KR102122707B1

KR102122707B1 - 마그네슘 임플란트 재료 상의 생체적합성 플라즈마 전해질 코팅을 위한 린 전해질

Info

Publication number: KR102122707B1
Application number: KR1020147015428A
Authority: KR
Inventors: 토마스 임빈켈리트; 페터 쿠르체; 슈테판 베크; 도라 바네르예; 타마라 슈바르츠
Original assignee: 신세스 게엠바하
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2020-06-29
Also published as: US20150258252A1; CA2854667C; CN104023759A; US9066999B2; EP2776083B1; CA2854667A1; AU2012335990B2; US20130116696A1; BR112014010980A2; WO2013070669A1; KR20140091579A; JP2015502193A; US9682176B2; TWI569819B; AU2012335990A1; CN104023759B; BR112014010980B1; EP2776083A1; TW201334816A; IN2014DN03158A

Abstract

본 개시는, 적어도 부분적으로, 마그네슘 및 그의 합금 상에 세라믹 층을 생성시키는 방법, 그 방법에 의해 제조된 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트, 및 생체적합성 세라믹 층의 생체적합성을 훼손하는 재료가 실질적으로 없는 상기 생체적합성 세라믹 층을 갖는 마그네슘 임플란트에 관한 것이다. 예시적인 실시 형태에서, 마그네슘 및 그의 합금 상에 세라믹 층을 생성시키는 방법은, (a) 임플란트 및 금속 시트를 수성 전해질 용액조 내에 침지시키며, 상기 수성 전해질 용액조는 암모니악, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 및 우레아로 구성되고, 여기서 임플란트는 마그네슘 또는 그의 합금으로 제조되는 단계; (b) 임플란트, 금속 시트 사이에, 그리고 수성 전해질 용액조를 통해 전류를 통과시킴으로써 양극산화를 수행하며, 여기서 임플란트는 전류 공급원의 양극에 연결되고 금속 시트는 전류 공급원의 음극에 연결되는 단계; (c) 상기 임플란트 상에 스파크를 형성시키기 위해 선택된 전류 밀도를 인가함으로써, 상기 임플란트 상에 세라믹 층을 형성시키는 단계를 포함한다.

Description

마그네슘 임플란트 재료 상의 생체적합성 플라즈마 전해질 코팅을 위한 린 전해질{LEAN ELECTROLYTE FOR BIOCOMPATIBLE PLASMAELECTROLYTIC COATINGS ON MAGNESIUM IMPLANT MATERIAL}

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은 그 전문이 본 명세서에 참고로 포함되는, 2011년 11월 7일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/556,563호의 이익을 주장한다.

본 개시는, 적어도 부분적으로, 마그네슘 및 그의 합금 상에 세라믹 층을 생성시키는 방법, 그 방법에 의해 제조된 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트, 및 생체적합성 세라믹 층의 생체적합성을 훼손하는 재료가 실질적으로 없는 상기 생체적합성 세라믹 층을 갖는 마그네슘 임플란트에 관한 것이다.

골접합술(osteosynthesis) 및 절골술(osteotomy)의 전통적 방법은 강철 또는 티타늄으로 제조된 영구적 금속 임플란트를 사용했다. 그러나, 이들 내구성 금속 임플란트는 이물질에 해당하므로, 그들을 수용하는 환자에게는 잠재적으로 국소 염증의 위험이 더 커진다. 추가로, 이들 임플란트는 치유 중인 골을 기계적 노출에 대해 영구적으로 보호하는 경향이 있지만, 이러한 응력 차폐 효과는, 그의 강직도를 얻고 유지하기 위해 기계적 하중을 필요로 하는 골 조직의 안정화를 사실상 사전에 막는다. 이 문제에 대한 한가지 해결책은 영구적 금속 임플란트를 제거하기 위한 후속 수술을 필요로 한다. 그러나 이러한 후속 수술은 치유 중인 골의 재골절의 위험을 증가시키고/시키거나, 환자가 지연된 회복 및 부가적 비용의 부과를 포함하는 불필요한 불편을 겪는 것을 유발한다.

금속성 마그네슘 및 소정의 마그네슘 합금을 사용하는 대안적인 임플란트는 생분해성이며 의료용 응용에 잠재적으로 적합한 것으로 나타났다. 그러나, 마그네슘의 전기화학적 활성으로 인하여, 이러한 임플란트의 부식 속도는 임플란트 조성, 이식의 환경 또는 부위의 유형, 및 임플란트의 표면 조건(처리 또는 미처리)과 같은 요인에 고도로 의존적이다. 공기에 노출되는 경우에 미처리 마그네슘 임플란트의 표면은 산소와 반응하여, 표면 상에 마그네슘 하이드록사이드의 층을 축적함으로써, 추가의 화학 반응을 지연시킨다. 식염수 매질 내에서, 예를 들어, 인체(human organism)의 환경에서, 미처리 마그네슘 임플란트는 초기에 매우 빠르게 부식되어 다량의 수소 가스 및 마그네슘 하이드록사이드를 생성시킨다. 마그네슘 임플란트의 제어되지 않는 부식은 응력 부식 균열로 인해, 및/또는 부식 피로로 인해, 장입된 임플란트의 너무 이른 파손을 유발할 수 있다. 추가로, 초기의 높은 가스 방출로 인해 피하 기공이 형성될 수 있다. 따라서, 개선된 부식 성능을 가진 마그네슘계 임플란트에 대한 필요성이 존재한다.

초기의 높은 가스 방출 및 생체내 기포의 형성은, 이식 전에 마그네슘 임플란트의 표면에 코팅을 적용함으로써 잠재적으로 막을 수 있다. 코팅은 금속 임플란트의 부식 속도를 지연시킴으로써, 임플란트의 부식으로 인한 가스 방출의 속도를 안정시킬 것이다. 마그네슘의 부식 성능을 개선하기 위한 몇몇 시도가 보고된 바 있으며, 여기에는 농축 알칼리성 하이드록사이드 용액 중의, 또는 불산 또는 산 플루오라이드 염(acid fluoride salt) 용액 중의 양극산화처리(anodization)에 의한 코팅이 포함된다.

농축 알칼리성 하이드록사이드의 염기 용액을 사용하는 마그네슘의 양극산화처리는 50 볼트 내지 150 볼트 범위에서의 DC 전류의 공급을 통해 일반적으로 제공된다. 용액조 내부에서 스파크의 형성을 통해 마그네슘 상에 코팅이 형성된다. 마그네슘 원소의 표면에 걸친 스파크의 트래킹은 마그네슘 상에 천천히 코팅을 형성한다. 공정 전반에 걸친 스파크의 사용은 상대적으로 높은 전류 사용 및 용액조 자체에 의한 유의적인 열 흡수를 야기한다. 그러므로, 양극산화처리 공정 중에 용액조의 온도를 감소시키기 위해 냉각이 필요할 수 있다.

마그네슘의 양극산화처리에 불산 또는 산 플루오라이드 염을 사용하는 것은 마그네슘 표면 상에 마그네슘 플루오라이드의 보호 층의 형성을 유발한다. 이러한 보호 층은 수불용성이므로 마그네슘 금속의 추가 반응을 방지한다.

마그네슘 또는 마그네슘의 합금의 양극산화처리를 위한 다른 방법은, 필름이 마그네슘의 표면 상에 형성됨에 따라 필름 내로 다른 화학종을 혼입시킨다. 일부 양극산화처리 공정은 실리케이트를 사용하고 다른 공정은 다양한 세라믹 재료를 사용한다. EP 2 189 170 A1은 암모니아, 인산 및 붕산을 사용하는 마그네슘계 임플란트의 양극산화를 보여준다.

그러나, 보고된 마그네슘 코팅 중 다수는 독성일 수 있다. 그러므로, 생체적합성 코팅 조성물에 대한 필요성이 존재하며, 코팅 공정은 분해 과정을 완전히 방지하지 못하는 재흡수성(resorbable) 생체재료를 마그네슘 임플란트의 표면 상에 생성시킬 것이므로, 임플란트의 성능은 임플란트가 코팅되는 방법 및/또는 임플란트를 코팅하기 위해 사용되는 기본 재료의 부식 특징에 의해 조절될 수 있다.

본 개시의 일 태양은 마그네슘 및 그의 합금 상에 세라믹 층을 생성시키는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 예시적인 방법은, (a) 임플란트 및 금속 시트를 수성 전해질 용액조 내에 침지시키며, 상기 수성 전해질 용액조는 암모니악(ammoniac)(NH₃), 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트((NH₄)₂HPO₄), 및 우레아(CH₄N₂O)로 본질적으로 구성되고, 여기서 임플란트는 마그네슘 또는 그의 합금으로 제조되는 단계; (b) 임플란트, 금속 시트 사이에, 그리고 수성 전해질 용액조를 통해 전류를 통과시킴으로써 양극산화를 수행하며, 여기서 임플란트는 전류 공급원의 양극(positive pole)에 연결되고 금속 시트는 전류 공급원의 음극(negative pole)에 연결되는 단계; (c) 상기 임플란트 상에 스파크를 형성시키기 위해 선택된 전류 밀도를 인가함으로써, 상기 임플란트 상에 세라믹 층을 형성시키는 단계를 포함한다. 일 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L 내지 6.0 mol/L의 범위이고, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L 내지 0.2 mol/L의 범위이며; 우레아 농도는 0.01 mol/L 내지 1.0 mol/L의 범위이다.

본 발명에 따른 다른 예시적인 방법은, (a) 임플란트 및 금속 시트를 수성 전해질 용액조 내에 침지시키며, 상기 수성 전해질 용액조는 암모니악, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 및 우레아로 구성되고, 여기서 임플란트는 마그네슘 또는 그의 합금으로 제조되는 단계; (b) 임플란트, 금속 시트 사이에, 그리고 수성 전해질 용액조를 통해 전류를 통과시킴으로써 양극산화를 수행하며, 여기서 임플란트는 전류 공급원의 양극에 연결되고 금속 시트는 전류 공급원의 음극에 연결되는 단계; (c) 상기 임플란트 상에 스파크를 형성시키기 위해 선택된 전류 밀도를 인가함으로써, 상기 임플란트 상에 세라믹 층을 형성시키는 단계를 포함한다. 일 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L 내지 6.0 mol/L의 범위이고, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L 내지 0.2 mol/L의 범위이며; 우레아 농도는 0.01 mol/L 내지 1.0 mol/L의 범위이다.

일 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 10.3 내지 11.6 범위이고 온도는 18℃ 내지 22℃ 범위이다. 다른 실시 형태에서, 전류 밀도는 1 A/dm² 이상이다. 다른 실시 형태에서, 전류 밀도는 1 A/dm² 내지 3 A/dm²의 범위이다. 또 다른 실시 형태에서는, 코팅되지 않을 표면의 영역을 전기 절연시킴으로써 코팅을 임플란트에 선택적으로 적용한다. 다른 실시 형태에서, 코팅되지 않을 영역의 전기 절연은 라커, 필름, 또는 포일 등을 적용함으로써 달성되며, 이는 코팅 공정 후에 제거될 수 있다(예를 들어, 수동 탈층에 의함).

본 개시의 다른 태양은, 본 발명에 따른 예시적인 방법에 의해 제조된 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트를 제공한다. 세라믹 층을 가진 상기 마그네슘 임플란트의 예시적인 실시 형태에서, 상기 층은 옥사이드, 하이드록사이드, 또는 포스페이트 세라믹 층, 또는 그의 조합이며, 최대 50 ㎛의 두께를 갖는다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 다른 실시 형태에서, 상기 세라믹 층의 두께는 2 ㎛ 내지 20 ㎛의 범위이다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 다른 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 MgO, Mg(OH)₂, Mg₃(PO₄)₂, 및 마그네슘의 합금 원소의 옥사이드로 구성된 군으로부터 선택된다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 또 다른 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 코팅되지 않은 마그네슘 임플란트에 비교하여 골 조직 접착성을 개선하며, 생체적합성을 훼손하는 물질이 실질적으로 없다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 마그네슘 임플란트에는 생체적합성을 훼손하는 물질이 실질적으로 없다. 이러한 일 실시 형태에서, 상기 물질은 아민 분해 산물을 포함한다.

본 발명의 마그네슘 임플란트의 다른 예시적인 실시 형태에 따라, 상기 마그네슘 임플란트는 상기 생체적합성 세라믹 층의 생체적합성을 훼손하는 재료가 실질적으로 없는 생체적합성 세라믹 층을 가지며, 상기 생체적합성 세라믹 층의 두께는 최대 50 ㎛이다. 일 실시 형태에서, 상기 생체적합성 세라믹 층은 MgO, Mg(OH)₂, Mg₃(PO₄)₂, 마그네슘의 합금 원소의 옥사이드, 및 그의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 성분을 포함한다. 이러한 일 실시 형태에서, 상기 생체적합성 세라믹 층의 생체적합성을 훼손하는 상기 재료는 아민 분해 산물을 포함한다.

세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 임플란트는, 유사 체액 내에 침지시키는 경우에, 상기 생체적합성 옥사이드 세라믹 층이 없는 마그네슘 임플란트에 비교하여 수소 방출을 지연 및 감소시킨다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 또 다른 실시 형태에서는, 상기 세라믹 층이 없는 마그네슘 임플란트와 비교하여, 최대 40 일의 침지 기간에 걸쳐, 마그네슘의 부식된 질량과 관련하여 10% 내지 50% 만큼 상기 수소 방출이 감소한다.

전술한 발명의 내용과, 본 발명의 하기 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 본 발명을 예시할 목적을 위하여, 현재 바람직한 실시 형태들을 도면에 나타낸다. 그러나, 본 발명은 상이한 형태로 구현될 수 있으며 따라서 본 명세서에 기술된 실시 형태들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 굵은 공극(pore)을 가진 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅의 SEM 영상이다.
도 2는 미세한 공극을 가진 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 코팅의 SEM 영상이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 이식된 강도 유지 플레이트(strength retention plate)의 미니 돼지 비골 상의 위치를 예시한다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 분해된 직사각형 플레이트의 3-점-굽힘 시험을 예시한다.
도 5는 유사 체액(SBF: simulated body fluid) 내에 최대 12주 동안 침지시킨 본 발명의 소정 실시 형태에 따른 코팅된 직사각형 플레이트 및 코팅되지 않은 직사각형 플레이트의 평균 가스 방출 속도를 나타낸다(데이터 점 당 6회 시험의 평균).
도 6은 SBF 내에 최대 12주 동안 침지시킨 본 발명의 소정 실시 형태에 따른 코팅된 직사각형 플레이트 및 코팅되지 않은 직사각형 플레이트의 중량 손실의 함수로서 가스 방출을 나타낸다(데이터 점 당 6회 시험의 평균).
도 7은 미니 돼지 내에 이식된 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅되지 않은 마그네슘 플레이트의 1주 후 X-선 영상을 나타낸다.
도 8은 미니 돼지 내에 이식된 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅된 마그네슘 플레이트의 안락사 전의 12주 후 X-선 영상을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 소정 실시 형태에 따른 시험관내 및 생체내 분해된 직사각형 플레이트에 대한 항복 강도의 감소를 나타낸다.
도 10은 코팅되지 않은 WE43 마그네슘 합금 샘플 및 본 발명의 소정 실시 형태에 따라 코팅된 WE43 마그네슘 합금 샘플의, 유사 체액(SBF) 내 침지 중의 시험관내 분해 거동을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 소정 실시 형태에 따라 처리된 장력을 받는 WE43 마그네슘 합금 샘플의, SBF 내 침지 중의 평균 누적 가스 방출을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 소정 실시 형태에 따라 처리된 장력을 받는 WE43 마그네슘 합금 샘플의, SBF 내 침지 중의 강도 유지(잔류 굽힘력) 측정을 나타낸다.
도 13은 WE43 마그네슘 합금 샘플 상의 본 발명의 소정 실시 형태에 따른 코팅 변종(변종 당 6개 시편)의 함수로서 파손 시간을 나타낸다.
도 14a는 16 ㎜ 직경의 실린더 주위에서의 소성 변형 후의, 본 발명의 실시 형태에 따라 처리된 실시예 WE43 마그네슘 합금 샘플을 나타낸다.
도 14b는 장력을 가하고 샘플 홀더 내에 위치시킨 후의, 본 발명의 실시 형태에 따라 처리된 실시예 WE43 마그네슘 합금 샘플을 나타낸다.
도 15a는 강도 유지 시험을 위해 나사 고정을 가진 홀더 내에 위치시킨, 본 발명의 실시 형태에 따라 처리된 실시예 WE43 마그네슘 합금 샘플을 나타낸다.
도 15b는 SBF 내 침지 전의 강도 유지 시험을 위한 나사 고정을 가진 홀더 내의, 본 발명의 실시 형태에 따라 처리된 실시예 WE43 마그네슘 합금 샘플을 나타낸다.
도 15c는 6주의 SBF 내 침지 후의, 도 15b의 WE43 마그네슘 합금 샘플을 나타낸다.
도 15d는 홀더로부터 제거한 후의, 도 15c의 WE43 마그네슘 합금 샘플을 나타낸다.
도 16a 내지 16d는 본 발명의 일부 실시 형태에 따른 실시예 골 플레이트 구성을 나타낸다.
도 17a 및 17b는, 본 발명의 추가의 실시 형태에 따른 다른 실시예 골 플레이트 구성을 나타낸다.

이제 본 발명의 요지를 첨부된 도면 및 실시예를 참조로 하여 이하에서 더욱 충분히 설명할 것인데, 여기서, 대표적인 실시 형태들이 예시된다. 그러나, 본 발명의 요지는 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 기술된 실시 형태들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시 형태는 설명을 위해, 그리고 당업자가 이해할 수 있게 하기 위해 제공된다. 달리 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명의 요지가 속하는 기술 분야의 당업자가 통상적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 언급된 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 기타 참고문헌이 전체적으로 참고로 포함된다.

금속성 마그네슘 임플란트의 분해 중에, 부식 반응에 의해 수소 가스 및 마그네슘 하이드록사이드가 형성된다. 방출되는 가스의 양이 주변 조직의 흡수 및 확산 용량을 초과하는 경우, 기포가 형성될 수 있으며 이는 종종 X-선 상에서 가시적이다. 아무것도 덮이지 않은 금속 표면은 이식 직후에 증가된 초기 가스 방출을 유발하나, 곧 이어 금속 표면이 분해 산물로 덮이고, 가스 방출 속도가 안정되어 충분한 가스 수송을 가능하게 하기에 충분하게 낮아질 수 있다. 코팅의 적용은 높은 초기 가스 방출 및 기포의 형성을 막을 수 있다. 또한, 적절한 코팅은 응력 부식 균열 및/또는 부식 피로로 인한 장입된 임플란트의 너무 이른 파손을 효과적으로 막아야 한다. 추가로, 코팅은 생체적합성이어야 하고 독성이거나 잠재적으로 유해한 물질의 사용 없이 얻을 수 있어야 한다.

따라서, 본 발명의 일 태양은 마그네슘 및 그의 합금 상에 세라믹 층을 생성시키는 방법을 제공한다. 본 발명의 일부 실시 형태에서 본 방법은, 암모니악, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 및 우레아를 포함하거나, 이들로 구성되거나, 이들로 본질적으로 구성된 수성 전해질에 마그네슘 또는 마그네슘 합금 임플란트를 노출시키는 단계를 포함한다. 일 실시 형태에서 상기 방법은, (a) 임플란트 및 금속 시트를 수성 전해질 용액조에 침지시키며, 상기 수성 전해질 용액조는 암모니악, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 및 우레아로 본질적으로 구성되고, 상기 임플란트는 마그네슘 또는 그의 합금으로 제조되는 단계; (b) 상기 임플란트, 상기 금속 시트 사이에, 그리고 상기 수성 전해질 용액조를 통해 전류를 통과시킴으로써 양극산화를 수행하며, 여기서 상기 임플란트는 전류 공급원의 양극에 연결되고 상기 금속 시트는 상기 전류 공급원의 음극에 연결되는 단계; (c) 상기 임플란트 상에 스파크를 형성시키기 위해 선택된 전류 밀도를 인가함으로써, 상기 임플란트 상에 세라믹 층을 형성시키는 단계를 포함한다. 본 출원의 목적상, "본질적으로 구성된"은, 인용된 성분에 부가하여 수성 전해질 용액조가 마그네슘 임플란트의 세라믹 층의 특징에 현저하게 영향을 미치지 않는 다른 성분을 포함할 수 있음을 의미할 것이다. 일부 실시 형태에서 이러한 특징은, 각각 코팅되지 않은 마그네슘 임플란트에 비교하여, 임플란트의 골 조직 접착성, 생체적합성, 아민 분해 산물의 부재, 및 감소된 수소 가스 발생 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L 내지 6.0 mol/L의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L 내지 0.2 mol/L의 범위이다. 다른 실시 형태에서 우레아 농도는 0.01 mol/L 내지 1.0 mol/L의 범위이다. 일 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L 내지 6.0의 범위이고 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L 내지 0.2 mol/L의 범위이다. 일 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L 내지 6.0의 범위이고 우레아 농도는 0.01 mol/L 내지 1.0 mol/L의 범위이다. 일 실시 형태에서, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L 내지 0.2 mol/L의 범위이고 우레아 농도는 0.01 mol/L 내지 1.0 mol/L의 범위이다.

다른 예시적인 실시 형태에서 본 발명은, 마그네슘 및 그의 합금 상에 세라믹 층을 생성시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은 (a) 임플란트 및 금속 시트를 수성 전해질 용액조 내에 침지시키며, 상기 수성 전해질 용액조는 암모니악, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 및 우레아로 구성되고, 상기 임플란트는 마그네슘 또는 그의 합금으로 제조되는 단계; (b) 상기 임플란트, 상기 금속 시트 사이에, 그리고 상기 수성 전해질 용액조를 통해 전류를 통과시킴으로써 양극산화를 수행하며, 여기서 상기 임플란트는 전류 공급원의 양극에 연결되고 상기 금속 시트는 상기 전류 공급원의 음극에 연결되는 단계; (c) 상기 임플란트 상에 스파크를 형성시키기 위해 선택된 전류 밀도를 인가함으로써, 상기 임플란트 상에 세라믹 층을 형성시키는 단계를 포함한다.

일 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L 내지 6.0 mol/L의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L 내지 0.2 mol/L의 범위이다. 다른 실시 형태에서 우레아 농도는 0.01 mol/L 내지 1.0 mol/L의 범위이다. 일 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L 내지 6.0 mol/L의 범위이고 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L 내지 0.2 mol/L의 범위이다. 일 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L 내지 6.0 mol/L의 범위이고 우레아 농도는 0.01 mol/L 내지 1.0 mol/L의 범위이다. 일 실시 형태에서, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L 내지 0.2 mol/L의 범위이고 우레아 농도는 0.01 mol/L 내지 1.0 mol/L의 범위이다.

본 방법의 일부 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L, 1.1 mol/L, 1.2 mol/L, 1.3 mol/L, 1.4 mol/L, 1.5 mol/L, 1.6 mol/L, 1.7 mol/L, 1.8 mol/L, 1.9 mol/L, 2 mol/L, 2.1 mol/L, 2.2 mol/L, 2.3 mol/L, 2.4 mol/L, 2.5 mol/L, 2.6 mol/L, 2.7 mol/L, 2.8 mol/L, 2.9 mol/L, 3 mol/L, 3.1 mol/L, 3.2 mol/L, 3.3 mol/L, 3.4 mol/L, 3.5 mol/L, 3.6 mol/L, 3.7 mol/L, 3.8 mol/L, 3.9 mol/L, 4 mol/L, 4.1 mol/L, 4.2 mol/L, 4.3 mol/L, 4.4 mol/L, 4.5 mol/L, 4.6 mol/L, 4.7 mol/L, 4.8 mol/L, 4.9 mol/L, 5 mol/L, 5.1 mol/L, 5.2 mol/L, 5.3 mol/L, 5.4 mol/L, 5.5 mol/L, 5.6 mol/L, 5.7 mol/L, 5.8 mol/L, 5.9 mol/L, 6 mol/L, 및 그 사이의 값으로 구성된 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L 이상이다. 일부 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 1.0 mol/L 초과이다. 일부 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 6 mol/L 미만이다. 일부 실시 형태에서, 암모니악 농도는 25 부피%에서 6 mol/L 이하이다.

본 방법의 일부 실시 형태에서, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L, 0.06 mol/L, 0.07 mol/L, 0.08 mol/L, 0.09 mol/L, 0.1 mol/L, 0.11 mol/L, 0.12 mol/L, 0.13 mol/L, 0.14 mol/L, 0.15 mol/L, 0.16 mol/L, 0.17 mol/L, 0.18 mol/L, 0.19 mol/L, 0.2 mol/L, 및 그 사이의 값으로 구성된 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L 이상이다. 일부 실시 형태에서, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.05 mol/L 초과이다. 일부 실시 형태에서, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.2 mol/L 미만이다. 일부 실시 형태에서, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도는 0.2 mol/L 이하이다.

본 방법의 일부 실시 형태에서, 우레아 농도는 0.01 mol/L, 0.02 mol/L, 0.03 mol/L, 0.04 mol/L, 0.05 mol/L, 0.06 mol/L, 0.07 mol/L, 0.08 mol/L, 0.09 mol/L, 0.1 mol/L, 0.11 mol/L, 0.12 mol/L, 0.13 mol/L, 0.14 mol/L, 0.15 mol/L, 0.16 mol/L, 0.17 mol/L, 0.18 mol/L, 0.19 mol/L, 0.2 mol/L, 0.21 mol/L, 0.22 mol/L, 0.23 mol/L, 0.24 mol/L, 0.25 mol/L, 0.26 mol/L, 0.27 mol/L, 0.28 mol/L, 0.29 mol/L, 0.3 mol/L, 0.31 mol/L, 0.32 mol/L, 0.33 mol/L, 0.34 mol/L, 0.35 mol/L, 0.36 mol/L, 0.37 mol/L, 0.38 mol/L, 0.39 mol/L, 0.4 mol/L, 0.41 mol/L, 0.42 mol/L, 0.43 mol/L, 0.44 mol/L, 0.45 mol/L, 0.46 mol/L, 0.47 mol/L, 0.48 mol/L, 0.49 mol/L, 0.5 mol/L, 0.51 mol/L, 0.52 mol/L, 0.53 mol/L, 0.54 mol/L, 0.55 mol/L, 0.56 mol/L, 0.57 mol/L, 0.58 mol/L, 0.59 mol/L, 0.6 mol/L, 0.61 mol/L, 0.62 mol/L, 0.63 mol/L, 0.64 mol/L, 0.65 mol/L, 0.66 mol/L, 0.67 mol/L, 0.68 mol/L, 0.69 mol/L, 0.7 mol/L, 0.71 mol/L, 0.72 mol/L, 0.73 mol/L, 0.74 mol/L, 0.75 mol/L, 0.76 mol/L, 0.77 mol/L, 0.78 mol/L, 0.79 mol/L, 0.8 mol/L, 0.81 mol/L, 0.82 mol/L, 0.83 mol/L, 0.84 mol/L, 0.85 mol/L, 0.86 mol/L, 0.87 mol/L, 0.88 mol/L, 0.89 mol/L, 0.9 mol/L, 0.91 mol/L, 0.92 mol/L, 0.93 mol/L, 0.94 mol/L, 0.95 mol/L, 0.96 mol/L, 0.97 mol/L, 0.98 mol/L, 0.99 mol/L, 1 mol/L, 및 그 사이의 값으로 구성된 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 우레아 농도는 0.01 mol/L 이상이다. 일부 실시 형태에서, 우레아 농도는 0.01 mol/L 초과이다. 일부 실시 형태에서, 우레아 농도는 1 mol/L 미만이다. 일부 실시 형태에서, 우레아 농도는 1 mol/L 이하이다.

일 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 약 6 내지 약 14, 약 6 내지 약 13, 약 6 내지 약 12, 약 6 내지 약 11, 약 6 내지 약 10, 약 6 내지 약 9, 약 6 내지 약 8, 또는 약 6 내지 약 7의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 약 7 내지 약 14, 약 7 약 13, 약 7 내지 약 12, 약 7 내지 약 11, 약 7 내지 약 10, 약 7 내지 약 9, 또는 약 7 내지 약 8의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 약 8 내지 약 14, 약 8 약 13, 약 8 내지 약 12, 약 8 내지 약 11, 약 8 내지 약 10, 또는 약 8 내지 약 9의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 9 내지 약 14, 약 9 내지 약 13, 약 9 내지 약 12, 약 9 내지 약 11, 또는 약 9 내지 약 10의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 10 내지 약 14, 약 10 내지 약 13, 약 10 내지 약 12, 또는 약 10 내지 약 11의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 11 내지 약 14, 약 11 내지 약 13, 또는 약 11 내지 약 12의 범위이다. 일부 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 6 초과이다. 일부 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 6 이상, 7 이상, 8 이상, 9 이상, 10 이상, 또는 11 이상이다. 일부 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 14 미만, 13 미만, 또는 12 미만이다. 일부 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 14 이하이다. 또 다른 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 pH 값은 10.3 내지 11.6의 범위이다.

일 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 온도는 약 0℃ 내지 약 5℃, 약 10℃ 내지 약 15℃, 약 20℃ 내지 약 25℃, 약 30℃ 내지 약 35℃, 약 40℃ 내지 약 45℃, 약 45℃ 내지 약 50℃, 약 0℃ 내지 약 5℃, 약 0℃ 내지 약 10℃, 약 0℃ 내지 약 15℃, 약 0℃ 내지 약 20℃, 약 0℃ 내지 약 25℃, 약 0℃ 내지 약 30℃ 내지 약 35℃, 약 0℃ 내지 약 40℃, 약 0℃ 내지 약 45℃, 약 0℃ 내지 약 45℃, 0℃ 내지 약 50℃, 약 5℃ 내지 약 10℃, 약 5℃ 내지 약 15℃, 약 5℃ 내지 약 20℃, 약 5℃ 내지 약 25℃, 약 5℃ 내지 약 30℃, 약 5℃ 내지 약 35℃, 약 5℃ 내지 약 40℃, 약 5℃ 내지 약 45℃, 5℃ 내지 약 50℃, 약 10℃ 내지 약 15℃, 약 10℃ 내지 약 20℃, 약 10℃ 내지 약 25℃, 약 10℃ 내지 약 30℃, 약 10℃ 내지 약 35℃, 약 10℃ 내지 약 40℃, 약 10℃ 내지 약 45℃, 10℃ 내지 약 50℃, 약 15℃ 내지 약 20℃, 약 15℃ 내지 약 25℃, 약 15℃ 내지 약 30℃, 약 15℃ 내지 약 35℃, 약 15℃ 내지 약 40℃, 약 15℃ 내지 약 45℃, 15℃ 내지 약 50℃, 약 20℃ 내지 약 25℃, 약 20℃ 내지 약 30℃, 약 20℃ 내지 약 35℃, 약 20℃ 내지 약 40℃, 약 20℃ 내지 약 45℃, 20℃ 내지 약 50℃, 약 25℃ 내지 약 30℃, 약 25℃ 내지 약 35℃, 약 25℃ 내지 약 40℃, 약 25℃ 내지 약 45℃, 25℃ 내지 약 50℃, 약 30℃ 내지 약 35℃, 약 30℃ 내지 약 40℃, 약 30℃ 내지 약 45℃, 30℃ 내지 약 50℃, 약 35℃ 내지 약 40℃, 약 35℃ 내지 약 45℃, 약 35℃ 내지 약 45℃, 35℃ 내지 약 50℃, 약 40℃ 내지 약 45℃, 40℃ 내지 약 50℃, 또는 45℃ 내지 약 50℃의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 수성 전해질 용액조의 온도는 18℃ 내지 22℃의 범위이다.

일 실시 형태에서, 전류 밀도는 1 A/dm² 내지 1.2 A/ dm², 1 A/ dm² 내지 1.3 A/dm², 1 A/dm² 내지 1.4 A/ dm², 1 A/dm² 내지 1.5 A/dm², 1 A/dm² 내지 1.6 A/ dm², 1 A/dm² 내지 1.7 A/dm², 1 A/dm² 내지 1.8 A/dm², 1 A/dm² 내지 1.9 A/dm², 1 A/dm² 내지 2 A/dm², 1 A/dm² 내지 2.1 A/dm², 1 A/dm² 내지 2.2 A/dm², 1 A/dm² 내지 2.3 A/dm², 1 A/dm² 내지 2.4 A/dm², 1 A/dm² 내지 2.5 A/dm², 1 A/dm² 내지 2.6 A/dm², 1 A/dm² 내지 2.7 A/dm², 1 A/dm² 내지 2.8 A/dm², 1 A/dm² 내지 2.9 A/dm², 또는 1 A/dm² 내지 3 A/dm²의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 전류 밀도는 1 A/dm² 이상이다. 일부 실시 형태에서, 전류 밀도는 1 A/dm² 초과이다. 일부 실시 형태에서, 전류 밀도는 3 A/dm² 미만이다. 일부 실시 형태에서, 전류 밀도는 3 A/dm² 이하이다.

일 실시 형태에서 본 발명의 방법은, 임플란트의 표면적의 선택된 일부 상에 세라믹 코팅의 형성을 제공한다. 일 실시 형태에서는, 임플란트의 표면적의 선택된 일부를 전기 절연시켜, 임플란트 표면의 전기 절연되지 않은 지역의 선택적 양극산화처리를 가능하게 한다. 일 실시 형태에서, 코팅되지 않을 영역의 전기 절연은, 임플란트의 표면적의 목적하는 지역에 라커, 필름, 또는 포일 등을 적용하고, 코팅 공정에 이어서, 적용된 라커, 필름, 또는 포일을 제거(예를 들어, 수동 탈층에 의해)함으로써 달성된다.

매우 다양한 코팅 패턴이 설계되고 임플란트에 적용될 수 있음을, 당업자는 이해할 것이다. 임플란트의 표면적의 선택적으로 코팅된 지역의 위치 및 치수를 변동시켜 코팅된 임플란트의 부식 성능을 조절할 수 있음을, 당업자는 또한 알 것이다. 예를 들어, 임플란트의 선택적으로 코팅된 지역은 코팅되지 않은 지역보다 더 느린 속도로 분해될 것으로 예상될 것이며, 이는 반응물이 임플란트의 반응성 표면의 코팅된 표면에 도달하기 전에 반응물이 먼저 코트에 침투하거나 그것을 침식시켜야 하기 때문이다.

세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 옥사이드, 하이드록사이드, 포스페이트, 또는 그의 조합을 포함한다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 옥사이드를 포함한다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 하이드록사이드를 포함한다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 포스페이트를 포함한다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 옥사이드 및 하이드록사이드를 포함한다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 옥사이드 및 포스페이트를 포함한다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 하이드록사이드 및 포스페이트를 포함한다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 다른 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 옥사이드, 하이드록사이드, 및 포스페이트를 포함한다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 다른 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은 MgO, Mg(OH)₂, Mg₃(PO₄)₂, 및 마그네슘의 합금 원소의 옥사이드로 구성된 군으로부터 선택된다.

세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 층의 두께는 최대 50 ㎛이다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 층의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 약 20 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 30 ㎛ 내지 약 35 ㎛, 약 40 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 약 45 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 30 ㎛ 내지 약 35 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 40 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 1 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 30 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 35 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 30 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 35 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 40 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 15 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 약 15 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 15 ㎛ 내지 약 30 ㎛, 약 15 ㎛ 내지 약 35 ㎛, 약 15 ㎛ 내지 약 40 ㎛, 약 15 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 15 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 20 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 약 20 ㎛ 내지 약 30 ㎛, 약 20 ㎛ 내지 약 35 ㎛, 약 20 ㎛ 내지 약 40 ㎛, 약 20 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 20 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 25 ㎛ 내지 약 30 ㎛, 약 25 ㎛ 내지 약 35 ㎛, 약 25 ㎛ 내지 약 40 ㎛, 약 25 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 25 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 30 ㎛ 내지 약 35 ㎛, 약 30 ㎛ 내지 약 40 ㎛, 약 30 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 30 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 35 ㎛ 내지 약 40 ㎛, 약 35 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 약 35 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 35 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 40 ㎛ 내지 약 45 ㎛, 40 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 또는 45 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 범위이다. 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 다른 실시 형태에서, 상기 세라믹 층의 두께는 2 ㎛ 내지 20 ㎛의 범위이다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 층의 두께는 1 ㎛ 이상, 2 ㎛ 이상, 5 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이상, 15 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 25 ㎛ 이상, 30 ㎛ 이상, 35 ㎛ 이상, 40 ㎛ 이상, 45 ㎛ 이상, 또는 50 ㎛ 이상이다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 층의 두께는 50 ㎛ 이하이다.

유리하게는, 본 발명의 방법에 의해 제조된 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트는, 골 조직 접착성을 개선할 뿐만 아니라, 생체적합성을 훼손하는 물질이 실질적으로 없는 세라믹 층을 갖는다. 일 실시 형태에서, 생체적합성 세라믹 층에는 상기 생체적합성 세라믹 층의 생체 적합성을 훼손하는 재료가 실질적으로 없다. 일 실시 형태에서, 상기 생체적합성 세라믹 층의 두께는 전형적으로 최대 50 ㎛일 것이다. 이러한 일 실시 형태에서, 상기 생체적합성 세라믹 층의 생체적합성을 훼손하는 상기 재료는 아민 분해 산물을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 생체적합성 세라믹 층은 MgO, Mg(OH)₂, Mg₃(PO₄)₂, 마그네슘의 합금 원소의 옥사이드, 및 그의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 성분을 포함한다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 다른 이점은, 예를 들어, 유사 체액 내에 침지시키는 경우에, 상기 생체적합성 세라믹 층이 없는 마그네슘 임플란트와 비교하여, 상기 임플란트가 수소 방출을 지연 및/또는 감소시킨다는 점이다.

따라서, 본 발명에 따른 세라믹 층을 가진 마그네슘 임플란트의 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 층은, 상기 세라믹 층이 없는 마그네슘 임플란트에 비교하여, 최대 40 일의 침지 기간에 걸쳐, 마그네슘의 부식된 질량과 관련하여 10% 내지 50% 만큼 수소 방출을 감소시킨다. 일 실시 형태에서, 상기 세라믹 코팅된 마그네슘 임플란트는, 상기 세라믹 층이 없는 마그네슘 임플란트에 비교하여, 5 일 내지 10 일, 5 일 내지 15 일, 5 일 내지 20 일, 5 일 내지 25 일, 5 일 내지 30 일, 5 일 내지 35 일, 5 일 내지 40 일, 10 일 내지 15 일, 10 일 내지 20 일, 10 일 내지 25 일, 10 일 내지 30 일, 10 일 내지 35 일, 10 일 내지 40 일, 15 일 내지 20 일, 15 일 내지 25 일, 15 일 내지 30 일, 15 일 내지 35 일, 15 일 내지 40 일, 20 일 내지 25 일, 20 일 내지 30 일, 20 일 내지 35 일, 20 일 내지 40 일, 25 일 내지 30 일, 25 일 내지 35 일, 25 일 내지 40 일, 30 일 내지 35 일, 30 일 내지 40 일, 또는 35 일 내지 40 일의 침지 기간에 걸쳐, 마그네슘의 부식된 질량과 관련하여 약 10% 내지 약 15%, 약 10% 내지 약 20%, 약 10% 내지 약 25%, 약 10% 내지 약 30%, 약 10% 내지 약 35%, 약 10% 내지 약 40%, 약 10% 내지 약 45%, 10% 내지 약 50%, 약 15% 내지 약 20%, 약 15% 내지 약 25%, 약 15% 내지 약 30%, 약 15% 내지 약 35%, 약 15% 내지 약 40%, 약 15% 내지 약 45%, 15% 내지 약 50%, 약 20% 내지 약 25%, 약 20% 내지 약 30%, 약 20% 내지 약 35%, 약 20% 내지 약 40%, 약 20% 내지 약 45%, 20% 내지 약 50%, 약 25% 내지 약 30%, 약 25% 내지 약 35%, 약 25% 내지 약 40%, 약 25% 내지 약 45%, 25% 내지 약 50%, 약 30% 내지 약 35%, 약 30% 내지 약 40%, 약 30% 내지 약 45%, 30% 내지 약 50%, 약 35% 내지 약 40%, 약 35% 내지 약 45%, 약 35% 내지 약 45%, 35% 내지 약 50%, 약 40% 내지 약 45%, 40% 내지 약 50%, 또는 45% 내지 약 50% 만큼 수소 방출을 감소시킨다.

본 발명의 실시 형태에 따른 재료 및 임플란트는 마그네슘 또는 그의 합금으로 제작된 당업계에 공지된 임의의 의료용 임플란트로서 사용하기 위해 구성될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 발명의 임플란트는 골 임플란트로서, 고정 장치로서, 및/또는 골접합술에 유용하다. 일부 실시 형태에서, 본 발명의 임플란트는 생분해성이도록 구성된다. 일부 실시 형태에서, 본 발명은 본 명세서에 개시된 재료로 제조된 골 플레이트를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 본 발명의 골 플레이트는 마그네슘 또는 그의 합금으로 제작된다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트는 본 명세서에 설명된 바와 같은 코팅 또는 세라믹 층으로 전체적으로, 또는 적어도 부분적으로 코팅된다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트는 부분적으로만 코팅된다. 본 발명의 일부 실시 형태에 따른 골 플레이트는 하나 이상의 골 또는 골 단편에 부착되도록 구성되며, 골 고정, 골접합술, 압박골(compression), 및/또는 골 융합에 적합한 당업계에 공지된 임의의 일반적 형상을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트는 골 나사, 택(tack), 네일(nail), 또는 골에 부착하기 위한 다른 고정 장치를 수용하기 위한 하나 이상의 고정 구멍을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트는 실질적으로 선형 또는 종방향 구성을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 예를 들어, 골 플레이트는 실질적으로 선형으로, 또는 단일 행으로 배열되는 복수의 고정 구멍을 가질 수 있다. 다른 실시 형태에서, 골 플레이트는 복수의 행으로, 예를 들어, 2 차원 어레이로 배열되는 복수의 고정 구멍을 포함할 수 있다.

도 16a 내지 16d는, 상이한 가능한 구성을 나타내는, 본 발명의 실시 형태에 따른 실시예 골 플레이트(100, 110, 120, 및 130)를 예시한다. 골 플레이트(100, 110, 120, 및 130)는 고정 장치, 예를 들어, 골 나사(102, 112, 122, 및 132)를 수용하기 위한 하나 이상의 구멍을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트(100, 110, 120, 및 130)는 마그네슘 또는 생체적합성 마그네슘 합금으로 제조되며, 본 명세서에 설명된 바와 같은 세라믹 코팅 또는 층으로 전체적으로, 또는 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트(100, 110, 120, 및 130)는 부분적으로만 코팅된다. 일부 실시 형태에서, 골 나사(102, 112, 122, 및 132)는 각각 골 플레이트(100, 110, 120, 및 130)와 동일한 재료로 제조된다. 일부 실시 형태에서, 골 나사(102, 112, 122, 및 132)는 마그네슘 또는 생체적합성 마그네슘 합금으로 제조되며, 본 명세서에 설명된 바와 같은 세라믹 코팅 또는 층으로 전체적으로, 또는 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트(100, 110, 120, 및 130) 및/또는 골 나사(102, 112, 122, 및 132)의 코팅될 부분은 본 명세서에 설명된 바와 같이 암모니악, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 및 우레아를 함유하거나, 이로 구성되거나, 이로 본질적으로 구성된 수성 전해질 용액조에 노출시킴으로써 코팅된다.

도 17a 및 17b는, 본 발명의 실시 형태에 따른 추가의 실시예 골 플레이트(140 및 150)를 예시한다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트(140 및 150)는 각각 골 나사, 네일, 또는 택과 같은 고정 장치(나타내지 않음)를 수용하기 위한 구멍(142 및 152)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트(140 및 150)는 구멍(142 및 152) 주위에 카운터싱킹(countersinking)(144 및 154)을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트(140 및 150)는 마그네슘 또는 생체적합성 마그네슘 합금으로 제작될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트(140 및 150)는 본 명세서에 설명된 바와 같은 세라믹 코팅 또는 층으로 전체적으로, 또는 적어도 부분적으로 코팅된다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트(140 및 150)는 부분적으로만 코팅된다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 구멍(142 및 152)의 내부 표면은 코팅되지 않고 남아 있다. 일부 실시 형태에서, 카운터싱킹(144 및 154)은 코팅되지 않고 남아 있다. 일부 실시 형태에서, 골 플레이트(140 및 150)의 코팅될 부분은 본 명세서에 설명된 바와 같이 암모니악, 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 및 우레아를 함유하거나, 이로 구성되거나, 이로 본질적으로 구성된 수성 전해질 용액조에 노출시킴으로써 코팅된다.

본 발명의 일부 실시 형태에 따라 사용할 수 있는 다른 실시예 골 플레이트 구성은, 그 전문이 본 명세서에 참고로 각각 포함되는 미국 특허 출원 공개 제US 2003/0004515 A1호 및 제US 2008/0009872 A1호에서 확인할 수 있다.

하기의 실시예를 고찰하면 본 발명의 이들 태양 및 다른 태양이 추가로 인식될 것이며, 이는 본 발명의 소정 특정 실시 형태를 예시하는 의도이며 특허청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 그의 범주를 한정하는 의도가 아니다.

실시예 1: 린 전해질 조성

0.16 A의 직류, 400 V의 최대 장력, 및 10 분의 코팅 시간을 사용하여, 선택된 전해질 조성물 내에 침지된 10 ㎠의 표면적을 가진 직사각형 마그네슘 플레이트 상에 코팅을 실행하였다. 사용되는 전해질 조성은 하기와 같다:

전해질 A의 조성: 0.13 mol/L 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 1.07 mol/L 암모니악(25%), 및 0.50 mol/L 우레아.

전해질 B의 조성: 0.05 mol/L 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 5.36 mol/L 암모니악(25%), 및 0.50 mol/L 우레아.

도 1은 소성 변형 후의, 전해질 A를 사용하여 생성시킨 굵은 공극을 가진 마그네슘 플레이트 상의 코팅의 SEM 영상을 나타낸다. 도 2는 소성 변형 후의, 전해질 B를 사용하여 생성시킨 미세한 공극을 가진 마그네슘 플레이트 상의 코팅의 SEM 영상을 나타낸다. 2개 샘플 사이에 다른 모든 파라미터가 동일했으므로, 전해질의 조성은 공극 크기에 대한 주요 파라미터였다.

공극의 크기 및 분포는 임플란트의 파손 거동에 있어서 중요할 수 있다. 소성 변형 및 탄성 장력을 가한 후에, 굵은 공극을 가진 샘플(도 1)은 균열이 더 미세하고 더 고르게 분포되는 미세한 공극을 가진 샘플(도 2)보다 더 넓은 균열을 나타낸다. 더 굵은 공극을 이용하면 부식 공격이 더 국소화될 수 있는 것으로 추정되며, 이는 또한 응력 집중(stress riser)으로서 작용할 수 있다.

실시예 2: 생체내 분해

실험:

모든 동물 실험은 스위스 동물 보호법에 따라 수행되었다. 각각 월령이 30 내지 36 개월이고 평균 체중이 53 ± 7 ㎏인 골격이 성숙한 14 마리의 미니 돼지를 본 예비 연구에 사용하였다.

T-형 절개에 의해 미니 돼지의 안면 중앙부에 접근하였으며, 여기서 하부 안와(lower orbit) 아래 약 2 ㎝에서 11 내지 12 ㎝ 길이의 정중 절개(median cut)를 시작하였다. 전두골을 노출시킨 후에, 골막 박리기(rasp)를 이용하여, 2개의 직사각형 플레이트를 수용하기에 충분하게 크고 비골의 직사부를 이용하기에 충분하게 깊은 연부 조직 포켓을 생성시켰다. 그러므로 플레이트의 사전-굽힘을 막을 수 있었다. 도 3은 본 실시예에 따른 돼지 두개골(12) 상에 이식된 플레이트(10a 및 10b)의 위치설정을 예시한다. 각각의 미니 돼지는 2개의 코팅된 마그네슘 플레이트 또는 2개의 코팅되지 않은 마그네슘 플레이트를 수용하였다. 코팅된 플레이트는 하기 실시예 3에 따라 코팅되었다.

수술 후 두부 X-선에 부가하여, 1, 4, 8, 및 12주에 중간 방사선 사진(필립스 BV펄세라(Philips BVPulsera))을 촬영하였다. 도 7은 미니 돼지 내에 이식된 코팅되지 않은 마그네슘 플레이트의 1주 후 X-선 영상을 나타낸다. 도 8은 미니 돼지 내에 이식된 코팅된 마그네슘 플레이트의 안락사 전의 12주 X-선 영상을 나타낸다. 12주 및 24주 후에 동물을 희생시켰다. 안락사 후에, 전산화 X-선 단층촬영(CT: computed X-ray tomography)을 실행하였다. 코의 종방향 축을 따라 약 10 ㎝ 길이의 정중 절개를 실행하여 임플란트를 제거하였다. 사용 전에 증류수로 습윤시킨 pH 감응성 스트립(머크(Merck) 1.09557.0003, pH 범위 6.4 내지 8.0)을 사용하여 임플란트 베드의 pH를 결정하였다. 제거된 플레이트를 밀봉 유리병 내에서 70% 에탄올 중에 보관하였다. 기계적 시험 현장으로 수송한 후에, 마그네슘 플레이트를 유리병으로부터 꺼내어, 종이 타월로 가볍게 두드리고 공기 중에 건조시켰다.

써모 사이언티픽(THERMO Scientific) 울트라 드라이 EDX 검출기(ultra dry EDX detector)를 사용하여 자이스(Zeiss) EVO60 주사 전자 현미경(SEM: scanning electron microscope)에서 에너지 분산형 X-선 분광법(EDX: energy dispersive X-ray spectroscopy) 측정을 실행하였다. 측정된 스펙트럼을 원소 C, O, Mg, P, Ca, Y, Zr, Nd, Gd, Dy, Er, Yb, Na, 및 K에 대해 분석하였다. 염소(Cl)는 어느 스펙트럼 상에서도 검출할 수 없었으므로 분석으로부터 이를 배제하였다. 각각의 샘플 상에서 약 100 ㎛ × 100 ㎛의 3개 영역을 측정하여 EDX-스펙트럼을 결정하였다. 네일 브러시로 분해 산물을 브러싱해낸 후에 중량 손실을 결정하였다. 부가적으로, 그 전문이 본 명세서에 참고로 포함되는 문헌[A. Krause et al., "Degradation behavior and mechanical properties of magnesium implants in rabbit tibiae" Journal of Materials Science 2010, 45, 624-632]에 의해 설명된 바와 같이, 플레이트를 40% 불산 내에 5 분 이상 동안 침지시키고, 증류수 및 에탄올 내에서 세척하고, 공기 송풍기로 건조시켰다.

결과:

기포의 발생을 생체내 분해에 대한 지표로 삼을 수 있다. 마그네슘 플레이트의 노출된 표면이 매우 크므로(2×9 ㎠), 0.3 ml/㎠/일의 시험관내 가스 방출 속도를 사용하는 경우에 약 5 ml의 일일 방출이 예상될 수 있다. 이러한 양의 가스가 수송되어 나갈 수 없다면, 플레이트의 상단 상의 두꺼운 연부 조직 내에 기포가 형성될 것이다. 중간 X-선을 사용하여 기포의 발생 및 직사각형 플레이트의 완전성을 확인하였다. 코팅되지 않은 플레이트의 경우, 대부분의 동물에서 1주 후에 기포를 관찰할 수 있었다. 한 마리 동물의 경우에 관찰된 큰 기포는 4주 이내에 사라졌다. 코팅된 플레이트의 경우, 기포의 발생이 지연되었다. 가스 포켓의 최초 징후는 종종 실 구멍 주위에서 발생했으며, 4주 이내에 나타나기 시작하였다. 티타늄 대조군 플레이트 주위에서는 소성 조직(loose tissue)의 징후를 관찰할 수 없었다. 부가적인 CT 영상은 안락사 후 플레이트의 제거 전의 상황을 나타낸다. 제거시에 플레이트는 많이 부식된 것으로 보이지 않았다. 24주에 제거된 플레이트는 12주에서의 플레이트보다 백색 부식 산물을 가진 더 넓은 영역을 나타냈다. 플레이트의 2개 측면은 동일하게 부식되지 않았으며; 연부 조직과 접촉되는 상단 측면이 전두골과 접촉되는 하단 측면보다 더 많이 부식된 것으로 보였다. 골 내에 래터럴 스텝(lateral step)이 형성된 것으로 보였으므로 플레이트는 주변 조직에 양호하게 통합된 것으로 보였다. 각각의 24주 군의 한 마리 동물에 대해, 플레이트의 제거 후에 임플란트 베드의 pH를 결정하였다. 티타늄 기준과 비교하여, 코팅된 군 및 코팅되지 않은 군에 있어서 pH의 차이를 확인할 수 없었다. 7.0 내지 7.2의 pH 값이 전형적으로 확인되었다. 백색의 에나멜-유사 분해 산물은 시험관내 상황과 비교하여 더 조밀하고 더 부착성인 것으로 보였다. 결과적으로, 분해 산물을 브러싱해내는 것은 충분하지 않았으며 불산 내에서의 부가적인 세정을 사용하여 총 중량 손실을 결정하였다. 양자 모두의 종류의 플레이트에 있어서, 평균 중량 손실은 12주 후에 약 5 내지 6%였으며 24주 후에는 13 내지 14%로 증가하였다. 브러싱해내기 전의 생체내 분해 산물의 EDX 분석 결과는, 코팅된 마그네슘 플레이트의 경우에 각각의 밀리그램의 부식된 금속에 대해 유의적으로 더 높은 칼슘 및 인(phosphor) 함량을 나타냈으며 이는 하기 표 1에 요약되어 있다.

[표 1]

실시예 3: 합금 및 코팅

마그네슘 합금 WE43의 조성(화학적 조성: Mg-Y-Nd 중희토류)에 기초하여, 새로운 합금을 개발하였다. 동일한 로트로부터의 임플란트를 모든 실험에 사용하였다(로트 MI0018B, T5 열 처리, 6.4 × 19 ㎜ 압출 프로파일). 고강도 금속 공구를 사용하여 60 ㎜ × 6.0 ㎜ × 1.50 ㎜의 직사각형 플레이트를 건식 절삭가공(윤활제 없음)하였다. 모든 모서리는 0.5 ㎜의 반경으로 라운딩하였다. 총 36개의 플레이트를 시험하였으며, 플레이트의 절반은 코팅을 가지고 있지 않았고 다른 절반은 AHC(독일 소재의 케르펜(Kerpen))로부터의 플라즈마 전해질 코팅을 가지고 있었다. 표준 매그옥시드(MAGOXID)(상표) 전해질을 사용하였으며, 최대 400 V에 대해 1.4 A/dm²의 직류를 인가하여 코팅을 생성시켰다. 코팅되지 않은 플레이트는 초기에 940 ± 5 mg으로 칭량되었다. 매그옥시드(상표) 코팅의 전형적인 두께는 10 ㎛였으며 15 mg의 부가적인 질량을 점하였다. 플레이트의 총 표면은 9 ㎠였다. 플레이트를 90 내지 100% 에탄올 내에서 초음파 보조로 세척하고, 공기 중에 건조시키고, 이중 진공 파우치 내에 2개의 쌍으로 포장하여 25 내지 30 kGy의 선량으로 γ-멸균하였다.

실시예 4: 시험관내 침지 시험

실험:

250 ml의 유사 체액(SBF)을 함유하는 별도의 침지 유닛 내부에서 코팅된 샘플 및 코팅되지 않은 샘플을 각각 시험하였다. 코팅된 샘플은 상기 실시예 3에 따라 제조하였다. 침지 유닛은 내경이 25 ㎜이고 길이가 240 ㎜인 눈금 유리 실린더 및 250 ml 플라스틱병으로 구성되었다. 각각의 마그네슘 샘플을 유리 실린더에 넣은 후, 이를 SBF로 충전하였다. 유리 실린더 위에 플라스틱병을 뒤집어 놓았다. 액체의 유출을 막기 위해 실린더/병 조립체를 신속하게 기울이고 병과 유리 실린더 사이의 갭 내로 잔류 SBF를 부었다. 최종적으로, 병의 뚜껑(33 ㎜ 구멍이 있음)을 유리 실린더 위로 미끄러뜨려 조립체를 고정시켰다. 병을 37℃에서 조절되는 수조에 넣었다.

TRIS 완충제 및 HCO₃(27 mmol/L의 함량)에 대한 조제법을 이용하여, 그 전문이 본 명세서에 참고로 포함되는 문헌[L.

and F. A.

, "Preparation of SBF with different HCO₃- content and its influence on the composition of biomimetic apatites" Acta Biomaterialia 2 (2006) 181-9]에 설명된 바와 같이 저장 용액으로부터 유사 체액을 제조하였다. 박테리아 성장이 관찰되지 않았으며 매질 내로의 N₂ 방출을 막을 수 있었으므로 NaN₃의 첨가는 생략하였다. 매질은 주 1회 교환하였다. 시험관내 및 생체내 분해 시험에 동일한 재료 로트, 코팅, 및 기하형태를 사용하였다. 4, 8, 및 12주 동안 샘플을 침지시켰다. 약 ±1 ml의 정밀도를 가진 눈금 유리 실린더의 정기적인 시각 조사에 의해 가스 방출을 결정하였다. 통상의 네일 브러시로 부식 산물을 브러싱해냄으로써 침지 기간의 종료점에서 평균 질량 손실을 결정하였다.

결과:

SBF 내 침지 중의 평균 가스 방출은 도 5에서 확인할 수 있으며, 이는 최대 12주 동안 SBF 내에 침지된 코팅된 직사각형 플레이트 및 코팅되지 않은 직사각형 플레이트의 평균 가스 방출 속도를 도시하는 그래프를 나타낸다(데이터 점 당 6회 시험의 평균). 코팅되지 않은 샘플은 침지 직후에 가스를 방출하기 시작했다. 초기 가스 방출 속도는 최초 2 일 동안 최고(> 1 ml/㎠/일)였으며, 그 후에 0.3 ml/㎠/일 주위에서 안정되었다. 반면에, 코팅된 샘플은 최초 2주 동안 가스 방출을 거의 나타내지 않았다. 그 후에 가스 방출 속도가 증가하기 시작하여 0.2 ml/㎠/일 주위에서 안정되었다. 코팅되지 않은 마그네슘 샘플의 분해는 전체 침지 시간에 걸쳐 균일하였다. 코팅된 마그네슘 샘플의 경우, 12주에 일부 국소화된 부식이 발생하는 것으로 보였으며, 이는 제65일(9 내지 10주) 근처의 가스 방출 속도의 미약한 증가와 연계되었을 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이 샘플의 질량 손실(분말-유사 백색 부식 산물을 브러싱해냄으로써 결정됨)을 관찰된 가스 방출과 관련지을 수 있었으며, 이는 최대 12주 동안 SBF 내에 침지된 코팅된 플레이트 및 코팅되지 않은 플레이트의 중량 손실의 함수로서 가스 방출을 도시하는 그래프이다(데이터 점 당 6회 시험의 평균). 코팅되지 않은 샘플의 경우, 전체 부식 반응으로부터 이론적으로 예상된 바와 같이 1 mg의 부식된 마그네슘에 대해 약 1 ml의 가스가 방출된다. 그러나, 코팅된 마그네슘의 경우, 예상보다 더 적은 가스가 방출되었으며; 단지 0.6 ml 주위의 가스를 수집할 수 있었다.

실시예 5: 기계적 시험

실험:

ISO EN 178에 따른 시험 장치를 가진 소형 쯔빅/로엘(Zwick/Roell) 범용 시험기(유형 BZ2.5/TN1S)를 사용하여, 실시예 2 및 4로부터 생체내 및 시험관내 분해된 샘플의 3-점-굽힘 시험을 실행하였다. 도 4는, 하향 이동하는 플런저(24)에 의해 구부러지고 있는, 2개의 지지 브라켓(22a 및 22b) 상에 위치하는 샘플(20)을 나타내는 3-점-굽힘 시험의 도시를 예시한다. 모든 플레이트에 대해 40 ㎜의 스팬(span)을 사용하였다. 지지 브라켓의 반경은 2 ㎜였다. 플런저의 직경은 4 ㎜였으며, 1 ㎜/min의 속도로 하향 이동하였다. 10 ㎜의 변위 후에 시험을 중단하였다. ±0.5%의 정밀도로 힘을 기록하였다(2 kN 압력계).

결과:

측정된 최대 굽힘력, 굽힘 응력, 항복 강도, 및 굴곡 탄성율은, 코팅되지 않은 임플란트에 대해서는 하기 표 2에, 그리고 코팅된 임플란트에 대해서는 하기 표 3에 제공된다. 각각의 값은, 시험관내의 경우에 대해서는 개별적인 병으로부터의, 그리고 생체내의 경우에는 상이한 3 마리의 동물로부터의(2개의 쌍), 6개 샘플을 평균한 것이다. 도 9는, 시험관내 및 생체내 분해된 코팅된 직사각형 플레이트 및 코팅되지 않은 직사각형 플레이트에 대해 시간에 따른 항복 강도의 감소를 추가로 나타내는 그래프이다.

[표 2]

[표 3]

생체내 분해된 모든 플레이트는 파단 없이 최종 굽힘 위치까지 변형될 수 있었다. 분해된 플레이트의 변경된 치수가 정확한 강도 측정을 제공할 것인지 여부를 확인하기 위하여, 생체내 및 시험관내 분해된 플레이트에 대한 이들 3-점-굽힘 시험에 부가하여, 40 ㎜의 일정한 스팬을 가진 선택된 3-점-굽힘 설정을 일련의 직사각형 플레이트를 이용하여 확인하였다. 플레이트의 두께 및 너비를 0.2 ㎜ 단계로 0.5 ㎜의 두께 및 5.0 ㎜의 너비까지 감소시킴으로써 균일한 분해를 "모방"하였다. 이론에 따르면, 굽힘력 F는 하기와 같이 두께 d 및 너비 b에 종속적일 것으로 예상된다:

(L은 스팬이고 σ_b는 굽힘 응력임).

일정한 굽힘 응력을 가정할 경우(σ_b= MPa), 측정된 최대 힘(결과는 나타내지 않음)과 이론적 값 사이에 우수한 적합이 얻어졌다(ΔF ≤ 2 N). 이러한 관계를 사용하여 분해된 플레이트의 코어 두께를 계산하고 분해의 균일성을 산정할 수 있다.

실시예 6: 양극산화

실험:

본 실험에 사용된 WE43 합금의 마그네슘 임플란트의 표면은 0.1 dm²였다. 그것을 탈지하고(degreased), 산처리하고(pickled), 무균수로 헹구었다. 하기의 것들로 구성된 수성 전해질 용액조로 WE43 합금을 처리하였다:

1.07 mol/L 암모니악(25%)(80 ml/L);

0.13 mol/L 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트; 및

0.5 mol/L 우레아.

마그네슘 임플란트를 수성 전해질 용액조 내에 걸고 양극을 D.C. 전류 공급원에 연결하였다. 스테인리스강 시트 또한 수성 전해질 용액조에 넣고 D.C. 전류 공급원의 음극에 연결하였다. 전류 밀도는 1.4 A/dm²로 설정하였다. 마그네슘 임플란트의 "세라믹화(ceramization)"를 8 분 동안 실행하였다. 최종 전압은 360 V로 설정하였다.

결과:

얻어진 세라믹 층의 두께는 11 ㎛였다. "세라믹화된" 마그네슘 임플란트를 전해질 용액조에서 꺼내어 무균 탈이온수로 잘 헹군 후에 건조시켰다. WE43-마그네슘 임플란트 상에 생성된 세라믹 층의 화학적 분석은 MgO, Mg(OH)₂ 및 소량의 Mg₃(PO₄)₂, 이트륨 옥사이드 및 희토류 원소의 옥사이드를 나타냈다.

실시예 6의 절차를 이용하여, WE54, ZK40, ZK, 60, AZ31과 같은 다른 마그네슘 단조 합금과 더불어 AZ91, AM50, AS41과 같은 마그네슘 주조 합금을 유사하게 세라믹화할 수 있다(예를 들어, 캐소드(cathode) 재료로서 스테인리스강 및 백금을 이용함).

실시예 7: WE43 샘플의 시험관내 분해 거동

실험:

유사 체액(SBF) 내 침지 중의 코팅되지 않은 WE43 마그네슘 합금 샘플 및 코팅된 WE43 마그네슘 합금 샘플의 시험관내 분해 거동을 도 10에 나타낸다. 3개의 상이한 전해질로부터의 코팅을 가진 마그네슘 WE43 샘플이, 코팅되지 않은 WE43 합금 샘플에 비교하여 유의적으로 감소된 수소 방출을 나타낸다. 3개의 전해질은 하기의 것들을 함유하였다:

전해질 1: 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 및 암모니악.

전해질 2: 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 암모니악, 및 우레아.

전해질 3: 구연산, 붕산, 인산, 및 암모니악.

실시예 8: SBF 내에 침지된 장력을 받는 WE43 샘플의 가스 방출 및 강도 유지

실험:

고강도 금속 공구를 사용하여 WE43 합금(60 ㎜ × 8.0 ㎜ × 0.50 ㎜)의 직사각형 샘플을 건식 절삭가공(윤활제 없음)하였다. 샘플의 일부를 AHC(독일 소재의 케르펜)로부터의 플라즈마 전해질 코팅으로 코팅하였다. 플라즈마 전해질 코팅에 사용된 전해질 조성은 표준 매그옥시드(상표) 전해질의 변형이다. 최대 400 V에 대해 1.4 A/dm²의 직류를 인가하여 코팅을 생성시켰다. 변동하는 백분율의 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 암모니악(25 부피% 농도에서), 및 우레아(그의 비율은 하기 표 4에 나타냄)를 포함하는 상이한 린 전해질을 사용하여 다른 샘플 로트를 코팅하였다.

16 ㎜ 직경을 가진 실린더 주위에서 단부를 굽힘으로써 직사각형 샘플을 수동으로 변형시켰다. 굽힘의 양은 이완된 상태의 직사각형 샘플의 2개 단부의 스팬에 의해 정의된다. 수동으로 변형된 샘플(30)의 실시예를 도시하는 도 14a에 나타낸 바와 같이 약 42 ㎜의 스팬을 샘플에 적용하였다. 이어서, UHMWPE 샘플 홀더 내에서 약 12 ㎜ 간격을 둔 슬롯 내로 샘플의 각각의 단부를 삽입함으로써, 굽은 샘플을 장력 하에 두었다. 도 14b는, 장력 하에 그의 단부가 샘플 홀더(32)의 슬롯(34a 및 34b) 내로 삽입된 후의 실시예 샘플(30)을 나타낸다.

총 6주 동안 실시예 4에 설명된 공정과 유사한 방식으로 250 ml의 SBF를 함유하는 별도의 침지 유닛에 장력을 받는 샘플을 넣음으로써, 장력을 받는 샘플의 침지 시험을 수행하였다. 250 ml의 SBF는 주 1회 교환하였다. 가스 수준은 작업일에 2회 기록하였고, 파손의 발생은 샘플에 대해 시각적으로 확인하였다.

나사 고정을 가진 샘플 홀더를 사용하여 침지된 샘플에 대해 강도 유지 시험 또한 실행하였다(도 15a 내지 15d). 매주 SBF 교환 중에, 홀더의 나사를 풀고 홀더 위의 스프링 힘을 누름 핀(도 15a의 화살표에 의해 표시됨)에 의해 측정한다. 그 절차 중에 샘플을 홀더로부터 제거할 필요는 없었다. 샘플의 궁극적인 파손(파단)(예를 들어, 도 15c 및 15d에 나타냄)에 무관하게, 6주 동안 SBF 내에 샘플을 남겨 두었다.

결과:

시험한 모든 코팅은 기본 재료에 대한 우수한 부착성을 가졌으며, 샘플에 적용된 큰 소성 변형 중에 탈층되지 않았다. 소성 변형은 코팅 내로 미세균열을 도입하였으며, 이는 부가적인 장력을 가하는 중에 확장되어 부식성 SBF 매질에 대한 더 큰 접근을 가능하게 하였다. 가혹 시험 조건에도 불구하고, 린 전해질-코팅된 샘플의 가스 방출 속도는 약 0.2 ml/㎠/일 내지 약 0.4 ml/㎠/일인 것으로 확인되었으며, 이는 일반적으로 약 0.4 ml/㎠/일 내지 약 0.6 ml/㎠/일의 범위인 코팅되지 않은 기본 재료에 대한 값 미만이었다. 장력 하에서 SBF 내에 침지된 린 전해질-코팅된 직사각형 샘플의 시간에 따른 평균 누적 가스 방출을 도 11의 그래프에 나타낸다. 린 전해질-코팅된 샘플의 강도 유지 측정은 도 12에 나타내며, 이는 침지 시간의 함수로서 잔류 굽힘력을 도시하는 그래프이다.

SBF 내 침지 중의 장력을 받는 직사각형의 파손 시간은 도 13의 박스 플롯에 나타내며, 이는 다양한 코팅 사이의 차이를 예시한다. 5개의 코팅되지 않은 샘플 중 4개가 32 일의 침지 후에 파손되었다. 린 전해질로 코팅된 시편은 더 큰 정도의 분산을 나타냈으며, 일부 샘플은 파손 없이 42 일의 침지를 견딘 반면에 다른 것들은 코팅되지 않은 샘플 전에 파손되었다. 코팅된 샘플에만 적용된 강도 유지(잔류 굽힘력) 시험은, 코팅되지 않은 샘플에 비교하여 코팅된 샘플의 파손을 가속시켰을 수 있다. 추가로, 샘플을 구부리고 장력을 가하기 위해 적용된 수동 힘의 변동이 결과의 더 넓은 산포에 기여했을 수 있다. 린 전해질-코팅된 샘플에 대한 부가적인 파손 시간 및 가스 방출 속도 데이터는 하기 표 4에 제공된다.

[표 4]

첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 본 발명에 다양한 변경, 대체 및 변화가 이루어질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 특정 실시 형태에 속하는 것으로서 본 명세서에서 확인된 개별 요소들이 본 발명의 다른 실시 형태들에 포함될 수 있음이 또한 명백할 것이다. 따라서, 본 출원의 범주는 본 명세서에 설명되는 공정, 기계, 제조, 및 물질 조성, 수단, 방법, 및 단계의 특정 실시 형태들로 한정되도록 의도되지는 않는다. 당업자가 본 명세서의 개시 내용으로부터 쉽게 알게 되는 바와 같이, 본 명세서에 기재된 대응하는 실시 형태와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현존하는 또는 추후 개발될 공정, 기계, 제조, 물질 조성, 수단, 방법 또는 단계가 본 발명에 따라 사용될 수 있다.

Claims

마그네슘 또는 마그네슘 합금으로부터 형성된 임플란트 상에 세라믹 층들을 생성시키는 방법으로서,
상기 임플란트 및 금속 시트를 수성 전해질 용액조(bath) 내에 침지시키는 단계로서, 상기 수성 전해질 용액조는 암모니악(ammoniac), 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트, 및 우레아를 포함하고, 구연산, 붕산 및 인산 중 어느 성분도 포함하지 않으며, 상기 임플란트는 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로부터 형성된 것인 상기 침지 단계;
상기 임플란트와 상기 금속 시트 사이로, 그리고 상기 수성 전해질 용액조를 통해 전류를 통과시킴으로써 양극산화(anodic oxidation)를 수행하는 단계로서, 상기 임플란트는 전류 공급원의 양극(positive pole)에 연결되고 상기 금속 시트는 상기 전류 공급원의 음극(negative pole)에 연결되는 상기 양극산화 단계; 및
상기 임플란트 상에 스파크를 형성시키기 위해 선택되는 전류 밀도를 인가함으로써, 상기 임플란트 상에 세라믹 층을 형성시키는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 암모니악 농도가 25 부피%에서 1.0 mol/L 내지 6.0 mol/L의 범위이고; 상기 다이암모늄 하이드로겐 포스페이트 농도가 0.05 mol/L 내지 0.2 mol/L의 범위이며; 상기 우레아 농도가 0.01 mol/L 내지 1.0 mol/L의 범위인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 수성 전해질 용액조의 pH 값이 10.3 내지 11.6의 범위이고, 상기 수성 전해질 용액조의 온도가 18℃ 내지 22℃의 범위인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 전류 밀도가 1 A/dm² 이상인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 전류 밀도가 1 A/dm² 내지 3 A/dm²의 범위인, 방법.
제1항에 있어서, 코팅되지 않을 표면의 영역을 전기 절연시킴으로써 상기 코팅을 상기 임플란트에 선택적으로 적용하는, 방법.
제6항에 있어서, 상기 수성 전해질 용액조 내에 상기 임플란트를 침지시키기 전에, 코팅되지 않을 상기 표면의 영역에 라커, 필름, 또는 포일을 적용함으로써, 코팅되지 않을 상기 영역을 전기 절연시키는 것을 달성하는, 방법.
골 수복(bone repair)을 위한 코팅된 임플란트로서,
마그네슘 합금으로부터 형성된 임플란트 바디(implant body) 및
상기 임플란트 바디의 외부 표면의 적어도 일부분에 위치하는(disposed) 다공성(porous) 세라믹 코팅을 포함하고,
상기 다공성 세라믹 코팅은 두께가 최대 50 ㎛이며,
상기 다공성 세라믹 코팅은, MgO, Mg(OH)₂, Mg₃(PO₄)₂ 및 마그네슘의 합금 원소의 옥사이드의 조합을 포함하고,
상기 임플란트는 생체적합성이고 생분해성인, 골 수복을 위한 코팅된 임플란트.
제8항에 있어서, 상기 코팅된 임플란트가 골 고정 플레이트(bone fixing plate) 형상인, 코팅된 임플란트.
제8항에 있어서, 상기 코팅된 임플란트가, 고정 장치를 수용하기 위한 하나 이상의 구멍을 한정하는 하나 이상의 내부 표면을 포함하는, 코팅된 임플란트.
제10항에 있어서, 상기 코팅된 임플란트가, 상기 하나 이상의 구멍 주위에 카운터싱킹 구성(countersinking configuration)을 갖는 표면을 포함하도록 형상화된, 코팅된 임플란트.
제8항에 있어서, 상기 임플란트 바디는, 코팅되지 않은 상태에서 유사 체액(simulated body fluid) 중에서 분해되는 동안의 수소 방출 속도를 갖고;
상기 코팅된 임플란트는, 유사 체액(simulated body fluid) 중에서 분해되는 동안의 수소 방출 속도를 가지며;
상기 코팅된 임플란트의 상기 수소 방출 속도가, 코팅되지 않은 상태의 상기 임플란트 바디에 비해 40일까지의 기간에 걸쳐 10% 내지 50% 감소하는, 코팅된 임플란트.
제8항에 있어서, 상기 코팅이 상기 임플란트 바디의 상기 외부 표면의 전체에 위치하는, 코팅된 임플란트.
제10항에 있어서, 상기 내부 표면에는 상기 코팅이 없는, 코팅된 임플란트.
제11항에 있어서, 상기 카운터싱킹 구성을 갖는 표면에는 상기 코팅이 없는, 코팅된 임플란트.
제8항에 있어서, 상기 다공성 세라믹 코팅은 두께가 2 내지 20 ㎛인, 코팅된 임플란트.
제8항에 있어서, 상기 다공성 세라믹 코팅에는 아민 분해 산물이 없는, 코팅된 임플란트.