JP5744755B2 - 生体分解性合金を含む植込み型医療装置 - Google Patents
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Description
本発明は、2009年1月8日に出願された米国仮特許出願第61／143,378号、2009年4月10日に出願された同第61／168,554号、および2009年11月11日に出願された同第61／260,363号の優先権を主張するものであり、なお、当該各仮特許の内容は、参照により本明細書に明確に組み入れられる。
発明の分野
本発明は、植込み型医療装置の製造に有用な生体分解性材料、具体的には、最初に植え込まれた時に高強度を提供し得るが徐々に浸食されて生体組織と置き換えられるような金属合金を含む生体分解性組成物に関する。
本発明は、植込み型医療装置の製造に有用な生体分解性材料、具体的には、最初に植え込まれた時に高強度を提供し得るが徐々に浸食されて生体組織と置き換えられるような金属合金を含む生体分解性組成物に関する。
発明の背景
一時的または半永久的なインプラント用の医療装置は、多くの場合、ステンレス鋼で製造される。ステンレス鋼は、強固で、かなりの負荷に耐える能力を有し、体内において適度に不活性であり、体液中においても溶解されず、ならびに何十年とはいかないまでも、長年にわたって耐久性である。しかしながら、医療インプラントが長期にわたって存在し続けることは、必ずしも望ましいとは限らない。骨を固定するための多くの装置は問題となるため、骨が治癒してしまえば、実質的に手術によって除去する必要がある。同様に、短期的な装置、例えば、組織用ステープルなども、組織が治癒した後に除去しなければならず、このことがそれらの体内での使用を制限している。
一時的または半永久的なインプラント用の医療装置は、多くの場合、ステンレス鋼で製造される。ステンレス鋼は、強固で、かなりの負荷に耐える能力を有し、体内において適度に不活性であり、体液中においても溶解されず、ならびに何十年とはいかないまでも、長年にわたって耐久性である。しかしながら、医療インプラントが長期にわたって存在し続けることは、必ずしも望ましいとは限らない。骨を固定するための多くの装置は問題となるため、骨が治癒してしまえば、実質的に手術によって除去する必要がある。同様に、短期的な装置、例えば、組織用ステープルなども、組織が治癒した後に除去しなければならず、このことがそれらの体内での使用を制限している。
生体分解性材料を作製する試みは、従来からポリマー性組成物に集中している。一例が、米国特許第5,932,459号（特許文献1）に記載されており、当該特許は、生体分解性の両親媒性ポリマーを対象としている。別の例は、米国特許第6,368,356号（特許文献2）に記載されており、当該特許は、医療装置での使用のための生体分解性ポリマー性ヒドロゲルを対象としている。骨固定での使用のための生体分解性材料は、米国特許第5,425,769号（特許文献3）に記載されており、当該特許はCaSO4繊維状コラーゲン混合物を対象としている。ならびに、米国特許第7,268,205号（特許文献4）には、ネジなどの骨留め具の製造での生体分解性ポリヒドロキシアルカノエートの使用について記載されている。しかしながら、今日までに開発されたいずれの生体分解性ポリマー性材料も、当該材料によってかなりの負荷を支えなければならない場合、または植え込みの際に当該材料が可塑的に変形する必要がある場合、または金属の他の本来の性質のいずれかが当該材料に求められる場合に、好適に実施するのに十分な強度を示していない。例えば、米国特許第7,268,205号（特許文献4）に記載されているポリヒドロキシアルカノエート組成物は、それ自体が重量に耐えるのに十分な強度を有しておらず、骨セグメントの一時的固定によって増強しなければならない。さらに、生体分解性ポリマー性材料は、それらが分解するよりかなり速く強度を失う傾向があり、これは、ストレス下においては、当該材料の一部がより反応性を示す傾向にあり、それによって、負荷に耐えている領域において優先的に溶解および崩壊が生じるためである。
したがって、金属、特に鉄鋼は、多くの医療用プラントの構築のために好ましい。鉄鋼の性能特性は、多くの耐荷重性医療装置の機械的要件を非常によく満たしている。普通の鉄鋼化合物は、ステンレス鋼とは異なり、体液中において分解するであろうが、それらは、生体分解性植込み型医療装置における使用に好適ではない。これは、普通の鉄鋼は、一度に、身体によって容易に処理され得る一分子または分子群として、予測可能な方法において分解しないためである。むしろ、普通の鉄鋼は、それらの大きな粒状構造に起因して、最初に粒界において分解することにより崩壊する傾向があり、その結果、医療装置における亀裂および分離、それに続く強度および無欠陥性の急速な減少ならびに微粒子化を生じる。医療装置の微粒子化は、それにより、装置の小片が植え込まれたエリアから離れることが可能となり、他の組織に留まって、それが、臓器不全、心臓発作、および卒中などを含めた深刻な傷害の原因となり得るために、非常に危険である。通常、普通の鉄鋼は、体内に放出された場合に有毒である合金化元素を含有するという事実によっても、植込み型医療装置における普通の鉄鋼の使用は複雑である。
鉄鋼に関連する所望の特性を有するが生体分解性でもあるような植込み型医療装置の開発が、当該分野において必要とされている。
本発明は、一部において、例えば微細粒子の、実質的にオーステナイト組織を有するある特定の金属合金が、塞栓を形成することなく、時間と共に生体分解するであろうという発見に基づいている。本発明は、一部において、例えば実質的にマルテンサイト組織を有するある特定の金属合金が、塞栓を形成することなく、時間と共に生体分解するであろうという発見に基づいている。そのような合金は、生体分解性植込み型医療装置の製造において有用である。
したがって、一局面において、本発明は、外面から徐々に溶解する生体分解性合金を含む、植込み型医療装置を提供する。ある特定の態様において、合金の外面からの溶解速度は、外面の滑らかな部分（例えば、実質的に平面、凹面、または凸面）の全域で実質的に一様である。ある特定の態様において、当該合金は、微細粒子の実質的にオーステナイト組織を有する。関連する態様において、当該合金は、粒界において優先的には分解しない、実質的にオーステナイト組織を有する。他の態様において、当該合金は、実質的にマルテンサイト組織を有する。
ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、構造において実質的にオーステナイトでありかつ約0.5ミクロン〜約20ミクロンの平均粒径を有するような合金を含む。例えば、ある特定の態様において、当該平均粒径は、約0.5ミクロン〜約5.0ミクロン、または約1.0ミクロン〜約2.0ミクロンである。ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、構造において実質的にオーステナイトである合金を含み、この場合、個々の粒子の表面積対体積比は、平均で0.1μ-1を超える。例えば、ある特定の態様において、個々の粒子の表面積対体積比は、平均で1.0μ-1を超える。
ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、鉄合金（例えば、鉄鋼）である合金を含む。例えば、ある特定の態様において、当該合金は、約55％〜約80％の鉄を含有する。ある特定の態様において、当該合金は、少なくとも2種の非鉄元素を含有し、この場合、当該少なくとも2種の非鉄元素のそれぞれは、少なくとも約0.5％の量で存在し、ならびに当該少なくとも2種の元素の総量が占める割合は、当該合金の約20％を超える。ある特定の態様において、当該合金の約5％を超える割合が、鉄、クロム、ニッケル、および炭素以外の元素から成る。ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、約0.1％未満のニッケルを含有する合金を含む。ある特定の態様において、当該合金は、約0.1％未満のバナジウムを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、約4.0％未満のクロムを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、約6.0％未満のコバルトを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、約0.1％未満のニッケル、約0.1％未満のバナジウム、約4.0％未満のクロム、および約6.0％未満のコバルトを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、ルビジウム、およびオスミウムからなるセットにおいて、各元素を約0.1％未満において含有する。ある特定の態様において、当該合金は、約0.01％未満のリンを含有する。
ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、オーステナイト化促進成分を含む合金を含む。ある特定の態様において、合金中のオーステナイト化促進成分の量は、約10％を超える。ある特定の態様において、当該オーステナイト化促進成分は、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、およびケイ素からなるリストより選択される1種または複数種の元素を含む。ある特定の態様において、当該オーステナイト化促進成分は、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、炭素、および窒素からなるリストより選択される1種または複数種の元素を含み、この場合、％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）は、約12％を超える（例えば、約14％、約16％、約18％、約19％、または約20％を超える）。
ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、耐食性成分を含む合金を含む。ある特定の態様において、合金中の当該耐食性成分の量は、約10％未満（例えば、約0.5％〜約10％）である。ある特定の態様において、当該耐食性成分は、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、およびハフニウムからなるリストより選択される1種または複数種の元素を含む。ある特定の態様において、当該耐食性成分は、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、およびハフニウムからなるリストより選択される1種または複数種の元素を含み、この場合、％クロム＋％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）は、約0.5％〜約7％（例えば、約6.0％、約5.5％、約5.0％、約4.5％、約4.0％、約3.5％、または約3.0％）である。
ある特定の態様において、当該合金は、オーステナイト化促進成分および耐食性成分を含む。ある特定の態様において、合金中の当該オーステナイト化促進成分の量は、約10％を超え、ならびに合金中の当該耐食性成分の量は、約0.5％〜約10％である。
ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、（例えば、分離した骨セグメントの治療のための）高張力骨アンカーである。他の態様において、当該植込み型医療装置は、（例えば、骨折した骨セグメントの締結のための）高張力骨ネジである。他の態様において、当該植込み型医療装置は、（例えば、大きな骨のための）高張力骨固定装置である。他の態様において、当該植込み型医療装置は、組織を締結するためのステープルである。他の態様において、当該植込み型医療装置は、頭蓋顎顔面再建用プレートまたは留め具である。他の態様において、当該植込み型医療装置は、歯科インプラント（例えば、再建歯科インプラント）である。さらに他の態様において、当該植込み型医療装置は、ステント（例えば、ヒトまたは動物の体の器官において開口部の管腔を維持するため）である。
ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、表面積対質量比を最大化する幾何学構造を備える。例えば、ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、当該装置の表面に1つまたは複数の開口部（例えば、凹部）を含むか、または当該装置の中を通る1つまたは複数の通路を備える。
ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、さらに、治療剤を含む。ある特定の態様において、当該治療剤は、当該装置の表面上にコーティングされる。他の態様において、当該治療剤は、装置の本体中に（例えば、当該植込み型医療装置を形成する合金の細孔の中に、または当該装置の表面の凹部の中に、または当該装置の中を通る通路の中に）組み入れられる。
ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、さらに、生体分解性ゲルを含む。ある特定の態様において、当該生体分解性ゲルは、当該装置の表面上にコーティングされる。他の態様において、当該生体分解性ゲルは、当該装置の本体中（例えば、当該植込み型医療装置を形成する合金の細孔の中に、または当該装置の表面の凹部の中に、または当該装置の中を通る通路の中に）に組み入れられる。ある特定の態様において、当該生体分解性ゲルは、治療剤を含む。
別の局面において、本発明は、本発明の植込み型医療装置を収容する容器を提供する。ある特定の態様において、当該容器は、さらに、取扱説明書を含む（例えば、当該植込み型医療装置を医療処置に使用するため）。
以下に、本発明の基本的な諸特徴および種々の態様を列挙する。
［１］
生体分解性合金を含む植込み型医療装置であって、該合金が、構造において実質的にオーステナイトであり、かつ該合金が、約0.5ミクロン〜約20ミクロンの範囲の平均粒径、または個々の粒子に対する平均で0.1μ -1 を超える表面積対体積比を有する、植込み型医療装置。
［２］
平均粒径が、約0.5ミクロン〜約5.0ミクロンである、［1］記載の植込み型医療装置。
［３］
平均粒径が、約1.0ミクロン〜約2.0ミクロンである、［1］記載の植込み型医療装置。
［４］
個々の粒子に対する表面積対体積比が平均で1.0μ -1 を超える、［1］記載の植込み型医療装置。
［５］
骨ネジ、骨アンカー、組織ステープル、頭蓋顎顔面再建用プレート、留め具、再建歯科インプラント、またはステントである、［1］記載の植込み型医療装置。
［６］
前記合金が、オーステナイト化促進成分および耐食性成分を含み、かつ前記合金中のオーステナイト化促進成分の総量が約10％を超え、かつ耐食性成分の総量が約0.5％〜約10％である、［1］記載の植込み型医療装置。
［７］
前記合金が、約0.1％未満のニッケルおよび約0.1％未満のバナジウムを含有する、［1］記載の植込み型医療装置。
［８］
前記合金が、約4％未満のクロムを含有する、［1］記載の植込み型医療装置。
［９］
前記合金が、約6％未満のコバルトを含有する、［1］記載の植込み型医療装置。
［１０］
前記合金が、約0.1％未満のニッケル、約0.1％未満のバナジウム、約4％未満のクロム、および約6％未満のコバルトを含有する、［1］記載の植込み型医療装置。
［１１］
前記合金が、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、ケイ素、またはそれらの任意の組み合わせを含むオーステナイト化促進成分を含み、かつ％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）が約12％を超える、［1］記載の植込み型医療装置。
［１２］
前記合金が、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む耐食性成分を含み、かつ％クロム＋％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）が約0.5％〜約7％である、［1］記載の植込み型医療装置。
［１３］
前記合金が、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、ケイ素、またはそれらの任意の組み合わせを含むオーステナイト化促進成分を含み、％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）が約12％を超え、かつ前記合金が、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む耐食性成分を含み、％クロム＋％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）が約0.5％〜約7％である、［1］記載の植込み型医療装置。
［１４］
治療剤でコーティングされている、［1］記載の植込み型医療装置。
［１５］
生体分解性ヒドロゲルでコーティングされている、［1］記載の植込み型医療装置。
［１６］
表面積対質量比を最大化する幾何学構造を含む、［1］記載の植込み型医療装置。
［１７］
へこみ開口部または通路を備える、［1］記載の植込み型医療装置。
［１８］
生体分解性合金を含む植込み型医療装置であって、該合金が、構造において実質的にマルテンサイトであり、かつ鉄、炭素、耐食性成分、およびオーステナイト化促進成分を含む、植込み型医療装置。
［１９］
約65％〜約75％の鉄、約0.1％〜約0.3％の炭素、約2.0％〜約6.0％の耐食性成分、および約20％〜約30％のオーステナイト化促進成分を含有する、［18］記載の植込み型医療装置。
［２０］
［1］記載の植込み型医療装置と、該植込み型医療装置を医療処置に使用するための取扱説明書とを収容する容器。
［２１］
［18］記載の植込み型医療装置と、該植込み型医療装置を医療処置に使用するための取扱説明書とを収容する容器。
本発明およびその追加的態様については、以下の詳細な説明において、さらに詳しく説明されるであろう。
［１］
生体分解性合金を含む植込み型医療装置であって、該合金が、構造において実質的にオーステナイトであり、かつ該合金が、約0.5ミクロン〜約20ミクロンの範囲の平均粒径、または個々の粒子に対する平均で0.1μ -1 を超える表面積対体積比を有する、植込み型医療装置。
［２］
平均粒径が、約0.5ミクロン〜約5.0ミクロンである、［1］記載の植込み型医療装置。
［３］
平均粒径が、約1.0ミクロン〜約2.0ミクロンである、［1］記載の植込み型医療装置。
［４］
個々の粒子に対する表面積対体積比が平均で1.0μ -1 を超える、［1］記載の植込み型医療装置。
［５］
骨ネジ、骨アンカー、組織ステープル、頭蓋顎顔面再建用プレート、留め具、再建歯科インプラント、またはステントである、［1］記載の植込み型医療装置。
［６］
前記合金が、オーステナイト化促進成分および耐食性成分を含み、かつ前記合金中のオーステナイト化促進成分の総量が約10％を超え、かつ耐食性成分の総量が約0.5％〜約10％である、［1］記載の植込み型医療装置。
［７］
前記合金が、約0.1％未満のニッケルおよび約0.1％未満のバナジウムを含有する、［1］記載の植込み型医療装置。
［８］
前記合金が、約4％未満のクロムを含有する、［1］記載の植込み型医療装置。
［９］
前記合金が、約6％未満のコバルトを含有する、［1］記載の植込み型医療装置。
［１０］
前記合金が、約0.1％未満のニッケル、約0.1％未満のバナジウム、約4％未満のクロム、および約6％未満のコバルトを含有する、［1］記載の植込み型医療装置。
［１１］
前記合金が、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、ケイ素、またはそれらの任意の組み合わせを含むオーステナイト化促進成分を含み、かつ％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）が約12％を超える、［1］記載の植込み型医療装置。
［１２］
前記合金が、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む耐食性成分を含み、かつ％クロム＋％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）が約0.5％〜約7％である、［1］記載の植込み型医療装置。
［１３］
前記合金が、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、ケイ素、またはそれらの任意の組み合わせを含むオーステナイト化促進成分を含み、％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）が約12％を超え、かつ前記合金が、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む耐食性成分を含み、％クロム＋％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）が約0.5％〜約7％である、［1］記載の植込み型医療装置。
［１４］
治療剤でコーティングされている、［1］記載の植込み型医療装置。
［１５］
生体分解性ヒドロゲルでコーティングされている、［1］記載の植込み型医療装置。
［１６］
表面積対質量比を最大化する幾何学構造を含む、［1］記載の植込み型医療装置。
［１７］
へこみ開口部または通路を備える、［1］記載の植込み型医療装置。
［１８］
生体分解性合金を含む植込み型医療装置であって、該合金が、構造において実質的にマルテンサイトであり、かつ鉄、炭素、耐食性成分、およびオーステナイト化促進成分を含む、植込み型医療装置。
［１９］
約65％〜約75％の鉄、約0.1％〜約0.3％の炭素、約2.0％〜約6.0％の耐食性成分、および約20％〜約30％のオーステナイト化促進成分を含有する、［18］記載の植込み型医療装置。
［２０］
［1］記載の植込み型医療装置と、該植込み型医療装置を医療処置に使用するための取扱説明書とを収容する容器。
［２１］
［18］記載の植込み型医療装置と、該植込み型医療装置を医療処置に使用するための取扱説明書とを収容する容器。
本発明およびその追加的態様については、以下の詳細な説明において、さらに詳しく説明されるであろう。
発明の詳細な説明
本明細書において使用される場合、用語「パーセンテージ」は、合金中の要素の量を意味するために使用される場合において、重量ベースのパーセンテージを意味する。しかしながら、耐食性成分およびオーステナイト化促進成分の「重量パーセンテージ」は、当該重量パーセンテージが必ずしも実際の重量ベースのパーセンテージに一致することを必要としないような方式において計算される。
本明細書において使用される場合、用語「パーセンテージ」は、合金中の要素の量を意味するために使用される場合において、重量ベースのパーセンテージを意味する。しかしながら、耐食性成分およびオーステナイト化促進成分の「重量パーセンテージ」は、当該重量パーセンテージが必ずしも実際の重量ベースのパーセンテージに一致することを必要としないような方式において計算される。
本発明の目的は、対象（例えば、ヒト対象または動物対象）の体内への一時的植え込みのための医療装置を提供することであり、この場合、当該装置は、生体分解性合金を用いて作製される。当該生体分解性合金は、ステンレス鋼ではないがその代わりに通常の生体化学反応を伴う反応を受けて時間と共に生体分解または生体吸収されて通常の生体プロセスによって除去されるような合金である。本発明の別の目的は、分解され身体によって処理される際に無毒および／または非アレルギー性であるような生体分解性合金を使用して作製された植込み型医療装置を提供することである。本発明のさらに別の目的は、磁化率をほとんどまたは全く有さずMRI画像を歪ませない生体分解性合金を使用して作製された植込み型医療装置を提供することである。
