DE602004007427T2

DE602004007427T2 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Implantat aus Titanlegierung

Info

Publication number: DE602004007427T2
Application number: DE602004007427T
Authority: DE
Inventors: Tait T. Stewart Robb; Bruce III Palm Beach Gardens Berckmans; Ross W. Palm City Towse; Robert L. Jupiter Mayfield
Original assignee: Implant Innovations Inc
Current assignee: Biomet 3I LLC
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2024-05-15
Also published as: CA2467320A1; EP1477141B1; KR101106158B1; US10227697B2; US11015253B2; DE602004007427D1; KR20040099176A; US20190292666A1; EP1477141A1; EP1477141B2; CA2467320C; JP2004337616A; JP4781639B2; DE602004007427T3; US20040265780A1; ATE366558T1; US8251700B2; US20120288828A1

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Oberfläche von Metallimplantaten, wie solche, die in einen menschlichen Körper eingeführt werden.
Die Erfindung betrifft hauptsächlich die Oberfläche von Zahnimplantaten aus Titanlegierungen, obwohl sie auch auf andere Arten von Implantaten, welche aus Titanlegierungen hergestellt sind, angewandt werden kann. Insbesondere betrifft die Erfindung aufgeraute Oberflächen, die auf Zahnimplantaten bereitgestellt sind, um die Osseointegration der Implantatoberfläche mit dem Knochen zu verbessern, wodurch der Zeitraum zwischen der anfänglichen Einführung des Implantats und der Montage eines prothetischen Zahns verkürzt wird.
Verschiedene Verfahren wurden vorgeschlagen, um Implantate aufzurauen, die jeweils eine einzigartige Oberfläche erzeugen. Eine Annäherung ist es, Materialien auf die Oberfläche des Implantats aufzubringen, zum Beispiel Hydroxyapatit, ein Material, welches die Bindung des Implantats an den Knochen verbessern soll, da das Hydroxyapatit chemisch mit Knochen verwandt ist. In einer ähnlichen Annäherung, wurden Titanteilchen auf ein Titanimplantat gesprüht, um die Oberfläche aufzurauen. Anodische Oxidation, um der Oberfläche Titanoxide hinzuzufügen, wurde auch vorgeschlagen. Das Aufrauen kann auch durchgeführt werden, indem ein Teil der Oberfläche entfernt wird. Sandstrahlen mit feinen Teilchen wurde vorgeschlagen, um Vertiefungen zu erzeugen und um die Oberfläche etwas abzutragen. Ein anderes Verfahren ist die Verwendung von Säureätzung, um eine aufgeraute Oberfläche auszubilden. Wenigstens ein Anbieter von Zahnimplantaten hat Sandstrahlen vorgeschlagen, um eine grobe aufgeraute Oberfläche zu erzeugen, gefolgt von einem Säureätzen, um eine aufgesetzte feine Aufrauung auszubilden.
Das Ätzen der Oberfläche von Titan mit Säuren ist in vielen Verfahren enthalten, die zur Herstellung von Zahnimplantaten vorgeschlagen wurden. In vielen Fällen findet sich nur eine allgemeine Bezugnahme auf die Auswahl aus einer Liste von Mineralsäuren, in anderen Fällen werden spezifische Säuren verwendet. Zum Beispiel offenbart Toho Titanium Co. in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung JP 3146679 A1 eine zweistufige Behandlung, wobei wässrige Fluorwasserstoffsäure verwendet wurde, um die Oberfläche zu ätzen, gefolgt von einer zweiten Behandlung mit einer Lösung aus Fluor wasserstoffsäure und Wasserstoffperoxid. Ein anderes Beispiel findet sich in der veröffentlichten U.S. Anmeldung 2003/0135282 A1, in welcher ein Implantat mit einer Reihenfolge von drei Säuren behandelt wird – Fluorwasserstoffsäure, Schwefelsäure und Chlorwasserstoffsäure. Die geätzte Oberfläche wird vor der Verwendung mit Plasma beschichtet, um die Integration mit dem Knochen zu verbessern.
