CN101400383A - 包含用于承重面的复合材料的组件及其在重建或人工关节中的应用 - Google Patents

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Abstract

一种组件，例如用于人体的重建关节的组件，包含相互支撑的第一部件和第二部件。第一部件和第二部件二者均可包含优选地是与碳纤维组合的聚醚醚酮的第一种聚合物材料。

Description

包含用于承重面的复合材料的组件及其在重建或人工关节中的应用
技术领域
本发明涉及聚合物材料，并且特别地，尽管不是专门地，涉及这些材料在包含相互支撑的第一部件和第二部件的组件中的应用。优选的实施例涉及复合材料用于承重面的应用，例如应用于人体的重建关节(或其他部件)。
背景技术
范围广泛的材料已被提议应用于人体的重建关节或人工关节(或其他部件)，例如，用于脊柱中的关节或承重面；用于肩关节或指关节；和用于部分或全部髋或膝的置换物。
Tribiology International Vol.31，No.11，pp661-667，1998(Wang)将全髋关节置换术在20世纪下半叶的成功描述为主要是由于超高分子量聚乙烯用作髋构件的承重面。当聚乙烯承重面与金属或陶瓷股骨头联合使用时，获得了优良的耐磨性。然而，承认存在这样的问题：由聚乙烯磨损产生的碎屑会造成不良的生物反应，导致骨质疏松或骨质溶解，而且随后还需要进行修复手术。
已提出的金属与金属(metal-on-metal)相关节，其使用效果好坏参半。一些金属植入体在相对较短的时间内就会失效，而另一些金属植入体则会延续较长时间。这种不一致的表现当然是不能接受的。这种表现可能是由金属与金属相植入体的制造公差，例如，间隙、球形度、表面粗糙度，或者合金本身的质量难于控制而造成的。
因为陶瓷固有的脆性，已提出的陶瓷与陶瓷(ceramic-on-ceramic)相关节比金属与金属相关节对制造精密度的要求更高。
因此，与聚乙烯/金属相关节相比，金属与金属相关节和陶瓷与陶瓷相关节在设计和制造领域上窄得多，而且对外科技术更加敏感。
已知材料存在的另一问题是随着其负荷的增加，它们呈现磨损增加的趋势。在一个关节中，如果在两个承重部件之间有任何不完善的配合，那么关节会比预料的磨损得还要快(由于负荷增加)，导致关节过早损坏。
本发明的目的是解决上述提到的问题。
发明内容
第一方面，本发明提供了一种组件，包含：
(a)包含第一种复合材料的第一部件，第一种复合材料中包含第一种聚合物材料和碳纤维，其中所述的第一种聚合物材料包含分子式
Figure A200780007326D00071
的重复单元；
(b)包含第二种复合材料的第二部件，第二种复合材料中包含第二种聚合物材料和碳纤维，其中所述的第二种聚合物材料包含分子式
Figure A200780007326D00072
的重复单元；
其中所述的第一部件和第二部件相互支撑。
所述的第一部件和第二部件可相互支撑，以致在使用中其中一个或两个部件由于两部件之间的接触具有磨损和/或产生磨损碎屑的趋势。不过，有利的是，由于制造第一部件和第二部件的材料，其所产生的磨损碎屑量和磨损率明显低于由其他聚合物材料，如缩醛或超高分子量聚乙烯，所制的相应部件。
优选地，包含所述第一种复合材料的所述第一部件的承重面与包含所述第二种复合材料的所述第二部件的承重面相接触。因此，在组件中，包含所述第一种复合材料的承重面一般与包含所述第二种复合材料的承重面相接触。
在组件中，优选地，所述的第一部件和所述的第二部件是相对于彼此可移动的。例如，所述两个部件之一的承重面被设置为可在另一部件的承重面上滑动。所述的第一部件和第二部件相对于彼此是可转动的。
