專利名稱：用于具有磷酸鈣的植入物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利申請的技術(shù)領(lǐng)域大體涉及制造的基材，具體涉及對所述基材進(jìn)行改性以改 善其用作醫(yī)學(xué)植入物的組成部分的特性。
背景技術(shù)：
作為患者體內(nèi)替代結(jié)構(gòu)使用的醫(yī)學(xué)植入物已得到廣泛應(yīng)用。具體地講，用于代替 關(guān)節(jié)或其他結(jié)構(gòu)的整形外科植入物已經(jīng)在商業(yè)上和科技上受到了高度關(guān)注。通常，整形外 科植入物具有多孔金屬表面，該表面位于靠近骨頭處。促進(jìn)植入物較早固定而代替骨水泥或其他粘接劑，以及骨頭向植入物的生長，是 重要的考慮因素。隨著從宿主骨頭向植入物表面的骨生長，固定過程不斷進(jìn)行，該過程通常 始于將植入物插入受體后大約三周。一旦新骨頭跨越植入物表面與原來的相鄰骨頭表面之 間的間隙，即可實現(xiàn)植入物的逐步穩(wěn)定。因此，為了改善植入物的固定，有利的是開發(fā)新方 法和新材料，這些方法和材料可通過(例如)促進(jìn)新骨頭生長來幫助促進(jìn)骨頭連接到非骨 水泥型植入物。

發(fā)明內(nèi)容
一些示例性實施例涉及用于制備植入物的表面的方法。此類制備在某些情況下可 以改善植入物的磷酸鈣涂層?？蓪⒔饘傩曰谋┞队诘谝慌浞綇亩x予該金屬性基材第一 化學(xué)改性的紋理化表面。在某些情況下，還可使第二配方暴露于金屬性基材從而在該金屬 性基材上形成第二化學(xué)改性的紋理化表面。當(dāng)施用多種不同的配方時，各配方可提供不同 的改性(例如，一種配方蝕刻較大型形體，而另一種配方蝕刻小型形體)。盡管可以任何順 序施用配方，但在某些情況下，用于形成較小形體的配方在用于形成較大形體的配方之后 施用。一些實施例中使用的金屬性基材可由適用于植入活體中的金屬合金制成。實例包括鈦合金和含鉻合金(例如鈷鉻合金)。在一些實施例中，金屬性基材在表面改性之前可包 括多孔結(jié)構(gòu)(例如具有大于約50 μ m的特征長度)，該多孔結(jié)構(gòu)可位于植入物表面上?？赏?過以下方法制備該多孔表面使用一種或多種機(jī)械粗糙化技術(shù)對材料進(jìn)行預(yù)處理，和/或 在基材表面上施用多種元件(例如鈷鉻合金元件)以形成多孔結(jié)構(gòu)?？稍趯⒒谋砻娓男?之前，在該基材表面上應(yīng)用其他預(yù)處理，例如使用氧氣和/或氬氣的等離子處理。用于賦予改性表面的一種或多種配方可以是任何適于實現(xiàn)所需的改性的配方。在 一些實施例中，配方包括氫商酸。氫商酸配方還可包括氧化劑，這樣可給表面賦予微米紋理 (例如平均開口尺寸從約200nm至約10 μ m的表面凹坑)。其他包括氫鹵酸的配方可基本 上不包括氧化劑，這樣可給表面賦予納米紋理(例如平均開口尺寸從約40nm至約200nm的 表面凹坑)?？墒贡砻姹┞队谝环N或多種配方一段時間，該段時間為約2分鐘至約24小時、 或約2分鐘至約120分鐘，或者超過約5分鐘。通過暴露于一種或多種配方所形成的改性表面其特征可為具有多個表面凹坑。表 面凹坑可具有一種或多種特性，例如平均開口尺寸。通過任何具體配方所形成的平均開口 尺寸可在從約40nm至約10 μ m、或從約40nm至約200nm、或從約200nm至約10 μ m的范圍 內(nèi)。表面凹坑還可通過平均凹坑深度來表征，平均凹坑深度可在(例如)從約5nm至約 500nm、或從約5nm至約50nm、或從約50nm至約500nm的范圍內(nèi)。相對于沒有暴露于其中一 種改性配方的鈷鉻合金，改性表面還可(或者作為另外一種選擇)在表面層的至少一部分 (例如在表面的約25埃內(nèi))中具有增大的鉻鈷比。在其他實施例中，可用配方對金屬性基材進(jìn)行處理從而在改性表面上形成含磷酸 鈣的層。含磷酸鈣的層可包括羥基磷灰石，和/或可通過包括其他離子成為仿生的。該層 的平均厚度可大于約IOOnm(例如厚度范圍介于約1 μ m和約30 μ m之間)。配方可包括具 有鈣和磷酸鹽的流體基混合物。因此，該混合物可提供能接觸多孔表面超過視線角的磷酸 鈣層，例如基本上覆蓋整個暴露表面。在一些實施例中，含磷酸鈣的層可在小于約24小時 的時間段后形成。其他實施例涉及涂覆磷酸鈣的植入物，該植入物可包括金屬表面，例如鈷鉻合金 表面。金屬性基材可包括具有多個表面凹坑的紋理化表面，該紋理化表面可通過本文所公 開的任何特性來表征。磷酸鈣層可接觸紋理化表面的至少一部分，該層也具有本文所公開 的任何相應(yīng)特性。本發(fā)明另外體現(xiàn)在如下方面1. 一種制備植入物表面的方法，包括使金屬性基材暴露于第一配方以在所述金屬性基材上形成第一化學(xué)改性的紋理 化表面，所述第一紋理化表面通過第一多個表面凹坑來表征，所述第一多個表面凹坑具有 在從約200納米至約10微米范圍內(nèi)的第一平均開口尺寸；和使所述金屬性基材暴露于第二配方以在所述金屬性基材上形成第二化學(xué)改性的 紋理化表面，所述第二紋理化表面通過第二多個表面凹坑來表征，所述第二多個表面凹坑 具有在從約40納米至約200納米范圍內(nèi)的第二平均開口尺寸，與使所述表面僅暴露于所述第一配方和所述第二配方之一相比，所述表面能夠增 強(qiáng)磷酸鈣在所述表面上的形成。2.根據(jù)方面1所述的方法，還包括
用第三配方處理所述金屬性基材以在所述第一紋理化表面和所述第二紋理化表 面上形成含磷酸鈣的層。3.根據(jù)方面2所述的方法，其中處理所述金屬性基材的步驟包括形成含羥基磷灰 石的層。4.根據(jù)方面2所述的方法，其中處理所述金屬性基材的步驟包括將所述金屬性基 材處理少于約24小時。5.根據(jù)方面1所述的方法，其中使所述金屬性基材暴露于所述第一配方的步驟是 在使所述金屬性基材暴露于所述第二配方的步驟之前進(jìn)行。6.根據(jù)方面1所述的方法，其中所述金屬性基材包括鈷鉻合金和鈦合金中的至少
“"者 ο7.根據(jù)方面6所述的方法，其中所述表面在所述暴露步驟之后具有如下的層相 對于未經(jīng)歷所述暴露步驟的鈷鉻合金，在所述層的至少一部分中鉻鈷比增大；所述層的厚 度小于約25埃。8.根據(jù)方面1所述的方法，其中所述第一配方包含第一氫鹵酸和氧化劑。9.根據(jù)方面1所述的方法，其中所述第二配方包含第二氫鹵酸，所述第二配方基 本上不含氧化劑。10.根據(jù)方面1所述的方法，其還包括在所述的暴露所述金屬性基材的步驟之前以機(jī)械方式將所述金屬性基材的表面 粗糙化。11.根據(jù)方面1所述的方法，還包括使所述金屬性基材經(jīng)歷等離子處理，隨后進(jìn)行所述的暴露所述金屬性基材的步
