CN112601560A - 精密表面处理的生物复合材料、包含其的医疗植入物及其处理方法 - Google Patents

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Abstract

具有独特的被处理表面的增强的生物复合材料，其中表面可以包括多个层。根据至少一些实施方案，提供了掺入包含这样的增强的生物可吸收材料的新型结构、对齐、取向和形式的医疗植入物，以及其处理方法。

Description

精密表面处理的生物复合材料、包含其的医疗植入物及其处 理方法
发明领域
本发明是精密表面处理的生物复合材料，包含其的医疗植入物及其处理方法，并且具体地涉及具有医疗应用的这样的材料、植入物和处理方法。
发明背景
非增强的可再吸收聚合物的机械强度和模量(约3GPa-5 GPa)不足以支撑具有约15GPa-20 GPa的范围内的弹性模量的断裂的骨密质(cortical bone)。例如，在一篇文章中，人胫骨的弯曲模量被测量为约17.5GPa(Snyder SM Schneider E,Journal ofOrthopedic Research,第9卷,1991,第422-431页)。因此，由可再吸收聚合物构建的现有医疗植入物的适应症是有限的，并且它们的固定通常需要防止运动或大量负荷。当需要固定低应力区域(即，非承载负荷的应用)时，诸如在儿科患者中或在成人的内踝骨折、韧带联合固定、颌面部骨折或骨软骨骨折中，这些装置目前仅是一个考虑。
最近已经引入了一类新的增强的复合生物材料(生物复合材料)，其中生物可吸收性且生物相容性聚合物通过生物可吸收的生物相容性玻璃纤维增强。这些材料可以实现改善的机械性质。这些材料还包括将聚合物粘合到增强纤维的增容剂(compatibilizer)。这样的材料的实例在以下两个专利申请中被描述，所述专利申请如同在本文中完全阐述地通过引用被完全包括在本文中：
1.Biocompatible composite and its use(WO2010122098)
2.Resorbable and biocompatible fiber glass compositions and theiruses(WO2010122019)。
这些材料已经还在与这些专利相关的出版物中被描述和表征，所述出版物包括：
1.Lehtonen TJ等人Acta Biomaterialia 9(2013)4868-4877
2.Lehtonen TJ等人J Mech Behavior BioMed Materials.20(2013)376-386。
背景技术中描述的此类材料的开发专注于材料的组成：生物可吸收聚合物、增强矿物质纤维、增容剂以及它们之间的组合。已经证明这些组合物能够实现比先前单独用生物可吸收聚合物实现的机械性质优越的机械性质。
然而，虽然材料组成是可以影响医疗植入物的机械性质的一个参数，但是当涉及复合材料时，材料组成本身并不确保植入物足以实现其所期望的生物机械功能的机械性质。事实上，具有相同组成和相同几何形状的增强复合材料医疗植入物可以具有迥然不同的机械性质。此外，即使在相同的植入物内，机械性质可以在不同机械轴线之间以及在不同类型的机械强度测量之间发生极大变化。
发明概述
背景技术未教导或提出具有一个或更多个期望的机械特性的生物复合材料。背景技术也未教导或提出可以实现期望的生物机械功能的这样的材料。
“生物复合材料”意指生物相容的或合适的复合材料、和/或可以与生物组织相接触的复合材料、和/或可以被植入到生物材料中的复合材料、和/或将在这样的植入之后降解、再吸收或吸收的复合材料。
“生物相容性”意指生物相容的或合适的材料、和/或可以与生物组织相接触的材料、和/或可以被植入到生物材料中的材料。
“表面处理的”生物复合材料意指以至少一个表面层和任选地多个表面层为特征的材料。
在至少一些实施方案中，本发明涉及克服背景技术的缺点的表面处理的生物复合材料。根据至少一些实施方案，提供了掺入包含这样的表面处理的生物可吸收材料的新型结构、对齐、取向和形式的医疗植入物。
以主体组合物和表面层(在本文中也被描述为“表面”)为特征的表面处理的生物可吸收材料作为生物医疗植入物被实施。主体组合物优选地以矿物质和聚合物的组合为特征，而表面任选地以与植入物主体不同的组合物为特征。表面可以任选地包括多个表面层，包括至少一个外表面层和至少一个内表面层。
任选地，10％-70％w/w的主体组合物包含矿物质材料。还任选地，30％-55％w/w的主体组合物包含矿物质材料。还任选地，45％-55％w/w的主体组合物包含矿物质材料。
任选地，聚合物包括PLDLA。还任选地，所述主体组合物的矿物质材料包含以下成分的范围，全部以mol％计：Na2O：11.0-19.0、CaO：9.0-14.0、MgO：1.5-8.0、B2O3：0.5-3.0、Al2O3：0-0.8、P2O3：0.1-0.8、SiO2：67-73。任选地，所述主体组合物的矿物质材料包含以下成分的范围，全部以mol％计：Na2O：12.0mol.％-13.0mol.％、CaO：9.0mol.％-10.0mol.％、MgO：7.0mol.％-8.0mol.％、B2O3：1.4mol.％-2.0mol.％、P2O3：0.5mol.％-0.8mol.％、SiO2：68mol.％-70mol.％。任选地，所述主体组合物的矿物质材料包含以下成分的范围，全部以mol％计：Na2O：11.0mol％-19.0mol％、CaO：8.0mol％-14.0mol％、MgO：2mol％-8.0mol％、B2O3：1mol％-3.0mol％、A12O3：0mol％-0.5mol％、P2O3：1mol％-2mol％、SiO2：66mol％-70mol％。
表面层可以任选地用具有与主体组合物不同的组合物的表面区域的各种不同部分实现。例如并且不限于，任选地，大于10％的表面区域与主体是不同的组合物。任选地，大于30％的表面区域与主体是不同的组合物。任选地，大于50％的表面区域与主体是不同的组合物。
任选地，主体包含散布的矿物质和聚合物的组合物。
任选地，表面层可以具有多种厚度，本文给出了其多种非限制性实例。例如，任选地，表面层被定义为高达100微米厚的外层。任选地，所述外层高达50微米厚。任选地，所述外层高达20微米厚。任选地，所述外层高达5微米厚。任选地，表面层是均匀的聚合物或不同于内部组合物的生物复合材料组合物。
表面层还可以任选地以多种浓度的多种材料为特征。例如，任选地，高达5微米的表面层包括增加的磷酸盐浓度。任选地，所述外层以所述磷酸盐增加至大于10％w/w为特征。任选地，外层包含增加至大于主体组合物的五倍的钙。任选地，所述钙的增加大于主体组合物的十倍。任选地，所述钙的增加大于主体组合物的十五倍。
多种表面层结构也是任选地可能的。例如，任选地，所述表面层包括多个单独区分的层，每个层包含不同的组合物。
任选地，表面层包括至少一个内层和一个外层，其中外层高达3微米并且以磷酸盐增加至大于5％w/w为特征，其中内层高达20微米并且不以磷酸盐为特征。
任选地，表面层的被处理部分具有大于未被处理的表面的五倍的粗糙度增加。任选地，表面层的被处理部分具有大于未被处理的表面的十倍的粗糙度增加。任选地，被处理的表面区域使表面积增加大于15％。任选地，被处理的表面区域使表面积增加大于50％。任选地，表面具有不同的矿物质组合物。
主体组合物还可以任选地以多种量的矿物质和其他成分为特征。例如，任选地，主体组合物包含大于20％w/w的矿物质。任选地，主体组合物包含大于40％w/w的矿物质。
任选地，所述植入物是具插管的，所述表面层包括内表面层和外表面层，并且内表面层组成不同于外表面层组成。
任选地，所述植入物是具插管的，所述表面层包括内表面层和外表面层，并且内表面层组成与外表面层组成相同。
任选地，所述植入物的表面被处理以部分地暴露内部组合物。
任选地，表面最大粗糙度大于2微米。
任选地，表面最大粗糙度大于3微米。
任选地，所述主体组合物包含大于8％w/w的硅，但所述表面组合物包含小于4％w/w的硅。
任选地，植入物包括多个孔。任选地，所述孔包括与植入物的所述表面不同的内表面。任选地，所述内表面包含不同的组合物。任选地，所述孔包括内表面，所述内表面包含植入物的所述表面的组合物。
任选地，主体组合物可以作为多种增强纤维被实施，也如本文描述的。
这些医疗植入物具有独特的机械性质。它们具有巨大的临床益处，因为这些植入物可以具有显著大于目前可用的生物可吸收聚合物植入物的那些机械性质的机械性质。如本文描述的术语“机械性质”可以任选地包括以下中的一种或更多种：弹性模量、拉伸模量、压缩模量、剪切模量、弯矩、惯性矩、抗弯强度(bending strength)、扭转强度、剪切强度、冲击强度、压缩强度和/或拉伸强度。
任选地，可以组合例如关于任何植入物性质、植入物结构或植入物表面处理，或植入物的任何方面的任何组合的如本文描述的任何实施方案或子实施方案。
不希望受限于封闭的列表或单一假设，本文描述的生物复合材料植入物相对于金属植入物或其他永久植入物(包括不可吸收的聚合物和增强的聚合物或复合材料植入物)表现出显著的益处，因为它们可被接受它们的受试者的身体吸收，并且因此预期植入物在植入之后在体内降解。同样不希望受限于封闭的列表或单一假设，它们相对于先前的可吸收植入物还表现出显著的益处，因为它们在至少一个机械轴线中比非增强可吸收聚合物植入物更坚固且更坚硬。事实上，这些增强的复合聚合物材料甚至可以接近骨密质的强度和刚度，使它们成为用于承载负荷的矫形植入物应用的第一可吸收材料。
在基础水平上，在增强的生物复合材料植入物和来自金属、塑料和其他传统医疗植入物材料的先前植入物之间存在巨大差异。传统的医疗植入物材料是各向同性的，使得它们的机械性质在所有轴线中均是相同的。这简化了植入物设计，因为植入物的机械强度仅基于植入物的几何形状和材料的固有材料性质来确定。不希望受限于封闭的列表或单一假设，对于增强的生物复合材料植入物，生物复合材料(即，无定形或非对齐形式的生物复合材料)的固有材料性质实际上相当低，并且可以接近单独的聚合物的机械性质。因此，由这些生物复合材料构建的植入物的植入物几何形状不固有地确定在机械上坚固或坚硬的植入物。
然而，在至少一些实施方案中，本发明的医疗植入物能够在一个或更多个机械轴线方面和一个或更多个机械参数方面超过先前的生物可吸收植入物(包括先前的生物复合材料植入物)的机械性质。优选地，这些植入物以结构和形式为特征，其中增强纤维在植入物内对齐以便在轴线中提供植入物承重强度和刚度，这些性质是在所述轴线中在生物机械上需要的。因此，整个植入物或植入物的片段是各向异性的(即，它们在不同轴线中具有不同的机械性质)。使用这些各向异性植入物，植入物机械设计不能仅依赖于每个部件的几何形状。相反，增强纤维在植入物内的具体的对齐和产生的各向异性机械轮廓是确定植入物的生物机械功能的关键参数。
除了与各向异性医疗植入物有关的机械考虑之外，存在另外的限制，因为使用这些增强的生物复合材料的医疗植入物由于与由这些复合材料生产部件相关的限制而不能根据现有的植入物设计来设计。
例如，金属植入物或永久聚合物植入物可以通过机械加工来生产。甚至可以机械加工纤维增强的永久聚合物植入物，而不会不利地影响机械性质。然而，可吸收的增强的复合材料植入物不可以在不对下面的材料造成损害的情况下被机械加工，因为机械加工将暴露来自聚合物的增强纤维，因此导致一旦它们在植入之后直接暴露于体液，它们的强度就快速劣化。
在范围的另一端，纯聚合物或非常短(<4mm)的纤维增强的聚合物植入物可以使用直接注射成型工艺来制造。然而，这些材料的注射成型不能产生足够坚固的植入物。因此，需要专门的设计和生产方法以便设计并生产可以得益于先前描述的增强的生物可吸收复合材料的优越机械性质的植入物。
如本文使用的术语“生物可降解的”还指的是在体内可降解、可再吸收或可吸收的材料。
术语“承载负荷的(load bearing)”任选地还包括部分承载负荷。根据多种实施方案，装置(植入物)的承载负荷的性质可以任选地包括以下的挠曲强度：高于200MPa，优选地高于300MPa，更优选地高于400MPa、500MPa，并且最优选地高于600MPa或之间的任何整数值。
