DE2855368A1

DE2855368A1 - Whitlockit-keramik

Info

Publication number: DE2855368A1
Application number: DE19782855368
Authority: DE
Inventors: Michael Jarcho; Ronald Salsbury
Original assignee: Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1979-07-05
Also published as: AU521997B2; BR7808344A; ZA786889B; NO784110L; SE7813143L; LU80689A1; GB2010792B; AR219358A1; NL7812305A; NZ189095A; GB2010792A; NO147873C; NO147873B; NO147909C; IL56141A; IT7831069A0; PH14336A; NO792730L; IT1102349B; FR2413343A1

Description

STERLING DRUG INC., New York, N.Y. / V.St.ν.Α. ' Whitlookit-Keramik

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine durchscheinende, isotrope, im wesentlichen porenfreie polykristallin Keramik aus Whitlockit, die im Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-% Sulfationen aufweist und eine durchschnittliche Kristallitgröße etwa im Bereich von 0,3 bis 3 μπι (Mikron) aud eine Dichte aufweist, die größer als etwa 985ε der theoretischen Dichte von ß-Whitlockit ist. Diese Keramik ist geeignet als festes resorbierbares zahnprothetisch.es und chirurgisch-prothetisches Material.

Die Erfindung betrifft auch einen polykristallinen geschäumten Keramikkörper aus Whitlockit, der in dem Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-^ Sulfationen aufweist und eine durchschnittliche Kristallitgröße etwa im Bereich von 0,3 bis 3 Rm (Mikron) und ein Gesamtporenvolumen etwa im Bereich von 20 bis 80$ aufweist, wobei das Porenvolumen eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung offener Poren mit einem Porengrößendurchmesser etwa im Bereich von 50 bis 300 μπι (Mikron) umfaßt. Diese Keramik ist geeignet als resorbierbares Prothesenmaterial für zahnmedizinische und chirurgische Zwecke.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer durchscheinenden, isotropen, im wesentlichen porenfreien, polykristallinen Keramik aus Whitlockit, die im Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-# Sulfationen und eine durchschnittliche Kristallitgröße etwa im Bereich von 0,5 bis 3 μπι (Mikron) sowie eine Dichte aufweist, die größer ist als etwa 98?S der theoretischen Dichte von ß-Whitlockit. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man Calciumionen mit Phosphationen in einem Molverhältnis etwa im Bereich von 1,2 bis 1,5 zu 1 in wäßrigem Medium bei einem pH-Wert von etwa 10 bis 12 umsetzt

unter Bildung einer gelartigen Ausfällung von Calciumphosphat mit einem Molverhältnis von Calcium zu Phosphor etwa im Bereich von 1,50 bis 1,53 zu 1, die gelartige Ausfällung von der Lösung abtrennt, die Ausfällung mit Wasser frei von löslichen Salzen wäscht, die gewaschene Ausfällung homogen in 1 bis 3$ (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat in einer Menge von etwa 10 bis 20 ml pro Gramm der theoretisch erwarteten Whitlockit-Keramik suspendiert, die Ausfällung aus der Ammoniumsulf a tlösung abtrennt, die Ausfällung trocknet und die getrocknete Ausfällung während etwa 0,5 bis A Stunden auf eine Temperatur etwa im Bereich von 1000 bis 1350⁰C erhitzt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren sur Herstellung eines polykristallinen geschäumten Keramikkörpers aus Whitlockit, der im Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-% Sulfationen und eine mittlere Kristallitgröße etwa im Bereich von 0,3 bis 3 f-im (Mikron) und ein Gesamtporenvolumen etwa im Bereich von 20 bis 80$ aufweist, wobei das Porenvolumen im wesentlichen aus einer gleichmäßigen Terteilung von offenen Poren mit einem Porengrößendurchmesser etwa im Bereich von 50 bis 300 μπι (Mikron) besteht. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man Calciumionen mit Phosphationen in einem Molverhältnis von etwa 1,2 bis 1,5 zu 1 in wäßrigem Medium bei einem pH-Wert von etwa 10 bis 12 unter Bildung einer gelartigen Ausfällung von Calciumphosphat mit einem Calcium-zu-Phosphor-Molverhältnis von etwa 1,50 bis etwa 1,53 zu 1 umsetzt, die gelartige Ausfällung aus der Lösung abtrennt, die Ausfällung mit Wasser frei von löslichen Salzen wäscht, die gewaschene Ausfällung homogen in 1 bis 3$ (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat in der Menge von etwa 10 bis 20 ml pro Gramm der theoretisch erwarteten Whitlockit-Keramik suspendiert, die Ausfällung von der Ammoniumsulfatlösung abtrennt, die Ausfällung mit etwa 0,5 bis 10 Gew.-# eines Treibmittels und 0,5 bis 10 Gew.-^ eines Schaumstabilisators vermischt, das resultierende Gemisch auf etwa 70⁰C bis 90⁰C erwärmt bis zur im wesentlichen vollständigen Zersetzung des Treibmittels und im wesentlichen vollständigen Trocknung des resultierenden Schaumes irad ansohlie-

Bend den getrockneten Schaum auf etwa 1000 bis 135O°C erhitzt, bis der Schaumstabilisator im wesentlichen völlig verflüchtigt ist und das resultierende Produkt im wesentlichen völlig gesintert ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eine3 nicht-keramischen kristallinen Whitlockits, der im Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-% Sulfationen enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Calciumionen mit Phosphationen in einem Molverhältnis etwa im Bereich von 1,2 bis 1,5 zu 1 in wäßrigem Medium bei einem pH-Wert von etwa 10 bis 12 umsetzt trater Bildung einer gelartigen Ausfällung von Calciumphosphat mit einem Molverhältnis von Calcium zu Phosphor etwa in Bereich von 1,50 bis 1,53 zu 1, die gelartige Ausfällung aus der lösung abtrennt, die Ausfällung mit Wasser frei von Salzen wäscht, die gewaschene Ausfällung homogen in 1 bis 3$ (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat in der Menge von etwa 10 bis 20 ml pro Gramm der theoretisch erwarteten Whitlockit-Keramik suspendiert, die Ausfällung aus der Ammoniumsulfatlösung abtrennt, die Ausfällung trocknet und die getrocknete Ausfällung während etwa 0,5 bis 4 Stunden auf eine Temperatur etwa im Bereich von 725 bis 900⁰C erhitzt.

Zur Ausfüllung eines Hohlraums im lebenden Knochen kann man den Hohlraum entweder mit der bioverträglichen im wesentlichen porenfreien polykristallinen Keramik oder mit dem bioverträglichen polykristallinen geschäumten Keramikkörper gemäß der Erfindung füllen. In gleicher Weise kann man prothetisch einen defekten lebenden Knochen rekonstruieren durch Implantieren einer künstlichen Knochenprothese in der Form von entweder der bioverträglichen im wesentlichen porenfreien polykristallinen Keramik oder dem bioverträglichen polykristallinen geschäumten Keramikkörper gemäß der Erfindung.

Whitlockit kommt in zwei kristallinen Modifikationen vor, der tC-Porm, einem metastabilen Zustand, der bei hohen Temperaturen auftritt und der ß-JForm, dem thermodynamisch stabilen Zustand.