馬聚ο12.根據(jù)方面1所述的方法，其中所述第一多個表面凹坑具有在約50nm至約 500nm范圍內(nèi)的第一平均深度尺寸。13.根據(jù)方面1所述的方法，其中所述第二多個表面凹坑具有在約5nm至約50nm 范圍內(nèi)的第二平均深度尺寸。14.根據(jù)方面1所述的方法，其中所述的使所述金屬性基材暴露于所述第一配方 的步驟包括使所述金屬性基材暴露約2分鐘至約120分鐘的時間。15.根據(jù)方面1所述的方法，其中所述的使所述金屬性基材暴露于所述第二配方 的步驟包括使所述金屬性基材暴露至少約5分鐘的時間。16. 一種用于改善植入物的磷酸鈣涂層的方法，包括使包括鈷鉻合金表面的金屬性基材暴露于第一配方以給所述金屬性基材賦予化 學(xué)改性的紋理化表面，所述紋理化表面通過多個表面凹坑來表征，所述多個表面凹坑具有 約40納米至約10微米范圍內(nèi)的平均開口尺寸；和用第二配方處理所述紋理化表面以在所述紋理化表面上形成含磷酸鈣的層，所述 紋理化表面增強(qiáng)磷酸鈣在所述金屬性基材上的形成。17.根據(jù)方面16所述的方法，其中所述金屬性基材包括多孔結(jié)構(gòu)，所述紋理化表 面為所述多孔結(jié)構(gòu)的表面的至少一部分。18.根據(jù)方面16所述的方法，其中所述第一配方包含氫鹵酸和氧化劑。
19.根據(jù)方面16所述的方法，其中所述第一配方包含氫鹵酸，所述第一配方基本 上不含氧化劑。20.根據(jù)方面16所述的方法，其中所述的處理所述金屬性基材的步驟包括將所述 金屬性基材處理約2分鐘至約24小時的時間。21. 一種用于改善植入物固定的磷酸鈣涂覆的植入物，包括金屬性基材，所述金屬性基材包括鈷鉻合金表面，所述金屬性基材還包括紋理化 表面，所述紋理化表面相對于所述鈷鉻合金為富鉻的，所述紋理化表面通過多個表面凹坑 來表征，所述多個表面凹坑具有約40納米至約10微米范圍內(nèi)的平均開口尺寸；以及含磷酸鈣的層，所述含磷酸鈣的層接觸所述紋理化表面的至少一部分，所述層的 平均厚度大于約lOOnm。22.根據(jù)方面21所述的植入物，其中所述多個表面凹坑通過平均深度尺寸來表 征，所述平均深度尺寸在約5納米至約500納米的范圍內(nèi)。23.根據(jù)方面21所述的植入物，其中所述層通過平均厚度來表征，所述平均厚度 在約1微米至約30微米的范圍內(nèi)。24.根據(jù)方面21所述的植入物，其中所述金屬性基材包括多孔結(jié)構(gòu)，所述經(jīng)涂覆 的紋理化表面為所述多孔結(jié)構(gòu)的表面的至少一部分。25.根據(jù)方面24所述的植入物，其中所述多孔結(jié)構(gòu)包括多個鈷鉻合金元件。26.根據(jù)方面24所述的植入物，其中所述多孔結(jié)構(gòu)通過孔間距來表征，所述孔間 距的特征長度大于約50微米。27.根據(jù)方面24所述的植入物，其中所述含磷酸鈣的層接觸所述多孔結(jié)構(gòu)超過視
線角ο28.根據(jù)方面21所述的植入物，其中所述層包含仿生羥基磷灰石類材料。


由下文的“具體實施方式
”結(jié)合附圖(未必按比例繪制)可以更全面地理解本發(fā) 明的各個方面，附圖中圖1為根據(jù)一些實施例的紋理化表面的示意圖；圖2為根據(jù)一些實施例的多紋理化表面的示意圖；圖3示出了流程圖，其描述根據(jù)一些實施例的用于制備植入物表面的方法；圖4示出了根據(jù)一些實施例的拋光鍛造的鈷鉻鉬圓盤的原子力顯微鏡圖像；圖5示出了根據(jù)一些實施例的納米紋理化鍛造的鈷鉻鉬圓盤的原子力顯微鏡圖 像；圖6示出了根據(jù)一些實施例的微米紋理化鍛造的鈷鉻鉬圓盤的原子力顯微鏡圖 像；圖7示出了根據(jù)一些實施例的多紋理化鍛造的鈷鉻鉬圓盤的原子力顯微鏡圖像；圖8示出了根據(jù)一些實施例的鏡面拋光鈷鉻鉬圓盤的原子濃度與深度的關(guān)系圖；圖9示出了根據(jù)一些實施例的在8N HCl中浸泡約30分鐘的鈷鉻鉬圓盤的原子濃 度與深度的關(guān)系圖；圖10示出了根據(jù)一些實施例的在8N HCl中浸泡約6小時的鈷鉻鉬圓盤的原子濃
6度與深度的關(guān)系圖；圖11示出了根據(jù)一些實施例的鈷鉻鉬樣品的接觸角與其在8N HCl中的浸泡時間 的關(guān)系圖；圖12A示出了來自掃描電鏡的顯微照片，其顯示了用涂層材料處理以在其上形成 含磷酸鈣層的未蝕刻CoCrMo Porocoat珠狀表面；圖12B示出了來自掃描電鏡的顯微照片，其顯示了用涂層材料處理以在其上形成 含磷酸鈣層的微米蝕刻CoCrMo Porocoat珠狀表面；圖12C示出了來自掃描電鏡的顯微照片，其顯示了用涂層材料處理以在其上形成 含磷酸鈣層的納米蝕刻CoCrMo Porocoat珠狀表面；圖13A示出了來自掃描電鏡的顯微照片，其顯示了涂覆有含磷酸鈣層的經(jīng)噴砂處 理的CoCrMo表面；以及圖13B示出了來自掃描電鏡的顯微照片，其顯示了涂覆有含磷酸鈣層的經(jīng)噴砂處 理和納米蝕刻的CoCrMo表面。
具體實施例方式現(xiàn)在將描述一些示例性實施例以提供對本文公開的裝置和方法的結(jié)構(gòu)、功能、制 造和使用的原理的全面理解。在附圖中示出了這些實施例的一個或多個實例。本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)理解，本文具體描述和在附圖中示出的裝置和方法是非限制性示例性實施例，本發(fā) 明的范圍僅由所附權(quán)利要求限定。結(jié)合一個示例性實施例示出或描述的特征可以與其他實 施例的特征組合。這種修改形式和變型形式旨在包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的實施例可涉及用于形成植入物的裝置和方法，所述植入物可插入受試者 體內(nèi)以充當(dāng)結(jié)構(gòu)替代物(例如關(guān)節(jié)替代物)。此類植入物可具有改性表面(例如相對于基 材表面)，該改性表面可促進(jìn)磷酸鈣材料的體外固定，磷酸鈣材料隨后改善骨頭向植入物的 固定。在某些情況下，改性表面可以是改性的金屬表面(例如鈷鉻合金表面)，該金屬表面 可進(jìn)行化學(xué)和/或物理改性以促進(jìn)在其上固定磷酸鈣材料。可對該改性表面添加磷酸鈣 層。本發(fā)明所公開的技術(shù)和結(jié)構(gòu)可提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的潛在優(yōu)點，例如改善骨頭與植入物 的連接、改善含磷酸鈣材料連接到植入物的能力、和/或改善此類裝置的制造效率，這在本 文中有更深入的討論。具有改性表面的植入物參照圖1和2所示的植入物示意圖描述了本發(fā)明的一些示例性實施例。植入物的 一段包括改性表面，該改性表面可被構(gòu)造成在植入物植入受試者體內(nèi)時面向骨頭段。