專利名稱：植入物及其制造方法,特別是其表面的改性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造陶瓷植入物的方法，所述植入物裝置至少在與骨和/或組織接觸 的區(qū)域中，其表面被結(jié)構(gòu)化。所描述和要求保護的植入物的表面已經(jīng)利用該方法提供有拓 撲結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
多年以來，已有多種植入物被引入人體作為替代材料或作為建造材料。在所謂的 骨植入物即至少部分引入骨內(nèi)的那些植入物，例如關(guān)節(jié)植入物、脊椎植入物、牙植入物的領(lǐng) 域中，主要關(guān)注的是金屬或陶瓷制成的植入物。一種或其它材料的使用取決于所需的材料 性質(zhì)以及患者的偏好。為了確保植入物被牢固地引入骨中和/或相連的組織中，通常是對植入物的表面 進行改性或者對植入物表面施加涂層。在第一種情況下，涉及為表面提供拓撲結(jié)構(gòu)，例如在 限定的微觀范圍內(nèi)的粗糙度，使得組織或骨能夠建立對植入物的錨定。在第二種情況下，涉 及為表面提供促進或活化植入物結(jié)合的涂層，例如提供刺激相連組織以加快錨定或結(jié)合過 程的活性物質(zhì)。就植入物而言，存在許多產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化表面即粗糙表面的方法。一方面，這可以通過 噴磨處理，例如通過噴射限定粒度(目)的砂來完成。另一方面，可以通過化學處理，例如 通過部分地腐蝕和溶解或者改性表面來完成。在金屬植入物的情況下，例如EP 0388576描 述了一種將植入物在任選經(jīng)噴砂預處理后暴露于濃酸中的方法。在陶瓷植入物的情況下， 例如W0 00/37121描述了一種在堿溶液中處理表面的方法。通常，根據(jù)所使用的基礎(chǔ)材料(金屬/陶瓷)，處理表面以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化的不同方法 是已知的，并且這些不同方法也在植入物表面上產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于陶瓷植入物表面結(jié)構(gòu)化的可選方法。該 方法應該盡可能地通用并且應該通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)能夠產(chǎn)生盡可能廣泛的拓撲類型。因 此，本發(fā)明涉及對用于生產(chǎn)至少是暴露于骨和/或組織的區(qū)域中的表面被結(jié)構(gòu)化的陶瓷植 入物的方法的改進，并且涉及相應的植入物，特別是牙植入物。該目的通過以下事實實現(xiàn)陶瓷植入物在已被成型并且任選已被燒結(jié)之后，在其 待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域中，I在表面上被還原成相應的金屬；II接著，對基本金屬態(tài)的表面進行結(jié)構(gòu)化表面處理；III使結(jié)構(gòu)化的表面氧化。換言之，本發(fā)明的主要方面之一是發(fā)現(xiàn)出乎意料地可以首先將陶瓷植入物在表面 區(qū)域上還原成金屬形式(氧化態(tài)0)，然后可以實施金屬植入物領(lǐng)域所有已知的方法以使該 最上部金屬層上的表面結(jié)構(gòu)化，然后可以將由此結(jié)構(gòu)化的金屬表面層再次氧化。這樣，可以在步驟II中使用許多已知的金屬表面結(jié)構(gòu)化的方法，例如來自文獻的方法。然而，之后，作 為步驟III的結(jié)果，可以利用許多方法得到與利用僅有步驟II的金屬植入物處理相似但不 完全相同的結(jié)構(gòu)。所提供的方法的一個重要優(yōu)點在于，由于對金屬表面結(jié)構(gòu)化具有廣泛的知識，因 此該知識可以至少部分地轉(zhuǎn)移至陶瓷植入物的結(jié)構(gòu)化中。