DD156571A1 - Langzeitstabile,bioaktive glaeser - Google Patents
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Classifications
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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Abstract
Die Erfindung betrifft neuartige Glaeser mit einem hohen Grad an Bioaktivitaet gegenueber lebendem Hartgewebe und hohem Widerstand gegenueber Angriffen der Koerperfluessigkeit und sind als Implantatmaterial verwendbar. Erfindungsziel ist, mit den neuartigen Glaesern als Implantatmaterial, das fuer sich allein, in Verbindungsystemen (Kompositen) mit Polymeren oder Metallen oder als Beschichtungsmaterial fuer Implantatmaterialien aus Metallen oder Keramiken verwendbar ist, eine feste Knochen/Implantat-Verbindung und eine extrem hohe Langzeitstabilitaet gegenueber Angriffen der Koerperfluessigkeit zu erreichen.Erfindungsaufg. ist das Entwickeln alkalifreier Phosphatglaeser,die einen hohen Grad an bioaktivem Verhalten aufweisen und gegenueber Angriffen der Koerperfluessigkeit extrem hoch langzeitstabil sind,zur Verwendung als Implantatmaterial fuer sich allein, in Verbundsystemen (Kompostion) mit Polymeren oder Metallen oder als Beschichtungsmaterial fuer Implantatmaterialien aus Metallen oder Keramiken.Die langzeitstabilen,bioaktiven Glaeser, die hydrolytisch bestaendig sind, bestehen aus (in Mol-%)45 bis 80 P tief 2 O tief 5 + SiO tief 2, 5 bis 30 Al tief 2 O tief 3 und 5 bis 55 CaO + ZnO; fuer die einzelnen Komponenten gilt: 40 bis 75 P tief 2 O tief 5, 5 bis 30 Al tief 2 O tief 3, 5 bis 50 CaO, 0 bis 15 ZnO und 0 bis 12 SiO tief 2.
Description
Erfinder: Berlin, den 18.02.1981
253/4110/111 Or.-Ing. Georg Berger
Chem.-Ing. Heidi Marx -ή — Chem,-Ing. Peter-Olaf Kunth Prof. Dr. sc.nat. Wolfgang Pompe Dr. rer.nat. Thomas Müller Dr. med. Steffen Köhler Dr. med. Klaus Retemeyer Dr. rer.nat. Peter Bajdala Chem.-Ing. Gerhard.Solow
Langzeitstabile, bioaktive Gläser
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft neuartige Gläser, die sich in hohem Grado bioaktiv gegenüber Hartgewebe verhalten, hohen Wider» stand gegenüber Lösungsangriffen durch Wasser, simulierte Körperflüssigkeit (RINGER-Lösung) und insbesondere gegenüber der Körperflüssigkeit nach erfolgter Implantation aufweisen und die demzufolge vorteilhaft als Implantationswerkstoff Verwendung finden können. Dieses erfindungsgemäße Implantatmaterial ist seinen Eigenschaften entsprechend vorzugsweise als Knochenersatzstoff anwendbar und zwar sowohl im tierischen als auch menschlichen Organismus. Es kann für sich allein, in Verbundsystemen (Kompositen) oder als Beschichtungsmaterial für andere Implantatwerkstoffe mit dem Ziel der Vergütung der Oberfläche, d.h. der Verbesserung der Grenzflächeneigenschaften Implantat/Gewebe, Verwendung finden« Die Hauptanwendungsgebiete dieser bioaktiven, langzeitstabilen Gläser bzw. der davon abgeleiteten Verbünde bzw. Überzugsschichten für andere Implantatwerkstoffe sind die Traumatologie, zahnärztliche Prothetik und weitere Spezialgebiete mit ähnlichen Problemstellungen, die der Erhaltung oder Wiederherstellung bestimmter Körperfunktionen dienen, die durch traumatische Einwirkungen, aber auch durch pathologische Prozesse gestört wurden.
