(57)【要約】本発明は、少なくとも５０重量％の鉄、少なくとも２５重量％のマンガンおよび少なくとも０．０１重量％の硫黄および／またはセレンを含む、医療用インプラントの使用に適している生分解性合金に関し、そこで該生分解性合金は非磁性である。本発明は、望ましい分解速度を備える生分解性合金の作製方法も提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療用インプラントの使用に適している生分解性合金であって、前記生分解性合金が、少なくとも５０重量％の鉄、少なくとも２５重量％のマンガンおよび少なくとも０．０１重量％の硫黄および／またはセレンを含み、
前記生分解性合金が非磁性である、前記生分解性合金。
【請求項２】
クロムを実質的に含まない、請求項１に記載の生分解性合金。
【請求項３】
ニッケルを実質的に含まない、請求項１または２に記載の生分解性合金。
【請求項４】
硫黄およびマンガンが、硫化マンガンの二次相を形成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の生分解性合金。
【請求項５】
セレンおよびマンガンが、セレン化マンガンの二次相を形成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の生分解性合金。
【請求項６】
前記硫黄または前記セレンが、前記生分解性合金中に均等に分散する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の生分解性合金。
【請求項７】
少なくとも６０重量％の鉄を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の生分解性合金。
【請求項８】
少なくとも３０重量％のマンガンを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の生分解性合金。
【請求項９】
鍛造製品、鋳造物または粉末冶金製品の形態である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の生分解性合金。
【請求項１０】
生理的条件下で、約０．１５５〜３．１ｍｇ／ｃｍ２の分解速度を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の生分解性合金。
【請求項１１】
０．０１重量％〜０．３５重量％の硫黄および／またはセレンを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の生分解性合金。
【請求項１２】
０．０１重量％〜０．２０重量％の硫黄および／またはセレンを含む、請求項１１に記載の生分解性合金。
【請求項１３】
０．０２重量％〜０．１０重量％の硫黄および／またはセレンを含む、請求項１１に記載の生分解性合金。
【請求項１４】
望ましい分解速度を備える生分解性合金の作製方法であって、前記方法が、
（ａ）前記生分解性合金を作製するために硫黄および／またはセレンを含む組成物を溶融混合物に加えることであって、前記溶融混合物が少なくとも５０重量％の鉄および少なくとも２５重量％のマンガンを有し、前記生分解性合金が少なくとも０．０１重量％の硫黄および／またはセレンを含む、前記加えることと、
（ｂ）前記生分解性合金を冷却することと、を含む、前記方法。
【請求項１５】
前記生分解性合金がクロムを実質的に含まない、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記生分解性合金がニッケルを実質的に含まない、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記硫黄および／またはセレンが１００〜３５００百万分率で添加される、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記硫黄を含有する組成物が、硫化鉄（ＩＩ）である、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記硫黄または前記セレンが、前記生分解性合金中に均等に分散する、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも６０重量％の鉄を含む、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも３０重量％のマンガンを含む、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記溶融混合物がケイ素を実質的に含まない、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記溶融混合物がアルミニウムを実質的に含まない、請求項１４〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記溶融混合物が酸素を実質的に含まない、請求項１４〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
塩基性スラグを前記溶融混合物へ添加し、酸素を、前記溶融混合物から前記塩基性スラグに除去することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記塩基性スラグが、少なくとも２の二酸化ケイ素に対する酸化カルシウムの比を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記生分解性合金が、３０℃／分〜６０℃／分の速度で冷却される、請求項１４〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
０．０１重量％〜０．３５重量％の硫黄および／またはセレンを含む、請求項１４〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
０．０１重量％〜０．２０重量％の硫黄および／またはセレンを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
０．０２重量％〜０．１０重量％の硫黄および／またはセレンを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の生分解性合金を含む、埋め込み型医療装置。
【請求項３２】
前記埋め込み型医療装置が、骨用ねじ、骨用アンカー、組織ステープル、頭蓋顎顔面再建プレート、外科用メッシュ、固定具、歯科用再建インプラント、およびステントからなる群から選択される、請求項３１に記載の埋め込み型医療装置。
【請求項３３】
望ましい分解速度を備える生分解性合金の作製方法であって、
前記方法が、１００〜３５００ｐｐｍの硫黄を、少なくとも５０重量％の鉄および少なくとも２５重量％のマンガンを有する溶融混合物に添加して、少なくとも０．０１重量％の硫黄を有する生分解性合金を作製することを含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月６日出願の米国仮特許出願第６２／５６９，２２８号の優先権の利益を主張するものであり、その内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、生分解性Ｆｅ−Ｍｎ合金に関する。
