KR102171887B1

KR102171887B1 - 다공성 임플란트 재료 및 관련 방법

Info

Publication number: KR102171887B1
Application number: KR1020147025264A
Authority: KR
Inventors: 션 에이치. 커; 데이빗 암브러스터; 아미 사헤바; 제임스 드와이어; 알리 셈 레크버
Original assignee: 신세스 게엠바하
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2020-11-02
Also published as: US9254193B2; JP6258226B2; US20190069984A1; BR112014019797A2; EP2812038A1; CN104245001A; KR20140121885A; AU2013217649A1; US20160128823A1; AU2013217649B2; WO2013119458A1; CA2864158C; JP2015507967A; US10617511B2; BR112014019797A8; EP2812038B1; CA2864158A1; BR112014019797B1; US20130211541A1; CN104245001B

Abstract

다공성, 생체적합성 임플란트 본체 및 재료가 제공된다. 이러한 재료는 적합하게는, 무작위로 배열된 열가소성 구성 요소들의 집단을 포함하는데, 구성 요소들의 적어도 일부는 서로 접합된다. 임플란트 본체는 실온에서 제1 형상으로부터 제2 형상으로 조정될 수 있으며, 대략 체내 온도에서 제2 형상을 유지할 수 있다. 그러한 임플란트를 제작하고 대상 내에 임플란트를 설치하는 관련 방법이 또한 제공된다.

Description

다공성 임플란트 재료 및 관련 방법 {POROUS IMPLANT MATERIALS AND RELATED METHODS}

관련 출원

본 출원은, 전체가 모든 목적을 위해 본 명세서에 참고로 포함된, 2012년 2월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/597,360호의 이득을 주장한다.

본 발명은 생의학 임플란트(biomedical implant)에 관한 것이다.

다공성 고밀도 또는 초고분자량 폴리에틸렌 (HDPE 또는 UHMWPE)으로부터 제작되는 정형외과용 임플란트가, 전형적으로 두개안면골에서, 뼈를 증강시키거나 대체하는 데 현재 임상적으로 사용되고 있다. 일반적으로 이러한 제품은, 제어된 직경 범위를 갖는 중합체의 일반적으로 구형인 입자를 용융 융합시키거나 소결시켜 다공성 고형물을 형성함으로써 제조된다. 다공성 폴리에틸렌의 한 가지 이점은 기공으로 인해 이식 후 재료 내로의 연조직의 내부 성장이 가능하여, 재료가 제자리에 고정되고 재료가 체내에 일체화된다는 점이다. 폴리에틸렌은 또한 본래의 연조직과 유사한 재료 특성 (예를 들어, 밀도, 가요성)을 갖는다.

이러한 임플란트의 한 가지 제한점은, 이러한 임플란트가 가요성이며 뼈의 윤곽에 들어맞도록 용이하게 구부러질 수 있기는 하지만, 영구적으로 구부러져 있게 하기에는 용이하지 않다는 점이다. 중합체의 입자들을 함께 접합하는 용융 지점들이 구조체의 약한 지점들이기 때문에, 너무 많이 구부린 경우에는 이러한 임플란트에 또한 쉽게 균열이 생성된다. 다공성으로 인해, 다공성 재료는 또한 일반적으로 유사한 치수의 중실 폴리에틸렌 형상보다 더 가요성이다. 이는 상당한 강성(rigidity) 또는 강도(strength)가 필요하지 않는 부위에 이 재료를 잠재적으로 적용하는 것을 제한하는 경향이 있다.

이러한 제한점들에 대한 한 가지 해결책은 다공성 폴리에틸렌 내에 티타늄 메시(titanium mesh)를 포함시키는 것이었다. 티타늄 메시는 복합 재료의 강도 및 연성(ductility)을 개선하지만, 임플란트 부위의 x-선 또는 MRI 영상화가 필요한 경우에, 금속 성분의 존재는 바람직하지 않다. 그러므로, 현재의 다공성 폴리에틸렌 임플란트와 유사한 조직 적합성을 갖지만, 증가된 강도를 가지며 금속 또는 기타 강화 재료 없이도 수술 중에 구부려 형상화시킬 수 있는 개선된 임플란트 재료가 필요하다.

기재된 과제들을 충족시키는데 있어서, 본 발명은 우선 생체적합성 임플란트(biocompatible implant)를 제공하는데, 상기 임플란트는 적합하게는, 복수의 무작위로 배열된 열가소성 구성 요소들을 포함하는 다공성 본체를 포함하고, 열가소성 구성 요소들의 적어도 일부는 1 초과 내지 약 1000의 범위의 종횡비를 가지고, 열가소성 중합체 구성 요소들의 적어도 일부는 다수의 부위에서 다른 열가소성 구성 요소들에 접합되고, 다공성 본체는 실온에서 제1 형상으로부터 제2 형상으로 조정(manipulation)될 수 있으며 대략 체내 온도에서 제2 형상을 유지할 수 있다.

본 발명은 또한 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 금형 내에 배치된 열가소성 구성 요소들을 가열하여 열가소성 구성 요소들의 적어도 일부를 서로 접합하는 단계; 및 열가소성 구성 요소들에 압력을 가하여, 접합된 열가소성 구성 요소들의 다공성 본체를 포함하는 임플란트를 형성하는 단계를 포함한다.

복수의 중합체 구성 요소들을, 중합체 구성 요소들을 용해 또는 팽윤시킬 수 있는 적어도 하나의 용매와 접촉시켜 구성 요소들을 연화시키는 단계; 적어도 하나의 용매를 제거하는 단계; 및 복수의 중합체 구성 요소들에 압력을 가하여, 접합된 중합체 구성 요소들의 다공성 본체를 갖는 임플란트를 형성하는 단계를 포함하는, 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법이 또한 본 명세서에서 제공된다.

본 발명은 또한 포유류 내로 임플란트를 도입하는 방법을 제공하는데, 본 방법은 임플란트 도입을 위한 포유류 내의 위치를 선택하는 단계; 및 선택된 위치에 청구항 A에 따른 임플란트를 설치하는 단계를 포함한다.

목표 해부학적 위치에 임플란트를 적용하는 방법이 또한 개시되는데, 본 방법은 임플란트 본체가 목표 해부학적 위치의 형상에 실질적으로 정합(conform)하도록 청구항 A에 따른 임플란트 본체를 조정하는 단계; 및 임플란트 본체를 목표 해부학적 위치에 설치하는 단계를 포함한다.

생체적합성 임플란트가 또한 개시되는데, 상기 생체적합성 임플란트는 복수의 무작위로 배열된 열가소성 구성 요소들을 포함하는 다공성 본체를 포함하며, 열가소성 구성 요소들의 적어도 일부는 긴 형상, 직사각형 형상, 또는 둘 모두이고, 열가소성 중합체 구성 요소들의 적어도 일부는 다수의 부위에서 다른 열가소성 구성 요소들에 접합되고, 다공성 본체는 실온에서 제1 형상으로부터 제2 형상으로 조정될 수 있으며 대략 체내 온도에서 제2 형상을 유지할 수 있다.

생체적합성 임플란트가 또한 제공되는데, 상기 생체적합성 임플란트는 복수의 무작위로 배열된 열가소성 필라멘트들을 포함하는 다공성 본체를 포함하며, 열가소성 필라멘트들의 적어도 일부는 다수의 부위에서 다른 열가소성 필라멘트들에 접합되고, 다공성 본체는 실온에서 제1 형상으로부터 제2 형상으로 조정될 수 있으며 대략 체내 온도에서 제2 형상을 유지할 수 있다.

생체적합성 임플란트가 추가로 제공되는데, 상기 생체적합성 임플란트는 가열 하에서 서로 접합된 복수의 무작위로 배열된 열가소성 구성 요소들로부터 형성되는 다공성 본체를 포함하며, 열가소성 구성 요소들의 적어도 일부는 1 초과 내지 약 1000의 범위의 종횡비를 가지고, 다공성 본체는 실온에서 제1 형상으로부터 제2 형상으로 조정될 수 있으며 대략 체내 온도에서 제2 형상을 유지할 수 있다.

상기 개요 및 하기 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 파악될 때 추가로 이해된다. 본 발명을 예시할 목적을 위하여, 본 발명의 예시적인 실시 형태들을 도면에 나타내지만; 본 발명은 개시된 특정 방법, 조성물 및 장치로 제한되지 않는다. 또한, 도면은 반드시 축척에 맞게 도시된 것은 아니다. 도면에서,
<도 1>
도 1은 엔드 밀(end mill)을 사용하여 중합체의 고형 블록으로부터 기계가공함으로써 제조되는 UHMWPE의 몇몇 긴 칩(elongated chip)의 SEM 이미지를 나타낸다;
<도 2>
도 2는, 30 배율에서의 PE 밀링 칩에 대한 것으로, 엔드 밀을 사용하여 중합체의 고형 블록으로부터 기계가공함으로써 제조되는 UHMWPE의 단일 긴 칩의 SEM 이미지를 나타낸다;
<도 3>
도 3은, 예시적인 섬유질 PE 시트에 대한 것으로, UHMWPE의 필라멘트들을 열 접합하여 다공성 고형물을 형성함으로써 형성되는 다공성 폴리에틸렌의 시트의 이미지를 나타낸다;
<도 4>
도 4는, 제2의 예시적인 섬유질 PE 시트에 대한 것으로, 긴 필라멘트들을 보여주는, 열 접합된 다공성 UHMWPE 시트의 표면의 클로즈업 광 현미경 사진을 나타낸다;
<도 5>
도 5는, 도 4에 나타낸 시트에 대한 것으로, 긴 필라멘트들을 보여주는, 열 접합된 다공성 UHMWPE 시트의 표면의 더 높은 배율에서의 클로즈업 광 현미경 사진을 나타낸다;
<도 6>
도 6은 열 접합된 다공성 UHMWPE 시트로부터 제조된 두개 임플란트를 나타낸다;
<도 7>
도 7은 도 6의 두개 임플란트와 함께 임플란트를 형상화되도록 형성하는 데 사용된 금형을 나타낸다;
<도 8>
도 8은 본 발명에 따른 대조군 재료들 및 샘플들에 대한 굴곡 강도 데이터를 나타낸다;
<도 9>
도 9는 본 발명에 따른 대조군 재료들 및 샘플들에 대한 굴곡 탄성률 데이터를 나타낸다;
<도 10>
도 10은 본 발명에 따른 대조군 재료들 및 샘플들에 대한 인장 강도 데이터를 나타낸다;
<도 11>
도 11은 본 발명에 따른 대조군 재료들 및 샘플들에 대한 인장 탄성률 데이터를 나타낸다;
<도 12>
도 12는 도 2에 나타낸 바와 같은 필라멘트들로부터 제조된 다공성 폴리에틸렌 두개 임플란트의 샘플들의 4개의 마이크로-CT 이미지를 나타낸다;
<도 13>
도 13은 도 2에 나타낸 바와 같은 필라멘트들로부터 제조된 다공성 폴리에틸렌 두개 임플란트의 샘플들의 4개의 마이크로-CT 이미지를 나타낸다.

