KR101722918B1 - 흡수성 마그네슘 합금 - Google Patents

Abstract

도시된 마그네슘 합금은 주요 성분으로서, 마그네슘, 및 5.0 내지 8.0wt%의 이테르븀; 0.1 내지 2.0wt%의 칼슘; 및 0.2 내지 6.0wt%의 아연을 포함한다. 마그네슘 합금은 임플란트로서 채택될 수 있다. 임플란트들의 예들은 플레이트, 특히 본 플레이트, 스크루, 못, 뼈 못, 스텐트(stent), 로드를 포함한다. 특정된 합금으로 만들어진 임플란트들은 동물 또는 인체에서 이식하는데 적절하다.

Description

흡수성 마그네슘 합금{RESORBABLE MAGNESIUM ALLOY}

관련 출원

본원은 그 내용이 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합되는 "흡수성 마그네슘 합금"이라는 명칭으로 2008년 6월 6일자 출원된 미국 특허 가출원 제61/059,370호에 대해 우선권을 주장한다.

본 발명은 마그네슘 합금, 상기 합금으로 만들어진 임플란트들, 합금의 제조 방법 및 사용 방법에 관한 것이다.

현대 의학 기술에서, 임플란트들은 예를 들어 혈관을 위한 지지물로서 외과적 목적을 위하여 및 조직들 또는 뼈들을 부착 또는 고정을 위하여 광범위한 적용을 위해 사용된다. 때때로, 임플란트들은 치료 절차의 완료까지 임시 기능만을 가진다. 인체에서 영구적으로 남아있는 이러한 임플란트들로부터 유발되는 합병증들을 피하기 위하여, 임플란트들은 수술에 의해 제거되어만 하거나 또는 인체에 의해 점차적으로 분해되는 생부식성(biocorrodible) 물질로 만들어져야만 한다. 폴리머 또는 합금에 기초한 점증하는 숫자의 이러한 생체 부식성 물질들이 공지되어 있다. 특히 흥미로운 것은 마그네슘, 철 및 텅스텐과 같은 생분해성(biodegradable) 금속들로 만들어진 합금들이다.

유럽 특허 제1 270 023호는 혈관내(endovascular) 또는 외과적 임플란트들의 제조에 적절한 마그네슘 합금을 기술하는 것으로 알려졌다. 합금은 50% 이상의 마그네슘과 5%까지의 희토류 금속들을 함유한다. 알루미늄, 리튬 및 철과 같은 다른 원소들이 기술된 합금에 또한 함유될 수 있다.

국제출원 WO2008/035948은 40원자%까지의 칼슘 뿐만 아니라 40원자%까지의 하나 이상의 미량 원소들을 포함하는 생분해성 마그네슘 기반 합금을 기술한다. 기술된 미량 원소들은 Zr, Mo, Nb, Ta, Ti, Sr, Cr, Mn, Zn, Si, P, Ni 및 Fe을 포함한다. 미량 원소들의 첨가를 통해, 마그네슘 합금의 분해 속도는 변경되는 것으로 알려졌다.

생분해성 마그네슘 합금은 또한 이트륨을 함유하는 것으로 공지되었다. WO02/100452는 0.01 내지 7wt%의 이트륨 및 0.01 내지 8wt%의 희토류 금속들을 선택적으로 포함하는 합금을 기술한다. 상기 합금은 리튬 및/또는 알루미늄을 또한 포함할 수 있다.

이테르븀은 임플란트들에서 방사선 불투과성 마커(radiopaque marker) 원소로서 사용되었다. US2008/0033530은 40 내지 90원자%의 이테르븀, 뿐만 아니라 10 내지 60원자%의 마그네슘 및 0 내지 10원자%의, Ag, Zn, Au, Ga, Pd, Pt, Al, Sn, Ca, Nd, Ba, Si, 및 Ge의 그룹으로부터 선택된 하나 또는 다수의 원소들을 포함하는 마커 합금을 기술한다. 그러므로, 상기 합금은 낮은 물질 두께에서 충분한 X-선 밀도를 가진다. 이테르븀의 분해는 대략 본체의 분해와 동일한 것으로서 알려졌다.

