(57)【要約】  本開示は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層でコーティングされた金属基材、およびＤＬＣ層上に配置された、基材よりも剛直性が低いポリマー材料の層を含む整形外科インプラント、ならびにそれを製造する方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが１０ミクロン未満である第一のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層；および、
前記ＤＬＣ層上に配置されたポリマー材料のさらなる層、
によってコーティングされた、厚さが少なくとも１ｍｍである第一の金属基材を含み、前記ポリマー材料は、前記基材よりも剛直性が低く、および１ｍｍ超の厚さを有するものである、整形外科インプラント。
【請求項２】
前記基材が、ＣｏＣｒ合金、ステンレススチール、チタン、またはチタン合金から成る、請求項１に記載のインプラント。
【請求項３】
前記ＤＬＣ層が、少なくとも約５００ｎｍの厚さを有する、請求項１または２のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項４】
前記ＤＬＣ層が、アモルファスＤＬＣから成る、請求項１から３のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項５】
前記ＤＬＣ層が、四面体型アモルファスＤＬＣから成る、請求項４に記載のインプラント。
【請求項６】
前記ＤＬＣが、０から約３５原子％の水素含有量を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項７】
前記ＤＬＣが、約１原子％未満の水素含有量を有する、請求項６に記載のインプラント。
【請求項８】
前記ＤＬＣが、少なくとも約２５原子％の水素含有量を有する、請求項６に記載のインプラント。
【請求項９】
前記ＤＬＣが、約２５原子％から約３５原子％の範囲の水素含有量を有する、請求項６に記載のインプラント。
【請求項１０】
前記水素含有量が、前記基材から前記さらなる層に向かって増加する、請求項６から９のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項１１】
前記ＤＬＣ層が、フッ素または窒素によってドーピングされている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項１２】
前記ポリマー材料が、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）である、請求項１から１１のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項１３】
前記ポリマー材料が、ポリエステルウレタン、ポリエーテルウレタン（ＰＥＵ）、ポリカーボネートウレタン（ＰＣＵ）、またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）含有ポリウレタンである、請求項１から１１のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項１４】
前記ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）含有ポリウレタンが、極性基を有する、請求項１３に記載のインプラント。
【請求項１５】
前記ポリマー材料が、シリコーン材料である、請求項１から１１のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項１６】
第二の基材上に配置された厚さが１０ミクロン未満である第二のＤＬＣ層を含み、前記第二の基材は、少なくとも１ｍｍの厚さを有し；それによって、前記さらなる層は、前記第一のＤＬＣ層と前記第二のＤＬＣ層との間にある、
請求項１から１５のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項１７】
前記インプラントが、２つの隣接する椎骨の終板と接触するように適合された前記第一および第二の基材を含む椎間インプラントである、請求項１６に記載のインプラント。
【請求項１８】
中心軸、前記第一のＤＬＣ層でコーティングされた前記第一の基材を定める第一の骨接触プレート、前記第二のＤＬＣ層でコーティングされた前記第二の基材を定める第二の骨接触プレート、ならびに前記第一および第二の骨接触プレートの間に配置され、前記さらなる層を含む弾性コア、を有する、請求項１７に記載のインプラント。
【請求項１９】
前記第一の骨接触プレートが、第一の内部固定部材を含み、前記第二の骨接触プレートが、第二の内部固定部材を含み、ならびに前記第一および第二の内部固定部材が、前記第一および第二の骨接触プレートの互いに対する変位および回転の制限を可能とするように構成された連結構造を形成する、請求項１８に記載のインプラント。
【請求項２０】
前記弾性コアが、５〜５０ＭＰａのヤング率を有する、請求項１８に記載のインプラント。
【請求項２１】
前記弾性コアが、１０〜２０ＭＰａのヤング率を有する、請求項２０に記載のインプラント。
【請求項２２】
ａ）前記基材を予備洗浄すること；
