DE1766653B2

DE1766653B2 - Kuenstliches glied oder organ fuer lebewesen

Info

Publication number: DE1766653B2
Application number: DE19681766653
Authority: DE
Inventors: Jack Chester San Diego; Ellis Willard Harrison Leucadia; Calif. Bokros (V.StA.)
Original assignee: Gulf Oil Corp., San Diego, Calif. (V.StA.)
Priority date: 1967-06-29
Filing date: 1968-06-28
Publication date: 1977-04-07
Also published as: CH486880A; FR1571184A; GB1226833A; DE1766653A1; US3526005A

Description

Die Erfindung betrifft ein mit Körpergewebe oder Blut in Berührung zu bringendes, vorzugsweise prothetisches Element, das ein mit Kohlenstoff überzogenes Trägerteil aufweist

Die Erfindung bezieht sich auf derartige Elemente, die innerhalb und außerhalb des Körpers eines Lebewesens eingesetzt werden, und zwar auf prothetische Glieder, Nägel zum Verbinden von Knochen und dgl. einerseits und auf außerhalb des Körpers eines Lebewesens arbeitende Geräte wie Blutpumpen, künstliche Nieren und dgl. andererseits.

Bei derartigen Elementen ist es von besonderer Bedeutung, daß sie mit Blut und Gewebe verträglich sind und darüber hinaus eine hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen. Als starre Materialien werden im allgemeinen Metalle und als flexible Materialien Kunststoffe verwendet. Metalle sind thrombogen und unterliegen einer Korrosion. Kunststoffe find ohne besondere Behandlung ebenfalls thrombogen und ändern sich im Laufe der Benutzung. Nichtrostender Stahl und Tantal sind unter den Metallen die am häufigsten verwendeten Materialien, und unter den Kunststoffen haben sich Polyäthylen und Polytetrafluräthylen und Polykarbonate als brauchbar erwiesen. Keines dieser Materialien vermag jedoch die gestellten Anforderungen vollständig zu erfüllen.

Aus den Aufsätzen »The Coating of lntravascular Plastic Prostheses with Colloidal Graphite« von V. L Gott u. a. in Surgery, Vol. 50, Nr. 2, Aug. 1961, Seiten 382 bis 389, und »Replacement of the Canine Pulmonary Value and Pulmonary Artery with a Graphite-Coated Valve Prosthesis« von V. L Gott u. a. in »Journal of Thoracic & Cardiovascular Surgery«, Vol. 44, Nr. 6, Dez. «962, Seiten 713 bis 721, ist es bekannt, künstliche Glieder der hier behandelten Art mit kolloidalem Kohlenstoff zu überziehen. Die dadurch erzielbaren Eigenschaften haben sich jedoch als nicht optimal erwiesen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Elemente der eingangs genannten Art zu schaffen, die nicht thrombogen sind, mit dem Körpergewebe verträglich sind und eine hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Element der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Oberfläche des Trägerteils zumindest teilweise einen Oberzug aus dichtem, isotropischen, pyrolytischen Kohlenstoff aufweist, der eine Dichte von wenigstens 1,5 g/cm³ und eine scheinbare Kristallgröße bis zu 200 A besitzt

Es hat sich gezeigt, daß pyrolytischer, isotropischer Kohlenstoff nicht nur eine erhebliche Zunahme der

ίο Festigkeit des Trägerteils bewirkt, auf die er aufgebracht ist sondern darüber hinaus gegenüber Abnutzung und Verformung während langer Zeit widerstandsfähig ist, und zwar insbesondere auch in einem lebenden Körper. Darüber hinaus führt die Verwendung von isotropischem, pyrolytischem Kohlenstoff nicht zur Gerinnung von Blut

Pyrolytischer Kohlenstoff ist als Substanz für die Oberfläche eines Elements der erwähnten Art deshalb besonders vorteilhaft weil er antithrombogen und gegenüber Stoffwechselvorgängen, Enzymen und anderen in Lebewesen enthaltenen Flüssigkeiten unempfind lieh ist Im Hinblick auf das antithrombogene Verhalten wird angenommen, daß diese Eigenschaften auf die Sterilität des Kohlenstoffes und auf die Beseitigung sämtlichen Sauerstoffs in dem Kohlenstoff zurückzufüh ren sind.

Der pyrolytische Kohlenstoff weist vorzugsweise eine scheinbare Kristallgröße zwischen 20 A und 50 A auf. Der Bacon-Anisotropie-Faktor sollte unter 1,3 betragen. Dieser Faktor wird definiert in dem Aufsatz »A Method for Determining the Degree of Orientation of Graphite« von G. E. Bacon in der Zeitschrift »Journal of Applied Chemistry«, 1956, Band 6, S. 477 ff. Zur Erläuterung sei darauf hingewiesen, daß ein Wert von 1,0, mit dem die Bacon-Skala beginnt einen ausgezeichneten isotropen Kohlenstoff bezeichnet.

