各向异性生物复合材料、包含各向异性生物复合材料的医疗植入物及其治疗方法技术

增强的生物复合材料。根据至少一些实施方案，提供了并入由所述增强的可生物吸收材料构成的新型结构、对齐、取向和形式的医疗植入物，以及其治疗方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及各向异性生物复合材料、包含所述生物复合材料的医疗植入物及其治疗方法，并且尤其涉及具有医疗应用的此类材料、植入物和治疗方法。专利技术背景非增强的可再吸收聚合物的机械强度和模量(约3-5GPa)不足以支撑弹性模量范围为约15-20GPa的断裂的皮质骨。例如，在一篇文章中，人胫骨的弯曲模量被测量为约17.5GPa(SnyderSMSchneiderE,JournalofOrthopedicResearch,第9卷,1991,第422-431页)。因此，由可再吸收聚合物构造的现有医疗植入物的适应症是有限的，并且它们的固定通常需要防止运动或大量负荷。当需要固定低应力区域(即，非承重应用)时，诸如在儿科患者中或在成人的内踝骨折、韧带联合固定、颌面部骨折或骨软骨骨折中，这些装置目前仅为一个考虑。最近已经引入了一类新的增强的复合生物材料(生物复合材料)，其中可生物吸收性且生物相容性聚合物通过可生物吸收的生物相容性玻璃纤维增强。这些材料可实现改善的机械特性。这些材料还包括增容剂以将聚合物粘合到增强纤维。此类材料的实例在以下两个专利申请中有所描述，所述专利申请就如同在本文中完全列出一样以引用的方式完全包括在本文中：1.Biocompatiblecompositeanditsuse(WO2010122098)2.Resorbableandbiocompatiblefibreglasscompositionsandtheiruses(W02010122019)这些材料已在与这些专利相关的出版物中进一步描述和表征，所述出版物包括1.LehtonenTJ等ActaBiomaterialia9(2013)4868-48772.LehtonenTJ等JMechBehaviorBioMedMaterials.20(2013)376-386
技术介绍
中描述的此类材料的开发已经专注于材料的组成：可生物吸收聚合物、增强矿物纤维、增容剂以及它们之间的组合。已经证明这些组合物能够实现比先前单独使用可生物吸收聚合物所实现的机械特性优越的机械特性。然而，虽然材料组成是可影响医疗植入物的机械特性的一个参数，但是当它涉及复合材料时，材料组成本身并不确保对于植入物而言足以实现其所需的生物机械功能的机械特性。事实上，具有相同组成和相同几何形状的增强复合材料医疗植入物可具有迥然不同的机械特性。此外，即使在相同的植入物内，机械特性可在不同机械轴线之间以及在不同类型的机械强度测量值之间发生极大变化。专利技术概要
技术介绍
未教导或提出具有一个或多个期望的机械特点的生物复合材料。背景亦未教导或提出可实现期望的生物机械功能的此类材料。“生物复合材料”意指生物相容的或适合的复合材料、和/或可与生物组织接触的复合材料、和/或可植入到生物材料中的复合材料、和/或将在所述植入之后降解、再吸收或吸收的复合材料。“生物相容性”意指生物相容的或适合的材料、和/或可与生物组织接触的材料、和/或可植入到生物材料中的材料。在至少一些实施方案中，本专利技术涉及克服
技术介绍
中的缺点的增强生物复合材料。根据至少一些实施方案，提供了并入由此类增强的可生物吸收材料构成的新型结构、排列、取向和形式的医疗植入物。这些医疗植入物具有独特的机械特性。它们具有巨大的临床益处，因为这些植入物的机械特性可显著大于目前可用的可生物吸收聚合物植入物的那些机械特性。如本文所述的术语“机械特性”可任选地包括以下中的一种或多种：弹性模量、拉伸模量、压缩模量、剪切模量、弯矩、惯性矩、弯曲强度、扭转强度、剪切强度、冲击强度、压缩强度和/或拉伸强度。根据至少一些实施方案，植入物在至少一个机械轴线或参数方面与同一植入物内的至少一个其他机械轴线或参数相比，具有改善的机械特性。因此，植入物可被认为是各向异性的。如本文所定义的机械轴线可为绘制通过植入物(任选地穿过植入物的中心)的任何线。如本文所定义的机械参数可包括弯曲强度和刚度(抗弯曲力性)、拉伸强度和刚度(抗拉力性)、压缩强度和刚度(抗压缩力性)、剪切强度和刚度(抗剪切力性)或扭转强度和刚度(抗扭转力性)。