专利名称：植入物及其制造方法,特别是其表面的改性的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造陶瓷植入物的方法，所述植入物装置至少在与骨和/或组织接触 的区域中，其表面被结构化。所描述和要求保护的植入物的表面已经利用该方法提供有拓 扑结构。
背景技术：
多年以来，已有多种植入物被引入人体作为替代材料或作为建造材料。在所谓的 骨植入物即至少部分引入骨内的那些植入物，例如关节植入物、脊椎植入物、牙植入物的领 域中，主要关注的是金属或陶瓷制成的植入物。一种或其它材料的使用取决于所需的材料 性质以及患者的偏好。为了确保植入物被牢固地引入骨中和/或相连的组织中，通常是对植入物的表面 进行改性或者对植入物表面施加涂层。在第一种情况下，涉及为表面提供拓扑结构，例如在 限定的微观范围内的粗糙度，使得组织或骨能够建立对植入物的锚定。在第二种情况下，涉 及为表面提供促进或活化植入物结合的涂层，例如提供刺激相连组织以加快锚定或结合过 程的活性物质。就植入物而言，存在许多产生结构化表面即粗糙表面的方法。一方面，这可以通过 喷磨处理，例如通过喷射限定粒度(目)的砂来完成。另一方面，可以通过化学处理，例如 通过部分地腐蚀和溶解或者改性表面来完成。在金属植入物的情况下，例如EP 0388576描 述了一种将植入物在任选经喷砂预处理后暴露于浓酸中的方法。在陶瓷植入物的情况下， 例如W0 00/37121描述了一种在碱溶液中处理表面的方法。通常，根据所使用的基础材料(金属/陶瓷)，处理表面以产生结构化的不同方法 是已知的，并且这些不同方法也在植入物表面上产生不同的结构。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于陶瓷植入物表面结构化的可选方法。该 方法应该尽可能地通用并且应该通过调节工艺参数能够产生尽可能广泛的拓扑类型。因 此，本发明涉及对用于生产至少是暴露于骨和/或组织的区域中的表面被结构化的陶瓷植 入物的方法的改进，并且涉及相应的植入物，特别是牙植入物。该目的通过以下事实实现陶瓷植入物在已被成型并且任选已被烧结之后，在其 待结构化的区域中，I在表面上被还原成相应的金属；II接着，对基本金属态的表面进行结构化表面处理；III使结构化的表面氧化。换言之，本发明的主要方面之一是发现出乎意料地可以首先将陶瓷植入物在表面 区域上还原成金属形式(氧化态0)，然后可以实施金属植入物领域所有已知的方法以使该 最上部金属层上的表面结构化，然后可以将由此结构化的金属表面层再次氧化。这样，可以在步骤II中使用许多已知的金属表面结构化的方法，例如来自文献的方法。然而，之后，作 为步骤III的结果，可以利用许多方法得到与利用仅有步骤II的金属植入物处理相似但不 完全相同的结构。所提供的方法的一个重要优点在于，由于对金属表面结构化具有广泛的知识，因 此该知识可以至少部分地转移至陶瓷植入物的结构化中。因此，几乎在任意期望的程度上， 根据步骤II中选择的工艺(任选地与预先和/或后续的结构化组合)并且根据参数的设 定，可以产生适当结构化的陶瓷植入物表面。所提供的方法的一个重要优点在于，利用植入物的材料(可以说是原地生成结 构)而不借助涂覆工艺来产生陶瓷植入物的表面。后者通常导致涂层附着的问题，在本文 提出的新方法中彻底解决了这一问题，例如这是因为步骤I不涉及对陶瓷材料形成具有平 滑边界表面的常规层，而是形成强锯齿形的表面改性，其被调整以适应工作材料的强度和 孔隙率，并且其因此也确保在工艺的每一阶段中的紧密结合。因此，陶瓷表面(通常为&02以及&02和A1203的混合物)首先在限定环境下被 还原成金属。所得的金属表面通过蚀刻工艺或其他方法进行结构化。结构化的金属表面在 限定环境下被氧化。这得到所需的结构化陶瓷植入物表面。