WO2019034207A2 - Method for producing a biocompatible layer on an implant surface - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method for producing a biocompatible layer on an implant surface of an implant consisting of polyetheretherketone. The aim of the invention is to specify a possibility, by which the positive properties of PEEK as an implant material can be improved with regard to growing-in behavior, biocompatibility and resorbability of the coating. According to the invention, said aim is achieved by a method for producing a biocompatible layer on an implant surface of an implant, consisting of polyetheretherketone, in which first the implant surface is provided with hydroxyl groups by the reduction of the keto group with hydroxyl groups or by applying a SiOx coating, then a coupling layer is applied by means of a coupling reagent selected from the substance class of mono-polyisocyanates, whereby a link to the hydroxyl groups of the implant surface is carried out via urethane bonds, and finally a biopolymer layer is applied by means of a modified biopolymer selected from the substance classes of polysaccharides and/or glycosaminoglycans, whereby a link to the coupling layer is carried out via urethane and/or urea bonds. Furthermore, the oligoester methacrylates and the oligoester urethane methacrylates can be cross-linked by means of photoinitiators on the substrate surface.

Description

Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen Schicht auf einer Implantatoberfläche  Method for producing a biocompatible layer on an implant surface

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen Schicht auf einer Implantatoberfläche eines Implantats bestehend aus Polyetheretherketon. The invention relates to a method for producing a biocompatible layer on an implant surface of an implant consisting of polyetheretherketone.

Bei den heute verwendeten Implantaten handelt es sich in den meisten Fällen um Materialien aus Metallen, Metalllegierungen, Kunststoffen, Keramiken sowie Kombinationen derartiger Materialien. Beispielweise werden seit 1995 Bandscheibenprothesen aus Titanlegierungen verwendet. Vor allem für Titanimplantate können sowohl sehr gute Ergebnisse bei der Fusion als auch eine direkte postoperative Stabilität erzielt werden. Histologisch kommt es an der Kontaktstelle von Wirbelkörper und Cage zu einer Kontaktosteogenese mit Anhaften von Osteophyten an der Titanoberfläche. Ein großer Nachteil der Metallimplantate im Vergleich zum natürlichen Knochen ist jedoch ihre relative Härte. Während menschlicher Knochen einen E-Modul von 6-25 kN/mm² aufweist, besitzt Titan einen weitaus höheren E-Modul von 105 kN/mm². Vermutlich kommt es dadurch bei Metallimplantaten häufig zu einer Sinterung des Implantats in die Deck- und Bodenplatte. Ein großes Problem der Metallimplantate ist weiterhin die hohe Röntgendichte, welche durch ausgeprägte Artefakte auf den postoperativen Röntgen-, CT- oder MRT-Aufnahmen eine Kontrolle des Operationsergebnisses und des Heilungsverlaufes erschwert. In diesem Zusammenhang ist der Einsatz von Cages aus Polyetheretherketon (PEEK) relativ neu. PEEK ist ein temperaturbeständiger, thermoplastischer Kunststoff, der eine hohe Beständigkeit gegenüber organischen und anorganischen Einflüssen aufweist. The implants used today are, in most cases, materials made of metals, metal alloys, plastics, ceramics and combinations of such materials. For example, since 1995, disc prostheses made of titanium alloys have been used. Especially for titanium implants, both very good fusion results and direct postoperative stability can be achieved. Histologically, at the contact point of the vertebral body and cage, contact osteogenesis occurs with adhesion of osteophytes to the titanium surface. However, a major disadvantage of metal implants compared to natural bone is their relative hardness. While human bone has an E-modulus of 6-25 kN / mm ² , titanium has a much higher modulus of elasticity of 105 kN / mm ² . Presumably, this often leads to a sintering of the implant in the cover and bottom plate in metal implants. A major problem of metal implants remains the high radiopacity, which makes it difficult to control the surgical outcome and the course of healing by pronounced artifacts on the postoperative X-ray, CT or MRI images. In this context, the use of cages made of polyetheretherketone (PEEK) is relatively new. PEEK is a temperature-resistant, thermoplastic material with high resistance to organic and inorganic influences.

Er zeichnet sich durch einen Elastizitätsmodul aus, welcher dem kortikalen Knochen mit 3,5 kN/mm² sehr ähnlich ist. Ein weiterer Vorteil ist die gute Durchlässigkeit für Röntgenstrahlen, welche die verbesserte postoperative Kontrolle des Implantats gewährleistet. It is characterized by a modulus of elasticity, which is very similar to the cortical bone with 3.5 kN / mm ² . Another advantage is the good X-ray transmittance, which ensures the improved postoperative control of the implant.

Da reine PEEK-Oberflächen biologisch inert sind gegenüber einer stabilen Zelladhäsion, sind in den letzten Jahren eine Reihe von Bestrebungen im Gang, die Bioaktivität der PEEK-Oberfläche adhäsiver für Zellen zu gestalten. Derzeit gibt es in Form von Oberflächenmodifikationen und Kompositherstellung zwei Hauptstrategien um die Bioaktivität von PEEK zu verbessern. Unterschiedliche anorganische Materialien wurden mit unterschiedlichen Methoden auf die PEEK-Oberfläche appliziert. Das meist verwendete anorganische Beschichtungsmaterial ist das Hydroxylapatit, welches das „synthetische Äquivalent" zu dem komplexeren Hydroxylapatit der menschlichen Knochensubstanz darstellt. Zahlreiche In-vivo-Studien zeigen, dass Hydroxylapatit sehr gute Eigenschaften bezüglich der Biokompatibilität und Osteokonduktion besitzt. Das Verhalten und die Eigenschaften der modifizierten PEEK- Oberflächen in vivo und in vitro bezüglich Zelladhäsion, Morphologie, Proliferation, Differenzierung und Knochen-Implantat-Kontakt-Verhältnis verbessert sich in bemerkenswerter Weise mit einer Hydroxylapatit-Beschichtung. Since pure PEEK surfaces are biologically inert to stable cell adhesion, a number of efforts have been made in recent years to make the bioactivity of the PEEK surface more adhesive to cells. Currently there are two main strategies to improve the bioactivity of PEEK in the form of surface modification and composite production. Different inorganic materials were applied to the PEEK surface by different methods. The most commonly used inorganic coating material is hydroxyapatite, which is the "synthetic equivalent" to the more complex hydroxylapatite of human bone. "Numerous in vivo studies show that hydroxyapatite has very good biocompatibility and osteoconduction properties modified PEEK surfaces in vivo and in vitro with respect to cell adhesion, morphology, proliferation, differentiation and bone-implant-contact ratio remarkably improves with a hydroxyapatite coating.

Hydroxylapatit-Beschichtungen werden wegen der bislang ungenügend aufgeklärten biologischen und mechanischen Langzeitstabilität, trotz experimentell belegbarer Vorzüge, in ihrem klinischen Wert kritisch diskutiert. Nach BLOEBAUM et al., die Elemente explantierter Hüftendoprothesen untersuchten, kann die Freisetzung von HA Partikeln aus dem Keramik-Substrat-Verbund zu Fremdkörperreaktionen und Osteolysen und damit zum Versagen der Prothese führen [Bloebaum, R.D.; Beeks, D.; Dorr, L.D.; Savory, CG.; DuPont, J.A.; Hofman, A.A.: Clin Orthop. 1994, 298, 19-26]. Des Weiteren erwiesen sich HA beschichtete Implantate gegenüber reinen Titanimplantaten als anfälliger für die Entwicklung schwerwiegender Entzündungen bei bakterieller Kontamination [Oosterbos, C.J.M.; Vogely, H.C.; Nijhof, M.W.; Fleer, A.; Verbout, A.J.; Tonino, A.J.: J Biomed Mater Res. 2002, 60, 339-342].  Hydroxylapatite coatings are critically discussed in their clinical value due to the previously insufficiently clarified biological and mechanical long-term stability, despite experimentally proven benefits. According to BLOEBAUM et al., Who studied explanted hip endoprosthesis elements, the release of HA particles from the ceramic-substrate composite can lead to foreign body reactions and osteolysis and hence failure of the prosthesis [Bloebaum, R.D .; Beeks, D .; Dorr, L.D .; Savory, CG .; DuPont, J.A .; Hofman, A.A .: Clin Orthop. 1994, 298, 19-26]. Furthermore, HA-coated implants proved to be more susceptible to the development of severe inflammation from bacterial contamination than pure titanium implants [Oosterbos, C.J.M .; Vogely, H.C .; Nijhof, M.W .; Fleer, A .; Verbout, A.J .; Tonino, A.J .: J Biomed Mater Res. 2002, 60, 339-342].