优选地，所述的第一部件和第二部件可在使用中被润滑。例如，当它们用于人体时可被关节液润滑，或者当它们用于其它用途时可被润滑液，如油，所润滑。可提供包含如上所述的第一部件和第二部件的许多不同类型的组件。优选地，所述的组件用于植入人体，一般用来代替人体的一个结构元件。所述的组件可用于脊柱中或脊柱周围，例如用于脊柱非融合治疗技术中；或者用于人工关节中，例如用于指关节、髋关节、膝关节、肩关节、肘关节、趾关节和踝关节中。
所述组件的所述第一部件或第二部件中的一个可包含凸面元件，所述第一部件或第二部件中的另一个可包含凹面元件，其中所述的凸面元件和凹面元件，一般以包含所述第一种复合材料的所述承重面和包含所述第二种复合材料的所述承重面相接触以相互支撑，并且所述的凸面元件相对于所述的凹面元件是可转动的。
所述的第一部件可基本上完全由所述的第一种复合材料制成。可选地，第一部件可包含除所述的第一种复合材料外的一种材料，但是这样的第一部件的承重面可由所述的第一种复合材料来形成。这样的承重面可通过在用于形成所述第一部件的所述第一部件的前体上，覆盖或涂布或者用别的方法提供一层第一种复合材料来形成。例如，所述的第一部件可包含被所述的第一种复合材料所覆盖的金属或陶瓷部件(例如，股骨头)；或者所述的第一部件可包含骨头(即天然的承重材料)，其中的承重面被所述的第一种复合材料通过覆盖或者别的方式成为新的表面。
所述的第二部件可基本上完全由所述的第二种复合材料制成。可供选择地，第二部件可包含除所述的第二种复合材料外的一种材料，但是这样的第二部件的承重面可由所述的第二种复合材料来形成。这样的承重面可通过在用于形成所述第二部件的所述第二部件的前体上，覆盖或涂布或者用别的方法提供一层第二种复合材料来形成。例如，所述的第二部件可包含被所述的第二种复合材料所覆盖的金属或陶瓷部件(例如，股骨头)；或者所述的第二部件可包含骨头(即天然的承重材料)，其中的承重面被所述的第二种复合材料通过覆盖或者用别的方式成为新的表面。
所述组件的所述第一部件或第二部件中的一个部件可形成一个头，另一个部件可形成一个窝，头在这个窝中是可转动的。
在优选的具体实施方式中，所述的组件可用于髋置换物。它可包含一个股骨头和一个髋构件。相互接触的承重面一般由所述的第一种复合材料和所述的第二种复合材料所形成。
优选地，所述的第一种聚合物材料包含所述的重复单元I，其中t和v分别代表0或1。优选的聚合物材料具有所述的重复单元，其中可取t＝1或v＝0，t＝0且v＝0，或者t＝0且v＝1。更优选的聚合物材料中，可取t＝1且v＝0，或者t＝0且v＝0。最优选的聚合物材料中，可取t＝1且v＝0。
优选地，所述的第一种聚合物材料包含至少60摩尔％分子式I的重复单元，更优选地，包含至少90摩尔％分子式I的重复单元。优选地，所述的第一种聚合物材料基本上由分子式I的重复单元组成。优选地，所述的第一种聚合物材料包含单一类型的分子式I的重复单元。
在优选的具体实施例中，所述的第一种聚合物材料选自聚醚醚酮、聚醚酮和聚醚酮酮。在更优选的具体实施例中，所述的第一种聚合物材料选自聚醚酮和聚醚醚酮。在特别优选的具体实施例中，所述的第一种聚合物材料是聚醚醚酮。
因此，优选地，所述的第一种聚合物材料基本上由分子式I的重复单元组成，其中t＝1且v＝0。
所述的第一种聚合物材料一般具有至少0.06kNsm-2的熔融黏度(MV)，优选地具有至少0.09kNsm-2的MV，更优选地至少0.12kNsm-2，特别地至少0.15kNsm-2。
MV一般采用毛细管流变法在400℃下以剪切速率1000s-1进行操作，用碳化钨模具(0.5x3.175mm)进行测量。
所述的第一种聚合物材料可具有低于1.00kNsm-2的MV，优选地低于0.5kNsm-2。
所述的第一种聚合物材料可具有0.09至0.5kNsm-2范围内的MV，优选地具有0.14至0.5kNsm-2范围内的MV。
所述的第一种复合材料可具有0.5至1.0kNsm-2范围内的MV，优选地具有0.7至1.0kNsm-2范围内的MV。MV可通过毛细管流变法来测量。
所述的第一种聚合物材料的拉伸强度在至少40Mpa下按照ASTM D790来测量，优选地至少60MPa，更优选地至少80MPa。拉伸强度优选地在80-110MPa范围内，更优选地在80-100MPa范围内。
所述的第一种复合材料的拉伸强度在高于100Mpa时按照ASTM D790来测量，优选地高于120MPa。
所述的第一种聚合物材料的弯曲强度在至少145MPa时按照ASTM D790来测量。优选地弯曲强度在145-180MPa范围内，更优选地在145-165MPa范围内。
所述的第一种复合材料的弯曲强度按照ASTM D790来测量，至少200MPa。
所述的第一种聚合物材料的弯曲模量按照ASTM D790来测量，至少2GPa，优选地至少3GPa，更优选地至少3.5GPa。弯曲模量优选地在3.5-4.5GPa范围内，更优选地在3.5-4.1GPa范围内。
所述的第一种复合材料的弯曲模量按照ASTM D790来测量，至少7GPa。
有利地，第一种聚合物材料和所述的碳纤维可被选择用来对第一种复合材料进行改性。例如，弯曲模量可被改性至皮层骨头的弯曲模量(大约18GPa)。
优选地，所述的第二种聚合物材料包含所述的重复单元I，其中t和v分别代表0或1。优选的聚合物材料具有所述的重复单元，其中可取t＝1或v＝0，t＝0且v＝0，或者t＝0且v＝1。更优选的聚合物材料中，可取t＝1且v＝0，或者t＝0且v＝0。最优选的聚合物材料中，可取t＝1且v＝0。
优选地，所述的第二种聚合物材料包含至少60摩尔％分子式I的重复单元，更优选地包含90摩尔％分子式I的重复单元。优选地，所述的第二种聚合物材料基本上由分子式I的重复单元组成。优选地，所述的第二种聚合物材料包含单一类型的分子式I的重复单元。
在优选的具体实施例中，所述的第二种聚合物材料选自聚醚醚酮、聚醚酮和聚醚酮酮。在更优选的具体实施例中，所述的第二种聚合物材料选自聚醚酮和聚醚醚酮。在特别优选的具体实施例中，所述的第二种聚合物材料是聚醚醚酮。
因此，优选地，所述的第二种聚合物材料基本上由分子式I的重复单元组成，其中t＝1且v＝0。
所述的第二种聚合物材料一般具有至少0.06kNsm-2的熔融黏度(MV)，优选地具有至少0.09kNsm-2的MV，更优选地至少0.12kNsm-2，特别地至少0.15kNsm-2。
MV一般采用毛细管流变法在400℃下以剪切速率1000s-1进行操作，用碳化钨模具(0.5x3.175mm)进行测量。
所述的第二种聚合物材料可具有低于1.00kNsm-2的MV，优选地低于0.5kNsm-2。
所述的第二种聚合物材料可具有0.09至0.5kNsm-2范围内的MV，优选地具有0.14至0.5kNsm-2范围内的MV。
所述的第二种复合材料可具有0.5至1.0kNsm-2范围内的MV，优选地具有0.7至1.0kNsm-2范围内的MV。
所述的第二种聚合物材料的拉伸强度按照ASTM D790来测量，至少40MPa，优选地至少60MPa，更优选地至少80MPa。所述的拉伸强度优选地在80-110MPa范围内，更优选地在80-100MPa范围内。
所述的第二种复合材料的拉伸强度按照ASTM D790来测量，高于100MPa，优选地高于120MPa。
所述的第二种聚合物材料的弯曲强度按照ASTM D790来测量，至少145MPa。弯曲强度优选地在145-180MPa范围内，更优选地在145-165MPa范围内。
所述的第二种复合材料的弯曲强度按照ASTM D790来测量，至少200MPa。
所述的第二种聚合物材料的弯曲模量按照ASTM D790来测量，至少2GPa，优选地至少3GPa，更优选地至少3.5GPa。弯曲模量优选地在3.5-4.5GPa范围内，更优选地在3.5-4.1GPa范围内。
所述的第二种复合材料的弯曲模量按照ASTM D790来测量，至少7GPa。
有利地，第二种聚合物材料和所述的碳纤维可选择用来对所述的第二种复合材料进行改性。例如，弯曲模量可被改性至皮层骨头的弯曲模量(大约18GPa)。
优选地，所述的第一种聚合物材料和所述的第二种聚合物材料是相同的。
所述的碳纤维可以属于任一合适的类型。所述的碳纤维可以是PAN基或沥青基的。
合适的PAN基纤维的纤维密度在1.7至1.85g.cm-3范围内，拉伸强度大于2900MPa，拉伸模量在230-250GPa范围内，体密度大于350g/l。
合适的沥青基碳纤维的纤维密度在1.2-2g.cm-3范围内，拉伸强度在400-600MPa范围内，杨氏模量在30-50GPa范围内。
所述的碳纤维可包含磨断纤维形式，例如平均长度在200-1600μm范围内的磨断纤维。可供选择地，所述的碳纤维可以是短长度纤维形式，例如平均长度在3至30mm范围内的短纤维。在更进一步的替代方案中，第一种和/或第二种复合材料中可存在无端碳纤维。这样的无端材料可包含6000或12000个丝束。
所述的碳纤维可混入添加剂或抛光剂。对这样的材料而言，为改善纤维与第一种和第二种聚合物材料的相容性，这是常规做法。
优选地，所述的第一部件包含第一种复合材料，该第一种复合材料包含所述的第一种聚合物材料和PAN基碳纤维。优选地，PAN基碳纤维占第一种复合材料中的碳纤维的至少50wt％、至少75wt％、至少90wt％、至少95wt％，特别地大约100wt％。优选地，所述的第二部件包含所述的第二种复合材料，该第二种复合材料包含所述的第二种聚合物材料和PAN基碳纤维。优选地，PAN基碳纤维占第二种复合材料中的碳纤维的至少50wt％、至少75wt％、至少90wt％、至少95wt％，特别地大约100wt％。
所述的第一种复合材料一般包含至少30wt％，优选地至少45wt％，更优选地至少60wt％，特别地至少65wt％的所述的第一种聚合物材料。所述的复合材料包含的碳纤维可高达70wt％、高达55wt％、高达40wt％、高达35wt％。所述的第一种复合材料可包含30wt％至70wt％所述的第一种聚合物材料和30wt％至70wt％碳纤维。在优选的具体实施例中，所述的第一种复合材料包含60wt％至80wt％分子式I的聚合物材料，优选分子式I中t＝1且v＝0的，和20wt％至40wt％碳纤维。
所述的第一种复合材料可包含一种或多种其他成分。它包含的其他成分可高达15wt％，优选地高达10wt％。其他成分的一个例子是X射线造影材料例如硫酸钡。
优选地，所述的第一种复合材料只包含单一类型的分子式I的第一种聚合物材料。它也可只包含单一类型的碳纤维，例如，只包含PAN基碳纤维，或只包含沥青基碳纤维，而不是包含两类碳纤维的混合物。
所述的第二种复合材料中所述的碳纤维可分别具有所述的第一种复合材料中所述的碳纤维的任何特征。
所述的第二种复合材料一般包含至少30wt％，优选地至少45wt％，更优选地至少60wt％，特别地至少65wt％的所述的第二种聚合物材料。所述的复合材料包含的碳纤维可高达70wt％、高达55wt％、高达40wt％、高达35wt％。所述的第二种复合材料可包含30wt％至70wt％所述的第二种聚合物材料和30wt％至70wt％碳纤维。在优选的具体实施例中，所述的第二种复合材料包含60wt％至80wt％分子式I的聚合物材料，优选分子式I中t＝1且v＝0，和20wt％至40wt％碳纤维。
所述的第二种复合材料可包含一种或多种其他成分。它包含的其他成分可高达15wt％，优选地高达10wt％。其他成分的一个例子是X射线造影材料例如硫酸钡。
优选地，所述的第二种复合材料只包含单一类型的分子式I的第二种聚合物材料。它也可只包含单一类型的碳纤维，例如，只包含PAN基碳纤维，或只包含沥青基碳纤维，而不是包含两类碳纤维的混合物。
优选地，所述的第一种复合材料和所述的第二种复合材料包含同一种分子式I的聚合物材料和同一种碳纤维。优选地，所述的第一种复合材料和所述的第二种复合材料基本上具有相同的组成。
上述第一方面中的组件可包含一种或多种可支撑所述的第一部件和/或所述的第二部件的附加部件。所述的一种或多种附加部件可由以上所描述的所述第一种复合材料制成。