所提出的方法的第一实施方案的特征在于，陶瓷植入物在成型和/或烧结之前和 /或期间已经进行了表面结构化(例如，生坯的表面结构化，或者具有间隔物的成型模具的 结构化或涂覆)。作为替代方案或补充方案，陶瓷植入物也可以在成型和/或烧结之后，但在步骤 I-III中处理之前，已经进行了表面结构化。换言之，陶瓷植入物表面的预结构化可以例如通过烧结前的生坯结构化来实现。 但是，也可以在成型步骤中利用内部已被结构化或具有间隔物的模具来实现。也可以通过 烧结的陶瓷植入物的表面结构化(后者也可以已经进行了附加的研磨处理或其他工艺)来 实现。这些表面结构化的方法可以择一地或一并使用。通常，这些工艺中的结构化可优选 包括诸如喷磨(Strahlbehandlung)的机械处理和/或诸如酸处理、碱溶液处理、熔融盐处 理的化学处理。在此，化学处理的条件类似于下述用于步骤II的条件。对于生坯表面和烧结的植入物的表面的结构化而言，优选使用单一的喷磨剂或者 更好的是使用具有不同的粒度分布和/或不同材料的两种喷磨剂的混合物。因此，根据另 一优选实施方案，喷磨处理可以是例如同时和/或顺序使用具有不同平均粒度的两种喷磨 剂的喷磨处理。因此，优选为80-180目的粗粒度的喷磨剂部分和300-450目的细粒度的喷 磨剂部分的混合物，并且所述喷磨剂可以是砂和/或有机材料，例如果核。就此而言，特别 优选的是细砂和粗果核。使用具有不同粒度分布的两种喷磨剂的混合物导致形成双模式孔 隙率分布，亦即微结构上叠置微结构。对于植入物的结合行为而言，这种表面结构与步骤 I-III中的下游处理相结合具有巨大的优点。另一优选实施方案的特征在于，步骤I中的还原是在还原气体气氛下，优选在氢 气氛下进行的。这种在氢气氛下的还原优选在通常500°C以上，优选800°C以上，特别优选 1000°c -1400°c的高温下进行。此外，所述在还原气体气氛下的处理优选在至少10分钟，优 选至少30分钟，特别优选40分钟-20小时的持续时间下进行。作为替代方案或补充方案，步骤I中的还原可以使用石墨，优选在烧结过程中，特
5别优选作为石墨存在下的热等静压工艺(HIP)来进行。石墨，特别是在HIP工艺中，在500°C 以上，优选1000°c以上，特别优选1200°C -1800°C的温度下用作还原剂。所述使用石墨的 还原优选在至少10分钟，优选至少30分钟，特别优选40分钟-20小时的持续时间下进行。 其优选在200巴以上，优选500巴以上，特别优选800巴-1500巴的压力下完成。根据另一实施方案，在步骤II中，将待结构化区域中的基本金属表面进行酸处 理，特别是使用浓酸。酸处理优选使用强酸混合物进行，例如使用盐酸和/或硫酸和/或硝 酸的混合物进行。例如，优选使用50%盐酸(约30%浓度)和25%硫酸(约95-97%浓度) 的混合物。通常，所述酸处理优选在80°C以上温度，特别优选100°C以上温度，例如120°C下 进行。所述酸处理优选在至少60分钟，特别优选至少100分钟，优选110-400分钟的持续 时间下进行。作为替代方案或除此之外，在步骤II中，可以将待结构化区域中的基本金属表面 进行熔融盐处理。这优选使用碱金属和/或碱土金属的氯化物和/或氢氧化物进行。这优 选使用氢氧化锂和氢氧化钠(优选比例为1 2-2 1)的混合物进行。所述熔融盐处理 优选在80°C以上温度，特别优选100°C以上温度下进行。所述熔融盐处理优选在至少20分 钟，特别优选至少40分钟，优选80-400分钟的持续时间下进行。本发明的另一优选实施方案的特征在于，在步骤III中，在800°C以上，优选 iooo°c以上，特别优选iooo°c -i5oo°c的温度下，将表面结构化的植入物保持在氧化气氛， 优选空气中。该氧化气氛下的处理优选在至少60分钟的持续时间，优选至少100分钟的持 续时间，特别优选120-600分钟的持续时间下进行。也可以使用其他氧化工艺，例如酸氧 化、等离子体氧化等，并且本领域技术人员可以通过进行试验来确定这些工艺中特别适合 于特定陶瓷类型的那些。根据一个优选实施方案，所述方法用于对基于金属氧化物、优选基于氧化铝和/ 或基于氧化锆和/或基于氮化硅，特别优选基于氧化钇稳定的四方氧化锆多晶(Y-TZP)的 陶瓷植入物进行结构化。此外，本发明涉及一种可以通过上述方法生产的陶瓷植入物，特别是牙植入物。所 述植入物优选基于氧化锆，特别优选基于氧化钇稳定的四方氧化锆多晶(Y-TZP)。此外，本发明涉及上述方法用于使植入物优选牙植入物的至少暴露于骨和/或组 织的区域中的表面结构化的用途。
基于以下所示的实施方案以及参照附图更详细地说明本发明。所有附图均表示以 下详述的实施例的表面的扫描电子显微镜(SEM)照片。设备Leica Cambridge S-360扫 描电子显微镜。所有照片均在高真空中于20kV高压下拍摄。样品首先在PVC过程中溅射 上约10nm的金。
具体实施例方式实施多种不同的表面结构化以证明对各种结构的通用性。还原主要利用氢和石墨 进行，而金属表面的处理利用酸和熔融盐来进行。在一些情况下，生坯已被结构化，或者烧 结用的模具的表面被结构化，使得所得成型体具有表面结构化。改变诸如温度、处理持续时间等参数以证明所得结构能够获得的通用性程度。除非特别指出，否则用于喷磨处理的喷 磨剂是具有指定粒度的氧化铝(A1203)。在每种情况下，以螺纹根测量来进行植入物表面的粗糙度测量。装置、方法和 测量参数3维共聚焦显微镜；白光显微镜CLA(色光差)ALTI SURF 500 ；光学探测范围 300 u m ；横向分辨率< 2um ;Z分辨率:10nm ；截止=32nm的高斯过滤器；Sz、Sds和SSc 参数如EUR15178N报告所限定。所有测量值的单位均为ym。程序1 陶瓷表面在氢中的还原，金属表面的酸蚀刻实施例1 由氧化钇稳定的氧化锆粉末(Y-TZP，CIM工艺)注射出长10mm、直径4mm的圆柱 状牙植入物形式的生坯。生坯不进行喷砂。在注射和烧结之后，将该部分的表面在H2气氛 中、1200°C下还原60分钟(步骤I)。将由此金属化的表面用酸混合物(50%HC1(32%浓 度)/25% H2S04(95-97%浓度))在140°C下蚀刻120分钟(步骤II)。氧化前的植入物的 所得结构化表面示于图la中。由此结构化的表面在1350°C下氧化140分钟(步骤III)。 经氧化的植入物的所得结构化表面示于图lb中。测量的粗糙度值如下所示
权利要求
一种用于生产至少在暴露于骨和/或组织的区域中的表面被结构化的陶瓷植入物的方法，其特征在于，所述陶瓷植入物在成型后，在其待结构化的区域中，I在所述表面上被还原成相应的金属；II然后对基本金属态的所述表面进行结构化表面处理；III使结构化的所述表面氧化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷植入物在步骤I之前被烧结，和/或在成型和任选的烧结之前和/或在成型和任选的烧结之后，但在步骤I-III的处理之 前，已经经历表面的结构化。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过在烧结前对生坯进行结构化，和/或通 过在成型步骤中使用内部结构化的或具有间隔物的模具，和/或通过对烧结的所述陶瓷植 入物进行表面结构化，来对所述陶瓷植入物的表面进行预结构化，并且所述结构化优选通 过机械处理例如喷磨和/或通过化学处理例如酸处理、碱溶液处理、熔融盐处理来实施。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述喷磨处理是同时和/或顺序使用两种喷 磨剂的喷磨处理，所述两种喷磨剂具有不同的平均粒度，优选具有80-180目范围的粗粒度 部分和300-450目范围的细粒度部分，并且所述喷磨剂可以是砂和/或有机材料例如果核。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步骤I中的所述还原是在还原 气氛，优选氢气氛下，在优选500°C以上，优选800°C以上，特别优选1000°C -1400°C的温度 下，和/或在优选至少10分钟，优选至少30分钟，特别优选40分钟-20小时的持续时间下 进行的。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步骤I中的所述还原是在500°C 以上，优选1000°C以上，特别优选1200°C -1800°C的温度下，和/或在优选至少10分钟，优 选至少30分钟，特别优选40分钟-20小时的持续时间下，和/或在200巴以上，优选500 巴以上，特别优选800巴-1500巴的压力下，使用石墨，优选在烧结过程中，特别优选作为热 等静压工艺(HIP)来进行的，其中所述石墨优选用作还原剂。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤II中，所述基本金属态 的表面的待结构化区域暴露于特别是使用浓酸、特别优选盐酸和/或硫酸和/或硝酸的混 合物的酸处理中，所述酸处理在优选80°C以上温度，特别优选100°C以上温度下，在优选至 少60分钟，特别优选至少100分钟，优选110-400分钟的持续时间下进行。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤II中，所述基本金属态 的表面的待结构化区域暴露于特别是使用碱金属和/或碱土金属的氯化物和/或氢氧化物 的熔融盐处理中，所述熔融盐处理在特别优选80°C以上温度，特别优选100°C以上温度下， 在优选至少20分钟，特别优选至少40分钟，优选80-400分钟的持续时间下进行。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤III中，将表面结构化的 所述植入物在800°C以上，优选1000°C以上，特别优选1000°C -1500°C的温度下，在至少60 分钟的持续时间，优选至少100分钟的持续时间，特别优选120-600分钟的持续时间下，保 持在氧化气氛，优选空气中。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述植入物是基于金属氧化物的陶瓷植入物，优选基于氧化铝和/或基于氧化锆和/或基于氮化硅，特别优选基于氧化钇 稳定的四方氧化锆多晶(Y-TZP)。
11.一种通过如前述权利要求中任一项所述的方法制造或可通过如前述权利要求中任 一项所述的方法制造的陶瓷植入物，特别是牙植入物。
12.如权利要求11所述的陶瓷植入物，其特征在于，其为基于氧化锆的植入物，特别优 选基于氧化钇稳定的四方氧化锆多晶(Y-TZP)。
13.如权利要求1-10中任一项所述的方法用于使植入物优选牙植入物的至少暴露于 骨和/或组织的区域中的表面结构化的用途。
全文摘要
本发明描述了一种用于生产至少在与骨和/或组织接触的区域中的表面被结构化的陶瓷植入物的方法。该方法的特征在于，所述陶瓷植入物在成型和烧结之后，在其待结构化的区域中，I.在所述表面上被还原成相应的金属；II.然后对基本金属的所述表面进行结构化表面处理；III.使结构化的所述表面氧化。此外，本发明还描述了一种通过该方法在表面上提供拓扑结构的植入物。
文档编号B22F3/24GK101952476SQ200880125906
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月12日 优先权日2007年12月20日
发明者法尔科·施洛蒂希, 路易斯·阿方索·奥尔特加克鲁斯 申请人:托门医学股份公司