JP2014221945A - 多孔性金属インプラントの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔性金属インプラントの調製方法の提供。
【解決手段】生体適合性金属粉末と、離隔剤と、ｄ−リモネンを含む非極性液体バインダの混合物を調製する工程を含み、離隔剤が非極性液体バインダに実質的に不溶性であり、混合物が成形され、非極性バインダ及び離隔剤を混合物から除去する５０℃〜２５０℃の温度での加熱除去工程を含み、金属インプラント内に複数の孔を形成する多孔性金属インプラントの調整方法。生体適合性金属粉末はチタン、チタン合金、コバルト、コバルト合金、クロム、クロム合金、タンタル、タンタル合金、ステンレス鋼から選択される。
【選択図】図１

Description

相互関連出願
本出願は、表題「Method and Apparatus for Use of Porous Implants」の米国特許出願第１１／３５７８６８号明細書（代理人整理番号５４９０−０００４１０／ＣＰＢ）に関連しており、その開示は参照によって組込まれている。「Method and Apparatus for Use of Porous Implants」は本願と同時出願され、インディアナ州ワルシャワのBiomet Manufacturing社の同一出願人による。

発明の分野
本発明は多孔性金属インプラントおよび製造方法に関する。

背景
多孔性金属インプラントは、囲繞骨組織および軟組織のインプラント内への内方成長を促進するのに使用される。金属の多孔性、完全性および連続性が充分である場合、多孔性インプラントは、インプラント場所へ所望の耐荷重強度を与える組織内方成長の足場として機能する。

多孔性インプラントは、金属の固体片をエッチングするなどによって、金属基質から断片を除去することによって形成することができる。インプラントはまた、粉末などの小さな金属粒子を用いて形成することができる。金属粉末が用いられる場合、多段階加熱および加圧工程は、初期成形中、および種々の炉、プレッシャチャンバ、機械加工装置などの間でインプラントを移送するときの、構造の変化のために、インプラントの所望の完全性および耐荷重強度を低下させ得る。さらに、温度および圧力は、インプラントをさらに傷つけることのない、発泡剤すなわち離隔剤の除去を提供しなければならない。インプラントの形成におけるこれらの多角的な考慮は、出発材料からの複雑な形状の形成を制限する。というのも、種々の加圧、加熱、成形および他の処理工程間の切替えがインプラントを変形し得るからである。金属粉末を用いる他のシステムにおいて、多孔質構造を基質に加えるのにバインディング層すなわち界面層が使用されなければならない。これらの方法の多くは異なる金属を使用して基質および多孔質層を形成するので、インプラントの腐食および寿命の減退を導く。

次の特性の１つ以上を有する多孔性金属インプラントを提供することが所望されるだろう。所望の多孔性を有し、容易に成形および処理され、容易に三次元の複雑形状を形成し、種々の処理工程の間中その目的とする形状を維持し、軟組織および硬組織の内方成長を促進し、耐荷重用途に適する。

要約
本発明は、生体適合性金属粉末、離隔剤および非極性液体バインダの混合物を調製する工程を含む多孔性金属インプラントの調製方法であって、離隔剤が非極性液体バインダに実質的に不溶性である方法を提供する。混合物が成形され、非極性液体バインダおよび離隔剤が混合物から除去されて、金属インプラント内に複数の孔を形成する。

生体適合性金属粉末は、チタン、チタン合金、コバルト、コバルト合金、クロム、クロム合金、タンタル、タンタル合金およびステンレス鋼から選択することができる。生体適合性金属粉末は、約５マイクロメータ〜約１５００マイクロメータの粒子サイズを有してもよい。離隔剤は、過酸化水素、尿素、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、リン酸水素カルシウム、ナフタレンおよびそれらの混合物から選択することができる。離隔剤は、約１マイクロメータ〜約１５００マイクロメータの粒子サイズを有してもよい。非極性液体バインダおよび離隔剤は懸濁液を形成し得る。非極性液体バインダは、ｄ−リモネン（米国フロリダ州ウィンターヘブンのFlorida Chemical Company社から市販されている）を含んでもよい。バインダおよび離隔剤は、混合物の形成中および離隔剤の除去中に凝集し得る。混合物は均質であってよい。混合物は、補強場所に当てはめるのに適した形状に形成することができる。

混合物の成形は、一軸プレス、静水圧プレス、および割型（split die）技術などの加圧技術によって達成することができ、ほぼ室温以下で行うことができる。加圧技術は約１００メガパスカル〜約５００メガパスカルの圧力で行うことができる。通常、適当な圧力は、ほぼ１５０メガパスカル以上であるか、または１７０メガパスカルを超える。離隔剤の除去は、金属が離隔剤と反応しない温度で混合物を昇華させることを含んでもよい。混合物は、離隔剤の除去後、真空圧下で焼結してもよい。形成された形状は、さらに成形、機械加工され、基質に着接されるか、基質に溶接されてもよい。