Der pyrolytische Kohlenstoffüberzug soll hinreichend dick sein, um dem zu überziehenden Trägfxtei! die erforderliche Zug- und Druck-Bruchfestigkeit zu verleihen. Wenn beispielsweise ein schwaches Trägerteil verwendet wird, das etwa aus künstlichem Graphit besteht kann es erforderlich sein, einen dickeren Überzug aus pyrolytischem Kohlenstoff zu verwenden.

Hinsichtlich der Bestimmung der durch den pyrolytisehen Kohlenstoff der Trägerschicht zusätzlich vermittelten Festigkeit ist die Dichte des verwendeten pyrolytischen Kohlenstoffs von Bedeutung. Die Dichte ist ferner im Hinblick darauf von Bedeutung, daß diejenige Oberfläche des pyrolytischen Kohlenstoffs, die in ihrem Anwendungsgebiet mit Körpergewebe oder Blut in Berührung gelangt, glatt und durchlässig sein soll. Mit Hilfe derartiger Oberflächeneigenschaften wird die Möglichkeit der Gerinnung von Blut auf der Oberfläche des jeweiligen künstlichen Organes bzw. Gliedes herabgesetzt. Der verwendete pyrolytische Kohlenstoff besitzt eine Dichte von wenigstens 1,5 g pro ecm.

Eine weitere, ebenfalls die Festigkeitswirkung des Kohlenstoffes beeinflussende Eigenschaft ist die Kri-

<Ό stallhöhe oder scheinbare Kristallgröße. Die scheinbare Kristallgröße ist hier mit L₀ bezeichnet; sie kann unter Verwendung eines Röntgenstrahlen-Beugungsmessers direkt ermittelt werden. Die Bestimmungsgleichung hierfür lautet:

0.89/

Hierin bedeutet

λ die Weüenlänge in A,

β die Halbhöhe (OO2)-Linienbreite und

θ der Bragg-Winkel.

Bezüglich der aus pyrolytischem Kohlenstoff bestehenden Überzüge für die künstlichen Glieder bzw. Organe wird der Kohlenstoff durch Kristalle gebildet deren Kristallgröße 200 A nicht überschreitet Augemein kann festgestellt werden, daß die wünschenswerten Eigenschaften des in Verbindung mit künstlichen Gliedern bzw. Organen verwendeten pyro'ytischen Kohlenstoffs ausgeprägter sind, wenn die scheinbare Kristallgröße gering ist und daß eine scheinbare Kristallgröße zwischen etwa 20 und etwa 50 A bevorzugt wird.

Da das Trägerteilmaterial für das jeweilige künstliche Glied bzw. Organ im allgemeinen vollständig oder zumindest im Bereich derjenigen Oberflächen mit pyrolytischem Kohlenstoff überzogen wird, die entweder mit Körpergewebe oder mit Blut in Berührung kommen, ist die Wahl des Materials, aus dem das Trägerteil hergestellt wird, nicht mehr von übermäßiger Bedeutung. Handelt es sich bei einem künstlichen Glied z. B. um einen Nagel oder um ein kleines Rohr oder um eine in einem menschlichen Körper einzusetzende Klappe, so wird das betreffende künstliche Glied vollständig mit pyrolytischem Kohlenstoff überzogen. Bildet das künstliche Glied jedoch einen Teil eines außerhalb des Körpers verwendeten Vorrichtung, wie z. B. einen Teil einer Hilfs-Blutpumpe, so genügt es, nur diejenigen Flächenbereiche zu überziehen, die mit dem Blut in Berührung gelangen.

Da das Trägerteilmaterial in vielen Fällen vollständig von pyrolytischem Kohlenstoff umgeben sein kann, ist es von erheblicher Bedeutung, daß das jeweilige Trägerteilmaterial mit dem pyrolyischen Kohlenstoff verträglich ist. Darüber hinaus ist insbesondere von Bedeutung, daß das Trägerteilmaterial für die Ausführung des Verfahrens geeignet ist, mit dessen Hilfe der pyrolytische Kohlenstoff aufgebracht wird. Obwohl es, wie oben ausgeführt, an sich erforderlich ist, daß das Trägerteilmaterial ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften besitzt, um während der Anwendung des aus .js diesem Material hergestellten künstlichen Gliedes ggfs. auftretenden Belastungen wiederstehen zu können, können auch solche Trägerteilmaterialien verwendet werden, die nicht derart hohe Festigkeitseigenschaften besitzen. Derartige Trägerteile erhalten dann durch so Aufbringen eines Überzugs aus pyrolytischem Kohlenstoff auf ihrer Außenfläche die für das jeweilige künstliche Glied erforderliche zusätzliche Festigkeit.