如本文描述的生物复合材料矫形植入物以矿物质组合物和生物可吸收聚合物的复合材料为特征。任选地，植入物的大部分或全部表面包含生物可吸收聚合物。这可能是由生物复合材料的基础组合物或由用于生产植入物的生产方法(诸如注射成型或压缩成型)造成的。然而，骨与植入物的矿物质组合物组分的附着和整合通常优于骨与聚合物的附着。这可能是由于一个或更多个因素，包括与聚合物组分相比矿物质组分的相对亲水性、与聚合物组分相比矿物质组分增加的孔隙度或另外的因素。
因此，根据本发明的至少一些实施方案，为了改善骨与生物复合材料植入物的附着，提供了这样的植入物，其中包含矿物质组分的植入物表面的百分比被最大化。任选地且优选地，这样的最大化通过将粗糙度或孔隙度引入到生物复合材料植入物的表面来实现，以进一步改善与生物复合材料植入物的骨附着。
应注意的是，这样的最大化可以任选地用以矿物质组合物和生物可吸收聚合物的组合为特征的任何生物复合材料植入物来实现，而不仅仅是如本文描述的这样的植入物。
根据至少一些实施方案，提供了从植入物的表面精密烧蚀(ablation)聚合物材料的方法，以及具有这样的烧蚀的表面的植入物。这发生的深度优选地被控制。还优选地，纤维的结构被保留，使得仅表面聚合物被去除。优选地，存在少量的深度变化和平方面积变化(square area variation)。
烧蚀可以任选地通过任何合适的方法来实现，包括但不限于侵蚀方法，包括机械刷涂、切割或削片(chipping)和/或辐照或激光烧蚀。优选地，烧蚀通过辐照或激光烧蚀来实现。
聚合物材料从植入物的表面被烧蚀而不损坏矿物质纤维并且不压缩它们，因此它们保持结构完整并且不被磨损。在纤维直径方面，优选地纤维直径的范围是在2微米-40微米、并且更优选地4微米-20微米纤维直径的范围内。
优选地，聚合物表面以受控的程度被烧蚀，使得在聚合物表面的烧蚀后所述纤维的结构被维持。还优选地，纤维的结构被维持，其中至少50％、65％、80％、85％、90％、95％的表面纤维保持它们的几何结构或者没有被烧蚀或者没有使纤维的一部分被去除。例如，任选地，聚合物表面的深度在1微米-100微米、5微米-50微米、或10微米-30微米的范围内。任选地，纤维直径是在2微米-40微米、并且更优选地4微米-20微米纤维直径的范围内。
优选地，聚合物表面在医疗植入物的不同横截面上变化。任选地，聚合物表面的深度在植入物的一个横截面中在1微米-50微米的范围内，并且在另一个横截面中大于50微米。
还任选地，聚合物表面的深度在植入物的一个横截面中在5微米-50微米的范围内，并且在另一个横截面中大于100微米。
优选地，聚合物表面的深度不大于100微米、90微米、80微米、70微米、60微米、50微米、40微米、30微米、20微米或之间的任何厚度。
在多种实施方案中，医疗植入物的不同量的外表面可以用烧蚀来表面处理。例如，医疗植入物的外表面的10％-70％可以用烧蚀来表面处理。任选地，医疗植入物的外表面的30％-55％被表面处理。还任选地，医疗植入物的外表面的15％-40％被表面处理。
如从植入物的外表面所测量的，多种实施方案可以以不同的烧蚀深度为特征。例如，烧蚀的深度任选地在距外表面从1微米至120微米的范围内。任选地，烧蚀的深度在从5微米至70微米的范围内。还任选地，烧蚀的深度在从5微米至40微米的范围内。
在植入物的多种示例性实施方式中，纤维以层的形式布置。任选地，烧蚀的深度在从进入纤维的顶层中1微米至50微米的范围内。优选地，烧蚀的深度在从3微米至20微米的范围内。
烧蚀的深度可以关于植入物壁厚度和/或植入物总厚度来考虑。例如，烧蚀的深度可以在植入物壁厚度或植入物总厚度的0.1％至10％的范围内。任选地，烧蚀的深度在从0.5％至2.5％的范围内。
任选地，外表面的处理的区域的形状选自由矩形、正方形、圆形、弧形、菱形、平行四边形、三角形或所述形状的任何组合组成的组。
任选地，外表面的处理的区域的形状包括具有特定宽度的线形(line shape)，其中所述表面处理的线宽度是高达100微米。例如，任选地，线形包括连续实线、短划线、点线、圆周线(circumferential line)、成角度的线(从5度至85度的任何角度)、螺旋线(5度至85度的螺旋角)中的一种或更多种。优选地，宽度在从5微米至100微米的范围内。任选地，表面处理的线宽度在从10微米至70微米的范围内。优选地，表面处理的线宽度在从20微米至40微米的范围内。
根据多种实施方案，纤维在植入物中可以具有不同的取向。例如，任选地，表面处理暴露外表面上不同取向的纤维。任选地，暴露的纤维取向平行于医疗植入物主体轴线。还任选地，暴露的纤维取向相对于植入物主体轴线是5°-85°。优选地，暴露的纤维取向相对于植入物主体轴线是15°-65°。更优选地，暴露的纤维取向相对于植入物主体轴线是30°-60°。
任选地，暴露的纤维在被处理的表面上具有多于一个方向。这些不同的方向可以例如根据具有不同纤维方向的相邻区域之间的角度来实现。任选地，在纤维方向的一个区域与其具有不同纤维方向的相邻区域之间的角度在0°-90°之间。还任选地，在纤维方向的一个区域与其具有不同纤维方向的相邻区域之间的角度在25°-75°之间。任选地，横截面的纤维暴露(cross-sectional fiber exposure)相对于纤维轴线是90°。任选地，横截面的纤维暴露相对于纤维轴线是15°-65°。任选地，横截面的纤维暴露包括多于一个纤维方向。
表面最大粗糙度也可以通过烧蚀来控制。不希望受限于封闭的列表，控制表面最大粗糙度可以导致诸如更好的组织向内生长、更好的组织粘附性等益处。任选地，表面最大粗糙度大于1微米-10微米。优选地，表面最大粗糙度大于3微米-8微米。还优选地，表面最大粗糙度大于4微米-6微米。
在烧蚀之后，关于暴露的纤维，可以出现多种所得到的表面几何形状。例如，表面可以是单独的暴露的纤维。暴露的纤维可以构成烧蚀的表面的20％-80％。任选地，暴露的纤维构成烧蚀的表面的35％-65％。任选地，暴露的纤维构成烧蚀的表面的51％-70％。
在烧蚀之后，多种表面几何形状还可以设置有不同的形状。例如，任选地，在烧蚀之后，所得到的表面几何形状是阶梯状的。
任选地，植入物可以包括多个肋状物或螺纹(thread)，其中与在肋状物/螺纹上的所述聚合物表面的厚度相比，在植入物主体上的所述聚合物表面更厚。例如，肋状物/螺纹可以被处理，而植入物的剩余部分是未被处理的，或反之亦然。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。本文提供的材料、方法和实例仅为说明性的而并非意图限制。
附图简述
本文仅以实例的方式参考附图来描述本发明。现具体参考详细附图，强调的是，所示的细节仅以实例的方式并且仅用于本发明的优选实施方案的说明性讨论的目的，并且为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用和容易理解的描述是什么而呈现。就这一点而言，不试图以比对于本发明的基本理解所必需的更详细地显示本发明的结构细节，结合附图的描述使得在实践中如何可以体现本发明的若干形式对本领域技术人员明显。
在附图中：
图1示出了如通过SEM成像的表面纹理，表示植入物从模具出来时的表面(A)和在表面处理之后的表面(B)。由于处理，表面粗糙度增加，并且可以看到小的nm(纳米)孔和微米孔，这有利于细胞的向内生长(in-growth)和降解。
图2示出了如通过SEM成像的表面纹理，表示植入物从模具出来时的表面(A)和在表面处理之后的表面(B)。表面粗糙度增加。以不同的放大率拍摄图像。
图3示出了在处理之前(A)和在表面处理之后(B)如通过SEM成像的部分暴露的植入物矿物质纤维。由于表面处理，纤维暴露增加。
图4示出了如通过SEM成像的表面纹理，表示植入物从模具出来时的表面(A)和在表面处理之后的表面(B)。由于处理，表面粗糙度增加，～200微米的孔可以被看到，这有利于细胞的向内生长和降解。
图5示出了如通过扫描电子显微镜(SEM)(FEI Quanta FEG 250,Holland)成像的表面横截面，示出植入物外表面层的代表性测量值，在这种情况中为17.6±6.8微米。参考编号：101、107、113、119表示纤维，103、109、111、115表示聚合物边缘，105表示从边缘到最接近的纤维的测量值。
图6A和图6B示出了如通过扫描电子显微镜(SEM)(FEI Quanta FEG250,Holland)成像的表面纹理，表示植入物从模具出来时的表面(A)和在表面处理之后的表面(B)。由于处理，表面粗糙度增加，小的nm孔和微米孔可以被看到，这有利于细胞的向内生长和降解。
图7A和图7B示出了通过聚焦离子束设备(FIB)(Helios 600,FEI)的图像，表示(A)处理之后产生～1微米特征的植入物的表面以及(B)通过FIB做出的示出45微米表面层的代表性尺寸的横截面切片，该表面层具有与内部材料不同的组合物。在这种情况中，表面包括～2.5微米的外部厚层和～40微米的聚合物层的组合，在外部厚层中由于处理，粗糙度增加，小的nm孔和微米孔可以被看到，这有利于初始细胞附着。还可以在图像中看到两种矿物质纤维的横截面。
图8示出了通过扫描电子显微镜(SEM)(FEI Quanta FEG 250,Holland)成像的植入物横截面，表示这样的植入物：该植入物小于60％的周边(这表示小于60％的表面积)在组成上不同于植入物的内部组合物。
图9示出了如通过扫描电子显微镜(SEM)(FEI Quanta FEG 250,Holland)成像的表面纹理，表示在部分地暴露纤维束(白色箭头)的CNC机械加工处理之后的植入物的表面。由于处理，暴露的纤维可以被看到，这有利于细胞的向内生长和降解。
图10示出了证明连续纤维主体组合物的图像。
图11示出了代表性植入物横截面的示意图。示意图不是按比例的，但包括包含一种组合物的植入物主体705、在此情况中包括内表面层703和外表面层701两者的表面层，内表面层703和外表面层701各自具有不同的组合物。
图12以层表面的横截面视图示出了生物复合材料医疗植入物。
图13以层表面的横截面视图示出了生物复合材料医疗植入物。
图14以未被处理的表面相对于被处理的表面的顶视图示出了生物复合材料医疗植入物。
图15以顶视图示出了生物复合材料医疗植入物；被处理的表面部分为200x放大率。
图16示出了生物复合材料医疗植入物；侧视图；表面处理位置。
图17示出了生物复合材料医疗植入物；侧视图；定向纤维取向暴露(directionalfiber orientation exposure)。
图18示出了生物复合材料医疗植入物；侧视图；在被处理的表面边界线上放大的定向纤维取向暴露。
图19示出了生物复合材料医疗植入物；侧视图；在相同表面上两种不同的纤维取向。
图20示出了生物复合材料医疗植入物；侧视图；在相同表面上两种不同的纤维取向。
图21示出了生物复合材料医疗植入物；垂直于纤维轴线的横截面视图。
图22示出了生物复合材料医疗植入物；相对于纤维轴线～45°的横截面视图。
图23示出了生物复合材料医疗植入物；相对于纤维轴线～10°的横截面视图。
图24A-图24D示出了生物复合材料医疗植入物；如通过四种不同的表面处理方法获得不同的表面粗糙度和几何形状。
图25示出了生物复合材料医疗植入物；顶视图；由于不同的表面处理导致的不同的外表面组成。
图26示出了六边形有肋状物的销针植入物(hexagonal ribbed pin implant)；侧视图和前视图。
图27示出了用于激光烧蚀的植入物位置的前视图。
图28示出了烧蚀的表面的图示；烧蚀表面以黑色标记。
图29示出了在烧蚀的六边形面(hex face)上的激光焦点线位置。
图30示出了在晶片去除之前的六边形有肋状物的销针植入物；侧视图和前视图。
图31示出了在晶片去除之后的六边形有肋状物的销针植入物；侧视图和前视图。
图32示出了用于激光纤维横截面暴露的植入物位置的侧视图。
图33示出了烧蚀的表面的图示；烧蚀表面以黑色标记。
图34示出了在烧蚀的六边形面上的激光焦点线位置。
一些实施方案的详述
根据本发明的至少一些实施方案的医疗植入物适合于承载负荷的矫形植入物应用，并且包含一种或更多种生物可吸收材料，其中持续的机械强度和刚度对于适当的植入物功能是至关重要的。
