Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik Silber-oder silberhaltige Beschichtungen zur antiinfekti- ösen Ausstattung von Kurzzeitimplantaten, wie Kathetern, sind klinisch bereits angewendete Verfahren, und die anti- bakterielle Wirkung ist aus der Literatur bekannt [1-3].

Die antibakterielle Wirkung von Kupfer bzw. Kupferionen wurde bis jetzt hauptsächlich anhand von metallischen Fil- men, also an reinen Kupferoberflächen untersucht [4]. Eine Verwendung von elementarem Kupfer als Beimengung wird für eine antibakterielle Wandfarbe beschrieben [5]. Die Eluti- on von Kupferionen aus Kupfer-Thiomolybdatkomplexen in das Blut von Ratten wird von Komatsu, et al. beschrieben [6].

Kupferhaltige Titanoxidschichten, die durch thermische 0- xidation einer kupferhaltigen Titanlegierung erhalten wer- den, werden in den japanischen Offenlegungsschriften

JP9118987 und JP9249981 offenbart. Bei diesen Verfahren handelt es sich aber nicht um eigentliche Beschichtungs- verfahren bzw. Beschichtungen, sondern es wird lediglich die Oberfläche von kupferhaltigen Titanlegierungen durch Säurebehandlung verändert. Die französische Patentanmel- dung FR2780417 beschreibt ein ähnliches Verfahren, wobei jedoch die Oberfläche der behandelten Legierung vor der Oxidation zu einer Oberflächenoxidschicht mit einer oxi- dierenden Mineralsäure behandelt wird. Die Herstellung von biokompatiblen Titanoxid-Beschichtungen aus Nanosuspensio- nen, sog. Solen, ist beispielsweise aus [7] und [8] be- kannt.

In klinischen Umgebungen sind bakterielle Verunreinigungen eine latente und nicht zu vermeidende Gefahr, insbesondere im chirurgischen Bereich, z. B. bei operativen Eingriffen am Patienten. Vor allem bei der Einbringung von Fremdkör- pern (Implantate wie Katheter, Osteosyntheseplatten, En- doprothesen usw. ) findet direkt nach der Implantation ein in der Literatur als"race for the surface"beschriebener Vorgang statt [11]. Dabei kommt es zu einem Wettlauf zwi- schen den körpereigenen Zellen und den während der Opera- tion mit eingebrachten Mikroorganismen um die Besiedelung der zunächst sterilen Implantatoberflächen. Kommt es zu einer übermäßigen Erstbelegung mit Bakterienzellen auf der Implantatoberfläche und Ausbildung einer manifesten Infek- tion, werden dadurch die Immunmechanismen des menschlichen Körpers in Gang gesetzt, und das Implantat wird möglicher- weise abgestoßen. Von Bakterien besiedelte Implantate müs- sen in den meisten Fällen zur Therapie der Infektion ent- fernt werden, da selbst hohe Konzentrationen wirksamer An- tibiotika keine komplette Eradikation adherierender Bakte- rien erreichen [12, 13]. Werden die Implantatoberflächen

jedoch stark toxisch gestaltet, so wird gleichzeitig auch eine Belegung mit körpereigenen Zellen, die für die Integ- ration des Implantats notwendig ist, verhindert. Dies ist insbesondere bei Langzeitimplantaten, wie Hüftendoprothe- sen, ein unerwünschter Effekt. Eine Besiedelung mit vita- len Körperzellen fördert die Integration des Implantates und erschwert eine Infektion.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtung für Implantate bereitzustellen, welche das Wachstum eingeschleppter Mikroorganismen auf diesen Imp- lantaten, insbesondere das Wachstum von Bakterien, verhin- dert und im Anschluss daran für körpereigene Zellen eine biokompatible Oberfläche zur Verfügung stellt.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine Verfahren gemäß An- spruch 1 und ein gemäß diesem Verfahren herstellbares Imp- lantat gelöst. Erfindungsgemäß ist auch die Verwendung des Implantats für die Implantation in Patienten umfasst. Wei- tere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Beschreibung Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Metallionen enthaltenden, biokompatiblen Titanoxid- Beschichtung auf einem Implantat bereitgestellt, mit dem ein Implantat herstellbar ist, bei dem die Metallionen un- ter physiologischen Bedingungen aus der Beschichtung in die Umgebung abgegeben werden und wobei die Metallionen homogen in der Beschichtung verteilt sind.

Unter Implantat ist erfindungsgemäß ein Substrat zu ver- stehen, dass dafür geeignet ist, in einen Patienten im- plantiert zu werden. Beispiele für Implantate sind Kathe- ter, Osteosynthesematerial, Endoprothesen, Fixateurs ex- ternes/internes, Nägel, Schrauben und/oder Drähte, Herz- klappen, künstliche Blutgefäße und Shunts, gesichtschirur- gische/plastische Implantate, Mittelohrimplantate, Dental- implantate, etc.

Nach dem Stand der Technik werden Titanoxid-Beschichtungen durch Oxidation von Titan bei erhöhten Temperaturen oder beispielsweise durch Plasmaspritzmethoden hergestellt. Hierbei ist es nicht möglich, eine homogene Einbringung von Metallionen zu erreichen. Beispielsweise werden mit bekannten physikalischen Beschichtungsverfahren wie PVD (Physical Vapour Deposition) keine gleichmäßigen, sondern stets inselförmige Abscheidungen auf Oberflächen erzeugt, wodurch sich das Risiko einer lokalen Toxizität ergibt.

Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Einbringung von Metallen oder Metallionen in eine Matrix wurden diese stets in Form mikrometergroßer Pulver oder ebenso dimensionierter salzartiger Verbindungen in pulver- metallurgischer Art und Weise zu Pulvern zugemischt und trocken verpresst, wobei eine nur inhomogene Verteilung des Materials in der Suspension und damit auch im fertigen Material erreicht wird [9,10].

Die vorliegende Erfindung betrifft dagegen eine Titanoxid- Beschichtung bzw. ein mit einer Titanoxid-Beschichtung versehenes Implantat, wobei in der Beschichtung Metallio- nen enthalten sind, die homogen in der Beschichtung ver- teilt sind und unter physiologischen Bedingungen eluierbar sind. Die Metallionen liegen dabei in einer solchen Kon-

zentration in der Beschichtung vor, dass diese zunächst unter physiologischen Bedingungen eine antimikrobielle bzw. antibakterielle Wirkung durch die darin enthaltenen Metallionen entfalten kann, ohne dabei körpereigene Zellen wesentlich zu schädigen. Bei der zunächst vorliegenden Konzentration dieser Ionen in der Beschichtung werden die- se unter physiologischen Bedingungen herausgelöst, so dass sie an der Beschichtungsoberfläche ihre antimikrobielle Wirkung entfalten können.

Unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen sind erfindungsgemäß Bedingungen zu verstehen, die in der Umgebung eines in einen Patienten implantierten Implantats vorherrschen können. Der Begriff umfasst erfindungsgemäß sämtliche Körperflüssigkeiten, die mit einem solchen im- plantierten Implantat in Kontakt kommen, aber auch sonsti- ge Pufferlösungen, welche als Ersatz für Körperflüssigkei- ten eingesetzt werden, wie z. B. eine physiologische Koch- salzlösung, Phosphat-gepuffertes Kochsalz (PBS) und ähnli- ches.

Nach einiger Zeit sinkt die Konzentration in der Beschich- tung so weit ab, dass die antimikrobielle bzw. antibakte- rielle Wirkung nicht mehr auftritt und die verbleibende Schicht nunmehr für körpereigene Zellen uneingeschränkt kompatibel ist. Die antibakterielle Wirkung kann dabei zu- sätzlich durch die Steuerung der Schichtzusammensetzung genau dosiert werden. So kann es beispielsweise sinnvoll sein, Implantate für besonders infektionsgefährdete Imp- lantatlager mit einer höheren Metallionenkonzentration zu versehen (z. B. Marknägel im Rahmen von offenen Knochen- brüchen, Fixateur externe mit Steinmann-Nägel oder Pins bei Osteomyelitis, temporäre Spacer bei infizierten En-

doprothesen im Rahmen von sog. zweizeitigen Wechselein- griffen). Die Konzentration an Metallionen darf eine toxi- sche Konzentration jedoch nicht überschreiten, da sonst eine Schädigung des Wirtsorganismus erfolgen würde. Ande- rerseits sollte die Grenzkonzentration der antibakteriel- len Wirkung nicht unterschritten werden, bis die bei der Implantation eingeschleppten Bakterien abgestorben sind.

Allgemein können die Konzentrationen an Metallionen in der Titanoxid-Beschichtung bevorzugt 0,1-20 Gew. -%, bezogen auf die Gesamtbeschichtung, betragen, bevorzugt 5-15 Gew. %, noch bevorzugter 10-12 Gew.-%.

Unter Titanoxid ist erfindungsgemäß im wesentlichen Titan- dioxid zu verstehen. Es ist jedoch auch Titanoxid mit an- deren Wertigkeiten des Titan erfindungsgemäß umfasst, so- wie Mischungen hiervon mit Titandioxid, solange diese Ti- tanoxide keine nachteilige Wirkung hinsichtlich der Bio- kompabilität und Toxizität aufweisen.

Die Dicke der erfindungsgemäßen Titanoxid-Beschichtung liegt im Bereich von einigen Hundert Nanometern, bevorzugt ca. 50 bis 1000 nm, bevorzugter 50-200 nm, noch bevor- zugter 130-170 nm, am bevorzugtesten etwa 150 nm.

Als Implantate können erfindungsgemäß metallische Implan- tate, Implantate aus Metalllegierungen, Kunststoffe, Glä- ser, keramische Implantate, Verbundwerkstoffe oder Kombi- nationen aus diesen verwendet werden. Beispiele für bevor- zugte Implantate sind Katheter, Osteosyntheseplatten, En- doprothesen, Fixateurs externes/internes, Nägel, Schrauben und/oder Drähte, Herzklappen, künstliche Blutgefäße und

Shunts, gesichtschirurgische/plastische Implantate, Mit- telohrimplantate und Dentalimplantate.

Beispiele für Metalle und Metalllegierungen, die erfin- dungsgemäß bevorzugt eingesetzt werden können, sind Titan, Stahl, Eisen und/oder Stahl-, Eisen-, Titanlegierungen, Kobalt-Chrom-Basislegierungen und/oder Osteosynthesestahl, bevorzugt AISI316L). Besonders bevorzugt sind Titanlegie- rungen. Unter den Titanlegierungen sind TiA16V4 und Ti- A16Nb7 besonders bevorzugt.

Beispiele für Kunstoffe, die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt werden können, sind Polymere wie Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyethylenterephtha- lat, Polyamide, Polyurethane, Polysiloxane, Polysiloxan- Elastomere, Polyetheretherketon und Polysulfon.

Beispiele für keramische Materialien, die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt werden können, sind Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Hydroxylapatit, Gläser und Glaskeramiken.

Es ist erfindungsgemäß notwendig, dass die Metallionen in der Titanoxid-Beschichtung homogen verteilt sind, da menschliche Zellen und Bakterien sehr empfindlich auf Kon- zentrationsgradienten reagieren und deshalb bei einer lo- kalen Verteilung bzw. Konzentrierung im Mikrometermaßstab eine gleichmäßige Wirkung über die gesamte Fläche der Be- schichtung nicht garantiert ist. Unter homogen ist erfin- dungsgemäß also zu verstehen, dass die Metallionen im we- sentlichen molekular bzw. atomar verteilt vorliegen und im wesentlichen keine Aggregate bilden, die. einen Durchmesser von wenigen Nanometern übersteigen.

Eine solche homogene Verteilung kann erfindungsgemäß er- reicht werden, indem zur Herstellung der Titanoxid- Beschichtung auf dem Implantat eine Beschichtungszuberei- tung bzw.-suspension hergestellt und zum Aufbringen auf das Implantat verwendet wird, in der Metallionen gelöst sind.

,..

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschichtung von Sub- straten bzw. Implantaten weist die folgenden Schritte auf.

Zunächst wird eine Zubereitung, die als eine dünnflüssige Suspension, ein sogenanntes Sol, enthaltend ein organi- sches Lösungsmittel, einen metallorganischen Titanoxid- Precursor sowie wahlweise Wasser und/oder eine Säure, be- vorzugt eine mineralische Peptisiersäure, hergestellt und mit Metallverbindungen (Metallsalze und/oder metallorgani- sche Verbindungen) versetzt wird. Unter Sol ist erfin- dungsgemäß eine kolloidale Lösung zu verstehen, in der ein fester oder flüssiger Stoff in feinster, d. h. im wesentli- chen in molekularer bzw. atomarer Verteilung ohne Aggre- gatbildung in einem flüssigen Medium dispergiert ist. Er- findungsgemäß sind die Metallsalze und/oder Metallverbin- dungen in dem Sol bevorzugt vollständig gelöst. Das Sol kann auch als Nanosuspension bezeichnet werden, da die Me- tallverbindungen oder-ionen im Nanometerbereich verteilt vorliegen.

Anschließend erfolgt das Aufbringen der so hergestellten Zubereitung auf ein Implantat und ein Trocknen der aufge- brachten Beschichtung. Wahlweise kann sich ein Trocknungs- schritt bei 100-1000°C anschließen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren konnte eine Titan- oxid-Beschichtung bzw. ein Implantat mit einer Titanoxid-

Beschichtung bereitgestellt werden, wobei die Metallionen mit antimikrobieller Wirkung unter physiologischen Bedin- gungen herauslösbar sind, wobei eine antimikrobielle Wir- kung insbesondere im nahen Bereich der Titanoxid- Beschichtung erzielt werden kann. Nach einer gewissen Zeit, wenn die antimikrobiell wirkenden Metallionen im we- sentlichen herausgelöst sind, nimmt die antimikrobielle Wirkung der Beschichtung ab und das Implantat wird vom Körpergewebe integriert, ist also biokompatibel. Die er- findungsgemäßen Implantate sind damit besonders zur Im- plantation in Patienten geeignet. Bekannte kupferhaltige Materialien behalten dagegen ihre antimikrobielle Wirkung über den gesamten Einsatzzeitraum, was zu einer chronisch entzündlichen Reaktion mit fehlender Integration führt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine definierte Abga- be von z. B. Kupfer über einen einstellbaren Zeitraum, um die Proliferation von am Implantat haftenden Bakterien zu stoppen, ohne die anhaftenden körpereigenen Zellen übermä- ßig zu schädigen. Danach stellt die Beschichtung aber ein biokompatibles Material dar, das ein Anwachsen von körper- eigenem Gewebe an das Implantat zulässt.

Metallverbindungen sind bevorzugt lösliche Salze oder me- tallorganische Verbindungen oder Komplexe daraus. Diese werden in definierter Menge in die dünnflüssige Suspension bzw. das Sol eingebracht und gelöst.

Anschließend wird dieses nahezu wasserflüssige Gemisch auf das Substrat aufgebracht. Dies kann durch Tauchbeschich- tung, Spin-Coaten, Rakeln, Drucken oder Aufsprühen oder andere Verfahren gemäß dem Stand der Technik geschehen.

Die in dem Gemisch enthaltenen Titanoxid-Precursor sind bevorzugt vierfach koordinierte Titanverbindungen mit sau- erstoffverbrückten linearen oder verzweigten Alkylresten mit einer bevorzugten Kettenlänge von C2 bis C5. An Stelle oder zusätzlich können ungesättigte Alkylreste (Alkenyl- reste) und/oder Sauerstoff-und/oder Stickstoff-haltige Alkylreste bzw. Alkenylreste erfindungsgemäß für spezielle Anwendungen wie W-Härtbarkeit ebenfalls verwendet werden, die ebenfalls bevorzugt 2 bis 5 C-Atome, aber auch längere Alkylketten bis C-12, aufweisen. Beispiele für geeignete sauerstoffverbrückte Alkylreste sind insbesondere Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, Isobutyl-, n-Pentyl- und/oder Isopentylreste.

Beispiele für geeignete Alkenylreste sind Acrylate, Me- thacrylate oder längerkettige Alkylketten oder verzweigte Alkylketten, die Doppelbindungen tragen. Die bevorzugte Kettenlänge der Hauptkette beträgt C2 bis C12, die der Seitenketten C2 bis C6.

Beispiele für geeignete 0-substituierte und N- substituierte Alkyl-und/oder Alkenylreste sind kohlen- stoffkettenbasierte Reste, die den bereits beschriebenen Anforderungen genügen, zusätzlich jedoch Ether-, Keto-o- der Aminogruppen enthalten.

Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Titanoxid- Precursor sind Tetrabutoxytitanat, Titanisobutoxytitanat, Titantetrapropylat, Titantetraisopropylat, Titantetraace- tylacetonat, Titantetraethoxytitanat.

Als organisches Lösungsmittel werden bevorzugt lineare o- der verzweigte Alkohole mit Kettenlängen von 2 bis 8 Koh-

lenstoffatomen verwendet, z. B. Ethanol, Propanol, Isopro- pylalkohol, n-Butanol, sec-Butanol oder Kombinationen aus den genannten Alkoholen, wobei Ethanol und n-Butanol be- sonders bevorzugt sind. Weitere organische Lösungsmittel, die erfindungsgemäß einsetzbar sind, sind cyclische, aro- matische und/oder heteroaromatische Kohlenwasserstoffe o- der deren Derivate, bspw. Cyclopentan, Cyclohexan, Benzol, Toluol, Tetrahydrofuran oder Dioxan, wobei Benzol, Toluol und/oder Tetrahydrofuran besonders bevorzugt sind. Das or- ganische Lösungsmittel kann vom Fachmann entsprechend dem verwendeten Metallsalz oder der metallorganischen Verbin- dung gewählt werden.

Wahlweise kann in der Zubereitung Wasser und/oder eine Säure, vorzugsweise eine mineralische Peptisiersäure, ent- halten sein.

Als mineralische Peptisiersäure wird bevorzugt Salpeter- säure verwendet. Es können jedoch zusätzlich oder statt- dessen andere Peptisiersäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäu- re, Phosphorsäure, oder organische Säuren wie Zitronensäu- re oder Essigsäure eingesetzt werden.

Bei Verwendung einer Säure bzw. Peptisiersäure beträgt die Konzentration der Säure bzw. Peptisiersäure bevorzugt 1 bis 50 mol% des eingesetzten Titanoxid-Precursors, bevor- zugter 2 bis 20 mol%, noch bevorzugter 8 bis 10 mol%.

Die Konzentration des Lösungsmittels beträgt bevorzugt das 5 bis 50-fache der Molmenge des Titanoxid-Precursors, be- vorzugter das 15 bis 40-fache, noch bevorzugter das 20 bis 35-fache.

Der Anteil der Metallverbindungen entspricht bevorzugt ei- ner Kaltsättigung der Beschichtungslösung. Entsprechende Verdünnungen sind stufenlos möglich und werden dem Anwen- dungsfall angepasst. Ebenfalls bevorzugt wird die Metalli- onen-Konzentration in der Beschichtungs so gewählt, dass die aufgebrachte getrocknete und ggf. erhitzte Titanoxid- Beschichtung eine Metallionenkonzentration von 1- 20 Gew.-%, bevorzugt 5-15 Gew. %, noch bevorzugter 10- 12 Gew.-% aufweist.

Die in der Beschichtungszubereitung verwendeten Metallsal- ze und/oder metallorganischen Verbindungen weisen bevor- zugt ein-bis vierwertige Metallionen auf, bevorzugt Zink- , Queck-silber-, Vanadium-, Aluminium-, Titan-, Chrom-, Cadmium-, Zinn-, Blei-, Nickel und/oder Cobaltsalze, noch bevorzugter Calcium-, Magnesium-, Kupfer-, Zink-und/oder Silbersalze. Als Gegenionen können Nitrate, Sulfate, Car- bonate, Hydroxide, bevorzugt aber Acetate und Chloride eingesetzt werden. Erfindungsgemäße Beispiele sind z. B.

Kupferacetat, Kupferchlorid, Silberacetat.

Bei oder nach dem Aufbringen der oben beschriebenen Zube- reitung, vorzugsweise in Form eines Sols, auf das Substrat kann erfindungsgemäß erreicht werden, dass dieses durch Abdampfen des Lösungsmittels und/oder durch Einstellung von stöchiometrischen Eduktverhältnissen in ein verfestig- tes formbeständiges aber ein leicht deformierbares System bzw. ein Gel übergeht, wobei die Metallionen homogen echt gelöst in dem verfestigten System oder Gel vorliegen und damit im wesentlichen molekular dispergiert sind. Sol-Gel- Verfahren zur Beschichtung von Materialien sind an sich bekannt, nicht jedoch die erfindungsgemäße Abwandlung

hiervon zur Einbringung von eluierbaren Metallionen in die Beschichtung.

Anschließend erfolgt eine Trocknung, wonach die beschich- teten Implantate direkt verwendet werden können. Wahlweise erfolgt auch eine Wärmebehandlung bei Temperaturen von 100 bis 1000°C, für ungefähr 0,1-3 Stunden, bevorzugt 0,1- 1 Stunden die unter Sauerstoff-, Stickstoff-, Argon-oder Luftatmosphäre erfolgen kann. Diese nachfolgende Wärmebe- handlung erfolgt zur mechanischen Stabilisierung bzw. zur Verdichtung der Beschichtungen. Z. B. kann durch das Erhit- zen bei etwa 500°C bevorzugt eine Keramisierung der Be- schichtung erfolgen. Bei Kunststoffimplantaten erfolgt be- vorzugt ein weniger starkes Erhitzen.

Wahlweise erfolgt der Trocknungsschritt unter überkriti- schen Bedingungen, bevorzugt in einem Autoklaven. Unter "überkritischen Bedingungen", wie sie hierin genannt sind, ist bei festgelegtem Autoklavenvolumen ein Druck- Temperatur-Zeit Profil zu verstehen, bei welchem das ver- wendete Lösungsmittel ohne Ausbildung einer Phasengrenze durch Dichteerniedrigung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand jenseits des physikalisch definierten kritischen Punktes gebracht wird und so aus der Schicht entfernt wird.

Die besonderen Vorteile dieses Verfahrens liegen in der Beibehaltung der geltypischen, nanometerskaligen Poren- struktur und damit der Schaffung einer sehr hohen spezifi- schen Oberfläche der Beschichtung. Dadurch ist es einer- seits möglich, die Ionenfreisetzungskinetik der Kupferio- nen zusätzlich zu beeinflussen und andererseits durch die Schaffung einer strukturierten, porösen Oberfläche das

Wachstum von Körperzellen wie z. B. Osteoblasten oder Fibroblasten positiv zu beeinflussen.

Wahlweise erfolgt auch eine Wärmebehandlung bei Temperatu- ren von 100 bis 1000°C, für ungefähr 0,1-3 Stunden, be- vorzugt 0, 1-1 Stunden die unter Sauerstoff-, Stickstoff- , Argon-oder Luftatmosphäre erfolgen kann. Diese nach- folgende Wärmebehandlung erfolgt zur mechanischen Stabili- sierung der Beschichtungen. Z. B. kann durch das Erhitzen bei etwa 500°C bevorzugt eine Keramisierung der Beschich- tung erfolgen. Bei Kunststoffimplantaten erfolgt bevorzugt ein weniger starkes Erhitzen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, durch Verdünnung bzw. Mehrfachbeschichtung, die Konzentration an Metallionen, bevorzugt Kupfer-und/oder Silberionen, in der Beschichtung genau einzustellen. Durch Mehrfachbe- schichtung kann die antimikrobielle Wirkung der Beschich- tung verstärkt werden, da dann eine größere Menge antibak- teriell wirkender eluierbarer Metallionen bereitgestellt werden kann. Bevorzugt ist eine Zweifach-bis Vierfachbe- schichtung.

Eine Mehrfachbeschichtung wird erfindungsgemäß herge- stellt, indem die Schritte zur Herstellung einer Titan- oxid-Beschichtung auf einem Implantat, d. h. Versetzen ei- ner Zubereitung, enthaltend ein organisches Lösungsmittel und einen metallorganischen Titanoxid-Precursor und wahl- weise Wasser und/oder eine Säure, mit Metallsalzen und/oder mit metallorganischen Verbindungen, um Metallio- nen homogen in der Zubereitung zu verteilen, Aufbringen der hergestellten Zubereitung auf ein Implantat und Trock- nen der aufgebrachten Beschichtung,

ein oder mehrmals wiederholt werden, so dass eine oder mehrere zusätzliche Titanoxid-Beschichtungen auf dem Imp- lantat erzeugt werden. Wahlweise kann jeweils nach der Durchführung der vorgenannten Verfahrensschritte ein Er- hitzen auf 100 bis 1000°C durchgeführt werden.

Vorzugsweise werden die Metallionen-Konzentrationen je- weils so variiert, dass die ein oder mehreren zusätzlich aufgebrachten getrockneten und ggf. erhitzten Beschichtun- gen unterschiedliche Metallionenkonzentrationen bzw. auch unterschiedliche Metallionen aufweisen, wobei die Metalli- onen-Konzentrationen jeweils besonders bevorzugt so vari- iert werden, dass die Metallionenkonzentration in den Be- schichtungen von den innen am Implantat liegenden Be- schichtungen hin zu den außen liegenden Beschichtungen ab- nehmen.

Die Vorteile dieser Vorgehensweise liegen in der genauen Einstellbarkeit der Freisetzungskinetik und damit verbun- den der einsatzortspezifischen Ausbildung der Beschich- tung. So ist es beispielsweise möglich, direkt nach der Implantation durch Einbringen des stark bakterizid wirken- den Silbers in die äußerste Schicht eine schnelle Keim- zahlreduktion zu erhalten. Durch eine spätere Elution von Kupfer aus innenliegenden Schichten wird anschließend die Keimzahl niedrig gehalten, ohne das Wachstum von an der Integration des Implantats im Körper beteiligten Zellen zu behindern.

Auch bei einer Mehrfachbeschichtung sind die Metallionen in den einzelnen Beschichtungen jeweils homogen verteilt.

Im Folgenden werden einige Beispiele beschrieben, die je- doch den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.

In den Beispielen wird auf folgende Figuren Bezug genom- men : Fig. 1 zeigt die Zellzahlentwicklung von S. aureus ATCC 25923 nach 24h Kultur auf unterschiedlichen Materialober- flächen.

Fig. 2 zeigt die Zellzahlentwicklung von Mausfibroblasten (L929) nach 24h Kultur auf unterschiedlichen Materialober- flächen.

Beispiele Beispiel 1 : Beschichtung 69,5 g Tetrabutoxytitanat werden in 500 g n-Butanol bei RT gelöst und unter Inertgasbedingungen 2 h gerührt. Dann wird bis zur Kaltsättigung portionsweise Kupferacetat zu- gegeben. Der Überstand wird vom Bodensatz abgezogen und als Beschichtungslösung verwendet.

Die Beschichtung erfolgt durch Tauchen des Probekörpers TiA16V4, Glas oder Kunststoff mit einer Abzugsgeschwin- digkeit von 1,5 mm/s. Anschließend wird bei Raumtemperatur lh getrocknet und die Beschichtung bei 500 °C 10 min kera- misiert.

Bei der Beschichtung von Kunststoff fällt der Keramisie- rungsschritt weg, dafür wird nach dem Trocknen 1 h bei 120 °C getempert.

Beispiel 2 : Darstellung der Wirkungsweise Um die Wirkungsweise der antibakteriellen Beschichtung zu demonstrieren wurden einerseits Untersuchungen an klinisch relevanten Bakterienstämmen (Staphylococcus aureus : ATCC25923, MRSA27065 und Staphylococcus epidermidis : ATCC35984, RP62a, SE 183) und andererseits an Bindegewebs- zellen (L929, Mausfibroblasten) und foetalen Osteoblasten (MC3T3-E1) durchgeführt. Als Probenmaterial dienten erfin- dungsgemäß antibakteriell beschichtete TiA16V4 Plättchen (Durchmesser 14,5 mm, Dicke 1 mm). Zur direkten Vergleich- barkeit wurden die Versuche mit Zellen und Bakterien im gleichen Zellkulturmedium unter gleichen Bedingungen durchgeführt (Kulturmedium : 90% RPMI 1640 (= 2,05mM gluta- minhaltiges Serum), 10% FKS (fötales Kälberserum) ; Inkuba- tion : 24h, 37°C, 5% C02, statische Kultur, Dunkelheit).

Zell-Linien : MC3T3-E1 (Mausosteoblasten), L929 (MausfibroblastenJ 24-Well Kulturschalen, Polystyrol Inokulum : 120.000 Zellen/ml und Well (Vertiefung), lg- Phase, Passage 6

Zellproliferation : Trypsinierung (300 ul Trypsin-EDTA) für die Dauer von 8 Minuten im Schüttelinkubator bei 37°C, Ab- stoppen der Enzymreaktion mit 700 ul Kulturmedium.

Bestimmung der Zellzahl im Coulter-Counter.

Bakterienstämme (ATCC25923, MRSA27065, ATCC35984, RP62a, SE 183) Sämtliche Versuche wurden korrespondierend zu den Zell- tests durchgeführt Inokulum : 100.000 Zellen/mL und Well Das Ablösen adherierender Mikroorganismen erfolgte mittels Ultraschall, die Bakterienzahl wurde quantitativ nach Ver- dünnung durch Auszählung der"Kolonie bildenden Einheiten (KBE) "nach 24 Stunden bei 37°C auf Nährböden (Müller- Hinton-Agarplatten) ermittelt und die unverdünnte Keimzahl berechnet. Dabei werden nur die vitalen Bakterien gezählt, da abgetötete oder inaktive Keime keine KBEs bilden.

Fig. 1 zeigt die Zellzahlentwicklung von S. aureus ATCC 25923 nach 24h Kultur auf unterschiedlichen Materialober- flächen.

TiA16V4 : Referenz, reine Legierung Cu-Xerogel : TiAL6V4, das einfach mit einer erfindungs- gemäßen kupferhaltigen Titanoxidbeschich- tung wie in Bsp. 1 versehen wurde 2x Cu-Xerogel : TiAL6V4, das mit einer doppelten erfin- dungs-

gemäßen kupferhaltigen Titanoxidbeschich- tung versehen wurde Xerogel : Reine Titanoxidbeschichtung ohne Zugabe von Kupfer Fig. 2 zeigt die Zellzahlentwicklung von osteoblastenähn- lichen Zellen (MC3T3-E1) nach 24h Kultur auf unterschied- lichen Materialoberflächen : TiA16V4 : Referenz, reine Legierung Cu-Xerogel : TiAL6V4, das einfach mit einer erfindungs- gemäßen kupferhaltigen Titanoxidbeschich- tung wie in Bsp. 1 versehen wurde 2x Cu-Xerogel : TiAL6V4, das mit einer doppelten erfin- dungs- gemäßen kupferhaltigen Titanoxidbeschich- tung versehen wurde Xerogel : Reine Titanoxidbeschichtung ohne Zugabe von Kupfer PS : Polystyrol als Kontrolle Es ist aus Figur 2 ersichtlich, dass bei einer einfachen erfindungsgemäßen Kupferbeschichtung die Zellzahl der Fibro-blasten im Vergleich zur Metalllegierung zunimmt.

Bei einer doppelten kupferhaltigen Schicht (entsprechend doppelter Menge Kupfer im System) liegen die Zellzahlen im Rahmen des Fehlers sogar auf gleichem Niveau mit der ein- fach xerogel-beschichteten Legierung.

Bei den Bakterienstämmen (Fig. 1) ist deutlich zu erken- nen, dass bereits bei einer erfindungsgemäßen Einfachbe- schichtung die Zellzahl um zwei Zehnerpotenzen abnimmt.

Bei einer Doppelbeschichtung erniedrigt sich die Zellzahl noch deutlicher.

Eine ebenfalls erfindungsgemäße Vierfachbeschichtung er- gibt eine Zellzahlreduktion um 6 Zehnerpotenzen, was mik- robiologisch einer Sterilisation gleichzusetzen ist.

Eine vergleichbare Reduktion des bakteriellen Wachstums wurde in der Inkubationslösung erreicht, welche die be- schichteten Metallproben umgab. Dadurch wird deutlich, dass tatsächlich eine Elution von Kupferionen in das Kul- turmedium stattfindet und die antibakterielle Wirkung kein reiner Oberflächeneffekt ist.

Literatur [1] Illingworth B., Bianco R. W., Weisberg S., In vivo efficacy of silver-coated fabric against Staphylococcus epidermidis, J Heart Valve Dis 1 (2000) 135-41.

[2] Darouiche R. 0., Anti-infective efficacy of silver- coated medical prostheses, Clin Infect Dis 6 (1999) 1371- 7.

[3] Ambrosius W. T., Harris V. J., Snidow J. J., Tunneled hemodialysis catheters : use of a silver-coated catheter for prevention of infection-a randomized study, Radiol- ogy 2 (1998) 491-6.

[4] Grzybowski J., Trafny E. A., Antimicrobial properties of copper-coated electro-conductive polyester fibers, Polim Med 29 (1999) 27-33.

[5] Cooney T. E., Bactericidal activity of copper and noncopper paints, Infect Control Hosp Epidemiol 16 (1995) 444-50.

[6] Komatsu Y., Sadakata I., Ogra Y., Suzuki K. T., Ex- cretion of copper complexed with thiomolybdate into the bile and blood of LEEC rats, Chem Biol Interact 124 (2000) 217-31.

[7] Jokinen M., Pätsi M., Rahiala H., Peltola T., Ritala M., Rosenholm J. B., Influence of sol and surface proper- ties on in vitro bioactivity of sol-gel-derived TiO2 and Ti02-Si02 films deposited by dip-coating method, J. Bio- med. Mater. Res. 42 (1998) 295-302.

[8] Heidenau F., Schmidt H., Stenzel F., Ziegler G., Sol- Gel-Derived Titania with Gradient Porosity, Key. Eng. Ma- ter. 161-163 (1999) 115-116.

[9] Feng Q. L., Cui F. Z., Kim T. N., Kim J. W., Ag- substituted hydroxyapatite coatings with both antimicro- bial effects and biocompatibility, J Mater Sci Lett 18 (1999) 559-61.

[10] Shirkhanzadeh M., Azadegan, M., Formation of carbon- ate apatite on calcium. phosphate coatings containing sil- ver ions, J Mater Sci : Mater Med 9 (1998) 385-91.

[11] Gristina A. G., Biomaterial-centered infection : Micro- bial adhesion versus tissue integration, Science 237 (1987) 1588-95.

[12] Dunne W. M. Jr., Mason E. O. Jr., Kaplan S. L., Diffusion of rifampin and vancomycin through a Staphylococcus epi- dermidis biofilm. Antimicrob. Agents Chemother.. 37 (1993) 2522-6.

[13] Darouiche R. O., Dhir A., Miller A. J., Landon G. C., Raad I. I., Musher D. M., Vancomycin penetration into bio- film covering infected prostheses and effect on bacteria, J. Infect. Dis. 170 (1994) 720-3.