NO310136B1

NO310136B1 - Material for osteosyntese og fremgangsmåte for fremstilling derav, samt implantatmaterial og fremgangsmåte for fremstillingderav

Info

Publication number: NO310136B1
Application number: NO19972191A
Authority: NO
Inventors: Yasuo Shikinami; Masaki Okuno
Original assignee: Takiron Co
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 2001-05-28
Also published as: ES2205056T3; AU715915B2; JPH11226111A; DE69628632D1; CN1301756C; CA2205231A1; NO972191D0; US5981619A; EP0795336A4; CA2205231C; JP3482991B2; EP0795336B1; CN1168105A; JP3633909B2; EP0795336A1; WO1997010010A1; ATE242646T1; NO972191L; JP2002325832A; DE69628632T2

Abstract

Et osteosyntetisk material med høy bøyefasthet og høy densitet og et implantatmaterial med høy styrke, omfattende enten et bionedbrytbart og bioabsorberbart krystallinskermoplastisk polymermaterial eller et komposittmaterial omfattende det ovennevnte polymermaterial og et biokeramisk pulver med en partikkeldiameter på 0.2 til 50xm dispergert deri, hvori krystaller av polymermateriale er trykkorientert essensielt parallelt med et flertall referanseakser snarere enn enakset; og en fremgangsmåte for fremstilling av de ovennevnte materialer ved trykkorientering, omfattende fremstilling av enten et bionedbrytbart og bioabsorberbart krystallinsk termoplastisk polymermaterial eller en blanding omfattende en dispersjon av et bionedbrytbart og bioabsorberbart krystallinsk termoplastisk polymermaterial og en dispersjon av et biokeramisk pulver, smelteforming av. blandingen til en preform, og pressefylling av preformen inn i et formrom av en lukket form for å fremstille en orientert form. Denne fremgangsmåten muliggjør fremstilling av ideelle biomaterialer, dvs. et osteosyntetisk material og et implantatmaterial omfattende en orientert form med krystaller orientert parallelt med et flertall referanseakser og som besitter lav anisotropi, høy densitet og høy styrke, som har. egnet hydrolyserbarhet, kan bibeholde tilfredsstillende styrke i en tidsperiode som er nødvendig for sammenføyning av ben og, etter leging av den frakturerte del, nedbrytes og absorberes med en slik hastighet at det ikke vil forårsake noen inflammasjon, hvilket således eliminerer behovet for å utføre fornyet operasjon.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet og en fremgangsmåte for fremstilling av et material for osteosyntese, samt et implantatmaterial med høy styrke som et partikkel- og matrikspolymer-armert komposittmaterial og en fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke ved trykkdeformasjonsorientering.

Denne oppfinnelse vedrører særdeles ideelle biomaterialer som kan erstattes av den levende kroppen og er også anvendbare i slike anvendelser som nye og effektive kunstige ben, kunstige ledd, kunstige tannrøtter, ben-fyllstoffer, materialer for osteosyntese, benproteser og lignende som har bioaktiviteter inkluderende bindingsevne til den levende kropp og induktivitet av vev, mer spesielt et material for osteosyntese som har fremragende fysisk styrke, som omfatter et krystallinsk termoplastisk polymermaterial som er nedbrytbart og absorberbart i den levende kroppen, et material for implantasjon omfattende et komposittmaterial omfattende det nettopp beskrevede polymermaterial og biokeramiske materialer som har bioaktiviteter og fremgangsmåter for fremstilling derav.

Et implantat kan betraktes som et ideelt biomaterial hvis det kan fremstilles fra et material som er sikkert og uten noen toksisitet og kan være tilstede i den levende kropp en stund ved å utføre sine mekaniske og fysiologiske funksjoner og formål under legingsperioden, men blir gradvis nedbrutt og desintegrert for deretter å absorberes i den levende kropp og utskilles derfra via de metabolske ruter i den levende kropp, slik at den region hvor det var implantert til slutt kan erstattes av den levende kropp for å rekonstruere opprinnelige tilstander av den levende kropp.

I de senere år har kunstige ben, kunstige ledd, kunstige tannrøtter, ben-fyllstoffer og benproteser som erstatninger for biologiske ben og brusk som er harde vev, og materialer for osteosyntese for det formål å fiksere frakturerte brusk eller harde ben i respektive regioner blitt fremstilt ved bruk av forskjellige metaller, keramiske materialer og polymerer.

Innen området kirurgi, slik som ortopedisk kirurgi, plastisk kirurgi, thorakal kirurgi, oral kirurgi, hjernekirurgi og lignende, anvendes plater, skruer, stifter eller nagler og lignende fremstilt av metaller eller keramikk som materialer for osteosyntese med det mål å fiksere og binde biologiske ben.

Idet de har overdrevet høy mekanisk styrke og elastisitetsmodul sammenlignet med biologiske ben, har imidlertid materialene for osteosyntese fremstilt fra metaller problemer med f.eks. å bevirke et fenomen med redusert styrke av perifere ben på grunn av beskyttelse mot påkjenning etter behandlingen. Materialer for osteosyntese fremstilt av keramiske materialer har også fremragende hardhet og stivhet, men er også sprø, slik at de har den fatale effekt at de har lett for å brekke. Hva angår polymerer, gjøres det forsøk på å forbedre deres styrke som generelt er lavere enn for ben.

På den annen side, har bioaktive biokeramiske materialer som kan bindes direkte til ben, blitt anvendt i mange tilfeller ved direkte implantering inn i eller bringes i kontakt med den menneskelige kropp, for det formål å få tilbake eller forbedre biologiske funksjoner.

Visse biokeramiske materialer som binder direkte og sterkt til den levende kroppen og gradvis erstattes av den levende kropp, har også blitt undersøkt kontinuerlig på grunn av deres ukjente muligheter.

Selv om deres stivhet og hardhet imidlertid er generelt høye, har anvendelsen av biokeramiske materialer som implantater en begrensning på grunn av deres sprø egenskaper idet de lett får slått av en bit eller brekker ved den momentane støtkraft sammenlignet med tilfellet med metaller, slik at utvikling av et material som har seighet, men ingen sprøhet har vært påkrevet innen dette området.

På den annen side, har det vært kjent flere tilfeller vedrørende polymerer som er anvendt som implantater i perifere områder av harde vev, slik som en silikonharpiks for anvendelse som en erstatning for brusk, en herdbar akryl-harpiks som dental sement og flettede snorer fremstilt av polyester eller polypropylenfibre for anvendelse i ligamenter.

Inerte og svært sterke og med ultra-høy molekylvekt polyetylen, polypropylen, polytetrafluoretylen og de andre polymerer for anvendelse som erstatninger for harde vev mangler imidlertid i betydelig grad styrke som erstatninger for biologiske ben når anvendt som slike. Når de anvendes alene som erstatning for ben eller skruer, stifter/nagler eller plater for osteosyntetisk formål, har de følgelig lett for å ødelegges på grunn av deres brudd, splitting eller vridning.

Som en følge har det blitt gjort forsøk på å fremstille implantater med høy styrke, idet det gjøres bruk av kompounderingsteknikker for plast.

Et karbonfiber-armert plastmaterial er et eksempel på et slikt tilfelle, men er ikke praktisk fordi avskalling forekommer mellom fibre og matriks-plast når implantert i den levende kroppen i en lengere tidsperiode, og de delaminerte karbonfibre brister og stimulerer den levende kroppen til å forårsake inflammasjon.

I de senere år har en polyortoester (en polybutylen-tereftalat-polyetylenglykol-kopolymer) som anses å være i stand til å binde til ben, tiltrukket seg oppmerksomhet innen dette området. Siden styrken av denne polymeren i seg selv er lavere enn for de biologiske ben, har den imidlertid et problem som fremdeles er uløst, dvs. hvorvidt dens fysiske oppførsel etter at den har bundet til ben i den levende kroppen kan tilpasse seg de biologiske ben.

I motsetning til tilfellet med den nettopp beskrevede polymer som ikke er absorberbar i den levende kroppen, har polymelkesyre, polyglykolsyre, melkesyre-glykolsyre-kopolymer og polydioksanon som er nedbrytbare og absorberbare i den levende kroppen vært i praktisk bruk i lang tid innen det kliniske området som absorberbare suturer.

Det har vært tenkt på i lang tid at hvis slike polymerer anvendt i suturer kunne tilføres til materialer for osteosyntese, ville det være mulig å oppnå et material for osteosyntese som har slike fremragende egenskaper at operasjon på ny etter leging ikke er nødvendig og rekonstruering av biologiske vev bevirkes etter absorpsjon og forsvinning av polymeren.

I betraktning av en slik forventning har undersøkelser blitt aktivt utført på bruken av de tidligere nevnte bionedbrytbare og bioabsorberbare polymerer som materialer for osteosyntese.

For eksempel har en selv-forsterket type anordninger for osteosyntese hvori polyglykolsyre-fibre er gelatinert blitt foreslått (US patent 4.968.317, beskrivelsen) og anvendt innen det kliniske området, men deres ulemper har også blitt påpekt ved det at de nedbrytes hurtig og, selv om det er sjeldent, de sammensmeltede fibre delamineres og fine biter av de delaminerte fibre stimulerer sin omgivende region i den levende kroppen til å forårsake inflammasjon.

Også en ikke-gransket publisert japansk patentsøknad (Kokai) nr. 59 -97654 omhandler en metode for syntese av en polymelkesyre og en melkesyre-glykolsyre-kopolymer som kan anvendes som bionedbrytbare og bioabsorberbare anordninger for osteosyntese, men den viser kun polymerisasjonsproduktet i seg selv som et eksempel på material for osteosyntese, beskriver ikke noe om forme- eller støpeprosessen for materialet og viser ingen forsøk på å forbedre dets styrke til en grad lignende styrken for menneskeben.

Med det mål å forbedre slik styrke, har det følgelig blitt fremsatt forslag om en metode for fremstilling av stifter eller nagler for osteosyntese hvori et bionedbrytbart og bioabsorberbart polymermaterial slik som av polymelkesyre eller lignende inneholdende en liten mengde hydroksylapatitt (som i det etterfølgende ganske enkelt vil refereres til som HA) støpes og deretter strekkes og orienteres i lengdeakse-retningen med varming (en ikke-gransket publisert japansk patentsøknad (Kokai) nr. 63-68155) og vedrørende et material for osteosyntese som oppnås ved strekking av et støpt produkt av en med høy molekylvekt polymelkesyre eller melkesyre-glykolsyre-kopolymer som har en viskositetsmidlere molekylvekt på 200.000 eller mer etter sin smeltestøping (ikke-gransket publisert japansk patentsøknad (Kokai) nr. 1-198553).

I materialene og stiftene eller naglene for osteosyntese oppnådd ved disse metodene, er krystallaksen (molekylaksen) av polymermaterialene grunnleggende enakset orientert i lengdeakse-retningen, slik at deres bindingsstyrke og strekkfasthet i lengdeakse-retningen er forbedret. Særlig er det sistnevnte tilfelle med et material for osteosyntese som har en viskositetsmidlere molekylvekt på 200.000 eller mer etter sin smeltestøping praktisk fordi det viser høy styrke selv i sitt lave strekkeforhold slik at fibrillering ikke forekommer.

I tilfellet med materialer for osteosyntese oppnådd ved strekking i hovedsak kun i lengdeakse-retningen, er imidlertid molekyler (krystaller) orientert i hovedsak kun i lengdeakse-retningen som er molekylkjedeaksen (krystallaksen) , slik at orienteringsanisotropien langs tverretningen som den høyre vinkel-retningen til lengdeakse-retningen blir stor, og styrken i tverretningen blir derfor forholdsvis svak.

I samsvar med den tidligere nevnte ikke-granskede publiserte japanske patentsøknad (Kokai) nr. 63-68155, oppnås også en maksimal bøyefasthet på 162 MPa såvidt ved strekking av en blanding inneholdende 5 vekt% HA. Når den imidlertid inneholder 2 0 vekt% HA, reduseres bøyefastheten snarere til 74 MPa som er noe høyere enn pre-strekkeverdien på 63 MPa.

Siden denne maksimale styrkeverdi imidlertid ikke fullt ut overstiger den for kortikale ben, og materialet blir en porøs heterogen gjenstand hvori hulrom frembragt ved strekkingen er tilstede i et stort antall mellom fyllstoffer og matrikspolymer, kan det ikke anvendes for implantater som krever høy styrke slik som erstatninger for biologiske ben og materialer for osteosyntese.

I tillegg beskriver den ovennevnte publiserte patentsøknad også en metode for fremstilling av plater hvori pulver av et bionedbrytbart og bioabsorberbart polymermaterial slik som polymelkesyre inneholdende en liten mengde HA pressestøpes, men platene oppnås kun ved smeltepressing av en blanding av HA og polymelkesyre, og den beskriver ikke den generelle ide med forbedring av styrke av produktet hvorved dets orientering tas i betraktning.

Når biologiske ben generelt fikseres ved anvendelse av et material for osteosyntese, tilføres krefter i forskjellige retninger til materialet for osteosyntese. I tilfelle med f.eks. et plateformet material for osteosyntese, tilføres forskjellige krefter slik som bøyekraft, strekkraft, kompresjonskraft, rivekraft, skjærkraft og lignende dertil, alene eller i kombinasjon, og i tilfelle med et skrue-type material for osteosyntese tilføres en stor torsjonskraft dertil når det skrues inn i et biologisk ben og er tilstede i den levende kroppen, i tillegg til de ovennevnte krefter.

Som beskrevet i det foregående, i tilfelle med et material for osteosyntese oppnådd ved strekking i lengdeakse-retningen, er molekyler imidlertid orientert kun i lengdeakse-retningen som er molekylkjedeaksen [mekanisk retning som strekkeakse], slik at den molekylære orienterings-anisotropi med tverretningen som den høyre vinkel-retning til lengdeakse-retningen blir stor.

Følgelig er materialet svakt overfor rivestyrke fra lengdeakse-retningen og skjærbrudd fra tverretningen og er også svakt overfor torsjonsbrudd som benytter lengdeaksen som rotasjonsakse. Når den nettopp beskrevede rivekraft eller skjærkraft tilføres til et material for osteosyntese implantert i ben, vil materialet for osteosyntese som en følge stå overfor det problem at det sprekker eller revner eller frembringer skjærfraktur langs en lengdeakse-retning relativt lett eller det problem at materialet for osteosyntese frembringer en torsjonsfraktur når en torsjonskraft tilføres dertil ved anvendelse av lengdeaksen som sentralakse for rotasjon som tilfelle med en skrue som implanteres i ben ved tilføring av et torsjonsmoment.

Slike problemer blir mer betydelige når fibrilleringsgraden av polymermaterial øker når dets sfæriske struktur når fibrøs struktur via en lamellær orientering ved økt grad av strekking.

Den foreliggende oppfinnelse har som mål å overvinne de ovennevnte problemer involvert i teknikkens stand, idet det derved tilveiebringer bionedbrytbare og bioabsorberbare materialer for osteosyntese og implantat som har mindre mekanisk anisotropi og høyere styrke enn et enakset orientert material oppnådd ved lengdeakse- (en-akset) strekking og hvori deres krystaller er orientert i all hovedsak ikke i lengdeakse-retningen, men parallelt med et flertall av referanseakser, såvel som deres fremstillingsmetoder.

De foreliggende oppfinnere har utført omfattende under-søkelser vedrørende de tidligere nevnte problemer og funnet at en orientert støpt eller formet gjenstand som har høyere styrke enn et en-akset orientert material, kan oppnås enkelt ved fremstilling på forhånd av et pre-støpt material omfattende et bionedbrytbart og bioabsorberbart krystallinsk termoplastisk polymermaterial og deretter å tvinge det inn i et trangt rom i en formgivende form hvis underdel er i hovedsak lukket, mens plastisk deformasjon utføres ved kald temperatur, idet trykkorientering derved bevirkes, og at de tidligere nevnte problemer kan løses ved fremstilling av et material for implantasjon fra et nytt komposittmaterial hvorav partikler og matrikspolymer er forsterket eller armert, som er en tett orientert støpt gjenstand hvori et pulver av biokeramisk material hvis partikler eller aggregerte masse av partikler har størrelse fra 0.2 til 50 fim i alt vesentlig dispergeres ensartet i en bionedbrytbar og bioabsorberbar krystallinsk termoplastisk polymer (som i det etterfølgende ganske enkelt skal refereres til som "polymer") og polymerkrystallene orienteres ved trykk, hvilket derved resulterer i fullføring av den foreliggende oppfinnelse.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således et material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet, som er kjennetegnet ved at det omfatter en støpt gjenstand omfattende et bionedbrytbart og bioabsorberbart krystallinsk termoplastisk polymermaterial som hovedkomponent, hvori molekylkjedene eller krystallene av den støpte gjenstand er orientert ikke i en enakset retning men parallelt med et flertall referanseakser skrånende mot en akse som blir en mekanisk kjerne av den støpte gjenstand som inntreffer langs pressefyllingsretningen i den formgivende form og/eller fortsatte flater av aksen.

I en utførelsesform er materialet for osteosyntese en støpt gjenstand hvori polymermaterialet er en polymelkesyre eller en melkesyre-glykolsyre-kopolymer.

I en annen utførelsesform er materialet for osteosyntese en trykkorientert støpt gjenstand hvori en del av polymelkesyren eller melkesyre-glykolsyre-kopolymeren er krystallisert.

I en ytterligere utførelsesform av materialet for osteosyntese er molekylkjeder eller krystaller av den støpte gjenstand orientert langs referanseakser skrånende mot en akse som blir mekanisk kjerne av den støpte gjenstand og/eller fortsatte flater av aksen.

I en ytterligere utførelsesform av materialet for osteosyntese har den støpte gjenstand i alt vesentlig en søyleformet form, og molekylkjeder eller krystaller er orientert langs referanseakser skrånende fra dens perifere side mot sentral- eller den ikke-sentrerte akse.

I en ytterligere utførelsesform av materialet for osteosyntese har den støpte gjenstand i alt vesentlig en plateform, og molekylkjeder eller krystaller er orientert langs referanseakser skrånende mot en flate, hvilken flate er parallell med begge sider av den støpte gjenstand og inkluderer akser lokalisert ved den samme avstand eller forskjellige avstander fra begge sider av den støpte gj enstand.

I en ytterligere utførelsesform av materialet for osteosyntese har den støpte gjenstand en krystallinitet fra 30 til 60%.

I en ytterligere utførelsesform av materialet for osteosyntese har krystaller av den støpte gjenstand krystallflater og er flate-orientert langs referanseakser.

I en ytterligere utførelsesform av materialet for osteosyntese er den støpte gjenstand en orientert artikkel oppnådd ved en kompresjonsforming eller formgivende forming i en form av lukket type.

I en ytterligere utførelsesform av materialet for osteosyntese er den støpte gjenstand en støpt gjenstand av en polymelkesyre eller en melkesyre-glykolsyre-kopolymer som har en bøyefasthet på 160 til 300 MPa og en bøyemodul fra 5 til 10 GPa.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av et material for osteosyntese, som er kjennetegnet ved at den omfatter fremstilling av en orientert støpt gjenstand ved fremstilling av et pre-støpt material gjennom smeltestøping av et bionedbrytbart og bioabsorberbart krystallinsk termoplastisk polymermaterial og deretter å drive det pre-støpte material inn i et trangt rom av en formgivende form hvis underdel er i hovedsak lukket, mens plastisk deformasjon utføres ved en temperatur som ligger mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen til polymeren og idet orientering ved trykkdeformasjon derved bevirkes, idet den orienterte støpte gjenstand er krystallisert og har en krystallinsk form hvori krystallene er orientert parallelt med et flertall referanseakser skrånende mot en akse som blir en mekanisk kjerne av den støpte gjenstand som inntreffer langs pressefyllingsretningen i den formgivende form og/eller fortsatte flater av aksen.

I en utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et material for osteosyntese bevirkes orienteringen ved trykkdeformasjon ved pressefylling av det pre-støpte material inn i en formgivende form som har en underdel som i hovedsak er lukket og som har en mindre tverrsnittsflate enn tverrsnittsflaten av den støpte gjenstand, mens plastisk deformasjon utføres ved en temperatur som ligger mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen til polymeren og derved bevirker orientering ved kompresjons-deformasjon.

I en annen utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et material for osteosyntese bevirkes orienteringen ved trykkdeformasjon ved formingsfylling av det pre-støpte material inn i et trangt rom av en formgivende form som har et rom som er mindre, delvis eller som et hele, enn tverrsnittsflaten, tykkelsen eller bredden av den støpte gjenstand, eller inn i en formgivende form som har et rom som er mindre enn volumet av det pre-støpte material, mens plastisk deformasjon utføres ved en temperatur som ligger mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen til polymeren og derved bevirker orienteringen.

I en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et material for osteosyntese er initial viskositetsmidlere molekylvekt av polymermaterialet fra 200.000 til 600.000, og viskositetsmidlere molekylvekt av det pre-støpte material smelteformet deretter er fra 100.000 til 400.000.

I en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et material for osteosyntese pressefylles det pre-støpte material inn i formrommet av en formgivende form som har et tverrsnittsareal som er fra 2/3 til 1/6 av tverrsnittsarealet av det pre-støpte material.

I en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et material for osteosyntese omfatter den formgivende form en beholdersylinder-del som har stor tverrsnittsflate hvor det pre-støpte material er inneholdt, et formrom som har liten tverrsnittsflate hvor det pre-støpte material pressefylles og en diameter-reduserende del som har en avsmalnende flate som forbinder de ovennevnte deler.

I en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et material for osteosyntese er plastisk deformasjonstemperatur av det pre-støpte material en temperatur som er effektiv for utførelse av krystallisering, som er mellom glasstransisjonstemperaturen og smelte-temperaturen av nevnte termoplastiske polymermaterial.

I en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et material for osteosyntese tildannes den orienterte støpte gjenstand til en ønsket form for materialet for osteosyntese ved hjelp av et middel slik som skjære-eller stansearbeid eller lignende.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre et implantatmaterial med høy styrke som et- partikkel- og matrikspolymer-armert komposittmaterial, som er kjennetegnet ved at det er et komposittmaterial omfattende en trykkorientert støpt gjenstand hvori fra 10 til 60 vekt% av et biokeramisk pulver hvis partikkel eller aggregert masse av partikler har en størrelse fra 0.2 til 50 fim er dispergert -i alt vesentlig ensartet i en matriks av en bionedbrytbar og bioabsorberbar krystallinsk termoplastisk polymer, hvori krystaller av matrikspolymeren er orientert ved trykk og har en krystallinitet på 10 til 70%, idet krystallene av den støpte gjenstand er orientert parallelt med et flertall referanseakser skrånende mot en akse som blir en mekanisk kjerne av den støpte gjenstand som inntreffer langs pressefyllingsretningen i den formgivende form og/eller fortsatte flater av aksen.

I en utførelsesform av implantatmaterialet med høy styrke er det biokeramiske pulver et hvilket som helst eller en blanding av to eller flere av overflate-bioaktiv sintret hydroksylapatitt, bioglass eller krystallisert glass for anvendelse i den levende kropp, bioabsorberbar usintret hydroksylapatitt, dikalsiumfosfat, trikalsiumfosfat, tetrakalsiumfosfat og oktakalsiumfosfat.

I en annen utførelsesform av implantatmaterialet med høy styrke er den bionedbrytbare og biabsorberbare krystallinske termoplastiske polymer enten en polymelkesyre eller melkesyre-glykolsyre-kopolymer som har en initial viskositetsmidlere molekylvekt fra 100.000 til 600.000.

I en ytterligere utførelsesform av implantatmaterialet med høy styrke er den termoplastiske polymer en polymelkesyre og det biokeramiske pulver er en usintret hydroksylapatitt.

I en ytterligere utførelsesform av implantatmaterialet med høy styrke er den støpte gjenstand en orientert støpt gjenstand oppnådd ved trykkdeformasjonsorientering gjennom en kompresjonsforming eller en formgivende forming.

I en ytterligere utførelsesform av implantatmaterialet med høy styrke har den orienterte støpte gjenstand en bøyefasthet fra 150 til 320 MPa og en bøyemodul fra 6 til 15 GPa.

I en ytterligere utførelsesform av implantatmaterialet med høy styrke er den orienterte støpte gjenstand behandlet ved hjelp av et middel slik som skjære- eller stansearbeid eller lignende, og det biokeramiske pulver er eksponert på overflaten derav.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre en fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke ved trykkdeformasjonsorientering, som er kjennetegnet ved at den omfatter fremstilling på forhånd av en blanding hvori en bionedbrytbar og bioabsorberbar krystallinsk termoplastisk polymer og et biokeramisk pulver er i alt vesentlig ensartet dispergert i hverandre, deretter fremstilling av et pre-støpt material ved smeltestøping av blandingen, og deretter pressefylling av det pre-støpte material ved en temperatur som ligger mellom glasstransisjonstemperaturen og smelte-temperaturen til polymeren inn i formrommet av en formgivende form av lukket type for å bevirke plastisk deformasjon og dannelse av en orientert støpt gjenstand, hvori molekyl-kj edene eller krystallene av den støpte gjenstand er orientert ikke i en enakset retning men parallelt med et flertall referanseakser skrånende mot en akse som blir en mekanisk kjerne av den støpte gjenstand som inntreffer langs pressefyllingsretningen i den formgivende form og/eller fortsatte flater av aksen.

I en utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke ved trykkdeformasjonsorientering bevirkes trykkorienteringen ved pressefylling ved en temperatur som ligger mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen til polymeren inn i formrommet av en formgivende form av lukket type som har en mindre tverrsnittsflate enn den av det pre-støpte material.

I en annen utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke pressefylles det pre-støpte material inn i formrommet av en formgivende form av lukket type på en slik måte at krystalliniteten av polymeren av den trykkorienterte støpte gjenstand blir fra 10 til 70%.

I en yttligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke fremstilles blandingen av polymeren og det biokeramiske pulver ved i alt vesentlig ensartet blanding og dispergering av det biokeramiske pulver i en løsningsmiddeloppløsning av polymeren og etterfølgende presipitering av blandingen med et ikke-løsningsmiddel av polymeren.

I en yttligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke er den bionedbrytbare og bioabsorberbare krystallinske termoplastiske polymer en polymelkesyre eller en melkesyre-glykolsyre-kopolymer som har en initial viskositetsmidlere molekylvekt fra 150.000 til 700.000, og en viskositetsmidlere molekylvekt fra 100.000 til 600.000 etter smeltestøping derav.

I en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke pressefylles det pre-støpte material inn i formrommet av en formgivende form som har et tverrsnittsareal som er fra 2/3 til 1/5 av tverrsnittsarealet av nevnte pre-støpte material.