任选地，与另一个轴线或参数相比，在一个轴线或参数中改善的机械特性增加至少50％，并且优选地增加至少100％，更优选地增加至少200％、300％、400％，并且最优选地增加至少500％或之间的任何整数值。任选地，与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，在植入物的一个轴线或参数中改善的机械特性可选地或另外地增加至少50％，并且优选地增加至少100％，更优选地增加至少200％、300％、400％，并且最优选地增加至少500％或之间的任何整数值。任选地，改善的机械特性为强度，并且与另一个轴线或参数相比，一个轴线或参数中的强度增加至少50MPa。优选地，强度增加至少100MPa，更优选地增加至少200MPa、300MPa、400MPa，并且最优选地增加至少500MPa或之间的任何整数值。任选地，改善的机械特性为强度，并且与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，植入物的一个轴线或参数中的强度可选地或另外地增加至少50MPa，并且优选地增加至少100MPa，更优选地增加至少200MPa、300MPa、400MPa，并且最优选地增加至少500MPa或之间的任何整数值。任选地，改善的机械特性为弹性模量，并且与另一个轴线或参数相比，一个轴线或参数中的模量增加至少3GPa。优选地，模量增加至少5GPa，更优选地增加至少8GPa、12GPa、16GPa，并且最优选地增加至少20GPa或之间的任何整数值。任选地，改善的机械特性为弹性模量，并且与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，植物的一个轴线或参数中的模量可选地或另外地增加至少3GPa。优选地，模量增加至少5GPa，更优选地增加至少8GPa、12GPa、16GPa，并且最优选地增加至少20GPa或之间的任何整数值。根据至少一些实施方案，与无定形(非对齐)材料相比，植入物的一个或多个片段在一个机械轴线中的各向异性优选地大于10％、50％、100％、200％、300％、500％或之间的任何整数值。根据至少一些实施方案，与另一个轴线相比，植入物的一个或多个片段在一个机械轴线中的各向异性优选地大于10％、50％、100％、200％、500％、1000％或之间的任何整数值。根据至少一些实施方案，提供了在一个机械轴线中与另一个机械轴线相比(例如，弯曲强度相对于拉伸强度)10％、50％、100％、200％、300％或之间的任何整数值的相对更高的强度。根据至少一些实施方案，提供了如与另一个机械轴线相比在一个机械轴线中所测量的10％、30％、50％、100％、200％或之间的任何整数值的相对更高的弹性模量。不希望受限于封闭的列表或单一假设，本文所述的生物复合材料植入物相对于金属或其他永久植入物(包括不可吸收的聚合物和增强的聚合物或复合植入物)表现出显着的益处，它们可被接受它们的受试者的身体吸收，并且因此预期所述植入物在植入之后在体内降解。同样不希望受限于封闭的列表或单一假设，它们相对于先前的可吸收植入物还表现出显着的益处，因为它们在至少一个机械轴线中比非增强可吸收聚合物植入物更坚固且更坚硬。事本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含可吸收结构材料的矫形植入物，其包含可再吸收的增强填料，所述植入物的特征在于强度和刚度特性的各向异性为至少10％、至少20％、至少30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％或之间的任何数目。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.07 US 62/047,0231.一种包含可吸收结构材料的矫形植入物，其包含可再吸收的增强填料，所述植入物的特征在于强度和刚度特性的各向异性为至少10％、至少20％、至少30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％或之间的任何数目。2.如权利要求1所述的植入物，其中与并非由所述可吸收结构材料构造的等效植入物相比，所述植入物的体积减小。3.如权利要求1或2所述的植入物，其中所述植入物可以最小轮廓实现骨固定。4.如权利要求1-3中任一项所述的植入物，其包括承重性可吸收骨植入物。