(57)【要約】【課題】要求される形状に本来の場所で成形することができるインプラント、およびインプラントを作る方法を提供。【解決手段】外科用インプラントは、ポリアリルエーテルケトン(PAEK)を含む本体を有する。ポリアリルエーテルケトンはホモポリマであり、本体の第一部位３は、そのDSC曲線に結晶化ピークを有するポリアリルエーテルケトンを含む。【選択図】図３
2007252887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアリルエーテルケトン(PAEK)を含む本体を有する外科用インプラントにおいて、該ポリアリルエーテルケトンはホモポリマであり、前記本体の第一部位は、熱量計での加熱時に、そのDSC曲線に結晶化ピークを有するポリアリルエーテルケトンを含むことを特徴とする外科用インプラント。
【請求項２】
請求項１に記載の外科用インプラントにおいて、前記第一部位のポリアリルエーテルケトンは、光学的にアモルファスであることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項３】
請求項１または２に記載の外科用インプラントにおいて、前記ポリアリルエーテルケトンの結晶度は18％を超えないことを特徴とする外科用インプラント。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、該インプラント全体が、そのDSC曲線に結晶化ピークを有するポリアリルエーテルケトンから作られ、場合により充填材料で充填されることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、前記本体の第二部位は、前記第一部位と同じポリアリルエーテルケトンを含むが、そのDSC曲線に結晶化ピークを有しないように、前記ホモポリマが不均一な形態を有することを特徴とする外科用インプラント。
【請求項６】
請求項５に記載の外科用インプラントにおいて、そのDSC曲線に結晶化ピークを有しない前記ポリアリルエーテルケトンは、少なくとも約20％の結晶度を有することを特徴とする外科用インプラント。
【請求項７】
請求項５または６に記載の外科用インプラントにおいて、該インプラントは、組織を支持するためのプレートであり、該プレートは、該プレートを通して該プレートの上面から下面に伸びる少なくとも２個の固定孔と、該固定孔の間の成形部位とを含み、前記第一部位は少なくとも一つの成形部位に配置され、前記第二部位は少なくとも一つの前記孔の付近に配置されることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、前記第一部位のポリアリルエーテルケトンの結晶度は、10％を超えないことを特徴とする外科用インプラント。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、前記第一部位のポリアリルエーテルケトンの結晶度は、5％を超えないことを特徴とする外科用インプラント。
【請求項１０】
請求項５から７までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、前記第二部位のポリアリルエーテルケトンの結晶度は、25％以上であることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項１１】
請求項５から７までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、前記第一部位のポリアリルエーテルケトンの結晶度は、前記第二部位のポリアリルエーテルケトンの結晶度より少なくとも15％低いことを特徴とする外科用インプラント。
【請求項１２】
請求項１から11までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、該インプラントは腱アンカであることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項１３】
請求項１から11までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、該インプラントは、縫合なしの軟組織の骨への固定に用いるタックであることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項１４】
請求項１から11までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、該インプラントは、軟組織の骨への固定に用いる縫合アンカであることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項１５】
請求項１から11までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、該インプラントは、脊髄ケージであることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項１６】
請求項１から11までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、該インプラントは、ケーブルタイであることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項１７】
請求項１から11までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、該インプラントは、メッシュプレートであることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項１８】
