用于形成具有变化的组成和多孔结构的可植入医疗装置的方法制造方法及图纸

公开了一种用于形成热塑性体的方法，所述热塑性体包括具有变化的材料组成和/或多孔结构的区域。模制包含热塑性聚合物、牺牲性致孔剂和无机增强物或填料的粉末共混物以形成具有紧密公差配合表面的互补零件。离散地形成、组装和压塑所述零件以提供在所述组装的零件之间没有可辨别边界的整体制品。所述组件中的每个零件在组成和/或多孔结构上有差异，并且所述组件在所形成的制品的部段上具有准确的物理特征，而没有由涉及在单一步骤中对粉末共混物进行压塑的方法中的可变压实和致密化速率引起的扭曲和不均匀性。率引起的扭曲和不均匀性。率引起的扭曲和不均匀性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成具有变化的组成和多孔结构的可植入医疗装置的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求提交于2020年9月11日的名称为“Implantable Medical Device with Varied Density Thermoplastic Composite Body and Method For Forming Same”的美国临时申请号63/077,308的权益和优先权，并且该临时申请在此全文以引用方式并入。


[0003]本公开总体上涉及一种用于形成热塑性装置的方法，所述热塑性装置包括具有变化的材料组成和/或多孔结构的区域。在一些实施方案中，所述装置是生物医学植入物。

技术介绍

[0004]有多种方法可用于从具有变化的特征(诸如材料组成和多孔结构)的材料制造可植入装置，例如，以用于椎体间脊柱融合和/或骨科植入物固定。材料组成和多孔结构的变化对于分别促进沿植入物表面的骨长上和向孔中的骨长入以用于生物固定的生物活性是期望的。存在与现有技术方法相关联的许多缺陷；本专利技术克服了这些缺陷。
[0005]下文简要地描述了多种现有技术制造方法和对它们的限制中的至少一些的简要描述。
[0006]本领域包括其中从诸如挤出聚醚醚酮(PEEK)或羟基磷灰石(HA)增强PEEK(HA
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PEEK)以及铸钛的固体材料机加工单一材料组成的无孔(致密)植入物的描述。特征(材料组成和多孔结构)和植入物形状的变化受传统的机加工操作限制。因此，要求附加处理步骤来产生材料组成和多孔结构的变化，但是这些附加步骤固有地增加了制造的成本和时间。下文描述了具体的附加处理步骤和其他限制。
[0007]本领域还包括其中使用视线表面改性过程来产生材料组成和表面粗糙度的变化的描述。使用热喷涂过程(诸如PCT申请WO2011004217和美国专利US9023419中描述的那些)来将HA的涂层添加到PEEK或钛植入物表面或将钛添加到PEEK植入物表面，以促进生物活性和骨长上。使用介质喷砂(例如，美国专利申请US20150018956A1)在钛上制备粗糙微观或纳米形貌，以促进生物活性和骨长上。使用等离子体处理(例如，PCT申请WO2016097721)来变更PEEK的表面化学和纳米形貌以得到改善的润湿性。然而，这些视线表面改性过程不准许体材料改性，并且不准许对装置上的所有材料表面、尤其是内部表面和内孔表面的均匀改性。此外，涂层
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植入物界面可能易剥落(例如，机械失效)或化学降解或再吸收，因此可能减弱其实用性。此外，这些过程也都不能产生适合于骨长入的微尺度多孔结构的变化。
[0008]本领域还包括其中也使用视线表面改性过程来产生多孔结构的变化的描述。美国专利US9085665、US10231813和US10405962描述了一种过程，其中将牺牲致孔剂(例如，盐)压入PEEK植入物的外表面以产生浅表面多孔结构层。然而，表面多孔结构层限于500μm的深度并且仅在植入物端板上，因为该过程仅限于对外部植入物表面的视线应用。未公开在植入物的内表面上产生多孔结构或同时修改PEEK以促进生物活性的方法。与常规的PEEK植入
物一样，纤维组织在植入物
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组织界面处形成，而不是直接地附着在骨上。
[0009]本领域还包括其中使用基于溶液和基于蒸气的表面改性过程来产生材料组成和表面粗糙度的变化的描述。已经使用化学溶液沉积过程(例如，美国专利US6569489、US6736849和PCT申请WO2010057949)在PEEK和钛植入物表面上沉积HA表面涂层。类似地，已经使用化学溶液和蒸气来蚀刻和/或氧化钛(例如，美国专利US6911249、US8496710、US9314337、US9131995、US9393092和US9931438、美国专利申请US20190192303和PCT申请WO2009029507和WO2009009666)和PEEK(例如，美国专利US10117966)植入物表面，从而变更表面能并产生纳米级形貌。这些过程能够接近所有材料表面，包括内表面和内部孔隙表面，并且由此弥补视线表面改性的主要限制，但类似地不准许体材料改性。这些过程还受其他限制，诸如高温和真空系统的成本、与包含强酸(例如，浓硫酸)和有机溶剂(例如，二氯甲烷)的溶液和蒸气相关联的危害。此外，这些过程也都不能产生适合骨长入的微尺度多孔结构。
[0010]本领域还包括其中已经使用基于溶液的表面改性过程来产生纳米级多孔结构变化的描述。美国专利9,931,438描述了一种过程，其中在PEEK表面上形成浅多孔结构层。然而，孔隙大小和浅层厚度都限制为＜100μm，而已知孔隙大小大于100μm才有利于骨长入。此外，浅多孔层是通过将PEEK暴露在具有潜在危害的浓硫酸溶液中而形成的。
