KR20210050512A

KR20210050512A - 정밀 표면 처리된 생체복합 재료, 생체복합 재료를 포함하는 의료용 임플란트 및 의료용 임플란트의 처리 방법

Info

Publication number: KR20210050512A
Application number: KR1020217003264A
Authority: KR
Inventors: 오란 프레이스-블룸; 탈리 파니나 린드너; 일란 우치텔; 탈 지비
Original assignee: 오씨오 리미티드
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2021-05-07
Also published as: EP3843802A4; CA3106106A1; WO2020044327A1; AU2019331753A1; CN112601560A; BR112021001791A2; US20220001081A1; EP3843802A1; JP2021533899A; IL280837A

Abstract

보강된 생체복합 재료는 고유의 처리된 표면을 갖고, 이 표면은 복수의 층을 포함할 수도 있다. 적어도 일부 실시형태에 따르면, 이러한 보강된 생체흡수성 재료로 이루어진, 새로운 구조, 정렬, 배향 및 형태를 포함하는, 의료용 임플란트뿐만 아니라 의료용 임플란트의 처리 방법이 제공된다.

Description

정밀 표면 처리된 생체복합 재료, 생체복합 재료를 포함하는 의료용 임플란트 및 의료용 임플란트의 처리 방법

본 발명은 정밀 표면 처리된 생체복합 재료, 생체복합 재료를 포함하는 의료용 임플란트 및 의료용 임플란트의 처리 방법, 특히, 의료 적용을 갖는 이러한 재료, 임플란트 및 처리 방법에 관한 것이다.

비-보강된 재흡수성 폴리머의 기계적 강도 및 탄성 계수(대략 3 내지 5㎬)는 대략 15 내지 20㎬의 범위 내 탄성 계수를 가진, 골절된 피질골을 지지하는 데 불충분하다. 예를 들어, 문헌에서, 인간의 경골의 휨 계수는 약 17.5㎬인 것으로 측정되었다(Snyder SM Schneider E, Journal of Orthopedic Research, Vol. 9, 1991, pp. 422-431). 따라서, 재흡수성 폴리머로부터 구성된 기존의 의료용 임플란트의 증상이 제한되고 임플란트의 고정은 보통 움직임 또는 상당한 하중의 방지를 필요로 한다. 이 디바이스는 현재 저 응력 영역의 고정이 예컨대, 소아 환자에서 또는 성인의 내측 복사뼈 골절, 인대결합 고정, 상악안면, 또는 골연골 골절에서 필요할 때(즉, 무하중 지탱 적용)만 고려된다.

생체흡수성 및 생체적합성 폴리머가 생체흡수성, 생체적합성 유리 섬유에 의해 보강되는, 보강된 복합 생체재료(생체복합재)의 새로운 부류가 최근에 도입되었다. 이 재료는 개선된 기계적 특성을 달성할 수 있다. 이 재료는 또한 폴리머를 보강 섬유에 결합시키는 화합제를 수반한다. 이러한 재료의 예는 다음의 2개의 특허 출원에서 설명되고, 상기 기초출원은 본 명세서에 완전히 제시된 것처럼 참조에 의해 본 명세서에 완전히 포함된다:

1. 생체적합성 복합재 및 이의 용도(제WO2010122098호)

2. 재흡수성 및 생체적합성 섬유 유리 조성물 및 이의 용도(제WO2010122019호)

이 재료는 이 특허와 연관된 공보에 더 설명되고 특성화되고, 공보는 다음을 포함한다:

1. Lehtonen TJ et al. Acta Biomaterialia 9 (2013) 4868-4877

2. Lehtonen TJ et al. J Mech Behavior BioMed Materials. 20 (2013) 376-386

배경기술 부분에서 설명되는 이 재료의 부류의 개선은 재료의 조성에 초점을 맞춘다: 생체흡수성 폴리머, 보강 광물 섬유, 화합제, 및 이들 간의 조성물. 이 조성물은 생체흡수성 폴리머 단독으로 이전에 달성된 기계적 특성보다 우수한 기계적 특성을 달성할 수 있는 것으로 입증되었다.

그러나, 재료 조성이 의료용 임플란트의 기계적 특성에 영향을 줄 수 있는 하나의 매개변수이지만, 복합 재료에 대해서는, 재료 조성 자체는 임플란트가 원하는 생체역학적 기능을 달성하는 데 충분한 기계적 특성을 보장하지 않는다. 실제로, 동일한 조성 및 동일한 기하학적 구조를 가진 보강된 복합 의료용 임플란트는 매우 상이한 기계적 특성을 가질 수 있다. 게다가, 심지어 동일한 임플란트에서, 기계적 특성은 상이한 기계축 간에서 그리고 기계적 강도 측정의 상이한 유형 간에서 크게 달라질 수 있다.

배경기술 부분은 하나 이상의 원하는 기계적 특성을 가진 생체복합 재료를 교시하거나 또는 제안하지 않는다. 배경기술 부분은 또한 원하는 생체역학적 기능을 달성할 수 있는 이러한 재료를 교시하거나 또는 제안하지 않는다.

"생체복합 재료"에 대해, 이것은 생물학적으로 호환 가능하거나 또는 적합하고/하거나 생물학적 조직과 접촉할 수 있고/있거나 생물학적 재료에 주입될 수 있고/있거나 이러한 주입 후 분해, 재흡수 또는 흡수되는 복합 재료를 의미한다.

"생체적합성"에 대해, 이것은 생물학적으로 호환 가능하거나 또는 적합하고/하거나 생물학적 조직과 접촉할 수 있고/있거나 생물학적 재료에 주입될 수 있는 재료를 의미한다.

"표면 처리된" 생체복합 재료에 대해, 이것은 적어도 표면층 그리고 임의로 복수의 표면층을 특징으로 하는 재료를 의미한다.

적어도 일부 실시형태에서, 본 발명은 배경기술 부분의 문제점을 극복하는 표면 처리된 생체복합 재료에 관한 것이다. 적어도 일부 실시형태에 따르면, 이러한 표면 처리된 생체흡수성 재료로 이루어진 새로운 구조, 정렬, 배향 및 형태를 포함하는 의료용 임플란트가 제공된다.

표면 처리된 생체흡수성 재료는 "표면"으로서 본 명세서에서 또한 설명되는, 표면층 및 본체 조성물을 특징으로 하는, 생의학적 임플란트로서 구현된다. 본체 조성물이 바람직하게는, 광물과 폴리머의 조합을 특징으로 하지만, 표면은 임의로 임플란트 본체와는 상이한 조성을 특징으로 한다. 표면은 적어도 하나의 외부 표면층 및 적어도 하나의 내부 표면층을 포함하여, 복수의 표면층을 임의로 포함할 수도 있다.

임의로, 본체 조성물의 10 내지 70% w/w는 광물 재료를 포함한다. 또한 임의로, 본체 조성물의 30 내지 55% w/w는 광물 재료를 포함한다. 또한 임의로, 본체 조성물의 45 내지 55% w/w는 광물 재료를 포함한다.

임의로, 폴리머는 PLDLA를 포함한다. 또한 임의로, 상기 본체 조성물의 광물 재료는 다음의 원소의 범위를 포함한다(전부 ㏖%): Na₂O: 11.0 내지 19.0, CaO: 9.0 내지 14.0, MgO: 1.5 내지 8.0, B₂O₃: 0.5 내지 3.0, Al₂O₃: 0 내지 0.8, P₂O₃: 0.1 내지 0.8, SiO₂: 67 내지 73. 임의로, 상기 본체 조성물의 광물 재료는 다음의 원소의 범위를 포함한다(전부 ㏖%): Na₂O: 12.0 내지 13.0 ㏖%, CaO: 9.0 내지10.0 ㏖%, MgO: 7.0 내지 8.0 ㏖%, B₂O₃: 1.4 내지 2.0 ㏖%, P₂O₃: 0.5 내지 0.8 ㏖%, SiO₂: 68 내지 70 ㏖%. 임의로, 상기 본체 조성물의 광물 재료는 다음의 원소의 범위를 포함한다(전부 ㏖%): Na₂O: 11.0 내지 19.0, CaO: 8.0 내지 14.0, MgO: 2 내지 8.0, B₂O₃: 1 내지 3.0, Al₂O₃: 0 내지 0.5, P₂O₃: 1 내지 2, SiO₂: 66 내지 70 ㏖%.

표면층은 본체 조성물과는 상이한 조성을 가진 표면적의 다양한 상이한 부분으로 임의로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 임의로, 표면적의 10% 초과는 본체와는 상이한 조성을 갖는다. 임의로, 표면적의 30% 초과는 본체와는 상이한 조성을 갖는다. 임의로, 표면적의 50% 초과는 본체와는 상이한 조성을 갖는다.

임의로, 본체는 광물과 폴리머의 산재된 조성을 포함한다.

임의로, 표면층은 다양한 두께를 가질 수도 있고, 이것의 다양한 비제한적인 예가 본 명세서에 제공된다. 예를 들어, 임의로, 표면층은 100㎛ 깊이까지의 외부층으로서 획정된다. 임의로, 상기 외부층은 50㎛ 깊이까지이다. 임의로, 상기 외부층은 20㎛ 깊이까지이다. 임의로, 상기 외부층은 5㎛ 깊이까지이다. 임의로, 표면층은 내부 조성과는 상이한 생체복합재 조성 또는 균일한 폴리머이다.

표면층은 또한 임의로 다양한 재료의 다양한 농도를 특징으로 한다. 예를 들어, 임의로, 5㎛까지의 표면층은 증가된 인산염 농도를 포함한다. 임의로, 상기 외부층은 10% w/w 초과로의 인산염의 상기 증가를 특징으로 한다. 임의로, 외부층은 본체 조성물의 5배 초과로의 칼슘의 증가를 포함한다. 임의로, 칼슘의 상기 증가는 본체 조성물의 10배 초과이다. 임의로, 칼슘의 상기 증가는 본체 조성물의 15배 초과이다.

다양한 표면층 구조가 또한 임의로 가능하다. 예를 들어, 임의로, 상기 표면층은 상이한 조성을 각각 포함하는, 복수의 별개의 구별되는 층을 포함한다.

임의로, 표면층이 적어도 내부층 및 외부층을 포함하고, 외부층이 3㎛까지이고 5% w/w 초과로의 인산염의 증가를 특징으로 하고, 내부층이 20㎛까지이고 인산염을 특징으로 하지 않는다.

임의로, 표면층의 처리된 부분은 미처리된 표면의 5배 초과만큼의 거칠기 증가를 갖는다. 임의로, 표면층의 처리된 부분은 미처리된 표면의 10배 초과만큼의 거칠기 증가를 갖는다. 임의로, 처리된 표면적은 표면적을 15% 초과만큼 증가시킨다. 임의로, 처리된 표면적은 표면적을 50% 초과만큼 증가시킨다. 임의로, 표면은 상이한 광물 조성을 갖는다.

본체 조성물은 또한 임의로 다양한 양의 광물 및 다른 성분을 특징으로 할 수도 있다. 예를 들어, 임의로, 본체 조성물은 20% w/w 초과의 광물을 포함한다. 임의로, 본체 조성물은 40% w/w 초과의 광물을 포함한다.

임의로, 상기 임플란트에는 캐뉼러가 삽입되고, 상기 표면층은 내부 표면층 및 외부 표면층을 포함하고, 내부 표면층 조성은 외부 표면층 조성과는 상이하다.

임의로, 상기 임플란트에는 캐뉼러가 삽입되고, 상기 표면층은 내부 표면층 및 외부 표면층을 포함하고, 내부 표면층 조성은 외부 표면층 조성과 동일하다.

임의로, 상기 임플란트의 표면은 내부 조성물을 부분적으로 노출시키도록 처리된다.

임의로, 표면 최대 거칠기는 2㎛ 초과이다.

임의로, 표면 최대 거칠기는 3㎛ 초과이다.

임의로, 상기 본체 조성물이 8% w/w 초과의 실리카를 포함하지만 상기 표면 조성물은 4% w/w 미만의 실리카를 포함한다.

임의로, 임플란트는 복수의 구멍을 포함한다. 임의로, 상기 구멍은 임플란트의 상기 표면과는 상이한 내부면을 포함한다. 임의로, 상기 내부면은 상이한 조성을 포함한다. 임의로, 상기 구멍은 임플란트의 상기 표면의 조성물을 포함하는 내부면을 포함한다.

임의로, 본체 조성물은 본 명세서에서 또한 설명된 바와 같은, 복수의 보강 섬유로서 구현될 수도 있다.

이 의료용 임플란트는 고유의 기계적 특성을 갖는다. 의료용 임플란트는 이 임플란트가 현재 입수 가능한 생체흡수성 폴리머 임플란트의 기계적 특성보다 상당히 더 큰 기계적 특성을 가질 수 있다는 점에서 큰 임상 이점을 갖는다. 본 명세서에서 설명된 바와 같은, 용어 "기계적 특성"은 임의로 탄성 계수, 인장 계수, 압축 계수, 전단 계수, 휨 모멘트, 관성 모멘트, 휨 강도, 비틀림 강도, 전단 강도, 충격 강도, 압축 강도 및/또는 인장 강도 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.

임의로, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 임의의 실시형태 또는 하위 실시형태는 예를 들어, 임의의 임플란트 특성, 임플란트 구조 또는 임플란트 표면 처리, 또는 임플란트의 임의의 양상의 임의의 조합에 대해서 결합될 수도 있다.

폐쇄된 목록 또는 단일의 가설로 제한되길 원하는 일 없이, 본 명세서에서 설명된 생체복합 임플란트는 생체복합 임플란트가 임플란트를 수용하는 대상의 신체에 의해 흡수 가능하고, 따라서, 임플란트가 주입 후 신체에서 분해되는 것으로 예상된다는 점에서 금속 또는 다른 영구적인 임플란트(비흡수성 폴리머 및 보강된 폴리머 또는 복합 임플란트를 포함함)에 비해 상당한 이점을 나타낸다. 다시 폐쇄된 목록 또는 단일의 가설로 제한되길 원하는 일 없이, 생체복합 임플란트는 이들이 적어도 하나의 기계축에서 비-보강된 흡수성 폴리머 임플란트보다 더 강하고 더 단단하기 때문에 이전의 흡수성 임플란트에 비해 상당한 이점을 나타낸다. 실제로, 이 보강된 복합 폴리머 재료가 심지어 피질골의 강도 및 강성도와 근접할 수 있어서, 이들을 하중 지탱 정형외과용 임플란트 적용에서 사용되는 제1 흡수성 재료로 만든다.

하부층에서, 보강된 생체복합 임플란트 및 금속, 플라스틱으로부터의 이전의 임플란트와 다른 종래의 의료용 임플란트 재료 간에 큰 차이가 있다. 종래의 의료용 임플란트 재료가 등방성이어서 이들의 기계적 특성은 모든 축에서 동일하다. 이것은 임플란트의 기계적 강도가 오로지 임플란트의 기하학적 구조 및 재료의 고유의 재료 특성에 기초하여 결정되기 때문에 임플란트 설계를 단순화한다. 폐쇄된 목록 또는 단일의 가설로 제한되길 원하는 일 없이, 보강된 생체복합 임플란트에 대해, 생체복합재(즉, 비정질 또는 비정렬된 형태의 생체복합재)의 고유의 재료 특성은 실제로 꽤 낮고 폴리머만의 기계적 특성과 근사할 수 있다. 이와 같이, 이 생체복합 재료로부터 구성된 임플란트에 대한 임플란트 기하학적 구조는 기계적으로 강하거나 또는 단단한 임플란트를 본질적으로 결정하지 않는다.

그러나, 적어도 일부 실시형태에서 본 발명의 의료용 임플란트는 하나 이상의 기계축에서 그리고 하나 이상의 기계적 매개변수에서 이전의 생체복합 임플란트를 포함하여, 이전의 생체흡수성 임플란트의 기계적 특성을 초과할 수 있다. 바람직하게는, 이 임플란트는 이 특성이 생체역학적으로 요구되는, 축에 임플란트 하중 지탱 강도 및 강성도를 제공하기 위해 보강 섬유가 임플란트 내에 정렬되는 구조 및 형태를 특징으로 한다. 따라서, 임플란트의 세그먼트 또는 전체 임플란트 중 하나는 이방성이다(즉, 이들은 상이한 축에서 상이한 기계적 특성을 가짐). 이 이방성인 임플란트에 대해, 임플란트 기계적 설계는 각각의 부품의 기하학적 구조에만 의존하지 않을 수 있다. 오히려, 임플란트 내 보강 섬유의 특정한 정렬 및 결과로 발생된 이방성인 기계적 프로파일은 임플란트의 생체역학적 기능을 결정할 때 중요한 매개변수이다.

이방성인 의료용 임플란트와 관련된 기계적 고려사항 외에, 이 보강된 생체복합 재료를 사용하는 의료용 임플란트가 이 복합 재료로부터 부품을 생산하는 것과 연관된 제한에 기인하여 기존의 임플란트 설계에 따라 설계될 수 없다는 점에서 부가적인 제한이 있다.

예를 들어, 금속 임플란트 또는 영구적인 폴리머 임플란트는 기계가공에 의해 생산될 수도 있다. 심지어 섬유-보강된 영구적인 폴리머 임플란트는 기계적 특성에 부정적으로 영향을 주는 일 없이 기계가공될 수도 있다. 그러나, 흡수성, 보강된 복합 재료 임플란트는 기계가공이 보강 섬유를 폴리머로부터 노출시키기 때문에 하부 재료에 손상을 유발하는 일 없이 기계가공될 수 없고, 따라서 일단 임플란트가 주입 후 체액에 직접적으로 노출된다면 임플란트의 강도가 신속하게 저하되게 된다.