インプラントの多孔性は、少なくとも２つの異なるサイズの金属粉末または離隔剤を用いることによって変化させることができる。多孔性は連続的であってもよく、また勾配をなしてもよい。勾配は約１％〜約８０％の多孔性変化を含んでもよい。インプラントはまた、吸収性セラミクス、吸収性重合体、抗生剤、脱塩骨基質、血液製剤、濃縮血小板、同種移植片、異種移植片、自己および同種異系の分化または幹細胞、ペプチド、養分、ビタミン、成長因子ならびにそれらの組合せなどの薬剤で被覆することができる。

本発明はまた、多孔性金属インプラントを与える成形可能な組成物を提供する。組成物は、生体適合性金属粉末、離隔剤および非極性液体バインダを含み、離隔剤が実質的に非極性液体バインダに不溶性である。生体適合性金属粉末は独立してＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを含んでもよく、離隔剤は重炭酸アンモニウムを含んでもよく、非極性液体バインダはｄ−リモネンを含んでもよい。材料は、離隔剤の昇華温度および非極性液体バインダの昇華温度が約２００°Ｃ未満で異なるように選択することができる。成形可能な組成物は固定要素を含んでもよい。

本発明はまた、成形可能な組成物を固定する方法であって、混合物の少なくとも一部の周りに固定要素を配置する工程と、混合物を固定要素内に置きながら混合物を型で成形する工程と、離隔剤および非極性液体バインダを形成された形状から昇華させる工程と、固定要素を除去する工程と、形成された形状を焼結する工程とを含む方法を提供する。固定要素は可撓性材料であってもよく、真空シールを用いて混合物の少なくとも一部の周りに固定することができる。箔は約１ミリメータの厚みを有し得る。固定要素は成形された形状の凝集性を少なくとも３日間増大させ得る。

本発明はまた、多孔性金属インプラントの調製方法であって、生体適合性金属粉末、離隔剤および非極性液体バインダを有する混合物を調製する工程であって、離隔剤が実質的に非極性液体バインダに不溶性である工程と、混合物を成形する工程と、混合物を１つの加熱ユニット内で熱循環させて離隔剤および非極性液体バインダを除去し、かつ金属粉末を焼結して金属インプラント内に複数の孔を形成する工程を含む方法を提供する。混合物は、金属粉末が結合して金属インプラントを形成するまで加熱ユニット内で連続して維持することができる。熱循環は少なくとも１回の焼結および少なくとも１回の焼入れを含んでもよい。

本発明の適用性のさらなる範囲は、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な記載および具体的な例は説明のためだけに意図されており、本発明の範囲を限定しようとするものではないことは理解されるべきである。

種々の実施形態に従う多孔性金属インプラントを調製するのに使用される混合物を表す図である。 種々の実施形態に従う多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う種々の成形多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う種々の成形多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う種々の成形多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う種々の成形多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う種々の成形多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う種々の成形多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う種々の成形多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う種々の成形多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う多孔性金属インプラントを形成するための固定調製物を表す図である。 図４Ａに表わされる固定調製物の内部図である。 種々の実施形態に従う寛骨臼カッププロテーゼと連結して使用される多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う寛骨臼カッププロテーゼと連結して使用される多孔性金属インプラントを表す図である。 種々の実施形態に従う寛骨臼カッププロテーゼと連結して使用される多孔性金属インプラントを表す図である。 多孔性金属インプラントの形成方法の流れ図である。 種々の実施形態に従う固体コアに付着された多孔性金属インプラントを表す図である。

詳細な説明
以下の記載は単に実際の例であり、本発明、その用途または使用を限定することを意図したものでは決してない。種々の実施形態は、人工ひざまたは人工股関節装置と使用するための多孔性金属インプラントと関連して記載されるが、本発明のインプラントおよび方法は、あらゆる適切な基質または形状であり、あらゆる適切な手順で使用することができ、例示されたものだけではないことが理解される。

図１および図２を参照すると、多孔性金属インプラント１０は、金属粉末１２、離隔剤１４および非極性液体バインダ１６の混合物から形成することができる。多孔性金属インプラント１０は、離隔剤１４および非極性液体バインダ１６を除去するのに充分な温度に混合物を加熱することによって形成され、これによって、相互結合された金属粉末１２粒子間に複数の孔１８を残す。

金属粉末１２は、インプラントとしての使用に適するあらゆる金属または合金であってもよく、所望の強度、耐荷重能力および多孔質になる能力を提供する。適当な例となる金属は、チタン、コバルト、クロムまたはタンタル、それらの合金、ステンレス鋼およびそれらの組合せを含む。金属粉末１２粒子は、約５マイクロメータから約１５００マイクロメータの直径を有し得る。種々の実施形態において、金属粉末１２は少なくとも２つの異なる粒子サイズであってもよい。

