JP6824273B2 - 相互貫入ポリマーネットワーク - Google Patents

Description

技術分野
本開示は、半および完全相互貫入ポリマー（interpenetrating polymer）ネットワーク、半および完全相互貫入ポリマーネットワークを作製する方法、そのような半および完全相互貫入ポリマーネットワークから作製される、整形外科、心臓血管、神経血管および泌尿器学等の様々な医学分野において有用な物品、ならびにそのような物品を使用する方法に関する。

完全相互貫入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）および半相互貫入ポリマーネットワーク（「半ＩＰＮ」）は、様々な出発材料から形成されており、また様々な用途に使用されている。ＩＰＮおよび半ＩＰＮは、それらが作製されるポリマーの有益な特性を組み合わせることができ、またそれらの成分ポリマーの望ましくない特性のいくつかを回避することができる。
従来のＩＰＮおよび半ＩＰＮは、例えばインプラントまたは人工軟骨用のコーティング等の生物医学的用途における使用に提案されている。例えば、米国特許出願公開第２００５／０１４７６８５号、米国特許出願公開第２００９／００３５３４４号、米国特許出願公開第２００９／００８８４６号、米国特許出願公開第２０１３／０１３８２１０号、米国特許出願公開第２０１２−００４５６５１号、米国特許出願公開第２０１２／０２０９３９６号、米国特許出願公開第２０１３／０２１７８２９号、米国特許出願公開第２０１２／０２３２６５７号、および米国特許出願公開第２０１４／０１７２０９８号を参照されたい。Ｄａｖｉｄ Ｍｙｕｎｇらに対する米国特許出願公開第２０１２／０２０９３９６号は、スルホン酸官能基を含み得る２ネットワークＩＰＮ組成物を含むＩＰＮ組成物を記載している。しかしながら、従来のＩＰＮおよび半ＩＰＮのその提案される用途における実用性は、それらの組成物の特性により制限されている。さらに、出発材料およびそのような従来の組成物を作製するプロセスは、ＩＰＮまたは半ＩＰＮの結果的に得られる特性だけでなく、製造プロセスおよびそのようなプロセスにおいて作製される物品の商業的実行可能性を制限する。また、従来のＩＰＮおよび半ＩＰＮの機械的特性は、使用される成分ポリマーの機械的特性により制限されることが多く、ほとんどの本質的に親水性の水膨潤性ポリマーの場合、機械的特性は通常極めて低い。例えば、従来技術は、市販の疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマー、例えばポリウレタンまたはポリ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）（ＡＢＳ）からの水膨潤性ＩＰＮまたは半ＩＰＮの作製を記載していない。

最後に、従来のＩＰＮおよび半ＩＰＮ組成物の実用性、ならびにそのような組成物から形成される物品の価値は、望ましい特性、例えば強度、潤滑性および耐摩耗性を有するＩＰＮおよび半ＩＰＮを形成することができないことにより制限されている。
従来技術はまた、関節炎または他の関節損傷に悩まされている個人が経験する動きの低下および痛みに完全に対応する関節インプラントを提供していない。より低侵襲性の方法がうまくいかない場合、関節の問題に悩まされている患者は、全関節形成（ＴＪＡ）または関節面置換を受ける可能性がある。関節が切開され、損傷または疾患を有する骨が除去され、インプラントが関節内に設置される。金属、セラミックおよび／または超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）で作製されたインプラントが、何年にもわたって整形外科的な関節形成または関節置換に使用されている。外科医は、関節の片側または両側の置換を経験する。外科医は、両側を同じ材料で置換することができ、材料が金属である場合、金属対金属の関節接合が形成される。外科医は、関節の各側を異なる材料で置換して、例えば金属対ポリエチレン等の混合関節接合を形成することができる。

毎年多くの患者が関節置換術を受けている（米国では年間推定５４０，０００人の患者が膝関節形成を受けている）が、関節内の金属、セラミックおよびＵＨＭＷＰＥインプラントは、有害な局所的および遠隔の組織応答を引き起こし得る。これらの応答は、インプラントの固有特性、インプラント材料の経時的な変化、またはインプラントからの材料の放出に起因し得る。補綴関節インプラントは、長年にわたって、著しい摩擦、動き、圧力、および化学変化を受ける。時間が経過するにつれて、インプラントは、腐食したり、またはイオンもしくはデブリ、例えば金属イオンもしくは摩耗粒子を放出したりする。イオンまたは粒子は、関節エリア内に留まる場合もあり、または血液を通して体の他の部位に移動する場合もある。インプラントまたはそれが放出するデブリもしくはイオンは、骨吸収（骨溶解）、炎症、金属毒性、偽腫瘍、痛み、および他の問題を引き起こし得る。いくつかの場合において、インプラントは緩み、再置換術と呼ばれる手順を使用する置換が必要となり得る。再置換術では、古い不要なインプラントが除去され、インプラントを取り付けるための清浄な強い表面を形成するためにさらなる損傷または疾患関節および／または骨材料が除去され、新しいインプラントが設置される。再置換術は、高価であり、痛みを伴い、危険で治療が困難な感染症をもたらす場合があり、長期間の回復およびリハビリテーション時間を必要とする。

より最近では、金属、セラミックおよびＵＨＭＷＰＥインプラントの代替品として、ヒドロゲルポリマーが関節インプラントにおける使用のために示唆されている。Ｆｅｌｌによる米国特許出願公開第２００４／０１９９２５０号は、骨切除を必要とせずに体の関節内に設置するための、ヒドロゲルコーティング部分および高弾性率支持部分を有する人工膝を記載している。Ｔｈｏｍａｓらに対する米国特許出願公開第２００６／０２２４２４４号は、骨格関節の一部を置換するためのヒドロゲルインプラントを記載している。このインプラントは、支持基板に据え付けられた、高い含水量ならびにより低い強度および硬さを有するヒドロゲル保持表面を有する。Ｍｙｕｎｇに対する米国特許出願公開第２００８／０２４１２１４号は、金属アセンブリへのヒドロゲルポリマーの取付けを記載している。金属アセンブリの表面は、無機材料を使用して改質されており、介在するポリマーネットワークを使用してヒドロゲルポリマーが取り付けられている。アセンブリは、整形外科用インプラントとして使用され得る。しかしながら、これらのヒドロゲルポリマーは、関節の元の解剖学的構造、形状、または強度を十分に再形成しない。
公知の関節置換または関節面置換インプラントおよび手順の上述および他の欠点を克服する材料および方法が必要とされている。

本発明は、概して、相互貫入ポリマーネットワークを有する物品に関する。
一般に、一実施形態において、骨接触表面を有する骨界面部材と；軸受表面および取付ゾーンを有する水膨潤性の水透過性相互貫入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）または半ＩＰＮ部材とを含む整形外科用インプラントであって、取付ゾーンは、骨界面部材に取り付けられており、水膨潤性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材は、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーを含む第１のポリマーネットワーク、非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワーク、およびスルホン酸官能基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークを含み、水膨潤性の水透過性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材は、軸受表面と取付ゾーンとの間に組成勾配（組成勾配）を含む、前記インプラント。

この実施形態および他の実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。第２のネットワークは、ジメチルアクリルアミド、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ビニルアルコール、メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルメタクリルアミド、およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含む重合化モノマーを含む、非イオン性ポリマーを含んでもよい。第２のポリマーネットワークは、重合化ヒドロキシエチルメタクリレートを含む非イオン性ポリマーを含んでもよい。スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含み得る第３のポリマーネットワークは、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、２−プロペン−１−スルホン酸、２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸、１，３−プロパンスルホン、１，４ブタンスルホン、ビニルスルホン酸、アネトールスルホン酸、およびスチレンスルホン酸のうちの１つまたは複数を含む重合化モノマーを含んでもよい。スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）を含んでもよい。スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、重合化アクリル酸およびビニルスルホン酸を含んでもよい。非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワークは、重合化ヒドロキシエチルメタクリレートを含んでもよく、スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）を含む。スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）およびアクリル酸を含んでもよい。スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、第３のポリマーネットワークの官能基の総数に対して約１％〜約１００％のスルホン酸基を含んでもよい。軸受表面は、約０．１未満の摩擦係数を有してもよい。軸受表面は、約０．０１未満の摩擦係数を有してもよい。軸受表面は、約０．００５未満の摩擦係数を有してもよい。組成勾配は、剛性勾配（stiffness gradient）を形成してもよい。第２および第３のポリマーネットワークの一方は、インプラントの第１の部分からインプラントの第２の部分への組成および水和勾配（hydration gradient）を形成してもよい。骨界面部材は、金属を含んでもよい。金属は、多孔質金属を含む。取付ゾーンは、骨セメントにより骨界面部材の多孔質金属に取り付けられてもよい。取付ゾーンは、咬合により骨界面部材の多孔質金属に取り付けられてもよい。骨界面部材は、セラミックまたはポリマーを含んでもよい。整形外科用インプラントの少なくとも一部は、関節へのインプラント設置の間、形状を変化させるように構成されてもよい。インプラントの少なくとも一部は、関節へのインプラント設置の間、一時的に変形するように構成されてもよい。骨界面部材への取付ゾーンの取付けは、接着剤により形成されてもよい。第３のポリマーネットワークは、固定電荷を含むイオン性ポリマー第３のポリマーネットワークを含んでもよい。イオン性ポリマーは、他の官能基に対して過半数のスルホン基を含んでもよい。インプラントは、キャップ、カップ、プラグ、キノコ形、円筒形、パッチ、およびステムからなる群から選択される形状を有してもよい。インプラントは、肩鎖関節、足関節、関節丘、肘関節、指関節、関節窩、股関節、椎間板、椎間関節、関節唇、半月板、中手関節、中足関節、膝蓋骨、脛骨プラトー、足指関節、顎関節、または手首関節およびそれらの任意の一部にフィットするように適合されてもよい。第１のポリマーネットワークは、ポリウレタンを含んでもよい。インプラントは、水膨潤性の水透過性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材内に添加剤をさらに含んでもよく、添加剤は、ステロイド、抗炎症剤、酸化防止剤、抗生物質、および抗菌剤のうちの１つまたは複数を含んでもよい。インプラントは、取付ゾーンと軸受表面との間に接着勾配（adhesive gradient）をさらに含んでもよく、接着勾配は、取付ゾーンにおいて接着剤の最高濃度を有してもよい。接着剤勾配は、重合化骨セメントを含んでもよい。接着勾配は、ウレタンジメタクリレートをベースとした複数の第１のポリマー領域と、メチルメタクリレートをベースとした複数の第２のポリマー領域とを含むウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーを含んでもよい。ウレタンジメタクリレートをベースとした第１のポリマー領域は、コポリマーの約６０％〜９９％（ｗ／ｗ）を含んでもよく、メチルメタクリレートをベースとした第２のポリマー領域は、コポリマーの約１％〜４０％（ｗ／ｗ）を含んでもよい。ウレタンジメタクリレートをベースとした第１のポリマー領域は、コポリマーの約６０％〜８０％（ｗ／ｗ）を含んでもよく、メチルメタクリレートをベースとした第２のポリマー領域は、コポリマーの約２０％〜４０％（ｗ／ｗ）を含んでもよい。ウレタンジメタクリレートをベースとした第１のポリマー領域は、ポリ（テトラメチル）グリコールをベースとした軟質セグメントを含んでもよく、軟質セグメントは、約１００Ｄａから約５０００Ｄａの間の分子量を有してもよい。ウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーは、約３０ＭＰａから約２０００ＭＰａの間の圧縮弾性率を確定してもよい。ウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーは、約３０ＭＰａから２０００ＭＰａの間の引張弾性率を確定してもよい。ウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーは、約２５％から約２００％の間の破壊歪みを確定してもよい。

一般に、一実施形態において、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーを含む第１のポリマーネットワーク、非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワーク、およびスルホン酸官能基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークを含む、水膨潤性の水透過性相互貫入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）または半ＩＰＮ部材を含む組成物であって、水膨潤性の水透過性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材は、第１の表面と第２の表面との間に組成勾配を含む、組成物。

この実施形態および他の実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。第１の表面は、潤滑表面を含んでもよい。潤滑表面は、約０．１未満の摩擦係数を有してもよい。潤滑表面は、約０．０１未満の摩擦係数を有してもよい。潤滑表面は、約０．００５未満の摩擦係数を有してもよい。非イオン性ポリマーを含む第２のネットワークは、ジメチルアクリルアミド、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ビニルアルコール、メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルメタクリルアミド、およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含む重合化モノマーを含んでもよい。

非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワークは、重合化ヒドロキシエチルメタクリレートを含んでもよい。スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、２−プロペン−１−スルホン酸、２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸、１，３−プロパンスルホン、１，４ブタンスルホン、ビニルスルホン酸、アネトールスルホン酸、およびスチレンスルホン酸のうちの１つまたは複数を含む重合化モノマーを含んでもよい。スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）を含んでもよい。非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワークは、重合化ヒドロキシエチルメタクリレートを含んでもよく、スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）を含む。スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）およびアクリル酸を含んでもよい。第１のポリマーネットワークは、ポリウレタンを含んでもよい。スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、第３のポリマーネットワークの官能基の総数に対して約１％〜約１００％のスルホン酸基を含んでもよい。組成勾配は、剛性勾配を形成してもよい。第２または第３のポリマーネットワークの一方は、インプラントの第１の部分からインプラントの第２の部分への水和勾配を形成してもよい。組成物は、軸受としての使用に適合されてもよい。

一般に、一実施形態において、ポリマー組成物中に相互貫入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）を形成する方法であって、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーの第１のポリマーネットワークを含むポリマー組成物を、非イオン性モノマー溶液と接触させるステップと；非イオン性モノマーを重合させて、重合化非イオン性モノマーを含む第２のポリマーネットワークをポリマー組成物中に形成するステップと；ポリマー組成物を、スルホン酸官能基を含有するイオン性モノマーの溶液と接触させるステップと；イオン性モノマーを重合させて、重合化イオン性モノマーを含む第３のポリマーネットワークをポリマー組成物中に形成するステップとを含む、方法。