[0011]本领域还包括其中使用诸如结合、焊接和机械紧固的连结过程将生物活性和/或多孔材料添加到植入物表面的描述。美国专利US8562685和US10413427描述了通过将钛端板连结到PEEK基板制造的椎体间脊柱融合植入物。美国专利US9700431描述了一种过程，其中通过在组装并结合在一起的薄材料片上切出孔隙来制成多孔钛或PEEK。然而，类似于通过上述其他过程制备的涂层，结合或连结的材料易于在界面处发生机械失效和/或化学降解。连结过程还会增加制造时间和成本。
[0012]总之，本领域中描述的用于修改常规的机加工钛、PEEK和HA
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PEEK植入物的所有上述过程在制造时间/成本、应用于体材料区域而不是表面或选定表面和/或存在易受失效影响的界面方面受限制。
[0013]除了上述之外，本领域还包括其中可分别从诸如PEEK或复合HA
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PEEK的颗粒材料注塑成型成单一或复合材料组成的无孔(致密)植入物的描述。美国专利申请US20140035201描述了在双螺杆挤出机中混合PEEK和HA，以产生用于注塑成型的颗粒材料。然而，已知在挤出和注塑成型期间熔融PEEK的高剪切流导致HA颗粒被包封在PEEK基质中并因此不会暴露在模制表面上。因此，生物活性HA颗粒无法提供生物活性，除非通过后续机加工或表面磨蚀过程进行暴露。此过程的附加限制包括HA颗粒的磨耗和装备的磨损，从而导致不均匀性和杂质。最后，如果没有用于机加工植入物的上述附加处理步骤，该过程无法产生微尺度多孔结构的变化。
[0014]本领域还包括其中通过增材制造(或3D打印)钛粉末、PEEK粉末或PEEK细丝来制备单一材料或复合材料组成的致密和/或多孔植入物的描述。美国专利US7537664、US8728387、US9456901、US9180010和US8590157描述了通过选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)和电子束熔化(EBM)从粉末原料制备的钛植入物。已通过SLS从粉末原料和通过熔丝制造(FFF)或熔融沉积建模(FDM)从细丝原料制备PEEK植入物。这些过程的每一者都通过逐层组装来产生3D材料，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】1.一种用于形成整体制品的方法，所述方法包括以下步骤：i.提供至少两种粉末共混物，每种粉末共混物选自由以下项组成的组：至少一种聚合物粉末、至少一种聚合物粉末与至少一种致孔剂粉末、至少一种聚合物粉末与至少一种无机颗粒粉末、以及至少一种聚合物粉末与至少一种致孔剂粉末和至少一种无机颗粒粉末，以提供在所述聚合物粉末的含量、所述致孔剂粉末的含量、所述无机颗粒粉末的含量或它们的组合方面彼此不同的至少两种粉末共混物；ii.将所述粉末共混物中的每一者分配到模具中；iii.将所述粉末共混物中的每一者压实成两个或更多个预成型件；iv.将每个预成型件机加工成具有互补配合表面的两个或更多个零件；v.组装具有互补配合表面的所述机加工零件以形成制品组件；vi.对所述制品组件进行压塑以形成整体制品；vii.任选地在所述整体制品中形成附加特征；viii.从所述整体制品浸出致孔剂。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤ii.包括将至少所述两种粉末共混物分配到单独的模具中。3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤ii.包括将至少所述两种粉末共混物作为干粉末层分配到单个模具中。4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤iii.还包括在选定压力下压实所述粉末共混物。5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤iii.包括在高温下通过压塑来压实粉末共混物。6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤iii.包括通过冷压来压实粉末共混物。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述零件的所述互补配合表面表现出用于组装的紧密公差。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种粉末共混物中的热塑性聚合物粉末是相同的。9.根据权利要求1所述的方法，其中无机颗粒粉末当存在于粉末共混物中时基于所述粉末共混物的包含聚合物和无机颗粒粉末的部分的总体积以约1％至约99％的范围存在，并且其中致孔剂粉末当存在于粉末共混物中时基于所述粉末共混物的总体积以约1％至约99％的范围存在。10.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤v.和vii.中的一者或多者中的压塑包括在指定压力下施加压缩以防止在加热期间的体积膨胀。11.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤v.和vii.中的一者或多者中的压塑包括加热至所述聚合物的熔点并然后冷却至刚好低于所述聚合物的所述熔点的温度，以及施加高于大气压的压力以将预成型件或制品组件模制成单块主体，施加压力的所述步骤发生在加热到高于所述聚合物的熔化温度并直至且贯穿冷却至低于所述熔化温度但高于所述聚合物的玻璃化转变温度的温度之后的任何时间点上。12.一种用于形成整体制品的方法，所述方法包括：i.通过压塑或冷压来从粉末共混物离散地形成至少两个零件，每个零件由选自由以下
项组成的组的粉末共混物形成：至少一种聚合物粉末、至少一种聚合物粉末与至少一种致孔剂粉末、至少一种聚合物粉末与至少一种无机颗粒粉末、以及至少一种聚合物粉末与至少一种致孔剂粉末和至少一种无机颗粒粉末；ii.机加工每个零件以提供至少两个互适配机加工零件，所述零件各自包括互补配合表面；...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：哈佩脊椎有限责任公司，
类型：发明
国别省市：