因此，幾乎在任意期望的程度上， 根據(jù)步驟II中選擇的工藝(任選地與預先和/或后續(xù)的結(jié)構(gòu)化組合)并且根據(jù)參數(shù)的設(shè) 定，可以產(chǎn)生適當結(jié)構(gòu)化的陶瓷植入物表面。所提供的方法的一個重要優(yōu)點在于，利用植入物的材料(可以說是原地生成結(jié) 構(gòu))而不借助涂覆工藝來產(chǎn)生陶瓷植入物的表面。后者通常導致涂層附著的問題，在本文 提出的新方法中徹底解決了這一問題，例如這是因為步驟I不涉及對陶瓷材料形成具有平 滑邊界表面的常規(guī)層，而是形成強鋸齒形的表面改性，其被調(diào)整以適應工作材料的強度和 孔隙率，并且其因此也確保在工藝的每一階段中的緊密結(jié)合。因此，陶瓷表面(通常為&02以及&02和A1203的混合物)首先在限定環(huán)境下被 還原成金屬。所得的金屬表面通過蝕刻工藝或其他方法進行結(jié)構(gòu)化。結(jié)構(gòu)化的金屬表面在 限定環(huán)境下被氧化。這得到所需的結(jié)構(gòu)化陶瓷植入物表面。所提出的方法的第一實施方案的特征在于，陶瓷植入物在成型和/或燒結(jié)之前和 /或期間已經(jīng)進行了表面結(jié)構(gòu)化(例如，生坯的表面結(jié)構(gòu)化，或者具有間隔物的成型模具的 結(jié)構(gòu)化或涂覆)。作為替代方案或補充方案，陶瓷植入物也可以在成型和/或燒結(jié)之后，但在步驟 I-III中處理之前，已經(jīng)進行了表面結(jié)構(gòu)化。換言之，陶瓷植入物表面的預結(jié)構(gòu)化可以例如通過燒結(jié)前的生坯結(jié)構(gòu)化來實現(xiàn)。 但是，也可以在成型步驟中利用內(nèi)部已被結(jié)構(gòu)化或具有間隔物的模具來實現(xiàn)。也可以通過 燒結(jié)的陶瓷植入物的表面結(jié)構(gòu)化(后者也可以已經(jīng)進行了附加的研磨處理或其他工藝)來 實現(xiàn)。這些表面結(jié)構(gòu)化的方法可以擇一地或一并使用。通常，這些工藝中的結(jié)構(gòu)化可優(yōu)選 包括諸如噴磨(Strahlbehandlung)的機械處理和/或諸如酸處理、堿溶液處理、熔融鹽處 理的化學處理。在此，化學處理的條件類似于下述用于步驟II的條件。對于生坯表面和燒結(jié)的植入物的表面的結(jié)構(gòu)化而言，優(yōu)選使用單一的噴磨劑或者 更好的是使用具有不同的粒度分布和/或不同材料的兩種噴磨劑的混合物。因此，根據(jù)另 一優(yōu)選實施方案，噴磨處理可以是例如同時和/或順序使用具有不同平均粒度的兩種噴磨 劑的噴磨處理。因此，優(yōu)選為80-180目的粗粒度的噴磨劑部分和300-450目的細粒度的噴 磨劑部分的混合物，并且所述噴磨劑可以是砂和/或有機材料，例如果核。就此而言，特別 優(yōu)選的是細砂和粗果核。使用具有不同粒度分布的兩種噴磨劑的混合物導致形成雙模式孔 隙率分布，亦即微結(jié)構(gòu)上疊置微結(jié)構(gòu)。對于植入物的結(jié)合行為而言，這種表面結(jié)構(gòu)與步驟 I-III中的下游處理相結(jié)合具有巨大的優(yōu)點。另一優(yōu)選實施方案的特征在于，步驟I中的還原是在還原氣體氣氛下，優(yōu)選在氫 氣氛下進行的。這種在氫氣氛下的還原優(yōu)選在通常500°C以上，優(yōu)選800°C以上，特別優(yōu)選 1000°c -1400°c的高溫下進行。此外，所述在還原氣體氣氛下的處理優(yōu)選在至少10分鐘，優(yōu) 選至少30分鐘，特別優(yōu)選40分鐘-20小時的持續(xù)時間下進行。作為替代方案或補充方案，步驟I中的還原可以使用石墨，優(yōu)選在燒結(jié)過程中，特