この実施形態および他の実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。非イオン性モノマーは、ジメチルアクリルアミド、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ビニルアルコール、メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルメタクリルアミド、およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含んでもよい。非イオン性モノマーは、ヒドロキシエチルメタクリレートを含んでもよい。スルホン酸基を含有するイオン性モノマーは、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、ビニルスルホン酸、アネトールスルホン酸、およびスチレンスルホン酸のうちの１つまたは複数を含む。スルホン酸基を含有するイオン性モノマーは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）を含んでもよい。非イオン性モノマーは、ヒドロキシエチルメタクリレートを含んでもよく、スルホン酸基を含有するイオン性モノマーは、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）を含む。スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーは、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）およびアクリル酸を含んでもよい。スルホン酸基を含有する重合化イオン性ポリマーは、第３のポリマーネットワークの官能基の総数に対して約１％〜約１００％のスルホン酸基を含んでもよい。第１のポリマーネットワークは、ポリウレタンを含んでもよい。方法は、光開始剤に非イオン性モノマーを提供するステップと、光開始剤を非イオン性モノマーと重合させて第２のポリマーネットワークを架橋させるステップとをさらに含んでもよい。方法は、光開始剤にイオン性モノマーを提供するステップと、光開始剤をイオン性モノマーと重合させて第３のポリマーネットワークを架橋させるステップとをさらに含んでもよい。ポリマー組成物は、軸受表面を含んでもよく、取付ゾーンは、骨接触表面を有する骨界面部材に取り付けられるように適合されてもよい。方法は、軸受表面と取付ゾーンとの間に組成勾配を形成するステップをさらに含んでもよい。組成勾配は、剛性勾配を形成してもよい。第２または第３のポリマーネットワークの一方は、軸受表面と取付ゾーンとの間に水和勾配を形成してもよい。組成勾配は、接着勾配を含んでもよく、接着勾配は、取付ゾーンにおいて接着剤の最高濃度を有してもよい。接着勾配は、ポリマー組成物中の骨セメントを重合させることにより形成されてもよい。接着勾配は、ウレタンジメタクリレートをベースとした複数の第１のポリマー領域と、メチルメタクリレートをベースとした複数の第２のポリマー領域とを含むウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーを含んでもよい。骨界面部材は、金属であってもよい。金属は、多孔質金属であってもよい。骨界面部材は、セラミックまたはポリマーを含んでもよい。方法は、接着剤を使用して骨界面部材への取付ゾーンの取付けを形成するステップをさらに含んでもよい。方法は、ポリマー組成物を所望の形状に整形または成形するステップをさらに含んでもよい。所望の形状は、キャップ、カップ、プラグ、キノコ形、円筒形、パッチ、およびステムからなる群から選択されてもよい。所望の形状は、肩鎖関節、足関節、関節丘、肘関節、指関節、関節窩、股関節、椎間板、椎間関節、関節唇、半月板、中手関節、中足関節、膝蓋骨、脛骨プラトー、足指関節、顎関節、または手首関節およびそれらの任意の一部にフィットするように適合されてもよい。方法は、ポリマー組成物に添加剤を添加するステップをさらに含んでもよく、添加剤は、ステロイド、抗炎症剤、酸化防止剤、抗生物質、および抗菌剤のうちの１つまたは複数を含んでもよい。

一般に、一実施形態において、整形外科用インプラントおよび接着剤キットを含む、システム。
この実施形態および他の実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。接着剤キットは、ウレタンジメタクリレートモノマーおよびメチルメタクリレートモノマーのうちの少なくとも１つを含む第１の混合物；光開始剤および熱開始剤のうちの少なくとも１つ；ならびに阻害剤を含む第１の容器と；ウレタンジメタクリレートモノマーおよびメチルメタクリレートモノマーのうちの少なくとも１つを含む第２の混合物；ならびに促進剤を含む、第２の容器と；使用説明書とを含んでもよく、第１の容器および第２の容器の少なくとも一方は、ウレタンジメタクリレートモノマーを含んでもよく、第１の容器および第２の容器の少なくとも一方は、メチルメタクリレートモノマーを含んでもよい。

第１の容器および第２の容器は両方とも、ウレタンジメタクリレートモノマーおよびメチルメタクリレートモノマーを含んでもよい。第２の容器は、阻害剤をさらに含んでもよい。システムは、ポリ（メチルメタクリレート）をさらに含んでもよい。システムは、ポリ（メチルメタクリレート）粉末を含む第３の容器をさらに含んでもよい。第１の混合物、第２の混合物およびポリ（メチルメタクリレート）は、成分質量を確定してもよく、ポリ（メチルメタクリレート）粉末の質量は、成分質量の約１％から約７０％を含んでもよい。システムは、ポリスチレンをさらに含んでもよい。システムは、光開始剤および熱開始剤をさらに含んでもよい。第１の容器は、シリンジ内の第１のチャンバを含んでもよく、第２の容器は、シリンジ内の第２のチャンバを含んでもよく、シリンジは、第１の混合物を第２の混合物と組み合わせて接着剤混合物を形成するように構成されてもよい。システムは、接着剤混合物を分注するように構成されるシリンジに接続されたノズルをさらに含んでもよい。第１の容器および第２の容器はそれぞれ、約６０％（ｗ／ｗ）〜約８０％（ｗ／ｗ）のウレタンジメタクリレートモノマーを含んでもよい。第１の容器および第２の容器はそれぞれ、約２０％（ｗ／ｗ）〜約４０％（ｗ／ｗ）のメチルメタクリレートを含んでもよい。少なくとも１つの開始剤は、０％（ｗ／ｗ）から約１％（ｗ／ｗ）の間のカンファーキノンを含む光開始剤を含んでもよい。少なくとも１つの開始剤は、０％（ｗ／ｗ）から約１％（ｗ／ｗ）の間の過酸化ベンゾイルを含む熱開始剤を含んでもよい。促進剤は、０％（ｗ／ｗ）から約１％（ｗ／ｗ）の間のＮ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジンを含んでもよい。阻害剤は、０％（ｗ／ｗ）から約０．１％（ｗ／ｗ）の間のヒドロキノンを含んでもよい。システムは、感染を防止するように構成される添加剤をさらに含んでもよい。システムは、抗生物質をさらに含んでもよい。システムは、放射線不透過性材料をさらに含んでもよい。第１の混合物は、約１Ｐａ．ｓから５０００Ｐａ．ｓの間の粘度を確定してもよい。

一般に、一実施形態において、整形外科用インプラントを人体内に取り付ける方法であって、軸受表面および取付ゾーンを有する水膨潤性の水透過性相互貫入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）または半ＩＰＮ部材を提供するステップであって、水膨潤性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材は、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーを含む第１のポリマーネットワーク、非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワーク、およびスルホン酸官能基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークを含む、ステップと；骨セメント組成物を取付ゾーンに提供するステップと；骨セメント組成物を硬化させて、取付ゾーンを人体内の骨の表面または骨の表面に係合した整形外科用インプラントの一部に取り付けるステップとを含む、方法。
この実施形態および他の実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。第２のネットワークは、ジメチルアクリルアミド、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ビニルアルコール、メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルメタクリルアミド、およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含む重合化モノマーを含む、非イオン性ポリマーを含んでもよい。第２のポリマーネットワークは、重合化ヒドロキシエチルメタクリレートを含む非イオン性ポリマーを含んでもよい。

第３のポリマーネットワークは、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、ビニルスルホン酸、アネトールスルホン酸、およびスチレンスルホン酸のうちの１つまたは複数を含む重合化モノマーを含む、スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含んでもよい。第３のポリマーネットワークは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）を含む、スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含んでもよい。方法は、取付ゾーンと軸受表面との間に接着勾配を形成することをさらに含んでもよく、接着勾配は、骨セメントを硬化させるときに、取付ゾーンにおいて接着剤の最高濃度を有してもよい。骨セメント組成物を硬化させるステップは、骨セメント組成物に光源を提供することにより行われてもよい。接着勾配は、ウレタンジメタクリレートをベースとした複数の第１のポリマー領域と、メチルメタクリレートをベースとした複数の第２のポリマー領域とを含むウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーを含んでもよい。ウレタンジメタクリレートをベースとした第１のポリマー領域は、コポリマーの約６０％〜９９％（ｗ／ｗ）を含んでもよく、メチルメタクリレートをベースとした第２のポリマー領域は、コポリマーの約１％〜４０％（ｗ／ｗ）を含んでもよい。ウレタンジメタクリレートをベースとした第１のポリマー領域は、コポリマーの約６０％〜８０％（ｗ／ｗ）を含んでもよく、メチルメタクリレートをベースとした第２のポリマー領域は、コポリマーの約２０％〜４０％（ｗ／ｗ）を含んでもよい。

ウレタンジメタクリレートをベースとした第１のポリマー領域は、ポリ（テトラメチル）グリコールをベースとした軟質セグメントを含んでもよく、軟質セグメントは、約１００Ｄａから約５０００Ｄａの間の分子量を有してもよい。ウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーは、約３０ＭＰａから約２０００ＭＰａの間の圧縮弾性率を確定してもよい。ウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーは、約３０ＭＰａから約２０００ＭＰａの間の引張弾性率を確定してもよい。ウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーは、約２５％から約２００％の間の破壊歪みを確定してもよい。
本発明の新規な特徴は、後述の特許請求の範囲において具体的に説明される。本発明の特徴および利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される例示的実施形態を記載する以下の発明を実施するための形態、および添付の図面を参照することにより得られる。

軟骨微細構造の概略図である。 いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物の概略図である。 いくつかの実施形態による本明細書に記載のＩＰＮ組成物の概略図である。 いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物を形成するためのプロセスを示す図である。 いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物の概略図である。 いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物の概略図である。 いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物の写真である。 いくつかの実施形態による勾配を有するＩＰＮ組成物の写真である。 いくつかの実施形態による勾配を有するＩＰＮ組成物の概略図である。 本明細書に記載のＩＰＮ組成物を作製するための方法の実施形態を詳細に説明するフローチャートを示す図である。 それぞれ、いくつかの実施形態による、膝における軟骨パッチとして、股関節軟骨全置換として、および膝軟骨部分置換手順において使用される本明細書に記載のＩＰＮ組成物の例を示す図である。 それぞれ、いくつかの実施形態よる、プロペラ軸における軸受として、およびハイドロタービンにおける軸受としての本明細書に記載のＩＰＮ組成物の使用を示す図である。 それぞれ、いくつかの実施形態よる、プロペラ軸における軸受として、およびハイドロタービンにおける軸受としての本明細書に記載のＩＰＮ組成物の使用を示す図である。 従来の軸受システムを有する水ポンプを示す図である。 いくつかの実施形態による軸受として本明細書に記載のＩＰＮ組成物を使用する例示的水ポンプを示す図である。 いくつかの実施形態による関節の表面に取り付けられた整形外科用インプラントを示す図である。 いくつかの実施形態による潤滑および接着勾配を有する二重勾配の例を示す図である。 いくつかの実施形態による、接合される前の勾配ポリマー合金（図１６Ａ）および多孔質金属デバイス（図１６Ｂ）を示す図である。 いくつかの実施形態による、接合された後の勾配ポリマーおよび多孔質金属デバイスを有する勾配ポリマー合金デバイスを示す図である。 いくつかの実施形態による、勾配ポリマー合金保持表面を有するキャップ形状（図１８）金属インプラントを骨に取り付けるステップを示す図である。 いくつかの実施形態による、勾配ポリマー合金保持表面を有するカップ形状（図１９）金属インプラントを骨に取り付けるステップを示す図である。 勾配ポリマー合金保持表面を有する金属インプラントで置換された関節の両側を示す図である。 いくつかの実施形態による、図２０Ａからのインプラントの断面図である。 いくつかの実施形態による、股関節におけるキャップ対カップ式の軟骨全置換を示す図である。 いくつかの実施形態によるいくつかの実施形態による、図２１に示されるもの等のキャップ対カップ式軟骨置換インプラント、合成関節包コンポーネント、関節唇コンポーネントおよび潤滑流体を有する股関節置換システムを示す図である。 いくつかの実施形態による、勾配ポリマー合金保持表面を有するキャップ対カップ式金属インプラントを有する軟骨置換システムを示す図である。 勾配ポリマー合金保持表面を有する金属インプラントの別の実施形態を示す図である。 いくつかの実施形態による、体内の関節への設置のための拡張ギャップおよび変形可能ポリマーを有する金属インプラントを示す図である。 いくつかの実施形態による関節への設置のための金属セグメントを有する整形外科用インプラントを示す図である。 関節への設置のための金属セグメントを有する整形外科用インプラントの別の実施形態を示す図である。 いくつかの実施形態による、キャップ対カップ式軟骨置換インプラント、合成関節包コンポーネント、関節唇コンポーネント、および潤滑流体を有する軟骨全置換システムを示す図である。 いくつかの実施形態による統合された関節および関節包置換システムを示す図である。 いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物を有する股関節インプラントを示す図である。 いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物を有する股関節インプラントのコンポーネントの展開図および組立図を示す図である。 いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物を有する股関節インプラントのコンポーネントを示す図である。

ある特定の医学的用途に望ましい機械的特性は、しばしば多くの親水性出発材料の可能性の範囲外にある。したがって、本開示の一態様は、他の所望の特性に加えて高い機械的強度の目標を達成するための有用な手法として、疎水性出発材料の高い機械的強度を利用し、それらの疎水性材料をある特定のイオン性ポリマーと組み合わせる。従来技術は、水膨潤性ポリマーを採用してそれをより強固にしようとしたが、本開示の一態様は、強固な材料を採用してそれをより水膨潤性にする。１つの目的は、材料のバルク全体およびその表面までの制御された様式での水の加圧および流動を可能にする、強固でありながらも透過性のネットワークを形成することである。疎水性出発材料から形成され得るＩＰＮ組成物が、本明細書において開示される。ＩＰＮ組成物は、所望の物理的および化学的特性を達成するように処理され得る。用途の例は、軟骨置換として、および軸受け用の材料としての用途を含む。

この用途の目的において、「相互貫入ポリマーネットワーク」または「ＩＰＮ」は、分子スケールで少なくとも部分的に織り合わされているが互いに共有結合しておらず、化学結合が破壊されない限り分離され得ない２つ以上のポリマーネットワークを含む材料である。「半相互貫入ポリマーネットワーク」または「半ＩＰＮ」は、線状または分岐状高分子の少なくともいくつかによるネットワークのうちの少なくとも１つの分子スケールでの貫入を特徴とする、１つまたは複数のポリマーネットワークおよび１つまたは複数の線状または分岐状ポリマーを含む材料である。ＩＰＮとは区別されるように、半ＩＰＮは、成分ポリマーネットワークのうちの少なくとも１つが共有結合により化学的に架橋していないポリマーブレンドである。

「ポリマー」は、ホモポリマー（１つの種のモノマーに由来するポリマー）およびコポリマー（２種以上のモノマーに由来するポリマー）を含む高分子を含む物質である。「疎水性ポリマー」は、（１）少なくとも４５°の表面水接触角を有する、および（２）ＡＳＴＭ試験基準Ｄ５７０に従い、室温で２４時間後に２．５％以下の吸水率を示す、という２つの特性のうちの少なくとも１つを有する予備形成ポリマーネットワークである。「親水性ポリマー」は、４５°未満の表面水接触角を有するポリマーネットワークであり、ＡＳＴＭ試験基準Ｄ５７０に従い、室温で２４時間後に２．５％超の吸水率を示す。「イオン性ポリマー」は、その性質および場所とは無関係に、少なくとも２質量％のイオン性またはイオン化可能なモノマー（またはその両方）を含有する高分子を含むポリマーとして定義される。「イオン化可能なモノマー」は、他のモノマーと化学結合してポリマーを形成し得、またカルボン酸および／またはスルホン酸等の酸官能基の存在に起因して負に帯電する能力を有する小分子である。「熱硬化性ポリマー」は、熱可塑性ポリマーとは異なり、加熱された場合に溶融しないポリマーである。熱硬化性ポリマーは、最初に作製された所与の形状に「硬化」し、その後流動または溶融しないが、むしろ加熱後に分解し、しばしば高度に架橋および／または共有結合的に架橋する。「熱可塑性ポリマー」は、熱硬化性ポリマーとは異なり、加熱された場合に溶融または流動するポリマーである。熱可塑性ポリマーは、通常、共有結合的に架橋しない。「ポリマー合金」は、ＩＰＮまたは半ＩＰＮである。「勾配ポリマー合金」は、勾配ＩＰＮまたは半ＩＰＮ（例えば、組成勾配を有するＩＰＮまたは半ＩＰＮ）であり、材料の組成は、材料の一態様から別の態様まで変動する。例えば、そのような勾配は、材料の１つの側から別の側まで、または材料の内部から材料の外側表面まで存在し得る。そのような勾配は、材料の水和（含水量）の変化、材料の化学組成の変化、またはその両方を含んでもよい。「相分離」は、単相系から複数相系への変換として定義され、特にブロックコポリマーの２つの非混和性ブロックの２つの相への分離として定義され、わずかな混合が生じる小規模中間相の可能性を伴う。
本開示は、一般的な市販の疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマー、例えばポリウレタンまたはＡＢＳを改質して、新たな特性、例えば強度、潤滑性、電気伝導率、増加した耐薬品性、および耐摩耗性を提供するためのプロセスを含む。他の可能な疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーは、以下で説明される。本開示はまた、ＩＰＮおよび半ＩＰＮ組成物、ならびにそのような組成物から作製される物品、ならびにそのような物品を使用する方法を含む。本開示のＩＰＮおよび半ＩＰＮ組成物は、高い引張および圧縮強度；低い摩擦係数；高い含水量および膨潤性；高い透過能力；生体適合性；ならびに生物学的安定性という特徴のうちの１つまたは複数を達成し得る。「透過能力」という用語は、水が材料の細孔を通って移動し易くする水透過能力を指す。高い接触応力下で潤滑特性を得るために、透過能力はある特定の範囲内にある必要がある。