【背景技術】
【０００３】
他の合金元素を伴うもしくはそれを伴わない鉄、マグネシウムまたは亜鉛系金属は、吸収性金属インプラントの製造で評価されてきた。吸収性金属インプラントは、一定期間にわたって生じる腐食反応の結果として、身体内で分解するように設計されている。分解産物は、身体に局所または全身蓄積されることなく、輸送されて、除去されなければならない。インプラントの分解速度は、指定された時間枠上で機能を達成するために必要な機械的結着性のレベルに対してバランスをとらなければならない。
【０００４】
吸収性Ｆｅ−Ｍｎ合金は、心血管用途のために長年にわたって広く研究されている。ＬｉｕおよびＺｈｅｎｇによる研究（Ａｃｔａ  Ｂｉｏｍａｔｅｒ．７、１４０７−１４２０（２０１１））は、Ｆｅ−Ｍｎ合金と比較して改善を示さなかった純粋な鉄に近い二元合金ＦｅＳの分解速度を調べた。ＬｉｕおよびＺｈｅｎｇが調べたＦｅＳ二元合金は、Ｍｎを含有していなかった。他の研究は、最小２５％のマンガンの添加が完全に非磁性微細構造を提供するために必要だと判断した（Ｈｅｒｍａｗａｎ，Ｈ．，Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｃｏｒｏｎａｒｙ  Ｓｔｅｎｔ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｆｒｏｍ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｔｏ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ４，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，４３−４４（２０１２））。非磁性インプラント微細構造は、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）手順への患者の曝露を可能にするのに必要である。
【０００５】
軽量心血管ステントは、複雑な管状壁パターンを含むように機械加工したまたはレーザー切断したシームレスチューブから通常製造される。ステントの外径は一般的に２．０ｍｍ未満であり、通常カテーテルによって小動脈または大動脈内に挿入される（Ｈｅｒｍａｗａｎ，Ｈ．，Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｍｅｔａｌｓ  ｆｏｒ  Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｉｎ  Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｍｅｔａｌｓ  ｆｒｏｍ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｔｏ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ３，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２３−２４（２０１２））。しかし、Ｆｅ−Ｍｎ吸収性合金の分解速度は、中程度のサイズの金属医療用インプラント（例えば、プレート、ねじ、釘、骨アンカーなど）ではあまりに遅い。中程度のサイズの医療用インプラントは、心血管ステントまたは神経ステントの質量を超えるインプラントとして定義される。
したがって、望ましい分解可能速度を備える生分解性ＦｅＭｎ合金の必要性が存在する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＬｉｕおよびＺｈｅｎｇ．，Ａｃｔａ  Ｂｉｏｍａｔｅｒ．７、１４０７−１４２０（２０１１）
【非特許文献２】Ｈｅｒｍａｗａｎ，Ｈ．，Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｃｏｒｏｎａｒｙ  Ｓｔｅｎｔ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｆｒｏｍ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｔｏ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ４，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，４３−４４（２０１２）
【非特許文献３】Ｈｅｒｍａｗａｎ，Ｈ．，Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｍｅｔａｌｓ  ｆｏｒ  Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｉｎ  Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｍｅｔａｌｓ  ｆｒｏｍ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｔｏ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ３，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２３−２４（２０１２）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、少なくとも５０重量％の鉄、少なくとも２５重量％のマンガンおよび少なくとも０．０１重量％の硫黄および／またはセレンを含む、医療用インプラントの使用に適している生分解性合金に関し、そこで前記生分解性合金は非磁性である。
【０００８】
いくつかの実施形態では、生分解性合金はクロムを実質的に含まない。
【０００９】
いくつかの実施形態では、生分解性合金はニッケルを実質的に含まない。
【００１０】
いくつかの実施形態では、硫黄およびマンガンは、硫化マンガンの二次相を形成する。
【００１１】
いくつかの実施形態では、セレンおよびマンガンは、セレン化マンガンの二次相を形成する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、硫黄またはセレンは、生分解性合金中に均等に分散する。
【００１３】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、少なくとも６０重量％の鉄を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、少なくとも３０重量％のマンガンを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態で、生分解性合金は、鍛造製品、鋳造物または粉末冶金製品の形態である。
【００１６】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、生理的条件下で、約０．１５５〜３．１ｍｇ／ｃｍ２の分解速度を有する。
【００１７】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．３５重量％の硫黄および／またはセレンを含む。
【００１８】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．２０重量％の硫黄および／またはセレンを含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０２重量％〜０．１０重量％の硫黄および／またはセレンを含む。
【００２０】
本発明の別の態様は、本明細書に開示される生分解性合金を含む、埋め込み型医療装置に関する。いくつかの実施形態では、埋め込み型医療装置は、骨用ねじ、骨用アンカー、組織ステープル、頭蓋顎顔面再建プレート、外科用メッシュ、固定具（例えば、外科用固定具）、歯科用再建インプラント、およびステントからなる群から選択される。
【００２１】
本発明の別の態様は、望ましい分解速度を備える生分解性合金の作製方法に関し、前記方法は、（ａ）生分解性合金を作成するために硫黄および／またはセレンを含む組成物を溶融混合物に加えることであって、そこで前記溶融混合物は、少なくとも５０重量％の鉄および少なくとも２５重量％のマンガンを有し、前記生分解性合金は、少なくとも０．０１重量％の硫黄および／またはセレンを含む、前記加えることと、（ｂ）生分解性合金を冷却することと、を含む。
【００２２】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、クロムを実質的に含まない。
【００２３】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、ニッケルを実質的に含まない。
【００２４】
いくつかの実施形態では、硫黄および／セレンは、１００〜３５００ｐｐｍで添加される。
【００２５】
いくつかの実施形態で、硫黄を含む組成物は、硫化鉄（ＩＩ）である。
【００２６】
いくつかの実施形態で、セレンを含む組成物は、セレン化鉄（ＩＩ）である。
【００２７】
いくつかの実施形態では、硫黄またはセレンは、生分解性合金中に均等に分散する。
【００２８】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、少なくとも６０重量％の鉄を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、少なくとも３０重量％のマンガンを含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、溶融混合物は、ケイ素を実質的に含まない。
【００３１】
いくつかの実施形態では、溶融混合物は、アルミニウムを実質的に含まない。
【００３２】
いくつかの実施形態では、溶融混合物は、酸素を実質的に含まない。
【００３３】
いくつかの実施形態では、前記方法は更に、塩基性スラグを溶融混合物へ添加し、それにより溶融混合物から酸素を除去して、塩基性スラグに加えることを含む。いくつかの実施形態では、塩基性スラグは、少なくとも２の二酸化ケイ素に対する酸化カルシウムの比を含む。
【００３４】
いくつかの実施形態で、生分解性合金は、３０℃／分〜６０℃／分の速度で冷却される。
【００３５】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．３５重量％の硫黄および／またはセレンを含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．２０重量％の硫黄および／またはセレンを含む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０２重量％〜０．１０重量％の硫黄および／またはセレンを含む。
【００３８】
本発明の更に別の態様は、望ましい分解速度を備える生分解性合金の製造方法に関し、前記方法は、１００〜３５００ｐｐｍの硫黄を、少なくとも５０重量％の鉄および少なくとも２５重量％のマンガンを有する溶融混合物に添加して、それにより少なくとも０．０１重量％の硫黄を有する生分解性合金を作成することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】鍛造製品形態の細長いＭｎＳの二次相を示す概略図である。
【図２】鋳造物または粉末冶金製品形態の球状のＭｎＳの二次相を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は、なかでも、鋼鉄中の硫化マンガン析出物の形成が腐食速度を増大させることを示したという発見に基づく。硫化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＳ）析出物は、周囲の合金鋼より化学的に活性があることも示した。いくつかの実施形態では、Ｆｅ−Ｍｎ鋼が細長い形（例えば、棒、管またはワイヤ）に冷却延伸される際に、ＭｎＳ析出物は割れて、その形態内に空隙を残し、それにより更なる腐食面を作成する。腐食は、生分解性インプラントの主要な分解メカニズムであり、および生分解性インプラントのより速い分解プロファイルと同等の増大した腐食速度である。
【００４１】
この発明の目的は、硫黄（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）を合金に加えることにより、吸収性Ｆｅ−Ｍｎ合金の分解速度を高めることである。いくつかの実施形態では、Ｆｅ−Ｍｎ合金の意図的に添加した硫黄またはセレンの量は、快削ステンレス鋼に加えられる硫黄またはセレンの量と類似し得る。例えば、快削非埋め込み型ステンレス鋼３０３、非吸収性インプラント質３１６Ｌ、および本明細書に開示するＦｅ−Ｍｎ吸収性埋め込み型合金の硫黄またはセレンの相対量を、表１に示す。
【表１】
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【００４２】
本発明の一態様にて、本発明は、少なくとも５０重量％の鉄、少なくとも２５重量％のマンガンおよび少なくとも０．０１重量％の硫黄および／またはセレンを含む、医療用インプラントの使用に適している生分解性合金を提供し、そこで該生分解性合金は非磁性である。硫黄またはセレンは、生分解性合金中に均等に分散できる。
【００４３】
生分解性合金は、炭素、窒素、リン、ケイ素、または通常Ｆｅ−Ｍｎ合金に付随する微量元素の微量の増加分を含んでも含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、クロムを実質的に含まない。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、ニッケルを実質的に含まない。本明細書で使用する場合「実質的に含まない」という用語は、生分解性合金中の元素の存在を指す場合、生分解性合金中の元素の濃度が、０．２重量％以下、０．１重量％以下または０．０５重量％以下であることを意味する。
【００４４】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、少なくとも５５重量％の鉄（例えば、少なくとも６０重量％の鉄、少なくとも６５重量％の鉄、または少なくとも７０重量％の鉄）を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、５０重量％〜７０重量％の鉄（例えば、少なくとも５０重量％〜６０重量％の鉄、少なくとも５５重量％〜６０重量％の鉄、少なくとも５５重量％〜７０重量％の鉄、または少なくとも６０重量％〜７０重量％の鉄）を含む。
【００４５】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、少なくとも２８重量％のマンガン（例えば、少なくとも３０重量％のマンガン、少なくとも３５重量％のマンガン、少なくとも４０重量％のマンガン、または少なくとも４５重量％のマンガン）を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、２５重量％〜４５重量％のマンガン（例えば、少なくとも２５重量％〜４０重量％のマンガン、少なくとも２５重量％〜３５重量％のマンガン、少なくとも３０重量％〜４５重量％のマンガン、または少なくとも３５重量％〜４５重量％のマンガン）を含む。
【００４６】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜２．０重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜１．５重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜１．２重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜１．０重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．３５重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．３０重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．２０重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．１５重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０２重量％〜０．１０重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．１０重量％〜０．３５重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．１５重量％〜０．３５重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．２０重量％〜０．３５重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜２．０重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜１．５重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜１．２重量％の硫黄を含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜１．０重量％の硫黄を含む。
【００４７】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜２．０重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜１．５重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜１．２重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜１．０重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．３５重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．３０重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．２０重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．１５重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０２重量％〜０．１０重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．１０重量％〜０．３５重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．１５重量％〜０．３５重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．２０重量％〜０．３５重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜２．０重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜１．５重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜１．２重量％のセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜１．０重量％のセレンを含む。
【００４８】
いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜２．０重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜１．５重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜１．２重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜１．０重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．３５重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．３０重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．２０重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０１重量％〜０．１５重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．０２重量％〜０．１０重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．１０重量％〜０．３５重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．１５重量％〜０．３５重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．２０重量％〜０．３５重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜２．０重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜１．５重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜１．２重量％の硫黄およびセレンを含む。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、０．５重量％〜１．０重量％の硫黄およびセレンを含む。セレンに対する硫黄の重量比は、９９：１〜１：９９の範囲であり得る。例えば、セレンに対する硫黄の重量比は、９９：１〜７５：１、９９：１〜５０：１、または９０：１〜５０：１の範囲であり得る。
【００４９】
いくつかの実施形態で、生分解性合金は、５０重量％〜７０重量％の鉄、２５重量％〜３５重量％のマンガン、および０．０１重量％〜０．３５重量％の硫黄を含む。
【００５０】
いくつかの実施形態で、生分解性合金は、５０重量％〜７０重量％の鉄、２５重量％〜３５重量％のマンガン、および０．０１重量％〜０．３５重量％のセレンを含む。
【００５１】
いくつかの実施形態で、生分解性合金は、５０重量％〜７０重量％の鉄、２５重量％〜３５重量％のマンガン、および０．０１重量％〜０．３５重量％の硫黄およびセレンを含む。セレンに対する硫黄の重量比は、１：９９〜９９：１の範囲であり得る。例えば、セレンに対する硫黄の重量比は、９９：１〜７５：１、９９：１〜５０：１、または９０：１〜５０：１の範囲であり得る。
【００５２】
硫黄および／またはセレンの濃度に応じて、生分解性合金の分解速度は、生理的条件下で、１日当たり約０．１５５〜３．１ｍｇ／ｃｍ２の範囲であり得る。いくつかの実施形態で、生分解性合金の分解速度は、生理的条件下で、１日当たり約０．２〜３．０ｍｇ／ｃｍ２の範囲であり得る。いくつかの実施形態で、生分解性合金の分解速度は、生理的条件下で、１日当たり約０．２〜２．５ｍｇ／ｃｍ２の範囲であり得る。いくつかの実施形態で、生分解性合金の分解速度は、生理的条件下で、１日当たり約１．０〜３．１ｍｇ／ｃｍ２の範囲であり得る。生分解性合金の分解速度は、１日当たり少なくとも０．３ｍｇ／ｃｍ２、１日当たり少なくとも０．４ｍｇ／ｃｍ２、１日当たり少なくとも０．５ｍｇ／ｃｍ２、１日当たり少なくとも１．０ｍｇ／ｃｍ２、１日当たり少なくとも１．５ｍｇ／ｃｍ２、１日当たり少なくとも２．０ｍｇ／ｃｍ２、または１日当たり少なくとも２．５ｍｇ／ｃｍ２でもあり得る。
【００５３】
いくつかの実施形態では、「生理的条件」という用語は、２０〜４０℃の温度範囲、１大気圧、ｐＨ６〜８、グルコース濃度１〜２０ｍＭ、大気中の酸素濃度、および地球重力を指す。したがって本開示は、インプラントの所定の範囲の分解速度を得るために、制御された硫黄またはセレン含有量を備える、一連の完全にまたは部分的に高密度化したＦｅ−Ｍｎ合金を提供する。改善された機械加工性および予測可能な分解速度を備える、小さいおよび中程度のサイズのＦｅ−Ｍｎ吸収性インプラントは、用途に応じて設計することができる。
【００５４】
生分解性合金は、鍛造製品、鋳造物または粉末冶金製品の形態であり得る。
【００５５】
Ｆｅ−Ｍｎ合金への硫黄の添加は、微細構造中にＭｎＳの二次相を形成する。同様に、Ｆｅ−Ｍｎ合金へのセレンの添加は、微細構造中にＭｎＳｅの二次相を形成する。ＭｎＸ（Ｘ＝ＳまたはＳｅ）二次相を含有する鍛造Ｆｅ−Ｍｎ合金は、熱間、温間または冷間金属加工作業（例えばこれらに限定されないが、圧締、鍛造、圧延、押出し、スウェージングおよび延伸）によって半完成製品形態に処理され得る。これらのすべての鍛造金属加工作業は断面積を低減し、長手方向にストリンガーとして知られる細長いＭｎＸ二次相を作成する。細長いＭｎＸストリンガーの形態を図１に示す。ＭｎＸ二次相は、強化した機械加工性、ならびにバルクマトリックスの腐食速度と比較した場合、多くの化学溶液の増大した孔食および隙間腐食反応を提供する。鍛造製品形態は処理されて、インプラント用途に応じて、Ｆｅ−Ｍｎ吸収性医療装置に機械加工され得る。用途に応じて、鍛造半完成製品形態は、機械加工され、洗浄され、不動態化され、滅菌され、包装されて、完成したインプラント装置に製造され得る。
【００５６】
埋没材鋳造を、ＭｎＸ二次相を備えるＦｅ−Ｍｎ成形形状を製造するために使用できる。鋳造物は、内部欠陥、大粒径および化学分離を伴う可能性があり、それは通常、機械的特性および磁気応答に影響を及ぼし得る。二次処理（例えば、熱間等方プレス加工）は、鋳放し特性を改善するために使用できる。注型成形技術と比較した場合、上述の鍛造金属加工のやり方は、少ない内部欠陥、小さな粒径および改善した機械的特性を提供することができる。
【００５７】
硫黄添加物を含有する、特殊溶解したもしくは通常溶解したＦｅ−Ｍｎ吸収性合金バーまたはビレットは、粉末冶金合金を製造するために電極として知られる出発ストックとして使用し得る。電極表面は通常、ピーリング、芯なし研削、研磨または表面欠陥の除去のための他の金属除去処理によって調整される。水噴霧、アルゴンもしくはヘリウムガス噴霧、プラズマ回転電極法（ＰＲＥＰ）または他の粉末製造法は、Ｆｅ−Ｍｎ合金化粉末を製造するのに使用できる。粉末冶金製造ルートは、金属射出成形（ＭＩＭ）、冷間静水圧プレス成形、熱間静水圧プレス成形もしくは他の周知の粉末圧密技術によって、簡易形状、ニアネットシェイプまたはネットシェイプに固化成形され得る、Ｆｅ−Ｍｎ粉末粒子のために使用できる。本明細書で使用する場合「簡易形状」という用語は、仕上げ部分図に一致するために、広範囲の機械加工を必要とする製品の形態を指す。本明細書で使用する場合「ニアネットシェイプ」という用語は、仕上げ部分図に一致するために、中程度の量の機械加工を必要とする半完成製品の形態を指す。本明細書で使用する場合「ネットシェイプ」という用語は、仕上げ部分図に一致するために、最小量の機械加工を必要とする半完成製品の形態を指す。粉末固化パラメータは、用途に応じて、完全に高密度化または部分的に高密度化した半完成製品の形態を提供するように調整できる。粉末固化成形された半完成製品形態は、仕上げ機械加工され、洗浄され、不動態化され、滅菌され（任意）、包装されて、完成したインプラント装置に製造され得る。
【００５８】
主な利点は、粉末冶金吸収性インプラント装置が、小さな粉末粒径および粉末処理工程の結果として、微球状ＭｎＸ二次相を含有することである。これにより、鍛造金属加工作業と関連する、典型的なストリンガーまたは細長いＭｎＸ形態が回避される。粉末冶金法は、微粒球状のＭｎＸ形態を示す、固化成形された粉末製品を提供することが可能であり、それは良好な機械加工性および予測可能な腐食反応を容易にする。図２は、粉末冶金製品形状中の球状ＭｎＸ形態の図である。
【００５９】
当業者であれば容易に認識するように、本明細書に開示する合金を使用して作製することができる、様々な埋め込み型医療機器がある。生分解性合金は、骨用ねじ、骨用アンカー、組織ステープル、頭蓋顎顔面再建プレート、外科用メッシュ、固定具（例えば、外科用固定具）、歯科用再建インプラント、またはステントを含む、埋め込み型医療装置を作製するために使用できるが、これらに限定されない。特定の実施形態で、埋め込み型医療装置は、骨アンカー（例えば、分離した骨部位の修復のため）である。他の実施形態で、埋め込み型医療装置は、骨用ねじ（例えば、骨折した骨部位を固定するため）である。他の実施形態で、埋め込み型医療装置は、骨固定化装置（例えば、大骨用）である。他の実施形態で、埋め込み型医療装置は、組織を固定するためのステープルである。他の実施形態で、埋め込み型医療装置は、頭蓋顎顔面再建プレートまたは固定具である。他の実施形態で、埋め込み型医療装置は、外科用メッシュである。他の実施形態で、埋め込み型医療装置は、歯科用インプラント（例えば、歯科用再建インプラント）である。更に他の実施形態で、埋め込み型医療装置は、ステント（例えば、動物身体の器官の開口部の内腔を維持する）である。
【００６０】
いくつかの実施形態で、埋め込み型医療装置は、ヒトへの移植のために設計される。他の実施形態で、埋め込み型医療装置は、ペット（例えば、イヌ、ネコ）への移植のために設計される。他の実施形態で、埋め込み型医療装置は、家畜（例えば、ウシ、ウマ、ヒツジ、ブタなど）への移植のために設計される。更に他の実施形態で、埋め込み型医療装置は、動物園の動物への移植のために設計される。
【００６１】
埋め込み型医療機器に生物活性剤（例えば、薬物）を組み込むことが望ましいことが多い。例えば、米国特許第６，６４９，６３１号は、整形外科用インプラントと共に使用することができる骨成長の促進のための薬物を特許請求する。生物活性剤は、本発明の埋め込み型医療機器の表面上に直接組み込まれ得る。例えば薬剤は、ポリマーコーティング（例えば、米国特許第６，３６８，３５６号のヒドロゲル）と混合でき、ポリマーコーティングは装置の表面に適用できる。あるいは生物活性剤は、薬剤がゆっくりと時間をかけて放出されるように、デポーとして機能する医療装置の空洞または孔に充填され得る。孔は、薬物の比較的迅速な放出を可能にする医療機器の表面上、または医療装置を製造するために使用される合金の総構造の一部上に存在し得て、その結果、生物活性剤は、装置のほとんどまたはすべての耐用年数の間、徐々に放出される。生物活性剤は、例えば、ペプチド、核酸、ホルモン、化学薬剤、または治癒過程を促進するのに有用な他の生物学的薬剤であり得る。
【００６２】
一態様にて、本開示は、本発明の埋め込み型医療装置を入れた容器を提供する。いくつかの実施形態で、容器は、箱などの包装容器（例えば、格納、販売または装置を輸送するための箱）である。いくつかの実施形態で、容器は更に、使用説明書（例えば、医療処置のために埋め込み型医療装置を使用するための）を含む。
【００６３】
別の態様で、本開示は、望ましい分解速度を備える生分解性合金の作製方法であって、該方法は、（ａ）生分解性合金を作製するために硫黄および／またはセレンを含む組成物を溶融混合物に加えることであって、そこで溶融混合物は少なくとも５０重量％の鉄および少なくとも２５重量％のマンガンを有し、該生分解性合金は少なくとも０．０１重量％の硫黄および／またはセレンを含む、該加えることと、（ｂ）生分解性合金を冷却することと、を含む。
【００６４】
生分解性合金の分解速度は、生分解性合金中の硫黄および／またはセレンの濃度を変えることによって制御することができる。硫黄および／セレン濃度が高ければ、分解速度は速くなる。いくつかの実施形態では、硫黄および／セレンは１００〜６０００百万分率（ｐｐｍ）で添加される。例えば、硫黄および／またはセレンは、３００〜３０００ｐｐｍで添加され得る。
【００６５】
いくつかの実施形態で、硫黄を含む組成物は、Ｓ、硫化鉄（ＩＩ）、ＦｅＳ２、Ｆｅ２Ｓ３、またはＭｎＳである。いくつかの実施形態で、セレンを含む組成物は、Ｓｅ、セレン化鉄（ＩＩ）、ＦｅＳｅ２、Ｆｅ２Ｓｅ３、またはＭｎＳｅである。
【００６６】
生分解性合金の分解速度は、ＭｎＸ含有物のサイズ、形状および／または分散を変えることによっても制御され得る。より微細かつ分散する含有物は、より均一かつ迅速な分解をもたらす。一方で、大きな含有物は、より遅くかつ不均一な腐食を引き起こす。これらの状態の両方が、埋め込み型装置の目的に応じて、適切であり得る。したがって、含有物の大きさの制御は、吸収性合金の汎用性を最大化させるために望ましい。ＭｎＸ含有物は、球状または球形から棒状および角度のある複数の形態も取ることができる。いくつかの実施形態で、ＭｎＸ含有物は球状形態を有する。球状／球形のＭｎＸ含有物は、分散した均一な分解をもたらす。角度のあるまたは細長いＭｎＸ含有物は、より多くの表面積とより速い分解を有し得るが、それは、不規則な分解のため、早期のインプラント不具合を引き起こす可能性がある。したがって、球状／球形のＭｎＸ含有物は、いくつかの用途でより望ましい。
【００６７】
生分解性合金の分解速度は、生分解性合金の形成前に、溶鋼中の溶存酸素濃度を制御することによっても制御することができる。溶鋼中の低濃度の溶存酸素は、より球状のＭｎＸ形状をもたらす。いくつかの実施形態で、球状含有物は、溶鋼中の１５０ｐｐｍ未満の溶存酸素で形成される。いくつかの実施形態では、溶融混合物は、酸素を実質的に含まない。
【００６８】
生分解性合金の分解速度は、生分解性合金の形成前に、溶鋼へのアルミニウム添加を制御することによっても制御することができる。アルミニウムは、含有物の形状に影響を及ぼす。溶鋼へのアルミニウムの添加は、後続の処理中に、ＭｎＸ含有物に、より長く、より角度があり、より容易な変形可能を生じさせる。高いアルミニウム濃度は、より大きく、より不規則な含有物を生成する。いくつかの実施形態で、溶融混合物は、アルミニウムを実質的に含まない。
【００６９】
生分解性合金の分解速度は、生分解性合金中のケイ素濃度を制御することによっても制御することができる。増加したケイ素濃度は、ＭｎＸ含有物の幅に対する長さの比を増加させ、それによって、より不規則な方法で表面積および分解速度を増大させる。いくつかの実施形態では、溶融混合物は、ケイ素を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、低シリコン、低酸素および低アルミニウムの合金鋼は、直径約１マイクロメートル〜２０マイクロメートル（例えば、直径１マイクロメートル〜１５マイクロメートル、直径１マイクロメートル〜１０マイクロメートル、または直径４マイクロメート〜１０マイクロメートル）の球状含有物を作成できる。いくつかの実施形態で、低シリコン、低酸素および低アルミニウムの合金鋼は、直径約１マイクロメートル、直径２マイクロメートル、直径３マイクロメートル、直径４マイクロメートルまたは直径５マイクロメートルの球状含有物を作成できる。
【００７０】
生分解性合金の分解速度は、溶融冷却時間を制御することによっても制御され得る。溶融冷却時間も、ＭｎＸ含有物のサイズおよび形態に影響を及ぼす。急速に冷却した溶融物は、より小さく、より分散した球状ＭｎＸ含有物をもたらす。生分解性合金を製造するための冷却速度は、溶融温度、浸漬時間、およびインゴットの大きさに依存し、それは、使用される溶融法に依存して変化する。いくつかの実施形態では、生分解性合金は、１０℃／分〜６０℃／分（例えば、１０℃／分〜６０℃／分、２０℃／分〜６０℃／分、２０℃／分〜５０℃／分、または３０℃／分〜５０℃／分）の範囲で冷却され得る。熱間加工後の冷却は、水中でクエンチすることによって６０℃／分よりはるかに高速であり得る。
【００７１】
アルミニウム、ケイ素および酸素の濃度は、当技術分野で公知の技術により、鋼溶融物中で制御できる。アルミニウム濃度およびシリコン濃度は、原材料の品質、および後続のエレクトロスラグ溶解（ＥＳＲ）中で使用するスラグの組成を制御することによって制御され得る。減圧または不活性ガス下で、誘導炉内の合金の一次溶融は、溶融物中に溶解した雰囲気ガスの濃度を低下させる。酸素は、溶融物から、少なくとも２の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）に対する酸化カルシウム（ＣａＯ）比を含有する、高度に塩基性スラグにより、およびＣａＯに対して非常に低い酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）比により、スラグ内に除去されることができる。
【００７２】
本発明の更に別の態様は、望ましい分解速度を備える生分解性合金の製造方法に関し、該方法は、１００〜３５００ｐｐｍの硫黄を、少なくとも５０重量％の鉄および少なくとも２５重量％のマンガンを有する溶融混合物に添加して、それにより少なくとも０．０１重量％の硫黄を有する生分解性合金を作成することを含む。
【００７３】
本発明の詳細は、下以下の付随する説明に記載される。本明細書に記載のものと類似または同等の方法および材料が本発明の実施または試験で使用され得るが、例示的な方法および材料についてこれから説明する。本発明の他の特徴、目的および利点は、説明および特許請求の範囲から明らかになるであろう。本明細書および添付の特許請求の範囲にて、単数形は、別途文脈が明確に指示されない限り、複数形も含む。特段の記載がない限り、本明細書で使用するすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する当業者に一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で引用されるすべての特許および出版物は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００７４】
定義
本明細書で使用する場合「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」または「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」と同義であり、包括的または非制限的であり、追加の記載していない部材、要素または方法の工程を除外しない。「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」は、「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という語句の後に来るものすべてを含み、それに限定されることを意味する。したがって「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という語句は、挙げられる要素が必要または必須であり、かつ他の要素は存在しない場合があることを示す。「〜から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、この語句の後に挙げられる任意の要素を含み、他の要素については、挙げられる要素の開示内容で指定された活性または作用を妨げない、またはそれに寄与しない要素に限定することを意味する。したがって、「〜から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」という語句は、挙げられる要素は必要または必須であるが、他の要素については任意であり、挙げられる要素の活性または作用に実質的に影響を及ぼすかどうかに応じて、他の要素が存在する場合もあれば存在しない場合もあることを示す。
【００７５】
冠詞「ａ」および「ａｎ」は、冠詞の文法的目的語の１つまたは２つ以上（すなわち、少なくとも１つ）を指すために本明細書で使用される。例えば、「（ａｎ）要素」は、１つの要素または２つ以上の要素を意味する。
【００７６】
「および／または」という用語は、特に指示がない限り、「および」または「または」のいずれかを意味するために本開示で使用される。
【００７７】
「約」という用語は、所与の値または範囲の±１０％以内を意味する。
【００７８】
本明細書で使用する場合「生分解性」「生体吸収性」および「生体再吸収性」という用語はすべて、生理環境で、すなわち身体内でまたは身体組織内部で、例えば再吸収および吸収を含む生物学的プロセスによって、化学的に分解されることが可能な材料を意味する。化学分解のこの過程は一般的に、例えば、数週間から数か月の期間内（例えば、１８か月以内、２４か月以内、または３６か月以内）での材料および／または器具の完全な分解をもたらす。この速度は、構造的に未変化のまま、少なくとも３６か月を超えかつ場合によってはレシピエントの寿命を通してずっと身体に留まっている、より「耐分解性」または永続的な材料および／または器具（例えば、ニッケル−チタン合金（「Ｎｉ−Ｔｉ」）またはステンレス鋼から構成されるもの）とは対照的である。本明細書で使用する生分解性金属は、栄養金属（例えば、鉄およびマンガンなどの金属）を含む。これらの栄養金属および金属合金は、哺乳動物の身体中で生物学的有用性を有し、生物学的経路によって使用される、またはそれに取り込まれる。
【実施例】
【００７９】
本開示は、以下の実施例および合成例によって更に例証され、これらは、本開示の範囲または趣旨を本明細書に記載の特定の手順に限定するものと見なされるべきではない。特定の実施形態を例示するために実施例が提供されること、およびそれにより本開示の範囲に対して何の制限も意図されないことを理解されたい。本開示の趣旨および／または添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、それら自体が当業者に提案し得る、様々な他の実施形態、修正ならびにその等価物に対する手段が取られ得ることを更に理解されたい。
【００８０】
実施例１
２８．３％のマンガン、０．０８％の炭素、０．０００６％の窒素、０．０１％未満のケイ素、０．００５％未満の亜リン酸、０．００５７％の硫黄および残部は鉄を含有するＦｅ−Ｍｎ合金は、エレクトロスラグ再溶融（ＥＳＲ）炉の二次溶融のための電極に真空誘導炉で融解させた。０．００１２％の硫黄分を、ＥＳＲの後に測定した。得られたインゴットはアップセット鍛造されて、中間サイズに熱延されて、厚さ０．０９４インチまで冷延された。鍛造製品形態は、微細構造が長手方向配向で試験されたとき、細長いＭｎＳ二次相を含んだ。
【００８１】
実施例２
０．１５％超の硫黄を含有するＦｅ−２８Ｍｎ組成物は、真空誘導溶融されて、複数の形状の空洞を含有するセラミックインベストメント型内に注がれた。固化の後、セラミック注型成形シェルは取り除かれ、鋳造物はグリットブラストにより洗浄されて、鋳造物は熱間静水圧プレスされて、内部多孔を除去した。鋳造物は、微細構造が横方向および長手方向配向の両方で試験されたとき、球状ＭｎＳ二次相を含んだ。
【００８２】
実施例３
実施例１からのＦｅ−２８Ｍｎ合金の量を誘導溶融させて、不規則な金属粉末の作成のために水噴霧器へ移動させた。水を噴霧した粉は、所望の粒径分布を提供するために分類されて、ポリマー結合剤を、金属射出成形（ＭＩＭ）による高密度化の前に添加した。固化したままのＭＩＭ製品形態は、結合剤を除去するために、中間温度まで加熱された。ＭＩＭ製品形態は、微細構造が横方向および長手方向配向の両方で試験されたとき、球状ＭｎＳ二次相を含んだ。
【００８３】
実施例４
硫黄は、２８％のマンガン、０．２％のニオブ、０．０８％の炭素、残部は鉄を含有するＦｅ−Ｍｎ合金の真空誘導溶融に意図的に添加されなかった。インゴットは、均質化され、熱間加工され、脱スケールされた。矩形片がインゴットから切り取られて、洗浄され、直径を測定されて、試料は秤量されて、腐食試験が、１４〜１５日間、７．４±０．２のｐＨで３７℃にて重炭酸ナトリウムを追加したハンクス液で実行された。試料は再秤量されて、１．３９２８ｍｇ／平方インチ／日の腐食速度の計算結果を得た。
【００８４】
実施例５
硫黄は、２８％のマンガン、０．２％のニオブ、０．０８％の炭素、残部は鉄を含有するＦｅ−Ｍｎ合金の真空誘導溶融に添加された。固化インゴット中で測定された硫黄分は、４００ｐｐｍの硫黄だった。インゴットは、均質化され、熱間加工され、脱スケールされた。矩形片がインゴットから切り取られて、洗浄され、直径を測定されて、試料は秤量されて、腐食試験が、１４〜１５日間、７．４±０．２のｐＨで３７℃にて重炭酸ナトリウムを追加したハンクス液で実行された。試料は再秤量されて、３．８１４２ｍｇ／平方インチ／日の腐食速度の計算結果を得た。
【００８５】
実施例６
硫黄は、２８％のマンガン、０．２％のニオブ、０．０８％の炭素、残部は鉄を含有するＦｅ−Ｍｎ合金の真空誘導溶融に添加された。固化インゴット中で測定された硫黄分は、５２０ｐｐｍの硫黄だった。インゴットは、均質化され、熱間加工され、脱スケールされた。矩形片がインゴットから切り取られて、洗浄され、直径を測定されて、試料は秤量されて、腐食試験が、１４〜１５日間、７．４±０．２のｐＨで３７℃にて重炭酸ナトリウムを追加したハンクス液で実行された。試料は再秤量されて、６．７５６９ｍｇ／平方インチ／日の腐食速度の計算結果を得た。
【００８６】
実施例７
出願人は、鉄と２８％のマンガンの生分解性合金に対して４００百万分率（ｐｐｍ）および５２０ｐｐｍの硫黄を添加して腐食速度を評価した。腐食速度は、追加の硫黄を含まない同じ合金と比較した。
【００８７】
２週間にわたって、腐食速度は、硫黄４００ｐｐｍを添加した試料で２．９倍増大し、硫黄５２０ｐｐｍを添加した試料で４．８倍増大した。
【００８８】
ΔｆＧ＝−１１８．０ｋＪＫ−１ｍｏｌ−１（キロジュール毎ケルビン度モル）のギブス自由エネルギーの変化により、硫化鉄（ＦｅＳ）（ＩＩ）は、溶融物中のＭｎＳへ自然に転換する。出願人は、鋼構造中でＭｎＳ析出物を形成するために、２８％のマンガンを含有する生分解性鋼へＦｅＳを意図的に添加することによる腐食速度への影響を調べた。
【００８９】
方法：Ｂｉｏ４生分解性鋼（２８％のＭｎ、０．２％Ｎｂ、０．０８％Ｃ、残部は鉄）のインゴットを、ＦｅＳとして５００および２，５００ｐｐｍで添加した硫黄と共に溶融させた。インゴットは溶融され、均質化され、熱間加工された（熱鍛造および熱延の両方）。インゴットの試料は、追加のＦｅＳのないＢｉｏ４インゴットからの薄片と比較した。硫黄濃度は、最終インゴットで測定した。
【００９０】
試料の製造：インゴットを、２５０ミクロンのアルゴン分圧による減圧下で誘導溶融させた。硫化物を、溶融中の硫化物の損失を防ぐためのＦｅＳとして添加した。インゴットを減圧下で均質化し、熱間鍛造および熱延により加工した。各熱間加工したインゴットの試料を、ダイヤモンド冶金鋸を使用して薄片から矩形片を切断して、２４００グリットのサンドペーパーで研磨することによって整え、平滑な表面を作成するために電解研磨することにより、腐食試験のために準備した。試料を最近接の０．００１インチまで測定して、測定値から表面積を計算した。試料を、最近接の０．１ｍｇまで秤量した。
【００９１】
腐食試験：試料を、１４〜１５日間、３７℃にて７．４±０．２のｐＨで重炭酸ナトリウムを添加したハンクス液（Ｓｉｇｍａ  Ｈ９２６９−１Ｌ）に浸漬させた。ｐＨは、溶液上方のヘッドスペースのＣＯ２濃度を調整することにより維持した。
【００９２】
試験溶液内に置かれる前に、試料を測定かつ秤量して、試験終了後、再秤量した。腐食生成物は、１分間の超音波撹拌下で蒸留水中で除去され、それぞれ１分間の超音波浴の１０Ｗ／Ｖ％クエン酸の複数の処理が続いた。試料は、各処理サイクル後、蒸留水ですすがれ、乾燥し、秤量された。腐食除去の終点は、ＡＳＴＭ  Ｇ１−０３（２０１７年再承認）のパラグラフ７．１．２．１〜７．１．２．２に示すように、重量損失対処理のプロットの傾斜の変化により測定した。
【００９３】
解析：各試料の表面積を計算した。それから腐食速度は、ハンクス液への曝露のｍｇ／平方インチ／日での損失として計算した。
【００９４】
結果：添加した硫黄の目標濃度は５００および２５００ｐｐｍであったが、最終的なインゴットはそれぞれ４００および５２０ｐｐｍを含むだけだった。残りの添加した硫黄は、溶融るつぼ中に残る頭蓋骨から消えた。表２は、表面積、重量損失ｇ、曝露日数、および計算した特定損失（損失／平方インチ／日  ｍｇ）を示す。
【表２】
2020537050.tif 000004
【００９５】
露出の１日当たりの露出の平方インチ当たりの損失で測定される腐食速度は、４００ｐｐｍの硫黄を有する試料で２．９倍、および５２０ｐｐｍの硫黄濃度で４．８倍増加した。
【００９６】
考察：この実験で出願人は、２８％のマンガン、０．２％のニオブ、０．０８％の炭素および残部は鉄の鋼装填に、ＦｅＳを加えて、ＭｎＳ析出物を最終的な合金鋼に形成した。ΔｆＧ＝−１１８．０ｋＪＫ−１ｍｏｌ−１のギブス自由エネルギーの変化により、ＦｅＳは、炉中でＭｎＳへ自然に転換する。添加した硫黄の目標濃度は、０．０５％（５００ｐｐｍ）および０．２５％（２５００ｐｐｍ）だった。合金中の最終的な測定値は、４００ｐｐｍおよび５２０ｐｐｍだった。装填の残りの部分は、るつぼに付着したままになっている頭蓋骨として溶融るつぼから消え、それは頭蓋骨の解析により検証した。４００および５２０ｐｐｍの測定値は、研究室で利用可能な最高標準が２７０ｐｐｍだったので、わずかに低くてもよい。
【００９７】
腐食は表面積の現象であり、特に、粒子の現在の表面層を越えて粒子境界の下方で腐食が進行するのを防ぐために作製される、Ｂｉｏ４鋼の変異型による。局所感受性を腐食に増大させて、および反応性含有物を囲む表面積の形状のインプラント表面に、追加の疑似腐食表面積を加える両方の、表面の特徴を形成することによって、腐食速度が増大され得ることを示すために、この実験を始めた。この実施例は、２マイクロメートル×４マイクロメートルの卵形固体としておおまかに成形した含有物を含んだ。
【００９８】
結論：本明細書に開示される他の実験で示したように、硫黄成分をマンガンに富む合金に加えることは、制御可能な方法で腐食速度を上昇させる。
【００９９】
等価物
本発明を上述の特定の実施形態に関連して説明してきたが、その多くの代替、変更および他の変形が当業者には明らかでああろう。そのようなすべての代替、変更および変形は、本発明の趣旨および範囲内にあることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2020537050.tif 000008
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