專利名稱：由鎂合金制造的植入物及其制造方法
技術(shù)領域：
背景技術(shù)：
可生物再吸收性植入物，尤其是由鎂或鎂合金制造的植入物，是已知的。特別地講，已知鎂對骨骼痊愈具有積極的作用且在體內(nèi)緩慢分解，因此可生物再吸收性植入物可以使用鎂來制造。具體地說，已知基本由鎂制成的有螺釘、金屬線、銷釘?shù)取，F(xiàn)有鎂植入物的缺點在于一旦植入物降解到較小的深度，則植入物、尤其是螺釘?shù)臋C械性質(zhì)會受損到植入物喪失其機械作用的程度。因為各種進一步的腐蝕僅發(fā)生在表面處，剩余的殘留植入物、即植入物的核心則存留在體內(nèi)，并且經(jīng)受相當長的分解過程。現(xiàn)有鎂植入物的進一步的缺點在于難以使用機械加工技術(shù)制造所述植入物。鎂合金的機械加工工藝始終必然牽涉高燃燒風險。因此，制造始終都是必須在適當小心下進行， 并因此耗費時間且復雜。本發(fā)明的目的因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種植入物，就成功治療而言，其具有改善的性質(zhì)，且其可以用簡單的方式制造。本發(fā)明的另一目的在于提供一種植入物，其在分解過程期間，保持其機械性質(zhì)比較久的時間，即功能肯定已經(jīng)喪失的殘留植入物的分解過程占體內(nèi)全部滯留時間的分數(shù)盡可能低。本發(fā)明的進一步的目的在于減輕必須在體內(nèi)分解的可生物再吸收性材料的質(zhì)量。本發(fā)明的另一目的在于提供用于醫(yī)學應用的鎂合金，其具有高耐受性和優(yōu)良的機械性質(zhì)。本發(fā)明的一個特定目的在于減少鋅的比例，當鋅過量時，其可能引起體內(nèi)炎癥，但其被用來改善鎂合金的機械性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)獨立權(quán)利要求中任一項，本發(fā)明的目的已經(jīng)通過由鎂或鎂合金制造的植入物、并通過植入物用的鎂合金來解決。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案和修改體在相應的從屬權(quán)利要求中陳述。根據(jù)一個方面，本發(fā)明涉及鎂模鑄植入物或鎂模鑄合金的植入物，所述植入物至少在其部分中是多孔的，且孔隙率至少在其部分中從外向內(nèi)增加。因此，根據(jù)本發(fā)明，孔隙率從植入物的表面向植入物的核心增加。其原因在于，分解過程在多孔性較低的表面處遲緩，而在植入物的核心則相反。因此，在放置植入物之后，開始的分解相對緩慢，但是一旦靠近表面的區(qū)域已經(jīng)被分解，植入物的剩余殘留核心則變成快速分解。相比之下，所述表面優(yōu)選具有鑄皮，能在放置之后的初期延遲腐蝕侵襲。因此，所述植入物在整個分解過程的比較久的時間內(nèi)保持其機械性質(zhì)的最低要求。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，所述植入物的表面基本不含開孔；尤其是所述表面具有少于3個直徑在100 μ m/cm2以上的開孔。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，比較低的孔隙率產(chǎn)生出乎意料地強烈加速的分解過程。然而， 在閉合的基本無孔的表面上，分解過程的開始非常遲緩。在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施方案中，形成所述植入物，使得組織結(jié)構(gòu)、即至少部分結(jié)晶合金的平均粒徑在向內(nèi)方向上、即朝向核心上變得更粗糙。較大粒度似乎也與體內(nèi)的較快分解有關。優(yōu)選的是在靠近所述表面的第一區(qū)域、例如被限定為最大深度0. 5mm的第一區(qū)域中，孔隙率小于3 %、最優(yōu)選小于2 %。在遠離表面的區(qū)域、特別是可以限定為從所述表面上看去深度在0. 6mm以上的區(qū)域中，孔隙率優(yōu)選在3%以上、最優(yōu)選5%以上。本文中的術(shù)語“孔隙率”是指閉合孔隙率， 即開孔與閉孔的比率。所述植入物的孔隙率的程度可以為1 40%、優(yōu)選為2 8%。高達約40%的孔隙率在技術(shù)上是可行的。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)相對小的孔隙率程度，尤其是3%以上，將顯著加速剩余的殘留植入物的分解過程。在本發(fā)明的一個修改體中，所述植入物包含具有0. 