根据本发明的至少一些实施方案，提供了由增强的生物可吸收复合材料制成的矫形植入物，诸如用于骨固定的那些矫形植入物。具体地，根据至少一些实施方案的植入物包括仅可以使用增强的生物可吸收复合材料来实现的特性、特征或性质或具体地有利于包含这些类型的材料的植入物的特性、特征或性质，或任选地两者在单一植入物中的组合。
表面组合物和主体组合物
根据至少一些实施方案，增强的生物复合材料医疗植入物包括内部组合物区域或“主体”和表面区域，该表面区域被定义为包括部分或全部植入物的表面层的区域。
表面区域可以进一步分解成最外部(外部)的表面区域和最内部(内部)的表面区域，其中的每一个可以具有不同的性质。
表面区域可以覆盖植入物的整个表面，但还可以仅覆盖一定百分比的植入物的表面，其余表面具有与内部组合物区域相同的性质。优选地，表面区域覆盖植入物的整个表面的至少大部分。
任选地，一个或更多个插管孔或螺钉孔空隙可以存在于植入物的内侧，其可以被包括或可以不被包括在植入物表面的计算中。
表面区域可以被定义为平均深度在0.1微米-200微米，优选地1微米-100微米，更优选地2微米-75微米并且最优选地5微米-50微米的范围内的层。
最外部的表面区域可以被定义为具有在0.1微米-100微米，优选地0.5微米-50微米，更优选地1微米-25微米并且最优选地1微米-10微米的范围内的平均深度的表面区域的外层。
在一种实施方案中，植入物是矿物质纤维增强的生物复合材料植入物，并且与内部组合物区域相比，较少的增强纤维存在于整个表面区域或最外部的表面区域。优选地，表面区域中的纤维与聚合物的重量组成比率小于内部组合物区域中的纤维与聚合物的重量比率的50％，更优选地小于30％，并且最优选地小于10％。任选地，没有纤维存在于表面区域或最外部的表面区域。
在一种实施方案中，最外部的表面区域已经被改性以增加粗糙度和/或孔隙度。
任选地，粗糙度由植入物表面上存在高度等于或小于最外部的表面区域的深度的隆突、凸起物或突起定义。优选地，这样的隆突、凸起物或突起的直径平均小于5微米，更优选地，平均直径小于3微米、小于2微米、小于1微米。任选地，这样的隆突、凸起物或突起存在于最外部的表面区域中，但不存在于最内部的表面区域中。
任选地，粗糙度由以纳米(nm)计的Ra测量定义。优选地，被改性的最外部的表面区域中的粗糙度大于100nm，更优选地大于200nm，并且最优选地大于300nm。优选地，未被改性的表面区域中的粗糙度小于100nm。
任选地，孔隙度被定义为在整个表面区域或最外部的表面层中的全厚度孔(pore)(孔(hole))。优选地，植入物是矿物质纤维增强的植入物，并且表面层中的孔隙暴露矿物质纤维。
任选地，表面区域具有比内部组合物区域更低的矿物质含量。
任选地，内部组合物区域具有：
1％-10％，优选地2％-8％，并且更优选地3％-6％的钠(Na)重量组成。
0.4％-1.5％,优选地0.4％-1.2％，并且更优选地0.8％-1.2％的镁(Mg)重量组成。
1％-20％，优选地5％-15％，并且更优选地9％-13％的硅(Si)重量组成。
小于3％，优选地小于1％的磷(P)重量组成。
1％-20％，优选地1％-10％，优选地1％-3％的钙(Ca)重量组成。
任选地，最内部的表面区域具有比内部组合物区域更低的矿物质含量。
任选地，最内部的表面区域具有：
小于1.9％，优选地小于1.5％的钠(Na)重量组成。优选地，最内部的表面区域的钠重量组成比内部组合物的钠重量组成小50％，并且更优选地小30％。
小于0.3％，优选地小于0.2％的镁(Mg)重量组成。优选地，最内部的表面区域的镁重量组成比内部组合物的镁重量组成小50％，并且更优选地小30％。
小于6％，优选地小于4％的硅(Si)重量组成。优选地，最内部的表面区域的硅重量组成比内部组合物的硅重量组成小50％，并且更优选地小30％。
小于3％，优选地小于1％的磷(P)重量组成。
小于1％，优选地小于0.5％的钙(Ca)重量组成。优选地，最内部的表面区域的钙重量组成比内部组合物的钙重量组成小50％，并且更优选地小30％。
任选地，最外部的表面区域具有比最内部的表面区域更高的矿物质含量。
任选地，最外部的表面区域具有：
小于1.9％，优选地小于1.5％的钠(Na)重量组成。
小于1％，优选地小于0.5％的镁(Mg)重量组成。优选地，最外部的表面区域的镁重量组成大于最内部的表面区域的镁重量组成。
小于6％，优选地小于4％的硅(Si)重量组成。优选地，最外部的表面区域的硅重量组成比内部组合物的硅重量组成小50％并且更优选地小30％。
在1％-15％，优选地3％-13％的范围内的磷(P)重量组成。优选地，最外部的表面区域的磷重量组成比最内部的层或比内部组合物或比两者的磷重量组成大至少50％，更优选地大至少70％并且更优选地大至少90％。
在15％-50％，优选地15％-30％的范围内的钙(Ca)重量组成。优选地，最外部的表面区域的钙重量组成比最内部的层的钙重量组成大至少100％，更优选地大至少500％并且最优选地大至少1000％。
具有被改性的表面区域的生物复合材料植入物
根据至少一些实施方案，提供了具有被改性的表面的生物复合材料医疗植入物，其中植入物的最外部的表面层包含大部分生物可吸收聚合物，但其中表面已经被改性，使得植入物的表面包括粗糙、纹理或孔隙，使得与植入物的最外部的表面层相比，增加的量的矿物质组合物被暴露。
如本文使用的最外部的表面层可以定义植入物的最外部的1μm-100μm。优选地，植入物的最外部的1μm-20μm，更优选地最外部的1μm-10μm，并且最优选地外部的1μm-5μm。
暴露的矿物质组合物可以包含为生物复合材料组合物的一部分的矿物质组合物。矿物质组合物可以任选地或另外地包含另一种矿物质诸如羟基磷灰石、磷酸钙、硫酸钙、磷酸二钙、磷酸三钙。
表面的粗糙或纹理可以包括将植入物的内部组合物暴露于植入物的最外部的1μm-100μm的深度，优选地，植入物的最外部的1μm-20μm，更优选地最外部的1μm-10μm，并且最优选地外部的1微米-5微米。
优选地，植入物的最外部的层包含至少30％，更优选地至少50％，更优选地至少70％，并且最优选地至少80％的聚合物。
生物复合材料的组合物包含至少20％，优选地至少30％，更优选地至少40％，并且最优选地至少50％的矿物质组合物。
优选地，植入物的最外部的层的组合物包含比植入物的总组合物更大百分比的聚合物。优选地，至少大10％、20％、30％、50％。
任选地，植入物的被改性的表面包括聚合物表面中的孔。平均孔径优选地在1μm-500μm的范围内，更优选地在10μm-300μm的范围内，更优选地在50μm-250μm的范围内。
优选地，表面使用喷砂表面处理来改性。
优选地，砂包含生物相容性材料。
优选地，砂包含羟基磷灰石、磷酸钙、硫酸钙、磷酸二钙和磷酸三钙的组合。
优选地，砂的平均直径尺寸在10μm-500μm的范围内，更优选地，在20μm-120μm的范围内。
生物可吸收的聚合物
在本发明的优选的实施方案中，生物可降解的复合材料包括生物可吸收的聚合物。
本文描述的医疗植入物可以由任何生物可降解的聚合物制成。生物可降解的聚合物可以是均聚物或共聚物，包括无规共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物。生物可降解的聚合物可以是线性聚合物、支化聚合物或树枝状聚合物。生物可降解的聚合物可以是天然来源或合成来源。合适的生物可降解的聚合物的实例包括但不限于诸如由以下制成的那些聚合物的聚合物：丙交酯、乙交酯、己内酯、戊内酯、碳酸酯(例如，三亚甲基碳酸酯、四亚甲基碳酸酯及类似物)、二氧杂环己酮(例如，1,4-二氧杂环己酮)、δ-戊内酯、1-二氧杂环庚酮(例如1,4-二氧杂环庚-2-酮和1,5-二氧杂环庚-2-酮)、乙二醇、环氧乙烷、酯酰胺、γ-羟基戊酸酯、β-羟基丙酸酯、α-羟基酸、羟基丁酸酯、聚(原酸酯)、羟基链烷酸酯、酪氨酸碳酸酯、聚酰亚胺碳酸酯、聚亚氨基碳酸酯诸如聚(双酚A-亚氨基碳酸酯)和聚(氢醌-亚氨基碳酸酯)、聚氨酯、聚酸酐、聚合物药物(例如聚二氟尼柳(polydiflunisol)、聚阿司匹林和蛋白质治疗剂)及其共聚物和组合。合适的天然生物可降解的聚合物包括由以下制成的那些聚合物：胶原、几丁质、壳聚糖、纤维素、聚(氨基酸)、多糖、透明质酸、树胶、其共聚物和其衍生物及其组合。
根据本发明，生物可降解的聚合物可以是共聚物或三元共聚物，例如：聚丙交酯(PLA)、聚-L-丙交酯(PLLA)、聚-DL-丙交酯(PDLLA)；聚乙交酯(PGA)；乙交酯的共聚物、乙交酯/三亚甲基碳酸酯共聚物(PGA/TMC)；PLA的其他共聚物诸如丙交酯/四甲基乙交酯共聚物、丙交酯/三亚甲基碳酸酯共聚物、丙交酯/d-戊内酯共聚物、丙交酯/ε-己内酯共聚物、L-丙交酯/DL-丙交酯共聚物、乙交酯/L-丙交酯共聚物(PGA/PLLA)、聚丙交酯-共-乙交酯；PLA的三元共聚物诸如丙交酯/乙交酯/三亚甲基碳酸酯三元共聚物、丙交酯/乙交酯/ε-己内酯三元共聚物、PLA/聚环氧乙烷共聚物；聚缩酚酸肽；非对称-3,6-取代的聚-1,4-二氧六环-2,5-二酮；聚羟基链烷酸酯诸如聚羟基丁酸酯(PHB)；PHB/b-羟基戊酸酯共聚物(PHB/PHV)；聚-b-羟基丙酸酯(PHPA)；聚-对-二氧杂环己酮(PDS)；聚-d-戊内酯-聚-ε-己内酯、聚(ε-己内酯-DL-丙交酯)共聚物；甲基丙烯酸甲酯-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物；聚酯酰胺；草酸的聚酯；聚二氢吡喃；聚烷基-2-氰基丙烯酸酯；聚氨酯(PU)；聚乙烯醇(PVA)；多肽；聚-b-苹果酸(PMLA)：聚-b-链烷酸；聚碳酸酯；聚原酸酯；聚磷酸酯；聚(酯酸酐)；及其混合物；以及天然聚合物诸如糖；淀粉、纤维素和纤维素衍生物、多糖、胶原、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、多肽和蛋白质。还可以使用任何上述聚合物的混合物及其多种形式。
生物可降解的复合材料优选地在聚合物基质中体现，所述聚合物基质可以任选地包含任何以上的聚合物。任选地且优选地，它可以包含选自由以下组成的组的聚合物：生物可吸收聚酯、PLLA(聚-L-丙交酯)、PDLLA(聚-DL-丙交酯)、PLDLA、PGA(聚乙醇酸)、PLGA(聚丙交酯-乙醇酸)、PCL(聚己内酯)、PLLA-PCL及其组合。如果使用PLLA，则基质优选地包含至少30％PLLA，更优选地50％，并且最优选地至少70％PLLA。如果使用PDLA，则基质优选地包含至少5％PDLA，更优选地至少10％，最优选地至少20％PDLA。
任选地，聚合物基质的固有粘度(IV)(独立于增强纤维)在0.2dl/g-6dl/g的范围内，优选地1.0dl/g至3.0dl/g，更优选地在1.5dl/g至2.4dl/g的范围内，并且最优选地在1.6dl/g至2.0dl/g的范围内。
固有粘度(IV)是用于测量分子大小的粘度测定法。IV基于聚合物溶液通过窄毛细管的流动时间相对于纯溶剂通过该毛细管的流动时间。
增强的生物复合材料
根据本发明的至少一些实施方案，医疗植入物包含增强的生物复合材料(即，包括先前描述的聚合物并且还掺入通常呈纤维形式的增强填料以增加聚合物的机械强度的生物可吸收复合材料)。为避免疑义，术语“填料”和“纤维”可互换使用以描述增强材料结构。
在本发明的更优选的实施方案中，增强的生物可吸收聚合物是包含任何上述生物可吸收聚合物和优选地呈纤维形式的增强填料的增强的聚合物组合物。增强填料可以包括有机材料或无机(即，天然或合成)材料。增强填料可以是生物可降解的玻璃或玻璃状材料、陶瓷、矿物质组合物(任选地包括羟基磷灰石、磷酸三钙、硫酸钙、磷酸钙中的一种或更多种)、纤维素材料、纳米金刚石或本领域中已知的增加生物可吸收聚合物的机械性质的任何其他填料。填料还可以任选地是生物可吸收聚合物本身的纤维。优选地，增强纤维包括生物可吸收的玻璃、陶瓷或矿物质组合物。
优选地，增强纤维包含基于硅的矿物质化合物，以使得增强纤维包括生物可再吸收的玻璃纤维，其还可以被称为生物玻璃纤维复合材料。
