DE102008042576A1 - Medical implant for use as vascular implant, preferably cardiovascular implant or orthopedic implants for fixing human or animal tissue, vessels, bones or bone fragments, comprises bio-corrosive alloy composition - Google Patents

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Abstract

A medical implant comprises a bio-corrosive alloy composition. A medical implant comprises a bio-corrosive alloy composition of general formula (I). Mg-A-B (I) A : one or multiple elements selected from a group consisting of copper, nickel or zinc; and B : one or multiple elements selected from a group consisting of lanthanides, aluminum or calcium.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein medizinisches Implantat bestehend aus einer biokorrodierbaren Magnesiumlegierung.The The present invention relates to a medical implant made of a biocorrodible magnesium alloy.

Medizinische Implantate unterschiedlichster Verwendungen für den Einsatz im menschlichen oder tierischen Körper sind in großer Vielfalt aus dem Stand der Technik bekannt. Ein gemeinsames Ziel bei der Realisation moderner medizinischer Implantate ist eine hohe Biokompatibilität, das heißt ein hoher Grad an Gewebeverträglichkeit des in den Körper eingesetzten Medizinproduktes.medical Implants of various uses for use in the human or animal body are in great Diversity known in the art. A common goal in the realization of modern medical implants is a high Biocompatibility, that is a high degree Tissue compatibility of the inserted into the body Medical device.

Im Bereich der Gefäßchirurgie und der Kardiologie, Angiographie und Radiologie finden permanente metallische Implantate häufig Anwendung. Diese permanenten Implantate umfassen zum Beispiel intraluminale Gefäßstützen (Endoprothesen, Stents) zur Behandlung von Läsionen. Diese Stützen dienen zum Beispiel zur Aufweitung und Lumenerhaltung von verengten Gefäßen, indem sie vom Gefäßlumen ausgehend mit einem Ballonkatheter oder selbstexpandierend das Gefäßlumen auf einem entsprechend optimalen Innendurchmesser halten. In vielen Fällen ist allerdings eine dauerhafte Stützfunktion durch das Implantat nicht erforderlich. Vielmehr kann sich in einigen Anwendungsfällen das erkrankte Gefäß durch biologische Reparaturvorgänge aus eigener Kraft derart erholen, dass das intraluminale Implantat nicht weiter erforderlich ist. Dies ist allgemein etwa 4 Wochen nach Implantation der Fall.in the Field of vascular surgery and cardiology, Angiography and radiology find permanent metallic implants often application. These permanent implants include for example intraluminal vascular supports (Endoprostheses, stents) for the treatment of lesions. These Supports serve, for example, for expansion and lumen maintenance from constricted vessels by moving from the vessel lumen starting with a balloon catheter or self-expanding the vessel lumen hold on a correspondingly optimal inner diameter. In many Cases, however, is a permanent support function not required by the implant. Rather, it can be in some Use cases by the diseased vessel biological repair processes on their own recover that the intraluminal implant is no longer needed is. This is generally the case about 4 weeks after implantation.

Der dauerhafte Verbleib eines metallischen Implantats kann mit einigen Nachteilen verbunden sein. Das Implantat führt als Fremdkörper zu lokalen und eventuell auch systemischen Reaktionen. So zeigte sich im Laufe der Zeit, dass zum Beispiel Stents aus medizinischem Stahl (316L) zwar hoch biokompatibel sind, aber über mittlere und lange Zeiträume teils eine Thrombosebildung und teils eine Adhäsion von Biomolekülen an ihrer Oberfläche fördern. Eine weitere Einschränkung der Biokompatibilität permanenter Stents ist die dauerhafte mechanische Reizung der Gefäßwand, welche ebenfalls eine Kaskade von zellulären molekularen Prozessen auslösen kann.Of the permanent retention of a metallic implant can with some Disadvantages connected. The implant leads as a foreign body to local and possibly also systemic reactions. So showed Over time, for example, stents come from medical Although steel (316L) is highly biocompatible, it has medium and long periods partly a thrombosis formation and partly an adhesion of biomolecules on their surface promote. Another limitation of biocompatibility permanent stents is the permanent mechanical irritation of the vessel wall, which is also a cascade of cellular molecular Can trigger processes.

Ein Ansatz zur Lösung der vorgenannten Problematik besteht darin, das Implantat ganz oder in Teilen aus einem biokorrodierbaren Werkstoff zu formen.One Approach to solve the above problem exists in it, the implant in whole or in part of a biocorrodible To form material.

Unter Biokorrosion im lebendem Organismus werden vorliegend mikrobielle Vorgänge oder schlicht durch die Anwesenheit von Körpermedien bedingte hydrolytische, enzymatische und andere Stoffwechsel-bedingte Abbauprozesse verstanden, die zu einem allmählichen Abbau der aus dem Werkstoff bestehen Struktur führen. Als Synonym wird häufig der Begriff ”Biodegradation” verwendet. Der Begriff Bioresorption umfasst zusätzlich die anschließende Resorption der Abbauprodukte. Zu einem bestimmten Zeitpunkt verliert das Implantat oder zumindest der Teil des Implantates, der aus dem biokorrodierbaren Werkstoff besteht, seine mechanische Integrität. Die Abbauprodukte werden vom Körper resorbiert, wobei geringe Rückstände tolerierbar sind.Under Biocorrosion in the living organism in the present case become microbial Processes or simply by the presence of body fluids conditioned hydrolytic, enzymatic and other metabolic-related Deterioration processes understood, leading to a gradual reduction which consist of the material structure. As a synonym Often the term "biodegradation" is used. The term bioresorption additionally includes the following Absorption of the decomposition products. Losing at a certain time the implant or at least the part of the implant that is made of the biocorrodible material, its mechanical integrity. The degradation products are absorbed by the body, with low Residues are tolerable.

Biokorrodierbare Werkstoffe wurden unter anderem auf Basis von Polymeren synthetischer Natur oder natürlichen Ursprungs entwickelt. Zu bevorzugten Kunststoffmaterialien zählen Polymethylmetacrylat, Polylactid und Polyglycolsäureester. Ihre mechanischen Eigenschaften einerseits und die nachfolgende Fremdkörperreaktion während der Biodegradation andererseits führen dazu, dass sie als alleiniges Material für eine Implantation ungeeignet sind. So müssen beispielsweise orthopädische Implantate häufig hohen mechanischen Beanspruchungen standhalten und vaskuläre Implantate, z. B. Stents, je nach Design sehr speziellen Anforderungen an E-Modul, Bruchfestigkeit und Formbarkeit genügen.biocorrodible Among other things, materials based on polymers were more synthetic Developed from nature or natural origin. To preferred Plastic materials include polymethyl methacrylate, polylactide and polyglycolic acid esters. Their mechanical properties on the one hand, and the subsequent foreign body reaction during On the other hand, biodegradation causes them to become sole material are unsuitable for implantation. For example, orthopedic implants often withstand high mechanical stresses and vascular implants, e.g. As stents, depending on the design a lot special requirements for modulus of elasticity, breaking strength and malleability suffice.