Mit seiner guten Biokompatibilität, Bioaktivität und Osteokonduktivität ist Hydroxylapatit nicht nur ein viel verwendetes Beschichtungsmaterial für PEEK, sondern auch ein bevorzugtes Füllmaterial für PEEK Verbundwerkstoffe. Jedoch fanden Khor et al. heraus, dass durch Sprühtrocknung hergestellte sphärische Partikel in klassischen und μιτι-Hydroxylapatit/PEEK Verbundwerkstoffen aufgrund ihrer geringen Grenzflächenadhäsion aus der PEEK-Matrix herausgelöst werden können. Ermüdungsbrüche von μιτι-Hydroxylapatit/PEEK beginnen mit Fehlern in der Grenzfläche zwischen Matrix und Füllstoff, die Fehlstellen führen zur Entstehung und Ausweitung von Rissen in der Matrix. Breiten sich diese Risse weiter aus, kann dies zum Ermüdungsbruch führen [Noort, R.V.: J. Mater. Sei. 1987, 22, 3801-381 1 ]. With its good biocompatibility, bioactivity and osteoconductivity, hydroxyapatite is not only a much used coating material for PEEK, but also a preferred filler material for PEEK composites. However, Khor et al. out that prepared by spray drying spherical particles in classical and μιτι-hydroxyapatite / PEEK composites can be removed from the PEEK matrix due to their low interfacial adhesion. Fatigue fractures of μιτι-hydroxyapatite / PEEK begin with defects in the interface between matrix and filler, the defects lead to the formation and expansion of cracks in the matrix. If these cracks continue to expand, this can lead to a fatigue break [Noort, R.V .: J. Mater. Be. 1987, 22, 3801-381 1].

Aufgrund der mechanischen und biologischen Eigenschaften sind Titan und Titandioxide als PEEK-Beschichtungsmaterial sehr gut geeignet. Untersuchungen zeigen durchweg positive Ergebnisse bezüglich der signifikanten Erhöhung der Osteoblastenadhäsion und Zellspreitung auf. Eine weitere Methode zur Oberflächenmodifizierung ist die Plasma-Behandlung der PEEK-Oberfläche. Die für gewöhnlich verwendeten Plasmamodifikationen sind O₂- Plasma, NH₄-Plasma, N₂/O₂-Plasma, CH O^PIasma, NH₄/Ar- Plasma, H₂/Ar-Plasma. Beispielhaft behandelten Briem et al. PEEK-Oberflächen mit 2 Plasmaverfahren (Mikrowellenplasma in NhVAr, nachgeschaltetem Mikrowellenplasma in H₂/Ar) und untersuchten die Proliferation und Differenzierung von primären Fibroblasten und Osteoblasten [Briem, D.; Strametz, S.; Schröder K.; Meenen, N.M.; Lehmann, W.; Linhart, W.; Ohl, A.; Rueger, J.M.: J. Mater. Sei. Mater. Med. 2005, 16, 671-677]. Die Ergebnisse zeigten, dass die osteogene Aktivität der Osteoblasten auf der behandelten PEEK-Oberfläche der Aktivität auf dem Gewebekultur-Polystyrolmaterial (TCPS) entspricht und dass die Zellproliferation der Fibroblasten stimuliert oder supprimiert werden konnte. Due to their mechanical and biological properties, titanium and titanium dioxides are very well suited as PEEK coating material. Studies consistently show positive results regarding the significant increase in osteoblast adhesion and cell spreading. Another method for surface modification is the plasma treatment of the PEEK surface. The commonly used plasma modifications are O ₂ plasma, NH ₄ plasma, N ₂ / O ₂ plasma, CH O 1 plasma, NH ₄ / Ar plasma, H ₂ / Ar plasma. By way of example, Briem et al. Two-plasma-phase PEEK surfaces (microwave plasma in NhVAr, followed by microwave plasma in H ₂ / Ar) and investigated the proliferation and differentiation of primary fibroblasts and osteoblasts [Briem, D .; Strametz, S .; Schröder K .; Meen, NM; Lehmann, W .; Linhart, W .; Ohl, A .; Rueger, JM: J. Mater. Be. Mater. Med. 2005, 16, 671-677]. The results showed that the osteogenic activity of the osteoblasts on the treated PEEK surface corresponded to the activity on the tissue culture polystyrene material (TCPS) and that the cell proliferation of the fibroblasts could be stimulated or suppressed.

Allerdings zeigt sich bei diesen Verfahren, dass die Konzentration der funktionellen Gruppen oft nur gering ist und die Aktivierung nicht lange anhält.  However, these methods show that the concentration of functional groups is often low and activation does not last long.

Im Patent WO 2008/142302 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von einem faserverstärktem PEEK-Implantat mit einer Ummantelung aus einem biologisch abbaubaren Polymer beschrieben. Hierbei wird eine ß-TCP-Titandioxidschicht - BIOPIK^® - verwendet. Patent WO 2008/142302 A1 describes a method for the production of a fiber-reinforced PEEK implant with a shell made of a biodegradable polymer. In this case, a ß-TCP titanium dioxide layer - BIOPIK ^® - used.

Im Patent GB 2 496 168 A und im US-Patent US 2009/0276053 A1 werden eine kohlenstoffverstärkte Gelenkhülle aus PEEK sowie eine Stütze des Skelett-Systems dargestellt, welche mit einer Schicht aus Hydroxylapatit überzogen sind.  Patent GB 2 496 168 A and US Patent US 2009/0276053 A1 disclose a PEEK carbon reinforced joint sheath and a skeleton system support which are coated with a layer of hydroxyapatite.

US 2013/0073042 A1 schildert die Verbesserung der hydrophilen Eigenschaften von PEEK- Implantaten durch das Einbringen von Zeolith in die Matrix sowie durch das Beschichten der Implantatoberfläche mit Zeolith. US 2013/0073042 A1 describes the improvement of the hydrophilic properties of PEEK implants by introducing zeolite into the matrix and by coating the implant surface with zeolite.

Das Patent JP 2009-101318 A zeigt auf, wie man die Oberfläche eines PEEK- Implantates mit Phosphorylcholin-Gruppen beschichtet, um den gleichen Effekt der Hydrophilierung zu erreichen.  The patent JP 2009-101318 A shows how the surface of a PEEK implant coated with phosphorylcholine groups to achieve the same effect of hydrophilization.

Die Herstellung von PEEK-Implantaten mit einer Multilayer-Beschichtung aus Kohlenstoff, Stickstoff und Silizium ist in EP 2 526 977 B1 beschrieben. Die Schichten werden unter einer Argonatmosphäre mittels chemischer Dampfabscheidung (Plasma) erzeugt.  The production of PEEK implants with a multilayer coating of carbon, nitrogen and silicon is described in EP 2 526 977 B1. The layers are produced under an argon atmosphere by means of chemical vapor deposition (plasma).

Im Patent WO 2014/060591 A1 wird die Beschichtung von Kunststoffen (PEK, PEEK, Polyarylsiloxane) mit Knochenersatzmaterial (HA) beschrieben. Durch kurzes Anschmelzen der Kunststoffoberfläche kommt es zu einer Durchdringung des Knochenersatzmaterials mit dem Kunststoff. Patent WO 2014/060591 A1 describes the coating of plastics (PEK, PEEK, polyarylsiloxanes) with bone substitute material (HA). By short Melting of the plastic surface leads to a penetration of the bone substitute material with the plastic.

In EP 2 332 589 A2 wird eine Methode zur Herstellung von Kunststoffimplantaten (PEEK) beschrieben, bei der das Implantat mit einer Zwischenschicht aus einem nichtporösen Metall und einer das Knochenwachstum fördernden Schicht aus Metall (Titan, Tantal), porösem Metall oder Kalziumphosphat beschichtet wird. In die Deckschicht können verschiedene Substanzen eingebracht werden, wie Knochensubstrat, Wachstumsfaktoren, bioaktive Substanzen und Antibiotika.  EP 2 332 589 A2 describes a method for producing plastic implants (PEEK), in which the implant is coated with an intermediate layer of a non-porous metal and a bone growth promoting layer of metal (titanium, tantalum), porous metal or calcium phosphate. Various substances can be introduced into the cover layer, such as bone substrate, growth factors, bioactive substances and antibiotics.

