JP2019049056A - 分解速度が調整可能な超高純度マグネシウム合金 - Google Patents

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Abstract

【課題】改善された分解特性を有するＭｇＺｎＣａ合金の医療用インプラントの提供。【解決手段】ＭｇＺｎＣａ合金は、３．０〜６重量％のＺｎ、０．０００５〜１．０重量％のＣａ、０．００１重量％未満の一つ又は２つ以上の他元素を含み、残部がＭｇであるとともに、ナノサイズ析出物を含有し、ナノサイズ析出物はＭｇ残部よりも卑であり、ＭｇＺｎＣａ合金の形成に用いられているＭｇは少なくとも９９．９９７重量％の純度を持つ、医療用インプラント。【選択図】なし

Description

本出願は、２０１２年８月３１日に出願された米国特許仮出願第６１／６９５，６２１号及び２０１３年３月１４日に出願された米国特許非仮出願第１３／８２７，００８号の優先権の利益を主張し、これらの全ては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、改善された分解特性を有するマグネシウム合金を対象とする。
マグネシウムインプラントは、１９３０年代には複数の外科医によって骨折の治療に臨床的に使用されていた。例えば、Ｊ．Ｖｅｒｂｒｕｇｇｅ（１９３４）は、純粋なマグネシウム及びＭｇ−８％Ａｌ合金の両方のインプラントを２１人の患者に対して使用した。しかしながら、第二次世界大戦後、吸収性インプラント材料としてのマグネシウムの使用は、減少した。近年、研究者らは、吸収性マグネシウムインプラントに再び関心を寄せている。マグネシウム研究の主な焦点は、合金及びコーティングの開発である。分解速度を制御し、分解時のガス気泡の形成を回避し、有害な合金化元素の可能性を回避することが、主な目標である。したがって、分解速度を所望のように制御及び／又は調節することができるマグネシウム合金に対する必要性が存在する。
市販グレードの純粋なマグネシウム（３Ｎ−Ｍｇ）は、インビトロ又はインビボで、均一な分解を示さない。市販生成物中の不純物の存在が、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、及びニッケル（Ｎｉ）を含む、マイクロガルバニ元素の形成に起因して、分解速度を高めると考えられている。したがって、外科用インプラントを含む、医療用途のための超高純度マグネシウム材料に対する必要性が存在する。
二次相を未然に防ぐために、コバルト（Ｃｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、及びアルミニウム（Ａ１）等の他の混入物質もまた、制御する必要がある。多くの場合、単一の混入物質の存在が、他の混入物質の溶解限度を低下させ得る。これらの微量元素の存在は、マグネシウム相図内の共晶温度を遷移させ得る。凝固プロセスの際に、混入物質は、樹状間の空間に集積し、二次相の形成を誘導し得る。これらの相は、後続の熱機械的処理によって排除することができない。
本発明の実施形態は、上述の課題のうちの１つ又は２つ以上を克服する。
本開示は、本発明のいくつかの例示的な実施形態を提供し、その一部が、本明細書に記載される。
一態様において、本発明は、合金組成物、及びこのような合金組成物に基づく三次元構造体を有するインプラントを提供する。一実施形態において、本組成物は、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金を含む。一実施形態において、合金は、マイクロガルバニ元素を実質的に含まない。別の例示的な実施形態において、本組成物は、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金から本質的になる。１つのこのような実施形態において、合金は、マイクロガルバニ元素を実質的に含まない。更に別の例示的な実施形態において、本組成物は、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金からなる。１つのこのような実施形態において、合金は、マイクロガルバニ元素を実質的に含まない。
一実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、２ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、１ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。なおも更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、０．５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。
別の実施形態において、本組成物は、ＭｇＺｎ合金よりも卑なナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金を含む。別の実施形態において、本組成物は、ＭｇＺｎ合金よりも卑なナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金から本質的になる。別の実施形態において、本組成物は、ＭｇＺｎ合金よりも卑なナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金からなる。
一実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、２ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、１ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。なおも更に別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、０．５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。
いくつかの他のこのような実施形態において、より卑なナノサイズ析出物は、Ｍｇ６Ｚｎ３Ｃａ２を含む。
別の実施形態において、本組成物は、ナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有する、ＭｇＺｎＣａ合金を含み、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇであり、前記ＭｇＺｎＣａ合金が、前記Ｍｇ残部よりも卑なナノサイズ析出物を含有する別の実施形態において、本組成物は、貴なナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金から本質的になり、ここで、ナノサイズ析出物は、Ｍｇ残部よりも卑である。別の実施形態において、本組成物は、ナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金からなり、ここで、ナノサイズ析出物は、Ｍｇ残部よりも卑である。
一実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、２ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、１ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。なおも更に別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、０．５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。
いくつかの他のこのような実施形態において、より卑な低いナノサイズ析出物は、Ｍｇ６Ｚｎ３Ｃａ２を含む。
別の実施形態において、本組成物は、ＭｇＺｎ合金よりも卑なナノサイズ析出物、ＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金を含む。別の実施形態において、本組成物は、ＭｇＺｎ合金よりも卑なナノサイズ析出物、ＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金から本質的になる。別の実施形態において、本組成物は、ＭｇＺｎ合金よりも卑なナノサイズ析出物、Ｍｇマトリックスよりも貴な複数のナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金からなる。