本明細書において、改善されたＩＰＮ組成物およびそれを作製する方法が提供される。本開示の一態様は、哺乳動物の体内のインプラントが遭遇する生理学的環境に対する改善された抵抗性を有するように、ＩＰＮ組成物の特性を改善することである。インプラントが遭遇する生理学的環境の例は、血液、血漿、滑液、髄液、血清、および他の体液を含む。例えば、ＩＰＮ組成物は、カルシウムイオン等の二価カチオンを有する環境、特に整形外科用途において体内に導入されたインプラントが経験する環境に曝露された場合でも、潤滑性を保持し、高い含水量を有し得る。いくつかのＩＰＮ実施形態は、低い含水量をもたらす二価イオン（カルシウムまたはマグネシウム等）に結合する傾向を有する。カルシウム抵抗性を達成するための１つの手法は、スルホン酸官能基を有する材料をＩＰＮ組成物に導入することである。スルホン酸は、カルシウムイオンに対する良好な抵抗性を提供するが、スルホン酸官能基の高い負電荷および低いｐＫａ、ならびに、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーがスルホン酸官能基を含有するモノマーと共に膨潤することを困難にする、スルホン酸官能基と疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーとの間の他の不適合性に起因して、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマー中にスルホン酸を直接組み込むことは困難である。これによって、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーおよびスルホン酸ベースポリマーによる２ネットワークＩＰＮを形成することが困難となる。

本明細書において、ＩＰＮ組成物中にスルホン酸官能基を組み込むための改善された方法が開示される。まず比較的親水性であるが非イオン性／中性である第２のポリマーネットワークを疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマー中に形成することにより、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーの第１のポリマーネットワークにおいてスルホン酸の組み込みが改善され得ることが発見されている。第２のポリマーネットワークは、スルホン酸官能基を有するイオン性モノマーまたはマクロマーと、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーの第１のポリマーネットワークとの適合性を大幅に改善し得る。第２のポリマーネットワークの使用はまた、第２の中性／非イオン性ポリマーネットワークを有さない材料と対比して、ＩＰＮ組成物中に組み込まれ得るスルホン酸基の量を増加させることができる。

材料へのスルホン酸官能基の付加は、潤滑性、および二価または多価カチオンによる結合に対する抵抗性等の有益な特性を付与する。スルホン酸含有ポリマーが他のポリマーと非常に容易にまたは直接的に複合材料を形成しない場合がある。したがって、当技術分野において、スルホン酸ポリマーを他のポリマーとの複合材料にすることが必要とされている。好ましい実施形態において、非イオン性ポリマーは、第１のポリマーとスルホン酸含有ポリマーとの間の中間体として機能する。この非イオン性ポリマーは第１のポリマーとＩＰＮを形成し、これによってＩＰＮはスルホン酸ポリマーのモノマーと混和性となり、次いでスルホン酸モノマーが第１のＩＰＮの存在下で重合して３ネットワークＩＰＮを形成する。中間の非イオン性ポリマーを有さない疎水性の第１のネットワークの場合、第１のネットワークポリマーに対するスルホン酸ポリマーの量は比較的低くなる。
いくつかの実施形態において、水膨潤性の水透過性相互貫入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）または半ＩＰＮ部材が提供される。水膨潤性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材は、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーを含む第１のポリマーネットワーク、非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワーク、およびスルホン酸官能基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークを含む。水膨潤性の水透過性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材は、水膨潤性の水透過性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材の第１の表面と第２の表面との間に組成勾配を含んでもよい。一例において、第１のポリマーネットワークは、ポリウレタンを含む。

いくつかの場合において、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーは、ポリマーセグメントの複数のサブセットを含んでもよい。硬質および軟質セグメント等のセグメントの適合性は、第２のポリマーネットワークおよび第３のポリマーネットワークを作製するために使用されるイオン性モノマーおよび非イオン性／中性モノマーとの様々な適合性を有し得る。疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマー内のポリマーセグメントのサブセットとイオン性および非イオン性モノマーとの適合性に依存して、第２のポリマーネットワークおよび第３のポリマーネットワークは、ポリマーセグメントのサブセットの全て、またはポリマーセグメントのサブセットの一部のみにおいて形成し得る。例えば、第２のポリマーネットワークおよび第３のポリマーネットワークは、それぞれ疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーのポリマーセグメントの同じサブセット内に形成される。いくつかの実施形態において、第２のポリマーネットワークおよび第３のポリマーネットワークは、それぞれ、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーの硬質セグメントではなく軟質セグメント内にのみ形成される。

非イオン性ポリマーを含む第２のネットワークは、ジメチルアクリルアミド、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ビニルアルコール、メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルメタクリルアミド、およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含む重合化モノマーを含んでもよい。いくつかの実施形態において、非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワークは、重合化ヒドロキシエチルメタクリレートを含んでもよい。
スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、２−プロペン−１−スルホン酸、２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸、ビニルスルホン酸、１，３−プロパンスルホン、１，４ブタンスルホン、アネトールスルホン酸、およびスチレンスルホン酸のうちの１つまたは複数を含む重合化モノマーを含んでもよい。
いくつかの実施形態において、スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）を含む。いくつかの実施形態において、非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワークは、重合化ヒドロキシエチルメタクリレートを含み、スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）を含む。

第１のポリマーネットワーク、第２のポリマーネットワーク、および第３のポリマーネットワークのいずれも、コポリマー、または複数の異なるモノマーの組合せであってもよい。いくつかの実施形態において、第２のポリマーネットワークはまた、ポリ（アクリル酸）を含んでもよい。例えば、第２のポリマーネットワークは、コポリマー重合化アクリル酸（ＰＡＡ）および重合化ヒドロキシエチルメタクリレートを含んでもよい。いくつかの実施形態において、第３のポリマーネットワークはまた、アクリル酸を含んでもよい。例えば、第３のポリマーネットワークは、コポリマー重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）およびアクリル酸を含んでもよい。別の例において、第３のポリマーネットワークは、コポリマー重合化ビニルスルホン酸およびアクリル酸を含んでもよい。
スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークは、第３のポリマーネットワークの官能基の総数に対して約１％〜約１００％のスルホン酸基を含んでもよい。イオン性ポリマーは、他の官能基に対して過半数のスルホン基を含んでもよい。第３のポリマーネットワークは、固定電荷を含んでもよい。

いくつかの実施形態において、第２のポリマーは、第１のポリマーのハンセン溶解度パラメータ（δ_d、δ_p、δ_h）にマッチするように調整されるイオン性および非イオン性モノマーの混合物を含み、潜在性の膨潤を可能にする。混合物は、単一のイオン性モノマーおよび非イオン性モノマーまたはそれらの任意の組合せを含んでもよい。例えば、混合物のイオン性部分は、アクリル酸およびビニルスルホン酸の組合せを含んでもよく、ヒドロキシエチルメタクリレートの非イオン性部分を含んでもよい。
第１のポリマーの膨潤ハンセン溶解度パラメータは、１種または複数種の溶媒およびイオン性モノマーの系を使用して適合される。例えば、混合物は、ＡＭＰＳ、ギ酸および水の混合物を含んでもよい。
第２のポリマーは、第１のコポリマーのただ１つのセグメントのハンセン溶解度パラメータにマッチするように調整されたイオン性モノマーおよび溶媒の混合物を含む。例えば、イオン性モノマーおよび溶媒の混合物は、ポリウレタンポリマーの軟式セグメントにのみ影響する。

第１のポリマーの膨潤ハンセン溶解度パラメータ、または第１のポリマーの１つもしくは複数のセグメントの溶解度パラメータは、モノマーまたはモノマーおよび溶媒の混合物の溶解度パラメータと適合される。第２のポリマーの重合後、第１および第２のＩＰＮの組み合わされた膨潤ハンセン溶解度パラメータは、第３のポリマーのモノマーまたはモノマーおよび溶媒の混合物と適合される。第４のネットワーク以降を追加するためには、同じ手順が繰り返され得る。例えば、ポリウレタンは、ポリウレタンを膨潤させるように調整されたハンセン溶解度パラメータを有するベンジルアルコールおよびヒドロキシエチルメタクリレートにより膨潤され、重合後、新たなＩＰＮに対して新たなハンセン溶解度パラメータが推定され、第３のＩＰＮネットワークのアクリル酸および２−メチルプロパンスルホン酸の溶液の溶解度パラメータと適合される。
いくつかの実施形態において、第２のポリマーは、他のイオン性分子と化学反応し得る反応基を有してもよい。例えば、第２のポリマーは、（ジメチルアミノ）エチルメタクリレートであってもよく、イオン性分子は、１，３プロパンスルホンであってもよい。

ＩＰＮ組成物は、第１のポリマーネットワーク、第２のポリマーネットワーク、および第３のポリマーネットワークのいずれかまたは全てにおいて、１つまたは複数の組成勾配を含んでもよい。一例において、組成勾配は、剛性勾配を形成する。別の例において、組成勾配は、骨セメント等の接着剤により形成される接着勾配であってもよい。別の例において、組成勾配は、水和勾配であってもよい。例えば、第２および第３のポリマーネットワークの一方は、インプラントの第１の部分からインプラントの第２の部分への水和勾配を有してもよい。さらに別の例において、第３のポリマーネットワークは、インプラントの第１の部分からインプラントの第２の部分への電荷勾配を形成してもよい。勾配は、表面からの距離の関数としての自由体積の制約に起因する必要性により、第３のネットワークが勾配として形成される第２のネットワークにより確立されてもよい（水和勾配）。代替として、勾配は、第１のネットワークと共に完全に（勾配なしで）形成される第２のネットワーク内への第３のネットワークモノマーの差別的膨潤により形成されてもよい。
本明細書に記載のＩＰＮ組成物は、二価金属カチオンとの結合に対する抵抗性を示すことにより、改善された水膨潤および摩擦特性を提供し得る。二価金属カチオンの例は、特にカルシウムおよびマグネシウムを含む。
本明細書に記載のＩＰＮ組成物は、整形外科用インプラントの一部として使用され得る。整形外科用インプラントは、骨接触表面を有する骨界面部材を含んでもよい。いくつかの実施形態において、軸受表面および取付ゾーンを有する水膨潤性の水透過性相互貫入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）または半ＩＰＮ部材が提供される。取付ゾーンは、骨界面部材に取り付けられてもよい。水膨潤性の水透過性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材は、軸受表面と取付ゾーンとの間に組成勾配を含んでもよい。

骨界面部材は、金属で作製されてもよい。いくつかの例において、金属は、多孔質金属である。いくつかの実施形態において、骨界面部材は、セラミックまたはポリマーで作製される。
いくつかの例において、整形外科用インプラントの少なくとも一部は、関節へのインプラント設置の間、形状を変化させるように構成される。いくつかの例において、インプラントの少なくとも一部は、関節へのインプラント設置の間、一時的に変形するように構成される。
インプラントは、キャップ、カップ、プラグ、キノコ形、円筒形、パッチ、およびステムからなる群から選択される形状を有してもよい。インプラントはまた、肩鎖関節、足関節、関節丘、肘関節、指関節、関節窩、股関節、椎間板、椎間関節、関節唇、半月板、中手関節、中足関節、膝蓋骨、脛骨プラトー、足指関節、顎関節、または手首関節およびそれらの任意の一部にフィットするように適合されていてもよい。
ＩＰＮ組成物は、骨セメント等の接着剤を使用してインプラントに取り付けられてもよい。例えば、骨界面部材への取付ゾーンの取付けは、接着剤により形成されてもよい。

いくつかの実施形態において、ＩＰＮ組成物は、潤滑表面または側面を含んでもよい。一例において、軸受表面が潤滑表面であってもよい。潤滑表面は、約０．１未満の摩擦係数を有してもよい。潤滑表面は、約０．０１０未満の摩擦係数を有してもよい。潤滑表面は、約０．００５未満の摩擦係数を有してもよい。潤滑表面は、約０．００３未満の摩擦係数を有してもよい。潤滑表面は、約０．００１未満の摩擦係数を有してもよい。いくつかの実施形態において、潤滑表面は、約０．００１から約０．１の摩擦係数を有してもよい。
ＩＰＮは、そのバルクまたはその表面内に化学的または物理的に組み込まれた、酸化防止剤（例えば、ビタミンＣ、ビタミンＥ、Ｉｒｇａｎｏｘ（登録商標）、またはサントホワイト（santowhite）粉末）、抗菌剤（例えば抗生物質）、抗炎症剤（ステロイド）等のある特定の添加剤を有してもよい。これらは、例えば、酸化防止剤と任意のビニル基含有モノマー、例えばメタクリレート、アクリレート、アクリルアミド、ビニル、またはアリルエーテルとのエステル化により、材料に化学結合されてもよい。
他の用途において、ＩＰＮ組成物は、モーター、ポンプ、または可動部品を有する他の機械デバイスの一部としての軸受等の他の機械的用途で使用されてもよい。

図１Ａは、軟骨１００の概略図である。軟骨は、強固なコラーゲンネットワーク１０２、負に帯電したプロテオグリカン１０４、および水１０６を有する。図１Ａの拡大部分は、負に帯電した分子１０８を有する負に帯電したプロテオグリカン１０４を示す。
図１Ｂは、いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物１５０の概略図である。例示されたＩＰＮ組成物１５０は、ポリマーＡの第１のポリマーネットワーク１５２、負電荷を有するポリマーＢの第２のネットワーク１５４、および水１５６を含む。図１Ｂは、負に帯電した分子１５８を有するポリマーＢの第２のネットワーク１５４を示す。
図２は、いくつかの実施形態による本明細書に記載のＩＰＮ組成物１６０の概略図である。ＩＰＮ組成物１６０は、非イオン性である第１のポリマーネットワーク１６２、非イオン性または部分的にイオン性であってもよい第２のネットワーク１６４、およびイオン性であってもよくスルホン酸官能基を含有してもよい第３のポリマーネットワーク１６６を含む。図６は、いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物の写真である。
図３Ａ〜３Ｅは、いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物を形成するためのプロセスを示す。図３Ａ〜３Ｅは、硬質セグメント１０（白抜きの矩形として示されている）および軟質セグメント１２（線として示されている）のネットワークを含有する、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマー、例えば熱可塑性ポリウレタンベースポリマーに関するプロセスを示す。図３Ｂにおいて、軟質セグメント１２は、非イオン性モノマー１４（丸として示されている）および任意選択の溶媒、ならびに開始剤および架橋剤（図示せず）で膨潤しているが、硬質セグメント材料１０にはほとんど影響しない。この膨潤プロセスは、ポリマーの溶解ではなく、硬質セグメントは、軟質セグメントがモノマーおよび任意選択の溶媒を吸収したときに材料を互いに保持するための物理的架橋として機能する。モノマーの重合および架橋後、第２のネットワーク１６（図３Ｃおよび３Ｄにおいて濃い線として示されている）が第１のネットワークの存在下で形成されてＩＰＮを生成し、第２のポリマー（すなわち重合化モノマー）は、主として第１のポリマーの軟質非晶質ドメイン内に隔離されている。ある程度の分子再配列およびさらなる相分離にもかかわらず、硬質セグメントは、規則性および結晶性をほぼ保持し、材料に構造および強度を提供する。