- 2 Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Als Implantatwerkstoffe wurden bislang Metalle, Kunststoffe und verschiedene anorganisch-nichtmetallische Stoffe eingesetzt. Die Mehrzahl dieser Materialien, insbesondere die traditionellen Implantatwerkstoffe, zeichnen sich durch einen hohen Grad an Biokompatibilität aus, d.h. sind körperverträglich und führen zu keinen unerwünschten Neben- bzw» Spätreaktionen· Dedoch werden diese Materialien vom Organismus als körperfremd erkannt und durch Bindegewebe abgekapselt· Eine derartige bindegewebige Umhüllung des Implantats führt nach gewisser Zeit stets zur Lockerung desselben, bzw· es entsteht mit noch vorhandenem Knochen keine Verbindung· Erst die Arbeiten von HENCH und Mitarbeitern (beispielsweise Material Science Research 7 (1973), 265 bis 282; I· Biomed· Mater· Res· Symposium Nr· 5 (Part· 1), 49 bis 64 (1974) zeigten, daß im Gegensatz zu den traditionellen Materialien Bio-Gläser bzw. -Vitrokerame mit dem Knochen im Organismus verwachsen können.
In der OE-AS 2,326.100 wird jedoch herausgestellt, daß der von HENCH gewählte Zusammensetzungsbereich der glasigen bzw. glaskeramischen Materialien (Calciumsilicophosphate mit erheblichen Alkalianteilen), insbesondere im Hinblick auf mögliche Konzentrations- bzw. Gleichgewichtsverschiebungen der Na+- und K + -Ionen sowie der Mg + · und Ca +- Ionen im Organismus und damit verbundene negative Auswirkungen auf die Wundheilung, nicht als optimal anzusehen ist.
Die in der erwähnten DE-AS 2.326,100 für prothetische Zwecke vorgeschlagenen glaskeramischen Materialien mit Apatit-Kristallphase sind durch einen Bereich der chemischen Zusammensetzung in den Grenzen von (Masse-%) 20-60 SiO2* 5-40 P2O5, 2,7-20 Na2O, 0,4-20 K3O, 2,9-30 MgO, 5-40 CaO und 0,05-3 F gekennzeichnet, wobei sich die Gläser dieses Zusammensetzungsbereiches durch gezielte Rekristallisation in entsprechende Glaskerarnikmaterialien mit Apatitstruktur um-
wandeln lassen, die beim Auslaugen in RINGER-Lösung Na1+- und K -Ionen bzw« Ca - und Mg -Ionen im gewünschten Ver· hältnis abgeben und sich durch eine verbesserte Langzeitstabilität auszeichnen sollen«
In der DE-AS 2.349.859 (Zusatzanmeldung zur vorstehend genannten DE-AS 2.326.100) wird mit dem Ziel einer verbesserten mechanischen Festigkeit eine Anreicherung von K -Ionen in den Oberflächenschichten der gemäß DE-AS 2«326«100 hergestellten glaskeramischen Materialien mit Apatitstruktur vor·· geschlagen» wobei das Einbringen austauschprozesse erfolgen kann«
geschlagen, wobei das Einbringen der K +-Ionen durch Ionen«
Unabhängig von den gegenüber den Materialien von HENCH möglicherweise erreichbaren Verbesserungen wird ein Mangel der in den o.g. DE-AS vorgeschlagenen glaskeramischen Zusammensetzungen, insbesondere in Bezug auf ihre Langzeitstabilität, darin gesehen, daß die in den angegebenen Zusammensetzungsbereichen vorliegenden SiO2-'Gehalte auf eine mehr oder weniger ausgeprägte Invertstruktur der jeweils zugrundeliegenden Gläser schließen lassen, die in aller Regel mit einer wenig ausgeprägten chemischen Stabilität einhergeht· Zusätzlich kritisch im Sinne der angestrebten Langzeitstabilität ist die Verwendung einer durch "ion-stuffing" mittels K +-Ionen verfestigten Glasoberfläche einzuschätzen, wie dies in der DE-AS 2,349.859 vorgeschlagen wird« Die bekanntlich geringere hydrolytische Beständigkeit von durch "ion-stuffing" mechanisch verfestigten Glasoberflächen dürfte eine kontrollierte Abgebe von Alkali- bzw« Erdalkaliionen in gewünschten Verhältnissen (als Kriterium der angestrebten Langzeitstabilität in Verbindung mit biologischen Bedingungen) nicht eben begünstigen.
