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DE2941369A1 - Werkstoff fuer die medizinische technik - Google Patents

Werkstoff fuer die medizinische technik

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DE2941369A1
DE2941369A1 DE19792941369 DE2941369A DE2941369A1 DE 2941369 A1 DE2941369 A1 DE 2941369A1 DE 19792941369 DE19792941369 DE 19792941369 DE 2941369 A DE2941369 A DE 2941369A DE 2941369 A1 DE2941369 A1 DE 2941369A1
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DE
Germany
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fibers
material according
fiber
reinforced
nonwovens
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DE19792941369
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English (en)
Inventor
Friedrich Dr. 7250 Leonberg Esper
Walter Dr. 7031 Aidlingen Gohl
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Description

5793
Pf/Jä 10.10.1979
Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1 Werkstoff für die medizinische Technik Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Werkstoff für die medizinische Technik nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, als Ersatz für menschliche Knochen, beispielsweise für das Hüftgelenk, Metallegierungen oder Aluriiniumoxidkeramik sowie die Kombination dieser beiden Werkstoffe zu verwenden. Ebenso gibt es dafür bereits >ietall-Kunststoff systeme sowie neuerdings solche aus Kohlenstoff bzw. Graphit. Weiterhin ist es bekannt, daß für Stütz- dzw. Verbindungselemente bei Knochenbrüchen Metalle bzw. Metallegierungen verwendet werden.
In beiden Anwendungen wirken sich die bisher verwendeten Werkstoffe in irgendeiner Weise nachteilig aus. Im Falle des Knochenersatzes wird beispielsweise beim Hüftgelenk der Feinurschaft nur aus metallischen Werkstoffen hergestellt. Für die Küftgelenkkugel verwendet man bisher vornehmlich ebenfalls Metallegierungen. Neuerdings wird diese auch aus Aluminiumoxid hergestellt. Für die Hüftgelenkpfar.ne verwendet man sowohl Metalle als auch Aluminiumoxid und Kunststoff oder Kombinationen dieser Werkstoffe. Zur Befestigung des Femurschaftes und der Pfanne wird bisher meistens noch Knochenzement verwendet. Dieser zersetzt sich im Laufe der Zeit, so daß die Im-
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plantate sich lockern. Neuerdings wird eine neue Befestigungstechnik durchgeführt, die aber auch noch nicht zu einem vollen Erfolg geführt hat. Die bisherigen Mißerfolge führt man hauptsächlich auf den großen Unterschied in den Elastizitätsmoduln von Knochen und Implantatwerkstoff zurück. Der hohe Elastiztitätsmodul der Implantatwerkstoffe wirkt sich auch dahingegend nachteilig aus, daß er nicht wie die Knochen harte Stöße dämpft, sondern diese ziemlich ungedämpft auf den Körper weiterleitet. Bei Metallegierungen sind auch noch nicht alle Korrosions- und Verschleißprobleme gelöst, während beim Aluminiumoxid die hohe Schlagempfindlichkeit sich als Nachteil auswirkt.
Reine Kunststoffe haben zu geringe Zug-, Biege-, Biegewechsel- und Zeitstandsfestigkeit, um für die betrachteten Anwendungsfälle eingesetzt zu werden.
Aus der Hauptanmeldung ist ein Werkstoff bekannt, der im Kern aus einem faserverstärkten duroplastischen Kunststoff als tragendem Element mit einer körperkompatiblen Oberflächenschicht besteht, wobei diese Oberflächenschicht aus Polyäthylen besteht, also einem Thermoplasten, den man bisher für den körperverträglichsten Kunststoff hielt. Es hat sich jedoch zwischenzeitlich nach längeren Versuchen herausgestellt, daß Polyäthylen bezüglich der Körperverträglichkeit bei längeren Verweilzeiten im Körper keineswegs so günstig ist, wie man bisher angenommen hat. Vor allem bezüglich des Einwachsverhaltens ist festzustellen, daß bei der Verwendung von Polyäthylen als Oberfläche eines derartigen Werkstoffs bzw. Bauteils häufig eine mehr oder weniger starke Bindesgewebsschicht entsteht, die als weitere Ursache für spätere Implantatlockerungen angesehen wird.
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29/.1369 -/- 57 9 3
Vorteile der nr-f indune
Der erfindungsgemäße Werkstoff mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich nach zwölfmonatiger Implantationsdauer noch keinerlei Nachteile im Hinblick auf die Körperkompatibilität gezeigt haben. Vor allem ist ein völliges Anwachsen des Knochengewebes an das Implantat ohne Zwischenschicht festzustellen. Darüber hinaus läßt sich das Triazinharz gut mit Kohlenstoffasern verstärken, so daß ein hochfester, jedoch in seiner Steifigkeit variierbarer Werkstoff herstellbar ist. Dies erlaubt die Gestaltung von Endoprothesen, insbesondere Hüftgelenk-Endoprothesen nach bicmechanischen Gesichtspunkten, d. h. Anpassung der Steifigkeit an die Knochensteifigkeit und Gestaltung des Verbunds so, daß im Restknochen keine zum Knochenabtau führenden, schädlichen Spannungen auftreten.
Triazinharze, gleichbedeutend mit Cyanatharzen, wurden bereits in faserverstärkter Form bei dem Werkstoff nach der Hauptanmeldung als tragender Kern eingesetzt. Es war jedoch eine unter Fachleuten allgemein herrschende Meinung, daß dieses zur Klasse der Duroplaste zählende Kunstharz keine ausreichende Körperkompatibilität aufweisen würde, da Duroplaste stets Stoffe abgeben könnten, die zu einer mangelhaften Körperverträglichkeit führen würden. Es hat sich nur. jedoch überraschenderweise gezeigt, daß dieses allgemein herrschende Vorurteil gegen die Duroplaste im allgemeinen und die Triazinharze im besonderen nicht zutrifft, daß vor allem mit Kohlefasern verstärktes Triazinharz vielmehr eine hervorragende Kör-Derverträglich/.eit aufweist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Kauptanspruch angegebenen Werkstoffs möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Verstärkung des Triazinharzes mit Kohlenstoffvliesen vorzunehmen, die eine unterschiedliche Orientierung der Fasern aufweisen. Hierdurch ist eine hervorragende Anpassung der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs an die Eigenschaften der Knochen möglich.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein Kohlefaservlies mit unterschiedlicher Orientierung der Fasern wird mit einem Triazin-Flüssigharz , z. E. Triazin A der Firma Bayer AG,_ gelöst in Aceton (70 Gew.? Harz in 30 Gew.% Aceton) getränkt. Das getränkte Vlies wird dann derart zusammengerollt und geformt, daß bereits die groben Umrisse des späteren Formteils entstehen. Dieses vorgeformte Teil wird in eine beispielsweise aus zwei Teilen bestehende Form eingelegt. Dabei ist darauf zu achten, daß das Gesamtvolumen des vorgeformten Teils etwas größer ist als das Volumen der vollständig geschlossenen Form und diese mindestens eine Öffnung aufweist, aus der das überschüssige Harz beim Zusammendrücken der Formhälften austreten kann. Die Form mit dem vorgeformten Teil wird auf ca. l60 C erhitzt und dann werden die Formhälften zusammengedrückt. Nach dem Abkühlen ist das Triazinharz ausgehärtet, so daß nach Entnahme des Formkörpers aus der Form dieser als fest zusammenhängender Schichtwerkstoff vorliegt, dessen Oberfläche ebenso wie der Kern aus mit Kohlefasern verstärktem Triazinharz besteht. Das Material weist eine Biegefestigkeit von mehr als 600 N/mm und einen Elastizitätsmodul von 50 000 bis
ρ
100 COC K/mm auf. Durch Variation der Faserlänge und der Faserorientierung in den Vliesen lassen sich diese Eigenschaften weitgehend an die Eigenschaften der Knochen anpassen.
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Claims (1)

  1. Pf/Ja IG.10. 1979
    Robert Bosch G-rr.bK, 7000 Stuttgart 1
    Ansprüche
    für die medizinische Technik, der im Kern aus eine™, faserverstärkten duroplastischen Kunststoff als tragender. Element mit einer korperkompatiblen, faserverstärkten Oberflächenschicht besteht, nach Patent ... (Patentanmeldung P 26 03 ^56.0), dadurch gekennzeichnet, daß Kern und Oberflächenschicht aus faserverstärk-en Triazin-Harz bestehen.
    2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Kohlenstoff oder anderen hochfesten Stoffen r.it hohem Elastizitätsmodul bestehen.
    3. Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form von Vliesen eingesetzt werden.
    ü. 'Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form einer Kombination von Vliesen und lsn"fasern eingesetzt werden.
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    5. Werkstoff nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in den Vliesen eine unterschiedliche Orientierung aufweisen.
    6. Verwendung von Triazin-Harzen für die Herstellung von Knochenersatzwerkstoff, insbesondere von Endoprothesen.
    7. Verwendung von Triazin-Harzen für die Herstellung von implantierbar en Stütz- oder Verbindungselemente^
    1 30017/0309
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