BIOLOY
TiNbN PVD Beschichtung
TiNbN ist eine keramische Beschichtung, welche mittels PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) auf einem Metall angewandt wird – meist Cobalt, Titan oder Stahllegierungen.
Die TiNbN-Beschichtung von Permedica wird „BIOLOY®“ genannt. Diese wird bei einigen metallischen Endoprothesenkomponenten eingesetzt – bei Knie, Hüfte und Schulter.
FUNKTION DER BESCHICHTUNG
Es ist bekannt, dass Materialien aus Metall, mit Ausnahme von Edelmetallen, in einem biologischen Organismus zu korrodieren beginnen und deshalb Metallionen abgeben. Einige dieser Metalle können eine Sensibilisierungsreaktion des Körpers auslösen. Als potenziell allergene Metalle gelten Beryllium, Nickel, Cobalt, Chrom und seltener Tantalum, Titan und Vanadium. Am häufigsten genannt werden Nickel, Cobalt und Chrom.
Metallionen, selbst wenn sie selbst nicht allergen sind, können das Immunsystem aktivieren, indem sie mit den bereits im Organismus vorhandenen Proteinen Komplexe bilden. Diese Proteinkomplexe sind potenziell allergen und verantwortlich für ein späteres Auslösen einer allergischen Reaktion mit einer zellulären Immunantwort. Die Zahl allergener Reaktionen bei Patienten mit Metallimplantaten wächst, und damit auch das Bewusstsein der orthopädischen Gemeinschaft für diese Problematik. Der Bedarf an Prothesen frei von allergieauslösenden Materialien wächst deshalb stetig.
BIOLOY® hat die Aufgabe, eine inerte und isolierende[1,2] Schicht darzustellen, die als Schranke zwischen dem Patienten (den Weichteilen und den Flüssigkeiten) und dem Metall der Prothese wirken soll, indem sie konsequent den Fluss der Metallionen von der Prothese in den Patienten verhindert. Die Hauptfunktion ist also das Bilden einer physikalischen Barriere zwischen dem Metalsubstrat und dem umgebenden organischen Gewebe, indem die Freigabe der Metallionen verhindert wird: das Risiko einer Sensibilisierung oder einer metallbedingten allergischen Reaktion (z.B. Nickel, Cobalt oder Chrom) wird deutlich reduziert (i.e. Ni, Co, Cr).
Die BIOLOY® Beschichtung erlaubt folglich:
1. Die Implantation einer Prothese bei Patienten, welche eine Metallallergie gegen Cr, Co, Ni aufweisen; d.h. die Grundmetalle aus welchen die Prothese hergestellt wird;
2. Die Verminderung des Risikos einer allergischen Reaktion bei Patienten, welche bereits eine oder mehrere metallene Prothesen implantiert haben.
Aufgrund der erhöhten Härte und der Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb verbessert BIOLOY® ausserdem die tribologische Leistung der metallenen Gelenksoberfläche und reduziert somit auch den Polyethylenabrieb.
TECHNOLOGIE
Physical Vapor Deposition (PVD) ist eine gängige Form der vakuumbasierten Beschichtungsverfahren bzw. Dünnschichttechnologien (Microns).
Die Abscheidung der Beschichtung auf dem Substrat (das zu behandelnde Material) erfolgt auf einem atomaren oder molekularen Level indem der Film Atom für Atom gebildet wird. Die Beschichtung variiert von monokristallin zu amorph, von verschiedener Dichte, rein oder gemischt, dünn oder dick.
Physical Vapor Deposition (PVD) ist ein Beschichtungsverfahren bei dem das feste oder flüssige Beschichtungsmaterial unter Vakuumbedingungen in die Gasphase überführt wird um anschliessend auf der Oberfläche des Substrats zu kondensieren und die Zielschicht bildet. Bei diesem Prozess bildet sich der Aufbau aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen dem vaporisierten Material und dem Gas in der Kammer, z.B. Stickstoffgas bei Nitridbeschichtungen oder Sauerstoffgas bei Oxidbeschichtungen.
Das von Permedica genutzte vakuumbasierte Beschichtungsverfahren mit Lichtbogenverdampfens bildet eine extrem harte, dünne und adhärente Beschichtung aus TiNbN (Titannitrit und Niobium) auf dem Substrat welches typischerweise aus Titan, Cobalt oder Stahllegierungen besteht.
Der gesamte BIOLOY®-Beschichtungsprozess wird ausschliesslich von Permedica ausgeführt.
[1] Ragone, V., Canciani, E., Biffi, C.A. et al. CoCrMo alloys ions release behavior by TiNbN coating: an in vitro study. Biomed Microdevices 21, 61 (2019).
[2] Bidossi A, Bottagisio M, De Grandi R, De Vecchi E. Ability of adhesion and biofilm formation of pathogens of periprosthetic joint infections on titanium-niobium nitride (TiNbN) ceramic coatings. J Orthop Surg Res. 2020;15(1):90.
TECHNISCHE CHARAKTERISTIKA
Die TiNbN-Beschichtung ist eine einschichtige, einzelne Oberflächenbeschichtung, die dem Substrat eine goldene Farbe verleiht.
Die Anforderungen, die BIOLOY® erfüllen muss, sind eine Mikrohärte von >2000 HV (Vickers), eine Dicke von 3÷6 µm und eine Adhäsion ohne die Gefahr einer Delamination.
