專利名稱：可生物吸收植入物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可生物吸收植入物，也涉及制造可生物吸收植入物的方法。
金屬植入物被成功地用于矯形和上頜面外科中多種多樣的組織固定場(chǎng)合。金屬如不銹鋼和鈦合金由于其具有良好機(jī)械強(qiáng)度和相對(duì)生物惰性而得到應(yīng)用。
然而，這些材料在體內(nèi)的存在能使該部位的MRI成象無(wú)法做，能造成長(zhǎng)期金屬離子釋放，由于其模量高故可導(dǎo)致應(yīng)力屏蔽，造成植入物周圍的骨吸收，而且常常造成需要進(jìn)一步手術(shù)以取出植入物。
近年來(lái)，在許多矯形和上頜面固定領(lǐng)域?qū)τ谑褂每缮镂站酆衔锾娲饘僦踩胛锏呐d趣與日俱增。合成可生物吸收聚合物的問(wèn)世及其在一系列指征中的應(yīng)用能夠克服與金屬植入物相聯(lián)系的很多問(wèn)題。這些材料在體內(nèi)被慢慢生物-吸收，首先喪失強(qiáng)度，隨后喪失物質(zhì)，從而將機(jī)械支撐慢慢轉(zhuǎn)移給愈合組織，因此不再需要手術(shù)介入取出器件。
合成可生物吸收聚合物，包括聚丙交酯、聚乙交酯、聚對(duì)二氧環(huán)己酮(poly dioxanone)、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酸酯和聚羥基戊酸酯，雖然在某些指征上提供相對(duì)于金屬植入物的優(yōu)點(diǎn)，但確實(shí)存在某些限制和缺陷。它們的模量一般低于用它們來(lái)支撐的骨的模量。這可能導(dǎo)致當(dāng)加載時(shí)骨折部位的大移動(dòng)，因此妨礙骨的愈合。這些材料不具有骨傳導(dǎo)能力，因此缺乏與相鄰骨結(jié)合或一旦完全再吸收被新骨置換的潛在可能。另外，它們已被證明對(duì)所謂自催化降解機(jī)理敏感，于是該聚合物水解酸性副產(chǎn)物的生成將降低植入物內(nèi)部的pH值。這將加速進(jìn)一步的降解和導(dǎo)致酸中毒，以及形成滴漏竇或無(wú)菌膿腫的臨床狀態(tài)的潛在可能。
上面舉出的合成可生物吸收聚合物的這些限制和缺陷可通過(guò)在聚合物基質(zhì)中結(jié)合進(jìn)生物活性，即骨傳導(dǎo)，陶瓷，例如羥基磷灰石、磷酸三鈣或生物活性玻璃得到緩解。這些材料以粉末狀形式給聚合物提供許多優(yōu)點(diǎn)。它們作為填料存在提高了模量，從而使其模量與骨模量匹配成為可能。它們具有骨傳導(dǎo)性，這在骨部位或其內(nèi)是重要的優(yōu)點(diǎn)。它們給X-射線透明的聚合物加上一定程度X-射線不透明性，從而使其可視化變得略微容易并且它們還可提供對(duì)聚合物的酸性降解產(chǎn)物的某種緩沖作用。
合成可生物吸收聚合物的另一重大缺陷，尤其當(dāng)它們被用作骨部位固定和支撐用途或者作為組織工程領(lǐng)域的腳手架時(shí)，就是它們的疏水性。它們不能被含水流體潤(rùn)濕，因此，細(xì)胞的附著和隨后的增殖受到抑止，這就限制了它們?cè)缙诮M織再生的潛在可能。
由粉末充填熱塑性聚合物組成的器件的傳統(tǒng)成形技術(shù)涉及諸組分的熔融摻混，隨后擠塑、注塑或壓塑。這些技術(shù)旨在提供一種填料顆粒沿整個(gè)聚合物基質(zhì)的均勻分布。注塑特別適合復(fù)雜形狀零部件的低成本高效大量生產(chǎn)，并且需要的模塑后加工極少。
然而，按照傳統(tǒng)成形技術(shù)，例如上面所描述的那些，生產(chǎn)的熔體模塑復(fù)合器件的表面不可避免地唯一地由聚合物組分構(gòu)成。熔融摻混期間，每個(gè)填料顆粒全都被聚合物包圍起來(lái)，沒(méi)有一粒顆粒游離地暴露在模塑器件的表面。生物活性陶瓷顆粒與鄰近身體組織之間有利的直接接觸只有到了植入后數(shù)周或數(shù)月，此時(shí)聚合物表面層的生物吸收已進(jìn)行到產(chǎn)生龜裂和裂紋的程度從而暴露出表面下層的顆粒，才會(huì)出現(xiàn)。外露生物活性顆粒在此類植入物表面的存在能改善植入物的親水性、生物相容性和骨傳導(dǎo)能力并加強(qiáng)細(xì)胞的附著和增殖以及早期生物結(jié)合。