DE 10 2007 051 782 B4 zeigt ein Implantat, welches dem Ersatz der Oberfläche eines Facettengelenkes dient. Das Implantat besteht aus einer Kunststofffolie, z.B. PEEK. Das Implantat kann auf der dem Knochen zugewandten Seite mit einem Metall (Titan) beschichtet sein oder Titanpartikel können in die Implantatoberfläche eingebracht werden. Die dem Knorpel zugewandte Seite kann mit einem Hydrogel beschichtet sein. Als Beschichtungsmaterial kommen schwer degradierbare hydrophile Polymere in Frage, beispielsweise Polyacrylsäure und deren Derivate, wie Polymethacrylsäure, Polyacrylsäureamid, Polyacrylonitril, Polyacrylsäureester,DE 10 2007 051 782 B4 shows an implant which serves to replace the surface of a facet joint. The implant consists of a plastic foil, e.g. PEEK. The implant may be coated on the bone-facing side with a metal (titanium) or titanium particles may be introduced into the implant surface. The cartilage-facing side may be coated with a hydrogel. Suitable coating materials are hard-degradable hydrophilic polymers, for example polyacrylic acid and derivatives thereof, such as polymethacrylic acid, polyacrylamide, polyacrylonitrile, polyacrylic esters,

Polyhydroxyethylmethacrylate, Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyurethane, hochmolekularer Polyvinylalkohol. Polyhydroxyethyl methacrylates, polyvinylpyrrolidone (PVP), polyurethanes, high molecular weight polyvinyl alcohol.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, wodurch die positiven Eigenschaften von PEEK als Implantatmaterial im Hinblick auf Einwachsverhalten, Biokompatibilität und Resorbierbarkeit der Beschichtung verbessert werden können. The invention has for its object to provide a way whereby the positive properties of PEEK can be improved as implant material in terms of Einwachsverhalten, biocompatibility and resorbability of the coating.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen Schicht auf einer Implantatoberfläche eines Implantats bestehend aus Polyetheretherketon dadurch gelost, dass zunächst die Implantatoberfläche durch Reduktion der Ketogruppe mit Hydroxylgruppen versehen wird, dann eine Kopplungsschicht mittels einer Kopplungsreagenz ausgewählt aus der Substanzklasse der Mono-Polyisocyanate aufgebracht wird, indem über Urethanbindungen eine Anknüpfung an die Hydroxylgruppen der Implantatoberfläche erfolgt und abschließend eine Biopolymerschicht mittels eines modifiziertes Biopolymers ausgewählt aus den Substanzklassen der Polysaccharide und/oder Glykosaminoglykane aufgebacht wird, indem über Urethan- und/oder Harnstoffbindungen eine Anknüpfung an die Kopplungsschicht erfolgt. According to the invention, the object is achieved with a method for producing a biocompatible layer on an implant surface of an implant consisting of polyetheretherketone by first providing the implant surface with hydroxyl groups by reduction of the keto group, then a coupling layer by means of a coupling reagent selected from the substance class of the mono-polyisocyanates is applied by attachment via urethane bonds to the hydroxyl groups of the implant surface and finally a biopolymer layer is made up by means of a modified biopolymer selected from the substance classes of polysaccharides and / or glycosaminoglycans, by attaching to the coupling layer via urethane and / or urea bonds.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen Schicht auf einer Implantatoberfläche eines Implantats bestehend aus Polyetheretherketon, indem die Implantatoberfläche zunächst mit einer SiO_x- Haftvermittlerschicht versehen wird, dann eine Kopplungsschicht mittels einer Kopplungsreagenz ausgewählt aus der Substanzklasse der Mono-Polyisocyanate aufgebracht wird, indem über Urethanbindungen eine Anknüpfung an die SiO_x- Haftvermittlerschicht erfolgt und abschließend wieder die Biopolymerschicht aufgebacht wird. According to the invention, the object is also achieved by a method for producing a biocompatible layer on an implant surface of an implant consisting of polyetheretherketone by first providing the implant surface with an SiO _x adhesion promoter layer, then a coupling layer by means of a coupling reagent selected from the substance class of the mono-polyisocyanates is applied by connecting via urethane bonds to the SiO _x - adhesion promoter layer and finally the biopolymer layer is aufgebacht.

Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen Schicht auf einer Implantatoberfläche eines Implantats bestehend aus Polyetheretherketon dadurch gelöst, dass unmittelbar auf die Implantatoberfläche eine Biopolymerschicht mittels eines modifizierten Biopolymers, ausgewählt aus den Substanzklassen der Oligoestermethacrylate und/oder Oligoesterurethanmethacrylate, basierend auf L-Laktid, D,L-Laktid, ε-Caprolakton, p-Dioxanon und Glykolid in unterschiedlicher Zusammensetzung und Kettenlänge, aufgebracht wird. Dabei ist es möglich, vor dem Aufbringen der Biopolymerschicht zunächst die Implantatoberfläche mit einer SiO_x- Haftvermittlerschicht zu versehen. Auch kann vor dem Aufbringen der Biopolymerschicht die Implantatoberfläche durch Reduktion der Ketogruppe mit Hydroxylgruppen versehen werden. Furthermore, the object is achieved by a method for producing a biocompatible layer on an implant surface of an implant consisting of polyetheretherketone in that directly on the implant surface a biopolymer layer by means of a modified biopolymer selected from the substance classes of Oligoestermethacrylate and / or Oligoesterurethanmethacrylate, based on L- Lactide, D, L-lactide, ε-caprolactone, p-dioxanone and glycolide in different composition and chain length, is applied. It is possible to provide the implant surface first with an SiO _x adhesion promoter layer before applying the biopolymer layer. Also, prior to application of the biopolymer layer, the implant surface may be provided with hydroxyl groups by reduction of the keto group.

Es wurde überraschend gefunden, dass ein Schichtaufbau auf einer PEEK-Oberfläche, bestehend aus einem Haftvermittler, einem Kopplungsreagenz und einem Biopolymerderivat oder einem Schichtaufbau bestehend aus Haftvermittler und einem Oligoesterderivat, eine deutlich Erhöhung der Zelladhäsion (MC3T3-E1 -Zellen) gegenüber einer reinen PEEK-Oberfläche bewirkt und somit das Einwachsverhalten eines PEEK-Implantates beschleunigen kann. It has surprisingly been found that a layer structure on a PEEK surface consisting of an adhesion promoter, a coupling reagent and a biopolymer derivative or a layer structure consisting of adhesion promoter and an oligoester derivative, a significant increase in cell adhesion (MC3T3-E1 cells) compared to a pure PEEK Surface and thus accelerate the ingrowth of a PEEK implant.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Beschichtungen sehr gut biologisch verträglich sind.  Another advantage is that the coatings are very well biocompatible.

Zur Erfassung zytotoxischer Wirkungen wurden die beschichteten PEEK-Ronden in Zellvitalitätsuntersuchungen, basierend auf einer Vitalfärbung mit Fluoresceindiacetat und GelRed (Live/Dead-System, MC3T3-E1 -Zellen), überprüft. Ferner findet eine SiO_x-Beschichtung mittels chemischer Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck statt (Atmosphärendruckplasma: APCVD - atmospheric pressure plasma chemical vapour deposition; oder Flammenbeschichtung: CCVD - combustion chemical vapour deposition), welche eine neuartige Methode zur PEEK- Oberflächenbeschichtung darstellt. Sie fungiert als Voraktivierung für die kovalente Fixierung der Biopolymer- oder der Oligoesterschicht und als erster Funktionalisierungsschritt der PEEK Oberfläche. Die Schichtdicke der SiO_x-Schicht kann zwischen 10 bis 1000 nm, vorzugsweise zwischen 10 bis 200 nm, betragen. To assess cytotoxic effects, the coated PEEK discs were tested in cell vitality studies based on vital staining with fluorescein diacetate and GelRed (Live / Dead System, MC3T3-E1 cells). Furthermore, an SiO _x coating takes place by means of chemical vapor deposition at atmospheric pressure (atmospheric pressure plasma: APCVD - atmospheric pressure plasma chemical vapor deposition or CCVD - combustion chemical vapor deposition), which represents a novel method for PEEK surface coating. It acts as a pre-activation for the covalent fixation of the biopolymer or oligoester layer and as the first functionalization step of the PEEK surface. The layer thickness of the SiO _x layer may be between 10 and 1000 nm, preferably between 10 and 200 nm.

