TWI757665B - 植入物的製造方法 - Google Patents

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張彥晧
王躍鈞
蔡東霖
呂英誠
林秋豐
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Abstract

一種植入物的製造方法，以解決習知植入物的外表面必須額外形成抗腐蝕層的問題。該植入物的製造方法包含：以氣體霧化成形法形成一芯，該芯由鎂金屬或鎂合金所形成，且該芯的粒徑介於30~100μm之間；將一鈣鹽及一磷鹽溶於一溶劑中，並於該溶劑中加入一螯合劑，以形成一改質溶液；及將該芯加入該改質溶液中，以於5~40℃之溫度下，使一改質層形成於該芯的外表面而獲得一陶瓷顆粒，該改質層包含鈣及磷；及藉由射出成形、粉末冶金、3D列印或熱壓成形的方式，使該陶瓷顆粒成形為一植入物。

Description

植入物的製造方法
本發明係關於一種植入物的製造方法，尤其是一種使用經改質處理的陶瓷顆粒的植入物的製造方法。
鎂金屬因質地輕，密度及彈性係數等特性皆與骨膜相近，並且具有良好的力學特性，同時為生物可降解之物質，因此，由鎂金屬與其他金屬混合製成之鎂合金，具有取代鈦合金及不鏽鋼以作為生醫材料之潛力。
然而，鎂合金的抗腐蝕性差，在生物體內因降解速度過快，因此以鎂合金製成的習知植入物的表面，一般會覆蓋由羥基磷灰石所形成的抗腐蝕層，以防止該習知植入物在植入生物體後會迅速降解。然而，由於該抗腐蝕層與該習知植入物的機械性質差異較大，當該抗腐蝕層產生破損時，該抗腐蝕層即容易在使用過程中發生整片脫落的情形。
因此，確實有必要改善上述的問題。
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種植入物的製造方法，所形成的該植入物無須額外形成該抗腐蝕層即具有良好的抗腐蝕效果。
本發明的植入物的製造方法可以包含：以氣體霧化成形法形成一芯，該芯由鎂金屬或鎂合金所形成，且該芯的粒徑介於30~100μm之間； 將一鈣鹽及一磷鹽溶於一溶劑中，並於該溶劑中加入一螯合劑，以形成一改質溶液；將該芯加入該改質溶液中，以於5~40℃之溫度下於該芯的外表面形成一改質層而獲得一陶瓷顆粒，該改質層包含鈣及磷；及藉由射出成形、粉末冶金、3D列印或熱壓成形的方式，使該陶瓷顆粒成形為一植入物。
據此，由於該陶瓷顆粒包含該改質層，由該陶瓷顆粒所成形的植入物的外表面無須額外形成抗腐蝕層，即能夠具有良好的抗腐蝕效果，進而可以達成免除抗腐蝕層的繁瑣工序之功效；並且，由於該植入物不具有該抗腐蝕層，更可以避免該抗腐蝕層在使用過程中發生整片脫落的情形，本發明可以達成提升植入物的使用便利性之功效；此外，藉由溫度的控制，可以確保該改質層可以均勻地形成於該芯的外表面，因而使所製得的植入物在植入生物體後，不僅不容易造成異常反應，更能夠促進骨細胞攀爬於該植入物上，使該植入物能夠緊密地與骨骼結合，為本發明之功效。
本發明的植入物的製造方法中，該鈣鹽可以為硝酸鈣、磷酸鈣或硫酸鈣，該磷鹽可以為磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉或磷酸鎂，該螯合劑可以為乙二胺四醋酸鈉、或乙二胺；如此藉由選用合適的鈣鹽與磷鹽，搭配合適的螯合劑，進而可以於該芯的外表面形成由特定化合物所形成的改質層，使該植入物能夠具有良好的生物相容性及骨誘導性等性質。
〔本發明〕
1:陶瓷顆粒
11:芯
12:改質層
D:粒徑
T:厚度
〔第1圖〕本發明之一實施例的陶瓷顆粒的剖面圖。
〔第2a圖〕試驗(A)中，以掃描電子顯微鏡所拍攝的陶瓷顆粒的芯的影像。
〔第2b圖〕試驗(A)中，以掃描電子顯微鏡所拍攝的陶瓷顆粒的影像。
〔第2c圖〕第2b圖之R區域的放大影像。
〔第3圖〕試驗(B)中，各組樣品的腐蝕速率折線圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，本發明之一實施例的陶瓷顆粒1可以包含一芯11及一改質層12，該改質層12覆蓋於該芯11的外表面。
詳而言之，該芯11可以由鎂金屬或鎂合金所形成，例如可以為包含鈣、鋅、錳、鈰、釷或鋯等金屬的鎂合金，藉此可以提升該芯11的機械性質(例如，降伏強度、拉伸率等)。
又，該芯11能夠藉由氣體霧化成形法(gas automization)所形成，係將熔融的金屬液，利用噴頭形成小液滴，再冷卻凝固所獲得，如此能夠使所獲得的芯11具有較高的球形度(sphericity)。於本實施例中，該芯11的粒徑D可以介於30~100μm之間。
該改質層12可以包含鈣(Ca)及磷(P)，較佳鈣與磷的莫耳數比(Ca/P ratio)可以介於1.0~1.8之間。舉例而言，該改質層12可以由磷酸氫鈣(calcium monohydrogen phosphate，CaHPO4)、羥基磷灰石(hydroxypatitie，Ca5(PO4)3(OH))、磷酸鈣(tricalcium diphosphate，Ca3(PO4)2)等含鈣、磷之化合物所形成，藉由前述含鈣、磷之化合物的生物相容性(biocompatibility)、骨誘導性(osteoinduction)等性質，使該陶瓷顆粒1所製成的植入物在植入生物體後，不容易造成異常反應，更能夠促進骨細胞攀爬於該植入物上，使該植入物能夠緊密地與骨骼結合。