ｂ）前記基材上へ前記ＤＬＣ層を堆積させること；および、
ｃ）前記ＤＬＣ層上へ前記さらなる層を適用すること、
を含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載のインプラントを製造するための方法。
【請求項２３】
工程ｂ）とｃ）との間に、反応性中間層を堆積することをさらに含み、ここで、前記反応性中間層は、ケイ素または金属含有化合物である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記金属含有化合物が、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、ならびにこれらの混合物、および合金から成る群より選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第一の骨接触プレートであって：
第一の金属基材；
前記金属基材上にコーティングされた第一のＤＬＣ層；
を含む、第一の骨接触プレートと；
第二の骨接触プレートであって：
第二の金属基材；および、
前記第二の金属基材上にコーティングされた第二のＤＬＣ層；
を含む、第二の骨接触プレートと；
前記第一および第二のＤＬＣ層へ、前記第一および第二の骨接触プレートが連結されるように適用された、ポリマー材料を含む弾性コアと、
を有する、整形外科インプラント。
【請求項２６】
前記第一の金属基材と前記第一のＤＬＣ層との間に配置された第一の反応性中間層、および前記第二の金属基材と前記第二のＤＬＣ層との間に配置された第二の反応性中間層をさらに含み、前記反応中間層は、それぞれ、前記第一および第二のＤＬＣ層と前記第一および第二の基材との間の結合を促進するように構成される、請求項２５に記載の整形外科インプラント。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１０年６月２８日出願の米国特許仮出願第６１／３５８，９６８号の優先権を主張するものであり、その開示事項は、その全体が本明細書に示されているかのごとく、参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、インプラント全般に関し、詳細には、弾性コアを有する整形外科インプラントの作製に関する。
【背景技術】
【０００３】
剛性の金属系インプラントの効果を増大させる目的で、多くの場合、より軟性であるエラストマー系成分が２つの剛性金属要素間に配置される。そのような構造は、例えば、脊椎用の後部動的安定化システム（ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ）、または制振ディスク（ｄａｍｐｉｎｇ  ｄｉｓｃｓ）に基づく新世代の全椎間板置換のために開発されてきた。この場合、軟性エラストマーが、２つの平行な金属板間に設置され、６自由度すべての動き／回転により、軸方向の制振を提供する。
【０００４】
しかし、エラストマーのような軟性材料を金属のような硬質材料と結合させるには、界面の注意深い工学的処理が必要である。
【０００５】
長期的な移植の場合、複雑で恒常的な機械的ストレス状態の下での良好な接着強度が必要であり、加えて、結合は、化学的に安定である必要がある（加水分解、酸化）。通常、金属表面は、ポリマーに対するその適合性を改善する形で処理される。標準的な方法としては、クロム酸またはリン酸などの剤を用いた化学エッチングによる最適粗度の生成、またはプライマーと称される介在層の適用が挙げられる。適切なプライマーとしては、シラン系組成物が公知である。
【０００６】
ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティングは、磨耗の低減または動いている部品間の冷間圧接の回避のために主として用いられている。ＤＬＣは、通常、多少の水素をその中に有し、狭い範囲でのある程度の黒鉛型または四面体型配列を持つ種々の炭素種（ｓｐ２、ｓｐ３）のアモルファス混合物である。ＤＬＣの合成に用いられる成長機構に起因して、このようなコーティングは、通常、数ＧＰａの範囲の高い圧縮応力を示す。従って、多くの場合、ＤＬＣの金属基材上への接着が、長期的な用途へのその使用を制限しているが、中間層を適切に選択することで、これを安定化することができる。例としては、ＣｏＣｒＭｏ基材に対するタンタル（Ｔａ）の中間層である。チタン（Ｔｉ）合金に対しては、より複雑な中間層が、ＴａＮまたはＴａＣ中間層に基づいて開発されつつある。ＤＬＣの表面エネルギーは、酸素プラズマまたはＵＶ光への曝露などの表面処理によって調整する（例：上昇させる）ことが可能であり、そのようなプロセスにより、表面は、疎水性または親水性のいずれかとなり、従って、別の材料へのその親和性が改善される可能性がある。
【０００７】
エラストマーは、射出成形または押出し成形によって加工することができる熱可塑性プラスチックであり、ここで、原材料の顆粒が溶融され、エラストマーの溶融温度よりも高い温度にて金型へ押し込まれる。この溶融物は、ある程度金属表面へ結合する。完全に反応したポリマーの代わりにモノマーを金型へ注入してもよく、この場合、金型内で重合が発生し、モノマーは、存在するその他の種と結合するさらなる機会を得ることになる。このプロセスは、反応射出成形（ＲＩＭ）として知られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