Da pyrolytischer Kohlenstoff, wie seine Bezeichnung bereits andeutet, durch Pyrolyse einer Kohlenstoff ^ enthaltenden Substanz abgelagert wird, ist das Trägerteilmaterial den für die Ausführung der Pyrolyse erforderlichen, relativ hohen Temperaturen ausgesetzt. Im allgemeinen werden Kohlenwasserstoffe als zu pyrolysierende, Kohlenstoff enthaltende Substanz ver- ho wendet. Dabei sind Temperaturen von wenigstens etwa 1030°C erforderlich. In der US-Patentschrift 32 98 921 sind einige Beispiele für die Herstellung von mit pyrolytischem Kohlenstoff überzogenen Artikeln angegeben, die unter hoher Temperatur und unter (\s Neutronenbeschuß eine gesteigerte Stabilität aufweisen. Bei diesen bekannten Verfahren wird Methan als Kohlenstoff-Lieferer verwendet; die Temperaturen, bei denen die Pyrolyse erfolgt, liegen im Bereich zwischen etwa 1500 und 2300⁰C Zur Ablagerung von die gewünschten Eigenschaften im Hinblick auf die vorliegende Erfindung besitzendem pyrolytischem Kohlenstoff bei niedrigeren Temperaturen können andere Kohlenwasserstoffe, z. B. Propan oder Butan, verwendet werden; das Trägerteilmaterial sollte jedoch bei Temperaturen von wenigstens etwa 1000⁰C und vorzugsweise bei noch höheren Temperaturen weitgehend unbeeinflußt bleiben.

Da das Trägerteil bei den zuvor erwähnten, relativ hohen Temperaturen überzogen wird, andererseits das aus einem derartigen Trägerteil hergestellte künstliche Glied bei Temperaturen angewandt wird, die üblicherweise bei Raumtemperatur liegen, sollten die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägerteiles und des darauf abgelagerten pyrolytischen Kohlenstoffes relativ dicht beieinander liegen, wenn der pyrolytische Kohlenstoff direkt auf dem Trägerteil abzulagern und eine feste Verbindung zwischen dem Trägerteil und dem Kohlenstoff zu erzielen ist. Im Unterschied hierzu erfolgt gemäß der oben genannten US-Patentschrift die Ablagerung einer Schicht aus pyrolytischem Kohlenstoff von mittelniedriger Dichte. Die Anwendung einer derartigen Schicht kann jedoch zu einem größeren Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten führen. Daher wird der pyrolytische Kohlenstoff vorzugsweise direkt auf dem Trägerteil abgelagert, wodurch das Erfordernis nach einer derartigen Zwischenschicht beseitigt ist Auf einem Trägerteil kann die gewünschten Eigenschaften besitzender pyrolytischer Kohlenstoff abgelagert werden, der einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen etwa 3 und etwa b · 10-V⁰C besitzt. Demgemäß werden di»· Trägerteilmaterialien so gewählt, daß sie die oben erwähnte Stabilität bei hohen Temperaturen und innerhalb des gerade angegebenen Bereiches liegende Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Geeignete Trägerteilmaterialien enthalten z. 8. künstliches Graphit, Borkarbid, Siliziumkarbid, Tantal, Molybdän, Wolfram und verschiedene Keramiken, wie Mullit.

Der Überzug aus pyrolytischem Kohlenstoff wird auf das Trägerteil mit Hilfe einer für diesen Zweck geeigneten Vorrichtung aufgebracht Dabei wird vorzugsweise eine Vorrichtung verwendet, die das Trägerteil in Bewegung hält, während der Übsrziehprozeß ausgeführt wird. Dadurch ist dann sichergestellt, daß der Überzug auf den gewünschten Flächen des Trägerteils gleichmäßig aufgebracht wird. Eine sich drehende Trommel-Überzieheinrichtung oder eine Vibrationstisch-Überzieheinrichtung können in diesem Zusammenhang angewendet werden. Wenn die zu überziehenden Trägerteile klein genug sind, um in einen nach oben gerichteten Gasstrom zum Schweben gebracht werden zu können, kann vorzugsweise ein Wirbelschichtgerät verwendet werden. Werden Trägerteile auf diese Weise überzogen, so kann die gewünschte Glattheit der Kohlenstoffoberfläche erreicht werden.