Schließlich wird in der DE-OS 2.606.540 eine biologisch verträgliche Glaskeramik vorgeschlagen, die aus einer Mischung von Oxiden im Bereich der chemischen Zusammensetzung (Mol-%) SiO2 35-50e Na2O 20-30, CaO 10-30, P2O5 2,5-10 sowie Oxide
der Seltenen Erden bzw· Yttriumoxid 3-10 erschmolzen und durch gezielte thermische Behandlung in ein zumindest teilweise kristallines Material umgewandelt wird, wobei es zur Kristallisation einer isomorphen Verbindung des Hydroxylapatits kommt· Oie Anwesenheit von Oxiden der Seltenen Erden soll erfindungsgemäß zu einer besonders wirksamen festen Verbindung zwischen dem Implantaten und der lebenden Knochenhaut führen· Neben der Tatsache, daß die Seltenen Erden sowie Yttrium vergleichsweise teuere Rohstoffe darstellen und darüber hinaus auch die nicht toxische Wirkung dieser Substanzen, mit Ausnahme des Lanthans, als noch nicht geklärt gelten muß', wie auch in der g. DE-OS zum Ausdruck gebracht wurde, ist ferner herauszustellen, daß mit 20-30 Mol-% Na2O der Alkalianteil bei verhältnismäßig geringem SiO2-Anteil von nur 35-50 Mol-% als hoch einzuschätzen ist, was einerseits negative Auswirkungen auf die chemische Stabilität insgesamt hat und andererseits in ähnlicher Weise wie die Bio-Gläser von HENCH zu überhöhte Alkalidepots in Wundnähe führen dürfte.
Ziel
der
Erfindung
Ziel der Erfindung ist es·, mit neuartigen bioaktiven Gläsern als im tierischen und menschlichen Organismus einsetzbarem Implantatmaterial, das für sich allein, in Verbundsystemen (Kompositen) mit Polymeren oder Metallen oder als Beschichtungsmaterial für Implantatmaterialien aus Metallen oder Keramiken verwendbar ist, eine feste Knochen/Implantat-Verbindung und eine extrem hohe Langzeitstabilität gegenüber Angriffen der Körperflüssigkeit zu erreichen und eine Überhöhung der Alkalikonzentration in Wundnähe zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alkalifreie Phosphatgläser zu entwickeln, die einen hohen Grad an bioaktivem Verhalten aufweisen, d.h. eine bindegewebige Umhüllung im tierischen und menschlichen Organismus ausschließen bzw·
weitestgehend unterdrücken, und gegenüber Angriffen der
Körperflüssigkeit extrem hoch langzeitstabil sind, zur Verwendung als Implantatmaterial für sich allein, in Verbundsystemen (Kompositen) mit Polymeren oder Metallen oder als Beschichtungsmaterial für Implantatmaterialien aus Metallen oder Keramiken·
Es wurden langzeitstabile, bioaktive Gläser mit hydrolytischer Beständigkeit, zur Verwendung als Implantatmaterial und/oder als Verbundwerkstoff (Komposit) mit Polymeren oder Metallen und/oder als Beschichtungsmaterial für Implantatmaterialien aus Metallen oder Keramiken gefunden· Diese Gläser sind dadurch gekennzeichnet, daß sie aus
45 bis 80 Mol-% P2O5 + SiO2 5 bis 30 Mol-% Al2O3 und 5 bis 55 Mol-% CaO + ZnO
bestehen, wobei für die einzelnen Komponenten gilt:
40 bis 75 Mol-% P2O5
5 bis 30 Mol-% A12°3
5 bis 50 Mol-% CaO
O bis 15 Mol-% ZnO und
O bis 12 Mol-% SiO2.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sind Gläser,
| die aus | 55 | bis | 70 | Mol-% | P2°5 |
| 10 | bis | 25 | Mol-% | Al2O3 | |
| 10 | bis | 35 | Mol-% | CaO | |
| O | bis | 10 | Mol-% | ZnO und | |
| O | bis | 8 | Mol-% | SiO2 | |
| bestehen· | |||||
Eine extrem hohe hydrolytische Beständigkeit und zugleich eine gute Biokompatibilität besitzen Gläser aus dem Zusammensetzungsbereich (in Mol-%) 45 bis 75 P2O5, 5 bis 30 und 5 bis 50 CaO.
