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Dokumentenidentifikation DE102006028856A1 03.01.2008
Titel Verfahren zum Aufbringen einer bioaktiven, gewebeverträglichen Schicht auf Formkörpern und Verwendung solcher Formkörper
Anmelder Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 76133 Karlsruhe, DE
Erfinder Schultheiß, Christoph, Dr., 76327 Pfinztal, DE
DE-Anmeldedatum 23.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006028856
Offenlegungstag 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse C23C 14/34(2006.01)A, F, I, 20060623, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A61L 27/54(2006.01)A, L, I, 20060623, B, H, DE   A61L 27/10(2006.01)A, L, I, 20060623, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren beschrieben, ein Targot aus einer bioaktiven gewebeverträglichen Glasmischung und die zur Umgebung ausgestellte Oberfläche der Formkörper mit einer Schicht aus dem Targetmaterial zu versehen. Das Verfahren erlaubt das Aufbringen auf temperaturempfindlichen Formkörpern, die sich bisher einer solchen Prozedur entzogen hatten. Die beschichtete Oberfläche von implantierten Formkörpern/Gehäusen hat das Potential sich mit lebendem Weichgewebe zu verbinden bzw. zu verwachsen. Daher eignen sich solchermaßen beschichtete und subkutan/transkutan implantierte Formkörper/Gehäuse für die Diagnose und Therapie, wenn in sie zuvor die vorgesehene Substanz eingebracht wurde. Es lässt sich aber auch eine elektronische Einrichtung einbauen, mit der damit eine Lokalisation und Identifikation des Trägers möglich ist.0

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mindestens teilweisen Aufbringen einer bioaktiven, gewebeverträglichen Schicht auf Formkörpern, solche Formkörper und die Verwendung solchermaßen beschichteten, Formkörper.

Eine neuartige Klasse von Substanzen, die in lebendes Gewebe implantiert werden können und zudem das Potential besitzen sich mit dem Weichgewebe zu verbinden, wird mit bioaktiver Glaskeramik, BAG, bezeichnet. BAG ist eine amorphe Biokeramik, die neben den typischen Glasbestandteilen wie Natrium, Silizium und Calcium auch geringe Anteile an Phosphor enthält. Speziell kommt die Keramik im Kompositionsbereich S53P4 mit der Zusammensetzung 53% SiO2, 4% P2O5, ca. 21% CaO, ca. 21% Na2O sowie weiterer physiologischer Salze zum Einsatz. An der Universität Florida wurde der Nachweis erbracht, dass innerhalb enger Grenzen des Mischungsverhältnisses nicht nur Osteointegration des Implantats mit dem umgebenden Knochen auftritt, darüber hinaus wird auch ein Verwachsen des Weichgewebes mit der BAG Oberfläche beobachtet.

Da BAG sehr spröde ist und nicht zu Implantaten oder Teilen davon verarbeitet werden kann, wird es hauptsächlich in Form von Granulat zum Aufbau von Knochen im Kieferbereich eingesetzt. Eine Beschichtung von Implantaten durch Eintauchen in flüssiges BAG ist möglich, was aber hohe Temperaturbeständigkeit seitens des Implantatwerkstoffes erfordert. Weitere Verfahren zur Beschichtung von Implantaten mit BAG sind die Sol-Gel Technik und die Plasmaspritztechnik, die beide zu einer hohen thermischen Belastung der Implantate führen, gefolgt von Ionenzerstäubung (Sputtern) und Laserverdampfen, die nur eine untergeordnete Rolle spielen, da bei beiden die Glaseigenschaft bzw. die Stöchiometrie verändert werden.

Im Einzelnen ist zu diesen Verfahren folgendes anzumerken:

In der Plasmaspritztechnik wird BAG-Pulver durch einen elektrischen Bogen geblasen und auf das Implantat mit bis zu einer Schichtdicke von ca. 100 &mgr;m aufgebracht. Solche Schichtdicken sind wegen des „Türmchenwachstums" erforderlich, um sicherzustellen dass die Implantatoberfläche gegen die BAG-Oberfläche hermetisch versiegelt/dicht ist. Dennoch kann ein Eindringen und Unterkriechen der Körperflüssigkeit in die Schicht nicht ausgeschlossen werden. Infolge wird deshalb ein Ablösen ganzer Schichtbereiche von der Implantatoberfläche beobachtet.

Die thermische Beanspruchung während der Herstellung setzt Anforderungen an die Materialbeschaffenheit des Implantats voraus. Kunststoffe, Gläser und Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt sind ausgeschlossen, wie auch Implantate, die bereits elektronische Bauteile enthalten. Problematisch ist auch die Dekompositionstemperatur von BAG, die je nach Literatur zwischen 900°C und 1400°C angegeben wird und bei den hohen Temperaturen im elektrischen Bogen leicht zur Bildung von unerwünschten mineralogischen Phasen von Calciumphosphat führt. Zum Vergleich sind die Temperaturen bei der Herstellung von Schichten mit der Sol-Gel Technik wesentlich geringer, betragen aber auch 400°C, so dass die meisten Kunststoffe als Implantatmaterial nicht in Frage kommen.

Ionenzerstäuben, Sputtern in der Fachsprache, ist gekennzeichnet durch geringe Schichtwachstumsraten, lediglich einige Angström pro Minute und Abweichungen von der Stöchiometrie bis 20%. Hauptursache für das geringe Schichtwachstum ist die elektrische Aufladung des nichtleitenden, dielektrischen BAG-Targets durch schnelle positive Ionen und dem dadurch verminderten Zerstäubungs-Ionenstrom auf das Target. Einschränkungen gelten auch für den Laser, wobei man mit dem gepulsten UV-Laser über den Ablationsprozess grundsätzlich hochwertige Schichten herstellen kann, jedoch Investitions- und Betriebskosten die Wirtschaftlichkeit beschränken.

Bislang entziehen sich flexible, subkutane und transkutane Schläuche, wie Katheter etc., oder empfindliche mit dielektrischem Material ummantelte elektronische Bauteile, die subkutan implantiert werden müssen, beispielsweise Herzschrittmacher, einer Beschichtung mit BAG.

Die Austrittsstelle eines transkutanen Implantats durch das Gewebe aus der Haut ist eine offene Wunde, die eine immerwährende Entzündung darstellt. Zudem bildet die Grenze zwischen Implantat und Gewebe eine Passage für Bakterien und Keime in das Innere des Körpers und ist damit wegen des Entzündungspotentials problematisch. Ein Verwachsen der Implantate mit dem Weichgewebe wäre ein großer Fortschritt. Das gleiche gilt für ein Verwachen subkutan implantierter Formkörper/Gehäuse.

Beispielhaft seien als empfindliche, subkutane Implantate so genannte Transponder erwähnt. Das sind elektronische Empfänger- und Sendeeinheit, die als Identifikationssystem bei Tieren verwendet werden können. Hierzu wird ein solcher Transponder in ein nach außen hin mit BAG beschichtetes, dielektrisches Gehäuse eingebaut, das dann, hermetisch verschlossen, injiziert oder implantiert wird. Durch kodierte Erregung des eingepflanzten Transponders verfügt man über ein individuelles Identifikationssystem.

Das BAG-beschichtete Transpondergehäuse verwächst mit dem Gewebe. Die Haftung ist wichtig, weil eine Wanderung im Körper zu spontanen Komplikationen führen kann, die für den Anwender nicht akzeptabel sind. Sowohl bei Schlachtvieh, als auch bei Versuchstieren ist die genaue und zuverlässige Lokalisation eines implantierten Transponders ein entscheidendes Kriterium für den Einsatz als Indentifikationssystem.

Bislang versucht man der Wanderung solcher implantierten Gehäuse/Formkörper mit integriertem Transponder durch einen übergestülpten Kunststoffschlauch zu begegnen. Jedoch provoziert der Kunststoff einen proliferativen, entzündlichen Abwehrprozess, in dessen Verlauf faserbildende Zellen und später eine Zwischenzellsubstanz gebildet wird, die im günstigsten Fall zur einer Einkapselung des Gehäuses durch Vernarbung führt. Gerade in der Versuchstierhaltung ist eine gesundheitliche Einschränkung der Population durch ein Identifikationssystem nicht tolerabel. Hingewiesen sei auf Katheter als subkutane Implantate, wie z.B. der Nierenkatheter oder auch der Katheter für die Bauchraumdialyse, die von zunehmender Bedeutung sind. Die häufigsten Komplikationen sind da Entzündungen der Niere oder des Bauchraums, die lebensbedrohlichen Verlauf nehmen können, wenn man davon absieht, dass die Kathedermethode oft die letzte Möglichkeit ist, einem Patienten bei einer Grunderkrankung zu helfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beschichtung temperaturempfindlicher Implantate mit bioaktiven, gewebeverträglichen Substanzen/Beschichtungen bereitzustellen, die mit dem Weichgewebe verwachsen. Die aufgebrachte, exponierte Schicht soll flüssigkeitsdicht sein und in vorgegebener Stärke und Rauhigkeit aufgetragen werden können. Weiter sollen beschichtete Formkörper/Gehäuse bereitgestellt werden, die sich in einen lebenden Organismus einpflanzen lassen, ohne von ihm abgestoßen zu werden.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst, durch beschichtete Formkörper/Gehäuse gemäß des Anspruchs 4 und der Verwendung solcher Formkörper.

Solche Form erfindungsgemäßen Formkörper/Gehäuse lassen sich in lebendes Gewebe einpflanzen lassen, ohne Abstoßreaktionen hervorzurufen.

Das Verfahren zum mindestens teilweisen Aufbringen einer bioaktiven, gewebeverträglichen Schicht auf Formkörpern, zum Erzielen einer Kontaktoberfläche mit der Eigenschaft, der Ansiedlung und Ausbreitung, der Proliferation, von umgebenden Weichteil-Körperzellen auf der Schicht förderlich zu sein, ist dadurch gekennzeichnet, dass bioaktives Glas, BAG, im Kompositionsbereich S53P4 als Targetmaterial verwendet wird. Die Formkörper 5 werden gereinigt und die jeweils zu beschichtenden Oberflächen mit Ionen aktiviert. Die Formkörper 5 werden auf einem Expositionstisch einem durch gepulste Elektronenestrahlablation von einem BAG-Target 3 ablatierten BAG-Strahlpuls 7 ausgesetzt. Dabei wird die thermische Belastung infolge von Kondensationswärme während der BAG-Deponierung auf der Oberfläche des Gehäuses 5 über die Pulsfrequenz des Elektronen-2 bzw. BAG-Strahlpulses 7 gesteuert, bis auf den vorgesehenen Gehäuseoberflächen eine BAG-Schicht von 1 bis 10 &mgr;m Dicke deponiert ist und damit so dick ist, dass im anschließenden Kontakt mit Flüssigkeiten Ionen aus der Tiefe der BAG-Schicht eluiert werden, die eine zur Zellansiedlung notwendige morphologische Umwandlung der Oberfläche einleiten.

Vor der Implantation zur Vermeidung einer anfänglichen Zytotoxizität wird der BAG-beschichtete Formkörper entweder mindestens dreimal einem 24 stündigen Kontakt mit Kultur Medium (SBL), entmineralisiertem Wasser oder 0,9% NaCl Elektrolyt unterzogen wird. Oder wird einer Nassdampfsterilisation bei mindestens 134°C für mindestens 13 Minuten oder bei mindestens 121°C für die Dauer von mindestens 30 Minuten ausgesetzt.

Nach Anspruch 4 sind die Formkörper dielektrisch und aus Kunststoff, haben Ampullen- oder Linsenform oder bilden einen Schlauch bzw. ummanteln einen Draht und weisen eine Größe auf, die für eine Implantation in Gewebe ohne Beeinträchtigung der natürlichen Funktionen erträglich ist. Nach Anspruch 5 sind die Formkörper aus Glas, Keramik, beide dielektrisch, oder Metall, und damit elektrisch leitend, und weisen ebenfalls eine Form und Größe auf, die für eine Implantation in Gewebe ohne Beeinträchtigung der natürlichen Funktionen erträglich ist.

In den Unteransprüchen 2 und 3 sind spezielle Verfahrensschritte beschrieben. Nach Anspruch 2 wird die zu beschichtende Oberfläche des Formkörpers/Gehäuses mit Ar- oder O- oder N-Ionen oder sonst für den Prozess geeignete Ionen bzw. deren ionisierte Moleküle aktiviert. Nach Anspruch 3 wird das Implantat nach mindestens dreimaligem Kontakt mit Flüssigkeiten durch ein trockenes Verfahren, wie Spülung mit Methylenoxyd-Gas, sterilisiert.

Die Verwendung solchermaßen beschichteter Formkörper/Gehäuse wird in den Verwendungsansprüchen 6 bis 8 aufgeführt. Nach Anspruch 6 wird ein dielektrischer oder metallischer Formkörper zur Injizierung oder transkutaner/subkutaner Implantierung in einen lebenden Körper/Organismus verwendet, wo ein solches mit dem anliegenden Gewebe an der Depositionsstelle bzw. an der transkutanen Eintrittsstelle in den Körper ohne Abstoßungsreaktion verwächst. Nach Anspruch 7 wird er zur Diagnose oder Therapie, in die zuvor ein entsprechendes Medium eingeschlossen wurde, verwendet. Und schließlich nach Anspruch 8 wird der Formkörper/das Gehäuse zur physikalischen Stimulierung des Körpers/Organismus/Organe oder zur Übertragung von Messdaten oder als Ortungsmedium, in die zuvor eine entsprechende elektronische Therapieeinrichtung oder Transpondereinrichtung eingeschlossen wurde, verwendet.

Für das Verfahren ist ein wichtiger Bestandteil, wie die zu beschichtende Oberfläche des Formkörpers/Gehäuses beschaffen ist. Es ist von Vorteil die Oberflächen mit Ionen wie Ar-, O- oder N- oder deren ionisierte Moleküle zu aktivieren.

Die Bereitstellung der rauen Oberfläche zur besseren Haftung der Gewebezellen und zur Einwachsung an der Implantationsstelle beschleunigt die Löslichkeit von BAG. Daher sollte die Schichtdicke an ihren dünnsten Stellen, den Rauheitstälern, entsprechend stark sein, sie sollte dort nicht unter 1 &mgr;m betragen.

Das Verfahren wird mit einer Vorrichtung zur Erzeugung gepulster, magnetisch selbstisolierender Elektronenstrahlen durchgeführt, wie sie in der DE-PS 42 08 764 C2 beschrieben ist. Diese Elektronenstrahlen können benutzt werden, um über den Ablationsprozess Material vom dielektrischen Target abzutragen und auf einer exponierten Oberfläche aufwachsen zu lassen. Die Fähigkeit des Elektronenstrahls, dielektrisches Material abzutragen, ist eng verknüpft mit der Eigenschaft des magnetisch selbstfokussierten Elektronenstrahls, sich in einem dielektrischen Gas auszubreiten. Dabei wird das dielektrische Hintergrundgas vom Strahl ionisiert und in seinem Ausbreitungskanal eine Säule von positiven Gasionen zur Raumladungsneutralisation gebildet. So verhält es sich beim Auftreffen des Strahls auf ein BAG-Target. Die Strahlelektronen ionisieren die Moleküle im Bereich der Festkörperoberfläche. Thermische Elektronen aus dem Ionisationsprozess entweichen bis aus Tiefen von 200 nm aus dem anfänglich noch sehr dichten Ablationsplasma nach außen und verhindern damit eine vom Strahl herangetragene Akkumulation negativer Raumladung, die den Strahl abstoßen würde.

Die Energie der Elektronen im Strahl liegt zwischen 10 und 15 keV, die Zeitdauer beträgt etwa 100 ns und die transportierte Energie ist ca. 1 J. Der Querschnitt des Strahls beträgt 10 mm2, wenn er auf die Targetoberfläche trifft. Das entspricht einer Leistungsdichte von 108 Watt/cm2. Entsprechend der Reichweite von 10-15 keV-Elektronen dringen sie etwa 200 nm in das Target ein (Dichte = 3 g/cm3) und deponieren die Energie in dieser dünnen Schicht. Die Folge ist eine Energiebeladung der 200 nm-Schicht entsprechend einer spezifischen Energie von 60 kJ/g. In Wirklichkeit ist die effektive spezifische Energie geringer, weil schon während der Deposition Wärme in tiefere Gebiete des Target abfließt. Da BAG eine Sublimationsenergie in Höhe von etwas über 10 kJ/g hat, kommt es zu einer explosiven Abtragung der Schicht, der Ablation. Die abgetragene Masse pro Schuss liegt im Bereich 10 &mgr;g.

Das abgetragene BAG-Material entweicht nur zum Teil molekular. Die überwiegende Menge liegt in Form von heißen, kochenden Tröpfchen vor, deren Größenverteilung bis 40 nm reicht. Infolge der Druckverhältnisse während der Ablation bewegen sich Dampf und Tröpfchen normal zur Targetoberfläche weg. Die Geschwindigkeitsverteilung ist groß, für zweifach positiv geladene Ionen wurden Geschwindigkeiten bis 10 km/s gemessen, gefolgt von einfach positiv geladenen (1 km/s). Moleküle, Molekülduster und Tröpfchen folgen, wobei sich die Tröpfchen noch mit Geschwindigkeiten von 100 m/s bewegen.

Die Oberfläche des Implantats muss vor der Beschichtung behandelt werden. Nach dem Reinigen und Entfetten des Implantats wird es dem Strahl einer Ionenstrahl-Extraktionsquelle ausgesetzt, um die Oberfläche von Adsorbaten zu befreien und zu aktivieren. Die Ionenenergie und Stromdichte bewegen sich im üblichen und betragen 3-5 keV bei 10 mA/cm2. Die Ionenauswahl ist beliebig, sofern sie nichtmetallisch ist, man nimmt aber der leichten Verfügbarkeit wegen Ionen der Sorte Ar-, O- oder N- oder deren ionisierte Moleküle, soweit existent. Ein weiteres übliches Verfahren zur Oberflächenreinigung ist eine Hochfrequenz- bzw. RF-Behandlung (RF = Radio Frequency).

Ein Substrat zeigt Schichtwachstum, wenn es so angeordnet ist, dass es von den ablatierten Bestandteilen getroffen wird. Die geschmolzenen Tröpfchen integrieren sich homogen in die Schicht, weil sie beim Auftreffen verfließen. Typische Wachstumsrate der Schicht pro Schuss ist 1 nm, der Abstand:

Target – Substrat typischerweise 6 cm.

Die Ablation wird zu den „kalten" Bechichtungsverfahren gerechnet, weil im Idealfall nur die von der Energiedeposition erfasste Oberflächenschicht des Targets ablatiert und das darunter liegende Gebiet nicht erwärmt wird. Während der Beschichtung wird der Wärmeeintrag pro Zeit auf den Formkörper/das Gehäuse, dem Implantat, dielektrischen Körper, dielektrisch elastischen Körper, nur durch den Wärmeinhalt der niedergeschlagenen Ablationsdämpfe pro Puls bestimmt, multipliziert mit der Pulswiederholfrequenz. Durch die Wahl der Puls-Wiederholfrequenz ist die Erwärmung des Substrates kontrollierbar.

Die stöchiometrische Abweichung der Zusammensetzung von BAG in der Schicht ist gering. In Rutherford'schen Rückstreungsuntersuchungen werden Abweichungen von typisch 5% gemessen und bewegen sich damit an der Auflösungsgrenze des Messverfahrens. Die Ursache für die geringe Abweichung ist auf die Erhaltung der Stöchiometrie in den Tröpfchen zurückzuführen.

Da die Stöchiometrie des Targets und diejenige der daraus hergestellten Beschichtungen kritische Parameter sind, wurde als Ausgangssubstrat ein kommerziell erhältliches BAG mit der Bezeichnung S53P4 gewählt, das 53% Silizium und 4% Phosphor enthält. Diese Glasmischung liegt nach unvermeidlichen Verlusten von leicht verdampflichen Natriumanteilen bei der Ablation in der Schicht im Bereich der gewünschten Stöchiometrie.

Das Ergebnis der mechanischen Tests in Bezug auf Haftung und Kratzfestigkeit auf dielektrischen Oberflächen, einer Titanlegierung als auch auf PDMS (Polymethylmethacrylat bzw. in der Medizin verwendeter Silikonkautschuk) erwies sich positiv.

Eluationsversuche, die das Auslösen von Calcium-, Natrium-, Silizium- und Phosphorionen als Folge der morphologischen Umwandlung der beschichteten Oberfläche nach Kontakt mit künstlicher Körperflüssigkeit anzeigen soll, verliefen positiv. Sie zeigen an, dass sich an der Oberfläche der Beschichtung Kristallite aus Hydroxylapatit und verschiedener anderer Calciumphosphate gebildet haben, die für das Anwachsen und der Proliferation von Weichgewebezellen Voraussetzung sind.

Ein unerwartetes Ergebnis mit BAG war, dass die Zellanhaftung und das Zellwachstum von L 929 Maus-Fibroblastzellen auf der Schichtoberfläche in künstlicher Körperflüssigkeit SFB (simulated body fluid) gestört waren und sich die Beschichtungen als zytotoxisch im Standard In-Vitro Versuchen nach ISO 10993-5 erwiesen. Es konnte die Zytotoxizität auf eine erhöhte Siliziumkonzentration beim Kontakt mit der künstlichen Körperflüssigkeit SFB zurückgeführt werden. Diese erhöhte Löslichkeit und Ionenkonzentration in der SFB zeigt sich beim kommerziell erhältlichen S53P4 BAG nicht, sondern nur auf der Schicht. Als Ursache dafür wird die sog. Eingefrorene Energie bei der Herstellung der Schicht durch Ablation angesehen, die das Eluationsverhalten von Ionen stark begünstigt.

Die Lösung des Problems wird mit der Vorbehandlung der Schicht erreicht. Eine dreimaliger 24 stündiger Kontakt der Oberfläche mit Kulturmedium (SFB), demineralisiertem Wasser oder 0,9% NaCl Elektrolyt reduzierte das Eluationvermögen auf normale Werte. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die sog. Nassdampfsterilisation bei 134°C für die Dauer von 18 Minuten bzw. 121°C für die Dauer von 30 Minuten den gleichen Effekt hat, was den Vorteil hat, dass die kostengünstigste Sterilisation und die notwendige Vorbehandlung in einem Arbeitsgang erledigt werden kann.

Erste Bewährungstests hinsichtlich biologischer Verträglichkeit von BAG-beschichteten Implantaten/Formkörpern, die mit dem gepulsten Elektronenstrahlverfahren hergestellt und Ratten implantiert wurden, verliefen erfolgreich. Beschichtete und unbeschichtete Substrate wurden Ratten implantiert und die Gewebereaktionen nach zwei und vier Wochen untersucht. Es wurden jeweils Implantate aus einer Titanlegierung und PDMS (Silikongummi) beschichtet und als Referenz unbeschichtet eingesetzt. Für beide Implantationsintervalle wurden keine makroskopischen Zeichen von Unverträglichkeit festgestellt (unbeschichtet, beschichtet). Der histologische Befund zeigt, dass zwei Wochen nach der Implantation die Titanimplantate in einer begrenzten und vergleichsweise nicht-entzündlichen Reaktion leicht eingekapselt waren. Keine Anzeichen einer Delamination der Schicht wurden festgestellt. Desgleichen zeigen auch die beschichteten und unbeschichteten Silikonimplantate einen akzeptablen niedrigen Grad einer Entzündung. Bei der Präparation der Implantate zeigte sich erstmals, dass die Schicht vom Substrat delaminierte und am Weichgewebe hing bzw. mit ihm verwachsen war. Dies wird als Hinweis für die gewünschte Haftung zwischen Schicht und Weichgewebe angesehen. Bemerkenswert ist auch der makroskopische Befund, dass sich nach vier Wochen kleine Blutgefässe um die Implantationsstelle gebildet haben, die sicherstellen, dass das Gewebe um das Implantat gesund ist und mit Nährstoffen versorgt wird.

In der einzigen Figur der Beschreibung ist die Beschichtungsanlage schematisch dargestellt. Die Elektronenstrahlquelle ist lediglich noch mit ihrem Ausgang, dem Rohr 1, in dem sich der Elektronenstrahl 2 als Kanalfunken ausbildet, angedeutet. Aus diesem Rohr 1 tritt der Elektronenstrahl 2 aus und fliegt auf das BAG-Target 3, auf dem er die Beschichtungssubstanz ablatiert. Aus der vor dem Target 3 gebildeten Plasmakeule 4 werden dann die Ablationsbestandteile je nach Energieeintrag in mehr oder weniger molekularer, clusterartiger oder tröpfchenartiger Form in Richtung zu beschichtendes Implantat, zu beschichtender Formkörper, zu beschichtenddes Gehäuse 5 geschleudert. Die Entfernung Target – Formkörper 5 beträgt mindestens 40 mm. Das Implantat 5, Glas in diesem Beispiel, hat ampullenartige Form und rotiert zur Erlangung einer gleichmäßigen Schichtdicke während des Beschichtungsvorgangs um seine Längsachse 6.