於本實施例中，工者係可以將一鈣鹽(calcium salt)及一磷鹽(phosphorus salt)溶於一溶劑中，並於該溶劑中加入一螯合劑(chelating agent)，以形成一改質溶液，並使該改質溶液的鈣濃度及磷濃度均介於0.05~0.5M之間。舉例而言，該鈣鹽可以為硝酸鈣(calcium nitrate，Ca(NO3)2)、磷酸鈣(calcium phosphate，Ca3(PO4)2)或硫酸鈣(calcium sulfate，CaSO4)等，該磷鹽可以為磷酸二氫鉀(potassium dihydrogen phosphate，KH2PO4)、磷酸二氫鈉(sodium dihydrogen phosphate，NaH2PO4)或磷酸鎂(magnesium phosphate，Mg3(PO4)2)等該螯合劑可以為乙二胺四醋酸鈉(edetate disoium，C10H14N2Na2O8)、乙二胺(ethylenediamine，C2H4(NH2)2)等，該溶劑可以為水等。此外，工者可以藉由選擇特定的鈣鹽、磷鹽，並且調整該鈣鹽及該磷鹽為一預定比例，即可以使特定的含鈣、磷之化合物形成該改質層12。
接著，將該芯11加入該改質溶液中，並於5~40℃之溫度下，攪拌5~30分鐘，即可以於該芯11的外表面形成該改質層12而獲得該陶瓷顆粒1，且該改質層的厚度T可以介於0.1~5μm之間。
值得注意的是，本實施例的陶瓷顆粒1可以藉由射出成形(injection molding)、粉末冶金(powder metallugy)、3D列印(3D printing)或熱壓成形(compression molding)等方式，成形為一植入物(例如，骨釘、牙科植體、骨板等)，該植入物可以供植入生物體的體內，進而能夠應用於生物體之牙齒、骨骼或關節等之重建。此時，由於該植入物係以本實施例的陶瓷顆粒1所形成，因此無須額外於該植入物的外表面形成抗腐蝕層，即具有良好的抗腐蝕效果。
為證實藉由該陶瓷顆粒1的製造方法確實能夠製造該陶瓷顆粒1，且由該陶瓷顆粒1所形成的金屬錠確實具有較佳的抗腐蝕效果，遂進行以下試驗：
(A)以掃描電子顯微鏡所拍攝的影像圖
本試驗係取由氣體霧化成形法所成形的鎂合金顆粒作為該芯 11，接著於該芯11加入該改質溶液(含有硝酸鈣、磷酸二氫鉀及乙二胺四醋酸鈉，並調整pH值為pH 4~6之間)中，以於該芯11的外表面形成該改質層12，經過濾及乾燥後即獲得該陶瓷顆粒1。
接著，以掃描電子顯微鏡(scanned electron microscope)拍攝該芯11及該陶瓷顆粒1的影像，其結果分別如第2a、2b、2c圖所示，顯示該陶瓷顆粒1的外表面的粗糙度與該芯11的外表面的粗糙度不同，代表確實已於該芯11的外表面形成該改質層12。
(B)抗腐蝕能力的評估
本試驗係以該陶瓷顆粒1所形成的金屬錠作為第B1組，及以該芯11所形成的金屬錠作為第B0組，將第B0、B1組的金屬錠分別置於模擬體液(simulated body fluid，簡稱SBF)中，並記錄每天的產氫量，進而評估第B0、B1組的金屬錠的抗腐蝕能力，其結果如第3圖所示，由該陶瓷顆粒1所形成的金屬錠的產氫量顯著低於由該芯所形成的金屬錠，顯示該陶瓷顆粒1所形成的金屬錠具有較佳的抗腐蝕能力。
綜上所述，由於該陶瓷顆粒1包含該改質層，由該陶瓷顆粒1所成形的植入物的外表面無須額外形成抗腐蝕層，即能夠具有良好的抗腐蝕效果，進而可以達成免除抗腐蝕層的繁瑣工序之功效；並且，由於該植入物不具有該抗腐蝕層，更可以避免該抗腐蝕層在使用過程中發生整片脫落的情形，本發明可以達成提升植入物的使用便利性之功效。
又，本發明的植入物的製造方法中，藉由溫度的控制，可以確保該改質層可以均勻地形成於該芯的外表面，因而使所製得的植入物在植入生物體後，不僅不容易造成異常反應，更能夠促進骨細胞攀爬於該植入物上，使該植入物能夠緊密地與骨骼結合，為本發明之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本 發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1:陶瓷顆粒
11:芯
12:改質層
D:粒徑
T:厚度

Claims (4)

  1. 一種植入物的製造方法，包含：以氣體霧化成形法形成一芯，該芯由鎂金屬或鎂合金所形成，且該芯的粒徑介於30~100μm之間；將一鈣鹽及一磷鹽溶於一溶劑中，並於該溶劑中加入一螯合劑，以形成一改質溶液；將該芯加入該改質溶液中，以於5~40℃之溫度下，於該芯的外表面形成一改質層而獲得一陶瓷顆粒，該改質層包含鈣及磷；及藉由射出成形、粉末冶金、3D列印或熱壓成形的方式，使該陶瓷顆粒成形為一植入物。
  2. 如請求項1之植入物的製造方法，其中，該鈣鹽為硝酸鈣、磷酸鈣或硫酸鈣。
  3. 如請求項1之植入物的製造方法，其中，該磷鹽為磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉或磷酸鎂。
  4. 如請求項1之植入物的製造方法，其中，該螯合劑為乙二胺四醋酸鈉、乙二胺。
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