專利名稱：金屬植入物的制作方法
金屬纟直入物
本發(fā)明涉及用于手術(shù)方法的金屬植入物，其中所述植入物至少部
制感染，并且涉及制備這類植入物的方法。
許多手術(shù)方法都需要使用植入物。該類型相對(duì)常見(jiàn)的手術(shù)方法是 髖置換術(shù)，其中股骨頭部被部分或完全替換以補(bǔ)救由磨損或疾病造成 的缺陷。在另一方法中，癌性骨可以在修復(fù)性手術(shù)中被去除，以用金 屬植入物替換。這類植入物可以例如是鈦合金，其強(qiáng)度很高并相對(duì)輕。 如果植入物部分相對(duì)于身體的相鄰部分是活動(dòng)的，則認(rèn)為它在該部分
上提供平滑和拋光的表面；當(dāng)植入物部分被包埋于骨中時(shí)，則認(rèn)為它 提供已粗糙化的表面以增強(qiáng)在所述植入物上的骨生長(zhǎng)。適當(dāng)?shù)拇植诨?表面可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)提供含有羥基磷灰石的熱噴涂層以增強(qiáng) 骨在植入物上的生長(zhǎng)，和/或在表面上等離子噴涂粉末金屬。
但任何這類植入物的潛在的問(wèn)題是具有感染的風(fēng)險(xiǎn)。如WO 2005/087982所述， 一種金屬鈦植入物可以,皮處理形成表面層，所述表 面層與金屬基質(zhì)整合并摻入殺生材料。該方法包括將植入物在磷酸中 在高于50伏的電壓下陽(yáng)極化至少30分鐘，以便產(chǎn)生表面層，然后進(jìn) 行離子交換以便將殺生金屬的離子摻入表面層。在植入物所處的區(qū)域 不需要骨生長(zhǎng)(例如與活動(dòng)的肌肉接觸或在其附近)的情況下，在陽(yáng) 極化處理前優(yōu)選先拋光表面。利用特定電解質(zhì)和特定電流密度的陽(yáng)極 化產(chǎn)生通常約0.14 jam厚的二氧化鈦硬面涂層，但其中有直徑最高達(dá) 約5Mm且厚度約0.4-3 |u m的、被二氧化鈦(或磷酸鈦)填充的凹洞。 然后主要在這些凹洞中的材料中摻入銀離子以提供所需的殺生作用。 一種引入這類銀離子并且不需要陽(yáng)極化步驟的方法將是有利的。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種植入物，該植入物包含金屬結(jié)構(gòu)，其中 所述植入物的至少部分表面摻入通過(guò)等離子噴涂生物相容性金屬粉末 沉積的生物相容性金屬涂層(coating),并且所述涂層在涂層中摻入殺生 金屬陽(yáng)離子。
本發(fā)明還提供一種制備植入物的方法，所述植入物包含金屬結(jié)構(gòu)， 該方法包括以下步驟在金屬結(jié)構(gòu)的至少部分表面上等離子噴涂生物相容性金屬粉末以便形成生物相容性金屬涂層，然后將所述涂層與含 有殺生金屬的溶液接觸，由此殺生金屬陽(yáng)離子被摻入所述涂層。 殺生陽(yáng)離子被認(rèn)為是通過(guò)離子交換步驟摻入的。
通過(guò)等離子噴涂沉積的金屬表面具有離子交換特性是令人驚訝 的。提出假設(shè)認(rèn)為離子交換特性是由粉末沉積前其各個(gè)顆粒表面上最 初的氧化物引起的?？梢晕匠渥愕臍⑸x子以便在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)提供
所需的殺生作用，例如在移植后至少6周和更優(yōu)選的至少6個(gè)月，并 且釋放率較低以避免對(duì)體細(xì)胞的毒性作用。
根據(jù)制成金屬結(jié)構(gòu)的材料，然后可以在與含有殺生金屬的溶液接 觸前對(duì)被等離子涂層的(plasma-coated)結(jié)構(gòu)進(jìn)行陽(yáng)極化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極 化的被涂層的(coated)結(jié)構(gòu)通常摻入降低量的殺生金屬。
在一種改進(jìn)的方法中，使沉積涂層首先與磷酸(其可以將至少一 些表面氧化物轉(zhuǎn)化成磷酸鹽)接觸；然后在接觸含有殺生金屬的溶液 前清洗表面。所述清洗步驟除去可替換的磷酸鹽離子。經(jīng)磷酸鹽酸處 理的表面通常摻入降低量的殺生金屬。
理論上，各種不同的材料可用作殺生材料。金、鉑和鈀可能是潛 在合適的，盡管費(fèi)用昂貴；銀是優(yōu)選的，因?yàn)橛捎诼入x子的存在和氯 化銀的低溶解性，它尤其不溶于體液。
最終植入物的涂層中銀離子的載量范圍是1-100 jig/cm2,例如， 2-20 pg/cm 。
其他元素諸如銅，錫，銻，鉛，鉍和鋅可以用作結(jié)合至表面層的 離子。在這種情況下，可以主要通過(guò)所述層中金屬離子的鍵合力強(qiáng)度 控制釋放率。
這類修復(fù)性植入物的金屬結(jié)構(gòu)通常采用以下形式不銹鋼，鈦合 金，鈷/鉻合金，或基于鈮、鉭或鋯的合金或金屬。用于修復(fù)性植入物 的合適標(biāo)準(zhǔn)合金是含6%鋁和4%釩的鈦90%(英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)7252)，或鉻 26.5-30%,鉬4.5-7%,其余為鈷(英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)7252第4部分)。所述涂層 可以是鈦合金，或可以是純金屬諸如鈦、鈮或鉭，或這些金屬的合金。
在等離子噴涂步驟前可以對(duì)生物相容性金屬粉末進(jìn)行氧化預(yù)處 理，以增加等離子噴涂層的氧化物含量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)等離子噴涂層中氧 化物含量的升高將增加可摻入涂層表面的殺生金屬的量。氧化預(yù)處理可以是熱處理(例如在受控條件下在空氣或低02/N2混合物中加熱)或通
過(guò)化學(xué)法(諸如暴露于溶液中的氧化劑)進(jìn)行。
現(xiàn)在將僅通過(guò)舉例方式進(jìn)一步并且更具體的描述本發(fā)明。
用于脛骨修復(fù)術(shù)的植入物包括由鈷/鉻合金制成的結(jié)構(gòu)。植入物結(jié)
構(gòu)的大小專門用于特定患者。當(dāng)植入時(shí)，植入物的至少部分將接觸骨，
因此期望骨應(yīng)當(dāng)與所述部分的表面結(jié)合。通過(guò)提供粗糙表面，例如通
過(guò)等離子噴涂鈦粉末，將有助于這種骨結(jié)合過(guò)程。
這種等離子噴涂是常規(guī)方法。通常使用粒度范圍為30到200 pm 的鈦粉末。為了防止所述粉末(熱的時(shí)候其活性很高)的顯著氧化，等離 子噴涂通常使用氬氣/2%氫等離子體，并且所述粉末被高速噴涂通過(guò)該 等離子體以撞擊表面。噴涂步驟可以在真空室中進(jìn)行，但更普遍的是 在含有空氣的室中實(shí)施。等離子氣體防止室中空氣與熱的金屬粉末的 顯著接觸，盡管可能存在將與沉積金屬反應(yīng)的少量外來(lái)氧氣。
如果植入物的金屬結(jié)構(gòu)是鈦、鈮、鉭、鋯或這些金屬的適當(dāng)合金， 在等離子噴涂步驟后可以采用已知方式對(duì)等離子噴涂植入物進(jìn)行陽(yáng)極 化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)經(jīng)陽(yáng)極化的等離子噴涂植入物摻入增加量的殺生金屬。
備選地，可使等離子噴涂植入物與稀釋的磷酸接觸，將至少一些 表面二氧化鈦轉(zhuǎn)換為磷酸鹽，然后優(yōu)選的進(jìn)行清洗以去除過(guò)量的磷酸
JUL 離子。
然后使被涂層的植入物與含銀陽(yáng)離子的溶液接觸，由此銀陽(yáng)離子 被吸附到氧化物/磷酸鹽表面。優(yōu)選地，可以采取合適步驟促進(jìn)銀鹽溶 液對(duì)被涂層的植入物的濕潤(rùn)。例如，可以在接觸被涂層的植入物期間 對(duì)所述溶液施加真空以替代表面粗糙結(jié)構(gòu)中截留的氣泡，和/或在銀鹽 溶液中添加或包括非離子型表面活性劑?？梢詳嚢桡y鹽溶液以促進(jìn)銀 陽(yáng)離子在被等離子涂層的植入物表面的均勻摻入。在 一 個(gè)實(shí)施例中， 在20 wt。/。磷酸中浸漬2小時(shí)后，然后浸入0.01 M硝酸銀中2小時(shí)，銀 載量是2.4 ^ig/cm2。