依然として、改善されたインプラントコーティングが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）から成る第一の層でコーティングされた、例えば金属基材である少なくとも１ｍｍの厚さを有する第一の基材を少なくとも含むインプラントを提供する。ＤＬＣ層は、１０ミクロン未満など、所望に応じた厚さを有していてよい。１つの実施形態によると、ＤＬＣ層は、少なくともおよそ５００ｎｍの厚さを有していてよい。ＤＬＣ層上に、ポリマー材料のさらなる層を配置してよい。このポリマー材料は、第一の基材よりも低い剛直性を有していてよく、１ｍｍ超を例とする、所望に応じた厚さを有していてよい。
【００１０】
ポリマー材料は、所望に応じて、適切ないかなる材料から成っていてよい。例えば、ポリマー材料は、熱硬化性材料、または熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などの熱可塑性プラスチックであってよい。特定の実施形態によると、ポリマー材料は、ポリエステルウレタン、ポリエーテルウレタン（ＰＥＵ）、ポリカーボネートウレタン（ＰＣＵ）、またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）含有ポリウレタンであってよく、これらは、カーボネート基などの極性基を有していてよい。１つの実施形態では、ポリマー材料はシリコーンである。シリコーン材料は、ＴＰＥ材料よりも軟性である。
【００１１】
この点で、比較的薄いＤＬＣ層は、第一の基材の表面を熱可塑性プラスチックなどのポリマー材料と結合させる接着促進剤を提供する。第一の基材表面へのＤＬＣ層の堆積は、例えばプラズマ化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）を介して、例えば第一の反応性中間層により第一の基材を処理した後に行ってよい。反応性中間層は、遷移金属から成っていてよい（遷移金属元素および／または遷移金属含有化合物もしくは合金を含む）。適切な遷移金属の例としては、タンタル、クロム、ニオブ、およびタングステンが挙げられる。加えて、または別の選択肢として、反応性中間層は、ケイ素から成っていてよく（ケイ素元素および／またはケイ素化合物を含む）、例えば炭化ケイ素、特にアモルファス炭化ケイ素である。この点で、反応性中間層は、第一の基材とＤＬＣ層との間に配置してよいことは理解されるべきである。
【００１２】
ＤＬＣ層の外側表面（すなわち、第一の基材とは逆側のＤＬＣ層表面）は、さらなる層を適用する前に活性化される。ＤＬＣ層の外側表面は、ＵＶ光または適切なプラズマ（酸素、アルゴン）への曝露のいずれかによって活性化してよい。続いて、ポリマー材料の射出成形または反応射出成形により、さらなる層の加工を行ってよい。このような界面設計により、長期的な移植に適する、強く生体内安定性を持つ材料の組み合わせが可能となる。
【００１３】
第一の基材上にＤＬＣ層を用いることで、さらなる層のポリマー材料との化学結合を得ることが可能であり、従って、第一の金属基材との接着強度が高められる。
【００１４】
通常の接着性促進技術は、多くの場合、酸などの非生体適合性である物質の使用を含み、部品の洗浄およびプロセスの安全性に関して注意深い管理が必要とされる。他方、シランなどの標準的なプライマーのヒト脊椎への長期的な使用および効果については未知である。全椎間板置換デバイスの場合、長期的な配置のために、苛酷な条件下での接着強度が望まれる。界面は、通常、加水分解／酸化攻撃、および高い動的機械的ストレスにさらされる。ＤＬＣ層は、接着強度を改善し、インプラントシステムに生体内安定性を付与する。
【００１５】
第一の基材およびＤＬＣ層を含むインプラントの加工は、制御された条件下での物理／化学蒸着によって行われ、加工不良のリスクが低減される。質量分析などのｉｎ‐ｓｉｔｕでの診断により、プロセス制御をさらに向上させることが可能である。
【００１６】
本開示に従うインプラントは、高い結合密度、化学的不活性、および機械的強度の利点を提供する。
【００１７】
第一の金属基材は、ＣｏＣｒ合金、ステンレススチール、チタン、またはチタン合金から成っていてよい。ＤＬＣ層の水素含有量および支配的な結合タイプは、所望に応じて構成してよい。例えば、炭化水素への密な化学結合、金属への高い接着強度、バルク形態での化学的不活性、および機械的強度を得るためには、ＤＬＣは、原子水素濃度の低い主として四面体結合型であってよい。別の選択肢として、ＤＬＣは、結合したエラストマーの機械的特性に適合するためのより高い弾性を提供することができる、より高い水素濃度を有していてもよい。例えば、ＤＬＣ層の水素濃度は、実質的に０から約３５原子パーセントの間で様々であってよい。
【００１８】