In einer Reihe von U.S. Patenten, einschließlich U.S. Patent Nr. 5,603,338; 5,876,453; 5,863,201; und 6,652,765, von Implant Innovations Inc., wurde eine einzigartige zweistufige Säurebehandlung offenbart, welche an Zahnimplantaten verwendet wird, um eine Osseotite^® Oberfläche zu erzeugen. Die erste Säurebehandlung verwendet wässrige Fluorwasserstoffsäure, um die „nativen Oxide" zu entfernen, das heißt, das Titanoxid, welches auf Titanmetalloberflächen gefunden wird. Die Entfernung des nativen Oxids macht die Metalloberfläche für das Ätzen durch andere Säuren empfänglicher, und stellt ein gleichmäßiges Ätzen der Titanoberfläche sicher. Andere Verfahren zur Entfernung der nativen Oxide können verwendet werden, wie Plasmabehandlung, eine anfängliche Behandlung mit wässriger Fluorwasserstoffsäure ist jedoch bevorzugt. Die zweite Säurebehandlung verwendet vorzugsweise eine Mischung aus Chlorwasserstoffsäure und Schwefelsäuren, um die freigelegte Titanoberfläche zu ätzen. Ein relativ feines Ätzen wurde erzielt, mit Spitze-zu-Tal-Höhen von 10 μm oder weniger. Der Spitze-zu-Spitze Abstand liegt typischerweise bei ungefähr 1-3 μm. Diese Osseotite^® Oberfläche hat bereits kommerziellen Erfolg erzielt, da der Zeitraum der für die Osseointegration des Titanimplantats mit dem Knochen notwendig ist, reduziert werden kann.
Frühere U.S. Patente haben die erhaltene Titanoberfläche durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) gezeigt. Ein weiteres Verfahren zur Beschreibung der Oberfläche ist eine Oberflächen abbildende Mikroskopie (SMM), welche ein Computer-erzeugtes dreidimensionales Bild des überprüften Bereichs darstellt, und verschiedene berechnete Maße der Rauigkeit der Oberfläche. Fachleuten auf dem Gebiet wird deutlich werden, dass die Säurebehandlung eine Oberfläche erzeugt, welche für das nackte Auge sehr gleichförmig erscheint, jedoch Änderungen enthält, die nur bei einer stark Vergrößerung deutlich werden, wie durch Fotomikroskops. Jeder Bereich ist nicht genau der Gleiche wie andere, aber unabhängig davon sind die Änderungen klein und fallen in die allgemeinen Grenzen die oben beschrieben wurden. Durch sorgfältige Steuerung des Behandlungsverfahrens weist jedes Implantat im Wesentlichen die gleiche Oberfläche auf.
WO-A1-94/13334 betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines metallischen chirurgischen Implantats vor dem Implantieren, umfassend das Behandeln des Implantats mit einer wässrigen Lösung enthaltend Natriumfluorid, wobei die Lösung einen pH-Wert von 2,5 bis zu einem pH-Wert von 6 aufweist. Das metallische chirurgische Implantat umfasst vorzugsweise Titan oder eine Titanlegierung.