909827/O8U

Falle nicht anders angegeben, soll der hier verwendete Ausdruck "Whitlockit" entweder die <£- oder die ß-Form oder jegliche Art von Gemischen davon- umfassen.

Die neue durchscheinende, isotrope, im wesentlichen porenfreie polykristalline Keramik gemäß der Erfindung umfaßt Whitlockit, der im Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-$ Sulfationen enthält und charakterisiert ist durch eine durchschnittliche Kristallitgröße etwa im Bereich von 0,3 bis 3 ^m (Mikron) und eine Dichte, die größer ist als etwa 98$ der theoretischen Dichte von ß-Whitlockit. Diese Whitlockit-Keramik ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Druckfestigkeit etwa im Bereich von 6205 bis 8964 bar (90000 bis 130000 psi) und eine Zugfestigkeit etwa im Bereich von 6"89 bis 2069 bar (10000 bis 30000 psi) aufweist.

Aufgrund der bekannten Abhängigkeit von Druckfestigkeit und Zugfestigkeit von der Form, den Dimensionen und den Oberflächencharakteristika eines zu untersuchenden Materials ist ersichtlich, daß der im wesentlichen völlig dichte keramische Whitlockit, der erfindungsgemäß bereitgestellt wird, bei geeigneter Formung eine Druckfestigkeit und Zugfestigkeit aufweist, die wesentlich größer als 8964 bar (130000 psi) bzw. 2069 bar (30000 psi) sind.

Der erfindungsgemäße keramische Whitlockit kann zu jeder gewünschten Form bzw. Gestalt verarbeitet werden unter Anwendung üblicher Yerarbeitungsmethoden, wie Formung, Gießen, maschinelle Yerarbeitung, Vermählen und dergleichen. Auf diese Weise kann die Keramik hergestellt werden beispielsweise in Form von flachen Blättern bzw. Bahnen von jeglicher gewünschter Dicke, in Form eines Zylinders, eines Kegels-, einer Kugeln von Granulaten, Pulvern usw.

Sssätslioh su &en vorstehend laeselirlefoenea. Slgeasohaften. ist Sie SL\i'iLidungsgemäße Wiiitloelrit-Eeramiis aach völlig oioverträglich.

ima. Qalaör foes©Me:?s gselg&si 3la shirurgisches JS^aI₃ ZngsesGnüQZB £rn? file Esissiiatruktioa vmä

Hohlstelle in einem Knochen mit der Keramik entweder als geformter Körper oder in Teilchenforra gefüllt. Da die Keramik langsam resorbiert wird, wird sie durch neues biologisches hartes Gewebe ersetzt.

Die hohen Pestigkeitscharakteristika der vorstehend beschriebenen Keramik, die sie aufgrund ihrer außergewöhnlichen Mikrostruktur besitzt, d.h. aufgrund ihrer geringen Kristallitgröße und der im wesentlichen vollständigen nicht-Porosität sind von großer Bedeutung in Prothesenmater.'ialien, die an Stellen implantiert vjerden sollen, die einer starken Beanspruchung ausgesetzt werden, wie belastete Knochen. Jedoch sind für gewisse Anwendungszwecke, für die Zirkulation von Körperflüssigkeiten, das Einwachsen von Gewebe und die Stimulierung der neuen Knochenbildung, die durch ein poröses Implaiitationsmaterial optimal gefördert werden, solche wichtiger. Für eine derartige Anwendung kann, wie nachfolgend genauer beschrieben, ein keramischer Whitlockit erfindungcgernäß bereitgestellt werden, der im wesentlichen als keramischer Schaum vorliegt mit einem Gesamtporenvolumen von etwa 20 bis 80$, wobei das Porenvolumen aus einer im wesentlichen gleichmäßigen Verteilung offener Poren (Poren, die mit einer äußeren Oberfläche verbunden sind) mit einem durchschnittlichen Poren— größendurchmesser von etwa 50 bis 300 μπι (Mikron) besteht. Dieses Material ist besonders geeignet für die Ausbesserung von periodontalen Verletzungen oder die Rekonstruktion von Gesichtsknochen und bietet ein weiteres Merkmal der Erfindung. Es ist ersichtlich, daß die Einbringung von Poren in den keramischen Whitlockit eine Verringerung der Druck- und Zugfestigkeit mit sich bringt. Nichtsdestoweniger behält die poröse Keramik aufgrund der geringen Kristallitgröße und des ITichtvorhandenseins einer nennenswerten feinen Matrixporosität, die mechanische Festigkeit im wesentlichen bei.

Wie im folgenden genauer beschrieben, wird für die neue erfindungsgemäße Whitlockit-Keramik zunächst das entsprechende CaI-ciumphosphat aus wäßrigem Medium ausgefällt. Die Einwirkung von Oalciumionen auf Phosphationen in wäßrigem Medium ist ein

schwieriges, nicht völlig verständliches, Verfahren, das gewöhnlich eine Anzahl von Gleichgewichtsreaktionen einbezieht, die mit verschiedenen Geschwindigkeiten ablaufen, und die verschiedene Produkte ergeben /Eanes et al., Nature 208, 365 (1965) und Bett et al., J. Amer. Chem. Soc. £9, 5535 (1967)7- Es läßt sich erwarten, daß die Ergebnisse derartiger Wechselwirkungen stark durch die Stöchiometrie beeinflußt werden, d.h. das Molverhältnis von Calcium zu Phosphar (Ca/P), die Reaktionszeit, die Temperatur und den pH-Wert. Im allgemeinen nimmt man an, daß sich Calcium- und Phosphationen zunächst unter Bildung eines Apatits mit Calciummangel vereinen, der ein Caleium/PhosphorverhäTtnis von etwa 1,5» die korrekte Stöchiometrie für Whitlockit, aufweist. Jedoch scheint das Apatit-Kristallgitter die stabilste Konfiguration in dent CaIciumphosphatsystem zu sein und in Anwesenheit eines ausreichenden Überschusses an Calciumionen wird die ursprüngliche Ausfällung langsam in Hydroxylapatit mit einem Calcium/Phosphorverhältnis von 1,67 umgewandelt (Eanes et al, loc.cit.)· Ein dazwischenliegendes Calcium-zu-Phosphor-Yerhältnis, d.h. zwischen 1,5 und 1,67, führt zu einem Gemisch von Whitlockit und Hydroxylapatit, wenn die Ausfällung erwärmt wird (BE-PS 851 944). Es ist so ersichtlich, daß zur Erzielung von Whitlockit ein Calcium-zu-Phosphor-Verhältnis von 1,5 eingehalten werden sollte. Die offensichtlich einfach zweckmäßige Reaktion von Calcium- und Phosphationen in einem Molverhältnis von 1,5 zu 1 erwies sich bei der Herstellung von reinem Whitlockit als unwirksam und ergab an dessen Stelle ein Gemisch von Whitlockit und Hydroxylapatit. Selbst bei der Verringerung des Verhältnisses von Calciumionen zu Phosphationen auf 1,2 zu 1 erhielt man letztlich ein Gemisch von Whitlockit und Hydroxylapatit. Die Reaktion von Calciumionen mit Phosphationen in der Whitlockit-Stöchiometrie, d.h. Ca/P = 1,5, und die unmittelbare Isolierung der zuerst gebildeten Ausfällung /j. C. Heughebaert und G. Montel, Bull. Soc. Chim. Prance, 2923-2924 (1970)/, wodurch vermutlich eine weitere Gleichgewichts,einstellung vermieden wird, erwies sich als teilweise erfolgreich bei der Herstellung von. reinem Whitlockit. Jedoch erwies sich diese Arbeitsweise nicht als leicht reproduziert,;?? wa£ i-ή Ίε!"-:^- fl!r

3 i1 Si f'i 9 -y ftf·. P> /, ¹S-

.-j XJ <g C j£_; i . tx Cj Q t;

die gewerbliche Herstellung in großem Maßstab ungeeignet.

