JPH025425B2 - - Google Patents

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JPH025425B2
JPH025425B2 JP55086674A JP8667480A JPH025425B2 JP H025425 B2 JPH025425 B2 JP H025425B2 JP 55086674 A JP55086674 A JP 55086674A JP 8667480 A JP8667480 A JP 8667480A JP H025425 B2 JPH025425 B2 JP H025425B2
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JP
Japan
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thermoplastic
mold
thermoplastic material
load
functional component
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JP55086674A
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Japanese (ja)
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JPS5637130A (en
Inventor
Yohan Barintein Nikorasu
Jon Mikuno Junia Maikeru
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BP Corp North America Inc
Original Assignee
BP Corp North America Inc
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Publication date
Application filed by BP Corp North America Inc filed Critical BP Corp North America Inc
Publication of JPS5637130A publication Critical patent/JPS5637130A/en
Publication of JPH025425B2 publication Critical patent/JPH025425B2/ja
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【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、一般に、改良された補綴装置に関す
るものである。一様相において、本発明は焼結さ
れた熱可塑性プラスチツク被覆を備える補綴装置
に関するものである。別の様相において、本発明
は焼結された熱可塑性プラスチツク被覆中に多孔
度若しくは密度勾配が存在するような改良された
補綴装置に関するものである。さらに、本発明は
このような焼結被覆の製造方法にも向けられる。 本発明以前に、筋骨格系に補綴装置を取り付け
るための種々な方法が文献中に開示されている。
これら方法は、(1)埋伏、(2)釘及び螺子、(3)セメン
ト及び(4)多孔質表面材料として分類することがで
きる。固定目的として多孔質表面移植物を使用す
ることは、顕著な利点を潜在的に与えるものと認
められているが、この技術は外科分野では一般に
許容されていない。何故なら、早期固定と長期安
定性との問題がこの種の装置には、関連するから
である。 今日までに知られた各種の装置には、1976年10
月19日付で発行された米国特許第3986212号明細
書に記載されたものが含まれ、これは組織の内方
生長により骨固定を得るため多孔質高分子被覆を
含有する複合補綴装置を記載している。有用であ
ると示された多孔質高分子材料は、特定密度と特
定平均孔径の相互連結孔とを有するものである。
開示された高分子材料には、或る種の臨界的パラ
メータを有する高密度ポリエチレン及びポリプロ
ピレン又はその混合物がある。被覆を装置に対し
機械的に相互固定させ又は化学的に結合させうる
ことも示されている。 1976年7月27日に発行された米国特許第
3971134号は、生体の下顎骨に永久的若しくは長
期的移植を行なうための有床義歯に関するもので
ある。この移植物は、たとえばビニル重合体、た
とえばアクリル重合体、ポリエチレン及び炭素繊
維充填テフロンのような材料で被覆することがで
きる。 ジヤーナル・ボーン・アンド・ジヨイント・サ
ージエリー、第53A巻、第1号第101頁(1971)
において、ジエー・ガランテ等は移植物を骨に取
り付けるための基礎として焼結繊維金属複合体を
記載しており、さらに1974年5月7日発行の米国
特許第3808606号明細書は組織の内方生長による
固定用として多孔質表面を有するステンレス鋼及
びコバルト−クロム−モリブデン合金の補綴物を
記載している。 また、一般的に興味あるものは、1976年11月23
日発行の米国特許第3992725号「移植性材料及び
装置並びに身体移植物の安定化方法」、1975年10
月7日発行の米国特許第3909852号「中耳骨格鎖
の少なくとも一部に対する移植性置換構造体」、
及び1976年7月27日発行の米国特許第3971670号
「移植性構造体及びその製造方法」である。 これら特許の他、多孔質材料中への骨の内方生
長に関する種々の論文も文献中に見られる。典型
的な論文としては、特にエス・エフ・フルバート
の「組織の内方生長及び機械的固定による筋骨格
系に対する補綴物の付加」、ジヤーナル・バイオ
メデイカル・マテリアルス・リサーチ・シンポジ
ウム、第4巻、第1頁(1973);エム・スペクタ
ー等、「多孔質高密度ポリエチレン中への骨生
長」、ジヤーナル・バイオメデイカル・マテリア
ルス・リサーチ、シンポジウム、第7巻、第595
頁(1976);シー・エー・ホムシー、「移植物安定
化−化学的及び生体医学的考察」、オーソペデイ
ツク、クリニツクス・オブ・ノース・アメリカ、
第4巻、第2号、第295頁(1973);及びジエー・
エヌ・ケント等、「歯表面復構におけるプロプラ
スト」、オラル・サージエリー、オラル・メデイ
スン、オラル・パソロジー、第39巻、第3号、第
347頁(1975)が挙げられる。 しかしながら、補綴装置用に有用であるとして
文献中に開示された多孔質材料は、次の二つの望
ましくない状態のいずれかにつながる不適当な生
体機械的環境を与える。第一に、たとえば多孔質
テフロン/グラフアイト複合体のような低モジユ
ラス−高クリープの多孔質被覆は、長期間の後、
孔部内に準安定性の繊維組織を示す。この組織
は、耐力結合補綴物を支持するのに適していな
い。繊維組織は、骨格に対する準安定性先駆体で
あり、通常の生理学的条件下(生理学的負荷条件
を含む)において骨まで改造される。低モジユラ
ス材料を介して伝達される高負荷と過剰のクリー
プとは、骨まで改造されない繊維組織をもたら
す。補綴装置に使用される他の低モジユラス−高
クリープ材料は、ポリエチレン及びポリプロピレ
ンを包含する。 第二に、高モジユラス材料、たとえばセラミツ
ク(16×106psi)及びチタンのような金属(17×
106psi)及びコバルト−クロム−モリブデン合金
(34×106psi)は、再吸収を防止するのに足る負
荷を内方生長もしくは包囲骨格に対して及ぼさな
い。多孔質の金属及びセラミツク被覆された大腿
骨及び上腕骨幹部において、負荷はこれら補綴成
分の頂点に集中して、包囲骨格に応力集中をもた
らし、次いで再吸収させる。さらに、これらの多
孔質セラミツク及び金属移植物の孔部内における
骨片は、負荷を受けず、したがつて再吸収しな
い。負荷を受けない多孔質移植物領域における孔
部からの骨の損失は組織学的に示されている。こ
の型の骨損失は、複合体強さ(たとえば界面剪断
強さ)の低下をもたらし、次いでこれら高モジユ
ラス多孔質材料における「使用時」性能の低下を
もたらす。 上記に引用した特許及び文献は、補綴物に対す
る多孔質被覆の使用を記載しており、さらに許容
しうる孔径範囲の要件を記載している。しかしな
がら、補綴装置を被覆するのに有用であると開示
されている金属、セラミツク及び重合体、たとえ
ばビニル重合体、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、炭素充填テフロンなどは、適当な早期固定と
長期安定性と骨−補綴物界面における強度とを達
成させるのに適切な生体機械的環境を確立しない
ことが判明した。さらに、従来記載されている高
分子材料は、補綴装置を被覆するための選択重合
体として許容しうるような靭性、耐クリープ性、
引張及び衝撃強さ、並びに水蒸気殺菌性を欠如す
ることがある。適度の可撓性と強度とを有すると
述べられている精選された高密度ポリエチレン及
びポリプロピレン多孔質組成物でさえ、一般的合
格規準を満足しない。 極く最近、たとえばポリスルホンのような多孔
質の生体工学用熱可塑性プラスチツク材料の被覆
を有しかつ移植後には組織の内方生長とそれに続
く骨までの改造とにより長期の骨固定を達成する
ような補綴装置が考案された。この種の装置は、
米国特許第4164794号に記載される。そこには、
焼結技術又は発泡法のいずれかにより被覆を施し
て、組織の内方生長と骨への改造と長期骨固定と
を最適化させるような或る種の物理性を被覆に与
えうることが示されている。 今回、生体工学用熱可塑性プラスチツク材料の
焼結被覆を有する補綴装置において、被覆厚さに
わたり多孔性勾配を存在させれば改良結果が得ら
れることが見出された。外側のより高い多孔度は
骨の内方生長を容易にさせる一方、内側のより低
い多孔度は耐力成分(荷重負荷要素)に対するよ
り良好な付着とより大きな剛さ及び強さとを与え
る。 したがつて、本発明の実施により下記目的の一
つ若しくはそれ以上を達成することができる。本
発明の目的は、内方の耐力機能成分と、その少な
くとも一部にわたつて多孔性勾配を有する外方の
選択された生体工学用熱可塑性プラスチツクの焼
結被覆とからなる、補綴装置を提供することであ
る。本発明の他の目的は、移植後に選択多孔性生
体工学用熱可塑性プラスチツク被覆中へと組織が
内方生長し、次いで骨まで改造されることにより
長期間の骨固定を達成する被覆された補綴装置を
提供することである。さらに、本発明の目的は、
組織の内方生長に対し最適の基体を与える特定の
多孔度と多孔性勾配とを有する被覆を備えた補綴
装置を提供することである。他の目的は、挿入の
際及び手術後に適用負荷を吸収するのに足る引張
及び衝撃強さを被覆が骨形成の間及びその後に示
すような補綴装置を提供することである。本発明
の他の目的は、生物学的及び(又は)機械的性質
を向上させるための添加物を含有する多孔質の生
体工学用熱可塑性プラスチツク被覆を提供するこ
とである。本発明のさらに他の目的は、耐磨耗性
を増大させるための添加物を含有する多孔質の生
体工学用熱可塑性プラスチツク被覆を提供するこ
とである。他の目的は、多孔性勾配を有する生体