스펙트럼의 다른 단부에서, 순수한 폴리머 또는 매우 짧은(4㎜ 미만) 섬유-보강된 폴리머 임플란트는 간단한 사출 성형 공정을 사용하여 제작될 수도 있다. 그러나, 이 재료의 사출 성형은 충분히 강한 임플란트를 발생시키지 않는다. 따라서, 전문화된 설계 및 생산 방법이 이전에 설명된 보강된 생체흡수성 복합 재료의 우수한 기계적 특성으로부터 이익을 얻을 수 있는 임플란트를 설계하고 생산하도록 요구된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "생분해성"은 또한 신체에서 분해 가능하고, 재흡수 가능하거나 또는 흡수 가능한 재료를 지칭한다.

용어 "하중 지탱"은 임의로 또한 부분적인 하중 지탱을 포함한다. 다양한 실시형태에 따르면, 디바이스(임플란트)의 하중 지탱 특성은 임의로 200㎫ 초과, 바람직하게는, 300㎫ 초과, 더 바람직하게는, 400㎫ 초과, 500㎫, 그리고 가장 바람직하게는, 600㎫ 초과 또는 이들 사이의 임의의 정수값의 굽힘 강도를 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 설명된 바와 같은 생체복합재 정형외과용 임플란트는 생체흡수성 폴리머 및 광물 조성물의 복합재를 특징으로 한다. 임의로, 임플란트의 표면의 다수 또는 전부는 생체흡수성 폴리머로 이루어진다. 이것은 생체복합재의 기본 조성으로부터 발생할 수도 있거나 또는 임플란트를 생산하기 위해 사용되는 생산 방법(예컨대, 사출 또는 압축 성형)으로부터 발생할 수도 있다. 그러나, 임플란트의 광물 조성 구성요소에 대한 뼈의 부착 및 결합은 일반적으로 폴리머에 대한 뼈의 부착보다 더 우수하다. 이것은 폴리머 구성요소와 비교할 때 광물 구성요소의 상대적 친수성, 폴리머 구성요소와 비교할 때 광물 구성요소의 증가된 다공성 또는 부가적인 요인을 포함하는 하나 이상의 요인 때문일 수도 있다.

따라서, 생체복합 임플란트에 대한 뼈의 부착을 개선시키기 위해, 본 발명의 적어도 일부 실시형태에 따르면, 광물 구성요소로 이루어진 임플란트 표면의 비율이 최대화되는 이러한 임플란트가 제공된다. 임의로 그리고 바람직하게는, 이러한 최대화는 생체복합 임플란트에 대한 뼈 부착을 더 개선시키기 위해 생체복합 임플란트의 표면에 거칠기 또는 다공성을 도입함으로써 구현된다.

이러한 최대화는 광물 조성물과 생체흡수성 폴리머의 조합을 특징으로 하는 임의의 생체복합 임플란트뿐만 아니라 본 명세서에서 설명된 바와 같은 이러한 임플란트에 의해 임의로 구현될 수도 있다는 것에 유의해야 한다.

적어도 일부 실시형태에 따르면, 임플란트의 표면으로부터 폴리머 재료의 정밀 삭마의 방법, 및 이러한 삭마된 표면을 가진 임플란트가 제공된다. 이것이 발생하는 깊이가 바람직하게는, 제어된다. 또한 바람직하게는, 섬유의 구조가 보존되어, 표면 폴리머만이 제거된다. 바람직하게는, 저량의 깊이 변동 및 정사각형 영역 변동이 있다.

삭마는 임의로 기계적 브러싱, 절삭 또는 칩핑, 및/또는 조사 또는 레이저 삭마를 포함하는, 부식 방법을 포함하지만 이로 제한되지 않는, 임의의 적합한 방법을 통해 달성될 수 있다. 바람직하게는, 삭마는 조사 또는 레이저 삭마를 통해 달성될 수 있다.

폴리머 재료는 광물 섬유를 손상시키는 일 없이 그리고 광물 섬유의 구조를 온전하게 유지하고 닳아지지 않게 하도록 광물 섬유를 압축시키는 일 없이 임플란트의 표면으로부터 삭마된다. 섬유 직경에 관해서, 바람직하게는, 섬유 직경은 2 내지 40㎛, 그리고 더 바람직하게는, 4 내지 20㎛ 섬유 직경이다.

바람직하게는, 폴리머 표면이 제어된 정도로 삭마되어, 상기 섬유의 구조가 폴리머 표면의 삭마 시 유지된다. 또한 바람직하게는, 섬유 구조가 유지되고, 표면 섬유의 적어도 50, 65, 80, 85, 90, 95%가 이들의 기하학적 구조를 유지하거나 또는 삭마되지 않거나 또는 제거된 섬유의 부분을 갖지 않는다. 예를 들어, 임의로, 폴리머 표면의 깊이는 1 내지 100㎛, 5 내지 50㎛, 또는 10 내지 30㎛의 범위 내이다. 임의로, 섬유 직경은 2 내지 40㎛의 범위 내이고, 더 바람직하게는, 4 내지 20㎛ 섬유 직경이다.

바람직하게는, 폴리머 표면은 의료용 임플란트의 상이한 단면에 걸쳐 변경된다. 임의로, 폴리머 표면의 깊이는 임플란트의 하나의 단면에서 1 내지 50㎛의 범위 내 그리고 또 다른 단면에서 50㎛ 초과이다.

또한, 임의로, 폴리머 표면의 깊이는 임플란트의 하나의 단면에서 5 내지 50㎛의 범위 내 그리고 또 다른 단면에서 100㎛ 초과이다.

바람직하게는, 폴리머 표면의 깊이는 100㎛ 이하, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 또는 이들 사이의 어떤 값이다.

다양한 실시형태에서, 의료용 임플란트의 외부면의 상이한 양은 삭마에 의해 표면 처리될 수도 있다. 예를 들어, 의료용 임플란트 외부면의 10 내지 70%가 삭마에 의해 표면 처리될 수도 있다. 임의로, 의료용 임플란트 외부면의 30 내지 55%가 표면 처리된다. 또한 임의로, 의료용 임플란트 외부면의 15 내지 40%가 표면 처리된다.

다양한 실시형태는 임플란트의 외부면으로부터 측정된 바와 같은, 상이한 삭마 깊이를 특징으로 할 수도 있다. 예를 들어, 삭마 깊이는 임의로 외부면으로부터 1 내지 120㎛이다. 임의로 삭마 깊이는 5 내지 70㎛이다. 또한 임의로, 삭마 깊이는 5 내지 40㎛이다.

임플란트의 다양한 예시적인 구현예에서, 섬유가 층에 배열된다. 임의로, 삭마 깊이는 섬유의 상단층 내로 1 내지 50㎛이다. 바람직하게는, 삭마 깊이는 3 내지 20㎛이다.

삭마 깊이는 임플란트 벽 두께 및/또는 전체 임플란트 두께에 관해서 고려될 수도 있다. 예를 들어, 삭마 깊이는 임플란트 벽 두께 또는 임플란트 전체 두께의 0.1% 내지 10%의 범위 내일 수도 있다. 임의로, 삭마 깊이는 0.5% 내지 2.5%이다.

임의로, 외부면의 처리 영역의 형상은 직사각형, 정사각형, 원형, 호 형상, 다이아몬드, 평행사변형, 삼각형 또는 상기 형상의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

임의로, 외부면의 처리 영역의 형상은 특정 폭의 선 형상을 포함하고, 상기 표면 처리된 선 폭은 100㎛까지이다. 예를 들어, 임의로, 선 형상은 연속적인 실선, 파선, 점선, 원주선, 각이 있는 선(5 내지 85도의 임의의 각), 나선형 선(5 내지 85도의 나선각) 중 하나 이상을 포함한다. 바람직하게는, 폭은 5㎛ 내지 100㎛의 범위 내이다. 임의로, 표면 처리된 선 폭은 10㎛ 내지 70㎛의 범위 내이다. 바람직하게는, 표면 처리된 선 폭은 20㎛ 내지 40㎛의 범위 내이다.

다양한 실시형태에 따르면, 섬유는 임플란트에서 상이한 배향을 가질 수도 있다. 예를 들어, 임의로, 표면 처리는 외부면에서 상이한 배향의 섬유를 노출시킨다. 임의로, 노출된 섬유 배향은 의료용 임플란트 본체축과 평행하다. 또한 임의로, 노출된 섬유 배향은 임플란트 본체축에 대해 5° 내지 85°이다. 바람직하게는, 노출된 섬유 배향은 임플란트 본체축에 대해 15° 내지 65°이다. 더 바람직하게는, 노출된 섬유 배향은 임플란트 본체축에 대해 30° 내지 60°이다.

임의로, 노출된 섬유는 처리된 표면에서 1개 초과의 방향을 갖는다. 이 상이한 방향은 예를 들어, 상이한 섬유 방향을 가진 인접한 영역 사이의 각에 따라 실현될 수도 있다. 임의로, 섬유 방향의 하나의 영역과 상이한 섬유 방향을 가진 인접한 영역 사이의 각은 0° 내지 90°이다. 또한 임의로, 섬유 방향의 하나의 영역과 상이한 섬유 방향을 가진 인접한 영역 사이의 각은 25° 내지 75°이다. 임의로, 단면 섬유 노출은 섬유축에 대해 90°이다. 임의로, 단면 섬유 노출은 섬유축에 대해 15° 내지 65°이다. 임의로, 단면 섬유 노출은 1개 초과의 섬유 방향을 포함한다.

표면 최대 거칠기는 또한 삭마를 통해 제어될 수 있다. 표면 최대 거칠기를 제어하는 것은 폐쇄된 목록으로 제한되길 원하는 일 없이, 더 우수한 조직의 내성장, 더 우수한 조직에 대한 부착 등처럼 이러한 이점을 발생시킬 수도 있다. 임의로, 표면 최대 거칠기는 1 내지 10㎛ 초과이다. 바람직하게는, 표면 최대 거칠기는 3 내지 8㎛ 초과이다. 또한 바람직하게는, 표면 최대 거칠기는 4 내지 6㎛ 초과이다.

삭마 후, 다양한 결과로 생긴 표면 기하학적 구조가 노출된 섬유에 대해서 발생할 수도 있다. 예를 들어, 표면은 오로지 노출된 섬유일 수도 있다. 노출된 섬유는 삭마된 표면의 20 내지 80%를 포함할 수도 있다. 임의로, 노출된 섬유는 삭마된 표면의 35 내지 65%를 포함한다. 임의로, 노출된 섬유는 삭마된 표면의 51 내지 70%를 포함한다.

삭마 후, 상이한 형상을 가진 다양한 표면 기하학적 구조가 또한 제공될 수도 있다. 예를 들어, 임의로, 삭마 후, 결과로 생긴 표면 기하학적 구조는 단차 형상이다.

임의로, 임플란트는 복수의 리브 또는 나사산을 포함할 수도 있고, 상기 폴리머 표면은 리브/나사산의 상기 폴리머 표면 두께와 비교하여 임플란트 본체에서 더 두껍다. 예를 들어, 리브/나사산이 처리될 수도 있지만 임플란트의 나머지가 미처리되거나 또는 그 역도 가능하다.

달리 규정되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명에 속하는 당업자라면 흔히 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 제공되는 재료, 방법 및 실시예는 단지 예시적이고 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여, 단지 실시예로서, 본 명세서에서 설명된다. 이제 도면에 대한 상세한 구체적인 언급과 함께, 도시된 세부사항이 실시예에 대한 것이고 오직 본 발명의 바람직한 실시형태의 실례가 되는 논의의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 원리 및 개념 양상의 가장 유용하고 손쉽게 이해되는 설명인 것으로 여겨지는 것을 제공하기 위해 제시되었음이 강조된다. 이와 관련하여, 본 발명의 구조적 상세사항을 본 발명의 근본적인 이해를 위해 필요한 것보다 더 상세하게 보여주려는 시도는 없으며, 설명은 본 발명의 수개의 형태가 실제로 구현될 수도 있는 방법에 대해 당업자에게 명백하게 도면을 사용하여 취해진다.
도면에서:
도 1은 주형에서 나올 때(A) 및 표면 처리 후(B)의 임플란트의 표면을 나타내는 SEM에 의해 이미징되는 표면 질감을 도시하는 도면. 표면 거칠기가 증가되고, 작은 나노미터(㎚) 및 마이크로미터의 구멍이 처리에 기인하여 보일 수 있고, 구멍은 셀 내성장 및 분해를 용이하게 한다.
도 2는 주형에서 나올 때(A) 및 표면 처리 후(B)의 임플란트의 표면을 나타내는 SEM에 의해 이미징되는 표면 질감을 도시하는 도면. 표면 거칠기가 증가된다. 상이한 배율의 이미지가 찍힌다.
도 3은 처리 전(A) 및 표면 처리 후(B)의 SEM에 의해 이미징되는 부분적으로 노출된 임플란트 광물 섬유를 도시하는 도면. 섬유 노출이 표면 처리에 기인하여 증가된다.
도 4는 주형에서 나올 때(A) 및 표면 처리 후(B)의 임플란트의 표면을 나타내는 SEM에 의해 이미징되는 표면 질감을 도시하는 도면. 표면 거칠기가 증가되고, 200㎛까지의 구멍이 처리에 기인하여 보일 수 있고, 구멍은 셀 내성장 및 분해를 용이하게 한다.
도 5는 임플란트 외부 표면층의 대표적인 측정값, 이 경우에 17.6±6.8㎛를 나타내는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope: SEM)(FEI　Quanta FEG 250, Holland)에 의해 이미징되는 표면 단면을 도시하는 도면. 참조 번호: 101, 107, 113, 119는 섬유를 나타내고, 103, 109, 111, 115는 폴리머 에지를 나타내고, 105는 에지로부터 가장 가까운 섬유로의 측정값을 나타낸다.
도 6A 및 도 6B는 주형에서 나올 때(A) 및 표면 처리 후(B)의 임플란트의 표면을 나타내는 주사 전자 현미경(SEM)(FEI　Quanta FEG 250, Holland)에 의해 이미징되는 표면 질감을 도시하는 도면. 표면 거칠기가 증가되고, 작은 ㎚ 및 ㎛ 구멍이 처리에 기인하여 보일 수 있고, 구멍은 셀 내성장 및 분해를 용이하게 한다.
도 7A 및 도 7B는 (A) 1㎛까지의 특징부를 생성하는, 처리 후 임플란트의 표면 및 (B) 내부 재료와는 상이한 조성을 가진 45㎛ 표면층의 대표적인 치수를 나타내는 FIB에 의해 이루어진 단면 절삭부를 나타내는 집속 이온 빔(Focused ion beam: FIB) 장치(Helios 600, FEI)에 의한 이미지를 도시하는 도면. 거칠기가 증가된다면, 표면은 이 경우에 2.5㎛까지의 두꺼운 외부층의 조합을 포함하고, 작은㎚ 및 ㎛ 구멍이 처리에 기인하여 보일 수 있고, 처리는 초기의 셀 부착 및 40㎛까지의 폴리머층을 용이하게 한다. 2개의 광물 섬유의 단면이 또한 이미지에서 보일 수 있다.
도 8은 표면적의 60% 미만을 나타내는, 원주의 60% 미만이 임플란트의 내부 조성과는 상이한 조성인 임플란트를 나타내는 주사 전자 현미경(SEM)(FEI　Quanta FEG 250, Holland)에 의해 이미징되는 임플란트 단면을 도시하는 도면.
도 9는 섬유 묶음(백색 화살표)을 부분적으로 노출시키는 CNC 기계가공 처리 후 임플란트의 표면을 나타내는 주사 전자 현미경(SEM)(FEI　Quanta FEG 250, Holland)에 의해 이미징되는 표면 질감을 도시하는 도면. 노출된 섬유가 처리에 기인하여 보일 수 있고, 처리는 셀 내성장 및 분해를 용이하게 한다.
도 10은 연속적인 섬유 본체 조성물을 보여주는 이미지를 도시하는 도면.
도 11은 대표적인 임플란트 단면의 개략도. 개략도는 축척대로 도시된 것이 아니지만, 하나의 조성으로 이루어진 임플란트 본체(705), 이 경우에 상이한 조성을 각각 가진, 내부 표면층(703) 및 외부 표면층(701)을 포함하는 표면층을 포함한다.
도 12는 생체복합 의료용 임플란트를 층 표면의 단면도로 도시하는 도면.
도 13은 생체복합 의료용 임플란트를 층 표면의 단면도로 도시하는 도면.
도 14는 생체복합 의료용 임플란트를 미처리된 표면 대 처리된 표면의 평면도로 도시하는 도면.
도 15는 생체복합 의료용 임플란트를 평면도로 도시하는 도면; 처리된 표면 섹션의 ×200 배율.
도 16은 생체복합 의료용 임플란트를 도시하는 도면; 측면도; 표면 처리 위치.
도 17은 생체복합 의료용 임플란트를 도시하는 도면; 측면도; 방향성 섬유 배향 노출.
도 18은 생체복합 의료용 임플란트를 도시하는 도면; 측면도; 처리된 표면 경계선에서 확대된 방향성 섬유 배향 노출.
도 19는 생체복합 의료용 임플란트를 도시하는 도면; 측면도; 동일한 표면에서 2개의 상이한 섬유 배향.
도 20은 생체복합 의료용 임플란트를 도시하는 도면; 측면도; 동일한 표면에서 2개의 상이한 섬유 배향.
도 21은 생체복합 의료용 임플란트를 도시하는 도면; 섬유축에 대해 수직인 단면도.
도 22는 생체복합 의료용 임플란트를 도시하는 도면; 섬유축에 대해 45°까지의 단면도.
도 23은 생체복합 의료용 임플란트를 도시하는 도면; 섬유축에 대해 10°까지의 단면도.
도 24A 내지 도 24D는 생체복합 의료용 임플란트를 도시하는 도면; 4개의 상이한 표면 처리 방법에 의해 획득되는 상이한 표면 거칠기 및 기하학적 구조.
도 25는 생체복합 의료용 임플란트를 도시하는 도면; 평면도; 상이한 표면 처리의 결과로서 상이한 외부면 조성.
도 26은 육각형 리브 핀 임플란트를 도시하는 도면; 측면도 및 정면도.
도 27은 레이저 삭마를 위한 임플란트 위치의 정면도.
도 28은 삭마된 표면 예시를 도시하는 도면; 삭마 표면이 흑색으로 표시된다.
도 29는 삭마된 육각형 면 상의 레이저 초점 선 위치를 도시하는 도면.
도 30은 웨이퍼 제거 전 육각형 리브 핀 임플란트를 도시하는 도면; 측면도 및 정면도.
도 31은 웨이퍼 제거 후 육각형 리브 핀 임플란트를 도시하는 도면; 측면도 및 정면도.
도 32는 레이저 섬유 단면 노출을 위한 임플란트 위치의 측면도.
도 33은 삭마된 표면 예시를 도시하는 도면; 삭마 표면이 흑색으로 표시된다.
도 34는 삭마된 육각형 면 상의 레이저 초점 선 위치를 도시하는 도면.

본 발명의 적어도 일부 실시형태에 따른 의료용 임플란트는 하중-지탱 정형외과용 임플란트 적용을 위해 적합하고 지속적인 기계적 강도 및 강성도가 적절한 임플란트 기능을 위해 중요한 하나 이상의 생체흡수성 재료를 포함한다.

본 발명의 적어도 일부 실시형태에 따르면, 보강된 생체흡수성 복합 재료로부터 이루어진, 뼈 고정을 위한 임플란트와 같은, 정형외과용 임플란트가 제공된다. 특히, 적어도 일부 실시형태에 따른 임플란트는 오직 보강된 생체흡수성 복합 재료를 사용하여 달성될 수 있거나 또는 이 유형의 재료 또는 임의로 단일의 임플란트 내 둘 다의 조합으로 이루어진 임플란트에 대해 특히 유리한, 특성, 특징 또는 성질을 포함한다.

표면 및 본체 조성

적어도 일부 실시형태에 따르면, 보강된 생체복합 의료용 임플란트는 내부 조성물 구역, 또는 "본체", 및 임플란트의 부분 또는 전부의 표면층을 포함하는 구역으로서 규정되는, 표면 구역으로 이루어진다.

표면 구역은 최외측(외부) 표면 구역과 최내측(내부) 표면 구역으로 더 분해될 수도 있고, 이들 각각은 상이한 특성을 가질 수도 있다.

표면 구역이 임플란트의 전체 표면을 덮을 수도 있지만 또한 임플란트의 표면의 일부만을 덮을 수도 있고, 나머지 표면은 내부 조성물 구역과 동일한 특성을 갖는다. 바람직하게는, 표면 구역은 임플란트의 전체 표면의 적어도 다수를 덮는다.

임의로, 하나 이상의 캐뉼레이션 또는 나사 구멍 공극이 임플란트의 내부에 존재할 수도 있고, 이는 임플란트 표면의 계산에 포함될 수도 있거나 또는 포함되지 않을 수도 있다.

표면 구역은 0.1 내지 200㎛, 바람직하게는, 1 내지 100㎛, 더 바람직하게는, 2 내지 75㎛ 그리고 가장 바람직하게는, 5 내지 50㎛의 범위 내의 평균 깊이의 층으로서 획정될 수 있다.

최외측 표면 구역은 0.1 내지 100㎛, 바람직하게는, 0.5 내지 50㎛, 더 바람직하게는, 1 내지 25㎛ 그리고 가장 바람직하게는, 1 내지 10㎛의 범위 내의 평균 깊이를 가진 표면 구역의 외부층으로서 획정될 수 있다.

하나의 실시형태에서, 임플란트는 광물 섬유-보강된 생체복합 임플란트이고 더 적은 보강 섬유가 내부 조성물 구역과 비교할 때 전체 표면 구역 또는 최외측 표면 구역에 존재한다. 바람직하게는, 표면 구역의 섬유 대 폴리머 조성 중량비는 내부 조성물 구역의 섬유 대 폴리머 중량비의 50% 미만이다. 더 바람직하게는, 30% 미만, 그리고 가장 바람직하게는, 10% 미만이다. 임의로, 어떤 섬유도 표면 구역 또는 최외측 표면 구역에 존재하지 않는다.

하나의 실시형태에서, 최외측 표면 구역은 거칠기 및/또는 다공성을 증가시키도록 개질되었다.

임의로, 거칠기는 최외측 표면 구역의 깊이 이하인 높이를 가진, 임플란트의 표면 상의 돌기, 융기 또는 돌출부의 존재에 의해 획정된다. 바람직하게는, 이러한 돌기, 융기 또는 돌출부는 평균적으로 5㎛ 미만의 직경을 갖는다. 더 바람직하게는, 3㎛ 미만, 2㎛ 미만, 1㎛ 미만의 평균 직경이다. 임의로 이러한 돌기, 융기 또는 돌출부가 최외측 표면적에 존재하지만 최내측 표면적에서는 부재한다.

임의로, 거칠기는 Ra 측정에 의해 나노미터(㎚)로 획정된다. 바람직하게는, 개질된 최외측 표면적의 거칠기는 100㎚ 초과, 더 바람직하게는, 200㎚ 초과, 그리고 가장 바람직하게는, 300㎚ 초과이다. 바람직하게는, 미개질된 표면적의 거칠기는 100㎚ 미만이다.

임의로, 다공성은 전체 표면 구역 또는 최외측 표면층에서 전체 두께 공동부(구멍)로서 획정된다. 바람직하게는, 임플란트는 광물 섬유-보강된 임플란트이고 표면층의 다공성은 광물 섬유를 노출시킨다.

임의로, 표면 구역은 내부 조성물 구역보다 더 낮은 광물 함량을 갖는다.

임의로, 내부 조성물 구역은 다음의 것을 갖는다:

1 내지 10%, 바람직하게는, 2 내지 8%, 그리고 더 바람직하게는, 3 내지 6%의 나트륨(Na) 중량 조성.

0.4 내지 1.5%, 바람직하게는, 0.4 내지 1.2%, 그리고 더 바람직하게는, 0.8 내지 1.2%의 마그네슘(Mg) 중량 조성.

1 내지 20%, 바람직하게는, 5 내지 15%, 그리고 더 바람직하게는, 9 내지 13%의 실리카(Si) 중량 조성.

3% 미만, 바람직하게는, 1% 미만의 인(P) 중량 조성.

1 내지 20%, 바람직하게는, 1 내지 10%, 바람직하게는, 1 내지 3%의 칼슘(Ca) 중량 조성.

임의로, 최내측 표면 구역은 내부 조성물 구역보다 더 낮은 광물 함량을 갖는다.

임의로, 최내측 표면 구역은 다음의 것을 갖는다:

1.9% 미만, 바람직하게는, 1.5% 미만의 나트륨(Na) 중량 조성. 바람직하게는, 최내측 표면 구역의 나트륨 중량 조성은 내부 조성물의 나트륨 중량 조성의 50% 미만 그리고 더 바람직하게는, 30% 미만이다.

0.3% 미만, 바람직하게는, 0.2% 미만의 마그네슘(Mg) 중량 조성. 바람직하게는, 최내측 표면 구역의 마그네슘 중량 조성은 내부 조성물의 마그네슘 중량 조성의 50% 미만 그리고 더 바람직하게는, 30% 미만이다.

6% 미만, 바람직하게는, 4% 미만의 실리카(Si) 중량 조성. 바람직하게는, 최내측 표면 구역의 실리카 중량 조성은 내부 조성물의 실리카 중량 조성의 50% 미만 그리고 더 바람직하게는, 30% 미만이다.

3% 미만, 바람직하게는, 1% 미만의 인(P) 중량 조성.

1% 미만, 바람직하게는, 0.5% 미만의 칼슘(Ca) 중량 조성. 바람직하게는, 최내측 표면 구역의 칼슘 중량 조성은 내부 조성물의 칼슘 중량 조성의 50% 미만 그리고 더 바람직하게는, 30% 미만이다.

임의로, 최외측 표면 구역은 최내측 표면 구역보다 더 높은 광물 함량을 갖는다.

임의로, 최외측 표면 구역은 다음의 것을 갖는다:

1.9% 미만, 바람직하게는, 1.5% 미만의 나트륨(Na) 중량 조성.

1% 미만, 바람직하게는, 0.5% 미만의 마그네슘(Mg) 중량 조성. 바람직하게는, 최외측 표면 구역의 마그네슘 중량 조성은 최내측 표면 구역의 마그네슘 중량 조성 초과이다.

6% 미만, 바람직하게는, 4% 미만의 실리카(Si) 중량 조성. 바람직하게는, 최외측 표면 구역의 실리카 중량 조성은 내부 조성물의 실리카 중량 조성의 50% 미만 그리고 더 바람직하게는, 30% 미만이다.

1 내지 15%, 바람직하게는, 3 내지 13%의 범위 내 인(P) 중량 조성. 바람직하게는, 최외측 표면 구역의 인 중량 조성은 최내측층의 인 중량 조성보다 또는 내부 조성물보다 또는 둘 다보다 적어도 50% 초과이고; 더 바람직하게는, 적어도 70% 초과 그리고 가장 바람직하게는, 적어도 90% 초과이다.

15 내지 50%, 바람직하게는, 15 내지 30%의 범위 내 칼슘(Ca) 중량 조성. 바람직하게는, 최외측 표면 구역의 칼슘 중량 조성은 최내측층의 칼슘 중량 조성보다 적어도 100% 초과, 더 바람직하게는, 적어도 500% 초과 그리고 가장 바람직하게는, 적어도 1000% 초과이다.

개질된 표면적을 가진 생체복합 임플란트

적어도 일부 실시형태에 따르면, 개질된 표면을 가진 생체복합 의료용 임플란트가 제공되고 임플란트의 최외측 표면층이 다수의 생체흡수성 폴리머로 이루어지지만 표면이 개질되어 임플란트의 표면이 거칠기, 질감, 또는 다공성을 포함해서 광물 조성물의 증가된 양이 임플란트의 최외측 표면층과 비교할 때 노출된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같은 최외측 표면층은 임플란트의 최외측 1 내지 100㎛를 획정할 수도 있다. 바람직하게는, 임플란트의 최외측 1 내지 20㎛, 더 바람직하게는, 최외측 1 내지 10㎛, 그리고 가장 바람직하게는, 외측 1 내지 5㎛.

노출된 광물 조성물은 생체복합재 조성의 일부인 광물 조성을 포함할 수도 있다. 광물 조성물은 임의로 또는 부가적으로 또 다른 광물, 예컨대, 하이드록시아파타이트, 인산칼슘, 황산칼슘, 인산이칼슘, 인산삼칼슘을 포함할 수도 있다.

표면의 거칠기 또는 질감은 임플란트의 최외측 1 내지 100㎛의 깊이로 임플란트의 내부 조성물의 노출을 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 임플란트의 최외측 1 내지 20㎛, 더 바람직하게는, 최외측 1 내지 10㎛, 그리고 가장 바람직하게는, 외측 1 내지 5㎛.

바람직하게는, 임플란트의 최외측층은 적어도 30%의 폴리머, 더 바람직하게는, 적어도 50%, 더 바람직하게는, 적어도 70%, 그리고 가장 바람직하게는, 적어도 80%를 포함한다.

생체복합재의 조성은 적어도 20% 광물 조성, 바람직하게는, 적어도 30%, 더 바람직하게는, 적어도 40%, 그리고 가장 바람직하게는, 적어도 50%로 이루어진다.

바람직하게는, 임플란트의 최외측층의 조성은 임플란트의 전체 조성보다 더 높은 비율의 폴리머를 포함한다. 바람직하게는, 적어도 10% 초과, 20%, 30%, 50%.

임의로, 임플란트의 개질된 표면은 폴리머 표면 내 공동부를 포함한다. 평균 공동부 직경은 바람직하게는, 1 내지 500㎛의 범위 내, 더 바람직하게는, 10 내지 300㎛의 범위 내, 더 바람직하게는, 50 내지 250㎛의 범위 내이다.

바람직하게는, 표면은 그릿 블라스팅을 사용하여 표면 처리에 의해 개질된다.

바람직하게는, 그릿은 생체적합성 재료로 이루어진다.

바람직하게는, 그릿은 하이드록시아파타이트, 인산칼슘, 황산칼슘, 인산이칼슘, 및 인산삼칼슘의 조합물로 이루어진다.

바람직하게는, 그릿은 10 내지 500㎛의 범위 내 평균 직경 크기를 갖는다. 더 바람직하게는, 20 내지 120㎛의 범위 내.

생체흡수성 폴리머

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 생분해성 복합재는 생체흡수성 폴리머를 포함한다.

본 명세서에서 설명된 의료용 임플란트는 임의의 생분해성 폴리머로부터 이루어질 수도 있다. 생분해성 폴리머는 호모폴리머 또는 랜덤 코폴리머, 블록 코폴리머, 또는 그라프트 코폴리머를 포함하는 코폴리머일 수도 있다. 생분해성 폴리머는 선형 폴리머, 가지형 폴리머, 또는 덴드리머일 수도 있다. 생분해성 폴리머는 천연 또는 합성 기원일 수도 있다. 적합한 생분해성 폴리머의 예는 폴리머, 예컨대, 락타이드, 글리콜라이드, 카프로락톤, 발레로락톤, 카보네이트(예를 들어, 트라이메틸렌 카보네이트, 테트라메틸렌 카보네이트 등), 다이옥산온(예를 들어, 1,4-다이옥산온), δ-발레로락톤, 1,다이옥세파논(예를 들어, 1,4-다이옥세판-2-온 및 1,5-다이옥세판-2-온), 에틸렌 글리콜, 에틸렌 옥사이드, 에스터아마이드, γ-하이드록시발레르에이트, β-하이드록시프로피오네이트, 알파-하이드록시산, 하이드록시부테레이트, 폴리(오쏘 에스터), 하이드록시 알카노에이트, 타이로신 카보네이트, 폴리이미드 카보네이트, 폴리이미노 카보네이트, 예컨대, 폴리(비스페놀 A-이미노카보네이트) 및 폴리(하이드로퀴논-이미노카보네이트), 폴리우레탄, 폴리무수물, 폴리머 드러그(예를 들어, 폴리다이플루니솔, 폴리아스피린, 및 프로테인 치료제) 및 코폴리머 및 이들의 조합물로부터 이루어진 폴리머를 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 적합한 천연 생분해성 폴리머는 콜라겐, 키틴, 키토산, 셀룰로스, 폴리(아미노산), 다당류, 하이알루론산, 거트(gut), 코폴리머 및 이들의 유도체 및 조합물로 이루어진 폴리머를 포함한다.

본 발명에 따르면, 생분해성 폴리머는 코폴리머 또는 터폴리머, 예를 들어: 폴리락타이드(PLA), 폴리-L-락타이드(PLLA), 폴리-DL-락타이드(PDLLA); 폴리글리콜라이드(PGA); 글리콜라이드의 코폴리머, 글리콜라이드/트라이메틸렌 카보네이트 코폴리머(PGA/TMC); PLA의 다른 코폴리머, 예컨대, 락타이드/테트라메틸글리콜라이드 코폴리머, 락타이드/트라이메틸렌 카보네이트 코폴리머, 락타이드/d-발레로락톤 코폴리머, 락타이드/ε-카프로락톤 코폴리머, L-락타이드/DL-락타이드 코폴리머, 글리콜라이드/L-락타이드 코폴리머(PGA/PLLA), 폴리락타이드-코-글리콜라이드; PLA의 터폴리머, 예컨대, 락타이드/글리콜라이드/트라이메틸렌 카보네이트 터폴리머, 락타이드/글리콜라이드/ε-카프로락톤 터폴리머, PLA/폴리에틸렌 옥사이드 코폴리머; 폴리뎁시펩타이드; 비대칭-3,6-치환된 폴리-1,4-다이옥산-2,5-다이온; 폴리하이드록시알카노에이트; 예컨대, 폴리하이드록시부틸레이트(PHB); PHB/b-하이드록시발레르에이트 코폴리머(PHB/PHV); 폴리-b-하이드록시프로피오네이트(PHPA); 폴리-p-다이옥산온(PDS); 폴리-d-발레로락톤-폴리-ε-카프라락톤, 폴리(ε-카프로락톤-DL-락타이드)코폴리머; 베틸메타크릴레이트-N-비닐 피롤리돈 코폴리머; 폴리에스터아마이드; 옥살산의 폴리에스터; 폴리다이하이드로피레인; 폴리알킬-2-사이아노아크릴레이트; 폴리우레탄(PU); 폴리비닐알코올(PVA); 폴리펩타이드; 폴리-b-말산(PMLA): 폴리-b-알칸브산; 폴리카보네이트; 폴리오쏘에스터; 폴리인산염; 폴리(에스터 무수물); 및 이들의 혼합물; 및 천연 폴리머, 예컨대, 당류; 녹말, 셀룰로스 및 셀룰로스 유도체, 다당류, 콜라겐, 키토산, 피브린, 하이알리론산, 폴리펩타이드 및 프로테인일 수도 있다. 위에서 언급된 폴리머의 임의의 혼합물 및 이들의 다양한 형태가 또한 사용될 수도 있다.

생분해성 복합재는 바람직하게는 임의의 위의 폴리머를 임의로 포함할 수도 있는, 폴리머 매트릭스로 구현된다. 임의로 그리고 바람직하게는, 생분해성 복합재는 생체흡수성 폴리에스터, PLLA(폴리-L-락타이드), PDLLA(폴리-DL-락타이드), PLDLA, PGA(폴리-글리콜산), PLGA(폴리-락타이드-글리콜산), PCL(폴리카프로락톤), PLLA-PCL 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머를 포함할 수도 있다. PLLA가 사용된다면, 매트릭스는 바람직하게는, 적어도 30%의 PLLA, 더 바람직하게는, 50%의 PLLA, 그리고 가장 바람직하게는, 적어도 70%의 PLLA를 포함한다. PDLA가 사용된다면, 매트릭스는 바람직하게는, 적어도 5%의 PDLA, 더 바람직하게는, 적어도 10%의 PDLA, 가장 바람직하게는, 적어도 20%의 PDLA를 포함한다.

임의로, 폴리머 매트릭스(보강 섬유와 무관)의 고유 점도(inherent viscosity: IV)는 0.2 내지 6 ㎗/g의 범위 내, 바람직하게는, 1.0 내지 3.0 ㎗/g의 범위 내, 더 바람직하게는, 1.5 내지 2.4 ㎗/g의 범위 내, 그리고 가장 바람직하게는, 1.6 내지 2.0 ㎗/g의 범위 내이다.

고유 점도(IV)는 분자 크기를 측정하기 위한 점도 측정 방법이다. IV는 모세관을 통한 순수한 용매의 흐름 시간에 대한 좁은 모세관을 통한 폴리머 용액의 흐름 시간에 기초한다.

보강된 생체복합재

본 발명의 적어도 일부 실시형태에 따르면, 의료용 임플란트는 보강된 생체복합재(즉, 이전에 설명된 폴리머를 포함하고 또한 폴리머의 기계적 강도를 증가시키도록, 일반적으로 섬유 형태인, 보강 충전제를 포함하는 생체흡수성 복합재)를 포함한다. 의심의 여지를 없애기 위해, 용어 "충전제"와 "섬유"는 보강 재료 구조를 설명하도록 교환 가능하게 사용된다.

본 발명의 더 바람직한 실시형태에서, 보강된 생체흡수성 폴리머는 임의의 위에서 언급된 생체흡수성 폴리머 및 바람직하게는, 섬유 형태인, 보강 충전제로 이루어진 보강된 폴리머 조성물이다. 보강 충전제는 유기 또는 무기(즉, 천연 또는 합성) 재료로 이루어질 수도 있다. 보강 충전제는 생분해성 유리 또는 유리 유사 재료, 세라믹, 광물 조성물(임의로 하이드록시아파타이트, 인산삼칼슘, 황산칼슘, 인산칼슘 중 하나 이상을 포함함), 셀룰로스 재료, 나노-다이아몬드, 또는 생체흡수성 폴리머의 기계적 특성을 증가시키도록 기술에 알려진 임의의 다른 충전제일 수도 있다. 충전제는 또한 임의로 생체흡수성 폴리머 자체의 섬유일 수도 있다. 바람직하게는, 보강 섬유는 생체흡수성 유리, 세라믹, 또는 광물 조성물로 이루어진다.

바람직하게는, 보강 섬유가 실리카-기반 광물 화합물로 이루어져서 보강 섬유는 생체유리 섬유 복합재로 또한 불릴 수 있는 생체재흡수성 유리 섬유를 포함한다.

적어도 일부 실시형태에 따르면, 생체재흡수성 유리 섬유는 임의로 다음의 ㏖% 범위의(유리 섬유 조성에 대해 백분율로서) 옥사이드 조성을 가질 수도 있다:

Na₂O: 11.0 내지 19.0 ㏖%

CaO: 9.0 내지 14.0 ㏖%

MgO: 1.5 내지 8.0 ㏖%

B₂O₃: 0.5 내지 3.0 ㏖%

Al₂O₃: 0 내지 0.8 ㏖%

P₂O₃: 0.1 내지 0.8 ㏖%

SiO₂: 67 내지 73 ㏖%

하지만 바람직하게는, 다음의 ㏖% 범위:

Na₂O: 12.0 내지 13.0 ㏖%

CaO: 9.0 내지 10.0 ㏖%

MgO: 7.0 내지 8.0 ㏖%

B₂O₃: 1.4 내지 2.0 ㏖%

P₂O₃: 0.5 내지 0.8 ㏖%

SiO₂: 68 내지 70 ㏖%

부가적인 임의의 생체재흡수성 유리 조성물은 본 명세서에서 완전히 제시된 바와 같이 참조에 의해 본 명세서에 원용되는, 다음의 특허 출원, 즉, 생체적합성 복합재 및 이의 용도(WO2010122098); 및 재흡수성 및 생체적합성 섬유 유리 조성물 및 이의 용도(WO2010122019)에 설명된다.

보강 섬유의 인장 강도는 바람직하게는, 1200 내지 2800㎫의 범위 내, 더 바람직하게는, 1600 내지 2400㎫의 범위 내, 그리고 가장 바람직하게는, 1800 내지 2200㎫의 범위 내이다.

보강 섬유의 탄성 계수는 바람직하게는, 30 내지 100㎬의 범위 내, 더 바람직하게는, 50 내지 80㎬의 범위 내, 그리고 가장 바람직하게는, 60 내지 70㎬의 범위 내이다.

보강 충전제는 바람직하게는, 섬유 형태로 생체복합재의 생체흡수성 폴리머 매트릭스에 포함된다. 바람직하게는, 이러한 섬유는 연속적인 섬유이다.

바람직하게는, 연속적인 섬유가 임플란트와 정렬되어 섬유의 단부가 임플란트의 표면에서 개방되지 않는다.

바람직하게는, 섬유는 임플란트 내에서 균일하게 분포된다.

구체적으로, 생체흡수성 섬유-보강된 복합재에서, 많은 의료용 임플란트 적용을 위해 필요한 높은 강도 및 강성도를 달성하는 것은 짧거나 또는 긴 보강 섬유보다는 오히려 연속적인 보강 섬유의 사용을 필요로 할 수 있다. 이것은 짧거나 또는 긴 섬유 보강된 폴리머를 포함하는 복합재 또는 폴리머로부터 생산되는 의료용 임플란트에서 이전에 사용되었던, 임플란트 구조, 아키텍처, 설계, 및 생산 기법에서 상당한 차이를 생성한다. 이 임플란트는 사출 성형, 또는 이따금 3-D 프린팅, 생산 기법을 사용하여 가장 흔하게 생산된다. 이 임플란트의 생산은 일반적으로 임플란트 전반에 걸친 재료의 균질성을 수반하고 그래서 완성된 임플란트는 대부분 등방성인 재료로 이루어진다. 그러나, 연속적인 보강 섬유에 대해, 섬유가 신중히 정렬되어서 각각의 섬유 또는 섬유의 묶음이 복합 재료 내 경로를 따라 이어져서 섬유가 임플란트 내 특정한 축을 따라 보강을 제공하여 가장 필요한 곳에 응력 저항을 제공한다.

적어도 일부 실시형태에서, 본 발명은 임플란트가 지속적으로 높은 하중 지탱 강도 및 강성도를 달성할 수 있다는 점에서 이전의 생체흡수성 임플란트로부터 의미있는 진전인, 연속적인-섬유 보강된 생체흡수성 복합 재료로부터 임플란트 조성물을 제공한다. 부가적으로, 임플란트의 이방성 특성이 임플란트가 축에서 높은 기계적 특성을 달성하게 할 수 있기 때문에 이 특성이 모든 다른 축에서 높은 기계적 특성을 균일하게 제공할 필요가 있는 부가적인 용적을 필요로 하는 일 없이 (예를 들어, 휨 저항에서) 필요한 경우에 본 발명의 많은 실시형태는 부가적으로 저 용적의 효율적인 임플란트와 함께 이 높은 강도를 가능하게 한다.

적어도 일부 실시형태에 따르면, 복수의 복합재층을 포함하는 의료용 임플란트가 제공되고, 상기 층은 생분해성 폴리머 및 복수의 일방향으로 정렬된 연속적인 보강 섬유를 포함한다. 임의로 그리고 바람직하게는, 생분해성 폴리머는 생분해성 복합재로 구현된다. 또한 임의로 그리고 바람직하게는, 섬유는 하나 이상의 생체흡수성 폴리머를 포함하는 폴리머 매트릭스에 내장된다.

적어도 일부 실시형태에 따르면, 복합재층은 하나 이상의 복합재 테이프로 각각 이루어지고, 상기 테이프는 생분해성 폴리머 및 복수의 일방향으로 정렬된 연속적인 보강 섬유를 포함한다. 임의로 그리고 바람직하게는, 생분해성 폴리머는 생분해성 복합재로 구현된다. 또한 임의로 그리고 바람직하게는, 섬유는 하나 이상의 생체흡수성 폴리머를 포함하는 폴리머 매트릭스에 내장된다.

바람직하게는, 복합재 테이프층은 폴리머로 사전에 침지된 보강 섬유를 포함한다.

바람직하게는, 각각의 복합재층은 0.05㎜ 내지 0.5㎜, 더 바람직하게는, 0.15 내지 0.35㎜, 그리고 가장 바람직하게는, 0.1 내지 0.25㎜의 두께를 갖는다.

바람직하게는, 각각의 복합재 테이프는 2 내지 30㎜의 폭을 갖고, 더 바람직하게는, 테이프는 4 내지 16㎜의 폭을 갖고, 그리고 가장 바람직하게는, 6 내지 12㎜의 폭을 갖는다.

바람직하게는, 복합재 테이프 내 보강 섬유 함량은 전체 복합재 테이프 재료에 대해 20 내지 70%의 범위 내, 더 바람직하게는, 30 내지 60%의 범위 내, 더 바람직하게는, 40 내지 50%의 범위 내, 그리고 가장 바람직하게는, 45 내지 50%이다.

임의로 그리고 바람직하게는, 임플란트 내 섬유-보강된 생분해성 복합재는 10㎬를 초과하는 굽힘 계수 및 100㎫를 초과하는 굽힘 강도를 갖는다.

임의로, 임플란트 내 섬유-보강된 생분해성 복합재는 200 내지 1000㎫의 범위 내, 바람직하게는, 300 내지 800㎫, 더 바람직하게는, 400 내지 800㎫의 범위 내, 그리고 가장 바람직하게는, 500 내지 800㎫의 범위 내의 굽힘 강도를 갖는다.

임의로, 임플란트 내 섬유-보강된 생분해성 복합재는 10 내지 30㎬의 범위 내, 바람직하게는, 12 내지 28㎬, 더 바람직하게는, 16 내지 28㎬의 범위 내, 그리고 가장 바람직하게는, 20 내지 26㎬의 범위 내의 탄성 계수를 갖는다.

임의로, 섬유가 길이방향축에 대해 비스듬히(즉, 사선으로) 정렬될 수도 있어서 섬유의 길이는 임플란트의 길이의 100% 초과일 수도 있다. 임의로 그리고 바람직하게는, 다수의 보강 섬유는 길이방향축으로부터 90° 미만, 대안적으로 60° 미만, 또는 임의로 45° 미만의 각으로 정렬된다.

바람직하게는, 임플란트는 바람직하게는, 2 내지 20개의 복합재 테이프층, 더 바람직하게는, 2 내지 10개의 층, 그리고 가장 바람직하게는, 2 내지 6개의 층을 포함하고; 각각의 층은 상이한 방향으로 정렬될 수도 있거나 또는 층의 일부는 다른 층과 동일한 방향으로 정렬될 수도 있다.

바람직하게는, 층의 적어도 일부에서 섬유 사이의 최대 각은 각각의 층 및 길이방향축의 섬유 사이의 각 초과이다. 예를 들어, 보강 섬유의 하나의 층이 길이방향축에 대해 우측 사선에 정렬될 수도 있지만 또 다른 층은 길이방향축에 대해 좌측 사선에서 정렬될 수도 있다.

임의로 그리고 바람직하게는, 복합재 조성물은 예를 들어, 본 명세서에서 제시된 것처럼 참조에 의해 본 명세서에 원용되는, 제WO2010122098호에 설명된 바와 같은 시약인, 화합제를 부가적으로 포함한다.

보강 섬유 직경은 바람직하게는, 2 내지 40㎛의 범위 내, 바람직하게는, 8 내지 20㎛, 가장 바람직하게는, 12 내지 18㎛(마이크로미터)이다.

바람직하게는, 임플란트는 보강 섬유의 단 하나의 조성을 포함한다.

바람직하게는, 섬유는 임플란트의 표면에서 개방되지 않는다.

보강된 폴리머 조성물의 수많은 예가 이전에 문서화되었다. 예를 들어: 유리 섬유가 연속적인 폴리머 매트릭스에 내장될 수 있는, 생체적합성 및 재흡수성 용해 유도된 유리 조성물(제EP 2 243 749 A1호), 생분해성 폴리머 및 20 내지 70 vol%의 유리 섬유를 포함하는 생분해성 복합재(제WO2010128039 A1호), 폴리머 매트릭스에 내장될 수 있는, 재흡수성 및 생체적합성 섬유 유리(제US 2012/0040002 A1호), 생체적합성 복합재 및 이의 용도(제US 2012/0040015 A1호), 충전제로서 폴리[숙신이미드]를 포함하는 흡수성 폴리머(제EP0 671 177 B1호).

본 발명의 더 바람직한 실시형태에서, 보강 충전제가 생체흡수성 폴리머에 공유 결합되어 보강 효과가 연장된 기간 동안 유지된다. 이러한 방식은 생체적합성 유리를 포함하는 복합 재료, 생체적합성 매트릭스 폴리머 및 공유 결합을 형성할 수 있는 가교제를 논의하는, 본 명세서에서 완전히 제시되는 것처럼 참조에 의해 본 명세서에 원용되는, 제US 2012/0040002 A1호 및 제EP 2243500B1호에 설명되었다.

임플란트의 제조

임의의 위에서 설명된 생체흡수성 폴리머 또는 보강된 생체흡수성 폴리머는 본 발명에서 사용되는 원하는 물리적 형태로 제조될 수도 있다. 폴리머 기판은 예를 들어, 압축 성형, 주조, 사출 성형, 인발, 압출, 필라멘트 권취, 복합재 흐름 성형(composite flow molding: CFM), 기계가공, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 제조 기법에 의해 제조될 수도 있다. 폴리머는 예를 들어, 플레이트, 나사, 못, 섬유, 시트, 막대, 꺾쇠, 클립, 바늘, 관, 폼, 또는 의료 디바이스를 위해 적합한 임의의 다른 구성과 같은 임의의 형상으로 이루어질 수도 있다.

하중-지탱 기계적 강도

본 발명은 특히 뼈의 강성도와 비교하여 높은 강도 및 강성도를 요구하는 의료 적용에서 사용될 수 있는 생체흡수성 복합 재료에 관한 것이다. 이 의료 적용은 의료용 임플란트가 신체에 의해 또는 신체에 적용되는 하중의 전부 또는 일부를 지탱하길 요구하고 따라서 일반적으로 "하중-지탱" 적용으로서 지칭될 수 있다. 이것은 뼈 고정, 골절 고정, 힘줄 재부착, 관절 대체, 척추 고정, 및 척추 케이지를 포함한다.

하중-지탱 의료용 임플란트에서 사용되는 생체흡수성 복합재(예컨대, 보강된 생체흡수성 폴리머)로부터 선호되는 굽힘 강도는 적어도 200㎫, 바람직하게는, 400㎫ 초과, 더 바람직하게는, 600㎫ 초과, 그리고 훨씬 더 바람직하게는, 800㎫ 초과이다. 본 발명에서 사용되는 생체흡수성 복합재의 탄성 계수(또는 영 계수)는 바람직하게는, 적어도 10㎬, 더 바람직하게는, 15㎬ 초과, 훨씬 더 바람직하게는, 20㎬ 초과이지만 100㎬를 초과하지 않고 바람직하게는, 60㎬를 초과하지 않는다.

지속적인 기계적 강도

충분한 뼈 치유를 허용하기 위해 연장된 기간 동안 기계적 특성(높은 강도 및 강성도)을 유지하는, 본 발명의 생체흡수성 하중-지탱 의료용 임플란트가 필요하다. 이 강도 및 강성도는 바람직하게는, 피질골의 강도 및 강성도 초과로, 각각 대략 150 내지 250㎫ 및 15 내지 25㎬로, 적어도 3개월, 바람직하게는, 적어도 6개월, 그리고 훨씬 더 바람직하게는 적어도 9개월의 기간 동안 생체 내에서(즉, 생리적 환경에서) 유지된다.

더 바람직하게는, 굽힘 강도는 400㎫ 초과로 유지되고 훨씬 더 바람직하게는, 600㎫ 초과로 유지된다.

본 발명은 이전의 방식의 한계를 극복하고 뼈 재생 및 재활을 완전히 지지하는 데 충분한 연장된 기간 동안 높은 기계적 강도 및 강성도를 유지하는 생분해성 조성물로 이루어진 의료용 임플란트를 제공한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "생분해성"은 생체 내에서 확산에 의한 분해에 기인하여 분해되는, 재료, 예를 들어, 폴리머를 포함하는 일반화된 용어이다. 신체 내 생분해성 재료의 질량의 감소는 숙주 조직 내 물리화학적 조건(예를 들어, 습도, pH 값)에 의해 촉매 작용하는, 수동 공정의 결과일 수도 있다. 생분해성의 바람직한 실시형태에서, 신체 내 생분해성 재료의 질량의 감소는 또한 분해 부산물의 간단한 여과에 기인하여 또는 물질의 대사("생체재흡수" 또는 "생체흡수") 후 천연 경로를 통해 제거될 수도 있다. 어느 경우든, 질량의 감소는 초기의 이물질의 부분적인 또는 전체 제거를 발생시킬 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, 상기 생분해성 복합재는 수성 환경에서 고분자 분해에 기인하여 사슬 분해를 겪는 생분해성 폴리머를 포함한다.

폴리머가 손상 없이 신체로부터 대사될 수 있거나 또는 제거될 수 있는 작은 비독성 세그먼트로 분해될 수 있다면 폴리머는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 "흡수성"이다. 일반적으로, 흡수성 폴리머가 신체 조직에 대한 노출 시 팽창되고, 가수분해되고, 분해되어, 상당한 중량 손실을 발생시킨다. 가수분해 반응은 일부 경우에서 효소로 촉매 작용될 수도 있다. 완전한 생체흡수, 즉, 완전한 중량 손실이 몇시간 걸릴 수도 있지만, 바람직하게는, 완전한 생체흡수는 24개월 내, 가장 바람직하게는, 12개월 내에 발생한다.

용어 "폴리머 분해"는 각각의 폴리머의 분자 중량의 감소를 의미한다. 바람직하게는, 본 발명의 범위 내에서 사용되는, 폴리머에 대해, 상기 분해는 에스터 결합의 분해에 기인한 자유수에 의해 유도된다. 실시예에서 설명된 바와 같은 예를 들어, 생체재료에서 사용되는 폴리머의 분해는 대량 부식의 원리를 따른다. 이에 의해, 연속적인 분자 중량의 감소는 매우 현저한 질량 손실을 선행한다. 이러한 질량 손실은 분해 생성물의 용해성에 기인한다. 물 유도된 폴리머 분해의 결정 방법은 분해 생성물의 적정, 점도 측정, 시차주사 열량측정법(differential scanning calorimetry: DSC)과 같은 기술에 잘 알려져 있다.

대량 분해는 임플란트의 본체와 같은, 분해되는 재료를 통한 유체의 적어도 일부 관류가 있어서, 임플란트의 대부분의 재료(단독으로 외부 표면과 대조적으로)를 잠재적으로 분해하는 분해의 공정을 나타낸다. 이 공정은 많은 효과를 나타낸다. 폐쇄된 목록으로 제한되길 원하는 일 없이, 이러한 대량 분해는 임플란트를 더 크게 또는 더 두껍게 단순히 제작하는 것이 개선된 유지된 강도를 발생시킬 수 없다는 것을 의미한다.

표면 분해는 외부 표면이 분해를 겪는 분해 공정을 나타낸다. 그러나, 분해되는 재료를 통한 유체의 관류가 거의 또는 전혀 없다면, 표면 상에 없는 임플란트의 부분은 이러한 관류가 더 광범위하게 발생하는 임플란트에 비해 개선된 유지된 강도를 갖는 것으로 예상된다.

재료 특정 설계 이점

폐쇄된 목록으로 제한되길 원하는 일 없이, 재료 특정 설계 이점은 이 재료로부터 제작된 임플란트의 다음의 고유의 특성 중 하나 이상의 특성에 의해 임의로 제공된다:

1. 강도 및 강성도 특성이 이방성인 흡수성 구조의 임플란트. 이 임플란트의 휨 저항 및 다른 기계적 특성은 부품의 특정한 설계 및 부품 내 보강 섬유의 정렬에 크게 의존적이다. 따라서, 임플란트가 나머지 축에서 등가의 지지(예를 들어, 인장 강성도)를 제공하는 재료의 과도한 양을 포함하는 일 없이 필수적 축에서 충분한 지지(예를 들어, 굽힘 강성도)를 제공하도록 이러한 임플란트를 효율적으로 설계하는 것이 가능하다.

2. 최소 프로파일로 뼈 고정을 달성하는 임플란트를 생성하도록 보강된 흡수성 복합 재료의 강도 및 강성도 특성을 이용하는 흡수성 임플란트를 위한 저 프로파일/최소 침습성/재료 효율적인 설계. "최소 프로파일"에 대해, 이것은 임플란트가 이러한 복합 재료로 이루어지지 않은 등가의 현재 입수 가능한 임플란트와 비교하여 적어도 하나의 치수에서 크기가 감소된다는 것을 의미한다.

3. 피질골의 강성도와 근접하지 않은 이전의 흡수성 임플란트와 대조적인, 하중 지탱 흡수성 뼈 임플란트.

4. 기능하는 데 충분히 강하도록 보강을 필요로 하는, 작은 기능 특징부, 예컨대, 앵커, 릿지, 톱니 등. 이전의 흡수성 재료는 이러한 특징부에 대해 충분한 강도를 가질 수 없다.

5. 섬유-보강된 복합재 특정 제작 기법, 예컨대, 압축 성형, 인발 등에 따라 생산되는 능력.

6. 높은 계수의(예컨대, 금속) 임플란트의 사용으로부터 발생할 수 있는 응력 발생기의 트라우마 또는 응력 차단과 비교할 때 연조직과 뼈조직 둘 다를 포함하는 주위 조직에 대한 손상의 감소.

따라서, 적어도 일부 실시형태에 따르면, 본 발명은 하중-지탱 목적을 위해 구조적 고정으로서 유용하여, 지속적인 기계적 특성을 나타내는 의료용 임플란트를 제공한다.

적어도 일부 실시형태에 따르면, 본 발명은 종래 기술의 재료의 문제점이 최소화될 수 있거나 또는 심지어 제거될 수 있고, 즉, 복합재가 예를 들어, 뼈 치유를 위해 충분한 시간 기간 동안 생체 내에서 강도 및 계수를 유지하는, 생분해성 복합 재료를 더 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 기계적 강도는 휨 강도, 비틀림 강도, 충격 강도, 압축 강도 및 인장 강도를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

적어도 일부 실시형태에서, 현재 청구된 발명은 생체적합성 폴리머 및 복수의 보강 섬유를 포함하는 생체복합 재료에 관한 것이고, 상기 보강 섬유는 평행한 배향으로 지향된다.

생체복합 재료는 비평행한 배향으로 지향되는 보강 섬유를 가진 이러한 재료와 비교할 때 증가된 범위 또는 정도를 특징으로 하는 하나 이상의 기계적 특성을 갖는다. 임의로 이러한 비평행한 배향은 수직이거나 또는 비정질(비지향된) 배향. 탄성 계수, 인장 계수, 압축 계수, 전단 계수, 휨 모멘트, 관성 모멘트, 휨 강도, 비틀림 강도, 전단 강도, 충격 강도, 압축 강도 및/또는 인장 강도이다. 증가된 범위 또는 정도는 임의로 적어도 크게는 2배, 적어도 크게는 5배, 적어도 크게는 10배, 적어도 크게는 20배, 적어도 크게는 50배, 또는 적어도 많게는 100배 또는 이들 사이의 임의의 정수값일 수도 있다.

임의로, 기계적 특성은 굽힘 강도, 탄성 계수 및 최대 하중 중 임의의 하나, 이들 중 동일하거나 또는 전부의 임의의 쌍을 포함할 수 있다. 임의로, 밀도 및/또는 용적은 변화되지 않거나 또는 5% 내, 10% 내, 15% 내, 20% 내, 이들 사이의 임의의 정수값 또는 50%까지의 임의의 정수값과 유사하다.

임의로, 본 명세서에서 설명된 생체복합 임플란트는 팽창 가능하고, 적어도 0.5%의 팽창성, 적어도 1%, 2%의 팽창성, 20% 미만의 팽창성, 바람직하게는, 10% 미만의 팽창성 또는 이들 사이의 임의의 정수값의 팽창성을 갖는다.

임의로, 하나의 기계축의 팽창성이 제2 기계축의 팽창성보다 더 크다. 바람직하게는, 축 사이의 팽창차 백분율(%)은 적어도 10%, 적어도 25%, 적어도 50%, 또는 적어도 100%, 또는 이들 사이의 임의의 정수값이다.

1시간, 12시간, 24시간, 48시간, 5일, 일주일, 1개월, 2개월 또는 6개월 또는 이들 사이의 임의의 시간값 동안 생물학적 조건에 노출된 후, 생체복합 재료 임플란트 바람직하게는 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 75%, 적어도 85% 또는 100%까지의 굽힘 강도, 계수 및/또는 최대 하중, 및/또는 용적, 또는 이들 사이의 임의의 정수값을 유지한다. "생물학적 조건"에 대해, 이것은 온도가 30 내지 40℃이지만 바람직하게는, 37℃인 것을 의미한다. 임의로, 유체 조건은 "시뮬레이션된 체액" 조건하에서 신체 내에서 또한 반복된다.

임플란트 또는 임플란트의 세그먼트의 굽힘 강도는 바람직하게는, 적어도 200㎫, 적어도 400㎫, 적어도 600㎫, 적어도 1000㎫ 또는 이들 사이의 임의의 정수값이다.

관련된 임플란트는 뼈 고정 플레이트, 척수 내 못, 관절(엉덩이, 무릎, 팔꿈치) 임플란트, 척추 임플란트, 및 예컨대, 골절 고정, 힘줄 재부착, 척추 고정, 및 척추 케이지를 위한 이러한 적용을 위한 다른 디바이스를 포함할 수도 있다.

적어도 일부 실시형태에 따르면, 생분해성 복합재를 포함하는, 뼈 또는 연조직 고정을 위한 의료용 임플란트가 제공되고, 상기 복합재는 임의로 그리고 바람직하게는, 다음의 특성을 갖는다:

(i) 생분해성 복합재는 하나 이상의 생분해성 폴리머 및 재흡수성, 보강 섬유를 포함한다; 그리고

(ii) 의료용 임플란트를 포함하는 하나 이상의 세그먼트는 6㎬ 내지 30㎬의 범위 내 최대 굽힘 계수 및 100㎫ 내지 1000㎫의 범위 내 굽힘 강도를 갖는다; 그리고

(iii) 복합재의 평균 밀도는 1.1 내지 3.0g/㎤의 범위 내이다.

바람직하게는, 복합재의 평균 밀도는 1.2 내지 2.0g/㎤의 범위 내이다.

더 바람직하게는, 복합재의 평균 밀도는 1.3 내지 1.6g/㎤의 범위 내이다.

바람직하게는, 굽힘 계수는 10㎬ 내지 28㎬의 범위 내 그리고 더 바람직하게는, 15 내지 25㎬의 범위 내이다.

바람직하게는, 굽힘 강도는 200 내지 800㎫의 범위 내이다. 더 바람직하게는, 400 내지 800㎫.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 탄성 계수의 적어도 50%가 3일 동안 50℃에서 시뮬레이션된 체액 (simulated body fluid: SBF)에 대한 노출 후 유지된다. 더 바람직하게는, 적어도 70%가 유지되고, 훨씬 더 바람직하게는, 적어도 80%가 유지된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 강도의 적어도 20%가 3일 동안 50℃에서 시뮬레이션된 체액(SBF)에 대한 노출 후 유지된다. 더 바람직하게는, 적어도 30%가 유지되고, 훨씬 더 바람직하게는, 적어도 40%가 유지된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 탄성 계수의 적어도 50%가 3일 동안 37℃에서 시뮬레이션된 체액(SBF)에 대한 노출 후 유지된다. 더 바람직하게는, 적어도 70%, 그리고 훨씬 더 바람직하게는, 적어도 85%.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 강도의 적어도 30%가 3일 동안 37℃에서 시뮬레이션된 체액(SBF)에 대한 노출 후 유지된다. 더 바람직하게는, 적어도 45%, 그리고 훨씬 더 바람직하게는, 적어도 60%.

특히, 이방성일 수 있는 하나 이상의 세그먼트를 포함하는 본 명세서에서 설명된 의료용 임플란트에 관하여, 이 이방성은 이방성 구조가 임플란트를 구성하는 재료에 의해 달성될 수도 있는 최상의 기계적 특성 미만인 기계적 특성이 하나 이상의 축에 존재하는 임플란트를 발생한다는 점에서 의료, 특히 정형외과용, 임플란트에서 이전에 받아들여졌던 것으로부터 상당한 차이를 반영한다. 대조적으로, 종래의 임플란트는 이것이 임의의 축에서 절충을 필요로 하지 않기 때문에 임플란트를 구성하는 재료의 균일한 기계적 특성에 의존하였다.

이방성 방식은 오직 더 큰 임플란트 기계적 특성이 다른 축과는 대조적인 특정한 축에서 요구되는 것을 결정하도록 생체역학적 분석 후 적용될 수 있다. 예를 들어, 임플란트는 매우 큰 휨력 하지만 오직 공칭 인장력을 겪을 수도 있고 따라서 휨력에 대한 훨씬 더 큰 강조를 요구한다. 의료용 임플란트 내 힘의 다른 관련 축은 인장, 압축, 휨, 비틀림, 전단, (뼈로부터의) 인발 힘 등을 포함할 수 있다.

임플란트의 기계적 특성에 영향을 주는 수개의 요인이 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 재료 조성물은 단독으로 일반적으로 균일한 또는 등방성 구조를 발생시킨다. 폐쇄된 목록 또는 단일의 가설로 제한되길 원하는 일 없이, 섬유-보강된 생체복합 의료용 임플란트 내에서, 이방성 구조는 다음의 특성 중 하나 이상의 특성으로부터 발생할 수도 있다:

1. 보강 섬유 대 바이오폴리머의 중량비. 바람직하게는, 이 비는 1:1 내지 3:1 그리고 더 바람직하게는, 1.5:1 내지 2.5:1의 범위 내이다.

2. 의료용 임플란트의 밀도(이 특성은 또한 보강 섬유 대 폴리머의 비에 의해 어느 정도까지 결정된다).

3. 보강 섬유의 직경. 평균 섬유 직경은 바람직하게는, 5 내지 50㎛이다. 더 바람직하게는, 10 내지 30㎛.

4. 섬유(연속적인 섬유, 긴 섬유, 짧은 섬유)의 길이. 바람직하게는, 전체 임플란트에 걸쳐 이어지는 섬유를 가진 연속적인 보강 섬유를 가짐.

5. 섬유 또는 섬유층의 정렬. 바람직하게는, 임플란트의 각각의 세그먼트에서, 다수의 섬유 또는 섬유층이 가장 높은 휨력에 노출되는 축과 정렬되거나 또는 부분적으로 정렬된다. 부분적으로 정렬된다면, 바람직하게는, 축의 45° 각 이내.

6. 임의의 주어진 방향으로 정렬된 섬유 또는 섬유층의 수. 바람직하게는, 섬유층은 0.1 내지 1㎜의 두께 그리고 더 바람직하게는, 0.15 내지 0.25㎜의 두께를 갖는다.

7. 섬유층의 순서.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 의료용 임플란트는 핀, 나사, 또는 와이어이다.

바람직하게는, 2㎜ 외부 직경의 핀 또는 와이어는 200N 초과의 전단 내하력을 가질 것이다. 더 바람직하게는, 2㎜ 핀의 전단 내하력은 400N을 초과할 것이고 그리고 가장 바람직하게는, 600N을 초과할 것이다.

임상 적용

본 명세서에서 논의되는 의료용 임플란트는 일반적으로 해부학적 관계를 복구시키도록 뼈 골절 감소 및 고정을 위해 사용된다. 이러한 고정은 임의로 그리고 바람직하게는, 안정된 고정, 뼈 및 주위 연조직으로의 혈액 공급의 보존, 및 부분 및 환자의 초기의, 능동 가동화 중 하나 이상, 그리고 더 바람직하게는, 전부를 포함한다.

본 발명의 적어도 일부 실시형태에 따라 설명된 재료 및 개념이 관련될 수도 있는, 뼈 고정 임플란트의 수개의 예시적인, 실례가 되는, 비제한적인 유형이 있고, 다음과 같다:

나사

나사가 내부 뼈 고정을 위해 사용되고 골절의 유형 및 나사가 사용되는 방식에 기초한 상이한 설계가 있다. 나사는 상이한 크기의 뼈에 대한 사용을 위해 상이한 크기를 갖는다. 나사는 단독으로 골절을 홀딩하기 위해, 뿐만 아니라 플레이트, 막대 또는 못과 함께 사용될 수 있다. 뼈 치유 후, 나사는 제자리에 남겨질 수도 있거나 또는 제거될 수도 있다.

나사에 나사산이 있지만, 나사산은 전체에 있을 수 있거나 또는 부분적일 수 있다. 나사는 압축 나사, 록킹 나사 및/또는 캐뉼러가 삽입된 나사를 포함할 수 있다. 외부 나사 직경이 0.5 또는 1.0㎜만큼 작을 수 있지만 일반적으로 더 작은 뼈 고정을 위해 3.0㎜ 미만이다. 더 큰 뼈 피질 나사는 5.0㎜까지일 수 있고 망상조직 나사는 심지어 7 내지 8㎜에 이를 수 있다. 일부 나사는 자가-테이핑되고 다른 나사는 나사의 삽입 전에 드릴링을 필요로 한다. 캐뉼러가 삽입된 나사에 대해, 중간의 중공형 섹션은 일반적으로 가이드 와이어를 수용하기 위해 1㎜보다 더 큰 직경을 갖는다.

와이어/핀

와이어는 종종 뼈를 다시 핀과 함께 고정하기 위해 사용된다. 와이어는 종종 너무 작아서 나사로 고정되지 않는 뼈의 조각을 함께 홀딩하도록 사용된다. 와이어가 다른 형태의 내부 고정물과 함께 사용될 수 있지만, 와이어는 손 또는 발에서 발견되는 뼈와 같은 작은 뼈의 골절을 치료하기 위해 단독으로 사용될 수 있다. 와이어 또는 핀은 뼈 내로의 삽입 또는 드릴링을 위해 일측 또는 양측에 날카로운 포인트를 가질 수도 있다.

"K-와이어"는 일반적으로 스테인리스강, 티타늄, 또는 니티놀로 이루어진 와이어의 특정한 유형이고 0.5 내지 2.0㎜의 직경 및 2 내지 25㎝의 길이의 범위 내의 치수를 갖는다. "슈타인만 핀"은 일반적으로 2.0 내지 5.0㎜ 직경 및 2 내지 25㎝ 길이의 범위 내이다. 그럼에도 불구하고, 용어, 뼈 고정을 위한 핀 및 와이어는 본 명세서에서 교환 가능하게 사용된다.

앵커

앵커 및 특히 봉합 앵커는 힘줄 및 인대를 뼈에 고정시키기 위한 고정 디바이스이다. 앵커는 뼈 내에 삽입되는 앵커 기구, 및 봉합사가 지나가는 앵커 내 하나 이상의 작은 구멍, 구멍 또는 루프로 이루어진다. 이것은 앵커를 봉합사에 연결시킨다. 뼈 내에 삽입되는 앵커는 나사 기구 또는 개입 기구일 수도 있다. 앵커는 일반적으로 1.0 내지 6.5㎜ 직경의 범위 내이다.

케이블, 타이, 와이어 타이

케이블, 타이 또는 와이어 타이(와이어 타이의 하나의 예는 Synthes ZipFix™임)는 원형묶음에 의한 고정, 또는 뼈를 함께 묶는 것을 수행하도록 사용될 수 있다. 이러한 임플란트는 임의로 뼈 내 임플란트 샤프트의 존재 또는 뼈 손상에 기인하여, 천공 나사 또는 와이어/핀을 사용하여 고정될 수 없는 뼈를 함께 홀딩할 수도 있다. 일반적으로, 이러한 케이블 또는 타이 임플란트의 직경은 임의로 1.0㎜ 내지 2.0㎜의 범위 내 그리고 바람직하게는, 1.25 내지 1.75㎜의 범위 내이다. 와이어 타이 폭은 임의로 1 내지 10㎜의 범위 내일 수도 있다.

못 또는 막대

긴 뼈의 일부 골절에서, 뼈 조각을 함께 홀딩하기 위한 의료적으로 최상의 사례는 보통 약간의 골수를 포함하는 뼈의 중공형 중심을 통해 막대 또는 못의 삽입을 통하는 것이다. 막대의 각각의 단부의 나사는 골절이 수축되거나 또는 회전하는 것을 방지하고 또한 골절이 치유될 때까지 막대를 제자리에 홀딩하도록 사용된다. 막대 및 나사는 치유가 완료된 후 뼈에 남아 있을 수도 있다. 뼈 고정을 위한 못 또는 막대는 일반적으로 20 내지 50㎝의 길이 및 5 내지 20㎜의 직경(바람직하게는, 9 내지 16㎜)을 갖는다. 못 또는 막대의 중간의 중공형 섹션은 일반적으로 가이드 와이어를 수용하기 위해 직경이 1㎜보다 더 크다.

뼈 고정 임플란트의 다른 비제한적인, 실례가 되는 예는 임의로 플레이트들, 플레이트 및 나사 시스템, 및 외부 고정기를 포함할 수도 있다.

임의의 위에서 설명된 뼈 고정 임플란트는 임의로 분쇄 골절, 분절 골절, 비-결합 골절, 뼈 손실을 가진 골절, 근위 및 원위 골절, 골간 골절, 골절술 부위 등을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 다양한 골절 유형을 고정시키도록 사용될 수도 있다.

실시예 1 - 개질된 표면적

이 비제한적인, 실례가 되는 실시예는 보강된 생체복합 재료로 이루어진 정형외과용 임플란트의 그릿 블라스팅에 의한 표면 처리를 설명한다. 이 실시예는 설명된 처리에 기인한 표면 특성의 변화를 나타낸다.

재료 및 방법

9㎜의 외경 및 30㎜의 길이를 가진 ACL 개입 나사가 보강된 복합 재료를 사용하여 생산되었다. 복합 재료는 50% w/w 연속적인 광물 섬유로 보강된 PLDLA 70/30 폴리머로 이루어졌다. 광물 섬유 조성은 대략 Na₂O 14%, MgO 5.4%, CaO 9%, B₂O₃ 2.3%, P₂O₅ 1.5%, 및 SiO₂ 67.8% w/w이다. 테스트 샘플은 복합 재료의 다수의 층의 나사 주형으로의 압축 성형에 의해 제작되었다. 각각의 층은 내장된 일방향으로 정렬된 연속적인 섬유를 가진 PLDLA 폴리머로 이루어졌다. 임플란트의 길이방향축에 대한 층의 배향은 임플란트의 층의 수에 따라 반복적인 방식으로, 0°(임플란트 길이방향축과 평행함), 45°, 0°, -45°, 0°이다. 각각의 층은 대략 0.18㎜의 두께를 갖는다.

표면은 완전한 적용범위를 위해 임플란트를 회전시키고 임플란트의 표면 상에서 하이드록시아파타이트 그릿(대략 70㎛ 평균 직경)을 사용하는 그릿 블라스팅에 의해 처리되었다.

주사 전자 현미경(FEI Helios 600, Holland)이 임플란트 표면을 이미징하기 위해 사용되었다. 이미지는 Au 스퍼터링 후 그리고 EDT 검출기를 사용하여 수개의 배율로 캡처되었다.

결과

표면의 거칠기의 증가를 발생시키는 표면 처리가 도 1 및 도 2에서 보여질 수 있다. 이 거칠기는 개선된 셀 부착 및 골융합을 용이하게 할 수 있다. 압축 성형 제작 기법에 기인하여, 임플란트의 외부층은 대부분 매끄러운 폴리머이고 생체활성 성분을 가진 광물 구성요소는 셀에 노출되지 않는다. 이 기법은 형태학적 변화에 기인하여 임플란트 내로의 셀의 융합을 용이하게 하고 더 빠른 속도로 생체활성 광물을 노출시키는 폴리머의 외부층의 분해를 증가시켜서, 따라서 다시 나중에 임플란트의 골전도성 특성을 증가시킨다. 또한, 표면 처리는 섬유가 임플란트 표면과 가까운 특정 위치에서 광물 섬유의 노출을 증가시키는 것으로 보인다(도 3 및 도 4).

단일의 가설로 제한되길 원하는 일 없이, 이 실시예에서 보이는 표면 처리가 골융합의 증가에 상당히 기여하는 요인일 수 있다고 여겨진다.

실시예 2 - 플레이트

아래의 실시예는 보강된 생체복합 재료를 가진 얇은 정형외과용 플레이트의 생산을 설명한다. 이 실시예는 표면 처리에 기인한 보강된 생체복합 재료로 이루어진 의료용 임플란트 플레이트의 상이한 표면 특성을 나타낸다.

재료 및 방법

2㎜의 두께, 12.8㎜의 폭 및 6㎝의 길이를 각각 가진, 플레이트 임플란트가 보강된 복합 재료를 사용하여 생산되었다. 복합 재료는 50% w/w 연속적인 광물 섬유로 보강된 PLDLA 70/30 폴리머로 이루어졌다. 광물 섬유 조성은 대략 Na₂O 14%, MgO 5.4%, CaO 9%, B₂O₃ 2.3%, P₂O₅ 1.5%, 및 SiO₂ 67.8% w/w이다. 테스트 샘플은 복합 재료의 다수의 층의 직사각형 주형으로의 압축 성형에 의해 제작되었다. 각각의 층은 내장된 일방향으로 정렬된 연속적인 섬유를 가진 PLDLA 폴리머로 이루어졌다. 임플란트의 길이방향축에 대한 층의 배향은 임플란트의 층의 수에 따라 반복적인 방식으로, 0°(임플란트 길이방향축과 평행함), 45°, 0°, -45°, 0°이다. 각각의 층은 대략 0.15㎜의 두께를 갖는다. 플레이트는 3개의 상이한 블라스팅 조건하에서 완전한 적용범위를 위해 임플란트를 회전시키는 동안 임플란트의 표면 상에서 하이드록시아파타이트 그릿을 사용하는 블라스팅에 의해 처리되지 않거나 또는 처리된다.

주사 전자 현미경(FEI Quanta FEG 250, Holland)이 임플란트 표면을 이미징하기 위해 사용되었다. 이미지는 EDT & BS 검출기를 사용하여 수개의 배율로 캡처되었다. 샘플이 절삭되었고, 단면이 SEM에 의해 이미징되었고 표면층 두께가 SEM 프로그램에 의해 임플란트 에지로부터 광물 섬유의 거리에 기초하여 측정되었다.

SEM-EDS가 원소 분석을 위해 사용되었고 데이터가 15Kv 및 ×500의 배율을 사용하는 조건 간에서 비교되었다.

집속 이온 빔(FIB) 장치(Helios 600, FEI)는 또한 구멍을 카빙하고 카빙 전에 Au로 코팅되는 처리된 임플란트의 단면을 이미징하도록 사용되었다.

원자력 현미경(atomic force microscopy: AFM)은 표면 거칠기 및 표면적 증가를 특성화하도록 사용되었다. AFM 측정은 ICON(Bruker, USA) 및 Bio FastScan(Bruker) 탭핑 모드, 실리콘 프로브 TESP(Bruker), 20 내지 80N/m의 스프링 상수, 279 내지 389㎑의 주파수를 사용함으로써 행해졌다.

결과

압축 성형 제작 기법에 기인하여, 임플란트의 외부층은 대부분 매끄러운 폴리머이고 임플란트의 본체를 구성하는 생체활성 성분을 가진 광물 구성요소는 셀에 노출되지 않는다. 이러한 임플란트 실시예에서, 대부분 외부 폴리머층으로서 획정된, 표면층은 17.6±6.8㎛인 것으로 측정되었다(도 5). 표면의 거칠기의 증가를 발생시키는 표면 처리가 도 6A 및 도 6B에서 보여질 수 있다. (201)에서, 표면은 (205 및 207)과 비교하여 비교적 매끄럽다. 이 거칠기는 개선된 셀 부착 및 골융합을 용이하게 할 수 있다. 이 블라스팅 기법은 형태학적 변화에 기인하여 임플란트 내로의 셀의 융합을 용이하게 하고 더 빠른 속도로 생체활성 광물을 노출시키는 폴리머의 외부층의 분해를 증가시켜서, 따라서 다시 나중에 임플란트의 골전도성 특성을 증가시킨다. 또한, 표면 처리는 표면적을 64%까지만큼 증가시킨다(표 1). 거칠기 및 최대 거칠기는 처리에 기인하여 각각 35.8㎚로부터 433㎚로 그리고 0.357㎛로부터 5.2㎛로 증가되었다. 표 1은 3개의 처리에 대한 증가된 거칠기 매개변수, 즉, Ra, Ra max 및 표면적을 요약한다.

특히, 표 1은 (A) 주형에서 나올 때 임플란트의 표면 및 (B, C, D) 3개의 상이한 조건에 대해 블라스팅 후 표면을 나타내는, 원자력 현미경(AFM)(ICON (Bruker, USA) 및 Bio FastScan(Bruker, USA)에 의해 행해진 표면 거칠기 측정을 나타낸다. AFM 측정은 ICON(Bruker, USA) 및 Bio FastScan(Bruker) 탭핑 모드, 실리콘 프로브 TESP(Bruker), 20 내지 80N/m의 스프링 상수, 279 내지 389㎑의 주파수를 사용함으로써 행해졌다.

60㎛ 초과의 깊이의 내부 단면을 노출시키는 구멍이 FIB 장치를 사용하여 임플란트 내에 카빙되었다(도 7A 및 도 7B). 이 경우에, 외부 표면층은 대략 2.5㎛(311)인 것으로 관찰되었고 내부 표면층은 부가적으로 40㎛(305)인 것으로 관찰되었다. 2개의 중첩된 광물 섬유의 단면이 또한 이 이미지에서 보여질 수 있다(301, 303). 이들은 임플란트의 본체 섹션의 에지를 나타낸다. (307)에서 표면의 거칠기는 약 1㎛의 직경을 나타내도록 확대되었다(313).

임플란트 본체, 임플란트 내부 표면층과 외부 표면층 간의 원소 조성차가 제시되었다(표 2). 특히 임플란트의 내부면과 본체 간의 광물 함량의 감소가 보여질 수 있다. Si 함량의 감소가 임플란트의 외부면 대 본체에서 보여질 수 있다. 이 경우에, 인산염 농도와 칼슘 농도는 외부 표면층에서 상당히 더 높고 내부 표면층뿐만 아니라 임플란트 본체 둘 다에서 검출되지 않는다. 이 경우에, 본체 임플란트 조성은 또한 표면적, 내부와 외부 둘 다보다 더 많은 나트륨을 갖는 것을 특징으로 한다.

표 2는 (A) 임플란트 단면의 중심, (B) 주형에서 나올 때 임플란트의 표면 및 (C, D, E) 셀 내성장 및 분해를 용이하게 하는, 작은 ㎚ 구멍 및 ㎛ 구멍을 생성하고 거칠기를 증가시키는 3개의 상이한 처리 후 표면을 나타내는, 원소 조성의 에너지-분산 X선 분광법(energy-dispersive X-ray spectroscopy: EDS) 측정을 나타낸다.

실시예 3 - 작은 직경의 핀

이 실시예는 보강된 생체복합 재료를 가진 작은 직경의 정형외과용 핀의 생산을 설명한다. 이 실시예는 보강된 생체복합 재료로 이루어진 의료용 임플란트 핀이 수개의 조성물의 표면적을 가질 수 있는 방식을 나타낸다.

재료 및 방법

각각 2㎜의 외경 및 7㎝의 길이를 가진 핀 임플란트가 보강된 복합 재료를 사용하여 생산되었다. 복합 재료는 50% w/w로 보강된 PLDLA 70/30 폴리머로 이루어졌다. 광물 섬유 조성은 대략 Na₂O 14%, MgO 5.4%, CaO 9%, B₂O₃ 2.3%, P₂O₅ 1.5%, 및 SiO₂ 67.8% w/w이다. 테스트 샘플은 복합 재료의 다수의 층의 다관 주형으로의 압축 성형에 의해 제작되었다. 각각의 주형은 14개의 임플란트를 동시에 생성하도록 설계되었다. 각각의 층은 내장된 일방향으로 정렬된 연속적인 섬유를 가진 PLDLA 폴리머로 이루어졌다. 임플란트의 길이방향축에 대한 층의 배향은 임플란트의 층의 수에 따라 반복적인 방식으로, 0°(임플란트 길이방향축과 평행함), 45°, 0°, -45°, 0°이다. 각각의 층은 대략 0.15㎜의 두께를 갖는다. 주형으로부터 핀을 추출한 후, 컴퓨터 수치 제어(Computer Numerical Control: CNC) 기계가공이 14개의 핀을 분리시키고 각이 있는 팁을 생성하도록 사용되었다.

주사 전자 현미경(SEM)(FEI Quanta FEG 250, Holland) 이미지는 수개의 배율로 그리고 EDT 또는 BSE 검출기를 사용하여 임플란트 샘플의 표면에 대해 그리고 단면에 대해 캡처되었다. ImageJ™(NIH 이미지 처리 소프트웨어)가 원주에 기초하여 표면 백분율 차를 측정하도록 사용되었다.

결과

핀을 분리시키는 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계가공이 생체복합재의 내부 성분을 노출시키도록 사용되어, 내부 본체와는 상이한 조성을 가진 60% 미만의 표면층을 가진 핀 임플란트를 생성한다(도 8). 표 3은 기호 설명을 도면에 제공한다.

라벨	L(㎛)	원주%
상이한 조성을 가진 표면층(적색, 404 + 402)	4073.5	59%
표면 상의 노출된 내부 성분(녹색, 403 + 401)	2863.9	41%

팁에 대한 CNC 기계가공 처리(도 9)는 부분적으로 노출된 섬유 묶음(501 내지 507)을 발생시킨다. 노출된 섬유는 처리에 기인하여 보여질 수 있고, 이것은 셀 내성장을 용이하게 한다. 연속적인 섬유 본체 조성물이 도 10에서 보여질 수 있고, 도면은 (601 및 602)로 보이는 섬유 직경 및 섬유 간의 거리(603)의 대표적인 측정값을 포함한다. 이 본체 조성물은 1:1까지의 광물 대 폴리머 w/w 비의 예이다. 도 11은 단일의 관 주형(위의 다관 주형과 다름)에서 생성되고 이어서 이전의 실시예에서 설명된 블라스팅 처리를 겪은, 대표적인 핀 임플란트 단면의 개략도를 도시한다. 개략도는 축척대로 도시된 것이 아니지만, 하나의 조성으로 이루어진 임플란트 본체(705), 이 경우에 상이한 조성을 각각 가진, 내부 표면층(703) 및 외부 표면층(701)을 포함하는 표면층을 포함한다. 이 방법은 내부 본체와는 상이한 조성으로 전부 이루어진 외부 표면층을 발생시킨다.

레이저 절삭 삭마

실시예 4 및 실시예 5는 표면이 정밀 레이저 절삭 삭마에 의해 처리되는, 표면 처리된 임플란트에 관한 것이다. 생체복합 의료용 임플란트의 단면을 검사할 때, 보강 섬유가 없는, 균일한 바이오폴리머(PLDLA)의 층이 다양한 두께로 측정될 수 있다.

도 12 및 도 13은 상이한 의료용 임플란트 단면에서 상이한 바이오폴리머층 두께를 도시한다.

생체복합 의료용 임플란트 성능이 외부층 표면 특성에 의해 영향받을 수 있다. 예를 들어, 다음으로 제한되지 않지만, 이 외부층 표면의 특성은 다음과 같다:

1. 노출된 섬유의 비율.

2. 외부층 두께.

3. 노출된 섬유의 방향성/다방향성 배향.

4. 섬유 노출 유형 - 단면 및/또는 원주.

5. 처리된 표면 대 미처리된 표면 비.

6. 표면 처리 패턴 형상.

7. 표면 처리 패턴 반복.

8. 표면 거칠기.

9. 표면 처리 후 결과로 생긴 표면 기하학적 구조.

10. 외부층의 재료 조성.

의료용 임플란트 외부층 표면 두께

의료용 임플란트의 단면을 검사할 때, 보강 섬유가 없는, 균일한 바이오폴리머(PLDLA)의 층이 다양한 두께로 측정될 수 있다.

임의로, 균일한 바이오폴리머의 외부 표면층은 의료용 임플란트의 상이한 단면에 걸쳐 달라진다.

또한 임의로, 균일한 바이오폴리머의 외부 표면층은 리브/나사산의 층 두께와 비교하여 임플란트 본체에서 더 두껍다.

또한 임의로, 균일한 바이오폴리머의 외부 표면층은 반대측과 비교하여 의료용 임플란트의 일측에서 더 두껍다.

또한 임의로, 균일한 바이오폴리머의 외부 표면층은 임플란트 원주의 층 두께와 비교하여 임플란트 본체에서 더 두껍다.

외부 표면층 두께는 또한 설계 및/또는 표면 각 및/또는 표면 구석 및 틈 존제에 대해 변화될 수도 있다.

임의로, 균일한 바이오폴리머의 외부 표면층은 3㎛ 초과이다.

또한 임의로, 균일한 바이오폴리머의 외부 표면층은 10㎛ 초과이다(실시예 4를 참조).

또한 임의로, 균일한 바이오폴리머의 외부 표면층은 25㎛ 초과이다.

처리된 표면 물리적 특성

도 14는 미처리된 표면층 대 처리된 표면층의 평면도를 도시한다.

미처리된 표면층은 바이오폴리머의 균일한 층이고 처리된 표면은 시각적으로 노출된 섬유를 갖는다. 도 15는 노출된 섬유 및 일부 바이오폴리머 잔여물의 클리어 뷰를 가진, 표면 처리된 섹션의 확대도를 도시한다.

처리된/미처리된 표면 위치

의료용 임플란트 설계에 따라, 임플란트의 상이한 구역은 표면 처리를 겪을 수도 있다. 임의로, 의료용 임플란트 본체는 완전히 표면 처리될 것이고 반면에 임플란트 리브 및/또는 나사산은 미처리된다(실시예 4 참조). 또한 임의로, 의료용 임플란트 본체는 부분적으로 표면 처리될 것이고 반면에 임플란트 리브 및/또는 나사산은 미처리된다. 또한 임의로, 의료용 임플란트 본체는 부분적으로 표면 처리될 것이고 반면에 임플란트 원주는 미처리된다. 또한 임의로, 의료용 임플란트 본체는 미처리될 것이고 반면에 임플란트 원주는 표면 처리될 것이다(실시예 5 참조). 또한 임의로, 의료용 임플란트 본체 표면은 미처리될 것이고 반면에 임플란트 리브 및/또는 나사산은 표면 처리될 것이다. 또한 임의로, 의료용 임플란트 본체는 부분적으로 표면 처리될 것이고 반면에 임플란트 리브 및/또는 나사산은 미처리된다. 도 16은 의료용 임플란트의 처리된 영역 및 미처리된 영역의 하나의 예를 도시한다.

처리된 표면/미처리된 표면 비

의료용 임플란트 설계에 따르면, 상이한 크기의 섹션은 표면 처리를 겪을 수도 있다. 즉, 처리된 표면적 대 전체 의료용 임플란트 표면적의 비는 변경될 수도 있다.

임의로, 의료용 임플란트 외부면의 10 내지 70%가 표면 처리될 것이다(실시예 5 참조). 또한 임의로, 의료용 임플란트 외부면의 30 내지 55%가 표면 처리될 것이다. 또한 임의로, 의료용 임플란트 외부면의 20 내지 45%가 표면 처리될 것이다(실시예 4 참조).

처리된 표면 패턴 형상

의료용 임플란트 설계에 따르면, 상이한 섹션 형상이 표면 처리될 것이다. 의료용 임플란트 표면 처리 형상은, 직사각형(실시예 4 참조), 원형, 호 형상, 다이아몬드, 평행사변형, 삼각형 또는 이 형상의 임의의 다른 조합일 수도 있다.

표면 처리 형상은 또한 특정 폭의 선 형상일 수도 있다. 선 유형은, 연속적인 실선, 파선, 점선, 원주선(실시예 5 참조), 각이 있는 선(5도 내지 85도의 임의의 각), 나선형 선(5도 내지 85도의 나선각)일 수도 있다. 표면 처리된 선 폭은 임의로 5㎛ 초과일 수 있다. 또한 임의로, 표면 처리된 선 폭은 임의로 10㎛ 초과일 수 있다. 또한 임의로, 표면 처리된 선 폭은 임의로 20㎛ 초과일 수 있다.

처리된 표면 패턴 반복

표면 처리된 패턴은 상이한 반복 유형으로 나타날 수도 있다(실시예 4 참조). 임의로, 처리된 표면 형상은 의료용 임플란트의 전체 처리된 영역에 걸쳐 반복될 것이다. 또한 임의로, 의료용 임플란트의 전체 표면 처리된 영역은 선 처리 패턴일 것이다. 또한 임의로, 1개 초과의 표면 처리된 형상이 의료용 임플란트의 처리된 표면적에서 나타날 것이다. 또한 임의로, 1개 초과의 선 처리 패턴이 의료용 임플란트의 처리된 표면적에서 나타날 것이다. 또한 임의로, 하나 이상의 선 처리 패턴과 하나 이상의 형상 표면 처리 패턴의 조합이 나타날 수도 있다.

방향성 섬유 노출

표면 처리는 외부층 표면에서 상이한 배향의 섬유를 노출시킬 수 있다. 임의로, 노출된 섬유 배향은 의료용 임플란트 본체축과 평행하다(실시예 4 참조). 또한 임의로, 노출된 섬유 배향은 임플란트 본체축에 대해 5° 내지 85°이다. 또한 임의로, 노출된 섬유 배향은 임플란트 본체축에 대해 15° 내지 65°이다. 또한 임의로, 노출된 섬유 배향은 임플란트 본체축에 대해 30° 내지 60°이다. 도 17 및 도 18은 2개의 상이한 샘플의 방향성 섬유 배향 노출을 도시한다.

다방향성 섬유 노출

섬유 노출은 또한 의료용 임플란트의 외부면 상의 비평행한 섬유 배향에 대해 달성될 수 있다. 동일한 표면 상의 1개 초과의 섬유 방향 노출의 조합을 의미한다. 임의로, 1개 초과의 노출된 섬유 방향이 처리된 표면에 있다. 또한 임의로, 2개 초과의 노출된 섬유 방향이 처리된 표면에 있다. 또한 임의로, 섬유 방향의 하나의 영역과 상이한 섬유 방향을 가진 인접한 영역 사이의 각은 0° 내지 90°이다. 또한 임의로, 섬유 방향의 하나의 영역과 상이한 섬유 방향을 가진 인접한 영역 사이의 각은 25° 내지 75°이다. 도 19 및 도 20은 2개의 상이한 섬유 방향을 가진 표면의 섬유 노출에 대한 표면 처리를 도시한다.

섬유 단면 노출

섬유 노출은 섬유의 절삭을 상이한 각에서 의도적으로 생성하는 표면 처리에 의해 달성될 수 있다. 이것은 의료용 임플란트의 외부층 표면인 섬유 단면을 노출시킬 것이고 잠재적으로 임플란트 성능을 개선시킬 수 있다. 임의로, 단면 섬유 노출은 섬유축에 대해 90°이다. 또한 임의로, 단면 섬유 노출은 섬유축에 대해 15° 내지 65°이다(실시예 5 참조). 또한 임의로, 단면 섬유 노출은 1개 초과의 섬유 방향으로 이루어진다. 도 21, 도 22 및 도 23은 각각 섬유축에 대한 90°까지, 45°까지 그리고 10°까지의 단면 섬유 노출을 도시한다.

외부층 표면 기하학적 구조/거칠기

표면 처리 전에, 생체복합 의료용 임플란트 외부면 기하학적 구조가 매끄럽게 그리고 노출된 섬유 없이 획득된다. 표면 처리는 삭마 방법, 표면당 처리 반복의 수에 따라 그리고 표면 처리 적용에 대한 표면 각에 따라, 수개의 상이한 표면 기하학적 구조를 달성할 수 있다.

도 24A 내지 도 24D는 생체복합 의료용 임플란트의 표면 처리에 의해 획득되는 4개의 상이한 표면 거칠기 및 기하학적 구조를 도시한다. 임의로, 상기 임플란트의 표면은 내부 조성물을 부분적으로 노출시키도록 처리된다. 또한 임의로, 표면 최대 거칠기는 2㎛ 초과이다. 또한 임의로, 표면 최대 거칠기는 3㎛ 초과이다. 또한 임의로, 표면 최대 거칠기는 5㎛ 초과이다.

폐쇄된 목록으로 제한되길 원하는 일 없이, 표면 처리는 상이한 종류의 표면 기하학적 구조를 발생시킬 수도 있다. 임의로, 결과로 생긴 표면 기하학적 구조는 원형 오목부이다. 또한 임의로, 결과로 생긴 표면 기하학적 구조는 노출된 섬유만으로 이루어진다. 또한 임의로, 결과로 생긴 표면 기하학적 구조는 노출된 섬유 및 바이오폴리머 잔여물로 이루어진다(실시예 5 참조). 또한 임의로, 결과로 생긴 표면 기하학적 구조는 단차 형상이다(실시예 4 참조).

외부층 재료 조성

외부층 표면 재료 조성은 표면 처리를 사용하여 제어될 수 있다. 도 25는 상이한 표면 처리의 결과로서 상이한 외부면 조성을 가진 2개의 인접한 구역의 평면도를 도시한다. 상단 구역이 더 높은 바이오폴리머 비율 및 더 적은 노출된 섬유를 갖고 반면에 하단 섹션은 거의 바이오폴리머가 존재하지 않는 많이 노출된 섬유를 갖는다. 섹션 둘 다는 방향성 섬유 노출을 갖는다.

실시예 4 - 육각형 리브 핀 임플란트의 구역 표면 처리

아래의 실시예는 보강된 생체복합 재료로부터 생산된 육각형 리브 정형외과용 핀 임플란트 상에서 레이저 삭마 방법을 사용하는 표면 처리 공정을 설명한다. 이 실시예는 삭마의 영역 및 형상, 바이오폴리머층 제거 시 그리고 방향성 섬유 노출 시 삭마의 효과를 상세히 설명한다.

재료 및 준비

육각형 리브 핀 임플란트가 보강된 복합 재료를 사용하여 생산되었다. 핀은 상이한 육각형 코어 단면 크기, 2.4㎜ 및 2.6㎜를 각각 가진, 2개의 측면을 갖는다. 핀의 총 길이는 19㎜이다. 임플란트 리브는 또한 육각형 형상이고 핀 코어 표면으로부터 대략 0.3㎜ 돌출된다(도 26).

복합 재료는 50% w/w, 70% 또는 85% w/w 연속적인 광물 섬유로 보강된 PLDLA 70/30 폴리머로 이루어졌다. 광물 섬유 조성은 대략 Na₂O 14%, MgO 5.4%, CaO 9%, B₂O₃ 2.3%, P₂O₅ 1.5%, 및 SiO₂ 67.8% w/w이다. 테스트 샘플은 복합 재료의 다수의 층의 지정된 단일의 공동부 주형으로의 압축 성형에 의해 제작되었다. 각각의 층은 내장된 일방향으로 정렬된 연속적인 섬유를 가진 PLDLA 폴리머로 이루어졌다. 임플란트의 길이방향축에 대한 층의 배향은 0°이다. 각각의 층은 대략 0.18㎜ 두께이다.

임플란트는 제어된 환경하에서 성형되었고 공정 단계 전반에 걸쳐 깨끗한 상태로 유지되었다. 임플란트 표면의 레이저 삭마는 고주파수 레이저 기계를 사용하여 실시되었다. 레이저 기계 환경이 층류 기류 후드로 한정되었고, 모든 표면 및 지그는 알코올을 사용하여 세척되었다. 레이저 공정에 의해 생성되는 입자는 제어된 구역으로부터 진공 처리되었다.

방법

임플란트 위치

임플란트는 아래의 도 27에 도시된 위치에서, 지정된 지그 내부에 배치되었다. 지그는 임플란트를 레이저 적용 방향에 대해 원하는 위치에 유지한다. 레이저 삭마 공정 동안, 임플란트는 고정되고 국부적 공기 환기가 삭마 위치에 끊임없이 적용되어 국부적 과열 또는 변색이 발생하는 것을 방지한다.

레이저 삭마 위치, 형상 및 반복

레이저 삭마가 임플란트의 각각의 육각형 코어 섹션의 여섯개(6)의 면 중 네개(4)의 면에서 실시되었고, 즉, 두개(2)의 코어 면이 임플란트의 위치당 11회 반복되었고 총 22개의 면(임플란트의 상단면 및 하단면)이 생성되었다. 도 28은 이 표면 삭마 선택의 예시를 도시한다. 이러한 구역의 표면 처리의 실시예가 도 26에 도시된다.

이 임플란트에 대한 총 삭마된 표면적은 대략 44.1㎟이다. 획정된 레이저 삭마 표면에 대해, 삭마된 표면적 대 전체 임플란트 표면적의 비는 대략 0.22이다.

레이저 삭마 적용 - 방향, 레이저 초점, 반복

레이저 삭마는 임플란트 길이방향축과 평행하게 실시되었다. 임플란트는 0°의 길이방향축에 대한 층의 배향을 갖게 성형되었다. 임플란트 코어 표면 상의 레이저 삭마의 이 방법은 방향성 섬유 노출을 발생시킨다. 이러한 방향성 섬유 노출의 실시예가 도 17 및 도 18에 도시된다.

레이저 적용은 삭마된 표면당 일 레이저 통과로 실시되었다. 레이저 초점은 육각형 면의 사선의 중앙점으로 결정되었고, 도 29의 예시를 참조한다. 삭마된 육각형 면 상의 레이저 삭마는 수개의 평행한 적용 표면으로 동일하게 분할되었고, 분할은 삭마된 표면 상에 "단차" 표면 기하학적 구조를 실질적으로 생성한다. 도 24D는 이러한 결과로 생긴 표면 기하학적 구조의 예를 도시한다.

결과

임플란트 코어의 결과는 외부 바이오폴리머층이 제거된, 많이 노출된 섬유를 가진 표면이다. 임플란트 리브는 원래의 기하학적 구조 및 원래의 외부층을 유지한다. 특히, 이 임플란트 표면 삭마에 대해, 코어 크기가 0.04㎜만큼 감소된다(즉, 삭마의 각각의 측면으로부터 균일한 바이오폴리머층의 0.02㎜). 도 12는 측정된 샘플의 두께와 유사한 두께를 가진 균일한 바이오폴리머 외부층의 예를 도시한다.

실시예 5 - 육각형 리브 핀 임플란트의 원주 표면 처리

아래의 실시예는 보강된 생체복합 재료로부터 생산된 육각형 리브 정형외과용 핀 임플란트 상에서 레이저 삭마 방법을 사용하는 표면 처리 공정을 설명한다. 이 실시예는 삭마의 영역 및 형상, 바이오폴리머층 제거 시 그리고 섬유 단면 노출 시 삭마의 효과를 상세히 설명한다.

재료 및 준비

육각형 리브 핀 임플란트는 보강된 복합 재료를 사용하여 생산되었다. 핀은 상이한 육각형 코어 단면 크기, 2.4㎜ 및 2.6㎜를 각각 가진, 2개의 측면을 갖는다. 핀의 총 길이는 19㎜이다. 임플란트 리브는 또한 육각형 형상이고 핀 코어 표면으로부터 대략 0.3㎜ 돌출된다(도 30). 이 임플란트 구성은 원주 웨이퍼가 임플란트에 부착되게 성형되었고, 웨이퍼가 나중에 제거되어, 임플란트축에 대한 원하는 장소 및 방향의 섬유를 노출시킨다. 웨이퍼 제거 후 임플란트가 도 31에 도시된다.

복합 재료는 50% w/w, 70%, 또는 85% w/w 연속적인 광물 섬유로 보강된 PLDLA 70/30로 이루어졌다. 광물 섬유 조성은 대략 Na₂O 14%, MgO 5.4%, CaO 9%, B₂O₃ 2.3%, P₂O₅ 1.5%, 및 SiO₂ 67.8% w/w이다. 테스트 샘플은 복합 재료의 다수의 층의 지정된 단일의 공동부 주형으로의 압축 성형에 의해 제작되었다. 각각의 층은 내장된 일방향으로 정렬된 연속적인 섬유를 가진 PLDLA 폴리머로 이루어졌다. 임플란트의 길이방향축에 대한 층의 배향은 0° 및 25°이다. 각각의 층은 대략 0.18㎜ 두께이다.

임플란트는 제어된 환경하에서 성형되었고 공정 단계 전반에 걸쳐 깨끗한 상태로 유지되었다. 임플란트 원주의 레이저 삭마는 고주파수 레이저 기계를 사용하여 실시되었다. 레이저 기계 환경이 층류 기류 후드로 한정되었고, 모든 표면 및 지그는 알코올을 사용하여 세척되었다. 레이저 공정에 의해 생성되는 입자는 제어된 구역으로부터 진공 처리되었다.

방법

임플란트 위치

임플란트는 아래의 도 32에 도시된 위치에서, 지정된 지그 내부에 배치되었다. 지그는 임플란트를 레이저 적용 방향에 대해 원하는 위치에 유지한다. 레이저 삭마 공정 동안, 임플란트는 고정되고 국부적 공기 환기가 삭마 위치에 끊임없이 적용되어 국부적 과열 또는 변색이 발생하는 것을 방지한다.

레이저 삭마 위치

레이저 삭마는 웨이퍼 접촉선에 대해 모든 원주 임플란트에서 실시되었다. 도 33은 이 표면 삭마의 예시를 도시한다. 이러한 표면 처리의 실시예는 도 19에 도시된다.

이 임플란트에 대한 총 삭마된 표면적은 대략 22.8㎟이다. 획정된 레이저 삭마 표면에 대해, 삭마된 표면적 대 전체 임플란트 표면적의 비는 대략 0.12이다.

레이저 삭마 적용 - 방향, 초점, 반복

레이저 삭마는 임플란트 길이방향축에 대해 수직으로 실시되었다. 임플란트는 0° 및 25°의 길이방향축에 대한 층의 배향을 갖게 성형되었다. 임플란트 코어 표면 상의 레이저 삭마의 이 방법은 섬유 단면 노출을 발생시킨다. 이러한 방향성 섬유 노출의 실시예가 도 21 및 도 22에 도시된다.

레이저 삭마는 임플란트 원주선에 대한 웨이퍼 상의 다수의 레이저 통과를 사용하여 실시되었다. 레이저 초점은 처리 전에 웨이퍼의 선의 중앙점으로 결정되었고, 도 34의 예시를 참조한다.

결과

임플란트 원주의 결과는 외부 바이오폴리머층이 제거된, 섬유 단면 노출을 가진 표면이다. 모든 다른 임플란트 표면은 원래의 기하학적 구조 및 원래의 외부층을 유지한다.

명료성을 위해, 별개의 실시형태의 맥락에서 설명되는 본 발명의 다양한 특징이 단일의 실시형태에서 결합되어 또한 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 반대로, 간결성을 위해, 단일의 실시형태의 맥락에서 설명되는 본 발명의 다양한 특징이 또한 별도로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 또한 제공될 수도 있다. 본 명세서에서 명확히 설명되지 않을지라도, 다양한 하위 실시형태가 다양한 조합으로 결합될 수도 있다. 당업자라면 또한 본 발명이 특히 도시되고 본 명세서의 위에서 설명되는 것으로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.

본 명세서에서 인용되거나 또는 설명된 모든 참조는 본 발명 및/또는 첨부된 청구범위의 설명을 지지하는 데 필요한 범위까지 본 명세서에서 제시된 바와 같이 참조에 의해 원용된다.

본 발명이 본 발명의 특정한 실시형태와 함께 설명되었지만, 많은 대안, 변경 및 변형이 당업자에게 분명함이 명확하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 넓은 범위 및 정신 내에 속하는 모든 이러한 대안, 변경 및 변형을 부가적으로 포괄하는 것이 의도된다.

Claims

폴리머 및 생체흡수성 광물의 본체 조성물을 가진 임플란트로서, 상기 본체 조성물의 10 내지 70% w/w는 광물 재료를 포함하고, 상기 본체 조성물은 복수의 섬유를 포함하고, 상기 복수의 섬유 위의 폴리머 표면을 더 포함하고; 상기 폴리머 표면이 제어된 정도로 삭마되어, 상기 섬유의 구조가 상기 폴리머 표면의 삭마 시 유지되고; 상기 섬유 구조가 유지되고, 표면 섬유의 적어도 50, 65, 80, 85, 90, 95%가 기하학적 구조를 유지하거나 또는 삭마되지 않거나 또는 섬유 제거된 부분을 갖지 않는, 임플란트.
제1항에 있어서, 상기 폴리머 표면의 깊이는 1 내지 100㎛, 5 내지 50㎛, 10 내지 30㎛의 범위 내인, 임플란트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유 직경은 2 내지 40㎛, 그리고 더 바람직하게는, 4 내지 20㎛의 범위 내의 섬유 직경인, 임플란트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 표면은 상기 의료용 임플란트의 상이한 단면에 걸쳐 변경되는, 임플란트.
제4항에 있어서, 상기 폴리머 표면의 깊이는 상기 임플란트의 하나의 단면에서 1 내지 50㎛의 범위 내이고 또 다른 단면에서 50㎛ 초과인, 임플란트.
제4항에 있어서, 상기 폴리머 표면의 깊이는 상기 임플란트의 하나의 단면에서 5 내지 50㎛의 범위 내이고 또 다른 단면에서 100㎛ 초과인, 임플란트.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 리브 또는 나사산을 더 포함하되, 상기 폴리머 표면은 리브/나사산의 상기 폴리머 표면 두께와 비교하여 상기 임플란트 본체에서 더 두꺼운, 임플란트.
제7항에 있어서, 상기 리브/나사산이 처리되고 반면에 상기 임플란트의 나머지가 미처리되거나 또는 그 역도 가능한, 임플란트.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 의료용 임플란트 외부면의 10 내지 70%는 삭마에 의해 표면 처리되는, 임플란트.
제9항에 있어서, 상기 의료용 임플란트 외부면의 30 내지 55%는 표면 처리되는, 임플란트.
제9항에 있어서, 상기 의료용 임플란트 외부면의 15 내지 40%는 표면 처리되는, 임플란트.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 삭마의 깊이는 외부면으로부터 1 내지 120㎛인, 임플란트.
제12항에 있어서, 상기 삭마의 깊이는 5 내지 70㎛인, 임플란트.
제13항에 있어서, 상기 삭마의 깊이는 5 내지 40㎛인, 임플란트.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유가 층에 배열되고 상기 삭마의 깊이는 상기 섬유의 상기 상단층 내로 1 내지 50㎛인, 임플란트.
제15항에 있어서, 상기 삭마의 깊이는 3 내지 20㎛인, 임플란트.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 삭마의 깊이는 임플란트 벽 두께 또는 임플란트 전체 두께의 0.1% 내지 10%의 범위 내인, 임플란트.
제17항에 있어서, 상기 삭마의 깊이는 0.5% 내지 2.5%인, 임플란트.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부면의 처리 영역의 형상은 직사각형, 정사각형, 원형, 호 형상, 다이아몬드, 평행사변형, 삼각형 또는 상기 형상의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 임플란트.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부면의 처리 영역의 형상은 특정 폭의 선 형상을 포함하고, 상기 표면 처리된 선 폭은 100㎛까지인, 임플란트.
제20항에 있어서, 상기 선 형상은 연속적인 실선, 파선, 점선, 원주선, 각이 있는 선(5 내지 85도의 임의의 각), 나선형 선(5 내지 85도의 나선각) 중 하나 이상을 포함하는, 임플란트.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 폭은 5㎛ 내지 100㎛의 범위 내인, 임플란트.
제22항에 있어서, 상기 표면 처리된 선 폭은 10㎛ 내지 70㎛의 범위 내인, 임플란트.
제23항에 있어서, 상기 표면 처리된 선 폭은 20㎛ 내지 40㎛의 범위 내인, 임플란트.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 처리는 상기 외부면 상에서 상이한 배향의 섬유를 노출시키는, 임플란트.
제25항에 있어서, 노출된 섬유 배향은 상기 의료용 임플란트 본체축과 평행한, 임플란트.
제25항에 있어서, 상기 노출된 섬유 배향은 상기 임플란트 본체축에 대해 5° 내지 85°인, 임플란트.
제27항에 있어서, 상기 노출된 섬유 배향은 상기 임플란트 본체축에 대해 15° 내지 65°인, 임플란트.
제28항에 있어서, 상기 노출된 섬유 배향은 상기 임플란트 본체축에 대해 30° 내지 60°인, 임플란트.
제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 노출된 섬유는 상기 처리된 표면 상에서 1개 초과의 방향을 갖는, 임플란트.
제30항에 있어서, 섬유 방향의 하나의 영역과 상이한 섬유 방향을 가진 인접한 영역 사이의 각은 0° 내지 90°인, 임플란트.
제31항에 있어서, 섬유 방향의 하나의 영역과 상이한 섬유 방향을 가진 인접한 영역 사이의 각은 25° 내지 75°인, 임플란트.
제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 단면 섬유 노출은 섬유축에 대해 0 내지 90°인, 임플란트.
제33항에 있어서, 상기 단면 섬유 노출은 상기 섬유축에 대해 15 내지 65°인, 임플란트.
제33항에 있어서, 상기 단면 섬유 노출은 상기 섬유축에 대해 90°인, 임플란트.
제30항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단면 섬유 노출은 1개 초과의 섬유 방향을 포함하는, 임플란트.
제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 최대 거칠기는 10㎛ 초과인, 임플란트.
제37항에 있어서, 상기 표면 최대 거칠기는 8㎛ 초과인, 임플란트.
제38항에 있어서, 상기 표면 최대 거칠기는 6㎛ 초과인, 임플란트.
제39항에 있어서, 상기 표면 최대 거칠기는 4㎛ 초과인, 임플란트.
제40항에 있어서, 상기 표면 최대 거칠기는 3㎛ 초과인, 임플란트.
제41항에 있어서, 상기 표면 최대 거칠기는 1㎛ 초과인, 임플란트.
제37항에 있어서, 상기 표면 최대 거칠기는 1 내지 10㎛인, 임플란트.
제43항에 있어서, 상기 표면 최대 거칠기는 3 내지 8㎛인, 임플란트.
제43항에 있어서, 상기 표면 최대 거칠기는 4 내지 6㎛인, 임플란트.
제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 결과로 생긴 표면 기하학적 구조는 삭마된 표면의 부분을 포함하는, 임플란트.
제46항에 있어서, 상기 노출된 섬유는 상기 삭마된 표면의 20 내지 80%를 포함하는, 임플란트.
제47항에 있어서, 상기 노출된 섬유는 상기 삭마된 표면의 35 내지 65%를 포함하는, 임플란트.
제48항에 있어서, 상기 노출된 섬유는 상기 삭마된 표면의 51 내지 70%를 포함하는, 임플란트.
제1항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 결과로 생긴 표면 기하학적 구조는 상기 삭마된 표면의 전부를 포함하는, 임플란트.
제1항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 결과로 생긴 표면 기하학적 구조는 단차 형상인, 임플란트.
제1항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체 조성물의 30 내지 55% w/w는 광물 재료를 포함하는, 임플란트.
제52항에 있어서, 상기 본체 조성물의 45 내지 55% w/w는 광물 재료를 포함하는, 임플란트.
제1항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물의 평균 밀도는 1.1 내지 3.0g/㎤의 범위 내인, 임플란트.
제1항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물의 평균 밀도는 1.2 내지 2.2g/㎤의 범위 내인, 임플란트.
제1항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물의 평균 밀도는 1.4 내지 1.8g/㎤의 범위 내인, 임플란트.
제1항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체 조성물은 생분해성 폴리머를 포함하고; 상기 생분해성 폴리머는 호모폴리머 또는 코폴리머를 포함하고; 상기 코폴리머는 랜덤 코폴리머, 블록 코폴리머, 또는 그라프트 코폴리머를 포함하고; 상기 폴리머는 천연 또는 합성 기원의 선형 폴리머, 가지형 폴리머, 또는 덴드리머를 포함하고; 상기 폴리머는 락타이드, 글리콜라이드, 카프로락톤, 발레로락톤, 카보네이트(예를 들어, 트라이메틸렌 카보네이트, 테트라메틸렌 카보네이트 등), 다이옥산온(예를 들어, 1,4-다이옥산온), δ-발레로락톤, 1,다이옥세파논(예를 들어, 1,4-다이옥세판-2-온 및 1,5-다이옥세판-2-온), 에틸렌 글리콜, 에틸렌 옥사이드, 에스터아마이드, γ-하이드록시발레르에이트, β-하이드록시프로피오네이트, 알파-하이드록시산, 하이드록시부테레이트, 폴리(오쏘 에스터), 하이드록시 알카노에이트, 타이로신 카보네이트, 폴리이미드 카보네이트, 폴리이미노 카보네이트, 예컨대, 폴리(비스페놀 A-이미노카보네이트) 및 폴리(하이드로퀴논-이미노카보네이트), 폴리우레탄, 폴리무수물, 폴리머 드러그(예를 들어, 폴리다이플루니솔, 폴리아스피린, 및 프로테인 치료제), 당류; 녹말, 셀룰로스 및 셀룰로스 유도체, 다당류, 콜라겐, 키토산, 피브린, 하이알루론산, 폴리펩타이드, 프로테인, 폴리(아미노산), 폴리락타이드(PLA), 폴리-L-락타이드(PLLA), 폴리-DL-락타이드(PDLLA); 폴리글리콜라이드(PGA); 글리콜라이드의 코폴리머, 글리콜라이드/트라이메틸렌 카보네이트 코폴리머(PGA/TMC); PLA의 다른 코폴리머, 예컨대, 락타이드/테트라메틸글리콜라이드 코폴리머, 락타이드/트라이메틸렌 카보네이트 코폴리머, 락타이드/d-발레로락톤 코폴리머, 락타이드/ε-카프로락톤 코폴리머, L-락타이드/DL-락타이드 코폴리머, 글리콜라이드/L-락타이드 코폴리머(PGA/PLLA), 폴리락타이드-co-글리콜라이드; PLA의 터폴리머, 예컨대, 락타이드/글리콜라이드/트라이메틸렌 카보네이트 터폴리머, 락타이드/글리콜라이드/ε-카프로락톤 터폴리머, PLA/폴리에틸렌 옥사이드 코폴리머; 폴리뎁시펩타이드; 비대칭-3,6-치환된 폴리-1,4-다이옥산-2,5-다이온; 폴리하이드록시알카노에이트; 예컨대, 폴리하이드록시부틸레이트(PHB); PHB/b-하이드록시발레르에이트 코폴리머(PHB/PHV); 폴리-b-하이드록시프로피오네이트(PHPA); 폴리-p-다이옥산온(PDS); 폴리-d-발레로락톤-폴리-ε-카프라락톤, 폴리(ε-카프로락톤-DL-락타이드)코폴리머; 베틸메타크릴레이트-N-비닐 피롤리돈 코폴리머; 폴리에스터아마이드; 옥살산의 폴리에스터; 폴리다이하이드로피레인; 폴리알킬-2-사이아노아크릴레이트; 폴리우레탄(PU); 폴리비닐알코올(PVA); 폴리펩타이드; 폴리-b-말산(PMLA): 폴리-b-알칸브산; 폴리카보네이트; 폴리오쏘에스터; 폴리인산염; 폴리(에스터 무수물); 및 이들의 혼합물; 및 유도체, 코폴리머 및 이들의 혼합물을 포함하는, 임플란트.
제57항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리머 매트릭스의 형태이고; 상기 폴리머 매트릭스는 PLLA(폴리-L-락타이드), PDLLA(폴리-DL-락타이드), PLDLA, PGA(폴리-글리콜산), PLGA(폴리-락타이드-글리콜산), PCL(폴리카프로락톤), PLLA-PCL 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머를 포함하는, 임플란트.
제57항 또는 제58항에 있어서, PLLA가 사용된다면, 상기 매트릭스는 적어도 30%, 50%, 또는 적어도 70%의 PLLA를 포함하는, 임플란트.
제57항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, PDLA가 사용된다면, 상기 매트릭스는 적어도 5%, 적어도 10%, 또는 적어도 20%의 PDLA를 포함하는, 임플란트.
제1항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스만의 고유 점도(inherent viscosity: IV)는 0.2 내지 6 ㎗/g, 1.0 내지 3.0 ㎗/g, 1.5 내지 2.4 ㎗/g, 또는 1.6 내지 2.0 ㎗/g의 범위 내이고, IV는 모세관을 통한 순수한 용매의 흐름 시간에 대한 좁은 모세관을 통한 폴리머 용액의 흐름 시간에 따라 측정되는, 임플란트.
제1항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 삭마는 부식 방법, 조사 또는 레이저 삭마에 따라 수행되는, 임플란트.
제62항에 있어서, 상기 삭마는 조사 또는 레이저 삭마를 통해 달성되는, 임플란트.
제62항에 있어서, 상기 삭마는 기계적 브러싱, 절삭, 스크래핑 또는 칩핑을 통해 달성되는, 임플란트.
제1항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체 조성물의 상기 광물 재료는 다음의 원소(전부 ㏖%)의 범위를 포함하는, 임플란트: Na₂O: 11.0 내지 19.0, CaO: 9.0 내지 14.0, MgO: 1.5 내지 8.0, B₂O₃: 0.5 내지 3.0, Al₂O₃: 0 내지 0.8, P₂O₃: 0.1 내지 0.8, SiO₂: 67 내지 73.
제1항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체 조성물의 상기 광물 재료는 다음의 원소(전부 ㏖%)의 범위를 포함하는, 임플란트: Na₂O: 12.0 내지 13.0 ㏖%, CaO: 9.0 내지 10.0 ㏖%, MgO: 7.0 내지 8.0 ㏖%, B₂O₃: 1.4 내지 2.0 ㏖%, P₂O₃: 0.5 내지 0.8 ㏖%, SiO₂: 68 내지 70 ㏖%.
제1항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체 조성물의 상기 광물 재료는 다음의 원소(전부 ㏖%)의 범위를 포함하는, 임플란트: Na₂O: 11.0 내지 19.0, CaO: 8.0 내지 14.0, MgO: 2 내지 8.0, B₂O₃: 1 내지 3.0, Al₂O₃: 0 내지 0.5, P₂O₃: 1 내지 2, SiO₂: 66 내지 70 % ㏖%.