Wie in dem oben angegebenen US-Patent näher ausgeführt, können die Eigenschaften des auf das jeweilige Trägerteil abgelagerten Kohlenstoffs durch Ändern der Bedingungen, unter denen die Pyrolyse ausgeführt wird, verändert werden. So beeinflussen in einem Wirbelschicht-Überziehverfahren, in welchem eine Mischung aus einem Kohlenwasserstoffgas, wie Methan, und einem Edelgas, wie Helium oder Argon, verwendet wird, Abweichungen des Volumenprozentsatzes des Methan, der gesamten Strömungsmenge des

wirbelnden Gasstromes und die Temperatur, bei der die Pyrolyse ausgeführt wird, insgesamt die Eigenschaften des auf einem Trägerteil abgelagerten pyrolytischen Kohlenstoffes. Die Steuerung dieser verschiedenen Betriebsparameter ermöglicht nicht nur allein die Ablagerung von pyrolytischem Kohlenstoff mit der gewünschten Dichte, scheinbaren Kristallgröße und Isotropie, sondern ermöglicht ferner eine Regulierung des bezüglich des pyrolytischen Kohlenstoffes erwünschten Wärmeausdehnungskoeffizienten. Fervier wird durch diese Steuerung eine »Stufung« eines Überzugs erreicht, derzufolge eine Vielzahl von Außenflächen erzielbar ist. Wenn z. B. für gewisse Anwendungsfä'le ein ausgerichteter Überzug erforderlich ist, könnte zunächst ein isotroper Überzug mit einem ΒΑ-Faktor von 1,3 oder niedriger abgelagert werden, während als letzter Überzug eine ausgerichtete dünne Außenschicht auf den: betreffenden Trägerteil abgelagert werden könnte.

Wie oben ausgeführt, wird ein Trägerteilmaterial verwendet, dessen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen etwa 3 und etwa 6 ■ 10"⁶/°C liegt. Die Bedingungen, unter denen die Ablagerung des Kohlenstoffs auf dem Trägerteil erfolgt, werden so reguliert, daß der pyrolytische Kohlenstoff einen innerhalb desselben Bereiches liegenden Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt Wird der pyrolytische Kohlenstoff unmittelbar auf der Oberfläche des Trägerteilmaterials abgelagert, so werden die Bedingungen, unter denen die Pyrolyse erfolgt, derart gesteuert, daß der abgelagerte pyrolytische Kohlenstoff einen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der innerhalb eines Bereiches von plus oder minus 50% des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägerteilmaterials liegt, vorzugsweise werden die erwähnten Bedingungen jedoch so gesteuert, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des pyrolytischen Kohlenstoffs innerhalb eines Bereichs von etwa plus oder minus 20% des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägerteikmaterials liegt. Da der pyrolytische Kohlenstoff in dem Fall, daß er einer Druckbelastung ausgesetzt wird, eine höhere Festigkeit besitzt als in dem Fall, daß er einer Spannungsbelastung ausgesetzt ist, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient des pyrolytischen Kohlenstoffes meistens vorzugsweise etwa gleich dem oder niedriger als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägerteilmaterials gewählt. Unter diesen Bedingungen wird eine gute Haftfähigkeit des pyrolytischen Kohlenstoffs an dem Trägerteilmaterial erzielt; die gute Haftfähigkeit bleibt dabei während der Lebensdauer eines das betreffende Trägerteilmaterial und den pyrolytischen Kohlenstoff enthaltenden künstlichen Gliedes erhalten. Mit Rücksicht darauf, daß viele derartige Glieder bzw. Organe in einem menschlichen Körper eingesetzt werden können, ist es äußerst wichtig, daß eine lange Lebensdauer des jeweiligen Gliedes bzw. Organes sichergestellt ist, ohne daß eine Veränderung des betreffenden Gliedes oder Organes erfolgt

Pyrolytischer Kohlenstoff mit den zuvor erwähnten physikalischen Eigenschaften ist als Substanz für die Oberfläche eines künstlichen Gliedes bzw. Organes deshalb besonders vorteilhaft, weil er antithrombogen und gegenüber Stoffwechselvorgängen, Enzymen und anderen in Lebewesen enthaltenen Flüssigkeiten unempfindlich ist. Bezüglich der Antithrombogen-Eigenschaften von pyrolytischem Kohlenstoff wird angenommen, daß diese Eigenschaften auf die Sterilität des Kohlenstoffes und auf die Beseitigung sämtlichen