在稍微更簡(jiǎn)單的方法中，不進(jìn)行磷酸的預(yù)處理，沉積涂層接觸銀 鹽溶液。這種更簡(jiǎn)單的方法也能夠摻入足夠的銀。浸入0.01M硝酸銀 中2小時(shí)得到3.7 ng/cm2的結(jié)果銀載量，而類似浸入0.05M硝酸銀中 得到13.3 i!g/cm2的載量。在將植入物植入患者后，銀離子逐漸浸出到周圍體液，這樣的話 緊挨所述植入物的任何細(xì)菌都被殺死。源于植入物的感染從而被抑制。
應(yīng)理解通過(guò)等離子噴涂鈦涂層的表面可以用各種方式進(jìn)行預(yù)處 理，.例如它通常被徹底清潔，也可以被噴丸提供粗糙表面以便提供強(qiáng) 有力的結(jié)合。
在進(jìn)一步的改進(jìn)中，經(jīng)處理的鈦涂層(包含殺生金屬，例如銀離 子)可以涂有羥基磷灰石，其可以用含有殺生金屬的溶液進(jìn)一步處理 (例如用稀釋的銀鹽溶液處理)以在羥基磷灰石中加載或摻入附加的 殺生金屬離子，諸如銀離子。
如上所述，鈦涂層可以沉積到鈷/鉻合金結(jié)構(gòu)上，但是鈦涂層可以 同樣沉積到其他金屬(包括鈦合金)的結(jié)構(gòu)上。并且涂層自身也可以 是其他金屬，例如鈷/鉻合金。
權(quán)利要求
1.一種植入物，該植入物包含金屬結(jié)構(gòu)，其中所述植入物的至少部分表面摻入通過(guò)等離子噴涂生物相容性金屬粉末沉積的生物相容性金屬涂層，并且所述涂層在涂層中摻入殺生金屬陽(yáng)離子。
2. 如權(quán)利要求1所述的植入物，其中所述殺生金屬陽(yáng)離子包含銀離子。
3. 如權(quán)利要求2所述的植入物，其中所述涂層中銀離子的載量為 1-100 |ug/cm2。
4. 如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的植入物，其中陽(yáng)極化或用磚 酸處理所述被等離子涂層的結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的植入物，其中含有殺生金屬 的被等離子涂層的結(jié)構(gòu)涂有羥基磷灰石，以及任選的，附加的殺生金 屬陽(yáng)離子被載入羥基磷灰石。
6. —種制備植入物的方法，所述植入物包含金屬結(jié)構(gòu)，該方法包 括以下步驟在金屬結(jié)構(gòu)的至少部分表面上等離子噴涂生物相容性金 屬粉末以便形成生物相容性金屬涂層，然后將所述涂層與含有殺生金 屬的溶液接觸，由此殺生金屬陽(yáng)離子被摻入所述涂層。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中在與含有殺生金屬的溶液接觸 前，使所述涂層首先與磷酸接觸。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中在與殺生金屬的溶液接觸前， 陽(yáng)極化所述被涂層的結(jié)構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求6-8中任意一項(xiàng)所述的方法，其中含有殺生金屬的 被等離子涂層的結(jié)構(gòu)涂有羥基磷灰石，以及任選的，所述被羥基磷灰 石涂層的結(jié)構(gòu)用含有殺生金屬陽(yáng)離子的溶液處理，從而將至少一些后 來(lái)的殺生金屬陽(yáng)離子摻入羥基磷灰石涂層。
10. 如權(quán)利要求6-9中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述殺生金屬是銀。
全文摘要
一種用于手術(shù)方法的含有金屬結(jié)構(gòu)的植入物，其中通過(guò)金屬粉末的等離子噴涂，所述金屬結(jié)構(gòu)的至少部分涂有生物相容性金屬諸如鈦。然后殺生金屬陽(yáng)離子通過(guò)離子交換被吸附到涂層，由此在植入后所述殺生離子逐漸浸出到周圍體液并抑制感染。通過(guò)用稀釋磷酸的預(yù)處理可以改變所述涂層的離子交換特性。
文檔編號(hào)A61L27/30GK101578117SQ200880001886
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月15日
發(fā)明者A·D·圖爾納, D·R·劉易斯, M·E·L·皮克福德, T·C·普倫蒂塞 申請(qǐng)人:阿山特斯有限公司