離隔剤１４は、多孔性金属インプラント１０の孔１８を提供する。離隔剤１４は混合物から除去可能であり、離隔剤１４が多孔性金属インプラント１０に残さを残さないことが所望される。離隔剤１４は膨張または収縮して、多孔性金属インプラント１０内で所望の大きさの孔１８の形成を補完することがさらに所望される。離隔剤１４は、過酸化水素、尿素、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、リン酸水素カルシウム、ナフタレンおよびそれらの混合物から成る群から選択することができ、または他の適切なあらゆる昇華性空隙形成材であってもよい。通常、離隔剤１４は、約２５０°Ｃ未満の融点、沸点、昇華温度などを有する。離隔剤１４は、後に記載される熱循環プロセス前および熱循環プロセス中に、生体適合性金属粉末１２のマクロ多孔性およびマイクロ多孔性を提供する。というのも、離隔剤１４が分解し、金属結合が金属粉末１２粒子間で生じた後、離隔剤１４が位置していた場所に孔１８すなわちギャップが残るからである。

非極性液体バインダ１６は混合物の凝集性を改良するために使用される。というのも、非極性液体バインダ１６は、すべての混合物成分を近接させて維持し、かつ離隔剤１４を溶解させないからである。非極性液体バインダ１６は、離隔剤１４の昇華点または分解点に充分に近い沸点の揮発性化合物であってもよい。種々の実施形態において、その温度差は約２００°Ｃ未満である。さらに別の実施形態においては、その差は約１００°Ｃ未満である。離隔剤１４の昇華温度および非極性液体バインダ１６の沸点の接近は、離隔剤１４および非極性液体バインダ１６の１工程除去を可能にする。

非極性液体バインダ１６は植物有機化合物であってもよい。そのようなバインダの例は、ｄ−リモネン、ｌ−リモネンおよびそれらの混合物などのあらゆる立体異性体を含むリモネン（４−イソプロペニル−１−メチルシクロヘキセン）である。種々の実施形態において、ｄ−リモネンを使用することができる。ｄ−リモネンは、カンキツ系果実（オレンジ、レモン、ライム、タンジェリンなど）、マツ（Pinus）属（マツの葉および枝から）、カワラボウフウ（Peucedanum）属（イノンド植物から）および他の植物体などの他の植物材料に由来し得る。非極性バインダ１６がカンキツ系果実に由来する実施形態において、主要成分はｄ−リモネンであり、残りは、オクタナール、ミルセン、アルファ−ピネンおよびリナロールなどの他のテルペン系炭化水素ならびに含酸素化合物から成ることが好ましい。ｄ−リモネンは実験室で合成することができるか（非果実由来）、食物用または工業用である植物を処理して得ることができる。他の適した非極性液体バインダ１６は、たとえばシダーウッド、コパイババルサム、ショウガ、アサ、ホップ、ベルガモット、カミツレモドキ、テレビン、ピネンおよびシルベストレンに由来するような、材料中の他の成分と比較して、高濃度のテルペンを含んでもよい。種々の実施形態において、混合テルペン溶液を使用することができ、混合物は種々の濃度のテルペン、セスキテルペンおよびポリテルペンから成る。非極性液体バインダ１６は、植物に限定されるのではなく、所望の揮発度および／または金属粉末１２および離隔剤１４などとの親和性を有する、たとえばミネラルオイルといったあらゆる非極性液体を含むことが理解される。

非極性液体バインダ１６、離隔剤１４および金属粉末１２の混合物は混合によって均質にすることができる。種々の実施形態において、金属粉末１２の離隔剤１４に対する割合は、約１：１から最大約１０：１までであってもよい。非極性液体バインダ１６は、（グラムで離隔剤１４および生体適合性金属粉末１２の）約１０部の固体に対して（ミリリッタで）約１部のバインダの割合から、約３０部の固体に対して約１部のバインダ１６の割合までであってもよい。

混合物成分の割合および／または成分のサイズの変更は、より高い多孔性またはより低い多孔性、増強された耐荷重能力を有するインプラントを提供し得、かつ身体の特定の領域に合わせて多孔性金属インプラント１０を加工するのに役立ち得る。金属粉末１２の離隔剤１４に対する８：１という割合を使用すると、非常にきめ細かい孔を有する緻密なインプラント１０を提供する。別の例において、金属粉末１２が離隔剤１４に対して３：１の割合である混合物では、離隔剤１４が少なくとも約２５マイクロメータの直径を有し、かつ金属粉末１２が約１０マイクロメータの直径を有する場合、大きな孔が生じる。金属粉末１２および離隔剤１４の直径が逆の場合、より小さな孔が生じる。