5別優(yōu)選作為石墨存在下的熱等靜壓工藝(HIP)來進行。石墨，特別是在HIP工藝中，在500°C 以上，優(yōu)選1000°c以上，特別優(yōu)選1200°C -1800°C的溫度下用作還原劑。所述使用石墨的 還原優(yōu)選在至少10分鐘，優(yōu)選至少30分鐘，特別優(yōu)選40分鐘-20小時的持續(xù)時間下進行。 其優(yōu)選在200巴以上，優(yōu)選500巴以上，特別優(yōu)選800巴-1500巴的壓力下完成。根據(jù)另一實施方案，在步驟II中，將待結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的基本金屬表面進行酸處 理，特別是使用濃酸。酸處理優(yōu)選使用強酸混合物進行，例如使用鹽酸和/或硫酸和/或硝 酸的混合物進行。例如，優(yōu)選使用50%鹽酸(約30%濃度)和25%硫酸(約95-97%濃度) 的混合物。通常，所述酸處理優(yōu)選在80°C以上溫度，特別優(yōu)選100°C以上溫度，例如120°C下 進行。所述酸處理優(yōu)選在至少60分鐘，特別優(yōu)選至少100分鐘，優(yōu)選110-400分鐘的持續(xù) 時間下進行。作為替代方案或除此之外，在步驟II中，可以將待結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的基本金屬表面 進行熔融鹽處理。這優(yōu)選使用堿金屬和/或堿土金屬的氯化物和/或氫氧化物進行。這優(yōu) 選使用氫氧化鋰和氫氧化鈉(優(yōu)選比例為1 2-2 1)的混合物進行。所述熔融鹽處理 優(yōu)選在80°C以上溫度，特別優(yōu)選100°C以上溫度下進行。所述熔融鹽處理優(yōu)選在至少20分 鐘，特別優(yōu)選至少40分鐘，優(yōu)選80-400分鐘的持續(xù)時間下進行。本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方案的特征在于，在步驟III中，在800°C以上，優(yōu)選 iooo°c以上，特別優(yōu)選iooo°c -i5oo°c的溫度下，將表面結(jié)構(gòu)化的植入物保持在氧化氣氛， 優(yōu)選空氣中。該氧化氣氛下的處理優(yōu)選在至少60分鐘的持續(xù)時間，優(yōu)選至少100分鐘的持 續(xù)時間，特別優(yōu)選120-600分鐘的持續(xù)時間下進行。也可以使用其他氧化工藝，例如酸氧 化、等離子體氧化等，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過進行試驗來確定這些工藝中特別適合 于特定陶瓷類型的那些。根據(jù)一個優(yōu)選實施方案，所述方法用于對基于金屬氧化物、優(yōu)選基于氧化鋁和/ 或基于氧化鋯和/或基于氮化硅，特別優(yōu)選基于氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯多晶(Y-TZP)的 陶瓷植入物進行結(jié)構(gòu)化。此外，本發(fā)明涉及一種可以通過上述方法生產(chǎn)的陶瓷植入物，特別是牙植入物。所 述植入物優(yōu)選基于氧化鋯，特別優(yōu)選基于氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯多晶(Y-TZP)。此外，本發(fā)明涉及上述方法用于使植入物優(yōu)選牙植入物的至少暴露于骨和/或組 織的區(qū)域中的表面結(jié)構(gòu)化的用途。


基于以下所示的實施方案以及參照附圖更詳細地說明本發(fā)明。所有附圖均表示以 下詳述的實施例的表面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。設(shè)備Leica Cambridge S-360掃 描電子顯微鏡。所有照片均在高真空中于20kV高壓下拍攝。樣品首先在PVC過程中濺射 上約10nm的金。