１つの実施形態によると、四面体型アモルファスＤＬＣは、所望に応じた水素含有量を有している。例えば、ＤＬＣは、水素含有量が、およそ１原子パーセント未満を例とする、ゼロまたは実質的にゼロであってよく、それによって、特に硬質であるＤＬＣ層が提供される。四面体型アモルファスＤＬＣの水素含有量は、より高い量へ高めてよく、これによって、比較的軟性であるＤＬＣ層が提供される。１つの実施形態によると、水素含有量は、少なくとも約２５原子パーセントであってよく、別の実施形態では、水素含有量は、約２５から約３５原子パーセントの範囲であってよい。従って、ＤＬＣ層の硬度は、水素含有量の増加と共に低下する。さらに、ＤＬＣ層は、ＤＬＣ層の硬度を制御するために、０から約３５原子パーセントの範囲内のいずれの水素含有量を有していてもよく、および第一の基材とさらなる層との間の方向に沿って水素含有量が変動する勾配を有していてよい。従って、ＤＬＣ層の基材に面する部分は、第一の水素含有量を有してよく、ＤＬＣ層のさらなる層に面する部分は、第一の水素含有量と等しいかまたは異なる（例えば、それより大きいまたは小さい）第二の水素含有量を有してよい。従って、ＤＬＣ層のこれらの部分は、界面において隣接する要素の機械的特性に適応し、これを利用するそれぞれの機械的特性（例：硬度）を有するように構成してよい。隣接する要素は、第一の基材もしくはさらなる層のポリマー材料、第一の基材とＤＬＣ層との間の第一の反応性中間層であってよく、または、別の選択肢として、ＤＬＣ層とさらなる層との間に配置された第一のプライマー中間層であってもよい。プライマー中間層は、ＤＬＣ層とポリマー材料との間の結合特性を高める働きを持つ。例えば、シラン系組成物が、プライマー中間層として有用である。
【００１９】
水素含有量は、第一の基材からさらなる層へ向かう方向で次第に増加してよいことは理解されるべきである。水素含有量は、ＥＲＤ（弾性反跳検出）などの標準的な手順を用いて測定してよい。
【００２０】
ＤＬＣ層は、フッ素または窒素によってドーピングし、それによってＤＬＣ層の表面エネルギーに影響を与えてよいことはさらに理解されるべきである。表面エネルギーは、ドーピング後にさらなる層としてＤＬＣ層へ適用されるポリマー材料の基本ユニットを成す液体モノマーを例とする、種々の液体の濡れ挙動に関連するいくつかの因子によって決定され得る。従って、ＤＬＣ層のドーピングは、選択された液体の特性に応じて異なる効果を有し得る。従って、ＤＬＣ層をドーピングし、ＤＬＣ層の表面エネルギーを変化させることにより、所望される濡れ挙動への改善を提供することができる。例えば、ＤＬＣ層のフッ素ドーピングは、ＤＬＣ層が極性液体モノマーと相互作用を起こす界面の表面エネルギーを効果的に低下させることができ、その結果として、モノマーがより疎水性となり、一方、窒素ドーピング、ならびに酸素および窒素による表面活性化の存在下では、同じ極性モノマーはより親水性となり得る。１つの実施形態によると、ドーピング工程は、窒素またはケイ素などの元素によるＤＬＣ層のドーピングを、アセチレン堆積工程の過程で、該当する前駆体ガスを添加することを介して行うことによって達成することができる。
【００２１】
さらなる実施形態では、インプラントは、第一の基材に関して上述したように構築してよい第二の基材を含んでいてよい。従って、第二の基材は、第二のＤＬＣ層でコーティングしてよく、ならびに第二の反応性中間層は、第一の基材および第一の反応性中間層に関して上述した形で、第二の基材と第二のＤＬＣ層との間に配置してよい。また、上述のポリマー材料のさらなる層は、このさらなる層が、第一および第二の基材の間に配置され、接続されるように、第二のＤＬＣ層上に配置してもよい。
【００２２】
特定の実施形態によると、インプラントは、各々が２つの隣接する脊椎の終板とそれぞれ接触するように適合された第一および第二の基材を有する椎間インプラントである。この点で、椎間インプラントの第一および第二の基材は、上述の方法でコーティングされた第一および第二の基材を提供してよい。
【００２３】
椎間インプラントは、中心軸にそって伸びる形状である。例えば、椎間インプラントは、中心軸に沿って間隔をあけて配置される第一の骨接触プレートおよび第二の骨接触プレートを含む。椎間インプラントは、さらに、前記第一および第二の骨接触プレート間に配置された弾性コアを含む。従って、第一の骨接触プレートは、第一のＤＬＣ層でコーティングされた第一の基材を定めてよく、第二の骨接触プレートは、第二のＤＬＣ層でコーティングされた第二の基材を定めてよく、および弾性コアは、第一および第二のＤＬＣ層間に配置されたポリマー材料のさらなる層を含んでよい。弾性コアは、単一層を含んでいても、または複数層を含んでいてもよい。例えば、弾性コアは、例えば金属基材からポリマー材料への移行を緩和するために、硬度の異なるいくつかの層（例：硬質から軟質）を含んでいてよい。弾性コアはまた、放射線不透過性のための硫酸バリウム、抗菌効果のための銀もしくは銀イオン、および／または骨結合のためのヒドロキシアパタイトを例とする、異なる機能を提供する種々の添加剤を含んでいてもよい。弾性コアの層はまた、様々な多孔度を有していてもよく、多孔度が高まると、骨が細孔中へ成長することができる程度まで骨結合を改善することができる。
【００２４】