工学用熱可塑性プラスチツクからなる被覆補綴装
置又は解剖学的形状の構造体を製造するための一
つ若しくはそれ以上の方法を提供することであ
る。これら及び他の目的は、以下の記載から当業
者には容易に明らかとなるであろう。 広義において、本発明は、被覆材料中に組織が
内方生長することにより装置を堅固にかつ永久的
に筋骨格系に固定させうるような多孔性勾配を有
する多孔質の生体工学用熱可塑性プラスチツク材
料によつて被覆された補綴装置に向けられる。一
具体例において、補綴装置は、耐力(荷重担持)
機能成分とその少なくとも一部にわたる厚さ約
0.5〜約10mmの生体工学用熱可塑性プラスチツク
材料の多孔質被覆とからなり、前記材料は網状及
び皮膚の骨片が内方生長するのに適合すると共に
これを誘導させ、前記被覆は次の性質を有する: (a) 被覆の実質的部分は約90〜約600μの平均孔
径を有すること; (b) 孔連結部は約50μより大きい平均直径を有す
ること; (c) 弾性率は、非強化の固体非多孔質熱可塑性プ
ラスチツク材料について約250000〜約
500000psiであり、強化された固体非多孔質熱
可塑性プラスチツク材料について約500000〜約
3000000psiであり; (d) 全多孔度は約20%より大であり、この場合被
覆を横切つて多孔度勾配が存在し、耐力機能成
分と接触する被覆の側に最小の孔部を有すると
共に被覆の外表面に最大の孔部を有するよう分
布されること;及び (e) 非強化の固体非多孔質熱可塑性プラスチツク
材料の全クリープ歪は1000psiの一定応力下で
周囲温度において1%未満であること。 これらの性質は全て、筋骨格系にかかる応力を
材料の孔部内にある骨片に移行させうると共に、
不可逆的骨化を促進させるに足る負荷と孔安定性
とを維持するのに充分なものである。 本発明の方法により製造された補綴装置は充分
に規定された方向性の多孔性勾配を示し、米国特
許第4164794号のものよりも改善された生体機械
的性能を与える。詳細には、好適なより高いレベ
ルの多孔度とより大きな平均孔径とが、骨の内方
生長を生ぜしめねばならない被覆の外表面に存在
し;増加した材料密度(より低い多孔性)すなわ
ちより大きな剛さと強さとが、応力レベルを最高
とする被覆の内側表面近傍に存在し;金属移植物
とのより大きな接触面積を与えて被覆/金属の結
合強さを向上させるようなより平滑な内側表面が
得られる。最適に減少した処理時間を達成するこ
とができる。何故なら、充分に規定された多孔性
勾配を得るための処理は、比較的高い方向性加熱
速度に依存し、この条件は均一な多孔質部品を製
造するのに使用される方法では避けねばならない
からである。 米国特許第4164794号明細書に示されているよ
うに、補綴装置の製造において使用される材料
は、「生体工学用熱可塑性プラスチツク」として
分類される。これら材料の一つの重要な特徴は、
それらの性能が金属設計工学式の使用により長期
間についても短期間についても予測しうることで
ある。これらの工学設計式は、材料の直線的な粘
弾性限界までのみ適用される。高密度ポリエチレ
ンは0.1%未満の直線的粘弾性限界を有し、歪の
大きさに対するこの限界により、許容しうる応力
が最小となる。これに対し、この開示の定義内に
おいて、生体工学用熱可塑性プラスチツクの直線
的粘弾性限界は少なくとも1%の歪みである。た
とえば、本発明の被覆に適することが判明した好
適な生体工学用熱可塑性プラスチツク材料の一種
は、2%の歪限界を有するポリスルホンである。
したがつて、長期間及び短期間の両者に対する金
属工学設計式をこの限界まで適用することができ
る。 生体工学用熱可塑性プラスチツク材料のユニー
クな特性は、それらの性能を従来多孔質固定装置
に有用であると開示されている高分子材料と比較
すれば、より一層明確になる。クリープモジユラ
スが時間と共に大きく変化する場合は、撓みが著
しく増大して、負荷がかかると補綴物の孔歪み及
び微小変位をもたらす。クリープ試験は、多孔質
高密度ポリエチレン及びポリテトラフルオロエチ
レン−グラフアイト複合体に関する文献に既に報
告されており、これら両者は前記に引用した特許
明細書に示されている。多孔質ポリテトラフルオ
ロエチレン−グラフアイト複合体については
80psi程度に低い圧縮応力にて、また多孔質高密
度ポリエチレンについては300psiにて孔構造に顕
著な変化が起こることが観察された。二種の報告
された高密度ポリエチレン加工品に関する典型的
な破壊時間対応力は、300psiより大きい応力レベ
ルをかけた場合、5分間以下であつた。これは整
形外科用の結合及び装置用途では経験されないよ
うな応力レベルであることに注目すべきである。
負荷環境下において孔部幾何学性を維持する重要
性は、繊維組織が小孔内に生ずることが観察され
た領域で古くから示されている。これは、結合補
綴物上の多孔質高分子被覆が内方生長骨の援助な
しに独立して荷重を支持するのに足る強さと剛さ
とを持たねばならない場合、骨の内方生長に先立
つ手術後の早期において特に重要である。従来の
高分子材料の強さは、内方生長骨から生じるもの
である。生体工学用熱可塑性プラスチツクの多孔
質被覆は、骨と同様な強さを有する。 本発明の教示に従つて製造したこれら材料のそ
れぞれは、上記に列挙した物理的性質を有する被
覆を与える。これら材料の例は、ポリスルホン
類、たとえばポリフエニルスルホン、ポリエーテ
ルスルホン、ポリアリールスルホンなど;ポリフ
エニレンスルフイド、ポリアセタール、熱可塑性
ポリエステル類、たとえば芳香族ポリエステル
類、ポリカーボネート類、芳香族ポリアミド類、
芳香族ポリアミドイミド類、熱可塑性ポリイミド
類並びにポリアリールエーテルケトン類、ポリア
リールエーテルニトリル類、芳香族ポリヒドロキ
シエーテル類などである。本発明において使用す
るのに最も好適な材料は芳香族ポリスルホン類で
ある。これらポリスルホンは式 〔Ar−SO2〕 を有する反復単位を含み、式中Arは構造式 〔式中、Yは酸素、硫黄又はたとえば4,4′−ビ
ス(p−ヒドロキシフエニル)アルカンのような
芳香族ジオールの残基である〕 を有する少なくとも1個の単位を含む二価の芳香
族基である。特に好適なポリアリーレンポリエー
テルポリスルホン熱可塑性樹脂は、構造式 〔式中、nは10〜約500に等しい〕 を有する反復単位からなるものである。これら
は、UDEL ポリスルホンP−1700及びP−3703
としてユニオンカーバイト社から市販されてい
る。これら材料は、P−3703がより低い分子量を
有する点で相違している。同様に有用なものはア
ストレル360、すなわち3M社により販売されてい
るポリスルホン及びICI社により販売されている
ポリスルホン200P並びにユニオンカーバイド社
により販売されているラデルポリフエニルスルホ
ンである。レイケム社からのスチラン、ユニオン
カーバイト社からのポリアリーレン及びフエノキ
シAのような或る種の結晶性の生体工学用熱可塑
性プラスチツクも有用である。 本発明に使用される材料は、所望ならば、強化
材をも含有することができる。ガラス、炭素又は
有機系繊維を生体工学用熱可塑性プラスチツク中
に混入すると、耐力特性及び構造特性を向上させ
る。生体工学用熱可塑性プラスチツクは、250000
〜500000psiの範囲のバルク引張若しくは曲げ弾
性率値を示す。繊維強化された生成物は、繊維の
種類及び充填量に応じて、300万までの弾性率値
を示す。弾性率のこれら数値は、初期の手術後支
持と、骨内方生長により固定された高負荷域にお
ける移植補綴物の長期安定性とに対して必要とさ
れる中間範囲を与える。 本発明の方法により製造されかつ被覆の厚さに
わたつて多孔性勾配を有する生体工学用熱可塑性
プラスチツク被覆は、添付図面から明らかであろ
う。 第1図を参照すれば、本発明の教示に従つて製
造された多孔質の生体工学用熱可塑性プラスチツ
ク被覆の内表面が倍率75倍で示されている。多孔
質被覆12と中実支持体14との間の界面10に
おいて、焼結部分の密度は最大である。これらの
焼結表面粒子は実質的に皮層すなわち連続被覆を
形成し、これは支持体と接触する最大表面積を与
える。かくして、支持体に対する改善された付着
が得られると共に、必要とされる場所に剛さと強
さとが生ずる。界面10から遠い側の粒子16
は、より大きな孔と相互連結部、すなわち最大の
被覆多孔性とを特徴とする焼結形状を有する。 第2図も、多孔質ポリスルホン被覆の断面を倍
率75倍で示す写真であり、被覆の外側多孔性が外
表面18において最大であることを示し、かくし
て骨内方生長が容易に達せられる。 実際上、本発明の補綴装置は焼結技術によつて
便利に製造され、この場合生体工学用熱可塑性プ
ラスチツク材料の粒子は、焼結すなわち一つ若し
くはそれ以上の接触点における粒子融合を起こし
て、所望の多孔性勾配と機械的性質とを有する生
体工学用熱可塑性プラスチツクからなる多孔質連
続複合体材料を与えるのに足る時間及び温度にて
特定の順序で加熱される。 所望の機械的性質に関し、多孔質材料のモジユ
ラスはケルナー式により又は修正ハルピン−ツア
イ式により予測されうることが観察された。した
がつて、たとえば55%の多孔度と40000psiより大
きい弾性率とを有する材料を得るには、出発重合
体のモジユラスが200000psiを越えねばならない。
たとえば大抵のポリプロピレン及び全ての高密度
ポリエチレンは、55%の多孔度と40000psiのモジ
ユラスとを有する材料に加工することができな
い。他方、固体ポリスルホンのモジユラスは
340000psiを越えるので、55%の多孔度を有しそ
のモジユラスが70000psiを越える材料を得ること
ができる。 本発明の補綴装置について、好ましくは被覆は
約20%以上の多孔度、より好ましくは約30〜約70
%の多孔度を有する。 所望の多孔性を有する熱可塑性プラスチツクの
モジユラスを予測することは可能であつたが、本
発明の装置に有用であるようなこれら予測値に近
い材料を加工しうる簡単な方法がなかつた。しか
しながら、粒子寸法と分子量分布と焼結条件とを
適切に選択することにより、機械的性質を犠牲に
することなく、所望程度の多孔度が得られること
を予想外に突き止めた。前記の三種の条件は全
て、相互に関連し、必要な特性を有する被覆又は
物品を得るのに必要である。たとえば、所望の孔
径分布をもたらす焼結時間と温度は、所望の弾性
率及び(又は)引張強さを生ぜしめないであろ
う。孔径と多孔度と機械的性質との所望のバラン
スを達成するには、出発粒子寸法分布と焼結時間
と温度とを調整しなければならない。 粒子寸法分布については、良好な補綴装置に必
要な多孔性と機械的性質との要件を満足させる焼
結した材料は、単一粒子寸法又は二項分布の粒子
寸法のいずれかを使用して製造することができ
る。 実際上、粒子直径の比が約7:1乃至約5:1
の範囲であるような粒子寸法の混合物が、厚さ2
mmより大きい多孔質被覆について許容しうること
が判明した。約300μ〜約50μの粒子寸法が特に好
適である。たとえば50メツシユ篩(米国標準篩)
上に保持される粒子と270メツシユ篩を通過する
粒子の混合物は、所望の多孔度と生体機械的特徴
とを有する被覆及び物品を与えた。さらに、微細
対粗大の粒子寸法の比が約40〜約60重量%の範囲
である時、最適結果が得られることも観察され