Durch zelltoxikologische Untersuchungen konnte belegt werden, daß die Biokompatibilität der Gläser der der anerkannten AlpOo-Keramxk-Implantate gleicht· Darüber hinaus wurde festgestellt, daß sich das Material bioaktiv verhält d.h. eine Bindegewebsbildung weitestgehend unterdrückt* Allerdings ist, im Vergleich zu bekannten Materialien, der Grad der Bioaktivität nicht so stark herausgebildet wie die hohe Langzeitstabilität·
Eine weitere Verbesserung der Bioaktivität wird durch einen Zusatz von bis 15 Mol-% ZnO bzw. durch einen teilweisen Ersatz des CaO durch ZnO erreicht·
Es wurde überraschend gefunden» daß die ZnO-Zusätze bei gleich· bleibend hoher bzw· für einige Zusammensetzungen sogar verbesserter hydrolytischer Beständigkeit zu sehr bioaktiven Gläsern führen· Zelltoxikologische Untersuchungen zeigten, daß hier eine deutliche Stimulierung des Zellwachstums zu beobachten ist· Eine mögliche £rklärung für dieses Verhalten könnte darin bestehen, daß einerseits ZnO in ZnO-PpOg-Gläsern zu einem hohen Vernetzungsgrad führen kann, d.h. auch bei weiterem Zusatz an ZnO Gläser extrem hoher hydrolytischer Beständigkeit erhältlich sind und andererseits Zn + leicht anstelle von Ca in apatitische Strukturen - so in die Mineralsubstanz des Knochens - eintreten kann· Allerdings ist der Zusatz von ZnO insbesondere bei hohen Gehalten von CaO infolge der Überschreitung des Glasbildungsbezirkes begrenzt·
Durch einen Zusatz von SiO2 wird bewirkt., daß der P2O5 destgehalt bis auf 40 Mol~% gesenkt werden kann· Tierexperimentelle Untersuchungen an Gläsern mit einem Zusatz von bis 10 Mol-% zeigten, daß bei nahezu gleichbleibender Bioaktivität und geringfügig verminderter hydrolytischer Beständigkeit die Reaktivität in der Anfangsphase des Einheilungsprozesses positiv stimuliert wird. Darüber hinaus führten
die Untersuchungen zu dem überraschen Ergebnis, daß der artige Materialien im Gegensatz zu bekannten Materialien mit extrem hoher Bioaktivität und geringer Langzeitstabilität vom Weichgewebe besonders gut toleriert werden, wofür insbesondere die Untersuchungen nach Subcutaniraplantation sprechen.
Die erfindungsgemäßen Gläser können im wesentlichen nach den in der Glastechnik üblichen Verfahren hergestellt und verarbeitet werden. Eine Ober- bzw. Unterschreitung der Konzentration auch nur einer Komponente des angegebenen Zusammensetzungsbereiches der Gläser hat jedoch nachteilige Veränderungen hinsichtlich ihrer material-technischen und Bio-Eigenschaften zur Folge. Beispielsweise führt eine Überschreitung des AlgOg-Gehaltes von 30 Mol-% bzw· des CaO-Gehaltes von 50 Mol-% dazu, daß die Glasbildungsgrenze entsprechend der in der Glastechnik üblichen Herstellungsverfahren überschritten wird. Es muß jedoch ein Mindestgehalt von jeweils 5 Mol-% dieser beiden Komponenten garantiert sein, da durch den Mindestgehalt von CaO die erfindungsgemäße biologische Anwendung erstemöglicht wird sowie der Mindest-Al^O^-Gehalt eine wünschenswerte Strukturstabilisierung darstellt und sich positiv bezüglich der mechanischen Festigkeit und chemischen Stabilität der Gläser auswirkt. Bei Unterschreitung des Al203-Gehaltes von 5 Mol-% und bei gleichzeitig hohem PgOg-Gehalt von größer als 65 Mol-% entstehen hygroskopische Gläser.