因此，為提供這些好處，必須除掉此種熔融模塑器件的聚合物表面層，從而暴露出表面以下的顆粒。這可通過(guò)表面加工或研磨來(lái)達(dá)到。然而，此種表面加工困難并且費(fèi)時(shí)，特別是對(duì)于形狀復(fù)雜的器件如骨螺釘、板、銷釘或脊椎間隔盤(pán)來(lái)說(shuō)。另一種選擇將是采用要求的復(fù)合材料模塑毛坯件，然后由毛坯件加工成品植入器件。然而，此種方法對(duì)于大量生產(chǎn)的器件既缺乏效率也不是成本效益好的方法并且浪費(fèi)了昂貴的材料。
借助噴砂或噴丸的表面清理、拋光或磨蝕等替代方法采用由諸如剛玉、碳化硅或玻璃珠之類的磨料組成的砂。然而，不可避免地，這些材料的一部分將粘附或嵌入到打算清理、拋光或磨蝕的植入器件表面中。對(duì)于可生物吸收植入器件來(lái)說(shuō)，此種磨蝕性、來(lái)自體外的材料的存在將是非常不希望和完全不能接受的。再者，諸如噴砂之類的技術(shù)乃是視線加工，因此無(wú)法用來(lái)處理凹腔的表面。
按照本發(fā)明，提供一種成形可生物吸收植入物的方法，該方法包括由可生物吸收聚合物和生物活性陶瓷填料的復(fù)合材料成形植入物零件，以及以生物相容磨料磨蝕該植入物零件的表面，以便使植入物零件的部分外表面由陶瓷填料提供，從而形成一種可用植入物。
該植入物零件優(yōu)選地采用注塑、壓塑或擠塑中的任何一種成形。
該生物相容磨料可包含生物活性陶瓷粉末，它們可以是羥基磷灰石或磷酸三鈣。替代地，生物相容磨料可包含可以是氯化鈉的可溶性生物相容鹽。
磨蝕以后，優(yōu)選將生物相容磨料與植入物零件分離。在生物相容磨料是陶瓷粉末的情況下，分離優(yōu)選地通過(guò)過(guò)篩來(lái)實(shí)施。在生物相容磨料是可溶性生物相容鹽的情況下，分離可通過(guò)以水清洗來(lái)實(shí)施。
磨料的粒度優(yōu)選介于10～1000μm，理想地介于30～500μm之間。
磨蝕可通過(guò)植入物零件與磨料一起滾混、搖動(dòng)或振動(dòng)來(lái)實(shí)施，此過(guò)程可在密閉容器中進(jìn)行。
本發(fā)明還提供一種可生物吸收植入物，該植入物包含可生物吸收聚合物和生物相容陶瓷填料的復(fù)合材料，其中植入物的部分外表面由陶瓷填料提供。
可生物吸收聚合物可包含聚丙交酯、聚乙交酯、聚對(duì)二氧環(huán)己酮、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酸酯和聚羥基戊酸酯、其共聚物和/或其混合物中的任何一種。
生物活性陶瓷填料可包含羥基磷灰石、磷酸三鈣、硫酸鈣或生物活性玻璃中的任何一種。
植入物可呈螺釘、脊椎體間融合器件、銷子、板、銷釘、縫合線、傷口護(hù)理墊、骨切除楔或其它可用于手術(shù)的物品形式。
下面將僅作為舉例說(shuō)明來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施方案。
實(shí)施例1按如下所述制備羥基磷灰石砂高表面面積羥基磷灰石粉末，即，一種帶固有可燒結(jié)性的粉末，在攪拌下加入到水中形成淤漿。該粉末懸浮體在Buchner過(guò)濾器上脫水，隨后在120℃的烘箱中干燥從而形成餅狀。隨后，將它在900℃預(yù)燒結(jié)，在峰值溫度保持1h。冷卻后，預(yù)燒結(jié)的羥基磷灰石餅利用研缽搗碎并用350μm網(wǎng)眼篩過(guò)篩。隨后，將材料過(guò)篩以除掉粒度在250μm以下的顆粒。獲得的過(guò)篩尺寸介于250～350μm的帶棱角的顆粒通過(guò)煅燒至1200℃的溫度，在峰值溫度保持2h，而燒結(jié)。當(dāng)冷卻時(shí)，獲得的帶棱角羥基磷灰石砂作為磨料用來(lái)去除注塑植入器件的表面層。
