专利名称：在植入物上电化学沉积的生物活性的磷酸钙－复合层的制作方法
近十年来进行了在骨植入物上的电化学沉积的磷酸钙层方面的一系列试验，其目的是改善骨组织和植入物之间的结合(Redepenning，J.et al.Chem.Mater.2(1990)625-7；Redepenning，J.G.US 5310464，US 5413693；Teller.J.et al.DE 4431862，EP774982，US 5759376；Kumar，M.et al.J.Biomed.Mat.Res.45(1999)302-10)。磷酸钙作为骨组织的矿物组成部分具有生物活性特性，亦即它支持骨的生成。从电解液中沉积到植入物上的磷酸钙层其形成过程与在骨生长时发生的过程非常相似。其微孔组织有利于细胞固定，从这些细胞出发形成新的骨组织，并象在正常的伤口愈合时一样可以和包围植入物的骨组织一起生长。
除了制造纯相的磷酸钙外在文献中还报导了电化学沉积到植入物上的复合层。US 5205921(Shirkhanzadeh，M.)和DE 4431862(Teller，J.et al.)叙述了电化学沉积由磷酸三钙和羟基磷灰石(Hydroxylapatit)，也就是由两种难溶性磷酸钙相组成的磷酸钙-复合层。DE 19504386(Scharnweber，D.et al.)涉及一种电化学方法，这种方法用来通过交替变化的阴极和阳极极化在钛植入物上形成分层的、附着牢固的磷酸钙相和金属氧化物相层。用来制造牢固附着的羟基磷灰石/钴复合物层的另一种方法从电化学沉积的透钙磷石层(Bruschitschichten)出发，它化学转化成羟基磷灰石，接着在另一个液池中用钴涂覆(Zhang，J.M.et al.J.Mat.Sci.Lett.17(1998)1077-9)。用在形成这种复合层时所追求的难溶性磷酸钙相-特别是羟基磷灰石-可以达到与自然生成的骨的组织结构的尽可能大的相似性，从而有利于植入物在骨内的愈合。这里始终从这样一点出发，即羟基磷灰石由于其很小的溶解度保留在植入物上，因此达到植入物表面和生物系统之间交互作用的持久的改善。所有其它的将电化学沉积在植入物上的透钙磷石层完全转化成羟基磷灰石的试验，也都出于这样的目的，即在植入物上人工造成持久的类似于骨的条件。虽然由此给机体提供了一种它熟悉的表面，但是这种层有这样的缺点，即它由于其非常小的溶解度仅仅在一定程度上推动机体本身的骨合成。
最近几年内由文献得知，(涂)层的生物活性程度随其在生理环境中的不稳定而增长。通过局部提高植入物愈合区内钙和磷酸根离子的浓度对于用于骨形成的成骨细胞的增殖和分化创造良好的条件(Ducheyne，P.etal.Biomaterials 11(1990)531-40)。因此具有与羟基磷灰石相比高得多的溶解度的磷酸钙，如透钙磷石(Bruschit)和磷酸氢钙(Monetit)，特别对于植入物在骨内的愈合阶段具有重要的意义。
因此本发明的目的是，在骨植入物上沉积一材料层，它最佳地支持植入物在骨内的愈合，并在那里完全被吸收，从而可以得到骨与植入物的直接和完全力锁合的接触。
按照本发明这个目的通过权利要求1的特征来实现。优良的结构由从属权利要求得到。
按本发明的复合层除含有成熟骨的难溶性的磷酸钙相以外，还特别含有年轻骨组织的易溶性相。特别是易溶相的透钙磷石和磷酸氢钙可以通过局部提高钙和磷酸根离子的浓度积极支持机体本身的骨形成过程，因为在这种条件下加速对于骨形成过程必要的成骨细胞的增殖和成熟。在易溶相发生溶解之后难溶相保证在一段较长的时间间隔内在植入物的愈合区中略微增加的钙和磷酸根离子的浓度，从而有利于新的骨组织的扩展和稳定。
由于可通过电化学沉积参数调整的多孔结构，复合层可以并且应该不是作为植入物和骨之间的障碍，而是应该用作在机体本身构造植入物和骨之间的边界层时的调和因素或宿主。这种海绵状的复合物(材料)的高生物活性通过位于骨创底内的体液和与此相关的包含在这些液体内的且刺激骨形成过程的因子的附着表现为突出的浸润性。
复合层在结构、成分和厚度方面可以与各植入物及包围植入物的骨匹配。
这里这种复合物层的形成可以这样进行，即各个相同时或者先后顺次地沉积，或者说得更准确一些其中例如较易溶解的磷酸钙相的一部分通过一化学反应转变成不太容易溶解的相。这里不浅显地追求，在复合物内造成垂直的溶解度梯度。而应该使不同的相侧向并排地展开，并在植入后再溶解。这里复合物的孔隙度首先通过易溶相的减少而增加，和为新生骨组织提供位置，直至不太易溶的磷酸钙相也溶解后整个复合物层转变成骨组织为止。从应使之固定的细胞与植入物通过复合物层的气孔第一次接触起应该通过各个相的不断溶解从一开始就创建骨和植入物之间的力锁合的连接。
复合层溶解的时间进程可以简化地通过三个阶段来表示。在阶段I内在植入物和骨之间的边界层的钙和磷酸根离子浓度的最大局部提高主要通过易溶相确定。在这个阶段内必须保证，不出现植入物的纤维性包围，从而可以使它立即与骨合成一体。在第II阶段内难溶的复合物组分确定局部的离子含量，特别是支持新骨组织的矿物化。在第III阶段内整个复合物层被溶解，并由新骨代替。植入物力锁合地愈合在骨内。
在必要情况下还从复合物中释放出骨诱导添加剂和/或抗微生物剂。
权利要求
1.在植入物上的电化学沉积的、生物活性的磷酸钙-复合层，其特征为由不同溶解度的磷酸钙组成的可完全吸收的复合层，此层具有这样的特性，即可以实现一个与愈合过程匹配并使该愈合过程加速的钙和磷酸根离子浓度的局部提高；另一个特性是复合层的微孔结构，这种结构由于毛细作用促使复合物用血液和组织液直接浸润。
2.按权利要求1所述的电化学沉积的、生物活性的磷酸钙-复合层，其特征为复合物不管在沉积时还是通过后续处理时在其相组成和溶解度方面可以控制地被改变，从而使复合层可以可控制地被吸收。
3.按权利要求1所述的电化学沉积的、生物活性的磷酸钙-复合层，其特征为骨诱导添加剂和/或抗微生物剂。
全文摘要
本发明步及一种在植入物上电化学沉积的磷酸钙－复合层。这样涂层的植入物无粘合剂地植入，并且其特征是改善的长入性能。按本发明的植入物上的多孔复合层由两种或多种不同溶解度的磷酸钙相组成。这种涂层的多孔结构使细胞的固定更容易，由此出发可以形成新的骨组织。各个涂层组分的不同溶解度保证加速愈合过程的和在时间进程中与愈合过程相匹配的局部的钙和磷酸根离子浓度。
文档编号A61L27/32GK1454101SQ00819752
公开日2003年11月5日 申请日期2000年7月17日 优先权日2006年2月1日
发明者H-G·诺伊曼, P·泽格尔, P·贝克尔 申请人:Dot有限公司