次いで、スルホン酸官能基を含有するイオン性ポリマーを重合させることにより、第３のポリマーネットワークが形成され得る。第２のポリマーネットワーク１６は、スルホン酸官能基を含有するイオン性ポリマーと、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーとの適合性を改善し得る。例えば、図３Ｄにおいて、軟質セグメント１２は、スルホン酸官能基を含むイオン性モノマー１８（丸として示されている）および任意選択の溶媒、ならびに開始剤および架橋剤（図示せず）で膨潤しているが、硬質セグメント材料１０にはほとんど影響しない。この膨潤プロセスは、ポリマーの溶解ではなく、硬質セグメント１０は、軟質セグメント１２がモノマーおよび任意選択の溶媒を吸収したときに材料を互いに保持するための物理的架橋として機能する。モノマーの重合および架橋後、スルホン酸官能基を含む第３のネットワーク２０が第１のネットワークの存在下で形成されてＩＰＮを生成し、第３のポリマーネットワーク（すなわち重合化イオン性モノマー）は、図３Ｅに示されるように、主として第１のポリマーの軟質非晶質ドメイン内に隔離されている。ある程度の分子再配列およびさらなる相分離にもかかわらず、硬質セグメントは、規則性および結晶性をほぼ保持し、材料に構造および強度を提供する。

図４は、いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物１７０の概略図である。ＩＰＮ組成物１７０は、より堅い表面１７１ａと潤滑表面１７１ｂとの間に水和勾配を有する三重ポリマーネットワークを含む。図５は、組成の遷移に伴う滑らかな勾配としての水和勾配を示す。水和レベルは、潤滑表面１７１ｂからの距離の増加と共に減少する。水和レベルは、潤滑表面１７１ｂにおいて最大である。潤滑表面は、ポリマーＡ、ポリマーＢ、およびポリマーＣを含み、ポリマーＡに比べてポリマーＢおよびＣの量がより多い。より堅い表面１７１ａと潤滑表面１７１ｂとの間の領域は、示された例において、ほぼ同じ量のポリマーＡ、Ｂ、およびＣを含む。より堅い表面１７１ａは、ポリマーＢおよびＣに比べてより多量のポリマーＡを含む。ポリマーＢおよびＣの量は、より堅い表面１７１ａの隣接部において比較的同じとなり得る。一例において、ポリマーＡはポリウレタンであってもよく、ポリマーＢはポリ−ＨＥＭＡであってもよく、ポリマーＣはポリ−ＡＭＰＳであってもよい。

図５は、いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物１７２の概略図である。ＩＰＮ組成物１７２は、より堅い表面１７３ａと潤滑表面１７３ｂとの間に水和勾配を有する三重ポリマーネットワークを含む。図５は、組成の遷移に伴う滑らかな勾配としての水和勾配を示す。水和レベルは、潤滑表面１７３ｂからの距離の増加と共に減少する。水和レベルは、潤滑表面１７３ｂにおいて最大である。潤滑表面は、ポリマーＡ、ポリマーＢ、およびポリマーＣを含み、ポリマーＡに比べてポリマーＢおよびＣの量がより多い。より堅い表面１７３ａと潤滑表面１７３ｂとの間の領域は、示された例において、ほぼ同じ量のポリマーＡ、Ｂ、およびＣを含む。より堅い表面１７３ａは、図５において、ポリマーＡのみを含む。一例において、ポリマーＡはポリウレタンであってもよく、ポリマーＢはポリ−ＨＥＭＡであってもよく、ポリマーＣはポリ−ＡＭＰＳであってもよい。
図４〜５は、連続的な水和勾配および組成勾配を有するように示されている。他の実施形態において、水和勾配は、材料のコアが疎水性／純ポリマーＡを含み、材料の外側表面が水和し、ポリマーＡ、ＢおよびＣを含む、二方向勾配であってもよい。また、図４および５に示されたＩＰＮ組成物において、追加の勾配が形成されてもよい。一例において、より堅い表面１７１ａ／１７３ｃに接着勾配が形成されてもよい。

ＩＰＮ組成物は、骨に類似した特性を有する反対側と共に、潤滑側で軟骨を模倣するように設計されてもよい。ＩＰＮ組成物の特性は、軟骨様の側と骨様の側との間で徐々に遷移してもよい。図７Ａは、いくつかの実施形態による勾配を有するＩＰＮ組成物１８０の写真である。図７Ｂは、いくつかの実施形態による勾配を有するＩＰＮ組成物１８０の概略図である。図７Ｂに示されるように、軟骨様の側１８２は、水和、潤滑および柔軟軸受表面１８３を示す。骨様の側１８６は、より堅い係止表面１８７を示す。軟骨様表面と骨様表面との間には、界面領域を有さない（例えばグラフト領域のない）勾配遷移ゾーン１８４がある。
本明細書において開示されるＩＰＮ組成物を作製する方法もまた提供される。図８は、いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物を形成するための方法２００を示す。第１のステップ２０２は、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーの第１のポリマーネットワークを含むポリマー組成物を、非イオン性モノマー溶液と接触させることを含む。第２のステップ２０４は、非イオン性モノマーを重合させて、重合化非イオン性モノマーを含む第２のポリマーネットワークをポリマー組成物中に形成することを含む。第３のステップ２０６は、ポリマー組成物を、スルホン酸官能基を含有するイオン性モノマーの溶液と接触させることを含む。第４のステップ２０８は、イオン性モノマーを重合させて、重合化イオン性モノマーを含む第３のポリマーネットワークをポリマー組成物中に形成することを含む。

いくつかの実施形態において、第１のポリマーネットワークは、ポリウレタンを含む。非イオン性モノマーの例は、ジメチルアクリルアミド、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ビニルアルコール、メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルメタクリルアミド、およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含むモノマーを含む。スルホン酸基を含有するイオン性モノマーの例は、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、２−プロペン−１−スルホン酸、２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸、１，３−プロパンスルホン、１，４ブタンスルホン、ビニルスルホン酸、アネトールスルホン酸、およびスチレンスルホン酸のうちの１つまたは複数を含むモノマーを含む。
いくつかの実施形態において、非イオン性モノマーは、ヒドロキシエチルメタクリレートを含み、スルホン酸基を含有するイオン性モノマーは、重合化２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）を含む。

いくつかの実施形態において、第１のポリマーネットワーク、第２のポリマーネットワーク、および第３のポリマーネットワークのいずれも、複数のモノマーから形成されて、コポリマーを形成し得る。例えば、第３のポリマーネットワークは、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）およびアクリル酸を重合させてコポリマーを形成することにより形成され得る。
非イオン性モノマーは、水性溶媒による溶液中に提供されてもよい。いくつかの実施形態において、非イオン性モノマー、例えばＨＥＭＡ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）またはＨＥＭＡＡｍ（２−ヒドロキシエチルメタクリルアミド）の濃度は、約４０質量％までであってもよい。いくつかの実施形態において、ＨＥＭＡの濃度は、１００％に達してもよい。アクリル酸等の追加的なイオン性モノマーが、非イオン性モノマー溶液に添加されてもよい。いくつかの実施形態において、アクリル酸は、約１質量％〜約５０質量％の濃度で非イオン性モノマー溶液中に提供される。いくつかの実施形態において、アクリル酸は、約１質量％〜約７５質量％の濃度で非イオン性モノマー溶液中に提供される。
方法は、架橋剤および／または開始剤（熱、化学もしくは光開始剤）を使用して架橋を形成するステップを含んでもよい。光開始剤に非イオン性モノマーを提供して、第２のポリマーネットワークを架橋することができる。光開始剤にイオン性モノマーを提供して、第３のポリマーネットワークを架橋することができる。

いくつかの実施形態において、方法は、ＩＰＮ組成物の第１の表面とＩＰＮ組成物の第２の表面との間に組成勾配を形成するステップを含んでもよい。組成勾配は、剛性勾配を形成してもよい。組成勾配は、接着勾配を含んでもよい。組成勾配は、水和勾配を形成してもよい。例えば、水和勾配は、第２または第３のポリマーネットワークのうちの１つにおいて形成されてもよい。
方法は、ポリマー組成物を所望の形状に成型、整形または成形するステップを含んでもよい。いくつかの実施形態において、所望の形状は、キャップ、カップ、プラグ、キノコ形、円筒形、パッチ、およびステムからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、所望の形状は、肩鎖関節、足関節、関節丘、肘関節、指関節、関節窩、股関節、椎間板、椎間関節、関節唇、半月板、中手関節、中足関節、膝蓋骨、脛骨プラトー、足指関節、顎関節、または手首関節およびそれらの任意の一部にフィットするように適合されている。ＩＰＮ組成物を人工器官、骨界面部材、または他の所望の取付表面に固定するために、骨セメントが使用されてもよい。

一実施形態において、ポリウレタンは、非イオン性モノマーおよび架橋剤を含有するモノマー溶液中に含浸され、次いでポリウレタンネットワーク内に非イオン性ネットワークが形成されて、２ネットワークＩＰＮが形成される。次いで、このＩＰＮは、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）および架橋剤のモノマー溶液中に含浸され、次いで既存のＩＰＮ内にポリ−ＡＭＰＳ（ＰＡＭＰＳ）ネットワークが形成されて、ポリウレタン（第１のネットワーク）、非イオン性ポリマー（第２のネットワーク）、およびＰＡＭＰＳ（第３のネットワーク）の３ネットワークＩＰＮが効果的に形成される。他の実施形態において、アクリル酸を含む他のモノマー、ならびに他のエチレン性不飽和モノマー（イオン性および非イオン性の両方）を組み込んだコポリマーが、第２または第３のポリマーネットワーク内に組み込まれてもよい。これらの組合せを使用して、四重またはより高次のネットワーク等の追加的なネットワークが形成されてもよい。別の実施形態において、スルホン化ポリウレタンネットワーク等、スルホン酸もまた第１のポリマーネットワークに組み込まれてもよい。任意の数の架橋剤および開始剤（例えば光開始剤および化学開始剤）が、ネットワークを重合させるために使用され得る。スルホン酸官能基を含有するＡＭＰＳ以外のモノマー、例えば２−プロペン−１−スルホン酸、２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸、１，３−プロパンスルホン、１，４ブタンスルホン、ビニルスルホン酸、アネトールスルホン酸、およびスチレンスルホン酸が、上述の３ネットワーク系の第３のポリマーネットワークを含むネットワークのいずれかにおいて使用されてもよい。

使用され得るイオン化不可能な（電荷中性）モノマーは、限定されないが、ジメチルアクリルアミド、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ビニルアルコール、メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルメタクリルアミドならびにこれらのモノマーの任意の組合せおよび／または誘導体を含む。第２または第３のポリマーネットワークにおいて、様々な官能基を有するエチレン性不飽和モノマーまたはマクロモノマー（すなわち反応性二重結合またはビニル基を有する）の任意の数または組合せが、単独で、または様々な溶媒（例えば水もしくは有機溶媒、またはそれらの混合物）と組み合わせて使用され得る。これらのエチレン性不飽和の態様は、アクリル、メタクリル、アクリルアミド、アリルエーテル、および他の同様のモノマーを含む。任意選択で、第２または第３のポリマーネットワークが、イオン化不可能およびイオン化可能なモノマーの混合物であってもよい。例えば、第２のネットワークは、２つ以上のイオン化不可能なモノマーの混合物であってもよく、または、１つもしくは複数のイオン化可能なモノマーおよび１つもしくは複数のイオン化不可能なモノマーの混合物であってもよい。第３のポリマーネットワークは、２つ以上のイオン化不可能なモノマーの混合物であってもよく、または、１つもしくは複数のイオン化可能なモノマーおよび１つもしくは複数のイオン化不可能なモノマーの混合物であってもよい。形成される追加的なネットワーク（第４、第５等の）ネットワークにも同様のことが適用され得る。これらの例において形成される三重またはより高次のＩＰＮは、第２、第３またはより高次のネットワークの重合ステップの前またはその間に、第１のポリマーネットワーク内の前記第２および／または第３のポリマーネットワークモノマー溶液の相対量を改変することにより、勾配ＩＰＮ（または勾配ポリマー合金）として合成されてもよい。

任意の数の架橋剤および開始剤（例えば光開始剤および化学開始剤）が、本明細書に記載のネットワークを重合させるために使用され得る。第２および第３のネットワークを上述の第１のネットワークのいずれかの存在下で架橋するために、任意の種類の適合性架橋剤、例えばエチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート（もしくはジアクリレート）、トリエチレングリコールジメタクリレート（もしくはジアクリレート）、テトラエチレングリコールジメタクリレート（もしくはジアクリレート）、ポリエチレングリコールジメタクリレートもしくはポリエチレングリコールジアクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビスアクリルアミド、それらの誘導体、または組合せ等が使用され得る。架橋剤の例は、トリエチレングリコールジメタクリレートまたはＮ，Ｎメチレンビスアクリルアミドを含む。また、前駆体溶液／材料とのその溶解度に依存して、任意の数の光開始剤が使用され得る。これらは、限定されないが、２−ヒドロキシ−２−メチル−プロピオフェノンおよび２−ヒドロキシ−１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−メチル−１−プロパノンを含む。リボフラビン（ビタミンＢ２）、またはローズベンガル等の他の自然発生的な光開始剤が使用されてもよい。さらに、過酸化ベンゾイル、２−オキソグルタル酸、アゾビスイソブチロニトリル、または過硫酸カリウム（または過硫酸ナトリウム）等の他の開始剤が使用されてもよい。例えば、過酸化ベンゾイルは、温度開始重合に有用であり、アゾビスイソブチロニトリルおよび過硫酸ナトリウムは、ラジカル開始剤として有用である。

スルホネート含有モノマーの例は、限定されないが、アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、２−プロペン−１−スルホン酸、１，３−プロパンスルホン、１，４ブタンスルホン、アネトールスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルアクリレート、３−スルホプロピルメタクリレート、２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸、またはスルホン酸が共役した任意のモノマー（アリルエーテル、アクリレート、メタクリレート、ビニル基もしくはアクリルアミド）を含む。これらのモノマーおよびモノマーの組合せから得られるポリマー上のペンダント官能基は、その後の化学反応に供されて、最終ＩＰＮに他の官能性を生成し得る。例えば、官能基は、ビタミンＣまたはビタミンＥ等の酸化防止剤への化学結合を形成するように改質され得る。他の実施形態において、ビタミンＥまたはビタミンＣ等の酸化防止剤は、完全形成後の三重ネットワークＩＰＮに、ドーププロセスにより付加されてもよい。特にビタミンＥは、その疎水性を考慮して、固相（ポリウレタン硬質セグメント）内に隔離され、したがって、インプラント内、ひいては体内での長期滞留時間を有するビタミンＥのデポまたは貯蔵部として供給され、酸化に対して保護される。ビタミンＥまたはＣはまた、完全形成後のＩＰＮ内で共有結合し得る。
別の実施形態において、カルボン酸イオン基を含有する米国特許出願公開第２０１３／０１３８２１０号に示されるような親水性−疎水性ＩＰＮは、アミン含有スルホン酸（またはアミノ酸）を使用したアミド化を用いてスルホン化され得る。この場合、ＩＰＮのカルボキシレートとスルホン酸中のアミンとの間にペプチド結合が形成される。

本開示の用途は、限定されないが、整形外科用インプラント、例えば軟骨置換デバイス、関節置換デバイス、半月板置換、間置空間（interpositional space）、腱または靭帯置換または強化、軟骨スキャフォールド、軟骨置換プラグ、軟骨刺激プラグ、軟骨再生を刺激するための骨充填インプラント、および小関節面または脊椎板インプラントを含む。この技術により対処され得る関節は、限定されないが、膝、足、足首、股関節、肩、指、手、手首、椎間腔、小関節面、肘、および腰椎／胸椎／頸椎椎間板を含む。本開示から利益を得ることができる他の医療デバイスは、尿路カテーテル、ステント、カテーテル、脳シャントおよび脳コイル（cerebral coil）を含む心臓血管インプラント、左心補助循環デバイス（ＬＶＡＤ）軸受、ならびにコンドームを含む。
図９Ａ〜９Ｃは、それぞれ、いくつかの実施形態による、膝における軟骨パッチとして、股関節軟骨全置換として、および膝軟骨部分置換手順において使用される本明細書に記載のＩＰＮ組成物の例を示す図である。ＩＰＮ組成物は、標的となる用途のための所望の形状に成型または成形され、接着性骨セメントで貼り付けられてもよい。使用され得る接着性骨セメントの例は、共有の米国特許出願公開第２０１３−０１０３１５７号において開示されているものを含む。ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）ベース骨セメントの使用は、米国特許出願公開第２０１３−０２１７８２９号に記載のように、本明細書に記載のＩＰＮ組成物と共に追加的な勾配（例えば接着勾配）を形成してもよい。

図９Ａは、本明細書に記載のＩＰＮ組成物で作製された軟骨パッチ２１２およびプラグ２１４を示す。軟骨パッチ２１２およびプラグ２１４は、若年患者における局所性病変を治療するために使用されてもよく、また関節鏡用途への可能性を有する。軟骨パッチ／プラグは、骨セメント２１６を使用して骨に貼り付けられてもよい。
図９Ｂは、股関節２２０の軟骨、具体的には大腿骨頭２２２、および寛骨臼カップ２２４を交換するための、本明細書に記載のＩＰＮ組成物を使用した股関節軟骨全置換手順を示す。ＩＰＮ組成物は、接着性骨セメント２２６を使用して適所に固定され得るが、その組成は本明細書に記載される。
図９Ｃは、本明細書に記載のＩＰＮ組成物を使用した膝部分置換手順を示す。ＩＰＮ組成物インプラント２４２、２４４は、内側、外側、および膝蓋大腿関節表面を修復するために関節鏡により設置され得る。インプラント２４２、２４４は、骨セメント２４６を使用して、所望の関節表面に固定保持され得る。

スルホン化ネットワークを有さないＩＰＮおよびスルホン化ネットワークを有するＩＰＮを、カルシウムに富む環境への曝露により試験した。スルホン化ＩＰＮおよびスルホン化ネットワークを有さないＩＰＮを、生理学的環境において典型的に存在するカルシウム［Ｃａ＋＋］の２．５倍の量を有する環境に、６カ月間曝露した。体内において典型的に存在するカルシウムの量は、約１．１〜１．４ｍＭの範囲である。試験されたカルシウムの量は、約３．０ｍＭであった。体内において典型的に存在するカルシウムの平均量は、約２．５ｍＭと推定され得る。スルホン化ＩＰＮは、二価カチオンとの結合に対する抵抗性を示し、カルシウムを含有する環境に対する曝露後も高い含水量を維持し、潤滑性を保持した。
生理学的レベルの約５０倍（約６０ｍＭ）のカルシウムおよび生理学的レベルの約２．５倍（約３．０ｍＭ）のカルシウムを含む環境における、スルホン化ＩＰＮの湿潤質量変化を試験した。生理学的レベルのカルシウムの約５０倍（約６０ｍＭ）のカルシウム濃度を有する環境におけるインキュベーション後のスルホン化ＩＰＮは、生理学的イオン、ｐＨおよび温度条件下で平衡化されたＩＰＮの湿潤質量と比較して、３％未満の湿潤質量変化を示した。生理学的レベルのカルシウムの約２．５倍（約３．０ｍＭ）のカルシウム濃度を有する環境におけるインキュベーション後のスルホン化ＩＰＮは、生理学的イオン、ｐＨおよび温度条件下で平衡化されたＩＰＮの湿潤質量と比較して、２％未満の湿潤質量変化を示した。

試験されたスルホン化ＩＰＮは、高［Ｃａ⁺⁺］溶液への長期曝露により示されるように、低いＣａ⁺⁺またはＭｇ⁺⁺親和性を示す。スルホン化ＩＰＮはまた、著しい滑りやすさを保持し、生理学的［Ｃａ⁺⁺］溶液中で６カ月超にわたり０．００３の摩擦係数を有していた。
本明細書において開示されるＩＰＮ組成物の他の実施形態は、工業的軸受用途、例えばポンプ軸受、船尾軸の軸受、アキシャルおよびラジアル軸受、水力タービン軸受、リニア軸受、リニアステージ等を含み得る。他の用途は、船舶用のコーティングまたは表面等の工業的用途を含む。
図１０および１１は、それぞれ、いくつかの実施形態よる、プロペラ軸における軸受として、およびハイドロタービンにおける軸受としての本明細書に記載のＩＰＮ組成物の使用を示す。図１０は、船尾管３２０プロペラ軸３２６と係合した船尾側軸受３２２および前方軸受３２４の２つの軸受としてのＩＰＮ組成物を示す。船尾側軸受３２２および前方軸受は、それらの間に海水封止を形成し得る。図１０に示される例において、ＩＰＮ組成物軸受３２２、３２４は、別個の船尾側封止システムを必要とすることなく使用され得る。船尾管軸受は、いくつかの重要な目的を果たすことができる。軸受は、螺旋軸およびプロペラ質量の相当な割合を支持することができる。軸受はまた、機械空間への海水の浸入を防止するためのグランドとして機能し得る。本明細書に記載のＩＰＮ組成物は、従来の軸受に勝る改善された特性を有する船尾管軸受として機能して、船尾管プロペラ軸の一部を支持しながら、海水に対する封止を維持し、また低い摩擦係数を有する表面を提供し得る。

図１１は、船用エンジンの一部となり得るハイドロタービンエンジン３３２におけるジャーナル軸受３３０として使用されるＩＰＮ組成物を示す。ハイドロタービンエンジン３３２は、エンジン３３４の一部を通して水を移動させることができる。ＩＰＮ組成物は、ジャーナル軸受３３０として使用された場合、従来のジャーナル軸受設計に勝る改善された特性およびより複雑でない設計により、潤滑表面を提供し得る。
図１２は、軸受システムを水から分離するために複雑な水封止システム３４４および水湿潤チャンバ（water wetted chamber）３４６を必要とする、従来の軸受システム３４２を有する水ポンプ３４０を示す。水ポンプ３４０軸受システム３４２は、複雑な油湿潤チャンバ（oil wetted chamber）３４３を使用する。図１３は、いくつかの実施形態による軸受３５２、３５３として本明細書に記載のＩＰＮ組成物を使用する例示的水ポンプ３５０を示す。ＩＰＮ組成物ベース軸受３５２、３５３は、湿潤水チャンバ３５４、３５６が従来の水ポンプにおける複雑な水封止システムおよび複雑な軸受システムに置き換わることができるよう、ＩＰＮ組成物ベース軸受が水と直接接触して使用され得るように、より単純な水ポンプ設計で使用され得る。

本明細書に記載のＩＰＮ組成物は、従来の軸受に勝る多くの異なる利益を提供し得る。一態様において、ＩＰＮ組成物は、従来の軸受に勝る著しい耐腐食性を示し得る。別の態様において、ＩＰＮ組成物は、海水、真水、および弱い化学物質に対する高い耐腐食性を示し得る。さらに別の態様において、ＩＰＮ組成物は、低い摩擦係数および低い摩耗を示し得る。ＩＰＮ組成物は表面コーティングではなく、したがって、バルク材料全体にわたり、潤滑性および低摩擦係数特性を示し得る。ＩＰＮ組成物は、動的負荷下でも低い摩擦係数および低い摩耗を示し得る。例えば、水の非圧縮性は、動的負荷に対するＩＰＮ組成物の応答を改善し得る。特性は、準静的条件下であっても、低い摩擦によって速度から独立し得る。例えば、ＩＰＮ組成物は、起動摩擦を示さないことが可能であり、ゼロ以上からのＲＰＭ値で動作し得る。ＩＰＮ組成物は、潤滑剤として油を使用せず、または動作のために別の潤滑剤を必要としない。
柔軟性および剛性等のＩＰＮ組成物の特性は、軸受に望ましい応答に基づいて調整され得る。ＩＰＮ組成物の柔軟性および剛性によって、軸受は、ＩＰＮ組成物の粘弾性に基づいて、振動、および軸受が係合する軸の大きな不整合に対応することが可能となる。

いくつかの実施形態において、ＩＰＮ組成物は、約０．００１未満の外側表面上の摩擦係数を有する。いくつかの実施形態において、ＩＰＮ組成物は、約１０ｄＢ未満の騒音を伴って軸受として動作し得る。ＩＰＮ組成物は、従来の軸受材料よりも静かな動作を提供し得、また従来の軸受よりもはるかに低い費用で製造され得る。
ＩＰＮ組成物は、冷却が必要とされないように、低い熱負荷下で動作し得る。ＩＰＮ組成物は、油または水を利用するポンプシステムまたは流体移送システムを使用せずに、軸受として機能し得る。したがって、軸受は、複雑な制御システムを必要とし得る流体移送システムのない、より単純な設計に組み込むことができる。水ベースの用途では、ＩＰＮ組成物は、水、湖水、水道水、および海水との接触により追加的に潤滑されてもよい。ＩＰＮ組成物はまた、水ベース用途のために封止を必要としない。
本明細書に記載のＩＰＮ組成物は、低圧においては境界層潤滑（極性）を、またより高圧においては間質液加圧を使用すると考えられる。また、本明細書に記載のＩＰＮ組成物は、低速度においては境界層潤滑（極性）を、またより高い速度においては間質液加圧を使用すると考えられる。また、ＩＰＮ組成物により動圧潤滑も使用され得ると考えられる。

図１４は、本開示の一実施形態を示す。潤滑性の水和関節接合表面１０および堅い取付側８を有する医療インプラント２は、骨３０とインプラント２の取付表面６との間の中間部として機能する接着性ポリマー２４を用いて、骨３０に固定される。取付側８は骨３０に固定されるように示されているが、取付側８は、本明細書に記載のインプラント表面のいずれかの一部に同様に取り付けられてもよい。示された実施形態において、接着性ポリマー混合物４は、インプラントとは別個であり、例えばシリンジ１２を使用してインプラントの取付表面６または骨３０に塗布されてもよい。インプラントおよび骨が一緒に合わせられ、接着性ポリマー混合物が硬化および固化されて接着性ポリマー２４を形成した後、インプラント２０は骨に固定される。接着性ポリマー２４およびインプラント取付表面６または骨３０の接着メカニズムは、化学的および／または物理的であり、化学的接着は、例えば、デバイス材料もしくは骨上に見られる反応性官能基と接着性ポリマー中の化学基との間に形成される共有結合、ならびに／または様々な非共有結合的相互作用、例えば吸収（例えば化学吸着、物理吸着）、疎水性相互作用、結晶子形成、水素結合、π結合の重なり、ファンデルワールス相互作用およびデバイスと硬化した接着性コポリマーとの間の（例えば分子レベルでの）物理的な絡まり、機械的連結を含む。いくつかの実施形態において、物理的接着は、突起部、陥凹部、溝、孔、粗面エリア、空間および／または他の表面フィーチャの埋積または咬合の結果であってもよい。いくつかの実施形態において、接着性コポリマーは、海綿骨と咬合している。取付表面のいくつかもしくは全てがフィーチャを有してもよく、またはいずれもフィーチャを有さなくてもよい。いくつかの実施形態において、取付表面は滑らかである。

図１５Ａ〜１５Ｂは、２つの異なる側に配置された潤滑および接着勾配を有し、勾配の間に熱硬化性ポリマー材料Ｔ １００５の領域を有する二重勾配の一実施形態を示す。熱硬化性ポリマー材料Ｔは、疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーを含む第１のポリマーネットワーク、非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワーク、およびスルホン酸官能基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークを有する、本明細書に記載の三重ネットワークＩＰＮ組成物を示し得る。図１５Ａおよび１５Ｂに示される熱硬化性ポリマー材料１０００は、材料１０００の２つの領域上に２つのＩＰＮにより形成された２つの勾配を有する。潤滑性勾配は、領域１００３に配置され、熱硬化性ポリマー材料Ｔ内の親水性ポリマーＳネットワークから作製されたＩＰＮ／半ＩＰＮから形成される。潤滑性ＩＰＮエリア１００３は、例えば関節領域に係合するための潤滑表面を提供する表面セクション１００１を含む。材料の反対側には、熱硬化性ポリマー材料Ｔ内の非イオン性ポリマーＰネットワークによるＩＰＮ／半ＩＰＮから形成された接着勾配１００４が存在する。接着性ＩＰＮエリア１００４は、セメント１００６の使用により骨と係合するための接着表面を提供する表面セクション１００２を含む。図１５Ａに示されるように、勾配領域１００３、１００４および熱硬化性領域１００５は、この実施形態においては明確な境界により分離されていない。むしろ、領域は、材料の厚さにわたって徐々に溶け合い、一方から他方に遷移している。例えば、領域１００４における非イオン性ポリマーＰネットワークの濃度は、熱硬化性領域１００５から接着表面１００２にわたり濃く太くなる斜線として示されている。これは、いくつかの実施形態において、非イオン性ポリマーＰの濃度および接着勾配の相対的濃度が、熱硬化性材料の１つの領域から別の領域まで、セクション間に明確な境界を形成することなく徐々に増加することを示す。同様に、潤滑側では、親水性ポリマーＳを示す斜線は、表面１００１の近くではより太くおよびより濃く、斜線が熱硬化性領域１００５に向かって移動するにつれて徐々に薄くなる。これもまた、いくつかの実施形態において、親水性ポリマーＳの濃度が表面１００１においてより高く、領域１００５に向かって材料の厚さにわたり徐々に低下することを示す。さらに、図１５Ｂは、いくつかの実施形態において、セメントまたは係止化合物１００６が接着表面に塗布されると、セメントおよび接着勾配が溶け合って、係止化合物と接着勾配１００４との間の明確な境界なしに連続領域１００７およびセメント化側１００８を形成することを示す。さらなる実施形態において、セメント１００６および接着性ＩＰＮ内の非イオン性ポリマーＰが同じ場合（セメント１００６および領域１００４における斜線の存在により示されるように）、ＩＰＮ内およびセメント内の非イオン性ポリマーＰは溶け合い融合して、連続組成物を形成する。