Es wurde nunmehr gefunden, daß der Zusatz einer geringen Menge von Sulfationen zu der CaIciumphosphatausfällung, gefolgt von der Gewinnung und dem Erhitzen, zu einer völligen Umwandlung der Ausfällung in Whitlockit führt, der keine feststellbaren Spuren von Hydroxylapatit enthält. Darüberhinaus führt das Sintern des so erhaltenen Whitlockits zu einer hochqualitativen Keramik, mit überlegnen physikalischen und mechanischen Eigenschaften, die besonders geeignet ist als bioloigsches Implantationsmaterial.

So besteht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen reinem Whitlockit (der in seinem Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-^ Sulfationen enthält) in Form einer festen, durchscheinenden, isotropen, im wesentlichen porenfreien, polykristallinen Keramik, darin, Calciumionen mit Phosphationen in einem "Molverhältnis von etwa 1,2 bis 1,5 zu 1 in wäßrigem Medium bei einem pH-Wert von etwa 10 bis 12 umzusetzen unter Bildung einer gelartigen Ausfällung von Calciumphosphat mit einem Molverhältnis von Calcium zu Phosphor etwa im Bereich iron 1,50 bis 1,53 zu 1, die gelartige Ausfällung aus der lösung abzutrennen, sie mit Wasser frei von löslichen Salzen zu waschen, die gewaschene Ausfällung homogen in etwa 1 bis 3$ wäßrigem Ammoniumsulfat in einer Menge von etwa 10 bis 20 ml pro Gramm des erwarteten Whitlockits zu suspendieren, die Ausfällung aus der Ammoniumsulfatlösung abzutrennen, sie zu trocknen und die getrocknete Ausfällung etwa auf den Bereich von 1000 bis 135O⁰C während etwa 0,5 bis 4 Stunden zu erhitzen.,

So wird Whitlockit aus wäßrigem Medium ausgefällt durch Umsetsraig von Calciumionen mit Phosphationen bei einem pH-Wert von ©tya 10 &is 12. Jegliche Calcium- oder Phosphat-enthaltenden ?©rfo indungen,, die Calcium und Phosphat ionen la wäßrigem Medium liefern käanetis aind geeignet, sofern die entsprechenden Gegen- ίύη®η dlegsr ffss^izuäungen. leicht «us ä*m ¥hitlockit-Produkt ab-. getrennt waa?&ea- MSmtien» BeVuBt nicht lsi das Wiiitlockit-Gitter

■909827/38AS

eingebaut werden oder nicht anderweitig in die Ausfällung oder Isolierung des Whitlockits eingreifen. Verbindungen, die Calciumionen liefern können, sind beispielsweise Calciumnitrat, Calciumhydroxid, Calciumacetat und dergleichen. Phosphationen können bereitgestellt werden durch Diammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumphosphat, Phosphorsäure und dergleichen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind Calciumnitrat und Diammoniumhydrogenphosphat die bevorzugten Quellen für Calcium- bzw. Phosphationen.

Zuerst werden Calciumnitrat und Diammoniumhydrogenphosphat in einem Molverhältnis von etwa 1,2 bis 1,5 zu 1 in wäßriger Lösung bei einem pH-Wert von etvm 10 bis 12 zusammengebracht, unter Bildung einer gelartigen Ausfällung von Calciumphosphat. Die Temperatur ist nicht kritisch und die Auefällung kann bei etwa 0 bis 100⁰C durchgeführt werden, jedoch führt man sie vorzugsweise bei etwa Raumtemperatur durch. Die so erhaltene gelartige Ausfällung wird von der lösung durch geeignete Mittel bzw. Arbeitsweisen, beispielsweise durch Zentrifugieren und Dekantieren der überstehenden Flüssigkeit abgetrennt. Die verbleibende mineralische Aufschlämmung kann durch Suspendieren in destilliertem Wasser, Zentrifugieren und Dekantieren der überstehenden Flüssigkeit frei von jeglichen verbleibenden löslichen Salzen gewaschen werden. Obwohl sie für das Verfahren nicht wesentlich ist, scheint die letztgenannte Stufe eine Rückbildung während der anschließenden Sinterung auf ein Minimum herabzusetzen. Das verbleibende Produkt kann anschließend in einer minimalen Menge an destilliertem Wasser suspendiert und für die weitere Verwendung gelagert werden. Die Umwandlung in kristallinen Whitlockit erfolgt dadurch, daß man die mineralische Aufschlämmung zunächst in 1 bis 3$ (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat suspendiert. Gewöhnlich verwendet man 10 bis 20 ml des 1 — 3% (Gew./ Gew.) wäßrigen Ammoniumsulfat pro Gramm der theoretisch erwarteten Whitlockit-Eeramik. Der Feststoff wird anschließend aus der Lösung durch Zentrifugieren und Filtration im Vakuum abgetrennt. Dae bo gewonnene gelartige Produkt enthält eine große Menge an eingeschlossenem Wasser, von dem sehr viel durch Pressen bzw. Druck entfernt werden kann. Das resultierende feuchte bzw. nasse

909827/0841

tonartige Material wird geschnitten oder geformt zu zweckmäßigen Formen oder alternativ in eine geeignete Form gegossen. Trocknet man das Produkt, so tritt eine Schrumpfung von etwa 25$ auf und eine weitere Schrumpfung von etwa 25$ erfolgt während der nachfelgenden Sinterung, was bei der Formgebung oder Gestaltung des Materials selbstverständlich in Betracht gezogen werden sollte. Das nasse Produkt wird langsam auf Sintertemperatur von 1000 bis 135O⁰C erwärmt, wobei bei diesem Punkt das gesamte verbliebene Wasser abgetrieben ist. Durch Halten der Temperatur während etwa 0,5 bis 4 Stunden bei 1000 bis 135O⁰C erfolgt dann das Sintern und die im wesentlichen maximale Verdichtung des Produkts. Gewöhnlich ist es zweckmäßig, das getrocknete Produkt vor dem Sintern zu isolieren. So wird das nasse Produkt bei etwa 90 bis 900⁰C während etwa 3 bis 24 Stunden oder bis sich sein Wassergehalt auf etwa 6$ verringert hat, getrocknet. Im allgemeinen ist es bevorzugt, Trocknungsbedingungen von etwa 90 bis etwa 95⁰C während etwa 15 Stunden oder bis zu einer Verringerung des Wassergehalts auf etwa 6$ anzuwenden. Der auf diese Weise erhaltene Whitlockit ist brüchig und porös, weist jedoch eine beträchtliche mechanische Festigkeit auf. Beim Trocknen, insbesondere wenn ein dickes Filter verwendet wird, kann eine gewisse Abtrennung oder Rißbildung des tonartigen Materials auftreten. Die Abtrennung oder Rißbildung während des Trocknens kann auf ein Minimum herabgesetzt oder verhindert werden, wenn man der. Suspension des frisch ausgefällten Calciumphosphats geringe Mengen üblicher Bindemittel, die auf dem Fachgebiet der Keramiken bekannt sind, zusetzt, wie Polyäthylenglykol oder Polyvinylalkohol.

Gewöhnlich ist es zweckmäßig, bei dieser Stufe den trockenen Whitlockit weiter roh zur Form des gewünschten Endprodukts zu schneiden oder zu formen, wobei man die vorstehende Schrumpfung, die beim Sintern auftritt, in Betracht zu ziehen hat.

Die Whitlockit-Körper sollten vor dem Sintern gleichmäßig und frei von Fehlern sein. Das Vorhandensein von Sprüngen oder Rissen kann während des Sinterverfahrens zum Bruch der Stücke führen. Die Produkte werden anschließend bei etwa 1000 bis 135O⁰C wäh-

rend etwa 0,5 bis 4 Stunden gesindert. Vorzugsweise sintert man bei 1150 bis 1200⁰C während etwa 1 Stunde. Man erhält so Gegenstände aus der vorstehend beschriebenen harten, dichten Keramik. Diese Gegenstände können anschließend poliert oder unter Anwendung üblicher !Techniken bearbeitet werden.

Die zunächst beim Erhitzen auf etwa 1000⁰C erzeugte Keramik besteht aus einem Gemisch des metastabilen dC-Whitlockits und des thermodynamisch stabilen ß-Whitlockits. Palis gewünscht, kann die Keramik durch Erhitzen unterhalb der Sintertemperatür, beispielsweise auf etwa 900⁰C, während etwa 4 Stunden equilibriert werden unter Bildung einer im wesentlichen reinen ß-Whitlockit-Keramik.

Bei dem vorstehend beschriebenen chemischen Verfahren ist es wichtig, daß das Calcium-zu-Phosphor-Verhältnis der isolierten Ausfällung so nahe wie möglich an den theoretischen Wert für Whitlockit, d.h. Ca/P = 1,50, herankommt, um den Hydroxylapatitgehalt dieser Ausfällung auf ein Minimum herabzusetzen und dadurch die zur Herstellung des erfindungsgemäßen im wesentlichen reinen Whitlockits erforderliche Menge an Ammoniumsulfat auf ein Minimum herabzusetzen. Ist so das Calcium-zu-Phosphor-Verhältnis der Ausfällung wesentlich größer als etwa 1,53, so reicht eine Behandlung von.1 bis 3$ wäßrigem Ammoniumsulfat nicht aus, um reinen Whitlockit zu ergeben und führt statt dessen zu einem Gemisch von Whitlockit und Hydroxylapatit. Eine Calciumphosphat— ausfällung mit einem Calcium-zu-Phosphor-Verhältnis über 1,53 kann völlig in Whitlockit umgewandelt werden, wenn man eine größere Menge an Ammoniumsulfat verwendet. Tatsächlich kann eine Ausfällung von reinem Hydroxylapatit (Ca/P = 1,67) durch Anwendung ausreichend großer Mengen an Ammoniumsulfat in Whitlockit umgewandelt werden. Jedoch ist der dadurch erhaltene Whitlockit mit beträchtlichen Mengen an Calciumsulfat verunreinigt und weist die überleegenen physikalischen und mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäß erhaltenen Whitlock'it-Keramik nicht auf. Daher werden, um sicherzugehen, daß das Calcium-zu-Phosphor-Verhältnls etwa 1,53 nicht überschreitet, die Calcic- und

Phosphatsalze in einem Molverhältnis von 1,5 zu 1 oder weniger, vorzugsweise 1,2 bis 1,4 zu 1, vermischt. Die so erhaltene Calciumphosphatausfällung weist ein Calcium-zu-Phosphor-Yerhältnis von etwa 1,50 bis 1,53 auf und die anschließende Behandlung mit 1 bis 3$ wäßrigem Ammoniumsulfat (etwa 10 bis 20 ml pro Gramm des theoretisch erwarteten Whitlookits) führt schließlich zu dem erfindungsgemäßen im wesentlichen reinen Whitlockit.

Beim vorstehend beschriebenen chemischen Terfahren ist es kritisch, den Whitlockit in Porm einer gelartigen Ausfällung aus wäßriger lösung herzustellen, denn lediglich in diesem cohäsiven gelartigen Zustand kann Whitlockit gestaltet oder geformt werden und anschließend unter Bildung eines keramischen Körpers getrocknet und gesintert werden. Trockener, teilchenförmiger oder granulärer Whitlockit kann nicht in diesen oohäsiven, gelartigen Zustand zurückgeführt werden. Wird beispielsweise pulverisierter Whitlockit in Wasser suspendiert und filtriert, so erhält man einen nicht cohäsiven, teilchenförmigen Pilterkuchen, der einfach trocknet und bröselt und nicht gestaltet und geformt oder in einen keramischen Körper umgewandelt werden kann. Zwar kann pulverisierter Whitlockit mechanisch zu einem Formkörper, wie einer Talbette, gepreßt werden, beim Sintern ist dieses Produkt jedoch stark porös, opak und besitzt nicht die hohen Festigkeitscharakteristika der erfindungsgemäßen Keramik.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen geschäumten Keramikkörpers besteht darin, CaIciumionen mit Phosphationen in ein Molverhältnis von etwa 1,2 bis 1,5 zu 1 in wäßrigem Medium bei einem pH-Wert von etwa 10 bis umzusetzen unter Bildung einer gelartigen Ausfällung von CaI-ciumphosphat mit einem Calcium-zu-Phosphor-Molverhältnis von etwa 1,50 bis 1,53 zu 1, Abtrennen der gelartigen Ausfällung aus der lösung, Waschen der Ausfällung mit Wasser frei von löslichen Salzen, homogener Suspension der gewaschenen Ausfällung in etwa 1 bis 3# (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat in einer Menge von etwa 10 bis 20 ml pro Gramm der theoretisch erwarteten Whitlookit-Keramik, Abtrennen der Ausfällung von der Ammonium-

989827/0841

sulfatlösung, Vermischen der Ausfällung mit etwa 0,5 bis 10Gew.-# eines Treibmittels und etwa 0,5 bis 10 Gew.-$ eines Schaumstabilisators, Erwärmen des resultierenden Gemischs auf etwa 70 bis 90⁰C, bis die Zersetzung des Treibmittels und die Trocknung des resultierenden Schaums im wesentlichen vollständig sind und anschließendes Erhitzen des getrockneten Schaums auf etwa 1000 bis 135O⁰C, bis die Verflüchtigung des Schaumstabilisators und das Sintern des resultierenden Produkts im wesentlichen vollständig sind.

