抗菌生物医学植入物以及相关的材料、装置和方法制造方法及图纸

用于改善生物医学植入物的抗菌特性的方法以及根据此类方法制造的相关植入物。在一些实施方式中，可对包含氮化硅陶瓷材料的生物医学植入物进行表面粗糙化处理，以将生物医学植入物的至少一部分的表面粗糙度增加至具有至少约500nm Ra的算术平均值的粗糙度轮廓。在一些实施方式中，可将涂层施加到生物医学植入物。这种涂层可包含氮化硅陶瓷材料，并且可代替表面粗糙化处理过程或者除了表面粗糙化处理过程之外进行施加。

Antimicrobial biomedical implants and related materials, devices and methods

Methods for improving the antibacterial properties of biomedical implants and related implants manufactured in accordance with such methods. In some embodiments, the surface roughness of a biomedical implant containing silicon nitride ceramic material may be treated to increase the surface roughness of at least a portion of the biomedical implant to a roughness profile having an arithmetic mean of at least about 500 nm RA. In some embodiments, a coating may be applied to a biomedical implant. The coating may comprise a silicon nitride ceramic material and may be applied instead of or in addition to the surface roughening process.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抗菌生物医学植入物以及相关的材料、装置和方法
本公开总体上涉及抗菌生物医学植入物，并且具体地涉及用于改善椎间脊柱植入物的抗菌特性的材料、装置和方法。
技术介绍
聚合物材料在骨整合和微生物抗性方面都很差。先前克服这种问题的工作涉及将抗微生物或成骨材料包含在聚合物材料上或聚合物材料中。在这些情况下，羟基磷灰石通常被用作改善骨传导的材料，而抗微生物化合物通常是银或抗生素。然而，需要使用一种材料来改善聚合物材料的成骨和抗感染性质。考虑到这些观察，除其他事项之外，构思和发展了本公开的各个方面。
技术实现思路
需要具有抗菌性质的改善的生物医学植入物。因此，本公开的一个实施方案可包括用于改善生物医学植入物的抗菌特性的方法。所述方法可包括以下步骤：提供生物医学植入物；以及向生物医学植入物加载约10％至约20％的粉末，其中所述粉末包含氮化硅材料。所述方法还可包括将生物医学植入物的至少一部分的表面粗糙度增加至具有至少约500nmRa的算术平均值的粗糙度轮廓以改善生物医学植入物的抗菌特性，所述表面粗糙度的增加是通过微机械加工、研磨、抛光、激光蚀刻、激光纹理化、喷砂或其他喷磨、化学蚀刻、热蚀刻和等离子蚀刻中的至少一种完成。氮化硅材料可选自由以下组成的组：α-Si3N4、β-Si3N4、β-SiYAlON及其组合。生物医学植入物可以是椎间脊柱植入物。生物医学植入物可包含聚醚醚酮(PEEK)、钛、PEEK和β-Si3N4粉末或PEEK和β-SiYAlON粉末。在其他实施方案中，所述方法还可包括将氮化硅涂层施加到生物医学植入物。增加生物医学植入物的至少一部分的表面粗糙度的步骤可以在将涂层施加到生物医学植入物的步骤之后进行，并且增加生物医学植入物的至少一部分的表面粗糙度的步骤可包括增加涂层的至少一部分的表面粗糙度。将生物医学植入物的至少一部分的表面粗糙度增加至具有至少约1,250nmRa或在约2,000nmRa与约5,000nmRa之间的算术平均值的粗糙度轮廓的步骤。本公开的另一种实施方式可以采用具有改善的抗菌特性的生物医学植入物的形式。生物医学植入物可包含聚合物或金属基底材料；和约10％至约20％的粉末，其中所述粉末包含氮化硅材料。植入物的至少一部分可具有算术平均值为至少约500nmRa的增加的表面粗糙度轮廓，所述增加的表面粗糙度轮廓是通过微机械加工、研磨、抛光、激光蚀刻、激光纹理化、喷砂或其他喷磨、化学蚀刻、热蚀刻和等离子蚀刻中的至少一种产生的。氮化硅材料可选自由以下组成的组：α-Si3N4、β-Si3N4、β-SiYAlON及其组合。基底材料可包括聚醚醚酮(PEEK)、钛、PEEKβ-Si3N4粉末或PEEK和15％β-SiYAlON粉末。生物医学植入物可以是椎间脊柱植入物、髋植入物或骨螺钉。生物医学植入物可包括髋植入物，其中在髋植入物的股骨柄上具有氮化硅涂层。生物医学植入物还可包括生物医学植入物上的氮化硅涂层。附图说明本文的书面公开描述了非限制性且非穷举性的说明性实施方案。参考附图中描绘的某些此类说明性实施方案，在附图中：根据本公开的一个方面，图1A是脊柱植入物的一个实施方案的透视图；图1B是在对植入物施加表面粗糙化处理之后图1A的脊柱植入物的透视图；并且图1C是图1B的脊柱植入物的透视图，所述脊柱植入物具有用于使植入物迁移最小化的表面特征部；根据本公开的一个方面，图2A是其上施加有涂层的脊柱植入物的另一个实施方案的透视图；并且图2B是在对植入物的涂层施加表面粗糙化处理之后图2A的实施方案的透视图；根据本公开的一个方面，图3A是髋柄植入物的实施方案的透视图，所述髋柄植入物具有施加到植入物的一部分的涂层；并且图3B是在对植入物的涂层施加表面粗糙化处理之后图3A的实施方案的透视图；图4A是沿图3A中的线4A-4A截取的剖视图；并且图4B是沿图3B中的线4B-4B截取的剖视图；根据本公开的一个方面，图5A是骨螺钉植入物的实施方案的透视图；并且图5B是在对植入物施加表面粗糙化处理之后图5A的实施方案的透视图；根据本公开的一个方面，图6A示出了单片PEEK上的SaOS-2细胞的荧光光谱图像；图6B示出了具有15％α-Si3N4的PEEK上的SaOS-2细胞的荧光光谱图像；图6C示出了具有15％β-Si3N4的PEEK上的SaOS-2细胞的荧光光谱图像；并且图6D示出了具有15％β-SiYAlON的PEEK上的SaOS-2细胞的荧光光谱图像；根据本公开的一个方面，图7是基于荧光显微镜检查的细胞计数结果的图；根据本公开的一个方面，图8A示出了在暴露于SaOS-2细胞之前和之后的单片PEEK的SEM图像；图8B示出了在暴露于SaOS-2细胞之前和之后的具有15％α-Si3N4的PEEK的SEM图像；图8C示出了在暴露于SaOS-2细胞之前和之后的具有15％β-Si3N4的PEEK的SEM图像；并且图8D示出了在暴露于SaOS-2细胞之前和之后的具有15％β-SiYAlON的PEEK的SEM图像；根据本公开的一个方面，图9是基底材料的3D激光显微镜检查结果的图，其示出了骨磷灰石体积；根据本公开的一个方面，图10A是在暴露于SaOS-2细胞7天之后β-SiYAlON填充的PEEK的拉曼微探针光谱图像；并且图10B是在暴露于SaOS-2细胞7天之后β-SiYAlON填充的PEEK的拉曼强度的图；根据本公开的一个方面，图11A示出了单片PEEK上的表皮葡萄球菌(S.epidermis)的DAPI/CFDA染色的荧光显微图像；图11B示出了具有15％α-Si3N4的PEEK上的表皮葡萄球菌的DAPI/CFDA染色的荧光显微图像；图11C示出了具有15％β-Si3N4的PEEK上的表皮葡萄球菌的DAPI/CFDA染色的荧光显微图像；并且图11D示出了具有15％β-SiYAlON的PEEK上的表皮葡萄球菌的DAPI/CFDA染色的荧光显微图像。根据本公开的一个方面，根据本公开的一个方面，图12是各种基底上的CFDA/DAPI染色阳性细胞的结果图根据本公开的一个方面，图13是每种基底的WST测定结果(450nm处的吸光度)的图。具体实施方式参考附图将最佳地理解本文所述的实施方案，其中相同部分始终由相同标号表示。将易于理解的是，如总体上在本文附图中所描述和说明的，本公开的部件可被布置和设计成很多种不同的配置。因此，以下对装置的实施方案的更详细描述并不意图限制本公开的范围，而仅是表现出本公开可能的实施方案。在一些情况下，并未详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作。本文公开了装置、方法和系统的各种实施方案，其涉及具有抗菌特性的生物医学植入物以及用于改善此类植入物的抗菌功能和/或特性的材料和方法。在优选的实施方案中，提供了氮化硅陶瓷植入物，在一些实施方案中，可以处理所述植入物以改善它们的抗菌特性和/或其他希望的特性。例如，本文公开的实施方案和实施方式可导致改善细菌吸附和生物膜形成的抑制、改善蛋白质吸附和/或增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于改善生物医学植入物的抗菌特性的方法，所述方法包括以下步骤：/n提供生物医学植入物(200)；和/n向所述生物医学植入物(200)加载约10％至约20％的粉末，其中所述粉末包含β-氮化硅材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170327 US 15/470,6371.一种用于改善生物医学植入物的抗菌特性的方法，所述方法包括以下步骤：
提供生物医学植入物(200)；和
向所述生物医学植入物(200)加载约10％至约20％的粉末，其中所述粉末包含β-氮化硅材料。


2.如权利要求1所述的方法，其还包括：
将所述生物医学植入物(200)的至少一部分的表面粗糙度增加至具有至少约500nmRa的算术平均值的粗糙度轮廓以改善所述生物医学植入物的抗菌特性，所述表面粗糙度的增加是通过微机械加工、研磨、抛光、激光蚀刻、激光纹理化、喷砂或其他喷磨、化学蚀刻、热蚀刻和等离子蚀刻中的至少一种完成。


3.如权利要求1所述的方法，其中所述氮化硅材料选自由以下组成的组：β-Si3N4、β-SiYAlON及其组合。


4.如权利要求1所述的方法，其中所述生物医学植入物(200)包括椎间脊柱植入物。


5.如权利要求1所述的方法，其中所述生物医学植入物(200)包含聚醚醚酮(PEEK)和钛中的至少一种。


6.如权利要求1所述的方法，其中所述生物医学植入物(200)包含PEEK和15％β-Si3N4粉末。


7.如权利要求1所述的方法，其中所述生物医学植入物(200)包含PEEK和15％β-SiYAlON粉末。


8.如权利要求2所述的方法，其还包括：
将氮化硅涂层(220)施加到所述生物医学植入物(200)。


9.如权利要求8所述的方法，其中增加所述生物医学植入物(200)的至少一部分的表面粗糙度的所述步骤是在将涂层(220)施加到所述生物医学植入物(200)的所述步骤之后进行，并且其中增加所述生物医学植入物(200)的至少一部分的表面粗糙度的所述步骤包括增加所述涂层(220)的至少一部分的表面粗糙度。


10.如权利要求2所述的方法，其中将所述生物医学植入物(200)的至少一部分的表面粗糙度增加至具有至少约1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：BJ麦肯泰尔，R拉克什米纳拉亚南，K戴维斯，N格里马尔迪，G佩佐蒂，
申请(专利权)人：辛特科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US