一実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、２ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、１ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。なおも更に別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、０．５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。
いくつかのこのような実施形態において、Ｍｇよりも卑なナノサイズ析出物は、Ｍｇ６Ｚｎ３Ｃａ２を含む。他のこのような実施形態において、Ｍｇマトリックスよりも貴なナノサイズ析出物は、Ｍｎ−Ｚｎを含む。
本発明による合金のいくつかの実施形態において、各合金は、１０μｍ未満の粒度を有する。本発明のいくつかの合金において、各合金は、少なくとも２００ＭＰａの降伏強度を有する。いくつかの実施形態において、各合金は、少なくとも２００ＭＰａの降伏強度を有する。一実施形態において、各合金は、少なくとも２５０ＭＰａの最大引張強度を有する。別の実施形態において、各合金は、少なくとも１５％の破断点伸びを有する。更に別の実施形態において、各合金は、模擬体液において測定される、１日当たり０．５ｍｇ／ｃｍ２未満のインビトロ分解速度を有する。
他の実施形態において、インプラントは、整形外科用インプラントである。このような実施形態において、整形外科用インプラントは、次のうちの１つ又は２つ以上を含む：釘、スクリュ、ステープル、プレート、ロッド、鋲、ボルト、係止用ボルト及びＩＭ釘、アンカー、合わせピン、プラグ、ペグ、スリーブ、メッシュ、トランスコネクタ、ナット、成形体、脊椎ケージ、ワイヤ、Ｋ−ワイヤ、織物構造体、クランプ、足場、発泡体、並びにハニカム構造体。いくつかの他の実施形態において、インプラントは、マイクロガルバニ不純物を含有するマグネシウム合金インプラントと比較して、低い分解速度を有する。
他の実施形態において、インプラントは、非整形外科用インプラントである。このような実施形態において、非整形外科用のものには、心臓血管ステント、神経ステント、及び椎体形成ステントが含まれる。
インプラントの更に別の実施形態において、各合金は、模擬体液において測定される、１日当たり０．５ｍｇ／ｃｍ２未満のインビトロ分解速度を有する。
一態様において、本発明は、本明細書に記載される実施形態による合金を生成する方法を提供する。一実施形態において、本方法は、（ａ）（ｉ）少なくとも９９．９９７重量％の純度を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有する、超高純度マグネシウムと、（ｉｉ）少なくとも９９．９９９重量％の純度を有する２．０〜６重量％の亜鉛と、を含有する合金を鋳造することであって、前記鋳造は、不活性雰囲気及び不活性反応容器で行われることと、（ｂ）鋳造合金を、第１の温度がＭｇ−Ｚｎの共晶温度よりも低く、第２の温度が三元Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃａ系の共晶温度よりも高い、２つの異なる温度で加熱し、それによって、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金を形成することと、（ｃ）この合金を所望の形状に押出することと、を含む。
いくつかの実施形態において、本発明による合金を生成する方法は、（ａ）（ｉ）少なくとも９９．９９７重量％の純度を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有する、超高純度マグネシウムと、（ｉｉ）少なくとも９９．９９９重量％の純度を有する３．０重量の亜鉛〜６重量％の亜鉛と、（ｉｉｉ）少なくとも９９．９重量％の純度を有する０．０２重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム金属と、を含有する合金を鋳造することであって、前記鋳造は、不活性雰囲気及び不活性反応容器において行われることと、（ｂ）鋳造合金を、第１の温度がＭｇ−Ｚｎの共晶温度よりも低く、第２の温度が三元Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃａ系の共晶温度よりも高い、２つの異なる温度で加熱し、それによって、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、カルシウム含量が０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲であり、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金を形成することと、（ｃ）この合金を所望の形状に押出することと、（ｄ）成形した合金を少なくとも１４０℃まで加熱して、ＭｇＺｎＣａ合金全体に分散される、より貴なナノサイズ析出物を形成することと、を含む。更なる実施形態において、本方法は、少なくとも２３０℃まで加熱して、ＭｇＺｎ合金全体に分散される、より貴なナノサイズ析出物を形成することを含む。
本開示の種々の実施形態に関して、これから詳細に言及する。
一態様において、本発明は、高純度マグネシウム合金を含む組成物に関する。一実施形態において、合金組成物は、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金を含む。別の実施形態において、合金組成物は、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金から本質的になる。更に別の実施形態において、合金組成物は、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金からなる。いくつかのこのような実施形態において、単相ＭｇＺｎ合金は、マイクロガルバニ元素を実質的に含まない。
別の態様において、本発明は、高純度マグネシウム合金から作製されたインプラント組成物に関する。一実施形態において、三次元構造体を有するインプラントは、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金を含む。別の実施形態において、インプラントは、三次元構造体を有し、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金から本質的になる、組成物を含む。更に別の実施形態において、インプラントは、三次元構造体を有し、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金からなる、組成物を含む。いくつかのこのような実施形態において、単相ＭｇＺｎ合金は、マイクロガルバニ元素を実質的に含まない。
一般に、本発明によるＭｇ−Ｚｎ合金及びインプラント組成物に使用されるＭｇ−Ｚｎ合金中のＺｎ含量は、２重量％〜６重量％の範囲に及び得る。ある実施形態において、合金は、２重量％〜３重量％、２．１重量％〜３重量％、２．２重量％〜３重量％、２．３重量％〜３重量％、２．４重量％〜３重量％、２．５重量％〜３重量％、２．６重量％〜３重量％、２．７重量％〜３重量％、２．８重量％〜３重量％、２．９重量％〜３重量％、２重量％〜４重量％、２．１重量％〜４重量％、２．２重量％〜４重量％、２．３重量％〜４重量％、２．４重量％〜４重量％、２．５重量％〜４重量％、２．６重量％〜４重量％、２．７重量％〜４重量％、２．８重量％〜４重量％、２．９重量％〜４重量％、３重量％〜４重量％、３．１重量％〜４重量％、３．２重量％〜４重量％、３．３重量％〜４重量％、３．４重量％〜４重量％、３．５重量％〜４重量％、３．６重量％〜４重量％、３．７重量％〜４重量％、３．８重量％〜４重量％、３．９重量％〜４重量％、２重量％〜５重量％、２．１重量％〜５重量％、２．２重量％〜５重量％、２．３重量％〜５重量％、２．４重量％〜５重量％、２．５重量％〜５重量％、２．６重量％〜５重量％、２．７重量％〜５重量％、２．８重量％〜５重量％、２．９重量％〜５重量％、３重量％〜５重量％、３．１重量％〜５重量％、３．２重量％〜５重量％、３．３重量％〜５重量％、３．４重量％〜５重量％、３．５重量％〜５重量％、３．６重量％〜５重量％、３．７重量％〜５重量％、３．８重量％〜５重量％、３．９重量％〜５重量％、４重量％〜５重量％、４．１重量％〜５重量％、４．２重量％〜５重量％、４．３重量％〜５重量％、４．４重量％〜５重量％、４．５重量％〜５重量％、４．６重量％〜５重量％、４．７重量％〜５重量％、４．８重量％〜５重量％、４．９重量％〜５重量％、２重量％〜６重量％、２．１重量％〜６重量％、２．２重量％〜６重量％、２．３重量％〜６重量％、２．４重量％〜６重量％、２．５重量％〜６重量％、２．６重量％〜６重量％、２．７重量％〜６重量％、２．８重量％〜６重量％、２．９重量％〜６重量％、３重量％〜６重量％、３．１重量％〜６重量％、３．２重量％〜６重量％、３．３重量％〜６重量％、３．４重量％〜６重量％、３．５重量％〜６重量％、３．６重量％〜６重量％、３．７重量％〜６重量％、３．８重量％〜６重量％、３．９重量％〜６重量％、４重量％〜６重量％、４．１重量％〜６重量％、４．２重量％〜６重量％、４．３重量％〜６重量％、４．４重量％〜６重量％、４．５重量％〜６重量％、４．６重量％〜６重量％、４．７重量％〜６重量％、４．８重量％〜６重量％、４．９重量％〜６重量％、５重量％〜６重量％、５．１重量％〜６重量％、５．２重量％〜６重量％、５．３重量％〜６重量％、５．４重量％〜６重量％、５．５重量％〜６重量％、５．６重量％〜６重量％、５．７重量％〜６重量％、５．８重量％〜６重量％、又は５．９重量％〜６重量％の範囲から独立して選択され得る、Ｚｎ含量を有する。
本発明の別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を含み、Ｚｎ含量が３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲であり、カルシウム含量が０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲であり、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物合金から本質的になり、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量、０．０００５重量％〜０．２５重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである。別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物合金からなり、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量、０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである。いくつかのこのような実施形態において、Ｍｇ−Ｚｎよりも卑なよりも卑なナノサイズ析出物は、Ｍｇ６Ｚｎ３Ｃａ２を含む。
本発明のインプラントの別の実施形態において、インプラントは、三次元構造体を有し、ＭｇＺｎＣａ合金を含む。ある実施形態において、インプラントは、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を含み、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量、０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金から作製される三次元構造体を有する。別の実施形態において、インプラントは、三次元構造体を有し、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量、０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金から本質的になる組成物を含む。別の実施形態において、インプラントは、三次元構造体を有し、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量、０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金からなる組成物を含む。このような実施形態において、より卑なナノサイズ析出物は、Ｍｇ６Ｚｎ３Ｃａ２を含む。
当業者であれば、Ｍｇ−Ｚｎよりも卑な析出物は、Ｍｇ−ＺｎがＭｇよりも貴であるため、Ｍｇよりも卑である必要があることを理解するであろう。したがって、ＭｇＺｎＣａ及びそれから作製されるインプラントの上述のこのような実施形態もまた、次のように表すことができる。別の実施形態において、本組成物は、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有する、ＭｇＺｎＣａ合金を含み、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇであり、前記ＭｇＺｎＣａ合金が、前記Ｍｇ残部よりも卑なナノサイズ析出物を含有する。別の実施形態において、本組成物は、貴なナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金から本質的になり、ここで、ナノサイズ析出物は、Ｍｇ残部よりも卑である。別の実施形態において、本組成物は、ナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金からなり、ここで、ナノサイズ析出物は、Ｍｇ残部よりも卑である。
更に別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を含み、Ｚｎ含量が３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲であり、カルシウム含量が０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲であり、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである。別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物から本質的になり、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量、０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである。別の実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物からなり、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量、０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである。このような実施形態において、より卑なナノサイズ析出物は、Ｍｇ６Ｚｎ３Ｃａ２を含み、より貴なナノサイズ析出物は、Ｍｇ−Ｚｎを含む。
いくつかの他の実施形態において、本発明によるインプラントは、三次元構造体を有し、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金を含む。一実施形態において、インプラントは、三次元構造体を有し、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量、０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金を含む、組成物を含む。別の実施形態において、インプラントは、三次元構造体を有し、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量、０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金から本質的になる、組成物を含む。別の実施形態において、インプラントは、三次元構造体を有し、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量、０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金からなる、組成物を含む。いくつかのこのような実施形態において、Ｍｇよりも卑なナノサイズ析出物は、Ｍｇ６Ｚｎ３Ｃａ２を含む。他のこのような実施形態において、Ｍｇマトリックスよりも貴なナノサイズ析出物は、Ｍｎ−Ｚｎを含む。
一般に、本発明によるＭｇＺｎＣａ合金の実施形態及びＭｇＺｎＣａ合金の種々の実施形態に基づくインプラントにおけるＺｎ含量は、任意の好適な量であり得る。ある実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、２重量％〜３重量％、２．１重量％〜３重量％、２．２重量％〜３重量％、２．３重量％〜３重量％、２．４重量％〜３重量％、２．５重量％〜３重量％、２．６重量％〜３重量％、２．７重量％〜３重量％、２．８重量％〜３重量％、２．９重量％〜３重量％、２重量％〜４重量％、２．１重量％〜４重量％、２．２重量％〜４重量％、２．３重量％〜４重量％、２．４重量％〜４重量％、２．５重量％〜４重量％、２．６重量％〜４重量％、２．７重量％〜４重量％、２．８重量％〜４重量％、２．９重量％〜４重量％、３重量％〜４重量％、３．１重量％〜４重量％、３．２重量％〜４重量％、３．３重量％〜４重量％、３．４重量％〜４重量％、３．５重量％〜４重量％、３．６重量％〜４重量％、３．７重量％〜４重量％、３．８重量％〜４重量％、３．９重量％〜４重量％、２重量％〜５重量％、２．１重量％〜５重量％、２．２重量％〜５重量％、２．３重量％〜５重量％、２．４重量％〜５重量％、２．５重量％〜５重量％、２．６重量％〜５重量％、２．７重量％〜５重量％、２．８重量％〜５重量％、２．９重量％〜５重量％、３重量％〜５重量％、３．１重量％〜５重量％、３．２重量％〜５重量％、３．３重量％〜５重量％、３．４重量％〜５重量％、３．５重量％〜５重量％、３．６重量％〜５重量％、３．７重量％〜５重量％、３．８重量％〜５重量％、３．９重量％〜５重量％、４重量％〜５重量％、４．１重量％〜５重量％、４．２重量％〜５重量％、４．３重量％〜５重量％、４．４重量％〜５重量％、４．５重量％〜５重量％、４．６重量％〜５重量％、４．７重量％〜５重量％、４．８重量％〜５重量％、４．９重量％〜５重量％、２重量％〜６重量％、２．１重量％〜６重量％、２．２重量％〜６重量％、２．３重量％〜６重量％、２．４重量％〜６重量％、２．５重量％〜６重量％、２．６重量％〜６重量％、２．７重量％〜６重量％、２．８重量％〜６重量％、２．９重量％〜６重量％、３重量％〜６重量％、３．１重量％〜６重量％、３．２重量％〜６重量％、３．３重量％〜６重量％、３．４重量％〜６重量％、３．５重量％〜６重量％、３．６重量％〜６重量％、３．７重量％〜６重量％、３．８重量％〜６重量％、３．９重量％〜６重量％、４重量％〜６重量％、４．１重量％〜６重量％、４．２重量％〜６重量％、４．３重量％〜６重量％、４．４重量％〜６重量％、４．５重量％〜６重量％、４．６重量％〜６重量％、４．７重量％〜６重量％、４．８重量％〜６重量％、４．９重量％〜６重量％、５重量％〜６重量％、５．１重量％〜６重量％、５．２重量％〜６重量％、５．３重量％〜６重量％、５．４重量％〜６重量％、５．５重量％〜６重量％、５．６重量％〜６重量％、５．７重量％〜６重量％、５．８重量％〜６重量％、又は５．９重量％〜６重量％の範囲から独立して選択され得る、Ｚｎ含量を有する。
一般に、本発明によるＭｇＺｎＣａ合金の実施形態及びＭｇＺｎＣａ合金の種々の実施形態に基づくインプラントにおけるＣａ含量は、任意の好適な量であり得る。ある実施形態において、ＭｇＺｎＣａ合金は、０．０００５重量％〜０．００５５重量％、０．０００５重量％〜０．０１０５重量％、０．０００５重量％〜０．０１５５重量％、０．０００５重量％〜０．０２０５重量％、０．０００５重量％〜０．０２５５重量％、０．０００５重量％〜０．０３０５重量％、０．０００５重量％〜０．０３５５重量％、０．０００５重量％〜０．０４０５重量％、０．０００５重量％〜０．０４５５重量％、０．０００５重量％〜０．０５０５重量％、０．０００５重量％〜０．０５５５重量％、０．０００５重量％〜０．０６０５重量％、０．０００５重量％〜０．０６５５重量％、０．０００５重量％〜０．０７０５重量％、０．０００５重量％〜０．０７５５重量％、０．０００５重量％〜０．０８０５重量％、０．０００５重量％〜０．０８５５重量％、０．０００５重量％〜０．０９０５重量％、０．０００５重量％〜０．０９５５重量％、０．０００５重量％〜０．１００５重量％、０．０００５重量％〜０．１０５５重量％、０．０００５重量％〜０．１１０５重量％、０．０００５重量％〜０．１１５５重量％、０．０００５重量％〜０．１２０５重量％、０．０００５重量％〜０．１２５５重量％、０．０００５重量％〜０．１３０５重量％、０．０００５重量％〜０．１３５５重量％、０．０００５重量％〜０．１４０５重量％、０．０００５重量％〜０．１４５５重量％、０．０００５重量％〜０．１５０５重量％、０．０００５重量％〜０．１５５５重量％、０．０００５重量％〜０．１６０５重量％、０．０００５重量％〜０．１６５５重量％、０．０００５重量％〜０．１７０５重量％、０．０００５重量％〜０．１７５５重量％、０．０００５重量％〜０．１８０５重量％、０．０００５重量％〜０．１８５５重量％、０．０００５重量％〜０．１９０５重量％、０．０００５重量％〜０．１９５５重量％、０．０００５重量％〜０．２００５重量％、０．０００５重量％〜０．２０５５重量％、０．０００５重量％〜０．２１０５重量％、０．０００５重量％〜０．２１５５重量％、０．０００５重量％〜０．２２０５重量％、０．０００５重量％〜０．２２５５重量％、０．０００５重量％〜０．２３０５重量％、０．０００５重量％〜０．２３５５重量％、０．０００５重量％〜０．２４０５重量％、０．０００５重量％〜０．２４５５重量％、０．０００５重量％〜０．２５０５重量％、０．０００５重量％〜０．２５５５重量％、０．０００５重量％〜０．２６０５重量％、０．０００５重量％〜０．２６５５重量％、０．０００５重量％〜０．２７０５重量％、０．０００５重量％〜０．２７５５重量％、０．０００５重量％〜０．２８０５重量％、０．０００５重量％〜０．２８５５重量％、０．０００５重量％〜０．２９０５重量％、０．０００５重量％〜０．２９５５重量％、０．０００５重量％〜０．３００５重量％、０．０００５重量％〜０．３０５５重量％、０．０００５重量％〜０．３１０５重量％、０．０００５重量％〜０．３１５５重量％、０．０００５重量％〜０．３２０５重量％、０．０００５重量％〜０．３２５５重量％、０．０００５重量％〜０．３３０５重量％、０．０００５重量％〜０．３３５５重量％、０．０００５重量％〜０．３４０５重量％、０．０００５重量％〜０．３４５５重量％、０．０００５重量％〜０．３５０５重量％、０．０００５重量％〜０．３５５５重量％、０．０００５重量％〜０．３６０５重量％、０．０００５重量％〜０．３６５５重量％、０．０００５重量％〜０．３７０５重量％、０．０００５重量％〜０．３７５５重量％、０．０００５重量％〜０．３８０５重量％、０．０００５重量％〜０．３８５５重量％、０．０００５重量％〜０．３９０５重量％、０．０００５重量％〜０．３９５５重量％、０．０００５重量％〜０．４００５重量％、０．０００５重量％〜０．４０５５重量％、０．０００５重量％〜０．４１０５重量％、０．０００５重量％〜０．４１５５重量％、０．０００５重量％〜０．４２０５重量％、０．０００５重量％〜０．４２５５重量％、０．０００５重量％〜０．４３０５重量％、０．０００５重量％〜０．４３５５重量％、０．０００５重量％〜０．４４０５重量％、０．０００５重量％〜０．４４５５重量％、０．０００５重量％〜０．４５０５重量％、０．０００５重量％〜０．４５５５重量％、０．０００５重量％〜０．４６０５重量％、０．０００５重量％〜０．４６５５重量％、０．０００５重量％〜０．４７０５重量％、０．０００５重量％〜０．４７５５重量％、０．０００５重量％〜０．４８０５重量％、０．０００５重量％〜０．４８５５重量％、０．０００５重量％〜０．４９０５重量％、０．０００５重量％〜０．４９５５重量％、０．０００５重量％〜０．５００５重量％、０．０００５重量％〜０．５０５５重量％、０．０００５重量％〜０．５１０５重量％、０．０００５重量％〜０．５１５５重量％、０．０００５重量％〜０．５２０５重量％、０．０００５重量％〜０．５２５５重量％、０．０００５重量％〜０．５３０５重量％、０．０００５重量％〜０．５３５５重量％、０．０００５重量％〜０．５４０５重量％、０．０００５重量％〜０．５４５５重量％、０．０００５重量％〜０．５５０５重量％、０．０００５重量％〜０．５５５５重量％、０．０００５重量％〜０．５６０５重量％、０．０００５重量％〜０．５６５５重量％、０．０００５重量％〜０．５７０５重量％、０．０００５重量％〜０．５７５５重量％、０．０００５重量％〜０．５８０５重量％、０．０００５重量％〜０．５８５５重量％、０．０００５重量％〜０．５９０５重量％、０．０００５重量％〜０．５９５５重量％、０．０００５重量％〜０．６００５重量％、０．０００５重量％〜０．６０５５重量％、０．０００５重量％〜０．６１０５重量％、０．０００５重量％〜０．６１５５重量％、０．０００５重量％〜０．６２０５重量％、０．０００５重量％〜０．６２５５重量％、０．０００５重量％〜０．６３０５重量％、０．０００５重量％〜０．６３５５重量％、０．０００５重量％〜０．６４０５重量％、０．０００５重量％〜０．６４５５重量％、０．０００５重量％〜０．６５０５重量％、０．０００５重量％〜０．６５５５重量％、０．０００５重量％〜０．６６０５重量％、０．０００５重量％〜０．６６５５重量％、０．０００５重量％〜０．６７０５重量％、０．０００５重量％〜０．６７５５重量％、０．０００５重量％〜０．６８０５重量％、０．０００５重量％〜０．６８５５重量％、０．０００５重量％〜０．６９０５重量％、０．０００５重量％〜０．６９５５重量％、０．０００５重量％〜０．７００５重量％、０．０００５重量％〜０．７０５５重量％、０．０００５重量％〜０．７１０５重量％、０．０００５重量％〜０．７１５５重量％、０．０００５重量％〜０．７２０５重量％、０．０００５重量％〜０．７２５５重量％、０．０００５重量％〜０．７３０５重量％、０．０００５重量％〜０．７３５５重量％、０．０００５重量％〜０．７４０５重量％、０．０００５重量％〜０．７４５５重量％、０．０００５重量％〜０．７５０５重量％、０．０００５重量％〜０．７５５５重量％、０．０００５重量％〜０．７６０５重量％、０．０００５重量％〜０．７６５５重量％、０．０００５重量％〜０．７７０５重量％、０．０００５重量％〜０．７７５５重量％、０．０００５重量％〜０．７８０５重量％、０．０００５重量％〜０．７８５５重量％、０．０００５重量％〜０．７９０５重量％、０．０００５重量％〜０．７９５５重量％、０．０００５重量％〜０．８００５重量％、０．０００５重量％〜０．８０５５重量％、０．０００５重量％〜０．８１０５重量％、０．０００５重量％〜０．８１５５重量％、０．０００５重量％〜０．８２０５重量％、０．０００５重量％〜０．８２５５重量％、０．０００５重量％〜０．８３０５重量％、０．０００５重量％〜０．８３５５重量％、０．０００５重量％〜０．８４０５重量％、０．０００５重量％〜０．８４５５重量％、０．０００５重量％〜０．８５０５重量％、０．０００５重量％〜０．８５５５重量％、０．０００５重量％〜０．８６０５重量％、０．０００５重量％〜０．８６５５重量％、０．０００５重量％〜０．８７０５重量％、０．０００５重量％〜０．８７５５重量％、０．０００５重量％〜０．８８０５重量％、０．０００５重量％〜０．８８５５重量％、０．０００５重量％〜０．８９０５重量％、０．０００５重量％〜０．８９５５重量％、０．０００５重量％〜０．９００５重量％、０．０００５重量％〜０．９０５５重量％、０．０００５重量％〜０．９１０５重量％、０．０００５重量％〜０．９１５５重量％、０．０００５重量％〜０．９２０５重量％、０．０００５重量％〜０．９２５５重量％、０．０００５重量％〜０．９３０５重量％、０．０００５重量％〜０．９３５５重量％、０．０００５重量％〜０．９４０５重量％、０．０００５重量％〜０．９４５５重量％、０．０００５重量％〜０．９５０５重量％、０．０００５重量％〜０．９５５５重量％、０．０００５重量％〜０．９６０５重量％、０．０００５重量％〜０．９６５５重量％、０．０００５重量％〜０．９７０５重量％、０．０００５重量％〜０．９７５５重量％、０．０００５重量％〜０．９８０５重量％、０．０００５重量％〜０．９８５５重量％、０．０００５重量％〜０．９９０５重量％、０．０００５重量％〜０．９９５５重量％、及び０．０００５重量％〜１重量％の範囲から独立して選択され得るＣａ含量を有する。
一般に、本発明の合金組成物では、そうでなければカソード性マイクロガルバニ電池として作用する二次相を含まない単相材料に基づくものである。ＭｇＺｎの必要とされる純度レベルを達成するために、本明細書に記載されるＭｇＺｎＣａ合金の実施形態は、合金に含まれる許容可能な元素の量が制限される。
一実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、２ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、１ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。なおも更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、０．５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。
一実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、２ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、１ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。なおも更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、０．５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。
一実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、２ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、１ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。なおも更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、０．５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する。
このような実施形態において、他の元素には、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｒ、及びＰのうちの１つ又は２つ以上が含まれる。
別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、５ｐｐｍ未満のＦｅ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、５ｐｐｍ未満のＳｉ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、より少ない５ｐｐｍのＭｎ含量を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、２ｐｐｍ未満のＣｏ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、２ｐｐｍ未満のＮｉ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、０．１ｐｐｍ未満のＮｉ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、より少ない２ｐｐｍのＣｕ含量を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、より少ない１０ｐｐｍのＡｌ含量を含有する。
別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、５ｐｐｍ未満のＦｅ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、５ｐｐｍ未満のＳｉ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、より少ない５ｐｐｍのＭｎ含量を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、２ｐｐｍ未満のＣｏ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、２ｐｐｍ未満のＮｉ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、０．１ｐｐｍ未満のＮｉ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、より少ない２ｐｐｍのＣｕ含量を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、より少ない１０ｐｐｍのＡｌ含量を含有する。
別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、５ｐｐｍ未満のＦｅ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金は、５ｐｐｍ未満のＳｉ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、より少ない５ｐｐｍのＭｎ含量を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、２ｐｐｍ未満のＣｏ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、２ｐｐｍ未満のＮｉ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、０．１ｐｐｍ未満のＮｉ含量を含有する。別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、より少ない２ｐｐｍのＣｕ含量を含有する。更に別の実施形態において、ＭｇＺｎ合金よりも卑な複数のナノサイズ析出物及びＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を有するＭｇＺｎＣａ合金は、より少ない１０ｐｐｍのＡｌ含量を含有する。
不純物のレベルは、このような合金に基づくインプラントが体内に入れられた後に、腐食速度を制御するために、このようなレベルに維持される。インプラントが、治癒を可能にする期間にわたって十分な強度を有し、治癒過程を妨害しないように、腐食速度を制御することが必要である。本発明のマグネシウム合金からの分解副生成物は非毒性であるが、金属が腐食するにつれ、インプラント付近のｐＨは、塩基性へと高まる。同様に、腐食過程中に生成される水素ガスを排除する必要がある。血管内インプラントの場合においては、これらの問題は、インプラント上の一定な血流が、水素ガス及び他の分解副生成物を除去するため、重要ではない。
一般に、本発明によるインプラントに使用されるＭｇＺｎ合金、ＭｇＺｎＣａ合金及びＭｇＺｎ合金、ＭｇＺｎＣａ合金の組成物の種々の実施形態における希土類含量は、制限される。このような実施形態において、希土類元素には、Ｓｃ、Ｙ、原子番号が５７〜７１の範囲のランタニド元素、及び原子番号が８９〜１０３の範囲のアクチニド元素が含まれる。一実施形態において、希土類含量は、１０ｐｐｍ未満である。別の実施形態において、希土類含量は、５ｐｐｍ未満である。いくつかの実施形態において、希土類含量は、１ｐｐｍ未満、０．５ｐｐｍ未満、０．１ｐｐｍ未満、又は０．０５ｐｐｍ未満である。
超高純度マグネシウムの機械的特性は、高純度亜鉛との固溶体の硬化により、合金の単相性質に影響を及ぼすことなく、改善される。微細粒微小構造は、重度の塑性変形によって達成され、マグネシウムマトリックスよりも卑な二次相により安定化され得る。例えば、より卑なＭｇ６Ｚｎ３Ｃａ２相は、高純度カルシウムの少量添加及び十分な熱処理によって得ることができる。必要であれば、２５０℃未満での時効熱処理によって微細な準安定ＭｇＺｎ析出物を形成させることにより、均一な腐食プロファイルを維持しながら分解速度を加速させることができる。
本明細書に記載される組成物から作製されたインプラントは、高い降伏強度、高い最大引張強度、及び破断点伸びを含む、有利な物理特性を有する。いくつかの実施形態において、各合金は、少なくとも２００ＭＰａの降伏強度を有する。他の実施形態において、各合金は、少なくとも少なくとも２２０ＭＰａ、少なくとも２４０ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも２６０ＭＰａ、少なくとも２８０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３２０ＭＰａ、少なくとも３４０ＭＰａ、少なくとも３６０ＭＰａ、又は少なくとも３８０ＭＰａの降伏強度を有する。いくつかの実施形態において、各合金は、少なくとも２５０ＭＰａの最大引張強度を有する。他の実施形態において、各合金は、少なくとも２６０ＭＰａ、少なくとも２８０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３２０ＭＰａ、少なくとも３４０ＭＰａ、少なくとも３６０ＭＰａ、又は少なくとも３８０ＭＰａの最大引張強度を有する。いくつかの実施形態において、各合金は、少なくとも１５％の破断点伸びを有する。他の実施形態において、各合金は、少なくとも１６％、少なくとも１７％、少なくとも１８％、少なくとも１９％、少なくとも２０％、少なくとも２１％、少なくとも２２％、少なくとも２３％、少なくとも２４％、少なくとも２５％、少なくとも２６％、少なくとも２７％、少なくとも２８％、少なくとも２９％、又は少なくとも３０％の破断点伸びを有する。
本発明の例示的な実施形態によるインプラントはまた、有利なインビトロ及びインビボ化学特性を有する。いくつかの実施形態において、各合金は、模擬体液において測定される、１日当たり０．５ｍｇ／ｃｍ２未満のインビトロ分解速度を有する。他の実施形態において、各合金は、模擬体液において測定される、１日当たり０．０５ｍｇ／ｃｍ２未満、１日当たり０．１ｍｇ／ｃｍ２未満、１日当たり０．１５ｍｇ／ｃｍ２未満、１日当たり０．２ｍｇ／ｃｍ２未満、１日当たり０．２５ｍｇ／ｃｍ２未満、１日当たり０．３ｍｇ／ｃｍ２未満、１日当たり０．３５ｍｇ／ｃｍ２未満、１日当たり０．４ｍｇ／ｃｍ２未満、又は１日当たり０．４５ｍｇ／ｃｍ２未満のインビトロ分解速度を有する。
本明細書に記載される組成物に基づくインプラント可能な医療デバイスは、欠落した生物学的構造体を置き換えること、損傷した生物学的構造体を支持すること、又は既存の生物学的構造体を強化することを含む、多様な医療／臨床用途のために製造され得る。身体／身体組織と接触するインプラント及び／又はインプラントの表面の組成は、考慮される特定の用途に応じて変動し得る。外科用インプラントは、とりわけ、整形外科、神経外科の分野における医療／臨床用途のために製造され得る。外科用インプラントの非限定的な例としては、神経外科用インプラント、例えば、水頭症シャント及びコンポーネント；頭蓋内動脈瘤クリップ；骨及び関節置換、例えば、部分及び完全股関節プロテーゼ並びに完全膝関節プロテーゼ；骨接合術及び脊椎デバイス、例えば、金属骨スクリュ、金属骨プレート、髄内ピン、金属骨格ピン及びワイヤ、並びに完全椎間脊椎円板プロテーゼ；口腔及び顎顔面外科インプラント；並びに脊椎及び骨盤用システム、例えばＵｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｐｉｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ、Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、及び従来のシステムが挙げられる。それに応じて、本明細書に記載される組成物に基づいて製造され得るインプラントには、本明細書に記載される組成、構造の複雑性、及び医療／臨床用途が多様である、広範な製品が含まれ得る。そういうわけで、本発明の例示的な実施形態に従った使用のためのインプラントは、使用状況に応じてサイズ、形状、及び他の物理的及び化学的特性が異なるものにできる。
いくつかの実施形態において、インプラントは、整形外科用インプラントである。このような実施形態において、整形外科用インプラントは、次のうちの１つ又は２つ以上を含む：釘、スクリュ、ステープル、プレート、ロッド、鋲、ボルト、係止用ボルト及びＩＭ釘、アンカー、合わせピン、プラグ、ペグ、スリーブ、メッシュ、トランスコネクタ、ナット、成形体、脊椎ケージ、ワイヤ、Ｋ−ワイヤ、織物構造体、クランプ、足場、発泡体、並びにハニカム構造体。いくつかの他の実施形態において、インプラントは、マイクロガルバニ不純物を含有するマグネシウム合金インプラントと比較して、低い分解速度を有する。
他の実施形態において、インプラントは、非整形外科用インプラントである。このような実施形態において、非整形外科用のものには、心臓血管ステント、神経ステント、及び椎体形成ステントが含まれる。
マグネシウムの腐食速度は、その純度に強く依存する。４％の塩化ナトリウム水溶液において、純度が９９．９％のマグネシウムの腐食速度は、純度が９９．９９％のマグネシウムのものよりも数百倍高いことが報告されている。
模擬体液（ＳＢＦ）におけるインビトロ分解試験は、極めて低い分解速度を伴う均一な分解が、このような超高純度のマグネシウムを使用した際に達成され得ることを示す。しかしながら、超高純度マグネシウムは、ＷＥ４３のような合金と比較して、劣った機械特性を有する。この制限は、合金の硬化を通じて、この制限を克服することができることがわかっている。合金の硬化は、極度の塑性変形（ＥＣＡＰ、押出等）を用いて粒子の微細構造を精緻することによって達成され得る。より良好な強度レベルを達成することに加えて、微粒子微細構造はまた、機械的異方性（引張と圧縮の間の強度の差）を回避することがわかった。
マグネシウムマトリックスの硬化が、亜鉛等の高度に純粋な合金元素との固溶体を用いて達成され得ることもわかった。Ｍｇ−Ｚｎの相図は、共晶温度でＺｎの最大溶解度が６．２重量％であることを示す。マグネシウムを、例えば５重量％のＺｎと合金化した後、この材料を、第１の温度が共晶温度よりも低く、第２の温度がそれよりも高い、２工程の溶液熱処理によって、均質化することができる。結果として得られる単相合金は、非常に均一で遅い分解を呈することがわかった。
一態様において、本発明は、本明細書に記載される実施形態による合金を生成する方法を提供する。一実施形態において、本方法は、（ａ）（ｉ）少なくとも９９．９９７重量％の純度を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有する、超高純度マグネシウムと、（ｉｉ）少なくとも９９．９９９重量％の純度を有する２．０〜６重量％の亜鉛と、を含有する合金を鋳造することであって、前記鋳造は、不活性雰囲気及び不活性反応容器で行われることと、（ｂ）鋳造合金を、第１の温度がＭｇ−Ｚｎの共晶温度よりも低く、第２の温度が三元Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃａ系の共晶温度よりも高い、２つの異なる温度で加熱し、それによって、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、単相ＭｇＺｎ合金を形成することと、（ｃ）この合金を所望の形状に押出することと、を含む。
いくつかの実施形態において、本発明の方法による合金を生成する方法は、（ａ）（ｉ）少なくとも９９．９９７重量％の純度を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有する、超高純度マグネシウムと、（ｉｉ）少なくとも９９．９９９重量％の純度を有する３．０重量の亜鉛〜６重量％の亜鉛と、（ｉｉｉ）少なくとも９９．９重量％の純度を有する０．０２重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム金属と、を含有する合金を鋳造することであって、前記鋳造は、不活性雰囲気及び不活性反応容器において行われることと、（ｂ）鋳造合金を、第１の温度がＭｇ−Ｚｎの共晶温度よりも低く、第２の温度が三元Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃａ系の共晶温度よりも高い、２つの異なる温度で加熱し、それによって、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金を形成することと、（ｃ）この合金を所望の形状に押出することと、（ｄ）成形された合金を少なくとも１４０℃まで加熱して、ＭｇＺｎＣａ合金全体に分散されるより高い貴度のナノサイズ析出物を形成することと、を含む。更なる実施形態において、本方法は、少なくとも２３０℃まで加熱して、ＭｇＺｎ合金全体に分散されるより貴なナノサイズ析出物を形成することを含む。
理論に束縛されることを望むものではないが、粒界がピン止めされる場合、合金の微粒子微細構造に有利であり得ると考えられる。ピン止めは、マグネシウムマトリックスよりも卑であり、結果として、材料の分解性能を悪化させない、微細析出物によって達成され得る。Ｍｇ６Ｚｎ３Ｃａ２は、純粋なマグネシウムよりも電気化学的に卑な数少ない相のうちの１つである。０．２５重量％のＣａを添加することで、このような微細に分散された析出物が、時効熱処理（最初の溶液熱処理の後に）によって作出され得る。合金の分解速度が遅すぎ、加速させる必要がある場合、非常に微細な準安定ＭｇＺｎ析出物を、２５０℃未満の温度での時効熱処理によって形成することができる。サイズを増加させることにより、これらの析出物は、カソード性マイクロガルバニ元素として機能し始め、制御可能な様式で腐食を加速させる。
本明細書に記載される例示的な実施形態におけるマグネシウム合金は、従来的なマグネシウム合金と比較して、加工及びその後の意図される目的に特に好ましい特性を有し、マグネシウム合金の延性が大幅に高まる。本開示の目的で、「延性」（又は靭性、変形能力）という用語は、金属材料が、十分に高い機械的負荷下で、亀裂が生じる前に、恒久的な変形を受ける能力を指す。この能力は、延性材料のみが、亀裂が起こることなく、同時の低温凝固を伴う恒久的な変形を受けることによって、局所機械的応力ピークを消散させることができるため、多数の構成部品にとって高い重要性を有する。この側面により、特に、例えば、生体分解性インプラント、特に生体分解性骨固定用インプラントのための材料として、本発明のマグネシウム合金を使用することが特に有利となる。所与の材料では、延性は、温度、応力速度、作用する機械的応力状態の多軸特性、及び環境に依存する。延性の特性値には、例えば、本明細書の他の箇所に記載される、破断点伸び及びネッキング、ノッチ付衝撃強さ、並びに破壊靭性が挙げられる。
本明細書の広義の発明概念から逸脱しないで上に示されかつ記載された例示的な実施形態に対して変更を行うことができることが当業者により認識されるであろう。従って、本発明は図示されかつ記載された例示的な実施形態に限定されないが、請求項により定義されるように本発明の精神及び範囲内の修正を網羅するように意図されることが理解される。例えば、例示的な実施形態の具体的な特徴は請求項に係る発明の一部であってもよいしそうでなくてもよい、また開示された実施形態の特徴は組み合わされてもよい。本明細書に特段の明記がない限り、用語「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は１つの要素に限定されるものでなく、「少なくとも１つの」を意味するものとして読まれるべきである。
本発明の記載の少なくともいくつかは本発明の明確な理解のために適切である要素に焦点を合わせるように簡略化されてきたことは理解されるべきであるが、一方明確にするために、当業者が認める他の要素を取り除くことはまた本発明の一部分を構成してもよい。しかしながら、このような要素が当該技術分野において周知であるため、及びそれらが本発明のよりよい理解を必ずしも容易にするわけでないため、このような要素の記載は本明細書に提供されない。
更に、本明細書に明記されている工程の特定の順序に依拠しないことの範囲内において、工程の特定の順序は請求項に対する制限と解釈されるべきでない。本発明の方法を対象とした請求項は、書かれた順序における工程の実行に限定されるべきでない、また当業者は工程が変わり得るものであってかつ本発明の精神及び範囲内に依然留まり得ることを容易に認識できる。
〔実施の態様〕
（１） ２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有する単相ＭｇＺｎ合金を含み、
