纤维束增强的生物复合材料医用植入物制造技术

一种医用植入物，该医用植入物包括多于一个纤维束，每个纤维束包括聚合物和多于一根单向地对齐的连续增强纤维。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维束增强的生物复合材料医用植入物背景永久性矫形植入物材料医用植入物可以由金属、合金、陶瓷或既可降解又稳定的复合材料制造。在需要高强度的承重矫形应用中，通常使用不锈钢或钛合金。金属植入物在矫形手术中具有悠久的成功使用历史，但也具有许多关于并发症的风险。尽管这些材料是惰性的，但它们还用于其中对植入物的需求仅仅是暂时的情况，如用于骨折固定术(fracturefixation)。在用于骨折固定术的金属棒和金属板的情况下，用于装置移除的二次手术可能在确认骨融合(osseousunion)之后约一年被推荐。植入物移除造成患者另外的风险和增加的发病率、占据诊所的可用性并且增加总的手术成本(procedurecost)。如果装置不被移除，则它可能造成骨骼的重塑。这种重塑由于宿主组织的应力遮挡(stressshielding)或炎症又可能削弱骨骼。与皮质骨(corticalbone)的刚度和强度相比，应力遮挡可能由于金属的高刚度(模量)和高强度而发生，使得金属加应力于骨骼，这可能导致假体周围骨折(periprostheticfracture)或骨强度的损失。传统上已经由金属合金构造的承重医用植入物的实例包括骨板、骨棒、骨螺钉、骨图钉(bonetack)、骨钉(bonenail)、骨夹(boneclamp)和骨销(bonepin)，用于骨折的固定和/或截骨术(osteotomy)，以使骨碎片固定用于愈合。其它实例包括颈部楔(cervicalwedge)、腰椎笼(lumbarcage)以及用于脊椎融合和脊柱手术中其它操作的板和螺钉。生物稳定的聚合物及其复合材料例如基于聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚硅氧烷和丙烯酸类聚合物也已经被用于制造医用植入物。这些材料不是可生物降解的或可生物再吸收的，并且因此当用于医用植入物应用时，它们面临许多与金属相同的限制。例如，它们可能需要二次手术用于在植入物使用寿命的某点替换或移除植入物。此外，这些材料比金属更脆弱(较低的强度和刚度)，使得它们更容易受到机械故障影响，特别是在重复动态负载(repeateddynamicloading)(即通过材料疲劳或蠕变)之后。现有的可降解聚合物医用植入物可再吸收的聚合物已经被用于开发可再吸收的植入物(resorbableimplant)，可再吸收的植入物也可以被称为可吸收的(absorbable)、可生物吸收的或可生物降解的植入物。使用生物相容的、可再吸收的聚合物的优点是，聚合物以及由此植入物在体内再吸收并且释放被身体清除的无毒降解产物。聚合物，包括聚乳酸和聚乙醇酸以及聚二氧杂环己酮(polydioxanone)，是可再吸收的生物相容材料，该可再吸收的生物相容材料目前被用作矫形板、矫形棒、矫形锚、矫形销或矫形螺钉，以用于非承重医用植入物应用，例如颅面应用(craniofacialapplication)。这些医用植入物材料提供最终再吸收的优点，消除以后移除的需求，同时允许应力转移到重塑骨折。然而，目前的可生物吸收的材料和植入物不具有匹配金属植入物的机械性质。非增强的可再吸收聚合物的机械强度和模量(约3GPa-5GPa)不足以支撑断裂的皮质骨，断裂的皮质骨具有在约15GPa-20GPa的范围内的弹性模量(SnyderSM等人，测量人类胫骨(tibialbone)的弯曲模量为约17.5GPa，在SnyderSMSchneiderE,JournalofOrthopedicResearch,第9卷,1991,第422-431页)。因此，由可再吸收聚合物构建的现有医用植入物的指征被限制，并且现有医用植入物的固定通常需要保护免于移动或显著负载。当需要低应力区域(即，非承重应用)的固定时，例如在儿科患者中或在成人的内踝骨折(medialmalleolarfracture)、胫排联合固定(syndesmoticfixation)、颌面部骨折或骨软骨骨折中，这些装置仅是考虑。增强的可降解聚合物材料最近，已经介绍了具有改进的强度和刚度(模量)的增强的聚合物材料。这些可生物降解的复合材料包括由通常呈纤维形式的填料增强的聚合物。在复合材料中，通常将相对柔性的基质(即聚合物)与刚性的和坚固的增强材料组合，以增强复合材料基质的机械性质。例如，可生物降解的玻璃或矿物材料可以被用于改进可生物降解的聚合物基质的刚度和强度。在