5.如权利要求4所述的植入物，其中所述负荷为至少200MPa、高于300MPa、高于400MPa。6.如权利要求5所述的植入物，其中所述植入物与皮质骨具有类似的刚度。7.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其特征在于与来自高模量(诸如金属)植入物的应力梯级或应力屏蔽的创伤相比，它对包括软组织和骨组织的周围组织引起减少的损伤。8.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中所述可生物降解的复合材料具有6GPa至30GPa范围内的最大挠曲模量和100MPa至1000MPa范围内的挠曲强度。9.如权利要求8所述的植入物，其中挠曲模量为10GPa至28GPa的范围内。10.如权利要求9所述的植入物，其中所述挠曲模量为15至25GPa的范围内。11.如权利要求8-10中任一项所述的植入物，其中挠曲强度为200-800MPa的范围内。12.如权利要求11所述的植入物，其中挠曲强度为400-800MPa的范围内。13.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中所述复合材料的平均密度为1.3-3.0g/cm3的范围内。14.如权利要求13所述的植入物，其中所述复合材料的平均密度为1.4-2.0g/cm3的范围内。15.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中在一个月植入之后保持至少80％的挠曲强度。16.如权利要求15所述的植入物，其中在三个月植入之后保持至少80％的挠曲强度。17.如权利要求16所述的植入物，其中在三个月植入之后保持至少90％的挠曲强度。18.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中具有2mm外直径的销针或引线具有大于400N的剪切负荷承载能力。19.如权利要求18所述的植入物，其中所述剪切负荷承载能力大于600N。20.如权利要求19所述的植入物，其中所述剪切负荷承载能力大于800N。21.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中所述植入物的挠曲/弯曲刚度相对大于其拉伸刚度或压缩刚度，并且所述植入物的挠曲/弯曲强度相对大于其拉伸强度或压缩强度。22.如权利要求21所述的植入物，其中所述差异大于5％。23.如权利要求22所述的植入物，其中所述差异大于10％、20％、30％、40％、50％或60％或之间的任何整数。24.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其在至少一个机械轴线或参数中与同一植入物内的至少一个其他机械轴线或参数相比，具有改善的机械特性，以使得所述植入物是各向异性的。25.如权利要求24所述的植入物，其中所述机械参数包括以下参数中的一种或多种：弯曲强度和刚度(抗弯曲力性)、拉伸强度和刚度(抗拉力性)、压缩强度和刚度(抗压缩力性)、剪切强度和刚度(抗剪切力性)、或扭转强度和刚度(抗扭转力性)。26.如权利要求24和25所述的植入物，其中与另一个轴线或参数相比，在一个轴线或参数中的所述改善的机械特性增加至少50％，并且增加至少100％，增加至少200％、300％、400％，并且增加至少500％或之间的任何整数值。27.如权利要求24-26中任一项所述的植入物，其中与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，所述植入物在一个轴线或参数中的所述改善的机械特性增加至少50％，并且增加至少100％，增加至少200％、300％、400％，并且增加至少500％或之间的任何整数值。28.如权利要求24-27中任一项所述的植入物，其中所述改善的机械特性是强度，并且与另一个轴线或参数相比，在一个轴线或参数中的所述强度增加至少50MPa，增加至少100MPa，增加至少200MPa、300MPa、400MPa，并且增加至少500MPa或之间的任何整数值。29.如权利要求24-28中任一项所述的植入物，其中所述改善的机械特性是强度，并且与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，与另一个轴线或参数相比，所述植入物在一个轴线或参数中的所述强度增加至少50MPa，增加至少100MPa，增加至少200MPa、300MPa、400MPa，并且增加至少500MPa或之间的任何整数值。