit einer insbesondere aufgerauhten, hydroxylierten und hydrophilen Oberfläche, wobei dieses Implantat vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und geeignet ist für die Implantation in Knochen, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat im hydroxylierten Zustand mit hochenergetischer ultravioletter Strahlung behandelt wurde. Es sind aber auch andere Materialien, z.B. andere Metalle und Keramiken denkbar. Der Ausdruck „Implantat im hydroxylierten Zustand" bezeichnet sowohl ein Implantat, welches mit hydroxylierter Oberfläche hergestellt wurde, deren Oberfläche aber einen hydrophoben Charakter aufweist, als auch ein Implantat mit hydroxylierter und hydrophiler Oberfläche. Das erfindungsgemäss Implantat zeigt eine deutlich erhöhte Stabilität gegen den Verlust des hydrophilen Charakters und somit verbesserte Osteointegrationseigenschaften.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung eines osteophilen Implantats mit einer insbesondere aufgerauhten, hydroxylierten und hydrophilen Oberfläche, wobei dieses Implantat vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und geeignet ist für die Implantation in Knochen, dadurch gekennzeichnet, dass man das Implantat im hydroxylierten Zustand mit hochenergetischer ultravioletter Strahlung behandelt.

Vorzugsweise bestehen die erfindungsgemässen Implantate aus einer Titanlegierung, vorzugsweise aus einer Titan/ Zirkonlegie- rung, wobei diese zusätzlich Niob, Tantal oder andere gewebeverträgliche metallische Zusätze enthalten können. Andere geeignete Materialien können im Rahmen der Erfindung ebenfalls eingesetzt werden. Diese Implantate dienen vorzugsweise als Hüft- oder Kniegelenkprothesen oder als in den Kiefer einzuschraubende Stifte für den Aufbau künstlicher Zähne. Solche Implantate, deren Beschaffenheit und die für deren Herstellung verwendeten metallischen Materialien sind an sich bekannt und beispielsweise in J. Black, G. Hastings, Handbook of Biomaterials Properties, Seiten 135-200, Verlag Chapman & Hall, London, 1998, beschrieben.

Die strukturelle und funktioneile Verankerung, z.B. eines Zahnimplantats, im Knochen wird in der Regel durch Anbringen einer Makrorauhigkeit, wie eines Schraubengewindes oder von Vertie- fungen in der Oberfläche und/oder gegebenenfalls einer zusätzlichen Mikrorauhigkeit, erreicht, wobei die Mikrorauhigkeit entweder in einem additiven Prozess mittels Plasmatechnik, oder in einem subtraktiven Prozess durch chemische Ätzung auf der Oberfläche angebracht wird. Das Anbringen einer Makrorauhigkeit, wie eines Schraubengewindes oder von Vertiefungen in der Oberfläche und gegebenenfalls einer zusätzlichen Mikrorauhigkeit ist an sich bekannt. Für die Ausführung der vorliegenden Erfindung, das heisst zur Herstellung eines Implantats, welches mit einer Makrorauhigkeit versehen ist, welcher zusätzlich eine Mikrorauhigkeit überlagert ist, geht man vorzugsweise so vor, wie dies in EP 0 388 576 oder in WO 0044305 (PCT/EP00/00619) beschrieben ist . Das derart erhaltene Implantat kann dann erfin- dungsgemäss mit hochenergetischer ultravioletter Strahlung behandelt werden.

Vorzugsweise hat die erfindungsgemässe Implantatoberfläche eine Makrorauhigkeit im Bereich von 5μm bis lOOμm (jeweils peak to Valley) , insbesondere im Bereich von 20μm bis 40μm und eine überlagerte Mikrorauhigkeit im Bereich von 0.5μm bis 20μm, insbesondere im Bereich von 0.5μm bis lOμm, insbesondere etwa 2μm.

Diese zwei sich überlagernden Rauhigkeiten können in zwei sich folgenden Stufen hergestellt werden. Beispielsweise wird die Makrorauhigkeit der Implantatoberfläche durch Sandstrahlen mit Korundkörnern mit einer mittleren Korngrösse im Bereich von 0.25-0.5mm erzeugt wobei anschliessend kann die Mikrorauhigkeit durch Behandeln mit einem wässerigen Chlorwasserstoffsäure/- Schwefelsäuregemisch im Verhältnis von HC1 : H₂S0 :H₂0 von 2:1:1 bei einer Temperatur im Bereich von 80°C bis etwa 110°C während etwa fünf Minuten, erhalten wird. Nach dem Säurebad werden die oberflächenstrukturierten Titanteile, resp. die Implantate, gründlich mit reinem Wasser neutral gewaschen, gegebenenfalls mit Alkohol, Aceton oder einem anderen organischen Lösungsmittel oder einem Desinfektionsmittel behandelt, und an heisser Luft getrocknet. Die derart erhaltenen Implantate können schliesslich verpackt und gegebenenfalls mit Gamma-Strahlen sterilisiert werden. In diesem Verfahren erhält man eine hydrophile Implantatoberfläche, wenn man nach dem Säurebad die Implantatoberfläche gründlich mit reinem Wasser neutral wäscht und in gegenüber der hydrophilen Oberfläche inerter Atmosphäre trocknet und das Implantat in inerter Atmosphäre aufbewahrt. Bei der Behandlung mit Alkohol, Aceton oder einem anderen organischen Lösungsmittel oder einem Desinfektionsmittel sowie beim Trocknen in heisser atmosphärischer Luft wird eine hydrophobe Implantatoberfläche erhalten.

Das zum Waschen verwendete "reine" Wasser ist vorzugsweise mehrfach destilliertes oder via inverser Osmose hergestelltes Wasser, welches vorzugsweise in inerter Atmosphäre, das heisst z.B. unter erniedrigtem Druck, in Stickstoff- oder Edelgasatmosphäre, hergestellt wurde. Im weiteren hat das reine Wasser einen elektrischen Widerstand von mindestens 2 Moh cm (elektrischer Widerstand >2 Mohm cm) und einen Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff (total organic carbon, TOC) von höchstens 10 ppb (<10 ppb) .

Erfindungsgemäss wird das Implantat im hydroxylierten Zustand mit hochenergetischer ultravioletter Strahlung behandelt. Die hoch energetische ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) bewirkt, dass die Implantatoberfläche hydrophil wird und die sich auf der Oberfläche befindenden Verunreinigungen entfernt werden. Als hochenergetische UV-Strahlung verwendet man erfindungsgemäss UV-Strahlen mit einer Wellenlänge im Bereich von 150nm bis 300nm, vorzugsweise im Bereich von 170nm bis 260nm und insbesondere UV-Strahlen im Bereich des Absorptionsmaximums von Sauer- Stoff, das heisst mit einer Wellenlänge von etwa 184.9nm sowie im Bereich des Absorptionsmaximums von Ozon, das heisst mit einer Wellenlänge von etwa 253.7nm. Wellenlängen in diesem Bereich fördern die gleichzeitige Bildung bzw. Zerfall von Ozon und sind in der Lage, energiereiche chemische Bindungen, wie zum Beispiel die äthylenische Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung aufzubrechen. Wellenlängen in den genannten Bereichen werden von sogenannten Xenon-Strahlern erzeugt, welche kommerziell erhältlich sind.

Da die Intensität der Strahlung mit dem Abstand zur UV-Quelle exponentiell abnimmt, ist es von Vorteil, dass der Abstand der zu behandelnden Implantatoberfläche zur UV-Quelle gering, beispielsweise im Bereich von etwa 1 mm, gehalten wird. Die Dauer der UV-Behandlung richtet sich nach Art und Dicke der Kontaminationsschicht und kann vom Fachmann ohne weiteres bestimmt bzw. optimiert werden. Im allgemeinen liegt die Bestrahlungsdauer im Bereich von 1 Minute bis 15 Minuten. In der Regel wird bei der erfindungsgemässen Behandlung einer hydrophilen (und somit bereits relativ reinen) Oberfläche auch eine reineres Produkt erhalten im Vergleich mit der Behandlung einer kontaminierten Oberfläche.

Zur Analyse der mit UV-Strahlen behandelten Implantatoberflächen benutzt man mit Vorteil XPS (X-ray excited Photoelectron Spec- troscopy) oder Auger Elektronen Spektroskopie (AES) . Eine Implantatoberfläche, wie sie z.B. direkt nach der Säureätzung anfällt und hydroxyliert und hydrophil ist, hat einen Benetzungs- winkel mit Wasser von weniger als 50° (<50°) bei Vordringen des Wassertropfens im Kontakt mit der Oberfläche, respektive von weniger als 20° (<20°) im Falle des sich zurückbildenden Tropfens, und weist eine bemerkenswerte biologische Aktivität auf. Dasselbe gilt für eine mit UV-Strahlen behandelte Implantatoberflä- chen, deren hydrophiler Charakter aber im Kontakt mit der atmosphärischen Aussenluft erfindungsgemäss über eine verlängerte Zeitspanne erhalten bleibt.

Industriell hergestellte Oberflächen von Titan und Titanlegierungen für die Bearbeitung in Laboratorien und Kliniken weisen in der Regel Verunreinigungen auf, welche im wesentlichen aus KohlenstoffVerbindungen und Spuren von Stickstoff, Kalzium, Schwefel, Phosphor und Silizium bestehen. Diese Verunreinigungen konzentrieren sich in der äussersten Metalloxidschicht. Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäss erhaltene hydroxylierte und hydrophile Implantatoberfläche höchstens 20 Atom-% Kohlenstoff, gemessen mit spektroskopischen Methoden, wie XPS oder AES oder anderen an sich bekannten spektroskopischen Methoden.

Anschliessend an die UV-Bestrahlung wird das erhaltene Implantat vorzugsweise in einer mit gegenüber der Implantatoberfläche inerten Gasen befüllten Umhüllung aufbewahrt. Solche inerten Gase, das heisst, Gase, welche den hydrophilen Charakter der Oberfläche bzw. deren biologische Aktivität nicht beeinflussen, sind beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Edelgas, wie z.B. Argon. Die Umhüllung ist vorzugsweise für Gase und Flüssigkeiten undurchlässig. Verbindungen, welche die biologische Aktivität der Implantatoberfläche beeinträchtigen können, sind beispielsweise, wie bereits erwähnt, Methanol, Ethanol , Aceton und verwandte Ketone sowie zahlreiche andere organische Verbindungen, oder Kohlendioxid.

Die Umhüllung kann gegebenenfalls teilweise oder gänzlich mit reinem Wasser, welches gegebenenfalls Zusatzstoffe enthalten kann, befüllt sein, wobei mindestens eine solche Menge Wasser anwesend ist, dass die Feuchthaltung bzw. Benetzung der aufgerauhten Implantatoberfläche gewährleistet ist. Geeignete Zusätze sind beispielsweise einwertige Alkalikationen, wie Na⁺ oder K⁺, mit entsprechenden Anionen in Form anorganischer Salze, wie z.B. Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natrium- oder Ka- liumchlorat, Natrium- oder Kaliumnitrat, Natrium- oder Kaliumphosphat oder ein Gemisch solcher Salze. Ebenso können auch zweiwertige Kationen mit Form von wasserlöslichen anorganischen Salzen zugesetzt werden. Geeignete Kationen sind insbesondere Mg⁺², Ca⁺², Sr⁺² und/oder Mn⁺² in Form der Chloride oder deren Gemische. Geeignete Anionen sind auch Phosphat- und Phosphonatanionen, wobei darunter jeweils auch Monoorthophosphat-Anionen und Diortho- phosphat -Anionen bzw. Monoorthophosphonat-Anionen und Diortho- phosphonat-Anionen zu verstehen sind, in Kombination mit den genannten Kationen.

Bevorzugt sind Kationen und Anionen, welche bereits in der Körperflüssigkeit vorkommen, insbesondere in der jeweiligen physiologischen Konzentration und bei einem physiologischen Säurewert (pH-Wert) im Bereich von vorzugsweise 4 bis 9 und vorzugsweise bei einem Säurewert im Bereich von 6 bis 8. Bevorzugte Kationen sind Na⁺, K⁺, Mg⁺² und Ca⁺². Das bevorzugte Anion ist Cl^". Bevorzugt liegt die Gesamtmenge der genannten Kationen bzw. Anionen jeweils im Bereich von etwa 50 mEq/1 bis 250 mEq/1, vorzugsweise etwa 100 mEq/1 bis 200 mEq/1 und vorzugsweise bei etwa 150 mEq/1. Dabei bedeutet Eq/1 (Formel- ) Equivalentgewicht bzw. Eq/1 entspricht dem Atomgewicht der Formeleinheit geteilt durch die Wertigkeit. mEq/1 bedeutet Milliäquivanlentgewicht pro Liter. Enthält die Umhüllung zweiwertige Kationen, insbesondere Mg⁺², Ca⁺², Sr⁺² und/oder Mn⁺², alleine oder in Kombination mit den erwähnten einwertigen Kationen, so liegt die Gesamtmenge der anwesenden zweiwertigen Kationen vorzugsweise im Bereich von 1 mEq/1 bis 20 mEq/1.

Die gas- und flüssigkeitsdichte Umhüllung ist vorzugsweise eine verschweisste Ampulle aus Glas, Metall, einem synthetischen Po- lymeren oder einem anderen gas- und flüssigkeitsdichten Material oder besteht aus einer Kombination dieser Materialien. Das Metall liegt vorzugsweise als dünne Metallfolie vor, wobei polyme- re Materialien und metallische Folien, aber auch Glas, in an sich bekannter Weise miteinander zu einer geeigneten Verpackung kombiniert werden können.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht jedoch darin, dass auf eine Verpackung des Implantats in einer gas- und flüssigkeitsdichten Umhüllung, wie diese vorgehend beschrieben ist, verzichtet werden kann, wenn das Implantat im Anschluss an die erfindungsgemässe Behandlung mit UV-Strahlen innert einer nützlichen Zeitspanne, beispielsweise innert einer Stunde, implantiert wird. Wie eingangs erwähnt, behält die erfindungs- gemäss behandelte Implantatoberfläche überraschenderweise während dieser Zeit auch im Kontakt mit atmosphärischer Luft ihren hydrophilen Charakter weitgehend unverändert. Geeignete vergleichsweise kompakte UV-Geräte sind heute erhältlich und können in der Arztpraxis ohne weiteres installiert werden. Es genügt deshalb, ein mit einer aufgerauhten jedoch hydrophoben Oberfläche versehenes Implantat, dessen Herstellung vorgehend beschrieben und an sich bekannt ist, staubfrei zu verpacken. Der operierenden Arzt (Zahnchirurg) kann das mit einer hydrophoben Oberfläche versehene Implantat unmittelbar vor der Implantation in dem UV-Gerät erfindungsgemäss mit den UV-Strahlen behandeln, wobei ein keimfreies (sterilisiertes) Implantat mit einer hydroxylierten und hydrophilen Oberfläche erhalten wird. Dieser hydroxylierte und hydrophile Zustand der Implantatoberfläche, und damit auch deren biologische Aktivität, wird somit bis zur Implantation weitgehend erhalten.

Die vorliegende Erfindung betrifft in diesem Sinne auch ein Verfahren zum Implantieren eines osteophilen Implantats mit einer aufgerauhten hydroxylierten und hydrophilen Oberfläche, wobei dieses Implantat aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und geeignet ist für die Implantation in Knochen, dadurch gekennzeichnet, dass man das Implantat im hydroxylierten Zustand mit hochenergetischer ultravioletter Strahlung behandelt und unmittelbar anschliessend an diese Behandlung im Knochen implantiert. Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Eine gängige Form eines Zahnimplantats in Form einer Schraube von 4 mm Durchmesser und 10 mm Länge wurde hergestellt. Die Rohform wurde zerspanend durch Drehen und Fräsen des zylindrischen Rohlings in an sich bekannter Weise erhalten. Die in den Knochen einzusetzende Oberfläche wurde gemäss EP 0 388 576 mit einer Makrorauhigkeit versehen, indem diese mit einem Korn der mittleren Korngrösse 0.25-0.5 mm sandgestrahlt wurde. Anschliessend wurde die aufgerauhte Oberfläche, das heisst die Makrorauhigkeit, mit einem wässerigen Chlorwasserstoffsäure/ Schwefelsäuregemisch mit einem Verhältnis von HC1 : H₂S0₄ :H₂0 von 2:1:1 bei einer Temperatur von 95°C während fünf Minuten behandelt, so dass ein Verhältnis der aufgerauhten Implantatoberfläche zur vergleichbaren polierten Oberfläche von 3.6, gemessen mittels Voltametrie im wässerigen Elektrolyten mit 0.15M NaCl, (entsprechend einem Verhältnis von 3.9, gemessen mit Impedanzspektrometrie im 0.1 molaren Na₂S0₄-Elektrolyten) , erhalten wurde. Das so geformte Implantat wurde mit reinem Wasser sorgfältig neutral gewaschen, anschliessend in atmosphärischer Luft bei 110°C getrocknet und staubfrei in einer Glasampulle verpackt. Mehrere identische Implantate wurden derart hergestellt. Nach 4 Wochen wurden die Ampullen geöffnet.

a) Ein Teil der Implantate wurden unverändert implantiert (Vergleichsversuch) . b) Der andere Teil der Implantate wurde während fünf Minuten in einem Xenon-Strahler der Firma Radium (Lampenwerk Wipperfürth, Deutschland) mit UV-Strahlung mit einem Emissionsmaximum bei 172nm in einem Abstand von 0.1 mm in atmosphärischer Luft behandelt .

Die Proben gemäss Versuch a) [ohne UV-Behandlung] wiesen einen Benetzungswinkel von über 70° (>70°) und einen Gehalt von 20-40 Atom-% Kohlenstoff auf der Oberfläche auf. Die Proben gemäss Versuch b) [nach UV-Behandlung] waren vollständig benetzbar, d.h. sie hatten einen Benetzungswinkel von 0° (Null Grad) und enthielt 8-13 Atom-% Kohlenstoff auf der Oberfläche. Der kohlenstoffarme Zustand der Oberflächen der Proben gemäss Versuch b) blieb über einen Zeitraum von mindestens einem Tag praktisch unverändert .

Die Implantate gemäss den Versuchen a) und b) wurden im Oberkiefer eines Minischweins implantiert. Die Verankerung im Knochen wurde als Lösedrehmoment der im Oberkiefer des Minischweins implantierten Schraube gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

* die Verankerung ist als Lösedrehmoment in Ncm (Durchschnittswerte) angegeben.

Claims

Patentansprüche

1. Osteophiles Implantat mit einer einer hydroxylierten Oberfläche bestehend aus Titan oder einer Titanlegierung, vorzugsweise mit einer rauhen, für die Implantation in Knochen geeigneten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat hydrophil, also im wesentlichen frei von auf der Oberfläche befindlichen Verunreinigungen ist.

2. Osteophiles Implantat mit einer rauhen Oberfläche bestehend aus Titan oder einer Titanlegierung, hergestellt durch ein Herstellungs- und Bereitstellungsverfahren, das ein bis zur Implantation wirksames Oberflächen-Behandlungsverfahren um- fasst, enthaltend die Schritte:

(a) Hydroxylierung der Oberfläche des Implantats und

(b) Behandlung der Oberfläche des Implantats durch ultraviolette Strahlung zur Bereitstellung einer hydrophilen Oberfläche, insbesondere zur Zerstörung und/oder Entfernung organischer Verunreinigungen.

3. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelte Implantatoberfläche einen Gehalt von weniger als 20 Atom-% Kohlenstoff, insbesondere von weniger als 13 Atom-% aufweist.

4. Implantat nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit UV-Strahlung derart behandelt ist, um Hydrophilizität zu erreichen und die Oberfläche von Verunreinigungen zu befreien.

5. Implantate nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus einer Titanlegierung, vorzugsweise aus einer Titan/Zirkonlegierung, besteht, welche gegebenenfalls zusätzlich Niob, Tantal oder andere gewebeverträgliche, insbesondere metallische Zusätze enthält.

6. Implantat nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Hüft- oder Kniegelenkprothese oder ei- nen in den Kiefer einzubringenden Stift für den Aufbau künstlicher Zähne, darstellt.

7. Implantat nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantatoberfläche mit einer Makrorauhigkeit, vorzugsweise einem Schraubengewinde oder mit Vertiefungen in der Oberfläche, und gegebenenfalls zusätzlichen mit einer der Makrorauhigkeit überlagerten Mikrorauhigkeit versehen ist.

8. Implantat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Makrorauhigkeit im Bereich von 5μm bis lOOμm (jeweils peak to Valley) , insbesondere im Bereich von 20μm bis 40μm und die überlagerte Mikrorauhigkeit im Bereich von 0.5μm bis 20μm, insbesondere im Bereich von 0.5μm bis lOμm, insbesondere von etwa 2μm, liegt.

9. Implantat nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass als UV-Strahlen solche mit einer Wellenlänge im Bereich von 150nm bis 300nm, vorzugsweise im Bereich von 170nm bis 260nm, und insbesondere UV-Strahlen mit einer Wellenlänge von etwa 184.9nm und etwa 253.7nm, verwendet wurden.

10. Implantat nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Bestrahlungsdauer von 1 Minute bis 15 Minuten bestrahlt wurde.

11. Implantat nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in einer mit gegenüber der Implantatoberfläche inerten Gasen, vorzugsweise mit Stickstoff, Sauerstoff oder Edelgas, befüllten, für Gase und Flüssigkeiten undurchlässigen, Umhüllung verpackt ist.

12. Implantat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung teilweise oder gänzlich mit reinem Wasser, welches gegebenenfalls Zusatzstoffe enthält, befüllt ist.

13. Implantat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser Alkalikationen, vorzugsweise Na⁺ oder K⁺, mit entsprechenden Anionen in Form anorganischer Salzen, vorzugsweise Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natrium- oder Kaliumchlorat , Natrium- oder Kaliumnitrat, Natrium- oder Kaliumphosphat oder ein Gemisch solcher Salze, oder zweiwertige Kationen mit Form von wassserlöslichen anorganischen Salzen, vorzugsweise Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺ und/oder Mn²⁺, bevorzugt in Form der Chloride, oder wasserlösliche Phosphate und/oder Phosphona- te, enthält.

14. Implantat nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge der Kationen bzw. Anionen jeweils im Bereich von 50 mEq/1 bis 250 mEq/1, vorzugsweise im Bereich von 100 mEq/1 bis 200 mEq/1 und vorzugsweise bei etwa 150 mEq/1, liegt.

15. Implantat nach einem der Ansprüche 11-14, dadurch gekennzeichnet, dass die gas- und flüssigkeitsdichte Umhüllung eine Ampulle aus Glas, Metall, einem synthetischen Polymeren oder einem anderen gas- und flüssigkeitsdichten Material darstellt oder aus einer Kombination dieser Materialien besteht.

16. Osteophiles Implantat nach einem der Ansprüche 1-15 mit einer aufgerauhten hydroxylierten und hydrophilen Oberfläche, wobei dieses Implantat aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat im hydroxylierten Zustand mit hochenergetischer ultravioletter Strahlung behandelt wurde.

17. Verfahren zum Implantieren eines osteophilen Implantats mit einer hydroxylierten und hydrophilen, vorzugsweise mit einer rauhen, für die Implantation in Knochen geeigneten Oberfläche, wobei dieses Implantat aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass man das Implantat im hydroxylierten Zustand mit ultravioletter Strahlung behandelt, wobei als UV-Strahlen solche mit einer Wellenlänge im Bereich von 150nm bis 300nm, vorzugsweise im Bereich von 170nm bis 260nm, und insbesondere UV-Strahlen mit einer Wellenlänge von etwa 184.9nm und etwa 253.7nm, verwendet werden und man das Implantat unmittelbar anschliessend an diese Behandlung im Knochen implantiert.

18. Verfahren zum Implantieren eines osteophilen Implantats mit einer hydroxylierten und hydrophilen, vorzugsweise mit einer rauhen, für die Implantation in Knochen geeigneten Oberfläche, wobei dieses Implantat aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass man das Implantat im hydroxylierten Zustand mit ultravioletter Strahlung behandelt, wobei als UV-Strahlen solche mit einer Wellenlänge im Bereich von 150nm bis 300nm, vorzugsweise im Bereich von 170nm bis 260nm, und insbesondere UV-Strahlen mit einer Wellenlänge von etwa 184.9nm und etwa 253.7nm, verwendet werden und man den derart erzielten, hydrophilen Zustand der Oberfläche durch geeignete Lagerung konserviert, wobei die Implantierung im Knochen zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt.

9. Verwendung eines osteophilen Implantats bestehend aus Titan oder einer Titanlegierung, vorzugsweise mit einer für die Implantation geeigneten rauhen Oberfläche, wobei die Oberfläche hydroxyliert ist und durch eine solche UV-Strahlung, insbesonere eine hochenergetische Bestrahlung derart beaufschlagt wird, dass auf der Oberfläche befindliche organische Verunreinigungen zerstört bzw. unwirksam gemacht werden, zum Implantieren eines Dentalimplantats.