技术介绍
中，报道了生产这样的复合材料的几种尝试，其中生物活性玻璃颗粒、羟基磷灰石粉末或短玻璃纤维被用于增强可生物降解的聚合物的性质。在大部分情况下，这些复合材料的强度和刚度比皮质骨低，或在生理环境中快速降解之后变得比皮质骨低。因此，这些复合材料中的大部分不适于在承重的医用植入物应用中使用。然而，最近已经报道了强度和刚度等于或大于皮质骨的可生物降解的复合材料，例如包含可生物降解的聚合物和20vol％-70vol％玻璃纤维的可生物降解的复合材料(WO2010128039A1)。其它复合材料植入物，例如由利用纤维增强的聚合物形成的复合材料植入物，在美国专利4,750,905、5,181,930、5,397,358、5,009,664、5,064,439、4,978,360、7,419,714中公开，其公开内容通过引用并入本文。增强的可降解聚合物材料的降解机理当可生物降解的复合材料用于承重的医用植入物应用，例如用于固定骨折时，医用植入物的机械性质必须被保持持续延长的时间。复合材料的降解将导致植入物的强度或刚度的过早损失(prematureloss)，并且可能导致植入物功能故障，例如骨节段(bonesegment)的不充分固定造成不适当的骨愈合。不幸地，一旦可生物降解的复合材料与体液接触，可生物降解的复合材料将开始水解地降解。此降解可能是可生物降解的聚合物的降解、增强填料的降解或两者的结果。在水环境例如生理环境中的这样的降解，特别可能导致某些由无机化合物增强的增强聚合物材料的机械强度和刚度的急剧下降。在可吸收的聚合物基质是有机材料并且填料是无机化合物的情况下，可吸收的聚合物基质和填料之间的粘附(adhesion)可以通过聚合物或填料在水环境中的降解而减小，并且变得迅速地减小，使得增强的聚合物的初始机械性质迅速地下降，并且对于足够的承重性能而言变得不太理想。除了聚合物和填料分别地降解之外，聚合物与增强物(reinforcement)界面的不良的相互作用和粘附可能导致水环境中界面处的早期故障，从而在增强物从聚合物中分离并且填料的增强效果损失时导致急剧的机械性质下降。等人(WO2006/114483)描述了一种复合材料，该复合材料在聚合物基质中包含两种增强纤维，一种是聚合物纤维并且一种是陶瓷纤维；并且报道了等效于皮质骨的性质的良好初始机械结果(420+/-39MPa的弯曲强度和21.5GPa的弯曲模量)。然而，现有技术教导，用可吸收玻璃纤维增强的可生物吸收的复合材料具有高的初始弯曲模量，但是它们在体外迅速地损失其强度和模量。虽然聚合物和增强物之间的改进的界面结合(例如共价键本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医用植入物，包括多于一个增强纤维束以及结合所述纤维束的聚合物，每个纤维束具有轴线、包含沿着所述束的所述轴线在所述轴线的0度至5度内对齐的多于一根纤维；其中所述聚合物和所述纤维束是可生物降解的；并且其中所述纤维在每个束内被隔开不超过100微米。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171220 US 62/608,5421.一种医用植入物，包括多于一个增强纤维束以及结合所述纤维束的聚合物，每个纤维束具有轴线、包含沿着所述束的所述轴线在所述轴线的0度至5度内对齐的多于一根纤维；其中所述聚合物和所述纤维束是可生物降解的；并且其中所述纤维在每个束内被隔开不超过100微米。