第二方面本发明提供了用于提供所述第一方面中的组件的一套元件，这套元件包含：
(a)根据所述第一方面所描述的第一部件；和
(b)根据所述第一方面所描述的第二部件；
其中，所述的第一部件和所述的第二部件可协作形成组件，在组件中所述的第一部件和所述的第二部件相互支撑。
所述的第一部件和所述的第二部件可具有本发明所述第一方面的第一部件和第二部件的任一特征，已作必要的修正。
根据本发明的第三方面，提供了一种优选地基本上无菌的包装，这种包装包含分别根据第一方面或第二方面中的组件或成套元件。
根据本发明的第四方面，提供了制造根据第一方面和第二方面所描述的第一部件和第二部件的一种方法，所述的方法包括由第一种复合材料和第二种复合材料分别生成所述第一部件和第二部件各自的承重面。
所述的方法可包括基本上完全由所述的第一种或第二种复合材料制作一个或两个所述的部件；或者，所述的方法可包括在所述的第一种和/或第二种复合材料外面生成所述的第一部件和第二部件的一个或两个承重面(并非整体)。
根据本发明的第五方面，提供了制造根据第一方面的组件的一种方法，这种方法包括：
(a)选择根据所述第一方面所描述的第一部件；
(b)选择根据所述第一方面所描述的第二部件；和
(c)将第一部件和第二部件相接触，以使两部件相互支撑并形成所述的组件。
根据本发明的第六方面，提供了根据所述第一方面所描述的第一部件和根据所述第一方面所描述的第二部件在组件制造中的用途，所述的组件包含相互支撑的所述第一部件和第二部件，用于植入人体，例如代替身体的某一结构元件。
本文所描述的发明或具体实施例的任一目的的任一特征可与本文所描述的发明或具体实施例的任一目的的任一其他特征相组合，已作必要的修正。
具体实施方式
本发明特定的具体实施方式现在将通过实施例来描述。
在下文中用到以下材料：
PEEK-OPTIMA LT1——长期可植入级聚醚醚酮，其熔融黏度大约为0.45kNsm-2，可由英国的Invibio Limited获得。
CFR-PEEK-LT1——植入级聚醚醚酮，其中包含按重量计30％的PAN基碳纤维，由英国的Invibio Limited获得。
缩醛——指的是聚甲醛。
UHMWPE——指的是由DuPuy Orthopaedics获得的超高分子量聚乙烯。
采用销对板磨损测试来评定材料。销和板根据实施例1和2中所描述的一般步骤来制作，并用实施例3中所描述的一般步骤来测试。
实施例1——用于制作销的一般步骤
所有销都由注塑基板来加工。所有基板都采用标准条件，例如采用可从Invibio Limited得到的一般文献中所描述的标准条件来生产。将已加工的销抛光，得到的表面粗糙度(Sa)大约1微米。所有销都在含水乙醇和软化水中被清洗，并用一般的退火方案例如可从Invibio Ltd得到的一般文献中所描述的退火方案进行退火。所有销都如此加工，以便由聚合物流动方向引起的任一纤维排列都与往复运动平行。除非特别说明，所有销都用50kGy的辐射剂量进行伽马消毒。
实施例2——用于制作板的一般步骤
所有板都由注塑基板来加工。所有基板都采用标准条件来生产。将已加工的板磨光，以保持注塑的表面光洁度(Sa大约为1微米)。所有板都在含水乙醇和软化水中被清洗，并用一般的退火方案进行退火。所有板都如此加工，以便由聚合物流动方向引起的任一纤维排列都与往复运动平行。
实施例3——用于测试材料的一般步骤
使用销对板磨损试验机。所述的机器是进行往复运动和旋转运动的四位销对板磨损试验机。往复运动用沿着两个固定的平行淬火钢条和一个热床移动的一个大锤进行，润滑剂板和板支架置于这个大锤顶端。旋转运动用于每一个使用小型发动机的销。往复运动和旋转运动的循环频率都设为大约1Hz。板支架由四个套管组成，板试片被夹进这些套管中。润滑剂容纳于润滑剂盘中，并被热床内的电阻器加热至37℃温度。加热由热电偶来控制。负荷(20N或者40N)通过杠杆机构施加在每个位上。由铂线制成的润滑剂液面探测器依附于润滑剂盘，使润滑剂保持在几乎固定的水平。这被高高地置于蒸馏水池上方。一台电子计数器被连接在作往复运动的大锤上。冲程长度设置为25mm。一个盖子放在整套设备上方，用以防止空气中的粉尘污染。