Zur PpOg-Komponente ist noch zu bemerken, daß zu geringe Gehalte von kleiner als ca. 45 Mol-% bei Abwesenheit von SiOp (im Zusammenwirken mit den CaO« bzw. AlpO3«Anteilen) keine Glasbildung im üblichen Sinne ermöglichen. Zum Beispiel führt eine Schmelze der Zusammensetzung (in Mol-%) 43 P?*"^' 10 AIpO3, 47 CaO, O ZnO und O SiOp zu während des Verarbeitungsvorganges spontan kristallisierendem Material. Zu hohe PpO5~Gehalte von ca. 75 Mol-% ab führen während des Schmelzens zu extremen PpOe-Verdampfungsverlusten und sind in der Schmelzführung mit üblichen Mitteln schwer zu hand-
haben. Ferner ist zu bedenken, daß in diesen Fällen der Phosphatanteil erheblich über die mit Vorteil einzusetzenden Metaphosphate als Gemengebestandteil hinausgeht, was die Gemengebereitung und das Einschmelzen des Gemenges problematisch macht.
Die erfindungsgemäßen Gläser sind als Implantatmaterial für sich allein einsetzbar und als Verbundwerkstoff (Komposit) mit Polymeren, vorzugsweise mit Polymethylmethacrylat, mit Metallen, vorzugsweise mit Titan oder Tantal, und als Beschichtungsmaterial für Implantatmaterialien aus Metall, vorzugsweise aus Titan oder Tantal, und aus Keramik, vorzugsweise aus Al2O3-Keramik, verwendbar·
Der Tabelle 1 sind von ausgewählten Gläsern die Zusammensetzungen und einige Eigenschaftsangaben zu entnehmen.
Der in dieser Tabelle aufgeführte thermische AusdeKbngskoeffizient (AK) soll auf einige der Möglichkeiten der Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Gläser als Verbundwerkstoff und als Beschichtungsmaterial für Implantatmaterialien hinweisen. So sind beispielsweise Gläser mit einem AK von
—7 —1 ca. 55 bis 60·10 K der unter den Proben 30, 50 und 70 aufgeführten Zusammensetzung als Beschichtungsmaterial für A1_OQ-Keramik-Implantate oder als Verbünde (Komposite)
-7 —l mit Tantal (AK ca. 65Ί0 K ) verwendbar. Hingegen sind Gläser mit einem AK zwischen 75 und 85·1θ" K~ , entsprechend der Zusammensetzung um die Proben 90 und 120, als Verbünde
—7 —1 (Komposite) mit Titan (AK ca. 83·10 K ) verwendbar. Bei Gläser, die als Verbünde (Komposite) mit Polymeren, vorzugsweise mit Polymethylmethacrylat, verwendbar sind, ist jedoch der AK-Wert von untergeordneter Bedeutung.