본 발명은 본 개시 내용의 일부를 형성하는 첨부 도면 및 예와 관련하여 취해지는 하기 상세한 설명을 참조하여 더욱 용이하게 이해될 수 있다. 본 발명은 본 명세서에 기술 및/또는 도시된 구체적인 장치, 방법, 응용, 조건 또는 파라미터로 제한되지 않으며, 본 명세서에 사용된 용어는 특정 실시 형태를 단지 예로서 기술하기 위한 것이고 청구된 발명을 제한하려는 의도가 아님을 이해하여야 한다. 또한, 첨부된 특허청구범위를 비롯한 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태(부정 관사("a", "an") 및 정관사("the"))는 복수 형태를 포함하며, 특정 수치 값에 대한 언급은 문맥이 명확히 달리 지시하지 않는 한 적어도 그 특정 값을 포함한다. 용어 "복수"는, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 하나 초과를 의미한다. 값들의 범위가 표시되는 경우, 다른 실시 형태는 하나의 특정 값으로부터 그리고/또는 다른 특정 값까지 포함한다. 유사하게, 값이 선행사 "약"의 사용에 의해 근사치로서 표현될 때, 특정 값은 다른 실시 형태를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 모든 범위들은 포괄적이며 조합가능하다.

본 명세서에, 명료함을 위해, 개별적인 실시 형태들의 문맥에서 기술된 본 발명의 소정 특징들이 또한 단일 실시 형태에서 조합되어 제공될 수 있음을 인식하여야 한다. 역으로, 간결함을 위해, 단일 실시 형태의 문맥에서 기술된 본 발명의 다양한 특징들이 또한 개별적으로 또는 임의의 하위조합으로 제공될 수 있다. 또한, 범위로 기술된 값에 대한 언급은 그 범위 내의 각각의 그리고 모든 값을 포함한다. 본 출원에 인용된 모든 문서는 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다.

제1 태양에서, 본 발명은 생체적합성 임플란트에 관한 것이다. 임플란트는 복수의 무작위로 배열된 열가소성 구성 요소들을 포함하는 다공성 본체를 포함하는데, 열가소성 중합체 구성 요소들의 적어도 일부는 다수의 부위에서 다른 열가소성 구성 요소들에 접합된다.

용어 "구성 요소"는 다양한 형상으로 존재하는 소정 양의 중합체를 지칭할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 구성 요소는, 전통적으로 원통인 형태를 가지며 일정한 단면 치수 (예를 들어, 직경)를 갖는 섬유일 수 있다. 구성 요소는 또한 긴 입자 (예를 들어, 장방형(oblong) 또는 심지어 럭비공 형태)일 수 있다. 구성 요소는 불규칙한 기하학적 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 구성 요소는 일측 단부가 타측 단부보다 더 클 수 있다 (예를 들어, 더 넓을 수 있다). 구성 요소는 1, 1 초과, 10, 100, 또는 심지어 1000의 범위의 종횡비 (즉, 단축에 대한 장축의 비)를 가질 수 있다. 구성 요소는 외형이 평탄할 수 있다 (예를 들어, 판형 또는 팬케이크형). 구성 요소는, 일부 실시 형태에서, 방사되거나 압출된 섬유일 수 있다. 섬유는 동일한 길이 또는 상이한 길이로 절단될 수 있다. 선반(lathe) 또는 기타 밀링 기기에 의해 생성되는 필라멘트가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1은, 20 배율에서의 PE 밀링 필라멘트에 대한 것으로, 엔드 밀을 사용하여 중합체의 고형 블록으로부터 기계가공함으로써 제조되는 UHMWPE의 몇몇 긴 칩의 SEM 이미지를 나타낸다. 이러한 칩은 엔드 밀로 고형 블록을 조각으로 슬라이싱함으로써 제조되는데, 이에 의해 공정 중에 이 재료에 곡면이 부여된다. 도 2는, 30 배율에서의 PE 밀링 칩에 대한 것으로, 엔드 밀을 사용하여 중합체의 고형 블록으로부터 기계가공함으로써 제조되는 UHMWPE의 단일 긴 칩의 SEM 이미지를 나타낸다.

도 12는 도 2에 나타낸 것과 유사한 필라멘트들로부터 제조된 다공성 폴리에틸렌 두개 임플란트의 샘플들의 4개의 마이크로-CT 이미지를 제공한다. 어두운 영역은 공극(void)이고, 더 밝은 영역은 폴리에틸렌이다. 이들 도면은 샘플의 전체 두께에 걸쳐 연장하는 균일한 다공성을 나타낸다. 우측 상단, 좌측 하단, 및 우측 하단에 나타나있는 중심의 공극은 스캐닝 방법의 아티팩트(artifact)이다. 이 스캔은 돔형상(dome-shaped) 임플란트를 그의 밑면에 평행하게 통과하는 슬라이스이며, 돔의 중심은 캡처하지 않았다.

도 13은 도 2에 나타낸 바와 같은 섬유들로부터 제조된 다공성 폴리에틸렌 두개 임플란트의 샘플들의 4개의 마이크로-CT 이미지를 나타낸다. 어두운 영역은 공극이고, 더 밝은 영역은 폴리에틸렌 중합체이다. 이들 도면은 본질적으로 샘플의 전체 두께에 걸쳐 연장하는 본질적으로 균일한 다공성을 나타낸다. 개시된 재료는, 그러나, 반드시 전반적으로 균일한 다공성을 가질 필요는 없다. 좌측 상단 및 좌측 하단 이미지는 수직면으로 샘플을 통과하는 슬라이스를 나타내는데, 이러한 이미지는 샘플의 전체 두께에 걸쳐 연장하는 연속적인 균일한 다공성을 나타낸다. 도면들에서 둥근 중심 공극은 스캐닝 방법의 아티팩트이다. 이 스캔은 돔형상 임플란트를 그의 밑면에 평행하게 통과하는 슬라이스이며, 돔의 중심은 캡처하지 않았다. 도 13이후의 차트는, 하기 데이터 표에 제공된 바와 같이, 샘플의 측정된 다공도가 약 37%였음을 나타낸다:

본 명세서의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 다공성 본체는 크기, 형상, 또는 심지어 조성이 서로 상이한 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본체는 섬유인 일부 구성 요소들, 및 또한 소판(platelet)인 일부 구성 요소들을 포함할 수 있다. 본 발명의 재료는, 서로 접합된 구형 입자들로 형성되는 기존의 재료에 비해 이점을 제공하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 구성 요소는 적합하게는 종횡비가 1 초과이다. 예를 들어, 구성 요소는 외형이 럭비공 형태일 수 있으며, 1.5, 2, 5, 10, 또는 심지어 50 또는 100, 또는 그 초과의 종횡비를 나타낼 수 있다. 200, 300, 또는 500의 종횡비가, 개시된 재료에 사용되는 구성 요소를 위해 적합할 수 있다. 본 발명에 따른 재료 내의 복수의 구성 요소들에는 종래 기술에서 통상적으로 사용되는 일반적으로 구형인 입자가 전적으로 부재할 수 있거나, 또는 구형 입자가 본질적으로 부재할 수 있으며, 즉, 그러한 일반적으로 구형인 입자가 95, 96, 97, 98, 99, 또는 심지어 99.99% 부재할 수 있다.

개시된 재료에 사용되는 구성 요소는 형상이 불규칙할 수 있는 것으로 또한 이해되어야 한다. 예를 들어, 구성 요소는 좌우불균형이거나(lopsided), 융기되거나(ridged), 기복이 있거나(rough), 마름모꼴(rhomboid)이거나, 또는 달리 비대칭일 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 구성 요소는 긴 형상, 예를 들어, 섬유, 쌀알형, 럭비공 형태 등일 수 있다. 구성 요소는, 도 2에서 필라멘트에 의해 나타난 바와 같이, 길고 불규칙할 수 있다.

예시적인 일 실시 형태에서, 본체는 서로 접합된 섬유 구성 요소들을 포함할 수 있으며, 그러한 접합은 구성 요소들을 가열하여, 서로 접합된 복수의 구성요소들을 형성함으로써 달성될 수 있다. 구성 요소들을 서로 접합하는 것은, 특히, 구성 요소들 (예를 들어, 섬유들)이 서로에 대해 무작위로 배향된 경우에, 구성 요소들이 다수의 부착점을 갖게 한다. 일부 실시 형태에서, 구성 요소들 (예를 들어, 섬유들)은 서로 얽혀 있을(entangled) 수 있다. 임의의 특정 이론에 구애됨이 없이, 인접한 구성 요소들 사이의 증가된 수의 접촉점, 및 존재하는 경우, 인접한 구성 요소들 사이의 얽힘은, 개시된 재료의 기계적 특성을 향상시킨다. 무작위 배열은, 특히, 배향되거나 달리 이방성인 섬유들 또는 다른 구성 요소들로부터 형성되는 다른 구조체들과 비교하여, 개시된 임플란트에 바람직한 기계적 특성을 부여한다.

적합한 열가소성 구성 요소 재료에는 폴리에틸렌, 특히, 초고분자량 폴리에틸렌이 포함되지만, 다른 폴리에틸렌 (예를 들어, HDPE, LDPE)도 적합하다. 폴리에틸렌은 천연 연조직에서와 유사한 특성 (예를 들어, 밀도, 가요성, 열전도도)을 가지며, 그로 인해 폴리에틸렌은 이식을 위해 특히 적합한 재료이다. 다른 적합한 열가소성 물질에는 PEEK (폴리에테르 에테르 케톤), PEKK (폴리에테르케톤케톤), PAEK (폴리아릴에테르케톤), PLA (폴리락트산), PGA (폴리글리콜산), PLGA 공중합체들, 폴리프로필렌, 폴리카프로락톤, 폴리페닐렌, 폴리페닐설폰, PET (폴리에틸렌 테레프탈레이트), 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카르보네이트, 또는 기타 생체적합성 중합체들이 포함된다.

다공성 본체는, 예를 들어, 실온에서 (예를 들어, 손에 의해) 제1 형상으로부터 제2 형상으로 조정될 수 있으며, 추가로 다공성 본체는 대략, 예를 들어, 실온에서 제2 형상을 유지할 수 있다. 본 발명에 따른 본체는 또한 적합하게는, 일부 경우에, 대략 90, 95, 100, 105, 또는 심지어 대략 110 또는 120℉일 수 있는, 체내 온도에서 또는 심지어 체내 온도 초과에서 제2 형상을 유지한다. 이러한 특징은 재료를 임플란트 용도에 특히 적합하게 만드는데, 사용자 (예를 들어, 외과의사 또는 다른 의료인)가 수술 절차 전에 또는 심지어 수술 절차 동안에 재료를 손으로 구부리거나, 만곡시키거나, 또는 달리 형상화시킬 수 있기 때문이다. 사용자는 다공성 본체를 형상화시키는 데 도움을 주기 위해 다양한 형상화 도구 (예를 들어, 굽힘 지그(bending jig), 금형 등)를 또한 사용할 수 있다. 이러한 특징 때문에, 사용자는 수술 동안 재료를 형상화 및 재형상화시켜 최적의 임플란트 형상을 달성할 수 있다.

사용자는 대안적으로 임플란트 본체에 열을 가하여 본체를 형상화시키거나 성형하는 것을 촉진할 수 있다. 열을 가하여 임플란트 본체 또는 본체의 일부 영역을 연화시켜 본체를 구부리거나, 절단하거나, 또는 달리 형상화시키는 것을 촉진할 수 있다. 재료는 나이프, 톱, 가위, 또는 기타 표준 외과 기구를 사용하여 절단할 수 있다. 일단 대상 내에 또는 심지어 대상 상에 임플란트 본체가 설치 또는 이식되었으면, 사용자의 필요에 따라, 본체에 열을 가하여 본체의 조정(adjustment)을 촉진할 수 있다. 그러한 열은, 일부 실시 형태에서, 임플란트에서는 열을 가하고 임플란트에 매우 인접한 대상의 조직 또는 다른 부분을 가열하는 것은 피하도록, 임플란트 본체를 가열기 또는 기타 가열 요소와 접촉시킴으로써 적용될 수 있다.

다공성 본체는 적합하게는 시트 또는 다른 평면 또는 거의 평면 외형의 형태이다. 시트는 원형, 정방형, 또는 다각형, 또는 심지어 불규칙한 형상일 수 있다. 본체가 반드시 시트일 필요는 없는데, 원통형, 구형, 장방형, 긴 형, 및 기타 다공성 본체 형상들이 모두 본 발명의 범주 내에 속한다. 본체는 불규칙하거나 만곡된 형태일 수 있으며, 대체될 뼈 또는 다른 재료의 형상에 가깝도록 형상화될 수 있다. 대안적으로, 본체는 결손(defect), 공간, 또는 손상 부위 내로의 삽입을 위한 형상으로 형상화될 수 있다. 다공성 본체는 약 1 mm 내지 약 10 mm의 범위로 두께를 한정할 수 있다. 약 3 mm 내지 약 5 mm의 범위의 두께가 특히 적합한 것으로 고려된다.

이들 재료는 특정 외형으로 형상화된 후에 그 외형을 유지할 수 있기 때문에, 이 재료는 일부 실시 형태에서 독립형(standalone) 임플란트로서 사용될 수 있으며, 즉, 추가의 강화 없이 환자에게 직접 이식될 수 있다. 이는, 금속성 메시에 의한 강화를 필요로 할 수 있거나 다른 강성(stiff or rigid)인 임플란트 재료 또는 층과 함께 사용할 필요가 있을 수 있는 기존의 임플란트 대체물과의 차이를 나타낸다. 본 발명의 구성 요소에 기초한 임플란트는 추가의 강화에 대한 필요성이 없이도 유리한 기계적 특성, 예를 들어, 굽힘 강도, 강성(stiffness) 및 내균열성을 갖는다.

개시된 재료는 다양한 물리적 특성을 나타낼 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 재료는 압입 부피(intrusion volume) (mL/g의 수은 압입으로 표시되며, ISO 15901-1:2005 표준에 따름)가 약 0.1 내지 약 0.8 또는 심지어 약 0.9, 또는 약 0.2 내지 약 0.7, 또는 심지어 약 0.3 내지 약 0.6의 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 재료는 고형물의 백분율이 (재료의 부피당 고형물의 부피를 기준으로) 약 10% 내지 약 90%, 약 20% 내지 약 80%, 약 30% 내지 약 70%, 또는 심지어 약 40% 내지 약 60%의 범위일 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에 기재된 바와 같이, UHWMPE가, 개시된 재료를 형성하는 특히 적합한 재료로 고려된다.

본 발명에 따르며 두께가 약 3 mm 내지 약 4 mm의 범위인 샘플은 인장 강도가 약 2 MPa 내지 약 7 MPa, 또는 약 3 MPa 내지 약 6 MPa, 또는 심지어 약 4 MPa 내지 약 6 MPa의 범위일 수 있다. 샘플은 또한 인장 강도 - 샘플의 고형 구조체의 백분율을 기준으로 정규화됨 - 가 약 5 MPa 내지 약 15 MPa, 약 7 MPa 내지 약 13 MPa, 또는 심지어 약 9 MPa 내지 약 10 MPa의 범위일 수 있다.

본 발명에 따르며 두께가 약 3 mm 내지 약 4 mm의 범위인 샘플은 인장 탄성률이 약 100 MPa 내지 약 350 MPa, 약 150 MPa 내지 약 250 MPa, 또는 심지어 약 200 MPa 내지 약 225 MPa의 범위일 수 있다. 샘플은 또한 인장 탄성률 ― 샘플의 고형 구조체의 백분율을 기준으로 정규화됨 ―이 약 300 MPa 내지 약 600 MPa, 약 400 MPa 내지 약 500 MPa, 또는 심지어 약 450 MPa 내지 약 475 MPa의 범위일 수 있다.

본 발명에 따르며 두께가 약 3 mm 내지 약 4 mm의 범위인 샘플은 굴곡 강도가 약 3 MPa 내지 약 10 MPa, 또는 약 4 MPa 내지 약 8 MPa, 또는 심지어 약 5 MPa 내지 약 6 MPa의 범위일 수 있다. 샘플은 또한 굴곡 강도 ― 샘플의 고형 구조체의 백분율을 기준으로 정규화됨 ― 가 약 5 MPa 내지 약 25 MPa, 약 7 MPa 내지 약 20 MPa, 또는 심지어 약 9 MPa 내지 약 15 MPa의 범위일 수 있다.

본 발명에 따르며 두께가 약 3 mm 내지 약 4 mm의 범위인 샘플은 굴곡 탄성률이 약 100 MPa 내지 약 350 MPa, 약 150 MPa 내지 약 250 MPa, 또는 심지어 약 200 MPa 내지 약 225 MPa의 범위일 수 있다. 샘플은 또한 굴곡 탄성률 ― 샘플의 고형 구조체의 백분율을 기준으로 정규화됨 ― 이 약 250 MPa 내지 약 600 MPa, 약 300 MPa 내지 약 500 MPa, 또는 심지어 약 450 MPa 내지 약 475 MPa의 범위일 수 있다.

사용자는, 예를 들어, 뼈 윤곽에 상응하는 형상, 또는 임플란트의 의도된 목적을 위해 달리 효과적인 형상으로 다공성 본체를 형상화시킬 수 있다. 재료는 골격 내의 사실상 어떠한 뼈든 대체하는 데 사용될 수 있지만, 두개안면 영역에 대해 특별한 응용을 갖는다. 개시된 재료는 또한 척추 체간 스페이서(spinal interbody spacer)로서, 또는 심지어 장골(long bone)에서의 분절 결손(segmental defect)을 다루기 위한 스페이서로서 사용될 수 있다. 개시된 재료는 또한 연골, 예를 들어, 늑골의 늑연골을 대체하는 데 사용될 수 있다. 개시된 재료의 시트는 환자의 흉벽의 일부분을 대체하는 데 사용될 수 있다.

재료에 존재하는 기공은 이식 후 재료 내로의 연조직, 뼈, 또는 다른 신체 조직의 내부성장을 가능하게 한다. 이러한 내부성장은 결국 재료를 제자리에 고정시키고 재료를 체내에 일체화시킨다.

일부 실시 형태에서, 구성 요소의 적어도 일부 부분 (예를 들어, 표면 영역)은 친수성일 수 있다. 용어 "친수성"은 유사한 "비처리" 열가소성 물질보다 더욱 친수성인 개질된 열가소성 물질을 지칭하도록 본 명세서에서 사용되는 것으로 이해될 것이다. 열가소성 물질 (예를 들어, UHMWPE)은 임의의 적합한 수단에 의해 친수성으로 될 수 있으며, 예를 들어, 열가소성 물질은 그의 적어도 일부분에 부착된 작용기들을 포함할 수 있다.

친수성 작용기들은 열가소성 물질의 적어도 일부분에 직접 부착될 수 있거나, 또는 친수성 작용기들은 열가소성 물질의 적어도 일부분에 부착된 친수성 단량체들의 부분일 수 있다. 바람직하게는, 친수성 작용기는 아미노 작용기, 카르복실산 작용기, 하이드록실 작용기, 하이드록시설퍼릴 작용기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 친수성 작용기는 하나 이상의 카르복실산 작용기를 포함한다. 초고분자량 폴리에틸렌 또는 다른 열가소성 물질의 표면을 개질하는 데 사용될 수 있는 적합한 친수성 단량체에는 아크릴산, 폴리(에틸렌 글리콜), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 및 이들의 조합이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.

임의의 특정 이론에 구애됨이 없이, 열가소성 물질의 다공성 및/또는 친수성 속성은 뼈 및/또는 연조직 내부성장뿐만 아니라 (필요하다면) 임플란트 재료 내로의 골 시멘트 또는 기타 고착제(fixative)의 침투를 지지하기에 유용한 기재를 제공한다. 특히 재료가 친수성으로 되도록 처리된 경우에는, 친수성 부분이 세포 부착을 위한 영역을 제공하기 때문에, 세포 (예를 들어 골세포 또는 조직 세포)가 자체적으로 열가소성 물질의 다공성 표면에 부착할 수 있다.

재료의 다공성 속성은 또한, 사용자의 필요에 따라, 골시멘트가 임플란트 내로, 예를 들어, 임플란트 내로 연장하는 기공들의 네트워크 내로 침투하도록 하는 향상된 매체를 제공할 수 있다. 이는 결국 호스트 뼈(host bone)에 임플란트를 접합하는 시멘트의 능력을 개선한다. 기공은 또한 임플란트 본체 내로의 뼈 내부성장의 부위에서 성장 인자, 의약품 등과 같은 다른 재료가 제공되도록 하는 향상된 매체로서의 역할을 할 수 있다. 일례로, 임플란트 본체의 기공은, 임플란트를 대상에 설치하기 전에, 의약품 (예를 들어, 항생제)으로 코팅될 수 있으며, 그 결과로 항생제가 뼈 내부성장 부위에 존재할 것이다. 이는, 예를 들어, 수술 부위에서 감염 또는 다른 합병증이 일어날 가능성이 있는 상황에서 유용할 수 있다.

사용자는 수술 중에, 수술 전에, 또는 둘 모두에 다공성 재료를 형상화시킬 수 있다. 재료는 부분 형상화 또는 템플릿 형태로 최종 사용자에게 제공될 수 있는데, 최종 사용자가 수술 과정 전에 또는 동안에 재료를 그의 특정 필요에 따라 형상화시킨다. 예를 들어, 재료의 일부분이 반구 형태로 사용자에게 제공될 수 있으며, 사용자는 필요한 대로 환자의 목표 영역에 정합하도록 재료의 반구를 (예를 들어, 구부리거나, 접거나, 또는 절단하여) 형상화시킨다.

특정 응용에 맞춤된, 일련의 예비패키징된 재료 키트(prepackaged material kit)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 다양한 임플란트 키트를 제작할 수 있는데, 각각의 키트는 특정 목적을 위해 미리 크기 설정되거나 미리 형상화된 개시된 재료의 일부분을 포함한다. 예를 들어, 다양한 두개안면 임플란트 본체 키트를 생성할 수 있는데, 상이한 키트들은 대형, 중형, 및 더 소형 개체로의 이식을 위해 미리 크기 설정되고 미리 형상화된 임플란트 본체를 포함한다. 이러한 접근법은 임플란트의 최종 사용자에 의해 수행되어야만 하는 수술 시 형상화의 양을 감소시킬 수 있는데, 최종 사용자가 키트로부터 원하는 최종 형상에 상대적으로 가까운 임플란트를 입수하거나 선택할 수 있기 때문이다.

개시된 임플란트는 또한, 일부 실시 형태에서, 다공성 본체에 접합된 비다공성 재료를 포함할 수 있다. 열가소성 시트, 특히 폴리에틸렌, 특히 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는 열가소성 시트가 이러한 목적에 특히 적합한 것으로 고려된다. 기타 재료가 비다공성 시트를 위해 사용될 수 있으며, 다공성 본체 및 비다공성 시트가 동일 재료일 필요는 없다. 비다공성 재료는 약 1 마이크로미터 내지 약 5 mm, 또는 심지어 약 10 마이크로미터 내지 약 5 mm 범위로 단면 치수 (예를 들어, 두께)를 한정할 수 있다. 0.1 mm 내지 약 0.5 mm 또는 심지어 약 1 mm 범위의 두께가 특히 적합한 것으로 고려된다.

다공성 본체는, 일부 실시 형태에서, 상호연결된 다공성을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 예를 들어 다공성 본체가 시트 형태인 실시 형태에서, 하나 이상의 별개의 기공에 의해 본체의 상부 및 하부 표면이 서로 유체 연통할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 기공 또는 상호연결된 기공은 본체의 두께를 통해 단지 어느 정도만 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자는, 재료를 통해 어느 정도 연장되는 기공을 포함하지만, 또한 비다공성인 부분 (예를 들어, 시트의 면들 중 하나)을 포함하는 본체 (예를 들어, 시트)를 제작할 수 있다. 도 3은, 섬유질 PE 시트에 대한 것으로, 금속 금형을 사용하여, UHMWPE의 필라멘트들을 서로 열 접합하여 다공성 고형물을 형성함으로써 형성되는 다공성 폴리에틸렌의 시트의 이미지를 나타낸다. 도시된 시트는 대략 135 mm × 195 mm × 3 mm(두께)이다.

그러한 본체는 구성 요소 밀도의 구배에 의해 본체를 구축함으로써 제작될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 우선, 비교적 넓게 이격된 구성요소들의 하나 이상의 층을 금형의 하부에 배치하고, 그 다음에 더 근접하게 이격된 구성 요소들의 하나 이상의 층을 배치하고, 그 다음에 더욱 더 근접하게 이격된 구성 요소들의 하나 이상의 층을 배치하는 등등의 작업을 수행하여, 본체의 최종 층이 미세하거나 근접하게 이격된 구성 요소들을 포함하여, 용융 시에 이 구성 요소들이 함께 근접하게 융합되어 본체의 표면이 비다공성이 되게 할 수 있다. 일부 응용에서, 재료의 두께에 걸쳐 일정한 다공성을 가지며, 얇은, 비다공성 층이 표면 상에 라미네이팅되어 있는 재료를 바람직한 설계로서 이용할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본체는, 외측 표면이 더욱 개방된 다공성을 갖고 중간은 더욱 조밀할 수 있으며 내부 표면은 비다공성인, 등급화된 다공성을 가질 수 있다. 이는 조직 내부성장, 기계적 특성, 또는 굽힘 특성에 대해 이점을 제공할 수 있다. 그러한 재료는, 개방된 기공들을 갖는 제1 시트를 덜 개방된 기공들을 갖는 제2 시트에 열 접합하고, 제2 시트를 비다공성일 수 있는 제3 시트에 접합함으로써 제작될 수 있다. 실시 형태는 2개, 3개, 4개, 5개 또는 그 초과의 시트를 서로 접합함으로써 형성될 수 있다. 대안적으로, 본명세서의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 본체는 비다공성 층에 접합된 다공성 층을 포함할 수 있다.

개시된 본체는 다공도가 약 10 부피% 내지 약 70 부피%의 범위, 또는 약 20 부피% 내지 약 50 부피%의 범위, 또는 심지어 약 30 부피% 내지 약 40 부피%의 범위일 수 있다. 기공들은 다양한 단면 치수 (예를 들어, 직경, 폭, 반경)를 가질 수 있으며, 기공들 모두가 동일한 단면 치수를 가질 필요는 없다. 기공들을 포함하는 본체는 다공성 본체의 대부분의 기공들이, 약 50 마이크로미터 내지 약 1000 마이크로미터의 범위, 또는 약 100 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터의 범위, 또는 심지어 약 200 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터의 범위의 특징적인 단면 치수를 갖도록 구성될 수 있다. 기공은 단면이 원형일 수 있지만, 단면이 또한 다각형, 장방형, 또는 불규칙형일 수 있다.

임플란트는 약 1 mm 내지 약 10 mm, 또는 심지어 약 50 mm 범위로 두께를 한정할 수 있다. 본체의 열가소성 구성 요소는 평균 단면 치수 (예를 들어, 직경, 폭, 길이, 두께, 현)가 약 0.1 mm 내지 약 5 mm의 범위, 또는 약 0.3 mm 내지 약 1.5 mm의 범위일 수 있다.

열가소성 구성 요소는 평균 길이가 약 1 mm 내지 약 50 mm, 또는 약 2 mm 내지 약 20 mm의 범위일 수 있다. 열가소성 구성 요소의 평균 종횡비는 약 1 내지 약 1000, 또는 5 내지 약 500, 또는 심지어 약 10 내지 약 100의 범위일 수 있다. 구성 요소는 방사, 압출, 또는 본 기술 분야에 공지된 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 구성 요소는 재료의 고형 조각의 표면으로부터의 카빙(carving) 또는 기계가공에 의해, 예를 들어, 선반 또는 밀링 기계 도구에 의해 형성될 수 있다. 구성 요소는 기계가공 공정으로부터의 필라멘트 또는 칩의 형태일 수 있다. 필라멘트는 예시적인 도 1에 의해 도시된 바와 같이 긴 스트립일 수 있으며, 단면이 반드시 원형일 필요는 없고, 평탄하거나 달리 비-원형일 수 있다. 이들 부분 또는 분절은 구성 요소를 (예를 들어 나이프, 외과용 메스(scalpel), 또는 심지어 가위로) 절단하거나, 용융시키거나, 또는 달리 분절화시킴으로써 형성될 수 있다. 구성 요소는 단면이 원형일 수 있으나, 또한 단면이 평탄하거나, 장방형이거나, 또는 다각형일 수 있다. 구성 요소는 또한 (기하학적 원통에 존재하는 단부들과 같이) 평탄한 단부들을 가질 필요는 없는데, 구성 요소의 단면은 둥글거나, 테이퍼형(tapered)이거나, 또는 심지어 울퉁불퉁하거나 불규칙할 수 있기 때문이다. 일부 실시 형태에서, 구성 요소 (예를 들어, 섬유, 칩)는 불균일한 단면을 가질 수 있으며, 심지어 일측 단부가 타측 단부보다 더 두꺼울 수 있다. 구성 요소의 단면 치수는 구성 요소의 길이를 따라 달라질 수 있다. 구성 요소는 직선형일 수 있으나, 또한 만곡형(bent or curved)일 수 있다.

복수의 무작위로 배열된 열가소성 구성 요소들은 열가소성 구성 요소들의 다분산 혼합물을 포함할 수 있다. 그러한 실시 형태에서, 둘 이상의 구성 요소들은 길이, 단면 치수, 및/또는 조성이 서로 상이하다.

예시적인 일례로, 본체는 평균 길이가 약 30 mm이고 평균 직경이 약 20 마이크로미터인 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 구성 요소들의 제1 집단, 및 평균 길이가 약 35 mm이고 평균 직경이 약 10 마이크로미터인 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 구성 요소들의 제2 집단을 포함할 수 있다. 치수는 상이하지만 조성은 상이하지 않은 구성 요소들의 다분산 혼합물을 사용하는 한 가지 이점은, 본체 내의 모든 구성 요소들이 동일한 용융 온도를 갖는 것이 필요조건은 아니지만, 구성 요소들이 대략 동일한 온도에서 용융할 것이며, 이는 결국 개시된 임플란트를 형성하기 위한 구성 요소들의 처리를 단순화시킨다는 점이다.

일부 실시 형태에서, 본체는 재료 조성의 면에서 서로 상이한 구성 요소들을 포함한다. 예를 들어, 본체는 UHMWPE의 필라멘트들 및 PEEK의 소판들을 포함할 수 있다. 본체는 둘 이상의 재료들의 구성 요소들을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 본체의 접합된 열가소성 구성 요소들은, 서로 용융 접합되는 것으로 특징지어질 수 있는데, 용융-접합이 개시된 물품을 형성하는 데 특히 적합한 공정이기 때문이다. 대안적으로, 접합된 열가소성 구성 요소들은 서로 용매 접합되는 것으로 특징지어질 수 있다.

언급된 바와 같이, 폴리에틸렌이 개시된 본체들의 구성 요소들에 대해 특히 적합한 재료로서 간주되며; 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 초고분자량 폴리에틸렌 (UHMWPE), 중밀도 폴리에틸렌 (MDPE), 또는 이들의 조합이 모두 특히 적합하다. UHMWPE는 적합하게는 분자량이 약 3,000,000 내지 약 6,000,000의 범위이고, 밀도가 약 0.930 내지 약 0.935 g/cc, 또는 심지어 약 0.945 g/cc의 범위일 수 있다. HDPE는 적합하게는 밀도가 약 0.914 g/cc 이상이고; MDPE는 적합하게는 밀도가 약 0.926 내지 0.940 g/cc이다.

초저분자량 폴리에틸렌 (ULMWPE), 고분자량 폴리에틸렌 (HMWPE), 고밀도 가교결합 폴리에틸렌 (HDXLPE), 가교결합 폴리에틸렌 (PEX 또는 XLPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 또는 심지어 초저밀도 폴리에틸렌 (VLDPE)을 포함하는 기타 폴리에틸렌이 모두 적합한 열가소성 구성 요소 재료로서 간주된다.

열가소성 구성 요소는 단일중합체, 공중합체, 또는 심지어 이들의 혼합물 또는 블렌드로부터 형성될 수 있다. 열가소성 구성 요소는 폴리알켄, 폴리알켄 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

개시된 재료는, 그의 기계적 특성 덕분에, 독립형 방식으로 기능할 수 있다. 이는, 추가적인 강화 재료, 예를 들어, 금속 메시 또는 기타 강화 또는 보강 재료, 예를 들어, 플라스틱 또는 기타 중합체의 스트립이 필요 없이 임플란트가 대상 내에 설치되고 기능할 수 있음을 의미한다. 다른 실시 형태에서, 강화 메시, 섬유, 및 기타 재료가 본 발명에 따른 재료와 함께 사용될 수 있다. 임플란트 재료는 작은 판, 나사, 와이어, 스테이플, 시멘트, 또는 당업자에게 공지된 기타 외과적 장치를 사용하여 골격 또는 두개골에 고정될 수 있다. 이들 고정 장치는 임플란트를 강화하는 역할을 하는 것이 아니라, 대신에 주변의 뼈에 임플란트를 고정하는 역할을 한다. 예를 들어, 일부 기존의 임플란트 재료는 금속 메시, 또는 강성 임플란트를 생성하는 기타 강화재를 포함한다. 그러나, 개시된 임플란트는 그러한 강화 재료를 포함할 필요가 없다. 따라서, 일부 실시 형태에서, 본 임플란트는 다공성 본체로 본질적으로 이루어지거나, 또는 비다공성 시트 또는 기타 재료에 접합된 다공성 본체로 본질적으로 이루어진다.

본 발명은 또한 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은, 특히, 금형 내에 배치된 열가소성 구성 요소들을 가열하여 열가소성 구성 요소들의 적어도 일부를 서로 접합하는 단계; 및 금형 내의 열가소성 구성 요소들에 압력을 가하여, 접합된 열가소성 구성 요소들의 다공성 본체를 포함하는 임플란트를 형성하는 단계를 포함한다. 한 가지 비제한적인 예로서, UHMWPE의 경우에, 접합 온도는 카버 프레스(Carver Press)에서 약 200 내지 약 250℃일 수 있으며, 처리 시간은 약 6 내지 약 12분의 범위일 수 있다. 사용자는 냉각된 공기가 들어오게 할 수 있거나, 또는 프레스 판을 또한 냉각할 수 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 개시된 재료들의 기계적 특성은 공정 조건에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 구성 요소들을 압축하는 데 사용되는 압력은 금형 내로 도입된 구성 요소들의 중량에 따라 달라질 수 있다.

일부 실시 형태에서, 사용자는 비다공성 열가소성 시트를 열가소성 구성 요소들 위에 배치하여 비다공성 표면을 갖는 임플란트를 형성할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 임플란트는 2개의 비다공성 표면과 그 사이의 다공성 섹션을 가질 수 있다. 예를 들어, 임플란트는 비다공성 단부들을 갖는 다공성 원통의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 임플란트는 다공성 표면들과 비다공성 중심 섹션을 가질 수 있다. 일례로, 중심 섹션은 증가된 강도 또는 강성을 임플란트에 제공할 수 있다. 예시적인 일 공정에서, 비다공성 톱시트를 다른, 다공성 시트에 라미네이션하는 것은, 하나의 압반이 약 230℃로 설정된 카버 프레스에서 수행되는데, 처리는 약 1분간 지속된다. 압력은 약 2900N/6400 ㎟ 내지 약 2900N/280000 ㎟의 범위로 설정될 수 있다. 비다공성 필름은 라미네이션 전에 미리 응력 제거될(pre-stress relieved) 수 있다.

배치는, 열, 용매, 또는 둘 모두의 적용에 의해, 열가소성 시트를 구성 요소들에 접합하는 것을 포함할 수 있다. 비다공성 열가소성 시트는, 가열 후에, 그리고 압력을 가하기 전에, 금형 내에 배치될 수 있다.

비다공성 열가소성 시트는 하나 이상의 초고분자량 폴리에틸렌으로 형성될 수 있지만, 다른 폴리에틸렌 (예를 들어, HDPE, LDPE), PEEK, PEKK, PAEK, PLA, PGA, PLGA 공중합체들, 폴리프로필렌, 폴리카프로락톤, 폴리페닐렌, 폴리페닐설폰, PET, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카르보네이트, 또는 다른 생체적합성 중합체 등으로 형성될 수 있다. 비다공성 열가소성 시트는 약 0.05 mm 내지 약 5 mm 범위로 두께를 한정할 수 있다.

일 실시 형태에서, 본 방법은, 복수의 중합체 구성 요소들을, 중합체 구성 요소들을 용해 또는 팽윤시킬 수 있는 적어도 하나의 용매와 접촉시켜 구성 요소들을 연화시키는 단계; 적어도 하나의 용매를 제거하는 단계; 및 복수의 중합체 구성 요소들에 압력을 가하여, 접합된 중합체 구성 요소들의 다공성 본체를 갖는 임플란트를 형성하는 단계를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 사용자는, 구성요소들이 연화된 후에, 복수의 중합체 구성 요소들로부터 적어도 하나의 용매의 적어도 일부분을 제거할 수 있다. 폴리에틸렌의 경우, 선형 지방족 용매, 예를 들어, 데칸 또는 도데칸, 또는 방향족 용매, 예를 들어, 데칼린(decalin), 자일렌, 또는 톨루엔이 이러한 용도에 적합하다. 승온에서 용매를 사용하는 것이 특히 적합한 것으로 고려된다.

본 방법은, 압력을 가하는 단계 전에, 비다공성 열가소성 시트를 복수의 중합체 구성 요소들과 접촉하도록 배치하여, 비다공성 표면을 갖는 임플란트를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 사용자는, 금형 충전 및 열처리 전에, 가공 조제(processing aid), 예를 들어, 미립자 세라믹 재료를 구성 요소들 내에 포함시킬 수 있다. 가공 조제는 중합체 구성 요소들이 그의 용융점 초과로 가열될 때 자유롭게 유동하는 것을 막도록 작용할 수 있다. 가공 조제는, 가공된 재료를 물, 산, 또는 기타 적합한 용매로 세척하여 최종 생성물로부터 가공 조제를 제거함으로써, 제거될 수 있다.

본 발명은 또한 임플란트를 대상 내로 도입하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 임플란트 도입을 위한 대상 또는 환자, 예를 들어, 포유류 내의 위치를 선택하는 단계; 및 선택된 위치에 본 발명에 따른 임플란트를 설치하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 임플란트는 절단되거나 또는 달리 형상화되어 크기 설정된 다음, 두개 결손과 같은 골결손 내에 꼭 맞도록 굽혀지거나 또는 조정될 수 있다. 임플란트는 결손 내에 위치된 다음, 본 명세서의 다른 곳에 기재된 바와 같은, 봉합, 금속 와이어, 또는 판 및 나사를 사용하여 제자리에 고정될 수 있다.

예시적인 두개 임플란트가 도 6에 나타나있다. 이 도면은, 대략 0.2 mm 두께의 비다공성 UHMWPE 시트로 일측에 라미네이팅된 다음, 가열되고, 인간 두개골 절편의 형상으로 형성된 다공성 시트를 나타낸다. 그러한 임플란트는 병변 또는 외상으로 인해 외과적으로 제거된 인간 두개골의 절편을 대체하는 데 사용될 수 있다. 임플란트는 가위 또는 전단기를 사용하여 수술 절차 동안 외과 의사에 의해 다듬어져 크기 설정될 수 있으며, 임플란트의 만곡은 실온에서 손으로 또는 수동 기구, 예를 들어, 벤딩 지그, 금형, 또는 기타 장치를 사용하여 구부림으로써 변경될 수 있다.

도 7은 전술한 두개 임플란트와 함께 임플란트를 형상화되도록 형성하는 데 사용될 수 있는 금형을 나타낸다. 나타나있는 금형은, 원하는 두개 절편의 형상으로 고온 중합체로부터 제조되고 알루미늄 포일로 덮인 신속 프로토타입(rapid prototype)이다. 다공성 UHMWPE 시트를 그의 연화점으로 가열하고, 금형 위에 배치하고, 하부 (비다공성) 표면이 금형의 상부에 정합하도록 수동으로 아래로 누른다. 이러한 공정은, 샘플을 원하는 형상으로 배치하도록 금형의 2개의 면이 샘플 재료에 접촉될 수 있는 2면 금형(two-sided mold)을 사용하여 자동화될 수 있다.

이러한 방법의 예로서, 사용자는 대상 내의 손상 부위를 확인할 수 있다. 이어서, 사용자는 임플란트 도입을 위해, 예를 들어, 손상 부위를 노출시키는 것, 부위로부터 여분의 재료를 제거하는 것 등에 의해 손상 부위를 준비할 수 있다. 이어서, 사용자는 원하는 위치에 임플란트를 설치할 수 있다. 사용자는 수술 동안 임플란트를 조정하여 (예를 들어, 구부리거나 형상화시켜) 임플란트를 원하는 형태에 정합시킬 수 있다.

본 발명은 또한 목표 해부학적 위치에 임플란트를 적용하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 목표 해부학적 위치의 형상에 실질적으로 들어맞는 제1 형상을 생성하는 단계; 임플란트 본체가 제1 형상에 정합하도록, 복수의 접합된 열가소성 구성 요소들을 포함하는 임플란트 본체를 조정하는 단계; 및 임플란트 본체를 목표 해부학적 위치에 설치하는 단계를 포함한다. 임플란트 본체는 본 발명에 따른 임의의 임플란트 본체일 수 있다.

사용자가 설치 전에 특정 형상을 생성한 다음 임플란트를 그 형상에 정합시키는 것이 항상 필수적인 것은 아니다. 사용자는 대안적으로, 임플란트 본체가 목표 해부학적 위치의 형상에 실질적으로 정합하도록 본 발명에 따른 본체를 조정할 수 있다. 이어서, 사용자는 임플란트 본체를 목표 해부학적 위치에 설치할 수 있다.

제1 형상은, 사용자가 이식 작업을 시작하기 전에, 생성될 수 있다. 이는 외과 의사에 의해 행해질 수 있으며, 이때 외과 의사는 대체되는 손상된 두개안면골의 예측된 형상에 정합하도록 임플란트 본체를 형상화시킨다. 외과 의사는 대체되는 뼈의 스캔 또는 다른 이미지의 도움으로 그렇게 할 수 있으며, 임플란트는 유리하게는 손으로 조정할 수 있지만, 임플란트를 형상화시키는 데 도움이 되는 금형, 벤딩 지그 또는 기타 도구를 사용할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 개시된 섬유질 재료는 추가적인 요소, 예를 들어, 강화 재료를 포함할 수 있다.

강화 재료는 필라멘트, 메시, 또는 심지어 입자 형태의 금속, 세라믹, 또는 둘 모두일 수 있다. 이러한 강화 재료는 임플란트의 기계적 특성을 향상시키는 데, 또는 골성장과 같은 생물학적 특성을 향상키는 데 사용될 수 있다. 강화 재료 (예를 들어, 필라멘트)는 단면 치수가 약 0.01 mm 내지 약 1 mm의 범위일 수 있다. 강화 재료는 길이가 약 0.1 mm 내지 약 200 mm의 범위일 수 있거나, 또는 심지어 종횡비 (예를 들어, 필라멘트의 경우)가 약 5 내지 약 1000의 범위일 수 있다.

강화 재료는 임플란트의 약 1 부피% 내지 대략 50 부피%, 바람직하게는 임플란트의 약 5 부피% 내지 30 부피%의 범위에 해당할 수 있다. 강화재는 다공성 임플란트의 대부분에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있거나, 또는 임플란트의 특정 평면 또는 다른 영역에 국한될 수 있다.

예시적인 강화 재료에는, 예를 들어, 316L 스테인리스 강, 티타늄, 티타늄 합금, 탄탈룸, 백금, 유리 제형들, 예를 들어, 생활성 유리(bioactive glass) 45S5 및 생활성 유리 13-93, 기타 실리카계 유리, 또는 심지어 붕소계 생체유리(bioglass)가 포함된다. 클래스 A (골생성성(osteoproductive)) 및 클래스 B (골전도성(osteoconductive)) 생체유리가 적합하다.

강화 재료는 또한 세라믹 또는 유리의 과립일 수 있다. 그러한 과립은 본 명세서에 기재된 다공성 재료 내로의 조직 내부성장을 향상시키거나 제어할 수 있다. 과립은 적합하게는 단면 치수가 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 범위이다. 과립은 임플란트의 1 부피% 내지 대략 50 부피%, 바람직하게는 임플란트의 약 5 부피% 내지 약 30 부피%의 비율로 존재할 수 있다. 과립은 다공성 임플란트의 대부분에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있지만, 또한 임플란트의 한 평면, 표면, 또는 영역에 농축될 수 있다. 과립으로서 포함시키기에 적합한 재료에는 인산칼슘 세라믹, 황산칼슘 세라믹, 유리 제형들, 예를 들어, 45S5, 13-93, 실리카계 유리, 및 붕소계 생체유리가 포함된다.

강화 재료는 성형 또는 가열 동안 개시된 재료 내에 혼입될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 일정량의 UHMWPE 필라멘트들을 금형 내로 도입하고, 강화 재료 (예를 들어, 티타늄 필라멘트들)를 첨가하고, 이어서 추가적인 UHMWPE 필라멘트들을 강화재 위에 첨가한 후에, 금형을 가열하여, 강화재로서 티타늄 필라멘트들을 포함하는 섬유질 재료를 형성할 수 있다. 강화 재료는 강화 재료의 적어도 일부가 임플란트 외부의 환경에 노출되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 다수의 강화 티타늄 섬유들 (또는 유리 과립들)을 금형 내에 배치한 후에, 섬유들 위에 UHMWPE 필라멘트들을 도입하고, 이어서 필라멘트들 및 섬유들을 처리하여 필라멘트들을 서로 접합할 수 있다.

예시적인 실시 형태

하기 실시 형태는 단지 예시적이며 본 발명의 범주를 제한하지는 않는다.

제1 예시적인 실시 형태에서, 사용자는 UHMWPE (둥근 바아(round bar)), HDPE (둥근 바아), 라델(Radel™) (폴리페닐설폰), 및 PMMA로부터의 섬유를 선반으로 깎았다. 섬유는 직경이 약 0.1 내지 약 0.7 mm의 범위였다.

UHMWPE 섬유는 직경이 약 0.25 mm이었고, 이어서 손으로 약 15 내지 20 mm의 길이로 절단하였다. 약 18 g의 섬유를, 공동 크기가 8 cm × 8 cm인 금형 내에 패킹하였고; 섬유를 14 mm 프레임 높이 중 약 6 mm의 깊이로 패킹하였다. 섬유는 단면이 약 0.25 mm × 0.5 mm이다.

이어서, 섬유를 진공 오븐 내에서 약 200℃에서 약 3시간 동안 가열하였다. UHMWPE 필름을 벗겨내고 2분 동안 카버 프레스 유닛에서 230℃에서 어닐링하고, 이어서, 팬 플레이트(fan plate)들 사이에서 냉각하였다. 이어서, 카버 프레스에서 230℃에서 2분 동안 필름을 제1 용융된 섬유 샘플로 용융시켰다.

직경이 약 0.25 내지 약 0.5 mm이고 길이가 약 15 내지 20 mm인 HDPE 섬유를, C-클램프가 구비된 5 cm × 5 cm 알루미늄 금형 내에서 30 내지 45분 동안 진공 오븐에서 처리하였고, 가공성을 위해 b-인산삼칼슘 (bTCP)을 첨가하였다. 이러한 섬유를 200℃에서 25 내지 30분 동안 처리하여 다양한 기공 크기를 갖는 잘-융합된 샘플들을 수득하였다.

제2 예시적인 실시 형태에서는, CNC (컴퓨터 수치 제어) 밀에서 UHMWPE 섬유를 생성하였다. 섬유는 길이가 약 3 mm 내지 10 mm이었고 단면이 약 0.5 × 0.5 내지 0.5 × 0.05 mm이었다. 적어도 일부의 섬유의 단면은 섬유의 길이를 따라 달라졌다. 약 63 g의 이러한 섬유를 20 × 14 × 0.4 cm 금형 내에 패킹하였다. 금형을 225℃ 카버 프레스에서 약 10분 동안 가열하였다. 이어서, 금형을 공기 냉각하였다. 벗겨낸 UHMWPE 필름을 220℃ 진공 오븐에서 어닐링하고, 이어서, 어닐링된 필름 및 다공성 구조체를 약 1분 동안 카버 프레스 (하나의 압반은 230℃임)에서 라미네이팅하고, 이어서, 공기 냉각하였다.

UHMWPE 섬유 및 UHMWPE 필름을 또한 시험하였다. 이들 실험에서는, 필름을 카버 프레스 장치에서 230℃에서 섬유-함유 샘플로 어닐링하였다. 한 가지 접근법에서는, 카트리지 가열기를 사용하여, 윤곽형성된 금형 하부를 230℃로 가열하였다. UHMWPE 섬유 샘플을 UHMWPE 필름 위에 배치한 다음, 이것을 PTFE 필름 위에 배치하였다. 이어서, 조립체를 윤곽형성된 금형 내부에 배치하였으며, 금형 압반들을 120℃ 및 230℃로 가열하였다.

사용자는 또한 가열된 오븐에서 섬유를 가열하여 시트를 형성함으로써 고도의 다공성을 갖는 접합된 구조체를 형성할 수 있다. 생성되는 시트를 카버 프레스 내에 배치하고, 이어서 추가적인 가열 하에서 프레싱하여 시트를 추가로 압축할 수 있다. 이러한 압축은 결국 시트의 다공성을 감소시키며 시트의 밀도를 증가시킨다.

하기 결과는 단지 예시적이며 어떤 식으로든 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

본 발명에 따라 제조된 섬유질 다공성 UHMWPE 스트립의 굴곡 및 인장 특성을 조사하였다. 3 mm 두께 섬유질 다공성 폴리에틸렌 (F-PPE), 4 mm 두께 F-PPE, 및 3 mm 두께 신포르(SynPOR™) (용융 접합된 입자들로부터 제조된 다공성 폴리에틸렌)의 샘플들을 인장 특성, 굴곡 특성, 및 수은 압입 다공도 측정법(mercury intrusion porosimetry)에 의한 다공도에 대해 시험하였다. 시험 절차는 치수가 약 10 × 50 × 3 mm인 UHMWPE 스트립 (융합된 UHMWPE 필라멘트로부터 형성됨)을 시험하는 것을 수반한다. 시험 샘플들을 상기한 바와 같이 CNC 밀에서 생성하였다. 이러한 시험 샘플들은 상기 제2 예시적인 실시 형태와 관련하여 기재된 절차에 따라 제조하였지만, 80mm × 80mm × 3mm 금형에서 성형하였다. 금형을 진공 오븐 내에서 225℃에서 가열하였다. 인스트론 유니버설 시험기(Instron Universal Testing Machine)를 사용하여 기계적 시험을 수행하였다. 굴곡 굽힘 시험 계산은 ASTM D6272에 기초하였으며 축 인장 시험 계산은 ASTM D638M에 기초하였다. 다공도 측정 시험은 오토포어 IV 머큐리 포로시메트리 시스템(Autopore IV Mercury Porosimetry System)을 사용하여 ISO 15901-1:2005에 따라 행하였다.

시험은, 대략 100 내지 250 μm 크기의, 개방되고 상호연결된 기공들의 네트워크를 함유하도록 제형화된, 불활성, 비흡수성 중합체 (UHWMPE)로부터 제조된 재료인, 구매가능한 신포르™ 재료로부터 기계가공된 대조군 샘플들을 포함하였다. 대조군은 50 × 50 × 3 mm 시트였다. 시험 샘플은 3 mm 및 4mm 두께 섬유질 다공성 UHMWPE 시트였다.

도 2에 나타낸 것과 유사한 필라멘트로부터 시험 샘플을 형성하였는데, 필라멘트는 대형 단부가 대략 0.5 × 0.5 mm이고, 길이를 따른 두께가 대략 0.5 mm이었으며; 기계적 시험을 진행한 모든 샘플은 밀링 공정에 의해 제조된 필라멘트/칩으로 제조한 것이었다. 신포르™ 대조군은, 형상이 본질적으로 입방형이며 크기가 약 0.4 × 0.4 × 0.4 mm인 UHMWPE 입자로 제조된 것이었다. 신포르™ 대조군 샘플은 어떠한 금속 티타늄 메시도 함유하지 않았으며; 모든 샘플 (대조군 및 시험 샘플)이 오직 폴리에틸렌으로만 제조된 것이었다.

굴곡 시험을 위해, 각각의 시편의 폭 및 두께를 측정하였고, 이들 값을 다음과 같이 굴곡 강도 및 탄성률 계산을 위해 사용하였다.

굴곡 강도 (MPa) = (3 × P × L)/(4 × w × t²)

여기서, P = 하중 (N)

L = 지지 스팬(support span) (mm)

w = 폭 (mm)

t = 두께 (mm)

굴곡 탄성률 (MPa) = (0.17 × L³ × m)/(w × t³)

여기서, L = 지지 스팬 (mm)

m = 기울기 (N/mm)

w = 폭 (mm)

t = 두께 (mm)

시험의 크로스헤드 속도는 약 5 mm/min이었고, 4점 굽힘 고정구에서 샘플을 시험하였다. 시험 장치의 지지체는 직경이 약 5 mm이고, 지지 스팬이 약 30 mm이고, 하중 스팬(load span)이 약 15 mm이다. 굴곡 시험을 6개의 시편에 대해 반복하였다.

인장 시험을 또한 수행하였다; 각각의 시편의 폭 및 두께를 측정하였고, 이어서 이들 값을 인장 강도 및 탄성률 계산에 사용하였다. 하기와 같이 계산을 수행하였다:

인장 강도 (MPa) = 최대 P / (w × t)

여기서, P = 하중 (N)

w = 폭 (mm)

t = 두께 (mm)

인장 탄성률 (MPa) = (응력 차이)/(변형률 차이)

크로스헤드 속도는 약 5 mm/min이었고, 인장 그립들 사이의 거리는 약 30 mm이었다. 이러한 시험을 6개의 시편에 대해 반복하였다. 이러한 시험의 결과가 도 8, 도 9, 도 10, 및 도 11과 하기 데이터 표에 나타나있다:

이들 데이터의 분석은 3가지 시험 샘플이 가지각색의 다공도를 가졌다는 사실을 반영하였다. 다공도와 무관하게 기계적 강도에 대한 처리 및 구조 파라미터의 영향을 평가하기 위하여, 기계적 데이터를 샘플 내의 고형 구조체의 백분율 (즉, 1 - % 다공도)을 기준으로 정규화하였다. 이는 계산으로부터 샘플 내의 다양한 양의 빈 공간을 효과적으로 제어하고, 나머지 고형 구조체의 기계적 특성의 비교를 가능하게 한다. 3 mm 신포르 제품이 시험된 재료들 중 다공성이 최소이었으며 3 mm F-PPE 샘플이 다공성이 최대이었다.

비정규화 데이터는, 3 mm 신포르가 개시된 재료들보다 굴곡 강도, 굴곡 탄성률, 및 인장 탄성률이 다소 더 높으며, 인장 강도가 3 mm F-PPE에 비해 근소하게 더 높음을 나타낸다. 그러나, 데이터가 다공도에 대해 정규화된 경우에는, 3 mm F-PPE가 3 mm 신포르 제품보다 더 높은 인장 강도, 굴곡 강도, 및 굴곡 탄성률을 나타내었다. 4 mm 두께 샘플 재료를 3 mm 신포르 대조군과 비교하는 경우에 데이터가 유사하였다. 임의의 특정 이론에 구애됨이 없이, 3 mm F-PPE 샘플과 4 mm F-PPE 샘플 사이의 성능 차이는, 구조에서의 근본적인 차이가 아니라 샘플의 기하학적 형태의 영향일 수 있다.

도 8은 상기한 시험 샘플들 및 신포르 대조군들로부터의 굴곡 강도 데이터를 나타낸다. 도면의 하부 패널에 나타난 바와 같이, 3 mm 및 4 mm 두께를 갖는 시험 샘플이 3 mm 두께의 신포르 대조군 샘플보다 더 높은 정규화 굴곡 강도를 나타내었다. 대조군 샘플과 시험 샘플 사이의 비정규화 굴곡 강도의 차이는, 상기에 설명된 바와 같이, 샘플의 다공도에 의해 영향을 받았으며, 데이터를 다공도에 기초하여 재분석하고 조정하였다. 임의의 단일 이론에 구애됨이 없이, 본래의 데이터의 강도 및 탄성률의 차이는 샘플의 미시적 구조보다는 다공도에 더욱 기인할 수 있다.

도 9는 신포르 대조군 샘플들 및 3 mm 및 4 mm 두께 시험 샘플들에 대한 굴곡 탄성률 데이터를 나타낸다. 도면에 나타난 바와 같이, 3 mm 및 4 mm의 두께를 갖는 시험 샘플이 3 mm 두께의 신포르 대조군 샘플보다 더 높은 정규화 굴곡 탄성률을 나타내었다. 대조군 샘플과 시험 샘플 사이의 비정규화 굴곡 탄성률의 차이는, 상기에 설명된 바와 같이, 샘플의 다공도에 의해 영향을 받을 수 있으며, 데이터를 다공도에 기초하여 재분석하고 조정하였다.

도 10은 상기한 시험 샘플들 및 신포르 대조군들로부터의 인장 강도 데이터를 나타낸다. 도면의 하부 패널에 나타난 바와 같이, 3 mm 및 4 mm 두께를 갖는 시험 샘플이 3 mm 두께의 신포르 대조군 샘플보다 더 높은 정규화 인장 강도를 나타내었다. 대조군 샘플과 시험 샘플 사이의 비정규화 굴곡 강도의 차이는, 상기에 설명된 바와 같이, 샘플의 다공도에 의해 영향을 받을 수 있다.

도 11은 상기한 시험 샘플들 및 신포르 대조군들로부터의 인장 탄성률 데이터를 나타낸다. 도면의 하부 패널에 나타난 바와 같이, 3 mm 및 4 mm 두께를 갖는 시험 샘플이 3 mm 두께의 신포르 대조군 샘플보다 더 높은 정규화 인장 강도를 나타내었다.

Claims

생체적합성 임플란트(biocompatible implant)로서,
무작위로 배열되고 서로 얽혀 있는(entangled) 복수의 열가소성 구성 요소들을 포함하는 다공성 본체를 포함하며,
상기 열가소성 구성 요소들의 적어도 일부는 2 mm 내지 50 mm의 범위의 길이를 갖고,
상기 열가소성 구성 요소들의 적어도 일부는 2 내지 1000의 범위의 종횡비를 갖고,
상기 열가소성 구성 요소들의 적어도 일부는 다수의 부위에서 다른 열가소성 구성 요소들에 접합되고,
상기 다공성 본체는 실온에서 제1 형상으로부터 제2 형상으로 조정(manipulation)될 수 있으며 체내 온도에서 상기 제2 형상을 유지할 수 있는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 생체적합성 임플란트는 비다공성 표면을 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 다공성 본체에 접합된 하나 이상의 비다공성 재료들을 추가로 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제3항에 있어서, 상기 비다공성 재료는 열가소성 시트를 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제4항에 있어서, 상기 열가소성 시트는 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 다공성 본체는 상호연결된 다공성을 갖는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 다공성 본체는 다공도가 10 부피% 내지 70 부피%의 범위인, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 다공성 본체의 기공들은 100 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터 범위의 특징적인 단면 치수를 갖는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 임플란트는 1 mm 내지 10 mm의 범위의 두께를 갖는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 열가소성 구성 요소들의 적어도 일부는 0.1 mm 내지 1 mm의 범위의 평균 단면 치수를 갖는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 무작위로 배열되고 서로 얽혀 있는 복수의 열가소성 구성 요소들은 열가소성 구성 요소들의 다분산 혼합물을 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제11항에 있어서, 상기 다공성 본체의 둘 이상의 상기 열가소성 구성 요소들은 단면 치수, 조성, 또는 이들 둘 모두가 서로 상이한, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 열가소성 구성 요소들의 상기 평균 종횡비는 2 내지 100의 범위인, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 접합된 열가소성 구성 요소들은 서로 용융 접합되는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 접합된 열가소성 구성 요소들은 서로 용매 접합되는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 열가소성 구성 요소들은 단일중합체, 공중합체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 하나 이상의 열가소성 구성 요소들은 폴리알켄, 폴리알켄 공중합체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제17항에 있어서, 하나 이상의 열가소성 구성 요소들은 폴리에틸렌, 폴리에틸렌의 공중합체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제18항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 다공성 본체에는 금속이 존재하지 않는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 임플란트는 상기 다공성 본체로 이루어지는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 열가소성 구성 요소는 상기 구성 요소의 길이를 따라 변화하는 단면 치수를 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 열가소성 구성 요소는 섬유, 필라멘트, 또는 이들의 임의의 조합인, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 복수의 열가소성 구성 요소들에는 구형 구성 요소들이 존재하지 않는, 생체적합성 임플란트.
삭제
제1항에 있어서, 상기 임플란트 내에 배치된 강화 재료를 추가로 포함하는, 생체적합성 임플란트.
제26항에 있어서, 상기 강화 재료의 적어도 일부분은 상기 임플란트 외부의 환경에 노출되는, 생체적합성 임플란트.
제26항에 있어서, 상기 강화 재료는 필라멘트, 과립, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 생체적합성 임플란트.
생체적합성 임플란트를 형성하는 방법으로서,
상기 방법은, 금형 내에 배치된, 무작위로 배열되고 서로 얽혀 있는 열가소성 중합체 구성 요소들을 가열하여, 상기 열가소성 중합체 구성 요소들의 적어도 일부를 서로 접합하는 단계; 및
상기 열가소성 중합체 구성 요소들에 압력을 가하여, 접합된 열가소성 중합체 구성 요소들의 다공성 본체를 포함하는 생체적합성 임플란트를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 열가소성 중합체 구성 요소들의 적어도 일부는 2 mm 내지 50 mm의 범위의 길이를 갖고, 상기 열가소성 중합체 구성 요소들의 적어도 일부는 2 내지 1000의 범위의 종횡비를 갖는, 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법.
제29항에 있어서, 비다공성 열가소성 시트를 상기 열가소성 중합체 구성 요소들 위에 배치하여, 비다공성 표면을 갖는 생체적합성 임플란트를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 비다공성 열가소성 시트는, 가열 후에 그리고 압력을 가하기 전에, 상기 금형 내에 배치되는, 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법.
삭제
삭제
생체적합성 임플란트를 형성하는 방법으로서,
상기 방법은, 무작위로 배열되고 서로 얽혀 있는 복수의 열가소성 중합체 구성 요소들을, 상기 열가소성 중합체 구성 요소들을 용해 또는 팽윤시킬 수 있는 적어도 하나의 용매와 접촉시켜 상기 구성 요소들을 연화시키는 단계;
상기 적어도 하나의 용매를 제거하는 단계;
상기 복수의 열가소성 중합체 구성 요소들에 압력을 가하여, 접합된 열가소성 중합체 구성 요소들의 다공성 본체를 포함하는 생체적합성 임플란트를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 열가소성 중합체 구성 요소들의 적어도 일부는 2 mm 내지 50 mm의 범위의 길이를 갖고, 상기 열가소성 중합체 구성 요소들의 적어도 일부는 2 내지 1000의 범위의 종횡비를 갖는, 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법.
제34항에 있어서, 압력을 가하는 단계 전에, 비다공성 열가소성 시트를 상기 복수의 열가소성 중합체 구성 요소들과 접촉하도록 배치하여 비다공성 표면을 갖는 생체적합성 임플란트를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법.
제34항에 있어서, 상기 구성 요소들이 연화된 후에, 상기 복수의 열가소성 중합체 구성 요소들로부터 상기 적어도 하나의 용매의 적어도 일부분을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법.
제29항 또는 제34항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 구성 요소들 사이에 강화 재료를 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법.
제37항에 있어서, 상기 강화 재료는 상기 강화 재료의 적어도 일부분이 상기 생체적합성 임플란트의 외부에 노출되도록 배치되는, 생체적합성 임플란트를 형성하는 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 다공성 본체는 수은 1 g당 0.1 내지 0.9 mL의 압입 부피(intrusion volume)를 갖는, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 다공성 본체는, 상기 다공성 본체의 고형 구조체의 백분율을 기준으로 정규화된 인장 강도가 5 MPa 내지 15 MPa의 범위인, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 다공성 본체는, 상기 다공성 본체의 고형 구조체의 백분율을 기준으로 정규화된 인장 탄성률이 300 MPa 내지 600 MPa의 범위인, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 다공성 본체는, 고형 구조체의 백분율을 기준으로 굴곡 강도가 5 MPa 내지 25 MPa의 범위인, 생체적합성 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 다공성 본체는, 고형 구조체의 백분율을 기준으로 정규화된 굴곡 탄성률이 250 MPa 내지 600 MPa의 범위인, 생체적합성 임플란트.