混合物はまた、異なる微粒子サイズの金属粉末１２を含んでもよい。少なくとも２つの異なるサイズの金属粉末１２微粒子を含むことによって、多孔性勾配が達成され得る。多孔性勾配は、インプラント１０の多孔性が、インプラント１０の本体の一端から他端にわたって最大約８０％まで増加または減少するようなものであってもよい。多孔性勾配は連続的で、所望の量まで拡大（または縮小）してもよく、多孔性勾配は異なる多孔性領域を含んでもよい（たとえば、８０％の多孔性領域が、４０％の多孔性領域へ推移し、これが７５％の多孔性領域へ推移する）。領域間の推移は、多孔性金属インプラント１０において連続的であってもよい。異なる多孔性を与えるために、特定の多孔性に対応する混合物が、異なる多孔性を有する混合物の上に堆積されるか、隣接して堆積される。

混合物は、定まった形状または幾何学的形状に形成することができる。図３Ａ〜図３Ｆに表わされるように、固形体のシリンダ、ブロック、ディスク、コーンを含み、また図３Ｂおよび図３Ｃに表わされるような空洞または陥凹領域を含むインプラントを形成するのに、成形混合物を使用してもよい。混合物はまた、移植者の補強場所に対応する形状のような自由形状であり、移植者に具体的に合わせた補綴物を提供することができる。金属粉末１２、離隔剤１４および非極性液体バインダ１６の組合せは、後に記載されるあらゆる熱処理よりも前に混合物を成形することを可能とする。焼結前の混合物の成形は、離隔剤１４を昇華させるための熱源と、非極性液体バインダ１６を除去するための別の熱源と、あらゆる機械との間で混合物を移送するという必要性を除去することによって、多孔性金属インプラント１０を形成するプロセスを簡素化する。

図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、多孔性金属インプラント１０の成形を容易にするために、混合物は固定要素２０によって所定の位置に固定することができる。固定要素２０は少なくとも、多孔性金属インプラント１０の混合物の１領域と接触することができる。固定要素２０は、金属粉末１２、離隔剤１４および／または非極性液体バインダ１６と実質的に反応しない可撓性材料から製造することができる。固定要素２０は、たとえばアルミニウム箔などの金属箔であってもよい。固定要素２０はまた、ゴム材料またはシリコン重合体であってもよい。固定要素２０の厚みは、約１ミリメータを超えてもよく、多孔性金属インプラント１０の大きさ、ならびに非極性液体バインダ１６の金属粉末１２および離隔剤１４に対する割合に応じて、拡大または縮小することができる。たとえば、混合物が非極性液体バインダ１６の臨界体積を有する場合、より厚い箔固定要素２０を用いて、非極性液体バインダ１６の、被包からの意図しないあらゆる放出を防ぐことが所望される。固定要素２０は、混合物の一部に着接されるか、それ自身折畳されるか、ポーチを形成して混合物を包囲することが可能である箔の帯または箔の一片であってもよい。固定要素２０に包囲される混合物のパケットは、混合物を損傷せず、もしあれば材料の多孔性勾配を損なわずに、図３Ａ〜図３Ｈのような形状に形成することができる。

固定要素２０は、熱循環よりも前に混合物が保管され得る時間を増大させる。固定要素２０は、金属粉末１２、離隔剤１４およびバインダ１６の混合物の凝集性を増大させて、たとえば、混合物が多孔性勾配を与えるように配置される場合でさえ、意図しない材料の崩壊分離を削減する。凝集性は、金属粉末１２、離隔剤１４およびバインダ１６の、それら別個の材料から成る固体塊としてまとめられる能力の意味である。たとえば、混合物は、数時間、１〜７日、約３〜約１２週、数年またはそれ以上の間形状を保つことができる。非極性液体バインダ１６がｄ−リモネンである実施形態において、混合物は特に長期保存可能（shelf-stable）である。長期保存性は、混合物の調製が混合物の焼結よりも早い時間で完了される必要のある場合に、または利用可能なオーブン、炉などの加熱ユニットの量、および製造される必要のある、多孔性金属インプラント１０の数／種類について、資源が限られている場合に、特に有利である。