根据至少一些实施方案，生物可再吸收玻璃纤维可以任选地具有以下mol.％范围(作为相对于玻璃纤维组合物的百分比)内的氧化物组成：
Na2O：11.0mol.％-19.0mol.％
CaO：9.0mol.％-14.0mol.％
MgO：1.5mol.％-8.0mol.％
B2O3：0.5mol.％-3.0mol.％
Al2O3：0mol.％-0.8mol.％
P2O3：0.1mol.％-0.8mol.％
SiO2：67mol.％-73mol.％
但优选地在以下mol.％范围内：
Na2O：12.0mol.％-13.0mol.％
CaO：9.0mol.％-10.0mol.％
MgO：7.0mol.％-8.0mol.％
B2O3：1.4mol.％-2.0mol.％
P2O3：0.5mol.％-0.8mol.％
SiO2：68mol.％-70mol.％。
另外的任选的生物可再吸收玻璃组合物在以下专利申请中被描述，所述专利申请如同在本文中完全阐述地通过引用被并入本文：Biocompatible composite and its use(W02010122098)；以及Resorbable and biocompatible fibre glass compositions andtheir uses(W02010122019)。
增强纤维的拉伸强度优选地在1200MPa-2800 MPa的范围内，更优选地在1600MPa-2400 MPa的范围内，并且最优选地在1800MPa-2200 MPa的范围内。
增强纤维的弹性模量优选地在30GPa-100 GPa的范围内，更优选地在50GPa-80GPa的范围内，并且最优选地在60GPa-70 GPa的范围内。
增强填料优选地以纤维形式被掺入生物复合材料的生物可吸收聚合物基质中。优选地，这样的纤维是连续纤维。
优选地，连续纤维在植入物内对齐，使得纤维的末端不在植入物的表面打开。
优选地，纤维均匀地分布在植入物内。
具体地，在生物可吸收纤维增强复合材料中，实现许多医疗植入物应用所需要的高强度和刚度可能需要使用连续纤维增强，而不是短纤维增强或长纤维增强。这产生了与先前已经和由包含短纤维增强聚合物或长纤维增强聚合物的聚合物或复合材料生产的医疗植入物一起使用的植入物结构、架构、设计和生产技术的显著差异。那些植入物最常使用注射成型生产技术来生产，或者偶尔使用3-D打印生产技术来生产。这些植入物的生产通常涉及材料在整个植入物中的均匀性，并且然后完成的植入物包含主要的各向同性材料。然而，在连续纤维增强的情况下，纤维必须小心地对齐，使得每个纤维或纤维束沿着复合材料内的路径，使得它们将沿着植入物内的特定轴线提供增强，以在最需要抗应力性时提供抗应力性。
在至少一些实施方案中，本发明提供了来自连续纤维增强的生物可吸收复合材料的植入物组合物，所述植入物组合物是由先前生物可吸收植入物向前的重要一步，因为它们可以实现可持续的高承载负荷的强度和刚度。此外，本发明的许多实施方案另外地使用小体积的有效植入物来促进这些高强度水平，因为植入物的各向异性性质可以允许植入物在需要那些性质的轴线上实现高机械性质(例如，抗弯曲性)，而不需要在所有其他轴线上均匀地提供高机械性质所需的另外的体积。
根据至少一些实施方案，提供了包括多个复合层的医疗植入物，所述层包含生物可降解的聚合物和多个单向对齐的连续增强纤维。任选地且优选地，生物可降解的聚合物在生物可降解的复合材料中体现。还任选地且优选地，纤维被嵌入在包含一种或更多种生物可吸收聚合物的聚合物基质中。
根据至少一些实施方案，复合层各自包含一个或更多个复合带，所述带包含生物可降解的聚合物和多个单向对齐的连续增强纤维。任选地且优选地，生物可降解的聚合物在生物可降解的复合材料中体现。还任选地且优选地，纤维被嵌入在包含一种或更多种生物可吸收聚合物的聚合物基质中。
优选地，复合带层包含用聚合物预浸渍的增强纤维。
优选地，每个复合层的厚度是0.05mm-0.5mm，更优选地0.15mm-0.35mm，并且最优选地0.1mm-0.25mm。
优选地，每个复合带的宽度是2mm-30mm，更优选地，带的宽度是4mm-16mm，并且最优选地宽度是6mm-12mm。
优选地，相对于整个复合带材料，复合带内的增强纤维含量在20％-70％的范围内，更优选地在30％-60％的范围内，更优选地在40％-50％的范围内，并且最优选地45％-50％。
任选地且优选地，植入物内的纤维增强的生物可降解复合材料具有超过10Gpa的挠曲模量和超过100MPa的挠曲强度。
任选地，植入物内的纤维增强的生物可降解复合材料具有在200MPa-1000 MPa的范围内，优选地300MPa-800 MPa，更优选地在400MPa-800 MPa的范围内，并且最优选地在500MPa-800 MPa的范围内的挠曲强度。
任选地，植入物内的纤维增强的生物可降解复合材料具有在10GPa-30GPa的范围内，优选地12GPa-28 GPa，更优选地在16GPa-28 GPa的范围内，并且最优选地在20Gpa-26GPa的范围内的弹性模量。
任选地，纤维可以与纵向轴线成一定角度(即，在对角线上)对齐，使得纤维的长度可以大于植入物的长度的100％。任选地且优选地，大多数增强纤维与纵向轴线成小于90°，可选择地小于60°，或任选地小于45°的角度对齐。
优选地，植入物优选地包括2个-20个之间的复合带层，更优选地2个-10个之间的层，并且最优选地2个-6个之间的层；其中每个层可以在不同方向上对齐，或者一些层可以与其他层在相同的方向上对齐。
优选地，在至少一些层中的纤维之间的最大角度大于每个层中的纤维和纵向轴线之间的角度。例如，一个增强纤维层可以与纵向轴线对齐并且成右对角线，而另一层可以与纵向轴线成左对角线对齐。
任选地且优选地，复合组合物另外地包含增容剂，例如其是如在WO2010122098中描述的这样的剂，所述专利如同在本文中完全阐述地通过引用被并入本文。
增强纤维直径优选地在2um-40um的范围内，优选地8um-20um，最优选地12um-18um(微米)。
优选地，植入物仅包含增强纤维的一种组合物。
优选地，纤维不在植入物的表面打开。
先前已经记载了增强的聚合物组合物的许多实例。例如：A biocompatible andresorbable melt derived glass composition where glass fibers can be embeddedin a continuous polymer matrix(EP 2 243 749A1)、Biodegradable compositecomprising a biodegradable polymer and 20-70vol％glass fibers(WO2010128039A1)、Resorbable and biocompatible fiber glass that can beembedded in polymer matrix(US 2012/0040002A1)、Biocompatible composite and itsuse(US 2012/0040015A1)、Absorbable polymer containing poly[succinimide]as afiller(EP0 671 177B1)。
在本发明的更优选的实施方案中，增强填料与生物可吸收聚合物共价结合，使得增强效果维持持续延长的时间段。这样的方法已经在US2012/0040002Al和EP 2243500B1中被描述，所述专利如同在本文中完全阐述地通过引用被并入本文，所述专利讨论了包含生物相容性玻璃、生物相容性基质聚合物和能够形成共价键的偶联剂的复合材料。
植入物的制造
任何上述生物可吸收聚合物或增强的生物可吸收聚合物可以被制造成用于与本发明一起使用的任何期望的物理形式。聚合物基材可以例如通过压缩成型、浇铸、注射成型、拉挤成型、挤出成型、缠绕成型、复合流动成型(CFM)、机械加工或本领域技术人员已知的任何其他制造技术来制造。聚合物可以被制成任何形状，诸如例如板、螺钉、钉子、纤维、薄片、杆、缝钉、夹子、针、管、泡沫或适合于医疗装置的任何其他构造。
承载负荷的机械强度
本发明特别地涉及可以被用于需要与骨的刚度相比高强度和刚度的医疗应用中的生物可吸收复合材料。这些医疗应用需要医疗植入物承载由身体施加的或向身体施加的全部负荷或部分负荷，并且因此通常可以被称为“承载负荷的”应用。这些应用包括骨固定、骨折固定、肌腱重附着、关节置换、脊柱固定以及脊保持架。
从用于在承载负荷的医疗植入物中使用的生物可吸收复合材料(诸如增强的生物可吸收聚合物)中优选的挠曲强度是至少200MPa，优选地高于400MPa，更优选地高于600MPa，并且甚至更优选地高于800MPa。用于与本发明一起使用的生物可吸收复合材料的弹性模量(或杨氏模量)优选地是至少10GPa，更优选地高于15GPa，并且甚至更优选地高于20GPa但不超过100GPa，并且优选地不超过60GPa。
持续的机械强度
需要本发明的生物可吸收的承载负荷的医疗植入物维持其机械性质(高强度和刚度)持续延长的时间段以允许足够的骨愈合。强度和刚度优选地保持高于骨密质的强度和刚度，分别为约150MPa-250 MPa和15GPa-25GPa，在体内(即在生理环境中)持续至少3个月，优选地至少6个月，并且甚至更优选地持续至少9个月的时间段。
更优选地，挠曲强度保持高于400MPa，并且甚至更优选地保持高于600MPa。
本发明克服了先前方法的局限，并且提供了包含生物可降解的组合物的医疗植入物，所述医疗植入物保持其高机械强度和刚度持续足以完全支撑骨再生和康复的延长的时间段。
如本文使用的“生物可降解的”是包括由于在体内分散的降解而分解的材料(例如聚合物)的一般术语。在体内生物可降解材料的质量的减少可能是由宿主组织内的物理化学条件(例如，湿度、pH值)催化的被动过程的结果。在生物可降解的优选的实施方案中，在体内生物可降解材料的质量的减少还可以由于降解副产物的简单过滤或者在材料的代谢(“生物再吸收”或“生物吸收”)之后通过天然途径来消除。在任一情况中，质量的减少可以导致初始异物的部分消除或完全消除。在优选的实施方案中，所述生物可降解的复合材料包括由于大分子在水性环境中降解而经历链断裂的生物可降解的聚合物。
如果聚合物能够分解成可以被代谢或从身体中消除而没有危害的小的无毒片段，则聚合物是如本文描述的“可吸收的”。通常，可吸收聚合物在暴露于身体组织时膨胀、水解并降解，从而导致显著的重量损失。在一些情况中，水解反应可以被酶促催化。完全的生物吸收(即，完全的重量损失)可能花费一些时间，尽管优选地，完全的生物吸收在24个月最优选地在12个月内发生。
术语“聚合物降解”意指相应聚合物的分子量的减少。对于在本发明的范围内优选地使用的聚合物，所述降解是由于酯键的断裂由游离水诱导的。如例如在如实施例中描述的生物材料中使用的聚合物的降解遵循本体溶蚀(bulk erosion)的原理。因此，分子量的连续减少先于非常明显的质量损失。这样的质量损失归因于降解产物的溶解度。用于确定水诱导的聚合物降解的方法是本领域周知的，诸如降解产物的滴定、粘度测定法、差示扫描量热法(DSC)。
本体降解指的是以下降解过程：其中存在通过正在降解的材料(诸如植入物的主体)的至少一些流体灌注，从而有效地降解植入物的材料的本体(与单独的外表面相反)。这个过程具有许多效果。不希望受限于封闭的列表，这样的本体降解意指简单地使植入物更大或更厚可能不会导致提高的保留强度。
表面降解指的是其中外表面经历降解的降解过程。然而，如果几乎不存在或不存在通过正在降解的材料的灌注的流体，那么预期不在表面的植入物的部分相对于其中发生或更广泛地发生这样的灌注的植入物具有提高的保留强度。
材料特异性设计益处
不希望受限于封闭的列表，材料特异性设计益处任选地由此材料制造的植入物的以下独特特性中的一个或更多个提供：
1.可吸收结构植入物，其中强度和刚度性质是各向异性的。这些植入物的抗弯曲性和其他机械性质极大地取决于部件的具体设计和增强纤维在部件内的对齐的具体设计。因此，可能有效地设计这样的植入物，使得它们在必要的轴线上提供足够的支撑(例如，挠曲刚度)，而不包含将在其余轴线上提供等效支撑(例如，拉伸刚度)的过量材料。