I en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke er plastisk deformasjonstemperatur av det pre-støpte material en temperatur som er effektiv for utførelse av krystallisering, som er mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen til polymeren.

I en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke bevirkes orienteringen ved trykkdeformasjon ved kompresjonsorientering eller formingsorientering.

I en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke bearbeides trykkorienterte støpte gjenstand videre ved hjelp av et middel slik som skjære- eller stansearbeid eller lignende.

Det etterfølgende beskriver den foreliggende oppfinnelse i detalj. (A) Material for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse.

(a) Krystallstruktur:

(1) Materialet for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er i hovedsak 1) en støpt gjenstand som omfatter et bionedbrytbart og bioabsorberbart krystallinsk termoplastisk polymermaterial (som i det etterfølgende ganske enkelt vil refereres til som "polymermaterial") og 2) kjennetegnet ved at molekylkjeder eller krystaller som utgjør den støpte gjenstanden er orientert ikke langs en enkelt akse, men i all hovedsak parallelt med et flertall av referanseakser.

I dette tilfelle blir anisotropien i betraktning av styrken av den støpte gjenstand liten når antallet referanseakser blir stort, slik at brudd derav sjelden forekommer.

Dette er illustrerende beskrevet med referanse til tegningene.

(2) Fig. 1 til 3 er skjematiske illustrasjoner som viser orienteringstUstander av orienterte støpte gjenstander oppnådd ved trykkdeformasjon gjennom å tvinges inn i en form av lukket type, f.eks. ved deformasjon gjennom presstøping eller formingsstøping (som i det etterfølgende ganske enkelt vil refereres til som "presstøping, kompresjonsorientering" eller "formingsstøping, formingsorientering".) Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon som viser orienteringstilstander av et sylinderformet material for osteosyntese 11, og Fig. 1 (A) viser orienteringstilstander av dets lengdesnitt, og Fig. 1 (B) viser orienteringstilstander av dets plan. Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon som viser orienteringstilstander av et plateformet material for osteosyntese 11 og Fig. 2 (A) viser orienteringstilstanden av dets lengdesnitt, og Fig. 2 (B) viser orienteringstilstander av dets plan.

Fig. 3 illustrerer skjematisk orienteringstilstander av krystaller på et lengdesnitt av den støpte gjenstanden, og Fig. 3 (A) viser orienteringstilstander når en akse eller flate som blir mekanisk kjerne er lokalisert ved midtposisjonen eller en posisjon som har samme avstand fra begge sider, Fig. 3

(B) viser tilstandene når den tidligere nevnte akse eller flate er forskjøvet fra midtposisjonen eller en

posisjon som har den samme avstand fra begge sider,

Fig. 3 (C) viser tilstandene når den tidligere nevnte akse eller flate er fullstendig forskjøvet og Fig. 3

(D) viser orienteringstilstander av en konvensjonell enakset orientert støpt gjenstand oppnådd ved

strekking derav i lengdeakseretningen.

Fig. 4 er en snittegning som viser et eksempel på fremstilling av materiale for osteosyntese 11 ved pressforming.

(3) Når f.eks. pressformen vist i fig. 4 anvendes, blir et pre-støpt material (som i det etterfølgende skal refereres til som "emne", idet fremstillingsmetoden for dette pre-støpte material vil beskrives detaljert senere) 1 oppnådd ved smeltestøping av polymermateriale anbragt i et beholder-formrom 2a som har en stor diameter og er anordnet på den øvre del av en formgivende form 2 hvis underdel er lukket og underkastes deretter pressforming ved å tvinge materialet inn i et formgivende formrom forsynt med bunn 2c som har en konsentrisk sirkelform med strupt og redusert diameter på sin vei ned, under anvendelse av en konveks formdel (stempel) 2b eller et slagstempel eller de andre midlene ved kald temperatur (en temperatur hvorved krystallisering kan bevirkes, men er lavere enn den konvensjonelle støpe-temperatur som er lik eller høyere enn smeltetemperaturen, nemlig en temperatur mellom glasstransisjonstemperaturen og smelte-temperaturen for polymermaterialet hvilket vil beskrives senere, f.eks. fra 60 til 160°C i tilfelle med en melkesyre eller en melkesyre-glykolsyre-kopolymer), hvilket derved resulterer i en krystallinsk form av den støpte gjenstand hvori, som vist i fig. 1, krystaller ikke er enakset orientert, men i all hovedsak orientert parallelt med et flertall av referanseakser N trukket fra omkretsen mot midtposisj onen. (4) Som skjematisk vist i fig. 1, er krystaller som utgjør den orienterte støpte gjenstand orientert kontinuerlig og parallelt fra den øvre del mot den nedre del av fig. 1 (A) langs et stort antall av referanseakser N som er skrånende fra den perifere siden mot en aksel L som blir mekanisk kjerne av den støpte gjenstanden (som i det etterfølgende ganske enkelt skal refereres til som "sentralakse", nemlig en sentralakse L av fortsatte mekaniske punkter hvortil utvendige krefter konsentreres ved tidspunktet for støping.

Med andre ord danner et stort antall referanseakser N i en radielt skrånende orienteringstilstand rundt sentralaksen L en omtrent konisk form ved å forbindes mot den perifere retning som er vist i fig. 1 (B) og er forbundet i vertikal retning som vist i fig. 1 (A), slik at krystallene utgjør en kontinuerlig fase av omtrent koniske flater ved orientering parallelt med disse referanseakser N. Det vil si, det kan betraktes som en orienteringsstruktur hvori nevnte koniske krysallflater fortsetter i den vertikale retningen langs sentralaksen L og krystallflåtene som er rettet fra den perifere side mot midtposisjonen er orientert langs sentralakse-retningen.

En slik krystallinsk tilstand bevirkes ved mottagelse av en stor skjærkraft når emnet 1 pressformes og samtidig frembringer diagonal orientering mot sentralaksen L ettersom krystalliseringen skrider frem.

I dette tilfelle, når et stort emne 1 med et rektangulært tverrsnitt er presstøpt i et formgivende formrom 2c med et rektangulært tverrsnitt, som vist i fig. 2, har den således oppnådde orienterte støpte gjenstand en plateform, og aksen som blir mekanisk kjerne ved mottagelse av stor skjærkraft fra begge langsgående sider blir ikke midtlinjen, men det dannes en flate M som inneholder denne akse og er lokalisert parallelt med og ved den samme avstand (midten) fra de motstående sider av platen. Som en følge orienteres krystaller av den orienterte støpte gjenstand parallelt med de diagonale referanseakser N rettet fra begge motstående sider av platen mot nevnte flate.

I tillegg, siden aksen L eller flaten M som inneholder nevnte akse L, som blir mekanisk kjerne av den støpte gjenstand, er et punkt hvor krefter fra utsiden konsentreres, når en formgivende form forsynt med bunn 2 slik som den formgivende form 2 vist i fig. 4 hvori hellingsvinkelen av den diameter-reduserte avsmalnende flateside 2 0a er gradvis endret delvis eller over hele periferien anvendes, forskyves det punkt hvor de utvendige krefter er konsentrert fra midten, og krystallene orienteres parallelt med referanseaksene N som endres som svar på hellingsvinkelen skrånende fra den perifere side mot den forskjøvede akse L (dette kan foreligge i flertall). Også når den orienterte støpte gjenstand har en plateform som vist i fig. 2, er flaten M av fortsatt akse L som skal tjene som den mekaniske kjerne ikke lokalisert ved den samme avstand (midten) fra begge sider, men skrånende mot den ene eller andre av sidene.

Typiske eksempler på slike orienteringstilstander av krystaller er beskrevet med referanse til lengdesnittene av den støpte gjenstand ifølge fig. 3. Fig. 3 (A) viser orienteringstilstander når den tidligere nevnte akse L eller flate M passerer gjennom sentrum eller midten av den støpte gjenstand hvori krystallene er orientert parallelt med referanseaksene N skrånende fra begge sider mot aksen L eller flaten M ved den samme vinkel. Fig. 3 (B) viser orienteringsbetingelser når den tidligere nevnte akse L eller flate M er forskjøvet mot den høyre side, hvori krystallene er orientert parallelt med referanseaksene N og N<1> skrånende fra begge sider mot den forskjøvede akse L eller flate M ved forskjellige vinkler. Fig. 3 (C) viser orienteringsbetingelser når den tidligere nevnte akse L eller flate M er fullstendig skrådd mot den venstre side, hvori den tidligere nevnte akse L eller flate M er lokalisert ved enden på venstre side, og krystallene er orientert parallelt med referanseaksene N skrånende fra den høyre side mot aksen L eller flaten M lokalisert ved enden på venstre side. Fig. 3 (D) viser tilstander av krystaller av en vanlig en-akset strukket støpt gjenstand, hvori krystallene er orientert i vertikal retning som en langsgående referanseakse N som er strekkeretningen, og referanseaksen N ikke foreligger i flertall.

(b) Krystallinitet:

Ifølge materialet for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse bør dens støpte gjenstand ha en krystallinitet fra 30 til 60%, foretrukket fra 40 til 50%.

Når den støpte gjenstand har en krystallinitet innen et slikt spesifisert område, har krystallfase og amorf fase av den krystallinske termoplastiske polymer som utgjør den støpte gjenstand, et velbalansert forhold, og forbedring av styrken og hardheten bevirket gjennom den krystallinske fase er passende tilpasset fleksibiliteten bevirket gjennom den amorfe fase, slik at den støpte gjenstand ikke viser noen sprøhet hvilket er vanlig i tilfelle med kun krystallfase og svake egenskaper uten noe styrke hvilket er vanlig i tilfelle med kun amorf fase, frembringes ikke.

Som en følge har materialet for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse seighet, dets totale styrke blir tilstrekkelig høy og særlig dets torsjonsfasthet blir høy, slik at det blir anvendbart som et material for osteosyntese. I tilfelle med en slik krystallinsk termoplastisk polymer som er nedbrytbar og absorberbar i den levende kropp, er det generelt kjent at dens krystallinitet gradvis øker under en periode hvori den endres til små molekyler med forløpet av dens hydrolyse i den levende kropp. Siden forløpet av dens hydrolyse blir sakte når krystalliniteten øker, hydrolyseres ikke polymeren lett til tilstrekkelig små molekyler for å absorberes av den levende kropp.

Imidlertid forekommer reduksjon i den hydrolytiske hastighet sjelden i den levende kropp når polymeren har det tidligere nevnte området av den spesifiserte initiale krystallinitet.

Ifølge materialet for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, kan ikke forbedring av styrke gjennom krystaller generelt forventes når krystallinitet av den støpte gjenstand er mindre enn 3 0%. På den annen side, selv om styrken øker når krystalliniteten øker, vil et nivå derav som overskrider 60% forårsake betydelig frembringelse av sprø egenskaper og den støpte gjenstand brytes lett når den mottar en kraft slik som et støt eller lignende på grunn av mangel på seighet og vil også forsinke den hydrolytiske hastighet i den levende kropp på grunn av hindret penetrasjon av vann inn i krystaller. Et stort antall fine krystallbiter frembragt under en viss periode vil bevirke stimulering av perifert vev i den levende kropp.

Som en følge er det ønskelig å styre krystalliniteten til fra 3 0 til 60% ved å foreta en balanse mellom disse to formål, nemlig den antinomiske natur mellom fysiske egenskaper slik som styrke og seighet og nedbrytningsoppførsel av den bionedbrytbare og bioadsorberbare polymer i den levende kropp.

Når materialet for osteosyntese har en relativt stor form, krever det i denne forbindelse en høyere styrke enn et visst nivå og en forlenget tidsperiode inntil dets nedbrytning og absorpsjon slik at dens foretrukne område for krystallinitet i dette tilfellet er fra 40 til 50%.

(c) Orientert støpt gjenstand oppnådd ved en trykkdeformasjonsorientering (f.eks. kompresjonsorientering eller formingsorientering): Materialet for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er en kvalitativt tett orientert støpt gjenstand oppnådd ved en trykkdeformasjonsorientering.

Siden den støpte gjenstand i dette tilfelle blir kvalitativt tett ved trykksetting derav i trykksettingsretningen, i tillegg til reduksjon av anisotropi av krystallformen gjennom krystallorientering, er dens mekaniske egenskaper slik som bøyefasthet, bøyemodul, strekkfasthet, rivestyrke, torsjonsbestandighet, overflatehardhet og lignende tydelig forbedret. (d) Sammensetning av bionedbrytbart og bioabsorberbart polymermaterial: Polymermaterialet for anvendelse i den foreliggende oppfinnelse er ikke spesielt begrenset, med den betingelse at det er en krystallinsk rettkjedet polymer som er nedbrytbar og absorberbar i den levende kropp, og foretrukne eksempler derav inkluderer en polymelkesyre og ulike polymelkesyre-kopolymerer (f.eks. en melkesyre-glykolsyre-kopolymer, en melkesyre-kaprolakton-kopolymer og lignende) som allerede har blitt tatt i praktisk bruk etter bekreftelse om deres biologiske sikkerhet og bioforlikelighet.

Homopolymerer av L-melkesyre eller D-melkesyre er ønskelig som polymelkesyre og som melkesyre-glykolsyre-kopolymer er en kopolymer med et molforhold innen området fra 99:1 til 75:25 ønskelig på grunn av dens fremragende hydrolysemotstand overfor den av glykolsyre homopolymer.

I tillegg kan amorf D,L-polymelkesyre eller en amorf melkesyre-glykolsyre-kopolymer med et relativt høyt forhold av glykolsyre være blandet i en liten mengde for å lette plastisk deformasjon eller for å la den orienterte støpte gjenstand oppnådd ved kompresjonsorientering ha seighet. (e) Molekylvekter av polymermaterial og pre-støpt material: Det tidligere nevnte polymermaterial krever visse fysiske egenskaper, i det minste styrke av en viss grad eller mer og evne til å holde denne under en viss tidsperiode, som material for osteosyntese, men molekylvekt av nevnte polymermaterial avtar ved trinnet for smeltestøping derav til et pre-støpt material slik som et emne eller lignende, slik at det er ønskelig at materialpolymeren har en viskositetsmidlere molekylvekt omtrent fra 200.000 til 600.000, foretrukket fra 300.000 til 550.000.

Når et polymermaterial med en viskositetsmidlere molekylvekt innen dette området anvendes, blir den viskositetsmidlere molekylvekt av emnet etter smeltestøping generelt fra 100.000 til 400.000, men det er ønskelig å innstille denne til fra 180.000 til 350.000.

Siden den etterfølgende orienteringsprosess av krystaller ved pressefylling inn i en formgivende form utføres ved kald temperatur innen det tidligere nevnte området i en kort tidsperiode, kan en støpt kompresjonsorienterings-gjenstand med høy styrke oppnås uten i vesentlig grad å redusere dens molekylvekt, og et material for osteosyntese hvori molekylvekten av den støpte kompresjonsorienterings-gj enstanden er opprettholdt, kan oppnås når noen midler anvendes for å hindre økning i temperatur forårsaket av friksjon ved stanse- eller skjæretrinnet av materialet for osteosyntese gjennom midler slik som stanse- eller skjæreutstyr eller lignende.

I dette tilfellet, når det anvendes et polymermaterial med en initial viskositetsmidlere molekylvekt på mer enn 600.000, er en høy temperatur og et høyt trykk påkrevet når et emne fremstilles ved smeltestøping slik at det bevirker tydelig reduksjon av dets molekylvekt til et meningsløst nivå som er enda lavere enn et tilfelle hvori det anvendes en materialpolymer for emne med en molekylvekt på mindre enn 600.000.

En skrue 30 for osteosyntese vist i fig. 6 som er fremstilt ved hjelp av skjæreutstyr av den støpte kompresjonsorienterings-gj enstand oppnådd fra et emne med en slutt-molekylvekt omtrent fra 100.000 til 400.000 er ønskelig fordi den opprettholder lignende styrke som den for det biologiske ben i fra 2 til 4 måneder, i en periode som er påkrevet for ben-sammenvoksing i den levende kropp, og hydrolyseres deretter gradvis ved en slik nedbrytningshastighet at mindre biter frembragt ved nedbrytning av materiale for osteosyntese ikke utøver sterke fremmedlegeme-virkninger på perifere vev og celler og derfor ikke forårsaker inflammatoriske reaksj oner.

Når viskositetsmidlere molekylvekt av emnet etter smeltestøping blir lavere enn 100.000, kan den orienterte støpte gjenstand oppnådd ved press-støping neppe ha høy initial styrke og reduksjonsperioden av styrken ved hydrolyse er forkortet til mindre enn 2 måneder, hvilket således fremsetter et problem med ikke å opprettholde styrken under en periode som er nødvendig for ben-sammenvoksing.

Siden små biter med lav molekylvekt også enkelte ganger kan frembringes på et tidspunkt innen en kort periode på fra 1.5 til 2 år etter implantasjon i den levende kropp, er det en mulighet for at de perifere celler ikke kan behandle disse biter hvilket således fremsetter en fare for indusering av inflammasjon ved fremmedlegeme-reaksjon.

Et material for osteosyntese fremstilt som en orientert støpt gjenstand ved press-forming ved anvendelse av et emne med en viskositetsmidlere molekylvekt på mer enn 400.000 etter smeltestøping derav, krever på den annen side en unødvendig lang periode inntil det er nedbrutt og fullstendig absorbert etter ben-sammenvoksing i den levende kropp. I tillegg er det en fare for at et stort antall små biter med lav molekylvekt frembragt ved et tidspunkt etter en lang periode på 2 år eller mer etter implantasjon i den levende kropp, ville forårsake fremmedlegeme-reaksjon og indusere inflammasjon i den levende kropp. (f) Fysiske egenskaper etc. av et material for osteosyntese (1) Densitet: Materialet for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er i et hvilket som helst tilfelle en kompresjonsorientert støpt gjenstand oppnådd ved tilføring av tredimensjonale krefter til materialet i den indre retning. Når det sammenlignes med den konvensjonelle strukkede og orienterte støpte gjenstand oppnådd ved tilføring av krefter i retningen bort fra materialet, er materialet for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse følgelig kjennetegnet ved at den har en densitet fra 1.25 til 1.27 g/cm<3> som er høyere enn 1.25 g/cm3 eller mindre av den sistnevnte strukkede og orienterte støpte gjenstand. Det tilfelle hvori den tidligere nevnte densitet er lav, nemlig 1.25 g/cm<3> eller mindre, er ikke foretrukket fordi densiteten av materialet er relativt lav, orienterings-tilstanden av krystallene blir nær orienteringstUstanden ved enakset strekking og anisotropien blir stor. Også når verdien blir stor og overstiger 1.27 g/cm<3>, blir krystalliniteten uunngåelig 70% eller mer slik at et slikt tilfelle ikke er ønskelig på grunn av de tidligere nevnte årsaker.

(2) Fysiske egenskaper og lignende:

Selv om mekanisk styrke av materialet for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse i hovedsak viser en tendens til å øke ettersom initial viskositetsmidlere molekylvekt av polymermateriale øker, blir polymeren neppe fluid ved tidspunktet for varming når dens initiale viskositetsmidlere molekylvekt i for stor grad overstiger 600.000 slik at en høy temperatur og et høyt trykk er nødvendig når et emne fremstilles ved smeltestøping. Følgelig er dets molekylvekt ganske tydelig redusert på grunn av eksoterm reaksjon forårsaket av skjærkraft ved tidspunktet for støping, slik at molekylvekt av det endelig oppnådde material for osteosyntese kan bli mindre enn den tidligere nevnte verdi og dets styrke også kan bli liten, hvilket således resulterer i et meningsløst produkt.

Materiale for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse viser generelt høye verdier for mekanisk styrke på fra 160 til 300 MPa som bøyefasthet, fra 5 til 10 GPa som bøyemodul og fra 5.5 til 7.5 kg.cm som torsjonsfasthet med en stav med 4> 3.2 mm.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse kan ikke fulle funksjoner som material for osteosyntese oppnås når dets bøyefasthet er mindre enn 160 MPa som er mindre enn for menneskeben, og et material med en høy styrke som overstiger 3 00 MPa kan neppe oppnås selv under trykk. Bøyemodulen og torsjonshastigheten i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er innen tilstrekkelige områder for anvendelse som et material for osteosyntese. (B) Material for implantasjon i samsvar med den foreliggende oppfinnelse.

For det første, fra et synspunkt med et komposittmaterial, anføres det at den foreliggende oppfinnelse er et komposittmaterial av et nytt armerings- eller forsterkingssystem. (a) Egenskaper av komposittmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. (1) Når egenskaper av et material forbedres ved dispergering av en stor mengde av et fint material deri, kalles det førstnevnte et modermaterial (matriks) og det sistnevnte et dispergert material. Et komposittmaterial fremstilles ved ikke å mikroskopisk blande disse to materialer på et molekylnivå, men ved deres makroskopiske blanding på en slik måte at produktet kan få fremragende egenskaper som ikke kan finnes i hvert material.

Metoden for fremstilling av et material som har mer fremragende egenskaper (høyere styrkeegenskaper) ved kompoundering av disse forskjellige materialer, kan klassifiseres som følger avhengig av formen av dispergerte materialer (forsterkningsmaterialer) for dispergering i matriksen.

(1) Dispersjonsforsterkede komposittmaterialer (ii) partikkelarmerte komposittmaterialer, og

(iii) fiber-armerte komposittmaterialer.

Materialet for implantasjon i samsvar med den foreliggende oppfinnelse tilhører komposittmaterialene ifølge (ii). Polymeren som matriks er en polymelkesyre eller en kopolymer derav som er en termoplastisk og krystallinsk polymer som er nedbrytbar og absorberbar i den levende kropp, og det dispergerte material er de tidligere nevnte biokeramiske materialer i form av finpartiklet pulver. (2) Forøvrig ble implantater som komposittmaterialer fremstilt ved kombinasjonen ifølge (iii) vurdert til å være lovende ut fra det synspunkt med materialteknologi, og det var en periode hvor et stort antall undersøkelser ble utført på slike materialer innen dette området. Det har imidlertid ikke blitt oppnådd gode resultater f.eks. ved hjelp av en forsterkningsmetode hvori korte fibre av biokeramiske materialer tilsettes som det dispergerte material, fordi fiberbitene forårsaket inflammasjon gjennom stimulering i den levende kropp.

Metoden av selvforsterkende type beskrevet i det foregående, som har den samme type av fiberforsterket metode hvori fibre av en polymelkesyre eller en polyglykolsyre gelantineres eller smeltes på overflaten har også blitt undersøkt. Den ulempe ble imidlertid funnet at gelantineringsoverflater blant fibriller er mikroskopisk hydrogene slik at fibre lett separeres og de nedbrutte små deler stimulerer den levende kropp i noen tilfeller.

Siden biomaterialer ikke må utvise noen toksisitet på den levende kropp, må være sikker og ha biologisk affinitet, er en slik metode diskvalifisert i betraktning av disse punkter. (3) Selv i tilfelle med komposittmaterialer av fyllstoff-tilført type ifølge (ii), kan det ikke enkelt oppnås et komposittmaterial med den høye styrke i samsvar med den foreliggende oppfinnelse ved ganske enkelt å blande et pulver av biokjemisk material med en matrikspolymer i overensstemmelse med den konvensjonelle metode.

Generelt avhenger egenskapene av et fyllstoff-tilført komposittmaterial i hovedsak av formene [fasonger (pulver, kule, plate, o.l.) og størrelse og overflateareal av partikler] og funksjonene (i dette tilfellet bindingsevne til hardvev slik som ben, beninduktivitet, benkonduktivitet og de lignende induserende evner og bioabsorberbarhet) av fyllstoffer og egenskaper av polymeren. Mekaniske egenskaper påvirkes i stor grad av faktorer slik som innhold, form, orientering, overflatekrefter og lignende av matrikspolymeren og fyllstoffene.

Siden disse ulike faktorer er gjensidig beslektet med hverandre under komplekse betingelser, er det nødvendig å fullkomment forstå innflytelsene av hver faktor på de totale egenskaper for å frembringe tiltenkte strukturelle egenskaper og funksjonelle egenskaper.

(4) Dette punktet beskrives ytterligere detaljert.

I tilfelle med et komposittmaterial tilført et fyllstoff, inkluderer egenskaper hvorved betydelige virkninger frembringes, elastisitetsmodul, strekkfasthet, forlengelses-egenskaper, seighet, hardhet og lignende. I tilfelle med komposittmaterial av den fyllstofftilførte type i samsvar med den foreliggende oppfinnelse velges partikler av biokeramisk material med ekstremt liten L/D (lengde/diameter) slik at elastisitetsmodulen av komposittmateriale, som reflekterer høy stivhet av det biokeramiske material, på effektiv måte kan økes til et høyere nivå enn elastisitetsmodulen av matriks-polymeren i seg selv ved å øke tilført mengde av fyllstoffet.

Imidlertid har egenskaper slik som strekkfasthet, forlengelse, seighet og lignende, lett for å avta når den tilførte mengde øker. Som en følge blir det et mål å finne ut hvordan elastisitetsmodulen kan økes mens andre egenskaper samtidig økes til høyere styrkenivåer enn for den opprinnelige matrikspolymer.

Med andre ord kan det sies at kompoundering er en teknikk for å bringe frem fremragende egenskaper av det dispergerte material og matriks på en synergistisk måte, mens ulempene kompenseres for. Mens elastisitetsmodul er en verdi for et område med liten deformasjonsgrad, åpenbares mekaniske egenskaper slik som strekkfasthet, bøyefasthet, torsjonsfasthet, forlengelse, seighet o.l. i et område med relativt stor deformasjonsgrad.

Som en følge er innflytelse på overflateadhesiv styrke mellom partikler og matriks på elastisitetsmodul liten, men dens innflytelse utøves i stor grad på de sistnevnte forskjellige fysiske egenskaper. Man kan således forstå at fremragende resultater av de sistnevnte fysiske egenskaper kan oppnås når den overflateadhesive styrke økes. (5) En positiv metode for økning av overflateadhesiv styrke er å kombinere en polymer som matriks med biokeramisk material som det dispergerte material under anvendelse av et koblingsmiddel. Flere koblingsmidler, typisk slike av silikonsystem og titansystem, anvendes i kompositt-materialer som er tilsiktet for industriell anvendelse. Disse midler kan således også anvendes.

Det kan for tiden imidlertid ikke sies at sikkerhet av denne type forbindelser i forhold til den levende kropp har blitt undersøkt i særlig grad. Selv om disse koblingsmidler anvendes i dental bensement som er et ikke-absorberbart høyfyllingsmaterial, er vi ikke kjent med noen rapport som vedrører deres praktiske anvendelse med hensyn til medisinske materialer som er nedbrytbare og absorberbare i den levende kropp, slik at deres anvendelse i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse bør unngås inntil videre mens deres sikkerhet er ukjent.