Ferner wird für die Modifizierungen an Stelle des Hexamethylendiisocyanat, das als Hydrolysemetabolit Hexamethylendiamin bildet und laut EU-Gefahrstoffverordnung als sehr toxisch eingestuft werden muss, das körperverträgliche Lysindiisocyanat als Kopplungsreagenz verwendet, welches beim Abbau in die Aminosäure Lysin übergeht. Furthermore, for the modifications in place of the hexamethylene diisocyanate, which forms as hydrolysis metabolite hexamethylenediamine and must be classified as very toxic according to EU Dangerous Substances, the biocompatible lysine diisocyanate is used as a coupling reagent, which passes into the lysine during degradation.

Diese Spacerschicht kann durch Tauchung, Spin coating, Sprühen sowie durch das Auftropfen mit einer Pipette auf das Implantat aufgetragen werden. This spacer layer can be applied to the implant by dipping, spin coating, spraying or by dropping with a pipette.

Ferner liegen bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren die Einzelkomponenten getrennt voneinander vor. Furthermore, in this process according to the invention, the individual components are present separately from one another.

Ferner können bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren die Komponenten und/oder der Photoinitiator unverdünnt oder verdünnt eingesetzt werden.  Furthermore, in this process according to the invention, the components and / or the photoinitiator can be used undiluted or diluted.

Ferner können bei diesen erfindungsgemäßen Verfahren die Komponenten und/oder der Photoinitiator in wässrigen und/oder organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise DMSO (Dimethylsulfoxid), Toluen, DMF (Dimethylformamid), Wasser sowie Pufferlösung gelöst sein. Furthermore, in these processes according to the invention, the components and / or the photoinitiator may be dissolved in aqueous and / or organic solvents, preferably DMSO (dimethyl sulfoxide), toluene, DMF (dimethylformamide), water and buffer solution.

Ferner unterscheiden sich die Oligoestervariationen, basierend auf D,L-Laktid, ε- Caprolakton, p-Dioxanon und Glykolid, bezüglich der Zusammensetzung und Kettenlänge (n = 1 bis 20). Furthermore, the oligoester variations based on D, L-lactide, ε-caprolactone, p-dioxanone and glycolide differ in composition and chain length (n = 1 to 20).

Die Sterilisation der erfindungsgemäß hergestellten Implantate kann durch Sterilfiltration, UV-Sterilisation sowie durch Einlegen in 70 %igen Ethanol ohne Veränderung der Struktur-Eigenschaften erreicht werden. The sterilization of the implants produced according to the invention can be achieved by sterile filtration, UV sterilization and by placing in 70% ethanol without changing the structure properties.

Ferner zeichnen sich die Schichtkomponenten der erfindungsgemäß hergestellten Implantate durch eine einfache Handhabung aus. Durch Einstellung der Viskositäten einzelner Bestandteile ist es möglich, Implantate unterschiedlicher Formen und Abmessungen zu beschichten. Furthermore, the layer components of the implants produced according to the invention are distinguished by simple handling. By adjusting the viscosities it is possible to coat implants of different shapes and dimensions.

Die Lagerung der Einzelkomponenten erfolgt zwischen 0 bis 27 °C, vorzugsweise bei 4 bis 8 °C. The storage of the individual components takes place between 0 to 27 ° C, preferably at 4 to 8 ° C.

Ferner ist das erfindungsgemäße Schichtsystem aufgrund der Ester-, Urethan- und Harnstoffgruppen biologisch abbaubar. Dabei kann der Abbau hydrolytisch oder enzymatisch erfolgen. Furthermore, the layer system according to the invention is biodegradable due to the ester, urethane and urea groups. The degradation can be carried out hydrolytically or enzymatically.

Ferner kann bei Verwendung von Biopolymerderivaten mit Ammoniumgruppen, die mit unterschiedlichen Ketten und Kettenlängen substituiert sind, ein zusätzlicher antibakterieller Effekt erzielt werden. Further, by using biopolymer derivatives having ammonium groups substituted with different chains and chain lengths, an additional antibacterial effect can be obtained.

Ferner werden zur Lösung der Aufgabe folgende Formulierungen für den Schichtaufbau benutzt. Furthermore, the following formulations for layer construction are used to solve the problem.

Nichtvernetzungsfähige Komponenten basierend auf Biopolymeren sowie Biopolymerderivaten. Zu den Biopolymeren gehören: Dextran, Chitosan, Na-Alginat, Hyaluronsäure, Chondroitinsulfat, Levan, Cellulose sowie Polyglycerin als synthetisches Produkt. Diese Biopolymere können zusätzliche funktionelle Gruppen tragen wie Aminogruppen, Ammoniumgruppen mit unterschiedlichen Kettenlängen der Substituenten (CrCi₆), Carboxymethyl-, Carboxyethylgruppen sowie Hydroxypropylfunktionalitäten. Beispielhaft wären zu nennen (ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein): Aminodextran, Aminolevan, Aminohyaluronsäure, Carboxyethyldextran, Hydroxypropylchitosan, Trimethylaminochitosan, Aminocellulose, Carboxymethylhyaluronsäure, Methylaminoalginat. Non-crosslinkable components based on biopolymers and biopolymer derivatives. The biopolymers include: dextran, chitosan, sodium alginate, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, levan, cellulose and polyglycerol as a synthetic product. These biopolymers can carry additional functional groups such as amino groups, ammonium groups with different chain lengths of the substituents (CrCl ₆ ), carboxymethyl, carboxyethyl groups and hydroxypropyl functionalities. By way of example (without being limited to these examples): aminodextran, aminolevan, aminohyaluronic acid, carboxyethyldextran, hydroxypropylchitosan, trimethylaminochitosan, aminocellulose, carboxymethylhyaluronic acid, methylaminoalginate.

Die Synthesen der Biopolymerderivate erfolgten nach dem Chemiker bekannten Methoden (Piehler, J.; Schreiber, S.: Analytical Biochemistry 2001 , 289,173-186). The syntheses of the biopolymer derivatives were carried out according to methods known to the chemist (Piehler, J .; Schreiber, S .: Analytical Biochemistry 2001, 289, 173-186).

Formulierungen für photovernetzbare Komponenten sind in den folgenden Ausführungen dargestellt. Formulations for photocrosslinkable components are shown in the following.

- Eine erste Formulierung ist ein Monomer der allgemeinen Strukturformel

- A first formulation is a monomer of the general structural formula

worin R ein Substituent ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Hyaluronsäuren, Natrium-Alginate, Dextrane, Aminodextrane, Chitosane, Levane, Chondroitinsulfate und Polyglycerine; Z ein Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend -O-, -NH-, -O-CH2-CH2-NH-CO-O-, -O-CH2-CH₂-NH-CO-NH-,-O-CH2-CH(OH)-CH₂-O- und -NH- CH(CH₃)2-CO-NH- und R ein Substituent ausgewählt aus H und CH₃ ist. wherein R is a substituent selected from a group comprising hyaluronic acids, sodium alginates, dextranes, aminodextranes, chitosans, levans, chondroitin sulfates and polyglycerols; Z is a member selected from the group comprising -O-, -NH-, -O-CH ₂ -CH ₂ -NH-CO-O-, -O-CH ₂ -CH ₂ -NH-CO-NH -, - O-CH ₂ - CH (OH) -CH ₂ -O- and -NH-CH (CH ₃ ) 2 -CO-NH-; and R is a substituent selected from H and CH ₃ .

- Eine zweite Formulierung ist ein Oligomer, dessen Monomere über den Rest eines Startermoleküls S kovalent verbunden sind, aufweisend die allgemeine Strukturformel, A second formulation is an oligomer whose monomers are covalently linked via the remainder of a starter molecule S, having the general structural formula

worin S Moleküle ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Dianhydroglucitol-, 1 ,8- Octandiol-, Pentaerythritol-, Dipentaerythritol-, Glycerin-, Tris-(hydroxymethyl)ethan-, Tetraethylenglykol-, 2,2-Bis-(hydroxymethyl)propionsäure-Reste sind, Z_n ein L- Laktid oder D,L-Laktid mit 2 bis 12 (-OCH(CH₃)CO-)-Einheiten, Z_m ein Molekül ausgewählt aus einer Gruppe umfassend ε-Caprolaktone mit 0 bis 6 (-OCH2CH2CH2CH2CH2CO-) -Einheiten, p-Dioxanone mit 0 bis 6 (-OCH₂CH₂OCH₂CO-) -Einheiten und Glykolide mit 0 bis 6 (-OCH₂CO-)-Einheiten, und R1 eine Methylgruppe (CH₃) ist, wobei die Anzahl der Methacrylatgruppen im Bereich von 2 bis 6 liegt. wherein S molecules selected from a group comprising Dianhydroglucitol-, 1, 8-octanediol, pentaerythritol, dipentaerythritol, glycerol, tris (hydroxymethyl) ethane, tetraethylene glycol, 2,2-bis (hydroxymethyl) propionic acid residues , Z _{n is} a L- lactide or D, L-lactide with 2 to 12 (-OCH _(CH3) CO -) - units, Z _m a molecule selected from a group comprising ε-Caprolaktone with 0 to 6 (-OCH2CH2CH2CH2CH2CO -) units, p-dioxanones having 0 to 6 (-OCH ₂ CH ₂ OCH ₂ CO-) units and glycolides having 0 to 6 (-OCH ₂ CO-) units, and R 1 is a methyl group (CH ₃ ) wherein the number of methacrylate groups is in the range of 2 to 6.

- Eine dritte Formulierung ist ein Urethanmethacrylat, dessen Monomere über den Rest eines Startermoleküls S kovalent verbunden sind, aufweisend die allgemeine Strukturformel

worin S ein Molekül ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1 ,6-Hexandiol-, 1 ,8-Octandiol-, 1 ,12-Dodecandiol-, Polyethylenglykol- (M_w = 200 bis 10.000), Polyglycerin-Reste (M_w = 1000 bis 10.000) oder ein Oligomer aus der Formulierung zwei ist, Z eine (-O-CH₂-CH₂-NH-CO-O-)- Einheit und Ri eine Methylgruppe (CH₃) ist und die erste, zweite und dritte Formulierung auch als Mischungen eingesetzt werden können. A third formulation is a urethane methacrylate, the monomers of which are covalently linked via the remainder of a starter molecule S, having the general structural formula

wherein S is a molecule selected from a group comprising ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1, 6-hexanediol, 1, 8-octanediol, 1, 12-dodecanediol, polyethylene glycol (M _w = 200 to 10,000), polyglycerol residues (M _w = 1000 to 10,000) or an oligomer of the formulation is two, Z is a (-O-CH ₂ -CH ₂ -NH-CO-O -) moiety and Ri is a methyl group (CH ₃ ) and the first , second and third formulations can also be used as mixtures.

Die Synthesen der photovernetzbaren Biopolymerderivate sowie der photovernetzbaren Oligoesterderivate und Oligoesterurethanderivate erfolgten nach dem Chemiker bekannten Methoden (Berg, A.; Wyrwa, R.; Weisser, J.; Weiss, T.; Schade, R.; The syntheses of the photocrosslinkable biopolymer derivatives and of the photocrosslinkable oligoester derivatives and oligoesterurethane derivatives were carried out by methods known to the chemist (Berg, A., Wyrwa, R. Weiss, J., Weiss, T .; Schade, R .;

Hildebrand, G.; Liefeith, K.; Schneider, B.; Ellinger, R.; Schnabelrauch, M.: Advanced Engineering Materials 201 1 , 13, 274-284). Hildebrand, G .; Liefeith, K .; Schneider, B .; Ellinger, R .; Schnabelrauch, M .: Advanced Engineering Materials 201 1, 13, 274-284).

Die als Startermolekül in der zweiten und dritten Formulierung vorhandenen Verbindungen dienen als Ausgang für die Polymerisationsreaktion. Dabei bestimmen Anzahl und sterische Ausrichtung von an dem Startermolekül vorhandenen OH- Gruppen die Anzahl der von diesem Startermolekül ausgehenden Polymerketten bzw. deren relative Wachstumsrichtung. The compounds present as starter molecules in the second and third formulations serve as the starting point for the polymerization reaction. The number and steric orientation of OH groups present on the starter molecule determine the number of polymer chains emanating from this starter molecule or their relative growth direction.

Es können auch Copolymere erzeugt werden, indem nur eine Formulierung verwendet wird, diese jedoch verschiedene Substituenten und/oder Startermoleküle aufweist. Copolymers can also be made by using only one formulation but having different substituents and / or starter molecules.

Die deutlich verbesserte Zelladhäsion der MC3T3-E1 -Zellen (Knochenvorläuferzellen) auf den beschichteten PEEK-Oberflächen im Vergleich zu den unbeschichteten PEEK- Oberflächen wurde in einem Adhäsionsversuch an Hand der Anzahl adhärenter Zellen nachgewiesen. Die Zellzahlen wurden dabei mittels einer DAPI-Färbung der Zellkerne der adhärenten Zellen unter Verwendung eines Fluoreszenzmikroskops ausgezählt. Hierbei wurde eine Erhöhung der Zelladhäsion auf den beschichteten PEEK- Oberflächen von bis zu 32 % gefunden. Zusätzlich wurde gefunden, dass die unspezifische Proteinabsorption auf den modifizierten PEEK-Oberflächen um bis zu 28 % erniedrigt wurde. The significantly improved cell adhesion of the MC3T3-E1 cells (bone precursor cells) on the coated PEEK surfaces compared to the uncoated PEEK surfaces was demonstrated in an adhesion test on the basis of the number of adherent cells. Cell numbers were counted by DAPI staining of the nuclei of the adherent cells using a fluorescence microscope. An increase in cell adhesion on the coated PEEK surfaces of up to 32% was found. In addition, it was found that the nonspecific protein absorption on the modified PEEK surfaces was reduced by up to 28%.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail by means of embodiments.

Ausführungsbeispiel 1 (Abscheidung der Haftvermittlerschicht): Exemplary Embodiment 1 (Deposition of the Adhesive Layer):

In einem ersten Funktionalisierungsschritt wird auf der PEEK Oberfläche eine dünne Siliziumoxid-Schicht (SiO_x) abgeschieden. Dies erfolgt mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (APCVD). Der Beschichtungsprozess wird in drei Teilschritte untergliedert. Zunächst wird eine Plasmaaktivierung der PEEK-Oberfläche zur haftfesten Anbindung der darauffolgenden SiO_x - Beschichtung durchgeführt. Die Aktivierung kann beispielsweise bei einer Leistung von 300 W, dem Arbeitsgas Luft (6 bar), einem Abstand der Plasmaquelle zum Substrat von 10 mm, einer Geschwindigkeit des Substrates relativ zur Plasmaquelle von 100 mm/s und einem Rasterabstand von 3 mm erfolgen. In a first functionalization step, a thin silicon oxide layer (SiO _x ) is deposited on the PEEK surface. This is done by means of plasma enhanced chemical vapor deposition at atmospheric pressure (APCVD). The coating process is subdivided into three sub-steps. First of all, a plasma activation of the PEEK surface is carried out for adherent bonding of the subsequent SiO _x coating. The activation can be carried out, for example, at a power of 300 W, the working gas air (6 bar), a distance of the plasma source to the substrate of 10 mm, a speed of the substrate relative to the plasma source of 100 mm / s and a grid spacing of 3 mm.

Im zweiten Teilschritt erfolgt die eigentliche SiO_x - Beschichtung beispielsweise mit folgenden Parametern des gleichen Plasmasystems: In the second sub-step, the actual SiO _x coating is carried out, for example, with the following parameters of the same plasma system:

• Elektrische Leistung: 300 W • Electrical power: 300 W

• Arbeitsgas: Druckluft (6 bar)  • working gas: compressed air (6 bar)

• Chemische Vorläufersubstanz (Precursor): Hexamethyldisiloxan (HMDSO) • Chemical precursor substance (precursor): hexamethyldisiloxane (HMDSO)

• Precursordosierrate: 2,5 ml/min • Precursor dosage rate: 2.5 ml / min

• Abstand Plasmaquelle-Substrat: 10 mm  • Plasma source-substrate distance: 10 mm

• Geschwindigkeit: 100 mm/s  • Speed: 100 mm / s

• Rasterabstand: 3 mm  • Grid spacing: 3 mm

• Durchlaufanzahl: 2  • number of passes: 2

Dabei wird eine SiO_x - Schichtdicke von etwa 50 nm auf der PEEK Oberfläche realisiert. Um das Benetzungsverhalten und die OH-Gruppendichte an der Oberfläche weiter zu erhöhen, erfolgte drittens eine Plasmanachbehandlung (ohne Precursor) der SiO_x - Schicht analog zum ersten Teilschritt. Auf diese Weise können etwaig verbleibende Kohlenstoffreste des Precursormonomers in der Schicht reduziert und Sauerstofffunktionalitäten erhöht werden. Alternativ zum APCVD Prozess kann auch das atmosphärendruckbasierte Verfahren der flammenunterschützten chemischen Gasphasenabscheidung (combustion chemical vapour deposition - CCVD) Anwendung finden, um vergleichbare SiO_x - Schichten mit entsprechenden Oberflächeneigenschaften zu erreichen. Hierbei wird der HMDSO- Precursor schichtbildend zu SiO_x umgewandelt. In this case, an SiO _x layer thickness of about 50 nm is realized on the PEEK surface. Thirdly, in order to further increase the wetting behavior and the OH group density at the surface, a plasma post-treatment (without precursor) of the SiO _x layer was carried out analogously to the first partial step. In this way any remaining carbon residues of the precursor monomer in the layer can be reduced and oxygen functionalities can be increased. As an alternative to the APCVD process, the atmospheric pressure-based method of flame-retardant chemical vapor deposition (CCVD) can also be used to achieve comparable SiO _x layers with corresponding surface properties. Here, the HMDSO precursor is layer-forming converted to SiO _x .