2.用于可吸收植入物的低轮廓/微创/材料有效设计，其利用增强的可吸收复合材料的强度和刚度特性，以产生以最小轮廓实现骨固定的植入物。“最小轮廓”意指与不是由这样的复合材料制成的等效的当前可用的植入物相比，植入物在至少一个维度中尺寸减小。
3.承载负荷的可吸收骨植入物，其不同于不接近骨密质的刚度的先前的可吸收植入物。
4.小功能特征，诸如需要增强以便足够坚固地起作用的锚定件、脊、齿等。先前的可吸收材料可能已经不具有用于这样的特征的足够强度。
5.根据纤维增强复合材料特异性的制造技术(诸如压缩成型、拉挤成型等)生产的能力。
6.与可以由使用高模量(诸如金属)植入物所引起的应力梯级或应力屏蔽的创伤相比，对包括软组织和骨组织两者在内的周围组织的损伤减少。
因此，根据至少一些实施方案，本发明提供了用作承载负荷的目的的结构固定的医疗植入物，展现出持续的机械性质。
根据至少一些实施方案，本发明还包括生物可降解的复合材料，其中现有技术材料的缺点可以被最小化或甚至被消除，即复合材料在体内保持其强度和模量持续足以进行例如骨愈合的时间段。如在此使用的机械强度包括但不限于抗弯强度、扭转强度、冲击强度、压缩强度和拉伸强度。
在至少一些实施方案中，目前要求保护的发明涉及包含生物相容性聚合物和多种增强纤维的生物复合材料，其中所述增强纤维以平行取向定向。
生物复合材料具有一种或更多种机械性质，其以与具有以非平行取向定向的增强纤维的这样的材料相比的增加的范围或程度为特征。任选地，这样的非平行取向是垂直取向或无定形(非定向)取向、弹性模量、拉伸模量、压缩模量、剪切模量、弯矩、惯性矩、抗弯强度、扭转强度、剪切强度、冲击强度、压缩强度和/或拉伸强度。增加的范围或程度可以任选地是至少两倍大、至少五倍大、至少十倍大、至少二十倍大、至少五十倍大或至少一百倍大或之间的任何整数值。
任选地，机械性质可以包括挠曲强度、弹性模量和最大负荷中的任一种、它们中的任一对或它们中的所有。任选地，密度和/或体积不变或在5％内、在10％内、在15％内、在20％内、之间的任何整数值或高达50％的任何整数值内类似。
任选地，如本文描述的生物复合材料植入物是可膨胀的，具有至少0.5％的可膨胀性、至少1％、2％的可膨胀性和小于20％的可膨胀性，优选地小于10％或之间的任何整数值。
任选地，在一个机械轴线中的可膨胀性大于在第二机械轴线中的可膨胀性。优选地，轴线之间的膨胀百分比(％)的差异是至少10％、至少25％、至少50％或至少100％或之间的任何整数值。
在暴露于生物条件持续1小时、12小时、24小时、48小时、五天、一周、一个月、两个月或六个月或之间的任何时间值之后，生物复合材料植入物优选地保留挠曲强度、模量和/或最大负荷和/或体积的至少10％、至少20％、至少50％、至少60％、至少75％、至少85％或高达100％或之间的任何整数值。“生物条件”意指温度在30℃-40℃之间，但优选地在37℃。任选地，在“模拟体液”条件下，流体条件也复制身体内的那些流体条件。
植入物或植入物片段的挠曲强度是优选地至少200MPa、至少400MPa、至少600MPa、至少1000MPa或之间的任何整数值。
相关的植入物可以包括骨固定板、髓内钉、关节(髋、膝、肘)植入物、脊柱植入物和用于诸如用于骨折固定、肌腱重附着、脊柱固定和脊保持架的这样的应用的其他装置。
根据至少一些实施方案，提供了用于骨固定或软组织固定的包含生物可降解的复合材料的医疗植入物，其中所述复合材料任选地且优选地具有以下性质：
(i)其中生物可降解的复合材料包含一种或更多种生物可降解的聚合物和可再吸收的增强纤维；并且
(ii)其中包含一个或更多个片段的医疗植入物具有在6GPa至30GPa的范围内的最大挠曲模量和在100MPa至1000MPa的范围内的挠曲强度；并且
(iii)其中复合材料的平均密度在1.1g/cm3-3.0g/cm3的范围内。
优选地，复合材料的平均密度在1.2g/cm3-2.0g/cm3的范围内。
更优选地，复合材料的平均密度在1.3g/cm3-1.6g/cm3的范围内。
优选地，挠曲模量在10GPa至28GPa的范围内，并且更优选地在15GPa至25GPa的范围内。
优选地，挠曲强度在200MPa-800 MPa的范围内。更优选地400MPa-800 MPa。
在本发明的优选的实施方案中，在50℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后至少50％的弹性模量被保留。更优选地至少70％被保留，并且甚至更优选地至少80％被保留。
在本发明的优选的实施方案中，在50℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后至少20％的强度被保留。更优选地至少30％被保留，并且甚至更优选地至少40％被保留。
在本发明的优选的实施方案中，在37℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后至少50％的弹性模量被保留，更优选地至少70％，并且甚至更优选地至少85％。
在本发明的优选的实施方案中，在37℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后至少30％的强度被保留，更优选地至少45％，并且甚至更优选地至少60％。
具体地，关于包含可以是各向异性的一个或更多个片段的本文描述的医疗植入物，这种各向异性反映了与先前在医疗植入物以及具体地矫形植入物中已经接受的各向异性的显著偏差，因为各向异性结构产生在其中一个或更多个轴线中存在机械性质的植入物，所述机械性质小于可以通过由植入物包含的材料实现的最佳机械性质。相比之下，传统植入物已经依赖于它们包含的材料的均匀的机械性质，因为这不需要在任何轴线中折衷。
各向异性方法仅可以在确定在某些轴线中与其他轴线相比需要更大的植入物机械性质的生物机械分析之后应用。例如，植入物可以经受非常高的弯曲力，但仅经受标称拉力，并且因此需要对弯曲力更多地强调。医疗植入物中的其他相关轴线的力可以包括拉力、压缩力、弯曲力、扭转力、剪切力、拉拔(从骨中)力等。
存在影响植入物的机械性质的若干个因素。如上文描述的，材料组成单独地产生通常均匀的或各向同性的结构。不希望受限于封闭的列表或单一假设，在纤维增强的生物复合材料医疗植入物内，各向异性结构可以由以下特性中的一个或更多个引起：
1.增强纤维与生物聚合物的重量比。优选地，此比在1:1至3:1的范围内，并且更优选地1.5:1至2.5:1。
2.医疗植入物的密度(此特性也在一定程度上由增强纤维与聚合物的比率确定)。
3.增强纤维的直径。平均纤维直径优选地在5μm和50μm之间。更优选地在10μm-30μm之间。
4.纤维的长度(连续纤维、长纤维、短纤维)。优选地，具有含穿过整个植入物的纤维的连续纤维增强。
5.纤维或纤维层的对齐。优选地，在植入物的每个片段中，大多数纤维或纤维层与将暴露于最高弯曲力的轴线对齐或部分对齐。如果部分对齐，则优选地在轴线的45°角内。
6.在任何给定方向中对齐的纤维或纤维层的数目。优选地，纤维层的厚度是0.1mm至1mm，并且更优选地0.15mm至0.25mm。
7.纤维层的顺序。
在本发明的一种实施方案中，医疗植入物是销针、螺钉或引线。
优选地，2mm外径的销针或引线将具有大于200N的剪切负荷承载能力。更优选地，2mm销针的剪切负荷承载能力将超过400N，并且最优选地将超过600N。
临床应用
本文讨论的医疗植入物通常被用于骨折复位和固定以恢复解剖关系。这样的固定任选地且优选地包括以下中的一种或更多种，并且更优选地包括以下中的所有：稳定固定、保留血液到骨和周围软组织的供给以及部件和患者的早期主动松动。
存在若干种示例性、说明性、非限制性类型的骨固定植入物，对此，根据本发明的至少一些实施方案描述的材料和概念可以是相关的，所述植入物如下：
螺钉
螺钉被用于内部骨固定，并且存在基于骨折的类型和将如何使用螺钉的不同设计。螺钉具有用于不同尺寸的骨的不同尺寸。螺钉可以单独被用于保持骨折，也可以与板、杆或钉子一起使用。在骨愈合之后，螺钉可以被留在原处或被移除。
螺钉是螺纹的，尽管螺纹可能是完整的或部分的。螺钉可以包括压缩螺钉、锁紧螺钉和/或具插管的螺钉。对于较小的骨固定，螺钉外径可以小至0.5mm或1.0mm，但通常小于3.0mm。较大的骨密质螺钉可以高达5.0mm，并且骨松质螺钉甚至可以达到7mm-8mm。一些螺钉是自动攻丝，并且其他螺钉在螺钉插入之前需要钻孔。对于具插管的螺钉，中间的中空部分通常大于1mm直径，以便容纳导线。
引线/销针
引线通常被用于将骨头钉在一起。它们通常被用于将太小而不能用螺钉固定的骨块保持在一起。它们可以与其他形式的内部固定结合使用，但是它们可以单独用于治疗小型骨(诸如在手或脚中发现的那些骨)的骨折。引线或销针可以在一侧或两侧上具有用于插入或钻入骨中的尖点。
“K-引线”是通常由不锈钢、钛或镍钛合金制成并且尺寸在0.5mm-2.0mm直径和2cm-25cm长度的范围内的特定类型的引线。“Steinman销针”通常在2.0mm-5.0mm直径和2cm-25cm长度的范围内。尽管如此，用于骨固定的术语销针和引线在本文中可互换使用。
锚定件
锚定件以及特别地缝合锚定件是用于将肌腱和韧带固定到骨的固定装置。它们包括插入骨中的锚定机构和缝合线穿过的锚定件中的一个或更多个孔眼、孔或环。这将锚定件连接到缝合线。插入骨中的锚定件可以是螺钉机构或干涉机构(interferencemechanism)。锚定件通常在1.0mm-6.5mm直径的范围内。
缆线、扎带、引线扎带
缆线、扎带或引线扎带(引线扎带的一个实例是Synthes ZipFixTM)可以被用于通过环扎术或使骨结合在一起来进行固定。这样的植入物可以任选地将由于骨损伤或植入物轴在骨内的存在而不能使用穿透螺钉或引线/销针来固定的骨保持在一起。通常，这样的缆线或扎带植入物的直径任选地在1.0mm-2.0mm的范围内，并且优选地在1.25mm-1.75mm的范围内。引线扎带的宽度可以任选地在1mm-10mm的范围内。
钉子或杆
在一些长骨的骨折中，将骨块保持在一起的最佳医疗实践是通过将杆或钉子插入穿过通常含有一些骨髓的骨的中空中心。在杆的每一端的螺钉被用于保持骨折以免于缩短或旋转，并且还将杆保持在原位，直至骨折已经愈合。在愈合完成之后，杆和螺钉可以被留在骨中。用于骨固定的钉子或杆的长度通常是20cm-50cm，并且直径是5mm-20mm(优选地9mm-16mm)。位于钉子或杆的中间的中空部分通常大于1mm直径，以便容纳导线。
骨固定植入物的其他非限制性、说明性实例可以任选地包括板(plates)、板(plate)和螺钉系统以及外部固定器。
任何上述骨固定植入物可以任选地被用于固定多种骨折类型，包括但不限于粉碎性骨折、节段性骨折、非愈合性骨折(non-union fracture)、具有骨损失的骨折、近端和远端骨折、骨干骨折、截骨部位等。
实施例1-被改性的表面区域
此非限制性、说明性实施例描述了对包含增强的生物复合材料的矫形植入物用喷砂的表面处理。此实施例证明了由于描述的处理而引起的表面性质的变化。
材料和方法
9mm外直径和30mm长度的ACL界面螺钉使用增强的复合材料来生产。复合材料包含用50％w/w连续矿物质纤维增强的PLDLA 70/30聚合物。矿物质纤维组合物是约14％w/wNa2O、5.4％w/w MgO、9％w/w CaO、2.3％w/w B2O3、1.5％w/w P2O5和67.8％w/w SiO2。测试样品通过将多个复合材料层压缩成型到螺钉模具中来制造。每个层包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物。各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、45°、0°、-45°、0°，根据植入物中的层的数目以重复的方式。每个层是约0.18mm厚。
表面使用羟基磷灰石砂(平均直径约70μm)通过喷砂到植入物的表面上并旋转植入物以完全覆盖来处理。
使用扫描电子显微镜(FEI Helios 600,Holland)对植入物表面成像。在Au溅射之后并使用EDT检测器以若干倍放大率捕获图像。
结果
表面处理导致表面的粗糙度增加，如图1和图2中可以看到的。此粗糙度可以有利于改善的细胞附着和骨整合。由于压缩成型制造技术，植入物的外层主要是光滑的聚合物，并且具有生物活性成分的矿物质组分不暴露于细胞。此技术有利于由于形态变化的细胞向植入物的整合，并且以较快的速率增加暴露生物活性矿物质的聚合物的外层的降解，因此之后再次增加植入物的骨传导性质。此外，表面处理似乎增加了矿物质纤维在纤维靠近植入物表面的特定位置中的暴露(图3和图4)。
不希望受限于单一假设，据信在此实施例中看到的表面处理可能是增加骨整合的显著的影响因素。
实施例2-板
以下实施例描述了具有增强的生物复合材料的薄矫形板的生产。此实施例证明了由于表面处理包含增强的生物复合材料的医疗植入物板的不同表面性质。
材料和方法
每一个具有2mm厚度、12.8mm宽度和6cm长度的板植入物使用增强的复合材料来生产。复合材料包含用50％w/w连续矿物质纤维增强的PLDLA 70/30聚合物。矿物质纤维组合物是约14％w/w Na2O、5.4％w/w MgO、9％w/w CaO、2.3％w/w B2O3、1.5％w/w P2O5和67.8％w/w SiO2。测试样品通过将多个复合材料层压缩成型到矩形模具中来制造。每个层包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物。各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、45°、0°、-45°、0°，根据植入物中的层的数目以重复的方式。每个层是约0.15mm厚。板不被处理，或在三种不同的喷射条件下通过使用羟基磷灰石砂喷射到植入物的表面上同时旋转植入物以完全覆盖来处理。
使用扫描电子显微镜(FEI Quanta FEG 250，Holland)对植入物表面成像。使用EDT&BS检测器以若干倍放大率捕获图像。切割样品，通过SEM对横截面成像，并且通过SEM程序基于矿物质纤维与植入物边缘的距离来测量表面层厚度。
使用SEM-EDS用于元素分析，并且比较使用15Kv和500x的放大率的条件之间的数据。
还使用聚焦离子束设备(FIB)(Helios 600，FEI)以雕刻孔并对被处理的植入物的横截面成像，所述被处理的植入物在雕刻之前用Au涂覆。
使用原子力显微镜(AFM)以表征表面粗糙度和表面积增加。通过使用ICON(Bruker，USA)和Bio FastScan(Bruker)攻丝模式，硅探针TESP(Bruker)，弹簧常数20-80N/m，频率279-389kHz进行AFM测量。
结果
由于压缩成型制造技术，植入物的外层主要是光滑的聚合物，并且具有构成植入物主体的生物活性成分的矿物质组分不暴露于细胞。在这样的植入物实例中，被定义为最外部的聚合物层的表面层被测量为17.6±6.8微米(图5)。表面处理导致表面的粗糙度增加，如图6A和图6B中可以看到的。在201，表面与205和207相比相对光滑。此粗糙度可以有利于改善的细胞附着和骨整合。此喷射技术有利于由于形态变化的细胞向植入物的整合，并且以较快的速率增加暴露生物活性矿物质的聚合物的外层的降解，因此之后再次增加植入物的骨传导性质。此外，表面处理使表面积增加高达64％(表1)。由于处理，粗糙度和最大粗糙度分别从35.8nm增加到433nm和从0.357微米增加到5.2微米。表1汇总了针对三种处理，Ra、最大Ra和表面区域的增加的粗糙度参数。
表1
条件 粗糙度(Ra)[nm] 最大粗糙度[um] 表面积差异
未处理(A) 3S.8 0.357 0.13％
处理1(B) 433 2.287 17％
处理2(C) 326 3.5 64.2％
处理3(D) 388 5.2 58.3％
具体地，表1示出了使用原子力显微镜(AFM)(ICON(Bruker,USA)和Bio FastScan(Bruker,USA))进行的表面粗糙度测量，表示(A)植入物从模具出来时的表面，(B、C、D)在三种不同条件喷射之后的表面。通过使用ICON(Bruker,USA)和Bio FastScan(Bruker),攻丝模式,硅探针TESP(Bruker),弹簧常数20-80N/m,频率279-389kHz进行AFM测量。
使用FIB设备将孔雕刻到植入物中，暴露出超过60微米深的内部横截面(图7A和图7B)。在此情况下，观察到外表面层为约2.5微米(311)，并且内表面层为另外的40微米(305)。在此图像中也可以看到两个重叠的矿物质纤维的横截面(301、303)。它们表示植入物的主体部分的边缘。307中表面的粗糙度被放大以揭示直径约1微米的特征(313)。
注意到植入物主体、植入物内表面层和外表面层之间的元素组成差异(表2)。具体地，在植入物的内表面和主体之间可以看到矿物质含量的降低。在植入物的外表面与主体中可以看到Si含量的降低。在此情况中，磷酸盐和钙浓度在外表面层中显著较高，并且在内表面层以及植入物主体两者中均未检测到。在此情况中，主体植入物组合物还被表征为比表面区域(内表面区域和外表面区域两者)具有更多的钠。
表2
Figure BDA0002942469890000351
表2示出了元素组成的能量色散X射线光谱(EDS)测量，表示(A)植入物横截面的中心，(B)植入物从模具出来时的表面，(C、D、E)在增加粗糙度并且产生小的nm孔和微米孔(这有利于细胞的向内生长和降解)的三种不同的处理之后的表面。
实施例3-小直径销针
此实施例描述了具有增强的生物复合材料的小直径矫形销针的生产。此实施例证明了包含增强的生物复合材料的医疗植入物销针如何可以具有若干种组合物的表面区域。
材料和方法
每一个具有2mm外直径和7cm长度的销针植入物使用增强的复合材料来生产。复合材料包含用50％w/w连续矿物质纤维增强的PLDLA 70/30聚合物。矿物质纤维组合物是约14％w/w Na2O、5.4％w/w MgO、9％w/w CaO、2.3％w/w B2O3、1.5％w/w P2O5和67.8％w/wSiO2。测试样品通过将多个复合材料层压缩成型到多管模具中来制造。每个模具被设计为同时产生14个植入物。每个层包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物。各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、45°、0°、-45°、0°，根据植入物中的层的数目以重复的方式。每个层是约0.15mm厚。从模具取出销针之后，使用计算机数控(CNC)加工来分离14个销针并产生成角度的尖端。
以若干倍放大率并使用EDT检测器或BSE检测器捕获植入物样品的表面和横截面的扫描电子显微镜(SEM)(FEI Quanta FEG 250,Holland)图像。使用ImageJTM(NIH图像处理软件)测量基于周边的表面百分比差异。
使用SEM-EDS用于元素分析，并且比较使用15Kv和500x的放大率的条件之间的数据。
结果
使用分离销针的计算机数控(CNC)加工以暴露生物复合材料的内容物，产生具有含有与内部主体不同组合物的小于60％的表面层的销针植入物(图8)。表3提供了附图的关键。
表3
Figure BDA0002942469890000371
对尖端的CNC加工处理(图9)导致部分暴露的纤维束(501-507)。由于处理，可以看到暴露的纤维，这些有利于细胞向内生长。连续纤维主体组合物可以在图10中看到，其包括如在601-602中看到的纤维直径和纤维之间的距离(603)的代表性测量值。此主体组合物是～1:1矿物质与聚合物w/w比的实例。图11示出了当在单管模具(与上文多管模具不同)中产生随后进行先前实施例中描述的喷射处理时的代表性销针植入物横截面的示意图。示意图不是按比例的，但包括包含一种组合物的植入物主体705、在此情况中包括内表面层703和外表面层701两者的表面层，每一个都具有不同的组合物。此方法产生与内部主体是完全不同的组合物的外表面层。
激光切割烧蚀
实施例4和实施例5涉及表面处理的植入物，其中表面用精密的激光切割烧蚀来处理。当检查生物复合材料医疗植入物的横截面时，在不存在增强纤维的情况下，可以测量到具有不同厚度的均匀的生物聚合物(PLDLA)的层。
图12和图13描绘了在不同的医疗植入物横截面处的不同的生物聚合物层厚度。
生物复合材料医疗植入物的性能可受到外层表面特性影响。例如，但不限于，外层表面的这些特性：
1.暴露的纤维的百分比。
2.外层厚度。
3.暴露的纤维定向取向/多方向取向。
4.纤维暴露类型—横截面和/或周边
5.被处理的表面与未被处理的表面的比率。
6.表面处理图案形状。
7.表面处理图案重复。
8.表面粗糙度。
9.在表面处理之后所得到的表面几何形状。
10.外层的材料组成。
医疗植入物外层表面厚度
当检查医疗植入物的横截面时，在不存在增强纤维的情况下，可以测量到具有不同厚度的均匀的生物聚合物(PLDLA)的层。
任选地，均匀的生物聚合物的外表面层在医疗植入物的不同横截面上变化。
还任选地，与在肋状物/螺纹上的层厚度相比，在植入物主体上的均匀的生物聚合物的外表面层更厚。
还任选地，与相对侧相比，在医疗植入物的一侧上的均匀的生物聚合物的外表面层更厚。
还任选地，与在植入物周边上的层厚度相比，在植入物主体上的均匀的生物聚合物的外表面层更厚。
外表面层厚度还可以根据设计和/或表面角度和/或表面隐匿处(nooks andcrannies)的存在而变化。
任选地，均匀的生物聚合物的外表面层大于3微米。
还任选地，均匀的生物聚合物的外表面层大于10微米(参见实施例4)。
还任选地，均匀的生物聚合物的外表面层大于25微米。
图12和图13描绘了在不同的医疗植入物横截面处的不同的生物聚合物层厚度。
被处理的表面物理特性
图14示出了未被处理的表面层相对于被处理的表面层的顶视图。
未被处理的表面层是均匀的生物聚合物的层，并且被处理的表面具有暴露的可见的纤维。图15示出了表面处理部分的放大视图，即暴露的纤维和一些生物聚合物残留物(biopolymer residue)的清晰视图。
被处理的/未被处理的表面位置
取决于医疗植入物的设计，植入物的不同区域可以经历表面处理。任选地，医疗植入物主体将被完全地表面处理，而植入物肋状物和/或螺纹保持未被处理(参见实施例4)。还任选地，医疗植入物主体将被部分地表面处理，而植入物肋状物和/或螺纹保持未被处理。还任选地，医疗植入物主体将被部分地表面处理，而植入物周边保持未被处理。还任选地，医疗植入物主体将保持未被处理，而植入物周边将被表面处理(参见实施例5)。还任选地，医疗植入物主体表面将保持未被处理，而植入物肋状物和/或螺纹将被表面处理。还任选地，医疗植入物主体将被部分地表面处理，而植入物肋状物和/或螺纹保持未被处理。图16示出了医疗植入物的被处理的区域和未被处理的区域的一个实例。
被处理的表面/未被处理的表面的比率
取决于医疗植入物的设计，不同尺寸的部分可以经历表面处理。也就是说，被处理的表面区域与整个医疗植入物表面区域之间的比率可以变化。
任选地，医疗植入物外表面的10％-70％将被表面处理。(参见实施例5)。还任选地，医疗植入物外表面的30％-55％将被表面处理。还任选地，医疗植入物外表面的20％-45％将被表面处理(参见实施例4)。
被处理的表面图案形状
取决于医疗植入物的设计，不同部分形状将被表面处理。医疗植入物表面处理形状可以是：矩形(参见实施例4)、圆形、弧形、菱形、平行四边形、三角形或这些形状的任何其他组合。
表面处理形状还可以是具有特定宽度的线形。线型可以是：连续实线、短划线、点线、圆周线(参见例5)、成角度的线(从5度至85度的任何角度)、螺旋线(5度至85度的螺旋角)。表面处理的线宽度可以任选地大于5微米。还任选地，表面处理的线宽度可以任选地大于10微米。还任选地，表面处理的线宽度可以任选地大于20微米。
被处理的表面图案重复
表面处理的图案可以以不同的重复类型出现(参见实施例4)。任选地，被处理的表面形状将在医疗植入物的整个被处理的区域上重复。还任选地，医疗植入物的整个表面处理的区域将是线处理图案。还任选地，在医疗植入物的被处理的表面区域上将出现多于一个表面处理的形状。还任选地，在医疗植入物的被处理的表面区域上将出现多于一个线处理图案。还任选地，可以出现一个或更多个线处理图案和一个或更多个形状表面处理图案(shape surface treatment pattern)的组合。