1
Rohr
2
Elektronenstrahl
3
BAG-Target
4
Plasmakeule
5
Formkörper, Gehäuse, Implantat
6
Längsachse
7
BAG-Strahlpuls, Ablationsstrahl-Längsachse


Anspruch[de]
Verfahren zum mindestens teilweisen Aufbringen einer bioaktiven, gewebeverträglichen Schicht auf Formkörpern, zum Erzielen einer Kontaktoberfläche mit der Eigenschaft, der Ansiedlung und Ausbreitung, der Proliferation, von umgebenden Weichteil-Körperzellen auf der Schicht förderlich zu sein,

dadurch gekennzeichnet, dass:

bioaktives Glas, BAG, im Kompositionsbereich S53P4 als Targetmaterial verwendet wird,

– die Formkörper (5) gereinigt und die jeweils zu beschichtenden Oberflächen mit Ionen aktiviert werden, die Formkörper (5) auf einem Expositionstisch einem durch gepulste Elektronenestrahlablation von einem BAG-Target (3) ablatierten BAG-Strahlpuls (7) ausgesetzt werden, dabei die thermische Belastung infolge von Kondensationswärme während der BAG-Deponierung auf der Oberfläche des Formkörpers (5) über die Pulsfrequenz des Elektronen-(2) bzw. BAG-Strahlpulses (7) gesteuert wird, bis auf den vorgesehenen Gehäuseoberflächen des Formkörpers (5) eine BAG-Schicht von 1 bis 10 &mgr;m Dicke deponiert ist und damit so dick ist, dass im anschließenden Kontakt mit Flüssigkeiten Ionen aus der Tiefe der BAG-Schicht eluiert werden, die eine zur Zellansiedlung notwendige morphologische Umwandlung der Oberfläche einleiten,

vor der Implantation zur Vermeidung einer anfänglichen Zytotoxizität der BAG-beschichtete Formkörper:

entweder mindestens dreimal einem 24 stündigen Kontakt mit Kultur Medium (SBL), entmineralisiertem Wasser oder 0,9% NaCl Elektrolyt unterzogen wird,

oder einer Nassdampfsterilisation bei mindestens 134°C für mindestens 13 Minuten oder bei mindestens 121°C für die Dauer von mindestens 30 Minuten ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtende Oberfläche des Formkörpers (5) mit Ar- oder O- oder N-Ionen oder sonst für den Prozess geeignete Ionen bzw. deren ionisierte Moleküle aktiviert wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat nach mindestens dreimaligem Kontakt mit Flüssigkeiten durch ein trockenes Verfahren, wie Spülung mit Methylenoxyd-Gas, sterilisiert wird. Formkörper, die nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper aus dielektrischem Material wie Kunststoff bestehen, Ampullen- oder Linsenform haben oder eine Schlauch bilden bzw. einen Draht ummanteln. Formkörper, die nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (5) aus Glas, Keramik oder Metall sind. Verwendung dielektrischer und metallischer Formkörper nach den Ansprüchen 4 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Formkörper zur Injizierung oder transkutaner/subkutaner Implantierung in einen lebenden Körper/Organismus verwendet werden,

wo ein solcher mit dem anliegenden Gewebe an der Depositionsstelle bzw. an der transkutanen Eintrittsstelle in den Körper ohne Abstoßungsreaktion verwächst.
Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (5) zur Diagnose oder Therapie verwendet werden und hierzu zuvor ein Diagnose- oder Therapiemedium eingeschlossen wurde. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (5) zur physikalischen Stimulierung des Körpers/Organismus/Organe oder zur Übertragung von Messdaten oder als Ortungsmedium verwendet werden, in die zuvor eine elektronische Transpondereinrichtung eingeschlossen wurde.






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