Des Weiteren kann die SiO_x-Schicht antimikrobielle Wirkstoffe wie Zinkoxid enthalten. Der Anteil an Wirkstoff wird dabei so eingestellt das die nicht-zytotoxischen Eigenschaften der Haftvermittlerschicht gegenüber den Knochenzellen erhalten bleiben. Furthermore, the SiO _x layer may contain antimicrobial agents such as zinc oxide. The proportion of active ingredient is adjusted so that the non-cytotoxic properties of the bonding agent layer are preserved compared to the bone cells.

Ausführungsbeispiel 2 (Abscheidung der Kopplungsschicht): Exemplary Embodiment 2 (Deposition of the Coupling Layer):

Die beschichteten PEEK-Ronden (0 = 6 mm; h = 1 ,5 mm; A_Gesamt = 84,78 mm²) nach Ausführungsbeispiel 1 werden zur Herstellung der Kopplungsschicht (Monolayer, Nachweis mit XPS) in eine 5 %ige Lysindiisocyanat Lösung in Toluol (~2,3 ml pro Ronde) für 3 Tage eingelegt. Dazu erfolgt die Zugabe von 0,01 % DABCO (1 ,4- Diazabicyclo[2.2.2]octan) als Katalysator. Unter Argonatmosphäre werden die PEEK- Ronden bei 23 °C auf einem Schwenktisch bei ca. 130 rpm geschwenkt. The coated PEEK blanks (0 = 6 mm, h = 1.5 mm, A _total = 84.78 mm ² ) according to embodiment 1 are for the preparation of the coupling layer (monolayer, detection by XPS) in a 5% lysine diisocyanate solution in toluene (~ 2.3 ml per round plate) for 3 days. For this purpose, the addition of 0.01% DABCO (1, 4-diazabicyclo [2.2.2] octane) is carried out as a catalyst. Under argon atmosphere, the PEEK blanks are pivoted at 23 ° C on a rotary table at about 130 rpm.

Nach der Reaktion werden die PEEK-Ronden dreimal mit Aceton gewaschen, an der Luft oder im Stickstoffstrom getrocknet und direkt für die weitere Umsetzung benutzt. After the reaction, the PEEK discs are washed three times with acetone, dried in air or in a nitrogen stream and used directly for further reaction.

Ausführungsbeispiel 3 (Abscheidung der Biopolymerschicht): Exemplary Embodiment 3 (Deposition of the Biopolymer Layer):

Die Aufbringung der Biopolymerschichten erfolgt durch Einlegen in 10 %ige (w/v) wässrige Lösungen der Biopolymere (Ausnahmen bilden hierbei die Aminocellulose 0,5 %ig (w/v) und die Hyaluronsäurederivate 1 %ig (w/v)) über Nacht im Kühlschrank bei 4 °C. The biopolymer layers are applied by placing them in 10% (w / v) aqueous solutions of the biopolymers (exceptions being the aminocellulose 0.5% (w / v) and the hyaluronic acid derivatives 1% (w / v)) overnight in the refrigerator at 4 ° C.

Organolösliche Biopolymere wie z. B. ein modifiziertes Hydroxypropylchitosan oder Levanderivate werden in wasserfreiem DMSO gelöst.  Organosoluble biopolymers such. For example, a modified hydroxypropyl chitosan or levan derivatives are dissolved in anhydrous DMSO.

Nach Beendigung der Reaktion werden die PEEK-Ronden mehrfach mit destilliertem Wasser gewaschen und im Stickstoffstrom getrocknet.  After completion of the reaction, the PEEK discs are washed several times with distilled water and dried in a stream of nitrogen.

Die beschichteten PEEK-Ronden werden im Exsikkator unter Lichtausschluss aufbewahrt.  The coated PEEK discs are stored in the desiccator in the dark.

Ausführungsbeispiel 4 (Anreicherung der Implantatoberfläche mit Hydroxylgruppen): Zur Erzeugung von Hydroxylgruppen auf der PEEK-Oberfläche zur Verbesserung der Haftung der Kopplungsschicht wird die folgende Prozedur durchgeführt. Exemplary Embodiment 4 (Enrichment of the Implant Surface with Hydroxyl Groups): To generate hydroxyl groups on the PEEK surface to improve the adhesion of the coupling layer, the following procedure is performed.

Die gereinigten PEEK-Ronden werden in einer 2 %igen Natriumborhydridlösung (w/v) in Dimethylsulfoxid eingelegt (1 ,35 ml pro Ronde) und für 3 h bei 120 °C mit einem KPG- Rührer gerührt. The cleaned PEEK discs are placed in a 2% sodium borohydride solution (w / v) in dimethyl sulfoxide (1.35 ml per round plate) and stirred for 3 h at 120 ° C. with a KPG stirrer.

Nach Abkühlung wird die Lösung abdekantiert und mit Wasser versetzt.  After cooling, the solution is decanted off and treated with water.

Die PEEK-Ronden werden aus dem Erlenmeyerkolben in ein Becherglas überführt und zweimal mit Methanol gewaschen. Danach wird dreimal mit Wasser gewaschen, dreimal mit 0,5 molarer Salzsäure-Lösung behandelt, weitere dreimal mit Wasser und anschließend dreimal mit Methanol gewaschen. The PEEK discs are transferred from the Erlenmeyer flask to a beaker and washed twice with methanol. It is then washed three times with water, treated three times with 0.5 molar hydrochloric acid solution, washed a further three times with water and then three times with methanol.

Nach den Waschprozessen werden die PEEK-Ronden für drei Stunden bei 50 mbar und 40 °C im Vakuumtrockenschrank getrocknet. Nach dem Trocknen werden die hydroxylgruppenhaltigen PEEK-Ronden in einem Exsikkator gelagert.  After the washing processes, the PEEK discs are dried for three hours at 50 mbar and 40 ° C in a vacuum oven. After drying, the hydroxyl-containing PEEK discs are stored in a desiccator.

Die weitere Beschichtung erfolgt gemäß den Ausführungsbeispielen 2 und 3. The further coating takes place according to the embodiments 2 and 3.

Ausführungsbeispiel 5 (Abscheidung auf unterschiedlichen Substratoberflächen durch Photopolymerisation): Embodiment 5 (Deposition on Different Substrate Surfaces by Photopolymerization)

Die Oligoestermethacrylate und Oligoesterurethanmethacrylate können direkt auf die Oberfläche der gereinigten PEEK-Ronden, als auch auf die PEEK-SiO_x-, PEEK-OH- Schicht durch Tauchung, spin coating, Airbrush-Apparatur oder Auftropfen mit einer Pipette aufgetragen werden. Die methacrylierten/acrylierten Biopolymere (können zusätzliche funktionelle Gruppen enthalten) werden als 10-30 %ige (w/v) wässrige Lösungen oder in DMSO vermischt mit einem Photoinitiator (EosinY, Triethanolamin via Neonlampe 16 W) oder mit LAP (Lithium phenyl-2,4,6-trimethyl-benzoylphosphinat) sowie Irgacure369 bei 365 nm ausgehärtet. Die Photoinitiatoren liegen in 1 -3 %igen (w/v) wässrig-ethanolischen oder ethanolischen Lösungen vor. Die Belichtungszeiten liegen im Bereich von 10 bis 40 min. Die beschichteten PEEK-Ronden werden dreimal mit Wasser und zweimal mit Ethanol gewaschen und im Vakuumschrank bei 40 °C, 50 mbar für 3-5 h getrocknet. Die Photopolymerisation auf den verschiedenen PEEK- Ronden-Oberflächen der Oligoestermethacrylate und derThe Oligoestermethacrylate and Oligoesterurethanmethacrylate can be applied directly to the surface of the cleaned PEEK rounds, as well as on the PEEK-SiO _x , PEEK-OH layer by dipping, spin coating, airbrush apparatus or dropper with a pipette. The methacrylated / acrylated biopolymers (may contain additional functional groups) are added as 10-30% (w / v) aqueous solutions or in DMSO mixed with a photoinitiator (EosinY, triethanolamine via neon lamp 16 W) or with LAP (lithium phenyl-2 , 4,6-trimethyl-benzoylphosphinate) and Irgacure369 cured at 365 nm. The photoinitiators are present in 1 -3% (w / v) aqueous ethanolic or ethanolic solutions. The exposure times are in the range of 10 to 40 minutes. The coated PEEK discs are washed three times with water and twice with ethanol and dried in a vacuum oven at 40 ° C, 50 mbar for 3-5 h. The photopolymerization on the various PEEK blanks surfaces of Oligoestermethacrylate and the