Die Calciumphosphatausfällung kann vermischt werden mit jeglichem üblichen und leicht zugänglichen Schaumstabilisator, z.B. Albumin bzw. Eiweiß, Polyvinylalkohol oder Polyäthylenglykol und jeglichen üblichen Treibmitteln, wie Azodiearbonamid, Wasserstoffperoxid oder Ammoniumcarbonat. Beim Erwärmen des Gemischs setzt das Treibmittel gasförmige Zersetzungsprodukte frei, die von dem Schauaistabilisator eingeschlossen werden, wodurch ein stabiler Schaum gebildet wird. Letzterer wird getrocknet und schließlich unter Bildung einer porösen Keramik gesintert.

Alternativ kann das Treibmittel weggelassen werden und der Schaum mechanisch durch Einschlagen von luft in das Gemisch gebildet werden. Es ist auch möglich, den Schaumstabilisator wegzulassen und als porenbildende Mittel faserförmige organische Materialien, wie Stärke, Kollagen und Cellulose oder flüchtige organische Verbindungen, wie Naphthalin, zu verwenden.

So kann die erfindungsgemäße Keramik zweckmäßig in folgender Weise in poröser Eorm hergestellt xverden:

Man fällt Calciumphosphat aus, wäscht es frei von löslichen Salzen und wäscht mit wäßrigem Ammoniumsulfat, wie vorstehend beschrieben. Die resultierende mineralische Aufschlämmung wird mit etwa 10 bis 100 mg, vorzugsweise etwa 15 bis 20 mg, sprühgetrocknetem Eiweiß pro Gramm der theoretisch erwarteten Whitlockit— Keramik und mindestens einer gleichen Menge, d.h. etwa 10 bis' 200 mg, vorzugsweise 15 bis 30 mg, Azodicarbonamid vermischt.

S69827/O8U

Zusätzliches Wasser kann gegebenenfalls zugesetzt werden, um die Konsistenz des Gemischs so einzustellen, daß ein ausreichendes Rühren und eine Übertragung ohne Einarbeitung großer Luftblasen möglich wird. Das sprühgetrocknete Eiweiß ist schwierig zu benetzen und daher etwas schwierig mit der Whitlockit-Aufschlämmung homogen zu vermischen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, jedoch nicht notwendig, das getrocknete Eiweißpulver vor seinem Zusatz zu der Whitlockit-Aufschlämmung aufzubereiten. Dies erzielt man zweckmäßig durch sorgfältiges Vermischen mit etwa dem zehnfachen seines Gewichts an Wasser. Das resultierende aufbereitete Eiweiß kann anschließend leicht und homogen mit der Whitlockit-Aufschlämmung vermischt werden. Das resultierende Gemisch wird anschließend während etwa 8 bis 20 Stunden bei etwa 70 bis 90⁰C getrocknet. Falls gewünscht, kann das Gemisch vor dem Trocknen in eine geeignete Form gegossen werden. Gewöhnlich wird das Gemisch leicht bedeckt, um eine Trocknung vor der vollständigen Zersetzung des Azodicarbonamids zu verhindern. Alternativ kann die Trocknung in einer Kammer mit hoher Feuchtigkeit durchgeführt werden. Das getrocknete Produkt wird schließlich gesintert durch Erwärmen auf eine Temperatur etwa im Bereich von 1000 bis 135O⁰C während etwa 0,5 bis 2 Stunden, vorzugsweise von 1050 bis 1150⁰C während 1 Stunde. Zu diesem Zeitpunkt ist jegliches verbleibende Schäumungsmittel und Schaumstabilisator verflüchtigt und der Whitlockit ist im wesentlichen völlig gesintert. Der resultierende poröse Keramikkörper kann weiter geschnitten oder zu jeglicher gewünschten Form verarbeitet werden.

Wie vorstehend für das völlig dichte Material erwähnt, kann das poröse Material entweder als reiner ß-Whitlockit oder als ein Gemisch des letzteren mit iC-Whitlockit hergestellt werden.

Wie vorstehend erwähnt, ist die erfindungsgemäß bereitgestellte Keramik entweder in der porenfreien Form oder in der porösen Form als resorbierbares biologisches Implantationsmaterial geeignet. Die Resorptionsgeschwindigkeit hängt besonders von der kristallinen Phase der Whitlockit-Keramik ab, wobei die oC-Forta rascher resorbiert wird als die ß-Form. Dementsprechend ist es

möglich, die Resorption eines Whitlockit-Keramikimplantats durch. Variieren des darin enthaltenen cfc-zu-ß-Verhältnisses zu steuern.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines nicht-keramischen kristallinen Whitlockits, der in seinem Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-^ Sulfationen enthält, besteht in den vorstehend "beschriebenen Stufen für die Herstellung der getrockneten öalciumphosphatausfällung, worauf letztere auf mindestens etwa 725⁰C, die Temperatur erhitzt wird, bei der die ursprünglich erha?.tene Ausfällung eine Phasenumwandlung zum kristallinen Whitlockit eingeht, was durch thermische Diffentialanalyse und Röntgenstrahlenbeugung angezeigt wird, jedoch unter etwa 1000⁰O, die Temperatur, bei der Whitlockit zu sintern beginnt. Dieses Verfahren stellt eine vereinfachte, verläßliche und wirtschaftliche Methode zur Herstellung von im wesentlichen reinem (.d.h. 97,2 bis 99,9$ rein) Whitlockit dar.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

Eine wäßrige Lösung, enthaltend 0,24 Mol Diammoniumhydrogenphosphat (235 ml einer 1,02 m-Lösung) wurde mit 150 ml konzentriertem wäßrigem Ammoniak auf den pH-Wert 11 gebracht. Weitere 600 ml Wasser wurden zugesetzt, um ausgefälltes Ammoniumphosphat aufzulösen. Die resultierende !Lösung wurde tropfenweise während 0,5 Stunden zu einer gerührten Lösung gefügt, die 356 ml 1,01 m-wäßriges Calciumnitrat (0,36 Mol)(Ca/P = 1,5), verdünnt mit 350 ml Wasser, enthielt und vorher mit 15 ml konzentriertem wäßrigem Ammoniak auf den pH-Wert 11 eingestellt worden war. Nach beendeter Zugabe wurde weiter kurz gerührt und anschließend wurde die resultierende Suspension über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen. Das Gemisch wurde rasch während etwa 20 Minuten gerührt, um eine homogene Suspension zu regenerieren. Ein Viertel dieser Suspension wurde entfernt, zentrifugiert und die überstehende Flüssigkeit abdekantiert. Der Rückstand wurde in 200 ml 5$ (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniums"¹!fat rv^Tjsndiert. Die

Suspension wurde zentrifugiert und die überstehende Flüssigkeit wurde abdekantiert. Der Rückstand wurde filtriert und bei Raumtemperatur über Nacht getrocknet. Das resultierende getrocknete Material wurde 1 Stunde auf 900⁰C erwärmt unter Bildung eines Produkts, das sich durch übliche Röntgenstrahlenbeugungsanalyse als 100$ ß-Whitlockit erwies (die hier und im folgenden angegebene prozentuale Zusammensetzung, bestimmt durch Röntgenstrahlenbeugung liegt selbstverständlich innerhalb der Genauigkeitsgrenzen des Diffraktometers, d.h. _2Prozent).