Ein viel versprechender Lösungsansatz sieht dazu den Einsatz biokorrodierbarer Metalllegierungen vor. So wird in der DE 197 31 021 A1 vorgeschlagen, medizinische Implantate aus einem metallischen Werkstoff zu formen, dessen Hauptbestandteil aus der Gruppe Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Eisen, Zink und Aluminium zu wählen ist. Als besonders geeignet werden Legierungen auf Basis von Magnesium, Eisen und Zink beschrieben. Nebenbestandteile der Legierungen können Mangan, Kobalt, Nickel, Chrom, Kupfer, Cadmium, Blei, Zinn, Thorium, Zirkonium, Silber, Gold, Palladium, Platin, Silizium, Kalzium, Lithium, Aluminium, Zink und Eisen sein. Weiterhin ist aus der DE 102 53 634 A1 der Einsatz einer biokorrodierbaren Magnesiumlegierung mit einem Anteil von Magnesium > 90%, Yttrium 3,7–5,5%, Seltenerdmetallen 1,5–4,4% und Rest < 1% bekannt, die sich insbesondere zur Herstellung einer Endoprothese, z. B. in Form eines selbstexpandierenden oder ballonexpandierbaren Stents, eignet.One promising solution is the use of biocorrodible metal alloys. So will in the DE 197 31 021 A1 proposed to form medical implants of a metallic material whose main component is selected from the group of alkali metals, alkaline earth metals, iron, zinc and aluminum. Particularly suitable alloys based on magnesium, iron and zinc are described. Secondary constituents of the alloys may be manganese, cobalt, nickel, chromium, copper, cadmium, lead, tin, thorium, zirconium, silver, gold, palladium, platinum, silicon, calcium, lithium, aluminum, zinc and iron. Furthermore, from the DE 102 53 634 A1 the use of a biocorrodible magnesium alloy with a share of magnesium> 90%, yttrium 3.7-5.5%, rare earth metals 1.5-4.4% and remainder <1% known in particular for the preparation of an endoprosthesis, z. In the form of a self-expanding or balloon-expandable stent.

Ungeachtet der erreichten Fortschritte auf dem Gebiet biokorrodierbarer Metalllegierungen sind auch die bisher bekannten Legierungen aufgrund ihrer Materialeigenschaften, wie Festigkeit und Korrosionsverhalten, nur beschränkt einsatzfähig.Notwithstanding the advances made in the field of biocorrodible metal alloys, too the previously known alloys due to their material properties, such as strength and corrosion behavior, only limited operational.

So zeigte sich, dass metallische Knochenimplantate aus Magnesiumlegierungen sich in vivo in Abhängigkeit der Zusammensetzung ihrer Legierungselemente zwar rasch auflösen und eine erhöhte Knochenneubildung in der Umgebung der korrodierenden Magnesiumimplantate zeigen, allerdings wurde bei allen verwendeten Legierungen eine temporäre Entstehung von subkutanen Gastaschen beobachtet. Diese sind durch die immer noch zu hohe Korrosionsrate und der damit verbundenen Gasentwicklung der Magnesiumlegierungen zu erklären. Die bei der Korrosion der Magnesiumlegierung gebildeten Gastaschen können zu einer Reduzierung der Knochendichte, zur Implantatlockerung und sogar zum Implantatversagen führen.So showed that metallic bone implants made of magnesium alloys in vivo depending on the composition of their Although alloying elements dissolve quickly and increased Bone regeneration around corrosive magnesium implants show, however, was in all alloys used one observed temporary formation of subcutaneous gas pockets. These are due to the still too high corrosion rate and the so related gas evolution of magnesium alloys. The gas pockets formed in the corrosion of the magnesium alloy can lead to a reduction of bone density, to implant loosening and even lead to implant failure.

Auch an anderen Implantationsorten ist die dauerhafte Ausbildung von Gasvolumina nicht wünschenswert. Bei vaskulären Implantaten kann ab einem bestimmten Gasvolumen die Gefahr von Gasembolien nicht ausgeschlossen werden. An Implantationsorten, wo kein Transportsystem zur Verfügung steht, wie beispielsweise im Bauchraum, führt die Gasansammlung zu Schwellungen.Also At other implantation sites, the permanent education of Gas volumes not desirable. In vascular Implants can increase the risk of gas embolism after a certain volume of gas not be excluded. At implantation sites, where no transport system is available, such as in the abdomen leads the gas accumulation to swelling.

Experimentellen Untersuchen zu den Korrosionseigenschaften von Magnesiumlegierungen zu Folge steigt mit zunehmender anodischer Polarisation die Auflösungsrate des Magnesiums an. Den elektrochemischen Erwartungen entsprechend sollte bei anodischer Polarisation die kathodische Reaktionsrate der Wasserstoffentwicklung verlangsamt werden. Anders als erwartet steigt aber auch die Wasserstoffentwicklungsrate an. Dieses ungewöhnliche Verhalten wird als Negativer Differenzen-Effekt (NDE) bezeichnet [ G. Song et al., Corrosion Science 1997, Vol. 39, No. 5, 855–875 ; G. Song, Advanced Engineering Materials 2005, No. 7, 563–586 ].Experimental investigations into the corrosion properties of magnesium alloys result in increasing the dissolution rate of magnesium with increasing anodic polarization. In accordance with electrochemical expectations, the cathodic reaction rate of hydrogen evolution should be slowed in anodic polarization. However, unlike expected, the hydrogen evolution rate is also increasing. This unusual behavior is referred to as Negative Difference Effect (NDE) [ G. Song et al., Corrosion Science 1997, Vol. 5, 855-875 ; G. Song, Advanced Engineering Materials 2005, no. 7, 563-586 ].

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Werkstoff bereitzustellen, der eine insbesondere mit den bekannten biokorrodierbaren Magnesiumlegierun gen vergleichbar hohe Biokompatibilität aufweist, aber verbesserte Materialeigenschaften für den Einsatz als Implantat mit sich bringt, insbesondere im Hinblick auf die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, und der bei der Biodegradation eine stark verminderte Wasserstoffentwicklung zeigt oder diese gar verhindert.Of the The present invention is therefore based on the object, a To provide material, the one in particular with the known biocorrodible magnesium alloys have comparably high biocompatibility but has improved material properties for the Use as an implant, especially with regard to on the strength and corrosion resistance, and the in the biodegradation a greatly reduced hydrogen evolution shows or even prevents them.

Die Aufgabe wird durch das medizinische Implantat mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.The The task is performed by the medical implant 1 mentioned features solved.

Es wurde überraschenderweise gefunden, dass eine biokorrodierbare Magnesiumlegierung der Zusammensetzung Mg-A-B, wobei A für ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zink (Zn) und B für ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe der Lanthanoiden (Ln), Aluminium (Al) und Kalzium (Ca) steht, sowie ein Anteil von A an der Legierung 32–37% und ein Anteil von B an der Legierung 2–10% beträgt, eine erhöhte Festigkeit und ein verzögertes in vivo Korrosionsverhalten sowie eine stark verringerte bis nahezu vollständige unterbundene Wasserstoffentwicklung aufweist.It was surprisingly found to be a biocorrodible Magnesium alloy of composition Mg-A-B, wherein A is for one or more elements selected from the group copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn) and B for one or more Elements selected from the group of lanthanides (Ln), aluminum (Al) and calcium (Ca), and a proportion of A in the alloy 32-37% and a share of B in the alloy 2-10% is an increased strength and a delayed in vivo corrosion behavior as well as greatly reduced to near has complete suppressed hydrogen evolution.

Unter der Sammelbezeichnung „Lanthanoide” werden vorliegend die 14 auf Lanthan folgenden Elemente, nämlich Cer (58), Praseodym (59), Neodym (60), Promethium (61), Samarium (62), Europium (63), Gadolinium (64), Terbium (65), Dysprosium (66), Holmium (67), Erbium (68), Thulium (69), Ytterbium (70) und Lutetium (71) verstanden. Es wird das Symbol Ln für die Lanthanoide verwendet.Under the collective name "lanthanides" are present the 14 elements following lanthanum, namely cerium (58), Praseodymium (59), neodymium (60), promethium (61), samarium (62), europium (63), gadolinium (64), terbium (65), dysprosium (66), holmium (67), Erbium (68), thulium (69), ytterbium (70) and lutetium (71). The symbol Ln is used for the lanthanides.