た。 厚さ0.5〜約2.0mmの程度の多孔質焼結被覆につ
いては、40メツシユ篩を通過しかつ70メツシユ篩
上に保持される粒子(平均粒子寸法320μ)が最
も有利な機械的及び生物学的特性を与えることが
判つた。 前記したように、被覆の所望の全体的多孔性を
達成するだけでなく同一操作で所望の多孔性勾配
をも達成するには、焼結条件が特に重要である。
一般に、焼結は、金属製金型に粉末を装填し、こ
の金型をガラス転移温度Tgより高くかつ溶融温
度すなわち溶融処理温度Tmより低い所定の焼結
温度Ts(すなわちTg<Ts<Tm)まで加熱する
ことにより達成された。この焼結温度は、所定時
間tにわたり一定に保たれる。実質上、熱膨張差
によつて生起される圧力以外には、何らの圧力も
加えられない。Tsにおける圧力の印加は、材料
の溶融をもたらす。このことは、圧力が存在する
場合、焼結部品中に多孔性を保持するにはより低
い温度とより短い時間サイクルとを用いねばなら
ないことを示している。 しかしながら、被覆全体にほぼ一様の多孔性を
維持させるため均質焼結を達成するよう加熱を行
なう米国特許第4164794号明細書に開示された焼
結技術とは対照的に、本発明は制御された方向性
熱流れを伴う高加熱速度を使用し、かくして充分
に規定された多孔性勾配を与える。高加熱速度を
使用することにより、焼結粉末内に温度勾配が存
在し、その結果より高い温度の領域にはより低い
多孔度がもたらされる。かくして、方向性加熱の
使用により、すなわち焼結結合工程の際、熱を内
側から外側へと進めることにより規則的多孔質構
造が得られる。 被覆される特定の補綴装置に応じて、差加熱を
行なうため一つ若しくはそれ以上の技術を用いる
ことができる。たとえば、焼結多孔質材料のスリ
ーブを補綴物とは別途に製造して、これを接着及
び(又は)収縮により装置に固定することができ
る。後記の例2に示すように、焼結された材料の
スリーブは断熱金型において便利に製造され、こ
の場合心型を加熱してその内側表面に「皮膚」を
先ず形成させ、この皮膚は心型の形状にぴつたり
一致すると共に界面に隣接して低い多孔度を有す
る。加熱は、たとえば心型の内部に加熱シリコー
ン油を通すような数種の方法により行なうことが
できる。 内側の加熱が完了した後、断熱材を除去しそし
て金型を内側と外側とを同時に又は外側だけを加
熱する。これを、焼結が完了して材料が所望の孔
構造と機械的性質とを有するまで続ける。材料が
充分冷却したら、これを心型から取り出す。次い
で、独立した焼結スリーブは、PSF−シリル反応
体(PSF−SR)の薄膜を移植物に浸漬被覆し、
次いでこれを270℃にて10〜15分間架橋させるこ
とにより、金属移植物に適用することができる。
次いで、移植物には、同様に浸漬被覆法により
PSF−1700M.G.の薄膜を施こし、これを乾燥さ
せる。この薄膜が乾燥したら、幹部を再びPSF−
1700M.G.溶液(CH2CH2中5〜10%のPSF−
1700M.G.)中に浸漬させそして多孔質スリーブ
をPSF「接着剤」がまだ粘性である間に所定位置
に滑り込ませる。次いで、完成した補綴物を乾燥
し、清浄する。殺菌の後、これは干渉フイツトと
共に外科移植する準備が終る。 特に移植物が不均一であるか又は内側から加熱
するには小さ過ぎる場合、他の方法を用いること
もできる。たとえば、後記の例3に示すように、
幾つかのひと寛骨補綴物は同一モデル間で寸法変
化を有することが観察された。各移植物に対する
新モデルを機械加工する代りに、誘導加熱を使用
することができる。 この技術と従来技術との間の主要な相違点は、
移植物自身を「雄型」すなわち金型の心型部分と
して使用し、粉末を先ず外側から、次いで内側か
ら加熱することである。内側からの焼結は、移植
物を誘導加熱することにより達成される。 移植物幹部は、そこにPSF−SRの薄膜を施こ
しかつ硬化させ、次いでPSF−1700M.G.の薄膜
を施こしかつ乾燥させることにより、結合用とし
て調製される。次いで、移植物を金型キヤビテイ
中に挿入し、固定する。その後、移植物幹部と金
型キヤビテイ壁部との間の間隙(幅1mm若しくは
それ以上)に、所望粒子寸法分布のPSF−
1700M.G.粉末を充填する。次いで、金型の外側
を、たとえばバンドヒーター、電気抵抗ヒーター
テープ又は金型が適当な材料で作られていれば誘
導コイルにより加熱して焼結温度まで高める。外
側の加熱は短時間しか維持しない。焼結不足の過
大寸法の予備成形物が生ずる。何故なら、重合体
粉末はキヤビテイ表面において最大に焼結しかつ
移植物から収縮して離れるからである。予備成形
物がその形状を維持するのに充分な一体性を有し
た後、金型のキヤビテイ部分を分けて取り出す。
これは過大寸法の被覆を移植物上に残留させる。
次いで移植物と被覆とを、金属移植物表面の均一
加熱をもたらすよう設計された誘導コイル内に設
置する。移植物を焼結用の適当な温度まで誘導加
熱し、焼結が完了しかつ被覆が収縮して移植物の
表面にぴつたり一致しかつこれに結合するまでこ
の温度に維持する。次いで、被覆された補綴物を
冷却し、清浄する。殺菌の後、これは外科移植す
る準備が終る。 多孔性勾配を有する本発明の多孔質焼結被覆
は、歯科移植物の根芯にも有用である。しかしな
がら、移植物が小寸法であるため、これは内側の
みから加熱することが実用的でなかつた。したが
つて、充分な大きさの温度勾配が得られるように
金型を設計した。金型は頂板と金型本体と底板と
から構成された。底板は、被覆すべき移植物を上
下転倒位置で収容するための一つ若しくはそれ以
上のキヤビテイを有する。すなわち、移植物は、
被覆すべき接触の部分を上方に向けて設置され
る。次いで、金型本体を底板の上に設置し、これ
は直立ポストと整列する開口部を有する。その
後、金型本体の心型若しくはポストとキヤビテイ
壁部との間の間隙に、所望粒子寸法分布の重合体
粉末を充填する。金型本体の頂部における穴を通
して粉末を導入し、突き固めて全間隙を充分に充
填するよう確保する。次いで、頂板を所定位置に
設置し、キヤツプねじにより固定する。断熱材を
巻いた金型を、定盤が予備加熱されているプレス
内に設置する。頂部定盤を所望の焼結温度より40
℃低くまで加熱し、底部定盤を所望の焼結温度よ
り40℃高くまで加熱する。これらの設定値は、チ
タン製根芯を先ず加熱させ、次いで金型本体のキ
ヤビテイ壁部より高い温度を維持させる。この結
果、多孔質被覆の内側表面がこれを結合させねば
ならない芯体の外側表面と極めて良く一致する。
金型が所望温度に到達し、その温度に所望時間維
持された後、この金型をプレスから取り出して冷
却する。完成した移植物を金型から取り出して清
浄する。殺菌の後、この人造歯根は外科移植する
準備が終る。 本発明の補綴装置の耐力(荷重担持)機能成分
は、当分野で公知の各種の金属及び合金から構成
することができる。チタン及びタンタルは大抵の
場合内部用途に安全であると考えられる純金属の
みであるが、各種の合金も一般的に許容しうるこ
とが判つた。ステンレス鋼、コバルト基合金及び
チタン基合金は全て、人体により許容されると共
に、耐腐蝕性であつて所望形状に加工される。 或る用途には、補綴物の耐磨耗性を増大させる
添加物を配合することが望ましい。炭素繊維、グ
ラフアイト繊維、テフロン、二硫化モリブデンが
有用な添加物であり、これらは市販の結合補綴物
に典型的に使用される自滑材料に等しいか又はこ
れより優れる耐磨耗性生体工学用熱可塑性プラス
チツクを与える。射出成形又はたとえば寛骨臼、
脛骨並びに全ひざ部及び肩部交換体の関節窩成分
のような関節用補綴物の機械加工には、炭素繊維
を含む組成物が好適である。 本発明の焼結被覆は、数種の方法により耐力機
能成分に結合させることができる。たとえば、シ
リル反応性ポリスルホンのようなシリル反応性重
合体を使用して、多孔質高分子被覆を金属基体に
結合させる。シリル反応性ポリスルホン(PSF−
SR)樹脂は三つの重要な特徴を有する。第一に、
加水分解性のシラン末端基の存在は金属表面に対
する固有の結合能力を与える。第二に、PSF−
SR樹脂は低い溶融(若しくは溶液)粘度を有し、
接着結合の形成の際「濡れ」を著しく容易にす
る。第三に、これらは、生理学的流体に対し可溶
性を示さずかつしたがつて移植された時生物学
的/毒物学的効果を持たないような高分子接着剤
である。部分焼結したスリーブを熱収縮させるよ
うな他の技術を使用することもできる。 例 1 孔寸法に対する焼結条件の効果 この実験は、多孔性勾配を得ることを何も試み
ずに、焼結条件(すなわち、粒子寸法、時間及び
浴温度)の効果を示す。この実験のため、簡単な
金型を外径3/8インチの鋼管から加工した。この
管体を長さ6インチに切断し、ねじ突き端部栓を
取り付けた。管体の壁厚さは約0.038インチであ
つた。得られた焼結プラスチツク部品は直径
0.300インチかつ長さ6インチであつた。これは、
引張り性の特性化に対し便利な試料寸法であるこ
とが判つた。 下記第表に示す粒子寸法分布を有するPSF−
3703粉末を使用した。この材料を次のスケジユー
ルに従つて焼結した:粉末を金型中に充填;金型
を220℃の油浴中に10分間乃至30分間の範囲の
種々な時間浸漬させる。次いで、得られた直径
0.300インチの棒体を2.5インチの試料長さに切断
した。 次いで相互連結する孔寸法の分布を水銀侵入多
孔度測定法によつて測定し、そのデータを第表
に記載する。特性的な孔寸法を、132μより大き
い又は等しい孔の百分率として示す。その温度に
おける時間を10分から30分まで増加させるにつれ
て、直径132μより大きいか又は等しい孔の個数
は増加した。しかしながら、材料を220℃にて30
分間より長い時間保てば、得られる試料はもはや
多孔質でなくなる。他方、材料をその温度に10分
間未満晒せば、殆んど又は全く焼結が起こらな
い。かくして、所望の孔寸法を達成するには、所
定温度における最適時間と所定粒子寸法及び分子
量分布に対する最適温度とが存在する。
TECHNICAL FIELD The present invention generally relates to improved prosthetic devices. In one aspect, the invention relates to a prosthetic device with a sintered thermoplastic coating. In another aspect, the present invention is directed to an improved prosthetic device in which a porosity or density gradient exists in the sintered thermoplastic coating. Furthermore, the present invention is directed to a method of manufacturing such a sintered coating. Prior to the present invention, various methods for attaching prosthetic devices to the musculoskeletal system have been disclosed in the literature.