In jüngster Zeit hat man herausgefunden, dass, während eine gleichmäßigen Reaktion auf die zweistufige Säurebehandlung bei kommerziell reinem Titan erhalten wird, das gleiche Behandlungsverfahren ungleichmäßige Ergebnisse an Titanlegierungen erzeugt. Da die Titanlegierungen gegenüber kommerziellem reinen Titan einige Vorteile aufweisen, wäre es wünschenswert, wenn die Topographie der Osseotite^® Oberfläche auf eine Titanlegierungsoberfläche kopiert werden könnte. Um dieses Ziel zu erreichen, haben die Erfinder herausgefunden, dass das Verfahren, welches für kommerziell reines Titan eingesetzt wird, unerwartete Revisionen erfordert, um die gewünschte Oberfläche an Titanlegierungen zu erzielen. Das neue Verfahren wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Ein Verfahren zur Herstellung einer gewünschten Oberflächentopographie, ähnlich einer Osseotite^® Oberfläche, an einer Titanlegierung entfernt die nativen Oxide auf der Titanlegierung und anschließend und bevor die Titanlegierung wieder deutlich oxidiert, wird die Oberfläche in einer wässrigen Lösung aus Fluorwasserstoffsäure und Chlorwasserstoffsäure geätzt, um die gewünschte Oberfläche zu erzeugen. Das native Oxid kann durch Eintauchen in eine wässrige Lösung aus Fluorwasserstoffsäure enthaltend 7,9 bis 9,0 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure für 40 bis 60 Sekunden erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche für 19-21 Minuten bei Raumtemperatur in einer Säuremischung geätzt, enthaltend zwischen 0,053 bis 0,105 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure (HF) und zwischen 19 bis 21 Gew.-% Chlorwasserstoffsäure (HCl). Die Bedingungen für beide Säurebehandlungen werden ausgewählt, um die gewünschte Oberflächentopographie bereitzustellen, während der Verlust an Titanmetall minimiert wird.
In einer spezifischen Ausführungsform wird das native Oxid entfernt, indem das Implantat in eine 8,45 Gew.-% HF-Lösung bei Umgebungstemperatur für 45 Sekunden eingetaucht wird. Nach dem Spülen, um die restliche Säure zu entfernen, wird das Implantat für 19,5 Minuten bei Umgebungstemperatur in eine 20 Gew.-% HCl-Lösung eingetaucht, welche 0,0845 Gew.-% HF enthält.
Die Bedingungen für beide Säurebehandlungen werden gewählt, um die gewünschte Oberflächentopographie bereitzustellen, während der Verlust an Titanmetall minimiert wird.
Gemäß eines Gegenstandes ist die Erfindung ein Zahnimplantat, welches gemäß des oben beschriebenen Verfahrens behandelt wurde, um die gewünschte Oberflächentopographie in vorbestimmten Bereichen bereitzustellen.
1A zeigt die bearbeitete Oberfläche eines kommerziellen reinen Titans.
1B zeigt die Oberfläche aus 1A, nachdem sie mit HF behandelt wurde.
1C zeigt die Oberfläche aus 1B, nachdem sie mit HCl und H₂SO₄ geätzt wurde, um so eine Osseotite^® Oberfläche an reinem Titan zu erzeugen.
1D zeigt eine Oberflächenabbildung der Osseotite^® Oberfläche aus 1C.
1E zeigt die Wirkung der Behandlung aus 1A-1C an einer Ti 6/4 Legierung.
2A-E zeigen verschiedene Ätzverfahren an einer Ti 6/4 Legierung.
3A-E zeigen die Wirkung des Ätzens mit Keller's Reagenz und Kroll's Reagenz.
4A-B zeigen die Wirkung des Ätzens mit HCl allein.
5A-D zeigen die Wirkungen des Ätzens mit HCl plus Hf.
6 zeigt ein typisches Zahnimplantat.
Titan und Titanlegierungen
Obwohl andere Metalle und Keramiken zur Verwendung in Zahnimplantaten vorgeschlagen wurden, wird im Allgemeinen Titan verwendet. Insbesondere kommerziell reines Titan, welches Spurenmengen an Kohlenstoff, Eisen, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthält. Titanlegierungen wurden auch verwendet, da sie fester sind als die kommerziell erhältlichen reinen Grade an Titan. Eine häufig verwendete Titanlegierung, Ti/6Al/4V enthält 6 Gew.-% Aluminium und 4 Gew.-% Vanadium, und wird im Folgenden als Ti 6/4 bezeichnet.