具體實施例方式實施多種不同的表面結(jié)構(gòu)化以證明對各種結(jié)構(gòu)的通用性。還原主要利用氫和石墨 進行，而金屬表面的處理利用酸和熔融鹽來進行。在一些情況下，生坯已被結(jié)構(gòu)化，或者燒 結(jié)用的模具的表面被結(jié)構(gòu)化，使得所得成型體具有表面結(jié)構(gòu)化。改變諸如溫度、處理持續(xù)時間等參數(shù)以證明所得結(jié)構(gòu)能夠獲得的通用性程度。除非特別指出，否則用于噴磨處理的噴 磨劑是具有指定粒度的氧化鋁(A1203)。在每種情況下，以螺紋根測量來進行植入物表面的粗糙度測量。裝置、方法和 測量參數(shù)3維共聚焦顯微鏡；白光顯微鏡CLA(色光差)ALTI SURF 500 ；光學探測范圍 300 u m ；橫向分辨率< 2um ;Z分辨率:10nm ；截止=32nm的高斯過濾器；Sz、Sds和SSc 參數(shù)如EUR15178N報告所限定。所有測量值的單位均為ym。程序1 陶瓷表面在氫中的還原，金屬表面的酸蝕刻實施例1 由氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末(Y-TZP，CIM工藝)注射出長10mm、直徑4mm的圓柱 狀牙植入物形式的生坯。生坯不進行噴砂。在注射和燒結(jié)之后，將該部分的表面在H2氣氛 中、1200°C下還原60分鐘(步驟I)。將由此金屬化的表面用酸混合物(50%HC1(32%濃 度)/25% H2S04(95-97%濃度))在140°C下蝕刻120分鐘(步驟II)。氧化前的植入物的 所得結(jié)構(gòu)化表面示于圖la中。由此結(jié)構(gòu)化的表面在1350°C下氧化140分鐘(步驟III)。 經(jīng)氧化的植入物的所得結(jié)構(gòu)化表面示于圖lb中。測量的粗糙度值如下所示
權(quán)利要求
一種用于生產(chǎn)至少在暴露于骨和/或組織的區(qū)域中的表面被結(jié)構(gòu)化的陶瓷植入物的方法，其特征在于，所述陶瓷植入物在成型后，在其待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域中，I在所述表面上被還原成相應的金屬；II然后對基本金屬態(tài)的所述表面進行結(jié)構(gòu)化表面處理；III使結(jié)構(gòu)化的所述表面氧化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷植入物在步驟I之前被燒結(jié)，和/或在成型和任選的燒結(jié)之前和/或在成型和任選的燒結(jié)之后，但在步驟I-III的處理之 前，已經(jīng)經(jīng)歷表面的結(jié)構(gòu)化。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過在燒結(jié)前對生坯進行結(jié)構(gòu)化，和/或通 過在成型步驟中使用內(nèi)部結(jié)構(gòu)化的或具有間隔物的模具，和/或通過對燒結(jié)的所述陶瓷植 入物進行表面結(jié)構(gòu)化，來對所述陶瓷植入物的表面進行預結(jié)構(gòu)化，并且所述結(jié)構(gòu)化優(yōu)選通 過機械處理例如噴磨和/或通過化學處理例如酸處理、堿溶液處理、熔融鹽處理來實施。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述噴磨處理是同時和/或順序使用兩種噴 磨劑的噴磨處理，所述兩種噴磨劑具有不同的平均粒度，優(yōu)選具有80-180目范圍的粗粒度 部分和300-450目范圍的細粒度部分，并且所述噴磨劑可以是砂和/或有機材料例如果核。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，步驟I中的所述還原是在還原 氣氛，優(yōu)選氫氣氛下，在優(yōu)選500°C以上，優(yōu)選800°C以上，特別優(yōu)選1000°C -1400°C的溫度 下，和/或在優(yōu)選至少10分鐘，優(yōu)選至少30分鐘，特別優(yōu)選40分鐘-20小時的持續(xù)時間下 進行的。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，步驟I中的所述還原是在500°C 以上，優(yōu)選1000°C以上，特別優(yōu)選1200°C -1800°C的溫度下，和/或在優(yōu)選至少10分鐘，優(yōu) 選至少30分鐘，特別優(yōu)選40分鐘-20小時的持續(xù)時間下，和/或在200巴以上，優(yōu)選500 巴以上，特別優(yōu)選800巴-1500巴的壓力下，使用石墨，優(yōu)選在燒結(jié)過程中，特別優(yōu)選作為熱 等靜壓工藝(HIP)來進行的，其中所述石墨優(yōu)選用作還原劑。