Det vil si at metoden hvori overflatestyrken økes ved kjemisk å kombinere en matrikspolymer og finpartikler av biokeramisk material bør ikke anvendes for implantater for hardvevsbruk som nedbrytes og absorberes i den levende kropp og erstattes av vev som tilfellet med den foreliggende oppfinnelse fordi, i motsetning til de ikke-absorberbare implantater, disse koblingsmidler hvis sikkerhet ennå ikke er bekreftet, eksponeres gradvis under nedbrytningsprosessen. De er heller ikke ønskelige fordi de ødelegger overflateaktiviteten av biokeramisk material. (6) Forøvrig er det kjent at slagfasthet, strekkfasthet og bruddforlengelse relativt sett øker generelt når dispersjonsgraden av finpartikler forbedres i et system hvori en termoplastisk krystallinsk polymer er blandet med den samme konsentrasjon av finpartikler.

På samme måte utøver størrelsen av finpartikler stor innflytelse på fysiske egenskaper av komposittmaterialer, og slagfasthet, strekkfasthet, trykkfasthet, elastisitetsmodul og lignende øker generelt relativt sett når partikkel-størrelsen blir liten ved samme konsentrasjon.

Årsaken til dette er at, siden overflatearealet øker i forhold til den reduserte, partikkelstørrelse, så øker overflate-energien relativt sett, kontaktflaten til polymeren øker også og de små partiklene fungerer effektivt som kjernedannende middel for krystallisasjon av polymeren, slik

at den fysiske binding mellom det dispergerte material og matriksen som et resultat forsterkes.

Når de ovennevnte fakta tas i betraktning, er det best å blande fint pulver av keramisk material som er så lite som mulig, under dispergeringsbetingelser så gode som mulig innen et visst konsentrasjonsområde. (7) Disse problemene kan imidlertid ikke enkelt løses ved den ovennevnte enkle blanding når det er nødvendig å oppnå et komposittmaterial slik som i tilfellet med den foreliggende oppfinnelse hvori ekstremt høy styrke lignende eller høyere enn styrken for de kortikale ben tilføres dertil og en kompleks funksjon for å bevirke leging ved et tidlig trinn og erstatning av biologiske ben gjennom induksjon og overføring av ben tilføres også dertil ved blanding av biokeramisk material med en termoplastisk krystallinsk polymer som er nedbrytbar og absorberbar i den levende kropp. (8) Det etterfølgende beskriver illustrative midler for å løse problemene i den foreliggende oppfinnelses sammenheng.

Når partikkelstørrelsen av uorganisk fint pulver blir liten så blir overflatearealet av partiklene tilsvarende stort, slik at partiklene lett mottar sekundær aggregasjon selv ved frembringelse av en liten elektrisk ladning på overflaten, hvorved det alltid dannes en aggregert masse som har mye større diameter enn den for en enkelt partikkel.

Følgelig er det ikke teknisk enkelt å oppnå et ensartet dispersjonssystem som ikke inneholder en stor aggregert masse av finpartikler, i et partikkelforsterket komposittmaterial med en relativt høy fyllstoffkonsentrasjon. Hvor enkelt det er å tildanne en sekundær aggregert masse varierer avhengig av den kjemiske struktur av finpartikler, og finpartiklene av det biokeramiske material for anvendelse i den foreliggende oppfinnelse danner en aggregert masse relativt lett under veltørkede betingelser. Det er vanlig at partikler med gjennomsnittlig partikkelstørrelse på flere ixm aggregerer til å danne en masse med en diameter på 100 txm eller mer. (9) I denne forbindelse er det kjent at styrke slik som Charpy skårslagfasthet e.l. som ikke ledsager stor deformasjon er uavhengig av størrelsen av den aggregerte masse men avhenger av den maksimale størrelse av hver partikkel.

Også når krefter slik som bøyekraft, strekkraft, torsjonskraft o.l. som forårsaker stor deformasjon og endelig brudd tilføres til et komposittmaterial, får det alltid brudd ved tidspunktet for deformasjon som er mindre enn den deformasjon som gir brudd i selve matrikspolymeren.

Disse fenomener forekommer når relativt store partikler eller aggregerte masser som er tilstede i matriksen, men som er forskjellig fra polymeren viser forskjellig fysisk oppførsel i forhold til oppførselen til matriksen ledsaget av deformasj on.

Det vil si at siden overflaten mellom matriksen og partiklene er en avbrutt del hvori den utvendige deformasjonsenergi for-plantet gjennom matriksen ikke kan overføres som sådan, forekommer brudd ved denne overflaten. (10) Når partiklene imidlertid er dispergert på fin og ensartet måte, til forskjell fra det tilfelle hvori store partikler og aggregerte masser er tilstede, er en slik barriere for forplantningen av energi liten og deformasjons-energien får derfor mindre motstand og forplantes gjennom hele systemet, slik at matrikspolymeren av komposittmaterialet får brudd ved en deformasjonsmengde som er nærmere punktet for deformasjonsbrudd av polymeren alene.

Med andre ord kan det generelt sies at når et fyllstofftil-ført komposittmaterial under dårlige dispersjonsbetingelser, f.eks. hvori store partikler er tilstede (selv når de er ensartet dispergert) eller mindre partikler danner en stor aggregert masse, brytes fordi det får en stor deformasjon, blir styrken snarere mindre enn styrken ved tidspunktet for brudd av selve matrikspolymeren som ikke inneholder noen dispergerte partikler. (11) Når høy mekanisk styrke er påkrevet er det følgelig absolutt nødvendig å fremstille et ensartet dispersjonssystem som består utelukkende av partikler med en så liten partikkelstørrelse at de neppe utøver innflytelse på deformasjonsmengden og styrken ved tidspunktet for deformasjonsbrudd og hvori store aggregerte masser ikke er dannet.

Det vil si at ifølge finpartiklene av biokeramisk material i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det nødvendig å velge dem fra slike som har en partikkelstørrelse på omtrent fra 0,2 til 50 //rn, mer foretrukket fra 1 til noe over 10 fim, som oppnås ved sintring av materialet ved en passe temperatur [f.eks. fra 600 til 1.250°C for hydroksylapatitt (HA), 1.500°C for apatitt-wollastonitt-glasskeramikk (AW) eller fra 1.150 til 1.400°C for trikalsiumfosfat (TCP)] og deretter mekanisk pulverisering og sikting av det sintrede produkt, og å anvende et ensartet dispergert system derav hvori deres aggregerte masse også har en diameter fra 50 iim eller mindre.

Som en selvfølge er ikke sintring og pulverisering nødvendig i tilfellet med usintret HA (u-HA) syntetisert ved en våt-metode, og krystallpartikler presipitert ved tidspunktet for syntese som har det ovennevnte størrelsesområde kan anvendes som sådan. Ikke bare er et slikt område for partikkelstør-relse nødvendig for å tilfredsstille den tidligere nevnte fysiske styrke, men det har også en viktig forbindelse med reaktiviteten vist ved perifere osteoblaster som vil beskrives senere. I et system som tilfredsstiller disse betingelser forbedres styrkene slik som slagfasthet, overflatehardhet, elastisitetsmodul o.l. ved tidspunktet det får en liten deformasjon, og styrker slik som bøying, strekk, torsjon o.l. av selve matrikspolymeren ved tidspunktet den får en stor deformasjon er også uttrykt, slik at det er et komposittmaterial som har ytterligere økt stivhet. (12) Et effektivt middel for blanding av biokeramisk material som aggregerer relativt lett slik som tilfellet med HA uten å bevirke sekundær aggregasjon i matriksen er å grundig disper-gere det biokeramiske material i en polymer oppløst i et løsningsmiddel og presipitere det dispergerte system med et ikke-løsningsmiddel. De kan blandes med et biokeramisk material/polymer vektforhold fra et lavt forhold på 10% eller mindre til et høyt forhold som overstiger 60%.

Når mengden biokeramisk material som skal tilsettes er mindre enn 10% er volumetrisk forhold av det biokeramiske material lite slik at egenskapene som vil forventes av det biokeramiske material, slik som direkte binding til ben, ben-overføring og beninduksjon, ikke lett åpenbares og erstatning med de biologiske ben er også sakte.

Når mengden overstiger 60% kan støping heller ikke enkelt utføres på grunn av utilstrekkelig fluiditet av blandingssystemet ved tidspunktet for termoforming. Siden passende bindemiddeleffekt ikke oppnås på grunn av utilstrekkelig mengde polymer i det dannede produkt har fyllstoffet og polymeren også lett for å separeres og produktet blir sprøtt ut fra synspunktet med styrke. Særlig er et tilfelle hvori mengden fyllstoff er stor og overstiger 70% og polymeren er mindre enn 30% ikke ønskelig, fordi effekten til polymeren til å binde pulver av biokeramisk material reduseres når komposittmaterialet blir sprøtt ved nedbrytning av polymeren, og pulveret spres til å indusere vevsreaksjoner av de perifere vev.

Når de ovennevnte problemer tas i betraktning er blandefor-holdet foretrukket fra 20 til 50 vekti, mest foretrukket fra 30 til 40 vekt%. Innenfor dette området åpenbares ønskelige egenskaper av både det dispergerte material og matriksen markert som komposittmaterial fra både strukturelle og funksjonelle synspunkter.

Betingelser, formål og metoder for oppnåelse av en ensartet dispersjon er således blitt beskrevet i det foregående fra synspunktet med oppnåelse av et blandingssystem av biokeramisk material og en polymer. (13) Imidlertid kan ikke et biomaterial som overstiger styrken til plast med høy styrke og også overstiger styrken til kortikale ben (fra 150 til 200 MPa i bøyefasthet) oppnås selv når komposittmaterialet hvori polymeren og fyllstoffet er ensartet dispergert på den ovennevnte måte bearbeides ved vanlig termoforming.

Det er generelt vanskelig å utføre termoforming av en polymer inneholdende en stor mengde fyllstoff på grunn av dårlig fluiditet. Det er mye vanskeligere å utføre termoforming når et titan-koblingsmiddel som er tydelig effektivt til å forbedre fluiditet kan ikke anvendes på grunn av nødvendigheten for å vurdere sikkerhet med hensyn til den levende kropp slik som tilfellet med den foreliggende oppfinnelse.

Når et slikt komposittmaterial av en polymer og pulver av keramisk material, som har dårlig fluiditet, termoformes ved ekstruderingsforming, en formingsmetode hvori skjærkraft tilføres ved tidspunktet for elting og smelting, utfører polymeren i seg selv deformasjonsflyt med sine opprinnelige flytegenskaper, men det tilførte uorganiske fyllstoff har ikke den egenskap å flyte ved mykgjøring med varme slik at kaviteter (hulrom) dannes på grunn av spalting på overflaten av polymeren og fyllstoffpartiklene ved tidspunktet for flyt-deformasjonsoverføring, hvilket derved medfører et formet produkt med ujevn densitet.

En porøs støpt gjenstand inneholdende et stort antall hulrom har liten styrke. For å hindre dannelse av hulrom anvendes det følgelig støpemetoder av kompresjons-type slik som injeksjonsstøping, presstøping o.l. for støping av en slik type polymer tilført en stor mengde fyllstoff.

(14) En støpt gjenstand som har høy styrke kan imidlertid ikke oppnås ved slike konvensjonelle støpemetoder, fordi polymelkesyren eller kopolymeren derav i den foreliggende oppfinnelses sammenheng lett varmeforringes gjennom skjærkraft eller forringes gjennom betydelig hydrolyse forårsaket av en liten mengde vann inneholdt deri.

Selv om en heterogen plate e.l. som har noe lavere forring-else av polymeren men som har flytemerker kan tildannes når varmebetingelser, tørkebetingelser og støpebetingelser ved presstøping kontrolleres nøye, kan det fremdeles ikke oppnås en styrke som overstiger den for kortikale ben fordi polymeren i seg selv ikke er forsterket ved nivået for sin molekylstruktur eller struktur av høyere orden. (15) Strekking kan anvendes som en metode for å øke styrken til krystallinske termoplastiske polymerer slik som poly-L-melkesyre og kopolymerer derav. Dette er en deformasjons-bearbeiding hvori en primær støpt gjenstand slik som en stav e.l. strekkes enakset i lengdeakse-retningen ved strekking av begge ender, eller en ende mens den andre enden fastgjøres, av den støpte gjenstand i retningen utover fra den støpte gjenstand ved en spesifisert temperatur (lik eller lavere enn Tm, en temperatur hvorved polymeren smelter og flyter), idet det derved forårsaker orientering av molekylkjeder eller den således dannede krystallfase i strekkeretningen (MD) og oppnåelse av en sekundær støpt gjenstand som har ytterligere økt styrke.

Selv om dens formål og metode er- forskjellig fra den foreliggende oppfinnelse omhandler den tidligere nevnte granskede japanske patentpublikasjon (Kokoku) nr. 3-63901 en metode hvori HA blandes i en liten mengde fra 1 til 15% og den resulterende primære støpte gjenstand strekkes enakset i lengdeakse-retningen.

Som beskrevet i det foregående beveger imidlertid selve polymeren seg i den mekaniske retningen ledsaget av plastisk deformasjon av polymeren, men fyllstoffpartiklene i seg selv beveger seg ikke ved fullstendig synkronisering med den plastiske deformasjon, slik at frembringelse av hulrom under strekkingen på grunn av dannelse av spalting på overflaten mellom partiklene og polymeren ikke kan unngås. En bevegelse hvori material pr. enhetsvolum blir tynnere forekommer særlig ved en strekkekraft i tilfellet med den ovennevnte enaksede strekking med fri bredde ved strekkingen i lengdeakse-retningen som er en metode hvori ekstern kraft ikke tilføres fra en retning loddrett på strekkeretningen under strekketrinnet.

Som en følge endres polymeren fra sin mikrofibriltilstand til fibrillert tilstand når strekkforholdet økes, men densiteten av materialet reduseres ytterligere på grunn av deformasjonen av mikroskopiske avbrutte mellomrom mellom fibriller under slike tilstander. (16) Dette faktum antyder at i en støpt gjenstand oppnådd ved strekking av et komposittmaterial hvori et fyllstoff er dispergert i en stor mengde blir antall hulrom stort når den tilførte mengde fyllstoff blir stor, og størrelsen av hulrom blir stor når deformasjonsmengden blir stor (ettersom strekkforholdet blir stort).

I et system hvor størrelsen av fyllstoffpartikler ikke kontrolleres er dispergeringen av disse dårlig og store aggregerte masser er tilstede, og antallet hulrom og deres størrelse er mye mer heterogen.

Siden en slik type komposittmaterial som inneholder hulrom lett brytes under strekking av dette kan et tilsiktet strukket material faktisk ikke oppnås.

Som en følge kan en støpt gjenstand med høy styrke som påkrevet ved den foreliggende oppfinnelse over hodet ikke oppnås fra et strukket komposittmaterial som inneholder hulrom , (17) I betraktning av det ovennevnte har oppfinnerne av den foreliggende oppfinnelse utført omfattende undersøkelser og oppnådd formålet ved den følgende forme- eller støpemetode.

I denne metoden, som beskrevet i det foregående, smeltestøpes et emne av nevnte polymer inneholdende en stor mengde ensartet dispergert biokeramisk material under slike betingelser at varmeforringelse kontrolleres ved et nivå som er så lavt som mulig (f.eks. ved ekstrudering eller presstøping), og det således behandlede emne tildannes deretter til en orientert støpt gjenstand ved presstøping eller formingsstøping for det formål å bevirke kompresjonsorientering av polymeren.

Ifølge denne metoden tilføres ekstern kraft ved tidspunktet for orienteringsstøping i den innoverrettede retningen, nemlig mot selve materialet i motsetning til strekkeretningen, slik at materialet får en tett tilstand.

Følgelig endres overflaten mellom partikler og matriks til en mer nær tilstand, og selv de mikroskopiske hulrom dannet i blandetrinnet via luft tilstede i overflaten forsvinner slik at en høy densitet oppnås. Med andre ord blir begge materialer en mer helhetlig bundet struktur.

Siden molekylkjedeaksen og krystallfasen er orientert i matrikspolymeren viser det resulterende komposittmaterial i tillegg til det ovennevnte markert høy styrke.

I dette tilfellet synes det som om orienteringen av krystaller bevirket ved deformasjon oppnådd ved pressefylling av et emne som en primær støpt gjenstand inn i formrommet av en form som har en tverrsnittflate som er mindre enn tverrsnittflaten av nevnte emne delvis eller over hele området inntar en form som har en sterk tendens til å utføre overflate-orientering parallelt med visse referanseakser, ulikt tilfellet med enakset orientering dannet ved enkel strekking i lengdeakse-retningen, fordi en kraft tilføres ved en "skjæring" fra formen (formgivende form).

Følgelig åpenbares egenskapene med liten anisotropi ved orientering og sterk motstand mot torsjon eller lignende deformasjon. Graden av orientering styres ved et slikt basisnivå at molekylkjedelamellen kan orienteres og ikke ved et høyt nivå hvorved hulrom frembringes gjennom mikrofi-briller og fibrillstruktur som kan finnes når strekkforholdet er høyt. (18) Forsterkningsmetoden for komposittmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er således blitt beskrevet, og dets modus er åpenbart forskjellig fra dem ifølge de konvensjonelle komposittmaterialer som vist i fig. 15.

Det vil si at den konvensjonelle partikkel- forsterkede type (a) og fiberforsterkede type (b) er metoder som tilsikter å frembringe fysisk styrke av de henholdsvis tilførte partikler 13 og fibre 14 i hvert system ved å øke deres tilførte mengder så mye som mulig og også ved økning av styrken som i hovedsak avhenger av deres kjemiske og fysiske evne til å binde til matrikspolymeren.

I den fiberforsterkede type (b) utøver sammenfiltring av fibrene 14 markert effektiv virkning ved forbedring av styrken.

I dette tilfelle kan tilsvarende høy styrke oppnås når en matrikspolymer med relativt høy styrke anvendes. (19) Ingen informasjon er imidlertid tilgjengelig til dags dato vedrørende et eksempel hvori, som tilfellet med den foreliggende oppfinnelse, matrikspolymeren i henhold til systemet (a) forsterkes ved behandling av denne med en sekundær bearbeiding for det formål å bevirke orientering av krystaller (molekylkjeder) .

Den foreliggende oppfinnelse er en forsterkningsmetode [partikkelforsterket + matriksforsterket type] (c) hvori matrikspolymeren, i tillegg til forsterkningsmetoden av partikkelforsterket type (a), forsterkes ved tildanning av et tettere system som bevirkes ved å la krystallene (molekylkjedene) N' få utføre orientering gjennom kompresjonsorientering og ved tett fastgjøring av overflater av partiklene 15 og matrikspolymeren.

Det vil si at den foreliggende oppfinnelse vedrører en ny metode hvori matrikspolymeren fysisk forsterkes ved utførelse av dens sekundære bearbeiding av den støpte gjenstand ved kald temperatur, som ennå ikke er blitt utført på hensiktsmessig måte, og et komposittsystem oppnådd ved metoden, som begge er åpenbart forskjellige fra de konvensjonelle typer.

(b) Material med høy styrke for implantasjon

Materialet for implantasjon i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er et komposittmaterial hvori fra 10 til 60 vekt% av et pulver av biokeramisk material med en partikkelstør-relse eller en størrelse av en aggregert masse av partikler fra 0,2 til 50 zzm er i alt vesentlig ensartet dispergert i en krystallinsk termoplastisk polymer som i hovedsak er nedbrytbar og absorberbar i den levende kropp, og er kjennetegnet ved at det er en trykkorientert støpt gjenstand hvori krystaller av nevnte polymer er orientert ved kompresjons-deformasjon og dens krystallinitet er fra 10 til 70%.

Det etterfølgende beskriver innholdet i detalj.

(1) Biokeramiske materialer eller biokeramikk

Eksempler på biokeramiske materialer for anvendelse i den foreliggende oppfinnelse inkluderer sintret hydroksylapatitt, bioglass-basert eller krystallisert glass-basert glass for biologisk anvendelse, usintret hydroksylapatitt, dikalsiumfosfat, trikalsiumfosfat, tetrakalsiumfosfat, oktakalsiumfosfat, kalsitt, diopsid o.l. som kan anvendes alene eller som en blanding av to eller flere.

De nettopp beskrevne biokeramiske materialer er generelt grovt inndelt i 1) overflate-bioaktive keramiske materialer og 2) bioabsorberbare keramiske materialer.

1) Overflate-bioaktive biokeramiske materialer Eksempler på slike inkluderer sintret hydroksylapatitt (HA), bioglass-basert bioglass, cerabital, krystallisert glass-basert A-W glass-keramiske materialer o.l. og krystallisert glass-basert biobelit-1, implant-1, p-krystallisert glass, diopsid o.l.

2) Bioabsorberbare biokeramiske materialer

Eksempler på slike inkluderer usintret hydroksylapatitt (usintret HA), dikalsiumfosfat, a-trikalsiumfosfat (a-TCP), p-trikalsiumfosfat (p<->TCP), tetrakalsiumfosfat (TeCP), oktakalsiumfosfat (OCP), dikalsiumfosfat»hydrat»oktakalsiumfosfat (DCPD»OCP), dikalsiumfosfat»anhydrid»tetrakalsiumfosfat (DCPA»TeCP), kalsitt o.l.

Siden disse biokeramiske materialer har ulik grad av bioaktiviteter og derfor utøver ulik innflytelse på hastigheten og måten for dannelse av nye ben, anvendes de alene eller som en blanding av to eller flere på en slik måte at de nød-vendige bioaktiviteter kan oppnås.

Av disse biokeramiske materialer er usintret HA et av de mest effektive bioabsorberbare aktive pulvere for anvendelse i systemet i den foreliggende oppfinnelses sammenheng fordi, i motsetning til tilfellet med sintret HA, det er utpreget lignende HA i den levende kropp, forsvinner fullstendig ved absorpsjon derav i den levende kropp og har høye aktiviteter, sikkerhet og faktiske resultater ved praktisk anvendelse derav.

(2 ) Partikkelstørrelse av biokeramisk pulver

Uttrykket biokeramisk pulver eller pulver av biokeramisk material som anvendt heri er et generelt uttrykk for primære partikler av biokeramiske materialer eller sekundære partikler som deres samlede (aggregerte) masse.

1) For å oppnå et komposittmaterial på basis av de tidligere nevnte årsaker anvendes et biokeramisk pulver med partikkel-størrelse fra 0,2 til 50 fim, foretrukket fra 1 til noe over 10/zm, som primærpartikler eller sekundære samlede (aggregerte) masser. Dette området for partikkelstørrelse er også ønskelig fra synspunktet med ensartet dispergering derav i en krystallinsk termoplastisk polymer som er nedbrytbar og absorberbar i den levende kropp.

Når partikkelstørrelsen av det biokeramiske pulver er nær den øvre grense på 50 fim er det ønskelig en størrelse av en aggregert masse når primærpartikler på omtrent noe over 10 fim sekundært aggregeres.

Et tilfelle hvori uavhengige primærpartikler har en størrelse på nær 50 fim er ikke ønskelig fordi det resulterende komposittmaterial brytes ved tidspunktet for flyting.

Den kompresjonsorienterte støpte gjenstand ferdigbehandles til slutt til materialer for implantasjon som har ulike nøyaktige former ved en metode med stanse- eller skjæreutstyr o.l.

Når partikkelstørrelsen er stor blir bearbeiding av fine og nøyaktige formede gjenstander vanskelig fordi de vil danne en spiss eller sprekke ved grenseflaten av pulver. Som en følge kan det sies at partikkelstørrelsen på 50 fim er den øvre grense som bestemmer nøyaktigheten av formen av implantatmaterialer. 2) Videre svarer den nedre grense for partikkelstørrelse på 0,2fim f. eks. til størrelsen av primærpartikler av usintret

HA.

Generelt samles disse finpartikler til å danne sekundært' aggregerte partikler med en størrelse fra flere fim til noe over 10 fim. Når partikler av biokeramisk material eller samlede masse derav hvis tilsynelatende midlere partikkel-størrelse er innen dette området er ensartet dispergert i en polymermatriks, tilfredsstiller det således oppnådde system både egenskaper med høy styrke og rask erstatning av implantatet med biologiske ben gjennom absorpsjon derav. Som en følge oppnås et komposittmaterial for implantasjon som har en nøyaktig form. 3) Når et slikt implantatmaterial inneholdende biokeramisk material implanteres i den levende kropp binder det biokeramiske pulver eksponert på overflaten til de perifere biologiske ben direkte uten mellomliggende fibrøse bindevev eller indirekte via HA avsatt på overflaten, slik at deres initiale fiksering kan oppnås på et tidlig trinn. Dette karakteristiske trekk er ønskelig for implantatmaterialer slik som nagler eller stifter, skruer o.l. som anvendes for binding og fiksering av frakturerte ben.

Siden det har bindingsevne til ben kan det også anvendes til en plate eller benerstatning av vilkårlig form eller et material for osteosyntese som ikke kunne anvendes i teknikkens stand hovedsakelig på grunn av utilstrekkelig styrke. 4) Implantatmaterialer som anvendes i ben som fikserings-materialer for frakturerte ben opprettholder den styrke som er nødvendig for fiksering i minst 2 til 4 måneder, en periode nødvendig for sammenvoksing av ben, og krever deretter et trinn hvori de forringes ved gradvis forløp av hydrolyse fra sine overflater hvor disse er i kontakt med kroppsvæsken.

Under dette trinn eksponeres det biokeramiske pulver inneholdt deri gradvis for kroppsvæske. Deretter penetrerer kroppsvæsken videre inn i implantatet langs grenseflater av det biokeramiske pulver og polymeren. Som et resultat bevirkes hydrolyse av polymeren og absorpsjon av det nedbrutte produkt i den levende kropp raskere sammenlignet med tilfellet med et system av polymeren alene uten noe biokeramisk material.

Det eksponerte biokeramiske pulver i dette trinn akselererer videre infiltrasjon av nytt ben og blir enkelte ganger en kjerne for osteogenese for å danne trabekel. I noen tilfeller absorberes selve pulveret av osteoklaster eller uttømmes fra et benhull. På denne måte bevirkes inntrengning og erstatning med biologisk ben inn i benhullet etter forsvinning av implantatmaterialet på en jevn måte. 5) Prosessen og måten for erstatning av benhullet med biologisk ben gjennom implantatmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse varierer i betydelig grad avhengig av typen av biokeramisk material inneholdt deri og form, størrelse eller innhold av partiklene, men siden implantatmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse inneholder mindre mengde polymer svarende til det tilførte forhold av biokeramisk pulver sammenlignet med et implantatmaterial utelukkende fremstilt av en bioabsorberbar polymer, kan faren for å indusere fremmedlegeme-reaksjon og etter-følgende inflammatorisk reaksjon forårsaket av en stor mengde polymerbiter forbigående dannet under nedbrytingsprosessen unngås.