5 10% (除非另有說明，否則％量是指)、優(yōu)選1 9%且最優(yōu)選3 5%的釔量的鎂合金。釔用作主要用于延遲所述植入物的腐蝕的添加劑。因此，釔的量可以設定植入物的所需使用壽命，直到其性質(zhì)因分解而喪失。優(yōu)選的是所述鎂合金除釔之外還包含小于2%、更優(yōu)選小于的量的其它稀土， 即稀土金屬。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，合金中展現(xiàn)出高溶解性的元素Gd、Tb、Dy、Ho、 Er、Tm、Yb和Lu的量各自小于0. 4%且總計小于0. 7%。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，展現(xiàn)出比較高溶解性的元素Nd、La、Ce、Pr、Sm 和Eu的量各自小于0. 15%且總計小于0.4%。這樣，提供了在鑄造期間展現(xiàn)出均勻析出行為的合金。為了部分地阻止不合需要的副作用，所述植入物優(yōu)選具有各自小于0.2%且總計小于0. 4%的量的元素Al、Si、Si、Mn、CaJr、Li、Sn、Sr和P中的至少一種。此外，所述植入物優(yōu)選包含小于50ppm的元素Ag、Au、CuJe和Ni中的每一種。然而，本發(fā)明的一個供選的實施方案設想了根據(jù)適應癥加入銀，尤其是原子或納米粒子形式的銀，以獲得抗菌性質(zhì)。鈹?shù)牧績?yōu)選小于4ppm。在本發(fā)明的一個修改體中，所述植入物至少在其部分中被涂層。例如，設想了使用類似地可生物再吸收的、即在體內(nèi)降解的涂層。特別提供了生物相容的聚合物、緩慢溶解的氧化物層或羥基磷灰石或其它磷酸鈣鹽的可降解涂層。諸如聚-L-乳酸、聚己酸內(nèi)酯或氟化物涂層的聚合物涂層也在特定滯留時間內(nèi)溶解。在放置植入物后的初期，涂層可以幾乎完全阻止降解。因此，在初期期間，所述植入物保留其機械性質(zhì)。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，使用在高于體溫的溫度下分解或溶解的涂層。因此，可以想象，將已經(jīng)放置的植入物感應加熱到40°C 60°C之間的溫度，由此涂層被分解并暴露出剩余的鎂植入物以供分解。在本發(fā)明的一個修改體中，所述植入物具有噴砂處理的表面。這樣，可以除去毛刺。另一方面，噴砂可以導致表面致密，由此延遲初始的分解過程。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，所述植入物一體形成。模鑄方法已經(jīng)證明是特別適合用作制造根據(jù)本發(fā)明的植入物的方法。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)模鑄方法允許以非常經(jīng)濟的方式提供具有多孔核心但表面基本無孔的植入物。在高壓下，在模具中壓縮熔體。此時，所述模具優(yōu)選不像在一些真空協(xié)助的模鑄過程中的那樣被抽空。模具中存在的氣體引起流入的熔體發(fā)生湍流，從而包圍氣體、尤其是空氣，這產(chǎn)生植入物的孔隙率，同時植入物的表面保持基本無孔且閉合。在所述模鑄工藝期間，在模具中，在尤其20巴以上、優(yōu)選100巴以上的高壓下，壓縮所述熔體。優(yōu)選的是在極低粘度條件下，在高溫下，加工所述熔體。具體地說，鑄造溫度高于 600°C，優(yōu)選高于700°C。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，鑄造速率在5以上、優(yōu)選在20cm/s以上。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)高溫和高壓允許加工具有少量鋁和除釔之外的少量稀土的合金。與用于非醫(yī)學應用的現(xiàn)有模鑄方法相比，優(yōu)選使用的合金的較差流動行為導致在植入物內(nèi)形成多孔結(jié)構(gòu)。在非醫(yī)學應用中必須絕對避免的這類多孔結(jié)構(gòu)引起如上所述的可生物再吸收性植入物的性質(zhì)改善。除了諸如通過噴砂去毛刺之外，供選地或附加地，可以通過在將植入物安置在滾筒中引起爆炸使植入物去毛刺。本發(fā)明可用于提供用于各種應用、尤其是螺釘、縫合錨(即，用來固定縫合的錨) 和縫合傷口錨(即，用于將軟組織固定到骨骼的錨裝置)的植入物。本發(fā)明進一步涉及用于植入物的鎂合金，尤其是鎂模鑄合金。所述鎂合金具有 1 9%的量的釔和在0. 1 1.5%之間的量的其它稀土金屬、小于0.4%的量的鋅。