１つの実施形態によると、第一の骨接触プレートは、第一の内部固定部材を定め、第二の骨接触プレートは、第二の内部固定部材を定める。第一および第二の内部固定部材は、第一および第二の骨接触プレートの互いに対する変位および回転の制限を可能とする連結構造を形成することができる。連結構造は、第一および第二の骨接触プレートならびに弾性コアの間の接触表面を増加させることは理解されるべきである。従って、この連結構造により、第一および第二の骨接触プレートが、インプラントの中心軸に対して平行および直角の両方に伸びる方向成分を持つ方向へ向かって互いから変位した場合に、弾性コアの変形が制限される。連結構造はまた、第一および第二の骨接触プレートが、中心軸に対して角度を有する（例えば、直角である）軸に対して回転する場合も、弾性コアの変形を制限することができる。連結構造は、弾性コアが過大な程度で変形することを防止する。
【００２５】
インプラントのさらなる実施形態では、前記弾性コアは、５〜５０ＭＰａのヤング率を有していてよく、好ましくは１０〜２０ＭＰａである。
【００２６】
１つの実施形態によると、インプラントを製造する方法は、以下の工程を含んでよい：
ａ）基材を、例えば有機溶媒中にて、超音波洗浄する工程；
ｂ）洗浄、乾燥した基材を、例えばポンプによっておよそ１０−７ｍｂａｒの基底圧力とすることができる真空システムへ挿入する工程；
ｃ）例えばおよそ２・１０−２ｍｂａｒで実施することができるアルゴン衝撃を例えば用いて、基材を予備洗浄する工程；
ｄ）予備洗浄した基材上へ、ＤＬＣ層を堆積させる工程。ＤＬＣ層は、およそ１０ミクロン未満を例とする、所望に応じた厚さを有していてよい。ＤＬＣ層は、アセチレンからの堆積など、適切ないかなる堆積技術によって基材上へ堆積してもよい；ならびに、
ｅ）ＤＬＣ層上へポリマー材料のさらなる層を配置する工程。ポリマー材料は、所望に応じた剛直性を有していてよく、例えば、基材のそれよりも小さくてよい。このさらなる層は、１ｍｍ超など、所望に応じた厚さを有していてよい。
【００２７】
様々な層を、互いの上に直接配置してよく、または所望に応じて介在層を介して互いの上に間接的に配置してもよいことは理解されるべきである。
【００２８】
１つの実施形態によると、ケイ素または金属化合物の反応性中間層は、例えばテトラメチルシランの堆積またはマグネトロンスパッタリングにより、予備洗浄した基材上へ堆積してよい。次に、ＤＬＣ層をこの反応性中間層上へ堆積してよい。この点で、ＤＬＣ層は、反応性中間層として提供される介在層を介して、予備洗浄した基材上へ堆積されることは理解されるべきである。
【００２９】
前記方法の別の実施形態では、金属化合物は、Ｔａ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗ、またはＴｉである。
【００３０】
さらなる実施形態では、所望に応じて、プライマー中間層が、ＤＬＣ層および弾性コアの界面に配置されてよい。
【００３１】
本明細書で開示される結合技術は、金属をポリマーへ結合することが必要である、または所望される用途で使用することができる。本明細書で記載される具体的な実施形態に加えて、そのような使用には、金属およびエラストマー成分から成る後部動的安定化ロッド、人工指関節、腰椎もしくは椎間関節のための融着デバイス、ならびにコンプライアンスを有する軟性成分（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  ｓｏｆｔ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）および金属剛直性部品を持つ機器を挙げることができる。本明細書で述べる結合技術は、インプラントに必要とされる十分な安定性を依然として可能としながら、例えば、可撓性、可動性、および／または衝撃吸収性の向上を提供するものである。
【００３２】
前述の概要、ならびに本出願の実施形態の以下の詳細な記述は、添付の図面と合わせて読むことで、より理解が深まるであろう。本出願の本発明を説明する目的で、好ましい実施形態を図面に示す。しかし、本出願が、示される構成および手段に厳密に限定されるものではないことは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、１つの実施形態に従って構築されたインプラントの斜視図である。
【図２】図２は、図１に示されるインプラントの側面図である。
【図３】図３は、図１に示されるインプラントの、説明の目的で一部分が切り取られた分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１〜３を参照すると、整形外科インプラント１は、椎間インプラント１として構成され、中心軸８に沿って伸び、さらに中心軸８に対して横方向へ伸びている。インプラント１は、第一の基材１７を含み、そしてこれは、第一の骨接触プレート２および第一の内部固定部材６を含む。インプラント１は、さらに、第二の基材２１を含み、そしてこれは、第二の骨接触プレート３、および第一の内部固定部材６と噛み合わされる第二の内部固定部材７を含む。インプラント１は、さらに、第一および第二の骨接触プレート２および３の間に配置された弾性コア４を含む。弾性コア４は、インプラント１の作用中に、制振部材を提供することができる。第一および第二の骨接触プレート２および３は、チタン、Ｔｉ６Ａｌ７Ｎｂを例とするチタン合金、またはＣｏＣｒ合金、ステンレススチール、もしくは所望に応じた別の選択肢としてのいずれかの金属などの別の選択肢としての適切ないずれかの生体適合性材料から成っていてよい。さらに、第一および第二の接触プレートは、第一の基材１７および第二の基材２１に提供される、ＤＬＣ層がその上に堆積される領域を定めることができることは、理解されるべきである。