Oligoesterurethanmethacrylate erfolgt mit dem Photoinitiatorsystem Campherchinon (CC) / Diethylaminobenzoesäureethylester (DEABE) im Bereich von 390-490 nm mit einer Translux Power Blue (1 W/cm², Heraeus Kulzer, Hanau, Deutschland). Dazu werden die Monomere in DCM (Dichlormethan), Chloroform oder Aceton gelöst und mittels einer der oben genannten Beschichtungsmethoden auf die PEEK-Oberfläche in Gegenwart des Photoinitiatorsystems aufgetragen. Pro Milliliter Monomer werden 30 μΙ Photoinitiatorlösung (CC:DEABE = 1 :1 , jeweils 1 molare Lösungen) zugegeben und innig verrührt. Die Belichtungszeit beträgt zwischen 1 -5 min. Die beschichteten PEEK- Ronden werden dreimal mit Ethanol gewaschen und im Vakuumschrank bei 40 °C, 50 mbar für 3-5 h getrocknet. Oligoesterurethanmethacrylate with the photoinitiator system camphor quinone (CC) / Diethylaminobenzoesäureethylester (DEABE) in the range of 390-490 nm with a Translux Power Blue (1 W / cm ² , Heraeus Kulzer, Hanau, Germany). For this purpose, the monomers are dissolved in DCM (dichloromethane), chloroform or acetone and applied to the PEEK surface in the presence of the photoinitiator system by means of one of the abovementioned coating methods. 30 ml of photoinitiator solution (CC: DEABE = 1: 1, in each case 1 molar solution) are added per milliliter of monomer and stirred thoroughly. The exposure time is between 1 and 5 minutes. The coated PEEK discs are washed three times with ethanol and dried in a vacuum oven at 40 ° C, 50 mbar for 3-5 h.

Ausführungsbeispiel 6 (Abscheidung der Biopolymerschicht): Embodiment 6 (Deposition of Biopolymer Layer):

Dieses Beispiel zeigt die Beschichtung der PEEK-SiO_x- oder der PEEK-OH- Oberflächen mit Biopolymeren, welche schon die Kopplungsgruppe im Molekül enthalten. This example shows the coating of PEEK-SiO _x - or PEEK-OH surfaces with biopolymers, which already contain the coupling group in the molecule.

1 g (4,5 mmol) Hydroxypropylchitosan werden in 50 ml wasserfreiem DMSO gelöst. Zu dieser Lösung werden 0,92 g (4,5 mmol) 3-lsocyanatopropyltrimethoxysilan (I-Silan), gelöst in 1 ml DMSO, zugetropft. Der Reaktionsansatz wird unter Argon 72 h bei Raumtemperatur gerührt. Ohne Isolierung des Reaktionsproduktes werden die entsprechenden PEEK-Oberflächen beschichtet. Nach 4-6 h ist die Reaktion zwischen den Trimethoxygruppen des I-Silanes mit den OH-Gruppen der entsprechenden PEEK- Oberflächen beendet. Zur Nachbehandlung (Vervollständigung der Reaktion) werden die beschichteten PEEK-Ronden für 5-10 min auf 80-100 °C erwärmt. Nach Abkühlung werden die PEEK-Ronden mit Wasser dreimal gewaschen und im Vakuum bei 40 °C getrocknet.  1 g (4.5 mmol) of hydroxypropylchitosan are dissolved in 50 ml of anhydrous DMSO. 0.92 g (4.5 mmol) of 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane (1-silane) dissolved in 1 ml of DMSO are added dropwise to this solution. The reaction mixture is stirred under argon at room temperature for 72 h. Without isolation of the reaction product, the corresponding PEEK surfaces are coated. After 4-6 h, the reaction between the trimethoxy groups of the I-silane with the OH groups of the corresponding PEEK surfaces is completed. For post-treatment (completion of the reaction), the coated PEEK blanks are heated to 80-100 ° C for 5-10 min. After cooling, the PEEK discs are washed with water three times and dried in vacuo at 40 ° C.

Ausführungsbeispiel 7 (Nachweistest): Exemplary embodiment 7 (detection test):

Zur Bestimmung der verbesserten Zelladhäsion auf beschichteten PEEK-Oberflächen gegenüber der unbeschichteten PEEK-Oberfläche wurde folgender Nachweistest entwickelt. To determine the improved cell adhesion on coated PEEK surfaces compared to the uncoated PEEK surface, the following detection test was developed.

Die PEEK-Ronden werden mit 200 μΙ MC3T3-E1 -Zellsuspension einer Dichte von 40000 Z/ml besiedelt (» 8000 Z/Well, 25000 Z/cm²). (Hierfür wird die Primärsuspension aus der ungefähren Dichte der Vorkulturflasche geschätzt.) Danach wird eine entsprechende Zellsuspension durch Verdünnung eines aliquoten Teils Primärsuspension zu einem vorgelegten Volumen Zellkulturmedium erzeugt. Die Zellen werden dazu über ein 40 μιτι-Zellsieb zugegeben. Anschließend wird die Zellsuspension mit Hilfe eines Zellzählgerätes (Scepter) kontrolliert und durch Zugabe von Primärsuspension oder Nährmedium korrigiert. Die Zugabe der Zellsuspension in die Wells erfolgt mit Hilfe einer Multipipette mit einem sterilen Combitip advanced 2,5 ml bei mittlerer Einfüllgeschwindigkeit in mäanderförmiger Auftragung. Vor jedem Nachfüllen des Combitip wird die Zellsuspension geschüttelt. The PEEK discs are colonized with 200 μM MC3T3-E1 cell suspension with a density of 40000 Z / ml (»8000 Z / well, 25000 Z / cm ² ). (For this, the primary suspension is estimated from the approximate density of the preculture bottle.) Thereafter, a corresponding cell suspension is prepared by diluting an aliquot Primary suspension to a volume of cell culture medium produced. The cells are added over a 40 μιτι cell strainer. Subsequently, the cell suspension is controlled by means of a cell counter (Scepter) and corrected by adding primary suspension or nutrient medium. The cell suspension is added to the wells using a multipipette with a sterile Combitip advanced 2.5 ml at medium filling speed in meandering application. The cell suspension is shaken before each refill of the Combitip.

Anschließend werden die Zellen 4,5 h unter Zellkulturbedingungen kultiviert. Subsequently, the cells are cultured for 4.5 hours under cell culture conditions.

Danach wird die 96-Well-Platte auf einer Schüttelapparatur 4 min bei 1000 rpm geschüttelt und durch Umstülpen geleert, wobei auf Zellstoff leicht nachgeklopft wird. Nachfolgend wird in jede Kavität 200 μΙ 70 %iges (v/v) Ethanol in TBS gefüllt und die Zellen 20 min im Kühlschrank fixiert. Thereafter, the 96-well plate is shaken on a shaker for 4 min at 1000 rpm and emptied by everting, which is lightly tapped on pulp. Subsequently, 200 μΙ 70% (v / v) ethanol in TBS is placed in each well in TBS and the cells are fixed in the refrigerator for 20 min.

Anschließend werden jedem Well 20 μΙ DAPI-Lösung (4 ,6-Diamidin-2-phenylindol in PBS, 50 μg/ml) zu Kernfärbung zugesetzt (Endkonzentration 4,55 μg/ml).  Subsequently, 20 μΙ DAPI solution (4,6-diamidin-2-phenylindole in PBS, 50 μg / ml) is added to each well to nuclear staining (final concentration 4.55 μg / ml).