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在釔之上還適當選擇稀土金屬，可以改造機械性質(zhì)，使得植入物在不加鋅的情況下具有足夠的強度。并且，可以省去大量的鋁且進一步省去稀土金屬。因此，所述合金耐受性良好。具體地說，提供鎂合金，其包含如下的另外成份各自小于0.4%、總計在0. 1 0. 7%之間的量的Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu ；各自小于0. 15%、總計在0. 05 0. 3%之間的量的Nd、La、Ce、Pr、Sm和Eu ；各自小于0. 2%、總計在 0. 05 0. 3%之間的量的 Al、Zn、Si、Mn、Ca、Zr、Li、Sn、 Sr 禾口 P ；各自小于50ppm的量的Ag、Au、Cu、Fe和Ni ；小于4ppm的Be。這樣，可以提供具有在2 2000 μ m之間的粒度的結(jié)晶模鑄合金。具體地說，可以提供微晶模鑄合金。
本發(fā)明的鎂合金獲得70MPa以上、優(yōu)選75MPa以上MPa的屈服強度Rptl.2。拉伸強度艮在9010^以上、優(yōu)選大于IOOMPa以上，斷裂伸長A在3%以上。本發(fā)明進一步涉及由鎂或鎂合金制造的植入物，所述植入物至少在其部分中被涂層。因此，所述植入物包含由鎂或鎂合金制造的可生物降解的核心，其僅在涂層已被剝離或熔融掉之后才進行降解。這樣，所述植入物在其置放之后保留其機械性質(zhì)比較長的時間。所述核心優(yōu)選至少其部分是多孔的，一旦涂層不再存在，則其顯著促進降解。作為涂層，提供如上所述的生物相容的聚合物，例如聚-L-乳酸、聚己酸內(nèi)酯、緩慢溶解的氧化物層、或由羥基磷灰石或其它磷酸鈣鹽制造的可降解的涂層。在本發(fā)明的一個修改體中，所述植入物至少其部分上具有涂層，所述涂層在高于體溫的溫度下分解或溶解。其尤其是聚合涂層，特別是聚環(huán)氧乙烷或聚丙交酯的涂層?？梢岳缃柚陔姶挪ā⒂绕錈o線電或微波能量，通過感應、或通過引入超聲波能量，從外部實現(xiàn)加熱。為了防止損壞鄰近組織，所述涂層優(yōu)選具有20 60°C的熔融溫度。


現(xiàn)在將參考圖1-圖10的圖詳細描述本發(fā)明。圖1示意地展示貫穿植入物1的剖面，在此是干預螺釘?shù)男问?。該示例性實施方案的干預螺釘具有中心通道2。植入物1通過模鑄方法由鎂合金制造，并具有基本無孔且閉合的表面3。在內(nèi)部，即在遠離表面的區(qū)域4中，植入物1具有比在表面3處顯著更高的孔隙率。因為通道2不是通過鉆眼限定的，而是已經(jīng)通過鑄模限定，所以通道2的表面同樣無孔且閉合。在將植入物放置在體內(nèi)之后，與在植入物的核心4中的分解速率相比，在植入物的表面3處的分解速率顯著降低。這樣，可以提供如下保持其需要的機械性質(zhì)比較久的時間的植入物。植入物1可以具有在放置在體內(nèi)之后基本防止植入物1降解的涂層(未圖示)。 所述涂層可以在后來通過施加電磁波或通過感應來熔融掉。這樣，安裝的植入物失去掩蓋并進行降解。圖2示意地展示夾板5，其用于例如連接骨碎片。為了固定，夾板5至少具有螺紋6或者鉆孔，螺釘經(jīng)其插入骨中。螺紋6優(yōu)選是在模鑄期間借助于被引入鑄模中并且在夾板5彈出時被擠出的螺紋銷來形成。這樣，螺紋6的表面也具有鑄皮?；蛘撸菁y6可被切出。實際上，這破壞了鑄皮；然而，在放置之后，螺紋6被螺釘所保護。圖3示意地展示螺釘7，其例如可以用于固定圖2中圖示的夾板。這代表有角度的穩(wěn)定系統(tǒng)，其中螺釘7的頭部8具有用于嚙合夾板的螺紋的外螺紋。螺釘體9提供有用于穿入骨中的螺紋，所述螺紋在尖端具有自切割部分10。圖4示意地展示銷釘11，其借助于適當?shù)墓ぞ叻胖?。該銷釘也是以模鑄方法制造且內(nèi)部是多孔的。銷釘U特別打算用于小型骨折。圖5展示用于加固脊椎體的籠架12?；\架12由在其內(nèi)部13充有骨粒的大體管狀部分組成。所述骨粒引起骨生產(chǎn)，使得在由鎂合金制成的部分降解之后，脊椎體生長在一起。參考圖6和圖7，將描述用于制造植入物1的方法。圖7圖示了包含上部15和下部14的鑄模的剖視圖。在該模具中，在高溫和高壓下，壓縮包含一定量的釔的鎂合金。熔體在1秒的若干分之幾內(nèi)固化。這樣，在植入物1的表面處形成細粒鑄皮，同時在植入物的內(nèi)部形成具有更粗糙組織的多孔結(jié)構(gòu)，可假定這是由于湍流和所用合金的相對差的流動行為引起的。隨后，如圖7中所描繪，包含上部15和下部14的模具被打開且植入物被彈出。應當理解的是，模具是以適當示意的方式描繪，且在實際使用中，其將包含其它部分和組件。具體地說，設想了包含至少四個部件的模具。圖8展示適合放置于頸椎的籠架12的一個供選的實施方案。該籠架12還具有可以充有骨粒的開口 13。圖9和圖10展示縫合錨16的不同實施方案。