【００３５】
第一の骨接触プレート２は、第一の外側骨接触表面１１および第二の内側表面９を定める。外側骨接触表面１１は、隣接する椎体の下側終板と接触するように構成される。内側表面９は、第二の骨プレート３に面している。同様に、第二の骨接触プレート３は、第一の外側骨接触表面１２および第二の内側表面１０を有する。外側骨接触表面１２は、隣接する椎体の上側終板と接触するように構成される。内側表面１０は、第一の骨接触プレート２に面している。弾性コア４は、所望に応じた制振特性を提供する適切ないかなる材料から成っていてもよい。例えば、弾性コア４は、本明細書で述べるように、さらなる層１９を含んでよい。例えば、弾性コア４の材料は、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのセグメント化ポリウレタンコポリマー、またはシリコーン材料、またはシリコーンの群から選択してよい。
【００３６】
第一の内部固定部材６は、内側表面９から伸びている。同様に、第二の内部固定部材７は、内側表面１０から伸びている。１つの実施形態によると、第一の内部固定部材６は、内側表面９と一体化されていてよく、第二の内部固定部材７は、内側表面１０と一体化されていてよい。しかし、別の選択肢として、固定部材６および７は、それぞれの内側表面９および１０と、不連続な形で接続されていてもよいことは理解されるべきである。第一および第二の固定部材６および７は、合わせて、インプラント１の固定構造を提供することができる。
【００３７】
椎間インプラント１は、従って、以下を含む：
・  前記第一の骨接触プレート２および前記第一の内部固定部材６を含む、第一の基材１７；
・  前記第一の骨接触プレート２の前記内側表面９、および前記第一の内部固定部材６の表面の上に配置され、厚さが１０ミクロン未満である第一のＤＬＣ層１８；
・  ポリマー材料のさらなる層１９を含み、前記第一および第二の骨接触プレート２、３の間に配置される、弾性コア４；
・  前記第二の骨接触プレート３および前記第二の内部固定部材７を含む、第二の基材２１；ならびに、
・  前記第二の骨接触プレート３の前記内側表面１０、および前記第二の内部固定部材７の表面の上に配置され、厚さが１０ミクロン未満である第二のＤＬＣ層１８。
【００３８】
この点で、第一のＤＬＣ層１８は、弾性コア４および第一の基材１７の間に配置され、一方第二のＤＬＣ層１８は、弾性コア４および第二の基材２１の間に配置される。さらに、第一のＤＬＣ層１８およびさらなる層１９の間、ならびに第二のＤＬＣ層１８およびさらなる層１９の間に、プライマー中間層を配置してもよい。プライマー中間層は、ＤＬＣ層１８およびさらなる層１９のそれぞれのポリマー材料の間の結合（例：化学的および／または機械的）を促進することができる。プライマー中間層は、例えば、ガンマメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（Ｐｒｉｍｅｒ  Ａ‐１７４）などのシランによって形成することができる。
【００３９】
前記第一および第二の骨接触プレート２、３の金属基材１７、２１へＤＬＣ層１８を付着させることにより、弾性コア４のポリマー材料と前記第一および第二の骨接触プレート２、３との間の化学結合が促進され、それによって、弾性コアと前記第一および第二の骨接触プレート２、３の金属基材との接着強度が高められる。
【００４０】
第一の内部固定部材６は、前記第一の骨接触プレート２の内側表面９から突出しているペグ１３を形成する第一の突起部として構成される。ペグ１３は、中心軸８に直交する方向に沿う楕円形状の断面を定めていてよい。ペグは、さらに、中心軸８と同軸方向にも伸びている。第二の内部固定部材７は、前記第二の骨接触プレート３の内側表面１０から伸びている第二の突起部として構成される。第二の突起部は、中心軸８と同軸方向に伸びる楕円形状のくぼみ部１４を定めていてよい。従って、第二の内部固定部材７は、楕円形状のくぼみ部１４を定める環状壁１５を定める。楕円形状のくぼみ部１４は、中心軸８に直交する方向に沿う楕円形状の断面を有する。楕円形状のくぼみ部１４の断面積は、前記ペグ１３の断面積よりも大きく、それによって、前記ペグ１３が前記楕円形状のくぼみ部１４の内部にはめ込まれた場合、中心軸８を横切る方向に空間が残っている。前記空間により、この連結構造は、第一および第二の骨接触プレート２および３が互いに対して変位および回転することを可能としている。第一および第二の骨接触プレート２および３の間の可能である相対的な動きは、連結構造により、およそ１ｍｍなど、およそ０ｍｍからおよそ２ｍｍの範囲に制限される。さらに、この連結構造により、第一および第二の骨接触プレート２および３の各々と弾性コア４との間の接触表面が増加する。加えて、第二の内部固定部材７の環状壁１５は、複数の穿孔部１６を含んでよく、それにより、弾性コア４のポリマー材料が、穿孔部１６を通ってペグ１３と前記内側表面１５との間の前記空間内へ貫通することができ、それによって前記弾性コア４の第二の骨接触プレート３への固定が強化される。
【００４１】
製造
さらなる層１９のポリマー材料が結合されるＤＬＣ層１８の表面に、活性化処理を施してよく、これは、さらなる層１９がＤＬＣ層１８へ結合される直前に行ってよく、それによって効果の減衰が回避される。活性化処理により、ＤＬＣ層１８の表面から汚染物が除去され、さらなる層１９のポリマー材料との接続に適するダングリングボンドがＤＬＣ層１８表面に作り出される。活性化処理は、ＤＬＣ層１８の表面を大気圧プラズマ（例：酸素、空気、アルゴンなど）または短波長ＵＶ放射線に曝露するなどのプロセスを用いて行ってよい。活性化処理は、表面の著しい黒鉛化を回避するように実施してよい。さらなる層１９のポリマー材料は、熱可塑性エラストマー（例：ポリジメチルシロキサン系セグメント化ポリウレタン）または熱硬化性材料であってよい。ＤＬＣ層１８の適用前に、基材１７、２１の表面を、表面幾何構造効果に起因してさらなる接着性の増加を得るような構造としてよい。
【００４２】
例（エラストマー制振要素）
従って、例えば椎間インプラントに含まれた場合に、生体内での動荷重に耐えることができる、生体内安定性金属‐エラストマー結合部（ｍｅｔａｌ−ｅｌａｓｔｏｍｅｒ  ｌｉｎｋ）を提供することができることは理解されるべきである。そのような結合部は、関節置換（脊椎板（ｓｐｉｎａｌ  ｄｉｓｋｓ）、人工指関節など）のために、骨結合プレート（例：表面処理ＴｉＡｌＮｂ合金）を制振要素へ接続するために望ましい。
【００４３】
ＤＬＣ層１８は、基材１７および２１上にＤＬＣ層１８が堆積されるように、アセチレンプラズマを用いたプラズマ化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）によって作製してよい。安定な接続（ＴｉＡｌＮｂ系プレート‐ＤＬＣ）は、コーティングプロセスにおいて、適切な反応性中間層系を用いることで達成することができる。反応性中間層として適する組成物は、ケイ素元素などのケイ素、またはケイ化物などのケイ素化合物を含んでよい。別の選択肢として、またはそれに加えて、反応性中間層は、タンタル元素を含むタンタル、ならびに炭化タンタルおよび窒化タンタルなどのタンタル化合物から成っていてもよい。基材上へＤＬＣ層１８を堆積させるこのプロセスは、以下のように記述することができる：
１．アセトン／エタノール混合物中にてプレートを超音波洗浄する；
２．洗浄、乾燥したプレートを真空システムへ挿入し、ポンプによって例えば１０−７ｍｂａｒの基底圧力とする；
３．例えば２・１０−２ｍｂａｒ、−６００ＶのＲＦ（高周波）自己バイアスでの３０分間のアルゴン衝撃により、プレートを予備洗浄する；
４．例えば−６００ＶのＲＦ自己バイアスでの１０分間のテトラメチルシラン堆積により、１００ｎｍのケイ素中間層を堆積させる；
５．例えば−６００ＶのＲＦ自己バイアスでのアセチレンからの１５分間の堆積により、５００ｎｍ厚のＤＬＣ層を堆積させる。
【００４４】
ＤＬＣ層にさらなる層を付着させる前に、ＤＬＣ層を、上述の方法で活性化してよい。この活性化により、表面汚染物が除去され、水素の除去と酸素の結合によってＤＬＣ層表面が極性化され、それによって、ＤＬＣ層の表面エネルギーが高められる。従って、ＤＬＣ表面は、続いて接着されるさらなる層のポリマー材料のための結合部位を高密度で有する。プラズマ活性化プロセスは、以下のように記述することができる：
１．アセトン／エタノール混合物中にて、サンプルを５分間超音波予備洗浄する；
２．不活性ガスジェット中にてサンプルを乾燥し、それを、基底圧力＜１・１０−４ｍｂａｒが可能である真空チャンバー内に配置する；
３．ＲＦまたはそれに類似のＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）により、イオン密度１・１０１０／ｃｍ３のプラズマ（アルゴン、酸素、または窒素）をＤＬＣ層に少なくとも２０分間適用する。サンプル表面におけるイオンエネルギーは、著しいスパッタリングを起こしてはならず、サンプルは、著しく加熱されてはならない。
４．真空チャンバーからサンプルを取り出し、それをプラズマ活性化処理後２０分以内に成形する。
ＤＬＣ層の表面が活性化されると、さらなる層を、例えば射出成形により、ＤＬＣ層へ付着させる。１つの実施形態によると、このさらなる層は、反応射出成形（ＲＩＭ）によってＤＬＣ層へ付着されてよい。
【００４５】
上述のプラズマ活性化に対する別の選択肢としての実施形態では、ＤＬＣ層はまた、ＵＶ光または電子線活性化を用いて活性化してもよい。そのようなＵＶ光活性化では、プロセス工程３は、以下のように記述することができる：
３．エネルギーが４．５ｅＶ超である高強度ＵＶ放射線を、少なくとも１０分間ＤＬＣ層に適用する。
そのような電子線活性化では、プロセス工程３は、以下のように記述することができる：
３．エネルギーが４．５ｅＶ超である電子線を、少なくとも１０分間ＤＬＣ層に適用する。
【００４６】
本発明の実施形態を詳細に記載してきたが、添付の請求項によって定められる本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明において種々の改変、置き換え、および変更を行ってよいことは理解されるべきである。さらに、本出願の範囲は、本明細書で述べるプロセス、機械、製造、および物質の組成、手段、方法、および工程の特定の実施形態に限定することを意図するものではない。当業者であれば本発明の開示から容易に理解されるように、本明細書で述べる対応する実施形態と実質的に同じ機能を発揮するか、もしくは実質的に同じ結果をもたらす既存の、または後に開発されるであろうプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、または工程を、本発明に従って用いてよい。