０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、
前記合金の残部がＭｇである、組成物。
（２） ＭｇＺｎ合金よりも卑なナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有する、ＭｇＺｎＣａ合金を含み、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、前記合金の残部がＭｇである、組成物。
（３） Ｍｇマトリックス合金よりも卑なナノサイズ析出物、ＭｇＺｎ合金よりも貴な複数のナノサイズ析出物を含有し、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有する、ＭｇＺｎＣａ合金を含み、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、残部がＭｇである、組成物。
（４） 各合金が、５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素（total other elements）を含有する、実施態様１〜３のいずれかに記載の組成物。
（５） 各合金が、２ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する、実施態様１〜４のいずれかに記載の組成物。
（６） 各合金が、１ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する、実施態様１〜４のいずれかに記載の組成物。
（７） 各合金が、０．５ｐｐｍ未満の、全ての他の元素を含有する、実施態様１〜４のいずれかに記載の組成物。
（８） 前記他の元素が、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｒ、及びＰのうちの１つ又は２つ以上を含む、実施態様１〜７のいずれかに記載の組成物。
（９） 各合金が、０．１ｐｐｍ未満のＮｉを含有する、実施態様１〜７のいずれかに記載の組成物。
（１０） 前記組成物が、０．００１重量％未満の希土類元素を含む、実施態様１〜８のいずれかに記載の組成物。
（１１） 前記土類元素が、Ｓｃ、Ｙ、５７〜７１の範囲の原子番号を有するランタニド元素、及び８９〜１０３の範囲の原子番号を有するアクチニド元素のうちの１つ又は２つ以上を含む、実施態様１０に記載の組成物。
（１２） 前記Ｍｇよりも卑なナノサイズ析出物が、Ｍｇ６Ｚｎ３Ｃａ２を含む、実施態様２〜１１のいずれかに記載の組成物。
（１３） 前記Ｍｇよりも貴なナノサイズ析出物が、Ｍｎ−Ｚｎを含む、実施態様３〜１１のいずれかに記載の組成物。
（１４） 各合金が、１０μｍ未満の粒度を有する、実施態様１〜１３のいずれかに記載の組成物。
（１５） 各合金が、少なくとも２００ＭＰａの降伏強度を有する、実施態様１〜１４のいずれかに記載の組成物。
（１６） 各合金が、少なくとも２５０ＭＰａの最大引張強度を有する、実施態様１〜１５のいずれかに記載の組成物。
（１７） 各合金が、少なくとも１５％の破断点伸びを有する、実施態様１〜１６のいずれかに記載の組成物。
（１８） 実施態様１〜１７のいずれかに記載の合金を含む、インプラント。
（１９） 各インプラントが、模擬体液において測定される、１日当たり０．５ｍｇ／ｃｍ２未満のインビトロ分解速度を有する、実施態様１８に記載のインプラント。
（２０） 前記インプラントが、整形外科用インプラントである、実施態様１８〜１９のいずれかに記載のインプラント。
（２１） 前記整形外科用インプラントが、以下：釘、スクリュ、ステープル、プレート、ロッド、鋲、ボルト、係止用ボルト及びＩＭ釘、アンカー、合わせピン、プラグ、ペグ、スリーブ、メッシュ、トランスコネクタ（transconnector）、ナット、成形体、脊椎ケージ、ワイヤ、Ｋ−ワイヤ、織物構造体、クランプ、副木、足場、発泡体、並びにハニカム構造体のうちの１つ又は２つ以上を含む、実施態様２０に記載のインプラント。
（２２） 前記インプラントが、非整形外科用インプラントである、実施態様１８〜１９のいずれかに記載のインプラント。
（２３） 前記非整形外科用インプラントが、心臓血管ステント、神経ステント、及び椎体形成ステントを含む、実施態様２２に記載のインプラント。
（２４） 前記インプラントが、マイクロガルバニ元素（microgalvanic elements）を含有するマグネシウム合金から作製されたインプラントと比較して、より低い分解速度を有する、実施態様１８〜２３のいずれかに記載のインプラント。
（２５） 実施態様１及び４〜１７のいずれかに記載の組成物を生成する方法であって、
（ａ）（ｉ）少なくとも９９．９９７重量％の純度を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有する、超高純度マグネシウムと、（ｉｉ）少なくとも９９．９９９重量％の純度を有する最大６重量％の亜鉛と、を含有する混合物を鋳造する工程であって、前記鋳造は、不活性雰囲気及び不活性反応容器において行われる、工程と、
（ｂ）前記鋳造合金を、第１の温度がＭｇ−Ｚｎの共晶温度よりも低く、第２の温度がＭｇ−Ｚｎの共晶温度よりも高い、２つの異なる温度で加熱し、それによって、２．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有する、単相ＭｇＺｎ合金を形成する工程と、
（ｃ）前記合金を所望の形状に押出する工程と、を含む、方法。
（２６） 実施態様２〜１７のいずれかに記載の組成物を生成する方法であって、
（ａ）（ｉ）少なくとも９９．９９７重量％の純度を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有する、超高純度マグネシウムと、（ｉｉ）少なくとも９９．９９９重量％の純度を有する３．０重量％〜６．０重量％の亜鉛と、（ｉｉｉ）少なくとも９９．９重量％の純度を有する０．０００５重量％〜１．０重量％のカルシウム金属と、を含有する混合物を鋳造する工程であって、前記鋳造は、不活性雰囲気及び不活性反応容器において行われる、工程と、
（ｂ）前記鋳造合金を、第１の温度がＭｇ−Ｚｎの共晶温度よりも低く、第２の温度が三元Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃａ系の共晶温度よりも高い、２つの異なる温度で加熱し、それによって、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎを含有し、カルシウム含量が０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲であり、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、残部がＭｇである、ＭｇＺｎＣａ合金を形成する工程と、
（ｃ）前記合金を所望の形状に押出する工程と、任意で、
（ｄ）前記成形した合金を少なくとも１４０℃まで加熱して、ＭｇＺｎＣａ合金全体に分散されるより貴なナノサイズ析出物を形成する工程と、を含む、方法。
（２７） ３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％の範囲のカルシウム含量を有する、ＭｇＺｎＣａ合金を含み、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素が二次相に位置し、前記合金の残部がＭｇであり、前記ＭｇＺｎＣａ合金が、前記Ｍｇ残部よりも卑なナノサイズ析出物を含有する、組成物。

Claims (1)

  1. ＭｇＺｎＣａ合金を含み、前記ＭｇＺｎＣａ合金はナノサイズ析出物を含有し、前記ＭｇＺｎＣａ合金は、３．０重量％のＺｎ〜６重量％のＺｎの範囲のＺｎ含量及び０．０００５重量％〜１．０重量％のＣａの範囲のカルシウム含量を有し、０．００１重量％未満の１つ又は２つ以上の他の元素を有し、前記ＭｇＺｎＣａ合金の残部がＭｇであり、前記ナノサイズ析出物は前記Ｍｇ残部よりも卑であり、前記ＭｇＺｎＣａ合金の形成に用いられている前記Ｍｇが少なくとも９９．９９７重量％の純度を持つ、医療用インプラント。
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