聚合物材料的制作方法
专利名称：聚合物材料的制作方法
聚合物材料本发明涉及聚合物材料，且特别地但不排他地涉及例如在制造医疗植入物 (medical implant)或其部件中使用的多孔的聚合物材料。制造多孔的医疗植入物是众所周知的，且存在很多现有技术方案。例如， W02007/051307公开了一种由聚醚醚酮和盐(例如氯化钠)按照下述方法制得的多孔的医疗植入物，在该方法中，将各组分置于模具腔内，压缩并加热至熔化聚醚醚酮，但不熔化盐， 从而形成模制部件。随后冷却以固化混合物之后，将模制的材料置于100°C的水浴中，以溶解模制部件中的盐，从而界定多孔的模制部件。US5969020公开了适合用于医疗应用的微孔聚合物泡沫和微结构化的表面。 在制备泡沫中，使晶体状的有机聚合物熔化并与选定的固态的晶体状的不稳定化合物 (fugitive compound)结合，以产生基本上各向同性的溶液。在受控制的条件下冷却该溶液，这通过使不稳定化合物和聚合物同时结晶促进了固-固相分离，从而产生包含分散遍及有机聚合物基质的固化的不稳定化合物的泡沫前驱体。然后，通过溶剂萃取和/或升华或类似方法除去不稳定化合物的晶体，从而产生具有连续的开孔结构的微多孔泡沫。在这种多孔的材料中，必须以适当的方法完全除去不稳定材料，以确保多孔的材料在植入之前不受任何可能的毒剂污染。完全除去可能是困难的，且因此存在即使(尝试的)除去之后，仍可能余留不同水平的不稳定材料的风险。生产由可再吸收材料制得的医疗植入物还是已知的，该可再吸收材料包括从植入物浙滤的且在体内具有有益效果的活性材料。此夕卜，从Trends Biomater. Artif. Organs, Vol 18 O)，225 中可知通过在压力下固化来结合环氧树脂和生物活性玻璃。研究了所制得的样品的生物活性。此外，该文章涉及正尝试开发赋予较好机械性能和较好生物活性的包含聚合物或金属与各种生物陶瓷的复合物，并且表明“HDPE、PMMA、环氧树脂、PEEK、淀粉、聚砜、聚乳酸被发现在生物医学研究中是有用的聚合物，并且还使用这些聚合物与生物玻璃以及玻璃陶瓷制造了复合物”。虽然现有技术表明聚醚醚酮和生物活性玻璃可以结合，但申请人并不知晓聚醚醚酮和生物活性玻璃已经被成功地熔化处理的任何公开内容，并且实际上，最广泛获得和使用的生物活性玻璃(被称为45SO并不能与聚醚醚酮一起熔化处理一生物活性玻璃似乎与聚合物反应并且即使在熔化处理温度下，聚合物也发生固化。事实上，W02008/039488承认了结合生物活性玻璃例如菱硅钙钠石玻璃-陶瓷与 PEEK是困难的，其阐明了使用双螺杆挤出机来结合导致PEEK与玻璃-陶瓷之间产生反应， 形成了阻碍挤出机运行的物质。因此，虽然W02008/039488描述了包含PEEK和生物活性玻璃的复合物，但是这种复合物按照下述方法制得，该方法包括在例如醇的极性有机溶剂中共混PEEK和玻璃，然后接着除去溶剂以得到均质的颗粒共混物。本发明的实施方案的目的是解决与在某些聚合物材料中使用玻璃例如生物活性玻璃有关的问题。本发明的实施方案的目的还是在复合物材料中利用玻璃例如生物活性玻璃形成孔。
根据本发明的第一方面，提供了一种材料块(mass of material)，该材料块包括聚合物材料和陶瓷材料，其中，所述聚合物材料属于包括以下部分的类型(a)苯基部分；(b)酮部分；以及(c)醚部分；其中陶瓷材料是生物活性玻璃和/或控制释放玻璃(controlled release glass)，其中所述陶瓷材料包括小于20摩尔％的氧化钠和/或是溶于水的。所述生物活性玻璃可以包括如所述的小于20摩尔％氧化钠；所述控制释放玻璃是适当地溶于水的。包括小于20摩尔％氧化钠的所述生物活性玻璃可以是溶于水的。所述陶瓷材料适当地包括玻璃形成体(glass former)和玻璃调节体(glass modifier)。玻璃形成体可以选自二氧化硅、五氧化二磷或三氧化二硼。所述玻璃形成体优选
地包括二氧化硅或五氧化二磷。所述陶瓷材料适当地包括85摩尔％或更少，优选地75摩尔％或更少的所述玻璃形成体。玻璃调节体可以是氧化物或碳酸盐，例如金属氧化物或金属碳酸盐或镧系元素氧化物或镧系元素碳酸盐。所述氧化物或碳酸盐的金属可以是碱金属或碱土金属。所述陶瓷材料优选地包括选自Li20、Na2O, K2O, MgO、ZnO和CaO的玻璃调节体。所述陶瓷材料中的玻璃形成体和玻璃调节体的总量可以是至少80摩尔％，优选地至少90摩尔％，更优选地至少95摩尔％。除所述玻璃形成体和玻璃调节体之外，所述陶瓷材料可以包括其他化合物。可以包括小于20摩尔％，优选地小于10摩尔％，更优选地小于5摩尔％的其他化合物。所述生物活性玻璃适当地能够在被植入人体内时引起反应。例如，“生物活性”可意味着通过体外的环境流体和陶瓷材料之间的离子交换而以化学方式形成磷酸钙层(无定形的、部分晶体状的或晶体状的)。所述陶瓷材料是否是生物活性的体外评估可以按照 Kokubo 在 Biomaterials (2006) 27 :2907-2915 中所描述的来进行。所述陶瓷材料例如生物活性玻璃可以包括小于15摩尔％的氧化钠，适当地小于 13摩尔％的氧化钠，优选地小于10摩尔％的氧化钠，更优选地小于7摩尔％的氧化钠，特别地小于3摩尔％的氧化钠。在一些情况下，所述陶瓷材料可以包括小于1摩尔％的氧化钠， 优选地包括0摩尔％的氧化钠。所述陶瓷材料例如生物活性玻璃中的碱金属氧化物的总量可以小于15摩尔％， 适当地小于13摩尔％，优选地小于10摩尔％，更优选地小于7摩尔％，特别地小于3摩尔％。在一些情况下，该总量可以小于1摩尔％，且优选地为0摩尔％。所述的生物活性玻璃可以包括作为玻璃形成体的二氧化硅。该生物活性玻璃可以包括至少10摩尔%，适当地至少20摩尔％，优选地至少30摩尔％，更优选地至少40摩尔% 的二氧化硅。二氧化硅的量可以小于70摩尔%，适当地小于60摩尔%。