參照 圖1，植入物100可具有相對于下方自然基材130的表面的特性而言的改性表面140。在某 些情況下，改性表面可經(jīng)化學(xué)改性、物理改性或同時以這兩種方式改性。此類變更形式可起 到促進(jìn)在改性表面140上形成磷酸鈣材料120和/或促進(jìn)植入物結(jié)構(gòu)100的骨固定的作用?；暮?或基材表面的組成可為適當(dāng)?shù)胤媳疚乃鰧嵤├娜魏谓M成?？梢岳?用諸如金屬、陶瓷、聚合物和其他材料(包括材料的復(fù)合物)之類的材料。在一些實施例 中，基材的表面可為金屬。一般來講，術(shù)語“金屬，，用于描述具有塊體金屬的至少一些屬性 的物體。因此，金屬表面和金屬性基材具有至少一種與塊體金屬特性類似的特性。例如，可 將具有痕量金屬雜質(zhì)污染物的非金屬材料排除在對金屬表面和金屬性基材的描述之外。用于植入物的示例性金屬材料可包括那些適合在醫(yī)學(xué)上植入受試者體內(nèi)的金屬材料，例如鈦 基材料、鈦基合金(例如Ti6A14V)和鉻基合金(例如鈷鉻合金或鈷鉻鉬合金)。鈷鉻合金 的實例包括符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)F1537-00和F 75-01的合金，以及具有大體上高于約25%的鉻 (例如在約26%至約30%范圍內(nèi)的鉻)和高于約3%的鉬(例如在約5%至約7%范圍內(nèi) 的鉬)的鈷鉻鉬合金。基材表面在改性之前可具有多種形態(tài)，包括平坦、拋光、不規(guī)則和多孔形態(tài)?？赏?過使用機(jī)械技術(shù)形成不規(guī)則或多孔表面，從而提供平均大于約50 μ m(例如孔間距)的表面 形體?？墒褂脵C(jī)械方法(例如噴砂處理和/或表面研磨)和/或適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)方法形成此類 形體，這些方法可以符合本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)。因此，在一些實施例中，可將紋理化 表面覆蓋在之前制備的具有這些較大表面形體的基材表面上。在一些實施例中，利用了表面上的多孔網(wǎng)絡(luò)，隨后可使用本文所公開的一種或多 種技術(shù)將這些多孔網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改性。基材的多孔網(wǎng)絡(luò)通?？梢员憩F(xiàn)為多種尺寸和幾何形狀。 在一些實施例中，多孔網(wǎng)絡(luò)包括三維網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)的孔可以指向任何方向。此類網(wǎng)絡(luò)可具有 多種結(jié)構(gòu)(例如開孔和/或閉孔)，并且可通過多種方法形成此類網(wǎng)絡(luò)，這些方法例如使用 化學(xué)和/或機(jī)械技術(shù)蝕刻基材表面。在一些實施例中，可利用多個元件在基材表面上形成 多孔網(wǎng)絡(luò)。盡管此類元件可由任何材料(例如含鉻材料，諸如鈷鉻合金)制成，但在一些 實施例中，這些元件由可在本質(zhì)上與元件所連接的基材的自然表面相似的金屬材料制成。 所述多個元件可為多種物體，例如顆粒、網(wǎng)、線、其他基本結(jié)構(gòu)，以及這些元件的組合。在一 些實施例中，將這些元件大小確定成使得其一個、二個或三個維度上具有在約10 μ m至約 Imm范圍內(nèi)的平均尺寸。例如，可使用平均有效直徑為約250 μ m的顆粒，如小珠或不規(guī)則 形狀的顆粒?？墒褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法確定不規(guī)則形狀顆粒的平均有效直 徑，所述方法包括不依賴于測定每個顆粒的精確尺寸而能得到數(shù)值的方法(例如吸附等溫 線法)。在其他實施例中，元件被布置為使得多孔網(wǎng)絡(luò)的深度為構(gòu)成該網(wǎng)絡(luò)的元件的平均 最小尺寸的至少約兩倍。例如，可以在基材上分布小珠，以形成其中小珠的深度為平均小珠 直徑的至少約3倍的多孔表面。一個具體的實例包括使用由鈷鉻合金制成的Poroeoat 多孔涂層小珠以形成多孔網(wǎng)絡(luò)。多孔網(wǎng)絡(luò)還可與基材一體化形成，例如成為小梁化金屬 (trabecularized metal)的一本文所公開的植入物可具有以多種方式表征的物理改性表面。在一些實施例中， 物理改性表現(xiàn)為紋理化表面。該紋理化表面可以多種方式來表征，例如如圖1中所示，通過 多個表面凹坑105在改性表面140上的形成來表征。所述表面凹坑也可以多種方式來表 征。例如，如圖1種所示，表面凹坑可以通過平均開口尺寸110來表征。平均開口尺寸的范 圍可變化，例如在從約40nm至約10 μ m、或約200nm至約10 μ m、或約40nm至約200nm的范 圍內(nèi)。平均開口尺寸是指所選擇的一組表面凹坑開口的平均特征長度范圍。如果所有表 面開口均為完美的圓形，那么平均開口尺寸為這些開口的平均直徑。當(dāng)表面開口的幾何形 狀不一致時，平均開口尺寸可為本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的值。例如，平均開口尺寸可以為開 口的平均有效直徑(例如開口面積除以η所得的值的平方根的兩倍的平均值)。可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何技術(shù)來測量一個或多個表面特性，從而導(dǎo)出凹 坑開口的尺寸或其他物理表面方面(例如粗糙度、凹坑深度、表面積等)。在某些情況下，表面凹坑可通過使用例如透射電子顯微鏡術(shù)或掃描電子顯微鏡術(shù)的技術(shù)獲得的圖像來表征。 可使用常規(guī)的圖像分析方法分析這些圖像，從而獲得諸如凹坑開口尺寸之類的尺寸。也可 以使用其他技術(shù)，例如原子力顯微鏡法(也被稱為掃描力顯微鏡法)。在一些實施例中，紋理化表面可被表征為多紋理表面。此類多紋理表面可以是一 種或多種方法的結(jié)果，其中這些方法可以給基材賦予多種不同的平均表面凹坑尺寸(例如 表面凹坑尺寸的直方圖將揭示多峰分布)。圖2中示出了多紋理表面的實例。植入物200 具有基材230 (例如金屬性基材，諸如鈦合金或鈷鉻合金)，該基材具有表面凹坑205，這些 表面凹坑可通過兩個或更多個不同的平均表面凹坑開口尺寸來表征。在某些情況下，較小 的平均凹坑開口尺寸215 (例如平均尺寸小于200nm和/或大于約40nm)可被較大的平均 凹坑開口尺寸210 (例如平均尺寸大于約200nm和/或小于約10 μ m)所覆蓋。