図６は多孔性金属インプラント１０の形成方法を全体的に詳述する。多孔性金属インプラント１０の形成は通常、混合物を調製する工程１００と、混合物を成形する工程１０２と、混合物を熱循環させて多孔性体を形成する工程１０４とを含む。混合物の調製工程１００は先に詳述されている。混合物の成形は、静水圧プレス、一軸プレス、または割型を含む、成形体を形成するのに適した装置において混合物を加圧することを含んでもよい。混合物は、ゴム型または他の適したあらゆる型に置かれて、加圧中その形状を維持することができる。種々の実施形態において、加圧は約２００°Ｃ以下、またはほぼ室温以下で行われる。たとえば、冷間静水圧プレスは温度が約２００°Ｃ未満の場合に使用することができる。金属−バインダ−離隔剤混合物が冷間静水圧プレスバッグ内に置かれ、加圧される。代わりの形成は、冷間静水圧または他の加圧から具体的な形状へ形成されるブロックの成形を含む。使用される圧力は、約３４５キロパスカルから約４２０キロパスカルまでである。形成された形状またはブロックは、特定の形状（たとえば寛骨臼カップ）に機械加工することができる。加圧成形体はまた、気密シールコンテナまたは箔バッグにおいて保管することができる。

熱循環１０４は、離隔剤１４および非極性液体バインダ１６を除去する工程と、混合物を焼結して金属の粒子間結合を創出し、多孔性金属インプラント１０の物理的機械的性質をもたらす工程とを含む。熱循環工程１０４は、少なくとも１つの焼結工程１０６と、少なくとも１つの焼入れ工程１０８とを含んでもよい。焼結条件（温度、時間および雰囲気）は、金属の粒子間結合が創出されると同時に、極度の緻密化が回避されるようでなければならない。焼結は、たとえば真空などの制御気圧下において実行されて、金属表面上の酸化物形成を防止することができる。熱循環は１つのオーブンまたは炉のプロセスであってもよく、混合物の形成段階と形成された多孔性金属インプラント１０の除去段階との間で混合物の操作を必要としなくてよい。ここで記載される材料の熱循環は、複数のオーブンにおいて実行することができることも理解される。

典型的な循環工程において、成形体は最初約５０°Ｃ〜約２５０°Ｃで加熱されて非極性液体バインダ１６および離隔剤１４を除去することができる。正確な温度は、非極性液体バインダ１６および離隔剤１４の組合せ、真空条件などに応じて選択することができる。金属１２が離隔剤１４と反応しない温度で離隔剤１４を除去することが所望される。種々の実施形態において、その温度は約２５°Ｃ〜約５００°Ｃであってもよい。種々の他の実施形態において。その温度は金属粉末１２の融点よりも低い温度であてもよい。たとえば、非極性液体バインダ１６が、１７５°Ｃの沸点を有するｄ−リモネンおよび１０８°Ｃの沸点を有する重炭酸アンモニウム離隔剤を含む実施形態においては、二酸化炭素に分解し始める。適切な初期循環温度は少なくとも約６０°Ｃ以上とすることができるが、好ましくは選択された金属粉末１２の焼結温度未満がよい。初期循環温度が、最大温度値を有する成分のほぼ沸点または昇華点または分解点以上であることが所望される。上述の例においては、約１７５°Ｃの初期循環温度を用いることが所望される。

成形体の第１の焼結は、成形体（金属粉末１２粒子間の金属結合が実質的に存在しない）を、金属結合を有するインプラント１０に変換するために行われる。温度は、時間間隔を置いて（５秒〜最大１５分まで）チャンバにおいて増大し得る（たとえば２°Ｃ、５°Ｃ、１０°Ｃ、２０°Ｃ、５０°Ｃ）。一度所望の温度すなわち「保持温度」に達すると、混合物は、約１時間〜約１０時間、または約２時間〜約６時間保持温度で維持され、金属粉末１２粒子間で金属結合を創出する。温度間隔の利用は、離隔剤１４および非極性液体バインダ１６を除去するのに使用される別個の工程または別個のオーブンの除去を可能とする。

多孔性金属インプラント１０は焼入れすなわち迅速に冷却されて、マルテンサイト相として周知の硬化金属の相を生じる。焼入れは、直接焼入れ、噴霧焼入れ、熱焼入れ、中断焼入れ、部分焼入れ、不完全焼入れ、噴射焼入れおよび／または時間焼入れによって達成することができる。焼入れは、インプラントを移動させることなく焼結オーブンにおいて実行することができる。たとえば、噴霧焼入れについては、霧は焼結オーブン全体に分布して金属を焼入れし、その後霧は真空除去される。一度焼結オーブンが完全に霧を一掃されると、不活性ガスがオーブン内に再導入され、熱循環が継続する。多孔性金属インプラント１０は、室温以下で焼入れしてもよく、または、より暖かい温度（約４０°Ｃを超える）で焼入れしてもよい。たとえば、多孔性金属インプラント１０は、次の焼結または加熱の開始温度により近い温度で焼入れしてもよい。そのような実施形態において、第１の焼結保持温度が１０００°Ｃを超えた場合、焼入れは多孔性金属インプラント１０の温度を約４００°Ｃにまで下げることができる。

第２の焼結も利用することができる。第２の焼結は第１の焼結と類似の状況下で行ってもよく、保持温度は第１の焼結と比較して降下させることができる。たとえば、第１の保持温度が１０００°Ｃを超えた場合、第２の保持温度は約５００°Ｃ〜約９００°Ｃとしてもよい。第２の保持時間は、第１の保持時間と同じ持続期間か、第１の保持時間とは異なる持続時間でとしてもよい。種々の実施形態において、保持時間は、約１時間〜約１０時間、または約２時間〜約６時間としてもよい。前述のような焼入れを繰返してもよい。さらに、付加的な焼結を実行してもよい。

焼結の完了後、最終熱処理は、金属粉末１２の焼結温度未満の温度で、または第１の焼結温度の何分の１かの温度で、多孔性インプラント１０を加熱する工程を含んでもよい。種々の実施形態において、画分勾配温度降下を用いることが所望される。たとえば、第１の焼結は約１２００°Ｃの温度にまで、第２の焼結は約８００°Ｃにまで、最終熱処理は約４００°Ｃにまで達し得る。一連の各加熱は、たとえば約３００°Ｃ〜約４００°Ｃといった所定の温度数だけ降下させることができる。各加熱間で、焼入れが用いられて多孔性金属インプラント１０の硬度および寿命を増大させると同時に、たとえば種々のオーブンまたは機械の間で材料を移動させることによって生じる崩壊および変形属性を防止することができる。種々の実施形態において、多孔性インプラントを最終熱循環中にほぼ室温で焼入れすることが所望される。

熱循環は真空下で、または不活性ガスの減圧下で行うことができる。不活性雰囲気（たとえばアルゴンガス下）において焼結を行うのが所望される。真空および／または不活性雰囲気は、酸素および／または窒素の金属内への内部拡散の結果として生じる多孔性インプラント１０の表面の固溶体硬化を、防止するだろう。

多孔性インプラント１０はさらに成形および機械加工されて材料の耐性を調整することができ、溝、窪み、畝、流路などの特徴を付加するのに使用することができる。機械加工はまた、図３Ｇおよび図３Ｈに表わされるような複雑な形状を形成するのに用いることができる。

多孔性金属インプラント１０は、レーザなどを用いた溶接、焼結などのあらゆる適当な手段によって金属基質２２に着接することができる。種々の実施形態において、金属基質は金属粉末１２と同じ金属である。金属基質は、図３Ｇに表わされる寛骨臼カップなどの人工装置であるか、図３Ｈに表わされる顆面（condoyle surface）に向けることができる。金属基質を多孔性体に着接させるのに用いられる温度および圧力の条件は、基質表面積と、隣接する多孔性金属面との間の拡散および金属結合が達成されるようなものであってもよい。たとえば、多孔性金属セグメントおよび金属基質が１０００°Ｃに加熱される実施形態において、加圧は、得られたインプラント１０が、顕著な欠陥のない、移植者に移植するための構造的完全性を有するようになされなければならない。

金属基質２２は、多孔性体を着接させる前に処理することができる。金属基質２２は、たとえば酸食されるか、酸浴に付されるか、グリットブラストされるか、超音波洗浄してもよい。他の前処理は、流路、穴、溝、欠刻、橋または空孔を金属基質２２に付加することを含む。これらの付加的特徴は、多孔性金属体の、基礎をなす金属基質への着接を増大し得る。図５Ｂおよび図５Ｃに表わされるように、多孔性金属インプラント１０本体は、特定の構造点にて金属基質２２に部分的に付着されるだけでよい。寛骨臼カップ２４として表されるカップ２４はリング２６を含み、多孔性インプラント１０本体は機械的インターフェイス２８および金属結合を用いてリング２６に着接する。図５ＢはＣ−形状機械的インターフェイスを表し、図５ＣはＩ−ビーム型機械的インターフェイスを表す。金属結合を用いて着接される多孔性金属インプラント１０の割合は約４０％未満である。多孔性金属インプラント１０はまた、図７に示されるような固体コアすなわち固体本体３０に着接することができる。

多孔性金属インプラント１０はまた、参照によって組込まれている２００５年４月２１日付の米国特許出願第１１／１１１１２３号明細書に開示されるような整形外科的挿入物の一部として着接することができる。多孔性金属インプラント１０はまた、規則正しい幾何形状または不規則な幾何形状を形成するために、自己支持型の構造であって、ともに接合された硬性フィラメントで構成される３次元幾何多孔性工学的構造であるジオストラクチャ（geostructure）を形成するのに使用することができる。その構造は、参照によって組込まれている米国特許第６２０６９２４号明細書において、より詳細に記載されている。