請求項１から15までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、前記ポリアリルエーテルケトンは、以下のグループ、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)およびポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)から選ばれることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項１９】
請求項１から18までのいずれかに記載の外科用インプラントにおいて、前記ポリアリルエーテルケトンは、強化繊維で充填されることを特徴とする外科用インプラント。
【請求項２０】
ポリアリルエーテルケトン(PAEK)を含む本体を有する外科用インプラントの製造方法において、該方法は、
ポリアリルエーテルケトンを含む前記インプラントの製造材料を選択する段階と、
溶融状態で該ポリアリルエーテルケトンを加熱する段階と、
前記製造材料から前記インプラントを成形する段階と、
前記本体が、熱量計での加熱時にそのDSC曲線に結晶化ピークを有するポリアリルエーテルケトンを含む第一部位を有するように前記インプラントを加工する段階とを含むことを特徴とする外科用インプラントの製造方法。
【請求項２１】
請求項20に記載の方法において、前記第一部位のポリアリルエーテルケトンが光学的にアモルファスであることを特徴とする外科用インプラントの製造方法。
【請求項２２】
請求項20または21に記載の方法において、前記ポリアリルエーテルケトンの結晶度が18％を超えないことを特徴とする外科用インプラントの製造方法。
【請求項２３】
請求項22に記載の方法において、前記本体の実質的にすべてのポリアリルエーテルケトンが18％を超えない結晶度を有するように、前記インプラントを加工することを特徴とする外科用インプラントの製造方法。
【請求項２４】
請求項20から23までのいずれかに記載の方法において、
前記本体の実質的にすべてのポリアリルエーテルケトンがそのDSC曲線に結晶化ピークを有するように前記インプラントを加工し、
前記本体の非均一構造を生成/確立するように、該本体の選択された部位を加熱し、
それによって、該本体が、前記ポリアリルエーテルケトンがそのDSC曲線に結晶化ピークを有する一つ以上の第一部位および前記ポリアリルエーテルケトンがそのDSC曲線に結晶化ピークを持たない一つ以上の第二部位を含むことを特徴とする外科用インプラントの製造方法。
【請求項２５】
請求項20に記載の方法において、前記インプラントの本体を成形し、該本体は、実質的に区別できる複数の横断面領域を有し、
より小さい横断面領域を有する該本体の部位に含まれるポリアリルエーテルケトンがアモルファスの状態で冷却し、より大きい横断面領域を有する該本体の部位に含まれるポリアリルエーテルケトンが結晶状態で冷却するように、該本体の冷却率を制御することを特徴とする外科用インプラントの製造方法。
【請求項２６】
請求項25に記載の方法において、二つ以上の部位を含む鋳型で前記インプラントを成形し、少なくとも一つの部位は他の部位より温度が低いことを特徴とする外科用インプラントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリアリルエーテルケトン(PAEK)を含む本体を有する外科用インプラントに関するものである。
【０００２】
さらに本発明は、外科用インプラントを製造する方法に関するものであり、インプラントはポリアリルエーテルケトン(PAEK)を含む本体を有している。
【背景技術】
【０００３】
臓器系に移植できる種々の人工インプラントが知られている。ここでは、「インプラント」という概念は、治癒中に組織を支持または付着させるため、または他の組織から組織を分離するために使用される、膜、固定プレート、他の三次元の空間的切片、ねじ、ピン、リベット、タックなどの固定手段などの、臓器系に移植する形づくられた切片を指す。
【０００４】
インプラントは生分解性または生体安定性材料から作ることができる。生体安定性インプラントは普通、金属から作るが、いくつかの生体安定性インプラントは、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)などの高度結晶性ポリマから作られる。生体安定性ポリマから作られるインプラントの機械的強度は、通常非常に高い結晶化率によって増加するばかりでなく、ガラス繊維およびカーボン繊維などの強化繊維を使用することによっても増加している。この種のインプラントは非常に硬い構造を有し、そのため、支持されるべき骨組織が強い応力にさらされる手術に適している。外科用インプラントにおいて最も成功した生体安定性高結晶性ポリマの一つは1998年にVictrex(商標)から発売されたPEEK-OPTIMA(商標)生体材料である。
【０００５】
PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)は、おそらくPAEK(ポリアリルエーテルケトン)プラスチックファミリの最もよく知られたメンバである。PAEKプラスチックは、生分解性ポリマと比較して多くの良い性質、とくにすぐれた機械的特性を有する半結晶性の熱可塑性物質である。さらに、PAEK材料は良い熱的、化学的および放射線的な耐性、および良好な疲労耐久性を有している。他のよく知られたPAEKプラスチックは、とくにPEK(ポリエーテルケトン)、PEKK(ポリエーテルケトンケトン)、PEEKK(ポリエーテルエーテルケトンケトン)、およびPEKEKK(ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン)である。PEEKは高分子芳香族の半結晶性熱可塑性物質であり、その典型的な結晶度は30から35％で、融解温度は約343℃で、結晶化ピークは、溶融状態から冷やした時に約160℃であり、ガラス転移温度は約145℃である。
