用于医疗设备的高模量合金制造技术

具有高模量合金的医疗设备，诸如，植入物。所述合金包括具有多种难熔金属的生物相容性难熔金属基合金。在各种实施例中，所述合金具有高于约300GPa的弹性模量，并且包括钨、钼以及钨。及钨。及钨。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于医疗设备的高模量合金
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年1月22日提交的第62/964,578号美国临时专利申请的权益和优先权，其全部公开内容通过引用的方式并入本文。


[0003]本专利技术技术总体涉及医疗设备，更具体地涉及用于医疗设备的高模量合金。

技术介绍

[0004]对于外科手术植入物，希望使设备廓形最小化并增加植入物的刚度或弹性模量。示例植入程序是用于脊柱融合或矫正的植入物。
[0005]刚度趋于使运动最小化并优化被接合或以其他方式固定的脊柱节段的稳定性。
[0006]希望材料具有足够的刚度和可接受的耐腐蚀性。
[0007]Co
‑
Cr
‑
Mo合金和奥氏体不锈钢(304I，316L)以及低模量钛合金(Ti6Al4V等)是市场上的示例材料。
[0008]在预期的成本范围内，性能更好的材料是医疗植入物所需要的。

技术实现思路

[0009]本专利技术的系统、过程以及技术总体上涉及用于医疗设备(诸如，医疗植入物)的高模量合金。
[0010]在各个方面，本专利技术提供了一种具有高模量合金的医疗设备，诸如，植入物或设备。所述合金包括具有多种难熔金属的生物相容性难熔金属基合金。在各种实施例中，所述合金具有高于约300GPa的弹性模量，并且包括钨、钼以及钨。
[0011]在其他方面，本专利技术提供了用于使上文要求保护或上文进一步描述的任何合金熔化和形成的方法。
附图说明
[0012]图1示出了各种植入物合金的强度和模量值。
[0013]图2示出了各种材料的强度与模量的关系。此视图可以称为阿什比图。其比较了常规生物玻璃、生物金属以及生物医学BMG的这些机械特性。
[0014]图3是示出各种材料的局部腐蚀电位(mV与SCE)值的表格。测试包括在0.9％NaCl溶液中在37摄氏度的机械抛光表面上进行的修改的ASTM F746测试。数据被复制。
[0015]图4是示出在(1)0.5M NaCl+0.1M HCl、(2)0.5M NaCl，以及(3)0.5M NaCl+0.1M NaOH溶液中腐蚀电位与试样组成的相依性的线图。
[0016]图5示出了前颈椎间盘切除和融合的示例。
[0017]图6示出了示例后颈椎融合。
[0018]图7示出了多节段脊柱融合的侧视图和后视图，包括连接锚固在患者椎骨中的螺
钉组的脊柱杆。
[0019]图8也示出了多节段脊柱融合的后视图，包括连接锚固在患者椎骨中的螺钉组的脊柱杆，以及接合左杆和右杆的连接器。
[0020]图9示出了示例脊柱系统。系统使用Co
‑
28Cr
‑
8Mo合金，其典型机械特性如下表所示。
[0021]图10示出了对应于01型和02型的机械测试要求的表格。
[0022]图11示出了远离患者执行的示例性手动杆弯曲过程。
[0023]图12示出了在原位执行的示例手动杆弯曲过程，其中杆已被植入。
[0024]图13示出了突出被称为难熔元素的基团的周期表。
[0025]图14是示出选定材料的各种特性值的表格。
[0026]图15是在环境影响方面比较难熔金属的表格。此处引用出版物，金属生命周期评估：科学合成论文，Nuss P&Eckelman MJ，2014(Life Cycle Assessment of Metals:A Scientific Synthesys paper,Nuss P&Eckelman MJ,2014)。
[0027]图16是示出难熔金属的延脆转变行为与温度的图表。
[0028]图17是示出两条硬度曲线的图表。
[0029]图18是示出选定金属的极限抗拉强度对布氏硬度的汇编的图表。
[0030]图19是示出铼的合金化添加对延展性的影响的图表。
[0031]图20示出了钨
‑
钼的相图。
[0032]图21示出了钼
‑
铌的相图。
[0033]图22示出了钨
‑
钽的相图。
[0034]图23示出了钼
‑
钽的相图。
[0035]图24是钼
‑
铬的相图。
[0036]图25示出了钨
‑
铬的相图。
[0037]图26是钨
‑
钼
‑
铬三元的相图，
[0038]图27是示出各种材料的特性的表格。
[0039]图28是示出用于各种实施例的本专利技术的合金的元素选项的磁化率(X10^
‑
6ppm)值的表格。
[0040]图29是汇总选定植入金属和合金的磁化率水平的表格。
[0041]图30示出了各种材料的硬度值。
[0042]图31示出了描述钼金属轧制产品生产的流程图。
[0043]图32示出了在径向上测得的锻造75％的W和W
‑
Re盘的拉伸特性，作为测试温度的函数。