定向纤维暴露
表面处理可以暴露外层表面上不同取向的纤维。任选地，暴露的纤维取向平行于医疗植入物主体轴线(参见实施例4)。还任选地，暴露的纤维取向相对于植入物主体轴线是5°-85°。还任选地，暴露的纤维取向相对于植入物主体轴线是15°-65°。还任选地，暴露的纤维取向相对于植入物主体轴线是30°-60°。图17和图18示出了两种不同样品的定向纤维取向暴露。
多方向的纤维暴露
对于医疗植入物的外表面上不平行的纤维取向，也可以实现纤维暴露。意思是，在相同表面上多于一个纤维方向暴露的组合。任选地，在被处理的表面上存在多于1个暴露的纤维方向。还任选地，在被处理的表面上存在多于2个暴露的纤维方向。还任选地，在纤维方向的一个区域与其具有不同纤维方向的相邻区域之间的角度在0°-90°之间。还任选地，在纤维方向的一个区域与其具有不同纤维方向的相邻区域之间的角度在25°-75°之间。图19和图20描绘了对于具有两个不同纤维方向的表面的纤维暴露的表面处理。
纤维横截面暴露
纤维暴露可以通过表面处理来实现，所述表面处理将有意地以不同的角度产生纤维的切割。这将暴露纤维横截面作为医疗植入物的外层表面，并且可以潜在地改善植入物性能。任选地，横截面的纤维暴露相对于纤维轴线是90°。还任选地，横截面的纤维暴露相对于纤维轴线是15°-65°(参见实施例5)。还任选地，横截面的纤维暴露包括多于一个纤维方向。图21、图22和图23分别示出了相对于纤维轴线～90°、～45°和～10°的横截面的纤维暴露。
外层表面几何形状/粗糙度
在表面处理之前，获得的生物复合材料医疗植入物的外表面几何形状是光滑的并且没有暴露的纤维。表面处理可以获得若干不同的表面几何形状，这取决于烧蚀方法、每个表面的处理重复的次数以及取决于相对于表面处理应用的表面角度。
图24A-图24D示出了通过在生物复合材料医疗植入物上的表面处理获得的四种不同的表面粗糙度和几何形状。任选地，所述植入物的表面被处理以部分地暴露内部组合物。还任选地，表面最大粗糙度大于2微米。还任选地，表面最大粗糙度大于3微米。还任选地，表面最大粗糙度大于5微米。
不希望受限于封闭的列表，表面处理可以导致不同种类的表面几何形状。任选地，所得到的表面几何形状是圆形凹陷(circular concavity)。还任选地，所得到的表面几何形状包括单独的暴露的纤维。还任选地，所得到的表面几何形状包括暴露的纤维和生物聚合物残留物(参见实施例5)。还任选地，所得到的表面几何形状是阶梯状的(参见实施例4)。
外层材料组成
外层表面材料组成可以使用表面处理来控制。图25示出了两个相邻区域的顶视图，由于不同的表面处理，所述两个相邻区域具有不同的外表面组合物。顶部区域具有较高的生物聚合物百分比和较少的暴露纤维，而底部部分具有高度暴露的纤维并且几乎没有生物聚合物的存在。两个部分均具有定向纤维暴露。
实施例4-六边形有肋状物的销针植入物的区域性表面处理
下文的实施例描述了使用激光烧蚀方法对由增强的生物复合材料生产的六边形有肋状物的矫形销针植入物的表面处理工艺。本实施例详细说明了烧蚀的面积和形状，烧蚀对生物聚合物层去除和对定向纤维暴露的影响。
材料和制备
六边形有肋状物的销针植入物使用增强的复合材料来生产。销针具有两个侧面，每个侧面具有不同的六边形的芯横截面尺寸(hexagonal core cross-section size)，2.4mm和2.6mm。销针的总长度是19mm。植入物肋状物也是六边形的，并且从销针芯表面突出约0.3mm(图26)。
复合材料包含用50％w/w、70％w/w或85％w/w连续矿物质纤维增强的PLDLA 70/30聚合物。矿物质纤维组合物是约14％w/w Na2O、5.4％w/w MgO、9％w/w CaO、2.3％w/w B2O3、1.5％w/w P2O5和67.8％w/w SiO2。测试样品通过将多个复合材料层压缩成型到指定的单腔模具中来制造。每个层包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物。各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°。每个层是约0.18mm厚。
植入物在受控环境下被成型，并且在整个工艺阶段被保持在清洁状态。植入物表面的激光烧蚀使用高频激光机进行。激光机环境被限制在层流气流罩(laminar airflowhood)内，所有表面和夹具使用醇清洁。由激光过程产生的颗粒被真空抽出受控的区域。
方法
植入物位置
将植入物放置在如下文的图27中所示的位置处的指定的夹具内。夹具将植入物保持在相对于激光应用方向的期望的位置。在激光烧蚀工艺期间，植入物是静态的，并且对烧蚀位置持续地应用局部空气通风，以防止局部过热或烧痕(burn mark)的发生。
激光烧蚀位置、形状和重复
在植入物的每个六边形芯部分的六(6)个面中的四(4)个面上进行激光烧蚀，即两(2)个芯面在植入物的每个位置重复11次，并且总共22个面(植入物的顶侧和底侧)。图28描绘了这种表面烧蚀选择的图示。这样的区域性表面处理的实例在图26中示出。
对于该植入物的总烧蚀的表面积是约44.1mm^2。对于限定的激光烧蚀表面，烧蚀的表面积与整个植入物表面积之间的比率是约0.22。
激光烧蚀应用—方向、激光焦点、重复
激光烧蚀平行于植入物纵向轴线进行。植入物以层相对于纵向轴线为0°的取向被成型。这种在植入物芯表面上的激光烧蚀方法导致定向纤维暴露。这样的定向纤维暴露的实例在图17和图18中示出。
激光应用对于每个烧蚀的表面进行一次激光通过(one laser pass)。激光焦点在六边形面的对角线上的中间点处被确定，参见图29中的图示。在烧蚀的六边形面上的激光烧蚀被平均划分为若干平行的应用表面，所述划分在烧蚀的表面上有效地产生“阶梯状”表面几何形状。图24D示出了这样的所得到的表面几何形状的实例。
结果
植入物芯上的结果是具有高度暴露的纤维的表面，其中生物聚合物外层被去除。植入物肋状物保持它们最初的几何形状和最初的外层。具体地，对于这种植入物表面烧蚀，芯尺寸减少了0.04mm，即从烧蚀的每个侧面减少了0.02mm的均匀的生物聚合物层。图12示出了均匀的生物聚合物外层的实例，所述均匀的生物聚合物外层具有类似于被测量的样品的厚度的厚度。
实施例5-六边形有肋状物的销针植入物的周边表面处理
下文的实施例描述了使用激光烧蚀方法对由增强的生物复合材料生产的六边形有肋状物的矫形销针植入物的表面处理工艺。本实施例详细说明了烧蚀的面积和形状，烧蚀对生物聚合物层去除和对纤维横截面暴露的影响。
材料和制备
六边形有肋状物的销针植入物使用增强的复合材料生产。销针具有两个侧面，每个侧面具有不同的六边形的芯横截面尺寸，2.4mm和2.6mm。销针的总长度是19mm。植入物肋状物也是六边形的，并且从销针芯表面突出约0.3mm(图30)。这种植入物构造采用附着至植入物的周边晶片而成型，晶片随后将被去除，这在相对于植入物轴线的期望的位置和方向暴露纤维。在图31中示出了在晶片去除之后的植入物。
复合材料包含用50％w/w、70％w/w或85％w/w连续矿物质纤维增强的PLDLA 70/30聚合物。矿物质纤维组合物是约14％w/w Na2O、5.4％w/w MgO、9％w/w CaO、2.3％w/w B2O3、1.5％w/w P2O5和67.8％w/w SiO2。测试样品通过将多个复合材料层压缩成型到指定的单腔模具中来制造。每个层包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物。各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°和25°。每个层是约0.18mm厚。
植入物在受控环境下被成型，并且在整个工艺阶段被保持在清洁状态。植入物周边的激光烧蚀使用高频激光机进行。激光机环境被限制在层流气流罩内，所有表面和夹具使用醇清洁。由激光过程产生的颗粒被真空抽出受控的区域。
方法
植入物位置
将植入物放置在如下文的图32中所示的位置处的指定的夹具内。夹具将植入物保持在相对于激光应用方向的期望的位置。在激光烧蚀工艺期间，植入物是静态的，并且对烧蚀位置持续地应用局部空气通风，以防止局部过热或烧痕的发生。
激光烧蚀位置
激光烧蚀在周边植入物的全部与晶片接触线上进行。图33描绘了这种表面烧蚀的图示。这样的表面处理的实例在图19中示出。
对于该植入物的总烧蚀的表面积是约22.8mm^2。对于限定的激光烧蚀表面，在烧蚀的表面积与整个植入物表面积之间的比率是约0.12。
激光烧蚀应用—方向、焦点、重复
激光烧蚀垂直于植入物纵向轴线进行。植入物以层相对于纵向轴线为0°和25°的取向被成型。这种在植入物芯表面上的激光烧蚀方法导致纤维横截面暴露。这样的定向纤维暴露的实例在图21和图22中示出。
激光烧蚀是在晶片上使用多次激光通过以植入周边线来进行。激光焦点在处理之前的晶片的线上的中间点处被确定，参见图34中的图示。
结果
植入物周边上的结果是具有纤维横截面暴露的表面，其中生物聚合物外层被去除。所有其他植入物表面保持它们最初的几何形状和最初的外层。
将理解，为了清楚起见，在独立的实施方案的上下文中描述的本发明的多种特征还可以在单个实施方案中组合提供。相反，为了简略起见，在单个实施方案的上下文中描述的本发明的多种特征还可以单独提供或以任何合适的子组合提供。即使本文未明确描述，但多种子实施方案可以以多种组合来组合。本领域技术人员还将理解本发明不限于本文以上已经被具体示出和描述的内容。
本文引用或描述的所有参考文献如同以支持本发明和/或所附权利要求书的描述所需的程度在本文中阐述地通过引用被并入本文。
尽管本发明已经结合其具体的实施方案被描述，但明显的是，很多改变、修改和变化形式对于本领域技术人员将是明显的。因此，意图另外地包括落在所附权利要求书的精神和宽广范围内的所有这样的改变、修改和变化形式。

Claims (67)

1.一种植入物，所述植入物具有生物可吸收的矿物质和聚合物的主体组合物，其中10％-70％w/w的所述主体组合物包含矿物质材料，其中所述主体组合物包含多根纤维，所述植入物还包含在所述多根纤维上的聚合物表面；其中所述聚合物表面以受控的程度被烧蚀，使得在所述聚合物表面的烧蚀后所述纤维的结构被维持；其中所述纤维的结构被维持，其中至少50％、65％、80％、85％、90％、95％的表面纤维保持它们的几何结构或者没有被烧蚀或者没有使所述纤维的一部分被去除。
2.根据权利要求1所述的植入物，其中所述聚合物表面的深度在1微米-100微米、5微米-50微米、10微米-30微米的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的植入物，其中纤维直径是在2微米-40微米、并且更优选地4微米-20微米纤维直径的范围内。
4.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述聚合物表面在所述医疗植入物的不同横截面上变化。
5.根据权利要求4所述的植入物，其中所述聚合物表面的深度在所述植入物的一个横截面中在1微米-50微米的范围内，并且在另一个横截面中大于50微米。
6.根据权利要求4所述的植入物，其中所述聚合物表面的深度在所述植入物的一个横截面中在5微米-50微米的范围内，并且在另一个横截面中大于100微米。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的植入物，还包括多个肋状物或螺纹，其中与在所述肋状物/螺纹上的所述聚合物表面的厚度相比，在植入物主体上的所述聚合物表面更厚。
8.根据权利要求7所述的植入物，其中所述肋状物/螺纹被处理，而所述植入物的剩余部分是未被处理的，或反之亦然。
9.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述医疗植入物的外表面的10％-70％采用烧蚀被表面处理。
10.根据权利要求9所述的植入物，其中所述医疗植入物的外表面的30％-55％被表面处理。
11.根据权利要求9所述的植入物，其中所述医疗植入物的外表面的15％-40％被表面处理。
12.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述烧蚀的深度在距外表面从1微米至120微米的范围内。
13.根据权利要求12所述的植入物，其中所述烧蚀的深度在从5微米至70微米的范围内。
14.根据权利要求13所述的植入物，其中所述烧蚀的深度在从5微米至40微米的范围内。
15.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述纤维以层的形式布置，并且其中所述烧蚀的深度在从进入所述纤维的顶层中1微米至50微米的范围内。
16.根据权利要求15所述的植入物，其中所述烧蚀的深度在从3微米至20微米的范围内。
17.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述烧蚀的深度在植入物壁厚度或植入物总厚度的0.1％至10％的范围内。
18.根据权利要求17所述的植入物，其中所述烧蚀的深度在从0.5％至2.5％的范围内。
19.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述外表面的处理的区域的形状选自由矩形、正方形、圆形、弧形、菱形、平行四边形、三角形或所述形状的任何组合组成的组。
20.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述外表面的处理的区域的形状包括具有特定宽度的线形，其中所述表面处理的线宽度是高达100微米。
21.根据权利要求20所述的植入物，其中所述线形包括连续实线、短划线、点线、圆周线、成角度的线(从5度至85度的任何角度)、螺旋线(5度至85度的螺旋角)中的一种或更多种。
22.根据权利要求20或21所述的植入物，其中所述宽度在从5微米至100微米的范围内。
23.根据权利要求22所述的植入物，其中所述表面处理的线宽度在从10微米至70微米的范围内。
24.根据权利要求23所述的植入物，其中所述表面处理的线宽度在从20微米至40微米的范围内。
25.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中表面处理暴露所述外表面上不同取向的纤维。
26.根据权利要求25所述的植入物，其中暴露的纤维取向平行于医疗植入物主体轴线。
27.根据权利要求25所述的植入物，其中暴露的纤维取向相对于植入物主体轴线是5°-85°。
28.根据权利要求27所述的植入物，其中所述暴露的纤维取向相对于所述植入物主体轴线是15°-65°。
29.根据权利要求28所述的植入物，其中所述暴露的纤维取向相对于所述植入物主体轴线是30°-60°。
30.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中暴露的纤维在被处理的表面上具有多于一个方向。
31.根据权利要求30所述的植入物，其中在纤维方向的一个区域与其具有不同纤维方向的相邻区域之间的角度在0°-90°之间。
32.根据权利要求31所述的植入物，其中在纤维方向的一个区域与其具有不同纤维方向的相邻区域之间的所述角度在25°-75°之间。
33.根据权利要求30-32中任一项所述的植入物，其中横截面的纤维暴露相对于纤维轴线是0°-90°。
34.根据权利要求33所述的植入物，其中横截面的纤维暴露相对于所述纤维轴线是15°-65°。
35.根据权利要求33所述的植入物，其中横截面的纤维暴露相对于所述纤维轴线是90°。
36.根据权利要求30-35中任一项所述的植入物，其中所述横截面的纤维暴露包括多于一个纤维方向。
37.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中表面最大粗糙度大于10微米。
38.根据权利要求37所述的植入物，其中所述表面最大粗糙度大于8微米。
39.根据权利要求38所述的植入物，其中所述表面最大粗糙度大于6微米。
40.根据权利要求39所述的植入物，其中所述表面最大粗糙度大于4微米。
41.根据权利要求40所述的植入物，其中所述表面最大粗糙度大于3微米。
42.根据权利要求41所述的植入物，其中所述表面最大粗糙度大于1微米。
43.根据权利要求37所述的植入物，其中所述表面最大粗糙度是1微米-10微米。
44.根据权利要求43所述的植入物，其中所述表面最大粗糙度是3微米-8微米。
45.根据权利要求43所述的植入物，其中所述表面最大粗糙度是4微米-6微米。
46.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所得到的表面几何形状包括烧蚀的表面的一部分。
47.根据权利要求46所述的植入物，其中暴露的纤维构成所述烧蚀的表面的20％-80％。
48.根据权利要求47所述的植入物，其中所述暴露的纤维构成所述烧蚀的表面的35％-65％。
49.根据权利要求48所述的植入物，其中所述暴露的纤维构成所述烧蚀的表面的51％-70％。
50.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所得到的表面几何形状包括烧蚀的表面的全部。
51.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所得到的表面几何形状是阶梯状的。
52.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中30％-55％w/w的所述主体组合物包含矿物质材料。
53.根据权利要求52所述的植入物，其中45％-55％w/w的所述主体组合物包含矿物质材料。
54.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中复合材料的平均密度在1.1g/cm3-3.0g/cm3的范围内。
55.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中复合材料的平均密度在1.2g/cm3-2.2g/cm3的范围内。
56.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中复合材料的平均密度在1.4g/cm3-1.8g/cm3的范围内。
57.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述主体组合物包括生物可降解的聚合物；其中所述生物可降解的聚合物包括均聚物或共聚物；其中所述共聚物包括无规共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物；其中所述聚合物包括天然来源的或合成来源的线性聚合物、支化聚合物或树枝状聚合物；其中所述聚合物包括丙交酯、乙交酯、己内酯、戊内酯、碳酸酯(例如，三亚甲基碳酸酯、四亚甲基碳酸酯及类似物)、二氧杂环己酮(例如，1,4-二氧杂环己酮)、δ-戊内酯、1-二氧杂环庚酮(例如1,4-二氧杂环庚-2-酮和1,5-二氧杂环庚-2-酮)、乙二醇、环氧乙烷、酯酰胺、γ-羟基戊酸酯、β-羟基丙酸酯、α-羟基酸、羟基丁酸酯、聚(原酸酯)、羟基链烷酸酯、酪氨酸碳酸酯、聚酰亚胺碳酸酯、聚亚氨基碳酸酯诸如聚(双酚A-亚氨基碳酸酯)和聚(氢醌-亚氨基碳酸酯)、聚氨酯、聚酸酐、聚合物药物(例如聚二氟尼柳、聚阿司匹林和蛋白质治疗剂)、糖；淀粉、纤维素和纤维素衍生物、多糖、胶原、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、多肽、蛋白质、聚(氨基酸)、聚丙交酯(PLA)、聚-L-丙交酯(PLLA)、聚-DL-丙交酯(PDLLA)；聚乙交酯(PGA)；乙交酯的共聚物、乙交酯/三亚甲基碳酸酯共聚物(PGA/TMC)；PLA的其他共聚物，诸如丙交酯/四甲基乙交酯共聚物、丙交酯/三亚甲基碳酸酯共聚物、丙交酯/d-戊内酯共聚物、丙交酯/ε-己内酯共聚物、L-丙交酯/DL-丙交酯共聚物、乙交酯/L-丙交酯共聚物(PGA/PLLA)、聚丙交酯-共-乙交酯；PLA的三元共聚物，诸如丙交酯/乙交酯/三亚甲基碳酸酯三元共聚物、丙交酯/乙交酯/ε-己内酯三元共聚物、PLA/聚环氧乙烷共聚物；聚缩酚酸肽；非对称-3,6-取代的聚-1,4-二氧六环-2,5-二酮；聚羟基链烷酸酯，诸如聚羟基丁酸酯(PHB)；PHB/b-羟基戊酸酯共聚物(PHB/PHV)；聚-b-羟基丙酸酯(PHPA)；聚-对-二氧杂环己酮(PDS)；聚-d-戊内酯-聚-ε-己内酯、聚(ε-己内酯-DL-丙交酯)共聚物；甲基丙烯酸甲酯-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物；聚酯酰胺；草酸的聚酯；聚二氢吡喃；聚烷基-2-氰基丙烯酸酯；聚氨酯(PU)；聚乙烯醇(PVA)；多肽；聚-b-苹果酸(PMLA)；聚-b-链烷酸；聚碳酸酯；聚原酸酯；聚磷酸酯；聚(酯酸酐)；及其混合物；及其衍生物、其共聚物和其混合物。
58.根据权利要求57所述的植入物，其中所述聚合物呈聚合物基质的形式；其中所述聚合物基质包括选自由以下组成的组的聚合物：PLLA(聚-L-丙交酯)、PDLLA(聚-DL-丙交酯)、PLDLA、PGA(聚乙醇酸)、PLGA(聚丙交酯-乙醇酸)、PCL(聚己内酯)、PLLA-PCL及其组合。
59.根据权利要求57或58所述的植入物，其中如果使用PLLA，则所述基质包含至少30％、50％或至少70％PLLA。
60.根据权利要求57-59中任一项所述的植入物，其中如果使用PDLA，则所述基质包含至少5％、至少10％或至少20％PDLA。
61.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中单独的所述聚合物基质的固有粘度(IV)在0.2dl/g-6dl/g、1.0dl/g至3.0dl/g、1.5dl/g至2.4dl/g或1.6dl/g至2.0dl/g的范围内，其中IV根据聚合物溶液通过窄毛细管的流动时间相对于纯溶剂通过所述毛细管的流动时间来测量。
62.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述烧蚀根据侵蚀方法、辐照或激光烧蚀来进行。
63.根据权利要求62所述的植入物，其中所述烧蚀通过辐照或激光烧蚀来实现。
64.根据权利要求62所述的植入物，其中所述烧蚀通过机械刷涂、切割、刮擦或削片来实现。
65.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述主体组合物的所述矿物质材料包含以下成分的范围，全部以mol％计：Na2O：11.0-19.0、CaO：9.0-14.0、MgO：1.5-8.0、B2O3：0.5-3.0、Al2O3：0-0.8、P2O3：0.1-0.8、SiO2：67-73。
66.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述主体组合物的所述矿物质材料包含以下成分的范围，全部以mol％计：Na2O：12.0mol.％-13.0mol.％、CaO：9.0mol.％-10.0mol.％、MgO：7.0mol.％-8.0mol.％、B2O3：1.4mol.％-2.0mol.％、P2O3：0.5mol.％-0.8mol.％、SiO2：68mol.％-70mol.％。
67.根据上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述主体组合物的所述矿物质材料包含以下成分的范围，全部以mol％计：Na2O：11.0mol％-19.0mol％、CaO：8.0mol％-14.0mol％、MgO：2mol％-8.0mol％、B2O3：1mol％-3.0mol％、Al2O3：0mol％-0.5mol％、P2O3：1mol％-2mol％、SiO2：66mol％-70mol％。
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