30.如权利要求24-29中任一项所述的植入物，其中所述改善的机械特性是弹性模量，并且与另一个轴线或参数相比，在一个轴线或参数中的所述模量增加至少3GPa，增加至少5GPa，增加至少8GPa、12GPa、16GPa，并且增加至少20GPa或之间的任何整数值。31.如权利要求24-30中任一项所述的植入物，其中所述改善的机械特性是弹性模量，并且与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，所述植入物在一个轴线或参数中的所述模量可选地或另外地增加至少3GPa，增加至少5GPa，增加至少8GPa、12GPa、16GPa，并且增加至少20GPa或之间的任何整数值。32.如以上权利要求中任一项所述的植入物，与无定形(非对齐)材料相比，植入物的一个或多个片段在一个机械轴线中的各向异性大于10％、50％、100％、200％、300％、500％或之间的任何整数值。33.如以上权利要求中任一项所述的植入物，与另一个轴线相比，植入物的一个或多个片段在一个机械轴线中的各向异性大于10％、50％、100％、200％、500％、1000％或之间的任何整数值。34.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其特征在于具有在一个机械轴线中与另一个机械轴线相比(即，弯曲强度相对于拉伸强度)10％、50％、100％、200％、300％或之间的任何整数值的相对更高的强度。35.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其具有如与另一个机械轴线相比在一个机械轴线中测量的10％、30％、50％、100％、200％或之间的任何整数值的相对更高的弹性模量。36.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中承重性质包括以下的挠曲强度：高于200MPa、高于300MPa、高于400MPa、500MPa、以及高于600MPa或之间的任何整数值。37.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中所述复合材料的平均密度为1.1-3.0g/cm3的范围内。38.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中所述复合材料的平均密度为1.2-2.0g/cm3的范围内。39.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中所述复合材料的平均密度为1.3-1.6g/cm3的范围内。40.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中挠曲模量为10GPa至28GPa的范围内。41.如权利要求40所述的植入物，其中挠曲模量为15至25GPa的范围内。42.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中挠曲强度为200-800MPa的范围内。43.如权利要求42所述的植入物，其中挠曲强度为400-800MPa的范围内。44.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中所述可生物降解的复合材料包括可生物降解的聚合物。45.如权利要求44所述的植入物，其中所述可生物降解的聚合物包括均聚物或共聚物。46.如权利要求45所述的植入物，其中所述共聚物包括无规共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物。47.如权利要求45或46所述的植入物，其中所述聚合物包括具有天然或合成来源的线性聚合物、支化聚合物或树枝状聚合物。48.