【０００６】
金属に対してのPAEKプラスチックの顕著な利点は、たとえば画像アーチファクトの消去、金属部分によりしばしば不鮮明になってしまう組織の成長および修復をX線により調べられる能力、これおよび他の適用ではさらに一般的である、金属イオンに対する組織のアレルギ反応の回避である。術後の評価と同様に診断において、X線、CT(コンピュータ断層撮影法)イメージング、またはMRI(核磁気共鳴映像法)のような最新の映像技術による治癒過程の追跡調査はますます重要である。X線画像では、金属インプラントによって作り出された強い影は、手術にとって重要な部位にちょうど重なってしまい、組織の状態を判断するための情報を適切に得ることが困難に、また時々不可能にさえなってしまう。これは金属インプラントがアーチファクトをつくるCT画像でも同様である。いくつかのPAEKプラスチックはX線に対して透過性があり、CT画像でアーチファクトを作らない。プラスチックは非磁性なので、プラスチックインプラントを受けた患者は、依然としてMRI技術を使用することができる。
【０００７】
一つの利点はまた、表面修正技術が金属表面に対してよりも、PEEKポリマのような有機表面に対して、より容易に適用できることである。これは、組織または血液に直接接触するインプラントにとってとくに重要である。さらなる利点は、プラスチック加工技術および適切な連結技術は、外科用インプラントのデザインおよび成形に、より多くの自由度を与えることである。
【０００８】
PEEK、たとえばアモルファスPEEKのいろいろの側面が、たとえば、非特許文献１で考察されている。
【非特許文献１】ジェイ．  アール．  アトキンソン(J. R. Atkinson)、ジェイ．  エヌ．  ヘイ(J. N. Hay)、エム．  ジェイ．  ジェンキンス(M. J. Jenkins)「半結晶PEEKのエンタルピ緩和(Enthalpic relaxation in semi-crystalline PEEK)」、ポリマ(Polymer)、2002年、第43巻、第731頁〜第735頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ポリアリルエーテルケトンなどの高い結晶性ポリマから作られる生体安定性インプラントに関連する一つの問題点は、それらは、要求される形状に本来の場所で成形することが困難なことである。たとえば、骨折した骨を支える支持プレートは、骨を適切に支持するために、骨の解剖学的な輪郭にあわせて成形するべきである。
【００１０】
本発明の一つの目的は、インプラント、およびインプラントを作る方法を提供して、上記の欠点を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の外科用インプラントは、ポリアリルエーテルケトンがホモポリマであり、本体の第一部位が、熱量計での加熱時にそのDSC(示差走査熱量測定)曲線に結晶化ピークを有するポリアリルエーテルケトンを含んでいることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の方法は、インプラントの製造材料を選択すること、この材料はポリアリルエーテルケトン(PAEK)を含むこと、溶融状態でPAEKを加熱すること、この製造材料からインプラントを成形すること、および本体が熱量計での加熱時に、そのDSC曲線に結晶化ピークを有するポリアリルエーテルケトンを含む第一部位を有するようにインプラントを加工することを特徴とする。
【００１３】
本発明の本質的な考えは、少なくとも一部は、低い結晶度を有するPAEKからインプラントを製造することである。
【００１４】
本発明のインプラントおよび方法の利点は、アモルファスPAEKは、本来の場所で曲げて恒久的な変形を作ることができる硬いインプラントの製造に適しているということである。
【００１５】
さらに、本発明の実施例の考えは、PAEKは、本体の第二部位が第一部位と同じポリアリルエーテルケトンを含むが、そのDSC曲線に結晶化ピークを有するように非均一な形を有していることである。一つの利点は、インプラントが、同じデザインだがアモルファスPAEKのみを含むインプラントより強く、結晶性PAEKのみを含むインプラントより破壊時に、より高い伸びを持つことである。
【００１６】
さらに、本発明の実施例の考えは、本方法では本体の冷却率は、より小さい横断面領域を有する本体の部位中に存在するPAEKがアモルファスの状態で冷却し、より大きい横断面領域を有する本体の部位中に存在するPAEKは結晶状態で冷却する、またはインプラントは、２個以上の部位を持つ鋳型で成形され、少なくとも一つの部位は他の部位よりより低い温度であるように制御されることである。一つの利点は、本方法は追加の加工段階無しに、射出成形、押出または圧縮成形の通常の加工段階で実施できることである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、要求される形状に本来の場所で成形することができるインプラント、およびインプラントを作る方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、好ましい実施例により、添付する図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【００１９】
明瞭にするために、図は、本発明を単純化して示している。同じ参照符号は、同様の要素を示す。
【００２０】
PAEKに伴う硬い性質の代わりに、可塑性を示すアモルファスまたはほぼアモルファスの製品に、PAEKを加工できるということは驚くべき発見である。
【００２１】
アモルファスまたはほぼアモルファスの製品を製造する工程は、次の段階を含むことができる。
1. 材料が、製品の形に成形できる溶融状態に達するように、PAEKの温度を高く上げる。これは、たとえば射出成形機械、押出機、圧縮成形機械、またはそれ自体は知られているいくつかの他のプラスチック加工機械で行うことができる。充填材料があるならば、加工機械に供給する前にPAEKに添加されていない場合は、充填材料を上記材料に添加することができる。
2. 少なくとも製品の一部を素早く冷却または急冷すると、その部分に存在するPAEKはアモルファスの状態で製品の形に硬化する。製品は最終インプラント、またはインプラントの製造に使用する半最終製品と成り得る。
3. 場合によっては、PAEKを製品のいくつかの部分で結晶化する必要があるときに、これらの部分を、当該部分に存在するアモルファスPAEKを結晶化するために熱処理する。
【００２２】
「アモルファス」という用語は、ポリマにおいてガラス転移の後に発熱結晶化ピークが続き、さらにその後、DSC曲線で吸熱溶融ピークが続くことを意味している。DSCは、ポリマの温度転移および結晶度を特徴づける標準的方法である。アモルファスPEEKのいろいろの側面が、たとえば、非特許文献１で考察されている。
【００２３】
図１は、アモルファスPEEKサンプルのDSC曲線を示している。DSC曲線は、142℃から145℃付近で明瞭なガラス転移(Tg)を示し、その後熱量計での加熱時に起こる結晶化過程に相当する160℃から170℃付近での顕著な発熱ピークが続き、そして335℃から345℃付近での吸熱溶融ピークが続いている。
【００２４】
図２は、結晶性PEEKサンプルのDSC曲線を示している。結晶性PEEKについて、小さいガラス転移がDSC線にまだ観察できるが、その過程が起こる温度は約148℃から155℃に増加し、これに、335℃から345℃付近での吸熱溶融ピークのみが続いている。すなわち、材料は、そのDSC曲線に、その吸熱溶融ピークの前に発熱結晶化ピークを持っていない。結晶化の発熱がないことは、結晶性PEEKが熱量計で加熱した時に、さらに結晶化はしないことを示している。PEEKの結晶化度は、結晶化発熱および溶融吸熱の下の面積を積分し、溶融エンタルピから結晶化エンタルピを差し引くことによって、DSC曲線から評価できる。100％結晶化PEEKの溶融エンタルピのためには、結果を130J/gの理論値で割る。実質的にアモルファスのPEEK-OPTIMA(商標)LTポリマの結晶化エンタルピは、一般的に20℃/分のDSC加熱率で約20J/gから約30J/gである。
【００２５】
アモルファスPAEKは、通常光学的にアモルファスである、すなわち、それは半透明の外見を持っている。それゆえ、PAEKを色および光透過率に基づいて、アモルファスと認識することができる。アモルファスPAEKは透明であるが、一方結晶性PAEKは不透明である。とくに、アモルファスPEEK-OPTIMA(商標)LTポリマは透明で暗い褐色であるが、一方結晶性PEEK-OPTIMA(商標)LTポリマは不透明で淡褐色である。約0.2から2.0mmの厚さのアモルファスPEEK-OPTIMA(商標)LTシートを黒い印刷のある白い紙の上に置いた時、印刷は、シートを通して容易に見ることができる。これとは反対に、同じ厚さの結晶性PEEK-OPTIMA(商標)LTシートを通しては、印刷は見えない。
【００２６】
PAEKポリマの結晶度を測定するために利用できる他の科学的技法は密度測定、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)、広角X線拡散(WAXS)を含んでいる。
【００２７】
アモルファスPAEKの結晶度は好ましくは18％未満、さらに好ましくは15％未満、なおさらに好ましくは10％より大きくはなく、最も好ましくは5％より大きくはない。結晶度が低いほど、PAEKの成形特性は良くなる。結晶度は、インプラントに対する要求に応じて当然調整される。
【００２８】
「結晶性」という用語は、ポリマがそのDSC曲線に発熱結晶化ピークを持たないことを意味している。結晶性PAEKの結晶度は好ましくは少なくとも約20％、さらに好ましくは25％以上である。
【００２９】
より大きい応力が要求される応用を満たすために、たとえば、炭素またはガラス繊維、またはケブラ繊維、またはウイスカ繊維、または、ポリマ、金属および/またはセラミックスから作られた他の繊維の形の充填材料をコンパウンド過程で添加することによって、自然の未充填PAEKの強度をはっきりと増加できることに注目すべきである。適切な濃度で、繊維または他の充填剤を注意深く選択することによって、骨に合わせた硬さも可能である。そのような骨係数の適合は、応力の遮断を最小限にしなければならない適用では重要である。アモルファスまたは結晶性の部分は、その両方でまたは、別々に充填または強化できる。
【実施例１】
【００３０】
通常のサイズの犬の骨の成形した張力試験検体が、従来の射出成形技術を用いて作られた。検体の長さは100mm、厚さは1.2mmで、幅は10.5mmであった。PEEK-OPTIMA(商標)LT1およびPEEK-OPTIMA(商標)LT3ポリマのペレットを、英国のソーントン  クリーブリーズ(Thornton Cleveleys)のInvibio Ltdより入手した。射出成形の前に、原材料を120℃で10時間乾燥し、残っている湿気を除いた。
【００３１】
試験検体を、公知のKraus-Maffei KM50C2 電気油圧射出成形機で成形した。容器温度は、PEEK-OPTIMA(商標)LT1およびPEEK-OPTIMA(商標)LT3材料の両方とも、355℃と375℃の間であった。
【００３２】
鋳型温度は、PEEK-OPTIMA(商標)LT1材料では55℃で、さらに容易に流れるPEEK-OPTIMA(商標)LT3材料では40℃であった。すなわち、鋳型温度は、加工する材料のガラス転移温度Tgより実質的に低かった。これは鋳型中の材料の急速な冷却および固化を生じた。急速に冷却するために、材料には、適切に結晶化するために十分な数の結晶核を生みだす時間が不足していて、材料はアモルファスの状態で固化した。
【００３３】
したがって、材料の冷却を非常に冷たい鋳型で行った。同様に、押出ノズルの後で溶けたポリマを非常に速く冷却することを、押出しで用いることができる。別の方法は、鋳型または溶けたポリマを冷却するためには、組成物または半最終製品の表面に、または道具または鋳型に直接適用できる、非常に冷たい液体またはガス、たとえば液体炭酸ガスまたは液体窒素を用いることである。半最終製品または組成物をこれらの液体、ガスまたは、たとえばドライアイスなどのその固体状態の物に浸してもよい。
【００３４】
アモルファスの試験検体のいくつかは、対照試験検体を得るために成形後熱処理で結晶化させた。PAEKは急速に結晶化するので、もし射出成形工程の間で鋳型の空洞の温度を結晶化ピーク温度の範囲に加熱するならば、結晶化成形物も得ることができる。アモルファス検体の後成形結晶化熱処理を、次のプログラムに従って真空炉の中で実施した。最初に、温度を150℃に上げて、それを16時間維持した。その後温度を４時間で175℃まで上げ、その後温度を200℃まであげ、それを16時間維持した。最後に温度を自然に常温に戻した。
【００３５】
アモルファスPEEKおよび加熱処理結晶性PEEKの間の差の試験を可能にするために、ISO 527 プラスチック引張応力試験標準法「張力特性の定量」に従って、試験検体について引張応力試験を行った。結果を以下の表１および表２に示す。
【００３６】
【表１】
2007252887.tif 000003
【００３７】
【表２】
2007252887.tif 000004
TA Instruments Q1000 DSC装置を用いて、20℃/分の加熱速度で、試験検体の結晶度を定量した。100％結晶化したPEEKポリマの溶融エンタルピについて、130J/gの理論値を採用した。純粋のインジウム標準サンプルを用いて、DSCの較正を行い、一方インジウムの測定した溶融温度は157.35℃で、溶融エンタルピは28.39J/gであった。
【００３８】
アモルファスPEEK-OPTIMA(商標)LT1試験検体の結晶度は14.8％で、一方アモルファスPEEK-OPTIMA(商標)LT3試験検体の結晶度は9.7％であった。結晶化PEEK-OPTIMA(商標)LT1試験検体の結晶度は34％で、結晶化PEEK-OPTIMA(商標)LT3試験検体の結晶度は33％であった。アモルファスPEEKは光学的にアモルファスである、すなわち、それは明らかに半透明であった。反対に、結晶化PEEKは不透明であった。
【００３９】
結果に基づけば、結晶性PEEKはアモルファスPEEKより明らかに硬い。両方の相で弾性変形の幅は、同じ大きさである。伸張強度試験の破壊時の伸びに基づいて、アモルファスPEEKは、PEEKより明らかにより高い可塑性がある。アモルファスPEEKは、強度等級を下げることなしに製品に永続的な変形を与えなければならない応用では、結晶性PEEKより適している。そのような製品は、たとえばプレート状インプラントであり、その形はいくつかの手術で、付着させる部位に、たとえば骨の表面の形に適して曲がらねばならない。
【００４０】
鋳型温度を常温のレベル、すなわち約20℃から25℃まで下げることによって、5％未満の結晶度が得られる。
【００４１】
図３は、本発明に従った外科用インプラントの概略上面図である。インプラントは固定プレート１である。固定プレート１は通常、骨組織の折れたまたは破損した部位の両方に、固定孔２を通してはめ込まれるねじまたはピンなどの既知の固定具を用いて固定されるような方法で用いられる。固定プレート１は骨を正しい位置に維持し、骨が可能な最良の方法で治癒される。
【００４２】
図３に示す固定プレート１は、全体で６個の固定孔２を含み、固定孔２は、等間隔で一列に並んでいて、プレート１の本体５から突き出ている。形成部位６は孔２の間に並んでいる。通常、固定プレート１は、いろいろなサイズと長さに作られ、可変的な数のねじ孔を持っている。固定プレートはＬ、Ｔ、ＸまたはＹ字のように成形もでき、あるいはいくつかの他の形にもデザインできる。
【００４３】
プレート１は、PEEKホモポリマ、すなわち一つのタイプのモノマのみで形成されたポリマを含む材料から作られている。PEEKはたとえば射出成形、押出および圧縮成形によって、容易に溶融処理することができる。
【００４４】
図３で示したプレート１は、プレート１の長さ方向に連続的に並んだ11個の部位から成っている。第一部位３は主にアモルファスPEEKを、第二部位は主に結晶性PEEKを含んでいる。明瞭にするために、図３では、第二部位４は破線で囲んである。
【００４５】
プレート１の成形の間に、それは成形部位のみでまたは少なくとも主にそこで、すなわち孔の間で変形するが、一方で孔２は図12に示すように、実質的には全く変形しないという利点をプレート１は持っている。さらに、結晶性およびアモルファスの両方の部位を含むプレートデザインは、アモルファスPEEKのみを含むプレートより強く、結晶性PEEKのみを含むプレートより、破壊点でより長い伸びを持っている。
【００４６】
図４は、張力対プレート１の伸びの概略グラフである。アモルファス部位の結晶度は9.5％で、結晶性部位の結晶度は33.6％であった。参考として、同じデザインだが、すべてアモルファスPEEKより成るプレートを作り試験した。また、同じデザインだが、すべて結晶性PEEKより成るプレートを作り試験した。図４は、結晶性およびアモルファス部位の両方を含むプレートデザインは、アモルファスPEEKのみを含むプレートより強く、結晶性PEEKのみを含むプレートより破壊点でより長い伸びを持っていることを明瞭に示している。
【００４７】
プレート１の加工パラメータを、第一部位３が、優れた可塑性および優れた成形特性を持つアモルファスであり、一方、孔２のすぐ付近にある第二部位４は結晶性であるように制御することができる。アモルファス部位３の可塑的特性は、骨接合で用いられるプレートが曲がり、骨の形に適合することを可能にしている。このように、プレート１は、成形が容易であり、さらに、治癒する骨を十分に支持している。
【００４８】
本発明の実施例において、本体の第一部位のPAEKの結晶度は、本体の第二部位のPAEKの結晶度より少なくとも15％低い。このように、第一部位の機械的特性は第二部位のそれとは明らかに異なっていて、それゆえインプラントが曲がった時、第一部位のみでその湾曲が起こり、第二部位は曲がらない。
【００４９】
図３に示した実施例においては、プレート１全体はPEEKから作られている。プレート１またはいくつかの他のインプラントは他のPAEK、たとえばPEK、PEKK、PEEKKおよびPEKEKKから作ることもできる。本発明によるインプラントのいくつかの部分をPAEKとは別の材料で作ることも可能である。さらに、本発明の実施例において、すべての孔が結晶性PAEKで囲まれているわけではなく、そのいくつかはアモルファス材料から作られている。このことがプレートを解剖学的輪郭に成形することをより容易にしている。他の実施例において、孔２の間のいくつかの部位は結晶性PAEKから作られている。これにより、孔の間のプレートの固さが増している。
【００５０】
プレート１を製造する方法を次の実施例２で説明する。
【実施例２】
【００５１】
実施例１に示した製造パラメータおよび射出成形装置を用いることにより、アモルファス半最終製品全体を、最初にプレート１の形に射出成形することによって、図３によるプレート１をPEEK&#8211;OPTIMA(商標)LT3材料から作った。このように、鋳型の温度は、PEEKがアモルファス状態で硬化するくらい低温であった。
【００５２】
次に、鋳型から取り出されたアモルファス半最終製品を、複数の加熱ヘッドを含む熱処理装置に入れ高温に加熱した。各加熱ヘッドは、半最終製品の加熱ヘッドで加熱する部分の形に成形した接触面を含んでいる。加熱ヘッドは電気伝導性金属から製造されていて、加熱自体は電気抵抗によって行われた。加熱ヘッドを、結晶化すべき半最終製品の部位に押し付けて、この位置に約10から30秒間保持した。この場合、結晶化する部位は各固定孔２の付近に位置していた。半最終製品のアモルファスのまま残す領域は加熱ヘッドに接触させず、その代わり、周囲の空気に自由に接触させた。結晶化すべき部分に含まれたPEEKが結晶化状態になるように、加熱ヘッドは、結晶化すべき部分の温度を上げた。加熱ヘッドの温度は一般的に少なくとも230℃であり、主に半最終製品の厚さ、形および製造材料に基づいて決まる。こうして、プレート１に成形された全体としてアモルファスの半最終製品は、アモルファス部分３および結晶性部分４を含んでいて不均一である。プレート１の製造のこの段階において、外部冷却を利用することができ、それによって、アモルファスに保持するべきプレートの部分を冷やし、一方で結晶化すべき部分を加熱する。たとえば半最終製品の当該部分に適切な液体またはガスをかけるか、または半最終製品の冷却すべき部分に押し付ける一般には金属から作られた冷却装置を用いて、冷却を実施することができる。半最終製品およびそれに固定した加熱ヘッドを冷却液に完全に浸すこともできる。半最終製品の部分を結晶化するために必要な時間は、用いられた温度のみならず半最終製品の厚さ、形および製造材料にも依存している。
【００５３】
図３に従うプレート１は、たとえば結晶性PEEKまたは別のPAEKから製造されたねじで骨に固定することができる。ねじは、実施例１に示した原理に従って冷たい鋳型に射出成形することも可能であり、それにより実質的にアモルファスのままである。実質的にアモルファスであるPAEKねじの利点は、その可塑性であり、それによりねじを、その目的に適した装置、たとえばInion(商標)Tacker(商標)などによって、装置のハンマーがねじの頭を打ったときにねじが壊れる恐れなしに、骨に留めることができる。
【００５４】
アモルファスPAEKの弾力性および結晶性PAEKの強度は、ACL(前方十字靭帯)アンカ、PCL(後方十字靭帯)アンカなどの靭帯および腱を骨に固定するために用いるアンカ、または、唇または肩の回旋腱板の裂け目の非縫合修復のためのタックなどの骨固定道具に他の軟組織を固定するために用いるアンカ、軟組織を骨に付着させるための縫合アンカでも利用できる。図５は、このタイプのアンカを示している。取り付け時の引張押圧応力にさらされるアンカ７の環状部分はアモルファスPEEKから作られ、一方で骨にかみ込むギザギザの脚８は、結晶性PEEKから作られている。このようにして、製品には、取り付け時の非常に良好な機能性および非常に耐久性のある骨への固定が与えられている。明瞭にするために、図５ではアモルファス材料の部位を破線で囲ってある。
【００５５】
アンカを実施例２に示した原理に従って作成した。DSCによってアンカから測定したアモルファス領域の結晶度は15％で、結晶性領域の結晶度は32％であった。
【００５６】
図６は、本発明による第三のインプラントを示している。インプラントはいわゆるケーブルタイである。それはアモルファス部分と結晶性部分を含んでいる。インプラントはたとえば開胸式心臓手術の後の胸骨切断の迅速で確実な固定のために用いることができる。ケーブルタイはまた、骨の縦の裂け目の固定のための迅速で確実な固定手段である。ケーブルタイは、粉砕骨を少なくするためにも有用である。もし必要なら、ケーブルタイを、金属プレートおよびねじなどの従来の硬骨骨折固定手段とともに使用することができる。さらに、小さいケーブルタイは血管の縫合、すなわち手術時の出血を防ぐために、結さつ糸で血管の通路をしばるために有用である。
【００５７】
ロック９は最強の応力にさらされる部分であるので、ケーブルタイのロック９は結晶性PAEK材料製である。容易に形状に曲げられ、張力負荷に耐えるために、バンド10はアモルファスPAEK材料から作られており、張力負荷は、材料の降伏限界を、ある程度超えることもある。この場合、バンド10は少し伸びるが、切れることはない。
【実施例３】
【００５８】
図６に従うケーブルタイ、または実質的に異なった冷却率を持つ部分/部位を含む形を持つ他のインプラント、たとえば固定孔の周りに材料の厚い部位を持つ固定プレートを、たとえばPAEKを等温の鋳型中に射出するように射出成形することにより製造することができる。ロック９の外側領域のその体積に対する比は、バンド10の対応する比より実質的に大きいので、ロック９を構成する材料は、バンド10を構成する材料より実質的に、よりゆっくりと冷却する。この理由で、ロック９を構成する材料は、結晶状態に配列するのに、より時間がかかり、その結果として、常温に冷却されたケーブルタイのロック９は、結晶性PAEKからなる。反対に、バンド10は非常に迅速に冷却するため、常温に冷却されたケーブルタイのバンド10は、アモルファスPAEKからなる。
【００５９】
図６によるケーブルタイ、または他の長尺状またはプレート状インプラントを、その製造に用いられるインプラントまたは半最終製品を鋳型で成形することによっても製造することができ、その鋳型腔の鋳型表面の一部は、鋳型腔の鋳型表面の第二の部分より低い温度である。適切な鋳型温度を選択することにより、より冷たい鋳型表面に押し付けられたPAEKを迅速に冷却すると、PAEKはアモルファス状態のまま留まっている。反対に、より高温の鋳型表面に押し付けたPAEKはゆっくりと冷却し、時間をかけて結晶化する。
【００６０】
アモルファスおよび結晶性PAEKの間の機械的な差は脊髄ケージでも使用できる。図７に示した脊髄ケージは、孔を持つ２個の突出部11を含んでいる。脊髄ケージを組織に固定するためのねじ等を、突出部のリング12を通して組織に合わせる。リング12は腕13の末端に配列されている。腕13はアモルファスPAEK製であり、そのため固定に必要な角度に容易に曲げることができる。これにより、外科医は異なった手術状況で、より自由に脊髄ケージを用いることができる。反対に、脊髄ケージの他の部分は強く硬い結晶性PAEKである。明瞭にするために、アモルファス材料の部位は、図７で破線に囲まれている。
【００６１】
図８は、二つの主方向Ｘ、Ｙに配列された複数の固定孔２を含む本発明によるメッシュプレートの一部を示している。メッシュプレートは、プレートの本体５全体でアモルファスのPAEKから作られている。そのようなプレートは、頭蓋骨または寛骨臼である固定点に成形することが容易である。
【００６２】
他のインプラントは、たとえば図１に示すプレート１などのアモルファスPAEK材料から全体的に作ることも当然できる。そのようなインプラントは、たとえば、組織体の所定のところに固定した時にインプラントが大きな負荷にさらされない場合、またはインプラントを非常に容易に、かつ多目的に成形可能でなければならない場合に使用することができる。たとえば、顔面手術および頭蓋手術にそのような応用がある。たとえば、プレートの機械的特性が損害を受けることなしに、アモルファスPAEKプレートは何回も湾曲でき、これは従来のチタンプレートとは反対である。
【００６３】
メッシュプレートのいくつかの他の実施例では、固定孔のいくつかまたはすべての直近の部分は結晶性PAEK製であり、結晶性領域の間の場所はアモルファスPAEK製である。
【００６４】
図９によるプレートは、種々の管状骨の骨折の固定に使用でき、本体５を持つプレートはジグザグ形をしていて、複数の固定孔２を含んでいる。たとえば、炭素繊維で強化したPEEKを、冷却した鋳型に射出成形することによって、PEEKマトリックスポリマがアモルファスのまま留まるように、プレートを製造することができる。常温でプライヤを用いてプレートを曲げることによって、プレートを容易に骨の湾曲に合うように変形することができる。しかしながら、プレートを固定するためのPAEKから作られたねじを、熱い鋳型の中にPAEKを射出することによって、射出成形することが好ましく、それにより硬い骨でさえうまく咬む結晶性で非常に硬いねじになる。このとき、プレートは、別の材料から作られた固定手段を用いて、骨に固定することも当然できる。
【００６５】
結晶性PEEKは、生体適合性、生体安定性および加水分解に対して耐久性のある材料として知られている。これと対照的に、PEEKの生体適合性および生体安定性についての研究は文献の中に見つけることができない。アモルファスPEEKの生体適合性および加水分解耐久性を見つけるために、15％未満の結晶度を持つアモルファスプレートを、Inion CPS(商標)PLT-1015プレート鋳型をもちいて、PEEK-OPTIMA(商標)LT3ポリマから射出成形した。いくつかのプレートを熱処理により実施例１に記載した方法で結晶化し、25％より大きい結晶度を生み出した。そのプレートを、25kGyの最小線量を用いてガンマ線照射によって殺菌した。いくつかのプレートを羊の皮膚の下の皮下組織に生体内で移植し、いくつかのプレートを試験管内で加水分解試験をした。試験ではプレートを、実験室で培養器の生理的リン酸緩衝液に、37℃の温度で最大３年間保管した。図10および図11は、試験管内および生体内でのアモルファスおよび結晶性PEEKの張力の耐久性を示している。アモルファスプレートは結晶性PEEKプレートに全く等しい加水分解耐久性および生体適合性を持っていることがわかった。PAEKは、すべての既知の方法、装置および原理、たとえばオートクレーブ、エチレンオキシド、プラズマ滅菌、UV滅菌、ガンマ線滅菌、電子滅菌等を用いて滅菌できることがわかった。高い加工温度のために、PAEK製品は、その成形の後では滅菌されている。それゆえ、製品を加工装置から滅菌パッケージに速やかに移すならば、滅菌した梱包製品を得ることができる。この方法で、別個独立の滅菌段階を避けることができる。
【００６６】
固定プレートの形状安定性は、たとえば顔面手術および頭蓋手術では必須の要求項目である。プレートはしばしば複雑な形に曲げねばならず、また生理的環境下で正確にその形状を維持しなければならない。PEEKプレートの湾曲角度の安定性を次のように試験した。6mmの孔間隔および2mmの孔直径の６個の孔を持つ、厚さ1.3mm、幅7mmおよび長さ37mmの頭蓋顎顔面骨(CMF)手術用のアモルファス(15％未満の結晶度)および結晶性(30％より大きい結晶度)プレート(Inion CPS(商標) 2.0mmシステム PLT-1038プレートに似た形状)を被験要素として使用した。アモルファスプレートは射出成形によりPEEK-OPTIMA(商標)LT1材料から製造した。結晶性プレートを、射出成形アモルファスプレートを実施例１に記載の方法で熱処理することにより結晶化して製造した。試験計画は次の通りであった。
【００６７】
１回の試験シリーズの試験で５個の試験を並行して実施した。実施した試験シリーズは、a)アモルファスおよびb)結晶性であった。試験すべき要素をプレート湾曲プライヤ(Inion(商標) Ins-9024)を用いて孔の間のプレートの中央で90度の角度に曲げた。
【００６８】
最初に115度を超える角度にプレートを曲げて、それを紙に描いた角度スケールで測ることによってチェックし、その後、角度を90度に合わせて、角度への曲げを行った。この角度をまた角度スケールで測定した。曲げた要素を常温で１時間保持し、その後、角度を測定スケールでチェックした。その後、要素を保温器中の試験管内環境(リン酸緩衝液 pH 7.4、温度37℃)においた。
【００６９】
角度の安定性を、設置から試験管内環境へ次の時間間隔、24時間、48時間、96時間、1週間、3週間、および6週間で、６週間測定した。測定は測定スケールを用いて行った。表３は、プレートの湾曲角度の安定性の概要を示している。
【００７０】
【表３】
2007252887.tif 000005
結果に基づくと、アモルファスPEEKは、そこに成形された形を結晶性PEEKよりよく保持している。
【００７１】
技術の発展にともなって、発明の概念はいろいろの方法で実施できるということは、当業者には明白なことである。本発明およびその実施例は、上記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で変えうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、アモルファスPEEKサンプルのDSC曲線を示す。
【図２】図２は、結晶性PEEKサンプルのDSC曲線を示す。
【図３】図３は、本発明による外科用インプラントの概略上面図である。
【図４】図４は、３図に示したインプラントの張力対伸びの概略のグラフである。
【図５】図５は、本発明による第２の外科用インプラントの概略側面図である。
【図６】図６は、本発明による第３の外科用インプラントの概略図である。
【図７】図７は、本発明による第４の外科用インプラントの概略図である。
【図８】図８は、本発明による第５の外科用インプラントの一部の概略上面図である。
【図９】図９は、本発明による第６の外科用インプラントの概略上面図である。
【図１０】図10は、アモルファスPEEKから作ったプレートの張力対時間の概略のグラフである。
【図１１】図11は、結晶性PEEKから作ったプレートの張力対時間の概略のグラフである。
【図１２】図12は、図３に示したインプラントの概略図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  固定プレート
２  固定孔
３  第１の部位
４  第２の部位
５  本体
６  成形部位
【図１】
2007252887.tif 000006
【図２】
2007252887.tif 000007
【図３】
2007252887.tif 000008
【図４】
2007252887.tif 000009
【図５】
2007252887.tif 000010
【図６】
2007252887.tif 000011
【図７】
2007252887.tif 000012
【図８】
2007252887.tif 000013
【図９】
2007252887.tif 000014
【図１０】
2007252887.tif 000015
【図１１】
2007252887.tif 000016
【図１２】
2007252887.tif 000017