EP1515759B1

An osteointegrative interface for implantable prostheses and method for its manufacture

Abstract

The present invention relates to an osteointegrative interface for implantable prostheses and to a method for the treatment of the osteointegrative interface (1); the method can modify the surface of the osteoingrative interface, which is made of transition metals such as titanium, tantalum and their alloys, in order to produce so-called "biomimetic" surfaces which have innovative compositional and morphological characteristics, and is based on the use of an anodic spark deposition (ASD) anodizing technique performed firstly in a Ca-GP solution and subsequently in a Ca (OH)2 solution.

EP1515759B1, drawing sheet 1
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Expired 30 May 2023, 3.3 years ago.

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14 claims: 14 independent, 0 dependent

  1. 1
    A biomimetic osteointegrative interface comprising a substrate (3) of biocompatible material such as titanium, tantalum, or their alloys, characterized in that it comprises, on the surface (3bis) of the substrate (3), a first layer (4) having a first concentration of oxide of the biocompatible material, enriched with a second concentration of phosphorus and with a third concentration of calcium, the ratio between the concentration of calcium and the concentration of phosphorus being greater than two, the biomimetic osteointegrative interface (1) further comprising a second layer (5) having a first surface (10) in contact with the first layer (4), and a second surface (11), the second layer (5) having a fourth concentration of oxide enriched with a fifth concentration of calcium and a sixth concentration of phosphorus, the fourth concentration being less than the fifth and sixth concentrations and the ratio between the fifth concentration of calcium and the sixth concentration of phosphorus being no less than three. Biomimetische osteointegrative Grenzfläche, umfassend ein Substrat (3) aus biokompatiblem Material wie beispielsweise Titan, Tantal oder deren Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass es auf der Oberfläche (3bis) des Substrats (3) eine erste Schicht (4) umfasst, die eine erste Konzentration an Oxid des biokompatiblen Materials aufweist, angereichert mit einer zweiten Konzentration an Phosphor und mit einer dritten Konzentration an Calzium, wobei das Verhältnis zwischen der Konzentration an Calzium und der Konzentration an Phosphor größer als zwei ist, wobei die biomimetische osteointegrative Grenzfläche (1) femer eine zweite Schicht (5) mit einer ersten Oberfläche (10) in Kontakt mit der ersten Schicht (4) und eine zweite Oberfläche (11) aufweist, wobei die zweite Schicht (5) eine vierte Konzentration an Oxid, angereichert mit einer fünften Konzentration an Calzium und einer sechsten Konzentration an Phosphor aufweist, wobei die vierte Konzentration niedriger als die fünfte und die sechste Konzentration ist und das Verhältnis zwischen der fünften Konzentration an Calzium und der sechsten Konzentration an Phosphor nicht kleiner als drei ist. Interface d'ostéointégration biomimétique comprenant un substrat (3) de matériau biocompatible tel que le titane, le tantale, ou leurs alliages, caractérisé en ce qu'il comprend, sur la surface (3 bis) du substrat (3), une première couche (4) ayant une première concentration d'oxyde du matériau biocompatible, enrichie avec une deuxième concentration de phosphore et avec une troisième concentration de calcium, le rapport entre la concentration de calcium et la concentration de phosphore étant supérieur à deux, l'interface d'ostéointégration biomimétique (1) comprenant en outre une deuxième couche (5) ayant une première surface (10) en contact avec la première couche (4), et une deuxième surface (11), la deuxième couche (5) ayant une quatrième concentration d'oxyde enrichie avec une cinquième concentration de calcium et une sixième concentration de phosphore, la quatrième concentration étant inférieure à la cinquième et à la sixième concentrations et le rapport entre la cinquième concentration de calcium et la sixième concentration de phosphore étant non inférieur à trois.
  2. 2
    A biomimetic osteointegrative interface according to Claim 1, characterized in that the second layer (5) has a gradient of the fifth calcium concentration and of the sixth phosphorus concentration which gradient increases from the first surface (10) towards the second surface (11) of the second layer (5). Biomimetische osteointegrative Grenzfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (5) einen Gradienten der fünften Calzium-Konzentration und der sechsten Phosphor-Konzentration aufweist, der von der ersten Oberfläche (10) in Richtung der zweiten Oberfläche (11) der zweiten Schicht (5) hin ansteigt. Interface d'ostéointégration biomimétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième couche (5) a un gradient de la cinquième concentration de calcium et de la sixième concentration de phosphore, lequel gradient augmente depuis la première surface (10) vers la deuxième surface (11) de la deuxième couche (5).
  3. 3
    A biomimetic osteointegrative interface according to Claim 2, characterized in that the second layer (5) is hydrated and has -OH hydroxyl chemical coupling groups suitable for forming a plurality of nucleation centres (12). Biomimetische osteointegrative Grenzfläche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (5) hydratisiert ist und chemische -OH Hydroxyl-Kopplungsgruppen aufweist, die zur Bildung einer Vielzahl von Keimbildungszentren (12) geeignet sind. Interface d'ostéointégration biomimétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième couche (5) est hydratée et possède des groupes de couplage chimique hydroxyle -OH convenables pour former une pluralité de centres de nucléation (12).
  4. 4
    A method for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface on a substrate of biocompatible metal such as titanium, tantalum, or their alloys, comprising the following series of steps:a) performing a first ASD anodic deposition treatment of the osteointegrative interface (1) in a calcium glycerophosphate solution,b) performing a second ASD anodic deposition treatment of the osteointegrative interface (1) in a calcium hydroxide solution, andc) performing an immersion of the osteointegrative interface (1) in a potassium hydroxide solution. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration sur un substrat de métal biocompatible tel que le titane, le tantale, ou leurs alliages, comprenant la série d'étapes suivantes : a) exécution d'un premier traitement par dépôt anodique ASD de l'interface d'ostéointégration (1) dans une solution de glycérophosphate de calcium,b) exécution d'un deuxième traitement par dépôt anodique ASD de l'interface d'ostéointégration (1) dans une solution d'hydroxyde de calcium, etc) exécution d'une immersion de l'interface d'ostéointégration (1) dans une solution d'hydroxyde de potassium. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche auf einem Substrat aus biokompatiblem Metall wie beispielsweise Titan, Tantal oder deren Legierungen, welches die folgende Abfolge von Schritten umfasst: a) Durchführen einer ersten ASD anodischen Ablagerungsbehandlung der osteointegrativen Grenzfläche (1) in einer Calziumgycerophosphat-Lösung,b) Durchführen einer zweiten ASD anodischen Ablagerungsbehandlung der osteointegrativen Grenzfläche (1) in einer Calziumhydroxid-Lösung, undc) Eintauchen der osteointegrativen Grenzfläche (1) in einer Kaliumhydroxid-Lösung.
  5. 5
    A method -for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface on a substrate of biocompatible metal such as titanium, tantalum, or their alloys, comprising the following series of steps:a) performing a first ASD anodic deposition treatment of the osteointegrative interface (1) in a calcium glycerophosphate solution,b) performing a second ASD anodic deposition treatment of the osteointegrative interface (1) in a calcium hydroxide solution, andc) performing an immersion of the osteointegrative interface (1) in a sodium hydroxide solution. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration sur un substrat de métal biocompatible tel que le titane, le tantale, ou leurs alliages, comprenant la série d'étapes suivantes : a) exécution d'un premier traitement par dépôt anodique ASD de l'interface d'ostéointégration (1) dans une solution de glycérophosphate de calcium,b) exécution d'un deuxième traitement par dépôt anodique ASD de l'interface d'ostéointégration (1) dans une solution d'hydroxyde de calcium, etc) exécution d'une immersion de l'interface d'ostéointégration (1) dans une solution d'hydroxyde de potassium. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche auf einem Substrat aus biokompatiblem Metall wie beispielsweise Titan, Tantal oder deren Legierungen, welches die folgende Abfolge von Schritten umfasst: a) Durchführen einer ersten ASD anodischen Ablagerungsbehandlung der osteointegrativen Grenzfläche (1) in einer Calziumgycerophosphat-Lösung,b) Durchführen einer zweiten ASD anodischen Ablagerungsbehandlung der osteointegrativen Grenzfläche (1) in einer Calziumhydroxid-Lösung, undc) Eintauchen der osteointegrativen Grenzfläche (1) in einer Natriumhydroxid-Lösung.
  6. 6
    A method for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface according to Claim 4 or Claim 5, characterized in that the electrolytic solution containing calcium glycerophosphate has a concentration of 0.015 ± 0.005 M and a temperature T within a range where -1°C < T < +1°C. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que la solution électrolytique contenant le glycérophoephate de calcium a une concentration de 0,015 ± 0,005 M et une température T à l'intérieur d'une plage où -1°C < T < +1°C. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytische Lösung welche Calziumglycerophosphat enthält eine Konzentration von 0,015 ± 0,005 M und eine Temperatur T innerhalb eines Bereichs von -1°C < T < +1°C aufweist.
  7. 7
    A method for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface according to any one of Claims 4, 5 and 6, characterized in that the first ASD deposition takes place with a constant current equal to a first predetermined value and with a voltage increasing freely to a first final value. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration selon l'une quelconque des revendications 4, 5 et 6, caractérisé en ce que le premier dépôt ASD se déroule avec un courant constant égal à une première valeur prédéterminée et avec une tension qui s'élève librement jusqu'à une première valeur finale. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche nach einem der Ansprüche 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste ASD Ablagerung mit einem konstanten Strom der gleich einem ersten vorherbestimmten Wert ist und mit einer frei auf einen ersten Endwert ansteigenden Spannung erfolgt.
  8. 8
    A method for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface according to any one of Claims 4, 5, 6 and 7, characterized in that the electrolytic solution containing calcium hydroxide has a concentration of 0.1 ± 0.02 M and a temperature T within a range where 2°C < T < 8°C. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration selon l'une quelconque des revendications 4, 5, 6 et 7, caractérisé en ce que la solution électrolytique contenant l'hydroxyde de calcium a une concentration de 0,1 ± 0,02 M et une température T à l'intérieur d'une plage où 2°C < T < 8°C. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche nach einem der Ansprüche 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytische Lösung welche Calziumhydroxid enthält eine Konzentration von 0,1 ± 0,02 M und eine Temperatur T innerhalb eines Bereichs von 2°C < T < 8° C aufweist.
  9. 9
    A method for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface according to any one of Claims 4, 5, 6, 7 and 8, characterized in that the second ASD anodic deposition provides, for a first period of time, for a constant current equal to a second predetermined current value and for a voltage increasing freely to a second final value, and further provides, for a second period of time, for a current decreasing freely to a third value and for a constant voltage equal to a third predetermined voltage value. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration selon l'une quelconque des revendications 4, 5, 6, 7 et 8, caractérisé en ce que le deuxième dépôt anodique ASD produit, pendant une première période de temps, un courant constant égal à une deuxième valeur de courant prédéterminée et une tension qui s'élève librement jusqu'à une deuxième valeur finale, et produit en outre, pendant une deuxième période de temps, un courant qui retombe librement jusqu'à une troisième valeur et une tension constante égale à une troisième valeur de tension prédéterminée. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche nach einem der Ansprüche 4, 5, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite ASD anodische Ablagerung für einen ersten Zeitraum einen konstanten Strom, der gleich einem zweiten vorherbestimmten Stromwert ist und eine frei auf einen zweiten Endwert ansteigende Spannung vorsieht und dass sie femer für einen zweiten Zeitraum einen frei auf einen dritten Wert abfallenden Strom und eine konstante Spannung die gleich einem dritten vorherbestimmten Spannungswert ist, vorsieht.
  10. 10
    A method for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface according to any one of Claims 4, 6, 7 and 8, characterized in that the immersion in potassium hydroxide solution takes place for a period of at least t = 24 hours and a temperature T within a range where 59°C < T < 61°C. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration selon l'une quelconque des revendications 4, 6, 7 et 8, caractérisé en ce que l'immersion dans la solution d'hydroxyde de potassium se déroule pendant une période d'au moins t = 24 heures et à une température T à l'intérieur d'une plage où 59°C < T < 61°C. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche nach einem der Ansprüche 4, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintauchen in Kaliumhydroxid-Lösung für einen Zeitraum von wenigstens 24 Stunden und bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 59°C < T < 61° C erfolgt.
  11. 11
    A method for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface according to Claim 7, characterized in that the first predetermined voltage value is equal to about 350 V. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première valeur de tension prédéterminée est égale à environ 350 V. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche nach einem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorherbestimmte Spannungswert gleich etwa 350 V ist.
  12. 12
    A method - for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface according to Claims 7 and 9, characterized in that the first and second predetermined current values are identical and are equal to about 70 A/m2. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration selon les revendications 7 et 9, caractérisé en ce que la première et la deuxième valeurs de courant prédéterminées sont identiques et sont égales à environ 70 A/m2. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite vorherbestimmte Stromendwert identisch sind, und dass sie gleich etwa 70 A/m2 sind.
  13. 13
    A method for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface according to Claim 9, characterized in that the second and third final voltage values are identical and are equal to about 370 V. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration selon la revendication 9, caractérisé en ce que la deuxième et la troisième valeurs de tension finales sont identiques et sont égales à environ 370 V. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und der dritte Spannungsendwert identisch sind, und dass sie gleich etwa 370 V sind.
  14. 14
    A method for the biomimetic treatment of an osteointegrative interface according to Claim 9 or Claim 11, characterized in that the third predetermined current value is equal to half of the second predetermined current value and is equal to about 35 A/m2. Procédé pour le traitement biomimétique d'une interface d'ostéointégration selon la revendication 9 ou la revendication 11, caractérisé en ce que la troisième valeur de courant prédéterminée est égale à la moitié de la deuxième valeur de courant prédéterminée et est égale à environ 35 A/m2. Verfahren zur biomimetischen Behandlung einer osteointegrativen Grenzfläche nach Anspruch 9 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte vorherbestimmte Stromwert halb so groß ist wie der zweite vorherbestimmte Stromwert, und dass er gleich etwa 35 A/m2 ist.