所用的润滑剂是24.5％的牛血清(蛋白含量为15g·l-1)，其中加入用于延缓细菌生长的0.2％叠氮钠和用于防止钙沉积的20mM EDTA。
磨损用重量分析法来评定。所述的机器每星期至少停运两次(大约25万周)，以便清洗和称量样品。任何过量的润滑剂均被清理出润滑剂浴，并将销和板移开。再将样品采用预定的始终一致的方案进行清洗和干燥。接着将销和板在天平上称量3次(精确至0.1mg)并记录平均重量。考虑到在测试期间销和板的润滑剂吸收，采用了对照样品。然后将所述的机器重新组装并更新润滑剂。磨损测试进行高达200万周。
在磨损测试前后还都进行真空炉干燥测试，其目的是为了得到这些材料“真实的”重量损失并将此结果与标准的重量损失测量数据进行比较。
绘制磨损体积与滑动距离之间的线性关系，通过数据得到的直线的斜率(通过线性回归分析来测定)提供了磨损速率。然后用所述的磨损速率除以负荷和滑动距离，便测定了磨损因子k(mm3N-1m-1)。
实施例4至12
采用实施例1和2所描述的步骤制作了销和板，并在特定的负荷下采用实施例3所描述的一般步骤测试了组合物。所使用的所有材料、施加的负荷和计算得到的磨损因子提供于表1。表2描述了用于所选实施例的体积磨损。
表1
Figure A200780007326D00191
表2
Figure A200780007326D00192
实施例13
通过与以上所描述的过程类似的过程，将包含PEEK-OPTIMA LT1和PAN基碳纤维的复合物的相互支撑的销和板的磨损表现与包含PEEK-OPTIMA LT1和沥青基碳纤维的复合物的相互支撑的销和板的磨损表现进行了比较。
在测试了500万周之后，结果如下：
Figure A200780007326D00193
结果与讨论
参照表1可以看出，未消毒PEEK对的总磨损与消毒PEEK对的总磨损相相同材料的碳纤维-PEEK关节样品(实施例11和12)比全PEEK组件(实施例8至10)产生的磨损更低，并且实际上是所测试的所有聚合磨损对中磨损最低的。采用40N负荷所进行的测试中，碳纤维-PEEK材料(实施例11和12)的总磨损因子比PEEK样品(实施例7至10)的总磨损因子低13倍；采用20N负荷所进行的测试中，碳纤维-PEEK材料(实施例11和12)的总磨损因子比PEEK样品(实施例7至10)的总磨损因子低6倍。
相同材料的包含30％PAN基碳纤维的PEEK-OPTIMA LT1关节(实施例11)的磨损因子比传统使用的用于医学植入的成功的承重对的磨损因子更低。当与金属的UHMWPE关节(实施例13)相比较时，观察到相同材料的包含30％PAN基碳纤维的PEEK-OPTIMA LT1关节的磨损因子降低了60％以上。当与金属与金属相磨损对(实施例14)相比较时，观察到相同材料的包含30％PAN基碳纤维的PEEK-OPTIMA LT1关节的磨损因子降低了40％以上。
参照表2，相同材料的PEEK-OPTIMA LT1关节的体积磨损并不意外地表现为在40N负荷下比在20N负荷下时观察到的实际磨损率更高。这一点在预料之中，因为磨损速率应该随着所施加负荷的增加而增加，参见下列文献：T A Stolarski，Wear 1992，158，71-78.＂Tribology of polyetheretherketone＂；SM Hosseiniand TA Stolarski，Journal of Applied Polymer Science，1992，45，2021-2030，＂Morphology of PolymerWear Debris Resulting from Different ContactConditions＂；MQ Zhang，ZP Lu and K Friedrich，Tribology International1997，30，103-111；ZP Lu and K Friedrich，Wear 1995，181-183，624-631，＂On sliding friction and wear of PEEK and its composites＂；TJ Joyce，HEAsh and A Unsworth，Proc.Instn.Mech Engineers 1996，210，11，＂The wearof cross-linked polyethylene against itself＂；TJ Joyce and A Unsworth，Proc.Instn.Mech Engineers 1996，210，297，＂A comparison of the wearof cross-linked polyethylene against itself with the wear of ultrahighmolecular weight polyethylene against itself＂。对于PEEK样品，在40N负荷下的体积磨损速率是8.56mm3/百万周，在20N负荷下的体积磨损速率是5.98mm3/百万周。
然而，令人惊奇的是，碳纤维-PEEK组件在40N负荷下表现出的体积磨损速率(0.68mm3/百万周)比被测试的相同磨损对在20N负荷下的体积磨损速率(0.84mm3/百万周)更低。
参照实施例13，与包含沥青基碳纤维的偶合物相比，包含PEEK和PAN基碳纤维的磨损偶合物似乎表现出更低的磨损。
现在可以知道，特别地，所描述的复合材料可有利地用于承重用途——它们具有低磨损速率，并且所述的材料可有利地用于重建关节或其他部位的承重面。还应该指出，这些材料在负荷增加的情况下磨损表现有所提高，因此在高负荷用途中例如在全部膝关节中采用这些材料是有利的。
与金属或陶瓷组件相比，这些材料可用更低的成本和更高效的生产路线例如注塑成型来生产。与金属或陶瓷材料相比，应用这些模量更低的材料具有另一些好处，可产生应力屏蔽和随后的骨吸收。
所述的材料的其他优势是：它们不像陶瓷材料那样脆；应用所述的材料可避免产生金属磨损碎屑和不断释放入体内的金属离子的有关健康风险(例如，参见R Michel，J Hofman，F Loer and J Zilkens＂Trace element burdening of humantissues due to the corrosion of hip joint prostheses made of cobalt chromemolybdenum＂and Arch.Orthop.and Traumat.Surg.1984，103，85-95；andT Visuri，E Pukkala，P Paavolainen，P Pulkkinen，EB Riska，Clin Orthop1995；329：S280-289，其中描述了发现在具有金属与金属相全髋关节置换物的病人中，癌症的总风险是具有聚乙烯与金属全髋关节置换物的病人所患癌症风险的1.23倍之高)。
所描述的复合材料的另一些优势包括：比金属或陶瓷材料重量更低；与UHMWPE相比机械性能有所提高因而允许更薄的部件、更大的移动度和设计灵活度。

Claims (23)

1.一种组件，包含：
(a)包含第一种复合材料的第一部件，第一种复合材料中包含第一种聚合物材料和碳纤维，其中所述的第一种聚合物材料包含分子式
Figure A200780007326C00021
的重复单元；和
(b)包含第二种复合材料的第二部件，第二种复合材料中包含第二种聚合物材料和碳纤维，其中所述的第二种聚合物材料包含分子式
Figure A200780007326C00022
的重复单元；