Das Produkt wies ein Verhältnis von Calcium : Phosphor (Ca/P) von 1,53 ί 0,03 auf, was sich durch Standard-Slementaranalyse zeigte.

Beispiel 2

Vier gleiche Teile von 250 ml wurden aus einer gut gerührten homogenen Suspension entnommen, die hergestellt worden war durch ■Umsetzung von 264,1 g (2 Mol), Diammoniumhydrogenphosphat mit 3,4 1 0,88 m-wäßrigem Calciumnitrat (3 Mol) (Ca/P = 1,5) wie im wesentlichen in Beispiel 1 beschrieben. Die vier gleichen Teile wurden jeweils mit 100 g 0,5, 1, 2 und 3$ (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat behandelt. Die gleichen Teile wurden anschließend zur Homogenität geschüttelt, die Peststoffe wurden durch Filtrieren gewonnen, im Vakuum trockengepreßt und anschließend über Hacht bei 90⁰C getrocknet. Eine Probe jedes der so hergestellten Peststoffe wurde 1 Stunde bei 110O⁰C gesintert. Die aus den gleichen Teilen erhaltenen Produkte, die mit 1, 2 bzw. 3$ wäßrigem Ammoniumsulfat behandelt worden waren, erwiesen sich durch übliche Röntgenstrahlenbeugungsanalyse als 100$ ß-Whitlockit. Das Material, das mit 0,5$wäßrigem Ammoniumsulfat behandelt worden war, enthielt etwa 89$ ß-Whitlockit und 11$ Hydroxylapatit. Standard-Elementaranalysen des Materials, die von der Behandlung mit 1$ wäßrigem Ammoniumsulfat stammten, zeigten Ca/P = 1,54 ί 0,03 sowie einen Sulfatgehalt von O,67Gew.-&

Bin gleicher Teil von 5 1 der vorstehenden Suspension wurde zentrifugiert und die überstehende Flüssigkeit wurde abdekantiert.

989827/0843

Der Rückstand wurde unter kräftigem Rühren in 1250 ml 1$ (Gew./ Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat suspendiert. Die Suspension vmrde durch sanftes Rühren unter verringertem Druck während 2 Stunden entgast und die Feststoffe wurden durch Filtrieren gewonnen und bei 85⁰G getrocknet, wobei man 96 g eines Produkts erhielt, das anschließend während 2 Stunden auf 800⁰C und 1 Stunde auf 1100⁰C erhitzt wurde. Das Sintern war nach 1-stündigem Erhitzen auf 1150⁰C gefolgt von einer Equilibrierung während 4 Stunden bei 900⁰C vollständig.

Eine Probe wurde gebrochen und die Bruchoberfläche wurde thermisch durch Erwärmen während 1,5 Stunden auf 1100⁰C geätzt. Die geätzte Probe wurde anschließend mit Silberpaste auf einen Elektronenmikroskop-Probenhalter mit Abtasteinrichtung montiert, der mit einer dünnen Goldschicht überzogen war und in einem AMR 1000-Abtast-Elektronenmikroskop untersucht. Die Probe wies eine durchschnittliche Korngröße von 0,424 um (Mikron) auf und enthielt keine Poren. Eine Probe, die während 1 Stunde bei 1200.⁰C gesintert und anschließend bei 900⁰C während 4 Stunden equilibriert wordeti war, wies eine durchschnittliche Korngröße von 0,483 μπι (Mikron) auf und war ebenfalls porenfrei.

Die Dichten der bei 115O⁰C und 1200⁰C gesinterten Proben, bestimmt durch Standard-Flüssigkeitsverdrängung, betrugen 3,04 g/cm⁵ bzw. 3,06 g/cm⁵.

Beispiel 3

Ein aliquoter Teil von 1 1 einer gut gerührten homogenen Suspension, hergestellt durch umsetzung von 264,1 g (2 Mol) Diammoniumhydrogenphosphat mit 3,4 1 0,88 m-wäßrigem Calciumnitrat (3 Mol) (Ca/P = 1,5), im wesentlichen wie in Beisp. 1 beschrieben, wurde 10 Minuten bei 2000 UpM zentrifugiert und die überstehende Flüssigkeit wurde abdekantiert. Der Rückstand wurde mit 250 ml 1$ (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat behandelt, sorgfältig geschüttelt, 1 Stunde entgast, filtriert und über Nacht bei 95⁰C getrocknet unter Bildung von 19,6 g eines weißen Feststoffs. Einstündiges Sintern bei 1100⁰C ergab ein

909827/Q843

festes, weißes, durchscheinendes keramisches Produkt. Standard-Elementaranalysen davon zeigten Ca/P = 1,55 (i 0,03) und die übliche Röntgenstrahlenbeugungsanalyae zeigte, daß das Produkt 100$ ß-Whitlockit war. Fünf polierte zylindrische Pfropfen von 4,6 mm Durchmesser und 1,64 mm Höhe wurden hergestellt und auf ihre Druckfestigkeit unter Anwendung üblicher Techniken untersucht. Die durchschnittliche Druckfestigkeit erwies sich als 6612 t 338 bar (95900 ± 4900 psi).

Eine weitere Probe, die im wesentlichen wie die vorstehende hergestellt worden war, erwies sich durch Röntgenstrahlenbeugung als 100$ ß-Whitlockit und wies ein Ca/P = 1,52 (- 0,03) sowie eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 6867 ί 910 bar (99600 ± 13200 Psi) auf.

Beispiel 4

Eine wäßrige Lösung, enthaltend 0,5 Mol Diammoniumhydrogenphosphat (174 ml einer 2,88 m-Lösung) wurde mit destilliertem Wasser auf 750 ml verdünnt, mit 600 ml konzentriertem wäßrigem Ammoniak auf den pH-Wert 11 gebracht und weiter mit 2500 ml Wasser zu einer klaren Lösung verdünnt. Letztere wurde in einem feinen Strom während 15 Minuten zu einer gerührten Lösung gefügt, die 403 ml 1,735 m-wäßriges Calciumnitrat (0,7 Mol) (Ca/P = 1,4), verdünnt mit destilliertem Wasser auf 1250 ml, enthielt und vorher mit 20 ml konzentriertem wäßrigem Ammoniak auf den pH-Wert 11 gebracht worden war. Ein aliquoter Teil von 100 ml der homogenen Suspension wurde entnommen und zentrifugiert. Die überstehende Flüssigkeit wurde abdekantiert und der Rückstand wurde durch krüftiges Rühren in 25 ml 1$ (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat suspendiert. Das Produkt wurde durch Filtrieren gewonnen und über Nacht bei 60⁰C getrocknet. Der resultierende weiße Peststoff wurde 1 Stunde bei 1150⁰C gesintert, wobei man ein keramisches Produkt erhielt, das sich durch Röntgenstrahlenbeugungsanalyse als 100$ Whitlockit erwies, wovon etwa 96$ in der ß-3?orm und 4$ in der cC-JForm vorlagen. Standard-Eletnentaranalysen zeigten Ca/P = 1,48 (± 0,03).

