SE523236C2 - Ett implantat och ett förfarande för behandling av en implantatyta - Google Patents

Description

25 30 35 ...". ..... .. . .zsn sn: . . U ._ .. . ... ...

.".“ . . . H .... .nn :ø-.,---»o-.. u .. . .... H" . en» u: 2 fäst till benvävnaden, snittet i den mjukvävnad som täck- er implantatplatsen tilläts läka över implantatet, och i ett andra steg öppnas den mjukvävnad som täcker implanta- tet och andra implantatdelar, sásom en dental distans och/eller en rekonstruerad tand, ansluts till den första implantatdelen, säsom nämnda fixtur, varvid den slutliga implantatstrukturen bildas. Detta förfarande beskrivs ex- empelvis av Brànemark et al: “Osseointegrated Implants in Experience from a Stock- the Treatment of the Edentulous Jaw, 10-year period", Almquist & Wiksell International, holm, Sverige.

Det faktum att implantatet inte kan belastas under läkperioden betyder dock att de andra implantatdelarna inte kan anslutas till den första implantatdelen och/eller användas under läkperioden pà tre mànader eller mer. Med tanke pà det obehag som förknippas med detta, är det önskvärt att minimera den tidsperiod som krävs för ovan nämnda första steg eller till och med att utföra hela implantationsförfarandet i ett ingrepp , d V s att använda en-stegsförfarandet.

För vissa patienter kan det anses bättre att vänta åtminstone tre mànader innan implantatet belastas funk- tionsmässigt, bàde när det gäller en-stegs- och tvä- stegsförfarandet. Ett alternativ vid användning av en- stegsförfarandet är dock att sätta implantatet i funktion eller direkt efter implantationen (omedelbar belastning) några få veckor efter implantationen (tidig belastning).

Dessa förfaranden beskrivs exempelvis av D M Esposito, sid 836-837, Surface Science, Engineering, Biological Responses och i ”Titanium in Medicine, Material Science, Medical Application", Springer-Verlag (2001).

Det är väsentligt att implantatet etablerar en till- räcklig stabilitet och bindning mellan implantat och ben- vävnad för att möjliggöra ovan beskrivna omedelbara eller tidiga belastning av implantatet. 10 15 20 25 30 35 s2s 236 3 Det skall också observeras att en omedelbar eller tidig belastning av implantatet kan vara gynnsam för ben- bildning.

Vissa av de metaller eller legeringar, såsom titan, tantal, som används för benimplantat har förmåga att bilda en zirkonium, hafnium, niob, eller legeringar därav, en bindning som ibland till och med starkare. Det mest betydande exemplet på relativt stark bindning med benvävnaden, kan vara så stark som benvävnaden i sig själv, denna typ av metalliskt implantatmaterial är titan och legeringar av titan vars egenskaper i detta avseende har varit kända sedan ca 1950. Denna bindning mellan metallen och benvävnaden betecknas “osseointegration” av Bránemark et al. Även om bindningen mellan metallen, t ex titan, och benvävnaden kan vara jämförelsevis stark, är det önskvärt att förstärka denna bindning.

Det finns idag ett flertal förfaranden för behand- ling av metalliska implantat i syfte att erhålla en bätt- re infästning av implantatet, och sålunda förbättrad osseointegration. Vissa av dessa innefattar att förändra implantatets morfologi, t ex genom att skapa relativt stora ojämnheter på implantatytan för att öka ytràheten i jämförelse med en obehandlad yta. En ökad ytråhet ger en större kontakt- och infästningsyta mellan implantatet och benvävnaden, varvid ett bättre mekaniskt kvarhàllande och styrka erhålls. En ytråhet kan åstadkommas med exempelvis plasmasprayning, blästring eller etsning.

Grov etsning av implantatytor kan utföras med redu- såsom vätefluoridsyra (HF) eller bland- (HCl) (HZSO4). Syftet med ett sådant grovt etsningsförfarande är att erhålla cerande syror, ningar av saltsyra och svavelsyra implantatytor med tämligen stora ojämnheter, såsom pordi- ametrar inom intervallet 2-10 pm och pordjup inom inter- vallet 1-5 pm.

Andra förfaranden för att erhålla en bättre infäst- ning av implantatet i benvävnaden innefattar förändring o-ønn 10 15 20 25 30 35 ...v o u | . . » u. n u: av av implantatytans kemiska egenskaper. Exempelvis innefat- tar ett sådant förfarande applicering av ett skikt av ett keramiskt material, såsom hydroxiapatit, på implantat- ytan, bl a för att stimulera regeneration av benvävnaden.

Keramiska beläggningar kan dock vara spröda och kan flaga eller brytas loss från implantatytan, vilket i sin tur kan leda till ett slutligt funktionsavbrott för implanta- tet.

Förutom ovan beskrivna förfaranden för implantatyt- skall det noteras att i kontakt med syre, tantal, modifiering, niob och deras Oxidskikten täcks titan, zirkonium, hafnium, legeringar omedelbart av ett tunt oxidskikt. på titanimplantat består huvudsakligen av titan(IV)dioxid (TiOfl vanligtvis en tjocklek av ca 4-8 nm. Titanimplantat med med mindre mängder Ti2O3 och TiO. Titanoxiden har en oxidskiktstjocklek av upp till ca 20 um kan dock fram- ställas med användning av anodisering (anodisk oxida- tion). Dà titanoxidskikttjockleken ökar, ökar oxidskik- tets porositet och ytràhet. Vidare ökar titanoxidens kristallinitet då oxidskiktstjockleken ökar. Sålunda kan en implantatytråhet erhållas genom att åstadkomma ett tjockare oxidskikt.

Vår tidigare ansökan WO 95/17217 beskriver ett för- farande vari ett metalliskt implantat (blästrat eller icke-blästrat) behandlas med en O,2% lösning av fluorvä- tesyra under en behandlingsperiod av företrädesvis 30 s vid rumstemperatur. Enligt WO 95/17217 är implantatytat opàverkad av denna behandling, d v s ingen etsning av yt- morfologin sker. Implantatet sägs ha en förbättrad bio- kompatibilitet pà grund av kvarhållandet av fluor och/eller fluorid på implantatytorna.

Beskrivning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett implantat för implantation i benvävnad med en förbättrad infästningshastighet mellan implantatet och benvävnaden så att den läkperiod efter operation som be- skrivs ovan (antingen med användning av ett en-stegs- el- lO 15 20 25 30 35 I I _ ' u. . u u» » - .- v. u . . _ :n v v u . . u , ~ v - I f. a ".ns:: ': --- --- - ' o . n u | o n u nano I v H c » » » . - 1 . , , 0 v a o u; n nu u s en» nu 5 ler två-stegsförfarande) kan minskas och/eller en omedel- bar eller tidig belastning av implantatet möjliggörs.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett implantat som bildar en mekaniskt starkare bindning med benvävnad. Ett implantat avsett för implantation i benvävnad med en förbättrad biokompatibilitet ska sålunda åstadkommas.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstad- komma ett förfarande för behandling av en implantatyta avsedd för implantation i benvävnad, såsom en ortopedisk eller dental implantatyta, varvid ett implantat enligt uppfinningen erhålls.

Enligt en första aspekt av uppfinningen uppnås dessa och andra syften med ett förfarande för behandling av en implantatyta avsedd för implantation i benvävnad, vilket innefattar att åstadkomma, på implantatytan, en mikro- ytråhet innefattande porer och toppar med en pordiameter S 1 pm, såsom från 1 nm till 1 pm, företrädesvis inom in- tervallet 50 nm till 1 um, från 1 nm till 500 nm, företrädesvis inom intervallet ett pordjup S 500 nm, såsom från 50 till 500 nm och en toppbredd, vid halva pordju- pet, från 15 till 150% av pordiametern.

En utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen innefattar att behandla en metallisk implantatyta med en vattenhaltig lösning av fluorvätesyra med en koncentra- tion företrädesvis lägre än 0,5 M, mer föredraget 0,1 M, vilket resulterar i etsning, under en etsningsperiod av mer föredraget upp (24 i 1°C). Sålunda åstadkommes en mikro-ytråhet såsom anges ovan. företrädesvis upp till 180 sekunder, till 60 sekunder, vid rumstemperatur Det har visats att överraskande god biokompatibili- tetsresultat erhålls för ett implantat, implanterat i benvävnad, med en implantatyta innefattande nämnda fina mikro-ytråhet såsom anges ovan. Både en förbättrad in- fästningshastighet och en starkare bindning mellan im- plantatytan och benvävnaden erhålls. Den fina mikro- ytråheten förbättrar sålunda osseointegrationsprocessen_ 10 15 20 25 30 35 523 236 6 Enligt en andra aspekt av uppfinningen uppnàs nämnda syften och andra syften med ett implantat för implanta- tion i benvävnad med en implantatyta av vilken minst en del, ligt uppfinningen såsom beskrivs här ovan. sàsom 1-99 area%, har behandlats med förfarandet en- Enligt en tredje aspekt av uppfinningen uppnås nämnda syften och andra syften med ett implantat för implanta- tion i benvävnad med en implantatyta av vilken minst en del av implantatytan, såsom 1-99 area%, innefattar en mikro-ytràhet som innefattar porer och toppar med en por- diameter S 1 um, såsom fràn 1 nm till 1 pm, företrädesvis inom intervallet 50 nm till 1 um, ett pordjup S 500 nm, såsom fràn 1 nm till 500 nm, företrädesvis inom interval- let fràn 50 till 500 nm och en toppbredd, vid halva por- djupet, fràn 15 till 150% av pordiametern.

Andra särdrag och fördelar med föreliggande uppfin- ning kommer att tydliggöras av de utföringsformer som be- skrivs härefter och de bifogade patentkraven.

Kort beskrivning av ritningarna (D), och “toppbredd vid halva pordjupet” (x).

Fig 1 definierar termerna “pordiameter” djup” (h) Fig 2 visar SEM-bilder av en grovblästrad referens- “por _ implantatyta.

Fig 3 visar SEM-bilder av den här beskrivna och ana- lyserade tidigare kända implantatytan enligt WO 95/17217.

Implantatytan är icke-blästrad.

Fig 4 visar SEM-bilder av en utföringsform av im- plantatytan enligt föreliggande uppfinning. Implantatytan är icke-blästrad och har behandlats enligt förfarande I (Exempel 1, icke-blästrad).

Fig 5 visar SEM-bilder av en utföringsform av im- plantatytan enligt föreliggande uppfinning. Implantatytan har grovblästrats och behandlats enligt förfarande I (Ex- empel 1, grovblästrad).

Fig 6 visar SEM-bilder av en utföringsform av im- plantatytan enligt föreliggande uppfinning. Implantatytan 10 15 20 25 30 35 | v | ø .e 523 236 nu: u. 7 är icke-blästrad och har behandlats enligt förfarande II icke-blästrad).

Fig 7 visar SEM-bilder av en utföringsform av im- (Exempel 2, plantatytan enligt föreliggande uppfinning. Implantatytan har grovblästrats och behandlats enligt förfarande II (Exempel 2, grovblästrad).

Fig 8 visar AFM-profilen för den yta som visas i Fig 3 (tidigare känt implantat).

Fig 9 visar AFM-profilen för den yta som visas i Fig icke-blästrad).

Fig 10 visar AFM-profilen för den yta som visas i icke-blästrad). 4 (Exempel 1, Fig 6 Detaljerad beskrivning av uppfinningen (Exempel 2, Såsom den används här i samband med uppfinningen av- ser termen “etsning” den process som äger rum under den behandlingsperiod under vilken H2 (g) alstras vid implan- tatytan. Etsningsperioden mäts från bildandet av den för- sta bubblan H2(g) vid implantatytan. Etsning i samband med föreliggande uppfinning avser en mycket mild etsning av en implantatyta, vilken etsning åstadkommer den önska- de mikro-ytråhet som beskrivs här.

Såsom den används här avser termen “mikro-ytràhet” en ytråhet innefattande porer med en pordiameter lika med eller mindre än 1 um och ett pordjup lika med eller mind- re än 1 pm.

Såsom den används här avser termen “makro-ytråhet” en ytråhet innefattande ytojämnheter med dimensioner större än 1 um.

Såsom den används här omfattar termen “implantat” inom sin ram vilken anordning som helst som är avsedd att implanteras i kroppen hos ett ryggradsdjur, i synnerhet ett däggdjur, såsom en människa. Implantat kan användas för att ersätta anatomi och/eller återställa någon kroppsfunktion.

Vanligtvis är ett implantat sammansatt av en eller flera implantatdelar. T ex ett dentalt implantat innefat- tar vanligtvis en dental fixtur kopplad till andra im- 10 15 20 25 30 35 «523 236 É*¥ï§;¿¿-j§@§fi?ï~ 8 plantatdelar, såsom en distans och/eller en rekonstruerad tand. Dock kan vilken anordning som helst, såsom en den- tal fixtur, som är avsedd för implantation i sig själv kallas ett implantat även om andra delar ska anslutas därtill.

Såsom den används här avser termen “implantat (av- sedd) åtminstone delvis implantation i benvävnad, för implantation i benvävnad” implantat avsedda för såsom dentala implantat, ortopediska implantat och liknande. Ett im- plantat för implantation i benvävnad kan också kallas ett benvävnadsimplantat.

Såsom den används här avser termen “implantatyta” minst ett avgränsat ytområde på ett implantat. Det av- gränsade ytområdet kan sålunda innefatta implantatets hela ytarea eller delar därav.

Ett exempel på en implantatyta avsedd för implanta- tion i benvävnad är ytan hos en dental fixtur som är av- sedd för implantation i käkbenet hos en patient och för att vara i kontakt med benvävnad.

Ett annat exempel på en implantatyta som är avsedd för implantation i benvävnad är ytan hos ett höftledsim- plantat som är avsett för implantation i làrbenshalsen hos en patient.

(D) , (X) definieras i Fig 1. Dessa Termerna “pordiameter” “pordjup” (h) och “topp- bredd vid halva pordjupet” termer används i samband med en mikro-ytråhet. I Fig l är en mikro-ytråhet placerad ovanpå en makro-ytråhet. Samma termer används dock för en mikro-ytråhet åstadkommen pà en yta utan nämnda makro-ytråhet.

Pordiametern (D) är avståndet mellan de högsta punk- terna hos två intilliggande toppar såsom definieras i Fig 1. Om det förekommer flera punkter på samma nivå som kan betecknas som den högsta, ska den punkt som är närmast poren väljas. Om “topparna” är mycket breda (d v s ytan tycks sakna väldefinierade toppar), kan ytan beskrivas ha en väsentligen plan ytprofil mellan porerna (som utgör I det nämnda mikro-ytràhet), som är utspridda över ytan. 10 l5 20 25 30 35 o u u u oo u 523 236 ana v' 9 fallet är pordiametern avstàndet mellan dessa punkter där ytprofilen börjar avvika frän den väsentligen plana yt- profilen och sålunda bildar nämnda por. Detta är i över- ensstämmelse med nämnda definition som visas i Fig 1.

Pordjupet (h) definieras som avståndet mellan en fiktiv linje som dras mellan de högsta punkterna av två intilliggande toppar och porens botten (vid den lägsta punkten) (se Fig 1). Avståndet mäts i en riktning som är vinkelrät till tangenten för nämnda lägsta punkt i poren.

Om det finns flera punkter vid den lägsta nivån beräknas pordjupet som ett medelvärde av avstànden frän dessa punkter till den fiktiva linjen. Om inga väldefinierade toppar förekommer dras den fiktiva linjen mellan de punk- ter där ytprofilen börjar avvika från en väsentligen pla- na ytprofil och sålunda bildar nämnda por.

Toppbredden (x) vid halva pordjupet (h) defineras såsom visas i Fig 1.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för be- handling av en implantatyta avsedd för implantation i benvävnad, vilket innefattar att àstadkomma en mikro- ytràhet innefattande porer och toppar med en pordiameter av S 1 pm, ett pordjup S 500 nm och en toppbredd, vid halva pordjupet, fràn 15 till 150% av pordiametern.