Dette er særlig effektivt i tilfellet med fullstendig absorberbare bioaktive partikler slik som av usintret HA.

Hastigheten for avhjelping av benhull kan eventuelt også kontrolleres ved å velge passende type, størrelse og mengde av biokeramisk material.

(3) Sammensetning av bioabsorberbart polymermaterial

( polymer)

Denne er den samme som den for polymermaterialet for anvendelse i det tidligere nevnte material for osteosyntese som i alt vesentlig omfatter en polymer.

(4) Molekylvekt av polymermaterial og pre- støpt material

1) Den tidligere nevnte polymer krever visse fysiske egenskaper, i det minste styrke av en viss grad eller mer, som material for osteosyntese, men molekylvekten av nevnte

polymer avtar ved trinnet med smeltestøping derav til et pre-støpt material slik som et emne e.l. slik at det i tilfellet med en polymelkesyre eller en melkesyre-glykolsyre-kopolymer er viktig å anvende en polymer som har en initial viskositetsmidlere molekylvekt fra 150.000 til 700.000, foretrukket fra 250.000 til 550.000.

Når det anvendes en polymer med en molekylvekt innen dette området kan det oppnås et pre-støpt material som til slutt har en viskositetsmidlere molekylvekt fra 100.000 til 600.000 (som til slutt har en viskositetsmidlere molekylvekt fra 200.000 til 500.000 når det anvendes en polymer som har det tidligere nevnte foretrukne molekylvektsområde fra 250.000 til 550.000) ved å utføre bearbeiding med smeltestøping under varmingsbetingelser. 2) Nevnte polymer kan tildannes til et komposittmaterial for anvendelse i implantatmaterialer med høy styrke ved etter-følgende plastisk deformasjon ved kald temperatur for orientering av molekylkjeder (krystaller) ved kompresjonsorientering, og reduksjon av molekylvekten kan hindres så lite som mulig når trinnet med plastisk deformasjon utføres under passende fastsatte betingelser.

Området for viskositetsmidlere molekylvekt for polymeren som utgjør implantatmaterialet inneholdende biokeramisk material er forskjellig fra området i tilfellet med et implantat oppnådd ved den samme formingsmetode men utelukkende fra polymeren. Årsaken til dette er at det er forskjeller med hensyn til tilsynelatende smelteviskositet og grad av for-ringelse under trinnet på grunn av den store mengden biokeramisk pulver inneholdt i dette systemet.

Når en støpt gjenstand hvori polymeren i den foreliggende oppfinnelses sammenheng har en molekylvekt innen dette området og dens molekylkjeder (krystaller) er orientert ved kompresjonsdeformasjonsbehandling faktisk anvendes i den levende kropp f.eks. som et material for osteosyntese, vil den opprettholde en lignende styrke som den for det biologiske ben i minst 2 til 4 måneder, en gjennomsnittlig periode nødvendig for sammenvoksing av ben, og nedbrytes deretter gradvis ved en slik hastighet at små biter dannet ved nedbrytning av materialet for osteosyntese ikke utøver sterke fremmedlegeme-reaksjoner på perifere vev og celler og derfor ikke bevirker inflammatoriske reaksjoner.

Siden bioaktive egenskaper av biokeramiske materialer frembringes i dette trinn oppnås initial binding med ben, og erstatning med ben forløper deretter jevnt.

3) Når initial viskositetsmidlere molekylvekt av polymeren er mindre enn 150.000 kan ikke høy initial styrke oppnås, selv om det ligger en fordel i det at støping kan utføres lett på grunn av lav smelteviskositet. Den styrke-opprettholdende periode blir også kortere enn den periode som er nødvendig for sammenvoksing av ben på grunn av rask reduksjon av

styrken i den levende kropp. Siden det er en mulighet for at små biter med lav molekylvekt dannes i en stor mengde i løpet av en kort periode på 1,5 til 2 år etter implantasjon derav i den levende kropp, er det i tillegg en fare for indusering av inflammasjon gjennom deres fremmedlegeme-reaksjon.

Når på den annen side initial viskositetsmidlere molekylvekt av polymeren er for stor og overstiger 700.000 kan polymeren neppe flyte ved tidspunktet for varming, og høy temperatur og høyt trykk er derfor påkrevet når et pre-støpt material fremstilles ved smeltestøping slik at en brå reduksjon av dens molekylvekt inntreffer på grunn av varme frembragt gjennom høy skjærspenning og friksjonskraft ved tidspunktet for bearbeiding, og molekylvekten av det endelig oppnådde implan-tatmaterial blir snarere lavere enn tilfellet hvori en polymer med en molekylvekt på 700.000 eller mindre anvendes, hvilket således medfører lavere styrke enn forventet.

I tilfellet med en polymer som har en lav initial viskositetsmidlere molekylvekt på fra 150.000 til 200.000 er det mulig å tilføre det biokeramiske pulver i en relativt stor mengde på 30 til 60 vekt%. Siden det imidlertid er lett for at brudd oppstår ved flyting (flytebrudd) ved mottagelse av eksterne krefter slik som bøyedeformasjon o.l. når molekylvekten blir mye lavere etter smeltestøping, er det ønskelig å kontrollere den tilførte mengde ved et lavt nivå på fra 10 til 30 vekt%, og det er også ønskelig å kontrollere deformasjonsgraden R som beskrives senere ved et relativt lavt nivå. På den annen side, siden det er relativt vanskelig å bevirke smeltestøping av en polymer som har en høy viskositetsmidlere molekylvekt på fra 550.000 til 700.000, er det vanskeligere å bevirke smeltestøping ved tilføring av det biokeramiske pulver i en stor mengde på fra 40 til 60 vekt%. Som en følge er det ønskelig å kontrollere mengden av det biokeramiske pulver ved et nivå på 2 0 vekt% eller mindre, og uunngåelig også deformasjonsgraden R (som vil beskrives senere) til et lavt nivå.

I korte trekk, kan relativt brede områder for tilførings-mengde og deformasjonsgrad R velges når den initiale viskositetsmidlere molekylvekt er omtrent fra 200.000 til 550.000. En passende styrke-opprettholdende periode i den levende kropp og beskjeden nedbrytnings-absorpsjonshastighet kan også oppnås ved dette molekylvektsområde. 4) Fluiditet av blandingen blir dårlig når tilføringsmengden av fyllstoff er for stor. For å lette støpingen ved å redusere smelteviskositeten kan følgelig en polymer med lav molekylvekt som har en viskositetsmidlere molekylvekt på 100.000 eller mindre, eller 10.000 eller mindre når anledningen krever dette, følgelig tilsettes som et smøremiddel i en slik liten mengde at dette ikke utøver innflytelse på fysiske egenskaper av det endelige implantat.

Når mengden av resterende monomer i polymeren som skal anvendes er stor, forekommer reduksjon av molekylvekten under bearbeidingstrinnet og nedbrytning derav i den levende kropp blir også rask, slik at det er ønskelig å kontrollere mengden derav ved et nivå på omtrent 0.5 vekt% eller mindre.

Når fyllstoffet tilføres i en stor mengde på 40 vekt% eller mer, kan fyllstoff-overflaten være behandlet med en myk bioabsorberbar polymer eller et kompleks av D-form og L-form optiske isomerer av polymelkesyre, for å forbedre overflate-bindingsevnen mellom de to materialene.

Gjennom den etterfølgende molekylære (krystallinske) orienteringsbehandling ved pressefylling inn i en formgivende form, oppnås en kompresjonsorientert støpt gjenstand med høy styrke, nemlig et material for bruk ved implantasjon, uten betydelig redusering av molekylvekten.

Deretter fremstilles implantatmaterialer med høy styrke som har en ønsket form slik som skrue, stift eller nagle, stav, skive, knappeform, sylinder eller lignende ved den sekundære bearbeiding slik som bruk av skjæreutstyr, ved skjæring i skiver, stansing, boring eller lignende.

(e) Krystallinitet.

Når en balanse mellom to påkrevde faktorer, nemlig høy mekanisk styrke og passende hydrolysehastighet, tas i betraktning er det nødvendig å velge krystallinitet av den trykk-orienterte støpte gjenstand i samsvar med den foreliggende oppfinnelse innen området 10 til 70%, foretrukket fra 20 til 50%.

Når krystalliniteten overstiger 70%, er tilsynelatende stivhet av den støpte gjenstand høy, men den blir sprø på grunn av mangel på seighet og brytes lett når den utsettes for påkjenning i den levende kropp. En slik høy grad er heller ikke ønskelig fordi en langvarig tidsperiode er påkrevet for absorpsjon derav og forsvinning i den levende kropp på grunn av unødvendig sakte nedbrytning derav.

På den annen side kan ikke forbedring av dens styrke forventes når den har en lav krystallinitet på mindre enn 10% .

Når initial mekanisk styrke av den støpte gjenstand og opprettholdelse derav og dens forsvinningshastighet ved nedbrytning og absorpsjon eller lav stimuleringsgrad i den levende kropp således tas i betraktning, er passende krystallinitet fra 10 til 70%, foretrukket fra 20 til 50%. Selv ved en lav krystallinitet på fra 10 til 20%, forbedres styrken gjennom effekten av fyllstoffet sammenlignet med tilfellet uten noen tilføring.

Dessuten, selv ved en høy krystallinitet på fra 50 til 70%, dannes mikrokrystaller under den plastiske deformasjon ved kompresjon slik at ufordelaktig innflytelse på nedbrytningen og absorpsjonen i den levende kropp ikke inntreffer ofte.

(f) Densitet.

Siden implantatmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er en tredimensjonalt kompresjonsorientert støpt gjenstand, blir dens densitet høy sammenlignet med den strukkede og orienterte støpte gjenstand ifølge teknikkens stand. Selv om den varierer avhengig av deformasjonsgraden, blir densiteten fra 1.4 til 1.5 g/cm<3> når biokeramisk material er innblandet i en mengde på 2 0%, fra 1.5 til 1.6 g/cm<3> når innblandet i en mengde på 3 0%, fra 1.6 til 1.7 g/cm<3 >når innblandet i en mengde på 40% og fra 1.7 til 1.8 g/cm<3 >når innblandet i en mengde på 50%.

Denne høye densiteten er også en pekepinn som viser densiteten av materialet og er derfor en av de viktigste faktorer som indikerer høy styrke.

(g) Krystallform.

Siden implantatmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse fremstilles ved kompresjonsdeformasjons-orientering, er krystaller (molekylkjeder) av den støpte gjenstand i all hovedsak orientert parallelt med et flertall av referanseakser.

Generelt blir anisotropi uttrykt som styrken av den støpte gjenstand liten når antallet referanseakser øker, slik at brudd ved relativt svak kraft fra en viss retning, hvilken er vanlig i retningsavhengige materialer, blir mindre.

Det forhold av krystaller av den støpte gjenstand i implantatmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse i hovedsak er orientert parallelt med et flertall av referanseakser kan vises på samme måte som for det tidligere nevnte tilfellet med materialet for osteosyntese som illustrativt vist i fig. 1 og fig. 2. (C) Generelle merknader. Fremstillingsmetode for material for osteosyntese: (a) Metoden for fremstilling av materialer for osteosyntese i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, nemlig en orientert støpt gjenstand som har en krystallform hvori krystaller i all hovedsak var orientert parallelt med et flertall av referanseakser, omfatter i hovedsak (1) et første trinn hvori et pre-støpt material fremstilles ved smeltestøping av et krystallinsk termoplastisk polymermaterial som er nedbrytbart og absorberbart i den levende kropp, under anvendelse av en ekstruder eller lignende, (2) et andre trinn hvori en orientert støpt gjenstand fremstilles ved å drive det pre-støpte material (emne) inn i et trangt rom dannet av en formgivende form hvis underdel i alt vesentlig er lukket mens plastisk deformasjon utføres ved kald temperatur, hvilket dermed bevirker orientering gjennom kompresjonsdeformasjon, eller et annet andre trinn hvori en orientert støpt gjenstand fremstilles ved pressefylling av emnet inn i et rom av en formgivende form som har et rom som er mindre, delvis eller som et hele, enn diameteren, tykkelsen eller bredden av nevnte støpte gjenstand, eller inn i en formgivende form som har et rom som er mindre volumet av emnet, mens plastisk deformasjon utføres, og (3) et ytterligere trinn hvori gjenstandens form dannes ved utførelse av en bearbeiding slik som skjæring eller lignende etter som anledningen krever.

Uttrykket "kald temperatur" som anvendt heri, betyr en temperatur (Tc) hvorved krystallisasjon kan bevirkes, men er lavere enn den konvensjonelle støpetemperatur som er lik eller høyere enn smeltetemperaturen, nemlig en temperatur mellom glasstransisjonstemperaturen (Tg) og smelte-temperaturen (Tm) av det termoplastiske polymermaterial.

Det vil si at når et emne med en større diameter tvinges med et trykk inn i formrommet av en formgivende form med en mindre diameter fra sin øvre del gjennom en diameter-reduserende del med en helling 6 som vist i fig. 4, mens plastisk deformasjon bevirkes ved kald temperatur, undergår polymeren som har dårlig fluiditet ved Tm eller lavere, som ikke har varmefluiditet som en smeltet polymer ved tidspunktet for tvunget innføring, plastisk deformasjon og mottar stor skjærkraft forårsaket av friksjon mellom emne og innsiden av den formgivende form.

Siden denne skjærkraften virker som en ekstern kraft av diagonal eller tverrgående retning som bevirker orientering av polymeren, orienteres molekylkjeder (krystaller) av polymeren ved deformasjonen langs presse-fyllingsretningen derav inn i den formgivende form.

Det vil si at en form av krystaller hvori de er orientert parallelt med et flertall av referanseakser oppnås som svar på pressefyllingsmetoden for emnet.

I dette tilfellet blir anisotropi i betraktning av fysisk styrke liten når antallet orienterings-referanseakser øker. Under en slik tilstand er den støpte gjenstand trykksatt i den diagonale eller tverrgående retning som er retningen for tvunget fylling slik at den støpte gjenstand blir tett. Som resultat oppnås en orientert støpt gjenstand hvori anisotropi i betraktning av fysisk styrke er liten hvilket er forskjellig fra tilfellet med enkel enakset strekking i lengdeakse-retningen, og hvori mekaniske egenskaper slik som bøyefasthet, strekkfasthet, rivestyrke, skjærfasthet, torsjonsfasthet, overflatehardhet og lignende er generelt forbedret med en god balanse.

Den således orienterte støpte gjenstand tildannes til materialer med høy styrke for osteosyntese som har ulike former ettersom hva anledningen krever, ved utførelse av sluttbearbeiding slik som skjæring eller stansing eller lignende for å danne ønskede former.

(b) Fremstilling av trykk-orientert støpt gjenstand:

(1) Kompresjonsorienterings-forming

Denne metoden omfatter fremstilling av et pre-støpt material ved smeltestøping av polymermaterialet og pressefylling av det pre-støpte material inn i et smalt rom av en formgivende form hvis underdel er i alt vesentlig lukket, mens plastisk deformasjon utføres ved kald temperatur, idet kompresjonsorientering derved bevirkes.

(2) Formgivende orienteringsforming

Denne metoden omfatter fremstilling av et pre-støpt material ved smeltestøping av polymermaterialet og pressefylling av det pre-støpte material kontinuerlig eller diskontinuerlig inn i et trangt rom av en formgivende form som har et rom som er mindre, delvis eller som et hele, enn tverrsnittsflaten, tykkelsen eller bredden av den nevnte støpte gjenstand som definert i det foregående, eller inn i en formgivende form som har et rom med et totalvolum som er mindre enn volumet av det pre-støpte material, mens plastisk deformasjon utføres idet formingsorientering derved bevirkes.

(3) Deformasjonsgrad

Når et emne pressefylles (tvunget kompresjon) inn i formrommet av en formgivende form som har en tverrsnittsflate som er fra 2/3 til 1/6 av tverrsnittflaten av emnet, blir en deformasjonsgrad R = S0/S (hvori S0 er tverrsnittsflaten av et emne og S er tverrsnittarealet av en kompresjonsorientert støpt gjenstand) av den resulterende orienterte støpte gjenstand oppnådd ved kompresjonsdeformasjon en verdi i alt vesentlig innen området fra 1.5 til 6.0, og en slik verdi er effektiv for markert forbedring av styrken, hvilket vil vises senere gjennom i eksemplene.

Når pressefylt inn i en form som har delvis forskjellige R-verdier innen dette området (inkluderende et tilfelle hvori tverrsnittsarealet i den fremskridende retning av polymeren ved dens tvungede fylling delvis varierer, og de andre delene bortsett fra slike deler har den samme tverrsnittsflate som emnet) blir i tillegg orienteringsaksene sammenrotet på komplisert måte og anisotropien blir heller ikke enkel.

I en støpt gjenstand blir orienteringsgraden av den del som har stor R-verdi høyere enn den for en del som har liten R-verdi, og mekanisk styrke av den førstnevnte del blir generelt stor. Som en følge kan en støpt gjenstand med delvis forskjellige styrker fremstilles tilsiktet i samsvar med sin anvendelse.

En slik applikasjon kan utføres kun ved fremgangsmåten i samsvar med foreliggende oppfinnelse hvori en orientert støpt gjenstand fremstilles gjennom plastisk deformasjon ved pressefylling av et emne inn i en form, hvilket er en bemerkelsesverdig fordel ved den foreliggende oppfinnelse når sammenlignet med strekkingsmetoden som ikke kan tildanne en del som har forskjellig strekkforhold i midten av operasj onen.

Det vil si, dette punktet er også en av årsakene til at fremgangsmåten i samsvar med den foreliggende oppfinnelse som bevirkes ved kompresjonsorientering, er svært fordelaktig sammenlignet med den metode i teknikkens stand som bevirkes ved strekkingsorientering.

I dette tilfellet, når tverrsnittsflaten av formrommet er større enn 2/3 av tverrsnittsflaten av emnet, er det vanskelig å oppnå en kompresjonsorientert støpt gjenstand med styrke og hardhet på grunn av liten molekylkjede eller krystallorientering og kompresjonsforhold ved tidspunktet for pressefyllingen. På den annen side, når det er mindre enn 1/6, blir ikke bare pressefylling av emnet inn i formrommet vanskelig, men det er også en mulighet for at fibrillering av polymeren forårsakes. Når fibrillering frembringes, forbedres styrken av den støpte gjenstand i sin tverrgående retning, men styrken i lengderetningen reduseres slik at fibriller i lengderetningen har lett for å deles ved skj ærkraft.

(4) Plastisk deformasjonstemperatur

Det er ønskelig at den plastiske deformasjonstemperatur for emnet er en temperatur hvorved krystallisering kan bevirkes (Tc) som er mellom glasstransisjonstemperaturen (Tg) og smeltetemperaturen (Tm) for det termoplastiske polymermaterial .

Som en illustrasjon, i tilfellet med en polymelkesyre eller en melkesyre-glykolsyre-kopolymer, er den innenfor området fra 60 til 160°C, foretrukket fra 80 til 110°C, hvilket vil vises senere i eksemplene.

Når et emne pressefylles inn i formrommet ved denne temperaturen blir pressefyllingen relativt enkel, orientering av molekylkjeder (krystaller) kan gjøres effektivt og krystallinitet kan kontrolleres etter ønske.

Når dette gjøres er det nødvendig å velge en passende hastighet, (f.eks. fra 8 til 80 mm/minutt) for å hindre et klebe-slippe-fenomen under pressefyllingstrinnet.

(5) I tilfellet med orienteringsforming ved kompresjons-deformasjon, enten ved kompresjonsorienteringsforming eller formgivende orienteringsforming, forekommer friksjon mellom et emne og overflaten av den formgivende form når emnet pressefylles inn i den formgivende form mens plastisk deformasjon bevirkes under et passende høyt trykk (f.eks. fra 100 til 4.000 kg/cm<2>, foretrukket fra 200 til 2.500 kg/cm<2>) ved kald temperatur (den tidligere nevnte temperatur hvorved krystallisering kan bevirkes (Tc) som er mellom glasstransisjonstemperaturen (Tg) og smeltetemperaturen (Tm) for polymermaterialet, f.eks. i tilfellet med en polymelkesyre eller en melkesyre-glykolsyre-kopolymer fra 60 til 160°C, foretrukket fra 80 til 110°C), og friksjonen virker som en ekstern kraft i den tverrgående eller diagonale retning for orienteringen av polymeren, idet det derved dannes en struktur av krystaller hvori de er orientert parallelt med et stort antall referanseakser.

Ved dette trinn trykksettes den støpte gjenstand i maskinretningen og blir tett hva angår dens kvalitet, og densiteten av materialet for osteosyntese blir høy slik at det som resultat oppnås høy styrke. (D) [Diskusjon av detaljer] Fremstillingsmetode av material for osteosyntese: Denne metoden beskrives ytterligere forklarende, basert på tegningene. Fig. 4 er en snittegning som viser betingelser for orienteringsforming ved kompresjonsdeformasjon, før presse-fylling av et emne inn i formrommet av en formgivende form. Fig. 5 er en snittegning som viser betingelser for orienteringsforming for kompresjonsdeformasjon, etter presse-fylling av et emne inn i formrommet av en formgivende form. Fig. 6 er en høydebetraktning som viser et eksempel på skrue for osteosyntese oppnådd ved et avsluttende skj ærearbeid.

Fremstillingsmetoden i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i tilfellet med fremstilling av skruen for osteosyntese 30 vist i fig. 6. Denne metoden omfatter i hovedsak de følgende tre trinn. (i) Et primært støpings- eller formingstrinn hvori et pre-støpt material, f.eks. et tykt søyleformet emne 1, fremstilles ved smeltestøping av en krystallinsk termoplastisk polymer som er nedbrytbar og absorberbar i den levende kropp, (ii) et sekundært formings- eller støpingstrinn hvori, som vist i fig. 4, emnet 1 anbringes i en beholder-sylinderdel 2a av en formgivende form 2 og emnet 1 trykksettes kontinuerlig eller vekslende ved hjelp av et stempel (slagstempel) eller lignende kompresjonsmidler 2b og deretter, som vist i fig. 5, tildannes emnet 1 til en tynn søyleformet kompresjons-orientert støpt gjenstand 10 ved pressefylling av denne inn i et formrom 2c i den formgivende form 2 mens plastisk deformasjon bevirkes ved kald temperatur, og (iii) et bearbeidingstrinn hvori den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 frigjort fra den formgivende form 2 skjæres til en skrue for osteosyntese 30 vist i fig. 6.

(a) Smeltestøping:

Smelteekstruderingsforming eller -støping kan foretrukket anvendes som metode for smeltestøping av emnet 1 fra et polymermaterial i det primære støpetrinn, men andre støpemetoder slik som injeksjonsstøping, pressestøping o.l. kan også anvendes når hindring av molekylvekt-reduksjon tas i betraktning.

Når smelteekstruderingsstøping anvendes, er det viktig å anvende en temperaturtilstand som er noe høyere enn smeltepunktet for polymermaterialet og en minimum trykktilstand hvorunder ekstruderingen kan bevirkes, for å sørge for at reduksjon av molekylvekt av polymermaterialet blir så liten som mulig.

Når f.eks. polymermaterialet er poly-L-melkesyre (PLLA) med en viskositetsmidlere molekylvekt på omtrent fra 200.000 til 600.000, er det ønskelig å anvende en temperaturtilstand innen området fra lik eller høyere enn dens smeltetemperatur til lik eller høyere enn 220°C, foretrukket 200°C eller mindre, og en trykktilstand på omtrent 2 60 kg/cm<2> eller mindre, foretrukket fra 170 til 210 kg/cm<2>.

(b) Kompresj onsorienteringsforming:

Som eksemplifisert i fig. 4 og 5, som orienteringsforming ved kompresjonsdeformasjon, er det ønskelig å utføre smeltestøping av emnet 1 på en slik måte at dets snittform blir nær snittformen for formrommet 2c i den formgivende form 2. Når formrommet 2c har en sirkulær snittform som tilfellet med den foreliggende oppfinnelse, er det ønskelig å utføre smeltestøping av emnet 1 på en slik måte at det blir en søyleformet gjenstand med større sirkulær snittform.

Når snittformen av emnet 1 blir lignende snittformen for formrommet 2c, kan emnet 1 pressefylles inn i formrommet 2c ved å bevirke dens plastiske deformasjon ved jevn kompresjon fra dets periferi, slik at det blir mulig å oppnå den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 som har ensartet deformasj onsgrad.

Snittformen av emnet er imidlertid ikke spesielt begrenset til den sirkulære form, og andre uregelmessige former (f.eks. polygonal og lignende) kan naturligvis også anvendes, med den betingelse at disse formene svarer til formene av orienterte støpte gjenstander oppnådd gjennom kompresjonsdeformasjon ved den etterfølgende kompresjonsforming eller formgivende forming.

Det er også ønskelig at tverrsnittflaten av emnet 1 er fra 1.5 til 6.0 ganger større enn tverrsnittflaten av formrom 2c. Det vil si at når nevnte emne 1 pressefylles inn i formrommet 2c med en tverrsnittsflate som er fra 2/3 til 1/6 av tverrsnittflaten av emnet 1, kan det bearbeides til en kompresjonsorientert støpt gjenstand 10 som har en deformasjonsgrad R = S0/S (hvori S0 er tverrsnittflaten av emnet 1 og S er tverrsnittflaten av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10) på fra 1.5 til 6.0.

På denne måten forbedres styrke og hardhet av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 i betydelig grad, hvilket vil vises senere gjennom data i eksemplene. Ved videre bearbeiding av denne ved hjelp av skjæring, skrue-skjæring, skjæring i skiver og lignende, kan det oppnås ideelle materialer for osteosyntese, slik som materialene for osteosyntese (f.eks. skruer, stifter, nagler, plater og lignende).

Når emnet 1 pressefylles inn i et formrom 2c hvis tverrsnittflate er større enn 2/3 av den for emnet 1, blir det vanskelig å oppnå en kompresjonsorientert støpt gjenstand 10 som har høy styrke og hardhet på grunn av lav orientering og kompresjonsforhold av molekylkjeder eller krystaller.

På den annen side, er det vanskelig å pressefylle emnet inn i et formrom 2c hvis tverrsnittsflate er mindre enn 1/6 av den for emnet, og selv om det kunne gjøres, ville fibrillering forekomme på grunn av for mye orientering av polymeren, hvilket således medfører at sprekker mellom fibriller lett frembringes.

Deretter beskrives i det etterfølgende den form som skal anvendes i orienteringsformingen ved kompresjonsdeformasjon, orienteringsmekanismen og metoder for dette.

Fig. 4 er en snittegning som viser betingelser for orienteringsforming ved kompresjonsdeformasjon, før pressefylling av et emne inn i formrommet av en formgivende form.

(1) Som vist i fig. 4, er den formgivende form 2 for anvendelse i det sekundære formingstrinn konstruert på en slik måte at beholdersylinder-delen 2a i en tykk sylindrisk form hvor emnet 1 er inneholdt, er forbundet med det formgivende formrom 2c i en tynn sylindrisk form hvor emnet 1 pressefylles ved hjelp av kompresjonsmiddel 2b, vertikalt på den samme akse via den diameter-reduserende del 2 0a som har en nedoverrettet avsmalning.

Den øvre del av beholdersylinder-delen 2a er utstyrt med kompresjonsmidler 2b, slik som et stempel (slagstempel) eller lignende, som trykksetter emnet 1 kontinuerlig eller vekslende. I tillegg er ekstremt små luftehull i form av porer eller åpninger tildannet på den nedre del av formrommet 2c (ikke vist på tegningen). (2) Med bakgrunn i de tidligere nevnte årsaker, innstilles radiusen rx av beholdersylinder-delen 2a og radiusen r2 av formrommet 2c til slike verdier at en ulikhet: 1.5 < (r1/r2)<2> < 6.0 oppfylles, slik at det søyleformede emnet 1 med en tverrsnittflate fra 1.5 til 6.0 ganger større enn tverrsnittflaten av formrommet 2c kan inneholdes i beholdersylinder-delen 2a. (3) Hellingsvinkelen 0 for avsmalningen av diameter-reduserende del 20a, er også innstilt innen området fra 10 til 60°.

Når hellingsvinkelen 0 er mindre enn 10°, kan ikke trykket for pressefyllingen av emnet 1 inn i formrommet 2c økes, og orientering av molekylkjeder (krystaller) av den resulterende kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 (ikke vist på tegningen) blir lav, slik at høy styrke ikke kan oppnås.

Når på den annen side hellingsvinkelen 0 er større enn 60°, blir pressefylling vanskelig. Som en følge er det ønskelig å innstille hellingsvinkelen 0 til fra 10° til 60°, foretrukket fra 15° til 45°.

I tillegg kan man, når hellingsvinkelen 0 innstilles til et lavere nivå ettersom verdien av (r1/r2)2 nærmer seg 6.0 innen området fra 1.5 til 6.0, kan pressefyllingsoperasjonen enkelt utføres og en ensartet støpt gjenstand kan enkelt oppnås slik at en slik innstilling er ønskelig. (4) Som vist i fig. 5, når emnet 1 er inneholdt i beholdersylinder-delen 2a under anvendelse av en slik type formgivende form 2 og pressefylles inn i formrommet 2c ved kontinuerlig eller vekslende trykksetting av emnet 1 med kompresjonsmidler 2b mens plastisk deformasjon bevirkes ved kald temperatur, frembringes høye skjærkrefter ved tidspunktet for pressefyllingen gjennom friksjon derav med den indre overflaten av diameter-reduserende del 2 0a og med den indre overflaten av formrom 2c, og slike krefter virker som eksterne krefter (vektorkrefter) av tverrgående og diagonale retninger for å bevirke orientering av polymeren.

Polymeren orienteres i hovedsak følgelig for å akselerere krystallisering langs den indre overflaten av diameter-reduserende del 20a og, siden pressefyllingen inn i midtdelen av det formgivende formrom 2c har preferanse i forhold til den inn i den perifere del, orienteres krystallaksen av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 støpt til formen av formrommet 2c i den diagonale retning mot dens akselinje i vertikal retning som svar på hellingsvinkelen 0 av avsmalningen av den diameter-reduserende del. (5) Den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 1 oppnådd på denne måte anses å være orientert på en konsentrisk måte langs den indre overflaten av formrom 2c og har et stort antall referanseakser. Siden polymeren komprimeres i den vertikale retning (mekanisk retning) på samme tid, oppnås en kvalitativt tett kompresjonsorientert støpt gjenstand 10 som har en tynn og søyleformet form.

I dette tilfellet bestemmes orienteringsvinkelen for krystaller (vinkel for krystaller til en akse som blir den mekaniske kjerne av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand) omtrentlig ved hellingsvinkelen 0 av den diameter-reduserende del 20a og arealforholdet av tverrsnittet av beholdersylinder-delen 2a til det for formrommet 2c.

Som vist i fig. 8, vil det si at når radiusen av beholdersylinderdelen 2a er definert som r1, og radiusen av formrommet 2c som r2, hellingsvinkelen av den diameter-reduserende del 2 0a til sentralaksen Lc av den formgivende del 2 som 0, og arealforholdet av tverrsnittet av beholdersylinderdelen 2a til det for formrommet 2c som A = r1<2>/r2<2,> og når D er definert som en pressefylt avstand av et punkt Y på sentralaksen Lc mens et punkt X på den perifere overflate av emnet 1 pressefylles i en avstand D mot aksen Lc langs den indre overflaten av avsmalningen, anses krystallene å være orientert i retningen av linjesegmentet Lm. Når orienteringsvinkelen for krystaller orientert mot linjesegmentet Lm (vinkel til aksen Lc) er definert som Øm, oppnås et uttrykk tanØm = r2/(D - d) og siden D - d = A.d,

blir uttrykket tanØm = r2/A.d [formel 1].

Siden d = (rx -r2)/tanØ, gir erstatning derav for [formel 1] tanØm = r2tanØ/[A(r1 - r2)] [formel 2], og siden rx = r2.A<0-5>, gir erstatning derav for [formel 2]

tanØm = tanø/[A. (A<0-5> - 1)] --- [formel 3].

(6) Som en følge orienteres krystallene i den diagonale retning til aksen ved orienteringsvinkelen Øm oppnådd ved [formel 3], slik at orienteringsvinkelen Øm for krystallene blir stor når hellingsvinkelen 0 av den avsmalnende indre overflate blir stor, og orienteringsvinkelen for krystaller blir liten når arealforholdet A av tverrsnittet av beholdersylinder-delen 2a til det for formrommet 2c blir stort. Således kan krystallene innstilles til ønsket orienteringsvinkel Øm ved å forandre hellingsvinkelen 0 og arealforholdet A. (7) Som beskrevet i det foregående, har den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 med en krystallform hvori krystaller er orientert parallelt med et stort antall referanseakser liten anisotropi hva angår styrke og har en tett kvalitet sammenlignet med en støpt gjenstand oppnådd ved enkel enakset strekking i lengdeakse-retningen, slik at de mekaniske egenskaper slik som bøyefasthet, bøyemodul, trykkfasthet, strekkfasthet, rivestyrke, skjærfasthet, torsjonsfasthet, overflatehardhet og lignende forbedres, og med det resultat at brudd derav neppe forekommer.

Særlig når deformasjonsgraden R av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 er innenfor området 1.5 til 6.0, blir forbedring av dens styrke betydelig. For eksempel har den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 med den nettopp beskrevede deformasjonsgrad oppnådd ved pressefylling av et polymelkesyre-emne 1 (viskositetsmidlere molekylvekt: fra 100.000 til 400.000) en bøyefasthet fra 160 til 300 MPa, og den fysiske styrke slik som bøyefasthet, torsjonsfasthet, overflatehardhet og lignende er generelt større enn dem for en strukket gjenstand oppnådd ved enakset strekking av polymelkesyre ved et strekkforhold som i alt vesentlig den samme deformasjonsgrad av det ovenfor beskrevede deformasj onsforhold. (8) I motsetning til dette, tilføres i tilfellet med den enaksede strekking med fri bredde hvori et emne av et polymermaterial strekkes i lengdeakse-retningen ikke eksterne krefter i den tverrgående retning (fra sidene), slik at tykkelsen av den støpte gjenstand blir tynn under strekketrinnet. Siden den strekkes i lengdeakse-retningen som er orienteringsaksen, blir den støpte gjenstand også forringet med hensyn til kvalitet.

Som en følge, når sammenlignet med den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 med en krystallform hvori krystaller i hovedsak er orientert parallelt med et stort antall referanseakser, har denne støpte gjenstand oppnådd ved strekking høy anisotropi og dens mekaniske styrke er også generelt liten.

(9) Pressefylling av emnet 1 kan utføres ved en temperatur som er lavere enn glasstransisjonstemperaturen (Tg)avhengig av typen polymermaterial, men når enkel pressefylling, virkninger av orientering av molekylkjeder (krystaller), innstilling av krystallinitet og lignende tas i betraktning, er det ønskelig å pressefylle emnet 1 inn i formrommet 2c ved varming derav i beholdersylinder-delen 2a ved en krystal-liserbar temperatur (Tc) mellom dets glasstransisjons-temperatur (Tg) og smeltetemperatur (Tm).

Denne temperaturen for å bevirke plastisk deformasjon ved pressefylling er fra 60 til 160°C, foretrukket fra 80 til 110°C i tilfellet med det tidligere nevnte emnet 1 av polymelkesyre. (10) Videre er pressefyllingstrykket fra 100 til 4.000 kg/cm<2>, foretrukket fra 200 til 2.500 kg/cm<2>.

Når pressefyllingen utføres under et ekstremt trykk som overstiger 4.000 kg/cm<2>, reduseres molekylvekten brått på grunn av skjærkraft og varme frembragt derved, slik at det blir ganske vanskelig å oppnå den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 med høy styrke. Når pressefyllingstrykket er mindre enn 100 kg/cm<2>, er det også vanskelig å pressefylle emnet 1 inn i formrommet 2c som har en tverrsnittflate på mindre enn 2/3, slik at en kompresjonsorientert støpt gjenstand som har høy styrke og hardhet ikke kan oppnås.

(11) Pressefyllingshastigheten kan være fra 8 til

800 mm/min., foretrukket fra 40 til 60 mm/min., når en generelt anvendt formgivende form anvendes eller en spesiell overflatebehandling ikke benyttes for å forbedre gliding på metalloverflaten.

Ved pressefylling ved en hastighet lavere enn 8 mm/min., herdes en del av emnet 1 som ennå ikke er pressefylt inn i formrommet 2c under pressefylling derav gjennom krystalliseringsforløpet, slik at pressefyllingen blir vanskelig. Når det på den annen side pressefylles ved en hastighet høyere enn 80 mm/min., forekommer klebing-slipping og den støpte gjenstand blir uregelmessig slik at en slik hastighet ikke er ønskelig.

Krystalliniteten av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 oppnådd på den tidligere nevnte måte, ved pressefylling av emnet 1 inn i formrommet 2c, endrer seg avhengig av deformasjonsgraden R av nevnte støpte gjenstand 10 og temperatur, trykk, tid (pressefyllingshastighet) og lignende ved tidspunktet for pressefyllingen, og krystalliniteten blir generelt høy når deformasjonsgraden R blir høy, temperaturen blir høy, trykket blir høyt og tidsforløpet blir langt. (12) Det er ønskelig at krystalliniteten av den kompresjonsorienterte, støpte gjenstand 10 er innen området fra 30 til 60%, foretrukket fra 40 til 50%.

Siden skruer og materialer for osteosyntese oppnådd ved anvendelse av bearbeiding slik som skjæring eller kutting og lignende av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 som har et slikt krystallinitetsområde, har passende balanse hva angår forholdet mellom krystallinsk fase og amorf fase for polymeren, er forbedringen av styrke og hardhet på grunn av den krystallinske fase vel avstemt med fleksibiliteten på grunn av den amorfe fase slik at sprøheten som er vanlig i tilfellet med krystallinsk fase alene ikke frembringes og den myke og svake egenskap som ikke har noen styrke hvilket er vanlig i tilfellet med amorf fase, frembringes heller ikke. Følgelig blir den støpte gjenstand et material for osteosyntese som har seighet og generelt tilstrekkelig høy styrke.

Når krystalliniteten er mindre enn 3 0%, kan forbedring av styrke gjennom krystaller generelt ikke forventes.

På den annen side forbedres styrke ettersom krystalliniteten øker, men en sprø egenskap som lett forårsaker brudd når støt og lignende tilføres, frembringes i betydelig grad på grunn av mangel på seighet når krystalliniteten blir høyere enn 60% .

I tillegg er det generelt kjent at krystalliniteten av polymermaterialet for anvendelse i den foreliggende oppfinnelse gradvis øker under et trinn hvori polymeren endres til små molekyler når dens hydrolyse skrider frem i den levende kropp, og forløpet av hydrolyse reduseres ettersom krystalliniteten øker, slik at hydrolyse derav til molekyler som er små nok til å absorberes av den levende kropp kan bevirkes på enkel måte, men når polymeren har den tidligere nevnte krystallinitet på fra 30 til 60%, er dens mulighet til å bevirke redusert hydrolysehastighet i den levende kropp ikke så stor fordi hydrolysatet samtidig endres til mindre biter i den levende kropp gjennom eksterne krefter fra utsiden av den levende kropp.

Med bakgrunn i disse årsaker er det ønskelig å innstille krystalliniteten av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 til fra 30 til 60% ved å kontrollere deformasjonsgraden R av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 og temperatur, trykk, tid og lignende ved tidspunktet for pressefylling innenfor de tidligere nevnte områder eller ved utførelse av en varmebehandling en kort tidsperiode ved en krystalliseringstemperatur (f.eks. ved en temperatur fra 90 til 160°C) etter pressefyllingen. (13) Når pressefylling av emnet 1 er ferdig, avkjøles den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 og frigjøres fra den formgivende form 2, materialdelen 10a med uorientert kant av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 blir skåret ut og deretter underkastes den resulterende gjenstand prosesser slik som skjæring eller stansing, skruetilskjæring, oppdeling i skiver og lignende for å oppnå en skrue for osteosyntese 30 utstyrt med en skrueakse-del 31, en skruehode-del 32 og et innføringshull for en roterende jigg 33 som vist i fig. 6.

Skruen for osteosyntese kan ha ulike former forskjellig fra den form som er vist i fig. 6, og den støpte gjenstand kan naturligvis bearbeides til ulike ønskede materialer for osteosyntese bortsett fra skruer, slik som stifter, nagler, knappeformede gjenstander, sylindriske produkter og lignende, ved metoder slik som skjæring eller stansing, skruetilskjæring, boring, oppdeling i skiver og lignende.

I denne forbindelse er ikke de tidligere nevnte metoder (f.eks. skjæring eller stansing og lignende) påkrevet når den tynne, søyleformede kompresjonsorienterte støpte gjenstand 10 oppnådd etter utskjæring av kantmaterial-delen 10a anvendes direkte som en stang for osteosyntese.

Siden skruen for osteosyntese 30 fremstilt på den tidligere nevnte måte er et produkt oppnådd ved bearbeiding (f.eks. stansing eller skjæring og lignende) av en tett kompresjons-orientert støpt gjenstand 10 (viskositetsmidlere molekylvekt: fra 100.000 til 400.000, krystallinitet: fra 30 til 60%) som har en krystallform hvori krystaller i hovedsak er orientert parallelt med et stort antall referanseakser og en deformasjonsgrad R fra 1.5 til 6.0, har skruen lav anisotropi i betraktning av styrke og har fremragende mekaniske egenskaper slik som bøyefasthet, bøyemodul, trykkfasthet, strekkfasthet, rivestyrke, skjærfasthet, torsjonsfasthet, overflatehardhet og lignende sammenlignet med de tidligere kjente enakset strukkede materialer for osteosyntese og, idet den har passende motstand overfor hydrolyse, opprettholder den sin styrke lignende den for biologiske ben i den levende kropp i 2 til 4 måneder som er nødvendig for sammenvoksing av ben og nedbrytes gradvis og absorberes deretter ved en slik passende nedbrytningshastighet at den ikke bevirker inflammatoriske reaksjoner, slik at den er et nesten ideelt implantatmaterial.

(14) I den tidligere nevnte utførelsesmåte anvendes som den formgivende form 2 en form konstruert ved å vertikalt forbinde beholdersylinder-delen 2a i en sylindrisk form som har en stor radius med formrommet 2c i en sylindrisk form som har en liten radius, via den diameter-reduserende del 20a i en nedoverrettet konisk form som har en avsmalning med den samme hellingsvinkel 0 rundt hele periferien.

Når et plateformet material for osteosyntese slik som en plate for osteosyntese fremstilles, kan dette utføres ved anvendelse av en formgivende form hvori en beholdersylinder-del med et rektangulært snitt er forbundet med en formdel med et lignende, men mindre rektangulært snitt via en diameter-reduserende del.

I dette tilfellet oppnås en plateformet støpt gjenstand diagonalt orientert fra fire sider mot vertikalaksen når avsmalning av den diameter-reduserende del er ordnet på fire sider, men en plateformet støpt gjenstand diagonalt orientert fra begge sider mot den vertikalakse-inneholdende flate oppnås når avsmalning av den diameter-reduserende del er ordnet kun på to sider av lengderetningen. (15) Selv om hellingsvinkelen 0 av den diameter-reduserende del 20a er fast i den tidligere nevnte utførelsesform for den søyleformede gjenstand, er aksen L som blir den mekaniske kjerne av den støpte gjenstand eller flaten M som inneholder nevnte akse L forskjøvet fra midten når vinkelen endres over hele periferien eller delvis eller når hellingsvinkelen 0 for to sider av lengderetningen av en prismeformet støpt gjenstand forandres, slik at orienteringen foregår diagonalt mot den forskjøvede akse L eller flate M.

Når for eksempel, som vist i fig. 9, en rektangulær press-støpt gjenstand tildannes fra det rektangulære emnet 1 med en stor tverrsnittflate ved press-forming under anvendelse av den formgivende form 2 hvori den diameter-reduserende del 2 0a har forskjellige hellingsvinkler Q1 og 02 (01 < 02) på venstre og høyre side, oppnås en orientert støpt gjenstand hvori flaten M er forskjøvet til den høyre side.

Som vist i fig. 10, orienteres krystaller av denne orienterte støpte gjenstand parallelt med referanseaksene N og N' diagonalt skrånende fra begge sider mot flaten M som er forskjøvet til den høyre siden.

Siden denne kompresjonsorienterte støpte gjenstand har forskjellige vinkler for orientering av krystaller ved den venstre og høyre side, blir den en plateformet støpt gjenstand med forskjellig styrke på begge sider og kan derfor passende anvendes når et material for osteosyntese med forskjellig styrke på begge sider er påkrevet.

Siden styrken på begge sider kan avvike ved forskyvning av posisjonen av flate M gjennom ulike forandringer i hellingsvinkelen 0, kan den innstilles etter ønske som svar på respektive anvendelser.

Som beskrevet i det foregående, kan typen av den formgivende form velges ut fra de respektive former av materialene for osteosyntese som skal fremstilles og deres anvendelser.

(c) Formgivende orienteringsforming

Fig. 7 er en snittegning som viser forhold før pressefylling av emnet 1 inn i formrom 2c av formgivende form 2, i en formgivende orienteringsforming som en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. (1) I den formgivende form for anvendelse i denne utførelsesformen er en beholdersylinder-del 2a i en sylindrisk eller (mange)kantet sylindrisk form anordnet på midtdelen av et formrom 2c i en hul skive eller hul (mange)kantet brettform (heteromorf form) som har et projisert areal større enn tverrsnittet av arealet av nevnte sylinderdel 2a, og et stempel (slagstempel) eller lignende kompresjonsmiddel 2b er anordnet på den øvre del av beholdersylinder-delen 2a.

I dette tilfellet er det en grunnleggende betingelse at tykkelsen av formrom 2c (areal av tverrsnitt i presse-fyllingsretningen) er mindre enn diameteren av beholdersylinder-del 2a (areal av tverrsnitt). Årsaken til dette er at formingsmetoden også tilsikter å bevirke krystallorientering ved overtrykk.

En slik betingelse kan tilfredsstilles over hele eller en del av formrommet 2c. For å fylle materialet som skal formes inn i hvert rom av formrommet 2c, må volumet av emnet 1 være større enn volumet av formrom 2c.

Særlig når denne betingelsen er delvis tilfredsstilt (ved en spesiell del) (med andre ord, i tilfellet med en støpt gjenstand som har en del hvor tykkelsen (diameteren) av formrom 2c er delvis større enn diameteren av emnet 1 og de andre deler er mindre enn eller lik den sistnevnte diameter), må volumet av emnet 1 være betydelig større enn det totale volum av formrommet for å bevirke pressefylling av materialet inn i ethvert rom av formen. (2) Ved utførelsesformer vist i fig. 7, er emnet 1 oppnådd fra polymermaterial ved smeltestøping derav til en sylindrisk eller (mange)kantet sylindrisk form (heteromorf form) hvis snittform er identisk med snittformen av beholdersylinderdel 2a og hvis volum er større enn volumet av formrom 2c, inneholdt i beholdersylinder-delen 2a og trykksettes kontinuerlig eller vekslende med kompresjonsmidlene 2b, hvilket derved bevirker pressefylling av emnet 1 ved dets banking og utbuing fra midtdelen av formrommet 2c som har et stort projisert planareal mot sine perifere deler ved kald temperatur, slik at en formingsorientert støpt gjenstand med en skiveform eller (mange)kantet brettform (polymorf form) kan oppnås.

Ulikt tilfelle med den tidligere nevnte kompresjonsorienterte støpte gjenstand, er den formingsorienterte støpte gjenstand oppnådd på denne måten en formingsorientert støpt gjenstand hvori molekylkjeder og krystaller er orientert fra midtdelen av det formgivende formrom 2c mot dets perifere deler med et stort antall akser i den radielle retning, i all hovedsak orientert parallelt med et stort antall referanseakser. Dette er derfor en støpt gjenstand som har en orienteringsform som er åpenbart forskjellig fra den for et enkelt enakset strukket produkt. (3) En slik utførelsesform er særlig effektiv for fremstilling av materialer for osteosyntese i en form slik som sylinder, (mange)kantet brett, knappeform eller lignende som har huller deri eller av heteromorf plate-formede benprotesematerialer (benfyllstoffer) som har til dels forskjellig tykkelse. (4) Formrommet 2d vist i fig. 7 med stiplede linjer viser et eksempel hvori R-verdien gradvis øker når formrommet når toppenden derav. Det vil si at dette er et eksempel hvori den samme støpte gjenstand har deler hvor R-verdien endrer seg innen området fra 2/3 til 1/6.

I dette tilfellet danner orienteringsaksen en tilstand hvori den skjærer inn i tykkelsesretningen (mot den nedre del) når den når toppenden av formrommet 2d, slik at det resulterende produkt blir en støpt gjenstand som har en kompleks orienteringsform hvori denne tilstanden er gjensidig sammen-filtret med den tidligere nevnte radielt orienterte tilstand fra midtdelen av det formgivende formrom 2c mot dets perifere deler. (5) De ulike tilstander beskrevet i tilfellet med kompresjonsorienteringsformingen (b) kan også anvendes i den formgivende orienteringsforming (c).

(E) Fremstilling av implantatmaterial

Metoden for fremstilling av implantatmaterial i samsvar med

den foreliggende oppfinnelse omfatter i hovedsak trinnene med (a) fremstilling på forhånd av en blanding hvori et biokeramisk pulver blandes i alt vesentlig ensartet med og dispergeres i en bionedbrytbar og bioabsorberbar krystallinsk termoplastisk polymer, (b) etterfølgende fremstilling av et pre-støpt material (f.eks. et emne) ved smeltestøping av nevnte blanding og deretter (c) tildanning av nevnte pre-

støpte material til en kompresjons-orientert støpt gjenstand gjennom plastisk deformasjon derav ved kald temperatur ved pressefylling av nevnte pre-støpte material inn i formrommet av en formgivende form av lukket type som har et trangt rom hvis nedre del er i hovedsak lukket (i tilfellet med kompresjonsorientering) eller ved pressefylling derav inn i et trangt rom av en formgivende form hvis tykkelse eller bredde av tverrsnittsflaten er til dels eller i sin helhet mindre enn den for det pre-støpte material eller inn i formrommet av en formgivende form hvis rom er mindre enn rommet hvor det pre-støpte material skal inneholdes (i tilfellet med formingsorientering).

(a) Fremstilling av en blanding av en polymer og et biokeramisk pulver (1) For å bevirke i alt vesentlig ensartet blanding og dispergering av et biokeramisk pulver som forårsaker aggregasjon relativt lett i en matrikspolymer, er det ønskelig å anvende en metode hvori det biokeramiske pulver blandes grundig i matrikspolymeren oppløst i et løsnings-middel slik som diklormetan, kloroform eller lignende, og dispersjonssystemet presipiteres og tildannes til en blanding ved tilsetting av et ikke-løsningsmiddel slik som etanol, metanol og lignende.

I dette tilfellet kan konsentrasjonen av den oppløste polymer og forholdet av løsningsmiddel til ikke-løsningsmiddel bestemmes i samsvar med typen og polymerisasjonsgraden av polymeren. (2) Blandingsforholdet for biokeramisk pulver/matrikspolymer er fra 10 vekt% til 60 vekt%, foretrukket fra 20 til 50 vekt%, mer foretrukket fra 30 til 40 vekt%.

Når blandingsforholdet er mindre enn 10 vekt%, er volumetrisk forhold av det biokeramiske pulver lite slik at de egenskaper som forventes av det biokeramiske material, slik som direkte binding til ben, benoverføring og beninduksjon ikke lett uttrykkes og erstatning av de biologiske ben er også relativt sakte lignende tilfellet med polymeren alene.

Når forholdet overstiger 60 vekt%, kan støping dessuten ikke enkelt utføres på grunn av utilstrekkelig fluiditet av blandingssystemet ved tidspunktet for termoforming, og siden passende bindingseffekt ikke oppnås på grunn av utilstrekkelig mengde polymer i den støpte gjenstand, har fyllstoffet og polymeren lett for å separeres og produktet blir sprøtt fra synspunktet med styrke.

Siden eksponering av det biokeramiske pulver fra overflaten av materialet for osteosyntese forekommer hurtig under dets nedbrytningstrinn i den levende kropp, er det dessuten mulig å bevirke frembringelse av toksisitet overfor den levende kropp.

Når blandingsforholdet er innen dette området, blir ønskelige egenskaper av både det biokeramiske pulver og polymer-matriksen tydelig uttrykt fra både synspunkter med struktur og funksjon av komposittmaterialet.

(b) Smeltestøping

(1) Selv om komposittmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse tilhører partikkelforsterkede komposittmaterialer, har et polymersystem som inneholder en stor mengde av et keramisk pulver, slik som tilfellet med implantatmaterialer i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, generelt dårlig fluiditet slik at det er vanskelig å utføre termoforming.