注塑一種骨固定螺釘，采用一種按70∶30重量份比例的聚丙交酯和羥基磷灰石的復(fù)合混合物。一批100個(gè)此種螺釘連同1kg上面的羥基磷灰石砂投入到2.5L容量的罐子中，蓋上蓋子，隨后以50rpm旋轉(zhuǎn)6h的時(shí)間。在滾混作用結(jié)束時(shí)，從罐子中取出螺釘和砂并通過(guò)在2mm網(wǎng)眼篩上搖動(dòng)進(jìn)行分離，這使得砂通過(guò)但螺釘被截留。仔細(xì)觀察螺釘表面表明，它們已被磨蝕，并且羥基磷灰石填料顆粒暴露在表面上。經(jīng)如此處理，生產(chǎn)出一種植入器件，其表面結(jié)構(gòu)在植入后適宜早期細(xì)胞附著并具有更快的生物結(jié)合的能力。
實(shí)施例2按如下所述制備磷酸三鈣砂高表面面積磷酸三鈣粉末，即帶固有燒結(jié)性的粉末，在攪拌下連同1％有機(jī)粘結(jié)劑如PVA一起加入到水中形成淤漿。該粉末懸浮體經(jīng)噴霧干燥形成粒度介于30～60μm的圓形顆粒。隨后，該粉末通過(guò)煅燒至1100℃并在峰值溫度保持2h而燒結(jié)。
當(dāng)冷卻時(shí)，獲得的自由流動(dòng)磷酸三鈣砂作為磨料用來(lái)去除可生物吸收復(fù)合材料體間融合器件的表面層。該器件由聚L-乳酸和羥基磷灰石粉末按照75∶25重量份比例的混合物注塑而成，準(zhǔn)備在脊椎融合術(shù)中插入到相鄰椎骨之間以恢復(fù)和保持椎間盤(pán)高度。
一批50個(gè)此種器件連同2kg磷酸三鈣砂一起加入到1加侖容量的罐子中。然后，將物料放入到振動(dòng)磨中劇烈搖動(dòng)15min。然后，把投入的物料從磨中取出，并通過(guò)在允許砂通過(guò)但截留器件的篩子上搖動(dòng)將器件從砂中分離出來(lái)。仔細(xì)觀察器件揭示，它們的表面變得粗糙或被磨蝕得暴露出羥基磷灰石顆粒。不僅器件的外表面如此，而且準(zhǔn)備用來(lái)包含骨移植材料的內(nèi)部凹腔表面也如此，而后者若采用現(xiàn)有技術(shù)將很難磨蝕到。該器件表面的特性，與不含這些獨(dú)特特征的類似成形的器件相比，能更迅速和徹底地實(shí)現(xiàn)骨整合和生物接受。
實(shí)施例3
通過(guò)巖鹽的搗碎和過(guò)篩選出250～500μm粒度的級(jí)分制備一種氯化鈉砂。按照類似于前面2個(gè)實(shí)例中所描述的方法用該砂作為磨料砂以除掉數(shù)批可生物吸收復(fù)合材料植入器件的表面聚合物膜。磨蝕步驟以后，將器件從鹽中分離出來(lái)，多余的鹽通過(guò)將器件放在無(wú)菌水中清洗除掉，隨后在37℃干燥。
至此描述了可生物吸收植入物及其制造方法，它們提供明顯優(yōu)于在本說(shuō)明前言部分概述的現(xiàn)有技術(shù)方法和設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)方法被利用來(lái)制造該植入物零件。磨料是采用相對(duì)傳統(tǒng)的方法制造和使用的，從而提供一種生產(chǎn)具有明顯提高的性能和優(yōu)點(diǎn)的植入物的低成本方法。憑借本發(fā)明，可以處理凹腔表面，這用大多數(shù)現(xiàn)有方法是辦不到的，正如上面詳述的。
在不偏離本發(fā)明范圍的條件下可做出各種各樣的修改。例如，其它生物活性或生物相容材料可以用于上面描述的這些方法中，并且磨料可采用其它方法生產(chǎn)。磨蝕可按照不同的方式實(shí)施，并且可在敞開(kāi)的可旋轉(zhuǎn)容器中實(shí)施。
雖然在上面的說(shuō)明中著力要引起讀者對(duì)那些據(jù)信特別重要的本發(fā)明特征的注意，但要知道，本申請(qǐng)人對(duì)于前面提到和/或在附圖
中展示過(guò)的任何可申請(qǐng)專利保護(hù)的特征和特征組合都提出權(quán)利要求，不論做了特殊強(qiáng)調(diào)與否。
權(quán)利要求