Tab· 1 Zusammensetzungen und einige Eigenschaftskennwerte von ausgewählten Gläsern
| Probe | 4 | Zusammensetzung (M | CaO | 28 | Ak AK50-100 | 23 | Al2O3 | ol-%) | SiO2 | ersuchungen 2) | Tg | Mg |
| Probe | P2°5 | 5 | Eio-V | 25 | ZnO | 0 | t°c] | |||||
| 30 | 70 | 25 | 56 | HK | 5 | 0 | 0 | - | 738 | 765 | ||
| 50 | 30 | 70 | 15 | 56 | 1) | 25 | 0 | 0 | 590 | 637 | ||
| 70 | 50 | 60 | 2S | 62 | 1 | 15 | 0 | 0 | 578 | 625 | ||
| 80 | 70 | 60 | 35 | 74 | 1 | 5 | 0 | 0 | keine Beeinflussung | 583 | 624 | |
| 90 | 80 | 60 | 35 | 78 | ι Ι | 15 | 0 | 0 | (wie Al-O3-Keramik) | 564 | 604 | |
| 120 | 90 | 50 | 45 | 80 | 1 J | 5 | 0 | 0 | 500 | 558 | ||
| 130 | 120 | 50 | 87 | 1 | 0 | 533 | 559 | |||||
| Ausführungs | 130 | 1 | ||||||||||
| beispiel | 26 | 1 | 12 | 0 | - | |||||||
| 1 | 62 | 36 | 12 | 0 | 11 | - | η·Β, | , n.B. | ||||
| 2 | 41 | 51,65 17,15 | ,58 | 0 | 0 | П.B, | , n.B* | |||||
| 3 | 46 | 10 | 7,60 | 3 | 593 | 625 | ||||||
| 3 | Zelltoxikologische | η .Β, | • n.B· | |||||||||
| Unt | Bioaktivität | |||||||||||
| 3) | ||||||||||||
| + | ||||||||||||
| + | ||||||||||||
| ♦+ | ||||||||||||
| +++ | ||||||||||||
| + | ||||||||||||
| + | ||||||||||||
Ausführungsbeispiel
1 η·Β. 1 keine Beeinflussung ++
(wie Al-Og-Keramik)
2 n.B. 1 keine Beeinflussung +
(wie AIpO3-Keramik) (mit verkürzter
Einheilphase)
3 66 1 starke Stimulierung +++
des Zellwachstums
4 η·Β· 1 Stimulierung des (+)*+
Zellwachstums
1) nach TGL 14 809
2) Prüfung der akuten Zelltoxizität mit Hilfe eines permanenten Amnionzellstammes (Ausführliche Darstellung der Untersuchungsmethodik in Zahn-, Mund- u. Kieferheilkd· 68 (1980) 14-19)
3) Prüfung der Bioaktivität an Kaninchen und Schweinen, makroskopische Befunde, histologische Untersuchungen» spezielle Untersuchungen der Grenzfläche Implantat/Gewebe (EMA-, REM-Untersuchungen etc.)
Die Erfindung wird durch folgende Ausführungsbeispiele noch näher erläutert, wobei die Erfindung aber nicht auf diese Beispiele beschränkt ist·
Es wurde ein Phosphatglas geschmolzen, das aus
62 Mol-% P2O5
26 " CaO und
12 " Al2°3 besteht·
Vorteilhafterweise wird hierbei von einem Gemenge ausgegangen, das nur die Metaphosphate mit
44,85 Masse-% Ca(PO3J2 und 55,15 "
als Bestandteile enthält·
Das Gemenge wird sodann bei einer Temperatur von 1400°C geschmolzen· Das so erhältliche Glas läßt sich gut nach in der Glastechnik üblichen Verfahren verarbeiten^ z#B«. Fritten, Ziehen von Stäben usw.
Neben der Untersuchung der werkstoff-technischen Parameter interessieren hier besonders die Tests zur Ermittlung der Bio~£igenschaften.
Prinzipielle Untersuchungen an diesem Glas ergaben» daß z.B. die Еіпіадзгипд in RINGER-Lösung zur Simulierung des Angriffs der Körperflüssigkeit auf das Glas in keinem Falle wesentliche Resultatsveränderungen gegenüber der nach TGL 14 809 ermittelten Werte der hydrolytischen Klasse (HK) ergaben, d,h· die HK-Werte spiegeln gut die Resistenz gegenüber Angriffen durch die Körperflüssigkeit wieder·
Zelltoxikologische Tests führten zu dem Ergebnis, daß das Material keine Beeinflussung des Zellwachstums bewirkt und sich analog zur bioinerten AlpOg-Keramik verhält· Die in-vivo-Tests an Ratten, Kaninchen und Schweinen belegen, daß trotz dieses zelltoxikologischen Ergebnisses eine bioaktive Reaktion dieses Materials zu verzeichnen ist· Im Gegensatz zur Al2O3-Keramik, die zu Vergleichszwecken ebenfalls implantiert wurde, ist bei dem Glas der Zusammen» Setzung des Ausführungsbeispiels 1 deutliches bioaktives Verhalten insbesondere nach Liegezeiten von 16 Wochen nachzuweisen, und das Implantat ist vollständig mit neu gebildetem Knochen überzogen· Noch eindrucksvoller als die makroskopischen Befunde sind die Ergebnisse von EMA-Untersuchungen, die verdeutlichen, daß es weitestgehend zum randständigen Anwachsen des Knochens am Implantat kommt und eine breite bindegewebige Umhüllung des Implantats wie im Falle der AlpO^-Implantate nicht beobachtet werden kann· Auch histologische Befunde ergaben befriedigende Ergebnisse, so daß das Material durchaus zum Einsatz in der Human-Medizin geeignet ist.