Nach ca. 20 min wird die Platte durch Umstülpen geleert. Von den Probeoberflächen wird jeweils der mittige quadratische Bildausschnitt am Fluoreszenzmikroskop Axiotech (Carl Zeiss AG, Deutschland) fotografiert: After about 20 minutes, the plate is emptied by everting. The central quadratic image section of each of the sample surfaces is photographed on the fluorescence microscope Axiotech (Carl Zeiss AG, Germany):

(Lampe HBO 50, Filtersatz FS 02, Objektiv Epiplan 5x, Kamera Spotflex, Chipauslesung 60 % zentral; Kameraansteuerung mittels Software Spot Basic 4.7) Von jedem Bild wird die Anzahl an Zellkernen unter Zuhilfenahme der Software Image- Pro Plus 5.1 ermittelt.  (Lamp HBO 50, filter set FS 02, lens Epiplan 5x, camera Spotflex, chip reading 60% central, camera control by software Spot Basic 4.7) The number of nuclei of each image is determined with the aid of the software Image-Pro Plus 5.1.

Claims

Patentansprüche claims

1 . Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen Schicht auf einer Implantatoberfläche eines Implantats bestehend aus Polyetheretherketon, dadurch gekennzeichnet, dass 1 . Method for producing a biocompatible layer on an implant surface of an implant consisting of polyetheretherketone, characterized in that

die Implantatoberfläche durch Reduktion der Ketogruppe mit Hydroxylgruppen versehen wird,  the implant surface is provided with hydroxyl groups by reduction of the keto group,

eine Kopplungsschicht mittels einer Kopplungsreagenz, ausgewählt aus der Substanzklasse der Mono-Polyisocyanate, aufgebracht wird, indem über Urethanbindungen eine Anknüpfung an die Hydroxylgruppen der Implantatoberfläche erfolgt und  a coupling layer is applied by means of a coupling reagent selected from the substance class of the mono-polyisocyanates, by attaching to the hydroxyl groups of the implant surface via urethane bonds, and

eine Biopolymerschicht mittels eines modifiziertes Biopolymers, ausgewählt aus den Substanzklassen der Polysaccharide und/oder Glykosaminoglykane, aufgebracht wird, indem über Urethan- und/oder Harnstoffbindungen eine Anknüpfung an die Kopplungsschicht erfolgt.  a biopolymer layer is applied by means of a modified biopolymer selected from the substance classes of the polysaccharides and / or glycosaminoglycans by attaching to the coupling layer via urethane and / or urea bonds.

2. Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen Schicht auf einer Implantatoberfläche eines Implantats bestehend aus Polyetheretherketon, dadurch gekennzeichnet, dass 2. A method for producing a biocompatible layer on an implant surface of an implant consisting of polyetheretherketone, characterized in that

die Implantatoberfläche mit einer SiO_x- Haftvermittlerschicht versehen wird, eine Kopplungsschicht mittels einer Kopplungsreagenz ausgewählt aus der Substanzklasse der Mono-Polyisocyanate aufgebracht wird, indem über Urethanbindungen eine Anknüpfung an die SiO_x- Haftvermittlerschicht erfolgt und the implant surface is provided with an SiO _x adhesion promoter layer, a coupling layer is applied by means of a coupling reagent selected from the substance class of the mono-polyisocyanates by attaching to the SiO _x adhesion promoter layer via urethane bonds, and

eine Biopolymerschicht mittels eines modifizierten Biopolymers ausgewählt aus den Substanzklassen der Polysaccharide und/oder Glykosaminoglykane aufgebacht wird, indem über Urethan- und/oder Harnstoffbindungen eine Anknüpfung an die Kopplungsschicht erfolgt.  a biopolymer layer is made by means of a modified biopolymer selected from the substance classes of the polysaccharides and / or glycosaminoglycans by attaching to the coupling layer via urethane and / or urea bonds.

3. Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen Schicht auf einer Implantatoberfläche eines Implantats bestehend aus Polyetheretherketon, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtung ausgewählt aus den Substanzklassen der Oligoestermethacrylate und/oder Oligoesterurethanmethacrylate, basierend auf L- Laktid, D,L-Laktid, ε-Caprolakton, p-Dioxanon und Glykolid in unterschiedlicher Zusammensetzung und Kettenlänge, aufgebracht wird. 3. A method for producing a biocompatible layer on an implant surface of an implant consisting of polyetheretherketone, characterized in that a coating selected from the substance classes of Oligoestermethacrylate and / or Oligoesterurethanmethacrylate, based on L- Lactide, D, L-lactide, ε-caprolactone, p-dioxanone and glycolide in different composition and chain length, is applied.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO_x- Haftvermittlerschicht durch ein Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung unter Atmosphärendruckbedingungen auf die Implantatoberfläche aufgebracht wird mit einer Schichtdicke zwischen 10-1000 nm, vorzugsweise zwischen 10 bis 200 nm. 4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the SiO _x - primer layer is applied by a process of chemical vapor deposition under atmospheric pressure conditions on the implant surface with a layer thickness between 10-1000 nm, preferably between 10 to 200 nm.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Verfahren die Atmosphärendruckplasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (APCVD) oder die flammenunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (CCVD) verwendet wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the method is the atmospheric pressure plasma-assisted chemical vapor deposition (APCVD) or the flame-assisted chemical vapor deposition (CCVD) is used.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kopplungsreagenz Di- und/oder Triisocyanate oder Lysindiisocyanat (Lysinethylesterdiisocyanat) oder 3-lsocyanatopropyltrimethoxysilan verwendet wird. 6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that is used as the coupling reagent di- and / or triisocyanates or lysine diisocyanate (lysine ethyl ester diisocyanate) or 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane.

7. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als modifiziertes Biopolymer Polysaccharide und Glykosaminoglykane, auf Basis von Dextran, Na-Alginat, Chitosan, Levan, Hyaluronsäure sowie dem Syntheseprodukt Polyglycerin verwendet wird. 7. The method of claim 1, 2 or 6, characterized in that as a modified biopolymer polysaccharides and glycosaminoglycans, based on dextran, Na alginate, chitosan, levan, hyaluronic acid and the synthesis product polyglycerol is used.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Biopolymere weitere funktionelle Gruppen tragen wie photovernetzungsfähige Acrylat-, Methacrylatgruppen und/oder antibakteriell wirkende Ammoniumgruppen, Azidgruppierungen sowie Carboxymethyl und/oder Carboxyethylgruppen. 8. The method according to claim 7, characterized in that the biopolymers used carry further functional groups such as photocrosslinkable acrylate, methacrylate groups and / or antibacterial ammonium groups, Azidgruppierungen and carboxymethyl and / or carboxyethyl groups.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der Haftvermittlerschicht und/oder der Kopplungsschicht und/oder der Biopolymerschicht durch Tauchen, Spin coating oder Aufsprühung erfolgt. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the application of the adhesion promoter layer and / or the coupling layer and / or the biopolymer layer by dipping, spin coating or spraying takes place.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht und/oder die Kopplungsschicht und/oder die Biopolymerschicht durch photochemische Vernetzung mit einem Photoinitiator im Bereich von 250-550 nm, vorzugsweise bei 365 nm oder 390-490 nm, aufgetragen wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adhesion promoter layer and / or the coupling layer and / or the biopolymer layer by photochemical crosslinking with a photoinitiator in the range of 250-550 nm, preferably at 365 nm or 390-490 nm, applied becomes.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzung in Gegenwart von Photoinitiatoren, ausgewählt aus den Substanzgruppen von Chinonen, α-Hydroxyketonen, a-Aminoketonen, Phosphinaten und/oder photoaktiven Farbstoffen erfolgt. 1 1. Process according to Claim 10, characterized in that the crosslinking takes place in the presence of photoinitiators selected from the substance groups of quinones, α-hydroxyketones, α-aminoketones, phosphinates and / or photoactive dyes.

12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung die Implantatoberfläche mit einer SiO_x- Haftvermittlerschicht versehen wird. 12. The method according to claim 3, characterized in that before the application of the coating, the implant surface is provided with a SiO _x - primer layer.

13. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung die Implantatoberfläche durch Reduktion der Ketogruppe mit Hydroxylgruppen versehen wird. 13. The method according to claim 3, characterized in that prior to the application of the coating, the implant surface is provided by reduction of the keto group with hydroxyl groups.