ORSGiMAL INSPECTED 909 82 7 /Q84 3

Ein weiterer aliquoter Teil der Suspension wurde wie vorstehend beschrieben aufgearbeitet und das resultierende Produkt wurde gesintert, durch langsames Erwärmen auf 1125⁰C, wobei die Temperatur während 1 Stunde beibehalten wurde und anschließendes Kühlen und Halten der Probe während 4 Stunden bei 90O⁰C. Die resultierende Keramik wies ein Ca/P =1,51 und einen Sulfatgehalt von 1,2 Gew. -$>. auf. Die Röntgenstrahlenbeugung zeigte, daß das Produkt 100^ ß-Whitlockit war. Rißfreie Proben dieses Materials wurden auf 600 SiC-Schleifstaub poliert und einem

Punkt-Standard 3-iBiegetest unterzogen. Die Proben entwickelten eine durchschnittliche Zugfestigkeit von 1365 * 393 bar (19800 - 5700 Psi). Die Dichte dieses Materials, bestimmt durch Standard-Flüssigkeitsverdrängung erwies sich als 3,050 ί 0,002 g/cm⁵

Beispiel 5

Eine wäßrige Lösung, die 0,5 Mol Diammonxumhydrogenphosphat (174 ml einer 2,88 m-Lösung) enthielt, wurde mit destilliertem Wasser auf 750 ml verdünnt, der pH-Wert wurde mit 600 ml konzentriertem Ammoniak auf 11 eingestellt und es wurde weiter mit destilliertem Wasser auf 2500 ml verdünnt, unter Bildung einer klaren Lösung. Diese Lösung wurde während 0,5 Stunden zu einer gerührten wäßrigen Lösung gefügt, die 0,6 Mol Calciumnitrat (346 ml einer 1,735 m-Lösung)(Ca/P = 1,2), verdünnt auf 1250 ml mit destilliertem Wasser und vorher auf den pH-Wert 11 mit 20 ml konzentriertem Ammoniak, gefügt und das resultierende Gemisch wurde über Nacht gerührt. Nach mehrtägigem Stehen wurde das Gemisch 1 Stunde zur Bildung einer homogenen Suspension gerührt. Ein aliquoter Teil von 500 ml wurde entnommen, zentrifugiert, die überstehende Flüssigkeit wurde abdekantiert und der Rückstand wurde unter kräftigem Rühren in 125 ml 2^ (G wäßrigem Ammoniumsulfat suspendiert. Das Produkt wurde durch Filtrieren gewonnen, bei 50⁰C über Nacht getrocknet und anschließend 1 Stunde bei 1150⁰C gesintert, worauf eine Equilibrierung während 4 Stunden bei 900⁰C folgte, .unter Bildung von 7,2 g einer weißen durchscheinenden Keramik, die, dargestellt durch Röntgenstrahlenbeugung aus 1005$ ß-Whitlockit bestand und ein Ca/P = 1,50 und einen Sulfatgehalt von 0,10 Gew.-^, be-

9 09 8 27/0 843

stimmt durch Elementaranalyse, aufwies.

Beispiel 6

Eine lösung, die 264,1 g (2 Mol) Diammoniumhydrogenphosphat in ausreichend destilliertem Wasser zur Bildung eines Gesamtvolumens von 5,4 1 enthielt, wurde mit 3,0 1 konzentriertem wäßrigem Ammoniak auf den pH-Wert 11 gebracht. Die resultierende Ausfällung wurde durch Verdünnen mit destilliertem Wasser auf ein Volumen von 10 1 verdünnt. Die resultierende lösung wurde in einem feinen Strahl zu einer gerührten Lösung gefügt, die 1499 ml einer 1,735 m-wäßrigen Calciumnitratlösung, verdünnt mit destilliertem Wasser, auf 5,4 1 enthielt und die vorher mit 90 ml konzentriertem Ammoniak auf den pH-Wert 11 eingestellt worden war. Nach vollendeter Zugabe wurde das Reaktionsgemisch weitere 5 Stunden gerührt und anschließend über Facht bei Raumtemperatur stehengelassen. Die überstehende Flüssigkeit wurde abdekantiert und die verbleibende Suspension wurde zentrifugiert. Die überstehende Flüssigkeit wurde dekantiert und die verbleibende Aufschlämmung wurde zweimal gewaschen durch Suspendieren in destilliertem Wasser, Zentrifugieren und Dekantieren der überstehenden flüssigkeit. Die gewaschene Aufschlämmung wurde anschließend in 1500 ml destilliertem Wasser suspendiert. Die Suspension wurde rasch rerührt, um Homogenität sicherzustellen und es wurde ein aliquoter Teil von 175 ml entnommen. Der aliquote !Teil wurde zentrifugiert, die überstehende Flüssigkeit abdekantiert und der Rückstand wurde in 100 ml.1$ (Gew./Gew.) wäßrigen Ammoniumsulfat suspendiert. Die resultierende Suspension wurde zentrifugiert und die überstehende Flüssigkeit wurde dekantiert. Die zurückbleibende Aufschlämmung wurde mit 180 mg sprühgetrocknetem Eiweiß (vorher durch kräftiges Vermischen mit 10 ml destilliertem Wasser aufbereitet) und anschließend mit 180 mg Azodicarbonamid vermischt. Das resultierende Gemisch wurde kräftig während etwa 0,25 Stunden gerührt und anschließend in würfelförmige Formen gegossen, lose bedeckt und bei 80⁰C über Nacht getrocknet. Der resultierende getrocknete Schaum wurde 1 Stunde bei 105O⁰C gesintert, unter Bildung einer porösen Whitlockit-Keramik mit einer durchschnittlichen Porengröße von etwa 100 μπι (Mikron).

909827/0843

Beispiel 7

Wach der gleichen Arbeitsweise wie in Beispiel 6 beschrieben und durch Sintern der Proben des resultierenden getrockneten Whitlockit-Schaums während 1 Stunde bei 1050, 1100 und 1125⁰C erhielt man drei proöse Whitlockit-Keramikkörper mit Schüttdichten von 1,415 1,6 bzw. 1,72 g/cm und scheinbaren Prositäten von 54,7, 52,0 bzw. 35,1#, bestimmt nach Standard-ASTM-Methoden.

Die Bioverträglichkeit der erfindungsgemäßen Whitlockit-Keramik wurde durch Implantieren in Hohlräume der Oberschenkenknochen lebender Hunde von Pfropfen und Granulaten von poröser Whitlockit-Keramik, hergestellt gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahrensweisen, veranschaulicht. Die I^plantationsstellen waren durch normale Heilung charakterisiert, es zeigte sich keinerlei Entzündung oder Premdkörperreaktion und die Resorption des Implantatmaterials war nach 2 Monaten fast vollständig und es zeigte sich deren Ersatz durch neues dichtes Knochenbeiu. Nach 7 Monaten war die Meuformung des neuen dichten Enochens, der die vorher durch die Whitlookit-Keramik eingenommenen Hohlräume füllte, sowie des die ursprünglichen Implantatstellen umgebenden Knochen noch weiter fortgeschritten als nach 2 Monaten.

