CN106470624B

CN106470624B - 植入物

Info

Publication number: CN106470624B
Application number: CN201580032557.6A
Authority: CN
Inventors: 本田淳; 坂本宜瑞
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2019-03-19
Anticipated expiration: 2035-02-17
Also published as: US9636160B2; JP2016007479A; US20170086897A1; CN106470624A; JP6253528B2; DE112015002263T5; WO2015198625A1

Abstract

本发明的植入物(1)具备由纯镁或镁合金构成的具有外螺纹(2)的螺丝主体(3)、和被覆该螺丝主体(3)的外表面的阳极氧化被膜(4)，外螺纹(2)具有在螺丝主体(3)的旋入时朝向行进方向前方的非承压侧齿腹(21)、和朝向行进方向后方的承压侧齿腹(22)，非承压侧齿腹(21)上的阳极氧化被膜(41)的生物降解期短于承压侧齿腹(22)上的阳极氧化被膜(42)的生物降解期。

Description

植入物

技术领域

本发明涉及植入物，特别是涉及骨固定用的螺旋型生物降解性植入物。

背景技术

以往，已知有以生物体吸收性的纯镁或镁合金作为基材的骨固定用的植入物(例如，参见专利文献1、2)。镁容易与水反应而发生降解，因此，出于控制移植后的植入物的生物降解速度的目的，在植入物的外表面形成阳极氧化被膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2014-505528号公报

专利文献2：日本特开2008-142523号公报

发明内容

发明所要解决的课题

对于生物降解性的植入物来说，要求在至骨治愈为止的期间对骨具有高固定力，另一方面，理想的是在骨治愈后迅速地被生物降解而消失。但是，被阳极氧化被膜覆盖的镁制植入物存在通过生物降解而消失为止通常需要5年～10年的长时间的问题。

另外，镁制植入物的生物降解以通过阳极氧化被膜被生物降解而消失所产生的基材的露出部位为起点，从该起点起，植入物的强度降低。但是，专利文献1、2的植入物并不清楚哪个部分的阳极氧化被膜最先消失。因此，生物降解从植入物为了发挥固定力所需要的部分开始，其结果，存在有可能在至骨治愈为止的期间内无法维持充分的固定力的问题。

本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供一种植入物，该植入物在至骨治愈为止的期间可维持对骨的高固定力，并且在骨治愈后能够迅速地消失。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明提供下述技术方案。

本发明提供一种植入物，其具备由纯镁或镁合金构成的具有外螺纹的螺丝主体、和被覆该螺丝主体的外表面的阳极氧化被膜，上述外螺纹具有在上述螺丝主体的旋入时朝向行进方向前方的非承压侧齿腹、和朝向行进方向后方的承压侧齿腹，上述非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的生物降解期短于上述承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的生物降解期。

根据本发明，旋入到生物体内的骨中的螺丝主体受到被覆该螺丝主体的阳极氧化被膜的保护而不被生物降解，因而可以在一定期间内持续发挥出外螺纹所产生的对骨的固定力。

该情况下，外螺纹的非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜在早期通过生物降解而消失，由此，螺丝主体以非承压侧齿腹为起点而开始被生物降解。但是，由于非承压侧齿腹对骨的固定力没有帮助，并且承压侧齿腹上的阳极氧化膜还存在，因而即使在非承压侧齿腹处开始了生物降解，也可维持外螺纹所产生的对骨的固定力。由此，在至骨治愈为止的期间可维持对于骨的高固定力，并且在骨治愈后能够迅速地消失。

上述发明中，优选的是，上述非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的平均孔径大于上述承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的平均孔径。此外，更优选的是，上述非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的平均孔径为1μm以上100μm以下，上述承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的平均孔径为0.1μm以上10μm以下。

阳极氧化被膜的平均孔径越大，体液越容易渗透至阳极氧化被膜内，因而阳极氧化被膜的生物降解速度越快。另一方面，阳极氧化被膜的平均孔径越小，越容易在其表面保持纤维蛋白纤维，与骨的结合力越高。因此，通过如上所述地设计各齿腹上的阳极氧化被膜的平均孔径，能够缩短非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的生物降解期，同时能够提高承压侧齿腹与骨的结合力。

上述发明中，优选的是，上述承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的磷含量高于上述非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的磷含量。此外，更优选的是，上述承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的磷含量为10重量％以上30重量％以下，上述非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的磷含量为2重量％以上20重量％以下。

阳极氧化被膜的磷含量越高，在阳极氧化被膜上羟基磷灰石(HA)的生成越旺盛，通过HA使齿腹与骨的结合力增高。因此，通过如上所述地设计各齿腹上的阳极氧化被膜的磷含量，能够在提高承压侧齿腹与骨的结合力的同时，抑制非承压侧齿腹与骨的结合。

发明的效果

根据本发明，发挥出下述效果：在至骨治愈为止的期间可维持对骨的高固定力，并且在骨治愈后能够迅速地消失。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的植入物的部分纵截面图。

图2是示出旋入到骨中的图1的植入物的图。

图3是对图1的植入物的制造方法中的阳极氧化处理进行说明的图。

图4是以高电流密度(电压400V)形成的阳极氧化被膜的截面的扫描型电子显微镜照片。

图5是以低电流密度(电压350V)形成的阳极氧化被膜的截面的扫描型电子显微镜照片。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式的植入物1进行说明。

如图1所示，本实施方式的植入物1具备具有外螺纹2的螺丝主体3、和覆盖该螺丝主体3的外表面整体的阳极氧化被膜4。

螺丝主体3由纯镁(Mg)或以Mg为主要成分的Mg合金构成。

外螺纹2具有联系山的顶部与谷底的非承压侧齿腹21和承压侧齿腹22。非承压侧齿腹21是在螺丝主体3的旋入时朝向行进方向前方的面，承压侧齿腹22是在螺丝主体3的旋入时朝向行进方向后方的面。本实施方式中，作为外螺纹2，假设了具有相对于螺丝轴A倾斜的非承压侧齿腹21和相对于螺丝轴A近似垂直的承压侧齿腹22的锯齿螺纹，但外螺纹2的形状不限定于此。

图2示出了旋入到骨B中的植入物1。如图2所示，在植入物1被旋入到骨B中的状态下，承压侧齿腹22由骨B受到螺丝轴A方向的负荷(图中参见箭头)。即，通过非承压侧齿腹21与骨B的紧贴，发挥出外螺纹2所产生的对骨B的固定力。

阳极氧化被膜4在非承压侧齿腹21上和在承压侧齿腹22上具有相互不同的特性，非承压侧齿腹21上的阳极氧化被膜4(下文中也称为阳极氧化被膜41)的生物降解期短于承压侧齿腹22上的阳极氧化被膜4(下文中也称为阳极氧化被膜42)的生物降解期。具体而言，阳极氧化被膜41与阳极氧化被膜42在膜厚、平均孔径、表面粗糙度、磷(P)含量和碳(C)含量的方面相互不同。

关于膜厚，非承压侧齿腹21上的阳极氧化被膜41的膜厚小于承压侧齿腹22上的阳极氧化被膜42的膜厚。

关于平均孔径和表面粗糙度，非承压侧齿腹21上的阳极氧化被膜41的平均孔径和最大表面粗糙度分别大于承压侧齿腹22上的阳极氧化被膜42的平均孔径和最大表面粗糙度。具体而言，优选的是，阳极氧化被膜41具有1μm以上100μm以下的平均孔径和0.4μm以上10μm以下的最大表面粗糙度，阳极氧化被膜42具有0.1μm以上10μm以下的平均孔径和0.01μm以上1.0μm以下的最大表面粗糙度。

阳极氧化被膜4越粗疏、其平均孔径和最大表面粗糙度越大，体液越容易进入到阳极氧化被膜4的内部，因而阳极氧化被膜4在体内的腐蚀速度越快。因此，与承压侧齿腹22上的阳极氧化被膜42相比，非承压侧齿腹21上的阳极氧化被膜41更快地进行腐蚀。

另一方面，阳极氧化被膜4越致密、其平均孔径和最大表面粗糙度越小，在阳极氧化被膜4的表面越容易形成作为与骨B的接合剂发挥作用的纤维蛋白纤维。特别是，表面粗糙度为1μm～2μm的阳极氧化被膜4的表面的润湿性提高，容易维持纤维蛋白纤维。此外，已知表面粗糙度为几十nm～几百nm的阳极氧化被膜4的表面具有促进细胞粘附、增加骨活性物质从成骨细胞的分泌和钙沉积的效果。即，通过纤维蛋白纤维和骨形成，承压侧齿腹22藉由阳极氧化被膜42与相邻的骨B牢固地结合。

关于P含量，承压侧齿腹22上的阳极氧化被膜42的P含量高于非承压侧齿腹21上的阳极氧化被膜41的P含量。具体而言，优选的是，阳极氧化被膜42具有10重量％以上30重量％以下的P含量，阳极氧化被膜41具有1重量％以上20重量％以下的P含量。

阳极氧化被膜4中的P来自磷酸，阳极氧化被膜4的P含量越高，越会在阳极氧化被膜4的表面通过磷酸根离子与体液中的钙离子的反应而促进羟基磷灰石(HA)的生成。即，在具有高P含量的承压侧齿腹22上的阳极氧化被膜42上促进HA的生成，通过该HA得到了承压侧齿腹22与骨B的高结合力。P含量高于30重量％的情况下，具有防止氯离子的进攻的作用的氧化Mg和氢氧化Mg的含量变得过低，其结果，阳极氧化被膜4的耐腐蚀性有可能降低。

另一方面，阳极氧化被膜4的P含量低的非承压侧齿腹21难以与骨B结合，因而在植入物1的移植初期出现了必须拔去植入物1的情况时，能够容易地拔去植入物1。P含量小于2重量％的情况下，难以获得磷酸所产生的充分的牺牲防腐蚀作用。

关于C含量，非承压侧齿腹21上的阳极氧化被膜41的C含量高于承压侧齿腹22上的阳极氧化被膜42的C含量。具体而言，优选的是，阳极氧化被膜41具有超过0重量％且小于3重量％的C含量，阳极氧化被膜42具有超过0重量％且小于1重量％的C含量。

阳极氧化被膜4中所含的C来自阳极氧化被膜4中残存的水分与空气中的二氧化碳反应而生成的碳化物。已知：若在植入物1的外表面存在碳化物，则植入物1的外表面的亲水性降低，生物体内的血液难以与植入物1接触，因而导致骨传导性的降低。即，通过在具有更高亲水性的阳极氧化被膜42上促进骨形成，承压侧齿腹22藉由阳极氧化被膜42与相邻的骨B牢固地结合。

接着，对本实施方式的植入物1的制造方法进行说明。

如图3所示，本实施方式的植入物1的制造方法包括：通过对螺丝主体3进行阳极氧化处理而在螺丝主体3的外表面整体形成阳极氧化被膜4的阳极氧化工序。阳极氧化工序通过将螺丝主体3和由不锈钢材料等构成的阴极5浸渍到包含磷酸根离子的电解液E中，以螺丝主体3为阳极，在螺丝主体3与阴极5之间施加电压来进行。

此处，阴极5按照与螺丝轴A的距离随着朝向螺丝主体3的前端(螺丝尖)而逐渐变短的方式相对于螺丝主体3的螺丝轴A倾斜，非承压侧齿腹21与阴极5所成的角度α小于承压侧齿腹22与阴极5所成的角度β。这样的阴极5可以由在径向上夹持螺丝主体3而相向配置的多片板状电极构成，也可以由直径从一端向另一端逐渐变小圆锥筒状的电极构成。

具体而言，非承压侧齿腹21与阴极5所成的角度α优选为0°以上45°以下。在相对于阴极5大致平行的非承压侧齿腹21处，电流容易会聚，因而电流密度升高，阳极氧化被膜41的生长速度变快。在阳极氧化被膜41迅速生长的过程中，电解液E中的气泡容易进入到阳极氧化被膜41中，因此形成孔径大而粗疏的阳极氧化被膜41。另外，阳极氧化被膜4以Mg、O(氧)和P为主要成分，但由于O的电负性大于P的电负性，因此，在电解液E中的P和O中，O更多地被吸引至非承压侧齿腹21。其结果，阳极氧化被膜41的成分比(Mg+O)/P大于阳极氧化被膜42的成分比(Mg+O)/P。

另一方面，承压侧齿腹22与阴极5所成的角度β优选为45°以上90°以下。在从阴极5观察位于非承压侧齿腹21的背后的承压侧齿腹22处，电流密度比非承压侧齿腹21的电流密度降低，阳极氧化被膜42的生长速度变慢。在阳极氧化被膜42缓慢生长的过程中，电解液E中的气泡难以进入到阳极氧化被膜42中，因此形成孔径小而致密的阳极氧化被膜42。另外，在电流难以会聚的承压侧齿腹22处，难以混入电解液E中的O，因而阳极氧化被膜42的成分比(Mg+O)/P小于阳极氧化被膜41的成分比(Mg+O)/P。

此处，使电解液E的磷酸浓度为0.05mol/L以上0.2mol/L以下、电流密度为10A/dm²以上30A/dm²以下，在电压达到350V以上400V以下时停止电极间的电流，由此，能够在非承压侧齿腹21上和承压侧齿腹22上分别形成具有上述特性的阳极氧化被膜41、42。

图4和图5是通过使所施加的电压不同而在相互不同的电流密度下形成的阳极氧化被膜的扫描型电子显微镜照片，图4是使用400V的电压的结果，图5是使用350V的电压的结果。如图4和图5所示，与施加400V的电压的情况相比，在施加350V的电压的情况下、即电流密度低的情况下，形成孔径小而致密的阳极氧化被膜。由该结果可知，在电流密度相互不同的非承压侧齿腹21和承压侧齿腹22处，形成相互不同的阳极氧化被膜41、42。

接着，对植入物1的作用进行如下说明。

本实施方式的植入物1是对骨折部分进行固定的骨折固定工具，其被旋入到形成于骨B上的孔中。留置于骨B中的植入物1受到被覆该植入物1的最外侧的阳极氧化被膜4的保护而免于剧烈的腐蚀，缓慢地得到生物降解。

该情况下，承压侧齿腹22上的阳极氧化被膜42厚且具有小孔径，因而生物降解期长。因此，阳极氧化被膜42至少在骨折部分治愈为止之前持续存在而不会消失。此外，由于阳极氧化被膜42具有容易与骨B结合的化学组成，因而承压侧齿腹22与相邻的骨B牢固地结合。

另一方面，非承压侧齿腹21上的阳极氧化被膜41薄且具有大孔径，因而生物降解期短，通过生物降解在早期消失。由于阳极氧化被膜41的消失而使螺丝主体3的非承压侧齿腹21露出时，以该非承压侧齿腹21的露出部分(图2中，点划线所包围的部分)为起点，开始螺丝主体3的生物降解。但是，由于非承压侧齿腹21对于外螺纹2所产生的对骨B的固定力没有帮助，因而即使进行非承压侧齿腹21的生物降解，也可维持植入物1对骨B的固定力。

这样，根据本实施方式的植入物1，可缩短不影响对骨B的固定力的非承压侧齿腹21上的阳极氧化被膜41的生物降解期，以非承压侧齿腹21为起点早期地开始螺丝主体3的生物降解，由此具有能够在维持植入物1对骨的固定力的同时缩短植入物1整体的生物降解所需要的时间、在骨治愈后能够早期地使植入物1消失的优点。特别是在发挥植入物1对骨B的固定力的承压侧齿腹22处，形成与骨B的牢固结合，由此具有能够以高状态维持植入物1对骨B的固定力的优点。

符号说明

1 植入物

2 外螺纹

21 非承压侧齿腹

22 承压侧齿腹

3 螺丝主体

4、41、42 阳极氧化被膜

5 阴极

A 螺丝轴

B 骨

E 电解液

Claims

1.一种植入物，其为具备由纯镁或镁合金构成的具有外螺纹的螺丝主体、和被覆该螺丝主体的外表面的阳极氧化被膜的植入物，其特征在于，

所述外螺纹具有在所述螺丝主体的旋入时朝向行进方向前方的非承压侧齿腹、和朝向行进方向后方的承压侧齿腹；

所述非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的生物降解期短于所述承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的生物降解期。

2.如权利要求1所述的植入物，其中，所述非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的平均孔径大于所述承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的平均孔径。

3.如权利要求2所述的植入物，其中，

所述非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的平均孔径为1μm以上100μm以下，

所述承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的平均孔径为0.1μm以上10μm以下。

4.如权利要求1～权利要求3中任一项所述的植入物，其中，所述承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的磷含量高于所述非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的磷含量。

5.如权利要求4所述的植入物，其中，

所述承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的磷含量为10重量％以上30重量％以下，

所述非承压侧齿腹上的阳极氧化被膜的磷含量为2重量％以上20重量％以下。