JPS58500168A

JPS58500168A - 整形外科用複合材料

Info

Publication number: JPS58500168A
Application number: JP50222080A
Authority: JP
Inventors: ボンフイールド・ウイリアム; ボウマン・ジエレミイ・アーチバルド; グリンパス・マーク・ダニエル
Original assignee: ナシヨナル　リサ−チ　デイベロツプメント　コ−ポレイシヨン
Priority date: 1980-10-09
Filing date: 1980-10-09
Publication date: 1983-02-03
Also published as: WO1982001310A1; JPH0329817B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】整形外科用複合材料本発明は複合材料に関する。より詳しくは、本発明は整形外科用複合材料、該複合材料の製法、およびそれらを混入するプロテーゼ（ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ）に関する。

本発明は、限定的ではないが原則的には、プロテーゼ特にエンドプロテーゼ２即ち、解剖学的に人体または動物の体内に存在する器官、特に骨の人工の代替物に関する。

従来、整形外科用プロテーゼとして動物の骨や東牙が使用されてきたが、全て自然物質を用いて、適切で予想し得る強さを保有するこれらの物質の供給を確保することは困難である。さらにこれらの物質が患者の本来のものでないタンパク質を含むため、その生物学的不適合性による炎症反応を起こすことがある。従って外科医たちは種々の合成物質に頼って来たし今現在も頼っているが、その用法は通常、プロテーゼからはかけ離れたものである。

一主要例は股関節部総てを入れ替える場合であシ、通常、大腿頭部を鋳造合金、一般にはオーステニティク（ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ）　ｘテンレス鋼またはｃｏ −ｃｒ合金で置き換え、ポリメチルメタクリレート骨セメントで骨髄腔中に保持し、高密度ポリエチレン股臼カップ中に据え付ける。そのように使用される合金は、第一にその生物適応性、耐腐食性、十分な耐骨折性および耐疲労性の点から選ばれる。それらは満足なものであったが理想には程遠いものである。それ故最近は同等の耐性を有する［生物不活性（ｂｉｏｉｎｅｒｔ　）Ｊプロテーゼ物質の開発に注目されてきた。その例としてはチタン合金およびセラミックス、原則的にはアルミナが挙げられる。しかしながらセラミックスの持つもろさはプロテーゼにとって新しい課題となる。

しかし現在までのところ使用される全ての１成プロテーゼ物質は、以下の如き重大な欠点を有している。

即ち、プロテーゼ物質は最終的には最初に取シ付けられていた骨から外れてしまう。従って今までのところ主な外科的プロテーゼ手術は本質的に永久的なものでなかった。

本発明は整形外科用に適切な複合材料を提供することに関する。特に、生体内で取シ付けられた骨から外れないエンドプロテーゼ物質の如きものに関する。

従って本発明の一つの目的は、重量平均分子量（菟）が２０．０００以上であるＷ重合捷たは共重合ポリオレフィンと、８０容量％までの無機固体粒子との複合材料を提供することに存する。好ましくはポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンまたはエチレンとプロピレン、ブチレンおよびヘキセンの少くとも一つとの共重合体を含有する。好ましくは線状ポリエチレンで６る。

重量平均分子量（Ｍｗ）は、望ましくは２０，０００以上、適当なのは１００，０００以上、好ましくは３００，０００以上、Ｔｈる。２０，０００よシ小さなポリオレフィンは望ましい程度の生物適応性を有さないといえる。ポリオレフィンのＭｗは望ましくは３．　ＯＯ０，０００以下、好ましくは１，０００，０００以下？ある。Ｒｗ　カ３，０００，０００を越えると複合材料を形成し二次加工する上で工程上の困難性を有する。

複合材料は無機固体粒子を、望ましくは８ｏ容量％以下、好ましくは１０〜ｂ容量％を含むべきである。上記値を越えると、無機固体粒子を均等に分配することができず、一方非常に低い充填では複合材料はあまシに柔軟になるであろう。

複合材料の粒状無機固体成分の存在は、複合材料を強化し、その固さを高める。

そしてそのヤング率が５゜４一、１５９ＧＰａ、好ましくは６０〜１２０ＧＰａのとき、特に適当である。そのような好ましい無機固体は通常非金属性のもので、セラミック、好ましくはカルシウム塩が適当であり、例えばＣａ：Ｐの比が１．０〜１．５であるリン酸カルシウムが挙げられる。好ましくはＣａ：Ｐの比が１．５１〜１．７を有する天然または合成のヒドロキシアパタイトまたはフッ素アパタイトであるカルシウム塩である。他の無機固体粒子にはチョーク、フライアッシュおよびシリカが挙げられる。