【図１】
2013534854.tif 000003
【図２】
2013534854.tif 000004
【図３】
2013534854.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月29日(2012.12.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが１０ミクロン未満である第一のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層（１８）；および、
前記ＤＬＣ層（１８）上に配置されたポリマー材料のさらなる層（１９）、
によってコーティングされた、厚さが少なくとも１ｍｍである第一の金属基材（１７）を含み、前記ポリマー材料は、前記基材（１７）よりも剛直性が低く、および１ｍｍ超の厚さを有するものである、整形外科インプラント（１）。
【請求項２】
前記基材が、ＣｏＣｒ合金、ステンレススチール、チタン、またはチタン合金から成る、請求項１に記載のインプラント。
【請求項３】
前記ＤＬＣ層が、少なくとも約５００ｎｍの厚さを有する、請求項１または２のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項４】
前記ＤＬＣ層が、アモルファスＤＬＣから成る、請求項１から３のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項５】
前記ＤＬＣ層が、四面体型アモルファスＤＬＣから成る、請求項４に記載のインプラント。
【請求項６】
前記ＤＬＣが、０から約３５原子％の水素含有量を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項７】
前記ＤＬＣ層が、フッ素または窒素によってドーピングされている、請求項１から６のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項８】
前記ポリマー材料が、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）である、請求項１から７のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項９】
前記ポリマー材料が、ポリエステルウレタン、ポリエーテルウレタン（ＰＥＵ）、ポリカーボネートウレタン（ＰＣＵ）、またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）含有ポリウレタンである、請求項１から７のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項１０】
前記ポリマー材料が、シリコーン材料である、請求項１から７のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項１１】
第二の基材上に配置された厚さが１０ミクロン未満である第二のＤＬＣ層を含み、前記第二の基材は、少なくとも１ｍｍの厚さを有し；それによって、前記さらなる層は、前記第一のＤＬＣ層と前記第二のＤＬＣ層との間にある、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項１２】
ａ）前記基材を予備洗浄すること；
ｂ）前記基材上へ前記ＤＬＣ層を堆積させること；および、
ｃ）前記ＤＬＣ層上へ前記さらなる層を適用すること、
を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のインプラントを製造するための方法。
【請求項１３】
工程ｂ）とｃ）との間に、反応性中間層を堆積することをさらに含み、ここで、前記反応性中間層は、ケイ素または金属含有化合物である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第一の骨接触プレートであって：
第一の金属基材；
前記金属基材上にコーティングされた第一のＤＬＣ層；
を含む、第一の骨接触プレートと；
第二の骨接触プレートであって：
第二の金属基材；および、
前記第二の金属基材上にコーティングされた第二のＤＬＣ層；
を含む、第二の骨接触プレートと；
前記第一および第二のＤＬＣ層へ、前記第一および第二の骨接触プレートが連結されるように適用された、ポリマー材料を含む弾性コアと、
を有する、整形外科インプラント。
【請求項１５】
前記第一の金属基材と前記第一のＤＬＣ層との間に配置された第一の反応性中間層、および前記第二の金属基材と前記第二のＤＬＣ層との間に配置された第二の反応性中間層をさらに含み、前記反応中間層は、それぞれ、前記第一および第二のＤＬＣ層と前記第一および第二の基材との間の結合を促進するように構成される、請求項１４に記載の整形外科インプラント。
【国際調査報告】
2013534854.tif 000006
2013534854.tif 000007
2013534854.tif 000008