Toppbredden är sälunda företrädesvis inom interval- let 7,5 nm till 1,5 pm. Till och med mer föredraget är toppar med en toppbredd, vid halva pordjupet, av fràn 30 till 150% av pordiametern. Mest föredraget är toppar med en toppbredd, vid halva pordjupet, av fràn 60 till 150% av pordiametern.

Denna specifika ytmorfologi ger en mycket hàllfast beninväxt. Med denna specifika morfologi spricker inte nybildat ben, som växer in i implantatytans ytojämnheter, sönder sä lätt fràn det gamla benet. Dessutom spricker inte implantatytans toppar sönder så lätt frän implanta- tet.

Vidare skall det noteras att endast en del eller de- lar av implantatytan kan innefatta de här angivna yt- lO 15 20 25 30 35 . . n. . . ._ 5 2 v v u . . . . "Ü J ,"- .°'. . . . . . . . f - . - . . . . . . . .. .. , 3 ß » f u . I. .° i i 1' .' "f ' . * n! II I! II IIII I 10 ojämnheterna, vilket betyder att porer och toppar kan grupperas i flera områden över hela ytan. Avstånden mel- lan porer och/eller toppar kan sålunda variera över hela ytan. Företrädesvis innefattar > 10 area% av implantat- ytan nämnda ytojämnheter, mer föredraget > 40 area%, och ytterligare mer föredraget 2 70 area%. Mest föredraget innefattar hela implantatytan nämnda ytojämnheter homo- gent fördelade över hela ytan.

En ytràhet utvärderas ofta med användning av atom- kraftsmikroskopi (AFM). Från en sådan mätning kan ett kvadratiskt medelràhetsvärde (Rq och/eller Sq) erhållas.

Det kvadratiska medelràhetsvärdet motsvarar det kvadra- tiska medelvärdet för profilens avvikelse från medellin- jen över en provtagningslängd. Rq är det kvadratiska me- delråhetsvärdet mätt i två dimensioner och Sq är det kva- dratiska medelråhetsvärdet mätt i tre dimensioner.

AFM är en mycket känslig ytkarakteriseringsmetod.

Analysen måste dock utföras mycket noggrant så att mikro- ytråheten analyseras och inte den underliggande ytstruk- turen, såsom en blåstrad eller maskinbearbetad yta.

Det kvadratiska medelràhetsvärdet kan också beräknas baserat på den ytmorfologi som visas på SEM-bilder av im- plantatytan eller uppskattas från resultat som erhålls med någon annan ytkarakteriseringsmetod.

Beräkningar med användning av en pordiameter S l pm och ett pordjup S 500 nm ger sålunda ett kvadratiskt me- delråhetsvärde (Rq) av S 250 nm baserat på den definition av kvadratiskt medelràhetsvärde (Rq) som är känt för fackmän inom området.

Implantatytan är företrädesvis en metallisk implan- tatyta, såsom en titanimplantatyta.

Den metalliska implantatytan kan vara en del av ett metalliskt implantat eller så kan den vara ett metalliskt ytskikt applicerat på ett icke-metalliskt implantat, sà- som ett keram-, plast- eller kompositmaterial. Vidare kan den metalliska implantatytan också vara del av ett delvis 10 15 20 25 30 35 - | ø v .p u » 523 236 u n n - u ll metalliskt implantat, varvid en delvis metallisk implan- tatyta tillhandahàlles.

En mikro-ytràhet såsom anges enligt upfinningen kan åstadkommas med användning av mild etsning, mikrofabrika- flamsprayning, elektrokemisk behand- tion, anodisering, ling, laser, gnistbearbetning eller något annat lämpligt ytmodifieringsförfarande.

Företrädesvis àstadkommes mikro-ytråheten genom att behandla den metalliska implantatytan med en vattenhaltig lösning av fluorvätesyra (HF), vilket resulterar i ett etsningsförfarande.

Koncentration av fluorvätesyran är företrädesvis lägre än 0,5 M, mer föredraget 0,1 M.

Den metalliska implantatytan behandlas företrädesvis under en etsningsperiod av upp till 180 sekunder, mer fö- redraget upp till 60 sekunder, vid rumstemperatur (24 i l°C). Före etsningen inleds avlägsnas det naturliga oxid- skiktet med syran och då syran kommer i kontakt med im- plantatytan börjar etsningsförfarandet och ovan beskrivna mikro-ytràhet åstadkommes med etsningsförfarandet av im- plantatytan. (aq) utförs företrädesvis vid d v s vid ca 20-30°C (normalt lufttryck), företrädesvis 24 i l°C. Om en högre temperatur än 24 r l°C Behandlingen med HF rumstemperatur, används kommer etsningsförfarandet att, såsom är känt för fackmän inom området, inledas tidigare och etsningsförfa- randet kommer att vara snabbare, d v s en kortare ets- ningsperiod än den period som anges här för etsning vid 24 i l°C behövs för att erhålla det önskade resultatet.

Följaktligen, om en lägre temperatur än 24 i l°C används behövs en längre etsningsperiod än den period som anges här för etsning vid 24 i l°C för att erhålla det önskade resultatet.

Etsningsperioden, temperaturen och koncentrationen av HF (aq) bestämmer förhållandet mellan etsade områden, d v s områden med en mikro-ytràhet, och icke-etsade områ- den. lO 15 20 25 30 35 v u a | u; -523 236 . 1 f ~ v u un n - 12 Företrädesvis innefattar förfarandet vidare att åstadkomma en makro-ytràhet på implantatytan före att mikro-ytråheten åstadkommes. Ett implantat med en mikro- ytråhet överlagrad makro-ytråheten erhålls sålunda. Mak- ro-ytràheten åstadkommes företrädesvis med blästring, mer föredraget blästring av en titanimplantatyta med titani- dioxidpartiklar.

En makro-ytråhet kan också åstadkommas med någon an- såsom etsning, mikrofabrikation, nan lämplig teknik, ano- disering, flamsprayning, någon elektrokemisk behandling, laser, gnistbearbetning, maskinbearbetning, räffling el- ler något annat lämpligt ytmodifieringsförfarande_ Vidare ska det noteras att implantatytan, med eller utan en makro-ytråhet, antingen kan vara icke-gängad el- ler gängad.

Nämnda metalliska implantatyta är företrädesvis tillverkad av kommersiellt rent titan eller en titanle- gering, men den kan också vara tillverkad av något annat biokompatibelt metalliskt material, såsom zirkonium eller en legering därav, hafnium eller en legering därav, niob eller en legering därav, tantal eller en legering därav, en krom-vanadin-legering, eller någon kombination av des- sa material.

Implantatet för implantation i benvävnad enligt upp- finningen är företrädesvis ett dentalt implantat eller ett ortopediskt implantat.

Föreliggande uppfinning avser också ett implantat för implantation i benvävnad med en implantatyta av vil- ken åtminstone en del har behandlats med förfarandet en- ligt uppfinningen såsom beskrivs här ovan.

Ett implantat för implantation i benvävnad med en implantatyta med ovan beskrivna egenskaper utgör sålunda också del av föreliggande uppfinning.

Uppfinningen kommer nu att illustreras med hjälp av följande icke begränsande exempel. 10 15 20 25 30 35 1 » v » n 523 256 a . n » o. u n 13 EXEMPEL Provberedning Kirurgiska implantat av kommersiellt rent (c.p.) ti- tan användes.

Vardera implantat avfettades med ultraljud i Eco- solv®(70-100% etyl-2-hydroxipropionat) under 5 min, och (70%) Vissa av implantaten blästrades därefter med titan- därefter i etanol under 5 min. dioxidpartiklar. Titandioxid med tvà olika partikelstor- 6,8-90 um (fina = F), och 106- sàsom 180- leksintervall användes; 180 um (grova = G). Grövre partikelstorlekar, 300 um, De blästrade implantaten sköljdes sedan med ultra- kan dock också användas. ljud i avjoniserat vatten under 2 x 5 min, och i etanol under 2 x 5 min för att avlägsna eventuella resterande blästringspartiklar.

Implantaten behandlades sedan enligt följande förfa- randen: a) Referensimplantat Icke-blästrade och blästrade (F och G) rengjorda i enlighet med ovan, tillhandahölls som refe- implantat, renser för de studier som beskrivs härefter. b) Förfarande enligt tidigare känd teknik (enligt WO 95/17217) Icke-blästrade och blästrade implantat (F och G), rengjorda i enlighet med ovan, sänktes ned i 0,1 M HF (aq) (ca 24 i l°C) H2(g) bildades under denna behandlingsperiod, vid rumstemperatur under 90 s. Ingen sålunda skedde ingen etsning.

Implantaten sänktes därefter ned i avjoniserat vat- ten under 20 s, och torkades därefter. c) Förfarande I Icke-blästrade och blästrade implantat (F och G), rengjorda i enlighet med ovan, sänktes ned i etanol (99,5%) under 2 s och i avjoniserat vatten under 5 s.

Implantaten sänktes därefter, enligt föreliggande uppfinning, ned i en omrörd lösning av 0,1 M HF (aq) vid 10 15 20 25 30 35 .n u n n v : :I g! I v u u .v v .o .".| . f . = . 1 . ,- o , n . y | . » . u o: a n u. . , .. . , , “ v s . en a u» u n I u . u n u x n n nu .. n u 14 (ca 24 i l°C) 40 i 5 sekunder. Ca 80-90 area% av ytan etsades därmed, rumstemperatur under en etsningsperiod av varvid en mikro-ytràhet àstadkoms. Eftersom dock ets- ningsförfarandet visades vara långsammare för icke- blästrad implantat, skall dessa implantat företrädesvis etsas under en längre tidsperiod, såsom 60 i 5 sekunder, än blästrade implantat för att erhålla en likartad ets- ningsgrad. Etsningsperiod mättes från bildandet av den första bubblan H2(g) vid implantatytan. Etsningen av im- plantatytan börjar då syran kommer i direkt kontakt med det rena titanet, d v s då den titanoxid som täcker ti- tanytan avlägsnas.

Implantaten sänktes därefter ned i omrört avjonise- rat vatten under 20 s. (20%) under 3 min, och i avjoniserat avjoniserat vatten under 4 Implantaten sköljdes med ultraljud i etanol min.

Implantaten sköljdes därefter i etanol (99,5%) under torkades av och torkades.

Ett implantat behandlat i enlighet med detta förfa- 5 s, rande betecknas som Exempel 1. d) Förfarande II Icke-blästrad och blästrade (F och G) implantat, rengjorda i enlighet med ovan, sänktes ned i etanol (99,5%) Implantaten sänktes därefter, ned i 0,1 M HF (aq) i l°C) under omröring under en etsningsperiod av 40 i 5 under 2 s och i avjoniserat vatten under 5 s. enligt föreliggande uppfinning, vid rumstemperatur (ca 24 sekunder. P g a de orsaker som förklaras ovan etsades vissa av de icke-blästrad implantaten under 60 i 5 sekun- der (dessa prover användes endast till den AFM-mätning som beskrivs härefter). Etsningsperioden mättes fràn bil- dandet av den första bubblan H2(g) vid implantatytan.

Implantaten torkades därefter av och torkades.

Ett implantat behandlat i enlighet med detta förfa- rande betecknas som Exempel 2. lO 15 20 25 30 35 | - ~ = n 523 236 15 In vivo-utvärdering Implantatytor behandlade i enlighet med ovan förfa- randen utvärderades in vivo med användning av det drag- provningstest som beskrivs i Biomaterials 23 (2002), sid 2201-2209, av H J, Ronald, Implantaten var i form av ”mynt” med en diameter av och J E Ellingsen. 6,25 mm och en höjd av 1,95 mm. En sida av ”implantatmyn- ten” behandlades med nämnda förfaranden. I mitten pà and- ra sidan av myntet àstadkoms ett gängat häl för anslut- ning till en belastningscell.

Nyzeeländska vita kaniner användes som försöksdjur.

Tvà guidande hàl borrades i ett av vardera kanins skenben med användning av en spiralborr med diameter 1,0 mm (Me- dicon®, Tyskland) och användning av en borrmall för att säkerställa en standardiserad och korrekt positionering.

Hàligheter skapades sedan för vardera ”implantatmynt” med användning av ett specialtillverkat borr av rostfritt stål med diameter 7,05 mm monterat i en làghastighets- borrmaskin för dentala implantat under riklig spolning med fysiologisk saltlösning.

De behandlade och obehandlade implantatytorna, en- ligt Tabell 1, placerades i hàligheterna och stabilisera- des med en för-formad 0,2 mm maxillofacial titanplatta (Medicon® CMS, Tyskland), hölls kvar i det kortikala be- net med två 1,2 x 3 mmztitanskruvar (Medicon® CMS, Tysk- land). Detta säkerställde en stabil passiv fixering av implantaten under läkperioden. Polytetrafluorety- len(PTFE)-hylsor fördes in för att motverka bentillväxt mot de vertikala implantatytorna såväl som benöverväxt.

Den subkutana mjukvävnaden och de ytlig skikten äter- ställdes och syddes ihop.

Den behandlade ytan var i direkt kontakt med benväv- naden, men de vertikala sidorna och den motsatta sidan av ”myntet” var inte i kontakt med benvävnad.

”Implantatmynten” lämnades sedan under 7 veckor i försök 1, och under 8 veckor i försök 2. lO 15 20 25 30 35 - » v | .p n n 1523 236 16 18 kaniner användes i försök 1, och 20 kaniner an- vändes i försök 2.

Vid slutet av nämnda period avlivades kaninerna och implantatfixeringarna och PTFE-hylsorna avlägsnades.

Skenbenet fastmonterades i en särskilt utformad provut- rustning för att stabilisera benet under testförfarandet.

En gängad tapp med ett kulformigt huvud fästes till ”im- plantatmyntet” med användning av det i förväg gjorda gängade hålet och uppsättningen justerades vinkelrätt be- lastningscellen med användning av ett nivàpass. Dragprov- ningsförsök utfördes med användning av Lloyds LRX Materi- als testmaskin anpassad med en kalibrerad belastningscell pà 1oo N. till 1,0 mm/min. Belastning applicerades tills dess att Intervallet för tvärstyckshastigheten sattes implantatet lösgjordes från benet och den tillförda kraf- ten registrerades i ett diagram över belastning mot för- skjutning. Lösgörandet av ”implantatmyntet” var i detta diagram angivet som en väldefinierad brytpunkt med ett vertikalt fall i belastning. Medelvärdena för de krafter som behövdes för att dra ut de olika behandlade ”mynten” ges i Tabell 1. Den uppmätta kraften ger en direkt upp- skattning av styrkan av förbindelsen mellan ”implantat- myntet” och benet. Ju högre uppmätt kraft, desto starkare förbindelse.

Det första försöket innefattade ett ”referensmynt” blästrat med fina (F) (F) ”mynt” behandlade i enlighet med förfarandet enligt titandioxidpartiklar och blästrade tidigare känd teknik, förfarande I och förfarande II sä- som beskrivs ovan.

Det andra försöket innefattade ett ”referensmynt” blästrat med fina (F) rensmynt” blästrat med grova (G) titandioxidpartiklar, ett ”refe- titanoxidpartiklar och blästrade (G) mynt behandlade i enlighet med förfarande I och förfarande II såsom beskrivs ovan. u man 10 15 20 n. n 1 u U II 'o I v v . n n: -I-o q ..| Lx:;" ~ ~ --- - - vv II 1 . .n o - nu 0 0 v en v. .. o n u n ø o n n n nu .- 17 Tabell 1 Referens- Implantat Exempel 1 Exempel 2 implantat enligt ti- digare känd tek- nik Blästrings- F G F - F G F G partiklar Försök 1: 18,3 - 20,1 - 29,0 - 26,2 - Uppmätt kraft [N] Försök 2: 17,1 32,2 - - - 39,8 - 38,2 Uppmätt kraft [N] Såsom kan ses från Tabell 1 gav de ”implantatmynt” som behandlats i enlighet med förfarande I och II en för- bättrade beninfästning i jämförelse med ”referensmynten” och de ”mynt” som behandlats i enlighet med förfarandet enligt tidigare känd teknik.

Vidare ska det noteras att ”myntimplantaten” bläst- rade med grova (G) titanoxidpartiklar gav en bättre beninfästning än ”myntimplantaten” blästrade med fina (F) titanoxidpartiklar.

Ytkarakterisering Ytegenskaperna hos de implantat som behandlats i en- lighet med de ovan beskrivna förfarandena utvärderades med användning av atomkraftsmikroskopi (AFM) och svep- elektronmikroskopi (SEM).

AFM (AFM DualScope, att mäta implantatytornas morfologi. Tvà provomràdesstor- DME AS, Danmark) användes för lekar mättes, 5 x 5 pm (256 samplingspunkter i x- och y- respektive 10 x 10 pm (256 samplingspunkter i (se Fig 8-10). bilder (5 X 5 pm) som visas i Fig 8-10 har ökats fyra riktning) x- och y-riktning) Z-skalingen för de 3D- gänger. l0 15 20 25 30 35 » 1 nu 1 ax vš;| o en .Q ; 2 j! ëfl: t r I v: \ n n .o ~ ~ - = 1 s a nu :nu sa. av a > nu o ß Oc n n ' 0 6 vu n a n v I o c 1 Ü I I I! II' IQ KIII .pro u u. .w 18 SEM (Philips XL-30 ESEM, Philips, Nederländerna) an- vändes för att visuellt studera ytmorfologin (se Fig 2- 7).

Ytegenskaperna för implantat behandlade i enlighet med de förfaranden som beskrivs ovan utvärderades. Icke- blästrad implantat och implantat blästrad med grova (G) titandioxidpartiklar studerades.

Implantatytorna studerades med SEM och AFM.

SEM-bilder för en obehandlad, grov-blästrad (G) re- ferensimplantatyta visas i Fig 2 (förstoring x500 och Xl0 000).

SEM-bilder för den icke-blästrade implantatytan be- handlad i enlighet med det förfarande enligt tidigare känd teknik som beskrivs ovan visas i Fig 3 (förstoring x2 500 och x1O 000).

Fig 8.

SEM-bilder för de icke-blästrade och grov-blästrade En AFM-graf för denna yta visas i (G) implantatytorna behandlade i enlighet med förfarande I visas i Fig 4 (förstoring x2 500 och x10 000) respekti- (förstoring x60 000 och x120 000). En AFM-graf för den icke-blästrade ytan som visas i Fig 4 visas i Fig 9. ve Fig 5 SEM-bilder för de icke-blästrade och grov-blästrade (G) implantatytorna behandlade i enlighet med förfarande II visas i Fig 6 (förstoring X2 500 och x10 000) (förstoring x500 och x10 000). En AFM-graf för den icke-blästrade ytan som visas i Fig 6 visas i Fig 10. respek- tive Fig 7 Resultaten visade att både blästrad och icke- blästrad implantat behandlade i enlighet med förfarande I och II hade porer med en pordiameter av 100-600 nm, mer bestämt huvudsakligen runt 250-300 nm, ett pordjup av 50- 300 nm, mer bestämt huvudsakligen runt 60-150 nm, och en av 150-670 nm, De mikro-ytràhetparameterar som erhölls för de icke- toppbredd, vid halva pordjupet, blästrade ytorna med användning av AFM ges i Tabell 2.

Parametervärden för tvà områden pà implantatytan mättes och dessa värden ges i Tabell 2. 10 523 236 *- .. 19 Tabell 2 Referens- Implantat Exempel 1 Exempel 2 implantat enligt ti- digare känd tek- nik Blästrings- ingen ingen ingen ingen partiklar blästring blästring blästring* blästring" Mätomràde: 10 x 10 pm sa [pm] 0,04 0,06 0,13 0,12 0,04 0,05 0,08 0,10 Sq [pm] 0,04 0,07 0,16 0,14 0,05 0,07 0,10 0,12 S¿r [%] , 1,9 49,3 20,0 2,0 1,8 40,3 10,7 Mätomràde: 5 x 5 pm Sa [pm] 0,03 0,02 0,10 0,09 0,04 0,04 0,07 0,09 Sq [pm] 0,03 0,03 0,12 0,11 0,04 0,05 0,08 0,11 Sdf [%] , 46,8 19,7 , 5,3 35,8 12,2 Etsningsperiod: 40 i 5 sekunder Etsningsperiod: 60 i 5 sekunder Såsom kan ses i Tabell 2 är Sa och Sq ca 0,07-0,13 pm respektive 0,08-0,16 pm för implantaten enligt Exempel 1 och Exempel 2, vilka är utföringsformer av föreliggande uppfinning.

Vidare ökar det kvoten utvecklad yta ningen av ytarea jämfört med en jämn area, (Sår) I för implanta- d v s ök- ten enligt Exempel 1 och Exempel 2 i jämförelse med refe- rensimplantaten och implantatet enligt tidigare känd tek- nik. 10 15 20 25 - ø . | af o -»»- 523 236 20 Vidare kan det ses från Tabell 2 att ytmorfologin för den implantatyta som behandlats i enlighet med förfa- randet enligt tidigare känd teknik är likartad med refe- rensimplantatytan, d V s ytan är opåverkad, vilket också bekräftas med SEM-bilderna (Fig 3). De värden som erhölls (visas i Tabell 2) är troligtvis pà grund av maskinspàr.

För att förbättra noggrannheten och för att erhàlla högre upplösning avseende AFM-mätningen för blästrade ytor placerades AFM-scannern i en Vibrationsdämpande provställning. En blästrad (G) yta behandlad i enlighet med förfarande I analyserades med denna modifierade in- strumentuppställning. Dessa värden ges i Tabell 3.

Tabell 3 Exempel 1 Blästringspartiklar G Mätomráde: 5 x 5 pm Sa [pm] 0,19 0,11 sq [pm] 0,22 0,13 Sdf [%] 26,89 50,89 Sàsom kan ses i Tabell 3 är Sa och Sq ca 0,11-0,19 pm respektive 0.13-0.22 pm för det grov-blästrade implanta- tet enligt Exempel 1.

SEM-bilderna (se Fig 4-7) 9 och Fig 10) visar att mikro-ytràheten för blästrad och icke-blästrad ytor behandlade i enlighet med förfarandet och AFM-resultaten (se Fig enligt föreliggande uppfinning, d v s i detta exempel förfarande I och förfarande II, nästan är identiska. Vi- dare kan det ses att det implantat som behandlats i en- lighet med förfarandet enligt tidigare känd teknik är opàverkad, d v s ytan är nästan identisk med det obehand- lade referensimplantatet. Ü I IQ! y a u. f . 'I inom a a» _ _ , . . .. . ' ' - f _. Q . ,' f I I a .- ... ... ., . , . . . .. . 5 ¿ . . ,, g» ¿ z .. . _, - . . . '° " »n a, ., 21 Även om uppfinningen har beskrivits i detalj och med hänvisning till specifika utföringsformer därav, är det uppenbart för en fackman inom området att olika slags förändringar och modifieringar kan göras därmed utan att avvika fràn tanken och omfattningen därav. oo u

Claims (20)

10 15 20 25 30 35 S523 236 nu v. 22 PATENTKRAV

1. Förfarande för behandling av en implantatyta av- sedd för implantation i benvävnad k ä n n e t e c k n a t a V att åstadkomma en mikro-ytråhet innefattande porer ett pordjup S 500 fràn 15 till och toppar med en pordiameter S 1 pm, nm och en toppbredd, vid halva pordjupet, 150% av pordiametern.

2. Förfarande enligt krav 1, i vilket pordiametern är inom intervallet 50 nm till 1 pm och pordjupet är inom intervallet 50 till 500 nm.

3. Förfarande enligt krav 1 eller krav 2, i vilket ett kvadratiskt medelråhetsvärde (Rq och/eller Sq) S 250 nm àstadkommes.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, i vilket implantatytan är en metallisk implantatyta.

5. Förfarande enligt krav 4, i vilket mikro- ytråheten àstadkommes genom att behandla den metalliska implantatytan med en vattenhaltig lösning av fluorvä- tesyra.

6. Förfarande enligt krav 5, i vilket koncentration- en fluorvätesyra är lägre än 0,5 M.

7. Förfarande enligt krav 6, i vilket den metalliska implantatytan behandlas under en etsningsperiod av upp till 180 sekunder vid rumstemperatur.

8. Förfarande enligt krav 7, i vilket koncentratio- nen fluorvätesyra är 0,1 M och etsningsperioden är upp till 60 sekunder vid rumstemperatur.

9. Förfarande enligt något av kraven 1-8, vidare in- nefattande att åstadkomma en makro-ytràhet på implantat- ytan före àstadkommandet av mikro-ytràheten.

10. Förfarande enligt krav 9, i vilket makro-ytràhet àstadkommes genom blästring av implantatytan.

11. Förfarande enligt något av kraven 1-10, i vilket nämnda metalliska implantatyta är gjord av kommersiellt rent titan eller en titanlegering. 10 15 20 25 30 35 . « - > 1» szs 236 :ï:¥%}Ä~;, 23

12. implantatyta av vilken minst en del har behandlats med Implantat för implantation i benvävnad med en ett förfarande enligt något av kraven 1-11.

13. Implantat för implantation i benvävnad med en implantatyta k ä n n e t e c k n a d a v att minst en del av implantatytan innefattar en mikro-ytràhet som in- nefattar porer och toppar med en pordiameter 5 ett 1 pm, pordjup S 500 nm och en toppbredd, vid halva pordjupet, fràn 15 till 150% av pordiametern.

14. inom intervallet 50 nm till 1 pm och pordjupet är inom intervallet 50 till 500 nm.

15. Implantat enligt krav 13 eller krav 14, varvid Implantat enligt krav 13, varvid pordiametern är mikro-ytràheten har ett kvadratiskt medelràhetsvärde (Rq och/eller Sq) S 250 nm.

16. Implantat enligt nagot av kraven 13-15, varvid implantatytan vidare innefattar en makro-ytràhet.

17. Implantat enligt något av kraven 13-16, varvid nämnda implantat är ett metalliskt implantat.

18. Implantat enligt krav 17, varvid nämnda metal- liska implantat är tillverkat av kommersiellt rent titan eller en titanlegering.

19. l9. Implantat enligt något av kraven 13-18, varvid implantatet är ett dentalt implantat.

20. implantatet är ett Implantat enligt något av kraven 13-18, varvid ortopediskt implantat. ..oo