權(quán)利要求
1.一種鎂模鑄或鎂模鑄合金的植入物，其中所述植入物至少在其部分中是多孔的，且其中孔隙率至少在其部分中從外向內(nèi)增加。
2.根據(jù)前一權(quán)利要求的植入物，其特征在于所述植入物的至少一個表面基本不含開孔。
3.根據(jù)前一權(quán)利要求的植入物，其特征在于所述表面具有少于3個直徑在100μ m/cm2 以上的開孔。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述鎂或鎂合金的組織結(jié)構(gòu)在向內(nèi)方向上變得更粗糙。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于在靠近所述表面的第一區(qū)域中， 孔隙率的程序小于3%、優(yōu)選小于2%。
6.根據(jù)前一權(quán)利要求的植入物，其特征在于靠近所述表面的所述區(qū)域被限定為最大深度 0. 5mmο
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于在遠離所述表面的另一區(qū)域中， 孔隙率的程度在3%以上、優(yōu)選在5%以上。
8.根據(jù)前一權(quán)利要求的植入物，其特征在于遠離所述表面的所述區(qū)域被限定為深度在 0. 6mm以上。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物包含的鎂合金具有 0.5%至10%、優(yōu)選至9%、且最優(yōu)選3%至5%的量的釔。
10.根據(jù)前一權(quán)利要求的植入物，其特征在于所述植入物包含的鎂合金具有小于2%、 優(yōu)選小于的量的其它稀土。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物包含的鎂合金具有各自小于0. 4%、尤其總計小于0. 7%的量的元素Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少一種。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物包含的鎂合金具有各自小于0. 15%、尤其總計小于0. 4%的量的元素Nd、La、Ce、Pr、Sm和Eu中的至少一種。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物包含的鎂合金具有各自小于0. 2%、尤其總計小于0. 4%的量的元素Al、Zn、Si、Mn、Ca、Zr、Li、Sn、Sr和P中的至少一種。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物包含的鎂合金具有各自小于50ppm的量的元素Ag、Au、Cu、Fe和Ni中的至少一種。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物包含的鎂合金具有小于4ppm的量的Be。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物的孔隙率的程度為至40%、優(yōu)選為2%至8%。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物至少其部分被涂層。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物具有噴砂的表面。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物一體形成。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物通過在滾筒中引發(fā)爆炸來去毛刺。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物是螺釘、籠架、縫合錨或縫合傷口錨的形式。
22.一種用于尤其根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物的鎂合金，其中所述鎂合金包含1%至9%的￥和在0. 至1.5%之間的其它稀土金屬，且其中Si的量小于0.4%。
23.根據(jù)前一權(quán)利要求的用于植入物的鎂合金，其包含如下的另外組分各自小于0. 4%、總計在0. 至0. 7%之間的量的Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu ；各自小于0. 15%、總計在0. 05%至0. 3%之間的量的Nd、La、Ce、Pr、Sm禾口 Eu ；各自小于 0. 2%、總計在 0. 05%至 0. 3%之間的量的 Al、Zn、Si、Mn、Ca、Zr、Li、Sn、Sr 和P ；各自小于50ppm的量的Ag、Au、Cu、Fe和Ni ；小于4ppm的Be。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的用于植入物的鎂合金，其特征在于包含粒度在2 2000 μ m之間的結(jié)晶模鑄合金。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的用于植入物的鎂合金，其特征在于所述植入物包含屈服強度I^2在70MPa以上、優(yōu)選在75MPa以上的鎂合金。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的用于植入物的鎂合金，其特征在于所述植入物包含拉伸強度Rm在90MPa以上、優(yōu)選在IOOMPa以上的鎂合金。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的用于植入物的鎂合金，其特征在于所述植入物包含斷裂伸長A在3%以上的鎂合金。
28.—種來自根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的鎂合金的植入物。
29.一種制造植入物、尤其根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的植入物的方法，其中鎂合金、 尤其根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的鎂合金在模鑄工藝中形成植入物。
30.根據(jù)前一權(quán)利要求的制造植入物的方法，其特征在于使用包含至9%的Y和 0. 1至1. 5%的其它稀土金屬的鎂合金。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的制造植入物的方法，其特征在于在所述模鑄工藝期間在模具中被壓縮的熔體所處的壓力在20巴以上、優(yōu)選在100巴以上。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的制造植入物的方法，其特征在于鑄造溫度高于 600°C、優(yōu)選高于700°C。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的制造植入物的方法，其特征在于鑄造速率在5cm/s 以上、優(yōu)選在20cm/s以上。
34.一種來自尤其根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的鎂或鎂合金的植入物，其中所述植入物至少其部分被涂層。
35.根據(jù)前一權(quán)利要求的植入物，其特征在于所述植入物至少在其部分中具有涂層，所述涂層在高于體溫的溫度下分解或剝離。
36.根據(jù)前面兩項權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述涂層包含聚合物、尤其是聚環(huán)氧乙烷或聚丙交酯。
37.根據(jù)前面三項權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物能通過電磁波加熱。
38.根據(jù)前面四項權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述植入物能通過感應加熱。
39.根據(jù)前面五項權(quán)利要求中任一項的植入物，其特征在于所述涂層具有20至60°C的熔融溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及由鎂合金制造的植入物，其中孔隙率朝向核心增加。
文檔編號A61B17/04GK102170921SQ200980139689
公開日2011年8月31日 申請日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者伯恩德·弗洛里奇, 弗蘭克·維特, 漢斯-約阿希姆·費舍, 沃爾夫?qū)の忠了? 諾伯特·霍特, 馬科·沃爾夫斯塔迪特 申請人:App生物材料有限公司