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟II中，所述基本金屬態(tài) 的表面的待結(jié)構(gòu)化區(qū)域暴露于特別是使用濃酸、特別優(yōu)選鹽酸和/或硫酸和/或硝酸的混 合物的酸處理中，所述酸處理在優(yōu)選80°C以上溫度，特別優(yōu)選100°C以上溫度下，在優(yōu)選至 少60分鐘，特別優(yōu)選至少100分鐘，優(yōu)選110-400分鐘的持續(xù)時間下進行。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟II中，所述基本金屬態(tài) 的表面的待結(jié)構(gòu)化區(qū)域暴露于特別是使用堿金屬和/或堿土金屬的氯化物和/或氫氧化物 的熔融鹽處理中，所述熔融鹽處理在特別優(yōu)選80°C以上溫度，特別優(yōu)選100°C以上溫度下， 在優(yōu)選至少20分鐘，特別優(yōu)選至少40分鐘，優(yōu)選80-400分鐘的持續(xù)時間下進行。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟III中，將表面結(jié)構(gòu)化的 所述植入物在800°C以上，優(yōu)選1000°C以上，特別優(yōu)選1000°C -1500°C的溫度下，在至少60 分鐘的持續(xù)時間，優(yōu)選至少100分鐘的持續(xù)時間，特別優(yōu)選120-600分鐘的持續(xù)時間下，保 持在氧化氣氛，優(yōu)選空氣中。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述植入物是基于金屬氧化物的陶瓷植入物，優(yōu)選基于氧化鋁和/或基于氧化鋯和/或基于氮化硅，特別優(yōu)選基于氧化釔 穩(wěn)定的四方氧化鋯多晶(Y-TZP)。
11.一種通過如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法制造或可通過如前述權(quán)利要求中任 一項所述的方法制造的陶瓷植入物，特別是牙植入物。
12.如權(quán)利要求11所述的陶瓷植入物，其特征在于，其為基于氧化鋯的植入物，特別優(yōu) 選基于氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯多晶(Y-TZP)。
13.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法用于使植入物優(yōu)選牙植入物的至少暴露于 骨和/或組織的區(qū)域中的表面結(jié)構(gòu)化的用途。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于生產(chǎn)至少在與骨和/或組織接觸的區(qū)域中的表面被結(jié)構(gòu)化的陶瓷植入物的方法。該方法的特征在于，所述陶瓷植入物在成型和燒結(jié)之后，在其待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域中，I.在所述表面上被還原成相應的金屬；II.然后對基本金屬的所述表面進行結(jié)構(gòu)化表面處理；III.使結(jié)構(gòu)化的所述表面氧化。此外，本發(fā)明還描述了一種通過該方法在表面上提供拓撲結(jié)構(gòu)的植入物。
文檔編號B22F3/24GK101952476SQ200880125906
公開日2011年1月19日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者法爾科·施洛蒂希, 路易斯·阿方索·奧爾特加克魯斯 申請人:托門醫(yī)學股份公司