Eine Eigenschaft von Titan und dessen Legierungen ist die schnelle Bildung von hartnäckigen Titanoxidfilmen auf der Oberfläche, ein Merkmal, welches zu der Beständigkeit des Titans gegenüber Korrosion beiträgt. Man nimmt an, dass dieser Oxidfilm eine Kombination aus verschiedenen Oxiden von Titan ist, einschließlich TiO, TiO₂, Ti₂O₃ und Ti₃O₄. Dies wird als der „native Oxid-" Film bezeichnet. Messungen des nativen Oxidfilms durch ein Auger Spektrometer zeigt, dass er typischerweise eine Tiefe von 7 bis 15 nm (70 bis 150 A) aufweist.
Wie zuvor offenbart, ist die Entfernung des nativen Oxids wichtig, wenn eine gleichförmig aufgeraute Oberfläche durch Säureätzen erzielt werden soll. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die meisten Säuren nicht geeignet sind, um das native Oxid ausreichend zu entfernen, so dass eine gleichmäßige Rauheit erzielt werden kann. Titanoberflächen werden häufig in Mischungen aus Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäuren gepickelt, um die Oberfläche zu reinigen. Wässrige Säuren aus Fluorwasserstoffsäure allein, ohne die Zugabe von oxidierenden Säuren, wie Salpetersäure, sind gegenüber Titan und dessen nativen Oxidfilm sehr aggressiv. Eine relativ kurze Aussetzung einer verdünnten Lösung aus Fluorwasserstoffsäure entfernt das native Oxid. Da nach der Entfernung des nativen Oxids die Fluorwasserstoffsäure, als ein unerwünschtes Ergebnis, beginnt auch das Metall zu verbrauchen, wird das Titanimplantat aus der Säure entfernt und gespült um einen weiteren Angriff zu stoppen. Es ist jedoch gut bekannt, dass die Titanmetalloberfläche schnell zu oxidieren beginnt. Daher sollte die freigelegte Metalloberfläche gegenüber einer Sauerstoffaussetzung geschützt werden, bis das Titanimplantat in ein Säurebad eingeführt wird, um die Oberfläche gleichförmig zu ätzen, wodurch die gewünschte Oberflächentopographie erzeugt wird. Andere Verfahren zur Entfernung des nativen Oxids können verwendet werden, wie Plasmabehandlung, die Verwendung von Fluorwasserstoffsäure ist jedoch bevorzugt.
Die Rate, mit welcher Titan geätzt wird, hängt von der Konzentration der Fluorwasserstoffsäure ab. Eine Fluorwasserstoffsäurelösung enthaltend 15 Vol.-% einer 49 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure erlaubt eine vollständige Entfernung des nativen Oxids in ungefähr einer halben Minute, jedoch mit einem minimalen Verbrauch des Metalls. Dies ist in den 1A und B dargestellt, welche eine 2000 x-fache Vergrößerung der Oberfläche eines Zahnimplantats aus kommerziellem reinem Titanmetall nach der Bearbeitung (welche Makromerkmale, wie Gewinde oder Nuten erzeugt) zeigt und nachdem es einer Fluorwasserstoffsäure ausgesetzt wurde, um das native Oxid zu entfernen. Die Bearbeitungsmarkierungen sind verschwunden und die Fluorwasserstoffsäure hat Titan körner zurückgelassen, die freiliegen, nachdem das native Oxid entfernt wurde, und ein Teil des Korngrenzenmaterials wurde entfernt.
In 1C wurde die Oberfläche des kommerziellen reinen Titans (nachdem das native Oxid entfernt wurde) mit einer Lösung aus 19,55 Gew.-% Chlorwasserstoffsäure und 72,29 Gew.-% Schwefelsäure bei 60-70 °C für 7 Minuten geätzt. Es wurde klinisch gezeigt, dass diese gewünschte Oberflächentopographie eine gesteigerte Osseointegration erzielt. Implantate mit dieser Oberfläche werden unter dem Osseotite^® Warenzeichen von dem Inhaber der vorliegenden Erfindung verkauft. Die wünschenswerte Oberfläche weist eine im Allgemeinen gleichförmige Reihe von scharten Spitzen auf, mit einer maximalen Spitze-zu-Tal-Höhe von 10 μm oder weniger. Der mittlere Spitze-zu-Spitze-Abstand beträgt 1 bis 3 μm. Das Ergebnis einer typischen Überprüfung einer Osseotite^® Oberfläche durch eine Oberflächen abbildende Mikroskopie ist in 1D dargestellt.
1A-1D zeigen das Verfahren und die Ergebnisse, die an einem herkömmlichen reinem Titanzahnimplantat erzielt wurden. Der klinische Erfolg der Osseotite^® Oberfläche bei der Verbesserung der Osseointegration von Implantaten wurde bestätigt und ist auf dem Markt akzeptiert. Daher haben die vorliegenden Erfinder erwartet, die gleiche Oberflächentopographie an einer Titanlegierung Ti 6/4 unter Verwendung der gleichen Behandlung zu erzeugen. Sie waren jedoch überrascht zu entdecken, dass das Verfahren, welches gleichförmige Ergebnisse an kommerziell reinem Titan erzielte, die charakteristische Oberflächentopographie nicht erzeugte, wenn es an einer Ti 6/4 Legierung angewandt wurde.
Andere Ätzlösungen wurden überprüft. In einigen Fällen wurde eine ähnliche Oberfläche zu der Osseotite^® Oberfläche erhalten, in anderen Fällen war das Säureätzen jedoch unwirksam. Man fand auch heraus, dass die Wirkung auf eine Ti 6/4 Legierung von Charge zu Charge variierte, so dass jede Charge überprüft werden musste, um die Eignung zu bestimmen. Nach einer weiteren Untersuchung dieses Problems fanden die Erfinder, dass bestimmte Säureätzelösungen in der Lage waren, beständig die gewünschte Oberfläche an einer Ti 6/4 Legierung zu erzeugen.
Säureätzen von Ti 6/4 Legierung
Die 1E und 2C-E, 3A-E, 4A, B und 5A-D zeigen die Ergebnisse von einigen der Säuren, welche an der Ti 6/4 E.L.I. Legierung getestet wurden, wie in ASTM B348 Grade 23 oder ASTM F136 definiert. In jedem Fall erhielten die Implantate die gleiche Behand lung in einer Fluorwasserstoffsäurelösung, um das native Oxid auf der Oberfläche zu entfernen. Insbesondere wurden die Implantate in eine 8,45 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure bei Raumtemperatur eingetaucht. Die Ergebnisse der Ätzverfahren, welche in den 1E und 2C-E, 3A-E, 4A, B und 5A-D gezeigt sind, können mit der 1C verglichen werden, deren Osseotite^® Oberfläche an einem kommerziellen reinen Titanmetall durch eine Säurebehandlung erzeugt wurde, mit einer anfänglichen Mischung von 19,55 Gew.-% Chlorwasserstoffsäure und 72,29 Gew.-% Schwefelsäure bei 60-70° für 7 Minuten.
Experimente wurden an einer Reihe von Säurezusammensetzungen durchgeführt, deren Ergebnisse in den Figuren dargestellt sind. Die Säurezusammensetzungen und Behandlungsbedingungen sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst. Tabelle 1

⁽¹⁾ Gew.-% Säure, Rest Wasser

Die obige Tabelle folgt im Allgemeinen dem Verlauf der Experimente, die durchgeführt wurden, um das Säureätzen zu bestimmen, welches notwendig ist, um die gewünschte Oberflächentopographie an einer Ti 6/4 Legierung zu erzielen. Um die Oberfläche aus 1 zu erzeugen, wurde das native Oxid an dem kommerziellen reinen Titan entfernt, indem es einer 8,45 Gew.-% HF Lösung für 1 Minute bei Umgebungstemperatur ausgesetzt wurde. Nach dem Spülen in entionisiertem Wasser enthaltend Backsoda, um die restliche Säure zu neutralisieren und einem weiteren Spülen in entionsiertem Wasser, wurde das Titan in eine wässrige Lösung aus 19,55 Gew.-% HCl und 77,29 Gew.-% H₂SO₄ für 7 Minuten bei 60-70 °C eingetaucht, um eine gleichmäßig angeraute Oberfläche zu erzeugen, d.h. die Osseotite^® Oberfläche.
1E zeigt das überraschende Ergebnis, wenn das gleiche Verfahren an der Ti 6/4 Legierung durchgeführt wurde. Wie aus der Aufnahme deutlich wird, wurde die charakteristische Osseotite Oberfläche an der Ti 6/4 Legierung nicht erhalten. Die Bearbeitungsmarkierungen waren noch sichtbar. Es wurde gefolgert, dass ein unterschiedliches Ätzverfahren zur Verwendung bei der Ti 6/4 Legierung benötigt wurde, wenn die Osseotite^® Oberfläche an der Ti 6/4 Legierung bereitgestellt werden sollte.
2A-E zeigen die Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn zwei bekannte Ätzsäuremischungen verwendet wurden. Eine war Keller's Lösung, enthaltend HF, HNO₃ und HCl und die zweite war Kroll's Lösung, enthaltend HF und HNO₃. Die verwendeten Zusammensetzungen sind in der obigen Tabelle 1 dargestellt. 2A und 2B zeigen, dass die Keller's Lösung allein die Osseotite-Oberfläche nicht erzeugte, obwohl ein wenig Lochfraß deutlich wurde. Da die Vorbehandlung mit der HF Lösung zur Entfernung des nativen Oxids nicht durchgeführt wurde, nimmt man an, dass das native Oxid das versuchte Ätzen mit der Keller's Lösung beeinträchtigte.
2C bis 2E zeigten die Ergebnisse, die erzielt wurden, wenn das native Oxid durch eine Vorbehandlung mit einer HF Lösung entfernt wurde, und die Titanoberfläche anschließend aufeinander folgend zwei Säurelösungen ausgesetzt wurde. In der 2C und 2D wurde die Keller's Lösung verwendet, gefolgt von der Mischung aus HCl und H₂SO₄, welche dafür bekannt sind, chemisch reines Titan erfolgreich zu ätzen. In 2E wurde zunächst die Keller's Lösung verwendet, gefolgt von einem Eintauchen der Ti 6/4 Legierung in Kroll's Lösung. Keiner dieser Tests erzeugte eine Oberflächentopographie an der Ti 6/4 Legierung, wie die in 1C dargestellte Topographie.
3A-3E zeigen die Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn das native Oxid mit einer HF Lösung entfernt wurde, und die Keller's Lösung für das Ätzen verwendet wurde, jedoch bei der Umgebungstemperatur, im Vergleich zu der zuvor verwendeten Temperatur von 61 °C. Man hat herausgefunden, dass dieses Verfahren in der Lage war, an einigen Proben der Ti 6/4 Legierung eine Oberfläche bereitzustellen, welche der Oberfläche in 1C ähnlich war, jedoch nicht an anderen (Vergleiche 3D mit 3E). Der Unterschied der Reaktion der Proben schien mit der Bearbeitung oder der Legierungswärme (d.h. den Bedingungen, die mit einer spezifischen Charge der Titanlegierung zusammenhing) zusammenzuhängen. Daher wurden zusätzliche Untersuchungen durchgeführt. Es wurde jedoch festgestellt, dass das Ätzen mit der Keller's Lösung geeignet sein kann, vorausgesetzt, dass die Kontrolle der Qualität der Ti 6/4 Legierung erzielt werden kann.
4A und B zeigen die Oberfläche, welche erzeugt wurde, wenn das native Oxid durch das herkömmliche Verfahren entfernt wurde und die Oberfläche anschließend mit einer HCl Lösung geätzt wurde. Obwohl etwas Lochfraß auftrat, wurde deutlich, dass HCl alleine nicht ausreichend war, um eine Oberfläche wie die in 1C zu erzeugen.
5A-D zeigen die verbesserten Ergebnisse, welche erhalten wurden, wenn geringe Mengen an HF zu der 20 Gew.-% HCl Ätzlösung zugegeben wurden. Es wurde gefolgert, dass eine geringe Menge an HF verwendet werden sollte, wenn die gewünschte Oberflächentopographie erhalten werden soll. Die Oberflächen der 5C und 5D wurden der gleichen Behandlung unterworfen und zeigten im Wesentlichen die gleiche Oberfläche, obwohl die Proben C und D unterschiedliche Bearbeitungen und Wärmen aufwiesen. Daher wurde gefolgert, dass das Verfahren im Wesentlichen auf Ti 6/4 Legierungen anwendbar ist.
Bei dem zur Zeit bevorzugten Verfahren wird die Ti 6/4 Legierung in eine wässrige Lösung aus Fluorwasserstoffsäure über einen Zeitraum eingetaucht, welcher notwendig ist, um das native Oxid zu entfernen, während kein wesentlicher Anteil des Metalls entfernt wird. Eine bevorzugte Lösung, welche für den kommerziellen Einsatz geeignet ist, würde 7,9 bis 9,0 Gew.-% HF enthalten. Es können jedoch mehr oder weniger konzentrierte Lösungen verwendet werden, bei einer geeigneten Einstellung der Dauer der Aussetzung, vorausgesetzt, dass das native Oxid entfernt wird, um die Oberfläche für das nachfolgende Ätzen herzustellen, welches notwendig ist, um die gewünschte Oberflächentopographie zu erzeugen.
Der Ätzschritt taucht die Ti 6/4 Legierung, von welcher das native Oxid entfernt wurde, bei Raumtemperatur in eine wässrige Lösung ein, enthaltend ungefähr 0,053 bis 0,105 Gew.-% NF und 19-21 Gew.-% HCl. Es hat sich herausgestellt, dass solche Lösungen die gewünschte Oberflächentopographie auf der Ti 6/4 Legierung innerhalb von ungefähr 20 Minuten erzeugen, wobei nur Umgebungstemperaturen verwendet werden. Ferner nimmt man an, dass es möglich ist, die Säurekonzentrationen, Temperatur und Dauer der Aussetzung einzustellen, während immer noch die gewünschte Oberfläche erhalten wird. Man nimmt an, dass entsprechende Ergebnisse in dem breiteren Bereich von 0,005 bis 1,0 Gew.-% NF und 10-30 Gew.-% HCl erhalten werden können.
Zahnimplantate
Das Ätzverfahren der Erfindung kann verwendet werden, um die Oberfläche von verschiedenen Arten von Zahnimplantaten vorzubereiten. Ein typisches Beispiel ist in 6 dargestellt. Das Implantat 10 wird in ein vorgebohrtes Loch in dem Knochen des Patienten eingeführt, um die Wurzel des fehlenden Zahnes zu ersetzen. Der Gewindebereich 12 steht mit dem Knochen im Eingriff, während wenigstens etwas des oberen Bereichs 14 mit dem Gewebe in Kontakt steht. In vielen Fällen wird das Ätzverfahren auf den Gewindebereich 12 des Implantats 10 angewandt, während der obere Bereich 14, von welchem in 6 gezeigt wird, dass er einen Kopfbereich 16, um mit einer Zahnprothesenkomponente im Eingriff zu stehen, und einen Halsbereich 18 umfasst, relativ glatt bleibt. In einigen Fällen kann die aufgeraute Oberfläche in den Hals- und Kopfbereich ausgedehnt werden oder sogar auf die Oberseite des Implantats 10.
In anderen Fällen wird nun ein Bereich des Gewindes aufgeraut, um die Osseointegration des Metalls mit dem Knochen zu verbessern, während der obere Bereich des mit Gewinde versehenen Bereichs relativ glatt verbleibt.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung einer gleichmäßig aufgerauten Oberfläche auf einer Titan 6/4 Legierung für den Kontakt mit lebenden Knochen, umfassend: (a) Entfernen des nativen Oxids von der Titan 6/4 Legierung, um das Metall bloßzulegen; (b) Kontaktieren des bloßgelegten Metalls mit einer wässrigen Lösung aus Fluorwasserstoffsäure und Chlorwasserstoffsäure für einen geeigneten Zeitraum, um die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit herzustellen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit eine aufgeraute Oberfläche ist mit Unregelmäßigkeiten mit Spitze-zu-Tal-Höhen von weniger als 10 μm (10 Mikron).
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die aufgeraute Oberfläche Entfernungen von Spitze-zu-Spitze von 1 bis 3 μm hat.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das native Oxid durch Kontaktieren der Titan 6/4 Legierung mit einer wässrigen Lösung aus Fluorwasserstoffsäure für einen geeigneten Zeitraum entfernt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, worin die wässrige Lösung 7,9 bis 9 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure enthält.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, worin die wässrige Lösung 0,005 bis 1 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure und 10 bis 30 Gew.-% Chlorwasserstoffsäure enthält.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, worin die wässrige Lösung 0,0845 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure und 20 Gew.-% Chlorwasserstoffsäure enthält.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die wässrige Lösung weiterhin Nitriersäure umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend: (a) Entfernen des nativen Oxids von der Titan 6/4 Legierung, um Metall bloßzulegen, durch Kontaktieren der Legierung mit einer wässrigen Lösung aus Fluorwasserstoffsäure für einen geeigneten Zeitraum; (b) Spülen der Legierung nach der Entfernung des nativen Oxids in (a); (c) Kontaktieren des bloßgelegten Metalls mit einer wässrigen Lösung aus Fluorwasserstoffsäure und Chlorwasserstoffsäure bei Raumtemperatur für einen geeigneten Zeitraum, um die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit zu bilden; (d) Spülen der in Schritt (c) erhaltenen Oberfläche, um verbliebene wässrige Lösung aus (c) zu entfernen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, worin die wässrige Lösung aus Schritt (a) 7,9 bis 9 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure enthält.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10, worin die wässrige Lösung aus Schritt (a) 8,45 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure enthält.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, worin die wässrige Lösung aus Schritt (c) 0,005 bis 1,0 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure und 10 bis 30 Gew.-% Chlorwasserstoffsäure enthält.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, worin die wässrige Lösung aus Schritt (c) 0,053 bis 0,105 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure und 19 bis 21 Gew.-% Chlorwasserstoffsäure enthält.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, worin die wässrige Lösung aus Schritt (c) 0,0845 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure und 20 Gew.-% Chlorwasserstoffsäure enthält.
Ein Zahnimplantat einer Titan 6/4 Legierung zum Kontakt mit lebenden Knochen, umfassend: a. Eine Kopfsektion zur Befestigung von Zahnprothesenkomponenten; b. eine Gewindesektion zum Kontakt mit lebenden Knochen; c. eine Halssektion zwischen der Kopfsektion und der Gewindesektion; wobei mindestens ein Teil der Gewindesektion eine gewünschte aufgeraute Oberflächenbeschaffenheit hat, erhältlich durch Ätzen der Gewindesektion mit einer wässrigen Lösung aus Fluorwasserstoffsäure und Chlorwasserstoffsäure.
Das Zahnimplantat gemäß Anspruch 15, worin natives Oxid des Gewindeteils vor dem Ätzen mit einer wässrigen Lösung aus Fluorwasserstoffsäure und Chlorwasserstoffsäure entfernt wird.
Das Zahnimplantat gemäß Anspruch 16, worin natives Oxid durch Kontaktieren der Gewindesektion mit einer wässrigen Lösung aus Fluorwasserstoffsäure entfernt wird.
Das Zahnimplantat gemäß Anspruch 17, worin die wässrige Lösung 7,9 bis 9 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure enthält.
Das Zahnimplantat gemäß Anspruch 15, worin die wässrige Lösung 0,005 bis 1 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure und 10 bis 30 Gew.-% Chlorwasserstoffsäure enthält.
Das Zahnimplantat gemäß Anspruch 19, worin die wässrige Lösung 0,0845 Gew.-% Fluorwasserstoffsäure und 20 Gew.-% Chlorwasserstoffsäure enthält.