したがって、本発明は、一部において、例えば微細粒子の、実質的にオーステナイト組織を有するある特定の合金が、塞栓を形成することなく、時間と共に生体分解するであろうという発見に基づいている。これらのオーステナイト合金は、ほとんどまたはまったく磁化率を示さず、当該合金中に組み入れられた様々な金属（例えば、クロムおよびニッケル）の量を制御することによって、無毒および／または非アレルギー性にすることができる。本発明は、一部において、例えば、実質的にマルテンサイト組織を有するある特定の合金が、塞栓を形成することなく、時間と共に生体分解するであろうという発見に基づいている。これらのマルテンサイト合金は、当該合金中に組み入れられた様々な金属（例えば、クロムおよびニッケル）の量を制御することによって、無毒および／または非アレルギー性にすることも可能である。当該合金は、対象（例えば、ヒトまたは他の動物）の体を治癒するために使用されるが対象が治癒した後には不要となるような、様々な植込み型医療装置に組み入れることができる。当該合金は、例えば、高強度を必要とする生体分解性植込み型医療装置、例えば、体重支持骨の骨留め具など、を作製するために使用することができる。当該合金は、延性を必要とする生体分解性植込み型医療装置、例えば、組織固定のための外科用ステープルなどを作製するためにも使用することができる。
したがって、一局面において、本発明は、外面から溶解する生体分解性合金を含む、植込み型医療装置を提供する。本明細書において使用される場合、「合金」なる用語は、2種以上の金属元素を含む化学元素の混合物を意味する。本発明の植込み型医療装置の作製に好適な生体分解性合金は、例えば、鉄合金（例えば、鉄鋼）であり得る。ある特定の態様において、当該鉄合金は、約55％〜約65％、約57.5％〜約67.5％、約60％〜約70％、約62.5％〜約72.5％、約65％〜約75％、約67.5％〜約77.5％、約70％〜約80％、約72.5％〜約82.5％、または約75％〜約85％の鉄を含む。当該鉄合金は、さらに、1種または複数種の非鉄金属元素を含む。当該1種または複数種の非鉄金属元素としては、例えば、遷移金属元素、例えば、マンガン、コバルト、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、白金、パラジウム、イリジウム、レニウム、オスミウム、ロジウムなど、あるいは非遷移金属、例えば、アルミニウムなど、が挙げられる。ある特定の態様において、当該鉄合金は、少なくとも2種の非鉄金属元素を含む。当該少なくとも2種の非鉄元素は、少なくとも約0.5％（例えば、少なくとも、約1.0％、約1.5％、約2.0％、約2.5％、約3.0％、約4.0％、約5.0％、またはそれ以上）の量で存在し得る。ある特定の態様において、当該鉄合金は、少なくとも2種の非鉄金属元素を含み、この場合、当該少なくとも2種の非鉄元素のそれぞれは、少なくとも約0.5％の量で存在し、ならびに、当該少なくとも2種の元素の総量は、少なくとも約15％（例えば、少なくとも、約17.5％、約20％、約22.5％、約25％、約27.5％、約30％、約32.5％、約35％、約37.5％、または約40％）である。当該生体分解性合金は、1種または複数種の非金属元素も含み得る。好適な非金属元素としては、例えば、炭素、窒素、およびケイ素が挙げられる。ある特定の態様において、当該鉄合金は、少なくとも約0.01％（例えば、約0.01％〜約0.10％、約0.05％〜約0.15％、約0.10％〜約0.20％、約0.15％〜約0.25％、または約0.20％〜約0.30％）の少なくとも1種の非金属元素を含む。
本発明の植込み型医療装置における使用に好適な生体分解性合金は、それらが、それらの寿命のより長い期間においてそれらの強度を維持しかつ微粒子または塞栓を生じないように、外部から内部に向かって分解するように設計される。理論によって束縛されるものではないが、これは、反応性の高い粒界を有さず、表面分子層において分解を生じるように強いる合金構造を提供するか、あるいは均質で粒子を含まない材料として機能するような非常に微細な粒子合金を提供することによって、達成されると考えられる。ある特定の態様において、好適な生体分解性合金の外面からの溶解速度は、外面の各位置において実質的に一様である。これに関連して本明細書において使用される場合、「実質的に一様」とは、外面上の特定の位置からの溶解速度が、同じ外面上の任意の他の位置での溶解速度の+/-10％であることを意味している。当業者であれば理解するように、これらの態様において想定されるタイプの「外面」は、滑らかで連続したもの（すなわち、実質的に平面、凹面、凸面など）であり、溶解速度がはるかに高くなりやすい場所である鋭い端部または同様のそのような不連続部分を含まない。「実質的に」平面、凹面、または凸面は、表面より0.5mmを超えて隆起しているかまたは落ち込んでいる任意の突起、長く延びた隆起、または溝を含まない平面、凹面、または凸面などの表面である。
鉄鋼合金は、それらの主成分として鉄を有する。鉄鋼は、（i）鉄と共に合金化された元素と（ii）合金の加工履歴との組み合わせに応じて、異なる構造形態、例えば、フェライト、オーステナイト、マルテンサイト、セメンタイト、パーライト、およびベイナイトなどを有し得る。場合によって、同じ組成を有する鉄鋼が、異なる構造を有する場合もある。例えば、マルテンサイト鋼は、オーステナイト鋼に由来し得る高張力鋼の形態である。オーステナイト鋼を1750°F〜1950°Fの間に加熱し、次いでそれをマルテンサイト転移温度より低い温度に急冷することにより、オーステナイト鋼の面心立方構造は、体心立方マルテンサイト組織へと再配向し、ならびにマルテンサイト組織は、その位置に凍結される。マルテンサイト鋼は、ほとんど粒界を有しておらず、したがって、鉄鋼内部への一次溶解経路を提供しない。結果として、塞栓を形成することなく、外側からゆっくりと溶解する。マルテンサイト材料の冶金学的試験により、かつてオーステナイト粒界が存在し、前構造の非反応性の痕跡が残る場所には、「旧オーステナイト粒界」が示されるであろう。
したがって、ある特定の態様において、本発明の生体分解性植込み型医療装置は、実質的にマルテンサイト組織を有する合金（例えば、鉄合金）を含む。本明細書において使用される場合、「実質的にマルテンサイト組織」なる用語は、少なくとも90％のマルテンサイト組織を有する合金を意味する。ある特定の態様において、当該合金は、少なくとも、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％、またはそれ以上のマルテンサイト組織を有する。
当該マルテンサイト合金は、本明細書において説明された任意の合金の組成を有し得る。例えば、ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、本明細書において説明されたオーステナイト合金から形成される。ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、炭素、クロム、ニッケル、モリブデン、コバルト、またはそれらの組み合わせを含む。例えば、ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、（i）炭素、（ii）クロムおよび／またはモリブデン、ならびに（iii）ニッケルおよび／またはコバルトを含む。ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約0.01％〜約0.15％、約0.05％〜約0.20％、約0.10％〜約0.25％、約0.01％〜約0.05％、約0.05％〜約0.10％、約0.10％〜約0.15％、または約0.15％〜約0.20％の炭素を含む。ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約0.1％〜約6.0％、約1.0％〜約3.0％、約2.0％〜約4.0％、約3.0％〜約5.0％、または約4.0％〜約6.0％のクロムを含む。ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約0.1％〜約6.0％、約0.5％〜約2.5％、約1.0％〜約3.0％、約1.5％〜約3.5％、約2.0％〜約4.0％、約2.5％〜約4.5％、約3.0％〜約5.0％、約3.5％〜約5.5％、または約4.0％〜約6.0％のモリブデンを含む。ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約5.0％〜約9％、約6.0％〜約10％、約7.0％〜約11％、約8.0％〜約12％、約9.0％〜約13％、約10％〜約14％、または約11％〜約15％のニッケルを含む。ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約5.0％〜約10％、約7.5％〜約12.5％、約10％〜約15％、約12.5％〜約17.5％、または約15％〜約20％のコバルトを含む。
ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約2.0％〜約6.0％、約3.0％〜約7.0％、約3.5％〜約7.5％、約4.0％〜約8.0％、約4.5％〜約8.5％、または約5.0％〜約9.0％の耐食性成分を含む。ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約2.5％、約3.0％、約3.5％、約4.0％、約4.5％、約5.0％、約5.5％、または約6.0％の耐食性成分を含む。ある特定の態様において、当該耐食性成分は、合金中の耐食性元素（例えば、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなど）のパーセンテージの合計として算出される。他の態様において、当該耐食性成分は、合金中の耐食性元素の加重和として算出される。ある特定の態様において、当該加重和における個々の元素は、クロムと比較したときのそれらの耐食性効力に従って重み付けされる。ある特定の態様において、耐食性成分の重み付けされた％は、式：％クロム＋％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）に従って特定される。
ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、少なくとも約10％、約15％、約18％、約20％、約22％、または約24％のオーステナイト化促進成分を含有する。例えば、ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約10％〜約20％、約15％〜約25％、約20％〜約30％、約25％〜約35％、約30％〜約40％のオーステナイト化促進成分を含有する。ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約22％、約23％、約24％、約25％、約26％、約27％、または約28％のオーステナイト化促進成分を含む。ある特定の態様において、オーステナイト化促進成分は、オーステナイト化促進元素（例えば、ニッケル、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、ケイ素など）のパーセンテージの合計として算出される。他の態様において、当該オーステナイト化促進成分は、合金中のすべてのオーステナイト化促進元素の加重和として算出される。ある特定の態様において、加重和における個々の元素は、ニッケルと比較したときのそれらのオーステナイト化促進効力に従って重み付けされる。ある特定の態様において、オーステナイト化促進成分の重み付けされた％は、式：％ニッケル＋％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）に従って算出される。
ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約2.0％〜約4.0％、約3.0％〜約5.0％、または約4.0％〜約6.0％の耐食性成分と、約10％〜約20％、約15％〜約25％、約20％〜約30％、約25％〜約35％、または約30％〜約40％のオーステナイト化促進成分とを含む。例えば、ある特定の態様において、当該マルテンサイト合金は、約3.0％〜約5.0％の耐食性成分と、約20％〜約30％のオーステナイト化促進成分を含む。ある特定の態様において、当該耐食性成分およびオーステナイト化促進成分は、それぞれ、耐食性元素およびオーステナイト化促進元素のパーセンテージの合計として算出される。他の態様において、当該耐食性成分およびオーステナイト化促進成分は、それぞれ、耐食性元素およびオーステナイト化促進元素の加重和として算出される。
マルテンサイト合金は、粒界を欠くという望ましい特性を有し、その一方で、オーステナイト合金は、磁化率が低く、強い磁界に晒される場合に有用であり得ることから、医療インプラントにおいて特に有用である。低い磁化率を有することは、非常に強い磁界を用いる磁気共鳴映像法（MRI）を将来的に必要とするであろう患者において使用することができるために、医療インプラントにとって望ましい。強い磁界中の磁気反応性合金は、加熱され、その結果として、インプラントを囲んでいる組織への局所的組織ストレスおよび損傷の原因となり得る。さらに、磁気反応性インプラントは、MRI画像を歪め、それらを判読できなくする。その上、オーステナイト合金は、マルテンサイト合金と比較した場合に、弾性限界（降伏点）と究極的破壊との間においてより大きな塑性変形に耐えるので、ある特定の機械的恩恵を提供し得る。例えば、マルテンサイト合金は、約16％〜20％の最大伸長を有し得るが、その一方で、オーステナイト合金は、約50％〜60％の最大伸長を有し得る。
したがって、ある特定の態様において、本発明の生体分解性植込み型医療装置は、実質的にオーステナイト組織を有する合金（例えば、鉄合金）を含む。本明細書において使用される場合、「実質的にオーステナイト組織」なる用語は、少なくとも85％のオーステナイト組織を意味する。ある特定の態様において、当該合金は、少なくとも88％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％、またはそれ以上のオーステナイト組織を有する。ある特定の態様において、当該オーステナイト合金は、実質的にマルテンサイト組織またはフェライト組織を有さない。本明細書において使用される場合、「実質的にマルテンサイト組織またはフェライト組織を有さない」なる用語は、5％未満（例えば、4％未満、3％未満、2％未満、1％未満、0.5％未満、0.2％未満、0.1％未満、または0.05％未満）のマルテンサイト組織またはフェライト組織を意味する。ある特定の態様において、当該オーステナイト合金は、約40％〜約65％（例えば、約50％〜約60％）の最大伸長によって特徴付けられる。
オーステナイト鋼は、不規則な形状に形成された境界の粒子を有する。オーステナイトは、面心立方構造であるため、当該粒子は、主な格子面に対して垂直に見た場合に、立方体である傾向を有する。非常に低い炭素含有量または非常に低いクロム含有量のいずれかのオーステナイト合金においては、微細な粒径（1辺が約0.5〜約5.0ミクロン）の構造を形成することが可能である。2.5ミクロンの立方体オーステナイト粒子は、表面積対体積比2.4μ-1および総質量0.12マイクログラムに対して、総表面積37.5平方ミクロンおよび体積15.625立方ミクロンを有する。当該粒子は、質量が非常に小さいので、生物学的環境に置かれたときに粒界材料と同じくらい迅速に反応し、それにより、当該合金は、外部からの物質を排除することができる。これは、延いては、材料バルクが粒界に沿って弱化することおよび当該合金の材料バルクからの粒子の分離を防ぐ。しかしながら、粒子のサイズが増加するに従い、表面積対体積比は減少する。各粒子が大きくなるほど、吸収されるためにより時間がかかるようになり、溶解が粒界に沿って生じるであろう可能性が高くなり、合金の材料バルク中により深く染み込み、その結果として、合金の強度が減少する。
したがって、オーステナイト合金の生体分解速度は、個々の粒子の粒径および表面積対体積比を制御することによって変更することができる。粒径が増加し、それに比例して表面積対体積比が減少するに従い、生体分解は、装置の中心へとより速く進行し、全体の生体分解速度が増加する。しかしながら、粒子サイズが大きすぎると、粒子の分離および悪影響を引き起こす場合がある。
ある特定の態様において、当該オーステナイト合金は、各辺が約0.5ミクロン〜約20ミクロンの平均粒径を有する。例えば、ある特定の態様において、当該平均粒径は、各辺が約0.5ミクロン〜約5.0ミクロン、約2.5ミクロン〜約7.5ミクロン、約5.0ミクロン〜約10ミクロン、約7.5ミクロン〜約12.5ミクロン、約10ミクロン〜約15ミクロン、約12.5ミクロン〜約17.5ミクロン、または約15ミクロン〜約20ミクロンである。ある特定の態様において、当該平均粒径は、各辺が約0.5〜約3.0ミクロン、または約1.0ミクロン〜約2.0ミクロンである。ある特定の態様において、当該オーステナイト合金は、個々の粒子の表面積対体積比が、平均で、0.1μ-1を超える構造を有する。例えば、ある特定の態様において、個々の粒子の表面積対体積比は、平均で、0.2μ-1、0.3μ-1、0.4μ-1、0.5μ-1、0.6μ-1、0.7μ-1、0.8μ-1、0.9μ-1、1.0μ-1、1.5μ-1、2.0μ-1、2.5μ-1、3.0μ-1、3.5μ-1、4.0μ-1、4.5μ-1、5.0μ-1、6.0μ-1、7.0μ-1、8.0μ-1、9.0μ-1、10.0μ-1、11.0μ-1、12.0μ-1、13.0μ-1、14.0μ-1、15.0μ-1、またはそれ以上である。
機械加工による合金の破壊およびそれに続く熱再結晶化の連続サイクルによって、約0.5ミクロン〜約20ミクロンのオーステナイト粒径を達成することができる。低温（例えば、室温〜200℃）で実施されようと、高温で実施されようと、材料の機械加工は、物理的に合金を強制的に新しい形状へと変形させることにより、結果として結晶構造の歪み誘起破壊を生じさせる。金属の機械加工の最も一般的な方法は、二つの高圧ロールの間で金属板の厚さを減じることであり、結果として、当該機械加工から出てくる材料は、元の厚さより実質的に薄くなる（例えば、20％〜60％薄い）。他の方法、例えば、引抜加工などを用いることも可能である。金属を機械的に加工するプロセスは、より大きな隣接する格子単位を、異なる構造へと破壊する。より重要なことに、格子構造距離をより高いエネルギー配置へと歪ませることにより、かなりの歪み誘起エネルギーが、歪まされた格子部材中に貯蔵される。その後に続く、合金の絶対溶融温度の約0.35〜約0.55倍の温度で実施される低温再結晶化により、格子構造は、全体のマクロ寸法を変化させることなく、より低いエネルギー状態への再配置が可能となる。寸法の肉眼的変化なしに格子の再配置に順応するために、個々の格子のサブユニットまたは粒子のサイズが減少し、格子がより小さなサブユニットへと破壊されることによって、かなりの歪みエネルギーが放出され、より微細な粒子構造が生成する。機械加工のプロセスおよびその後の再結晶化は、順次繰り返され、よりいっそう微細な粒子が生成される。
ある特定の態様において、当該オーステナイト合金は、炭素を含む。例えば、ある特定の態様において、当該合金は、約0.01％〜約0.10％、約0.02％〜約0.12％、約0.05％〜約0.15％、約0.07％〜約0.17％、約0.10％〜約0.20％、約0.12％〜約0.22％、または約0.15％〜約0.25％の炭素を含む。ある特定の態様において、当該オーステナイト合金は、ニッケル、コバルト、アルミニウム、およびマンガンからなるリストより選択される1種または複数種（例えば、2種以上）の元素を含む。ある特定の態様において、当該合金は、約2.0％〜約6.0％、約3.0％〜約7.0％、約4.0％〜約8.0％、または約5.0％〜約9.0％のニッケルを含む。他の態様において、当該合金は、実質的にニッケルを含まない。ある特定の態様において、当該合金は、約10％〜約20％、約15％〜約20％、約15％〜約25％、約18％〜約23％、約20％〜約25％、または約20％〜約30％のコバルトを含む。ある特定の態様において、当該合金は、約5.0％未満（例えば、約4.5％未満、約4.0％未満、約3.5％未満、約3.0％未満、または約2.5％未満）のマンガンを含む。ある特定の態様において、当該合金は、約0.5％〜約1.5％、約1.0％〜約2.0％、または約1.5％〜約2.5％のマンガンを含む。他の態様において、当該合金は、約1.0％〜約8.0％、約6.0％〜約10％、約8.0％〜約12％、または約10％〜約14％のマンガンを含む。ある特定の態様において、当該オーステナイト合金は、クロム、モリブデン、およびタンタルからなるリストより選択される1種または複数種（例えば、2種以上）の元素を含む。ある特定の態様において、当該合金は、約0.5％〜約1.5％、約1.0％〜約2.0％、約1.5％〜約2.5％、または約2.0％〜約3.0％のクロムを含む。他の態様において、当該合金は、実質的にクロムを含まない。ある特定の態様において、当該合金は、約0.5％〜約1.5％、約1.0％〜約2.0％、約1.5％〜約2.5％、または約2.0％〜約3.0％のモリブデンを含む。ある特定の態様において、当該合金は、約1.0％〜約3.0％、約2.0％〜約4.0％、約3.0％〜約5.0％、または約4.0％〜約6.0％のタンタルを含む。ある特定の態様において、当該オーステナイト合金は、（i）炭素、（ii）ニッケル、コバルト、アルミニウム、およびマンガンからなるリストより選択される少なくとも2種の元素、ならびに（iii）クロム、モリブデン、およびタンタルからなるリストより選択される少なくとも2種の元素を含む。
溶解のパターンは別として、溶解速度および毒性の可能性のある元素の放出は、本発明の植込み型医療装置を作製するために使用される合金において、制御される必要がある。合金を作製するために使用される特定の元素は、結果として得られる合金の物理的および化学的特性の特定に役立つ。例えば、鉄に少量の炭素を添加することにより、当該鉄の構造が変化し、鉄と比べて硬度および強度が著しく増加し、同時に可塑性が変化している鉄鋼が生成される。同様に、ステンレス鋼は、腐食を低減する元素（すなわち、耐食性成分）、例えば、クロムおよびモリブデンなどを鉄に添加することによって製作される。生体系での腐食に抵抗するステンレス鋼は、例えば、18％のクロムおよび1％のモリブデンを含有し得る。チタン、ニオブ、タンタル、バナジウム、タングステン、ジルコニウム、およびハフニウムも、同様に、生体系における鉄鋼の分解速度を減速させる保護効果を提供する。
意図された生体系において崩壊しないステンレス鋼は、通常、生体分解性インプラントでの使用に適していない。したがって、大量の耐食性元素、例えば、クロム、モリブデン、チタン、およびタンタルなどを有する合金は、通常、本発明の生体分解性植込み型医療装置を作製するためには使用することができない。しかしながら、少量のそのような耐食性元素は、好適な合金の生体分解速度を制御するために有用である。したがって、ある特定の態様において、本発明の生体分解性植込み型医療装置の作製に有用な合金（例えば、オーステナイト合金）は、少なくとも約0.5％、約1.0％、約1.5％、約2.0％、約2.5％、約3.0％、または約3.5％であって、しかし約15％未満、約12％未満、約11％未満、約10％未満、約9.0％未満、約8.0％未満、または約7.0％未満である耐食性成分を含有する。例えば、ある特定の態様において、当該合金は、約1.0％〜約7.0％、約2.0％〜約8.0％、または約3.0％〜約9.0％の耐食性成分を含有する。ある特定の態様において、当該合金（例えば、オーステナイト合金）は、約3.0％、約3.5％、約4.0％、約4.5％、約5.0％、約5.5％、約6.0％、約6.5％、または約7.0％の耐食性成分を含有する。ある特定の態様において、当該耐食性成分は、合金中の耐食性元素（例えば、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなど）のパーセンテージの合計として算出される。他の態様において、当該耐食性成分は、合金中のすべての耐食性元素の加重和である。例えば、ある特定の態様において、加重和における個々の元素は、クロムと比較したときのそれらの耐食性効力に従って重み付けされる。ある特定の態様において、耐食性成分の重み付けされた％は、式：％クロム＋％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）に従って特定される。