1.一種成形可生物吸收植入物的方法，該方法包括由可生物吸收聚合物和生物活性陶瓷填料的復(fù)合材料成形植入物零件，其特征在于該方法還包括以生物相容磨料磨蝕該植入物零件的表面，以便使植入物零件的部分外表面由陶瓷填料提供，從而形成一種可用植入物。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，植入物零件采用注塑成形。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，植入物零件采用壓塑成形。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，植入物零件采用擠塑成形。
5.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，生物相容磨料包含生物活性陶瓷粉末。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，生物活性陶瓷粉末是羥基磷灰石或磷酸三鈣。
7.權(quán)利要求1～4任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，生物相容磨料包含可溶性生物相容鹽。
8.權(quán)利要求8的方法，其特征在于，可溶性生物相容鹽是氯化鈉。
9.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，磨蝕后，將生物相容磨料與植入物零件分離。
10.權(quán)利要求9的方法，當(dāng)依賴于權(quán)利要求5或6時(shí)，其特征在于，分離是通過(guò)過(guò)篩實(shí)施的。
11.權(quán)利要求9的方法，當(dāng)依賴于權(quán)利要求7或8時(shí)，其特征在于，分離是通過(guò)用水清洗實(shí)施的。
12.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，磨料的粒度介于10～1000μm。
13.權(quán)利要求12的方法，其特征在于，磨料的粒度介于30～500μm。
14.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，磨蝕是將該植入物零件連同磨料采用滾混、搖動(dòng)或振動(dòng)實(shí)施的。
15.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，植入物零件與磨料一起滾混、搖動(dòng)或振動(dòng)是在密閉容器中進(jìn)行的。
16.一種可生物吸收植入物，該植入物包含可生物吸收聚合物和生物活性陶瓷填料的復(fù)合材料，其特征在于，植入物的部分外表面由陶瓷填料提供。
17.權(quán)利要求16的可生物吸收植入物，其特征在于，可生物吸收聚合物包含聚丙交酯、聚乙交酯、聚對(duì)二氧環(huán)己酮、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酸酯和聚羥基戊酸酯、其共聚物和/或其混合物中的任何一種。
18.權(quán)利要求16或17的可生物吸收植入物，其特征在于，生物活性陶瓷填料包含羥基磷灰石、磷酸三鈣、硫酸鈣或生物活性玻璃中的任何一種。
19.以上權(quán)利要求16～18的可生物吸收植入物，其特征在于，植入物呈螺釘、脊椎體間融合器件、銷子、板、銷釘、縫合線、傷口護(hù)理墊、骨切除楔或其它可用于手術(shù)的物品的形式。
20.一種成形可生物吸收植入物的方法，該方法基本上如上面所描述。
21.一種基本上如前面所描述的可生物吸收植入物。
22.任何包括這里公開(kāi)的新主題的新主題或組合，不論是否在本發(fā)明范圍內(nèi)或涉及如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明。
全文摘要
一種成形可生物吸收植入物的方法，該方法包括由可生物吸收聚合物和生物活性陶瓷填料的復(fù)合材料成形植入物，以及以生物相容磨料，例如羥基磷灰石砂磨蝕該植入物零件的表面，以便使植入物零件的部分外表面由陶瓷填料提供。
文檔編號(hào)A61L27/46GK1723049SQ200480001764
公開(kāi)日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月29日
發(fā)明者J·J·庫(kù)珀 申請(qǐng)人:生物合成物有限公司