[0044]图33示出了钼
‑
铼的相图。
[0045]图34示出了钨
‑
铼的相图。
[0046]图35示出了铼
‑
钽的相图。
[0047]图36示出了铼
‑
铌的相图。
[0048]图37示出了铼
‑
铬的相图。
[0049]图38示出了钼47.5％铼的特性。
[0050]图39是示出在100K下具有通常存在于超级合金中的选定金属元素的一些氧化物
的标准形成自由能的表格。
具体实施方式
[0051]在脊柱融合、矫正以及其他植入手术中，希望提供的设备廓形最小化并增加植入物的刚度(弹性模量)，同时保持可接受的耐腐蚀性，使其与目前使用的Co
‑
Cr
‑
Mo合金和奥氏体不锈钢相当(304I，316L)。刚度趋于使运动最小化并优化被接合或以其他方式固定的脊柱节段的稳定性。
[0052]在本专利技术技术的合金中纳入足够的铬提供了可接受的钝性和耐腐蚀性，这在患者体内的氯化物水溶液环境中是重要的。在各种实施例中，本专利技术技术的新合金的高模量通过使用一种或多种选择元素，诸如，钨和钼，作为合金组成的主要部分来实现。
[0053]还希望本专利技术技术的合金具有合理的成本。例如，可以避免使用相对昂贵的材料，诸如。
[0054]在一些实施例中，希望本专利技术技术的合金具有低成像伪影，特别是对于MRI、CT以及其他成像而言。产生高水平不良成像伪影的示例材料类型包括顺磁性或非铁磁性材料。钴、铁以及镍是高铁磁性元素，因此，在一些实施例中被避免使用或限制，因此不包括在本专利技术合金中。
[0055]包含在本专利技术技术中的候选替代金属和合金可以满足这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种医疗设备，包括：生物相容性难熔金属基合金，包括多种难熔金属；其中，所述合金的弹性模量高于约300GPa；其中，所述合金包括钨；其中，所述包括包括钼；并且其中，所述合金包括钨。2.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，所述合金包括高模量钨和高模量钼。3.根据权利要求2所述的医疗设备，其中，所述合金包括过渡元素中的至少一者，包括铬(至多约25wt.％)，另外还包括钽、铌、铪、锆以及钛，并且另外还包括钇，各自的量少于5wt.％。4.根据权利要求3所述的医疗设备，其中，所述合金包括选自碳、氧、氢以及氮的一种或多种间隙元素，并且各自应小于1500PPM。5.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，所述合金不含铁磁元素。6.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，所述合金不含钴。7.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，所述合金不含镍。8.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，所述合金不含铁。9.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，所述合金不含钴、镍以及铁。10.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，所述合金在氯化物水溶液环境中具有与当前植入金属和合金相似的钝性(耐腐蚀性)。11.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，钨以任何所需量或以大于约5wt.％的所需量存在。12.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，钼以上述描述，包括表格中概述的量的任何所需量或在任何所需范围内存在。13.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，所述过渡元素以上述描述，包括表格中概述的量的任何所需量或在任何所需范围内存在。14.根据权利要求1所述的医疗设备，其中，所述设备是植入物。15.根据权利要求14所述的医疗设备，其中，所述设备是脊柱植入物。16.根据权利要求15所述的医疗设备，其中，所述植入物包括杆。17.根据权利要求15所述的医疗设备，其中，所述植入物包括杆对杆连接器。18.根据权利要求15所述的医疗设备，其中，所述植入物包括板。19.根据权利要求15所述的医疗设备，其中，所述植入物包括接骨螺钉、杆接收器或螺钉组件，所述螺钉组件是固定的单轴或多轴螺钉组件。20.根据权利要求14所述的医疗设备，其中，所述植入物包括支...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：华沙整形外科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：