특허 출원 JP2004099940은 높은 연성(ductility)과 높은 강도를 결합하는 경량의 마그네슘 기반 합금을 기술하는 것으로 알려졌다. 합금의 조성은 Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 및 미스칼 금속(miscl. metal)으로부터 선택된 0.5 내지 5원자%의 희토류 원소들을 포함한다. 합금은 0.2 내지 4원자%의 아연을 추가로 포함한다.

본원에 기술된 발명의 요지는 본질적으로 마그네슘, 이테르븀, 아연 및 칼슘으로 구성된 생부식성 및 시효 경화성(age-hardenable) 합금을 포함한다.

본 발명의 요지는 또한 이테르븀, 아연 및 칼슘을 포함하는 시효 경화성 마그네슘 합금을 통합하는 임플란트를 포함한다.

본 발명은 마그네슘 합금, 상기 합금으로 만들어진 임플란트들, 합금의 제조 방법 및 사용 방법을 제안한다.

하나의 예시적인 실시예에 따라서, 마그네슘 합금은 이테르븀, 칼슘, 및 아연을 포함한다. 3개의 원소들은 다음의 양으로 존재한다:

이테르븀 : 0.5 내지 8.0wt%

아연 : 0.2 내지 6.0wt%

칼슘 : 0.1 내지 2.0wt%

100wt%까지의 잔부(balance)는 마그네슘 뿐만 아니라 불가피 불순물들을 포함한다. 예를 들어, 이러한 불순물들은 합금의 제조 공정으로부터 생기거나 또는 원료 재료에 이미 포함된 불순물들로부터 생긴다.

놀랍게도, 이테르븀 함유 마그네슘 합금들은 아연과 칼슘이 존재하면 상당히 증가된 시효 경화성을 보인다는 것을 알았다. 또한, 이러한 합금 실시예들은 염소 함유 수용성 환경에서 양호한 부식 성질을 또한 보인다.

이러한 합금은 일부 실시예들에서 종래에 공지된 마이크로 합금 공정에 의해 제조된다. 높은 입자 성장 제한 인자를 가지는 본원에 기술된 실시예들의 선택된 원소들과 조합하여 마이크로 합금 공정은 매우 양호한 냉간 성형(cold-forming) 특성 및 낮은 기계적 이방성(anisotropy)을 가지는 합금의 제조를 가능하게 한다. 본원에 기술된 조성은 고형화 동안 뿐만 아니라 이후의 열간 성형 공정(hot-forming process) 동안 합금에 미세 입자 구조를 포함한다. 이러한 것은 주로 재결정화 동안 불필요한 입자 성장을 제한하는 이러한 원소들의 미세 석출의 형성에 기인한다.

또 다른 예시적인 실시예에 따라서, 본원에 기술된 이테르븀 함유 마그네슘 합금은 망간, 지르코늄, 알루미늄 및 희토류의 그룹으로부터의 원소들을 포함하는 원소들을 추가로 함유할 수 있다. 이 그룹으로부터, 스칸듐 및 이트륨은 일부 실시예에서 사용된다. 합금에서 각각의 이러한 추가적인 원소들의 양은 일부 실시예에 대하여 4.0wt%까지, 일부 실시예들에 대하여 3.0wt%까지, 일부 실시예들에 대하여 2.0wt%까지, 일부 실시예들에 대하여 1.0wt%까지이다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이러한 원소들의 임의의 조합이 첨가될 수 있으며, 각각의 원소들이 합금의 전체 중량의 4.0wt%까지, 일부 실시예에 대하여 3.0wt%까지, 일부 실시예에 대하여 2.0wt%까지, 일부 실시예에 대하여 1.0wt%까지로 되는 것을 이해할 것이다. 총체적인 용어 "희토류"는 스칸듐, 이트륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유러퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 및 루테튬을 포함한다. 합금에서의 첨가 원소들은 상기 열거된 것들로 제한되지 않고, 다른 원소, 특히 금속들 및 전이 금속(transition metal)들로부터의 다른 원소들이 마찬가지로 첨가될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

본원에 기술된 바와 같은 상기 함금을 함유하는 임플란트는 종래에 공지된 기술들을 사용하여 제조될 수 있다. 임플란트는 임의의 형태, 특히 플레이트, 특히 본 플레이트(bone plate), 스크루, 못, 뼈 못(bone nail), 스텐트(stent), 로드의 형태일 수 있다. 특정 합금으로 만들어진 임플란트들은 동물 또는 인체에 이식하는데 적절하다.

실시예들의 다음의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위하여 제공되었다. 개시된 정밀한 형태들로 본 발명을 총망라하거나 또는 제한하도록 의도되지 않았다. 명백하게, 많은 변형 및 변경들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 본 발명의 범위가 다음의 특허청구범위 및 그 등가물들에 의해 한정되는 것이 의도된다.

예

4wt% Yb, 0.8wt% Zn 및 0.25wt% Ca을 함유하는 신규의 마그네슘 합금들은 Ar-분위기에서 유도로에서 용융되어 주조되었다. 빌렛들은 350℃의 온도에서 8.6㎜의 단부 지름으로 압출되었으며, 이는 12.5의 압출비에 상응한다. 압출된 합금들의 마이크로 구조는 대략 5㎛의 입자 크기를 구비한 매우 미세한 입자 구조를 보였다. 이러한 재료는 150㎫의 평균 항복강도, 250㎫의 인장강도, 20%의 균일한 연신 및 28%의 파단연신으로 특징된다. 경도 측정치들은 시효 경화 반응을 나타내며, 그 값들은 용액 열처리된 상태(solution heat-treated state)에서 대략 50 HV5로부터 시효 경화된 상태에서 대략 75 HV5로 증가되었다.

Claims (19)

1. 마그네슘 합금을 포함하는 임플란트로서,
   상기 마그네슘 합금은
   0.5 내지 8.0wt%의 이테르븀(ytterbium);
   0.1 내지 2.0wt%의 칼슘(calcium);
   0.8wt%의 아연(zinc);
   2.0wt%까지의 알루미늄; 및
   불가피 불순물로 이루어지고, 여기서,
   100wt%까지의 잔부가 마그네슘(magnesium)인, 임플란트.
2. 삭제
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7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 5㎛의 입자들(grains)을 구비한 입자 구조를 갖는, 임플란트.
9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 합금은 비커스(Vickers) HV5 스케일에서 70의 시효 경화 경도값(age hardened hardness value)을 갖는, 임플란트.
10. 마그네슘 합금을 포함하는 임플란트로서,
    상기 마그네슘 합금은
    0.5 내지 8.0wt%의 이테르븀;
    0.1 내지 2.0wt%의 칼슘;
    0.2 내지 6.0wt%의 아연;
    2.0wt%까지의 알루미늄; 및
    불가피 불순물로 이루어지고; 여기서,
    100wt%까지의 잔부가 마그네슘이고, 여기서,
    상기 합금은 5㎛의 입자들을 구비한 입자 구조를 갖는, 임플란트.
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16. 제 10 항에 있어서, 상기 합금은 비커스(Vickers) HV5 스케일에서 70의 시효 경화 경도값(age hardened hardness value)을 갖는, 임플란트.
17. 마그네슘 합금으로서,
    0.5 내지 8.0wt%의 이테르븀;
    0.1 내지 2.0wt%의 칼슘;
    0.2 내지 6.0wt%의 아연;
    2.0wt%까지의 알루미늄; 및
    불가피 불순물로 이루어지고, 여기서,
    100wt%까지의 잔부가 마그네슘인, 마그네슘 합금.
18. 삭제
19. 제 17 항에 기재된 마그네슘 합금을 포함하는, 임플란트.