包括高水平的二氧化硅的所述生物活性玻璃可以是不溶于水的或在水中具有低的溶解度。生物活性玻璃的性能可以取决于网络连通度(network connectivity)，参见Journal of Materials Science =Material in Medicine 10 (1999)697—701(Wallace)禾口 Journal of Materials Science Letters 15 (1996) 1122-1125 (Hill)。所述生物活性玻璃可以具有2或更大，优选地大于2. 1的网络连通度。网络连通度可以小于3. 2，优选地小于 2.5。正如在上述Hill的文章中所讨论的，交联密度可以大于-0. 10，优选地大于0。该交联密度可以小于0.8。控制释放玻璃也可以是生物活性的，但不必须是。控制释放玻璃优选地是生物相容的和/或生物学上惰性的。所述控制释放玻璃适当地包括小于20摩尔％，优选地小于10摩尔％，更优选地小于5摩尔％，特别地小于1摩尔％的二氧化硅。所述控制释放玻璃可以包括作为玻璃形成体的五氧化二磷。所述控制释放玻璃可以包括至少10摩尔％，优选地至少20摩尔％，更优选地至少25摩尔％，特别地至少30摩尔％的五氧化二磷。五氧化二磷的量可以小于85摩尔％或小于60摩尔％。所述控制释放玻璃适当地包括小于15摩尔%，适当地小于13摩尔%，优选地小于 10摩尔%，更优选地小于7摩尔％，特别地小于5摩尔%的氧化钠。所述控制释放玻璃中的碱金属氧化物的总量适当地小于15摩尔％，适当地小于 13摩尔%，优选地小于10摩尔%，更优选地小于7摩尔％，特别地小于5摩尔%的碱金属氧化物。所述控制释放玻璃可以包括碱土金属氧化物或碱土金属碳酸盐或镧系元素氧化物或镧系元素碳酸盐。所述玻璃中的这些氧化物或碳酸盐的总量可以小于80摩尔％，优选地小于75摩尔％，更优选地小于70摩尔％，特别地小于60摩尔％。所述玻璃中的这些氧化物或碳酸盐的总量可以是至少5摩尔％，优选地至少15摩尔％，更优选地至少25摩尔％。 所述玻璃中的这些氧化物或碳酸盐的总量可以高达40摩尔％。所述控制释放玻璃优选地在38 °C下是完全溶于水的。溶解时(独立地，即不作为所述材料块的一部分时)，所述控制释放玻璃适当地具有小于7，适当地小于6. 8，优选地小于6. 5，更优选地小于6的pH。第一方面的所述材料块可以包括所述聚合物材料和所述陶瓷材料的简单混合物， 例如，其中两种材料并未彼此固定，例如呈熔合布置；或所述材料块可以包括通过例如将两种材料一起熔化处理而产生的熔合布置。这种熔化处理可以通过压塑成型、注塑成型、挤出或类似方法。在优选的实施方案中，所述材料块包括含有所述聚合物材料和所述陶瓷材料的颗粒。材料块可以用在随后的工艺步骤中以制造部件，例如医疗植入物或其部件或具有非医疗应用的部件。这些部件可以被布置成生物活性的和/或在结合材料块的医疗植入物或部件中、在结合材料块的医疗植入物或部件上或在结合材料块的医疗植入物或部件周围促进骨骼或其他组织形成。在一些实施方案中，陶瓷材料可以被布置成用作不稳定材料。在一些情况下，陶瓷材料可以在使用部件之前或使用部件后，在溶解过程(使用非水溶剂或优选地使用水溶剂)中被除去。其中陶瓷材料用作不稳定材料的部件可以用在医疗应用或非医疗应用中。当陶瓷材料被布置成在使用部件期间被除去时，陶瓷材料的溶解可以被布置成释放已经结合在部件中的活性材料。在此情况下，部件可具有功能效果和/或用作活
7性材料的递送载体。在医疗应用中，陶瓷材料可以被布置成在体内被除去，(或其可以在植入之前被浙滤)从而允许在医疗植入物或其部件中形成孔。当陶瓷材料用作不稳定材料时，其优选地包括溶于水的控制释放玻璃。所述材料块可以包括具有在0. Iml至Iml的范围内，优选地在0. 3ml至0. 8ml的范围内，更优选地在0.細1至0.8ml的范围内的体积的颗粒。优选地，材料块中基本上所有的颗粒都具有如上所述的体积。平均体积(材料块中颗粒的总体积除以所述颗粒的总数量)可以是至少0. 1ml，优选地至少0. :3ml，更优选地至少0. 4mL·平均体积(如前所述)可以小于0. 8ml。所述材料块可以包括具有至少1mm，优选地至少2mm的直径的颗粒。该直径可以小于6mm，优选地小于5mm，更优选地小于4mm。优选地，材料块中基本上所有的颗粒都具有如上所述的直径。所述颗粒的平均直径(所有颗粒的直径的总和除以总数量)可以是至少1mm，优选地至少2mm。平均直径可以小于6mm，优选地小于5mm，更优选地小于4mm。所述材料块可以包括具有在0. Olg至0. Ig的范围内，适当地在0. 02g至0. 08g的范围内，优选地在0. 03g至0. 06g的范围内的重量的颗粒。优选地，材料块中基本上所有的颗粒都具有如上所述的重量。材料块中的颗粒的平均重量(S卩，所有颗粒的总重量除以总数量)可以是在0. Olg 至0. Ig的范围内，适当地在0. 02g至0. 08g的范围内，优选地在0. 03g至0. 06g的范围内。 优选地，材料块中基本上所有的颗粒都具有如上所述的平均重量。所述颗粒优选地是小球(pellet)或微粒(granule)。所述材料块可以包括至少1kg，优选地至少5kg的颗粒。所述材料块可以包括含有IOwt %至90wt %，适当地20wt %至80wt %，优选地 30衬％至80wt%，更优选地40衬％至80wt%的陶瓷材料的颗粒。在一些情况下，材料块可以包括5(^丨％至8(^丨％，6(^丨％至80wt%或甚至7(^丨％至80wt%的陶瓷材料。所述材料块可以包括IOwt %至90wt %，适当地20wt %至80wt %，优选地30wt %至 80wt%，更优选地40衬％至80wt%的陶瓷材料。在一些情况下，材料块可以包括50衬％至 8(^1%，6(^丨％至80wt%或甚至7(^丨％至80wt%的陶瓷材料。所述材料块优选地基本上由所述聚合物材料和陶瓷材料组成。所述材料块可以包括IOwt %至90wt %，优选地20wt %至80wt %，更优选地20wt % 至60wt%的所述聚合物材料。在一些情况下，材料块可以包括20衬％至50衬％，20衬％至 40衬％或20衬％至30衬％的所述聚合物材料。在所述材料块中，聚合物材料的重量与陶瓷材料的重量的比可以是至少0. 1，优选地至少0.2。所述比可以小于10，优选地为8或更小，更优选地为5或更小。在一些情况下， 该比可以在0. 25至1的范围内。当材料块包括多于一种类型的聚合物材料时，该聚合物材料被布置成界定一基质，陶瓷材料被分散在该基质内，本文所指的所述聚合物材料的重量(或其他数量)可以是指被布置成界定所述基质的所有聚合物材料的总重量的总和。然而，优选地，被布置成界定基质的聚合物材料的重量(或其他数量)指的是单一聚合物材料的重量。优选地，所述材料块例如所述的颗粒包括被布置成界定基质的单一聚合物材料，陶瓷材料被分散在基质内。
虽然材料块包括分散在聚合物材料内的多于一种的陶瓷材料，但是本文所指的所述陶瓷材料的重量(或其他数量)可以是指所有陶瓷材料的总重量的总和。然而，优选地， 陶瓷材料的重量(或其他数量)指的是单一陶瓷材料的重量。优选地，所述材料块例如所述的颗粒包括分散在聚合物材料内的单一陶瓷材料。优选地，至少90wt%，更优选地至少95wt%，特别地约100%的所述材料块由单一的聚合物材料和陶瓷材料组成。所述材料块适当地包括含有所述聚合物材料和陶瓷材料的均勻块，例如均勻颗粒。优选地，陶瓷材料被分散和/或分布遍及聚合物材料。优选地，陶瓷材料被布置和分布成使得陶瓷材料的大部分颗粒与陶瓷材料的其他颗粒接触一即，优选地，可忽略的量的陶瓷材料的颗粒被完全包封在所述聚合物材料中。这可以通过使用高水平的陶瓷材料并确保聚合物材料和陶瓷材料被充分混合以产生均勻的块来实现。优选地，所述材料块例如颗粒包括熔合的聚合物材料，例如熔合的聚合物材料颗粒。所述熔合的聚合物材料适当地界定一网状物(network)，该网状物适当地基本上连续遍及所述材料块，例如遍及其所述颗粒。所述网状物适当地是不规则形状的。所述材料块例如颗粒中的陶瓷材料可以被布置在所述网状物的部件之间和/或可以接触所述网状物。陶瓷材料可以包括分离的颗粒，该分离的颗粒可以互相接触但优选地不互相熔合。优选地，在所述材料块中，至少80%，更优选地至少90wt%，特别地基本上所有的颗粒为如上所述。所述材料块例如颗粒优选地可在包括熔化处理例如挤出聚合物材料和陶瓷材料的工艺中获得。挤出物例如呈带子形式的挤出物可以被切割例如被短切以界定颗粒。所述聚合物材料可以具有至少4KJm_2，更优选地至少5KJm_2，更优选地至少6KJm_2 的艾佐德缺口冲击强度(试样80mmX IOmmX4mm，切口 0.25mm的缺口(类型A)，在23°C下测试，依据IS0180)。如上所述测量的所述艾佐德缺口冲击强度可以小于10KJm_2，适当地小于 8KJnT2。如上所述测量的艾佐德缺口冲击强度可以是至少:3KJm_2，适当地至少4KJm_2，优选地至少涨加-2。所述冲击强度可以小于50KJnT2，适当地小于30KJm_2。所述聚合物材料适当地具有至少0. 06kNsm_2的熔体粘度(MV)，优选地具有至少 0. 09kNsnT2，更优选地至少0. 12kNsnT2，特别地至少0. 15kNsnT2的MV。使用在400°C下以1000s—1的剪切速率运行、使用0. 5mmX3. 175mm的碳化钨模具的毛细管流变仪来适当地测量MV。所述聚合物材料可以具有小于1. OOkNsnT2，优选地小于0. 5kNsm_2的MV。所述聚合物材料可以具有在0. 09kNsm_2至0. 5kNsm_2的范围内，优选地在 0. 14kNsm_2至0. 5kNsm_2的范围内，更优选地在0. 3kNsm_2至0. 5kNsm_2的范围内的MV。所述聚合物材料可以具有依据IS0527(试样类型lb)测量的，在23°C下以50mm/ 分钟的速率测试的至少20MPa，优选地至少60MPa，更优选地至少80MPa的拉伸强度。拉伸强度优选地在80MPa-IlOMPa的范围内，更优选地在80MPa_IOOMPa的范围内。所述聚合物材料可以具有依据IS0178(试样80mmX IOmmX4mm，在23 °C下以 2mm/分钟的速率以三点弯曲进行测试)测量的至少50MPa，优选地至少lOOMPa，更优选地至少145MPa的挠曲强度。挠曲强度优选地在145MPa-180MPa的范围内，更优选地在 145MPa-164MPa 的范围内。
所述聚合物材料可以具有依据IS0178(试样80_X 10_父4_，在231下以2mm/ 分钟的速率以三点弯曲进行测试)测量的至少lGPa，适当地至少2GPa，优选地至少3GPa，更优选地至少3. 5GPa的挠曲模量。挠曲模量优选地在3. 5GPa-4. 5GPa的范围内，更优选地在 3. 5GPa-4. IGPa 的范围内。所述聚合物材料可以是无定形的或半晶体状的。所述聚合物材料优选地是半晶体状的。聚合物中的结晶度的水平和程度优选地通过广角X射线衍射(也称为广角X射线散射或WAXS)来测量，例如如由Blundell和Osborn (PoIymer24 953,1983)所描述的。可选择地，结晶度可以通过差示扫描量热法(DSC)来测量。所述聚合物材料的结晶度的水平可以是至少1%，适当地至少3 %，优选地至少 5%和更优选地至少10%。在特别地优选的实施方案中，结晶度可以大于25%。所述聚合物材料(如果是晶体状的)的熔融吸热(Tm)的主峰可以是至少300°C。所述聚合物材料可以包括以下通式的重复单元
权利要求
1.一种材料块，其包括聚合物材料和陶瓷材料，其中所述聚合物材料属于包括以下部分的类型(a)苯基部分；(b)酮部分；以及(c)醚部分；其中，所述陶瓷材料是生物活性玻璃和/或控制释放玻璃，其中所述陶瓷材料包括小于20摩尔％的氧化钠和/或是溶于水的。
2.根据权利要求1所述的聚合物材料，其中，所述陶瓷材料中的碱金属氧化物的总量小于20摩尔％，且所述陶瓷材料中的碱金属氧化物的总量小于10摩尔％。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的块，其中所述陶瓷材料包括具有2或更大并且小于3. 2的网络连通度的生物活性玻璃。
4.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述陶瓷材料包括控制释放玻璃，所述控制释放玻璃包括小于20摩尔％的二氧化硅、包括作为玻璃形成体的五氧化二磷、包括小于10 纳摩尔％的氧化钠，其中所述控制释放玻璃中的碱金属氧化物的总量小于10摩尔％，且其中所述控制释放玻璃包括碱土金属氧化物或碱土金属碳酸盐，或镧系元素氧化物或镧系元素碳酸盐。
5.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述控制释放玻璃在38°C下完全溶于水。
6.根据任一前述权利要求所述的块，其中，溶解时，所述控制释放玻璃具有小于7的pH。
7.根据权利要求*所述的块，其中所述生物活性玻璃包括至少30摩尔％的作为玻璃形成体的二氧化硅。
8.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述块包括含有所述聚合物材料和所述陶瓷材料的颗粒，其中所述颗粒具有在0. 1至1的范围内的体积，且所述材料块中的颗粒的平均重量在0. Olg至0. Ig的范围内。
9.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述块包括含有40wt%至80wt%的陶瓷材料和20衬％至60wt%的所述聚合物材料的颗粒。
10.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述块包括60wt%至80wt%的陶瓷材料和 20 1%至聚合物材料。
11.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述材料块中的聚合物材料的重量与陶瓷材料的重量的比在0. 25至1的范围内。
12.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述聚合物材料可以包括以下通式的重复单元
13.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述聚合物材料优选地包括以下式(XX)的重复单元，更优选地基本上由以下式(XX)的重复单元组成其中，tl和Wl独立地表示0或1，且Vl表示0、1或2。
14.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述聚合物材料选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮和聚醚酮酮。
15.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述聚合物材料是聚醚醚酮。
16.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述陶瓷材料具有大于所述聚合物材料的熔点的玻璃化转变温度。
17.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述块基本上由单一类型的聚合物材料和单一类型的陶瓷材料组成。
18.—种制造根据任一前述权利要求所述的材料块的方法，所述方法包括(a)使如任一前述权利要求所述的聚合物材料和陶瓷材料接触；以及(b)使所述混合物形成材料块。
19.根据权利要求*所述的方法，其中所述聚合物材料和所述陶瓷材料是在挤出机中
20.一种制造组件的方法，所述方法包括(a)熔化处理聚合物材料和陶瓷材料以界定所述组件的至少一部分，所述聚合物材料和所述陶瓷材料各自如权利要求1至*中任一项所述；(b)任选地，除去所述陶瓷材料。
21.根据权利要求*所述的方法，其中熔化处理所述材料块以产生纤维、杆、管、棒、板、 膜或近终形的铸块。
22.根据权利要求*至*中任一项所述的方法，所述方法被用来在工艺中制造包括不同组成的区域的组件，所述工艺包括通过模制所描述的类型的所述材料块来制造第一区域; 以及通过模制与所述材料块的组成不同的第二组成来模制邻近所述第一区域的第二区域。
23.根据权利要求*至*中任一项所述的方法，所述方法包括在步骤(b)中除去所述陶瓷材料。
24.一种组件，其部件可根据权利要求*至*中任一项所述的方法获得。
25.一种用于植入在人体内的医疗植入物，所述医疗植入物包括包含聚合物材料和陶瓷材料的材料，其中所述聚合物材料属于包括以下部分的类型(a)苯基部分；(b)酮部分；以及(c)醚部分；其中所述陶瓷材料是生物活性玻璃和/或控制释放玻璃，其中所述陶瓷材料包括小于 20摩尔％的氧化钠和/或是溶于水的。
全文摘要
可以制备包含聚合物材料例如聚芳醚酮和陶瓷材料的微粒或小球，且该微粒或小球被用于通过熔化处理来制造用于医疗应用中的组件的多个不同部件。陶瓷材料可以是生物活性玻璃和/或控制释放玻璃，且可以包括小于20摩尔％的氧化钠和/或是溶于水的。
文档编号A61L27/44GK102203175SQ200980141420
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月14日 优先权日2008年10月17日
发明者安德鲁·埃勒雷, 安德鲁·霍尔顿, 马库斯·贾曼-史密斯 申请人:伊维博有限公司
聚合物材料本发明涉及聚合物材料，且特别地但不排他地涉及例如在制造医疗植入物 (medical implant)或其部件中使用的多孔的聚合物材料。制造多孔的医疗植入物是众所周知的，且存在很多现有技术方案。例如， W02007/051307公开了一种由聚醚醚酮和盐(例如氯化钠)按照下述方法制得的多孔的医疗植入物，在该方法中，将各组分置于模具腔内，压缩并加热至熔化聚醚醚酮，但不熔化盐， 从而形成模制部件。随后冷却以固化混合物之后，将模制的材料置于100°C的水浴中，以溶解模制部件中的盐，从而界定多孔的模制部件。US5969020公开了适合用于医疗应用的微孔聚合物泡沫和微结构化的表面。 在制备泡沫中，使晶体状的有机聚合物熔化并与选定的固态的晶体状的不稳定化合物 (fugitive compound)结合，以产生基本上各向同性的溶液。在受控制的条件下冷却该溶液，这通过使不稳定化合物和聚合物同时结晶促进了固-固相分离，从而产生包含分散遍及有机聚合物基质的固化的不稳定化合物的泡沫前驱体。然后，通过溶剂萃取和/或升华或类似方法除去不稳定化合物的晶体，从而产生具有连续的开孔结构的微多孔泡沫。在这种多孔的材料中，必须以适当的方法完全除去不稳定材料，以确保多孔的材料在植入之前不受任何可能的毒剂污染。完全除去可能是困难的，且因此存在即使(尝试的)除去之后，仍可能余留不同水平的不稳定材料的风险。生产由可再吸收材料制得的医疗植入物还是已知的，该可再吸收材料包括从植入物浙滤的且在体内具有有益效果的活性材料。此夕卜，从Trends Biomater. Artif. Organs, Vol 18 O)，225 中可知通过在压力下固化来结合环氧树脂和生物活性玻璃。研究了所制得的样品的生物活性。此外，该文章涉及正尝试开发赋予较好机械性能和较好生物活性的包含聚合物或金属与各种生物陶瓷的复合物，并且表明“HDPE、PMMA、环氧树脂、PEEK、淀粉、聚砜、聚乳酸被发现在生物医学研究中是有用的聚合物，并且还使用这些聚合物与生物玻璃以及玻璃陶瓷制造了复合物”。虽然现有技术表明聚醚醚酮和生物活性玻璃可以结合，但申请人并不知晓聚醚醚酮和生物活性玻璃已经被成功地熔化处理的任何公开内容，并且实际上，最广泛获得和使用的生物活性玻璃(被称为45SO并不能与聚醚醚酮一起熔化处理一生物活性玻璃似乎与聚合物反应并且即使在熔化处理温度下，聚合物也发生固化。事实上，W02008/039488承认了结合生物活性玻璃例如菱硅钙钠石玻璃-陶瓷与 PEEK是困难的，其阐明了使用双螺杆挤出机来结合导致PEEK与玻璃-陶瓷之间产生反应， 形成了阻碍挤出机运行的物质。因此，虽然W02008/039488描述了包含PEEK和生物活性玻璃的复合物，但是这种复合物按照下述方法制得，该方法包括在例如醇的极性有机溶剂中共混PEEK和玻璃，然后接着除去溶剂以得到均质的颗粒共混物。本发明的实施方案的目的是解决与在某些聚合物材料中使用玻璃例如生物活性玻璃有关的问题。本发明的实施方案的目的还是在复合物材料中利用玻璃例如生物活性玻璃形成孔。
根据本发明的第一方面，提供了一种材料块(mass of material)，该材料块包括聚合物材料和陶瓷材料，其中，所述聚合物材料属于包括以下部分的类型(a)苯基部分；(b)酮部分；以及(c)醚部分；其中陶瓷材料是生物活性玻璃和/或控制释放玻璃(controlled release glass)，其中所述陶瓷材料包括小于20摩尔％的氧化钠和/或是溶于水的。所述生物活性玻璃可以包括如所述的小于20摩尔％氧化钠；所述控制释放玻璃是适当地溶于水的。包括小于20摩尔％氧化钠的所述生物活性玻璃可以是溶于水的。所述陶瓷材料适当地包括玻璃形成体(glass former)和玻璃调节体(glass modifier)。玻璃形成体可以选自二氧化硅、五氧化二磷或三氧化二硼。所述玻璃形成体优选
地包括二氧化硅或五氧化二磷。所述陶瓷材料适当地包括85摩尔％或更少，优选地75摩尔％或更少的所述玻璃形成体。玻璃调节体可以是氧化物或碳酸盐，例如金属氧化物或金属碳酸盐或镧系元素氧化物或镧系元素碳酸盐。所述氧化物或碳酸盐的金属可以是碱金属或碱土金属。所述陶瓷材料优选地包括选自Li20、Na2O, K2O, MgO、ZnO和CaO的玻璃调节体。所述陶瓷材料中的玻璃形成体和玻璃调节体的总量可以是至少80摩尔％，优选地至少90摩尔％，更优选地至少95摩尔％。除所述玻璃形成体和玻璃调节体之外，所述陶瓷材料可以包括其他化合物。可以包括小于20摩尔％，优选地小于10摩尔％，更优选地小于5摩尔％的其他化合物。所述生物活性玻璃适当地能够在被植入人体内时引起反应。例如，“生物活性”可意味着通过体外的环境流体和陶瓷材料之间的离子交换而以化学方式形成磷酸钙层(无定形的、部分晶体状的或晶体状的)。所述陶瓷材料是否是生物活性的体外评估可以按照 Kokubo 在 Biomaterials (2006) 27 :2907-2915 中所描述的来进行。所述陶瓷材料例如生物活性玻璃可以包括小于15摩尔％的氧化钠，适当地小于 13摩尔％的氧化钠，优选地小于10摩尔％的氧化钠，更优选地小于7摩尔％的氧化钠，特别地小于3摩尔％的氧化钠。在一些情况下，所述陶瓷材料可以包括小于1摩尔％的氧化钠， 优选地包括0摩尔％的氧化钠。所述陶瓷材料例如生物活性玻璃中的碱金属氧化物的总量可以小于15摩尔％， 适当地小于13摩尔％，优选地小于10摩尔％，更优选地小于7摩尔％，特别地小于3摩尔％。在一些情况下，该总量可以小于1摩尔％，且优选地为0摩尔％。所述的生物活性玻璃可以包括作为玻璃形成体的二氧化硅。该生物活性玻璃可以包括至少10摩尔%，适当地至少20摩尔％，优选地至少30摩尔％，更优选地至少40摩尔% 的二氧化硅。二氧化硅的量可以小于70摩尔%，适当地小于60摩尔%。包括高水平的二氧化硅的所述生物活性玻璃可以是不溶于水的或在水中具有低的溶解度。生物活性玻璃的性能可以取决于网络连通度(network connectivity)，参见Journal of Materials Science =Material in Medicine 10 (1999)697—701(Wallace)禾口 Journal of Materials Science Letters 15 (1996) 1122-1125 (Hill)。所述生物活性玻璃可以具有2或更大，优选地大于2. 1的网络连通度。网络连通度可以小于3. 2，优选地小于 2.5。正如在上述Hill的文章中所讨论的，交联密度可以大于-0. 10，优选地大于0。该交联密度可以小于0.8。控制释放玻璃也可以是生物活性的，但不必须是。控制释放玻璃优选地是生物相容的和/或生物学上惰性的。所述控制释放玻璃适当地包括小于20摩尔％，优选地小于10摩尔％，更优选地小于5摩尔％，特别地小于1摩尔％的二氧化硅。所述控制释放玻璃可以包括作为玻璃形成体的五氧化二磷。所述控制释放玻璃可以包括至少10摩尔％，优选地至少20摩尔％，更优选地至少25摩尔％，特别地至少30摩尔％的五氧化二磷。五氧化二磷的量可以小于85摩尔％或小于60摩尔％。所述控制释放玻璃适当地包括小于15摩尔%，适当地小于13摩尔%，优选地小于 10摩尔%，更优选地小于7摩尔％，特别地小于5摩尔%的氧化钠。所述控制释放玻璃中的碱金属氧化物的总量适当地小于15摩尔％，适当地小于 13摩尔%，优选地小于10摩尔%，更优选地小于7摩尔％，特别地小于5摩尔%的碱金属氧化物。所述控制释放玻璃可以包括碱土金属氧化物或碱土金属碳酸盐或镧系元素氧化物或镧系元素碳酸盐。所述玻璃中的这些氧化物或碳酸盐的总量可以小于80摩尔％，优选地小于75摩尔％，更优选地小于70摩尔％，特别地小于60摩尔％。所述玻璃中的这些氧化物或碳酸盐的总量可以是至少5摩尔％，优选地至少15摩尔％，更优选地至少25摩尔％。 所述玻璃中的这些氧化物或碳酸盐的总量可以高达40摩尔％。所述控制释放玻璃优选地在38 °C下是完全溶于水的。溶解时(独立地，即不作为所述材料块的一部分时)，所述控制释放玻璃适当地具有小于7，适当地小于6. 8，优选地小于6. 5，更优选地小于6的pH。第一方面的所述材料块可以包括所述聚合物材料和所述陶瓷材料的简单混合物， 例如，其中两种材料并未彼此固定，例如呈熔合布置；或所述材料块可以包括通过例如将两种材料一起熔化处理而产生的熔合布置。这种熔化处理可以通过压塑成型、注塑成型、挤出或类似方法。在优选的实施方案中，所述材料块包括含有所述聚合物材料和所述陶瓷材料的颗粒。材料块可以用在随后的工艺步骤中以制造部件，例如医疗植入物或其部件或具有非医疗应用的部件。这些部件可以被布置成生物活性的和/或在结合材料块的医疗植入物或部件中、在结合材料块的医疗植入物或部件上或在结合材料块的医疗植入物或部件周围促进骨骼或其他组织形成。在一些实施方案中，陶瓷材料可以被布置成用作不稳定材料。在一些情况下，陶瓷材料可以在使用部件之前或使用部件后，在溶解过程(使用非水溶剂或优选地使用水溶剂)中被除去。其中陶瓷材料用作不稳定材料的部件可以用在医疗应用或非医疗应用中。当陶瓷材料被布置成在使用部件期间被除去时，陶瓷材料的溶解可以被布置成释放已经结合在部件中的活性材料。在此情况下，部件可具有功能效果和/或用作活
7性材料的递送载体。在医疗应用中，陶瓷材料可以被布置成在体内被除去，(或其可以在植入之前被浙滤)从而允许在医疗植入物或其部件中形成孔。当陶瓷材料用作不稳定材料时，其优选地包括溶于水的控制释放玻璃。所述材料块可以包括具有在0. Iml至Iml的范围内，优选地在0. 3ml至0. 8ml的范围内，更优选地在0.細1至0.8ml的范围内的体积的颗粒。优选地，材料块中基本上所有的颗粒都具有如上所述的体积。平均体积(材料块中颗粒的总体积除以所述颗粒的总数量)可以是至少0. 1ml，优选地至少0. :3ml，更优选地至少0. 4mL·平均体积(如前所述)可以小于0. 8ml。所述材料块可以包括具有至少1mm，优选地至少2mm的直径的颗粒。该直径可以小于6mm，优选地小于5mm，更优选地小于4mm。优选地，材料块中基本上所有的颗粒都具有如上所述的直径。所述颗粒的平均直径(所有颗粒的直径的总和除以总数量)可以是至少1mm，优选地至少2mm。平均直径可以小于6mm，优选地小于5mm，更优选地小于4mm。所述材料块可以包括具有在0. Olg至0. Ig的范围内，适当地在0. 02g至0. 08g的范围内，优选地在0. 03g至0. 06g的范围内的重量的颗粒。优选地，材料块中基本上所有的颗粒都具有如上所述的重量。材料块中的颗粒的平均重量(S卩，所有颗粒的总重量除以总数量)可以是在0. Olg 至0. Ig的范围内，适当地在0. 02g至0. 08g的范围内，优选地在0. 03g至0. 06g的范围内。 优选地，材料块中基本上所有的颗粒都具有如上所述的平均重量。所述颗粒优选地是小球(pellet)或微粒(granule)。所述材料块可以包括至少1kg，优选地至少5kg的颗粒。所述材料块可以包括含有IOwt %至90wt %，适当地20wt %至80wt %，优选地 30衬％至80wt%，更优选地40衬％至80wt%的陶瓷材料的颗粒。在一些情况下，材料块可以包括5(^丨％至8(^丨％，6(^丨％至80wt%或甚至7(^丨％至80wt%的陶瓷材料。所述材料块可以包括IOwt %至90wt %，适当地20wt %至80wt %，优选地30wt %至 80wt%，更优选地40衬％至80wt%的陶瓷材料。在一些情况下，材料块可以包括50衬％至 8(^1%，6(^丨％至80wt%或甚至7(^丨％至80wt%的陶瓷材料。所述材料块优选地基本上由所述聚合物材料和陶瓷材料组成。所述材料块可以包括IOwt %至90wt %，优选地20wt %至80wt %，更优选地20wt % 至60wt%的所述聚合物材料。在一些情况下，材料块可以包括20衬％至50衬％，20衬％至 40衬％或20衬％至30衬％的所述聚合物材料。在所述材料块中，聚合物材料的重量与陶瓷材料的重量的比可以是至少0. 1，优选地至少0.2。所述比可以小于10，优选地为8或更小，更优选地为5或更小。在一些情况下， 该比可以在0. 25至1的范围内。当材料块包括多于一种类型的聚合物材料时，该聚合物材料被布置成界定一基质，陶瓷材料被分散在该基质内，本文所指的所述聚合物材料的重量(或其他数量)可以是指被布置成界定所述基质的所有聚合物材料的总重量的总和。然而，优选地，被布置成界定基质的聚合物材料的重量(或其他数量)指的是单一聚合物材料的重量。优选地，所述材料块例如所述的颗粒包括被布置成界定基质的单一聚合物材料，陶瓷材料被分散在基质内。
虽然材料块包括分散在聚合物材料内的多于一种的陶瓷材料，但是本文所指的所述陶瓷材料的重量(或其他数量)可以是指所有陶瓷材料的总重量的总和。然而，优选地， 陶瓷材料的重量(或其他数量)指的是单一陶瓷材料的重量。优选地，所述材料块例如所述的颗粒包括分散在聚合物材料内的单一陶瓷材料。优选地，至少90wt%，更优选地至少95wt%，特别地约100%的所述材料块由单一的聚合物材料和陶瓷材料组成。所述材料块适当地包括含有所述聚合物材料和陶瓷材料的均勻块，例如均勻颗粒。优选地，陶瓷材料被分散和/或分布遍及聚合物材料。优选地，陶瓷材料被布置和分布成使得陶瓷材料的大部分颗粒与陶瓷材料的其他颗粒接触一即，优选地，可忽略的量的陶瓷材料的颗粒被完全包封在所述聚合物材料中。这可以通过使用高水平的陶瓷材料并确保聚合物材料和陶瓷材料被充分混合以产生均勻的块来实现。优选地，所述材料块例如颗粒包括熔合的聚合物材料，例如熔合的聚合物材料颗粒。所述熔合的聚合物材料适当地界定一网状物(network)，该网状物适当地基本上连续遍及所述材料块，例如遍及其所述颗粒。所述网状物适当地是不规则形状的。所述材料块例如颗粒中的陶瓷材料可以被布置在所述网状物的部件之间和/或可以接触所述网状物。陶瓷材料可以包括分离的颗粒，该分离的颗粒可以互相接触但优选地不互相熔合。优选地，在所述材料块中，至少80%，更优选地至少90wt%，特别地基本上所有的颗粒为如上所述。所述材料块例如颗粒优选地可在包括熔化处理例如挤出聚合物材料和陶瓷材料的工艺中获得。挤出物例如呈带子形式的挤出物可以被切割例如被短切以界定颗粒。所述聚合物材料可以具有至少4KJm_2，更优选地至少5KJm_2，更优选地至少6KJm_2 的艾佐德缺口冲击强度(试样80mmX IOmmX4mm，切口 0.25mm的缺口(类型A)，在23°C下测试，依据IS0180)。如上所述测量的所述艾佐德缺口冲击强度可以小于10KJm_2，适当地小于 8KJnT2。如上所述测量的艾佐德缺口冲击强度可以是至少:3KJm_2，适当地至少4KJm_2，优选地至少涨加-2。所述冲击强度可以小于50KJnT2，适当地小于30KJm_2。所述聚合物材料适当地具有至少0. 06kNsm_2的熔体粘度(MV)，优选地具有至少 0. 09kNsnT2，更优选地至少0. 12kNsnT2，特别地至少0. 15kNsnT2的MV。使用在400°C下以1000s—1的剪切速率运行、使用0. 5mmX3. 175mm的碳化钨模具的毛细管流变仪来适当地测量MV。所述聚合物材料可以具有小于1. OOkNsnT2，优选地小于0. 5kNsm_2的MV。所述聚合物材料可以具有在0. 09kNsm_2至0. 5kNsm_2的范围内，优选地在 0. 14kNsm_2至0. 5kNsm_2的范围内，更优选地在0. 3kNsm_2至0. 5kNsm_2的范围内的MV。所述聚合物材料可以具有依据IS0527(试样类型lb)测量的，在23°C下以50mm/ 分钟的速率测试的至少20MPa，优选地至少60MPa，更优选地至少80MPa的拉伸强度。拉伸强度优选地在80MPa-IlOMPa的范围内，更优选地在80MPa_IOOMPa的范围内。所述聚合物材料可以具有依据IS0178(试样80mmX IOmmX4mm，在23 °C下以 2mm/分钟的速率以三点弯曲进行测试)测量的至少50MPa，优选地至少lOOMPa，更优选地至少145MPa的挠曲强度。挠曲强度优选地在145MPa-180MPa的范围内，更优选地在 145MPa-164MPa 的范围内。
所述聚合物材料可以具有依据IS0178(试样80_X 10_父4_，在231下以2mm/ 分钟的速率以三点弯曲进行测试)测量的至少lGPa，适当地至少2GPa，优选地至少3GPa，更优选地至少3. 5GPa的挠曲模量。挠曲模量优选地在3. 5GPa-4. 5GPa的范围内，更优选地在 3. 5GPa-4. IGPa 的范围内。所述聚合物材料可以是无定形的或半晶体状的。所述聚合物材料优选地是半晶体状的。聚合物中的结晶度的水平和程度优选地通过广角X射线衍射(也称为广角X射线散射或WAXS)来测量，例如如由Blundell和Osborn (PoIymer24 953,1983)所描述的。可选择地，结晶度可以通过差示扫描量热法(DSC)来测量。所述聚合物材料的结晶度的水平可以是至少1%，适当地至少3 %，优选地至少 5%和更优选地至少10%。在特别地优选的实施方案中，结晶度可以大于25%。所述聚合物材料(如果是晶体状的)的熔融吸热(Tm)的主峰可以是至少300°C。所述聚合物材料可以包括以下通式的重复单元
权利要求
1.一种材料块，其包括聚合物材料和陶瓷材料，其中所述聚合物材料属于包括以下部分的类型(a)苯基部分；(b)酮部分；以及(c)醚部分；其中，所述陶瓷材料是生物活性玻璃和/或控制释放玻璃，其中所述陶瓷材料包括小于20摩尔％的氧化钠和/或是溶于水的。
2.根据权利要求1所述的聚合物材料，其中，所述陶瓷材料中的碱金属氧化物的总量小于20摩尔％，且所述陶瓷材料中的碱金属氧化物的总量小于10摩尔％。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的块，其中所述陶瓷材料包括具有2或更大并且小于3. 2的网络连通度的生物活性玻璃。
4.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述陶瓷材料包括控制释放玻璃，所述控制释放玻璃包括小于20摩尔％的二氧化硅、包括作为玻璃形成体的五氧化二磷、包括小于10 纳摩尔％的氧化钠，其中所述控制释放玻璃中的碱金属氧化物的总量小于10摩尔％，且其中所述控制释放玻璃包括碱土金属氧化物或碱土金属碳酸盐，或镧系元素氧化物或镧系元素碳酸盐。
5.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述控制释放玻璃在38°C下完全溶于水。
6.根据任一前述权利要求所述的块，其中，溶解时，所述控制释放玻璃具有小于7的pH。
7.根据权利要求*所述的块，其中所述生物活性玻璃包括至少30摩尔％的作为玻璃形成体的二氧化硅。
8.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述块包括含有所述聚合物材料和所述陶瓷材料的颗粒，其中所述颗粒具有在0. 1至1的范围内的体积，且所述材料块中的颗粒的平均重量在0. Olg至0. Ig的范围内。
9.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述块包括含有40wt%至80wt%的陶瓷材料和20衬％至60wt%的所述聚合物材料的颗粒。
10.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述块包括60wt%至80wt%的陶瓷材料和 20 1%至聚合物材料。
11.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述材料块中的聚合物材料的重量与陶瓷材料的重量的比在0. 25至1的范围内。
12.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述聚合物材料可以包括以下通式的重复单元
13.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述聚合物材料优选地包括以下式(XX)的重复单元，更优选地基本上由以下式(XX)的重复单元组成其中，tl和Wl独立地表示0或1，且Vl表示0、1或2。
14.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述聚合物材料选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮和聚醚酮酮。
15.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述聚合物材料是聚醚醚酮。
16.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述陶瓷材料具有大于所述聚合物材料的熔点的玻璃化转变温度。
17.根据任一前述权利要求所述的块，其中所述块基本上由单一类型的聚合物材料和单一类型的陶瓷材料组成。
18.—种制造根据任一前述权利要求所述的材料块的方法，所述方法包括(a)使如任一前述权利要求所述的聚合物材料和陶瓷材料接触；以及(b)使所述混合物形成材料块。
19.根据权利要求*所述的方法，其中所述聚合物材料和所述陶瓷材料是在挤出机中
20.一种制造组件的方法，所述方法包括(a)熔化处理聚合物材料和陶瓷材料以界定所述组件的至少一部分，所述聚合物材料和所述陶瓷材料各自如权利要求1至*中任一项所述；(b)任选地，除去所述陶瓷材料。
21.根据权利要求*所述的方法，其中熔化处理所述材料块以产生纤维、杆、管、棒、板、 膜或近终形的铸块。
22.根据权利要求*至*中任一项所述的方法，所述方法被用来在工艺中制造包括不同组成的区域的组件，所述工艺包括通过模制所描述的类型的所述材料块来制造第一区域; 以及通过模制与所述材料块的组成不同的第二组成来模制邻近所述第一区域的第二区域。
23.根据权利要求*至*中任一项所述的方法，所述方法包括在步骤(b)中除去所述陶瓷材料。
24.一种组件，其部件可根据权利要求*至*中任一项所述的方法获得。
25.一种用于植入在人体内的医疗植入物，所述医疗植入物包括包含聚合物材料和陶瓷材料的材料，其中所述聚合物材料属于包括以下部分的类型(a)苯基部分；(b)酮部分；以及(c)醚部分；其中所述陶瓷材料是生物活性玻璃和/或控制释放玻璃，其中所述陶瓷材料包括小于 20摩尔％的氧化钠和/或是溶于水的。
全文摘要
可以制备包含聚合物材料例如聚芳醚酮和陶瓷材料的微粒或小球，且该微粒或小球被用于通过熔化处理来制造用于医疗应用中的组件的多个不同部件。陶瓷材料可以是生物活性玻璃和/或控制释放玻璃，且可以包括小于20摩尔％的氧化钠和/或是溶于水的。
文档编号A61L27/44GK102203175SQ200980141420
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月14日 优先权日2008年10月17日
发明者安德鲁·埃勒雷, 安德鲁·霍尔顿, 马库斯·贾曼-史密斯 申请人:伊维博有限公司
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