如本文所公開的一些實驗所證明，使用改性表面可出乎意料地導(dǎo)致含磷酸鈣的材 料220的沉積增強(qiáng)。例如，相對于使用通過任何單一平均表面凹坑開口尺寸來表征的紋理 化表面而言，多紋理表面可導(dǎo)致含磷酸鈣的材料的沉積速率增大。在一些實施例中，相對于 具有較高有效表面積的表面而言，具有較低有效表面積的表面可具有增大的含磷酸鈣材料 沉積速率。不想局限于任何具體的理論，但認(rèn)為這種增強(qiáng)的沉積不一定能肯定地被解釋為 單純?nèi)Q于表面積的擴(kuò)大。例如，由于相應(yīng)凹坑的深度較小，納米紋理化表面可具有比微米 蝕刻的表面更低的表面積。但是，由于納米結(jié)構(gòu)化的形體，納米紋理化表面每單位表面積可 提供更多的沉淀用成核位點。因此，可將使用微米紋理化來增加表面積與使用納米紋理化 來增加成核位點相結(jié)合，從而刺激磷酸鈣加速生長。一般來講顯而易見的是，本領(lǐng)域技術(shù)人 員無法預(yù)見性地解釋磷酸鈣填充速率增大的現(xiàn)象，特別是在沒有本專利申請中所示的結(jié)果 的情況下。盡管本文所述的表面凹坑很多時候是通過一個或多個平均開口尺寸來表征，但是 應(yīng)當(dāng)理解，這些表面凹坑還可通過其他凹坑度量(包括技術(shù)人員理解的那些度量)來表征。 實例包括凹坑深度。例如，平均凹坑深度可在從約5nm至約500nm、或約5nm至約50nm、或 約50nm至約500nm的范圍內(nèi)。可使用本文針對平均凹坑開口尺寸所述的技術(shù)定義并測量 平均深度尺寸，這些技術(shù)與本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的一致。紋理化表面表征的其他實例可包括粗糙度度量(例如Ra、Rq, Rfflax)、相對于完美 平坦表面而言表面積的增大、或它們的任何組合。例如，一些表面可通過大于約9nm或約 60nm、約80nm和/或小于約30nm、或約llOnm、或約140nm的Ra或Rq值來表征。應(yīng)當(dāng)理解， 還可使用多種表征來定義紋理化表面，其中各表征的組合可以包括本文所公開的符合一個 或多個實施例的特性的任何組合。對于化學(xué)改性而言，符合本文實施例中的至少一些的植入物可包括表面改變，這 可潛在地促進(jìn)磷酸鈣材料在表面上的展開或其他性質(zhì)。化學(xué)改性可以多種方式體現(xiàn)，這可 取決于用于產(chǎn)生化學(xué)改性的配方。例如，在一些實施例中，相對于未改性的自然表面層，化 學(xué)改性可導(dǎo)致表面層中一種或多種組分的增加。在一些具體實施例中，相對于金屬材料 (例如鈷鉻合金)自然表面中的鉻部分，表面改性可以使改性表面的表面層中的鉻部分增 多。例如，改性表面的表面層的至少一部分中的鉻鈷比可以高于未改性表面層的對比部分 中的鉻鈷比。改性表面層可在從表面延伸至給定深度的區(qū)域中，該給定深度可深達(dá)約10至 約30埃。這種鉻增強(qiáng)可勻化表面層的化學(xué)組成；提高表面潤濕性；和/或用增加的氧化鉻厚度改善化學(xué)降解性質(zhì)。可以采用多種方式實現(xiàn)一種組分相對于另一種組分的含量的增 大，例如通過減少特定組分的含量(例如減少層中的鈷從而實現(xiàn)Cr/Co比率的凈增加)來 實現(xiàn)。雖然本文明確公開了一些化學(xué)改性，但本發(fā)明的范圍不限于這些公開內(nèi)容。還可以 想到其他化學(xué)改性，包括本文所公開的一些方法中固有的那些和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的那些。當(dāng)在一些實施例中使用含磷酸鈣的材料時，此類材料可以包括多種形式的適于植 入活體中的磷酸鈣。含磷酸鈣材料通常所含的磷酸鈣量超過被作為污染看待的典型痕量。 因此，磷酸鈣的含量可大于約0. 01%、0. 1%、1%、5%或10%。在一些實施例中，含磷酸鈣的材料可以包括磷灰石。例如，磷灰石可包括具有下列 化學(xué)式的化合物Ca5 (PO4) 3(0H、F、C1或CO3)。其他合適的生物相容性含磷酸鈣的材料的其 他非限制性實例包括羥基磷灰石、α-磷酸三鈣、β-磷酸三鈣、磷酸鈣的多晶型物、以及 這些材料的組合。根據(jù)一些實施例，含磷酸鈣的材料包括羥基磷灰石。含磷酸鈣的材料還可包括各種其他組分。例如，可以多種含量加入一種或多種鹽 或其他材料。在一些實施例中，所述一種或多種鹽可具有與受試者中的生物物質(zhì)(例如血 液、生物流體、骨頭等)類似的特征。離子的實例包括鈣、各種磷酸根離子(例如ηρο4_2、 H2PCV1)、各種碳酸根離子(例如HCCV1)、鎂、鈉、鉀、氯、硫酸根離子和硅酸根離子。還可存 在被吸附物質(zhì)，例如水和氣體(如CO2)。另一種可能的組分可以是三(羥甲基)氨基甲烷， 可將其加入以控制涂層溶液的PH值。在一些實施例中，含磷酸鈣的材料被分布在改性表面的凹坑中，并且可附著到改 性表面上。該材料可以在改性表面上形成層，該層可以具有多種非限制性厚度。在某些情 況下，厚度在約Iym和/或上限之間的范圍內(nèi)，所述上限可以為約5、10、20、30、40、50或 100 μ m。同樣，在一些實施例中，涂層可延伸超過視線角，例如多孔材料的外表面可在所有 方向幾乎完全被覆蓋。應(yīng)當(dāng)理解的是，符合本文所公開的實施例的結(jié)構(gòu)僅代表本發(fā)明的一些實施例。事 實上，可將圖1和2和其他圖中以及本專利申請說明書中所公開的特征的任何排列組合集 合在一起，以實施符合本發(fā)明一些方面的實施例。其他實施例可以包括其他特征，或給出圖 1和2所示實施例的特征的修改形式和/或變型形式。本文將進(jìn)一步詳述圖1和2所示實 施例的一些方面。在符合本發(fā)明范圍的情況下，就某元件所討論的多個方面可以與其他元 件集合在一起，或單獨實施。形成植入物表面的方法本發(fā)明的一些實施例涉及制備植入物表面的方法。此類方法可有助于磷酸鈣材料 層在植入物上的展開，所述磷酸鈣材料在將植入物插入受試者體內(nèi)時就可幫助骨頭附著至 植入物。例如，一種方法提供了相對于自然基材表面而言的改性表面(例如化學(xué)改性表面、 物理改性表面或用這兩種方式改性的表面)以促進(jìn)改性表面上的沉淀。該方法可任選地包 括在改性表面上沉積含磷酸鈣的材料的層。在一些實施例中，此類方法可獲得符合本文所 公開的實施例的植入物。但應(yīng)當(dāng)理解，這些方法中的一些可用于制備在本專利申請中明確 描述的植入物之外的其他結(jié)構(gòu)和裝置，因此所述方法不一定限于制備此類植入物。圖3的流程圖示出了可用于制備植入物的方法的一些實施例。一種方法可包括對 基材表面310進(jìn)行預(yù)處理的步驟，該步驟可在將基材表面改性之前進(jìn)行。可采用的一種或
