CN1723049A - 可生物吸收植入物 - Google Patents

Abstract

一种成形可生物吸收植入物的方法，该方法包括由可生物吸收聚合物和生物活性陶瓷填料的复合材料成形植入物，以及以生物相容磨料，例如羟基磷灰石砂磨蚀该植入物零件的表面，以便使植入物零件的部分外表面由陶瓷填料提供。

Description

可生物吸收植入物

本发明涉及可生物吸收植入物，也涉及制造可生物吸收植入物的方法。

金属植入物被成功地用于矫形和上颌面外科中多种多样的组织固定场合。金属如不锈钢和钛合金由于其具有良好机械强度和相对生物惰性而得到应用。

然而，这些材料在体内的存在能使该部位的MRI成象无法做，能造成长期金属离子释放，由于其模量高故可导致应力屏蔽，造成植入物周围的骨吸收，而且常常造成需要进一步手术以取出植入物。

近年来，在许多矫形和上颌面固定领域对于使用可生物吸收聚合物替代金属植入物的兴趣与日俱增。合成可生物吸收聚合物的问世及其在一系列指征中的应用能够克服与金属植入物相联系的很多问题。这些材料在体内被慢慢生物-吸收，首先丧失强度，随后丧失物质，从而将机械支撑慢慢转移给愈合组织，因此不再需要手术介入取出器件。

合成可生物吸收聚合物，包括聚丙交酯、聚乙交酯、聚对二氧环己酮(poly dioxanone)、聚己内酯、聚羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯，虽然在某些指征上提供相对于金属植入物的优点，但确实存在某些限制和缺陷。它们的模量一般低于用它们来支撑的骨的模量。这可能导致当加载时骨折部位的大移动，因此妨碍骨的愈合。这些材料不具有骨传导能力，因此缺乏与相邻骨结合或一旦完全再吸收被新骨置换的潜在可能。另外，它们已被证明对所谓自催化降解机理敏感，于是该聚合物水解酸性副产物的生成将降低植入物内部的pH值。这将加速进一步的降解和导致酸中毒，以及形成滴漏窦或无菌脓肿的临床状态的潜在可能。

上面举出的合成可生物吸收聚合物的这些限制和缺陷可通过在聚合物基质中结合进生物活性，即骨传导，陶瓷，例如羟基磷灰石、磷酸三钙或生物活性玻璃得到缓解。这些材料以粉末状形式给聚合物提供许多优点。它们作为填料存在提高了模量，从而使其模量与骨模量匹配成为可能。它们具有骨传导性，这在骨部位或其内是重要的优点。它们给X-射线透明的聚合物加上一定程度X-射线不透明性，从而使其可视化变得略微容易并且它们还可提供对聚合物的酸性降解产物的某种缓冲作用。

合成可生物吸收聚合物的另一重大缺陷，尤其当它们被用作骨部位固定和支撑用途或者作为组织工程领域的脚手架时，就是它们的疏水性。它们不能被含水流体润湿，因此，细胞的附着和随后的增殖受到抑止，这就限制了它们早期组织再生的潜在可能。

由粉末充填热塑性聚合物组成的器件的传统成形技术涉及诸组分的熔融掺混，随后挤塑、注塑或压塑。这些技术旨在提供一种填料颗粒沿整个聚合物基质的均匀分布。注塑特别适合复杂形状零部件的低成本高效大量生产，并且需要的模塑后加工极少。

然而，按照传统成形技术，例如上面所描述的那些，生产的熔体模塑复合器件的表面不可避免地唯一地由聚合物组分构成。熔融掺混期间，每个填料颗粒全都被聚合物包围起来，没有一粒颗粒游离地暴露在模塑器件的表面。生物活性陶瓷颗粒与邻近身体组织之间有利的直接接触只有到了植入后数周或数月，此时聚合物表面层的生物吸收已进行到产生龟裂和裂纹的程度从而暴露出表面下层的颗粒，才会出现。外露生物活性颗粒在此类植入物表面的存在能改善植入物的亲水性、生物相容性和骨传导能力并加强细胞的附着和增殖以及早期生物结合。

因此，为提供这些好处，必须除掉此种熔融模塑器件的聚合物表面层，从而暴露出表面以下的颗粒。这可通过表面加工或研磨来达到。然而，此种表面加工困难并且费时，特别是对于形状复杂的器件如骨螺钉、板、销钉或脊椎间隔盘来说。另一种选择将是采用要求的复合材料模塑毛坯件，然后由毛坯件加工成品植入器件。然而，此种方法对于大量生产的器件既缺乏效率也不是成本效益好的方法并且浪费了昂贵的材料。

借助喷砂或喷丸的表面清理、抛光或磨蚀等替代方法采用由诸如刚玉、碳化硅或玻璃珠之类的磨料组成的砂。然而，不可避免地，这些材料的一部分将粘附或嵌入到打算清理、抛光或磨蚀的植入器件表面中。对于可生物吸收植入器件来说，此种磨蚀性、来自体外的材料的存在将是非常不希望和完全不能接受的。再者，诸如喷砂之类的技术乃是视线加工，因此无法用来处理凹腔的表面。

按照本发明，提供一种成形可生物吸收植入物的方法，该方法包括由可生物吸收聚合物和生物活性陶瓷填料的复合材料成形植入物零件，以及以生物相容磨料磨蚀该植入物零件的表面，以便使植入物零件的部分外表面由陶瓷填料提供，从而形成一种可用植入物。

该植入物零件优选地采用注塑、压塑或挤塑中的任何一种成形。

该生物相容磨料可包含生物活性陶瓷粉末，它们可以是羟基磷灰石或磷酸三钙。替代地，生物相容磨料可包含可以是氯化钠的可溶性生物相容盐。

磨蚀以后，优选将生物相容磨料与植入物零件分离。在生物相容磨料是陶瓷粉末的情况下，分离优选地通过过筛来实施。在生物相容磨料是可溶性生物相容盐的情况下，分离可通过以水清洗来实施。

磨料的粒度优选介于10～1000μm，理想地介于30～500μm之间。

磨蚀可通过植入物零件与磨料一起滚混、摇动或振动来实施，此过程可在密闭容器中进行。

本发明还提供一种可生物吸收植入物，该植入物包含可生物吸收聚合物和生物相容陶瓷填料的复合材料，其中植入物的部分外表面由陶瓷填料提供。

可生物吸收聚合物可包含聚丙交酯、聚乙交酯、聚对二氧环己酮、聚己内酯、聚羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯、其共聚物和/或其混合物中的任何一种。

生物活性陶瓷填料可包含羟基磷灰石、磷酸三钙、硫酸钙或生物活性玻璃中的任何一种。

植入物可呈螺钉、脊椎体间融合器件、销子、板、销钉、缝合线、伤口护理垫、骨切除楔或其它可用于手术的物品形式。

下面将仅作为举例说明来描述本发明的实施方案。

实施例1

按如下所述制备羟基磷灰石砂：高表面面积羟基磷灰石粉末，即，一种带固有可烧结性的粉末，在搅拌下加入到水中形成淤浆。该粉末悬浮体在Buchner过滤器上脱水，随后在120℃的烘箱中干燥从而形成饼状。随后，将它在900℃预烧结，在峰值温度保持1h。冷却后，预烧结的羟基磷灰石饼利用研钵捣碎并用350μm网眼筛过筛。随后，将材料过筛以除掉粒度在250μm以下的颗粒。获得的过筛尺寸介于250～350μm的带棱角的颗粒通过煅烧至1200℃的温度，在峰值温度保持2h，而烧结。当冷却时，获得的带棱角羟基磷灰石砂作为磨料用来去除注塑植入器件的表面层。

注塑一种骨固定螺钉，采用一种按70∶30重量份比例的聚丙交酯和羟基磷灰石的复合混合物。一批100个此种螺钉连同1kg上面的羟基磷灰石砂投入到2.5L容量的罐子中，盖上盖子，随后以50rpm旋转6h的时间。在滚混作用结束时，从罐子中取出螺钉和砂并通过在2mm网眼筛上摇动进行分离，这使得砂通过但螺钉被截留。仔细观察螺钉表面表明，它们已被磨蚀，并且羟基磷灰石填料颗粒暴露在表面上。经如此处理，生产出一种植入器件，其表面结构在植入后适宜早期细胞附着并具有更快的生物结合的能力。

实施例2

按如下所述制备磷酸三钙砂：高表面面积磷酸三钙粉末，即带固有烧结性的粉末，在搅拌下连同1％有机粘结剂如PVA一起加入到水中形成淤浆。该粉末悬浮体经喷雾干燥形成粒度介于30～60μm的圆形颗粒。随后，该粉末通过煅烧至1100℃并在峰值温度保持2h而烧结。

当冷却时，获得的自由流动磷酸三钙砂作为磨料用来去除可生物吸收复合材料体间融合器件的表面层。该器件由聚L-乳酸和羟基磷灰石粉末按照75∶25重量份比例的混合物注塑而成，准备在脊椎融合术中插入到相邻椎骨之间以恢复和保持椎间盘高度。

一批50个此种器件连同2kg磷酸三钙砂一起加入到1加仑容量的罐子中。然后，将物料放入到振动磨中剧烈摇动15min。然后，把投入的物料从磨中取出，并通过在允许砂通过但截留器件的筛子上摇动将器件从砂中分离出来。仔细观察器件揭示，它们的表面变得粗糙或被磨蚀得暴露出羟基磷灰石颗粒。不仅器件的外表面如此，而且准备用来包含骨移植材料的内部凹腔表面也如此，而后者若采用现有技术将很难磨蚀到。该器件表面的特性，与不含这些独特特征的类似成形的器件相比，能更迅速和彻底地实现骨整合和生物接受。

实施例3

通过岩盐的捣碎和过筛选出250～500μm粒度的级分制备一种氯化钠砂。按照类似于前面2个实例中所描述的方法用该砂作为磨料砂以除掉数批可生物吸收复合材料植入器件的表面聚合物膜。磨蚀步骤以后，将器件从盐中分离出来，多余的盐通过将器件放在无菌水中清洗除掉，随后在37℃干燥。

至此描述了可生物吸收植入物及其制造方法，它们提供明显优于在本说明前言部分概述的现有技术方法和设备的优点。传统方法被利用来制造该植入物零件。磨料是采用相对传统的方法制造和使用的，从而提供一种生产具有明显提高的性能和优点的植入物的低成本方法。凭借本发明，可以处理凹腔表面，这用大多数现有方法是办不到的，正如上面详述的。

在不偏离本发明范围的条件下可做出各种各样的修改。例如，其它生物活性或生物相容材料可以用于上面描述的这些方法中，并且磨料可采用其它方法生产。磨蚀可按照不同的方式实施，并且可在敞开的可旋转容器中实施。

虽然在上面的说明中着力要引起读者对那些据信特别重要的本发明特征的注意，但要知道，本申请人对于前面提到和/或在附图中展示过的任何可申请专利保护的特征和特征组合都提出权利要求，不论做了特殊强调与否。

Claims (22)

1.一种成形可生物吸收植入物的方法，该方法包括由可生物吸收聚合物和生物活性陶瓷填料的复合材料成形植入物零件，其特征在于该方法还包括以生物相容磨料磨蚀该植入物零件的表面，以便使植入物零件的部分外表面由陶瓷填料提供，从而形成一种可用植入物。

2.权利要求1的方法，其特征在于，植入物零件采用注塑成形。

3.权利要求1的方法，其特征在于，植入物零件采用压塑成形。

4.权利要求1的方法，其特征在于，植入物零件采用挤塑成形。

5.以上权利要求中任何一项的方法，其特征在于，生物相容磨料包含生物活性陶瓷粉末。

6.权利要求5的方法，其特征在于，生物活性陶瓷粉末是羟基磷灰石或磷酸三钙。

7.权利要求1～4任何一项的方法，其特征在于，生物相容磨料包含可溶性生物相容盐。

8.权利要求8的方法，其特征在于，可溶性生物相容盐是氯化钠。

9.以上权利要求中任何一项的方法，其特征在于，磨蚀后，将生物相容磨料与植入物零件分离。

10.权利要求9的方法，当依赖于权利要求5或6时，其特征在于，分离是通过过筛实施的。

11.权利要求9的方法，当依赖于权利要求7或8时，其特征在于，分离是通过用水清洗实施的。

12.以上权利要求中任何一项的方法，其特征在于，磨料的粒度介于10～1000μm。

13.权利要求12的方法，其特征在于，磨料的粒度介于30～500μm。

14.以上权利要求中任何一项的方法，其特征在于，磨蚀是将该植入物零件连同磨料采用滚混、摇动或振动实施的。

15.权利要求14的方法，其特征在于，植入物零件与磨料一起滚混、摇动或振动是在密闭容器中进行的。

16.一种可生物吸收植入物，该植入物包含可生物吸收聚合物和生物活性陶瓷填料的复合材料，其特征在于，植入物的部分外表面由陶瓷填料提供。

17.权利要求16的可生物吸收植入物，其特征在于，可生物吸收聚合物包含聚丙交酯、聚乙交酯、聚对二氧环己酮、聚己内酯、聚羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯、其共聚物和/或其混合物中的任何一种。

18.权利要求16或17的可生物吸收植入物，其特征在于，生物活性陶瓷填料包含羟基磷灰石、磷酸三钙、硫酸钙或生物活性玻璃中的任何一种。

19.以上权利要求16～18的可生物吸收植入物，其特征在于，植入物呈螺钉、脊椎体间融合器件、销子、板、销钉、缝合线、伤口护理垫、骨切除楔或其它可用于手术的物品的形式。

20.一种成形可生物吸收植入物的方法，该方法基本上如上面所描述。

21.一种基本上如前面所描述的可生物吸收植入物。

22.任何包括这里公开的新主题的新主题或组合，不论是否在本发明范围内或涉及如以上任何一项权利要求规定的本发明。