2.如权利要求1所述的医用植入物，其中所述纤维束被嵌入所述聚合物中。


3.如权利要求1所述的医用植入物，其中所述纤维束与所述聚合物混合。


4.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述纤维相对于所述纤维束的轴线的所述对齐在0度至1度之间。


5.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述束内的纤维之间的距离在0-50微米的范围内。


6.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述束内的纤维之间的距离在0-30微米的范围内。


7.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述束内的纤维之间的距离在0-20微米的范围内。


8.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述束内的纤维之间的距离在0-10微米的范围内。


9.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述医用植入物内的所述纤维束被隔开小于200微米。


10.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述医用植入物内的所述纤维束被隔开5微米-60微米。


11.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述医用植入物内的所述纤维束被隔开10微米-40微米。


12.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述医用植入物内的所述纤维束被隔开10微米-30微米。


13.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述医用植入物内的所述纤维束被隔开10微米-50微米。


14.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述医用植入物内的相邻纤维束彼此偏移15度至75度的角度。


15.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述医用植入物内的相邻纤维束彼此偏移30度至60度的角度。


16.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述纤维包含增强矿物组合物。


17.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述植入物内的矿物含量在40％-60％w/w的范围内。


18.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述植入物内的矿物含量在45％-55％w/w的范围内。


19.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述束内的矿物含量在40％-70％w/w的范围内。


20.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述束内的矿物含量在50％-70％w/w的范围内。


21.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，所述医用植入物另外包含增容剂，其中增容剂的重量含量小于0.5％w/w。


22.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述聚合物包括聚乳酸聚合物的L异构体和D异构体。


23.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述聚合物的L:D异构体的比在60:40至98:2的范围内。


24.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述聚合物的L:D异构体的比在70:30至96:4的范围内。


25.如权利要求22-24中任一项所述的医用植入物，其中所述聚合物包括聚-LD-丙交酯(PLDLA)。


26.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述聚合物包括聚丙交酯(PLA)、聚-L-丙交酯(PLLA)、聚-DL-丙交酯(PDLLA)、聚-LD-丙交酯(PLDLA)；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的其它共聚物，例如丙交酯/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的三元共聚物，例如丙交酯/乙交酯/三亚甲基碳酸酯三元共聚物、丙交酯/乙交酯/ε-己内酯三元共聚物、PLA/聚环氧乙烷共聚物；聚缩酚酸肽；不对称-3,6-取代的聚-1,4-二氧六环-2,5-二酮；聚羟基链烷酸酯，例如聚羟基丁酸酯(PHB)、PHB/b-羟基戊酸酯共聚物(PHB/PHV)、聚-b-羟基丙酸酯(PHPA)；聚对二氧杂环己酮(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；以及天然聚合物，例如糖；淀粉、纤维素和纤维素衍生物、多糖、胶原蛋白、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、多肽和蛋白质、或其混合物。


27.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中每个纤维束包含3根-500根之间的增强纤维。


28.如权利要求27所述的医用植入物，其中每个束包含在每个束中的20根-300根之间的增强纤维。


29.如权利要求28所述的医用植入物，其中每个束包含25根-200根之间的增强纤维。


30.如权利要求27所述的医用植入物，其中每个束包含3根-100根之间的增强纤维。


31.如权利要求30所述的医用植入物，其中每个束包含5根-50根之间的增强纤维。


32.如权利要求31所述的医用植入物，其中每个束包含8根-16根之间的增强纤维。


33.如上述权利要求中任一项所述的医用植入物，其中所述束的直径是从35微米至6500微米。


34.如权利要求33所述的医用植入物，其中所述束的直径是从250微米至4000微米。


35.如权利要求34所述的医用植入物，其中所述束的直径是从325微米至2600微米。


36.如权利要求33所述的医用植入物，其中所述束的直径是从35微米至1300微米。


37.如权利要求36所述的医用植入物，其中所述束的直径是从65微米至650微米。


38.如权利要求37所述的医用植入物，其中所述束的直径是从100...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·普赖斯布鲁姆，T·P·林德纳，伊兰·奥列格·乌切泰尔，塔尔·泽维，
申请(专利权)人：奥西西奥有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL