(57)【要約】本発明は、１つの実施態様において、一般に人工関節において利用される磁性レオロジー流体に関し、特に、人工膝関節用のための制御可能な制動システムにおいて利用される磁性レオロジー流体に関する。本発明の好ましい磁性レオロジー流体は、分極性鉄粒子、キャリア流体及び必要に応じて添加剤を含む。好ましい実施態様は、誘導体化フルオロポリマーと同様、官能化キャリア流体を包含するが、これに限定されない。好ましいキャリア流体は、ペルフッ素化ポリエーテルを包含するが、これに限定されない。
2006525650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄粒子及び流体成分を含む磁性レオロジー流体であって、
該流体成分が、キャリア流体及び添加剤を含み；
該添加剤が、パラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体及び／又は官能化ペルフッ素化ポリエーテル流体を含む、磁性レオロジー流体。
【請求項２】
鉄粒子が、約０．２〜約５０ミクロンのサイズである、請求項１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項３】
鉄粒子が、約０．４〜約１０ミクロンのサイズである、請求項２に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項４】
鉄粒子が、約０．５〜約９ミクロンのサイズである、請求項３に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項５】
鉄粒子を、磁性レオロジー流体の総体積の約１〜約６０％（ｖ／ｖ）含む、請求項１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項６】
鉄粒子を、磁性レオロジー流体の総体積の約１０〜約５０％（ｖ／ｖ）含む、請求項５に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項７】
鉄粒子を、より好ましくは、磁性レオロジー流体の総体積の約２０〜約４０％（ｖ／ｖ）含む、請求項６に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項８】
キャリア流体が、シリコン、炭化水素、エステル、エーテル、フッ素化エステル、フッ素化エーテル、鉱油、不飽和炭化水素、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項９】
キャリア流体が、１以上のペルフッ素化ポリエーテルを含む、請求項８に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項１０】
添加剤が、パラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体を含む、請求項１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項１１】
添加剤が、官能化ペルフッ素化ポリエーテル流体を含む、請求項１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項１２】
官能化ペルフッ素化ポリエーテル流体添加剤が、シラン、ホスフェート、ヒドロキシル、カルボン酸、ジヒドロキシルアミン（amine dihydroxyl）、エトキシエーテル、イソシアネート、芳香族、エステル、及びアルコール官能基（alcohol function）からなる群より選択される１以上の官能基を含む、請求項１１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項１３】
官能化ペルフッ素化ポリエーテル流体添加剤が、末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有する、ポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）を含む、請求項１１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項１４】
添加剤を、流体成分の約０．１〜約２０％（ｖ／ｖ）含む、請求項１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項１５】
添加剤を、流体成分の約１〜約１５％（ｖ／ｖ）含む、請求項１４に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項１６】
添加剤を、流体成分の約２〜約１０％（ｖ／ｖ）含む、請求項１５に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項１７】
請求項１に記載の磁性レオロジー流体であって、以下：
約２８％（ｖ／ｖ）の鉄粒子；及び
約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分；
（前記流体成分が、約５％（ｖ／ｖ）の添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のペルフッ素化ポリエーテルキャリア流体を含む）を含む、磁性レオロジー流体。
【請求項１８】
添加剤が、末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有する、ポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）を含む、請求項１７に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項１９】
添加剤が、パラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体を含む、請求項１７に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項２０】
人工膝と組み合わせて使用される、鉄粒子及び流体成分を含む磁性レオロジー流体であって；
該流体成分が、キャリア流体及び添加剤を含み；
該添加剤が、パラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体及び／又は官能化ペルフッ素化ポリエーテル流体を含む、磁性レオロジー流体。
【請求項２１】
人工膝が、剪断モード（shear mode）で作動する、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項２２】
鉄粒子が、約０．２〜約５０ミクロンのサイズである、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項２３】
鉄粒子が、約０．４〜約１０ミクロンのサイズである、請求項２１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項２４】
鉄粒子が、約０．５〜約９ミクロンの範囲である、請求項２２に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項２５】
鉄粒子を、磁性レオロジー流体の総体積の約１〜約６０％（ｖ／ｖ）含む、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項２６】
鉄粒子を、磁性レオロジー流体の総体積の約１０〜約５０％（ｖ／ｖ）含む、請求項２５に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項２７】
鉄粒子を、より好ましくは、磁性レオロジー流体の総体積の約２０〜約４０％（ｖ／ｖ）含む。請求項２６に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項２８】
キャリア流体が、シリコン、炭化水素、エステル、エーテル、フッ素化エステル、フッ素化エーテル、鉱油、不飽和炭化水素、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項２９】
キャリア流体が、１以上のペルフッ素化ポリエーテルを含む、請求項２８に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項３０】
添加剤が、パラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体を含む、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項３１】
添加剤が、官能化ペルフッ素化ポリエーテルを含む、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項３２】
官能化ペルフッ素化ポリエーテル流体添加剤が、シラン、ホスフェート、ヒドロキシル、カルボン酸、ジヒドロキシルアミン（amine dihydroxyl）、エトキシエーテル、イソシアネート、芳香族、エステル、及びアルコール官能基（alcohol function）からなる群より選択される１以上の官能基を含む、請求項３１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項３３】
官能化ペルフッ素化ポリエーテル流体添加剤が、末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有する、ポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）を含む、請求項３２に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項３４】
添加剤を、流体成分の約０．１〜約２０％（ｖ／ｖ）含む、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項３５】
添加剤を、流体成分の約１〜約１５％（ｖ／ｖ）含む、請求項３４に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項３６】
添加剤を、流体成分の約２〜約１０％（ｖ／ｖ）含む、請求項３５に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項３７】
請求項２０に記載の磁性レオロジー流体であって、以下：
約２８％（ｖ／ｖ）の鉄粒子；及び
約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分；
（前記流体成分が、末端フルオロメチレン基上に位置する付加カルボン酸を有する、約５％（ｖ／ｖ）のポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）添加剤、及び約９５％（ｖ／ｖ）ペルフッ素化ポリエーテルキャリア流体を含む）を含む、磁性レオロジー流体。
【請求項３８】
請求項２０に記載の磁性レオロジー流体であって、以下：
約２８％（ｖ／ｖ）の鉄粒子；及び
約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分；
（前記流体成分が、約５％（ｖ／ｖ）のパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体添加剤、及び約９５％（ｖ／ｖ）ペルフッ素化ポリエーテルキャリア流体を含む）を含む、磁性レオロジー流体。
【請求項３９】
磁性レオロジー流体が、約１０〜１１５°Ｆの温度範囲で操作可能である、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項４０】
キャリア流体が、１０４°Ｆにおいて、約１０〜約１００ｃＳｔの粘度を有する、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項４１】
キャリア流体が、１０４°Ｆにおいて、約３０〜約８０ｃＳｔの粘度を有する、請求項４０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項４２】
キャリア流体が、１０４°Ｆにおいて、約５０〜約７０ｃＳｔの粘度を有する、請求項４１に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項４３】
キャリア流体が、１０４及び２１２°Ｆにおける動粘度（kinematic viscosity）に基づいて、約１００〜約３４０の粘度指数を有する、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項４４】
キャリア流体が、１０４及び２１２°Ｆにおける動粘度（kinematic viscosity）に基づいて、約１２０〜約３２０の粘度指数を有する、請求項４３に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項４５】
キャリア流体が、約−７０℃〜約−４０℃の範囲の流動点（pour point）を有する、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【請求項４６】
キャリア流体が、１２１℃にて約０．０１％〜約２０％のパーセント揮発度を有する、請求項２０に記載の磁性レオロジー流体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの実施態様において、一般に人工関節において利用される磁性レオロジー流体、特に、人工膝関節のための制御可能な制動システムにおいて利用される磁性レオロジー流体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、（ｉ）さまざまな力で一方の材料表面と他方の表面とがこすれる乾燥摩擦ブレーキ、（ｉｉ）さまざまなサイズの開口部又はフロー制限プレートを通じて圧縮された作動流体を使用する粘性トルクブレーキ、及び（ｉｉｉ）流体の粘度が印加磁場に応じて変化する、ＭＲ流体（流体中に懸濁した鉄微粒子を含む）が固定された開口部又はフロー制限プレートを通じて圧縮される磁性レオロジー（ＭＲ）ブレーキ又はダンパーの３種類の可変トルクブレーキが人工膝に採用されていた。これらの技術はそれぞれ、補綴学の分野において従来実践されているものであり、いくつかの欠点が見られる。
【０００３】
乾燥摩擦ブレーキは一般に、そのサイズに対し、かなりのトルク範囲を持つが、制御が困難な場合が多いという点で望ましくない。摩擦パッドは、長時間使用した後、磨耗しがちであり、そのため、所定の強制されたトルクに対するブレーキとトルク応答の摩擦特性が変わる。このため、ダンピング性能が信頼できないものとなり、肢切断患者の歩行に悪影響を及ぼし、肢切断患者が不快な思いをすることになるという欠点がある。従って、乾燥摩擦ブレーキは、頻繁な整備及び／又は交換を必要とし、これは望ましくないコスト増につながる。
【０００４】
高負荷状態では、粘性トルクブレーキは作動液の漏れの影響を受けやすく、場合によっては、過剰な圧力上昇による損傷を受けることもある。その結果、一度ブレーキ装置が過負荷になると普通の状態に戻らないため不可逆状態を生じる可能性があるという欠点がある。従って、人工関節に使用するこのような粘性トルクブレーキは致命的な故障を発生しがちであり、従って、肢切断患者の安全性の面で信頼性が低く、有害であり得る。
【０００５】
特定のＭＲブレーキ及びダンパーにおいて、ＭＲ流体と装置の相互作用は、増加された圧力、シール（seal）劣化又はこれら２つの組み合わせを引き起こす。これらの弊害の可能性のある他の原因は、ＭＲ流体の分解である。ひとたびシールが機能しなくなり、又はＭＲ流体が分解されれば、人工膝は、もはや使用に適さない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の要約
好ましい実施態様によれば、分極性粒子、キャリア流体、及び必要に応じて添加剤を含む磁性レオロジー流体（ＭＲ流体）が提供される。１つの実施態様において、分極性粒子は、約０．１〜約１００ミクロン、好ましくは約０．２〜約５０ミクロン、約０．４〜約１０ミクロン、又は約０．５〜約９ミクロンのサイズの範囲のみならず、約０．３、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、４０、６０、７０、８０、及び９０ミクロン、ならびにそのようなサイズをも包含する範囲の鉄粒子を含む。ある実施態様においては、ＭＲ流体の総体積の約１〜約６０％（ｖ／ｖ）、好ましくは約１０〜約５０％（ｖ／ｖ）、約２０〜約４０％（ｖ／ｖ）のみならず、約５、１５、２５、３０、３５、４５及び５５％（ｖ／ｖ）、ならびにそのようなパーセンテージを包含する範囲の鉄粒子を含む。
【０００７】
好適なキャリア流体の候補は、シリコン、炭化水素、エステル類、エーテル類、フッ素化エステル類、フッ素化エーテル類、鉱油、不飽和炭化水素、及び水ベース流体を含むが、これに限定されない。１つの実施態様において、好ましいキャリア流体は、脂肪族炭化水素を含む。他の実施態様においては、好ましいキャリア流体は、ペルフッ素化ポリエーテル（“ＰＦＰＥ”）を含む。
【０００８】
１つの実施態様において、好ましい添加剤は、パラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体を含むがこれに限定されない、官能化フルオロポリマーを含む。他の実施態様において、好ましい添加剤は、官能化キャリア流体を含む。単官能化ＰＦＰＥキャリア流体誘導体の好適な候補は、シラン、ホスフェート、ヒドロキシル、カルボン酸、アルコール及びアミン官能基を含むが、これに限定されない。二官能化ＰＦＰＥキャリア流体誘導体の好適な候補は、ジヒドロキシル、エトキシエーテル、イソシアネート、芳香族、エステル及びアルコール官能基を含むが、これに限定されない。１つの実施態様において、好ましい官能化ＰＦＰＥキャリア流体は、末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）を含む。１つの実施態様において、キャリア流体の約０．１〜約２０％（ｖ／ｖ）、好ましくは約１〜約１５％（ｖ／ｖ）、又は約２〜約１０％（ｖ／ｖ）のみならず、約２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１１、１２、１３、１４、１６、１７、１８及び１９％（ｖ／ｖ）、ならびにそのようなパーセンテージを包含する範囲の添加剤を含む。
【０００９】
１つの実施態様において、好ましいＭＲ流体は、約２８％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）の末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。他の実施態様において、好ましいＭＲ流体は、約３２％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約６８％（ｖ／ｖ）流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）の末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。他の実施態様において、好ましいＭＲ流体は、約２８％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）のパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。他の実施態様において、好ましいＭＲ流体は、約３２％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約６８％（ｖ／ｖ）流体成分を含み、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）のパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。ＰＦＰＥオイルを含有する実施態様においては、ＰＦＰＥオイルは、実質的に全て１種のＰＦＰＥオイル又は１種以上ＰＦＰＥオイルの混合物を含み得る。
【００１０】
１つの実施形態において、ＭＲ流体は、特に、剪断モード装置において使用されるようにデザインされる。そのような装置に対しては、機械的に硬い粒子が望ましい。また、キャリア流体は、他の流体に比べ、温度変化によって粘度が大幅に変化しないものが望ましい。これは、より高い粘度指数を有する好ましいキャリア流体を用い、粘度指数（試験方法ＡＳＴＭ  Ｄ−２２７０）について計測され得る。１つの実施態様において、好ましいキャリア流体は、好ましくは、１０４及び２１２°Ｆにおける動粘度（kinematic viscosity）に基づいて、約１００〜約３４０、約１２０〜約３２０、約１４０〜約３００の粘度指数のみならず、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２５５、２６０、２８０、ならびにこれらの量を包含する範囲に及ぶ、粘度指数を有する。これを達成する１つの実施態様は、１種以上のＰＦＰＥオイルを含むキャリア流体を含む。例えば、好ましいＰＦＰＥ流体、ＵＮＩＦＬＯＲＴＭ８５１０は、粘度指数２５５を有する。いかなる理論にも束縛されないが、ある実施態様の好ましいＰＦＰＥオイルは、狭い分子量の分布のため、望ましい粘度指数を示すと考えられる。また、ＭＲ流体は、装置の機能に干渉する、密閉されたチャンバー（chamber）中で大量の蒸気を発生させないことが望ましい。１つの実施態様において、ＰＦＰＥオイルキャリア流体及び官能化フルオロポリマー添加剤を含む流体成分は、この特性を提供する。いかなる理論にも束縛されないが、ある実施態様の好ましいＰＦＰＥオイルは、それらが、より大きい分子量（例えば、約２，０００〜約１５，０００）を有し、従って、大量の蒸気を生じないことから、他のオイルよりも揮発性が低い（すなわち、蒸気圧が低い）と考えられる。
【００１１】
加えて、剪断モード装置は、例えば、１つの実施形態におけるトルク発生が、約０．１〜約２００ニュートンメーター、より好ましくは約０．３〜約１５０ニュートンメーター、さらに好ましくは約０．５〜約１００ニュートンメーターである可能性があるのみならず、約０．８、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０及び７５ニュートンメーターをも含む、十分なトルクを提供すべきである。１つの実施態様において、ＭＲ流体に対する、鉄粒子等の粒子の十分な比率を維持することは、これを提供する。１つの実施態様において、好適な比率は、鉄粒子を、ＭＲ流体の総体積の約１〜約６０％（ｖ／ｖ）、好ましくは約１０〜約５０％（ｖ／ｖ）、より好ましくは約２０〜約４０％（ｖ／ｖ）を含むのみならず、約５、１５、２５、３０、３５、４５及び５５％（ｖ／ｖ）、ならびにこれらのパーセンテージを包含する範囲をも含む場合に、達成される。
【００１２】
好ましい実施態様により、分極性粒子、キャリア流体、及び必要に応じて添加剤を含む、人工膝、例えば、Ｕ.Ｓ.特許公開２００１／００２９４００Ａ１に記載される膝に使用される、ＭＲ流体が提供される。１つの実施態様において、人工膝は、互いに関連した剪断動作に適合された近接する少なくとも２つの表面を含み、ここで、ＭＲ流体は、前記近接した表面間に含まれる。１つの実施態様において、膝と組み合わせて使用されるＭＲ流体は、ＰＦＰＥオイルキャリア流体及び上記の分極性粒子等の粒子を含む。1つの実施態様において、分極性粒子は、約０．１〜約１００ミクロン、好ましくは約０．２から約５０ミクロン、より好ましくは０．４〜約１０ミクロン、さらに好ましくは約０．５〜約９ミクロンのサイズのみならず、約０．３、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、４０、６０、７０、８０及び９０ミクロン、ならびにこれらのサイズを包含する範囲の鉄粒子を含む。ある実施態様において、鉄粒子はＭＲ流体の総体積の約１〜６０％（ｖ／ｖ）、好ましくは約１０〜約５０％（ｖ／ｖ）、より好ましくは約２０〜約４０％（ｖ／ｖ）含むのみならず、約５、１５、２５、３０、３５、４５及び５５％（ｖ／ｖ）、ならびにそのようなパーセンテージを包含する範囲で含む。
【００１３】
他の実施態様において、必要に応じて人工膝と組み合わせて使用されるＭＲ流体は、添加剤を含む。１つの実施態様において、好ましい添加剤は、官能化フルオロポリマー、より好ましくはパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体を含む。他の実施態様において、好ましい添加剤は、官能化キャリア流体を含む。単官能化ＰＦＰＥキャリア流体誘導体の好適な候補は、シラン、ホスフェート、ヒドロキシル、カルボン酸、アルコール及びアミン官能基を含むが、これに限定されない。二官能化ＰＦＰＥキャリア流体誘導体の好適な候補は、ジヒドロキシル、エトキシエーテル、イソシアネート、芳香族、エステル及びアルコール官能基を含むが、これに限定されない。１つの実施態様において、好ましい官能化ＰＦＰＥオイルは、末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）を含む。１つの実施態様においては、キャリア流体の約０．１〜約２０％（ｖ／ｖ）、好ましくは約１〜約１５％（ｖ／ｖ）、より好ましくは約２〜約１０％（ｖ／ｖ）を含むのみならず、約２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１１、１２、１３、１４、１６、１７、１８及び１９％（ｖ／ｖ）、ならびにこれらの量を包含する範囲の添加剤を含む。
【００１４】
他の実施態様において、ＭＲ流体を保持する膝の通路（passage）又はキャビティ（cavity）は、約１〜約１０ｍｌ、好ましくは約２〜約９ｍｌ、より好ましくは約３〜約８ｍｌの体積を含むのみならず、約４、５、６及び７ｍｌ、ならびにこれらの体積を包含する範囲の体積をも含む。１つの実施態様において、ＭＲ流体は、キャビティの最大容積（capacity）の約７０％を満たすが、約５０〜約１００％、同様に約５５、６０、６５、７５、８０、８５、９０及び９０％の範囲を満たし、これらの量を包含する範囲も許容できる。
【００１５】
他の実施態様において、１つの実施態様において剪断モードの人工膝と組み合わせて使用されるＭＲ流体は、約１０〜約１１５°Ｆのみならず、約２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００及び１１０°Ｆも含む温度範囲に亘って、操作可能なＭＲ流体を利用する。１つの実施態様における操作性は、粘度に依存し、ここで、キャリア流体は、望ましくは、１０４°Ｆにて、約１０〜１００ｃＳｔ（センチストークス）、より好ましくは約３０〜約８０ｃＳｔ、さらに好ましくは約５０〜約７０ｃＳｔのみならず、約１０、２０、２５、３５、４０、４５、５５、６０、６５、７５、８５、９０及び９５ｃＳｔをも含む粘度を有する。
【００１６】
望ましくは、１つの実施態様における剪断モードの人工膝の操作は、好ましくは約−７０〜−４０℃、約−６５〜約−４５℃のみならず、約−５０℃、−５５℃、及び−６０℃、ならびにこれらの温度を包含する範囲の流動点（pour point）を有するキャリア流体を、好ましく利用する。他の実施態様において、剪断モードの人工膝の操作は、好ましくは１２１℃にて約０．０１％〜約２０％、約０．０２％〜約１５％、０．０３％〜約１２％のみならず、約０．０５％、０．０８％、０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．７％、０．９％、１％、３％、５％、７％、９％、１７％、ならびにこれらのパーセンテージを包含する範囲のパーセント揮発度を有するキャリア流体を、好ましく利用する。
【００１７】
１つの実施態様において、剪断モードの人工膝と組み合わせて使用される好ましいＭＲ流体は、約２８％（ｖ／ｖ）の粒子、及び約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）の末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。他の実施態様において、剪断モードの人工膝と組み合わせて使用される好ましいＭＲ流体は、約３２％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約６８％（ｖ／ｖ）流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）の末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。他の実施態様において、剪断モードの人工膝と組み合わせて使用される好ましいＭＲ流体は、約２８％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）のパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。他の実施態様において、好ましいＭＲ流体は、約３２％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約６８％（ｖ／ｖ）流体成分を含み、ここで前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）のパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。ＰＦＰＥオイルを含有する実施態様においては、ＰＦＰＥオイルは、実質的に全て１種のＰＦＰＥオイル又は１種以上ＰＦＰＥオイルの混合物を含み得る。
【００１８】
これら全ての実施態様は、ここに開示される本発明の範囲内にあると意図される。本発明のこれら及び他の実施態様は、下記の添付の図面を参照する好ましい実施態様の詳細な説明から、当業者に容易に明らかとなり、本発明は、開示されるいかなる特定の好ましい実施態様に限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
ここに開示されるのは、磁性レオロジー膝ブレーキ又はアクチュエーターにおける使用に好適な磁性レオロジー流体（ＭＲ流体）である。より詳しくは、開示されるＭＲ流体は、例えば、ＭＲ流体が平行プレート間又は内シリンダー及び外シリンダー間の環状（annular）スペース等の近接する表面間に提供される、剪断モードで操作される人工膝関節に適用され得る。ここに記載されるＭＲ流体を適用し得る磁性レオロジー膝ブレーキ又はアクチュエーターのある実施態様は、Ｕ．Ｓ．特許公開２００１／００２９４００Ａ１（出願番号第０９／７６７，３６７）、出願日２００１年１月２２日、発明の名称“電子制御人工膝”に記載され、その開示の全てが、ここに参考として援用される。Ｕ．Ｓ．特許公開２００１／００２９４００Ａ１の図４及び５に対応する図１及び２もまた、ここに記載されるＭＲ流体を使用し得る磁性レオロジー膝ブレーキ又はアクチュエーターのある実施態様を図示する。磁性レオロジー膝ブレーキ又はアクチュエーターの制御スキーム及びシステムのある実施態様は、同時係属Ｕ．Ｓ．特許公開２００２／００５２６６３Ａ１（出願番号０９／８２３，９３１）、出願日２００１年３月２９日、発明の名称“速度適合性及び患者適合性人工膝”に記載され、その開示の全てが、ここに参考として援用される。しかしながら、ここに記載されるＭＲ流体は、他の剪断モードで操作される装置を含む（ただしこれに限定されない）、ＭＲ流体を利用する他の装置、に適用し得ることが、理解される。
【００２０】
１つの実施例において、磁性レオロジー流体は、好ましくは流体中に懸濁された複数の鉄、第一鉄（ferrous）又は磁性粒子を含む。これらの懸濁された粒子は、印加磁場に応じて、トルクを発生する鎖（chain）を形成する。従って、磁性レオロジー（ＭＲ）流体は、印加磁場の大きさに依存する、レオロジーあるいは粘度変化又は変動を受ける。言い換えると、バルク流体粘度（bulk fluid viscosity）におけるこの変動により、発生した剪断力／応力又はトルクの大きさが測定され、従って、人工膝又は他の装置によって提供されたダンピング又は制動のレベルが決まる。通常、ＭＲ流体のバルク粘度は、印加磁場（field）の強度の増加に伴って増加する。この磁場の大きさを制御することによって、義肢の回転運動が、迅速かつ正確に調整及び／又は制御され、例えば、振れ及び姿勢フェーズでの屈曲及び伸長が制御され、肢切断患者がより自然で安全に歩行できる。好ましくは、ＭＲ流体は、１以上の以下の特性：高い磁性フラックスキャパシティ（magnetic flux capacity）及び低い残留磁気（magnetic remanence）及び低い粘度、他方大きな磁場が剪断ストレスを誘発させ、その結果有利にも、１つの実施態様における人工膝が、幅広い動的トルク範囲（dynamic torque range）を提供する。
【００２１】
１つの実施態様において、ＭＲ流体は、好ましくは、分極性第一鉄（ferrous）又は鉄粒子を有するキャリア流体を含む。ここで使用されるように、用語キャリア流体は、通常の意味において使用される広義の用語であり、以下に記載される特定のキャリア流体が主成分である実施態様、ならびに該キャリア流体が下記の添加剤と同様にこれらの特定の流体を含む実施態様を含む。加えて、下記の添加剤が、主要なキャリア流体である実施態様をも意図される。ＵＳ２００１／００２９４００Ａ１のロータ−ステータ表面間に使用される場合のように、１つの実施態様において、これらの粒子は１ミクロン又は数ミクロンオーダーのサイズを有する。理想的には、剪断速度が増加するに伴ってＭＲ流体粘度が減少する場合に、ＭＲ流体は、剪断速度低下挙動（shear rate thinning behavior）を呈する。これは、有利に、ゼロ磁場条件下における各ロータ−ステータペア間のＭＲ流体の剪断による粘性トルクを最小化し（すなわち、電磁石が活動されていない場合）、それ故に、より大きな操作トルク範囲（operating torque range）を可能にする。さらに、１つの実施態様において、望ましくは、人工膝と組み合わせて使用されるＭＲ流体は、低いオフ状態（off-state）粘度を呈し、従って、トルクとしての低いオフ状態トルクは、ＭＲ流体粘度に比例する。ある実施態様における好ましいＭＲ流体の粘度は、１以上の以下：粒子添加量（particle loading）の増加又は減少、添加剤を含有させること、キャリア流体の変化、又は２以上のキャリア流体の混合、によって変化され得る。
【００２２】
キャリア流体の好適な候補は、シリコン、炭化水素、エステル類、エーテル類、フッ素化エステル類、フッ素化エーテル類、鉱油、不飽和炭化水素、及び水ベース流体を含むが、これに限定されない。１つの実施態様において、キャリア流体は、実質的に全て１種の流体を含む。他の実施態様において、キャリア流体は、１以上のキャリア流体の混合物である。１つの実施態様において、キャリア流体は、好ましくは、脂肪族炭化水素を含む。他の実施態様において、キャリア流体は、好ましくは、ペルフルオロポリエーテル、ペルフルオロアルキルエーテル又はペルフルオロポリアルキルエーテル流体としても知られる、ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）流体を含む。特定の実施態様において、好ましいＰＦＰＥオイルは、以下の化学構造を有するヘキサフルオロプロピレンエポキシドのフッ素エンドキャップド分岐鎖ホモポリマーを含む：
【００２３】
【化１】
2006525650.tif 000003
【００２４】
他の実施態様において、好ましいＰＦＰＥオイルは、以下の構造を有するペンダントトリフルオロメチル基、（−ＣＦ３）を含む分岐鎖ＰＦＰＥを含む：
【００２５】
CF３CF2CF2O-[CF(CF３)CF2-O-]nCF2CF３
式中、ｎ＝５〜６５
他の実施態様において、好ましいＰＦＰＥオイルは、以下の構造を有する直鎖ＰＦＰＥを含む：
【００２６】
CF３O-[CF2CF2-O-]z [CF2-O-]pCF３
式中ｚ：ｐの比は、約０．５：１〜２：１、及びｚ＋ｐは、約４０〜約１８０である。他の実施態様において、好ましいＰＦＰＥオイルは、以下の構造を有する直鎖ＰＦＰＥを含む：
【００２７】
CF３CF2CF2O-[ CF2CF2CF2-O-]nCF2CF３
式中、ｎ＝１０〜５０
【００２８】
他の実施態様において、好ましいＰＦＰＥオイルは、ペルフルオロプロピルポリエーテルを含む。現在意図されているように、好ましいペルフッ素化ポリエーテルは、Nye Lubricants（Fairhaven, MA, USA）から購入でき、UNIFLORTM8510、UNIFLORTM8130、UNIFLORTM8140、UNIFLORTM8730及びUNIFLORTM8970を含むが、これに限定されない。好適なペルフッ素化ポリエーテルは、E.I. du Pnt de Nemours and Company, (Wilmington, DE, USA)からも入手することが可能であり、Krytox（登録商標）GPL-103、Krytox（登録商標）L-65オイル、Krytox（登録商標）XP 1A4オイル、Krytox（登録商標）L-100、Krytox（登録商標）1525、Krytox（登録商標）1525S及びKrytox（登録商標）1531を含むが、これに限定されない。
【００２９】
好ましいキャリア流体の性能特性を向上させるために、好ましい実施態様のキャリア流体に、必要に応じて、他の成分を加えることができる。いくつかの実施態様において、好ましい添加剤は、官能化キャリア流体を含み得るが、これに限定されない。ペルフッ素化ポリエーテルを含む実施態様において、望ましい添加剤は、誘導体化されたフルオロポリマーと同様に、官能化ＰＦＰＥオイルをも含むが、これに限定されない。モノ官能化ＰＦＰＥ誘導体の好適な候補は、シラン、ホスフェート、ヒドロキシル、カルボン酸、アルコール及びアミン官能基を含むが、これに限定されない。二官能化ＰＦＰＥ誘導体の好適な候補は、ジヒドロキシル、エトキシエーテル、イソシアネート、芳香族、エステル及びアルコール官能基を含むが、これに限定されない。より詳しくは、ペルフッ素化ポリエーテルを含む１つの実施態様において、好ましい官能化ＰＦＰＥオイルは、末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）を含む。現在意図されているように、好ましい官能化ＰＦＰＥオイルは、E.I. du Pnt de Nemours and Company, (Wilmington, DE, USA)から入手可能な、Krytox（登録商標）157FSL及びKrytox（登録商標）157FSMである。他の実施態様において、好ましいフルオロポリマーは、パラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体を含む。現在意図されているように、好ましいパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体添加剤は、Solvay Solexis (Thorofare, NJ, USA) から入手可能なFOMBLIN DA 306である。
【００３０】
分極性第一鉄（ferrous）又は鉄粒子の好適な候補は、約０．１〜約１００ミクロン、好ましくは約０．２〜約５０ミクロン、より好ましくは約０．４〜約１０ミクロン、さらに好ましくは約０．５〜約９ミクロンのみならず、約０．３、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、４０、６０、７０、８０、及び９０ミクロン、ならびにこれらのサイズを包含する範囲のサイズの粒子を含むが、これに限定されない。ある実施態様において、好ましい粒子は、機械的に硬い。現在意図されているように、好ましい鉄粒子は、BASF AG (Ludwigshafen, Germany)から入手可能であり、BASF Carbonyl Iron Powder OM、BASF Carbonyl Iron Powder HQ、BASF Carbonyl Iron Powder HS、BASF Carbonyl Iron Powder EW、BASF Carbonyl Iron Powder HS-I及びBASF Carbonyl Iron Powder HL-Iを含むが、これに限定されない。他の好適な鉄粒子は、ISP Corporation (Wayne, NJ, USA)からも入手可能である。当業者に周知の他の好適な第一鉄（ferrous）又は鉄粒子を、使用することもできる。関連する実施態様において、鉄以外の磁性又は強磁性材料含む粒子を、単独又は鉄ベースの粒子と組み合わせて使用することができる。
【００３１】
好ましい実施態様によれば、ＭＲ流体組成物は、分極性鉄粒子、ＰＦＰＥキャリア流体及び添加剤を含む。１つの実施態様においては、ＭＲ流体の総体積の約１〜約６０％（ｖ／ｖ）、好ましくは約１０〜約５０％（ｖ／ｖ）、より好ましくは約２０〜約４０％（ｖ／ｖ）含むのみならず、約５、１５、２５、３０、３５、４５及び５５％（ｖ／ｖ）、ならびにそのようなパーセンテージを包含する範囲の鉄粒子を含む。適切な％（ｖ／ｖ）を達成するために必要な粒子の重量を測定するため、必要な体積を、粒子の密度で乗じた。１つの実施態様においては、キャリア流体の約０．１〜約２０％（ｖ／ｖ）、好ましくは約１〜約１５％（ｖ／ｖ）、より好ましくは約２〜約１０％（ｖ／ｖ）を含むのみならず、約２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１１、１２、１３、１４、１６、１７、１８及び１９％（ｖ／ｖ）、ならびにそのようなパーセンテージを包含する範囲の添加剤を含む。例えば、１つの実施態様において、好ましいＭＲ流体は、約２８％（ｖ／ｖ）の鉄粒子、ならびに約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）のパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥキャリア流体を含む。他の実施態様において、好ましいＭＲ流体は、約３２％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約６８％（ｖ／ｖ）流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）のパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。他の実施態様において、好ましいＭＲ流体は、約２８％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）の末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。他の実施態様において、好ましいＭＲ流体は、約３２％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約６８％（ｖ／ｖ）流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）の末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。ＰＦＰＥオイルを含有する実施態様においては、ＰＦＰＥオイルは、実質的に全て1種のＰＦＰＥオイル又は１種以上ＰＦＰＥオイルの混合物を含み得る。
【００３２】
ＭＲ流体成分は、任意の順序および攪拌、かき混ぜ（agitation）、超音波処理（sonification）又は混和を含むが、これに限定されない任意の好適な手段で混合することが可能である。好ましい実施態様によれば、添加剤は、最初にキャリア流体と混合され、そして攪拌される。キャリア流体は、鉄粒子に添加され、そして成分が攪拌される。その後、粒子は、超音波処理によって分散される。結果として得られたＭＲ流体を、その後加熱する。詳細な実施例は、下記の実施例の欄において提供される。
【００３３】
ここに記載されるＭＲ流体が、例えば、Ｕ．Ｓ．特許公開２００１／００２９４００Ａ１において記載される膝のように人工膝と組み合わせて使用される場合、膝と同様に流体の特定の特徴が、所望され得る。１つの実施態様において、Ｕ．Ｓ．特許公開２００１／００２９４００Ａ１の図４及び図５に示されるように、膝は複数のロータ及びステータ間にＭＲ流体を保持するためのキャビティ及び通路を含み得る。ある実施態様におけるロータ及びステータの数は、膝と組み合わせて使用されるＭＲ流体のオフ状態又はローエンド（low-end）トルク特性を修正するために、増加又は減少され得る。１つの実施態様において、好ましくは、ロータ及びステータの数は、約５０〜９０、好ましくは約５５〜約７０に及ぶのみならず、約５７、５９、６１、６３、６５、６７、ならびにこれらの量を包含する範囲をも含む。膝のキャビティは、約１〜約１０ｍｌ、好ましくは約２〜約９ｍｌ、より好ましくは約３〜約８ｍｌの体積を含むのみならず、約４、５、６及び７ｍｌの体積をも含み得る。１つの実施態様において、ＭＲ流体は、このキャビティの総体積の約７０％を満たすが、約５０〜約１００％、同様に約５５、６０、６５、７５、８０、８５、９０及び９０％の範囲であってもよい。ＭＲ流体は、有利に、１以上の以下：比較的低い揮発度、安定な粘度、熱安定性及び安定な組成を示す。加えて、ある実施態様において、ＭＲ流体を含有するキャビティ又は通路は、望ましくない圧力レベルを呈さないことが望ましい。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、好ましくない流体は、人工膝内における圧力を望ましくないレベルにまで増加する原因となる、ガスを放出するか又は揮発する可能性があると考えられる。圧力が高すぎると、人工膝シールの完全性が、危うくなり（compromised）得る。ある実施態様において、ＭＲ流体を利用する人工膝は、約０．１〜約２００ニュートンメーター、より好ましくは約０．３〜約１５０ニュートンメーター、さらに好ましくは約０．５〜約１００ニュートンメーターのみならず、約０．８、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０及び７５ニュートンメーターをも含む、トルクを生み出すことが望ましい。
【００３４】
望ましくは、１つの実施態様における剪断モードの人工膝の操作は、約１０〜約１１５°Ｆのみならず、約２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００及び１１０°Ｆも含む温度範囲に亘って、操作可能なＭＲ流体を利用する。１つの実施態様における操作性は粘度に依存し、ここで、キャリア流体は、望ましくは、１０４°Ｆ（４０℃）にて、約１０〜約１００ｃＳｔの粘度、より好ましくは約３０〜８０ｃＳｔの粘度、さらに好ましくは約５０〜約７０ｃＳｔの粘度のみならず、約１０、２０、２５、３５、４０、４５、５５、６０、６５、７５、８５、９０及び９５ｃＳｔをも含む粘度を有する。ある実施態様における好ましいＭＲ流体の粘度は、１以上の以下：粒子添加量の増加又は減少、添加剤を含有させること、キャリアオイルの変化、又は２以上のキャリアオイルの混合、によって修正され得る。
【００３５】
１つの実施形態において、ＭＲ流体は、特に、剪断モード装置における使用のためにデザインされる。そのような装置に対しては、機械的に硬い粒子が望ましい。また、キャリア流体は、他の流体に比べ、温度変化によって粘度が大幅に変化しないものが望ましい。これは、より高い粘度指数を有する好ましいキャリア流体を用いて、粘度指数（試験方法ＡＳＴＭ  Ｄ−２２７０）について計測され得る。１つの実施態様において、好ましいキャリア流体は、好ましくは、１０４及び２１２°Ｆにおける動粘度（kinematic viscosity）に基づいて、約１００〜約３４０、約１２０〜約３２０、約１４０〜約３００の粘度指数のみならず、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２５５、２６０、２８０、ならびにこれらの量を包含する範囲の粘度指数を有する。これを達成する１つの実施態様は、１種以上のＰＦＰＥオイルを含むキャリア流体を含む。例えば、好ましいＰＦＰＥ流体、UNIFLORTM8510は、粘度指数２５５を有する。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、ある実施態様の好ましいＰＦＰＥオイルは、狭い分子量分布のため、望ましい粘度指数を示すと考えられる。また、ＭＲ流体は、装置の機能と干渉するような、密閉されたチャンバー（chamber）中で大量の蒸気を発生させないことが望ましい。１つの実施態様において、ＰＦＰＥオイルキャリア流体及びフルオロポリマー添加剤を含む流体成分は、この特性を提供する。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、ある実施態様の好ましいＰＦＰＥオイルは、それらが、より大きい分子量（例えば、約２，０００〜約１５，０００）を有し、従って、大量の蒸気を生じないことから、他のオイルよりも揮発性が低い（すなわち、蒸気圧が低い）と考えられる。
【００３６】
望ましくは、１つの実施態様における剪断モードの人工膝の操作は、好ましくは約−７０〜−約４０℃、約−６５℃〜約−４５℃のみならず、約−５０℃、−５５℃、−６０℃、ならびにこれらの温度を包含する範囲の流動点（pour point）（試験方法ＡＳＴＭ  Ｄ−９７）を有するキャリア流体を、好ましく利用する。ＡＳＴＭ  Ｄ−９７法は、オイルの動きが観察される最低の温度として、“流動点（pour point）”を定義する。他の実施態様において、剪断モードの人工膝の操作は、好ましくは１２１℃にて（試験方法ＡＳＴＭ  Ｄ−９７２）約０．０１％〜約２０％、約０．０２％〜約１５％、約０．０３％〜約１２％のみならず、約０．０５％、０．０８％、０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．７％、０．９％、１％、３％、５％、７％、９％、１７％、ならびにこれらのパーセンテージを包含する範囲の、パーセント揮発度を有するキャリア流体を、好ましく利用する。
【００３７】
より詳しくは、前記の人工膝と組み合わせて使用される場合、ある実施態様における使用のための望ましいＭＲ流体は、キャリア流体及び分極性粒子を含む。より詳しくは、人工膝と組み合わせて使用される１つの実施態様において、ＭＲ流体は、１以上のＰＦＰＥオイルキャリア流体及び分極性粒子を含む。１つの実施態様において、鉄粒子を、ＭＲ流体の総体積の約１〜約６０％（ｖ／ｖ）、好ましくは約１０〜約５０％（ｖ／ｖ）、より好ましくは約２０〜約４０％（ｖ／ｖ）含むのみならず、約５、１５、２５、３０、３５、４５及び５５％（ｖ／ｖ）、ならびにこれらのパーセンテージを包含する範囲をも含む。
【００３８】
他の実施態様において、人工膝と組み合わせて使用されるＭＲ流体は、必要に応じて添加剤を含み得る。好適な添加剤は、フルオロポリマーと同様に、官能化キャリア流体を含むが、これに限定されない。１つの実施態様において、ＭＲ流体の総体積の約１〜約６０％（ｖ／ｖ）、好ましくは約１０〜約５０％（ｖ／ｖ）、より好ましくは約２０〜約４０％（ｖ／ｖ）含むのみならず、約５、１５、２５、３０、３５、４５及び５５％（ｖ／ｖ）、ならびにこれらの量を包含する範囲の鉄粒子を含む。１つの実施態様において、キャリア流体の約０．１〜約２０％（ｖ／ｖ）、好ましくは約１〜約１５％（ｖ／ｖ）、より好ましくは約２〜約１０％（ｖ／ｖ）を含むのみならず、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１１、１２、１３、１４、１６、１７、１８及び１９％（ｖ／ｖ）の添加剤を含む。例えば、１つの実施態様において、剪断モードの人工膝と組み合わせて使用される好ましいＭＲ流体は、約３２％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約６８％（ｖ／ｖ）流体成分を含み、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）のパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のペルフッ素化ポリエーテルキャリア流体を含む。他の実施態様において、剪断モードの人工膝と組み合わせて使用される好ましいＭＲ流体は、約２８％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）のパラフルオロプロペン及び酸素重合アミド誘導体添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のペルフッ素化ポリエーテルキャリア流体を含む。他の実施態様において、剪断モードの人工膝と組み合わせて使用される好ましいＭＲ流体は、約３２％（ｖ／ｖ）の粒子、ならびに約６８％（ｖ／ｖ）流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）の末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。他の実施態様において、剪断モードの人工膝と組み合わせて使用される好ましいＭＲ流体は、約２８％（ｖ／ｖ）の粒子、及び約７２％（ｖ／ｖ）の流体成分を含み、ここで、前記流体成分は、約５％（ｖ／ｖ）の末端フルオロメチレン基上に位置するカルボン酸を有するポリ（ヘキサフルオロプロピレンエポキシド）添加剤及び約９５％（ｖ／ｖ）のＰＦＰＥオイルキャリア流体を含む。ＰＦＰＥオイルを含有する実施態様においては、ＰＦＰＥオイルは、実質的に全て１種のＰＦＰＥオイル又は１種以上ＰＦＰＥオイルの混合物を含み得る。
【００３９】
成分は、任意の順序で混合され、攪拌、かき混ぜ（agitation）、混和又は超音波処理（sonification）を含むが、これに限定されない、あらゆる好適な方法によって混合され得る。好ましい実施態様によれば、ＭＲ流体は、上記のように調製される。人工膝に充填される前に、ＭＲ流体は、あらゆる溶解したガスを除去するために高速攪拌器を用いて真空下で攪拌される。好ましい実施態様において、ＭＲ流体は、人工膝に充填される前に、真空下で、約９０〜約１６０°Ｆ、より好ましくは約１００〜１５０°Ｆ、さらに好ましくは約１１０〜１３０°Ｆのみならず、約９５、１０５、１１５、１２０、１２２、１２５、１３５、１４０、１４５及び１５５°Ｆまで加熱される。
【００４０】
他の実施態様において、ＭＲ流体は、真空下に置かれる前に、周囲圧力（ambient pressure）にて加熱される。真空下の間、ＭＲ流体のかき混ぜ又は攪拌は、好ましいが必要ではない。真空下からＭＲ流体を解放した後、ＭＲ流体は、人工膝内に充填される。人工膝の装入は、ＭＲ流体を膝に添加することを必要とし、その後、膝を真空下に置く。真空下の間、必要に応じて膝を揺り動かす。真空圧力を減少するため、真空チャンバー内に不活性ガスを添加する。ひとたび真空から完全に解放されれば、人工膝を除き、閉じられる。真空充満工程は、流出する空気が漏斗から十分なＭＲ流体を吹き出させ、流体体積補充（fluid volume replenishment）を必要とするため、注意深くモニターされるべきである。
【実施例】
【００４１】
実施例１−ＭＲ流体の調製
ＭＲ流体を調製するために、添加剤を、キャリア流体と混合し、攪拌した。キャリア流体を、鉄粒子に添加し、成分を攪拌した。Brason Digital Sonifier, Model 450を、キャリア流体中に鉄粒子を分散させるために使用した。その後、ＭＲ流体を、プローブの大部分が、混合ジャー（mixture jar）の底に接触せずにＭＲ流体中に浸漬されるように、プローブを調整し、ソニファイアー（sonifier）テーブル上に置いた。その後、ＭＲ流体を、ソニファイアーテーブルを回転させながら、５０％強度にて１．５分間、超音波処理した。混合物が熱くなりすぎないことを確実にするため、ＭＲ流体を、定期的にチェックした。ＭＲ流体を冷却するために、ファンを用いた。一度このサイクルが完了した際、ジャーの壁に付着したあらゆる粒子を洗い流すために、ジャーを回転させた。その後、超音波破砕工程を、さらに２度繰り返した。完了後、ＭＲ流体をソニファイアーから移動させ、ＭＲ流体中に凝集塊がないことを確実にするため、ＭＲ流体の最後の攪拌を行った。その後、ＭＲ流体を、５０℃（１２２°Ｆ）にて２時間、オーブン中に置いた。
【００４２】
実施例２−人工膝へのＭＲ流体の充填
ＭＲ流体を調製後、あらゆる小さな凝集体を破砕するため攪拌した。その後、ＭＲ流体を、真空チャンバー攪拌器のもとに置き、ベルジャー（bell jar）を流体及び攪拌器上に置いた。攪拌器のスイッチを入れ、残存する空気を抜き出すため、３０分間、２９．４”Ｈｇにて真空（vacuum）が適用された。流体を、泡がなくなるまで攪拌した。その後、攪拌器及び真空器のスイッチを切り、圧力を徐々に上げた。その後、容器を真空チャンバーから取り除いた。
【００４３】
次いで、ＭＲ流体の計測された体積を、人工膝アクチュエーター中に挿入された漏斗に移した。この膝を、真空チャンバー中に置き、チャンバーをベルジャーで密閉した。真空を、徐々に２８”Ｈｇに下げた。この作業の間、膝を、定期的に揺り動かした。
【００４４】
真空チャンバーを、真空を除くために徐々に窒素ガスで満たした。真空を、１０秒毎に約２”Ｈｇにて、徐々に解放した。膝の中に流体を通すのを促進するために、膝を揺り動かした。ゲージがゼロを示したときに、真空チャンバーから窒素の接続を断った。その後、真空チャンバーの封を切り、膝を取り除いた。その後、漏斗を膝から取り外した。この工程の間、膝を傾けないように注意した（これは、窒素ヘッド（nitrogen head）の放出を引き起こす可能性がある）。適当なセットスクリュー（set screw）を挿入し、約２．５Ｎｍのトルクをスクリューに適用することによって、膝を閉じた。
【００４５】
実施例３−ＭＲ流体沈降試験
沈降試験を、１３の異なるＭＲ流体に対して行った。沈降速度は、大きく異なり、鉄粒子サイズ、添加剤の使用及び流体の粘度の関数であることがわかった。
【００４６】
沈降試験の手順
ＭＲ流体を、キャリアオイルと、添加剤あり又は添加剤なしで、カルボニル鉄粒子の計量されたアリコートを含むジャーに添加することによって配合した。添加剤を含む配合物に対しては、鉄粒子と混合する前に、添加剤をキャリアオイルと混和（blend）させた。この成分を、手で数分間混合し、その後、Branson Digital Sonifier, Model 450によって供給された高周波数超音波エネルギーを使用して、鉄粒子を分散させた。流体は、各サイクルが１．５分の持続時間を有し、約５０％の力の大きさ（power amplitude）を有する、２〜３サイクルの超音波エネルギーを受けた。その後、流体を、完全な鉄粒子の分散を確実にするために、再度、手で混合した。沈降試験の開始前に、流体は、脱気されていない。
【００４７】
よく混合されたそれぞれのＭＲ流体の約８ｍＬを、１０ｍＬの目盛り付きシリンダーに移した。各シリンダーの首の中に、すりガラスストッパーを置くことによって、シリンダーを閉じた。
【００４８】
ＭＲ流体の初期体積を記録し、２１日間の規則的間隔で、沈降材料の体積を読み、記録した。ＭＲ流体から分離され、ＭＲ流体の上部に浮いている、キャリアオイルの体積を初期流体体積で割ったものとして、沈降の画分を定義した。
【００４９】
【表１】
2006525650.tif 000004
【００５０】
結果
一般に、最も大きな鉄粒子、ＯＭグレード（grade）が（特に、配合物中にDupont 157 FSL添加剤を包含することによって流体の粘度が低減された場合）、最も速く沈降した。しかしながら、より大きなＯＭグレード粒子の沈降曲線は、最初は急であり、その後、１０〜１４日後に水平になった。より小さい鉄粒子（ＨＳ及びＨＱグレード）の沈降速度は、２１日間の試験期間を通して、ほぼ直線状であった。
【００５１】
全体的に、低い沈降速度を有するＭＲ流体は、後の人工膝におけるベンチテストの間、より長い寿命とより優れた耐久性を示した。高い沈降速度を有するＭＲ流体は、硬い固まった鉄粒子を生じた。これらの流体は、後の人工膝におけるベンチテストにおいて成績が劣っていた。低い沈降速度を有するＭＲ流体は、軟らかい沈降した鉄粒子を生じた。一般に、これらの流体は、後の人工膝ベンチテストにおいて、成績が良かった。
【００５２】
実施例４−粘度及び剪断速度試験
３つの混合キャリアオイル及び混合キャリアオイルから作製された６つのＭＲ流体の動的粘度（dynamic viscosity）を剪断速度の関数として計測した。粘度測定を、平行プレートサンプルセルを用いてRheometric Scientific (TA Instruments) RFS-IIレオメーターを使用し、周囲温度（２２℃）にておこなった。全ての試料を、約１ｃｃの試料で２回試験した。試料のうち５つを、最初の試料の混合が不完全であったことから、２日目に２回の再試験（rerun）を行った。
【００５３】
混合キャリア流体を含有するＭＲ流体と同様に、混合キャリア流体の試料を、試験した。試料及び粘度測定は、以下の通りである：
【００５４】
【表２】
2006525650.tif 000005
【００５５】
上記の試料に対して、周囲温度（２２℃）で計測された動的粘度曲線は、図３、４及び５において図示される。図３は、３種の混合キャリアオイル、Ａ〜Ｃ、及び１００％（（ｖ／ｖ））Nye 8510オイルの試料に対する剪断速度曲線に対する粘度、ηを表す。全ての混合キャリアオイルは、Nye 8510よりも低い粘度を有する。典型的なNye 8510オイルの粘度規格値は、４０℃にて６５ｃＳＴであるのに対し、Dupont GPL-103オイルは、４０℃にて３０ｃＳＴの粘度を有する。
【００５６】
図４は、３２％（（ｖ／ｖ））のＨＳ鉄粒子を含有する３つの混合キャリアオイルＭＲ流体及び１００％Nye 8150キャリアオイル及び３２％（（ｖ／ｖ））のＨＳ鉄を含有するＭＲ流体の剪断速度曲線に対する、粘度、ηを表す。混合キャリアオイルＭＲ流体の粘度は、Nye 8150のみを含有するＭＲ流体よりも小さかった。このデータは、キャリアオイルの粘度を低減させることによって、ＭＲ流体の粘度を小さくすることが可能であることを示した。混合キャリアオイルＭＲ流体の粘度は、キャリアオイルに添加されるGPL-103の量に比例して低下した。３つの混合ＭＲ流体は、これらの流体の粘度が剪断速度に伴って継続的に変化するにつれ、非ニュートン挙動（Non-Newton behavior）を呈した。これらの流体の粘度は、１００ｓ−１の剪断速度における対応するキャリアオイルの約６倍であった。
【００５７】
図５は、４０％（（ｖ／ｖ））のＨＳ鉄粒子を含有する３つの混合（mix）キャリアオイルＭＲ流体の剪断速度曲線に対する、粘度、ηを表す。これらの流体の粘度は、３２％（（ｖ／ｖ））鉄を含有するＭＲ流体の粘度よりも大幅に大きかった。４０％（（ｖ／ｖ））の鉄を含有する、混合キャリアオイルＭＲ流体の粘度は、大量のGPL-103を含む流体に対して低かったが、B-40の粘度曲線は、予想よりも高かった。この明らかな例外（anomaly）は、粘度計測の前の粘性のある４０％（（ｖ／ｖ））鉄ＭＲ流体の不完全な混合によって引き起こされた可能性が最も高い。３つのＭＲ流体は、これらの流体の粘度が剪断速度に伴って継続的に変化するにつれ、非ニュートン挙動を呈した。これらの流体の粘度は、１００ｓ−１の剪断速度における対応するキャリアオイルの約１２倍であった。
【００５８】
図６は、３つの混合キャリアオイルの粘度とNye 8510の比較、及び６つの混合キャリアオイルＭＲ流体の粘度とNye 8510のみを含有するＭＲ流体の粘度の比較を要約する。Nye 8510は、１００ｓ−１において２４０ｃＰの粘度を有したのに対し、３つの混合キャリアオイルは、２００ｃＰを十分に下回った。Nye 8510及び３２％（（ｖ／ｖ））鉄のみ、すなわちHS8510FS5-32、を含有するＭＲ流体は、１００ｓ−１において１，１００ｃＰの粘度を有するのに対し、混合キャリアオイル及び３２％（（ｖ／ｖ））鉄を含有するＭＲ流体は、５０、６７及び７５％の（（ｖ／ｖ））Nye 8510を含有する流体に対して、それぞれ、１００ｓ−１において６８０、７８０及び９１７ｃＰの粘度を有した。３２％（（ｖ／ｖ））鉄を含有するＭＲ流体の粘度は、より粘性のNye 8510の増量に伴って、増加した。４０％（（ｖ／ｖ））鉄を含有するＭＲ流体の粘度も、Nye 8510の増量に伴って増加した。
【００５９】
結果は、３つのキャリアオイルは、近いニュートン挙動を呈するのに対し、６つのＭＲ流体は、全て非ニュートン挙動を呈したことを示唆する。ＭＲ流体の粘度は、鉄配合（loading）及びキャリアオイル粘度の関数として示された。３２％（（ｖ／ｖ））の鉄配合を有するＭＲ流体について、粘度は、対応するキャリア流体の粘度の約６倍であった。４０％（（ｖ／ｖ））の鉄配合を有するＭＲ流体について、粘度は、対応するキャリア流体の粘度の約１２倍であった。全てのＭＲ流体は、シニング（thinning）、すなわち、特に低い剪断速度における、剪断速度の関数としての粘度の減少、を示す。
【００６０】
実施例５−人工膝試験
剪断モードで操作される多数の人工膝を、様々なＭＲ流体で満たし、流体性能（fluid performance）、ローエンドトルク、キャビティ圧（cavity pressure）及び全体的な膝の耐久性について試験した。試験は、肢切断患者による膝の使用をシミュレートするために行われた。特別注文の試験ベンチとLabVIEWデータ取得ソフトウェア（National Instruments）を連結させて用い、膝を試験した。試験機械は、加速された膝の使用をシミュレートするために、１日に３２，０００サイクルの割合で人工膝を回転させた。様々に変化する形態の人工膝が、多数のＭＲ流体組成物と共に使用された。目標は、膝が故障することなく三百万サイクルを達成することであった。装置が制限されていたため、いくつかの膝のテストは、他の流体及び／又は膝の形状を試験するために、短縮された。以下の表は、いくつかの試験を示すものである。
【００６１】
【表３】
2006525650.tif 000006
【００６２】
上記の様々な方法及び技術は、本発明を実施するための多くの方法を提供する。もちろん、ここに記載されるどの特定の実施態様によっても、記載される全ての課題又は効果が必ずしも達成される必要がないことが理解される。従って、例えば、当業者は、ここに教示又は示唆され得るような他の課題又は効果を必ずしも達成せずに、ここに教示される１つの効果又は一群の効果を達成又は最適化する方法で、組成物が作製され得、方法が実施され得ることを認識するであろう。
【００６３】
さらに、当業者は、異なる実施態様に由来する様々な特徴の互換性を認識するであろう。同様に、上記に論じられた様々な特徴及び手段は、それぞれのその様な特徴又は手段として公知の他の同等物と同様、ここに記載される原理による方法を実施するため、当業者によって混合及び適合され得る。
【００６４】
本発明は、特定の実施態様及び実施例に照らして開示されてきたが、本発明は、具体的に開示された実施例を、他の代替の実施態様及び／又は使用、ならびにその自明な改良及び同等物にまで拡大されることが、当業者によって理解されるであろう。従って、本発明は、本明細書中の特定の好ましい実施態様の特定の開示によって限定されることを意図するものではないが、本明細書に添付の請求項を参照することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１及び図２は、好ましい実施態様における使用に好適な人工膝の１つの実施態様を図示する。図１及び２は、Ｕ．Ｓ．特許公開２００１／００２９４００Ａ１（出願番号第０９／７６７，３６７）、出願日２００１年１月２２日、発明の名称“電子制御人工膝”の図４及び５にそれぞれ対応し、この開示の全てが、ここに参考として援用される。より詳しくは、図面中の記載及び図面中に示されるアイテム番号の記載は、上記参照される特許公報において詳細に記載される。
【図２】図１及び図２は、好ましい実施態様における使用に好適な人工膝の１つの実施態様を図示する。図１及び２は、Ｕ．Ｓ．特許公開２００１／００２９４００Ａ１（出願番号第０９／７６７，３６７）、出願日２００１年１月２２日、発明の名称“電子制御人工膝”の図４及び５にそれぞれ対応し、この開示の全てが、ここに参考として援用される。より詳しくは、図面中の記載及び図面中に示されるアイテム番号の記載は、上記参照される特許公報において詳細に記載される。
【図３】図３〜５は、様々なキャリアオイル及びＭＲ流体試料の動的粘度曲線を図示する。
【図４】図３〜５は、様々なキャリアオイル及びＭＲ流体試料の動的粘度曲線を図示する。
【図５】図３〜５は、様々なキャリアオイル及びＭＲ流体試料の動的粘度曲線を図示する。
【図６】図６は、様々なキャリアオイル及びＭＲ流体の粘度の比較を図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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