耐食性元素、例えば、クロムおよびモリブデンなどは、フェライト化促進性であり、結果として鉄鋼がフェライト構造を形成する要因となる傾向がある。そのようなフェライト化促進に耐えてオーステナイト組織を達成するために、当該合金にオーステナイト化促進元素を加えることができる。オーステナイト化促進元素としては、例えば、ニッケル、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、およびケイ素が挙げられる。したがって、ある特定の態様において、本発明の植込み型医療装置を作製するために有用な合金（例えば、オーステナイト合金）は、オーステナイト化促進成分を含有する。ある特定の態様において、当該合金は、約10％〜約20％、約15％〜約25％、約20％〜約30％、約25％〜約35％、または約30％〜約40％のオーステナイト化促進成分を含有する。ある特定の態様において、当該合金は、少なくとも約10％、約12％、約14％、約16％、約18％、約20％、約22％、約24％、約26％、約28％、または約30％のオーステナイト化促進成分を含有する。ある特定の態様において、当該オーステナイト化促進成分は、合金中のオーステナイト化促進元素（例えば、ニッケル、コバルト、マンガン、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、ケイ素など）のパーセンテージの合計として算出される。他の態様において、当該オーステナイト化促進成分は、合金中のオーステナイト化促進元素の加重和である。ある特定の態様において、加重和における個々の元素は、ニッケルと比較したときのそれらのオーステナイト化促進効力に従って重み付けされる。ある特定の態様において、オーステナイト化促進成分の重み付けされた％は、式：％ニッケル＋％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）に従って算出される。ある特定の態様において、当該合金は、約15％〜約25％（例えば、約16％、約17％、約18％、約19％、約20％、約21％、約22％、約23％、約24％、または約25％）の、重み付けされた％のオーステナイト化促進成分を含有する。ある特定の態様において、当該合金は、約25％〜約35％（例えば、約28％、約29％、約30％、約31％、約32％、約33％、約34％、または約35％）の、重み付けされていない％のオーステナイト化促進成分を含有する。
ある特定の態様において、本発明の植込み型医療装置を作製するために有用な合金（例えば、オーステナイト合金）は、個々にまたは合計で、約5.0％未満（例えば、約0.1％〜約2.5％、約0.5％〜約3.0％、約1.0％〜約3.5％、約1.5％〜約4.0％、または約2.0％〜約4.5％）の白金、イリジウム、およびオスミウムを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、白金、パラジウム、またはイリジウムを実質的に含有しない。本明細書において使用される場合、白金、パラジウム、またはイリジウムを「実質的に含有しない」とは、当該合金が、白金、パラジウム、またはイリジウムを0.1％未満しか含有しないことを意味する。ある特定の態様において、当該合金は、白金、パラジウム、またはイリジウムのうちのいずれも実質的に含有しない。ある特定の態様において、当該合金は、白金、パラジウム、またはイリジウムを、それぞれ、約0.05％未満または約0.01％未満含有する。ある特定の態様において、当該合金は、白金、パラジウム、およびイリジウムを、それぞれ、約0.05％未満または約0.01％未満において含有する。他の態様において、当該合金中の白金、イリジウム、およびオスミウムの総量は、約5.0％以上であり、当該合金は、さらに、鉄、マンガン、白金、イリジウム、およびオスミウム以外に少なくとも1種のさらなる金属元素を含む（例えば、少なくとも約0.5％以上の当該少なくとも1種のさらなる金属元素）。ある特定の態様において、当該少なくとも1種のさらなる金属元素は、耐食性元素（例えば、クロム、モリブデン、タングステン、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、またはハフニウム）、またはニッケル、コバルト、およびアルミニウムからなる群から選択されるオーステナイト化促進元素である。
ヒトまたは動物の体内に植え込まれた生体分解性合金は、当該合金中のすべての元素が最終的に体液中に溶解するであろうために、比較的無毒である必要がある。多くの場合、オーステナイト結晶構造を安定化させるために、ニッケルが使用される。しかしながら、多くの人が、ニッケルアレルギーを有しており、彼らの系においてはニッケルイオンを許容することができない。生体分解性合金の一部としてニッケルが含まれるということは、当該合金中のすべてのニッケルが、最終的にホストの身体によって吸収されるであろうということが確実であり、これは、ニッケル感受性個体において合併症を引き起こす原因となり得る。同様に、クロム、コバルト、およびバナジウムは、ヒトの体において幾分かの毒性を有しており、生体分解性合金中においては最小限に留めるべきである。したがって、ある特定の態様において、本発明の生体分解性植込み型医療装置の作製に有用な合金（例えば、オーステナイト合金）は、ニッケル、バナジウム、クロム、およびコバルトを、それぞれ、約9.0％、約8.0％、約7.0％、約6.0％、約5.0％、約4.0％、約3.0％、約2.5％、約2.0％、約1.5％、約1.0％、または約0.5％未満において含有する。ある特定の態様において、当該合金は、ニッケルを実質的に含有しない。本明細書において使用される場合、「ニッケルを実質的に含有しない」なる句は、当該合金が、ニッケルを0.1％未満しか含有しないことを意味する。ある特定の態様において、当該合金は、約0.05％未満、約0.02％未満、または約0.01％未満のニッケルを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、バナジウムを実質的に含有しない。本明細書において使用される場合、「バナジウムを実質的に含有しない」なる句は、当該合金が、バナジウムを0.1％未満しか含有しないことを意味する。ある特定の態様において、当該合金は、約0.05％未満、約0.02％未満、または約0.01％未満のバナジウムを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、約4.0％未満（例えば、約3.0％未満、約2.0％未満、または約1.5％未満）のクロムを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、クロムを実質的に含有しない。本明細書において使用される場合、「クロムを実質的に含有しない」なる句は、当該合金が、クロムを0.1％未満しか含有しないことを意味する。ある特定の態様において、当該合金は、約0.05％未満、約0.02％未満、または約0.01％未満のクロムを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、約6.0％（例えば、約5.0％未満、約4.0％未満、約3.0％未満、約2.0％未満、または約1.0％未満）のコバルトを含有する。
本発明の生体分解性植込み型医療装置を作製するために使用される合金から毒性元素を除去するかまたは最小限に留めるために、当該毒性元素を、無毒の同等物で置き換えることができる。例えば、オーステナイト化促進元素としてニッケルが使用される場合、それを、他のオーステナイト化促進元素、例えば、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、およびケイ素などで置き換えることができる。同様に、耐食性元素としてクロムが使用される場合、それを、他の耐食性元素、例えば、モリブデン、タングステン、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、およびハフニウムなどで置き換えることができる。しかしながら、すべての合金置換体が同等であるというわけではない。耐食性効果では、モリブデンはクロムと同等に有効であるが、その一方で、ニオブおよびタンタルはクロムの半分だけ有効であり、チタンはクロムの2倍有効である。オーステナイト化促進効果では、マンガンおよびコバルトはニッケルの半分だけ有効であるが、その一方で、炭素はニッケルの30倍以上有効であり、窒素はニッケルの25〜30倍以上有効である。したがって、ある特定の態様において、生体分解性合金は、ニッケルの1部を、2部のマンガン、1部のマンガンおよび1部のコバルト、あるいは2部のコバルトで置き換えることによって、非アレルゲン性またはより低いアレルゲン性となる。他の態様において、生体分解性合金は、1部のクロムを、1部のモリブデン、半部のチタン、または2部のタンタルもしくはニオブで置き換えることによって、非毒性またはより低い毒性となる。ある特定の態様において、ニッケル、コバルト、およびマンガンの総パーセンテージは、約10％〜約20％、約15％〜約25％、または約20％〜約30％、約25％〜約35％、または約30％〜約40％であり、この場合、ニッケルのパーセンテージは、約9.0％未満、約8.0％未満、約7.0％未満、約6.0％未満、約5.0％未満、約4.0％未満、または約3.0％未満である。他の態様において、クロムおよびモリブデンの総パーセンテージは、約1.0％〜約7.0％、約2.0％〜約8.0％、約3.0％〜約9.0％、または約4.0％〜約10％であり、この場合、クロムの量は、約2.0％未満、約1.5％未満、約1.0％未満、または約0.5％未満である。
本発明の生体分解性植込み型医療装置を作製するために有用な合金中に含まれ得るさらなる元素としては、ロジウム、レニウム、およびオスミウムが挙げられる。ある特定の態様において、合金中のロジウム、レニウム、またはオスミウムの量は、約5.0％未満（例えば、約0.1％〜約2.5％、約0.5％〜約3.0％、約1.0％〜約3.5％、約1.5％〜約4.0％、または約2.0％〜約4.5％）である。ある特定の態様において、当該合金中にロジウム、レニウム、またはオスミウムは実質的に存在しない。本明細書において使用される場合、ロジウム、レニウム、またはオスミウムを「実質的に存在しない」とは、当該合金が、ロジウム、レニウム、またはオスミウムを約0.1％未満しか含有しないことを意味する。ある特定の態様において、合金中にロジウム、レニウム、またはオスミウムのいずれも、実質的に存在しない。ある特定の態様において、当該合金は、約0.05％未満または約0.01％未満のロジウム、レニウム、またはオスミウムを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、ロジウム、レニウム、およびオスミウムを、それぞれ、約0.05％未満または約0.01％未満において含有する。
ある特定の態様において、白金、パラジウム、インジウム、ロジウム、レニウム、およびオスミウムからなる群から選択される1種または複数種の元素が、本発明の生体分解性植込み型医療装置を作製するために有用な合金中に存在する場合、当該合金中のマンガンの量は、約5.0％未満（例えば、約4.5％未満、約4.0％未満、約3.5％未満、約3.0％未満、または約2.5％未満）である。他の態様において、白金、パラジウム、イリジウム、レニウム、ルビジウム、およびオスミウムからなる群から選択される1種または複数種の元素が、当該合金中に存在する場合、当該合金中のマンガンの量は、約5.0％以上（例えば、約5.0％〜約30％）であり、当該合金は、さらに、少なくとも1種のさらなる金属元素を含む。ある特定の態様において、当該少なくとも1種のさらなる金属元素は、耐食性元素（例えば、クロム、モリブデン、タングステン、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、またはハフニウム）、またはニッケル、コバルト、およびアルミニウムからなる群から選択されるオーステナイト化促進元素である。
ある特定の態様において、本発明の生体分解性植込み型医療装置を作製するために有用な合金は、ルビジウムまたはリンを実質的に含有しない。本明細書において使用される場合、ルビジウムまたはリンを「実質的に含有しない」とは、0.1％未満のルビジウムまたはリンを意味する。ある特定の態様において、当該合金は、ルビジウムおよびリンのいずれも実質的に含有しない。ある特定の態様において、当該合金は、約0.05％未満または約0.01％未満のルビジウムまたはリンを含有する。ある特定の態様において、当該合金は、ルビジウムまたはリンを、それぞれ、約0.05％未満または約0.01％未満において含有する。
ある特定の態様において、本発明は、許容可能に非アレルギー性で無毒であり、磁化率をほとんどまたはまったく有さず、ならびに有用な範囲の分解速度を提供するような、様々な生体分解性合金（例えば、オーステナイト合金）を含む、生体分解性植込み型医療装置を提供する。以下に示すもの：
ニッケルを実質的に含有しない；
バナジウムを実質的に含有しない；
約6.0％未満のクロム；
約10％未満のコバルト；
約10％未満（例えば、約0.5％〜約10％）の耐食性成分；および
少なくとも約10％（例えば、約10％〜約40％）のオーステナイト化促進成分
は、本発明の生体分解性植込み型医療装置において有用な合金を定義する例示的境界である。ある特定の態様において、当該合金は、約55％〜約80％の鉄を含有する。例えば、ある特定の態様において、当該合金は、約55％〜約65％、約60％〜約70％、約65％〜約75％、約70％〜約80％の鉄を含有する。ある特定の態様において、クロムの量は約4.0％未満であり、コバルトの量は約6.0％未満である。ある特定の態様において、クロムの量は約2.0％未満であり、コバルトの量は約4.0％未満である。ある特定の態様において、耐食性成分は、約8.0％未満（例えば、約0.5％〜約8.0％）であり、オーステナイト化促進成分は約12％を超える。ある特定の態様において、耐食性成分は、約7.0％未満（例えば、約0.5％〜約7.0％）であり、オーステナイト化促進成分は約14％を超える。ある特定の態様において、耐食性成分は、約6.0％未満（例えば、約0.5％〜約6.0％）であり、オーステナイト化促進成分は約16％を超える。ある特定の態様において、耐食性成分およびオーステナイト化促進成分は、それぞれ、耐食性元素およびオーステナイト化促進元素のパーセンテージの合計として算出される。他の態様において、耐食性成分およびオーステナイト化促進成分は、それぞれ、耐食性元素およびオーステナイト化促進元素の加重和として算出される。ある特定の態様において、耐食性成分の重み付けされた％は、式：％クロム＋％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）に従って特定される。ある特定の態様において、オーステナイト化促進成分の重み付けされた％は、式：％ニッケル＋％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）に従って算出される。ある特定の態様において、当該合金は、約5.0％未満のマンガン（例えば、約4.5％未満、約4.0％未満、約3.5％未満、約3.0％未満、または約2.5％未満）を含有する。ある特定の態様において、当該合金は、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、およびオスミウムからなる群から選択される1種または複数種の元素を含有する。ある特定の態様において、当該合金は、約0.5％〜約5.0％の、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、およびオスミウムからなる群から選択される1種または複数種の元素を含有する。ある特定の態様において、当該合金は、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、およびオスミウムからなる群から選択される元素のいずれも実質的に含有しない。ある特定の態様において、当該合金は、ルビジウムおよびリンからなる群から選択される元素のいずれも実質的に含有しない。
ニッケルを実質的に含有しない；
バナジウムを実質的に含有しない；
約6.0％未満のクロム；
約10％未満のコバルト；
約10％未満（例えば、約0.5％〜約10％）の耐食性成分；および
少なくとも約10％（例えば、約10％〜約40％）のオーステナイト化促進成分
は、本発明の生体分解性植込み型医療装置において有用な合金を定義する例示的境界である。ある特定の態様において、当該合金は、約55％〜約80％の鉄を含有する。例えば、ある特定の態様において、当該合金は、約55％〜約65％、約60％〜約70％、約65％〜約75％、約70％〜約80％の鉄を含有する。ある特定の態様において、クロムの量は約4.0％未満であり、コバルトの量は約6.0％未満である。ある特定の態様において、クロムの量は約2.0％未満であり、コバルトの量は約4.0％未満である。ある特定の態様において、耐食性成分は、約8.0％未満（例えば、約0.5％〜約8.0％）であり、オーステナイト化促進成分は約12％を超える。ある特定の態様において、耐食性成分は、約7.0％未満（例えば、約0.5％〜約7.0％）であり、オーステナイト化促進成分は約14％を超える。ある特定の態様において、耐食性成分は、約6.0％未満（例えば、約0.5％〜約6.0％）であり、オーステナイト化促進成分は約16％を超える。ある特定の態様において、耐食性成分およびオーステナイト化促進成分は、それぞれ、耐食性元素およびオーステナイト化促進元素のパーセンテージの合計として算出される。他の態様において、耐食性成分およびオーステナイト化促進成分は、それぞれ、耐食性元素およびオーステナイト化促進元素の加重和として算出される。ある特定の態様において、耐食性成分の重み付けされた％は、式：％クロム＋％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）に従って特定される。ある特定の態様において、オーステナイト化促進成分の重み付けされた％は、式：％ニッケル＋％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）に従って算出される。ある特定の態様において、当該合金は、約5.0％未満のマンガン（例えば、約4.5％未満、約4.0％未満、約3.5％未満、約3.0％未満、または約2.5％未満）を含有する。ある特定の態様において、当該合金は、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、およびオスミウムからなる群から選択される1種または複数種の元素を含有する。ある特定の態様において、当該合金は、約0.5％〜約5.0％の、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、およびオスミウムからなる群から選択される1種または複数種の元素を含有する。ある特定の態様において、当該合金は、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、レニウム、およびオスミウムからなる群から選択される元素のいずれも実質的に含有しない。ある特定の態様において、当該合金は、ルビジウムおよびリンからなる群から選択される元素のいずれも実質的に含有しない。
インプラント全体の分解は、当該インプラントの表面積に対する質量の関数である。インプラントは、多くの異なるサイズおよび形状として提供される。典型的な冠状動脈ステントは、例えば、0.0186グラムの重量および0.1584平方インチの表面積を有する。1mg／平方インチ／日の分解速度では、冠状動脈ステントは、30日間でその質量の50％を放出するであろう。それに対して、長さ12mmの、内部に管の通った骨ネジは、0.5235gの重量および0.6565平方インチの表面積を有する。同じ1mg／平方インチ／日の分解速度では、当該内部に管の通った骨ネジは、363日でその質量の半分を放出するであろう。したがって、当業者であれば容易に理解するであろうように、対象の身体において使用される様々なインプラントに対応するために、様々な分解速度を有する生体分解性合金を有することが望ましい。
さらに、本発明の植込み型医療装置の生体分解速度は、周囲の組織の輸送特性によって著しく影響を受ける。例えば、骨中に配置されたインプラントの生体分解速度は、体液の流れの不足により体の他の部位への輸送が制限されるために、血流に晒されている血管ステント装置よりも遅いであろう。同様に、組織に植え込まれた生体分解性装置の分解速度は、当該装置が骨に植え込まれている場合より分解速度は速いが、血流に晒されている装置よりは遅いであろう。その上、例えば、医療装置の一方の端部が骨の中に配置され、他方の端部が組織または血液中に配置されている場合など、医療装置の端部が異なれば、分解速度も異なり得るであろう。したがって、当該装置の位置および最終的な装置要件に基づいた生体分解速度の調整が望ましい。
医療装置が分解するに従って生じる幾何学的形状の変化に依存せずに当該装置の分解速度を制御するために、いくつかの技術が見出されている。金属装置の溶解プロフィールを変える第一の方法は、表面積における大きな変化が無効化されるように、当該装置の幾何学構造を変えることである。例えば、表面積対質量比は、増加または最大化することができる。実質的に円筒形の装置は、装置が分解するのに従って直径が失われ、それに伴って直線的に表面積が消失するであろうが、当該装置の中心を通る同軸の穴を穿設することができるであろう。結果として得られる空洞により、合金が当該装置の当該管腔表面から溶解するのに従って、その分、表面積が増加するであろう。結果として、時間と共に装置が溶解するのに伴う表面積における変化、およびしたがって分解速度の変化は、最小化または排除されるであろう。管腔空間（例えば、当該装置の外面と同様の形状を有する管腔空間）を作製する同様の戦略は、本質的にいずれのタイプの医療装置においても実施することができるであろう。
生体分解速度は、部分的に、体液の流れへの露出の関数であるために、生体分解速度は、合金表面を保護する物質によって当該生体分解性植込み型医療装置を（すべてまたは部分的に）コーティングすることによって調整することができる。例えば、米国特許第6,368,356号において開示されているような生体分解性ヒドロゲルを使用することにより、流動的な体液に晒された装置の任意の部分の露出を遅らせ、それによって、金属イオンが溶解され当該装置から離れて輸送されるのを遅らせることができるであろう。あるいは、医療装置は、本明細書において説明した2種以上の異なる合金により構成することができ、その場合、当該装置における流動的な体液に晒されている部分は、より耐食性の合金（すなわち、耐食性成分をより多量に含む合金）で作製され、その一方で、当該装置の、骨または組織中に植え込まれる部分は、より耐食性の低い合金で作製される。ある特定の態様において、当該装置の異なる部分を、完全に異なる合金から作製することができる。他の実施例では、当該装置における流動的な体液に晒された部分に、当該装置の大部分を作製するために使用された合金よりも耐食性の合金による薄層またはコーティングを施すことができる。
生物活性剤（例えば薬物）を、植込み型医療装置に組み込むことは、多くの場合において望ましい。例えば、米国特許第6,649,631号は、整形外科用インプラントに使用することができる骨の成長促進のための薬物についての権利を主張している。生物活性剤は、本発明の植込み型医療装置の表面に直接組み込まれ得る。例えば、当該剤は、ポリマー性コーティング剤、例えば、米国特許第6,368,356号のヒドロゲルなどと混合することができ、当該ポリマー性コーティング剤は、当該装置の表面に塗布することができる。あるいは、当該生物活性剤は、当該医療装置の空洞または細孔に充填することができ、これらは、当該剤が時間と共にゆっくりと放出されるための貯蔵所としての役割を果たす。当該細孔は、医療装置の表面上に存在し得、この場合には、比較的迅速に薬物を放出することができ、あるいは、生物活性剤が当該装置の有用な耐用年数のほとんどまたはすべてにおいて徐々に放出されるように、当該医療装置を作製するために使用される当該合金の全体構造の一部であり得る。生物活性剤は、治癒プロセスを高めるために有用な、例えば、ペプチド、核酸、ホルモン、化学物質、または他の生物活性剤であり得る。
当業者であれば容易に認めるように、本明細書において説明した合金を使用して、多様な植込み型医療装置を作製することができる。ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、（例えば、分離した骨セグメントの治療のための）高張力骨アンカーである。他の態様において、当該植込み型医療装置は、（例えば、骨折した骨セグメントの締結のための）高張力骨ネジである。他の態様において、当該植込み型医療装置は、（例えば、大きな骨のための）高張力骨固定装置である。他の態様において、当該植込み型医療装置は、組織を締結するためのステープルである。他の態様において、当該植込み型医療装置は、頭蓋顎顔面再建用プレートまたは留め具である。他の態様において、当該植込み型医療装置は、歯科インプラント（例えば、再建歯科インプラント）である。さらに他の態様において、当該植込み型医療装置は、ステント（例えば、動物の体の器官において開口部の管腔を維持するための）である。
粉末金属技術は、医療装置コミュニティに周知である。複雑な形状を有する骨留め具は、保持体中での粉末金属の高圧成形と、その後の、金属粒子を一緒に結合させて残留する保持体から取り外すための高温焼結とによって製作される。粉末金属装置は、通常、316LSステンレス鋼などの非反応性金属から製作される。完成装置の多孔は、部分的に、当該部品を製作するために使用された金属粒子のサイズの関数である。金属粒子は、非常に大きくて、金属の結晶構造中の粒子から構造的に独立しているので、金属粒子（およびそのような微粒子から作製された装置）は、任意の粒径の合金から作製することができる。したがって、本発明の生体分解性植込み型医療装置は、本明細書において説明した任意の合金から作製された粉末から製作することができる。粉末金属製造技術の結果として生じる多孔は、例えば、医療装置の細孔を生体分解性ポリマーで満たすことによって、有効に使用することができる。当該ポリマーは、植え込まれた装置のすべてまたは一部の生体分解速度を遅らせるために使用するか、および／または当該装置を囲む組織の治癒を高める生物活性剤（例えば、薬物）と混合することができる。粉末金属装置の多孔が薬物で満たされる場合、当該薬物は、当該装置の分解によって露出したときに送達され、したがって、薬物は、当該装置が存在し生体分解する限り、組織部位へと提供されるであろう。
ある特定の態様において、当該植込み型医療装置は、ヒトへの植え込みに対して設計される。他の態様において、当該植込み型医療装置は、ペット（例えば、犬、猫）への植え込みに対して設計される。他の態様において、当該植込み型医療装置は、家畜（例えば、牛、馬、羊、豚など）への植え込みに対して設計される。さらに他の態様において、当該植込み型医療装置は、動物園の動物への植え込みに対して設計される。
別の局面において、本発明は、本発明の植込み型医療装置を収容する容器を提供する。ある特定の態様において、当該容器は、包装容器、例えば、箱（例えば、装置を収納、販売、または出荷するための箱）などである。ある特定の態様において、当該容器は、さらに、取扱説明書を含む（例えば、当該植込み型医療装置を医療処置に使用するため）。
以下の実施例は、任意の方式、形状、または形態において、明確にまたは暗に、本発明を例示することを意図するものであって、限定することを意図するものではない。説明された特定の合金は、本発明の植込み型医療装置において使用することができる合金を例示すものであるが、当業者であれば、本明細書を踏まえて、他の好適な合金を容易に識別することができるであろう。
実施例1
0.23％の炭素、3.1％のクロム、11.1％のニッケル、1.2％のモリブデン、13.4％のコバルト、および70.97％の鉄で構成された、「状態A」のマルテンサイト系鋼を、Carpenter Steel社から入手した。当該鉄鋼は、還元性雰囲気中で1250℃で12時間加熱処理し、その後、ゆっくりと冷却した。その後、当該材料をロックウェル硬度について試験し、ロックウェルCスケールにおいて31〜32の範囲の硬度を得た。次いで、当該鉄鋼を、以下のような様々な寸法：
（1）幅0.514インチ、長さ0.0315インチ、厚さ0.020インチ、表面積対体積比が約167.4、および重量が約48.2mg；
（2）幅0.514インチ、長さ0.0315インチ、厚さ0.050インチ、表面積対体積比が約107.4、および重量が約119.8mg；および
（3）幅0.514インチ、長さ0.0315インチ、厚さ0.500インチ、表面積対体積比が約71.4、および重量が約1207.7mg
の小片に切断した。
0.23％の炭素、3.1％のクロム、11.1％のニッケル、1.2％のモリブデン、13.4％のコバルト、および70.97％の鉄で構成された、「状態A」のマルテンサイト系鋼を、Carpenter Steel社から入手した。当該鉄鋼は、還元性雰囲気中で1250℃で12時間加熱処理し、その後、ゆっくりと冷却した。その後、当該材料をロックウェル硬度について試験し、ロックウェルCスケールにおいて31〜32の範囲の硬度を得た。次いで、当該鉄鋼を、以下のような様々な寸法：
（1）幅0.514インチ、長さ0.0315インチ、厚さ0.020インチ、表面積対体積比が約167.4、および重量が約48.2mg；
（2）幅0.514インチ、長さ0.0315インチ、厚さ0.050インチ、表面積対体積比が約107.4、および重量が約119.8mg；および
（3）幅0.514インチ、長さ0.0315インチ、厚さ0.500インチ、表面積対体積比が約71.4、および重量が約1207.7mg
の小片に切断した。
鉄鋼の各小片は、10mlのヒトの血液に、37℃で、穏やかに揺り動かしながら浸漬した。1週間の間隔をおいて当該小片を回収し、重量を量り、ロックウェル硬度を試験した。試験片は、一次式：L＝0.74・Sに一致する分解速度を示し、この場合、Lは、ミリグラム単位での1日あたりの損失であり、Sは総表面積である。材料の厚さが薄くなりすぎて測定できないほどまでの材料の硬度の減少は見られず、これは、材料の損失が、外面に由来しており、内部材料は分解していないことを示している。
実施例2
0.1％の炭素、0.45％のマンガン、および99.45％の鉄を含み、0.05％を超える汚染元素を含まないオーステナイト鋼を、商業的供給元から入手した。当該合金をエッチングし、粒径およびロックウェル硬度を試験した。次いで、当該合金を、幅約0.5インチ、長さ約0.5インチ、厚さ約0.005インチの寸法を有するいくつかの小片に切断した。
0.1％の炭素、0.45％のマンガン、および99.45％の鉄を含み、0.05％を超える汚染元素を含まないオーステナイト鋼を、商業的供給元から入手した。当該合金をエッチングし、粒径およびロックウェル硬度を試験した。次いで、当該合金を、幅約0.5インチ、長さ約0.5インチ、厚さ約0.005インチの寸法を有するいくつかの小片に切断した。
オーステナイト鋼の当該小片は、硬度を試験し、その後、10 CCの血液に、37℃で、穏やかに撹拌しながら浸漬した。当該小片は、1週間の間隔をおいて取り出し、重量を量り、硬度を試験して、次の期間において、新鮮な血液に再び浸漬した。結果として生じる血液試料中への溶解は、一次式：L＝1.05・Sに従い、この場合、Lは、ミリグラム単位での1日あたりの損失であり、Sは総表面積である。材料の厚さが薄くなりすぎて硬度測定を実施できないほどまでの材料の硬度の減少は見られなかった。
上記の両方の実験において、溶解速度は、概して、総表面積の関数であるが、当該総表面積は、試験片の形状的理由から、実験全体通じてほとんど変化しなかった。実用でのインプラントに、より一致した装置形状では、当該装置の表面は、当該装置が溶解し体組織で置き換えられるに従って、表面積が減少するであろう。表面積の減少は、金属消失の速度を減じるであろうし、結果として、最終的な損失曲線が、残存する装置表面積の幾何学的関数となる要因となる。したがって、当業者であれば容易に理解するであろうように、植え込まれた装置の消失速度は、概して、当該装置の幾何学構造の関数であろう。
実施例3
本発明の植込み型医療装置における使用に好適なオーステナイト合金のいくつかの実施例は、以下の通りである。
合金1
炭素 0.1％
ニッケル 6.0％
コバルト 20.0％
マンガン 1.0％
クロム 2.0％
モリブデン 2.0％
鉄 68.9％
合金2
炭素 0.1％
ニッケル 6.0％
コバルト 20.0％
マンガン 8.0％
クロム 2.0％
タンタル 4.0％
鉄 59.9％
合金3
炭素 0.1％
ニッケル 0.0％
コバルト 20.0％
マンガン 10.0％
モリブデン 2.0％
タンタル 4.0％
鉄 63.9％
合金4
炭素 0.08％
ニッケル 0.0％
マンガン 28.0％
チタン 3.0％
鉄 68.92％
当業者であれば容易に理解するであろうように、前述の合金は、いくらかの不純物を含有し得るため、各元素の実際のパーセンテージはわずかに上記より低くなる。
本発明の植込み型医療装置における使用に好適なオーステナイト合金のいくつかの実施例は、以下の通りである。
合金1
炭素 0.1％
ニッケル 6.0％
コバルト 20.0％
マンガン 1.0％
クロム 2.0％
モリブデン 2.0％
鉄 68.9％
合金2
炭素 0.1％
ニッケル 6.0％
コバルト 20.0％
マンガン 8.0％
クロム 2.0％
タンタル 4.0％
鉄 59.9％
合金3
炭素 0.1％
ニッケル 0.0％
コバルト 20.0％
マンガン 10.0％
モリブデン 2.0％
タンタル 4.0％
鉄 63.9％
合金4
炭素 0.08％
ニッケル 0.0％
マンガン 28.0％
チタン 3.0％
鉄 68.92％
当業者であれば容易に理解するであろうように、前述の合金は、いくらかの不純物を含有し得るため、各元素の実際のパーセンテージはわずかに上記より低くなる。
実施例4
およそ0.5平方インチおよび厚さ0.05インチの薄い平坦な試料を、0.23％の炭素、3.1％のクロム、11.1％のニッケル、1.2％のモリブデン、13.4％のコバルト、および残りを鉄で構成されたマルテンサイト鋼から調製した。当該平坦な形状は、試料が分解される際の表面積における変化が非常に低くなるように選択した。この試料を洗浄し、重量を量った。次いで、すべての試料を、緩衝食塩水に、37℃で、ゆっくりとした軌道で振りながら浸漬した。試料の半数は、浸漬する前に、空気中で酸化させて保護的な酸化クロムを表面上に形成させ、残りの半数は、洗浄後すぐに浸漬した。1週間から136日の間の間隔で試料を取り出し、乾燥させ、重量を測定した。洗浄後すぐに浸漬した試料は、試験期間において、1.1mg／平方インチ／日の一定の割合で重量が減少した。浸漬前に酸化させた試料は、表面の1平方インチにおいて、1日あたり0.6mgの重量が減少した。酸化クロムの保護効果は、分解速度を約50％まで低下させた。
およそ0.5平方インチおよび厚さ0.05インチの薄い平坦な試料を、0.23％の炭素、3.1％のクロム、11.1％のニッケル、1.2％のモリブデン、13.4％のコバルト、および残りを鉄で構成されたマルテンサイト鋼から調製した。当該平坦な形状は、試料が分解される際の表面積における変化が非常に低くなるように選択した。この試料を洗浄し、重量を量った。次いで、すべての試料を、緩衝食塩水に、37℃で、ゆっくりとした軌道で振りながら浸漬した。試料の半数は、浸漬する前に、空気中で酸化させて保護的な酸化クロムを表面上に形成させ、残りの半数は、洗浄後すぐに浸漬した。1週間から136日の間の間隔で試料を取り出し、乾燥させ、重量を測定した。洗浄後すぐに浸漬した試料は、試験期間において、1.1mg／平方インチ／日の一定の割合で重量が減少した。浸漬前に酸化させた試料は、表面の1平方インチにおいて、1日あたり0.6mgの重量が減少した。酸化クロムの保護効果は、分解速度を約50％まで低下させた。
実施例5
0.08％の炭素、18％のマンガン、5％のコバルト、0.5％モリブデン、1％のタンタル、および2％のクロムで構成されるオーステナイト合金を、溶融させ、据え込み鍛造し、厚さおよそ0.094インチに熱間圧延した。当該合金は、およそロックウェルC45の硬度を有した。試料を、緩衝食塩水に、37℃で、ゆっくりとした軌道で振りながら浸漬した。当該試料は、3ヶ月間、定期的に洗浄し、乾燥させ、重量を量った。当該試料は、1.07mg／平方センチ／日の一定の割合で重量が減少した。
0.08％の炭素、18％のマンガン、5％のコバルト、0.5％モリブデン、1％のタンタル、および2％のクロムで構成されるオーステナイト合金を、溶融させ、据え込み鍛造し、厚さおよそ0.094インチに熱間圧延した。当該合金は、およそロックウェルC45の硬度を有した。試料を、緩衝食塩水に、37℃で、ゆっくりとした軌道で振りながら浸漬した。当該試料は、3ヶ月間、定期的に洗浄し、乾燥させ、重量を量った。当該試料は、1.07mg／平方センチ／日の一定の割合で重量が減少した。
実施例6
0.08％の炭素、18％のマンガン、5％のコバルト、0.5％モリブデン、1％のタンタル、および2％のクロムで構成されるオーステナイト合金を、溶融させ、据え込み鍛造し、厚さおよそ0.094インチに熱間圧延した。当該合金は、さらに、1800°Fでアニール処理し、その後、当該合金は、およそロックウェルC25の硬度を有した。試料を、緩衝食塩水に、37℃で、ゆっくりとした軌道で振りながら浸漬した。当該試料は、3ヶ月間、定期的に洗浄し、乾燥させ、重量を量った。当該試料は、0.92mg／平方センチ／日の一定の割合で重量が減少した。
0.08％の炭素、18％のマンガン、5％のコバルト、0.5％モリブデン、1％のタンタル、および2％のクロムで構成されるオーステナイト合金を、溶融させ、据え込み鍛造し、厚さおよそ0.094インチに熱間圧延した。当該合金は、さらに、1800°Fでアニール処理し、その後、当該合金は、およそロックウェルC25の硬度を有した。試料を、緩衝食塩水に、37℃で、ゆっくりとした軌道で振りながら浸漬した。当該試料は、3ヶ月間、定期的に洗浄し、乾燥させ、重量を量った。当該試料は、0.92mg／平方センチ／日の一定の割合で重量が減少した。
実施例7
0.08％の炭素、18％のマンガン、5％のコバルト、0.5％モリブデン、1％のニオブ、および2％のクロムで構成されるオーステナイト合金を、溶融させ、据え込み鍛造し、厚さおよそ0.094インチに熱間圧延した。当該合金は、およそロックウェルC45の硬度を有した。試料を、緩衝食塩水に、37℃で、ゆっくりとした軌道で振りながら浸漬した。当該試料は、3ヶ月間、定期的に洗浄し、乾燥させ、重量を量った。当該試料は、1.08mg／平方センチ／日の一定の割合で重量が減少した。
0.08％の炭素、18％のマンガン、5％のコバルト、0.5％モリブデン、1％のニオブ、および2％のクロムで構成されるオーステナイト合金を、溶融させ、据え込み鍛造し、厚さおよそ0.094インチに熱間圧延した。当該合金は、およそロックウェルC45の硬度を有した。試料を、緩衝食塩水に、37℃で、ゆっくりとした軌道で振りながら浸漬した。当該試料は、3ヶ月間、定期的に洗浄し、乾燥させ、重量を量った。当該試料は、1.08mg／平方センチ／日の一定の割合で重量が減少した。
実施例8
0.08％の炭素、18％のマンガン、5％のコバルト、0.5％モリブデン、1％のニオブ、および2％のクロムで構成されるオーステナイト合金を、溶融させ、据え込み鍛造し、厚さおよそ0.094インチに熱間圧延した。当該合金は、さらに、1800°Fでアニール処理し、その後、当該合金は、およそロックウェルC25の硬度を有した。試料を、緩衝食塩水に、37℃で、ゆっくりとした軌道で振りながら浸漬した。当該試料は、3ヶ月間、定期的に洗浄し、乾燥させ、重量を量った。当該試料は、0.98mg／平方センチ／日の一定の割合で重量が減少した。
0.08％の炭素、18％のマンガン、5％のコバルト、0.5％モリブデン、1％のニオブ、および2％のクロムで構成されるオーステナイト合金を、溶融させ、据え込み鍛造し、厚さおよそ0.094インチに熱間圧延した。当該合金は、さらに、1800°Fでアニール処理し、その後、当該合金は、およそロックウェルC25の硬度を有した。試料を、緩衝食塩水に、37℃で、ゆっくりとした軌道で振りながら浸漬した。当該試料は、3ヶ月間、定期的に洗浄し、乾燥させ、重量を量った。当該試料は、0.98mg／平方センチ／日の一定の割合で重量が減少した。
以上、目下好ましい態様を参照して本発明を説明したが、当業者には明白であるように、本発明の趣旨から逸脱することなく様々な変更および修正を行うことができることは理解されるべきである。従って、本発明は、以下の請求の範囲によってのみ限定される。
Claims (25)
- 生体分解性合金を含む植込み型医療装置であって、該合金が、構造において実質的にオーステナイトであり、かつクロムを実質的に含有せず、ここで、該合金が、0.5ミクロン〜20ミクロンの範囲の平均粒径、および個々の粒子に対する平均で0.1μ-1を超える表面積対体積比を有する、植込み型医療装置。
- 生体分解性合金を含む植込み型医療装置であって、該合金が、構造において実質的にオーステナイトであり、ここで、該合金が、0.5ミクロン〜20ミクロンの範囲の平均粒径、および個々の粒子に対する平均で0.1μ -1 を超える表面積対体積比を有し、該平均粒径が、合金の絶対溶融温度の0.55倍の最小再結晶化温度で安定である、植込み型医療装置。
- 平均粒径が、0.5ミクロン〜5.0ミクロンである、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 平均粒径が、1.0ミクロン〜2.0ミクロンである、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 個々の粒子に対する表面積対体積比が平均で1.0μ-1を超える、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 骨ネジ、骨アンカー、組織ステープル、頭蓋顎顔面再建用プレート、留め具、再建歯科インプラント、またはステントである、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 前記合金が、オーステナイト化促進成分および耐食性成分を含み、かつ前記合金中のオーステナイト化促進成分の総量が10％を超え、かつ耐食性成分の総量が0.5％〜10％である、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 前記合金が、0.1％未満のニッケルおよび0.1％未満のバナジウムを含有する、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 前記合金が、6％未満のコバルトを含有する、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 前記合金が、0.1％未満のニッケル、0.1％未満のバナジウム、および6％未満のコバルトを含有する、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 前記合金が、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、ケイ素、またはそれらの任意の組み合わせを含むオーステナイト化促進成分を含み、かつ％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）が12％を超える、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 前記合金が、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む耐食性成分を含み、かつ％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）が0.5％〜7％である、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 前記合金が、マンガン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、アルミニウム、炭素、窒素、ケイ素、またはそれらの任意の組み合わせを含むオーステナイト化促進成分を含み、％白金＋％パラジウム＋％イリジウム＋0.5×（％マンガン＋％コバルト）＋30×（％炭素＋％窒素）が12％を超え、かつ前記合金が、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む耐食性成分を含み、％モリブデン＋％タングステン＋0.5×（％タンタル＋％ニオブ）＋2×（％チタン＋％ジルコニウム＋％ハフニウム）が0.5％〜7％である、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 治療剤でコーティングされている、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 生体分解性ヒドロゲルでコーティングされている、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 表面積対質量比を最大化する幾何学構造を含む、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- へこみ開口部または通路を備える、請求項1または2記載の植込み型医療装置。
- 生体分解性合金を含む植込み型医療装置であって、該合金が、構造において実質的にマルテンサイトであり、かつ鉄、炭素、耐食性成分、およびオーステナイト化促進成分を含み、ここで該合金がクロムを実質的に含有しない、植込み型医療装置。
- 65％〜75％の鉄、0.1％〜0.3％の炭素、2.0％〜6.0％の耐食性成分、および20％〜30％のオーステナイト化促進成分を含有する、請求項18記載の植込み型医療装置。
- 請求項1記載の植込み型医療装置と、該植込み型医療装置を医療処置に使用するための取扱説明書とを収容する容器。
- 請求項18記載の植込み型医療装置と、該植込み型医療装置を医療処置に使用するための取扱説明書とを収容する容器。
- 前記生体分解性合金が、少なくとも2種の非鉄金属元素を含む、請求項１記載の植込み型医療装置。
- 前記生体分解性合金が、マンガンおよびニオブを含む、請求項１記載の植込み型医療装置。
- 前記生体分解性合金が、少なくとも0.01％〜0.1％の非金属元素を含む、請求項１記載の植込み型医療装置。
- 前記生体分解性合金が、少なくとも0.01％〜0.1％の炭素を含む、請求項１記載の植込み型医療装置。
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