10多種預(yù)處理包括可制備用于改性的表面的多個步驟。非限制性實例包括機(jī)械處理，例如使 用固體和/或液體混合物的噴砂處理和/或機(jī)械研磨。此類處理可在基材表面上形成具有 平均宏觀特征尺寸(例如大于約50 μ m的平均形體尺寸)的形體。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理 解的，除此之外，或作為另外一種選擇，可使用合適的化學(xué)技術(shù)。預(yù)處理還可用來產(chǎn)生基材的多孔表面，例如采用這樣的機(jī)械和/或化學(xué)技術(shù)，所 述技術(shù)改變基材表面以造成材料從表面的移除，從而得到具有所需特性的多孔結(jié)構(gòu)。多孔 表面還可以這樣產(chǎn)生將分立的元件(例如具有從約10 μ m至約Imm的最小特征尺寸)置 于基材表面上，從而形成多孔表面。如上文所述，這些元件可具有多種形狀和尺寸，并且可 被沉積在表面上以形成多孔網(wǎng)絡(luò)(例如三維多孔網(wǎng)絡(luò))。可使用任何合適的技術(shù)將這些元 件附著到表面上，這些技術(shù)包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那些(例如使用粘結(jié)劑和/或熱處 理/燒結(jié))。另一種預(yù)處理可包括將金屬性基材表面暴露于等離子。例如，可使用包含氧氣和/ 或氬氣的等離子來相對于未處理表面而言增加表面(例如在表面約25埃內(nèi)的層中)中的 鉻鈷比。這種富集可以符合本文所公開的任何實施例。有關(guān)等離子處理的更多細(xì)節(jié)可見于 2008年4月28日提交的序列號為12/110，404的待審美國專利申請，該專利申請的名稱為 "ImplantSurfaces and Treatments for Wear Reduction，，(用于減少磨損的植入物表面 和處理)，其全文以引用方式并入本文?？墒够谋砻姹┞队谝环N或多種處理配方，以在基材上產(chǎn)生改性表面320。暴露于 一種或多種配方可以物理方式、化學(xué)方式或同時以這兩種方式修飾表面，這可符合本文所 討論的任何特性。在一些實施例中，可根據(jù)被暴露的基材表面的性質(zhì)選擇這些配方以賦予 此類特性。例如，可對配方進(jìn)行具體調(diào)整以給金屬性基材賦予化學(xué)/機(jī)械特性，所述金屬性 基材可以是鈦合金和/或鉻基合金。一些具體實施例涉及利用可在金屬表面上產(chǎn)生微米蝕刻形態(tài)的配方。例如，該 配方可在鈦合金或鈷鉻合金表面上產(chǎn)生多個凹坑，這些凹坑的平均凹坑開口尺寸大于約 200nm或約500nm、和/或小于約10 μ m或約5 μ m、或約1 μ m。除此之外或者作為另外一 種選擇，所述凹坑可以具有如本文所述實施例中所公開的平均深度，例如在從約50nm至約 500nm范圍內(nèi)的平均深度。此類配方可利用能夠?qū)崿F(xiàn)所述基材結(jié)構(gòu)的任何合適的組合物。 所述配方的一些實施例在美國專利7，368，065中有所描述，該專利的全文以引用方式并入 本文中。在其他實施例中，配方可產(chǎn)生具有納米蝕刻形態(tài)的改性表面。例如，該配方可在鈦 合金或鈷鉻合金表面上產(chǎn)生多個凹坑，這些凹坑的平均凹坑開口尺寸大于約40nm、約50nm 或60nm，和/或小于約200nm、或約150nm、或約lOOnm。除此之外或者作為另外一種選擇， 所述凹坑可以具有如本文所述實施例中所公開的平均深度，例如在從約5nm至約50nm范 圍內(nèi)的平均深度?？衫媚軌蛱峁┻@種結(jié)構(gòu)的任何類型的配方。此類配方的描述可見于 與本專利申請同日一并提交的兩個美國專利申請中(i)名稱為“Micro and Nano Scale Surface Textured Titanium-ContainingArticles and Methods of Producing Same"(Wi 米級和納米級表面紋理化含鈦制品及其制備方法)的美國專利申請(發(fā)明人Weidong Tong 禾口 Larry Salvati，代理人檔案號 JJD0-0028 (DEP 6160))；和(ii)名稱為 “Nanotextured Cobalt Chromium Alloy Articles and Method ofProducing Same，，(納米紋理化鉆絡(luò)合金制品及其制備方法)的美國專利申請(發(fā)明人Weidong Tong和Larry Salvati，代理人 檔案號JJD0-0017(DEP 6015))。這兩個專利申請均據(jù)此全文以引用方式并入本文中。另選的實施例可以利用可連續(xù)施用以產(chǎn)生改性表面的多種配方。各配方可以任何 合適的順序施用。例如，一種方法可使基材暴露于微米紋理化配方，隨后使該基材暴露于納 米紋理化配方。這些連續(xù)施用的配方可導(dǎo)致多紋理表面，該多紋理表面可具有本文所述的 各種優(yōu)點。在特定實施例中，用于提供表面改性的配方可以包括氫鹵酸，例如基本上把氫氟 酸排除在外的氫鹵酸。同樣，此類配方也可以基本上不含其他潛在有害的組分，例如王水和 /或甲醇。在一些實施例中(例如微米紋理化配方)，配方還可以包括氧化劑，例如過氧化 氫、過硫酸銨或其他合適的氧化劑。在其他實施例中(例如納米紋理化配方)，配方可以基 本上不含氧化劑。配方還可以包括其他組分，例如含氯的鹽或其他試劑。在某些情況下，可使基材表面暴露于配方一段時間，這段時間足以產(chǎn)生所需的改 性(例如平均開口尺寸和/或平均深度)。在一些實施例中，任何單一配方的暴露時間均 小于約24小時，或小于約12小時，或小于約6小時，或小于約2小時，或小于約1小時。暴 露時間可以大于約2分鐘或大于約5分鐘。在一些具體實施例中(例如使用微米紋理化配 方)，暴露時間可超過約2分鐘或約5分鐘，并且少于約1小時或約2小時。在其他具體實 施例中(例如使用納米紋理化配方)，暴露時間可超過約5分鐘或約3. 5小時，并且少于約 24小時。在一些實施例中，可在合理的熱條件下利用配方，所述配方在該熱條件下可穩(wěn)定 (即不易燃燒)。例如，可在高于約10°C但小于約30 V、40°C、50°C、60°C、70 V或80 V的溫 度下使用配方。例如，在暴露期間，將配方保持在約15°C至約30°C、或約20°C至約40°C之 間的溫度下。雖然一些實施例涉及將基材表面改性，但是一些方法可以包括另外的步驟，在該 步驟中利用某種配方來處理改性基材，以向改性表面330添加含磷酸鈣的材料，例如為接 觸該表面的層的形式?？梢远喾N方式進(jìn)行含磷酸鈣材料的沉積。在一些實施例中，這可通過使改性表面 接觸流體基含磷酸鈣材料(例如含磷酸鈣的溶液)來進(jìn)行。流體基含磷酸鈣的組合物可以 包括多種組分，例如礦化離子(如鈣、磷酸根、碳酸根、鎂、鈉、鉀、氯、硫酸根和硅酸根)。在 一些實施例中，沉積的固體包括符合生物組成的離子分布，即含磷酸鈣的材料為仿生的。在某些情況下，磷酸鈣溶液可處于亞穩(wěn)態(tài)(例如稍微酸化)，從而促進(jìn)含磷酸鈣 的固體(如羥基磷灰石)在改性表面上的沉淀。含磷酸鈣材料的沉積技術(shù)的一些實例在 名稱為“Bioactive Ceramic Coating andMethod”(生物活性陶瓷涂層和方法)的美國 專利6，569，489中有所描述。含磷酸鈣材料的其他可能的形成技術(shù)在名稱為“Implant Material”(植入物材料)的美國專利 6，069，295、名稱為“Implant Material andProcess for Using It”(植入物材料及其使用方法)的美國專利6，146，686和名稱為“Device for Incorporation and Release ofBiologically Active Agents，，(用于弓|入禾口釋方文生物活 性劑的裝置)的美國專利6，344，061中有所描述。本段中所列出的各專利的全文均以引用 方式并入本文。使用流體基技術(shù)在改性表面上形成含磷酸鈣的層可以產(chǎn)生潛在的優(yōu)點。例如，等離子噴涂技術(shù)為視線技術(shù)(line-of-sight technology)，其只能將含磷酸鈣的材料沉積到 暴露區(qū)域。因此，當(dāng)改性表面具有多孔性時，等離子噴涂無法涂覆多孔結(jié)構(gòu)的全部表面，因 為某些角度被隱藏。使多孔結(jié)構(gòu)暴露于流體基沉積材料可使得對多孔基材進(jìn)行360°覆蓋。 因此，可以利用含磷酸鈣的材料對整個表面進(jìn)行處理以促進(jìn)骨連接。不過應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明 的實施例可根據(jù)需要利用等離子噴涂技術(shù)。如之前所討論的，本文所公開的有關(guān)改性表面的實施例可顯著促進(jìn)磷酸鈣材料的 沉積，這可導(dǎo)致沉積速率顯著加快。例如，以前用于形成仿生羥基磷灰石層的技術(shù)會需要約 4至5天的時間來形成所需的層。相比之下，如本文實驗所證明的，本發(fā)明的一些實施例能 讓沉積在小于約24小時的時間內(nèi)完成。因此，這些實施例可節(jié)省大量時間。也可采用其他化學(xué)或沉積技術(shù)來沉積含磷酸鈣的材料。例如，可以利用電化學(xué)方 法進(jìn)行沉積。在一些實施例中，可在電極和多孔結(jié)構(gòu)(例如金屬多孔結(jié)構(gòu))之間施加電勢， 其中兩個結(jié)構(gòu)均接觸能夠?qū)щ姷娜芤骸Ｔ撾妱菘沈?qū)動含磷酸鈣的材料從溶液沉積到多孔結(jié) 構(gòu)上。也可以應(yīng)用該技術(shù)的其他變型形式，包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的變型形式。^M提供了以下實例以舉例說明本發(fā)明的一些實施例。這些實例無意限制所利用的任 何具體實施例的范圍。實例1 鈷銘鉬圓盤的原子力顯微鏡檢測使用原子力顯微鏡(AFM)在多個金屬圓盤上進(jìn)行顯微鏡檢測表征各個樣品的表 面。使用 NanoScope III 采集圖像，該NanoScope III 使用 Nanoprobe SPM探針(RTESP14 ； L= 125 μ m)。按照以下程序?qū)Ψ螦STM標(biāo)準(zhǔn)F1537的四個鈷鉻鉬(CoCrMo)圓盤進(jìn)行了 拋光。在具有流水的轉(zhuǎn)輪(150-300rpm)上依次使用180號粒度、240號粒度、320號粒度、 400號粒度、600號粒度、800號粒度和1200號粒度SiC的逐漸細(xì)化的砂紙將表面拋光。將 圓盤在反滲透水中超聲清洗5分鐘、3分鐘和1分鐘，并在60°C的烘箱中干燥。在其中一個 拋光樣品的5 μ mX 5 μ m部分上進(jìn)行AFM檢測，得到圖4中所示的圖像。該圖像總體上顯示 拋光工藝形成的條痕。采用以下工序?qū)伖鈭A盤的一個表面進(jìn)行了處理，以提供納米紋理化表面。將拋 光圓盤在室溫下浸泡玻璃燒杯中的30ml 8N HCl中24小時。24小時后，將該圓盤從酸中取 出，使其在反滲透(RO)水中依次漂洗和超聲清洗5分鐘、3分鐘和1分鐘。然后將處理過的 圓盤在60°C的烘箱中干燥。在納米紋理化樣品的5 μ mX 5 μ m部分上進(jìn)行AFM檢測，得到圖 5中所示的圖像。該圖像總體上顯示出許多長度約100納米的凹坑狀結(jié)構(gòu)。采用以下工序?qū)α硪粋€拋光圓盤進(jìn)行了處理，以提供微米紋理化表面。將拋光圓 盤浸泡在玻璃燒杯中的80ml 8N HCl中30分鐘。隨后，在該燒杯中加入20ml 45°C的0. 15M 過硫酸銨，并在60分鐘后將圓盤取出。將圓盤在RO水中依次漂洗和超聲清洗5分鐘、3分 鐘和1分鐘，并在60°C的烘箱中干燥。在該微米紋理化樣品的5 μ mX 5 μ m部分上進(jìn)行AFM 檢測，得到圖6中所示的圖像。該圖像顯示出遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于圖5中所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，其長度約為 1微米。最后，采用以下工序?qū)伖鈭A盤進(jìn)行了處理，以提供多紋理表面。將拋光圓盤浸泡 在玻璃燒杯中的80ml 8N HCl中30分鐘。隨后，在該燒杯中加入20ml 45°C的0. 15M過硫 酸銨，并在60分鐘后將圓盤取出。將該圓盤在RO水中依次漂洗和超聲清洗5分鐘、3分鐘
13和1分鐘。通過將該圓盤在室溫下在30ml 8N HCl中再浸泡24小時對其進(jìn)行了進(jìn)一步的 處理。將該圓盤在RO水中依次漂洗和超聲清洗5分鐘、3分鐘和1分鐘，并在60°C的烘箱 中干燥。在該多紋理化樣品的5 μ mX 5 μ m部分上進(jìn)行AFM檢測，得到圖7中所示的圖像。 該圖像顯示出具有各種長度的結(jié)構(gòu)，這些長度從約微米級直至小于100納米。還使用AFM分析軟件5. 12r2對圖4至7中所示的樣品的表面進(jìn)行了分析，以提供 相對于完全平坦表面而言的粗糙度和面積差異的度量。這些結(jié)果示于下表中。 Ra由如下公式定義 其中，L為被測樣品的長度，y為給定位置處的高度，Y為該樣品長度L方向上的平 均高度。因此，Ra提供了給定樣品長度方向上的平均深度偏差的度量。Rq定義為 因此，Rq提供了給定樣品長度方向上的深度偏差的均方根平均值。面積差異定義 為面積差異=(測量面積-理論平坦面積)/理論平坦面積其中測量面積表示使用AFM測得的面積，理論平坦面積表示通過AFM掃描的面積 (如果該表面是完全平坦的話)。該表總體上表明微米紋理處理增加的表面積多于納米紋理處理增加的表面積。實例2 =CoCrMo表面的原子濃度曲線在多個CoCrMo表面樣品上進(jìn)行了 X射線光電子光譜(“XPS”)檢測，以測定鈷、鉻、 鉬、氧和碳原子種類的濃度隨距離表面的深度的變化關(guān)系。使用224. OOEV的通能和0. 4EV 的步長檢測了這五種元素(Cls、01s、Co2p、Cr2p和Mo3d)。使用2kv2X2的氬離子濺射設(shè) 置，在200 μ mX 200 μ m(200u45W15KV)的區(qū)域上總共濺射2. 1分鐘。濺射循環(huán)包括交替濺射 模式下0. 1分鐘6個循環(huán)和0. 2分鐘6個循環(huán)，總分析時間為57分鐘。通過Cr和Co原子 濃度分布的深度曲線的交叉點(如圖8至10中的箭頭所標(biāo)記)來指示富Cr層(Co減少) 的相對深度。按照以下程序?qū)Ψ螦STM標(biāo)準(zhǔn)F1537的四個鈷鉻鉬(CoCrMo)圓盤進(jìn)行了拋光。 在具有流水的轉(zhuǎn)輪(150-300rpm)上依次使用180號粒度、240號粒度、320號粒度、400號粒 度、600號粒度、800號粒度和1200號粒度的SiC將表面拋光。將圓盤依次在RO水中漂洗和超聲清洗5分鐘、3分鐘和1分鐘，隨后在60°C的烘箱中干燥。圖8至10分別對應(yīng)于具 體的表面類型。在各圖中，繪出了多條曲線，每條曲線對應(yīng)于碳、氧、鉻、鈷和鉬原子種類中 的一種(參考相應(yīng)的圖例)。圖8對應(yīng)從拋光樣品獲得的XPS測量結(jié)果。圖9對應(yīng)從暴露 于8N HCl約30分鐘的拋光樣品獲得的XPS測量結(jié)果。圖10對應(yīng)從暴露于8N HCl約6小 時的拋光樣品獲得的XPS測量結(jié)果。圖8至10總體上顯示與未處理的拋光樣品相比，經(jīng)HCl處理后靠近表面的鈷總濃 度趨于下降。相對于未處理的樣品，近表面區(qū)域中鈷的減少導(dǎo)致Cr/Co比值較高。例如，對 于拋光表面來說，10埃處的Cr/Co比值為約1，而對于HCl處理過的表面，該Cr/Co比值為 約3。實例3 =CoCrMo表面的疏水度除此之外，還對圖8至10的對應(yīng)樣品進(jìn)行測試以確定接觸角，從而顯示水均勻潤 濕表面的能力。采用如下方法測量了接觸角使用標(biāo)準(zhǔn)接觸角測量儀器在3/4"鍛造盤上 滴注一滴5 μ L去離子水，并通過應(yīng)用液滴形貌分析法得到接觸角。將相同的測試重復(fù)了三 次。一般來講，較大的接觸角對應(yīng)于更疏水的表面。圖11中示出了測得的接觸角與表面暴 露于8NHC1的浸泡時間的關(guān)系圖。所述測量結(jié)果通常顯示隨著與配方接觸時間的增加，表 面的疏水性增強(qiáng)。實例4 =CoCrMo珠狀表面上的磷酸鈣填充量對九個直徑1英寸的CoCrMo Porocoat圓盤樣品(具有在真空中燒結(jié)于其上的 CoCrMo Porocoat小珠)進(jìn)行了測試。各樣品上的小珠直徑為約100 μ m至約350 μ m。各 圓盤上小珠層的厚度為約0. 75mm，并且小珠層的孔隙度為約40%至約50%。使三個樣品首先暴露于含有6. 4N HCl和0. 15M過硫酸銨的配方約1小時，導(dǎo)致微 米紋理化。使三個其他樣品首先暴露于含有8N HCl的配方約24小時，導(dǎo)致納米紋理化。最 后的三個樣品不暴露于蝕刻配方。將這九個樣品全部以垂直取向置于特氟隆夾具上，并在 約37°C下浸入IL涂層溶液中約16小時。該涂層溶液包含NaCl (150. 2mM) ^K2HPO4 (2. 4mM)、 MgCl2 · 6Η20(2· 5mM)、CaCl2 · 2H20(6mM)、三(羥甲基)氨基甲烷(17. 5mM)、NaHCO3(8mM)、 18mL IN HC1，以及水，以產(chǎn)生總共IL的溶液。在加入樣品之前，最終涂層溶液的初始pH值 為約6. 9。在16小時的涂敷過程后，將樣品從涂層溶液中取出，在乙醇中漂洗三次，并在室 內(nèi)環(huán)境條件下干燥。圖12A、12B和12C分別示出了原始未蝕刻、用HCl和過硫酸銨蝕刻、以及僅用HCl 蝕刻的涂覆樣品的代表性掃描電子顯微照片。顯微照片中的裂隙據(jù)信是真空干燥時水蒸發(fā) 的結(jié)果。記錄了各樣品浸入涂層溶液之前和干燥之后的重量。因此，計算了各樣品的每圓 盤投影面積(0.79平方英寸)上所沉積的含磷酸鈣材料的重量。計算了分別在未蝕刻、微 米蝕刻和納米蝕刻條件下的空氣填充密度和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果示于下表中。
15 總體上，納米蝕刻樣品具有最高的含磷酸鈣材料填充量，而未蝕刻樣品具有最低 的含磷酸鈣材料填充量。實例5 經(jīng)噴砂處理的CoCrMo表面上的磷酸鈣填充量使用50 50的氧化鋁(60號粒度)和玻璃小珠(60號粒度)，對6個直徑1英寸 的拋光鍛造CoCrMo (ASTM F1537)圓盤樣品進(jìn)行了噴砂處理。將其中三個樣品在8N HCl中 蝕刻了約24小時，得到酸蝕刻表面。剩余的三個樣品不暴露于蝕刻配方。將所有樣品插入 特氟隆夾具中，使得經(jīng)噴砂處理的表面垂直置于實例4中所述的磷酸鈣涂層溶液中。在約 37°C下在IL涂層溶液中的浸泡持續(xù)約16小時。將最終的涂覆樣品在乙醇中漂洗三次并在 室內(nèi)條件下干燥。圖13A和13B中分別示出了僅經(jīng)噴砂處理、以及經(jīng)噴砂處理并用HCl蝕刻的涂覆 樣品的代表性掃描電子顯微照片。記錄了各樣品浸入涂層溶液之前和干燥之后的重量。因此，計算了各樣品的每圓 盤投影面積(0.79平方英寸)上所沉積的含磷酸鈣材料的重量。計算了分別在僅噴砂處理 條件下和在先噴砂處理而后蝕刻條件下的空氣填充密度和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果示于下表 中。 總體上，噴砂處理加納米蝕刻的表面比僅噴砂處理的表面具有顯著更高的涂層質(zhì) 量。實例6 =CoCrMo珠狀表面卜.的對比t牛磷酸鈣埴充量對四十個直徑1英寸的CoCrMo Porocoat圓盤樣品(具有在真空中燒結(jié)于其上的 CoCrMo Porocoat小珠)進(jìn)行了測試。各樣品上的小珠直徑為約150 μ m至約250 μ m。