Siden det er nødvendig å vurdere implantatets sikkerhet overfor den levende kropp, er det mye vanskeligere å utføre formingen under den foreliggende situasjon fordi et titankoblingsmiddel som er tydelig effektivt for forbedring av fluiditet ikke kan anvendes.

Når et slikt komposittmaterial med dårlig fluiditet termoformes ved en metode slik som generell ekstruderingsforming eller lignende, hvori skjærkraft tilføres ved tidspunktet for elting og smelting, utfører selve polymeren deformasjonsflyt med sin opprinnelige strømnings-karakteristikk, men siden det tilførte biokeramiske pulver ikke har den egenskap å flyte ved mykgjøring med varme dannes hulrom på grunn av spalting på overflaten av polymeren og biokeramiske partikler ved tidspunktet for flytdeformasjons-overføring ved formingen, slik at det som resultat fremstilles en støpt gjenstand med ujevn densitet og en tendens til å redusere styrken av den støpte gjenstand ikke kan unngås. (2) Når et polymersystem som inneholder en stor mengde av et fyllstoff slik som biokeramisk pulver eller lignende underkastes en primær støping (fremstilling av et pre-støpt material ved smeltestøping) lik tilfellet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, er en slagstempel- (stempel-) type smelteekstruderingsstøping fordelaktig, men det er også effektivt å anvende en spesiell type presstøpingsmetode slik som sprøytestøping, presstøping eller lignende hvori det tidligere nevnte problem med frembringelse av hulrom tas i betraktning.

Det vil si at smeltestøpingen for fremstilling av et emne kan utføres ved en temperaturtilstand tilsvarende smeltepunktet eller mer for polymeren, men dens molekylvekt reduseres betraktelig når temperaturen er for høy slik at det er ønskelig å utføre smeltestøpingen ved en temperatur som er noe høyere enn smeltepunktet for å hindre varmeforringelse og frembringelse av hulrom.

Når f.eks. den tidligere nevnte polymelkesyre som har en initial viskositetsmidlere molekylvekt på omtrent fra 150.000 til 700.000 anvendes som polymer, kan dens viskositetsmidlere molekylvekt etter smeltestøpingen opprettholdes ved et nivå på fra 100.000 til 600.000 ved å velge en temperaturtilstand mellom dens smeltepunkt og 200°C, foretrukket omtrent 190°C, og utførelse av grundig fjerning av vann og tørking av polymeren på forhånd.

På samme måte, for å hindre reduksjon av molekylvekt på grunn av varme frembragt ved friksjon, er det ønskelig å benytte en trykktilstand som er det minimumtrykk som er i stand til å utføre smeltestøpingen, f.eks. 300 kg/cm<2> eller mindre, foretrukket fra 150 til 250 kg/cm<2>.

Disse forholdene kan imidlertid endres i overensstemmelse med hver enkelt situasjon, fordi de varierer i betydelig grad avhengig av sammensetningen, størrelsen (tykkelse, diameter, lengde) og lignende av det pre-støpte material (emne). (3) Det er ønskelig å utføre smeltestøping av emnet på en slik måte at dets snittform blir lignende snittformen for formrommet av en form for anvendelse ved kompresjonsorienteringsforming, og når formrommet har en sirkulær snittform smeltestøpes emnet på en slik måte at det får en søyleformet form som har større sirkulær snittform.

Når emnet har en snittform lignende snittformen for formrommet, kan emnet pressefylles inn i formrommet ved utføring av plastisk deformasjon derav med ensartet kompresjon fra periferien, slik at det kan oppnås en ensartet kompresjonsorientert støpt gjenstand.

(4) I dette tilfellet er det ønskelig å utføre smeltestøpingen under slike forhold at tverrsnittflaten av emnet blir fra 1.5 til 5.0 ganger større enn tverrsnittflaten av formrommet. Når tverrsnittflaten av emnet er mindre enn 1.5 ganger tverrsnittarealet av formrommet, er det vanskelig å oppnå en kompresjonsorientert støpt gjenstand med høy styrke og hardhet på grunn av det lave kompresjonsforholdet for orientering av molekylkjeder og krystaller ved tidspunktet for pressefylling derav, og når dets

tverrsnittsflate er større enn 5.0 ganger tverrsnittflaten av formrommet, er det vanskelig å utføre pressefylling derav og, selv om dette kunne gjøres, ville det forårsake fibrillering

og lett sprekking mellom fibriller på grunn av overdreven orientering av polymeren.

Etter fullførelse av det sekundære trinn gjennom kompresjonsorientering på denne måten, skjæres en ønsket form ut ved hjelp av en tertiær bearbeiding slik som skjæring eller stansing eller lignende. (5) I noen tilfeller (særlig i tilfellet med komplekse snittformer) kan et emne som det pre-støpte material underkastes en skjæring eller stansing for å tildanne det til den ønskede form som er egnet for det neste trinn med sekundær forming ved trykkorientering slik som formingsorientering eller kompresjonsorientering.

(c) Trykkforming i en form av lukket type

En støpt gjenstand orientert langs et flertall akser kan oppnås ved å underkaste et emne som den primære støpte gjenstand for trykkforming under anvendelse av en form av lukket type for bruk ved sekundær forming.

Hva angår det sekundære formingstrinn er deformasjonsgrad, plastisk deformasjonstemperatur, plastisk deformasjonstrykk, virkning av trykkorientering og lignende for (1) kompresjonsforming og (2) formgivende forming lignende de ulike forhold beskrevet i det foregående i forhold til metoden for fremstilling av materialer for osteosyntese.

Ifølge en metode slik som (1) kompresjonsforming eller (2) formgivende forming, virker eksterne krefter ved tidspunktet for orienteringsforming i innoverrettet retning mot selve materialet, hvilket er den motsatte retning av strekking, slik at materialet får en tett tilstand.

Følgelig endres overflaten mellom biokeramiske partikler og matrikspolymer til en mer lukket tilstand, og selv de mikroskopiske hulrom dannet i blandingstrinnet via luft tilstede i overflaten forsvinner slik at det oppnås en høy densitet. Med andre ord får begge materialer mer komplett bundet struktur.

I tillegg til det ovennevnte, siden molekylkjedeaksen og krystallfasen er orientert i matrikspolymeren, viser det resulterende komposittmaterial markert høy styrke.

Siden dens modus kan vises gjennom den tidligere nevnte illustrasjon (partikkelforsterker + matriksforsterket type)

(c) i fig. 15, er denne modus åpenbart forskjellig fra den tidligere kjente forsterkingsmetode ved kompoundering av materialer. Når et emne formes ved trykkorientering, går krystalliseringen fremover ved tidspunktet for orientering under formingstrinnet. Krystalliniteten varierer avhengig av formingstid og temperatur, og i tilfellet med et komposittmaterial som inneholder en stor mengde av et biokeramisk pulver som et fyllstoff som tilfellet med den foreliggende oppfinnelse, inhiberes vekst av matrikspolymer-krystaller gjennom det biokeramiske material og krystallene har lett for å brytes i biter gjennom trykket ved tidspunktet for plastisk deformasjon slik at krystalliniteten blir noe mindre enn den for tilfellet hvori matrikspolymer alene støpes for den samme orientering. Dette er et ønskelig fenomen fra synspunktet med nedbrytningshastighet og vevsreaksjon i den levende kropp. (F) Egenskaper slik som fysiske egenskaper og lignende av implantatmaterial (a) Den trykkorienterte støpte gjenstand i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er tett på grunn av kompresjon ved trykk ved tidspunktet for forming, og dens anisotropi i betraktning av styrke er også redusert ettersom antallet referanseakser langs hvilke krystallene er orientert er økt.

Når på den annen side referanseaksen er enakset, er krystaller (molekylkjeder) orientert jevnt parallelt med referanseakse-retningen.

Følgelig forekommer brudd av den trykkorienterte støpte gjenstand i samsvar med den foreliggende oppfinnelse neppe på grunn av velbalanserte mekaniske egenskaper slik som bøyefasthet, bøyemodul, strekkfasthet, rivestyrke, skjærfasthet, torsjonsfasthet, overflatehardhet og lignende.

(b) Fysiske egenskaper

Implantatmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse som har en bøyefasthet på 150 til 320 MPa og en bøyemodul på 6 til 15 GPa oppnås avhengig av den tilførte mengde biokeramisk material, deformasjonsgrad og molekylvekt.

Hva angår annen fysisk styrke, kan det oppnås et material som har en strekkfasthet fra 80 til 180 MPa, en skjærfasthet fra 100 til 150 MPa og en trykkfasthet fra 100 til 150 MPa, og disse verdiene er lignende styrkeforholdene for kortikale menneskeben generelt og sterkere enn for syntetiske kortikale menneskeben, slik at det kan sies at det er nær det ideelle som implantater.

Når for eksempel en blanding fremstilt ved ensartet blanding og dispergering av 3 0 vekt% HA med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 5 i/m i en homopolymer av L-melkesyre som har det tidligere nevnte området av initial viskositetsmidlere molekylvekt underkastes smeltestøping, og det således oppnådde emnet deretter underkastes orienterings - forming ved trykkdeformasjon ved kald temperatur under en slik tilstand at deformasjonsgraden R = S0/S blir 1.5 eller mer, oppnås en trykkorientert støpt gjenstand med en bøyefasthet på 250 MPa eller mer som i tilstrekkelig grad overstiger bøyefastheten av kortikale ben.

Når deformasjonsgraden R som endrer orienteringsgraden blir større, forbedres den mekaniske styrke av komposittmaterialet i maskinretningen. Når tilføringsmengden av det biokeramiske pulver økes på samme tid, oppnås dessuten et produkt som har høy bøyemodul.

På denne måten kan implantatmaterialer som har en bøyefasthet som overstiger 300 MPa og en bøyemodul nær verdien 15 GPa for kortikale ben oppnås.

Fordi enheten er GPa, kan enkelte synes at området fra 6 til 15 MPa i bøyemodul ikke er en stor forskjell fra et numerisk synspunkt. Når verdien er omtrent 10 GPa eller mer, forårsaker den imidlertid store forskjeller når sammenlignet med en verdi lavere enn det nettopp beskrevede nivå, med hensyn til en motstand mot å bøyes eller ledes i en annen retning ved tidspunktet for innsetning, en motstand mot deformering av en plate eller stivhet derav, når anvendt i praksis, slik at det finnes forskjeller utover den numeriske verdi hva angår fysisk anvendbarhet ved anvendelse f.eks. som et material for osteosyntese. (c) Implantater for medisinsk anvendelse kan oppnås fra den trykkorienterte støpte komposittgjenstand med høy styrke i samsvar med den foreliggende oppfinnelse i form av en stang eller lignende, ved å videre tilskjære denne til en ferdigbehandlet støpt gjenstand ved hjelp av en bearbeiding slik som skjære- eller stansearbeid eller lignende.

(d) Egenskaper av implantatmaterial

Implantatmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse har de følgende egenskaper. (i) Siden det inneholder fine partikler med størrelse fra 0.2 til 50 fim eller sammensatte masser derav (klumper) i en stor mengde fra 10 til 60 vekt% og i en ensartet tilstand, eksponeres et stort antall biokeramiske partikler på overflaten etter skraping derav ved hjelp av midler slik som skjære- eller stanseutstyr eller lignende, slik at det fremviser fremragende biologisk forenlighet og det biokeramiske materialet binder direkte til de biologiske ben på et tidlig trinn etter implantering derav, og den initiale fikseringsevne øker som et resultat. (ii) Siden det fremstilles ved hjelp av en ny komposittforsterkingsmetode som forsterker materialet gjennom en polymermatriks hvori molekylkjeder eller krystaller av en polymer som har passende molekylvekt og en fordeling derav er orientert og også gjennom biokeramisk material, kan det utformes på en slik måte at høy initial styrke tilføres dertil, nesten den samme styrkegrad opprettholdes i minst 2 til 4 måneder slik det er påkrevet for sammenvoksing av ben og det nedbrytes gradvis deretter ved en hastighet som ikke forårsaker vevsreaksjoner. (iii) Siden det biokeramiske pulver er tilstede uavbrutt inne i komposittmaterialet eksponeres pulveret på overflaten av materialet ved gradvis nedbrytning og bidrar derved til bindingen av materialet til biologiske ben.

Siden det biokeramiske pulver dessuten fremmer beninduksjon og benoverføring og til slutt raskt fyller opp et hulrom dannet etter forsvinning av polymeren, utføres erstatning av biologiske ben på en effektiv måte. (iv) Siden biokeramiske finpartikler er inneholdt i komposittmaterialet i en stor mengde kan bilder passende tas ved enkel røntgenfotografering, slik at røntgenobservasjon av tilstanden og prosessen med terapeutisk behandling kan utføres på effektiv måte, hvilket er umulig i tilfellet med en polymer alene.

I tillegg til det ovennevnte har matrikspolymeren og det biokeramiske material faktiske resultater fra deres praktiske bruk innen det kliniske området, er sikre for den levende kropp og har fremragende bioforlikelighet. Som en følge kan det sies at dette komposittmaterial for bruk ved implantasjon er ett av ideelle biomaterialer.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon som viser orienteringstilstander av et søyleformet material for osteosyntese. Fig. 1 (A) viser orienteringstilstander av et lengdesnitt, og Fig. 1 (B) viser et plansnitt av orienteringsf Ustandene. Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon som viser orienteringstilstander av et platelignende material for osteosyntese. Fig. 2 (A) viser orienteringstilstander av et lengdesnitt, og Fig. 2 (B) viser et plansnitt av orienteringstilstandene. Fig. 3 viser skjematisk orienteringstilstander av krystaller på et lengdesnitt av en støpt gjenstand. Fig. 3 (A) viser orienteringstilstander når en akse eller flate som blir den mekaniske kjerne er lokalisert på midtposisjonen eller en posisjon som har den samme avstand fra begge sider, Fig. 3 (B) viser et tilfelle hvori den tidligere nevnte akse eller flate er forskjøvet fra midtposisjonen eller en posisjon som har den samme avstand fra begge sider, Fig. 3 (C) viser et tilfelle hvori den tidligere nevnte akse er fullstendig forskjøvet, og Fig. 3 (D) viser orienteringstilstander av en vanlig enakset strukket støpt gjenstand. Fig. 4 er en snittegning som viser forhold for orienteringsforming ved kompresjonsdeformasjon, før pressefylling av et emne inn i formrommet av en formgivende form. Fig. 5 er en snittegning som viser forhold for orienteringsforming ved kompresjonsdeformasjon, etter pressefylling av et emne inn i formrommet av en formgivende form. Fig. 6 er en opprissbetraktning som viser et eksempel på skrue for osteosyntese oppnådd ved endelig uførelse av et skjære- eller stansearbeid. Fig. 7 er et plansnitt som viser forhold for orienteringsforming ved formingsdeformasjon, før pressefylling av et emne inn i formrommet av en formgivende form. Fig. 8 er en skjematisk snittegning som beskriver mekanismen for krystallorientering i orienteringsforming ved kompresj onsdeformasj on. Fig. 9 er en skjematisk snittegning som beskriver forhold før pressefylling av et emne inn i formrommet av en formgivende form, i en orienteringsforming ved kompresjonsdeformasjon under anvendelse av en formgivende form hvori begge hellingsvinkler av dens diameter-reduserende del er forskjellig fra hverandre. Fig. 10 er en skjematisk illustrasjon som viser orienteringstilstander av krystaller av et platelignende material for osteosyntese. Fig. 10 (A) viser orienteringstilstander av et lengdesnitt, og Fig. 10 (B) viser et plansnitt av orienteringstilstandene. Fig. 11 (A) er en side-opprissbetraktning av et emne anvendt i bekreftelsestesten (1), og Fig. 11 (B) er plansnitt

derav.

Fig. 12 er en side-opprissbetraktning av en rund stav etter orienteringsforming ved kompresjonsdeformasjon utført i bekreftelsestesten (1). Fig. 13 (A) er en side-opprissbetraktning av et emne anvendt i bekreftelsestesten (2), og Fig. 13 (B) er plansnitt

derav.

Fig. 14 er en side-opprissbetraktning av en støpt gjenstand etter orienteringsforming ved kompresjonsdeformasjon utført i bekreftelsestesten (2). Fig. 15 er et skjematisk snitt hvori indre struktur av komposittmaterialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er sammenlignet med dem av komposittmaterialer fra teknikkens stand, hva angår forsterkningsmetodene for komposittmaterialer.

Forklaring av tallreferanser

Referanse 1 er et emne, 2 er en støpt gjenstand, 2a er en beholdersylinder-del, 2b er et kompresjonsmiddel, 2c og 2d er formrom, 10 er en kompresjonsorientert støpt gjenstand, 10a er en kantmaterialdel, 11 er et material for osteosyntese eller et implantatmaterial, lia er et konvensjonelt implantatmaterial, 12 er en hvit og opak stift eller nagle, 20a er en diameter-reduserende del, 30 er en skrue for osteosyntese, 31 er en skrueakse-del, 32 er en skruehode-del og 33 er et innføringshull for roterende jigg.

BESTE UTFØRELSESMÅTE AV OPPFINNELSEN

Eksempler på den foreliggende oppfinnelse gis i det etterfølgende som illustrasjon.

Målemetoder for ulike fysiske verdier er beskrevet i det etterfølgende. (i) Bøyefasthet og bøyemodul: Målt i samsvar med prosedyren i JIS-K-7203 (1982). (ii) Strekkfasthet: Målt i samsvar med prosedyren i JIS-K-7113 (1981). (iii) Skjærfasthet: Målt i samsvar med metoden til R. Suuronen et al. [R. Suuronen, T. Pohjonen et al., J. Mater. Med., (1992) 426] . (iv) Densitet: Målt i samsvar med prosedyren i JIS-K-7112

(1980) . (v) Krystallinitet: Beregnet fra smeltetopp-entalpien målt ved anvendelse av et differensialscanning-kalorimeter (DSC). (vi) Torsjonsmoment ved sammenbrudd: En verdi målt ved hjelp av et moment-prøveapparat (Neji Tester, produsert av Sinpo Kogyo).

Eksempel 1. Eksempel på orientering ved kompresjons-deformasjon, tilfelle 1.

Under anvendelse av en ekstruder ble poly-L-melkesyre med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 smelteekstrudert ved 190°C for å oppnå et prismatisk emne med en størrelse høyde x bredde = 6 0 mm x 6 0 mm og 50 mm lengde som har en viskositetsmidlere molekylvekt på 300.000. Dette emnet ble anbragt i en beholdersylinder-del av en formgivende form som har den samme snittform, varmet ved 110°C og deretter pressefylt inn i et formrom med høyde x bredde x lengde = 3 5 mm x 3 5 mm x 12 0 mm med et trykk på 2.000 kg/cm<2> gjennom dens diameter-reduserende del. Etter avkjøling ble den resulterende prismatiske kompresjonsorienterte støpte gjenstand (deformasjonsgrad R = 3) frigjort fra den formgivende form, dens kantmaterial-del ble skåret av og deretter ble nevnte støpte gjenstand skåret i skiver i lengderetningen til en platelignende form med tykkelse 3 0 mm, idet det derved fremstilles en plate for osteosyntese.

Fysiske egenskaper av den således oppnådde plate for osteosyntese ble sammenlignet med fysiske egenskaper for en plate for osteosyntese fra et sammenligningseksempel som har den samme form oppnådd fra polymelkesyren ved en trippel strekking i lengdeakse-retningen, med de resultater som er vist i den etterfølgende Tabell 1. I denne forbindelse ble densitet av emnet målt før pressefylling derav, og er vist i Tabell 1. I denne forbindelse ble den strukkede plate ifølge sammenligningseksempelet oppnådd ved trippelstrekking av det samme emnet i lengdeakse-retningen i et paraffinbad ved 110°C.

Som vist i Tabell 1, har platen for osteosyntese bestående av en kompresjonsorientert støpt gjenstand høy densitet og har høy bøyefasthet, bøyemodul og skjærfasthet sammenlignet med platen for osteosyntese bestående av en enakset strukket gjenstand, og densiteten er naturligvis høyere enn den for emnet før pressefylling derav.

Det vil si at det anses at styrken til platen for osteosyntese oppnådd ved fremstillingsmetoden i samsvar med

den foreliggende oppfinnelse ble økt som et hele sammenlignet med styrken til den kvalitativt forringede enakset orienterte gjenstand oppnådd ved strekkingsorientering, fordi krystaller av den førstnevnte plate i hovedsak ble orientert langs

overflaten av den diameter-reduserende del, diagonalt fra sin periferi mot sentralaksen, ved å motta skjærkraft ved friksjon på overflaten av den diameter-reduserende del når emnet ble pressefylt inn i formrommet av den formgivende form, slik at det ble kvalitativt tett uten anisotropi i betraktning av styrke.

Siden formingstemperatur og hastighet for plastisk deformasjon var passende valgt, ble i tillegg krystalliniteten derav styrt ved et relativt lavt nivå. Følgelig hadde denne platen fremragende seighet og dens nedbrytningshastighet er innenfor et slikt område at den ikke induserer biologiske reaksjoner.

Eksempel 2. Eksempel på orientering ved kompresjons-deformasjon, tilfelle 2.

Under anvendelse av en ekstruder ble poly-L-melkesyre med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 smelteekstrudert ved 190°C for å oppnå et sylindrisk emne med diameter på 13 mm og lengde på 50 mm som har en viskositetsmidlere molekylvekt på 300.000. Som vist i fig. 4, ble dette emnet anbragt i en beholdersylinder-del av en formgivende form, som har en sylindrisk form med diameter på 13 mm, varmet ved 110°C og deretter pressefylt inn i et sylindrisk forrom med diameter på 8.5 mm og lengde på 92 mm med et trykk på 1.800 kg/cm<2> mens plastisk deformasjon bevirkes, idet det dermed oppnås en sylindrisk kompresjonsorientert støpt gjenstand (deformasjonsgrad R = 2.3) som har den samme størrelse som formrommet.

Deretter ble den kompresjonsorienterte støpte gjenstand underkastet et skjære- eller stansearbeid for å fremstille en stift eller nagle for osteosyntese som har en diameter på 3.2 mm og en lengde på 4 0 mm, og dens fysiske egenskaper ble undersøkt på samme måte som beskrevet i Eksempel 1.

Dens torsjonsmoment ved sammenbrudd ble også målt ved hjelp av et momentprøveapparat. Resultatene er vist i Tabell 2.

Som et sammenligningseksempel, ble en stift eller nagle for osteosyntese med den samme form og et strekkforhold på 2.3 fremstilt fra poly-L-melkesyren ved strekking av det samme emnet i lengdeakse-retningen og dens fysiske egenskaper ble målt og sammenlignet. Resultatene er vist i Tabell 2. Som vist i Tabell 2, har stiften eller naglen for osteosyntese oppnådd ved fremstillingsmetoden i samsvar med den foreliggende oppfinnelse høy bøyefasthet og bøyemodul og er også tett med en stor densitet sammenlignet med stiften eller naglen for osteosyntese oppnådd ved strekking. Det kan også sees at den førstnevnte har en høy verdi for torsjonsmoment ved sammenbrudd og er derfor sterkere overfor torsjon enn den sistnevnte.

Som beskrevet i det foregående, synes disse resultatene å underbygge at den førstnevnte viste en høy styrke mot torsjon rundt sin lengdeakse på grunn av redusert anisotropi i betraktning av styrke, fordi dens krystallakser er i hovedsak orientert langs overflaten av den diameter-reduserende del, diagonalt fra den ytre periferi av stiften eller naglen for osteosyntese mot sin sentralakse, mens krystallakser av den sistnevnte er enakset orientert kun i lengdeakse-retningen.

Eksempel 3. Eksempel på orientering ved kompresjons-deformasjon, tilfelle 3.

Under anvendelse av en ekstruder ble poly-L-melkesyre med en viskositetsmidlere molekylvekt på 300.000 smelteekstrudert ved 188°C for å oppnå et sylindrisk emne med diameter på 13 mm og lengde på 50 mm som har en viskositetsmidlere molekylvekt på 220.000. Som vist i fig. 4, ble dette emnet anbragt i et beholder-formrom av en formgivende form, som har en sylindrisk form med 13 mm i diameter, oppvarmet ved 100°C og deretter pressefylt inn i et sylindrisk formgivende formrom med diameter på 10.6 mm og lengde på 60 mm med et trykk på 400 kg/cm<2>, idet det derved oppnås en sylindrisk kompresjonsorientert støpt gjenstand (deformasjonsgrad R = 1.5) som har den samme størrelsen som formrommet. Deretter ble den støpte gjenstand underkastet et skjære- eller stansearbeid for å fremstille en stift eller nagle for osteosyntese som har en diameter på 3.2 mm og en lengde på 40 mm, og dens fysiske egenskaper ble undersøkt på samme måte som beskrevet i Eksempel 1.

Resultatene er vist i Tabell 3.

Eksempel 4. Eksempel på orientering ved formingsdeformasjon, tilfelle 1.

Under anvendelse av en ekstruder ble poly-L-melkesyre med en viskositetsmidlere molekylvekt på 250.000 smelteekstrudert ved 188°C for å oppnå et sylindrisk emne med diameter på 50 mm og lengde på 43 mm (inkluderende en kantmaterial-del) som har en viskositetsmidlere molekylvekt på 200.000. Som vist i fig. 7, under anvendelse av en formgivende form som har en form som vist i fig. 4 hvori en sylindrisk beholdersylinder-del med en diameter på 50 mm er forbundet med et hult skiveformet formrom med diameter på 100 mm og tykkelse på 10 mm vertikalt på den samme aksen, ble det nettopp beskrevede emnet anbragt i beholdersylinder-delen, varmet ved 100°C og deretter pressefylt inn i formrommet med et trykk på 2.500 kg/cm<2> mens plastisk deformasjon bevirkes, idet det derved oppnås en skiveformet formingsorientert støpt gjenstand (deformasjonsgrad mot diameterretningen = 2.0) som har den samme størrelse som formrommet.

Deretter ble et prøvestykke skåret ut fra den formgitte gjenstand i radiusretningen med unntak av den midtre sylindriske del, og dets fysiske egenskaper ble målt.

Resultatene er vist i Tabell 3.

Til forskjell fra krystallfasen i det tidligere nevnte Eksempel 3, er dette prøvestykket en støpt gjenstand som har en stor flateorientering hvori et flertall orienteringsakser er radielt orientert fra midtposisjonen av skiven mot sin ytre periferi.

Eksempel 5. Eksempel på orientering ved kompresjons-deformasjon, tilfelle 4.

Et emne som har en viskositetsmidlere molekylvekt på 300.000 ble oppnådd ved ekstrudering av polymelkesyre med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 under de samme forhold som for metoden i Eksempel 2. Deretter ble dette emnet anbragt i en beholdersylinder-del av en formgivende form som har en sylindrisk form med diameter på 13 mm og deretter pressefylt inn i et sylindrisk formrom med diameter på 11.9 mm og lengde på 46 mm med et trykk på 80 kg/cm<2> under de samme forhold som i Eksempel 2, idet det derved oppnås en kompresjonsorientert støpt gjenstand som har en deformasjonsgrad R på 1.2.

Deretter ble det fremstilt en stift eller nagle med en diameter på 3.2 mm og en lengde på 40 mm fra denne støpte gjenstand ved hjelp av et skjærearbeid, og dens fysiske egenskaper ble undersøkt på samme måte som beskrevet i Eksempel 1.

Resultatene er vist i Tabell 3.

Bøyefastheten og densiteten var høyere enn for en strukket gjenstand oppnådd ved en enakset strekking ved et strekkforhold identisk med deformasjonsgraden R. Bøyefastheten av denne støpte gjenstanden var imidlertid lavere enn den nedre grenseverdi på fra 150 til 200 MPa som er den generelle styrke for kortikale ben. Som en følge synes det som at en deformasjonsgrad R på minst 1.5 eller mer som er tilfelle med Eksempel 2 er nødvendig for å oppnå en styrke på 150 MPa eller mer.

Eksempel 6. Eksempel på orientering ved kompresjons-deformasjon, tilfelle 5.

Det ble gjort et forsøk på å oppnå en kompresjons-orientert støpt gjenstand med en deformasjonsgrad R på 6.0 ved å anbringe det samme polymelkesyre-emne oppnådd i Eksempel 5 inn i en beholdersylinder-del av en formgivende form, som har en sylindrisk form med en diameter på 13.0 mm, og å pressefylle dette inn i et formrom med diameter på 5.3 mm og lengde på 220 mm under de samme betingelser som i Eksempel 2. Et ekstremt høyt trykk på 10.000 kg/cm<2> var imidlertid påkrevet for pressefyllingen. Det ble også funnet sprekker i den således oppnådde støpte gjenstand.

På samme måte ble et annet forsøk gjort for tilfellet med en deformasjonsgrad R på 5.5. Den således oppnådde støpte gjenstand hadde delvis sprekker og var derfor ikke tilstrekkelig tilfredsstillende.

Imidlertid ble en kompresjonsorientert støpt gjenstand av god kvalitet oppnådd når hellingsvinkelen av den diameter-reduserende del var redusert (15°) og formen var behandlet på en slik måte at dens overflate ble glatt.

Eksempel 7. Eksempel på orientering ved kompresjons-deformasjon, tilfelle 6.

Ved anvendelse av en kopolymer av poly-L-melkesyre og polyglykolsyre (molforhold = 95:5) med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 ble en sylindrisk kompresjonsorientert støpt gjenstand fremstilt ved hjelp av den samme metode som i Eksempel 2 og dens fysiske egenskaper ble målt. Resultatene er vist i Tabell 3.

Siden krystalliniteten av en kopolymer er redusert til et lavere nivå enn det for en homopolymer, er dens styrke også redusert til et noe lavere nivå enn det for homopolymeren, men denne kompresjonsorienterte støpte gjenstand har tilstrekkelig styrke for anvendelse som et material for osteosyntese og er i besittelse av den fordel at dens nedbrytning i den levende kropp er raskere enn tilfellet med en homopolymer.

Bekreftelsestest.

De etterfølgende forsøk ble utført for å bekrefte at den orienterte støpte gjenstand oppnådd ved den foreliggende oppfinnelse har en orienteringsform som er forskjellig fra en enakset orientert støpt gjenstand oppnådd ved strekking i lengdeakse-retningen. (1) Som vist i fig. 11, ble et gjennomgående hull med en diameter på 2.0 mm åpnet gjennom et transparent poly-L-melkesyreemne oppnådd ved den tidligere nevnte smeltestøpingsmetode, og hullet ble fullstendig fylt ved innføring av en hvit og opak poly-L-melkesyrestift- eller nagle 12 med den samme diameter som hadde blitt oppnådd ved å blande den samme poly-L-melkesyre med et uorganisk hvitt pigment.

Dette ble fylt i formen beskrevet i eksempel og underkastet kompresjonsorienteringsforming ved hjelp av den samme metoden ved en hellingsvinkel på 45° av den diameter-reduserende del og ved en deformasjonsgrad på 2.8. Som resultat ble det oppnådd en stift eller nagle 12 tildannet til formen ifølge fig. 12.

Den hvite og opake runde staven med en liten diameter dannet et bøyd forhold med en vinkel på 6m = 28° som grenser opp til dens midtdel. Tykkelsen av den runde staven i den tildannende transparente poly-L-melkesyregjenstanden ble deformert ikke i diameterretningen, men dypt i lengderetningen (til en tykkelse svarende til deformasjonsgraden) . (2) Lignende tilfellet ifølge (1), ble tre små hull med diameter 2.0 x 10 mm åpnet gjennom den nedre delen av det transparente poly-L-melkesyreemnet som vist i fig. 13, og den hvite og opake poly-L-melkesyrestiften eller -naglen 12 anvendt i (1) ble innført i hvert hull.

Deretter ble kompresjonsorienterings-støping utført ved en deformasjonsgrad på 2.8. Som resultat ble det oppnådd en støpt gjenstand med en form som vist i fig. 14. Den runde staven B med liten diameter innført i den midtre delen av emnet og de runde staver A og C begge innført i deler nærmere den ytre periferi på den samme diameteren dannet en vinkel på 0 = 2 8°, og B nådde den nedre flate, men A og C inntok en flytetilstand fra bunnflaten som vist i fig. 14.

Selv om dette er påvirket av hellingsvinkelen (45° i dette tilfellet) og deformasjonsgraden (2.8 i dette tilfellet) av den avsmalnende del av den formgivende form ifølge 1 og 2, var vinkelen på 2 8° nær vinkelen på Øm = 3 0° oppnådd ved hjelp av en teoretisk formel tanØm = tanØ/[A(A<0-5> -1)] (i dette tilfellet, 0 = 45° og A = 2.8).

Det er åpenbart fra forsøkene ifølge (1) og (2) at en støpt gjenstand oppnådd ved en orienteringsforming gjennom kompresjons-deformasjon under anvendelse av en form som vist 1 fig. 4, beveger en del av materialet med den samme diameter som emnet seg fremover i det formgivende formrommet foran andre deler når den er nær midtposisjonen og en annen del nær den ytre periferi tvinges inn i det formgivende formrommet bak den førstnevnte.

Det ble således bekreftet at vinkelen mellom material i midten og material i den ytre periferi påvirkes av vinkelen av den avsmalnende flate, men den blir nær den teoretiske vinkel 6m som svar på deformasjonsgraden.

Med andre ord danner materialet med den samme diameter en "kjegleformet" orienteringsflate som en grop gravet av en maurløve, hvori orienteringsaksene kontinuerlig rager ut med en vinkel på Øm, og også danner en orienteringsmodus hvori disse orienteringsflater fortsettes inn i lengdeakse-retningen .

En slik modus er klart forskjellig fra den for den enkle ensartede orientering oppnådd ved strekking i lengdeakse-retningen. Det kan lett forstås at dens applikasjonsmodus er oppnådd i fig. 10, og mer kompleks orienteringsmodus er oppnådd i tilfellet med formingsstøping ifølge fig. 7.

Eksempel 8. Kompresjonsforming, tilfelle 7.

Hydroksylapatitt (HA) med en maksimum partikkelstørrelse på 31.0 /zm, en minimum partikkelstørrelse på 0.2 /im og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 1.84 fim (sintret ved 900°C) ble suspendert i etylalkohol og tilsatt til diklormetan hvori 4 vekt% poly-L-melkesyre (PLLA) med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 hadde blitt oppløst, og blandingen ble omrørt for å bevirke ensartet dispersjon uten å forårsake sekundær aggregasjon av HA. Under omrøring ble det ytterligere tilsatt dertil etylalkohol, idet ko-presipitering av PLLA og HA derved bevirkes. Deretter ble dette filtrert og fullstendig tørket for å oppnå granuler av PLLA hvori HA med den tidligere nevnte partikkelstørrelse var ensartet dispergert ved et forhold på 20, 30, 40, 50 eller 60 vekt%.

Dette ble underkastet smeltestøping ved 185°C under anvendelse av en ekstruder for å oppnå et sylindrisk emne med en diameter på 13.0 mm, en lengde på 40 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 250.000.

Deretter, som vist i fig. 4 og fig. 5, ble dette emnet varmet ved 110°C i en beholdersylinder-del med hull på 13.0 mm i diameter, deretter formet ved pressefylling derav inn i et formrom med et hull på 7.8 mm i diameter og 90 mm i lengde som var forbundet med beholdersylinder-delen via en diameter-reduserende del, idet det derved oppnås en kompresjons-orientert støpt gjenstand som har den samme form som formrommet , hvori PLLA og HA er kompoundert og HA er ensartet dispergert. I dette tilfellet er 0 = 15°.

Når tverrsnittsflaten av den således oppnådde støpte gjenstand er definert som S, og tverrsnittsflate av emnet før dets plastiske deformasjon er definert som S0, er deformasjonsgraden R = S0/S = 2.8.

Tabell 4 viser sammenligning av fysiske egenskaper av de således oppnådde kompresjonsorienterte støpte gjenstander av kompositt HA/PLLA (prøver nr. 2, 3, 4, 5 og 6) med dem av en PLLA kompresjonsorientert støpt gjenstand som har en deformasjonsgrad på 2.8 og består av PLLA alene (prøve nr. 1: Referanseeksempel 1) og en ikke-orientert støpt gjenstand som inneholder 30 vekt% HA, men ikke er behandlet ved kompresjonsorienterings-støping (prøve nr. 3': Referanseeksempel 2).

Som vist i Tabell 4, er mekanisk-fysiske egenskaper av de kompresjonsorienterte støpte gjenstander av kompoundert PLLA inneholdende HA markert forbedret. Som et annet referanseeksempel ble en strekkingsorientert støpt gjenstand (prøve nr. 7) fremstilt ved hjelp av konvensjonell enakset strekking hvori kraften for orientering tilføres i en retning ut av materialet, som er den motsatte retning av kompresjonsorientering i samsvar med den foreliggende oppfinnelse hvori orienteringsmodusen også er forskjellig, idet dens fysiske egenskaper også er vist i Tabell 4. Strekkingen ble utført etter varming i flytende parafin ved 110°C.

Siden fyllstoffet og polymeren av denne støpte gjenstand beveger seg forskjellig begynnende fra grenseflaten av disse materialer ved tidspunktet for deformasjon ved strekking, var den en dårlig gjenstand hvori materialoverflaten ble fibrøs og revet av og talløse store og små hulrom ble dannet deri begynnende ved grenseflaten av begge materialer.

Følgelig ble ikke reproduserbare fysiske verdier oppnådd, og verdiene var lave. Blant denne type prøver viste prøve nr. 7, vist i Tabell 4, de beste verdiene.

Den var også en forringet gjenstand med lav densitet på 0.924 på grunn av dannelsen av talløse hulrom, slik at det ble antatt at penetrasjon av biologisk fluid fra utsiden av gjenstanden lett ville forekomme og dens nedbrytning ville også være rask.

Basert på disse resultatene ble det bekreftet at et implantatmaterial med fysiske egenskaper tiltenkt gjennom den foreliggende oppfinnelse ikke kan oppnås ved enakset strekking. I tillegg ble dets styrkeverdier så lave at det ikke kan anvendes som et implantatmaterial.

Sammenligningseksempel 3. Kompresjonsforming.

Ved anvendelse av PLLA med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 og HA med en maksimum partikkelstørrelse på 100 fxm og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 60 /nm (sintret ved 90 0°C), ble PLLA granuler hvori 3 0 vekt% HA var ensartet dispergert oppnådd ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8. Disse granulene ble underkastet smelteekstrudering under anvendelse av en ekstruder på samme måte som beskrevet i Eksempel 8 for å oppnå et sylindrisk emne med en diameter på 13.0 mm, en lengde på 40 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 250.000.

Deretter ble dette emnet pressefylt inn i hullet av en formgivende form ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8, idet det derved oppnås en kompresjonsorientert støpt gjenstand av sammensatt HA/PLLA med R = 2.8 og hvori HA er ensartet dispergert.

Fysiske egenskaper av den således støpte gjenstand ble sammenlignet med dem av den støpte gjenstand ifølge Eksempel 8 inneholdende 30 vekt% HA (prøve nr. 3), med de resultater som er vist i Tabell 5.

Sammenlignet med tilfellet i Eksempel 8 (prøve nr. 3) med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 1.84 fim, viste tilfellet i Sammenligningseksempel 3 med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 60 fim lavere styrkeverdier. I bøyefasthetstesten nådde tilfellet i Sammenligningseksempel 3 sin flytegrense og opplevde brudd ved tidspunktet for maksimum belastning, men tilfellet i Eksempel 8 (prøve nr. 3) opplevde ikke brudd.

Årsaken til det er at, til tross for den høye orienteringsgrad av PLLA, store partikler av HA eller store sprø sammensatte masser av HA er fordelt i et stort antall slik at matriksen av orientert PLLA er avbrutt av HA og dens styrke kan derfor ikke uttrykkes.

Derimot forekommer ikke brudd ved tidspunktet for den maksimale belastning i tilfellet i Eksempel 8 (prøve nr. 3) som inneholder samlede HA masser på 31.0 fim selv som den maksimale partikkelstørrelse. På samme måte forekom ikke brudd i tilfellet med en kompresjonsorientert støpt gjenstand ifølge Eksempel 13 som, hvilket vil beskrives senere, er et komposittmaterial med usintrede hydroksylapatitt-partikler med en maksimum partikkelstørrelse på 45 fim eller inneholdende samlede masser derav.

Siden ytre belastning alltid tilføres til et implantert material for osteosyntese er det mulig at et material som har utilstrekkelig spenning mot en slik belastning vil oppleve brudd under perioden etter operasjon inntil leging av ben. Følgelig må det aktuelle implantat ha seighet i tillegg til høy styrke, og den egenskap å ikke forårsake brudd ved tidspunktet for flyting er ekstremt viktig for implantatet. Som en følge er det nødvendig at partikler eller sammensatte masser av partikler har en maksimum partikkelstørrelse på omtrent 50 fim eller mindre ved utførelse av den foreliggende oppfinnelse hvilket også tilfredsstiller en slik mekanisk egenskap.

Eksempel 9. Kompresjonsforming, tilfelle 8.

Ved anvendelse av PLLA med en viskositetsmidlere molekylvekt på 220.000 og 180.000 og den samme HA som i Eksempel 8, ble PLLA granuler hvori 3 0 vekt% av HA var ensartet dispergert oppnådd ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8 og deretter ekstrudert under anvendelse av en ekstruder for å oppnå et sylindrisk emne med en diameter på 13.0 mm, en lengde på 40 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 150.000 og 100.000.

Deretter ble dette emnet pressefylt inn i den samme formgivende form som i Eksempel 8, idet det derved oppnås en kompresjonsorientert støpt gjenstand av sammensatt HA/PLLA med R = 2.8 hvori HA er ensartet dispergert.

Fysiske egenskaper av de således oppnådde kompresjonsorienterte støpte gjenstander ble sammenlignet med dem av referanseeksempel-kompresjonsorienterte støpte gjenstander bestående av PLLA alene med de samme respektive molekylvekter, idet resultatene er vist i Tabell 6.

Sammenlignet med tilfellet i Eksempel 8 har den støpte gjenstand oppnådd fra et emne med viskositetsmidlere molekylvekt på 150.000 en noe lavere styrke, men bøyefastheten kan fullt ut motstå dets bruk som et material for osteosyntese. Også dets styrke og elastisitetsmodul var høyere enn dem for den orienterte støpte gjenstand av PLLA alene.

Derimot viste den støpte gjenstand oppnådd fra et emne med viskositetsmidlere molekylvekt på 100.000, økt bøyefasthet sammenlignet med tilfellet med PLLA alene, men opplevde brudd ved flytegrensen.

En støpt gjenstand som ikke opplever brudd ved tidspunktet for flyting kan imidlertid oppnås avhengig av forholdene når tilføringsmengde av de biokeramiske partikler er 10 vekt%. Når molekylvekten av en polymer reduseres, reduseres generelt også dens spesifikke styrke. Det synes som om den støpte gjenstand med en viskositetsmidlere molekylvekt på 100.000 opplevde brudd på grunn av redusert seighet som et komposittmaterial på grunn av innesperring av en stor mengde

HA.

Som en følge bedømmes det dithen at den nedre grense for viskositetsmidlere molekylvekt av emnet er 100.000 hvilket er nødvendig for å ha både tilstrekkelig styrke (stivhet) og seighet når HA er innesperret.

Eksempel 10. Kompresjonsforming, tilfelle 9.

Ved anvendelse av PLLA med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 og den samme HA som i Eksempel 8, ble PLLA granuler hvori 15 vekt% HA var ensartet dispergert oppnådd ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8 og deretter ekstrudert under anvendelse av en ekstruder for å oppnå et sylindrisk emne med en diameter på 13.0 mm, en lengde på 40 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 250.000.

Som vist i fig. 4, ble dette emnet deretter pressefylt inn i en formgivende form hvori en beholdersylinder-del med en diameter på 13.0 mm var forbundet med et formrom med en diameter på 7.0 mm og en lengde på 113 mm, eller en formgivende form hvori en beholdersylinder-del med en diameter på 14.5 mm var forbundet med et formrom med en diameter på 11.8 mm og en lengde på 57 mm, idet det derved oppnås en kompresjonsorientert støpt gjenstand av sammensatt HA/PLLA med R = 3.5 og R = 1.5 hvori HA er ensartet dispergert. I dette tilfellet er 0 = 15°.

Fysiske egenskaper av de således oppnådde støpte gjenstander ble sammenlignet med dem av referanseeksempel-kompresjonsorienterte støpte gjenstander bestående av PLLA alene med respektive verdier R = 3.5 og R = 1.5, med de resultater som er vist i Tabell 7.

Hvilket er åpenbart fra disse resultater, har den støpte gjenstand med R = 3.5 høy styrke (stivhet) og høy seighet, som videre overstiger bøyefasthet av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand bestående av PLLA alene og som har nesten det samme høye orienteringsnivå. Siden dens krystallinitet er lavere enn den for den støpte gjenstand av PLLA alene, er dette et material som utøver lave stimulerende og inflammatoriske reaksjoner på perifere vev i den levende kropp. Det antas at en slik effekt induseres ved virkningen av HA partikler til å inhibere vekst av PLLA krystaller og derved forårsake deres mikrokrystallisering.

Selv om bøyefasthet av den støpte gjenstand med R = 1.5 er kun noe høyere enn den for den støpte gjenstand av PLLA alene, kan dette anvendes i tilstrekkelig grad som et implantatmaterial avhengig av dets anvendelse.

Eksempel 11. Kompresjonsforming; tilfelle 10.

Ved anvendelse av PLLA med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 og keramisk material av apatitt-wollatonittglass (AW-GC) med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 2 .7 /xm, ble PLLA granuler hvori 35% vekt% AW-GC var ensartet dispergert oppnådd ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8 og deretter underkastet smelteekstrudering under anvendelse av en ekstruder for å oppnå et sylindrisk emne med en diameter på 14.5 mm, en lengde på 45 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 220.000.

Som vist i fig. 4, ble dette emnet deretter pressefylt inn i en formgivende form hvori en beholdersylinder-del med en diameter på 14.5 mm var forbundet med et formrom med en diameter på 9.6 mm og en lengde på 83 mm, ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8, idet det derved oppnås en kompresjonsorientert støpt gjenstand av sammensatt AW-GC/PLLA med R = 2.3 hvori AW-GC er ensartet dispergert. I dette tilfellet er 0 = 20°.

Fysiske egenskaper av den således oppnådde kompresjonsorienterte støpte gjenstand ble sammenlignet med dem til en referanseeksempel-PLLA kompresjonsorientert støpt gjenstand med R = 2.3 bestående av PLLA alene, med de resultater som er vist i Tabell 8.

Den således oppnådde støpte gjenstand har forbedret bøyefasthet sammenlignet med den støpte gjenstand av PLLA alene. Når AW-GC eksponeres på overflaten av dette materialet gjennom skjære- eller stansearbeid derav, forårsaker AW-GC beninduksjon og danner aktivt HA-lag på overflaten etter flere uker slik at dette kan anvendes som et implantat som er markert effektivt for forbindelse, sammenvoksing og erstatning av ben.

Eksempel 12. Kompresjonsforming, tilfelle 11.

Ved anvendelse av PLLA med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 og alfa-type trikalisiumfosfat (a-TCP) med en

maksimum partikkelstørrelse på 22.0 /nm og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 7.7 /nm ble PLLA granuler hvori 25 vekt% a-TCP var ensartet dispergert oppnådd ved den samme metode og med de samme betingelser som i Eksempel 8 og deretter underkastet smelteekstrudering under anvendelse av en ekstruder for å oppnå et sylindrisk emne med en diameter på 13.0 mm, en lengde på 40 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 2 5 0.000.

Som vist i fig. 4, ble dette emnet deretter pressefylt inn i en formlignende form hvori en beholdersylinder-del med en diameter på 13.0 mm var forbundet med et formrom med en diameter på 7.5 mm og en lengde på 96 mm, ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8, idet det derved oppnås en kompresjonsorientert støpt gjenstand av sammensatt a-TCP/PLLA med R = 3.0 hvori a-TCP er ensartet dispergert. I dette tilfellet er 9 = 15°.

Fysiske egenskaper av den således oppnådde kompresjonsorienterte støpte gjenstand ble sammenlignet med dem av en referanseeksempel-støpt gjenstand med R = 3.0 bestående av PLLA alene, med de resultater som er vist i Tabell 9.

Den således oppnådde støpte gjenstand har høy styrke lignende tilfellet med HA-kompoundert støpt gjenstand og lignende og dens bøyefasthet og elastisitetsmodul er høyere enn for den støpte gjenstand av PLLA alene. Siden a-TCP har høyere bioaktivitet enn sintret HA, kan dette anvendes som et implantat med høy styrke som er effektivt for benerstatning.

Eksempel 13. Kompresjonsforming, tilfelle 12.

Ved anvendelse av PLLA med en viskositetsmidlere molekylvekt på 360.000 og usintret hydroksylapatitt (u-HA) med en maksimal partikkelstørrelse på 45 ixm og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 3.3 9 fim, ble det oppnådd PLLA granuler hvori 4 0 vekt% HA var ensartet dispergert ved den samme metode og med de samme betingelser som i Eksempel 8 og deretter underkastet smelteekstrudering under anvendelse av en ekstruder for å oppnå et sylindrisk emne med en diameter på 10.0 mm, en lengde på 40 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 200.000.

Måling av aktivitet.

For å undersøke om aktiviteten er høy eller ikke, ble emner fremstilt fra PLLA anvendt i Eksempel 13 henholdsvis inneholdende 4 0 vektprosent sintret HA og usintret HA, og et lite prøvestykke (10 x 10 x 2 mm), ble fremstilt fra hver av emnene og bløtet i en pseudo-kroppsvæske for å observere mengden av kalsiumfosfat-komponent presipitert på overflaten derav.

Som et resultat begynte en stor mengde krystaller å presipitere på den usintrede HA/PLLA på den tredje dag og krystallaget dekket hele oversiden på den sjette dag, men krystallaget dekket ikke hele overflaten av den sintrede HA/PLLA selv på den sjette dag.

Det er generelt kjent at sintret HA-pulver ikke forsvinner gjennom absorpsjon derav ved benceller, og i noen tilfeller utstøter cellene pulveret etter fagocytose og det har blitt påpekt den mulighet at pulveret har den fare å indusere vevs-reaksj oner.

Usintret HA har imidlertid ikke slike problemer fordi det har en fullstendig absorberbar egenskap, det forsvinner nemlig gjennom absorpsjon derav i den levende kropp, og er kjemisk identisk med det HA som er spredt i den levende kropp. Siden et implantat med høy styrke av usintret HA/PLLA ennå ikke er blitt utviklet, er det foreliggende eksempel basisen for nyheten, betydningen og patenterbarheten av den foreliggende oppfinnelse.

Som vist i fig. 4, ble dette emnet pressefylt inn i en formgivende form hvori en beholdersylinder-del med en diameter på 10.0 mm var forbundet med et formrom med en diameter på 7.0 mm og en lengde på 76 mm, ved den samme metode og med de samme betingelser som i Eksempel 8, idet det derved oppnås en kompresjonsorientert støpt gjenstand med R = 2.0 hvori usintret HA er ensartet dispergert. I dette tilfellet er 6 =30°.

Fysiske egenskaper av den således oppnådde, kompresjonsorienterte støpte gjenstand ble sammenlignet med dem for en referanseeksempel-støpt gjenstand med R = 2.0 bestående av PLLA alene, med de resultater som er vist i Tabell 10.

Lignende tilfellet med den kompresjonsorienterte støpte gjenstand av sintret HA kompositt ifølge Eksempel 8, var bøyefasthet av den kompresjonsorienterte støpte gjenstand av usintret HA/PLLA kompositt høyere enn styrken av den støpte gjenstand bestående av PLLA alene. Siden bioaktivitet av usintret HA er betydelig høyere enn den for sintret HA, ble et kompoundert implantatmaterial med høy styrke og som har høy bioaktivitet oppnådd.

Når det ikke er sintret, er det usintrede HA i seg selv en uorganisk kjemisk substans og ikke et pulver med høy styrke slik som keramikk, men er en substans som ligner mer det biologiske hydroksylapatitt i den levende kropp på grunn av ingen kjemisk modifikasjon ved sintring.

Siden matrikspolymeren var forsterket i den foreliggende oppfinnelse, var usintret HA i stand til å tildannes til et komposittmaterial med lignende styrke som den for sintret HA.

Eksempel 14. Kompresjonsforming, tilfelle 13.

Ved anvendelse av PLLA med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 og beta-type trikalsiumfosfat (p-TCP) med en maksimal partikkelstørrelse på 45 fim og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 2.91 fim ble PLLA granuler hvori 30 vekt% p-TCP var ensartet dispergert oppnådd ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8 og deretter underkastet smelteekstrudering under anvendelse av en ekstruder for å oppnå et sylindrisk emne med diameter på 13.0 mm, en lengde på 40 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 250.000.

Som vist i fig. 4, ble dette emnet deretter pressefylt inn i en formgivende form hvori en beholdersylinder-del med en diameter på 13.0 mm var forbundet med et formrom med en diameter på 8.6 mm og en lengde på 74 mm, og en diameter på 7.8 mm og en lengde på 90 mm, ved den samme metode og under de samme betingelser som Eksempel 8, idet det derved oppnås en kompresjonsorientert støpt gjenstand av sammensatt P~ TCP/PLLA med en R-verdi på 2.3 og 2.8 hvori p-TCP er ensartet dispergert. I dette tilfellet er 0 =15°.

Fysiske egenskaper av de således oppnådde kompresjonsorienterte støpte gjenstander ble sammenlignet med dem for den kompresjonsorienterte støpte gjenstand ifølge Eksempel 8 oppnådd fra kompoundert HA/PLLA ved R = 2.8 hvori 30 vekt% HA (sintret ved 900°C) var dispergert, med de resultater som er vist i Tabell 11.

De således oppnådde støpte gjenstander har høyere bøyefasthetsverdier enn dem for de støpte gjenstander av PLLA alene vist i Tabell 8 og Tabell 4 som har henholdsvis R-verdier på 2.3 og 2.8. Siden den støpte gjenstand med R = 2.8 har en bøyefasthet på et lignende nivå som for den kompresjonsorienterte støpte gjenstand med den samme R-verdi, ble det også åpenbart at en kompresjonsorientert støpt gjenstand med høy styrke kan oppnås også ved kompoundering av p-TCP.

Eksempel 15. Kompresjonsforming, tilfelle 14.

Ved anvendelse av PLLA med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 og tetrakalsiumfosfat (TeCP) med en maksimal partikkelstørrelse på 30.0 fim og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 10.0 fim, ble PLLA granuler hvori 15 vekt% og 25 vekt% TeCP var ensartet dispergert oppnådd ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8 og deretter smeltet under anvendelse av en kompresjons-støpingsmaskin for å oppnå et sylindrisk emne med en diameter p 13.0 mm, en lengde på 40 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 250.000.

Som vist i fig. 4, ble deretter emnet inneholdende 15 vekt% TeCP pressefylt inn i den formgivende form ifølge Eksempel 10, og emnet inneholdende 25 vekt% TeCP inn i den formgivende form ifølge Eksempel 12, ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8, idet det derved oppnås kompresjonsorienterte støpte gjenstander av TeCP/PLLA med respektive R-verdier på 3.5 og 3.0 hvori TeCP er ensartet dispergert. I dette tilfellet er 0 =15°.

Fysiske egenskaper av de således oppnådde TeCP/PLLA kompresjonsorienterte støpte komposittgjenstander ble sammenlignet med dem for den kompresjonsorienterte støpte gjenstand ifølge Eksempel 10 oppnådd fra kompoundert HA/PLLA med R = 3.5 hvori 15 vekt% HA (sintret ved 900°C) var dispergert og den kompresjonsorienterte støpte gjenstand ifølge Eksempel 12 med R = 3.0 hvori 25 vekt% a-TCP var dispergert, med de resultater som er vist i Tabell 12.

De således oppnådde støpte gjenstander er forskjellig fra dem ifølge Eksempler 10 og 12 hva angår typen biokeramisk material inneholdt deri, men deres prosentinnhold og R er de samme. Hver støpte gjenstand viste imidlertid nesten den samme grad av styrke. Når R er 3.5, ble en markert høy bøyefasthet på over 300 MPa observert.

Eksempel 16. Kompresjonsforming, tilfelle 15.

Ved anvendelse av PLLA med en viskositetsmidlere molekylvekt på 600.000 og vannfritt sekundært kalsiumfosfat (vannfritt kalsiumhydrogenfosfat: DCPA) med en maksimal partikkel-størrelse på 40.0 [ im og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 5.60 /im, ble PLLA granuler hvori 45 vekt% DCPA var ensartet dispergert oppnådd ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8 og deretter smeltet under anvendelse av en kompresjons-støpingsmaskin for å oppnå et sylindrisk emne med en diameter på 8.0 mm, en lengde på 40 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 460.000.

Som vist i fig. 4, ble dette emnet deretter pressefylt inn i en formgivende form hvori en beholdersylinder-del med en diameter på 8.0 mm var forbundet med et formrom med en diameter på 5.7 mm og en lengde på 76 mm, ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8, idet det derved oppnås en kompresjonsorientert støpt gjenstand av sammensatt DCPA/PLLA med R = 2.0 hvori DCPA er ensartet dispergert. I dette tilfellet er 0 =45°.

Fysiske egenskaper av den således oppnådde kompresjonsorienterte støpte gjenstand er vist i Tabell 13.

Selv om viskositetsmidlere molekylvekt av denne støpte gjenstanden var høy, var plastisk deformasjon derav ved pressefylling mulig, og dette var en støpt gjenstand med høy bøyefasthet og elastisitetsmodul og som også har høy styrke og seighet.

Eksempel 17. Kompresjonsforming, tilfelle 16.

Ved anvendelse av PLLA med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 og oktakalsiumfosfat (OCP) med en maksimal partikkelstørrelse på 22.0 /im og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 8.35 /nm, ble PLLA granuler hvori 10 vekt% og 2 0 vekt% OCP var ensartet dispergert oppnådd ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8 og deretter smeltet under anvendelse av en kompresjons-støpingsmaskin for å oppnå et sylindrisk emne med en diameter på 13.0 mm, en lengde på 40 mm og en viskositetsmidlere molekylvekt på 250.000.

Deretter ble emnet inneholdende 10 vekt% OCP pressefylt inn i en formgivende form hvori en beholdersylinder-del med en diameter på 13.0 mm var forbundet med et formrom med en diameter på 6.1 mm, og emnet inneholdende 20 vekt% OCP inn i en formgivende form hvori en beholdersylinder-del med en diameter på 13.0 mm var forbundet med et formrom med en diameter på 6.5 mm, henholdsvis ved den samme metode og ved de samme betingelser som i Eksempel 8, idet det derved oppnås kompresjonsorienterte støpte gjenstander av OCP/PLLA med respektive R-verdier på 4.5 og 4.0 hvori OCP er ensartet dispergert. I dette tilfellet er 6 =15°.

Fysiske egenskaper av de således oppnådde kompresjonsorienterte støpte gjenstander er vist i Tabell 14.

Begge støpte gjenstander var støpte gjenstander med høy styrke som har en bøyefasthet på 3 00 MPa eller mer. Den støpte gjenstand inneholdende 2 0 vekt% OCP hadde en lavere R-verdi enn den støpte gjenstand inneholdende 10 vekt% OCP, men dens styrke og elastisitetsmodul var høyere enn det sistnevnte tilfellet. Når R er høy er det imidlertid påkrevet med et trykk på omtrent 10.000 kg/cm<2> ved tidspunktet for pressefylling.

Som et referanseeksempel ble et emne inneholdende 10 vekt% OCP, som kan pressefylles relativt enkelt, pressefylt inn i en formgivende form som kan gi R = 5.5. Det krevdes imidlertid et trykk på mer enn 10.000 kg/cm<2> ved tidspunktet for pressefylling derav, og frembringelse av et stort antall sprekker ble funnet i den således oppnådde støpte gjenstand. På basis av disse resultatene kan det sies at en deformasjonsgrad R på 5 eller mindre er ønskelig for kompresjonsorientering av PLLA-inneholdende biokeramiske materialer.

Eksempel 18. Kompresjonsforming, tilfelle 17.

Ved anvendelse av melkesyre-glykolsyre-kopolymer [P(LA-GA)]

(molforhold, 90:10) med en viskositetsmidlere molekylvekt på 380.000 og HA (sintret ved 900°C) med en maksimal partikkel-størrelse på 31.0 izm og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 1.84 zzm, ble en kompresj onsorientert støpt gjenstand av sammensatt HA/P(LA-GA) med R = 2.8 hvori 30 vekt% HA er ensartet dispergert oppnådd ved den samme metode og under de samme betingelser som i Eksempel 8. I dette tilfellet er 6 = 15°.

Fysiske egenskaper av den således oppnådde støpte gjenstand ble sammenlignet med dem for en kompresjonsorientert støpt gjenstand bestående av P(LA-GA) alene anvendt som et sammenligningseksempel, med de resultater som er vist i Tabell 15.

Styrke av den således oppnådde støpte gjenstand er noe lavere enn den i tilfellet med PLLA alene vist i Eksempel 8. Den er imidlertid fullstendig anvendbar som et implantatmaterial.

Eksempel 19. Formgivende forming.

Hydroksylapatitt (HA) med en maksimal partikkelstørrelse på 31.0 /im, en minimum partikkelstørrelse på 0.2 /xm og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 1.84 fim (sintret ved 900°C) ble suspendert i etylalkohol og tilsatt til diklormetan hvori 4 vekt% poly-L-melkesyre (PLLA) med en viskositetsmidlere molekylvekt på 400.000 hadde blitt oppløst, og blandingen ble omrørt for å bevirke ensartet dispersjon uten å bevirke sekundær aggregasjon av HA. Under omrøring ble det videre tilsatt etylalkohol dertil, idet ko-presipitering av PLLA og HA derved bevirkes. Deretter ble dette filtrert og fullstendig tørket for å oppnå granuler av PLLA hvori HA med den tidligere nevnte partikkelstørrelse var ensartet dispergert ved et forhold på 3 0 og 4 0 vekt%.

Som vist i fig. 7, ble dette emnet anbragt i en beholdersylinder-del av en skiveformet formgivende form med en diameter på 100 mm og en tykkelse på 10 mm, utstyrt med en sylinder med diameter på 50 mm projisert fra midtdelen av skiven, varmet ved 100°C og deretter underkastet formgivende forming ved vekslende tilføring av et trykk på 3.000 kg/cm<2>, idet det derved oppnås en HA/PLLA støpt komposittgjenstand bevirket ved trykksatt formingsorientering og som har den samme form som den skiveformede del av den formgivende form.

Et prøvestykke ble skåret ut fra den således oppnådde støpte gjenstand i radiusretningen eksklusive sylinderdelen for å måle dets fysiske egenskaper. Som resultat viste det en bøyefasthet på 22 0 MPa, en bøyemodul på 7.4 GPa, en densitet på 1.505 g/cm<3> og en krystallinitet på 43.0%.

Til forskjell fra tilfellet med de tidligere nevnte eksempler, synes denne støpte gjenstand oppnådd ved formingsorientering å være en orientert gjenstand som har forskjellig krystallplan hvori flere orienteringsakser er orientert fra midtdelen av skiven mot sine perifere retninger.

Eksempel 20. Eksempel på skjære- eller stansearbeid, overflatebetraktning og periodiske endringer.

Hver av de HA/PLLA kompresjonsorienterte støpte kompositt-gj enstander oppnådd i Eksempel 8 ble bearbeidet til en skrue med ytre diameter på 4.5 mm, diameter på 3.2 mm ved roten og lengde på 50 mm, og en stift eller nagle med diameter på 3.2 mm og lengde på 40 mm, ved å tilskjære den støpte gjenstand ved bruk av en dreiebenk.

Et emne ekstrudert i en plateform ved anvendelse av en ekstruder ble videre oppnådd fra PLLA granulene ifølge Eksempel 8 hvori 30 vekt% HA var dispergert og deretter, ved den samme metode og de samme betingelser som i Eksempel 8, ble emnet pressefylt inn i en formgivende form klargjort ved å forbinde en beholdersylinder-del med rektangulært snitt

(plateformet) med et formrom med rektangulær snitt som har en mindre tverrsnittsflate enn den førstnevnte, idet det derved oppnås en plateformet støpt gjenstand med R = 2.8. Overflaten av denne støpte gjenstand ble behandlet ved bruk av skjærearbeid under anvendelse av en snittemaskin for å oppnå en plate med tykkelse på 2.0 mm, lengde på 20 mm og bredde på 5 mm.

Overflaten av denne skrue, stift eller nagle og plate ble betraktet ved hjelp av et scanning-elektronmikroskop. I hvert av disse skjære-bearbeidede produkter var finpartikler av HA eksponert på overflaten i en ensartet dispergert tilstand uten tildanning av store sammensatte masser ved sekundær aggregasjon. Deres ensartede dispersjon ble også funnet inne i hvert produkt. I tillegg var en mye større mengde HA eksponert på overflaten når innholdet av HA økte.

Det ble også bekreftet at disse implantatene var tette uten noen hulrom og at det biokeramiske material og polymeren var på fysisk fremragende måte nær hverandre. Disse forhold viser årsaken til at materialet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse har høy mekanisk styrke, binder til biologiske ben gjennom deres direkte kontakt med det biokeramiske material og utøver beninduksjon og benoverføring eller benerstatning på effektiv måte ved å opprettholde styrken under den periode som er nødvendig for sammenvoksing av ben.

Det ble også bekreftet at den presse-orienterte støpte gjenstand av komposittmaterial av polymer-biokeramisk material med høy styrke oppnådd i eksempelet kan opprettholde sin styrke ved et nivå nesten likt eller høyere enn for kortikale menneskeben i 2 til 4 måneder (6 måneder eller mer i noen tilfeller) i en pseudo-kroppsvæske ved 37°C. I tillegg ble det bekreftet gjennom en in vivo test at materialet etter sammenvoksing av ben nedbrytes, absorberes og ben-erstattes raskere enn tilfellet med polymeren alene, selv om oppførselen ved nedbrytning varierer avhengig av sammensetningen og strukturen av materialet.

INDUSTRIELL ANVENDBARHET

Som beskrevet i det foregående, er materialet for osteo-

syntese og sammensatt implantatmaterial med høy styrke i samsvar med den foreliggende oppfinnelse ideelle bio-

materialer, fordi de har mekanisk styrke som er lignende eller høyere enn for kortikale ben og er initialt motstandsdyktige overfor brudd på grunn av deres stivhet og seighet. I tilfellet med implantatmaterialet opprettholder dette sin styrke i løpet av en periode inntil leging av harde vev gjennom effektiv erstatning derav med biologiske ben, på grunn av den virkning at det biokeramiske material binder til biologiske ben og akselererer benoverføring og beninduksjon og de bionedbrytbare og bioabsorberbare egenskaper av materialet, nedbrytes dette og absorberes deretter ved en slik jevn hastighet at det ikke frembringer toksisitet overfor perifere ben og det rommet som ble igjen etter at det forsvant rekonstrueres hurtig av den levende kropp, i tillegg til den fordel at tilstandene derav etter operasjon kan observeres ved enkel røntgenfotografering.

Fremstillingsmetoden i samsvar med den foreliggende

oppfinnelse kan også utføres uten å anvende spesialutstyr og krevende betingelser, slik at den har en tydelig høy praktisk verdi.

Claims

1. Material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet, karakterisert ved at det omfatter en støpt gjenstand omfattende et bionedbrytbart og bioabsorberbart krystallinsk termoplastisk polymermaterial som hovedkomponent, hvori molekylkjedene eller krystallene av den støpte gjenstand er orientert ikke i en enakset retning men parallelt med et flertall referanseakser skrånende mot en akse som blir en mekanisk kjerne av den støpte gjenstand som inntreffer langs pressefyllingsretningen i den formgivende form og/eller fortsatte flater av aksen.

2. Material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet som angitt i krav 1, karakterisert ved at det er en støpt gjenstand hvori polymermaterialet er en polymelkesyre eller en melkesyre-glykolsyre-kopolymer.

3. Material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet som angitt i krav 2, karakterisert ved at det er en trykk-orientert støpt gjenstand hvori en del av polymelkesyren eller melkesyre-glykolsyre-kopolymeren er krystallisert.

4. Material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet som angitt i ett eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at molekylkjeder eller krystaller av den støpte gjenstand er orientert langs referanseakser skrånende mot en akse som blir mekanisk kjerne av den støpte gjenstand og/eller fortsatte flater av aksen.

5. Material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet som angitt i krav 4, karakterisert ved at den støpte gjenstand i alt vesentlig har en søyleformet form, og molekylkjeder eller krystaller er orientert langs referanseakser skrånende fra dens perifere side mot sentral- eller den ikke-sentrerte akse.

6. Material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet som angitt i krav 4, karakterisert ved at den støpte gjenstand i alt vesentlig har en plateform, og molekylkjeder eller krystaller er orientert langs referanseakser skrånende mot en flate, hvilken flate er parallell med begge sider av den støpte gjenstand og inkluderer akser lokalisert ved den samme avstand eller forskjellige avstander fra begge sider av den støpte gjenstand.

7. Material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet som angitt i ett eller flere av kravene 1-6, karakterisert ved at den støpte gjenstand har en krystallinitet fra 30 til 60%.

8. Material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet som angitt i ett eller flere av kravene 1-7, karakterisert ved at krystaller av den støpte gjenstand har krystallflater og er flate-orientert langs referanseakser.

9. Material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet som angitt i ett eller flere av kravene 1-8, karakterisert ved at den støpte gjenstand er en orientert artikkel oppnådd ved en kompresjonsforming eller formgivende forming i en form av lukket type.

10. Material for osteosyntese som har høy bøyefasthet og høy densitet som angitt i ett eller flere av kravene 1-9, karakterisert ved at den støpte gjenstand er en støpt gjenstand av en polymelkesyre eller en melkesyre-glykolsyre-kopolymer som har en bøyefasthet på 160 til 300 MPa og en bøyemodul fra 5 til 10 GPa.

11. Fremgangsmåte for fremstilling av et material for osteosyntese , karakterisert ved at den omfatter fremstilling av en orientert støpt gjenstand ved fremstilling av et pre-støpt material gjennom smeltestøping av et bionedbrytbart og bioabsorberbart krystallinsk termoplastisk polymermaterial og deretter å drive det pre-støpte material inn i et trangt rom av en formgivende form hvis underdel er i hovedsak lukket, mens plastisk deformasjon utføres ved en temperatur som ligger mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen til polymeren og idet orientering ved trykkdeformasjon derved bevirkes, idet den orienterte støpte gjenstand er krystallisert og har en krystallinsk form hvori krystallene er orientert parallelt med et flertall referanseakser skrånende mot en akse som blir en mekanisk kjerne av den støpte gjenstand som inntreffer langs pressefyllingsretningen i den formgivende form og/eller fortsatte flater av aksen.

12. Fremgangsmåte for fremstilling av et material for osteosyntese som angitt i krav 11, karakterisert ved at orienteringen ved trykkdeformasjon bevirkes ved pressefylling av det pre-støpte material ifølge krav 11 inn i en formgivende form som har en underdel som i hovedsak er lukket og som har en mindre tverrsnittsflate enn tverrsnittsflaten av den støpte gjenstand, mens plastisk deformasjon utføres ved en temperatur som ligger mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen til polymeren og derved bevirker orientering ved kompresjonsdeformasjon.

13. Fremgangsmåte for fremstilling av et material for osteosyntese som angitt i krav 11, karakterisert ved at orienteringen ved trykkdeformasjon bevirkes ved formingsfylling av det pre-støpte material ifølge krav 11 inn i et trangt rom av en formgivende form som har et rom som er mindre, delvis eller som et hele, enn tverrsnittsflaten, tykkelsen eller bredden av den støpte gjenstand, eller inn i en formgivende form som har et rom som er mindre enn volumet av det pre-støpte material, mens plastisk deformasjon utføres ved en temperatur som ligger mellom glasstransisjonstemperaturen og smelte-temperaturen til polymeren og derved bevirker orienteringen.

14. Fremgangsmåte for fremstilling av et material for osteosyntese som angitt i ett eller flere av kravene 11 - 13, karakterisert ved at initial viskositetsmidlere molekylvekt av polymermaterialet er fra 200.000 til 600.000, og viskositetsmidlere molekylvekt av det pre-støpte material smelteformet deretter er fra 100.000 til 400.000.

15. Fremgangsmåte for fremstilling av et material for osteosyntese som angitt i ett eller flere av kravene 11 - 14, karakterisert ved at det pre-støpte material pressefylles inn i formrommet av en formgivende form som har et tverrsnittsareal som er fra 2/3 til 1/6 av tverrsnittsarealet av det pre-støpte material.

16. Fremgangsmåte for fremstilling av et material for osteosyntese som angitt i ett eller flere av kravene 11 - 15, karakterisert ved at den formgivende form omfatter en beholdersylinder-del som har stor tverrsnittsflate hvor det pre-støpte material er inneholdt, et formrom som har liten tverrsnittsflate hvor det pre-støpte material pressefylles og en diameter-reduserende del som har en avsmalnende flate som forbinder de ovennevnte deler.

17. Fremgangsmåte for fremstilling av et material for osteosyntese som angitt i ett eller flere av kravene 11 - 16, karakterisert ved at plastisk deformasjonstemperatur av det pre-støpte material er en temperatur som er effektiv for utførelse av krystallisering, som er mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen av nevnte termoplastiske polymermaterial.

18. Fremgangsmåte for fremstilling av et material for osteosyntese som angitt i ett eller flere av kravene 11 - 17, karakterisert ved at den orienterte støpte gjenstand tildannes til en ønsket form for materialet for osteosyntese ved hjelp av et middel slik som skjære- eller stansearbeid eller lignende.

19. Implantatmaterial med høy styrke som et partikkel- og matrikspolymer-armert komposittmaterial, karakterisert ved at det er et komposittmaterial omfattende en trykkorientert støpt gjenstand hvori fra 10 til 60 vekt% av et biokeramisk pulver hvis partikkel eller aggregert masse av partikler har en størrelse fra 0.2 til 50 /im er dispergert i alt vesentlig ensartet i en matriks av en bionedbrytbar og bioabsorberbar krystallinsk termoplastisk polymer, hvori krystaller av matrikspolymeren er orientert ved trykk og har en krystallinitet på 10 til 70%, idet krystallene av den støpte gjenstand er orientert parallelt med et flertall referanseakser skrånende mot en akse som blir en mekanisk kjerne av den støpte gjenstand som inntreffer langs pressefyllingsretningen i den formgivende form og/eller fortsatte flater av aksen.

20. Implantatmaterial med høy styrke som angitt i krav 19, karakterisert ved at det biokeramiske pulver er et hvilket som helst eller en blanding av to eller flere av overflate-bioaktiv sintret hydroksylapatitt, bioglass eller krystallisert glass for anvendelse i den levende kropp, bioabsorberbar usintret hydroksylapatitt, dikalsiumfosfat, trikalsiumfosfat, tetrakalsiumfosfat og oktakalsiumfosfat.

21. Implantatmaterial med høy styrke som angitt i krav 19 eller 20, karakterise t ved at den bionedbrytbare og biabsorberbare krystallinske termoplastiske polymer er enten en polymelkesyre eller melkesyre-glykolsyre-kopolymer som har en initial viskositetsmidlere molekylvekt fra 100.000 til 600.000.

22. Implantatmaterial med høy styrke som angitt i krav 19, karakterisert ved at den termoplastiske polymer er en polymelkesyre og det biokeramiske pulver er en usintret hydroksylapatitt.

23. Implantatmaterial med høy styrke som angitt i ett eller flere av kravene 19 til 22, karakterisert ved at den støpte gjenstand er en orientert støpt gjenstand oppnådd ved trykkdeformasjonsorientering gjennom en kompresjonsforming eller en formgivende forming.

24. Implantatmaterial med høy styrke som angitt i ett eller flere av kravene 19 til 23, karakterisert ved at den orienterte støpte gjenstand har en bøyefasthet fra 150 til 320 MPa og en bøyemodul fra 6 til 15 GPa.

25. Implantatmaterial med høy styrke som angitt i ett eller flere av kravene 19 til 24, karakterisert ved at den orienterte støpte gjenstand er behandlet ved hjelp av et middel slik som skjære- eller stansearbeid eller lignende, og det biokeramiske pulver er eksponert på overflaten derav.

26. Fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke ved trykkdeformasjonsorientering, karakterisert ved at den omfatter fremstilling på forhånd av en blanding hvori en bionedbrytbar og bioabsorberbar krystallinsk termoplastisk polymer og et biokeramisk pulver er i alt vesentlig ensartet dispergert i hverandre, deretter fremstilling av et pre-støpt material ved smeltestøping av blandingen, og deretter pressefylling av det pre-støpte material ved en temperatur som ligger mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen til polymeren inn i formrommet av en formgivende form av lukket type for å bevirke plastisk deformasjon og dannelse av en orientert støpt gjenstand, hvori molekylkjedene eller krystallene av den støpte gjenstand er orientert ikke i en enakset retning men parallelt med et flertall referanseakser skrånende mot en akse som blir en mekanisk kjerne av den støpte gjenstand som inntreffer langs pressefyllingsretningen i den formgivende form og/eller fortsatte flater av aksen.

27. Fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke ved trykkdeformasjonsorientering som angitt i krav 2 6, karakterisert ved at trykkorienteringen bevirkes ved pressefylling ved en temperatur som ligger mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen til polymeren inn i formrommet av en formgivende form av lukket type som har en mindre tverrsnittsflate enn den av det pre-støpte material.

28. Fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke som angitt i krav 26 eller 27, karakterisert ved at det pre-støpte material pressefylles inn i formrommet av en formgivende form av lukket type på en slik måte at krystalliniteten av polymeren av den trykkorienterte støpte gjenstand blir fra 10 til 70%.

29. Fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke som angitt i ett eller flere av kravene 26 til 28, karakterisert ved at blandingen av polymeren og det biokeramiske pulver fremstilles ved i alt vesentlig ensartet blanding og dispergering av det biokeramiske pulver i en løsningsmiddeloppløsning av polymeren og etterfølgende presipitering av blandingen med et ikke-løsningsmiddel av polymeren.

30. Fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke som angitt i ett eller flere av kravene 2 6 til 29, karakterisert ved at den bionedbrytbare og bioabsorberbare krystallinske termoplastiske polymer er en polymelkesyre eller en melkesyre-glykolsyre-kopolymer som har en initial viskositetsmidlere molekylvekt fra 150.000 til 700.000, og en viskositetsmidlere molekylvekt fra 100.000 til 600.000 etter smeltestøping derav.

31. Fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke som angitt i krav 2 6 eller 27, karakterisert ved at det pre-støpte material pressefylles inn i formrommet av en formgivende form som har et tverrsnittsareal som er fra 2/3 til 1/5 av tverrsnittsarealet av nevnte pre-støpte material.

32. Fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke som angitt i krav 2 6 eller 27, karakterisert ved at plastisk deformasjonstemperatur av det pre-støpte material er en temperatur som er effektiv for utførelse av krystallisering, som er mellom glasstransisjonstemperaturen og smeltetemperaturen til polymeren.

33. Fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke som angitt i krav 26, karakterisert ved at orienteringen ved trykkdeformasjon bevirkes ved kompresjonsorientering eller formingsorientering.

34. Fremgangsmåte for fremstilling av et implantatmaterial med høy styrke som angitt i ett eller flere av kravene 26 til 33, karakterisert ved at den trykkorienterte støpte gjenstand videre bearbeides ved hjelp av et middel slik som skjære- eller stansearbeid eller lignende.