無機固体粒子、特にヒドロキシアパタイトを粉砕球状粒子の形で用いてもよい。

ここで用いる好ましい粒子径は０．０５〜１００μｍのものが９０％以上、好ましくは０．１〜５０μｍのものが９０％以上である。無機固体には針状物または小板状のものを使用してもよい。後者の好ましいものは最大５００μｍで最大厚さ２０μｍのものである。

本発明による複合材料は、ポリオレフィンを適切にはその軟化点以上の温度、例えば２００〜２６０°Ｃ１好ましくは２００〜２４０°Ｃの温度で、無機固体粒子と混練して調製してもよい。その際、無機固体は予め、たとえば１００〜１６０°Ｃの温度で３〜１２時間加時間表１４８５００１６８（３）熱することにより乾燥するのが望ましい。必要ならば無機固体を最初に所望の粒子径に粉砕する。通常ポリオレフィンを最初にミルに入れ、所望の容量分率に遠景に依存するが、典型的には０．５　Ｋｇで１〜２時間である。無機固体のより高い容量分率を得るため２段階混練添加を用いるのが便利なことがしばしばある。即ち、無機固体を容量分率４０％の「ノ＼イド（ｈｉｄｅ）Ｊに生成し、これを冷却し、ミル上で再溶融して、残りの無機固体を添加する。

押出機で混合して複合材料を生成することも可能であり、再び押出して無機固体のより高い容量分率を得るのはしばしばより便利である。複合材料を得る別種の方法として固体層成分を細かくし細粉混合し、該ｉ１％合物を半融し、均等圧縮等で半融生成物をコン／Ｘｌｌケト（ｃｏｍｐａｃｔ）にする。

本発明による複合材料は、２〜４０　ＧＰａ好ましくは１０〜３　Ｑ　ＧＰａのヤング率を有する。即ち、この複合材料は緻密な骨で記録する範囲のヤング率を有する。

複合材料を機械方向に配向してもよいが、Ｅｌｌ：Ｅｌ　の比は３、好ましくは２を趙えないことが好ましい。

にこでいう「ヤング率」とは、「ネイチャー（ｎａｔｕｒｅ）」２７０、Ｎｏ　５６３６、ＰＰ、４５３−４５４　（１９７７）でボンフィールド（Ｂｏｎｆｉｅｌｄ）およびグリンパス（Ｇｒｙｍｐａ　ｓ　）法で超音波的に測定された力学的な率（ｄｙｎａｍｉｃ　ｍｏｄｕｌｕｓ）を意味する。

本発明の別の目的は、プロテーゼとして外科用に使用する単重合捷たは共重合ポリオレフィンと無機固体粒子との複合材料、特に上述の如き複合材料を提供することである。即ち、プロテーゼは複合材料から調製されるもの、好ましくはエンドプロテーゼであって、特に、骨折同定装置、あとプロテーゼまたは骨の局所の筒中な代替用プロテーゼの様な骨に直接接合するものであるが、特にエンドプロテーゼは骨の間接装置、就中腰骨やひざの関節を部分的または全部交換用のものである。特に、複合材料を大腿頭部・幹部と該頭部が体内で支持する投口カップのどちらかまたは両方を二次加工するのに使用してもよいが、関節症でいためたすべての関節のプロテーゼ中に使用してもよい。

プロテーゼを圧Ｒｄ成形または射出成形で二次加工してもよい。前者は、固体複合物を１９０〜２５０°Ｃ１好ましくは２００〜２３０°Ｃの適当な温度で再溶融し、荷重下でプロテーゼ成形型に型が満たされるまで装填し、その後荷重下で冷却する。射出成形の場合は、同製造された注入プロテーゼにγ線照射すること力玉特にＭＷ（５００，０００を有するボＩＪオレフィンによって望ましいことがしばしばわかる。このことはよりクリープ（ｃｒｅｅｐ）に耐え応力クラ゛ンキンク゛により耐えるばかりでなく、プロテーゼの殺菌もする。

製法上の困難性を生じまたは起こると思われる場合には、より低いＭｗ’ｉｉするポリオレフィンを使用してより容易に組成物を形成し、次いで照射するの力；望ましいことがしばしばある。明細書および請求の範囲を通して分子量および粒子径は仕込まれた／ｆラメーターで述べるが、これらは混練中および二次加工中に変わることがある。

さらに本発明は、プロテーゼを受ける少くとも一つの骨片を準備しそのまたはそれぞれの骨片に上述のプロテーゼを接合することからなる動物または人体用整形外科のエンドプロテーゼ法を提供する。

８以下実施例により本発明を説明する。

下の表１に示されるようにポリオレフィンを溶融し２つのロールミルのニップ上及び中に入れる。溶融ポリオレフィンに、表１中に示されるような必須な容積を添加する。

１、）１０２０−５４Ｐ１２２０　１　Ｃａω３１：３１ｉＪｉ　２００２、ｔｔ　ｔｔ　／／　／／　１：１／／　１００３、　ｔｔ　／／　ｔｔ　ｔｔ　ｌ：２　／／　１５０４、　／／　ｕ　ｔｔ　ｕ　ｌ：３　／／　２００５．１− １０２０−５４Ｐ　２２５　ｕ　ＣＢＡ２２：１　ｔｔ　３００６、　ｕ　ｕ　ｕ　／／　１：１　／／　３００７、〃〃〃〃１：２〃３００８、　／／　２３０　１．５　／／　３：２３啼　４５０９、　ｔｔ　ｔｔ　ｔｔ　／／　２：３　／／　５００１０、　／／　／／　／／　／／　１＊４　“ 　５００１１、ｉす６Ｏ−４５Ｐ’　２５０　／／　弘Ｐ５１：９　／／　５００１２、／／　ｔｔ　ｔｔ　／／　１：４　“　４００１３、　ｔｔ　ｔｔ　／／　／／　１：３　“　３４０１４、　ｔｔ　ｔｔ　／／　／／　１：３／／　５５０詩表昭５８５００１６８　（４）する線状ポリオレフィン（例えばピーピー拳ケミカルス−リミテッド％　（ＢＰ　（：ｈｅｍｉｃａｌｓ　Ｌｔｄ、））２、　ポリオレフィンに添加する前に乾燥しく１４０°Ｃで６時間）、はぼサブミクｏ　ン（ｓｕｂ−ｍｉｃｒｏｎ）サイズの球状粒にグラインドした焼成骨灰（例えば、ホトモアー）３、　密度が３１６０Ｋｇ・ｍ−３であると思われる。

４、次素数１，０００の鎖当り約１〜４のブチル側鎖５、　ポリオレフィンに添加する前に乾燥（１４０°Ｃで８時間）する小板状合成ヒドロキシアパタイト。

１６、　）Ｋ）２０−５４Ｐ　ＣａＣＯ３１：３ｉ１１：１７．４　１８１０　２１０１７、　ｕ　ＣＢＡ　２：１　ｔｔ　１１．０　１１５０　／／１８、　／／　／／　２：１　／／　１１．０　１１５０　／／１９、　／／　／／　１：１　／／　１３．１　１３６０　／／２０、　／／　／／　１：１　／／　１３．１　１３６０　ｔｔ２１、　／／　／ｌ　１：１　／／　１２．７　１３２０　／／２２、　／／　／／　１：１　／／　１２．５　１３００　２００２３、　／／　／／　１：１　／／　１２．７　１３２０　／／２４、　’／　／／　１：１／／　１２．７　１３２０　ｔｔ０２５．１−１０２０−５４Ｐ　ＣＢＡ　Ｉ　：２重量　１８．０　１８７０　２２０２６、　／／　／／　１：２　／／　１６．５　１７２０　／／２７、　ｌ／　／／　１：１　／／　１３．０　１３６０　／／２８、　／／　／ｌ　１：２　／ｌ　１６．５　１７２０　／１２９、　／／　／／　１：２　／／　１６．６　１７３０　／／３０、　／／　／／　１：２　／／　１６．４　１７１０　２１０３１、　／／　ｔｔ　１：２　／ｌ　１６．３　１７００　／／３２、　ｎ　／／　４：１　体積　１３．７　１４３０　２００３３、　／／　／／　４：１　／／　１３．７　１４３０　／／３４、　／／　／／　４：］　／／　１３．３　１３９０　ｔｔ３５、　／／　／／　４：１　／／　］３．０　１３５０　／／３６、　／／　／／　３：２　／／　１９．９　２０７０　／／３７、　ｔｔ　／／　３：２　／ｌ　１９．６　２０４０　／／３８、　／／　／／　３：２　／ｌ　１９．３　２０１０　１１３ｇ、　／／　ｕ　２：３　ｔｔ　２６．８　２７９０　／／４０、　ｔｔ　ｔｔ　２：３　／／　２５．０　２６００　ｕ４１、　／／　／／　２：３　／／　２５．２　２６６０　／／４２、ＨＯ６０−４５Ｐ　Ｉ−ＬＡＰ　９：１　／／　１５．５　１６１０　／／４３、　ｔｔ　／／　９：１　／／　１５．０　１５６０　’／４４、　ｔｔ　／／　４：１　／／　１４．１　１４７０　”４５、　／／　ｔｔ　４：］　／／　１４．９　１５５０　〃４５、　ｔｔ　／／　３：２　／／　２０．０　２０８０　／’４７、　ｔｔ　ｔｔ　３：２　ｔｔ　１８．４　１９２０　／／作った。次いでこれらを、該ブレンドの機械的性質の測定に用いるため圧縮成形してブラック（ｐｌａｑｕｅ）にした。

添付図面は、縦軸にＧＰａで測定したヤング率を取シ、横軸に微粒状無機固体の体積分率を表わしたグラフである。用いられたブレンドは表工中の１１〜１５である。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】１、　重量平均分子量（Ｍｗ）が２０．　ＯＯ０以上である単重合または共重合ポリオレフィンと、８０容量％までの無機固体粒子との複合材料。２、　ポリオレフィンがポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、または、エチレンとプロピレン、ブチレンおよびヘキセンの少くとも一つとの共重合体からなる第１項記載の複合材料。３、　ポリオレフィンが線状ポリエチレンである第２項記載の複合材料。４、　ポリオレフィンが１００，０００以上１，０００，０００以下のＭｗを有する第１〜３項のいずれかに記載の複合材料。５、無機固体粒子を１０〜７０容量％含有する第１〜４項のいずれかに記載の複合材料。６、無機固体粒子を２０〜６０容量％含有する第５項記載の複合材料。７、　無機固体粒子が５０〜１５０ＧＰａのヤング率を有する第１〜６項のいずれかに記載の複合材料。８、　無機固体粒子が６０〜１２０ＧＰａのヤング率を有する第７項記載の複合材料。９、無機固体粒子がセラミックを含有する第１〜８項のいずれかに記載の複合材料。１０、無機固体粒子がカルシウム塩を含有する第１〜９項のいずれかに記載の複合材料。１１、カルシウム塩がＣａ：Ｐ比１．０〜１．５のリン酸カルシウムである第１０項記載の複合材料。１２、カルシウム％４がＣａ：Ｐ比で１．５１〜１．７を有する天然または合成ヒドロキシアパタイトｔたはフルオロアパタイトである第１０項記載の複合材料。１３、無機固体が粉砕球状粒子状である第１〜１２項のいずれかに記載の複合材料。１４、粒子径の９０％以上が０．０５μｍ〜１００μｍである第１３項記載の複合材料。１５、無機固体が針状粒子捷たけ小板状である第１〜１２項のいずれかに記載の複合材料。１６、小板状のものが最大長５００μｍで最大厚さ２０μｍを有する第１５項記載の複合材料。１７、ヤング率が２〜４０ＧＰａである第１〜１６項のいずれかに記載の複合材料。１８、ヤング率が５〜３ＱＧＰａである第１７項記載の複合材料。１４１９、縦方向に配向した第１〜１８項のいずれかに記載の複合材料。２０、Ｅｌｌ：Ｅｌの比が１〜３である第１７〜１９項のいずれかに記載の複合材料。２１、外科でプロテーゼとして用いる単重合または共重合ポリオレフィンと無機固体粒子とからなる複合材料。２２、複合材料が第１〜２０項のいずれかに記載のものである第２１項記載の複合材料。２３、第１〜２２項のいずれかに記載の複合材料を含有するプロテーゼ。２４、大腿部のプロテーゼである第２３項記載のプロテーゼ。２５、二次加工の後ｒｍを照射されたプロテーゼ。