These methods can be classified as (1) impaction, (2) nails and screws, (3) cement, and (4) porous surface materials. Although the use of porous surface implants for fixation purposes is recognized as potentially offering significant advantages, this technique is not generally accepted in the surgical field. This is because issues of early fixation and long-term stability are relevant for this type of device. The various devices known to date include:
No. 3,986,212, issued May 19, 2006, which describes a composite prosthetic device containing a porous polymeric coating to obtain bone fixation by tissue ingrowth. ing. Porous polymeric materials that have been shown to be useful are those having interconnected pores of a specified density and average pore size.
The disclosed polymeric materials include high density polyethylene and polypropylene or mixtures thereof with certain critical parameters. It has also been shown that the coating can be mechanically interlocked or chemically bonded to the device. U.S. Patent No. issued July 27, 1976
No. 3971134 relates to a fixed denture for permanent or long-term implantation into the mandible of a living person. The implant can be coated with materials such as vinyl polymers, eg acrylic polymers, polyethylene and carbon fiber filled Teflon. Journal Bone and Joint Surgery, Volume 53A, No. 1, Page 101 (1971)
, G. Galante et al. describe sintered fiber metal composites as a basis for attaching implants to bone, and U.S. Pat. No. 3,808,606, issued May 7, 1974, Stainless steel and cobalt-chromium-molybdenum alloy prostheses with porous surfaces for ingrowth fixation are described. Also of general interest are: November 23, 1976
No. 3,992,725, “Implantable Materials and Devices and Methods for Stabilizing Body Implants,” issued Oct. 1975.
U.S. Patent No. 3,909,852, “Implantable Replacement Structure for At least a Portion of a Middle Ear Skeletal Chain,” issued on May 7th;
and U.S. Pat. No. 3,971,670, issued July 27, 1976, entitled "Implantable Structure and Method for Making the Same." In addition to these patents, various articles on bone ingrowth into porous materials can also be found in the literature. Typical papers include, among others, S.F. Fulbert's ``Addition of prostheses to the musculoskeletal system by tissue ingrowth and mechanical fixation,'' Journal of Biomedical Materials Research Symposium, Vol. 4. , p. 1 (1973); M. Spector et al., "Bone Growth into Porous High Density Polyethylene", Journal of Biomedical Materials Research, Symposium, Vol. 7, No. 595
(1976); C.A. Homsey, "Implant Stabilization - Chemical and Biomedical Considerations", Orthopedic Clinics of North America,
Volume 4, No. 2, Page 295 (1973);
N. Kent et al., “Proplast in tooth surface reconstruction”, Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, Vol. 39, No. 3, No.
347 pages (1975). However, porous materials disclosed in the literature as useful for prosthetic devices provide an unsuitable biomechanical environment leading to either of two undesirable conditions. First, low modulus-high creep porous coatings such as porous Teflon/graphite composites, after long periods of time,
It shows a metastable fibrous structure within the pores. This tissue is not suitable for supporting a force-bearing bonded prosthesis. Fibrous tissue is a metastable precursor to the skeleton and is remodeled into bone under normal physiological conditions (including physiological loading conditions). High loads transmitted through low modulus materials and excessive creep result in fibrous tissue that does not remodel into bone. Other low modulus-high creep materials used in prosthetic devices include polyethylene and polypropylene. Second, high modulus materials such as ceramics (16×10 6 psi) and metals like titanium (17×
10 6 psi) and cobalt-chromium-molybdenum alloy (34×10 6 psi) do not exert sufficient stress on the ingrowth or surrounding skeleton to prevent reabsorption. In porous metal and ceramic coated femoral and humeral shafts, loads are concentrated at the apex of these prosthetic components, causing stress concentrations in the surrounding skeleton and subsequent resorption. Furthermore, the bone fragments within the pores of these porous ceramic and metal implants are not loaded and therefore do not resorb. Bone loss from the pores in the unloaded porous implant area is demonstrated histologically. This type of bone loss results in a reduction in composite strength (eg, interfacial shear strength), which in turn results in a reduction in "in-use" performance in these high modulus porous materials. The patents and publications cited above describe the use of porous coatings for prostheses and further describe requirements for acceptable pore size ranges. However, metals, ceramics, and polymers that have been disclosed as useful for coating prosthetic devices, such as vinyl polymers, polyethylene, polypropylene, and carbon-filled Teflon, provide adequate early fixation, long-term stability, and bone stability. It has been found that an appropriate biomechanical environment is not established to achieve strength at the prosthetic interface. In addition, previously described polymeric materials have sufficient toughness, creep resistance, and
May lack tensile and impact strength and steam sterilization. Even selected high density polyethylene and polypropylene porous compositions that are described as having reasonable flexibility and strength do not meet the general acceptance criteria. More recently, researchers have been able to achieve long-term bone fixation by having a coating of porous bionic thermoplastic materials, such as polysulfone, and by tissue ingrowth and subsequent remodeling of the bone after implantation. A prosthetic device was devised. This kind of device is
Described in US Pat. No. 4,164,794. There are
It has been shown that the coating can be applied either by sintering techniques or by foaming techniques to give the coating certain physical properties that optimize tissue ingrowth and bone remodeling and long-term bone fixation. has been done. It has now been found that improved results can be obtained in prosthetic devices having sintered coatings of biomedical thermoplastic materials by the presence of a porosity gradient across the coating thickness. The higher porosity on the outside facilitates bone ingrowth, while the lower porosity on the inside provides better attachment to load-bearing components and greater stiffness and strength. Accordingly, one or more of the following objectives may be achieved by implementing the present invention. It is an object of the present invention to provide a prosthetic device consisting of an inner load-bearing functional component and an outer sintered coating of a selected bionic thermoplastic having a porosity gradient over at least a portion thereof. It is to be. Another object of the present invention is to provide a coated prosthesis that achieves long-term bone fixation by tissue ingrowth into the selective porous bionic thermoplastic coating after implantation and subsequent remodeling into the bone. The purpose is to provide equipment. Furthermore, the object of the present invention is to
It is an object of the present invention to provide a prosthetic device with a coating having a specific porosity and porosity gradient that provides an optimal substrate for tissue ingrowth. Another object is to provide a prosthetic device in which the coating exhibits sufficient tensile and impact strength during and after bone formation to absorb applied loads during insertion and after surgery. Another object of the invention is to provide a porous bionic thermoplastic coating containing additives to improve biological and/or mechanical properties. Yet another object of the present invention is to provide a porous bionic thermoplastic coating containing additives to increase abrasion resistance. Another object is to provide one or more methods for manufacturing coated prosthetic devices or anatomically shaped structures made of bionic thermoplastics with porosity gradients. These and other objects will be readily apparent to those skilled in the art from the following description. Broadly speaking, the present invention relates to a porous bionic thermoplastic having a porosity gradient that allows tissue ingrowth into the covering material to firmly and permanently secure the device to the musculoskeletal system. Directed to a prosthetic device covered by the material. In one embodiment, the prosthetic device has a load-bearing
The thickness of the functional component and at least a portion of it is approximately
a porous coating of 0.5 to about 10 mm of bionic thermoplastic material, said material accommodating and guiding the ingrowth of reticular and dermal bone fragments, said coating having the following properties: (a) a substantial portion of the coating has an average pore size of about 90 to about 600 microns; (b) the pore connections have an average diameter of greater than about 50 microns; About 250,000 to about 250,000 to about a solid non-porous thermoplastic material
500000psi and about 500000 to about 500000 for reinforced solid non-porous thermoplastic materials
3,000,000 psi; (d) the total porosity is greater than about 20%, where there is a porosity gradient across the coating, with the smallest porosity on the side of the coating that contacts the load-bearing functional component; (e) the total creep strain of the unreinforced solid nonporous thermoplastic material is less than 1% at ambient temperature under a constant stress of 1000 psi; Something. All of these properties can transfer stress on the musculoskeletal system to bone fragments within the pores of the material, and
Sufficient to maintain sufficient loading and pore stability to promote irreversible ossification. Prosthetic devices manufactured by the method of the present invention exhibit well-defined directional porosity gradients, providing improved biomechanical performance over that of US Pat. No. 4,164,794. In particular, a preferred higher level of porosity and a larger average pore size are present on the outer surface of the covering that has to give rise to bone ingrowth; increased material density (lower porosity) i.e. Greater stiffness and strength exist near the inner surface of the coating where stress levels are highest; a smoother inner surface provides greater contact area with the metal implant and improves coating/metal bond strength. A surface is obtained. Optimally reduced processing times can be achieved. Because the process to obtain a well-defined porosity gradient relies on relatively high directional heating rates, this condition must be avoided in methods used to produce uniform porous parts. It is from. As shown in US Pat. No. 4,164,794, the materials used in the manufacture of prosthetic devices are classified as "bionic thermoplastics." One important feature of these materials is that
Their performance can be predicted over both long and short term periods through the use of metal design engineering equations. These engineering design equations apply only up to the linear viscoelastic limit of the material. High density polyethylene has a linear viscoelastic limit of less than 0.1%, and this limit on the magnitude of strain minimizes the stress that can be tolerated. In contrast, within the definition of this disclosure, the linear viscoelastic limit for bionic thermoplastics is at least 1% strain. For example, one preferred bionic thermoplastic material found suitable for the coating of the present invention is polysulfone, which has a 2% strain limit.
Therefore, both long- and short-term metallurgical design equations can be applied up to this limit. The unique properties of bioengineering thermoplastic materials become even clearer when their performance is compared to polymeric materials previously disclosed to be useful in porous fixation devices. If the creep modulus changes significantly over time, the deflection increases significantly, resulting in hole distortion and micro-displacement of the prosthesis under load. Creep tests have already been reported in the literature for porous high density polyethylene and polytetrafluoroethylene-graphite composites, both of which are shown in the patent specifications cited above. Regarding the porous polytetrafluoroethylene-graphite composite
Significant changes in pore structure were observed to occur at compressive stresses as low as 80 psi, and for porous high density polyethylene at 300 psi. Typical failure times for two reported high density polyethylene fabrications were less than 5 minutes when subjected to stress levels greater than 300 psi. It should be noted that this is a stress level not experienced in orthopedic bond and device applications.
The importance of maintaining pore geometry under loading environments has long been demonstrated in areas where fibrous tissue has been observed to develop within the pores. This is a surgical procedure that precedes bone ingrowth when the porous polymeric coating on the bonded prosthesis must have sufficient strength and stiffness to support the load independently without the assistance of the ingrowth bone. This is especially important in the early stages. The strength of conventional polymeric materials derives from the ingrowth of long bone. The bionic thermoplastic porous coating has a strength similar to bone. Each of these materials produced in accordance with the teachings of the present invention provides a coating with the physical properties listed above. Examples of these materials are polysulfones, such as polyphenylsulfone, polyethersulfone, polyarylsulfone; polyphenylene sulfide, polyacetals, thermoplastic polyesters, such as aromatic polyesters, polycarbonates, aromatic polyamides;
These include aromatic polyamideimides, thermoplastic polyimides, polyaryletherketones, polyarylethernitriles, and aromatic polyhydroxyethers. The most preferred materials for use in this invention are aromatic polysulfones. These polysulfones contain repeating units with the formula [Ar-SO 2 ], where Ar is the structural formula a divalent aromatic compound containing at least one unit having the formula: wherein Y is oxygen, sulfur or the residue of an aromatic diol, such as e.g. 4,4'-bis(p-hydroxyphenyl)alkane. It is a family group. Particularly suitable polyarylene polyether polysulfone thermoplastics have the structural formula wherein n is equal to from 10 to about 500. These are UDEL polysulfone P-1700 and P-3703
It is commercially available from Union Carbide Company. These materials differ in that P-3703 has a lower molecular weight. Also useful are Astrel 360, a polysulfone sold by 3M, and Polysulfone 200P, sold by ICI, and Radel polyphenylsulfone, sold by Union Carbide. Certain crystalline bionic thermoplastics are also useful, such as styrane from Raychem, polyarylene and phenoxy A from Union Carbide. The materials used in the present invention can also contain reinforcing agents, if desired. Incorporation of glass, carbon or organic fibers into bionic thermoplastics improves their load-bearing and structural properties. 250,000 for bioengineering thermoplastics
It exhibits bulk tensile or flexural modulus values in the range of ~500,000 psi. Fiber-reinforced products exhibit modulus values of up to 3 million, depending on the fiber type and loading. These values of elastic modulus provide an intermediate range required for initial post-operative support and long-term stability of the implanted prosthesis in high load areas fixed by bony ingrowth. A bionic thermoplastic coating produced by the method of the invention and having a porosity gradient across the thickness of the coating will be apparent from the accompanying drawings. Referring to FIG. 1, the interior surface of a porous bionic thermoplastic coating made in accordance with the teachings of the present invention is shown at 75x magnification. At the interface 10 between the porous coating 12 and the solid support 14, the density of the sintered parts is greatest. These sintered surface particles form a substantially skin or continuous coating, which provides maximum surface area in contact with the support. Improved adhesion to the substrate is thus obtained while providing stiffness and strength where needed. Particles 16 on the side far from the interface 10
has a sintered shape characterized by larger pores and interconnections, i.e. maximum coverage porosity. FIG. 2 is also a photograph showing a cross-section of the porous polysulfone coating at 75x magnification, showing that the outer porosity of the coating is greatest at the outer surface 18, thus facilitating bone ingrowth. In practice, the prosthetic device of the invention is conveniently manufactured by sintering techniques, where the particles of bionic thermoplastic material undergo sintering, i.e. particle fusion at one or more points of contact. , heated in a specific sequence for a time and at a temperature sufficient to provide a porous continuous composite material of bioengineering thermoplastic having the desired porosity gradient and mechanical properties. It has been observed that, with respect to desired mechanical properties, the modulus of porous materials can be predicted by the Kellner equation or by the modified Halpin-Zwei equation. Thus, for example, to obtain a material with a porosity of 55% and a modulus greater than 40,000 psi, the modulus of the starting polymer must exceed 200,000 psi.
For example, most polypropylene and all high density polyethylenes cannot be processed into materials with porosity of 55% and modulus of 40,000 psi. On the other hand, the modulus of solid polysulfone is
In excess of 340,000 psi, a material with a porosity of 55% and a modulus of greater than 70,000 psi can be obtained. For prosthetic devices of the present invention, preferably the coating has a porosity of about 20% or more, more preferably from about 30 to about 70%.
% porosity. Although it has been possible to predict the modulus of thermoplastics with desired porosity, there has been no simple method by which materials can be processed that come close to these predicted values to be useful in the apparatus of the present invention. However, it has been unexpectedly discovered that by appropriate selection of particle size, molecular weight distribution, and sintering conditions, the desired degree of porosity can be obtained without sacrificing mechanical properties. All three conditions mentioned above are interrelated and necessary to obtain a coating or article with the required properties. For example, sintering times and temperatures that produce the desired pore size distribution may not produce the desired modulus and/or tensile strength. Starting particle size distribution and sintering time and temperature must be adjusted to achieve the desired balance of pore size, porosity, and mechanical properties. Regarding particle size distribution, sintered materials that meet the porosity and mechanical property requirements necessary for a successful prosthetic device can be manufactured using either a single particle size or a binomial distribution of particle sizes. can do. In practice, the particle diameter ratio is between about 7:1 and about 5:1.
A mixture of particle sizes such that the particle size is in the range of thickness 2
It has been found to be acceptable for porous coatings larger than mm. Particularly preferred are particle sizes of about 300μ to about 50μ. For example, 50 mesh sieve (US standard sieve)
A mixture of particles retained above and passed through a 270 mesh sieve provided coatings and articles with the desired porosity and biomechanical characteristics. Additionally, it has been observed that optimal results are obtained when the ratio of fine to coarse particle size ranges from about 40 to about 60% by weight. For porous sintered coatings on the order of 0.5 to about 2.0 mm thick, particles that pass through a 40 mesh sieve and are retained on a 70 mesh sieve (average particle size 320μ) have the most advantageous mechanical and biological It was found that it gives properties. As mentioned above, sintering conditions are particularly important in achieving not only the desired overall porosity of the coating, but also the desired porosity gradient in the same operation.
Generally, sintering involves loading powder into a metal mold, and then moving the mold to a predetermined sintering temperature Ts above the glass transition temperature Tg and below the melting temperature or melt processing temperature Tm (i.e., Tg<Ts<Tm). This was achieved by heating up to. This sintering temperature is kept constant for a predetermined time t. Virtually no pressure is applied other than that created by differential thermal expansion. Application of pressure at Ts results in melting of the material. This indicates that in the presence of pressure, lower temperatures and shorter time cycles must be used to maintain porosity in the sintered part. However, in contrast to the sintering technique disclosed in U.S. Pat. A high heating rate with directional heat flow is used, thus providing a well-defined porosity gradient. By using high heating rates, a temperature gradient exists within the sintered powder resulting in lower porosity in areas of higher temperature. Thus, by using directional heating, ie by passing the heat from the inside to the outside during the sinter bonding process, a regular porous structure is obtained. Depending on the particular prosthetic device being coated, one or more techniques can be used to provide differential heating. For example, a sleeve of sintered porous material can be manufactured separately from the prosthesis and secured to the device by gluing and/or shrinkage. As shown in Example 2 below, sleeves of sintered material are conveniently manufactured in insulated molds, where the core is heated to first form a "skin" on its inner surface, which skin It closely conforms to the shape of the mold and has low porosity adjacent the interface. Heating can be accomplished in several ways, such as by passing heated silicone oil through the interior of the core. After heating the inside is completed, the insulation is removed and the mold is heated both inside and outside or just the outside. This continues until sintering is complete and the material has the desired pore structure and mechanical properties. Once the material has cooled sufficiently, it is removed from the core mold. A separate sintered sleeve is then dip coated onto the implant with a thin film of PSF-silyl reactant (PSF-SR);
It can then be applied to metal implants by crosslinking at 270°C for 10-15 minutes.
The implants were then similarly coated by dip coating.
Apply a thin film of PSF-1700M.G. and dry it. Once this thin film dries, the cadre is reattached to the PSF−
1700M.G. solution (5-10% PSF− in CH2CH2
1700 M.G.) and slip the porous sleeve into place while the PSF "glue" is still viscous. The finished prosthesis is then dried and cleaned. After sterilization, it is ready for surgical implantation with an interference fit. Other methods can also be used, especially if the implant is non-uniform or too small to be heated from the inside. For example, as shown in Example 3 below,
It has been observed that some human hip bone prostheses have dimensional variations between the same models. Induction heating can be used instead of machining a new model for each implant. The main differences between this technology and the prior art are:
The implant itself is used as the "male" or core part of the mold, and the powder is heated first from the outside and then from the inside. Sintering from the inside is achieved by induction heating the implant. The implant trunk is prepared for bonding by applying thereto a thin film of PSF-SR and curing, followed by applying and drying a thin film of PSF-1700M.G. The implant is then inserted into the mold cavity and secured. The gap (1 mm or more in width) between the implant trunk and the mold cavity wall is then filled with PSF of the desired particle size distribution.
Fill with 1700M.G. powder. The outside of the mold is then heated to the sintering temperature, for example by band heaters, electrical resistance heater tape, or induction coils if the mold is made of a suitable material. External heating is maintained only for a short time. This results in an oversized preform that is undersintered. This is because the polymer powder sinters maximally at the cavity surface and shrinks away from the implant. After the preform has sufficient integrity to maintain its shape, the cavity portions of the mold are separated and ejected.
This leaves an oversized covering on the implant.
The implant and coating are then placed within an induction coil designed to provide uniform heating of the metal implant surface. The implant is induction heated to the appropriate temperature for sintering and maintained at this temperature until sintering is complete and the coating contracts to conform to and bond to the surface of the implant. The coated prosthesis is then cooled and cleaned. After sterilization, it is ready for surgical implantation. The porous sintered coatings of the present invention having a porosity gradient are also useful in the root core of dental implants. However, the small size of the implant made it impractical to heat it only from the inside. Therefore, the mold was designed to provide a sufficiently large temperature gradient. The mold consisted of a top plate, a mold body, and a bottom plate. The base plate has one or more cavities for accommodating the implant to be coated in an inverted position. That is, the implant is
It is installed with the contact area to be coated facing upward. The mold body is then placed on top of the bottom plate, which has openings aligned with the upright posts. Thereafter, the gap between the core or post of the mold body and the cavity wall is filled with a polymer powder having the desired particle size distribution. The powder is introduced through holes in the top of the mold body and tamped to ensure that all gaps are fully filled. The top plate is then placed in place and secured with cap screws. The mold wrapped with insulation material is placed in a press whose surface plate is preheated. 40°C from the desired sintering temperature on the top surface plate.
℃ and the bottom platen to 40 ℃ above the desired sintering temperature. These settings cause the titanium core to heat first and then maintain a higher temperature than the cavity wall of the mold body. As a result of this, the inner surface of the porous coating corresponds very closely to the outer surface of the core to which it has to be bonded.
After the mold reaches the desired temperature and remains there for the desired time, the mold is removed from the press and allowed to cool. The finished implant is removed from the mold and cleaned. After sterilization, the artificial tooth root is ready for surgical implantation. The load-bearing functional components of the prosthetic devices of the present invention can be constructed from a variety of metals and alloys known in the art. Although titanium and tantalum are the only pure metals considered safe for most internal applications, various alloys have also been found to be generally acceptable. Stainless steel, cobalt-based alloys, and titanium-based alloys are all tolerated by the human body, resistant to corrosion, and processed into desired shapes. For some applications, it is desirable to incorporate additives that increase the wear resistance of the prosthesis. Carbon fibers, graphite fibers, Teflon, and molybdenum disulfide are useful additives that provide wear-resistant bionics that are equal to or better than self-lubricating materials typically used in commercially available bonded prostheses. Provides thermoplastics for use. injection molding or e.g. acetabulum,
Compositions containing carbon fibers are suitable for machining glenoid prostheses, such as the tibia and glenoid components of total knee and shoulder replacements. The sintered coating of the present invention can be bonded to the load-bearing functional component by several methods. For example, silyl-reactive polymers such as silyl-reactive polysulfones are used to bond porous polymeric coatings to metal substrates. Silyl-reactive polysulfone (PSF-
SR) resin has three important characteristics. Primarily,
The presence of hydrolyzable silane end groups provides an inherent bonding ability to metal surfaces. Second, PSF−
SR resin has low melt (or solution) viscosity,
It significantly facilitates "wetting" during the formation of adhesive bonds. Third, these are polymeric adhesives that are not soluble in physiological fluids and therefore have no biological/toxicological effects when implanted. Other techniques can also be used, such as heat shrinking a partially sintered sleeve. Example 1 Effect of Sintering Conditions on Pore Size This experiment shows the effect of sintering conditions (i.e. particle size, time and bath temperature) without any attempt to obtain a porosity gradient. For this experiment, a simple mold was fabricated from a steel tube with an outer diameter of 3/8 inch. The tube was cut to 6 inches long and fitted with a threaded end plug. The wall thickness of the tube was approximately 0.038 inch. The resulting sintered plastic part has a diameter of
It was 0.300 inches and 6 inches long. this is,
This was found to be a convenient sample size for tensile characterization. PSF- with the particle size distribution shown in the table below
3703 powder was used. This material was sintered according to the following schedule: the powder was filled into a mold; the mold was immersed in an oil bath at 220° C. for various times ranging from 10 minutes to 30 minutes. Then the resulting diameter
The 0.300 inch rod was cut into 2.5 inch sample lengths. The interconnected pore size distribution was then determined by mercury intrusion porosimetry and the data are reported in the table. Characteristic pore size is expressed as the percentage of pores greater than or equal to 132μ. As the time at temperature was increased from 10 to 30 minutes, the number of pores greater than or equal to 132μ in diameter increased. However, the material was
If kept for longer than minutes, the resulting sample will no longer be porous. On the other hand, if the material is exposed to that temperature for less than 10 minutes, little or no sintering will occur. Thus, there is an optimum time at a given temperature and optimum temperature for a given particle size and molecular weight distribution to achieve the desired pore size.

【表】【table】

【表】 例 2 多孔性に対する加熱順序の効果 この実験においては、雄−雌金型を異なる内径
の鋼管から加工した。雄部品は0.25インチの外径
を有し、これを0.50インチの内径を有するより大
きな直径の雌部品の内側に取り付けた。金型は、
加熱油が雄部品の内部中空部分と別手段により外
側から加熱された全金型とを流通しうるように配
置した。 次いで、金型の心型とキヤビテイ部分との間の
間隙に、所望粒子寸法分布の重合体粉末を充填し
た。この粉末は、標準的な粉末−冶金焼結技術に
おけると同様、ぎつしり詰めなかつた。金型の外
側を断熱し、温度250℃のシリコーン油を金型の
雄部品中に15分間流した。その後、断熱材を外
し、電気加熱テープを使用して外側温度が240℃
に達するまで外側を加熱した。これらの温度を約
10分間維持した。冷却した後、焼結したスリーブ
を金型から取り出し、これは第1図及び第2図に
示したものと同様な多孔性勾配を有することが判
つた。 例 3 移植物自身を加熱することによる共形多孔質被
覆の焼結 同一モデルの、異なるひと寛骨(hip)移植物
の間に存在することが判明した寸法変化(0.050
〜0.060インチ)のため、被覆すべき各寛骨に対
し新たな金型を機械加工することが必要であろ
う。この例は、移植物自身の誘導加熱に関する方
法を示し、これは被覆の同時的な焼結と結合とを
与える。かくして、幾何学性のため共形の予備焼
結されたスリーブを一体的に施こし得ないような
補綴物を被覆することができた。この技術と従来
技術との間の主要な相違点は、移植物自身を雄型
すなわち金型の心型部分として使用し、粉末を先
ず外側から加熱し、次いで内側から加熱すること
である。内側からの焼結は、移植物を誘導加熱し
て達成される。 移植物幹部は、これにPSF−SRの薄膜を施こ
しかつ硬化させ、次いでPSF−1700M.G.の薄膜
を施こしかつ乾燥させることにより、結合用に調
製した。次いで移植物を金型キヤビテイー中に挿
入しかつ固定した。移植物幹部(心型)と金型キ
ヤビテイ壁部との間の間隙(幅1mm若しくはそれ
以上)に、所望粒子寸法分布のPSF−1700M.G.
粉末を充填した。次いで金型の外側を焼結温度ま
で高め、短時間維持した。焼結不足の過大寸法の
予備成形物が生じた。何故なら、重合体粉末はキ
ヤビテイの表面で最高に焼結し、かつ移植物から
収縮して離れたからである。予備成形物がその形
状を維持するのに充分な結合性を有したら、金型
のキヤビテイ部分を分けて取り出した。これは、
過大寸法の被覆を移植物上に残した。次いで移植
物と被覆とを、金属移植物表面の均一加熱を与え
るよう設計された誘導コイルの内部に設置した。
移植物を焼結に適する温度まで誘導加熱し、そし
てこれを焼結が完了しかつ被覆が収縮して移植物
の表面にぴつたり一致しかつこれに結合するまで
維持した。次いで被覆された補綴物を冷却し、清
浄した。殺菌後、これを外科移植することができ
る。移植物を熱風オーブン内で幹部を上に向けて
255℃まで加熱することにより、焼結/収縮/結
合工程を評価した。次いで、予備成形多孔質スリ
ーブを熱幹部に滑り込ませ、その焼結を完成させ
かつぴつたり嵌合するまで収縮させた。接着結合
がなくても、この多孔質被覆は除去困難であつ
た。 本発明を前記の例によつて示したが、ここに使
用された材料に限定すると解釈されてはならず、
本発明は寧ろ上記に開示したような包括性範囲に
関するものである。本発明の思想及び範囲を逸脱
することなく、種々の改変及び具体化を行なうこ
とができる。
Table Example 2 Effect of heating order on porosity In this experiment, male-female molds were machined from steel tubes of different internal diameters. The male part had an outside diameter of 0.25 inches and was attached inside a larger diameter female part that had an inside diameter of 0.50 inches. The mold is
The arrangement was such that heated oil could flow between the internal hollow portion of the male part and the entire mold which was heated from the outside by other means. The gap between the core and cavity portion of the mold was then filled with a polymer powder of the desired particle size distribution. The powder was not compacted as in standard powder-metallurgical sintering techniques. The outside of the mold was insulated and silicone oil at a temperature of 250°C was flowed into the male part of the mold for 15 minutes. Then remove the insulation and use electric heating tape to reach an outside temperature of 240℃
The outside was heated until it reached . These temperatures are approximately
It was maintained for 10 minutes. After cooling, the sintered sleeve was removed from the mold and was found to have a porosity gradient similar to that shown in FIGS. 1 and 2. Example 3 Sintering of a conformal porous coating by heating the implant itself Dimensional changes (0.050) found to exist between different human hip implants of the same model
~0.060 inch), it would be necessary to machine a new mold for each hip bone to be covered. This example shows a method for induction heating of the implant itself, which provides simultaneous sintering and bonding of the coating. In this way, it was possible to cover a prosthesis which, due to its geometry, would not be able to be applied integrally with a conformal pre-sintered sleeve. The main difference between this technique and the prior art is that the implant itself is used as the male or mold core part, and the powder is heated first from the outside and then from the inside. Sintering from the inside is accomplished by induction heating the implant. The implant trunk was prepared for bonding by applying a thin film of PSF-SR to it and curing it, followed by applying a thin film of PSF-1700M.G. and drying it. The implant was then inserted into the mold cavity and secured. PSF-1700M.G with the desired particle size distribution is placed in the gap (width 1 mm or more) between the implant trunk (core) and the mold cavity wall.
Filled with powder. The outside of the mold was then brought to the sintering temperature and maintained for a short period of time. This resulted in an oversized preform that was undersintered. This is because the polymer powder sintered best at the surface of the cavity and shrank away from the implant. Once the preform had sufficient integrity to maintain its shape, the cavity portion of the mold was separated and removed. this is,
An oversized covering was left on the implant. The implant and coating were then placed inside an induction coil designed to provide uniform heating of the metal implant surface.
The implant was induction heated to a temperature suitable for sintering and maintained until sintering was complete and the coating contracted to conform to and bond to the surface of the implant. The coated prosthesis was then cooled and cleaned. After sterilization, it can be surgically implanted. Place the graft in a hot air oven with the trunk facing up.
The sintering/shrinking/bonding process was evaluated by heating to 255°C. The preformed porous sleeve was then slipped into the thermal trunk and allowed to complete its sintering and shrink to a snug fit. Even without adhesive bonding, this porous coating was difficult to remove. Although the invention has been illustrated by the foregoing examples, it should not be construed as limited to the materials used herein;
Rather, the present invention relates to the inclusive scope as disclosed above. Various modifications and embodiments can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、内表面を示す多孔質ポリスルホン被
覆の断面の顕微鏡組織写真であり、第2図は外表
面を示す多孔質被覆の断面の顕微鏡組織写真であ
る。 10……界面、12……多孔質被覆、14……
固体支持体、16……粒子、18……外表面。
FIG. 1 is a micrograph of a cross section of the porous polysulfone coating showing the inner surface, and FIG. 2 is a micrograph of a cross section of the porous coating showing the outer surface. 10... Interface, 12... Porous coating, 14...
Solid support, 16... particles, 18... outer surface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 耐力機能成分と、その少なくとも一部にわた
る、骨片の内方生長に適しかつこれを誘導する生
体工学用熱可塑性プラスチツク材料の多孔質被覆
とからなり、前記材料はポリスルホン、ポリフエ
ニレンスルフイド、ポリアセタール、熱可塑性ポ
リエステル、ポリカーボネート、芳香族ポリアミ
ド、芳香族ポリアミドイミド、熱可塑性ポリイミ
ド、ポリアリールエーテルケトン、ポリアリール
エーテルニトリル及び芳香族ポリヒドロキシエー
テルよりなる群から選択されると共に下記性質: (a) 被覆の実質的部分が約90〜約600μの平均孔
径を有すること; (b) 孔相互連結部が約50μより大きい平均直径を
有すること; (c) 弾性率が非強化の固体非多孔質熱可塑性プラ
スチツク材料については約250000〜約
500000psiであり、強化された固体非多孔質熱
可塑性プラスチツク材料については約500000〜
約3000000psiであること; (d) 約20%より大きい全多孔度を有しそして被覆
を横切つて多孔性勾配が存在し、前記耐力機能
成分と接触する被覆の側に最小の孔部を有する
と共に被覆の外表面に最大の孔部を有するよう
分布されていること; (e) 非強化の固体非多孔質熱可塑性プラスチツク
材料の全クリープ歪が、1000psiの一定応力に
おいて周囲温度で1%以下であること を有し、これら性質の全ては筋骨格系にかかつた
応力を材料の孔部内の骨片に移行させかつ不可逆
的骨化を促進するのに充分な負荷及び孔安定性を
維持するのに足ることを特徴とする補綴装置。 2 多孔質被覆が厚さ約0.5〜約10mmである特許
請求の範囲第1項記載の装置。 3 熱可塑性プラスチツク材料が強化されてお
り、約500000〜約3000000psiの弾性率を有する特
許請求の範囲第1項記載の装置。 4 熱可塑性プラスチツク材料が非強化のもので
あり、約250000〜約500000psiの弾性率を有する
特許請求の範囲第1項記載の装置。 5 熱可塑性プラスチツク材料が約30〜約70%の
多孔度を有する特許請求の範囲第1項記載の装
置。 6 全寛骨補綴物である特許請求の範囲第1項記
載の装置。 7 骨内ブレード移植物又は他の歯科用移植物で
ある特許請求の範囲第1項記載の装置。 8 髄内釘体である特許請求の範囲第1項記載の
装置。 9 網状スクリユである特許請求の範囲第1項記
載の装置。 10 皮質スクリユである特許請求の範囲第1項
記載の装置。 11 耐力機能成分がステンレス鋼からなる特許
請求の範囲第1項記載の装置。 12 耐力機能成分がコバルト基合金からなる特
許請求の範囲第1項記載の装置。 13 耐力機能成分がチタン基合金からなる特許
請求の範囲第1項記載の装置。 14 生体工学用熱可塑性プラスチツク材料がポ
リスルホンである特許請求の範囲第1項記載の装
置。 15 生体工学用熱可塑性プラスチツク材料がポ
リアリールスルホンである特許請求の範囲第1項
記載の装置。 16 生体工学用熱可塑性プラスチツク材料がポ
リフエニルスルホンである特許請求の範囲第1項
記載の装置。 17 生体工学用熱可塑性プラスチツク材料がポ
リエーテルスルホンである特許請求の範囲第1項
記載の装置。 18 生体工学用熱可塑性プラスチツク材料がポ
リカーボネートである特許請求の範囲第1項記載
の装置。 19 生体工学用熱可塑性プラスチツク材料が芳
香族ポリアミドである特許請求の範囲第1項記載
の装置。 20 生体工学用熱可塑性プラスチツク材料が芳
香族ポリヒドロキシエーテルである特許請求の範
囲第1項記載の装置。 21 耐力機能成分と、その少なくとも一部にわ
たる、骨片の内方生長に生体的に適しかつこれを
誘導する工学用熱可塑性プラスチツク材料の多孔
質被覆とからなり、前記材料はポリスルホン、ポ
リフエニレンスルフイド、ポリアセタール、熱可
塑性ポリエステル、ポリカーボネート、芳香族ポ
リアミド、芳香族ポリアミドイミド、熱可塑性ポ
リイミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリア
リールエーテルニトリル及び芳香族ポリヒドロキ
シエーテルよりなる群から選択される、補綴装置
を製造する方法であつて、 (a) 金型の雄部品が前記耐力機能成分の少なくと
も一部の形状であるような雄−雌金型における
心型とキヤビテイ部分との間の間隙に、約50〜
約600μの範囲内にある平均粒径の分布の少な
くとも一部分を有する微粒子生体工学用熱可塑
性プラスチツク材料を充填し、 (b) 前記金型の雄部品の温度を、前記熱可塑性プ
ラスチツク材料のガラス転移温度と溶融処理温
度との間の温度まで高め、 (c) その後、前記金型の雌部品の温度をほぼ同じ
温度まで高め、 (d) 少なくとも一方の部品の温度を、少なくとも
部分的に前記材料を焼結させるに足る時間維持
し、 (e) 前記材料をさらに加熱して焼結を完了すると
共に、前記材料に次の性質、即ち (a) 被覆の実質的部分が約90〜約600μの平均
孔径を有すること; (b) 孔相互連結部が約50μより大きい平均直径
を有すること; (c) 弾性率が非強化の固体非多孔質熱可塑性プ
ラスチツク材料については約250000〜約
500000psiであり、強化された固体非多孔質
熱可塑性プラスチツク材料については約
500000〜約3000000psiであること; (d) 約20%より大きい全多孔度を有しそして被
覆を横切つて多孔性勾配が存在し、前記耐力
機能成分と接触する被覆の側に最小の孔部を
有すると共に被覆の外表面に最大の孔部を有
するよう分布されていること; (e) 非強化の固体非多孔質熱可塑性プラスチツ
ク材料の全クリープ歪が1000psiの一定応力
において周囲温度で1%以下であること を賦与し、 (f) 前記材料を前記耐力機能成分に固定させる段
階を包含する補綴装置の製造方法。 22 微粒子生体工学用熱可塑性プラスチツク材
料が、約7:1乃至約5:1の範囲内にある平均
粒径比の二項分布の少なくとも一部分を有する特
許請求の範囲第21項記載の方法。 23 平均孔径が約150〜約400μである特許請求
の範囲第21項記載の方法。 24 独立した部分焼結された材料を、工程(d)の
完了後に金型から取り出しかつさらに加熱して前
記材料の焼結を完了させる特許請求の範囲第21
項記載の方法。 25 焼結後の材料を機械的及び(又は)化学的
手段により耐力機能成分に固定させる特許請求の
範囲第24項記載の方法。 26 耐力機能成分と、その少なくとも一部にわ
たる、骨片の内方生長に生体的に適しかつこれを
誘導する工学用熱可塑性プラスチツク材料の多孔
質被覆とからなり、前記材料はポリスルホン、ポ
リフエニレンスルフイド、ポリアセタール、熱可
塑性ポリエステル、ポリカーボネート、芳香族ポ
リアミド、芳香族ポリアミドイミド、熱可塑性ポ
リイミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリア
リールエーテルニトリル及び芳香族ポリヒドロキ
シエーテルよりなる群から選択される、補綴装置
を製造する方法であつて、 (a) 金型の雄部品が未被覆の耐力機能成分である
ような雄−雌金型における心型とキヤビテイ部
分との間の間隙に、約50〜約600μの範囲内に
ある平均粒径の分布の少なくとも一部分を有す
る微粒子生体工学用熱可塑性プラスチツク材料
を充填し、 (b) 前記金型の雌部分の温度を、前記熱可塑性プ
ラスチツク材料のガラス転移温度と溶融処理温
度との間の温度に、前記金型の雌部品の除去の
際形状が維持される予備成形物まで前記材料を
焼結させるに足る時間高め、 (c) 前記金型の前記雌部品を除去して、過大寸法
の部分焼結した予備成形物を前記心型上に残
し、 (d) その後、前記心型を加熱して共形的に収縮さ
せると共に前記予備成形物の焼結を完了する、 ことを特徴とする補綴装置の製造方法。 27 耐力機能成分を誘導加熱により加熱する特
許請求の範囲第26項記載の方法。 28 耐力機能成分と、その少なくとも一部にわ
たる、骨片の内方生長に生体的に適しかつこれを
誘導する工学用熱可塑性プラスチツク材料の多孔
質被覆とからなり、前記材料はポリスルホン、ポ
リフエニレンスルフイド、ポリアセタール、熱可
塑性ポリエステル、ポリカーボネート、芳香族ポ
リアミド、芳香族ポリアミドイミド、熱可塑性ポ
リイミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリア
リールエーテルニトリル及び芳香族ポリヒドロキ
シエーテルよりなる群から選択される、補綴装置
を製造する方法であつて、 (a) 金型の雄部分が前記耐力機能成分の少なくと
も一部の形状であるような雄−雌金型における
心型とキヤビテイ部分との間の間隙に、約50〜
約600μの範囲内にある平均粒径の分布の少な
くとも一部分を有する微粒子生体工学用熱可塑
性プラスチツク材料を充填し、 (b) 前記金型を二つの定盤の間に、第一の定盤が
雄部品と接触しかつ第二の定盤が雌部品と接触
するように配置し、 (c) その後、前記第一の定盤を前記材料の焼結温
度より40℃高い温度まで加熱し、同時に前記第
二の定盤を前記焼結温度よりほぼ同じ度数だけ
低い温度まで加熱する、 ことを特徴とする補綴装置の製造方法。
Claims: 1. Consisting of a load-bearing functional component and a porous coating over at least a portion thereof of a bionic thermoplastic material suitable for and inducing ingrowth of bone fragments, said material comprising polysulfone. , polyphenylene sulfide, polyacetal, thermoplastic polyester, polycarbonate, aromatic polyamide, aromatic polyamideimide, thermoplastic polyimide, polyaryletherketone, polyarylethernitrile, and aromatic polyhydroxyether and the following properties: (a) a substantial portion of the coating has an average pore diameter of from about 90 to about 600 microns; (b) the pore interconnections have an average diameter of greater than about 50 microns; (c) a modulus of elasticity of 250,000 to approx. for reinforced solid non-porous thermoplastic materials
500000psi and about 500000~ for reinforced solid non-porous thermoplastic materials
(d) has a total porosity of greater than about 20% and there is a porosity gradient across the coating, with the smallest pores on the side of the coating that contacts the load-bearing functional component; (e) The total creep strain of the unreinforced solid nonporous thermoplastic material is less than 1% at ambient temperature at a constant stress of 1000 psi; All of these properties maintain sufficient load and pore stability to transfer musculoskeletal stresses to the bone fragments within the pores of the material and promote irreversible ossification. A prosthetic device characterized in that it is sufficient to. 2. The device of claim 1, wherein the porous coating has a thickness of about 0.5 to about 10 mm. 3. The device of claim 1, wherein the thermoplastic material is reinforced and has a modulus of elasticity of about 500,000 to about 3,000,000 psi. 4. The device of claim 1, wherein the thermoplastic material is unreinforced and has a modulus of elasticity of about 250,000 to about 500,000 psi. 5. The device of claim 1, wherein the thermoplastic material has a porosity of about 30 to about 70%. 6. The device according to claim 1, which is a total hip bone prosthesis. 7. The device of claim 1 which is an endosteal blade implant or other dental implant. 8. The device according to claim 1, which is an intramedullary nail. 9. The device according to claim 1, which is a reticulated screw. 10. The device according to claim 1, which is a cortical screw. 11. The device according to claim 1, wherein the load-bearing functional component is made of stainless steel. 12. The device according to claim 1, wherein the load-bearing functional component comprises a cobalt-based alloy. 13. The device according to claim 1, wherein the stress-proof functional component comprises a titanium-based alloy. 14. The device of claim 1, wherein the bionic thermoplastic material is polysulfone. 15. The device of claim 1, wherein the bionic thermoplastic material is polyarylsulfone. 16. The device of claim 1, wherein the bionic thermoplastic material is polyphenylsulfone. 17. The device of claim 1, wherein the bionic thermoplastic material is polyethersulfone. 18. The device of claim 1, wherein the bionic thermoplastic material is polycarbonate. 19. The device of claim 1, wherein the bioengineering thermoplastic material is an aromatic polyamide. 20. The device of claim 1, wherein the bioengineering thermoplastic material is an aromatic polyhydroxyether. 21 consisting of a load-bearing functional component and a porous coating over at least a portion thereof of an engineered thermoplastic material that is biologically suitable and induces bone fragment ingrowth, said material including polysulfone, polyphenylene, etc. a prosthetic device selected from the group consisting of fluoride, polyacetal, thermoplastic polyester, polycarbonate, aromatic polyamide, aromatic polyamideimide, thermoplastic polyimide, polyaryletherketone, polyarylethernitrile, and aromatic polyhydroxyether. (a) a male-female mold in which the male part of the mold is in the shape of at least a portion of the load-bearing functional component, the gap between the core and the cavity portion comprising: ~
filling a particulate biomedical thermoplastic material having at least a portion of the average particle size distribution within the range of about 600 microns; (c) thereafter increasing the temperature of the female part of said mold to approximately the same temperature; (d) raising the temperature of at least one part to at least partially (e) further heating said material to complete sintering and providing said material with the following properties: (a) a substantial portion of the coating is between about 90 and about 600 microns (b) the pore interconnections have an average diameter of greater than about 50μ; (c) a modulus of elasticity of from about 250,000 to about 250,000 for unreinforced solid non-porous thermoplastic materials;
500000psi and for reinforced solid non-porous thermoplastic materials approx.
500,000 to about 3,000,000 psi; (d) has a total porosity of greater than about 20% and there is a porosity gradient across the coating, with the smallest pores on the side of the coating that contacts the load-bearing functional component; (e) the total creep strain of the unreinforced solid nonporous thermoplastic material is 1% at ambient temperature at a constant stress of 1000 psi; (f) fixing said material to said load-bearing functional component. 22. The method of claim 21, wherein the particulate bioengineering thermoplastic material has at least a portion of a binomial distribution of mean particle size ratios ranging from about 7:1 to about 5:1. 23. The method of claim 21, wherein the average pore size is from about 150 to about 400 microns. 24. The independent partially sintered material is removed from the mold after completion of step (d) and further heated to complete the sintering of said material.
The method described in section. 25. The method according to claim 24, wherein the sintered material is fixed to the load-bearing functional component by mechanical and/or chemical means. 26 consisting of a load-bearing functional component and a porous coating over at least a portion thereof of an engineered thermoplastic material biologically suitable and inducing ingrowth of bone fragments, said material including polysulfone, polyphenylene, etc. a prosthetic device selected from the group consisting of fluoride, polyacetal, thermoplastic polyester, polycarbonate, aromatic polyamide, aromatic polyamideimide, thermoplastic polyimide, polyaryletherketone, polyarylethernitrile, and aromatic polyhydroxyether. (a) a gap between the core and the cavity in a male-female mold in which the male part of the mold is an uncoated load-bearing functional component, the gap between about 50 and about 600 microns; filling a particulate bioengineering thermoplastic material having at least a portion of an average particle size distribution within a range; (b) adjusting the temperature of the female portion of the mold to be equal to the glass transition temperature of the thermoplastic material; (c) raising the female part of the mold to a temperature between the processing temperature and a time sufficient to sinter the material into a preform that retains its shape upon removal of the female part of the mold; removing, leaving an oversized partially sintered preform on the core; (d) then heating the core to conformally shrink and complete sintering of the preform; A method for manufacturing a prosthetic device, characterized by: 27. The method according to claim 26, wherein the stress-proof functional component is heated by induction heating. 28 consisting of a load-bearing functional component and a porous coating over at least a portion thereof of an engineered thermoplastic material that is biologically suitable and induces bone fragment ingrowth, said material including polysulfone, polyphenylene, etc. a prosthetic device selected from the group consisting of fluoride, polyacetal, thermoplastic polyester, polycarbonate, aromatic polyamide, aromatic polyamideimide, thermoplastic polyimide, polyaryletherketone, polyarylethernitrile, and aromatic polyhydroxyether. A method of manufacturing, comprising: (a) a male-female mold in which the male part of the mold is in the shape of at least a portion of the load-bearing functional component; ~
(b) filling the mold with a particulate bioengineering thermoplastic material having at least a portion of the average particle size distribution within the range of about 600 microns; (c) then heating said first surface plate to a temperature 40° C. higher than the sintering temperature of said material; A method for manufacturing a prosthetic device, characterized in that the second surface plate is heated to a temperature that is approximately the same number of degrees lower than the sintering temperature.
JP8667480A 1979-06-29 1980-06-27 Prosthetic device provided with sintered thermoplastic coating with porous gradient Granted JPS5637130A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9931438B2 (en) 2008-01-28 2018-04-03 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Article with foamed surface, implant and method of producing the same

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US9931438B2 (en) 2008-01-28 2018-04-03 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Article with foamed surface, implant and method of producing the same
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