如权利要求47所述的植入物，其中所述聚合物包括丙交酯、乙交酯、己内酯、戊内酯、碳酸酯(例如，三亚甲基碳酸酯、四亚甲基碳酸酯等)、二氧杂环己酮(例如，1,4-二氧杂环己酮)、δ-戊内酯、l,二氧杂环庚酮)例如l,4-二氧杂环庚-2-酮和l,5-二氧杂环庚-2-酮)、乙二醇、环氧乙烷、酯酰胺、γ-羟基戊酸酯、β-羟基丙酸酯、α-羟基酸、羟基丁酸酯、聚(原酸酯)、羟基链烷酸酯、酪氨酸碳酸酯、聚酰亚胺碳酸酯、聚亚氨基碳酸酯诸如聚(双酚A-亚氨基碳酸酯)和聚(氢醌-亚氨基碳酸酯、(聚氨酯、聚酐、聚合物药物(例如聚二氟尼柳、聚阿司匹林和蛋白质治疗剂)、糖；淀粉、纤维素和纤维素衍生物、多糖、胶原、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、多肽、蛋白质、聚(氨基酸)、聚丙交酯(PLA)、聚-L-丙交酯(PLLA)、聚-DL-丙交酯(PDLLA)；聚乙交酯(PGA)；乙交酯的共聚物、乙交酯/三亚甲基碳酸酯共聚物(PGA/TMC)；PLA的其他共聚物，诸如丙交酯/四甲基乙交酯共聚物、丙交酯/三亚甲基碳酸酯共聚物、丙交酯/d-戊内酯共聚物、丙交酯/ε-己内酯共聚物、L-丙交酯/DL-丙交酯共聚物、乙交酯/L-丙交酯共聚物(PGA/PLLA)、聚丙交酯-共-乙交酯；PLA的三聚物，诸如丙交酯/乙交酯/三亚甲基碳酸酯三聚物、丙交酯/乙交酯/ε-己内酯三聚物、PLA/聚环氧乙烷共聚物；聚缩酚肽；非对称-3,6-取代的聚-1,4-二氧六环-2,5-二酮；聚羟基链烷酸酯；诸如聚羟基丁酸酯(PHB)；PHB/b-羟基戊酸酯共聚物(PHB/PHV)；聚-b-羟基丙酸酯(PHPA)；聚-对-二氧环己酮(PDS)；聚-d-戊内酯-聚-ε-己内酯、聚(ε-己内酯-DL-丙交酯)共聚物；甲基丙烯酸甲酯-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物；聚酯酰胺；草酸的聚酯；聚二氢吡喃；聚烷基-2-氰基丙烯酸酯；聚氨酯(PU)；聚乙烯醇(PVA)；多肽；聚-b-苹果酸(PMLA)：聚-b-链烷酸；聚碳酸酯；聚原酸酯；聚磷酸酯；聚(酯酸酐)；及其混合物；及其衍生物、共聚物和混合物。49.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中所述聚合物为聚合物基体形式。50.如权利要求49所述的植入物，其中所述聚合物基体包括选自由以下组成的组的聚合物：PLLA(聚-L-丙交酯)、PDLLA(聚-DL-丙交酯)、PLDLA、PGA(聚乙醇酸)、PLGA(聚丙交酯-乙醇酸)、PCL(聚己内酯)、PLLA-PCL及其组合。51.如权利要求50所述的植入物，其中如果使用PLLA，则所述基体包含至少30％50％或至少70％PLLA。52.如权利要求50或51所述的植入物，其中如果使用PDLA，则所述基体包含至少5％、至少10％或至少20％PDLA。53.如权利要求49-52中任一项所述的植入物，其中所述聚合物基体的特性粘度(IV)单独为0.2-6dl/g、1.0至3.0dl/g、1.5至2.4dl/g、或1.6至2.0dl/g的范围内，其中IV根据聚合物溶液通过窄毛细管的流动时间相对于纯溶剂通过毛细管的流动时间来测量。54.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其中所述增强填料包含多种增强纤维。55.如权利要求54所述的植入物，其中增强纤维与生物聚合物的重量比为1:1至3:1的范围内。56.如权利要求55所述的植入物，其中所述重量比为1.5:1至2.5:1的范围内。57.如权利要求54-56中任一项所述的植入物，其中平均纤维直径为5与50μm之间。58.如权利要求57所述的植入物，其中所述直径为10-30μm之间。59.如权利要求54-58中任一项所述的植入物，其中所述纤维平行对齐。60.如权利要求54-59中任一项所述的植入物，其中所述纤维层的厚度为0.1至1mm。61.如权利要求60所述的植入物，其中所述纤维层的厚度为0.15至0.25mm。62.如54-61中任一项所述的植入物，其中所述多种纤维包括可生物降解的玻璃、纤维素材料、纳米金刚石或所述可生物降解的聚合物。63.如以上权利要求中任一项所述的植入物，其具有超过10GPa的挠曲模量和超过100MPa的挠曲强度。64.如权利要求63所述的植入物，其具有超过15GPa的挠曲模量和超过150MPa的挠曲强度。65....

【专利技术属性】
技术研发人员：O·普锐斯布鲁姆，T·P·林德纳，
申请(专利权)人：奥西奥有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL