KR20130099141A

KR20130099141A - 항균 코팅된 슬라이드 표면을 구비한 보철물 부품

Info

Publication number: KR20130099141A
Application number: KR1020137011654A
Authority: KR
Inventors: 로저 썰
Original assignee: 데루 게엠베하
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-09-05
Also published as: AR084487A1; RU2013120306A; AU2011311674A1; WO2012045672A1; TWI516292B; TW201217006A; PL2624872T3; CA2812899A1; CN103298499A; BR112013008128A2; MX2013003742A; CA2812899C; KR20150103315A; US20120083898A1; TR201906849T4; CN103298499B; EP2624872A1; ES2726773T3; AU2011311674B2; JP2014501540A

Abstract

본 발명은 관절 내 보철물의 보철물 부품 (11, 23)에 관한 것이다. 보철물 부품 (11, 23)은 다른 보철물 부품 (11, 23)의 카운터 슬라이드 표면 (26)과 함께 슬라이드 관절을 형성하도록 설계된 슬라이드 표면 (19, 24)을 포함한다. 본 발명에 의하면 슬라이드 표면 (19,24)은 보철물 부품 (10, 22)의 바디에 적용되는 슬라이드 표면 코팅 (20)에 의해 형성되고, 슬라이드 표면 코팅 (20)은 항균 작용을 가진다. 본 발명에 의한 슬라이드 표면 코팅 (20)은 슬라이드 관절의 영역에서 항균작용을 가진다.

Description

항균 코팅된 슬라이드 표면을 구비한 보철물 부품{PROSTHESIS COMPONENT WITH ANTIMICROBIALLY COATED SLIDE SURFACE}

본 발명은 관절 내 인공보철물 (joint endoprosthesis)의 보철물 부품에 관한 것이다. 보철물 부품은 카운터 슬라이드 표면과 슬라이드 관절을 형성하도록 설계된 슬라이드 표면을 포함한다. 카운터 슬라이드 표면은 다른 보철물 부품의 표면, 또는 관절 및/또는 연조직의 골 카운터-지지체일 수 있다.

보철물이 인체 내에 이식될 때, 신체가 합병증 없이 보철물을 받아들이지 않기 때문에 보통 어려움이 생긴다. 박테리아에 의한 표면의 군체 형성 (colonization) 후에, 또는 이식 상태에서 형성되는 소위 바이오필름이 합병증의 흔한 원인이 된다. 인체 조직과 직접 접하고 있는 이식 상태의 보철물의 표면 영역뿐 아니라, 다른 보철물 부품과 상호 작용하도록 의도된 표면 영역과 관련된 위험 역시 존재한다는 것이 밝혀졌다. 이들 표면 영역은 특히 관절의 기능성을 복제하기 위해 다른 보철물 부품과 상호작용하는 보철물 부품의 슬라이드 표면을 포함한다. 이들 영역의 표면 바이오필름은 인체 방어 매커니즘의 통제를 크게 뛰어넘는다. 바이오필름이 슬라이드 표면 영역으로부터 주변으로 미생물을 지속적으로 방출할 위험이 존재한다. 슬라이드 표면 영역으로부터 미생물이 주변으로 확산되는 경향은 슬라이드 표면이 지속적으로 이동된다는 점에 의해 더욱 강화된다.

보철물의 슬라이드 표면은 표면의 다른 영역에 비해 전혀 다른 수준의 하중을 받게 된다. 관절에서는 상대적인 이동이 발생하는 반면, 작용 시에 가속력에 더하여 인체의 거의 모든 체중이 보철물의 슬라이드 표면에 가해진다. 이와 같은 조건 하에서, 미생물의 확산을 방지하기는 어렵다.

이와 같은 종래 기술로부터 출발하여, 본 발명은 신체 내에 수용될 때 합병증을 일으킬 위험이 적은 보철물 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적은 청구항 1의 구성에 의해 달성된다. 본 발명에 의하면, 보철물 부품은 항균 활성을 보유하는 슬라이드 표면 코팅을 구비한다. 유리한 실시 형태가 종속 청구항에서 제시된다.

우선 몇 가지 용어들에 대해 설명한다. 항균 활성을 가지는 코팅은 미생물의 생존가능성 또는 재생 능력을 감소시키는 능력을 통해 그 자체로 구별된다. 이것은 보통 코팅으로부터 방출되는 항균 활성을 구비한 재료에 의해 달성된다.

보철물의 슬라이드 관절은 제1 보철물 부품의 슬라이드 표면과, 관련된 제2 보철물 부품의 카운터 슬라이드 표면에 의해 형성된다. 연속 이동 중, 슬라이드 표면과 카운터 슬라이드 표면 간의 접촉은 슬라이드 표면의 표면 영역의 변화를 수반한다. 슬라이드 표면이라는 용어는 보철물에서 관절의 이동 시 카운터 슬라이드 표면과 접촉할 수 있는 모든 표면 영역을 포함한다.

바디 (body)에 코팅을 적용할 때, 부가 재료가 바디에 부가된다. 새롭게 부가된 재료로 전적으로 이루어진 층은 바디의 표면 상에 위치한다. 본 발명에 의한 코팅이 슬라이드 표면 외의 보철물 부품의 표면 영역에 적용되는 것이 배제되는 것은 아니다. 그렇지만 슬라이드 표면만이 코팅된 결과 다른 표면 영역은 코팅을 포함하지 않는 경우가 많다.

본 발명에 의한 코팅으로 인해, 항균 작용이 슬라이드 표면의 영역 및 그에 따라 신체의 방어에 접근할 수 없는 영역 안으로 도입된다. 슬라이드 표면의 영역에서 항균 작용이 없을 경우, 미생물은 여기에 부착하여 재생을 반복하게 된다. 본 발명에 따른 항균 코팅은 항균 작용을 하고, 따라서 합병증의 위험을 방지한다.

보철물 표면의 항균 코팅은 예를 들면 EP 2 036 517 등에 의해 공지되어 있다. 그렇지만 이들은 적은 기계적 하중을 받는 보철물의 표면 영역과 같은 표면에만 사용하도록 의도된 것이다.

신체 내에서 사용하기에 특히 적합한 항균제는 은이다. 코팅으로부터 방출된 은 입자들은 코팅 표면에 부착하는 미생물에 뛰어난 효율을 가진다. 은 입자들이 미생물과 접촉하지 않고 코팅으로부터 확산될 경우, 은 입자들은 생체 전해질 내에서 결합하여 염화은 (AgCl)을 형성하고, 이 형태로 신체로부터 배출될 수 있다. 상기 은은 다른 신체 세포에 대해 악영향을 미치지 않는다. 그러므로 슬라이드 표면 코팅은 바람직하게는 은을 포함한다. 은은 바람직하게는 개별 은 이온의 형태로 슬라이드 표면 코팅으로부터 방출된다.

관절 보철물의 슬라이드 표면은 높은 수준의 기계적 하중을 받는다. 슬라이드 표면 코팅이 경질 피복으로 형성되기 때문에 관절 표면의 높은 하중 지지력이 달성가능하다. 바람직하게는 슬라이드 표면 코팅은 내화 금속계 질화물, 옥시나이트라이드, 또는 산화물을 포함한다. 유리하게는, 슬라이드 표면 코팅은 또한 코팅으로부터 방출될 수 있는 은을 더 함유한다. 내화 금속은 고융점을 가지는 4, 5 및 6족 금속이다. 이들은 4족의 티타늄, 지르코늄 및 하프늄, 5족의 바나듐, 니오븀 및 탄탈륨, 6족의 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐을 포함한다. 티타늄, 지르코늄, 니오븀 및 탄탈륨이 특히 내 보철물 부품의 코팅에 적합하다. 내화 금속의 이온이 활성 기체로서 산소 및/또는 질소와 결합할 때 형성되는 이들 화합물들은 내화 금속계 질화물, 옥시나이트라이드 또는 산화물로 칭해진다. 이들 화합물은 높은 경도를 갖는 것으로 구별된다. 슬라이드 표면 코팅이 부가적으로 은을 더 포함할 때, 질화물, 옥시나이트라이드, 또는 산화물의 형성에 관여하는 것은 내화금속의 이온 및 반응성 기체 뿐 아니라, 부가적으로 은이온 역시 관여한다. 은이온은 얻어지는 코팅에 포함된다.

경질 코팅이 은을 함유함으로써, 항균 활성은 은 함량이 증가함에 따라 증가하게 된다. 코팅이 높은 항균 활성에 우선적으로 집중하도록 설계된 경우, 경질 코팅에서 은에 대해 약 25중량%의 비율이 선택될 수 있다. 그렇지만 기계적 하중 지지력은 은을 함유하지 않은 경질 코팅에 비교해서 분명하게 감소된다. 따라서 본 발명의 목적을 위해서는, 경질 코팅에 대해 더 낮은 은의 중량 비율이 선택된다. 바람직한 중량 비율은 2 내지 15% 범위이며, 더욱 바람직한 것은 3 내지 10% 범위이다. 그와 같은 낮은 은 함량으로도 기계적 부하 지지력과 항균 작용 간의 뛰어난 절충이 얻어질 수 있다.

슬라이드 표면 코팅은 은이 더 큰 입자 형태가 아닌 일차적으로 개별 은 이온 형태로 방출되도록 구성되어야 한다. 개별 은 이온은 슬라이드 표면에 대해 연마 효과를 갖지 않고 슬라이드 표면들 간에서 작용할 수 있다.

보철물 부품의 바디는 금속 또는 금속 합금으로 이루어질 수 있다. 티타늄 또는 티타늄 합금이 특히 바람직한 재료이다.

본 발명에 의한 슬라이드 표면 코팅은 예를 들면 PVD (물리 증착) 공정에 의해 보철물 부품의 바디에 적용될 수 있다. 이를 위해 타겟은 이후에 코팅을 형성하는 재료를 용출하도록 제공된다. 내열 금속과 은을 모두 포함하는 단일 타겟이 구비될 수 있다. 그렇지만 내열 금속을 포함하는 제1 타겟과, 은을 포함하는 제2 타켓을 구비하는 다수의 타겟을 구비하는 것도 가능하다.

이온을 용출하기 위해, 예를 들면 타겟과 전극 간에 전기 아크를 발생시켜 이온이 용출될 수 있을 정도의 전력을 국부적으로 타겟에 전달할 수 있다. 국부적으로 충분한 전력을 타겟에 공급할 수 있는 다른 방법은 타겟에 직접 레이저빔을 쏘는 것이다. 또는 매우 비싸지만, 전력 공급을 위해 전자 빔을 사용하는 것도 가능하다.

자유 이온은 보철물 부품의 바디 상을 향한다. 이를 위해 이온이 바디를 향해 가속화되는 방식으로 전압이 타겟과 바디 사이에 인가된다. 타겟과 바디의 반응 용기는 예를 들면 산소 또는 질소, 또는 산소와 질소의 혼합물과 같은 반응성 기체를 함유한다. 은 및/또는 구리 이온 뿐 아니라 내열 금속의 이온들은 반응성 기체와 반응한다. 바디의 표면 상에서 일어나는 반응의 결과로 본 발명에 의한 슬라이드 표면 코팅이 형성된다. 반응은 진공 하에서, 바람직하게는 고진공 하에서 일어날 수 있다.

코팅이 슬라이드 표면 외의 다른 보철물 부품의 표면 영역 상에서는 행해지지 않는다면, 이들 표면 영역은 코팅 과정 중에 마스킹될 수 있다. 이들 표면 영역은 예를 들면, 온도 안정 물질로 커버될 수 있다. 플라즈마 코팅 과정 중 우세한 조건에 대해 내성이 있는 어떤 재료라도 온도 안정 물질로서 지정될 수 있다. 온도 안정 물질은 특히 금속일 수 있다.

슬라이드 표면과 카운터 슬라이드 표면 간의 이동 중에 연마를 최소로 억제하기 위해, 슬라이드 표면은 가능한 평탄해야 한다. DIN EN ISO 4288 및 3274에 의해 결정된 슬라이드 표면의 평균 거칠기 (R_a)는 바람직하게는 0.05㎛ 미만이다.

본 발명은 또한 본 발명에 의해 설계된 제1 보철물 부품과 제2 보철물 부품을 구비한 관절 내 보철물에 관한 것이다. 제2 보철물 부품은 제1 보철물 부품의 슬라이드 표면과 함께 슬라이드 관절을 형성하는 카운터 슬라이드 표면을 포함한다.

본 발명은 이하에서 도면을 참조하여 바람직한 실시 형태의 예시에 의해 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 장착된 엉덩이 보철물을 나타낸다.
도 2는 도 1의 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따라 장착된 무릅 보철물을 나타낸다.

도 1에 도시된 엉덩이 보철물은 대퇴부 부품 (10)과 비구 (acetabulum) 부품 (11)을 포함한다. 대퇴부 부품 (10)은 대퇴골 (13)의 골수 공간 안으로 삽입되는 축 (12)을 포함한다. 축(12)은 이어서 관절 헤드 (15)로의 연결을 형성하는 보철물 넥 (14)으로 연결된다. 비구 부품 (11)은 고밀도 폴리에틸렌으로 만들어지는 인서트(18)와 금속 쉘 (178)을 포함한다.

이식될 때, 관절 헤드 (15)는 관절 헤드 (15)가 폴리에틸렌 인서트 (18)과 함께 슬라이드 관절을 형성하도록 폴리에틸렌 인서트 (18) 내에 위치한다. 그에 따라 관절 헤드 (15)의 표면은 슬라이드 표면 (19)으로서 폴리에틸렌 인서트 (18)의 카운터 슬라이드 표면 (26)과 협력한다. 슬라이드 표면의 평균 거칠기 (R_a)는 0.03㎛ 미만이다.

대퇴부 부품 (10)은 티타늄 합금으로 만들어진다. 도 2에 확대되어 도시된 바와 같이, 슬라이드 표면 코팅 (20)은 슬라이드 표면 (19)의 영역에서 관절 헤드 (15)에 적용된다. 슬라이드 표면 코팅 (20)은 PVD 공정에 의해 형성되고, 약 3㎛의 두께를 가진다. 슬라이드 표면 코팅 (20)은 은 원자로 둘러싸인 티타늄 질화물 (21)로 이루어지고, 은 원자는 도시되지 않았다. 슬라이드 표면 코팅 (20)에서, 은 원자는 약 5 중량%의 비율로 포함된다.

은은 큰 입자의 형태가 아닌 개별 원자의 형태로 슬라이드 표면 코팅 (20) 내에 함유된다. 보철물의 사용 중, 개별 은 이온은 슬라이드 표면 코팅 (20)으로부터 용출된다. 은 이온은 슬라이드 관절 영역에서 항균 작용을 한다. 개별 은 이온은 폴리에틸렌 인서트 (18)에 대해 연마 작용을 갖지 않을 정도로 소량이다.

도 3은 본 발명에 의한 슬라이드 표면 코팅을 구비한 무릎 보철물을 나타낸다. 무릎 보철물은 대퇴 부품 (22)과 경골 부품 (23)을 포함한다. 대퇴 부품 (22)의 슬라이드 표면 (24)은 경골 부품 (23)의 폴리에틸렌 인서트 (25)와 협력하여 무릎의 기능을 재생하는 슬라이드 관절을 형성한다.

대퇴 부품 (22)과 경골 부품 (23)은 통상의 크롬 코발트 합금으로 이루어진다. 도 2에 도시된 항균 슬라이드 표면 코팅 (20)은 경골 부품 (22)의 슬라이드 표면 (24)에 적용된다.

도 3의 무릎 보철물에서, 폴리에틸렌 인서트 (25) 상의 슬라이드 표면 (24)의 표면적은 매우 적다. 각각의 표면적은 무릎 보철물의 이동 상태에 따라 달라진다. 슬라이드 표면 코팅 (20)은 전체 슬라이드 표면 (24), 즉 폴리에틸렌 인서트 (25)와 접촉하는 모든 면적으로 확장된다. 슬라이드 표면 코팅 (20)에서 용출되는 은 이온은 거기에 부착된 미생물에 대해 항균 작용을 가진다.

Claims

관절 내 보철물의 보철물 부품으로서, 다른 보철물 부품 (11, 23)의 카운터 슬라이드 표면 (26)과 함께, 또는 관절 및/또는 연조직의 골 카운터 지지체와 함께 슬라이드 관절을 형성하는데 적용되는 슬라이드 표면 (19, 24)을 포함하고, 상기 슬라이드 표면 (19, 24)은 보철물 부품 (10, 22)의 바디에 적용되는 슬라이드 표면 코팅 (20)에 의해 형성되고, 상기 슬라이드 표면 코팅 (20)은 항균 작용을 가지는 것을 특징으로 하는 보철물 부품.
제1항에 있어서, 상기 슬라이드 표면 코팅 (20)은 은을 함유하는 것을 특징으로 하는 보철물 부품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬라이드 표면 코팅 (20)은 내열 금속계 질화물, 옥시나이트라이드 또는 산화물을 포함하는 것인 보철물 부품.
제3항에 있어서, 상기 내열 금속은 티타늄인 것을 특징으로 하는 보철물 부품.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 은 (21)은 슬라이드 표면 코팅 (20)에서 2 중량% 내지 15 중량%의 비율로, 바람직하게는 3 중량% 내지 10중량%의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 보철물 부품.
제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 슬라이드 표면 코팅 (20)은 0.5 내지 5㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 보철물 부품.
제3항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 슬라이드 표면 코팅 (20)은 PVD 공정에 의해 얻어질 수 있는 것을 특징으로 하는 보철물 부품.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 슬라이드 표면 (19, 24)의 평균 거칠기 (R_a)는 0.05㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 것인 보철물 부품.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 의해 설계된 제1 보철물 부품과, 카운터 슬라이드 표면 (26)을 가지는 제2 보철물 부품 (11, 23)을 갖는 관절 내 보철물로서, 상기 제1 보철물 부품의 슬라이드 표면 (19, 24)은 제2 보철물 부품 (11, 23)의 카운터 슬라이드 표면 (26)과 슬라이드 관절을 형성하는 것인 관절 내 보철물.