Die erfindungsgemäße Legierung enthält Magnesium als Hauptkomponente. Unter Hauptkomponente einer Legierung wird erfindungsgemäß die Legierungskomponente verstanden, deren Atomanteil an der Legierung am höchsten ist. In den nachfolgenden noch näher beschriebenen bevorzugten Legierungszusammensetzungen sind alle weiteren Anteile der Legierungskomponenten immer so vorzugeben, dass jeweils Magnesium den höchsten Atomanteil hat. Dementsprechend verstehen sich alle prozentualen Angaben zur Zusammensetzung der Legierung als Angaben in Atomprozent.The Alloy according to the invention contains magnesium as the main component. Under main component of an alloy becomes understood the alloy component according to the invention, whose atomic proportion of the alloy is highest. In the the following preferred alloy compositions described in more detail all other proportions of the alloy components must always be specified that each magnesium has the highest atomic proportion. Accordingly are all percentage statements on the composition of Alloy in atomic percent.

Bei der erfindungsgemäßen Legierung handelt es sich um eine amorphe Legierung. Amorphe Legierungen im erfindungsgemäßen Sinne zeichnen sich dadurch aus, dass sie keine Kristallstruktur ausbilden und das Material in einer Art Anordnung ohne Periodizität, d. h. ohne Fernordnung, ähnlich den Atomen in einer Schmelze, verbleibt. Eine besondere Klasse von amorphen Legierungen sind metallische Gläser (Engt. metallic glasses, glassy metals, amorphous metals). Auch wenn die Legierungen als amorph bezeichnet werden, so besitzen sie doch immer eine ausgeprägte Nahordnung, sowohl topologisch wie auch chemisch.at the alloy according to the invention is an amorphous alloy. Amorphous alloys in the invention Senses are characterized by the fact that they have no crystal structure train and the material in a kind of arrangement without periodicity, d. H. without long distance order, similar to the atoms in a melt, remains. A particular class of amorphous alloys are metallic ones Glasses (narrow metallic glasses, glassy metals, amorphous metals). Even if the alloys are called amorphous, they always have a pronounced sense of order, both topologically and chemically.

Durch verschiedene, aus dem Stand der Technik bekannte Herstellungsverfahren kann verhindert werden, dass sich eine Kristallstruktur ausbildet und das Material so im amorphen Zustand verbleibt. Massiv geformte Halb- und Fertigwaren aus amorphen Legierungen (auch Massivgläser genannt; Engl. bulk metallic glasses (BMG)) können beispielsweise durch schnelles Abschrecken einer Schmelze hergestellt werden. Beim so genannten Schmelzspinnen wird das flüssige Metall auf einen rasch rotierenden, gekühlten Zylinder geführt. Insbesondere durch Abschrecken in Cu-Kokillen können massive Gläser mit mehreren Millimetern Dicke hergestellt werden.By various known from the prior art manufacturing process can be prevented be that forms a crystal structure and the material remains in the amorphous state. Massively shaped semi-finished and finished goods made of amorphous alloys (also called solid glasses, Engl. Bulk metallic glasses (BMG)) can be produced for example by rapid quenching of a melt. In so-called melt spinning, the liquid metal is fed to a rapidly rotating, cooled cylinder. In particular, by quenching in Cu molds massive glasses can be produced with several millimeters thickness.

Materialeigenschaften und Herstellungsverfahren für Magnesium-haltige amorphe Legierungen beschreiben (i) A. Inoue und T. Masumoto, Material Science and Engineering, A173 (1993) pp. 1 to 8 ; (ii) G. Yuan, T. Zhang und A. Inoue, Materials Transactions, Vol. 44, No. 11 (2003) pp. 2271 to 2275 und (iii) W. M. Rainforth und H. Jones, Scripta Materialia, Vol. 37, No. 3 (1997) pp. 311 to 314 .Material properties and manufacturing processes for magnesium-containing amorphous alloys describe (i) A. Inoue and T. Masumoto, Materials Science and Engineering, A173 (1993) pp. 1 to 8 ; (Ii) G. Yuan, T. Zhang and A. Inoue, Materials Transactions, Vol. 11 (2003) pp. 2271 to 2275 and (iii) WM Rainforth and H. Jones, Scripta Materialia, Vol. 3 (1997) pp. 311 to 314 ,

Theoretisch kann jede Legierung durch geeignete Verfahrensführung in amorpher Modifikation erhalten werden. In der Praxis und für die Zwecke der Erfindung besonders geeignete Legierungen zeichnen sich durch ein hohes Verhältnis von Glasübergangstemperatur Tg und Schmelztemperatur Tl aus (als Resultat des bekannten Turnbull-Kriteriums: D. Turnbull, Metall Trans B (1981) 271 ), was vorwiegend bei tiefschmelzenden eutektischen Zusammensetzungen der Fall ist. Es ist weiterhin bekannt, dass verstärkte chemische und topologische Unterschiede zwischen den einzelnen Legierungsbestandteilen, z. B. in Atomgröße und im Bindungsverhalten, eine Kristallbildung bei der Abkühlung der Schmelze verhindern können.Theoretically, any alloy can be obtained by suitable process control in amorphous modification. In practice and for the purposes of the invention particularly suitable alloys are characterized by a high ratio of glass transition temperature T g and melting temperature T l (as a result of the known Turnbull criterion: D. Turnbull, Metall Trans B (1981) 271 ), which is predominantly the case with low-melting eutectic compositions. It is also known that increased chemical and topological differences between the individual alloying components, eg. B. in atomic size and in the bonding behavior, crystal formation during the cooling of the melt can prevent.

Bei den Untersuchungen mit metallischen Gläsern auf Mg-Basis hat sich weiter gezeigt, dass geringe Mengen der Elemente Silber (Ag), Palladium (Pd) und Platin (Pt) die Glasbildungseigenschaften und die Duktilität der Gläser verbessern können. Speziell können solche Legierungselemente verhindern, dass Gläser mit der Zeit partiell auskristallisieren und so völlig verspröden. Als besonders geeignet erwiesen haben sich hierzu (legie rungsabhängig) Gehalte von 0.5 bis bis 10% Platin, 0.5 bis bis 10% Palladium oder 5 bis 20% Silber, sowie Kombinationen der drei Elemente mit einer Gesamtmenge von weniger als 15%.at Investigations with Mg-based metallic glasses has further shown that small amounts of silver elements (Ag), palladium (Pd) and platinum (Pt) the glass forming properties and can improve the ductility of the glasses. Specifically, such alloying elements can prevent Partially crystallize glasses over time and so on completely embrittled. Proved to be particularly suitable have (alloying dependent) contents of 0.5 up to 10% platinum, 0.5 to 10% palladium or 5 to 20% silver, as well as combinations of the three elements with a total of less than 15%.

Zur Auffindung geeigneter Legierungssysteme kann auf Datensammlungen von Phasendiagrammen binärer oder ternärer Legierungen zurückgegriffen werden ( Massalski T. B., Okamoto H., Subramanian P. R., Kacprizak L., Binary alloy phase diagrams, vols. 1 to 3, Materials Park (OH): ASM International, 1990/1 ; Villars P., Prince A., Okamoto H., Handbook of ternary alloy phase diagrams, vols. 1 to 10, Materials Park (OH): ASM International, 1995 ). Ein weiterer Ansatz sieht vor, Schmelzen mit den in Frage kommenden Legierungskomponenten in Gegenwart hoher gravimetrischer Kräfte langsam abzukühlen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Schmelzen in Tiegeln bereitgestellt werden, die von einer Zentrifuge aufgenommen werden und dass während des Zentrifugierens die Temperatur langsam abgesenkt wird ( Löffler J. F., Johnson W. L., Intermetallics 10 (2002), pp. 1167 to 1175 ; Löffler J. F., Intermetallics 11 (2003), pp. 529 to 540 ; Löffler J. F., Peker A., Bossuyt S., Johnson W. L., Materials Science and Engineering A 375–377 (2004) pp. 341 to 345 ). Demnach ist es dem Fachmann mit Rückgriff auf die Literaturwerte oder die genannten gravimetrischen Untersuchungsmethoden ohne weiteres möglich, Eutektika oder den Eutektika nahe liegende Zusammensetzungen zu identifizieren, die besonders stabile amorphe Legierungen bilden können.In order to find suitable alloy systems, data collections of phase diagrams of binary or ternary alloys can be used ( Massalski TB, Okamoto H., Subramanian PR, Kacprizak L., Binary alloy phase diagrams, vols. 1 to 3, Materials Park (OH): ASM International, 1990/1 ; Villars P., Prince A., Okamoto H., Handbook of ternary alloy phase diagrams, vols. 1 to 10, Materials Park (OH): ASM International, 1995 ). Another approach is to slowly cool melts with the alloy components in question in the presence of high gravimetric forces. This can be accomplished by providing the melts in pots received from a centrifuge and slowly lowering the temperature during centrifugation ( Löffler JF, Johnson WL, Intermetallics 10 (2002), pp. 1167 to 1175 ; Löffler JF, Intermetallics 11 (2003), pp. 529 to 540 ; Löffler JF, Peker A., Bossuyt S., Johnson WL, Materials Science and Engineering A 375-377 (2004) pp. 341 to 345 ). Accordingly, it is readily possible for a person skilled in the art, with reference to the literature values or the abovementioned gravimetric examination methods, to identify eutectics or compositions which are close to the eutectics and which can form particularly stable amorphous alloys.

Die amorphen Legierungen sind so in ihrer Zusammensetzung zu wählen, dass sie biokorrodierbar sind. Als biokorrodierbar im Sinne der Erfindung werden Legierungen bezeichnet, bei denen in physiologischer Umgebung ein Abbau stattfindet, der letztendlich dazu führt, dass das gesamte Implantat oder der aus dem Werkstoff gebildete Teil des Implantats seine mechanische Integrität verliert.The amorphous alloys are to be chosen in their composition, that they are biocorrodible. As biocorrodible in the sense of Invention alloys are referred to, in which physiological environment a degradation takes place, which ultimately leads to the entire implant or the part formed from the material of the implant loses its mechanical integrity.

Vorzugsweise sind vaskuläre Implantate in Form von Stents derart hinsichtlich der eingesetzten biokorrodierbaren amorphen Legierungen auszulegen, dass eine mechanische Integrität des Implantats für 2–20 Wochen aufrechterhalten wird. Orthopädische Implantate für die Osteosynthese sind hinsichtlich der biokorrodierbaren amorphen Legierungszusammensetzung so auszulegen, dass die mechanische Integrität des Implantats für 6–36 Monate aufrechterhalten wird.Preferably are vascular implants in the form of stents in such terms the biocorrodible amorphous alloys used, that a mechanical integrity of the implant for 2-20 weeks is maintained. orthopedic Implants for osteosynthesis are in terms of biocorrodible amorphous alloy composition so that the mechanical integrity of the implant for 6-36 months is maintained.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der biokorrodierbaren Magnesiumlegierung der Zusammensetzung Mg-A-B um eine Legierung, wobei A für Zink und B für Kalzium steht und wobei der Anteil von Zn an der Legierung 32–37% und der Anteil von Ca an der Legierung 2–10% beträgt. Diese Legierungen zeichnen sich auf Grund der Legierungsbestandteile wie Kalzium durch ein hohes Maß an Biokompatibilität aus und weisen im Vergleich zu anderen Legierungssystemen eine erhöhte Festigkeit, ein verzögertes in vivo Korrosionsverhalten sowie eine stark verringerte bis nahezu vollständig unterbundene Wasserstoffentwicklung auf.In a particularly preferred embodiment is in the biocorrodible magnesium alloy of the composition Mg-A-B around an alloy, where A is zinc and B is Calcium is and where the proportion of Zn in the alloy is 32-37% and the proportion of Ca in the alloy is 2-10%. These alloys are characterized by the alloy components like calcium due to a high degree of biocompatibility and have an increased compared to other alloy systems Strength, a delayed in vivo corrosion behavior and a greatly reduced to almost completely suppressed Hydrogen evolution on.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die biokorrodierbare Magnesiumlegierung der Zusammensetzung Mg-Zn-Ca einen Anteil von Zn von 34–37% und einen Anteil von Ca an der Legierung von 2–10% auf.In In another preferred embodiment, the biocorrodible Magnesium alloy of the composition Mg-Zn-Ca a share of Zn of 34-37% and a proportion of Ca in the alloy from 2-10%.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die biokorrodierbare Magnesiumlegierung der Zusammensetzung Mg-Zn-Ca einen Anteil von Zn von 34–37% und einen Anteil von Ca an der Legierung von 2–6% auf.In In another preferred embodiment, the biocorrodible Magnesium alloy of the composition Mg-Zn-Ca a share of Zn of 34-37% and a proportion of Ca in the alloy from 2-6%.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die biokorrodierbare Magnesiumlegierung der Zusammensetzung Mg-Zn-Ca einen Anteil von Zn von 34–37% und einen Anteil von Ca an der Legierung von 5% auf.In In another preferred embodiment, the biocorrodible Magnesium alloy of the composition Mg-Zn-Ca a share of Zn of 34-37% and a proportion of Ca in the alloy from 5% up.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die biokorrodierbare Magnesiumlegierung der Zusammensetzung Mg-Zn-Ca einen Anteil von Zn von 35% und der Anteil von Ca an der Legierung 5% auf.In In a particularly preferred embodiment, the biocorrodible Magnesium alloy of the composition Mg-Zn-Ca a share of Zn of 35% and the proportion of Ca in the alloy 5%.

Die erfindungsgemäßen medizinischen Implantate können als vaskuläre Implantate ausgebildet sein. So können beispielsweise in der Gefäßchirurgie vaskuläre Implantate wie intraluminale Gefäßstützen zur Behandlung von Läsionen angewendet werden. Bevorzugt werden in diesem Bereich Stents eingesetzt, da so eine Aufweitung und Lumenerhaltung von verengten Gefäßen auf einen entsprechend optimalen Innendurchmesser möglich ist.The According to the invention medical implants can be designed as vascular implants. So can For example, in vascular surgery in vascular surgery Implants such as intraluminal vascular supports used for the treatment of lesions. Prefers Stents are used in this area, because such an expansion and lumen maintenance of narrowed vessels to one according to optimal inner diameter is possible.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das medizinische Implantat als orthopädisches Implantat, insbesondere zur Osteosynthese ausgebildet. So bieten sich biokorrodierbare orthopädische Implantate insbesondere in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, der Handchirurgie und als Fixationsimplantate und -nägel für Frakturen an. Insbesondere ist das medizinische Implantat ausgebildet als Platte, Draht, Schraube, Stift oder Klammer, um Knochen oder Knochenfragmente zusammenzufügen.To Another preferred embodiment is the medical one Implant as orthopedic implant, in particular for Osteosynthesis formed. Thus, biocorrodible orthopedic ones are available Implants, in particular in oral and maxillofacial surgery, hand surgery and as fixation implants and nails for fractures. In particular, the medical implant designed as a plate, wire, screw, pin or staple to Combine bones or bone fragments.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das medizinische Implantat als Klammer, Clip oder sonstiger Vorrichtung zur Fixierung oder zum Zusammenfügen von menschlichem oder tierischem Gewebe oder von Gefäßen ausgebildet.To Another preferred embodiment is the medical one Implant as a clip, clip or other device for fixation or to combine human or animal Tissue or vessels formed.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das medizinische Implantat zur Fixierung oder zum Zusammenfügen von menschlichem oder tierischem Gewebe oder von Knochen an andere Implantate ausgebildet.To Another preferred embodiment is the medical one Implant for fixation or joining of human or animal tissue or bone to other implants.

Der Vorteil im Vergleich zu permanenten Implantaten liegt unter anderem darin, dass kein erneuter operativer Eingriff zur Entfernung erforderlich ist und die amorphen Werkstoffe im Vergleich zu kristallinen Werkstoffen gleicher Zusammensetzung bessere Materialeigenschaften besitzen. Gegenüber den bekannten biokorrodierbaren metallischen Implantaten sind eine höhere Festigkeit und eine verzögerte Korrosionskinetik zu erwarten. Außerdem kann gegenüber vergleichbaren kristallinen Legierungen der Legierungsbereich in den amorphen Systemen in einem weiten Bereich variiert werden und so zum Beispiel besser auf Anforderungen der Biokompatibilität eingegangen werden.Of the Advantage compared to permanent implants lies among other things in that no renewed surgical procedure is required for removal is and the amorphous materials compared to crystalline materials have the same composition better material properties. Compared with the known biocorrodible metallic Implants are a higher strength and a delayed one Corrosion kinetics expected. In addition, opposite comparable crystalline alloys of the alloy area in be varied in a wide range of amorphous systems and so for example better on requirements of biocompatibility To be received.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Oberfläche des medizinischen Implantats zusätzlich einen oder mehrere pharmazeutische Wirkstoffe auf, wobei der oder die pharmazeutischen Wirkstoffe gegebenenfalls in einer oder mehreren biostabilen und/oder bioabbaubaren Polymerschichten enthalten sind und freigesetzt werden.In Another preferred embodiment has the surface of the medical implant additionally one or more pharmaceutical active ingredients, wherein the one or more pharmaceutical Active ingredients optionally in one or more biostable and / or biodegradable polymer layers are contained and released.

Ein pharmazeutischer Wirkstoff ist eine Verbindung, die an das umliegende Gewebe oder an die Gefäßwand abgegeben wird, in welcher das medizinische Implantat eingeführt wird. Dabei wird bevorzugt, dass der Wirkstoff mit sehr niedrigen Raten freigesetzt wird. Der pharmazeutische Wirkstoff ist bevorzugt aus den folgenden Arzneistoffklassen ausgewählt: antimikrobielle, antimitotische, antimyotische, antineoplastische, antiphlogistische, antiproliferative, antithrombische und vasodilatatorische Mittel.One Pharmaceutical agent is a compound that binds to the surrounding Tissue or to the vessel wall, in which the medical implant is introduced. there it is preferred that the active ingredient be released at very low rates becomes. The pharmaceutical agent is preferably of the following Drug classes selected: antimicrobial, antimitotic, antimyotic, antineoplastic, antiphlogistic, antiproliferative, antithrombotic and vasodilatory agents.

Die biostabile und/oder bioabbaubare Polymerschicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist zusammengesetzt aus Polymeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nichtresorbierbaren, permanenten Polymeren und/oder resorbierbaren bioabbaubaren Polymeren.The biostable and / or biodegradable polymer layer within the scope of the present invention Invention is composed of polymers selected from the group consisting of non-resorbable, permanent polymers and / or absorbable biodegradable polymers.

Besonders bevorzugt ist die biostabile und/oder bioabbaubare Polymerschicht zusammengesetzt aus Polymeren ausgewählt aus der Gruppe der Polyolefine, Polyetherketone, Polyether, Polyvinylalkohole, Polyvinylhalogenide, Polyvinylester, Polyacrylate, Polyhalogenolefine, Polyamide, Polyamidimide, Polysulfone, Polyester, Polyurethane, Silikone, Polyphosphazene, Polyphenylen, Polymerschäume (aus Styrolen und Carbonaten), Polydioxanone, Polyglycolide, Polylactide, Poly-ε-caprolacton, Ethylvinylacetat, Polyethylenoxid, Polyphosphorylcholin, Polyhydroxybuttersäuren, Lipide, Polysaccharide, Proteine, Polypeptide sowie Copolymere, Elends und Derivate dieser Verbindungen.The biostable and / or biodegradable polymer layer is particularly preferably composed of polymers selected from the group of polyolefins, polyether ketones, polyethers, polyvinyl alcohols, polyvi nyl halides, polyvinyl esters, polyacrylates, polyhalo-olefins, polyamides, polyamide-imides, polysulfones, polyesters, polyurethanes, silicones, polyphosphazenes, polyphenylene, polymer foams (of styrenes and carbonates), polydioxanones, polyglycolides, polylactides, poly-ε-caprolactone, ethylvinylacetate, polyethyleneoxide, polyphosphorylcholine, Polyhydroxybutyric acids, lipids, polysaccharides, proteins, polypeptides and copolymers, blends and derivatives of these compounds.

Ganz besonders bevorzugt ist die biostabile und/oder bioabbaubare Polymerschicht zusammengesetzt aus Polymeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polypropylen, Polyethylen, Polyisobutylen, Polybutylen, Polyetheretherketon, Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Polyvinylalkohole, Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylacetat, Polyethylacrylat, Polymethylacrylat, Polytetrafluorethylen, Polychlortrifluorethylen, PA11, PA12, PA46, PA66, Polyamidimide, Polyethersulfon, Polyphenylsulfon, Polycarbonate, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, Elastane, Pellethane, Silikone, Polyphosphazene, Polyphenylen, Polymerschäume (aus Styrolen und Carbonaten), Polydioxanone, Polyglycolide, Poly-L-, Poly-D-, und Poly-D,L-Lactid, sowie Poly-ε-caprolacton, Ethylvinylacetat, Polyethylenoxid, Polyphosphorylcholin, Polyhydroxyvalerat, Cholesterin, Cholesterinester, Alginat, Chitosan, Levan, Hyaluronsäure, Uronide, Heparin, Dextran, Cellulose, Fibrin, Albumin, Polypeptide und Copolymere, Elends und Derivate dieser Verbindungen.All particularly preferred is the biostable and / or biodegradable polymer layer composed of polymers selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, polyisobutylene, polybutylene, Polyetheretherketone, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohols, Polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polyvinyl acetate, polyethyl acrylate, Polymethyl acrylate, polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, PA11, PA12, PA46, PA66, polyamide-imides, polyethersulfone, polyphenylsulfone, Polycarbonates, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, Elastanes, pellethanes, silicones, polyphosphazenes, polyphenylene, polymer foams (from styrenes and carbonates), polydioxanones, polyglycolides, poly-L-, Poly-D-, and poly-D, L-lactide, as well as poly-ε-caprolactone, Ethyl vinyl acetate, polyethylene oxide, polyphosphorylcholine, polyhydroxyvalerate, Cholesterol, cholesterol ester, alginate, chitosan, levan, hyaluronic acid, Uronides, heparin, dextran, cellulose, fibrin, albumin, polypeptides and copolymers, blends and derivatives of these compounds.

Die biostabile und/oder bioabbaubare Polymerschicht richtet sich bevorzugt nach der gewünschten Elutionsgeschwindigkeit sowie den individuellen Charakteristika der verschiedenen eingesetzten Wirkstoffe und nach der unterschiedlichen Resorptions- bzw. Degradationsgeschwindigkeit am Wirkort des medizinischen Implantats.The Biostable and / or biodegradable polymer layer is preferred after the desired elution rate and the individual characteristics of the various active ingredients used and after the different absorption or degradation rate at the site of action of the medical implant.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following the invention is based on embodiments and explained in more detail in the accompanying drawings. Show it:

1 eine graphische Darstellung der Wasserstoffentwicklung unterschiedlicher biokorrodierbarer Magnesiumlegierungen; 1 a graphical representation of the hydrogen evolution of different biocorrodible magnesium alloys;

2 eine graphische Darstellung des Polarisationswiderstands gegen die Zeit von unterschiedlichen biokorrodierbaren Magnesiumlegierungen; 2 a graph of polarization resistance versus time of different biocorrodible magnesium alloys;

3 eine graphische Darstellung des Freien Korrosionspotentials gegen die Zeit von unterschiedlichen biokorrodierbaren Magnesiumlegierungen; und 3 a graph of free corrosion potential versus time of different biocorrodible magnesium alloys; and

4a, 4b Querschliffe von Magnesium-Plättchen unterschiedlicher Legierungszusammensetzung nach 70stündiger Lagerung in künstlichem Plasma. 4a . 4b Cross sections of magnesium platelets of different alloy composition after 70 hours storage in artificial plasma.

Die erfindungsgemäßen amorphen Magnesiumlegierungen mit ausreichend guten Glasbildungseigenschaften, um mehrere Millimeter dicke Proben herzustellen, existieren in mehreren Legierungssystemen, die mit Mg-A-B beschrieben werden können. Im Rahmen der Untersuchungen wurden beispielhaft die in Tabelle 1 genannten amorphen Legierungen des Systems Mg-Zn-Ca untersucht, wobei der Anteil an Kalzium an der Legierung jeweils 5% beträgt. Tabelle 1: amorphe Magnesiumlegierungen des Systems Mg-Zn-Ca Mg-A-B Mg75Zn20Ca5 Vergleichsbeispiel Mg72Zn23Ca5 Vergleichsbeispiel Mg69Zn26Ca5 Vergleichsbeispiel Mg66Zn29Ca5 Vergleichsbeispiel Mg63Zn32Ca5 erfindungsgemäß Mg60Zn35Ca5 erfindungsgemäß The amorphous magnesium alloys of the present invention, having sufficiently good glass forming properties to produce samples several millimeters thick, exist in several alloy systems which can be described with Mg-AB. In the course of the investigations, the amorphous alloys of the Mg-Zn-Ca system listed in Table 1 were investigated by way of example, the proportion of calcium in the alloy being 5% in each case. Table 1: Amorphous magnesium alloys of the system Mg-Zn-Ca Mg AB Mg 75 Zn 20 Ca 5 Comparative example Mg 72 Zn 23 Ca 5 Comparative example Mg 69 Zn 26 Ca 5 Comparative example Mg 66 Zn 29 Ca 5 Comparative example Mg 63 Zn 32 Ca 5 inventively Mg 60 Zn 35 Ca 5 inventively

Zusätzlich wurden als weitere Vergleichsbeispiele kristalline Materialien wie technisch reines Magnesium und Mg98Zn2 untersucht.In addition, crystalline materials such as technically pure magnesium and Mg 98 Zn 2 were investigated as further comparative examples.

Als Prüfmedium zum Testen des Korrosionsverhaltens der verschiedenen Magnesiumlegierungen sowie von kristallinem Magnesium und Mg98Zn2 dient künstliches Plasma, wie es nach EN ISO 10993-15:2000 für Biokorrosionsuntersuchungen vorgeschrieben ist (Zusammensetzung NaCl 6,8 g/l, CaCl2 0,2 g/l, KCl 0,4 g/l, MgSO4 0,1 g/l, NaHCO3 2,2 g/l, Na2HPO4 0,126 g/l, NaH2PO4 0,026 g/l). Eine Probe der zu untersuchenden Legierung wird dazu in einem verschlossenen Probenbehälter mit einer definierten Menge des Prüfmediums bei 37°C gelagert. In zeitlichen Abständen – abgestimmt auf das zu erwartende Korrosionsverhalten – von wenigen Stunden bis zu mehreren Tagen (oder Monaten) werden die Proben entnommen und in bekannter Weise auf Korrosionsspuren untersucht.As a test medium for testing the corrosion behavior of various magnesium alloys As of crystalline magnesium and Mg 98 Zn 2 , artificial plasma is used as it is EN ISO 10993-15: 2000 for biocorrosion tests (composition NaCl 6.8 g / l, CaCl 2 0.2 g / l, KCl 0.4 g / l, MgSO 4 0.1 g / l, NaHCO 3 2.2 g / l, Na 2 HPO 4 0.126 g / l, NaH 2 PO 4 0.026 g / l). A sample of the alloy to be examined is stored in a sealed sample container with a defined amount of the test medium at 37 ° C. At intervals - adjusted to the expected corrosion behavior - from a few hours to several days (or months), the samples are taken and examined in a known manner for traces of corrosion.

Bestimmung der freigesetzten Wasserstoff-KonzentrationDetermination of the released Hydrogen concentration

1 stellt die graphische Darstellung der Wasserstoffentwicklung der verschiedenen biokorrodierbaren Magnesiumlegierungen sowie in kristallinem technisch reinem Magnesium und Mg98Zn2 zu folgenden Messzeitpunkten dar: 5, 24 und 70 Stunden. Bei Messzeiten von 24 h kann davon ausgegangen werden, dass sich ein stationärer Zustand der Werkstoffauflösung und der Wasserstoffentwicklung eingestellt hat. Tabelle 2 fasst die freigesetzten Wasserstoff-Konzentrationen zusammen. Tabelle 2 Mg-A-B Vol H2/cm2 nach 5 h [ml] Vol H2/cm2 nach 24 h [ml] Vol H2/cm2 nach 70 h [ml] Mg99.95 2.27 4.45 7.25 Mg98Zn2 1.7 5.75 17.65 Mg75Zn20Ca5 0.27622 4.88367 8.88639 Mg72Zn23Ca5 0.25245 1.09215 4.98094 Mg69Zn26Ca5 0.174 0.6906 2.26382 Mg66Zn29Ca5 0.10427 0.23765 0.5611 Mg63Zn32Ca5 0.01964 0.04904 0.12314 Mg60Zn35Ca5 0.09304 0.09304 0.10971 1 represents the graph of hydrogen evolution of the various biocorrodible magnesium alloys as well as in crystalline technically pure magnesium and Mg 98 Zn 2 at the following measurement times: 5, 24 and 70 hours. At measuring times of 24 h, it can be assumed that a stationary state of material dissolution and hydrogen evolution has set. Table 2 summarizes the released hydrogen concentrations. Table 2 Mg AB Vol H 2 / cm 2 after 5 h [ml] Vol H 2 / cm 2 after 24 h [ml] Vol H 2 / cm 2 after 70 h [ml] Mg 99.95 2.27 4:45 7.25 Mg 98 Zn 2 1.7 5.75 17.65 Mg 75 Zn 20 Ca 5 0.27622 4.88367 8.88639 Mg 72 Zn 23 Ca 5 0.25245 1.09215 4.98094 Mg 69 Zn 26 Ca 5 0174 0.6906 2.26382 Mg 66 Zn 29 Ca 5 0.10427 0.23765 0.5611 Mg 63 Zn 32 Ca 5 0.01964 0.04904 0.12314 Mg 60 Zn 35 Ca 5 0.09304 0.09304 0.10971

Den Messungen ist zu entnehmen, dass nach 24 h bei einem Anteil an Zn in der Legierung zwischen 0 und 20% Wasserstoff in hoher Konzentration freigesetzt wird. Ab einem Zn-Anteil in der Legierung von 20% nimmt die Wasserstoffentwicklung zwar nichtlinear ab, allerdings ist die freigesetzte Wasserstoff-Konzentration weiterhin signifikant hoch. Auf Grund dieser Eigenschaften sind diese Legierungen für die Verwendung als medizinische Implantate wenig geeignet. Erst in den erfindungsgemäßen Legierungen, in denen der Anteil an Zn in der Legierung 32 und 35% beträgt, ist die freigesetzte Konzentration von Wasserstoff äußerst gering.The Measurements show that after 24 h at a proportion of Zn in the alloy between 0 and 20% hydrogen in high concentration is released. From a Zn content in the alloy of 20% increases Although the hydrogen evolution from nonlinear, but the released hydrogen concentration continues to be significantly high. Because of these properties, these alloys are for the use as medical implants little suitable. First in the alloys according to the invention, in which the proportion of Zn in the alloy is 32 and 35% the released concentration of hydrogen extremely low.

Im Vergleich zur Magnesiumlegierung mit einem Zn-Anteil von 20% ist die Konzentration an freigesetztem Wasserstoff bei einem Zn-Anteil von 32% um den Faktor 100 niedriger bei 24 h und um den Faktor 72 niedriger nach 70 h.in the Comparison to the magnesium alloy with a Zn content of 20% the concentration of released hydrogen at a Zn content of 32% lower by a factor of 100 at 24 h and by a factor of 72 lower after 70 h.

Es wurde überraschend gefunden, dass die gebildete Menge Wasserstoff mit zunehmendem Zn-Gehalt stark nichtlinear abnimmt. Lag die freigesetzte Wasserstoff-Konzentration für technisch reines Magnesium und die Legierungen Mg98Zn2 und Mg75Zn20Ca5 bei hohen Werten, wurde mit zunehmendem Zn-Gehalt ein signifikanter Einbruch der freigesetzten Wasserstoffmenge festgestellt, wobei bei den erfindungsgemäßen Legierungen die Wasserstoffentwicklung fast vollständig zum Erliegen kommt. Die erfindungsgemäßen biokorrodierbaren Magnesiumlegierungen eignen sich daher in besonderem Maße als medizinische Implantate, da auf Grund der geringen Korrosionsrate und der damit verbundenen geringen Wasserstoffentwicklung die Bildung von Gastaschen innerhalb des menschlichen oder tierischen Organismus vermieden wird.It was surprisingly found that the amount of hydrogen formed decreases strongly nonlinearly with increasing Zn content. If the released hydrogen concentration for technically pure magnesium and the alloys Mg 98 Zn 2 and Mg 75 Zn 20 Ca 5 at high values, a significant drop in the amount of hydrogen released was determined with increasing Zn content, wherein in the alloys according to the invention the evolution of hydrogen almost completely comes to a halt. The biocorrodible magnesium alloys according to the invention are therefore particularly suitable as medical implants, since the formation of gas pockets within the human or animal organism is avoided due to the low corrosion rate and the associated low evolution of hydrogen.

Bestimmung des PolarisationswiderstandsDetermination of the polarization resistance

2 zeigt die für die Legierungen MgZn35Ca, MgZn28Ca5 und MgZn21Ca5 unter vergleichbaren Versuchsbedingungen aufgenommenen Polarisationswiderstände bei freiem Korrosionspotential (open circuit potential, OCP). 2 shows the polarization resistances with free corrosion potential (open circuit potential, OCP) recorded for the alloys MgZn 35 Ca, MgZn 28 Ca 5 and MgZn 21 Ca 5 under comparable experimental conditions.

Die Erfassung des linearen Polarisationswiderstands, d. h. das Verhältnis aus Strom und Spannung der korrodierenden Probe, das in einem kleinen Bereich von plus/minus 10 mV um das Freie Korrosionspotential herum proportional zur Korrosionsrate ist, erfolgte mit einem Meßsystem bestehend aus einem Potentiostat und einer Messzelle mit drei Elektroden: Arbeits-, Gegen- und Referenzelektrode. Die Messungen erfolgten über einen längeren Zeitraum in „Simulated Body Fluid” (SBF) am Freien Korrosionspotential (OCP), das sich ohne äußeren Einfluss (Spannung, Strom) einstellt.The detection of the linear polarization resistance, ie the ratio of current and voltage of the corroding sample, in a small range of plus / minus 10 mV around the free corrosion potential tial is proportional to the corrosion rate, was carried out with a measuring system consisting of a potentiostat and a measuring cell with three electrodes: working, counter and reference electrode. Measurements were taken over a long period of time in Simulated Body Fluid (SBF) at Free Corrosion Potential (OCP), which sets itself up without external influence (voltage, current).

Im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen mit einem Zn-Anteil von 21 und 28%, weist die erfindungsgemäße Legierung mit einem Anteil an Zn von 35% einen erhöhten Polarisationswiderstand auf. Diesen Sachverhalt konnte man in Anbetracht der sinkenden Konzentration an freigesetztem Wasserstoff zunächst erwarten.in the Comparison to the comparative examples with a Zn content of 21 and 28%, has the alloy of the invention with a Zn of 35% an increased polarization resistance on. This situation could be considered in view of the decreasing concentration expect at first hydrogen released.

Allerdings steigt der Polarisationswiderstand für die Legierung mit einem Anteil an Zn von 35% mit der Zeit an, wohingegen die beiden Vergleichsbeispiele abnehmende oder konstante Werte für den Polarisationswiderstand zeigen. Beim Vergleich der absoluten Werte des Polarisationswiderstandes nach ca. 3 h zeigt die Legierung mit einem Anteil an Zn von 35% einen 32mal höheren Wert als die Legierung mit einem Zn-Anteil von 21%. Dementsprechend wäre eine Abnahme des gebildeten Wasserstoffvolumens ebenfalls etwa um den Faktor 32 zu erwarten. Unter Berücksichtigung des zuvor beschriebenen NDE's, dass die experimentell beobachtete Wasserstoffmenge immer größer ist, als die theoretisch berechnete, ist eine Abnahme des gebildeten Wasserstoffvolumens von deutlich weniger als um den Faktor 32 zu erwarten. Tatsächlich reduziert sich die gebildete Wasserstoffmenge aber völlig überraschend etwa um einen Faktor 100.Indeed increases the polarization resistance for the alloy a share of Zn of 35% over time, whereas the two Comparative Examples decreasing or constant values for show the polarization resistance. When comparing the absolute Values of the polarization resistance after approx. 3 h shows the alloy with a share of Zn of 35% a value 32 times higher as the alloy with a Zn content of 21%. Accordingly would be a decrease in the volume of hydrogen formed also about to expect the factor 32. Taking into account the previously described NDE's that the experimentally observed amount of hydrogen is always greater than the theoretically calculated, is a decrease in the volume of hydrogen formed by clearly expect less than a factor of 32. Actually reduced However, the amount of hydrogen formed completely surprising about a factor of 100.

Bestimmung des Freien KorrosionspotentialsDetermination of free corrosion potential

Weiterhin wurde das Freie Korrosionspotential der Legierungen Mg60Zn35Ca5, Mg67Zn28Ca5 und Mg74Zn21Ca5 gemessen (3).Furthermore, the free corrosion potential of the alloys Mg 60 Zn 35 Ca 5 , Mg 67 Zn 28 Ca 5 and Mg 74 Zn 21 Ca 5 was measured ( 3 ).

Im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen mit einem Zn-Anteil von 21 und 28%, weist die erfindungsgemäße Legierung mit einem Anteil an Zn von 35% ein deutlich erhöhtes Freies Korrosionspotential.in the Comparison to the comparative examples with a Zn content of 21 and 28%, has the alloy of the invention with a share of Zn of 35% a significantly increased free Corrosion potential.

4a und 4b stellen jeweils Querschliffe von Plättchen bestehend aus einer Magnesiumlegierung der Zusammensetzung Mg69Zn26Ca5 und Mg60Zn35Ca5 dar, welche 70 Stunden in künstlichem Plasma gelagert wurden. 4a and 4b each represent cross sections of platelets consisting of a magnesium alloy of the composition Mg 69 Zn 26 Ca 5 and Mg 60 Zn 35 Ca 5 , which were stored for 70 hours in artificial plasma.

Um die Proben besser analysieren zu können, wurden die Plättchen halbiert und aufeinander gelegt. Diese Stapel wurden anschließend eingebettet um Querschliffe zu machen. Diese Querschliffe wurden im Elektronenmikroskop analysiert. 4a zeigt den Querschliff einer erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung mit einem Anteil an Zn von 35%; 4b zeigt als Vergleichsbeispiel eine Magnesiumlegierung mit einem Anteil an Zn von 26%. In der Mitte der beiden Bilder sind die zwei Hälften der Proben aufeinander gelegt. Deshalb wird ein ähnliches Bild unter- und oberhalb der Mittellinie beobachtet. Im Vergleich zur Legierung der Zusammensetzung Mg69Zn26Ca5 weist die erfindungsgemäße Legierung in 4a eine viel dünnere und auch wesentlich dichtere Schicht auf. Die Legierung in 4b weist dahingegen starke Korrosionsangriffe auf, welche eine porenähnliche Struktur zurücklassen. Die erfindungsgemäße biokorrodierbare Magnesiumlegierung mit einem Anteil an Zn in der Legierung von 35% weist somit in künstlichem Plasma eine dichtere und deutlich dünnere Schicht auf, als das Vergleichsbeispiel Mg69Zn26Ca5. Die Ausbildung einer durchgehenden, dünnen und dichten Oberflächenschicht bei der erfindungsgemäßen Legierung Mg60Zn35Ca5 erklärt auch das erhöhte Freie Korrosionspotential. Während sich das Freie Korrosionspotential von Legierungen mit dicken und porösen Schichten im Vergleich nur sehr gering verändert, nimmt es für die Legierung mit einer dichten Schicht deutlich zu.In order to analyze the samples better, the plates were cut in half and placed on top of each other. These stacks were then embedded to make cross sections. These cross sections were analyzed by electron microscopy. 4a shows the transverse section of a magnesium alloy according to the invention with a Zn content of 35%; 4b shows as a comparative example a magnesium alloy with a Zn content of 26%. In the middle of the two images, the two halves of the samples are placed one on top of the other. Therefore, a similar image is observed below and above the midline. Compared to the alloy of the composition Mg 69 Zn 26 Ca 5 , the alloy according to the invention in 4a a much thinner and also much denser layer on. The alloy in 4b On the other hand, it has strong corrosion attacks, leaving behind a pore-like structure. The biocorrodible magnesium alloy according to the invention with a content of Zn in the alloy of 35% thus has a denser and significantly thinner layer in artificial plasma than the comparative example Mg 69 Zn 26 Ca 5 . The formation of a continuous, thin and dense surface layer in the inventive alloy Mg 60 Zn 35 Ca 5 also explains the increased free corrosion potential. While the free corrosion potential of alloys with thick and porous layers changes only very slightly in comparison, it increases significantly for the alloy with a dense layer.

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Claims (17)

Medizinisches Implantat ganz oder teilweise bestehend aus einer biokorrodierbaren Legierung der Zusammensetzung Mg-A-B, wobei A für ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe Kupfer, Nickel, Zink und B für ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe der Lanthanoiden, Aluminium und Kalzium steht, sowie ein Anteil von A an der Legierung 32–37% und ein Anteil von B an der Legierung 2–10% beträgt, um die Wasserstoffentwicklung aus der Legierung zu verringern oder vollständig zu unterbinden.Medical implant in whole or in part of a biocorrodible alloy of the composition Mg-A-B, in which A selected for one or more elements from the group copper, nickel, zinc and B for one or several elements selected from the group of lanthanides, Aluminum and calcium stands, as well a share of A in the Alloy 32-37% and a share of B in the alloy 2-10%, to the hydrogen evolution from the alloy to reduce or completely prevent. Implantat nach Anspruch 1 mit einer Legierung der Zusammensetzung Mg-Zn-Ca.Implant according to claim 1 with an alloy of Composition Mg-Zn-Ca. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil von A an der Legierung 34–37% und ein Anteil von B an der Legierung 2–10% beträgt.Implant according to claim 1 or 2, characterized that a share of A in the alloy 34-37% and a share of B on the alloy is 2-10%. Implantat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil von A an der Legierung 34–37% und ein Anteil von B an der Legierung 2–6% beträgt.Implant according to claim 3, characterized in that that a share of A in the alloy 34-37% and a share of B on the alloy is 2-6%. Implantat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil von A an der Legierung 34–37% und ein Anteil von B an der Legierung 5% beträgt.Implant according to claim 4, characterized in that that a share of A in the alloy 34-37% and a share of B on the alloy is 5%. Implantat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil von A an der Legierung 35% beträgt.Implant according to claim 5, characterized in that a proportion of A in the alloy is 35%. Implantat nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung zusätzlich Platin, Palladium, Silber oder Kombinationen dieser Elemente enthält.Implant according to one of the preceding claims, characterized in that the alloy additionally comprises platinum, Palladium, silver or combinations of these elements. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet als vaskuläres Implantat.Implant according to one of claims 1 to 7 designed as a vascular implant. Implantat nach Anspruch 8, bei dem das vaskuläre Implantat ein Stent ist.An implant according to claim 8, wherein the vascular Implant is a stent. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet als kardiovaskuläres Implantat.Implant according to one of claims 1 to 7 designed as a cardiovascular implant. Implantat nach Anspruch 10, bei dem das kardiovaskuläre Implantat ein Stent ist.An implant according to claim 10, wherein the cardiovascular Implant is a stent. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet als orthopädisches Implantat.Implant according to one of claims 1 to 7 designed as an orthopedic implant. Implantat nach Anspruch 12, bei dem das orthopädische Implantat für die Osteosynthese ausgebildet ist.An implant according to claim 12, wherein the orthopedic Implant is designed for osteosynthesis. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet als Klammer, Clip oder eine Vorrichtung zur Fixierung oder zum Zusammenfügen von menschlichem oder tierischem Gewebe oder Gefäßen.Implant according to one of claims 1 to 7 formed as a clip, clip or a device for fixing or to combine human or animal Tissues or vessels. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet als Platte, Draht, Schraube, Stift oder Klammer zum Zusammenfügen von Knochen oder Knochenfragmenten.Implant according to one of claims 1 to 7 formed as a plate, wire, screw, pin or clip for Assembly of bones or bone fragments. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet zur Fixierung von menschlichem oder tierischem Gewebe oder Knochen an andere Implantate.Implant according to one of claims 1 to 7 designed for fixing of human or animal tissue or bones to other implants. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Implantats zusätzlich einen oder mehrere pharmazeutische Wirkstoffe aufweist, wobei der oder die pharmazeutischen Wirkstoffe gegebenenfalls in einer oder mehreren biostabilen und/oder bioabbaubaren Polymerschichten enthalten sind und freigesetzt werden.Implant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the surface of the implant additionally one or more active pharmaceutical ingredients optionally, wherein the or the pharmaceutical active ingredients in one or more biostable and / or biodegradable polymer layers are included and released.
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