追加薬剤が、多孔性金属インプラント１０上に、または少なくとも多孔性金属インプラント１０の表面に被覆され得る。薬剤は、吸収性セラミクス、吸収性重合体、抗生剤、脱塩骨基質、血液製剤、濃縮血小板、同種移植片、異種移植片、自己および同種異系の分化細胞または幹細胞、養分、ペプチドおよび／またはたんぱく、ビタミン、成長因子ならびにそれらの混合物を含み、新しい組織の多孔性金属インプラント１０内への内方成長を促進する。たとえば、追加薬剤がペプチドである場合、ＲＧＢペプチドは有利なことにインプラント内に組込むことができる。

本発明の記載は本質的に単なる例示であるので、本発明の骨子から逸脱しない変化は本発明の範囲内にあると意図される。そのような変化は、本発明の精神および範囲からの逸脱としてみなされるべきではない。

本発明は、以下の実施形態が可能である。
（１）多孔性金属インプラントの調製方法であって、
ａ． ｉ．生体適合性金属粉末と、
ｉｉ．離隔剤と、
ｉｉｉ．非極性液体バインダと、
を有する混合物を調整する工程であって、離隔剤が非極性液体バインダに実質的に不溶性である工程と、
ｂ．混合物を成形する工程と、
ｃ．離隔剤を除去して金属インプラント内に複数の孔を形成する工程とを含むことを特徴とする方法。

（２）生体適合性金属粉末が、チタン、チタン合金、コバルト、コバルト合金、クロム、クロム合金、タンタル、タンタル合金およびステンレス鋼から成る群から選択されることを特徴とする方法。

（３）金属粉末が、約５マイクロメータ〜約１５００マイクロメータの粒子サイズを有することを特徴とする方法。

（４）離隔剤が、過酸化水素、尿素、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、リン酸水素カルシウム、ナフタレンおよびそれらの混合物を含むことを特徴とする方法。

（５）離隔剤が、約１マイクロメータ〜約１５００マイクロメータの粒子サイズを有することを特徴とする方法。

（６）非極性液体バインダと離隔剤とが懸濁液を形成することを特徴とする方法。

（７）非極性液体バインダがｄ−リモネンを含むことを特徴とする方法。

（８）バインダおよび離隔剤が、混合物の形成中および離隔剤の除去中に凝集していることを特徴とする方法。

（９）混合物が均質な混合物であることを特徴とする方法。

（１０）混合物の成形が、補強場所に当てはめるのに適した形状に混合物を型で形成する工程を含むことを特徴とする方法。

（１１）混合物の成形が、一軸プレス、静水圧プレス、および割型技術から成る群から選択される加圧技術から選択されることを特徴とする方法。

（１２）前記成形がほぼ室温以下の温度にて行われることを特徴とする方法。

（１３）加圧技術がほぼ１５０メガパスカルを超える圧力で行われることを特徴とする方法。

（１４）加圧技術がほぼ１７０メガパスカルを超える圧力で行われることを特徴とする方法。

（１５）離隔剤の除去が、金属が離隔剤と反応しない温度で混合物を昇華させる工程を含むことを特徴とする方法。

（１６）離隔剤の除去後、真空圧下で金属を焼結する工程をさらに含むことを特徴とする方法。

（１７）インプラントの成形、インプラントの機械加工、インプラントの基質への着接、または多孔性インプラントの基質への溶接の少なくとも１つの工程をさらに含むことを特徴とする方法。

（１８）金属粉末が少なくとも２つの異なるサイズを含むことを特徴とする方法。

（１９）金属インプラントに勾配多孔性を与える工程をさらに含むことを特徴とする方法。

（２０）勾配多孔性が約１％〜約８０％であることを特徴とする方法。

（２１）吸収性セラミクス、吸収性重合体、抗生剤、脱塩骨基質、血液製剤、濃縮血小板、同種移植片、異種移植片、自己および同種異系の分化細胞または幹細胞、ペプチド、養分、ビタミン、成長因子ならびにそれらの混合物から成る群から選択される薬剤で多孔性金属インプラントの少なくとも表面を被覆する工程をさらに含むことを特徴とする方法。

（２２）多孔性金属インプラントを与える成形可能な混合物であって、
ａ．生体適合性金属粉末と、
ｂ．離隔剤と、
ｃ．非極性液体バインダとを含み、離隔剤が実質的に非極性液体バインダに不溶性であることを特徴とする成形可能な混合物。

（２３）生体適合性金属粉末がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを含むことを特徴とする成形可能な混合物。

（２４）離隔剤が重炭酸アンモニウムを含むことを特徴とする成形可能な混合物。

（２５）非極性液体バインダがｄ−リモネンであることを特徴とする成形可能な混合物。

（２６）離隔剤の昇華温度と非極性液体バインダの昇華温度との差異が約２００°Ｃ未満であることを特徴とする成形可能な混合物。

（２７）固定要素をさらに含むことを特徴とする成形可能な混合物。

（２８）成形可能な混合物の固定方法であって、
ａ．混合物の少なくとも一部の周りに固定要素を配置する工程と、
ｂ．混合物を固定要素内に置きながら混合物を型で成形する工程と、
ｃ．離隔剤および非極性液体バインダを形成された形状から昇華させる工程と、
ｄ．固定要素を除去する工程と、
ｅ．形成された形状を焼結する工程とを含むことを特徴とする方法。

（２９）固定要素が可撓性材料で製造されることを特徴とする方法。

（３０）可撓性材料が金属箔、ゴムまたはシリコン重合体から選択されることを特徴とする方法。

（３１）可撓性材料が金属箔であることを特徴とする方法。

（３２）固定要素が混合物の少なくとも一部の周りに真空シールされることを特徴とする方法。

（３３）固定要素が成形された形状の凝集性を少なくとも３日間増大させることを特徴とする方法。

（３４）多孔性金属インプラントの調製方法であって、
ａ． ｉ．生体適合性金属粉末と、
ｉｉ．離隔剤と、
ｉｉｉ．非極性液体バインダとを有する混合物を調製する工程であって、離隔剤が実質的に非極性液体バインダに不溶性である工程と、
ｂ．混合物を成形する工程と、
ｃ．混合物を１つの加熱ユニット内で熱循環させて離隔剤および非極性液体バインダを除去し、かつ金属粉末を焼結して金属インプラント内に複数の孔を形成する工程とを含むことを特徴とする方法。

（３５）金属粉末が結合して金属インプラントを形成するまで加熱ユニット内で混合物を連続して維持する工程をさらに含むことを特徴とする方法。

（３６）熱循環が少なくとも１回の焼結および少なくとも１回の焼入れを含むことを特徴とする方法。

Claims (22)

1. 多孔性金属インプラントの調製方法であって、
   ａ． ｉ．生体適合性金属粉末と、
   ｉｉ．離隔剤と、
   ｉｉｉ．ｄ−リモネンを含む非極性液体バインダと、
   を有する混合物を調製する工程であって、離隔剤が非極性液体バインダに実質的に不溶性である工程と、
   ｂ．混合物を成形する工程と、
   ｃ．非極性液体バインダおよび離隔剤を除去して金属インプラント内に複数の孔を形成する、５０℃〜２５０℃の温度での加熱除去工程とを含むことを特徴とする方法。
2. 生体適合性金属粉末が、チタン、チタン合金、コバルト、コバルト合金、クロム、クロム合金、タンタル、タンタル合金およびステンレス鋼から成る群から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 金属粉末が、約５マイクロメータ〜約１５００マイクロメータの粒子サイズを有することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 離隔剤が、過酸化水素、尿素、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、リン酸水素カルシウム、ナフタレンおよびそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 離隔剤が、約１マイクロメータ〜約１５００マイクロメータの粒子サイズを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 非極性液体バインダと離隔剤とが懸濁液を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 混合物が均質な混合物であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 離隔剤が熱循環によって除去されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 混合物の成形が、一軸プレス、静水圧プレス、および割型技術から成る群から選択される加圧技術から選択されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 加圧技術がほぼ１５０メガパスカルを超える圧力で行われることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 離隔剤の除去が、金属が離隔剤と反応しない温度で混合物を昇華させる工程を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 離隔剤の除去後、真空圧下で金属を焼結する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 金属粉末が少なくとも２つの異なるサイズを含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 金属インプラントに勾配多孔性を与える工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜６および８〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 勾配多孔性が約１％〜約８０％であることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 多孔性金属インプラントの調製方法であって、
    ａ． ｉ．生体適合性金属粉末と、
    ｉｉ．過酸化水素、尿素、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、リン酸水素カルシウム、ナフタレンおよびそれらの混合物からなる群から選択される離隔剤と、
    ｉｉｉ．ｄ−リモネンを含む非極性液体バインダとを有する混合物を調製する工程と、
    ｂ．混合物を成形する工程と、
    ｃ．非極性液体バインダおよび離隔剤を除去して金属インプラント内に複数の孔を形成する、５０℃〜２５０℃の温度での加熱除去工程とを含むことを特徴とする方法。
17. 生体適合性金属粉末が、チタン、チタン合金、コバルト、コバルト合金、クロム、クロム合金、タンタル、タンタル合金およびステンレス鋼からなる群から選択されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 離隔剤が、重炭酸アンモニウムを含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。
19. 離隔剤の除去後、真空圧下で金属を焼結する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. インプラントの成形、インプラントの機械加工、インプラントの基質への着接、または多孔性インプラントの基質への溶接の少なくとも１つの工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 加熱工程が、混合物を１つの加熱ユニット内で熱循環させ、離隔剤および非極性液体バインダを除去し、金属粉末を焼結して金属インプラント内に複数の孔を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 熱循環が少なくとも１回の焼結および少なくとも１回の焼入れを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。

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