いくつかの実施形態において、ＩＰＮ組成物は、三重ネットワークまたは４つ以上のポリマーネットワークを潤滑または軸受側に含んでもよい。接着に使用される取付側／ゾーンまたはより硬い側もまた、三重ネットワークを含んでもよい。いくつかの実施形態において、取付側／ゾーンは、二重ポリマーネットワークを含んでもよい。いくつかの場合において、二重ポリマーネットワークは、接着側が、所望の物理的特性を有する骨またはインプラント表面との結合を形成するのに十分となり得る。

接着勾配は、共有の米国特許出願公開第２０１３−０１０３１５７号および米国特許出願公開第２０１３−０２１７８２９号に記載の接着性コポリマー組成物により形成されてもよい。これらのコポリマーを形成するためにポリマーを組み合わせるためのキット、システム、および方法の例は、共有の米国特許出願公開第２０１３−０１０３１５７号および米国特許出願公開第２０１３−０２１７８２９号に見出すことができる。

本開示のさらに別の態様は、それによりウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーを形成するようにメチルメタクリレートをベースとした複数の第２のポリマー領域と交互するウレタンジメタクリレートをベースとした複数の第１のポリマー領域を含む、ウレタンジメタクリレート−メチルメタクリレートコポリマーを含むＩＰＮ組成物中に接着勾配を提供することを含む。いくつかの実施形態において、ウレタン領域（ウレタンジメタクリレート領域または改質ウレタンジメタクリレート領域）は、接着性コポリマーの約６０％（ｗ／ｗ）〜約８０％（ｗ／ｗ）、約６０％（ｗ／ｗ）〜約９０％（ｗ／ｗ）、約６０％（ｗ／ｗ）〜約９９％（ｗ／ｗ）、または約７０％（ｗ／ｗ）〜約９０％（ｗ／ｗ）を占める。いくつかの実施形態において、メチルメタクリレート領域は、約２０％（ｗ／ｗ）〜約４０％（ｗ／ｗ）、約１％〜約２０％（ｗ／ｗ）、または約１％（ｗ／ｗ）〜約４０％（ｗ／ｗ）を占める。いくつかの実施形態において、ＵＤＭＡ領域は、ＰＴＭＯをベースとした軟質セグメントを含み、軟質セグメントは、約１００Ｄａから約５０００Ｄａの間の分子量を有する。いくつかの実施形態において、ＵＤＭＡ−ＭＭＡコポリマーは、約３０ＭＰａから約２０００Ｍｐａの間の圧縮弾性率を確定する。いくつかの実施形態において、ＵＤＭＡ−ＭＭＡコポリマーは、約３０ＭＰａから約２０００Ｍｐａの間の引張弾性率を確定する。いくつかの実施形態において、ＵＤＭＡ−ＭＭＡコポリマーは、約２５％から２００％の間の破壊歪みを確定する。優れた固定能力および機械的強度等の他の利点を提供するだけでなく、ＰＭＭＡと組み合わされたＵＤＭＡは、さもなくば純ＰＭＭＡにおいて見られる脆性を低減する。いくつかの実施形態において、リン酸のアクリル化またはメタクリル化エステルが接着剤に添加されてもよい。

接着勾配は、骨セメント組成物をＩＰＮ組成物の取付ゾーンに提供し、骨セメント組成物を硬化させて、取付ゾーンを人体内の骨または骨の表面に係合した整形外科用インプラントの一部の表面に取り付けることにより、ｉｎ−ｓｉｔｕでＩＰＮ組成物内に形成され得る。骨セメントは、光源を骨セメントに提供することにより硬化され得る。接着勾配は、取付ゾーンにおいて接着剤の最高濃度を有する。
ポリウレタンベースインプラントは、その接触界面において、ポリウレタンベース接着剤との分子の絡まり、ならびに物理結合および化学結合の両方を形成する。結合は、特に、両方の材料に共通するポリウレタン成分により促進される。例えば、勾配ＩＰＮまたは半ＩＰＮは、ＰＵが優勢な片側を特徴とし、この側がＵＤＭＡ−ＭＭＡ複合接着剤と良好に結合する。本開示は、機械的要求が高い整形外科的、医学的、商業的、および工業的用途に十分な機械的特性を有する、ポリウレタンポリマー鎖およびＵＶ硬化性接着剤中のＭＭＡモノマーの独特の組合せを提供する。

本明細書に記載のＩＰＮ組成物はいずれも、上記説明に記載されるインプラントと組み合わされ得る。例えば、ＩＰＮ組成物はいずれも、本明細書に記載のポリマー金属合金において使用され得る。図１７は、骨界面部材と接合された図１６Ａ〜１６Ｂの勾配ポリマー金属合金（水和相４０１（軸受表面４１２を有する）、遷移相４０２、非水和相４０３、多孔質金属と咬合した取付ゾーン４１４からの非水和ポリマーを含む界面ゾーン４０７、および骨界面部材４０９からの多孔質金属を含む金属デバイス）を示す。勾配ポリマー合金は、多孔質金属と機械的に咬合し、強固で滑らかな界面領域を形成する。

骨界面部材は、任意の材料であってもよいが、好ましくは、整形外科において有用な生体適合性の材料、例えば金属、セラミックまたはポリマーである。骨界面部材は、任意の金属、例えばアルミニウム、コバルト、モリブデン、ニッケル、ステンレススチール、チタン、タンタル、またはそれらの組合せもしくは合金、および／あるいは生物医学的インプラントにおいて使用される任意の他の金属であってもよい。骨界面部材は、十分に強固で生体適合性である任意のポリマー、例えばＰＥＥＫ、ポリウレタン、またはＵＨＭＷＰＥであってもよい。単純化のために、骨界面部材は、金属と呼ばれるが、ポリマー勾配合金を骨に接続する任意の材料が使用され得ることが理解されるべきである。金属は、実質的に中実である、多孔質である、エッチングされている、コーティングされている、または別様に金属を骨に取り付ける、および／もしくは勾配ポリマー合金を金属に取り付けるのを補助するように処理されていてもよく、あるいは、これらの特徴または処理の組合せを有してもよい。多孔質金属は、限定されないが、多孔質「小柱状」金属、多孔質金属フォーム、焼結金属ビーズ（例えば多孔質構造を形成する）、プラズマ溶射多孔質金属、および／または化学エッチングされた多孔質金属を含む。金属の一部が中実である、多孔質である、粗い、エッチングされている、骨誘発性材料（例えばリン酸カルシウムもしくはヒドロキシアパタイト）でコーティングされている、または別様に処理されていてもよく、別の部分が中実でない、多孔質でない、エッチングされていない、コーティングされていない、または別様に処理されていなくてもよい。一例において、金属は、骨接触表面において多孔質である。別の例において、金属は、ポリマー合金に面する側において多孔質である。別の例において、金属は、骨接触表面およびポリマー合金に面する側の両方において多孔質である。水和勾配ポリマー合金は、合金の片側が親水性で水和しており、他方側が水和しておらず疎水性であるように、親水性ポリマーおよび疎水性ポリマーの組合せであってもよい。後者の側は、金属骨界面構造物と機械的に咬合していてもよく、または化学結合していてもよい。多孔質金属が使用される場合、多孔性は、勾配ポリマー合金への取付けまたは骨への取付けを可能にする、または補助するいかなるものであってもよい。金属の多孔性は、海綿骨の多孔性と同様であってもよい。

勾配ポリマー合金は、任意の手法で金属に取り付けられる、接続される、または結合されてもよい。
一例において、勾配ポリマー合金は、ポリマー裏打ち材料の融点を超えて加熱された多孔質金属試験片に接触するように設置された。２つの材料は、例えば１メートルトンの負荷下で互いに圧縮され、次いで冷却された。その結果、勾配ポリマー合金は多孔質金属に融合した。使用された多孔質金属の例は、アルミニウムおよびチタンであった。

勾配ポリマー合金と組み合わせた多孔質金属またはポリマーの使用によって、デバイスの金属またはポリマー性の骨に面する側への骨内部成長が可能となり、水和表面から強固な骨までの段階的遷移を有する、強固でありながらも潤滑性の関節置換が形成され得る。重複したポリマー／金属および金属／骨領域を、図１８および１９に示す。図１８は、多孔質金属またはポリマーの対向表面（骨界面部材）を示すが、表面はまた、非多孔質であってもよい。図１８Ａ〜Ｃおよび図１９Ａ〜Ｄは、骨に取り付けられ内部成長したキャップ５３０（図１８Ａ）およびカップ５２３（図１９Ａ）の形状の整形外科用インプラントを示す。インプラントは、軸受表面５２６、５２８を提供して関節表面と連動するための水和ポリマー部分５０１、５１２を有する。勾配ポリマー合金の水和ポリマー部分および多孔質金属は、５０３’と５０１’（５１２’と５１７’）との間の領域内で咬合し５０３（５１８）、ポリマー／金属重複領域５０２、５１８を形成している。インプラントはまた、咬合したポリマー金属インプラント５３０、５２３を骨に取り付けるための骨取付ゾーン５２２（５２４）を有する多孔質金属部分５０１、５１７を有する。インプラント５３０、５２３が骨５０４、５１４の隣に設置される際、インプラントは骨上に新たな人工関節表面を形成する。手術後、骨は多孔質金属側の内部に成長し、元の骨表面界面５０４’と新たな界面５０４”（骨内部成長の限界点）との間に、インプラントを骨に強固に係止し得る金属−骨一体化領域５０６、５２０を形成する。咬合した金属−骨領域は、２つの材料の間の明確な界面よりも良好に応力を分散させ、強固な係止を提供する。界面ゾーン５０８の拡大図を図１８Ｄに示すが、骨５１４は金属インプラント５１７と接続され、一方金属インプラントは軟骨置換ポリマー５１２と接続されている。図１９Ｄは、強固で滑らかな関節置換を形成する、骨と金属との間の重複または咬合部５２０、ポリマー５１２と金属５１８との間の重複または咬合部５１８、および強固な金属から潤滑表面５３２までの遷移の、図１９Ｃに示される領域の拡大図を示す。

図２０Ａは、一般的な関節の２つの側を示し、関節の両側が本開示による整形外科用インプラントで置換されている。凹状骨隆起部６１４は、凹状関節接合コンポーネント６１２を受容する骨表面６１７を有する。凸状骨隆起部６１３は、凸状関節接合コンポーネント６１１を受容する骨表面６１６を有する。凹状関節接合コンポーネント６１２は、関節接合界面６１５において凸状関節接合コンポーネント６１１と嵌合する。関節に設置された直後、すなわち任意の骨内部成長が生じる前の凹状関節接合コンポーネント６１２の断面６１８を図２０Ｂに示す。骨の隣には骨界面部材として機能する多孔質金属の層６２２があり、次いでポリマー−金属界面領域６２１、ポリマーの非水和側６２０、および関節接合表面に面してポリマーの水和側６１９がある。
一例において、勾配ポリマー合金は、非多孔質の滑らかな接触表面と、多孔質である、粗い、および／またはリン酸カルシウムもしくはヒドロキシアパタイト等の骨誘発性材料でコーティングされている骨に取り付けられるように構成された対向表面（骨接触表面）とを有する金属嵌合コンポーネント内に物理的にスナップフィットされてもよい。この場合、勾配ポリマー合金コンポーネントは、既存の超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）寛骨臼カップが金属裏打ちコンポーネント内にフィットされる手法と同様にして使用され得る。

別の例において、勾配ポリマー合金は、非多孔質の滑らかな接触表面（取付表面）と、骨への係止を意図した対向表面（骨接触表面）とを有する嵌合ポリマーコンポーネント内に物理的にスナップフィットされてもよい。対向表面は、多孔質または非多孔質であってもよい。対向表面は、リン酸カルシウムまたはヒドロキシアパタイト等の骨誘発性材料でコーティングされていてもよい。勾配ポリマー合金の骨への係止は、１）多孔質対向表面（骨接触表面）内への骨内部成長、２）中実対向表面の表面全体または表面の一部を簡単に溶融し、材料を骨の細孔内に流入させ、材料を凝固させてグラウト様係止を形成すること、３）接着剤、セメント（例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））、エポキシ、糊、またはグラウトを使用または塗布して、対向表面を骨に結合（例えば化学的に）または機械的に保持することのうちの１つまたは複数を含む、任意の好適な手段により達成され得る。

別の例において、勾配ポリマー合金は、金属部分またはインプラントに化学結合してもよい。金属のいずれか（または両方）の側が滑らか、多孔質、または粗くてもよい。任意の数または種類の化学結合が形成され得る。一実施形態において、ポリウレタンベース勾配ポリマー合金と、摩擦化学的改質金属表面との間に、ポリマー前駆体における末端イソシアネートと金属表面上の反応性−ＯＨ基との反応によりウレタン結合が形成される。金属表面は、酸化物で摩擦化学的に改質されてもよく、酸化物はその後ヒドロキシル基にさらに改質されてもよく、一方ヒドロキシル基は遊離イソシアネート基と化学反応してイソシアネート化学結合を形成してもよい（Ｍｙｕｎｇら、米国特許出願公開第２００８／０２４１２１４号を参照されたい）。代替として、骨セメント、例えば米国特許出願公開第２０１３−０２１７８２９号において開示されている骨セメント組成物は、骨セメントのフリーラジカル重合後、それがまた他方側でインプラントに融合する一方で表面にグラフトされるように、メタクリレート（または同様の）基を含有する表面上に形成されてもよい。勾配ポリマー合金はまた、接着剤、セメント（例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））、エポキシ、糊、またはグラウトを使用または塗布して骨界面部材に接合されてもよい。

金属表面に結合した勾配ポリマーは、任意の厚さを有し得る。勾配ポリマーは、金属表面の上に薄いコーティングまたは層を形成し得る。コーティングまたは層は、最も厚い領域において３０ｍｍ未満、２５ｍｍ未満、２０ｍｍ未満、１５ｍｍ未満、または１０ｍｍ未満であってもよい。１つの具体例において、金属上のコーティングは、最も厚い領域において５ｍｍ未満である。
勾配ポリマー合金は、ポリウレタンベースであってもよく、合金のポリウレタン側は、ポリウレタンの一部を溶融してそれを金属の細孔内に流入させ、次いで金属およびポリウレタンを冷却することにより、多孔質金属と物理的に融合されてもよい。勾配ポリマーのポリウレタン側は丈夫で疎水性となり得るため、極度の、および反復する機械的応力に対して極めて抵抗性の界面を伴って多孔質金属に堅牢に係止することができる。
インプラントまたはデバイスは、勾配材料および多孔質金属の別個の製造後に作製されてもよく、次いで材料および金属が融合される。それらは、金属を加熱し、材料および金属を並置し、材料および金属を互いに圧縮し、次いで金属を冷却することにより融合され得る。このようにして、勾配ポリマーの疎水性側は、多孔質金属の細孔内に「溶融」される。代替として、勾配ポリマーの前駆体が（事前に製造された）多孔質金属上に直接射出成型され、続いてポリマーが後処理されて、金属に融合される勾配ポリマーが生成されてもよい。「溶融」はまた、超音波溶接、レーザ溶接または熱溶接を用いて達成されてもよい。
本開示の別の態様において、合成関節包が移植されてもよい。合成関節包は、一方または両方のインプラントコンポーネントを取り囲んでもよい（またはその近くにあるが取り囲まなくてもよい）。包コンポーネントは、少なくとも部分的に包により形成された容積または空間に、またはそこから流体が移動し得ないように、流体を含有するように閉鎖または封止されてもよい。

図２１〜２２は、本開示の一態様による、股関節における勾配ポリマーのキャップ対カップ式の合成関節包および関節唇インプラントの設置を示す。図２１は、軟骨全置換を示す単純化されたバージョンであり、凸状関節接合コンポーネントキャップ６３２が大腿骨頭６３１の上にあり、凹状関節接合コンポーネントカップ６３４が寛骨臼６３３に面しており、合成関節包または合成関節唇コンポーネントは設置されていない。コンポーネント（例えばキャップおよびカップ）は、金属コンポーネントを有さない勾配ポリマー合金で作製されている。
図２２は、勾配ポリマー合金コンポーネントをベースとした軟骨全置換デバイスを示し、コンポーネントは図２１に示され、包コンポーネント６３５を有する股関節の封入は、上側断面６３６ａおよび下側断面６３６ｂに示され、関節唇コンポーネントは上側断面６３５ａおよび下側断面６３５ｂに示され、潤滑流体６３７が含有される。この実施形態において、包６３５は、上述のキャップ６３２およびカップ６３４を含む関節全体を包囲している。包６３５は、骨、関節インプラントまたはその両方と接触して、その関節包囲部を形成し得る。

関節包は、勾配ポリマーおよび多孔質金属の組合せインプラントの一部であってもよく、または多孔質金属コンポーネントを有さない勾配ポリマーを有するインプラント内に存在してもよい。また、合成関節包コンポーネントと共に、またはそれを除いて、合成関節唇コンポーネントが大腿骨および寛骨臼コンポーネントと組み合わせて使用されてもよい。肩関節における上腕骨頭および関節窩に対しても同じことが言える。
包の幾何構造および形状は、自然関節包の全てまたは一部と同様であってもよく、これは通常関節に安定性を提供する。一例において、合成関節包は、リン酸緩衝生理食塩水または生理食塩水を含有し、これは勾配ポリマー軸受表面の潤滑流体として機能し得る。合成包は、１つもしくは複数の軸受コンポーネントの取り付けられた部分として製造されてもよく、または別個の部分であってもよい。これは、手術前または手術中に別の関節コンポーネントに組み立てられてもよい。別の例において、包は、潤滑剤、例えば潤滑ポリマー（例えばカルボキシメチルセルロース、ヒアルロン酸またはポリアクリル酸ナトリウム）で充填されてもよい。
合成包の追加は、脱臼からの保護、摩耗デブリの閉込め、宿主細胞または骨もしくはセメント粒子からの関節接合界面の保護、および／あるいは、まさに間置スペーサデバイス等の単一ステップで移植され得る一体型デバイスの形成等の利点を提供し得る。

ポリマーキャップ対カップ式表面を有する軟骨全置換金属デバイスが、関節に設置され得る。図２３は、股関節に設置された軟骨置換デバイスを示す。大腿骨コンポーネント６５０は、大腿骨頭６３１の上に設置されている。これは、多孔質金属裏打ち６４３を有する。寛骨臼コンポーネント６４５は、寛骨臼６４４に当接する。コンポーネント表面６４２、６４５は嵌合して、関節界面を提供する。一方または両方のコンポーネント表面６４５、６４２がポリマーであってもよい。図２３はまた、多孔質金属裏打ち６４６、６４３を示す。
本開示によるインプラントは、関節領域への挿入前に組み立てられてもよく、または、２つ以上の部分が、手術中に関節内にある間に組み立てられてもよい。図２４は、関節に別個に挿入され得る金属インプラントおよび勾配ポリマーライナーを示す。金属カップ８０４がまず関節に設置されてもよく、次いで勾配ポリマーライナー８０２が設置されてもよい。ポリマーライナー８０２は、任意の様式で金属カップ８０４に取付けまたは接着されてもよい。これは、化学結合または物理的手段により保持されてもよい。図２４は、ライナーを金属部分に取り付けるのを補助するための材料を保持または流動させるための溝８０６を示す。金属またはポリマーライナーは、取付けを補助するように形状を変化させるフィーチャ、例えばタブを有してもよい。金属カップおよびライナーは、接着剤、セメント（例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））、エポキシ、糊、またはグラウトを使用して接着されてもよい。図２４は、ライナーを金属に固定するための任意選択のリングを示す。リングは、ライナーを金属に連結または螺合し得る。一例において、金属部分を除去することなくライナーが除去され、新たなライナーと交換され得る。

大腿骨デバイスの場合、勾配ＩＰＮ「キャップ」は、金属大腿骨キャップの上にフィットするように設計され得る。モジュール構成によって、凸状関節表面と凹状関節表面との間のフィットに関してより幅広い範囲のサイズの互換性および許容度が可能となり得る。さらに、それによって、異なる病変に対する様々なカップ幾何構造が可能となり得る。例えば、状態が良くない骨の場合の追加的な固定のためのねじ穴を有する金属カップ／裏打ちが可能となる。また、それによって、異形成用カップおよびフィン付きカップが可能となり得る。モジュール構成は、患者のニーズ、および手術中に決定され得る外科医の好みに適合する柔軟性を提供する。モジュール方式は、機構により実現され得る。モジュール方式は、ロック機構、例えばテーパ、変形タブ、および「螺合」機構により実現され得る。典型的には、今日の市場におけるモジュールシステムでは、ライナー（ポリ、セラミック、金属）が最後のステップとして金属カップに組み付けられる。これによって、外科医は、最終的な移植前に最後の試行を行うことができる。また、それは、外科医が手術時に必要とみなした場合には、追加的な安定性のためのリップ付きライナーを使用する選択肢を外科医に提供する。また、これらの機構はいずれも、非モジュール式（例えば予め組み立てられた）デバイスと共に使用されてもよい。モジュール方式はまた、骨界面部材に干渉することなく、様々な理由で人工関節内の軸受材料のみを交換する選択肢を提供する。

本開示の別の態様は、インプラントの形状を変化させるための方法およびインプラントを提供する。金属、特に多孔質金属は、変形する（例えば、屈曲する、縮む、拡張する、折り曲がる、伸長する、ねじれる）、または印加応力下で別様に形状を変化させるある程度の能力を有してもよい。形状変化は、一時的であってもよい。金属は、金属網目構造に沿った１つまたは複数の支柱または領域を屈曲することにより変形してもよい。
一例において、インプラントは、骨の１８０度超のエリアを被覆してもよい。例えば、大腿骨キャップ用の股関節インプラントは、図２３に示されるように、１８０度超を包含し得る。多孔質金属およびそれが取り付けられるポリマーの変形能によって、球状の大腿骨頭の上に設置されることが可能となるようにキャップ全体が変形する（例えばその空間的構成または空間的配置を開く、伸長する、または別様に変化させる）ことができる。デバイスを異なるまたは好ましい形状に戻すために、例えば大腿骨頭または大腿骨頸部表面のより多くに接触するように、ツールが使用されてもよい。良好な形状記憶特性を有する金属が、この具体的実施形態において有用である。

多孔質金属表面および可撓性または変形可能なポリマーを有するインプラントは、形状を変化させることができる。形状を変化させ得る任意の金属が使用され得る。関節置換において有用な生体適合性表面を提供する任意のポリマーが、インプラントにおいて使用され得る。表面上のポリマーは、滑りやすい、軟質の、および／または滑らかな表面を形成し得る。ポリマーは、潤滑性ポリマーであってもよい。一例において、インプラントポリマーは、本明細書に記載のような勾配ポリマー合金である。
本開示の一態様は、整形外科用インプラントを関節内に挿入するための方法を含む。
いくつかの実施形態において、本明細書に記載のＩＰＮ組成物は、従来の整形外科用インプラントの表面に追加され得る。図３０は、いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物を有する股関節インプラントを示す。大腿骨頭７０２は、ＩＰＮ組成物７０４を含み、寛骨臼カップ７０６は、ＩＰＮ組成物７０８を含む。ＩＰＮ組成物７０４、７０８は、互いに対して関節接合し得る潤滑表面を提供する。
図３１Ａ〜３１Ｂは、いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物を有する股関節インプラントのコンポーネントの展開図および組立図を示す。示されたインプラントシステムは、大腿骨頭７２２を有する大腿骨ピン７２０および寛骨臼カップ７２８を含む。大腿骨頭７２２は、大腿骨頭の関節接合表面の上に適用されるＩＰＮ組成物７２４を含んでもよい。寛骨臼カップ７２８は、ＩＰＮ組成物７２６を含んでもよい。ＩＰＮ組成物７２４、７２６は、互いに対して関節接合し得る潤滑表面を提供する。

図３２は、いくつかの実施形態によるＩＰＮ組成物を有する股関節インプラントのコンポーネントを示す。図３２に示されるインプラントシステムは、股関節骨折、阻血性壊死、および他の医学的問題を治療するための半関節形成手順に使用され得る。インプラントは、大腿骨ステップ７４０、および大腿骨頭の関節接合表面の上にＩＰＮ組成物７４４を有する大腿骨頭７４２を含んでもよい。ＩＰＮ組成物７４４は、骨盤／股関節における自然軟骨７４５と関節接合するように使用され得る。
インプラントの形状は、任意の理由で変化され得る。形状の変化は、（例えば関節鏡または低侵襲性の手術のために）インプラント挿入を補助するように、より小さいサイズを有するインプラントを提供し得る。形状またはサイズの変化によって、インプラントは関節領域内にフィットすることが可能となり得る。例えば、形状は、インプラントが大腿骨頭の上にフィットし得るように変化され得る。インプラントの形状は、インプラントが関節の形状の少なくとも一部に適合するように変化され得る。例えば、関節の一部は不規則表面を有し得、インプラント形状は、表面の形状に当接またはフィットするように変化され得る。

図２５は、例えば関節への挿入を補助するために形状を変化させることができる、整形外科用インプラントの別の実施形態を示す。図２５は、金属部分８１２がポリマー８１８に取り付けられたインプラント（キャップ）８１０を示す。ポリマー８１８は、関節置換に有用な任意の可撓性または変形可能な生体適合性ポリマーであってもよい。一例において、それは、本明細書に記載のような勾配ポリマーである。金属部分または裏地８１２は、２つ以上の不連続セグメント（またはリーフ）８１４を有する。セグメントの間には、インプラントに形状を変化させるように分離線またはギャップ８１６があってもよい。分離線は、開口部（カラー）より数度から赤道を十分に超えるまでの範囲で縦方向に延在し得る。線によって、デバイスは、半径方向に（鉤爪または花の花弁のように）一時的に「開く」ことができる。個々のセグメントは、ポリマー上に堆積される、またはポリマーに取り付けられてもよい。金属がポリマー上に敷かれ、次いで一部が除去されて（例えばレーザエッチングにより）セグメントが残されてもよい。別の実施形態において、部分またはセグメントは北極点においてヒンジ結合される、接続される、または別様に取り付けられてもよく（二枚貝のように）、大腿骨頭の上から下げられている間にインプラントが広がるにつれて開くことができる。部分またはセグメントは、下げられてインプラントおよび大腿骨頭を取り囲んだ後に閉じることができる。金属は、十分に可撓性および弾力性を有するが、一時的変形後に反発して元の位置に戻るのに十分硬くてもよい。別の実施形態において、金属セグメントまたは部分はほぼ不連続であるが、可撓性接続要素によりある程度の連続性を維持する。この要素は、例えば、曲面、ジグザグ、またはばねであってもよい。

図２６は、形状を変化させることができる整形外科用インプラントの別の実施形態を示す。ギャップ８４０により分離された金属のセグメント８３６は、可撓性ポリマー８４６に埋設される、またはそれに別様に取り付けられる、もしくは接続される。セグメント（または要素）は、実質的に中実、多孔質であってもよい。金属要素は、不連続的に配設されてもよい。ギャップは、特定のサイズおよび配向で戦略的に配置されてもよく、または無作為に配置されてもよい。デバイス全体は、概して湾曲性であってもよく、ひいては個々の構造それぞれに印加される応力を最小限化し得る。勾配ポリマーは、伸長または変形されてもよく（例えばその空間的配置または空間的構成を変化させるために）、一方個々の金属コンポーネントは互いに相対的に移動する。厳密な動きは、どのようにしてポリマーが変形されるか、ならびに金属セグメントの配向および構造に依存し得る。金属を有さないギャップ（または空間）が、戦略的に配置されてもよい。ギャップは、金属が拡張または収縮される所定の場所および方向を許容するように選択され得る。ギャップおよび金属組成物は、異なる目的のために異なってもよい。伸長される（例えば手、熱、関節表面上への設置により）等の刺激に応じて、ポリマーは伸長して、新たな形状に対応する。関節への設置後、ポリマーはその元の、または好ましい形状およびサイズに戻ることができる。

図２７は、ポリマー部材に取り付けられた、またはそれで埋設された複数のセグメント８７２を有するセグメント化された金属裏打ちを有する寛骨臼コンポーネント８７０を示す。セグメントは、インプラントが収縮される、拡張される、または別様にその形状を変化させることを可能にする、セグメント間のスロットまたはギャップ８７４により不連続的である。図中のギャップは、どのようにしてポリマーが伸長し得るかを示すために誇張されている。インプラントは、金属セグメント間のギャップにより、金属コンポーネント自体に過度の応力または歪みを与えることなく湾曲および屈曲することができる。金属セグメントは、連続的であってもよく、または穴、細孔、もしくはスロットを有してもよい。インプラントまたは金属は、体内または関節内への設置中に一時的に屈曲し得る。金属は、骨に取り付けるための骨接触表面を提供してもよい。金属は、骨内部成長を可能にしてもよい。また、金属コンポーネントが全ての方向において連続的であり、代わりに内壁上の一連の溝および任意選択の中心ステムを有するように、不連続部、ギャップ、またはスロットがなく、したがって骨を金属コンポーネントの内側にフィットさせるために面取りおよび穿孔することにより大腿骨頭が用意されなければならない実施形態もまた存在し得る。

一態様において、インプラントを体の関節内に挿入する方法は、ポリマー−金属インプラントを関節腔内に挿入するステップと、インプラントの形状を第１の形状から第２の形状に変化させ、関節を形成する骨の少なくとも一部の形状に適合させるステップとを含んでもよい。方法は、インプラントを第１の形状に戻すステップを含んでもよい。方法はまた、変化させるステップの前に、元の形状から第１の形状に変形させるステップを含んでもよい。これは、例えば、（例えば関節鏡または低侵襲性の手術により）インプラントを関節内に設置するために有用となり得る。股関節の大腿骨頭の上に設置されるように構成されたインプラントの場合、変形させるステップは、大腿骨頭の上にフィットするようにインプラントの少なくとも一部を拡張するステップを含んでもよい。

本開示の様々な実施形態は、限定されないが、手、足、（手および足の）指、足首、椎間板（頸椎、胸椎、腰椎、または仙骨）、椎間小関節面、股関節、膝、肩、および顎関節を含む、体内のいかなる関節にも適用可能である。デバイスは、肩鎖関節、足関節、関節丘、肘関節、指関節、関節窩、股関節、椎間板、椎間関節、関節唇、半月板、中手関節、中足関節、膝蓋骨、脛骨プラトー、足指関節、顎関節、または手首関節と共に使用され得る。
本明細書に記載のデバイス、フィーチャ、材料または方法のいずれも、任意の別のデバイス、フィーチャ、材料または方法と組み合わされてもよい。
図２８は、本開示の一態様による、勾配ポリマー金属合金キャップ対カップ式インプラントを有する股関節軟骨および関節全置換システムを示す。関節ならびに関節唇および包コンポーネントの両側が置き換えられている。システムは、大腿骨インプラント６５０および寛骨臼コンポーネント６５２を含み得る。関節の２つの側のポリマーの軸受表面は、嵌合して滑らかな潤滑人工関節界面を提供するように構成される。潤滑ＩＰＮポリマー６４２および潤滑ＩＰＮポリマー６４５は、それぞれ、一方で大腿骨６３１および寛骨臼６４４に取り付けられる多孔質金属裏打ちを有する金属骨界面部材６４６、６４３に取り付けられる。全置換システムは、潤滑剤６４９を包囲し得る、上側断面６４７ａおよび下側断面６４７ｂに示される人工関節唇コンポーネントをさらに含んでもよい。システムはまた、上側断面６４８ａおよび下側断面６４８ｂの包コンポーネントに示されるような人工包を含んでもよい。関節唇または包コンポーネントは、支持、安定性、および／または潤滑性を関節に提供するために、滑らかな表面を有する任意の強固な材料で作製されてもよい。関節唇または包コンポーネントは、本明細書において説明または言及されたＩＰＮまたは半ＩＰＮのいずれかで作製されてもよい。

図２９は、図２９に記載のものと同様の寛骨臼インプラント、および統合関節唇／大腿骨デバイスを有する股関節軟骨全置換システムの別の実施形態を示す。大腿骨置換インプラント６６２は、大腿骨接触部分、ならびに大腿骨接触部分６５０と連続し、寛骨臼縁に向かって近位に延在する、上側断面６４８ａおよび下側断面６１９ｂに示される関節唇置換部分を含む。システムは、寛骨臼コンポーネントを含んでもよい。大腿骨および寛骨臼側のポリマーの軸受表面は、嵌合して滑らかな潤滑人工関節界面を提供するように構成される。デバイスは、一方で大腿骨６３１および寛骨臼６４４に取り付けられる多孔質金属裏打ちを有する金属骨界面部材６４６、６４３に取り付けられてもよい。フィーチャ６６０は、インプラントが骨に取り付けられるのを補助し得る。フィーチャは、円錐、陥凹部、溝、ペグ、ピラー、ピン、およびピラミッド等、インプラントを関節に設置または取り付けるのを補助する任意の構造であってもよい。インプラントは、１つのフィーチャを有してもよく、または多く（２〜５、１０まで、１００まで、１０００まで、もしくはそれ超）のフィーチャを有してもよい。フィーチャは、インプラント（例えば金属インプラント）を骨に取り付けるのを補助するために、金属または他の骨界面部材の骨接触表面上に存在してもよい。フィーチャは、ＩＰＮまたは半ＩＰＮの取付ゾーンに取り付けられる骨界面部材の表面またはゾーン上に存在してもよい。関節唇インプラントまたは関節唇インプラントの一部は、任意の手段（例えば、ねじ、骨係止具、縫合糸、および／または溶接ポリマーリベット）により骨に固定され得る。上側６５４ａおよび下側６５４ｂのカラーセクションもまた、断面として示されている。カラーは、支持を提供する、または別様に関節唇部分を所望の位置に維持することができる。カラーは、関節唇部分の上から締め付けることができる。関節唇部分の端部もまた（または代わりに）寛骨臼部分と連続的であってもよい（この図には示されていない）。
本明細書に記載のインプラントはいずれも、大規模または小規模な軟骨欠陥を矯正するように構成され得る。

以下は、本開示によるスルホン化ＩＰＮを合成するために使用されるプロセスのいくつかの例示的実施形態である。
（例１）
ポリエーテルウレタンシート（２ｍｍ厚）を、イオン化不可能な（電荷中性）モノマー溶液と混合された１０％のアクリル酸（ＡＡ）、５０００ｐｐｍのビスアクリルアミド架橋剤、および１０００ｐｐｍの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン光開始剤の溶液中に、６０℃で１２時間含浸した。本明細書において開示されるイオン化不可能な（電荷中性）モノマーのいずれも使用され得る。次いで、試料を、ＵＶ炉内で１０分間光硬化した。次いで、それらを、Ｈ２Ｏ中４０％のＡＭＰＳ、５０００ｐｐｍのビスアクリルアミド架橋剤および１０００ｐｐｍの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン光開始剤の溶液中に、３７℃で１２時間含浸した。次いで、試料を、ＵＶ炉内で１０分間光硬化した。次いで、試料を、生理食塩水中で洗浄し、ＮａＯＨ滴定装置を使用して中和した。

（例２）
ポリエーテルウレタンシート（２ｍｍ厚）を、イオン化不可能な（電荷中性）モノマー溶液、５０００ｐｐｍのビスアクリルアミド架橋剤および１０００ｐｐｍの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン光開始剤と混合された溶液中に、６０℃で１２時間含浸した。次いで、試料を、ＵＶ炉内で１０分間光硬化した。本明細書において開示されるイオン化不可能な（電荷中性）モノマーのいずれも使用され得る。次いで、それらを、Ｈ２Ｏ中４０％のＡＭＰＳ＋５０００ｐｐｍのビスアクリルアミド架橋剤および１０００ｐｐｍの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン光開始剤の溶液中に、３７℃で１２時間含浸した。次いで、それらをガラスの間に設置し、ＵＶ炉内で１０分間光硬化した。次いで、試料を、生理食塩水中で洗浄し、ＮａＯＨ滴定装置を使用して中和した。

（例３）
ポリエーテルウレタンシート（２ｍｍ厚）を、イオン化不可能な（電荷中性）モノマー溶液、５０００ｐｐｍのビスアクリルアミド架橋剤および１０００ｐｐｍの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン光開始剤の溶液中に、６０℃で１２時間含浸した。本明細書において開示されるイオン化不可能な（電荷中性）モノマーのいずれも使用され得る。次いで、それらを、ＵＶ炉内で１０分間光硬化した。次いで、それらを、４０％のＡＭＰＳ、１０％のＡＡ、５０％のＨ２Ｏ（ｗ／ｗ）＋５０００ｐｐｍのビスアクリルアミド架橋剤および１０００ｐｐｍの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン光開始剤の溶液中に、３７℃で１２時間含浸した。次いで、それらを、ＵＶ炉内で１０分間光硬化した。次いで、試料を、生理食塩水中で洗浄し、ＮａＯＨ滴定装置を使用して中和した。

本明細書において、フィーチャまたは要素が別のフィーチャまたは要素「上」にあると言及されている場合、それは、他のフィーチャもしくは要素上に直接あってもよく、または、介在するフィーチャおよび／もしくは要素がまた存在してもよい。一方、フィーチャまたは要素が別のフィーチャまたは要素「上に直接」あると言及されている場合、介在するフィーチャまたは要素は存在しない。また、フィーチャまたは要素が別のフィーチャまたは要素に「接続される」、「取り付けられる」または「繋げられる」と言及される場合、それは、他のフィーチャもしくは要素に直接接続される、取り付けられるもしくは繋げられてもよく、または、介在するフィーチャもしくは要素が存在してもよいことが理解される。一方、フィーチャまたは要素が別のフィーチャまたは要素に「直接接続される」、「直接取り付けられる」または「直接繋げられる」と言及されている場合、介在するフィーチャまたは要素は存在しない。一実施形態に関して説明または示されているが、そのように説明または示されたフィーチャおよび要素は、他の実施形態にも適用され得る。また、別のフィーチャに「隣接して」配置されている構造またはフィーチャへの言及は、隣接するフィーチャに重複する、またはその下にある部分を有してもよいことが当業者に理解される。

本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態の説明のみを目的とし、本発明の限定を意図しない。例えば、本明細書において使用される場合、文脈上異なる意味が明示されていない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は複数形もまた含むことが意図される。さらに、本明細書において使用される場合、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、示されたフィーチャ、ステップ、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたは複数の他のフィーチャ、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および／またはそれらの群の存在または追加を除外しないことが理解される。本明細書において使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数のありとあらゆる組合せを含み、「／」と省略され得る。
空間的に相対的な用語、例えば「〜の下」、「下方」、「下の」、「〜の上」、「上の」等は、本明細書において、図中に示されるような１つの要素またはフィーチャの別の要素またはフィーチャに対する関係を説明する上での説明の容易性のために使用され得る。空間的に相対的な用語は、図中に示される配向に加えて、使用または動作中のデバイスの異なる配向を包含することを意図することが理解される。例えば、図中のデバイスが反転された場合、他の要素またはフィーチャ「の下」または「下位」にあると説明される要素は、他の要素またはフィーチャ「の上」に配向することになる。したがって、例示的な用語「〜の下」は、〜の上および〜の下の配向の両方を包含し得る。デバイスは、別様に配向してもよく（９０度回転または他の配向）、本明細書において使用される空間的に相対的な記述子は、適宜解釈される。同様に、「上向きに」、「下向きに」、「垂直」、「水平」等の用語は、別段に具体的に指示されない限り、本明細書において説明のみを目的として使用される。

「第１」および「第２」という用語は、本明細書において、様々なフィーチャ／要素を説明するために使用され得るが、これらのフィーチャ／要素は、文脈により異なる意味が示されない限り、これらの用語により限定されるべきではない。これらの用語は、１つのフィーチャ／要素を別のフィーチャ／要素と区別するために使用され得る。したがって、本発明の教示から逸脱することなく、以下で議論される第１のフィーチャ／要素は、第２のフィーチャ／要素と呼ばれてもよく、同様に、以下で議論される第２のフィーチャ／要素は、第１のフィーチャ／要素と呼ばれてもよい。
例における使用を含めて、本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、ならびに別段に明示的に指定されない限り、全ての数は、「約」または「およそ」という言葉が明示的に示されていない場合であっても、それらの用語が前に置かれているように解釈され得る。「約」または「およそ」という語句は、説明される値および／または位置が値および／または位置の妥当な予測範囲内にあることを示すために、大きさおよび／または位置を説明する際に使用され得る。例えば、数値は、示された値（または値の範囲）の＋／−０．１％、示された値（または値の範囲）の＋／−１％、示された値（または値の範囲）の＋／−２％、示された値（または値の範囲）の＋／−５％、示された値（または値の範囲）の＋／−１０％等である値を有してもよい。本明細書において列挙されるいかなる数値範囲も、それに含まれる全ての部分範囲を含むことを意図する。

様々な例示的実施形態が上で説明されたが、特許請求の範囲により説明されるような本発明の範囲から逸脱することなく、いくつかの変更のいずれかが様々な実施形態に対して行われてもよい。例えば、様々な説明された方法ステップが行われる順序は、代替の実施形態においてしばしば変更されてもよく、他の代替の実施形態において１つまたは複数の方法ステップが完全に省略されてもよい。様々なデバイスおよびシステム実施形態の任意選択のフィーチャは、いくつかの実施形態においては含まれてもよく、他の実施形態においては含まれなくてもよい。したがって、上記説明は、主として例示を目的として提供され、特許請求の範囲において記載されるような本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。

本明細書に含まれる例および例示は、限定ではなく例示を目的として、主題が実践され得る特定の実施形態を示す。言及されたように、他の実施形態が利用され、またそこから派生し得るため、本開示の範囲から逸脱することなく、構造的および論理的な置換および変更が行われ得る。本発明の主題のそのような実施形態は、本明細書において、単に便宜上、および、実際に２つ以上が開示されている場合には本出願の範囲をいかなる単一の発明または発明の概念にも自発的に限定することを意図せず、個々に、または集合的に「本発明」という用語により言及され得る。したがって、本明細書において特定の実施形態が例示および説明されているが、同じ目的を達成するように計算された任意の構成が、示された特定の実施形態と置換されてもよい。本開示は、様々な実施形態のありとあらゆる適合または変形を包含することを意図する。上記実施形態、および本明細書において具体的に説明されていない他の実施形態の組合せは、上記説明を再検討すれば当業者に明らかである。
関連出願の相互参照
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９に基づき、２０１５年８月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／２０２，９２１号、名称「Ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」の優先権を主張し、その開示は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。
参照による援用
本明細書において言及される全ての出版物および特許出願は、個々の出版物または特許出願がそれぞれ参照により組み込まれるように具体的および個々に示されているのと同等に、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

Claims (14)

1. 軸受表面及び取付けゾーンを有する水膨潤性の水透過性相互貫入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）または半ＩＰＮ部材を含む整形外科用インプラントであって、
   水膨潤性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材は、ポリマーセグメントの複数のサブセットを有する疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーを含む第１のポリマーネットワーク、非イオン性ポリマーを含む第２のポリマーネットワーク、およびスルホン酸官能基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークを含み、前記第２のポリマーネットワーク及び前記第３のポリマーネットワークは、それぞれ前記疎水性熱硬化性または熱可塑性ポリマーのポリマーセグメントの同じサブセット内に形成されており、第１、第２、及び第３のポリマーネットワークは互いに共有結合していない、前記インプラント。
2. スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークが、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、２−プロペン−１−スルホン酸、２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸、１，３−プロパンスルホン、１，４ブタンスルホン、ビニルスルホン酸、アネトールスルホン酸、およびスチレンスルホン酸のうちの１つまたは複数を含む重合化モノマーを含む、請求項１記載のインプラント。
3. スルホン酸基を含有するイオン性ポリマーを含む第３のポリマーネットワークが、第３のポリマーネットワークのモノマーの総数に対して約１％〜約１００％のスルホン酸基を含む、請求項１又は２に記載のインプラント。
4. 軸受表面が、約０．１未満の摩擦係数を有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のインプラント。
5. 第２および第３のポリマーネットワークの一方が、インプラントの第１の部分からインプラントの第２の部分への組成および水和勾配を形成する、請求項１から４までのいずれか１項に記載のインプラント。
6. キャップ、カップ、プラグ、キノコ形、円筒形、パッチ、およびステムからなる群から選択される形状を有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載のインプラント。
7. 肩鎖関節、足関節、関節丘、肘関節、指関節、関節窩、股関節、椎間板、椎間関節、関節唇、半月板、中手関節、中足関節、膝蓋骨、脛骨プラトー、足指関節、顎関節、または手首関節およびそれらの任意の一部にフィットするように適合されている、請求項１から６までのいずれか１項に記載のインプラント。
8. 第１のポリマーネットワークが、ポリウレタンを含む、請求項１から７までのいずれか１項に記載のインプラント。
9. 第２のポリマーネットワークが非イオン性又は部分的にイオン性のネットワークである請求項１から８までのいずれか１項に記載のインプラント。
10. 水膨潤性の水透過性ＩＰＮまたは半ＩＰＮ部材が軸受表面と取付ゾーンとの間に組成勾配を含む、請求項１から９までのいずれか１項に記載のインプラント。
11. 組成勾配が剛性勾配を形成する、請求項１０に記載のインプラント。
12. 取り付けゾーンが骨界面部材に取り付けられている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のインプラント。
13. 骨界面部材が、金属、ポリマー又はセラミックから構成される請求項１２に記載のインプラント。
14. インプラントが接着剤を介して骨に取り付けられている請求項１から１３までのいずれか１項に記載のインプラント。