各 圓盤上小珠層的厚度為約0. 75mm。使十七個樣品首先暴露于含有6. 4N HCl和0. 15M過硫酸銨的配方約1小時，導(dǎo)致 微米紋理化。使六個其他樣品首先暴露于含有8N HCl的配方約24小時，導(dǎo)致納米紋理化。 使另外六個樣品經(jīng)受雙紋理化加工，方法是使用上述的HCl和過硫酸銨處理、接著用上述的僅僅HCl處理來加工這些樣品。剩余的十一個樣品不暴露于蝕刻配方。將所有四十個樣 品以垂直取向放在特氟隆夾具上，并將這些樣品在約37°C下在如實例4中所述的磷酸鈣涂 層溶液中浸泡約16小時。然后將樣品從涂層溶液中取出，在乙醇中漂洗三次，并在室內(nèi)環(huán) 境條件下干燥。記錄了各樣品浸入涂層溶液之前和干燥之后的重量。因此，計算了各樣品的每圓 盤投影面積上所沉積的含磷酸鈣材料的重量。計算了分別在未蝕刻、微米蝕刻、納米蝕刻和 多重蝕刻條件下的空氣填充密度和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果示于下表中。 總體上，多紋理樣品的含磷酸鈣材料的填充量最高，納米紋理樣品次之。未蝕刻樣 品的含磷酸鈣材料的填充量最低。等同形式盡管本發(fā)明已結(jié)合具體的方法、結(jié)構(gòu)和裝置進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以在考慮了本發(fā)明的基礎(chǔ)上想到變型形式和修改形式。例如，在一些實施例中，本文 所討論的方法和組合物可用于制備植入物金屬表面之外的應(yīng)用。同樣，結(jié)合一個示例性實 施例示出或描述的特征可與其他實施例的特征組合。這些修改形式和變型形式旨在包含于 本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述實施例將會知道或僅使用常規(guī)實驗即能發(fā)現(xiàn)本 發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。因此，本發(fā)明不受已具體示出和描述的內(nèi)容所限制，而是由所附權(quán) 利要求書限定。所有出版物和參考文獻(xiàn)均據(jù)此明確地全文以引用方式并入本文中。術(shù)語“一個”和 “一種”可以互換使用，并且等同于如本專利申請中所用的短語“一個或多個”。除非另有說 明，否則術(shù)語“包含”、“具有”、“包括”和“含有”應(yīng)被理解為開放式術(shù)語(即意味著“包括， 但不限于，”)。除非本文另外指明，否則本文詳述的數(shù)值范圍僅旨在充當(dāng)代替單獨指出該范 圍內(nèi)每個獨立值的一種簡便方法，并且每個獨立值就像在本文中單獨引用那樣包括在說明 書中。除非本文另外指明或者與上下文明顯矛盾，否則本文所述所有方法都可以按照任何 合適的順序進(jìn)行。除非另外提出權(quán)利要求，否則本文所提供的任何和全部實例或示例性語 言(如“例如”)僅僅旨在更好地舉例說明本發(fā)明，而并不用來限制本發(fā)明的范圍。說明書 中的任何語言都不應(yīng)理解為表示任何不受權(quán)利要求書保護(hù)的要素是實施本發(fā)明所必需的。
權(quán)利要求
一種制備植入物表面的方法，包括使金屬性基材暴露于第一配方以在所述金屬性基材上形成第一化學(xué)改性的紋理化表面，所述第一紋理化表面通過第一多個表面凹坑來表征，所述第一多個表面凹坑具有在從約200納米至約10微米范圍內(nèi)的第一平均開口尺寸；和使所述金屬性基材暴露于第二配方以在所述金屬性基材上形成第二化學(xué)改性的紋理化表面，所述第二紋理化表面通過第二多個表面凹坑來表征，所述第二多個表面凹坑具有在從約40納米至約200納米范圍內(nèi)的第二平均開口尺寸，與使所述表面僅暴露于所述第一配方和所述第二配方之一相比，所述表面能夠增強(qiáng)磷酸鈣在所述表面上的形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括用第三配方處理所述金屬性基材以在所述第一紋理化表面和所述第二紋理化表面上 形成含磷酸鈣的層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使所述金屬性基材暴露于所述第一配方的步驟是 在使所述金屬性基材暴露于所述第二配方的步驟之前進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬性基材包括鈷鉻合金和鈦合金中的至少“"者 ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一配方包含第一氫鹵酸和氧化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二配方包含第二氫鹵酸，所述第二配方基 本上不含氧化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在所述的暴露所述金屬性基材的步驟之前以機(jī)械方式將所述金屬性基材的表面粗糙化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一多個表面凹坑具有在約50nm至約500nm 范圍內(nèi)的第一平均深度尺寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二多個表面凹坑具有在約5nm至約50nm范 圍內(nèi)的第二平均深度尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的使所述金屬性基材暴露于所述第二配方 的步驟包括使所述金屬性基材暴露至少約5分鐘的時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有含磷酸鈣層的植入物。所述植入物可以具有金屬特性(例如由鈷鉻合金制成)，可以包括被暴露于一種或多種配方從而導(dǎo)致化學(xué)和/或物理改性的表面。在某些情況下，將所述改性表面紋理化以使所述表面包括多個表面凹坑。平均凹坑尺寸開口可在例如40nm至約10μm的范圍內(nèi)，且在一些情況下可以包括多個平均凹坑尺寸。所述改性表面可以促進(jìn)磷酸鈣層的生長，相對于常規(guī)技術(shù)，所述改性表面加速了磷酸鈣層的生長。本發(fā)明還討論了此類植入物表面的其他變型，以及類似的植入物表面的制備方法。
文檔編號A61L27/32GK101879328SQ201010164350
公開日2010年11月10日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者L·薩爾瓦蒂, P·卡丹比, W·童 申請人:德普伊產(chǎn)品公司