可生物降解的线材植入物的制作方法

本发明涉及一种特别用于线材接骨术的线材植入物及其相应的制造方法。

背景技术：

发生骨折时，通常需要接骨手术以将属于彼此的骨碎片在解剖学上正确的位置连接起来并将它们固定。根据骨折的类型，使用不同的固定手段和过程。

在线材接骨术中，线材植入物用于连接和固定骨碎片。在尖刺线材接骨术中，将骨碎片复位，然后通过所谓的尖刺线材或称克氏针将其固定。这些钻孔线通常由不锈钢或钛制成，并通过旋转钻入骨中。克氏针接骨术可追溯到其发明者和开发者martinkirschner博士(1879-1942)。用线材进行接骨的优点是它们可以通过较小的皮肤切口实现。骨折愈合完成后，线材必须再次移除。线材植入物也可以用于包裹骨碎片，并以这种方式连接和固定它们(线材环扎)。

线材的移除通常在全身麻醉下进行，这总是会带来一定的麻醉风险。此外，在去除由不锈钢或钛制成的克氏针之后，骨中的小开口和空腔总是不可避免地保留下来，其必须再次愈合。

为了避免移除植入物的各种缺点，最近越来越多地使用用于接骨术的可生物吸收的植入物。它们不需要在愈合后通过手术切除，因为它们溶解在体内，有时甚至转化为骨质。

wo2015/137911a1描述了一种整形外科紧固装置，其可以设计为克氏针并且涂覆有可降解的水凝胶。在植入该紧固装置之后，水凝胶的体积增加，从而有助于骨折的内固定。一段时间后，水凝胶会降解。植入物可以由镁制成。

wo2017/035072a1描述了用于骨固定的可降解的镁基植入物。镁合金还可以用作缠绕在骨头上用于固定(线材环扎)的线材或用作销钉。

引用的专利文献：

wo2015/137911a1

wo2017/035072a1

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技术实现要素：

要解决的问题

本发明的目的是提供一种可降解的线材植入物，其在提供高强度的同时提供高弹性。

可生物降解的线材植入物需要可吸收金属的一些特殊机械性能，这对于其它植入物(例如螺钉、钉子、板或夹板)可能不那么重要。特别是，线材需要高刚性和高强度。否则，当拧入骨头时，克氏针会翘曲、扭曲或扭结。

解决方案

各独立权利要求的主题解决了该问题。在从属权利要求中表征了各独立权利要求的主题的优选的进一步扩展。所有权利要求的用语参照本说明书的内容来使用。单数的使用并不意味着排除复数，反之亦然，除非另有明确公示。

为了解决该问题，提出了一种线材植入物，特别用于线材接骨术，用于定位和/或固定至少一块破碎或切开的骨头，其中

线材植入物经过了热处理，

其中，线材植入物由具有生物相容性的、可生物腐蚀的镁合金构成，该镁合金包含：至少80重量％的金属镁，0.1-2.0重量％的锌配比，0.1-2.0重量％的锆配比，0.1-10重量％的稀土金属配比，其中稀土金属含量配比中的钇含量为0.1-5.0重量％，0.01-0.2重量％的锰配比，小于0.1重量％的铝配比，在各种情况下都小于0.10重量％的铜、镍和铁配比，以及小于0.8重量％的其它生理学上不希望的杂质总量的配比，其中合金的剩余部分是镁，不超过100重量％。

术语“线材植入物”包括所有线材，如可用于接骨术的尖刺线材或称克氏针，或环扎线材(wirecerclage)。

优选地，镁基合金含有至少88重量％的镁，0.10至1.00重量％的锆，0.01至1.00重量％的锌，1.00至3.00重量％的钇，以及2.00至5.00重量％的其它稀土金属。优选地，金属铁、铜、镍和铝的生理学上不希望的杂质的总含量在镁基合金中小于0.02重量％(相对于合金)。特别地，镁基合金含有小于0.01重量％的铝，小于0.20重量％的铁，小于0.20重量％的锰，以及在各种情况下小于0.02重量％的铜和镍。而且，优选地，镁基合金含有小于0.01重量％的铝，小于0.20重量％的锌，小于0.15重量％的锰，小于0.20重量％的锂，小于0.01重量％的硅，小于0.01重量％的铁，小于0.03重量％的铜和小于0.005重量％的镍。

术语“不可避免的其它杂质”是指根据一般医学经验不能预期具有任何不利生理作用而且由于缺乏100％纯度的起始原料而不能完全排除的元素。例如，碳、硅、钠、钾、氧、氮、氢、钙。

然而，根据本发明，线材必须额外进行热处理，以便为长而细的编织针形的植入物实现足够的抗扭强度。

在一个实施方案中，通过固溶退火、淬火和随后的人工时效处理对线材植入物进行热处理。同样，软退火也是可能的。该列举并非详尽穷举。对于本领域技术人员来说，其它热处理方法也是可能的。

通过热处理处理后的线材或线材区段是可延展的和可弯曲的。另外，热处理可以使线材的降解行为在各个区段不同。以这种方式，可以提供针对患者或必要的治疗定制的线材植入物。

因此，线材植入物的基本机械性能由镁合金的组成以及随后的热处理或这些因素的相互作用决定。

通过热处理，一方面，在热处理区域中，可以显著降低屈服强度或拉伸强度的值，而断裂延伸率的值显著增加。因此，通过热处理处理了的线材或线材区段是可延展的和可弯曲的。另一方面，通过热处理也可以产生抗扭和抗弯特别强的区域。

软退火显著降低屈服强度值，而断裂延伸率显著增加。在实践中这导致在如此处理的位置处线材的可延展性和可弯曲性良好。

时效处理尤其实现高强度，在以这种方式处理的位置处特别提高线材的拉伸和抗扭强度。

线材包括具有不同强度或延展性的区段具有以下优点，例如，植入物的因摩擦而产生应力的部分，如用来钻孔的尖端，可以制造得特别坚固从而特别硬，因此在植入过程中产生的切割工作和摩擦磨损保持在低水平。同时，线材的随后的更具延展性的部分可以模仿手术区域变形，甚至可以形成环扎。

而且，由不同热处理得到的线材的各区段可以具有不同的降解速度，通过这种方式，可以例如，有针对性地补偿不同组织的区域对所用镁合金的降解行为的影响。例如，植入物可以设计成使得线材的保留在软组织中的部分的降解速度比保留在骨头中的部分的降解速度低很多。由于水含量和物质传输速率更高，软组织中镁的降解更快，因此导致降解速度慢的热处理对于这里使用的线材区段是有利的。原则上，以这种方式，还可以控制降解进程，使得线材从其端部开始以有针对性的方式溶解，而不是在其整个表面上均匀地溶解。这可以带来这样的优点：在关键点处植入物在特别长的时间内保持完整。

此外，热处理可用来使线材的降解行为在各个区段不同。通过使用热处理，在热处理区域中可以实现每年0.05至2.0mm的降解速度。

以这种方式，可以提供为患者或必要治疗量身定制的线材植入物。

在一个实施方式中，线材植入物在其整个长度上进行热处理。然而，可能希望仅在线材的一个子区段或多个子区段中产生一定的可变形性和柔韧性，以便能够将移位的、串起的骨碎片压入解剖学上正确的位置。在另一个实施方案中，在至少一个子区段中进行热处理。特别地，在大约中间三分之一进行热处理是有利的，优选地在线材植入物的总长度的三分之一到三分之二进行热处理。

诸如时效处理和软退火的热处理的不同可能性也可以应用于线材。例如，可以制造具有高强度尖端的线材，而线材的其余部分更柔软且更柔韧。

热处理可以在线材植入物的整个长度上或至少一个子区段中进行。在一个实施方案中，可降解的线材植入物在其整个长度上进行热处理。然而，为了能够将移位的、串起的骨碎片压入解剖学上正确的位置，可能希望仅在线材的一个子区段或多个子区段中产生一定的可变形性和柔韧性。特别地，在大约中间三分之一进行热处理是有利的。在本发明的意义上，术语“子区段”包含成品植入物的总长度的至少1％的区域。

而且，软退火区域的断裂延伸率至少为18％，优选地至少为20％。经过时效处理的区域的断裂延伸率最多为3.5％。

在另一个实施方案中，经过时效处理的区域中的屈服强度至少为360mpa，优选地至少为380mpa。另外，如果软退火区域的屈服强度至少为240mpa，则是有利的。

如果软退火区域的拉伸强度至少为390mpa，则是理想的。

线材植入物的直径为0.2mm至6.0mm，优选为0.5mm至4.0mm；线材植入物的长度为30mm至600mm，优选为50mm至500mm。

优选地，可降解线材植入物的最终直径、形状和形式通过冷加工或热加工，即通过众所周知的轧制、挤压和拉拔等方法，由棒状半成品制成。该列举并非详尽穷举。对于本领域技术人员而言，也可以想到其它方法。

如果线材是圆形的、多角形的或具有纵向凹槽，是理想的。此外，线状凹陷也是可能的。除了圆形线材以外，也可以制造多角形线材，例如三角形或四角形的线材，或者具有纵向槽的槽纹线材。它们都可以使用合适的基质通过挤压或拉拔来制成。还可以想到的是，线材的形状在其制成之后可以通过合适的方法(例如通过铣削)改变。

可降解线材植入物的端部可以是平的或尖的。有利的是，可降解的线材植入物，特别是克氏针，在至少一个端部处具有尖端。尖端可以设计成例如套管针、刺针、凿尖或钻颈。常用的的套管针或矛状尖端可以通过铣削、磨削、切削或模制来添加。在可降解线材植入物(特别是克氏针)的至少一个端部处具有环形孔。

在另一个实施方式中，线材植入物在至少一个子区段中具有光滑表面，优选为光滑抛光表面。

如果线材植入物在至少一个子区段中具有小于1.0μm，优选为0.8μm的粗糙度深度，则是理想的。粗糙度以rz值(平均粗糙度深度)测量。可以通过例如机械抛光、摆动端面磨削(oscillatingcross-grinding)、所谓的超精加工(superfinishing)来实现该粗糙度深度。电化学抛光的特殊方法也可以实现这么低的粗糙度。低的粗糙度实现了降解时间延长或降解速度减小。

已经发现粗糙度深度小于1.0μm导致降解延迟100至200小时。

而且，线材植入物在至少一个子区段中是中空的。优选地，一种或多种物质(优选为药物)可以嵌入腔体中，从而可以对患者进行术后药物治疗。随着植入物降解，这种整合的药物贮库在一段时间后变得可以使用，药物可以传递到周围的内源性骨和软组织。还可以在腔体中使用通过其释放可以确定降解速度的物质。

通过线材植入物的制造方法进一步实现发明目的，其中，

在线材的整个长度上或在线材植入物的至少一个子区段中对线材植入物进行热处理，

其中，线材植入物由具有生物相容性的、可生物腐蚀的镁合金构成，该镁合金包含：至少80重量％的金属镁，0.1-2.0重量％的锌配比，0.1-2.0重量％的锆配比，0.1-10重量％的稀土金属配比，其中稀土金属含量配比中的钇含量为0.1-5.0重量％，0.01-0.2重量％的锰配比，小于0.1重量％的铝配比，在各种情况下都小于0.10重量％的铜、镍和铁配比，以及小于0.8重量％的其它生理学上不希望的杂质总量的配比，其中合金的剩余部分是镁，不超过100重量％。

为了制造可生物降解的线材植入物，优选地，首先制造镁合金，有利地，其包含：至少80重量％的金属镁，0.1-2.0重量％的锌配比，0.1-2.0重量％的锆配比，0.1-10重量％的稀土金属配比，其中稀土金属含量配比中的钇含量为0.1-5.0重量％，0.01-0.2重量％的锰配比，小于0.1重量％的铝配比，在各种情况下都小于0.10重量％的铜、镍和铁配比，以及小于0.8重量％的其它生理学上不希望的杂质总量的配比，其中合金的剩余部分是镁，不超过100重量％。

优选地，通过适当的常用冷成形或热成形方法，例如挤压、冷压或热压或压制、锻造或轧制或其它冷成形或热成形方法，制作镁模制品。

然后，将以这种方式制成的模制部件进一步加工成所希望的线材植入物。优选地，线材植入物的最终直径、形状和形状通过冷加工或热加工，特别是通过众所周知的轧制、挤压和线材拉拔等方法，由半成品制成。该列举并非详尽穷举。对于本领域技术人员而言，也可以想到其它方法。

线材植入物的热处理在线材的整个长度上或在至少一个子区段中进行。

出于本发明的目的，热处理应理解为意指在一个或多个步骤中对线材植入物的处理，其中线材植入物以一定的时间模式被再次加热和冷却以改变材料性能。

通过热处理，特别是通过固溶退火、淬火和随后的人工时效或通过软退火，对于长而细的编织针形的部件，线材获得足够的抗扭强度和弯曲强度。

在一个实施方案中，通过固溶退火、淬火和随后的人工时效处理对线材植入物进行热处理。同样，软退火也是可能的。该列举并非详尽穷举。对于本领域技术人员来说，其它热处理方法也是可能的。

优选地，固溶退火在300℃至550℃，优选为350℃至500℃，更优选为480℃的温度下进行。固溶退火优选进行2至100分钟，特别优选进行3至60分钟。淬火优选在水、油或冷空气中进行。人工时效处理优选在120至250℃下进行，特别优选在180℃下进行2小时至48小时。

固溶退火通过激光、或通过感应加热、或通过红外辐射加热、或在热处理炉(例如马弗炉或管式炉)中进行，优选在保护气体下或在(部分)真空中，以非接触方式进行。

在另一个实施方式中，作为热处理的形式，线材植入物经过软退火。优选地，软退火在350℃至420℃，特别优选在400℃下，进行5至60分钟。如果整个线材植入物被软退火，则强度会降低，但线材变得容易变形。如果只有线材植入物的一个区段需要变软，则需要保持坚硬的区域(如套管针尖端)在处理过程中必须被冷却，或者它不能位于受影响的热处理区域内。

通过热处理，一方面，在热处理区域中，屈服强度或拉伸强度的值可以显著降低，而断裂延伸率可以显著增加。因此，通过热处理处理了的线材或线材区段是可延展的和可弯曲的。另一方面，通过热处理也可以产生抗扭和抗弯特别强的区域。

软退火显著降低屈服强度值，而断裂延伸率显著增加。在实践中这导致在如此处理的位置处线材的可延展性和可弯曲性良好。

时效处理尤其实现高强度，在以这种方式处理的位置处特别提高线材的拉伸和抗扭强度。

此外，热处理可用来使线材的降解行为在各个区段不同。通过使用热处理，在热处理区域中可以实现每年0.05至2.0mm的降解速度。

在一个实施方式中，线材植入物在其整个长度上进行热处理。然而，可能希望仅在线材的一个子区段或多个子区段中产生一定的可变形性和柔韧性，以便能够将移位的、串起的骨碎片压入解剖学上正确的位置。在另一个实施方案中，热处理在至少一个子区段中进行。特别地，在大约中间三分之一进行热处理是有利的，优选地在线材植入物的总长度的三分之一到三分之二进行热处理。

诸如时效处理和软退火的热处理的不同可能性也可以应用于线材。例如，可以制造具有高强度尖端的线材，而线材的其余部分更柔软且更柔韧。

而且，如果线材植入物在至少一个子区段中具有光滑表面，优选为光滑抛光表面，则是有利的。已经发现，可降解的线材植入物的非常光滑的抛光表面导致降解开始的延迟，这种延迟几乎都是人们所期望的。低粗糙度深度可以延伸到线材的整个长度上或在至少一个子区段中延伸。已经发现，粗糙度深度小于1.0μm导致降解延迟100至200小时。

如果线材植入物在至少一个子区段中具有小于1.0μm，优选为0.8μm的粗糙度深度，则是理想的。粗糙度以rz值(平均粗糙度深度)测量。可以通过例如机械抛光、摆动端面磨削、所谓的超精加工来实现该粗糙度深度。电化学抛光或研光(lapping)的特殊方法也可以实现这么低的粗糙度。低的粗糙度实现了降解时间延长或降解速度减小。

本发明的另一主题涉及可通过上述方法获得的线材植入物。

下面的结合从属权利要求的优选示例性实施方式的描述提供进一步的细节和特征。在这种情况下，这些特征可以单独地或组合起来实施。解决问题的可能方案不限于这些示例性实施方式。例如，指定的范围总是包括所有中间值以及所有未提及的可想象得到的子范围。

附图说明

在附图中示意性地示出了示例性实施方式。在各图中相同的附图标记表示相同或功能相同的元件、或就其功能而言彼此对应的元件。具体地，

图1示出可生物降解的线材植入物。

图2示出具有热处理区段和套管针尖端的可生物降解的线材植入物。

图3示出具有抛光区段的可生物降解的线材植入物。

图4示出具有六角形外轮廓的可生物降解的线材植入物。

图5示出具有槽纹轮廓的可生物降解的线材植入物。

附图标记说明：

1：可生物降解的线材植入物

2：热处理了的、可生物降解的线材植入物

3：中间三分之一的热处理区域

4：非热处理区段

5：套管针尖端

6：光滑抛光了的、可生物降解的线材植入物

7：粗糙度(rz，平均粗糙度深度)<1μm的区段

d：直径

l：长度

rp：屈服强度(mpa)

rz：粗糙度深度(μm)

具体实施方式

图1示出可降解线材植入物(1)的示意图。为了制造可生物降解的线材植入物，优选地，首先制造包含以下组分的镁合金：

稀土元素：8.4重量％

(其中钕：2.1重量％

钇：1.6重量％

锆：0.4重量％

锌：0.6重量％

微量杂质(traceableimpurities)：

铁：0.013重量％

铜：0.036重量％

镍：0.003重量％

铝：0.0032重量％

锂：0.0035重量％

剩下的是镁。

将制得的镁模制部件进一步加工成所希望的线材植入物。

首先，通过线材冷拔，制造直径为1.0mm(d)、长度为60cm(l)的线材。将其切成3个相等的200mm长度(l)的片，以验证热处理(1)的效果。线材1处于其原始的拉拔状态。机械强度值示于表1第1栏中。线材2在490℃+/-10℃下在氩气气氛中固溶退火1小时，在冷水中淬火，然后在180℃下时效处理48小时。由此制成的克氏针的机械强度值示于表1第2栏中。线材3在实验室马弗炉中在氩气保护气体下在400℃下退火60分钟，然后在炉内非常缓慢地冷却约8小时至室温。机械强度值示于表1第3栏中。使用直径为0.8mm、长度为60cm的线材进行相同的实验。结果如表2所示。

表1和表2给出了冷拔后、时效处理后和软退火后的状态下的可降解线材植入物的拉伸强度(单位为mpa＝n/mm²)、屈服强度(单位为mpa＝n/mm²)和断裂延伸率(单位为长度的％)的值。在每种情况下，给出三次测量的平均值。

表1：在不同热处理之后，根据本发明制造的可降解线材植入物的强度性能/直径1mm

表2：在不同热处理之后，根据本发明制造的可降解线材植入物的强度性能/直径0.8mm

软退火显著降低屈服强度值，而断裂延伸率显著增加。在实践中这导致在如此处理的位置处线材的可延展性和可弯曲性良好。

时效处理尤其实现高强度，在以这种方式处理的位置处特别提高线材的拉伸和抗扭强度。

诸如时效处理和软退火的热处理的不同可能性也可以应用于线材。例如，可以制造具有高强度尖端的线材，而线材的其余部分更柔软且更柔韧。

图2示出可生物降解的线材植入物(2)，其通过软退火在中间的三分之一(3)进行了热处理。首先，通过线材冷拔，制成直径为1.0mm的线材(d)，然后切割成200mm长(l)。

该热处理区段的屈服强度为264mpa，而前三分之一和后三分之一的两个非热处理区段(4)的屈服强度为394mpa。在植入物的该子区段中进行热处理使得可以在套管针尖端(5)的区域中保持可生物降解的克氏针的硬度和韧性不变，并在中间区域使其保持可延展性和可弯曲性，在后部区域、引导区域使其保持坚韧。

除了热处理之外，通过对表面进行抛光或通过对表面进行氧化和抛光，可以连续地或分区段地改变可降解的线材植入物的腐蚀速度，并适应医疗个案。图3示出这种线材(6)。通过时效处理在中间三分之一对其进行热处理，并通过摆动磨削在长度的前三分之二(7)进行额外抛光，以提供<1μm的粗糙度(rz，平均粗糙深度)。

除了圆形线材以外，也可以使用合适的基质通过挤压或拉拔来制造多角形线材，例如三角形或四角形的线材，或者具有纵向槽的空心线材。图4示出具有六角形外轮廓的可生物降解的线材植入物；图5示出具有槽纹轮廓的可生物降解的线材植入物。

可以对所描述的示例性实施方式进行各种修改和扩展。