Sauerstoffs aus diesem Kohlenstoff zurückzuführen sein dürften. Vor Verwendung kann das jeweilige künstliche Glied bzw. Organ sterilisiert werden, z. B. in einer Äthylenoxydathmosphäre, während einer Dauer von etwa 6 Stunden bei einer Temperatur von etwa 55° C mit anschließender Entgasung während einer hinreichend langen Zeitspanne, z. B. während einer Dauer von 24 Stunden bei einem Druck von etwa 0,07 at bei einer Temperatur von etwa 38° C

Im Unterschied zu der zuvor erwähnten Sterilisation und Entgasung können die künstlichen Glieder bzw. Organe auch mit einem geeigneten Anti-Gerinnungsmittel behandelt werden, das einen Schutz vor auftretenden Thrombosen bewirkt Als Anti-Gerinnungsmittel kann Heparin verwendet werden. Hierzu kann das jeweilige künstliche Glied bzw. Organ einfach in eine Heparin-Lösung eingetaucht werden. Eine geeignete Heparin-Lösung kann dadurch hergestellt werden, daß 2 cm³ Heparin mit 30 cm³ wäßriger Natriumchloridlösung vermischt werden. Die Absorption des Heparin durch die pyrolytische Kohlenstoffoberfläche kann noch durch eine Vorbehandlung mit einem kationischen, Oberflächen aktivierenden Agenz gesteigert werden.

Das sterilisierte oder sonstwie behandelte kunstliche Glied ist nunmehr für seinen Anwendungszweck fertig. Es kann nunmehr z. B. als Teil einer Vorrichtung •.■erwendet werden, die außerhalb des Körpers eines Lebewesens arbeitet. Das betreffende künstliche Glied kann aber auch in den Körper eines Lebewesens eingesetzt werden, um einen intravaskularen Schaden zu beheben. Bekannte Verfahren zur Sicherung des mit pyrolytischem Kohlenstoff überzogenen künstlichen Gliedes in der jeweils richtigen Lage innerhalb des Körpers können angewandt werden; so kann ein künstliches Glied z. B. mit Polyterephthalat-Gewebe, befestigt und durch Anwendung normaler Nähverfahren festgenäht werden.

Anhand von Beispielen werden verschiedene Verfahren zur Herstellung von künstlichen Gliedern bzw. Organen mit die verschiedenen Vorteile der vorliegenden Erfindung mit sich bringenden Oberflächen aus pyrolytischem Kohlenstoff erläutert. Diese Beispiele geben zwar die beste Art und Weise an, in der die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann; es sei jedoch bemerkt, daß diese Beispiele nur zur Erläuterung der Erfindung dienen sollen und daß die Erfindung auf diese Beispiele nicht beschränkt ist, sondern ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken noch modifiziert werden kann.

Beispiel I

Es werden jeweils 9 mm lange, einen Innendurchmesser von 7 mm und eine Wandungsdicke von 0,5 mm besitzende kurze Röhren aus künstlichem Graphit hergestellt. Der verwendete künstliche Graphit besitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 4 · 10V⁰C bei einer Temperatur von 50⁰C. Die kurzen Röhren werden in einer Wirbelschicht-Überziehvorrichtung mit pyrolytischem Kohlenstoff überzogen. Die Wirbelschicht-Vorrichtung enthält ein Reaktionsrohr mit einem Durchmesser von etwa 3,8 cm, das auf eine Temperatur von etwa 135O⁰C erwärmt ist. Ein Heliumgasstrom wird in die Vorrichtung nach oben gerichtet, so daß die relativ kleinen Röhrchen im

Schwebezustand gehalten werden. Die kleinen, kurzen Röhrchen werden dann mit etwa 50 g vorüberzogenen Thoriumcarbidpartikeln überzogen, welche einen Partikeldurchmesser im Bereich von etwa 150 bis 250 Mikron besitzen. Die Partikeln werden auf den kurzen Röhrchen abgelagert, um Ablagerungsflächenbereiche gewünschten Ausmaßes bezogen auf die Größe des Bereiches des Reaktionsrohre« zu erzielen, in welchem die Pyrolyse erfolgt, da die relative Größe des verfügbaren Oberflächenbereichs ein weiterer Faktor ist, der die Eigenschaften des sich ergebenden pyrolytischen Kohlenstoffs beeinflußt.

Wenn die Temperatur der in dem Reaktionsrohr schwebenden Artikel etwa 1350⁰C erreicht, wird mit dem Helium vermischtes Propan abgegeben, um einen nach oben gerichteten Gasstrom zu erhalten, dessen Gesamt-Strömungsgeschwindigkeit etwa 6000 cmVMinute bei einem Teildruck des Propan von etwa 0,4 at beträgt Das Propan löst sich unter diesen Bedingungen auf und lagert einen Überzug aus dichtem isotropen pyrolytischen Kohlenstoff auf sämtlichen in der Wirbelschicht befindlichen Artikeln ab. Unter diesen Überzugsbedingungen beträgt die Kohlenstoff-Ablagerungsgeschwindigkeit etwa 1 ivi ι krön pro Minute. Die Propangasströmung wird aufrechterhalten bis ein etwa 200 Mikron dicker Überzug aus isotropem pyrolytischen Kohlenstoff auf der Außenseite der Röhrchen abgelagert ist Zu diesem Zeitpunkt wird der Propangasstrom unterbrochen, die überzogenen Artikel werden dann langsam in dem Heliumgas abgekühlt und anschließend aus der Reaktionsrohr-Überzugsvorrichtung herausgeführt.

Die kurzen Röhrchen werden nunmehr untersucht und geprüft Die Dicke des aus pyrolytischem Kohlenstoff bestehenden Überzugs auf der Innenseite der Röhrchen beträgt etwa 200 Mikron. Die Dichte des isotropen Kohlenstoffs beträgt gleichmäßig etwa 2,0 g/cm³. Der ΒΑ-Faktor beträgt etwa 1,1. Als scheinbare Kristallgröße wurde ein Wert zwischen 30 und 40 A gemessen. Ferner wurden die überzogenen kurzen Röhrchen mechanisch untersucht, um ihre Festigkeit im Vergleich zu nicht überzogenen Graphitröhrchen zu bestimmen. Die Bruchbelastung der nicht überzogenen Graphitröhrchen bei parallel zum Durchmesser erfolgender Belastung wurde mit etwa 4 Pfund ermittelt Die Bruchbelastung der überzogenen Röhrchen betrug etwa 25 Pfund; sie ist damit sechsmal höher als die Bruchbelastung der nicht überzogenen Graphitröhrchen. Ein überzogenes Röhrchen wurde durch Erwärmen auf eine Temperatur von etwa 1000⁰C im Vakuum und anschließender, etwa 15 Minuten lang vorgenommener Tränkung in einer Verdünnungslösung aus Benzalkoniumchlorid (ein Teil auf hundert Teile Wasser} sterilisiert Das überzogene Rohr wurde dann herausgezogen, abgespült und 15 'Minuten lang in einer Heparin-Lösung getränkt, die aus 2 cm³ Heparin und 30 cm³ Salzlösung hergestellt wurde. Nach dem Herausziehen des überzogenen Röhrchens aus der Heparin-Lösung wurde das Röhrehen zehnmal mit destilliertem Wasser abgespült und dann mit Blut getestet Nach Berührung mit Blut während einer Dauer von etwa 24 Stunden zeigte sich kein Anzeichen einer Gerinnung; «ine Gennnung tritt normalerweise innerhalb von Minuten auf. Die mit pyrolytischem Kohlenstoff überzogenen, einen Graphitträger enthaltenden Artikel and somit ausgezeichnet als im menschlichen Körper anzuwendende künstliche Glieder bzw. Organe verwendbar.

Beispiel II

Eine Anzahl von kurzen Röhrchen, die dieselbei Abmessungen besitzen wie die im Beispiel I angegebe s nen Röhrchen, jedoch aus Tantal bestehen, werden hiei verwendet. Tantal besitzt einen Wärmeausdehnungsko effizienten von etwa 6,5 · 10-⁶/°C bei einer Temperatui von 20⁰C. Die kurzen Röhrchen werden in dem in Beispiel I bereits verwendeten Wirbelschicht-Reak

ίο tionsrohr überzogen. Um den Wärmeausdehnungskoef fiziehten des pyrolytischen Kohlenstoffes an der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Tantan-Träger teils anzugleichen, erfolgt der Überziehvorgang be einer Temperatur von 1600⁰C bei einem 15% Propar und 85% Helium enthaltenden Gasstrom, desser Strömungsgeschwindigkeit etwa 6000 cm³ pro Minute beträgt Die kurzen Röhrchen werden zusammen mii 50 g Thoriumkarbid-Partikeln im Schwebezustand ge· halten. Die Ablagerung von pyrolytischem Kohlenstofl erfolgt während einer Dauer von 20 Minuten. Danach isi die Außenfläche jedes Röhrchens mit einer etwi 150 Mikron dicken Schicht aus isotropem pyrolytischen" Kohlenstoff überzogen. Am Ende der genannter Zeitspanne wird der Propangasstrom eingestellt; die überzogenen Röhrchen werden abgekühlt und aus derr Reaktionsrohr herausgeführt

Eine Überprüfung und Untersuchung von in dei vorstehend angegebenen Weise überzogenen Röhrcher läßt erkennen, daß die Dichte des abgelagerter isotropen pyrolytischen Kohlenstoffs etwa 1,6 g/cmbeträgt Der ΒΑ-Faktor beträgt etwa 1,0. Die scheinbare Kristallgröße liegt zwischen etwa 50 und 60 A. Dei Wärmeausdehnungskoeffizient des pyrolytischen Kohlenstoffs beträgt etwa 5 · 10-V⁰C bei einer Temperatui

von etwa 2O⁰C. Eine mechanische Überprüfung dei überzogenen Röhrchen zeigt, daß die Festigkeit und Verschleißfestigkeit annehmbar sind und daß dei

Überzug an dem jeweiligen Trägerteil fest haftet

Eines der überzogenen kurzen Röhrchen wurde sterilisiert und in der im Beispiel I angegebenen Weise mit Benzalkoniumchlorid und Heparin behandelt und anschließend mit Blut getestet. Auch hierbei zeigte sich kein Anzeichen einer Gerinnung des Blutes während einer 24stündigen Kontaktzeit Die mit pyrolytischem Kohlenstoff überzogenen Tantalartikel sind damit ebenfalls ausgezeichnet als Teile eines künstlichen Gliedes bzw. Organes für den Einsatz im menschlichen Körper geeignet

Beispiel III

Hierbei wurde eine Anzahl von aus Wolfram bestehenden kurzen Röhrchen mit denselben Abmessungen wie die im Beispiel ' angegebener, verwendet Wolfram besitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 4,4 - 10-V⁰C bei einer Temperatur vor 27° C Die kurzen Röhrchen wurden in dem im Beispiel 1 bereits verwendeten Wirhelschicht-Reaktionsrohr überzogen. Um den Wärmeausdehnungskoeffizienten des pyrolytischen Kohlenstoffs an den des Wolframträ-

gers anzugleichen, erfolgte dter Überzug bei einer Temperatur von 1600° C in einem 15% Propan und 85% Helium enthaltenden Gasstrom, dessen Strömungsgeschwindigkeit etwa 6000 cmVmin betrug. Die kurzen Röhrchen wurden zusammen mit 50 g Thoriumkarbidpartikeln in dem Reaktionsrohr im Schwebezustand gehalten. Die Ablagerung von pyrolytischem Kohlenstoff erfolgte während einer Dauer von etwa 20 Minuten. Während dieser Zeitspanne lagerte sich auf

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der Außenfläche jedes der Röhrchen eine etwa 150 Mikron dicke Schicht aus isotropem pyrolytischen Kohlenstoff ab. Der Propanstrom wurde dann unterbrochen, und die überzogenen Röhrchen wurden abgekühlt und aus dem Reaktionsrohr herausgeführt >

Eine Überprüfung und Untersuchung derart überzogener Röhrchen zeigte, daß die Dichte des abgelagerten isotropen pyrolytischen Kohlenstoffs etwa 1,6 g/cm³ beträgt. Der ΒΑ-Faktor beträgt etwa 1,0. Die scheinbare Kristallgröße beträgt etwa 50 bis 60 A. Der Wärmeaus- _!0 dehnungskoeffizient des pyrolytischen Kohlenstoffs betrug etwa 5 · 10-⁶/°C bei einer Temperatur von etwa 20⁰C. Eine mechanische Überprüfung der überzogenen Röhrchen zeigte, daß die Festigkeit und Verschleißfestigkeit annehmbar sind, und daß der Überzug an dem ι ^ jeweiligen Trägerteil fest anhaftet

Eines der in der vorstehend beschriebenen Weise überzogenen kurzen Röhrchen wurde sterilisiert und in der im Beispiel I angegebenen Weise mit Benzalkoniumchlorid und Heparin behandelt. Sodann erfolgte eine Blutuntersuchung. Dabei zeigte sich auch während einer 24stündigen Kontaktzeit mit dem Blut kein Anzeichen einer Gerinnung. Die mit pyrolytischen Kohlenstoff überzogenen Wolframartikel sind somit ebenfalls ausgezeichnet als Teile eines in einen menschlichen Körper einzusetzenden künstlichen Gliedes bzw. Orgaiies geeignet.

Beispiel IV

Eine Anzahl von aus Molybdän bestehenden kurzen Röhrchen mit denselben Abmessungen wie die im Beispiel I angegebenen wird hier verwendet Molybdän besitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 53 · 10-⁶/*C bei einer Temperatur von 20°C. Die kurzen Röhrchen wurden in dem in Beispiel I bereits verwendeten Wirbelschicht-Reaktorrohr überzogen.

Um den Wärmeausdehnungskoeffizienten des pyrolytischen Kohlenstoffs an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Molybdänträgerteiles anzugleichen, erfolgt der Überziehvorgang bei einer Temperatur von 1350⁰C in einem 30% Propan und 70% Helium enthaltenden Gasstrom, dessen Strömungsgeschwindigkeit ;twa 5500cm³/min beträgt Die kurzen Röhrchen wrrden zusammen mit 50 g Thoriumkarbidpartikeln in dem Reaktionsröhrchen in der Schwebe gehalten. Die Ablagerung von pyrolytischem Kohlenstoff erfolgt während einer Zeitspanne von 30 Minuten, wonach sich auf der Außenfläche jedes Röhrchens eine etwa 100 Mikron dicke Schicht aus isotropem pyrolytischen Kohlenstoff abgelagert hat Am Ende dieses Überzieh-

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45 Vorgangs wird der Propanstrom abgeschaltet; die überzogenen Röhrchen werden dann abgekühlt und aus dem Reaktionsrohr herausgeführt.

Eine Überprüfung und Untersuchung derart überzogener Röhrchen zeigt, daß die Dichte des abgelagerten isotropen pyrolytischen Kohlenstoffs etwa 2,0 g/cm³ beträgt Der ΒΑ-Faktor beträgt etwa 1,1. Die scheinbare Kristallgröße liegt zwischen etwa 30 und 40 Ä. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des pyrolytischen Kohlenstoffs beträgt etwa 5 · 10-⁶/°C bei einer Temperatur von etwa 20⁰C Eine mechanische Überprüfung der überzogenen Röhrchen läßt erkennen, daß die Festigkeit und Abriebfestigkeit annehmbar sind, und daß der pyrolytische Kohlenstoffüberzug fest an dem jeweiligen Trägerteil haftet.

Eines der in der oben beschriebenen Weise überzogenen kurzen Röhrchen wird sterilisiert und in der im Beispiel I angegebenen Weise mit Benzalkoniumchlorid und Heparin behandelt Anschließend erfolgt eine Untersuchung mit Blut. Dabei zeigt sich während einer 24stündigen Kontaktzeit des Bluts kein Anzeichen einer Gerinnung. Die mit pyrolytischem Kohlenstoff überzogenen kurzen Molybdänröhrchen sind somit ausgezeichnet als Teile eines in einen menschlichen Körper einzusetzenden künstlichen Gliedes bzw. Organes geeignet

In den vorstehenden Beispielen wurde das Überziehen und die Verwendung von kurzen Röhrchen beschrieben; es sei jedoch bemerkt, daß dies nur zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung diente und daß irgendwelche geeignet geformten Elemente zur Herstellung künstlicher Glieder bzw. Organe überzogen werden können. Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß die Ablagerung von pyrolytischem Kohlenstoff in einem Wirbelschichtverfahren ausgezeichnet für die Erzielung eines glatten Überzugs geeignet ist, und zwar auch bei den kompliziertesten Formen.

Den obigen Ausführungen dürfte entnehmbar sein, daß durch die vorliegende Erfindung künstliche Glieder bzw. Organe geschaffen worden sind, die eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Veränderungen im Körper eines Lebewesens besitzen und die damit ausgezeichnet gut als künstliche Glieder bzw. Organe geeignet sind, die ständig im Körper eines lebenden Menschen eingesetzt bleiben. Mit pyrolytischem Kohlenstoff überzogene Trägerteile, die radioaktive Isotope zur inneren Behandlung von Krankheiten, wie Krebs oder Tumoren, enthalten, sind ein weiteres Beispiel dafür, in welcher Weise erfindungsgemäß künstliche Glieder bzw. Organe angewendet werden können.

Claims

Patentansprüche:

1. Mit Körpergewebe oder Blut in Berührung zu bringendes, vorzugsweise prothetisches. Element, das ein mit Kohlenstoff überzogenes Trägerteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Tiigerteils zumindest teilweise einen Oberzug aus dichtem, isotropischem, pyrolytischem Kohlenstoff aufweist, der eine Dichte von wenigstens 1,5 g/cm³ und eine scheinbare Kristallgröße bis zu 200 Ä besitzt

2. Künstliches Glied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pyrolytische Kohlenstoff eine scheinbare Kristallgröße zwischen 20 Λ und 50 A aufweist

3. Künstliches Glied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pyrolytische Kohlenstoff einen ΒΑ-Faktor unter 1,3 aufweist

4. Künstliches Glied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus pyrolytischem Kohlenstoff wenigstens 50 μτη dick ist.