Der hier verwendete Ausdruck "kristallin" soll als Adjektiv eine Substanz oder einen Körper charakterisieren, der die Eigenschaften eines Kristalls aufweist, d.h. eine reguläre Anordnung der Atome in einem Raumgitter. "Polykristallin" bedeutet daher eine Substanz oder einen Körper, der eine Vielzahl von Kristallen umfaßt. Andererseits stellt der Ausdruck "Kristallit" ein Hauptwort dar, das eine einzige Einheit, nämlich ein einzelnes Korn in einem polykristallinen Körper bezeichnet. Ein Kristallit kann weiter definiert werden als ein mikroskopisch nicht perfekt gebildeter Kristall oder alternativ als ein mikroskopischer Körper, der in den frühen Kristallisationsstadien gebildet wurde.

909827/0843

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. As.smar-n - Dr. R. Κοί-nigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-my. F. Klinyseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE
BOOO München 2 - Bräuhausstraße 4 ■ Telefon Sammel-Nr. 225341 Telegramme Zumpat · Telex 529979

Case 6314A
12/10/bs

Patentansprüche

1i Polykristalline Keramik, die durchscheinend, isotrop, im wesentlichen porenfrei uni Whitlockit-haltig ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-^ -Sulfationen enthält und eine durchschnittliche Kristallitgröße etwa im Bereich von 0,3 bis 3 μπι (Mikron) und eine Dichte aufweist, die größer ist als etwa 98$ der theoretischen Dichte von ß-Whitlockit.
2. Polykristalline Keramik, die geschäumt ist und Whitlockit enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie in dem Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-$ Sulfationen aufweist und eine durchschnittliche Kristallitgröße etwa im Bereich von 0,3 bis 3 Mikron und ein Gesamtporenvolumen etwa im Bereich von 20 bis 80$ aufweist, wobei das Gesamtporenvolumen aus einer im wesentlichen gleichmäßigen Verteilung offener Poren mit einem Porendurchmesser etwa im Bereich von 50 bis 300 μπι (Mikron) besteht.
3. Keramik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Whitlockit ß-Whitlockit ist.
4. Keramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu einem flachen Blatt bzw. Bogen geformt oder im wesentlichen geformt ist.
5. Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu einem zylindrischen Stab geformt oder im wesentlichen geformt ist.

ORIGINAL INSPECTED

_₂_ 2355368
6. Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Form vorliegt, die geeignet ist zur Anwendung als -resorbierbare künstliche Knochenprothese.
7. Verfahren zur Herstellung einer Keramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Calciumionen mit Phosphationen in einem Molverhältnis von etwa dem Bereich 1,2 bis 1,5 zu 1, in wäßrigem Medium bei einem pH-Wert von etwa 10 bis 12 umsetzt unter Bildung einer gelatineartigen Ausfällung von Calciumphosphat mit einem Molverhältnis von Calcium zu Phosphor von etwa im Bereich von 1,50 bis 1,53 zu 1, daß man diese gelatineartige Ausfällung aus der Lösung abtrennt, die Ausfällung von löslichen Salzen mit Wasser freiwäscht, die gewaschene Ausfällung'homogen in 1 bis 3$ (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat in einer Menge etwa 10 bis 20 ml pro Gramm der theoretisch erwarteten Whitlockit-Keramik suspendiert, die Ausfällung von der Ammoniumsulfatlösung abtrennt, die Ausfällung trocknet und die getrocknete Ausfällung etwa im Bereich von 1000 bis 135O⁰C während etwa 0,5 bis 4 Stunden erhitzt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die getrocknete Ausfällung auf etwa 1150 bis 1200⁰C während etwa 1 Stunde erhitzt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Produkt anschließend während etwa 4 Stunden auf etwa 900⁰C erwärmt, wodurch die resultierende Whitlockit-Keramik im wesentlichen aus ß-Whitlockit besteht.
10. Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen geschäumten Keramikkörpers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Calciumionen mit Phosphationen in einem Molverhältnis von 1,2 bis 1^ zu 1 in wäßrigem Medium bei einem pH-Wert von etwa 10 bis 12 unter Bildung einer gelatineartigen Ausfällung von Calciumphosphat mit einem Ca.-zu-P-Mol-Verhältnis von etwa 1,50 bis 1_S53 zn H₃

artige Ausfällung aus der Lösung abtrennt, die Ausfällung mit Wasser frei von löslichen Salzen wäscht, die gewaschene Ausfällung in 1 bis 3$ (Gew./Gew.) wäßrigem Ammoniumsulfat in der Menge von etwa 10 bis 20 ml pro Gramm der theoretisch erwarteten Whitlockit-Keramik homogen suspendiert, die Ausfällung von der Ammoniumsulfatlösung abtrennt, die Ausfällung mit etwa 0,5 bis 10 Gew.-$ eines Treibmittels und etwa 0,5 bis 10 Gew.-% eines Schaumstabilisators vermischt, das resultierende Gemisch bei etwa 70 bis 9O⁰C bis zur im wesentlichen vollständigen Zersetzung des Treibmittels und im wesentlichen vollständigen Trocknung des resultierenden Schaums erhitzt und anschließend -den getrockneten Schaum auf etwa 1000 bi3 135O⁰O erhitzt, bis der Schaumstabilisator im wesentlichen vollständig verflüchtigt ist und das resultierende Produkt im wesentlichen völlig gesintert ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet_ä daß man als Treibmittel Azodicarbonamid und als Schaumstabilisator Ei-Albumin verwendet.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch von CaIciumphosphat-Aufschlämmung, Azodicarbonamid und Ei-Albumin bei etwa 70 bis 90⁰C während etwa 8 bis 20 Stunden trocknet und den resultierenden getrockneten Schaum vährend etwa 1 Stunde auf etwa 1050 bis 1150⁰C erhitzt.
13. Verfahren zur Herstellung von nicht-keramischem kristallinem Whitlockit, der in seinem Kristallgitter etwa 0,1 bis 2,2 Gew.-^ Sulfationen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man Calciumionen mit Phosphationen in einem Molverhältnis etwa im Bereich von 1,2 bis 1,5 zu 1 in wäßrigem Medium bei einem pH-Wert von etwa 10 bis 12 unter Bildung einer gelatineartigen Ausfällung von Calciumphosphat mit einem Molverhältnis von Calcium zu Phosphor etwa im Bereich von 1,50 bis 1,53 zu 1 umsetztι die gelatineartige Ausfällung aus der Lösung abtrennt, die Ausfällung mit Wasser frei von löslichen Salzen wäscht, die gewaschene Ausfällung homogen in 1 bis 3$ (Gew./Gew.)

909827/0841

wäßrigem Ammoniumaulfat in der Menge von etwa 10 bis 20 ml pro Gramm der theoretisch, erwarteten Whitlockit-Keramik homogen suspendiert, die Ausfällung aus der Ammoniumsulfatlösung abtrennt, die Ausfällung trocknet und die getrocknete Ausfällung etwa auf den Bereich von 725 bis 900⁰C während etwa 0,5 bis 4 Stunden erhitzt.

909827/0845