Es wurde ein Phosphatglas geschmolzen, das aus
41 Mol~% P2O5
36 Mol~% CaO
12 Mol-% Al2O3
11 Mol-% SiO2
besteht.
Das Geraenge wurde aus folgenden Komponenten bereitet:
73,12 Masse-% Ca(P03)2
12,89 Masse-% AlPO4 7,19 Masse-% Al2O3 6,80 Masse-% SiO2 und bei 1400 C geschmolzen· Das danach erhältliche Glas ist nicht extrem kristallisations- bzw. entmischungsstabil· Es lassen sich jedoch aus der Schmelze Platten herstellen und zur Anwendung in Verbundsystemen wird das Glas gefrittet. Die Untersuchungen zur Bestimmung der Bio-Eigenschaften des Materials führte zu annähernd den gleichen Ergebnissen entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1, jedoch mit dem Unterschied, daß beim vorliegendem Material in der ersten Phase des Einheilprozesses stärkere Fortschritte zu verzeichnen sind·
Es wurde ein Phosphatglas bei 13000C geschmolzen« das aus
51,65 Mol-% P2O5 17,15 Mol-% CaO 23,58 MoI-SK Al2O3
7,60 Mol-% ZnO besteht und dessen Gemenge aus
55 Masse-% Al(PO3J3 15 Masse-% Zn(PO3J3
30 Masse-%
zusammengestellt wurde«
Das danach erhältliche Glas läßt sich in einem weiten Verarbeitungsbereich formen und es kann natürlich ebenso gefrittet werden·
Die Untersuchungen zur Bestimmung der Bio-Eigenschaften dieses Materials führten zu überraschenden Ergebnissen· So zeigten zelltoxikologische Untersuchungen eine deutliche Stimulierung des Zellwachstums im Vergleich zur bioinerten Al-Oo-Keramik, wie es in der Abbildung dargestellt wurde· Dieses Verhalten steht mit den in-vivo-Tests an Schweinen in guter Übereinstimmung, denn die Implantate sind mit neugebildetem Knochen nach Liegezeiten von 14-16 Wochen überzogen· Versuche zur Bestimmung der Grenzflächenhaftung Implantat/Gewebe ergaben günstige Werte·
Es wurde ein Phosphatglas bei 13500C geschmolzen, das folgende Zusammensetzung hatte:
46 Mol-% P2O5 28 " CaO 10 " Al2O3
3 - ZnO
3 " SiO2
Das Gemenge für diese Schmelze wurde aus
58,09 Masse-% Ca(PO3J2 27,64 " Al(P03)3 7,03 " Zn(P03)2 1,89 " SiO2 und 8,68 " (NH4)H2P04 zusammengestellt·
Diese Komponenten wurden zunächst vorsichtig bis auf 300 C und später auf 5000C erhitzt, um die Zersetzung des (NH4)-
H0PO. abzuwarten und die Reaktion der so freiwerdenden 2 4
P20j--Anteile mit den übrigen Gemengebestandteilen zu ermöglichen. Nachdem das so vorbehandelte Gemenge eingeschmolzen wurde und die daraus hergestellte Schmelze blank war, wurde sofort die Formgebung bzw· das Fritten vorgenommen·
Die diesem Glas eigenen Bio-Eigenschaften entsprechen etwa einer Kombination der Bio-Eigenschaften der Gläser der Ausfuhrungsbeispiele 2 und 3; allerdings treten die Reaktionen jeweils in leicht geschwächter Form ein.
Claims (5)
1. Langzeitstabile, bioaktive Gläser mit hydrolytischer Beständigkeit, zur Verwendung als Implantatmaterial und/oder als Verbundwerkstoff (Komposit) mit Polymeren oder Metallen und/oder als Beschichtungsmaterial für Implantatmaterialien aus Metallen oder Keramiken, ge«* kennzeichnet dadurch, daß die Gläser aus
bis 80 Mol-% P2O5 + 5 bis 30 Mol-% Al2O3 und 5 bis 55 Mol-% CaO + ZnO
bestehen, wobei für die einzelnen Komponenten gilt:
bis 75 Mol-% P2O5
5 bis 30 Mol-% Al3O3
5 bis 50 Mol-% CaO
O bis 15 Mol-% ZnO und
O bis 12 Mol-% SiO2
2· Gläser nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sie vorzugsweise aus
bis 70 Mol-% P2O5 bis 25 Mol-% Al2O3 bis 35 Mol-% CaO
O bis 10 Mol-% ZnO und
O bis 8 Mol-% SiO2 bestehen·
3. Verwendung der Gläser nach Punkt 1 und 2 als Verbundwerkstoff (Komposit) mit Polymeren, vorzugsweise mit
Polymethylmethacrylat·
Polymethylmethacrylat·
4· Verwendung der Gläser nach Punkt 1 und 2 als Verbundwerkstoff (Komposit) mit Metallen, vorzugsweise mit
Titan oder Tantal·
Titan oder Tantal·
5· Verwendung der Gläser nach Punkt 1 und 2 als Beschichtungsmaterial für Implantatmaterialien aus Metall,
vorzugsweise aus Titan oder Tantal, und/oder aus Kera· mik, vorzugsweise aus A12Q3-Keramik·
vorzugsweise aus Titan oder Tantal, und/oder aus Kera· mik, vorzugsweise aus A12Q3-Keramik·
Zeichnungen
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD22768481A DD156571B1 (de) | 1981-02-18 | 1981-02-18 | Langzeitstabile, bioaktive glaeser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD22768481A DD156571B1 (de) | 1981-02-18 | 1981-02-18 | Langzeitstabile, bioaktive glaeser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD156571A1 true DD156571A1 (de) | 1982-09-08 |
| DD156571B1 DD156571B1 (de) | 1986-11-19 |
Family
ID=5529149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD22768481A DD156571B1 (de) | 1981-02-18 | 1981-02-18 | Langzeitstabile, bioaktive glaeser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD156571B1 (de) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3241589A1 (de) * | 1982-11-10 | 1984-05-17 | Pfaudler-Werke Ag, 6830 Schwetzingen | Implantate und verfahren zu deren herstellung |
| DE3424777A1 (de) * | 1983-07-08 | 1985-01-17 | Kyushu Refractories Co., Ltd., Bizen, Okayama | Kuenstliche zahnmaterialien |
| DE3907663A1 (de) * | 1989-03-09 | 1990-09-13 | Espe Stiftung | Knochenersatzteil aus glasionomerzement |
-
1981
- 1981-02-18 DD DD22768481A patent/DD156571B1/de not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3241589A1 (de) * | 1982-11-10 | 1984-05-17 | Pfaudler-Werke Ag, 6830 Schwetzingen | Implantate und verfahren zu deren herstellung |
| DE3424777A1 (de) * | 1983-07-08 | 1985-01-17 | Kyushu Refractories Co., Ltd., Bizen, Okayama | Kuenstliche zahnmaterialien |
| DE3907663A1 (de) * | 1989-03-09 | 1990-09-13 | Espe Stiftung | Knochenersatzteil aus glasionomerzement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DD156571B1 (de) | 1986-11-19 |
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