其中所述的第一部件和第二部件相互支撑。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述的第一部件和所述的第二部件相对于彼此是可移动的。
3.根据权利要求2所述的组件，其中所述的第一部件和第二部件在使用中被润滑。
4.根据权利要求1所述的组件，其中所述的组件用于植入人体以便代替人体的一个结构元件。
5.根据权利要求1所述的组件，所述的组件用于脊柱中或脊柱周围，或者用于人工关节中。
6.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一部件或第二部件中的一个包含凸面元件，所述第一部件或第二部件中的另一个包含凹面元件，其中所述的凸面元件和凹面元件相互支撑。
7.根据权利要求1所述的组件，其中包含所述第一种复合材料的所述第一部件的承重面与包含所述第二种复合材料的所述第二部件的承重面相接触。
8.根据权利要求1所述的组件，其中：
所述的第一部件基本上完全由所述的第一种复合材料制成；或者所述的第一部件包含除所述的第一种复合材料外的一种材料，所述第一部件的承重面由所述的第一种复合材料形成；而且，
所述的第二部件基本上完全由所述的第二种复合材料制成；或者所述的第二部件包含除所述的第二种复合材料外的一种材料，所述第二部件的承重面由所述的第二种复合材料形成。
9.根据权利要求1所述的组件，其中所述组件的所述第一部件或第二部件中的一个部件可形成一个头，另一个部件可形成一个窝，头在这个窝中是可转动的。
10.根据权利要求1所述的组件，其中所述的组件用于髋置换物。
11.根据权利要求1所述的组件，其中所述的第一种聚合物材料是所述的分子式I，其中t＝1且v＝0。
12.根据权利要求1所述的组件，其中所述的第一种聚合物材料包含至少60摩尔％分子式I的重复单元。
13.根据权利要求1所述的组件，其中所述的第一种聚合物材料基本上由分子式I的重复单元组成，其中t＝1且v＝0；所述的第二种聚合物材料基本上由分子式I的重复单元组成，其中t＝1且v＝0。
14.根据权利要求1所述的组件，其中所述的第一种聚合物材料和所述的第二种聚合物材料是相同的。
15.根据权利要求1所述的组件，其中所述的第一种复合材料包含至少30wt％所述的第一种聚合物材料和高达70wt％的碳纤维。
16.根据权利要求1所述的组件，其中所述的第一种复合材料包含60wt％至80wt％分子式I的聚合物材料和20wt％至40wt％的碳纤维。
17.根据权利要求1所述的组件，其中所述的第二种复合材料包含60wt％至80wt％分子式I的聚合物材料和20wt％至40wt％的碳纤维。
18.根据权利要求1所述的组件，其中所述的第一部件包含第一种复合材料，这种材料包含所述的第一种聚合物材料和PAN基碳纤维；所述的第二部件包含所述的第二种复合材料，这种材料包含所述的第二种聚合物材料和PAN基碳纤维。
19.用于提供权利要求1中的组件的成套元件，该成套元件包含：
(c)根据权利要求1中所描述的第一部件；和
(d)根据权利要求1中所描述的第二部件；
其中所述的第一部件和所述的第二部件可协作形成组件，在组件中所述的第一部件和所述的第二部件相互支撑。
20.一种包含根据权利要求1所述的组件或成套元件的包装。
21.一种制造根据权利要求1所描述的第一部件和第二部件的方法，所述的方法包括由第一种复合材料和第二种复合材料分别生成所述第一部件和第二部件各自的承重面。
22.一种制作根据权利要求1所述的组件的方法，所述的方法包括：
(a)选择权利要求1中所描述的第一部件；
(b)选择权利要求1中所描述的第二部件；和
(c)将第一部件和第二部件相接触，以使两部件相互支撑并形成所述的组件。
23.根据权利要求1所述的第一部件和根据权利要求1所述的第二部件在组件制造中的用途，所述的组件包含用于植入人体的相互支撑的所述第一部件和第二部件。
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