用氧化钛喷砂金属植入物

摘要

一种加工金属植入物(例如牙植入物)的表面以提供所需表面粗糙度的方法，其包括让金属植入物接受用一种或更多种氧化钛(包括至少一种非化学计量的氧化钛)的粒子喷砂，所述粒子具有致密的形态并且具有从1至300μm范围内的粒径。在植入骨后，产生的植入物表面显示出人意料的高保持强度。

说明书

发明领域

本发明涉及制备意欲用于植入骨组织的金属植入物的方法。

技术背景

牙植入物是用于修复一个或几个牙齿的缺失所造成的功能的医学装 置。

为了将牙植入物(其通常是金属植入物)植入骨组织，现在经常使用一 阶段程序。在该一阶段工序中，第一植入物部件(例如牙固定器)通过手术 放置于骨组织中，并且在外科手术后，愈合桥基随后直接附接于第一植入 物部件。随后让软组织围绕愈合帽或第二植入物部件愈合。当使用愈合帽 时，在几周或几个月后移除所述帽而不需要任何外科手术程序，并且第二 植入物部件(例如桥基和临时冠)附接于第一植入物部件。例如在L Cooper 等人：“A multicenter12-month evaluation of single-tooth implants restored3 weeks after1-stage surgery(对于一阶段手术后恢复3周的单牙种植体的多 中心12个月评价)”，The International Journal of Oral&Maxillofacial  implants，第16卷，第2期(2001)中描述了一阶段程序。

早期已经使用两阶段程序。现在一些情况下仍然优选的两阶段程序， 通常包括通过手术将第一植入物部件(例如牙固定器)放置入骨组织的第一 阶段，其中其允许以未装载和被没入的状态休息一段愈合期(经常是三个月 或更长)以让骨组织生长到植入物表面上，以允许植入物良好地固定于骨组 织，让覆盖植入物部位的软组织中的切口愈合在植入物上方愈合。在第二 阶段，打开覆盖植入物的软组织，并且将第二植入物部件(例如牙桥基和/ 或修复牙齿)附接于第一植入物部件(例如所述固定器)，形成最终的植入物 结构。例如由等人“Osseointegrated implants in the Treatment of  the Edentulous Jaw，Experience from a10-year period(在无牙颌的治疗中的 骨整合种植体，来自10年的经验)”，Almquist & Wiksell International，斯 德哥尔摩，瑞典，描述了该程序。然而，植入物不应该在愈合期期间装载 的事实意味着在愈合期期间第二植入物部件可以不附接于第一植入物部 件和/或不被使用。鉴于与此相关的苦恼，最小化以上提及的第一阶段所必 需的时期或甚至在单个操作中进行整个植入程序，即，使用一阶段程序是 合乎需要的。

对于一些患者，对于一阶段和两阶段程序，可能都被认为在功能性装 载植入物之前等待至少三个月更好。然而，使用一阶段程序的备选方案是 在植入(立即装载)后直接使植入物起作用或在植入后几周(早期装载)使植 入物起作用。例如，由D M Esposito在Titanium in Medicine，Material  Science，Surface Science，Engineering，Biological Responses and Medical  Application(钛在医学、材料科学、表面科学、工程学、生物学反应和医学 应用中)，Springer-Verlag(2001)，第836-837页中描述了该程序。

因此，植入物建立足够的稳定性和在植入物和骨组织之间建立结合以 使以上公开的植入物能够立即或早期装载是至关重要的。还应该注意植入 物的立即或早期装载对骨形成可以是有益的。

获得植入物在骨中的高锚定强度的两个重要因素是i)植入物材料的化 学组成和ii)在所有长度尺度处的植入物设计。在过去30年间，已经越来 越多地阐明骨植入物的骨整合的机制并且尤其现在根据材料组成、形状和 表面性质设计骨植入物以促进骨整合。例如，现在通常使用的牙植入物由 具有螺钉形状设计和粗糙的骨接触表面的钛或钛合金制成。

人们相信，增加的表面粗糙度(其在植入物和骨组织之间产生更大的接 触和附着面积)提供植入物和骨之间更好的机械保持和强度。此外，已知成 骨细胞，即骨-形成细胞，感觉下层表面的多种化学和物理特征并对其作出 反应。在不同长度尺度上的局部形貌特征诱导例如为阻止骨吸收并最终获 得骨所必需的用于胶原蛋白和矿物质、细胞粘附和生物机械刺激的成核位 点。因此，经常为骨植入物的骨接触表面的骨提供微粗糙度，已证明其影 响成骨细胞的细胞增殖和分化，和由围绕骨植入物的细胞导致的生长因子 的局部产生(Martin J Y等人，Clin Oral Implants Res，Mar7(1)，27-37，1996； Kieswetter K，等人，J Biomed Mater Res，Sep.，32(1)，55-63，1996)。

在S.Hansson和M.Norton，Journal of Biomechanics32(1999)829-836 中提出了描述表面粗糙度和界面剪切强度之间关系的数学模型。

已经提议了一些加工金属植入物以提供表面粗糙度的方法。一种通常 使用的方法是用氧化铝(Al₂O₃)喷砂。然而，用氧化铝粒子喷砂的缺点是 喷砂之后一些粒子可以留在植入物表面上或部分嵌入植入物表面。此种污 染的喷砂粒子可以阻止钛植入物的骨整合，并且在植入后还可以变为脱离 的，并且可以引起对身体的伤害。为了避免喷砂过程之后留下的污染，已 经建议了不同的清洁方法，包括用有机溶剂、电抛光和用碱或酸溶液清洁。

WO92/05745提议了一种备选方法，其目标在于，在一次操作中，保 证植入物的表面清洁和保证表面具有有助于植入物在骨中良好保持的宏 观结构。所述方法包括用氧化钛(优选二氧化钛)粒子喷砂钛植入物。因为 二氧化钛是良好耐受的并且实际上还是植入物本身的成分(钛表面天然地 覆盖有氧化钛层)，喷砂操作不在植入物表面引入任何外源的，污染物质。 与未喷砂的植入物相比，根据WO92/05745的方法喷砂的植入物在植入后 6个月显示改善的在骨中的保持。

然而，依然有对在植入之后早期，改进的为获得所需的植入物在骨中 的强锚定的表面粗糙化方法的需求。尤其是能够获得或改进如以上描述的 早期或立即装载的结果是合乎需要的。

发明概述

本发明的目的是提供改进的表面粗糙化技术和进一步增强意欲植入骨 组织中的植入物的骨整合。

根据本发明的第一个方面，这个和其它目的通过加工金属植入物的表 面以提供所需的表面粗糙度的方法，即，使金属植入物的表面粗糙化的方 法实现，其包括使金属植入物接受用一种或多种氧化钛(包括至少一种非化 学计量的氧化钛)的粒子喷砂，所述粒子具有致密的形态和具有从1至 300μm范围内的粒径。当通过去除扭矩测试测量时，该喷砂方法导致在 植入骨中仅4-11周之后植入物的出人意料的高保持强度。

“非化学计量的氧化钛”意为Ti∶O比不是1∶2的钛的氧化物。相应，“化 学计量的氧化钛”意为二氧化钛，TiO₂。

在一些实施方案中，所述粒子基本上由一种或多种氧化钛组成。

在一些实施方案中，所述粒子包含至少两种氧化钛。

在一些实施方案中，所述粒子可以包含比化学计量的氧化钛更多的非 化学计量的氧化钛。例如，粒子的氧化钛的主要部分可以是非化学计量的 氧化钛。“主要部分”意为多于50％。因此，在本发明的一些实施方案中， 所述粒子可以包含以基于粒子中氧化钛的总含量的重量计至少50％的非 化学计量的氧化钛。在一些实施方案中，所述粒子可以包含以基于粒子中 氧化钛的总含量的重量计至少60％，至少70％或至少80％的非化学计 量的氧化钛。进一步，在本发明的一些实施方案中所述粒子具有从51∶49 至99∶1，例如从60∶40至95∶5，例如从70∶30至90∶10范围内的非化学计 量的氧化钛相对化学计量的氧化钛的重量比。

在一些实施方案中，所述至少一种非化学计量的氧化钛可以选自 Ti₂O₃，Ti₃O₄，Ti₆O₁₁，Ti₇O₁₃，和Ti₉O₁₇中。在一些实施方案中，所述至 少一种非化学计量的氧化钛可以选自Ti₂O₃，Ti₃O₄，Ti₆O₁₁，Ti₇O₁₃，Ti₈O₁₅， 和Ti₉O₁₇中。

在一个实施方案中，所述粒子可以具有从约1000至约1200kgf/mm²， 或从980至约1100kgf/mm²的范围内的维氏硬度。

在一些实施方案中，所述粒子具有从5至200μm范围内的尺寸。例 如，至少90重量％的所述粒子具有从6.8(或约7)至125μm，和优选从 6.8(或约7)至90μm范围内的尺寸。在一些优选的实施方案中，至少95％ 的所述粒子具有从6.8(或约7)至125μm，和优选从6.8(或约7)至90μm 范围内的尺寸。在其它实施方案中至少90重量％的所述粒子具有从90 至180μm范围内的尺寸。

在根据本发明实施方案的方法中使用的粒子可以具有不规则形态。然 而，大多数粒子典型地是非细长的。

在本发明的实施方案中，植入物可以包含钛或其合金。因为暴露于空 气的钛具有氧化物的耐化学层，喷砂操作将不向植入物上引入任何外源的 污染物质。植入物典型地是骨植入物(即，意欲用于植入骨组织中的植入 物)，例如牙植入物。

所述方法典型地包括提供具有表面的金属植入物；和用以上描述的粒 子喷砂金属植入物的至少部分表面的步骤。

注意本发明涉及在权利要求中列举的特征的所有可能组合。

附图简述

图1是根据本发明的实施方案加工的钛植入物表面的扫描电镜(SEM) 图像。

图2是根据本发明的实施方案加工的另一种钛植入物表面的扫描电镜 (SEM)图像。

图3a-c是显示用于本发明实施方案的粗喷砂粒子在不同放大倍数下的 SEM图像。

图4a-c是显示用于本发明实施方案的精细喷砂粒子在不同放大倍数下 的SEM图像。

图5a-b分别显示对于用于本发明实施方案的精细和粗喷砂粒子的X- 射线衍射光谱。

图6是已接受硬度测量的抛光的喷砂粒子的图像。

图7a-c是分别显示如用在本发明实施方案中的粒子的深色喷砂粉末和 二氧化钛粒子白色粉末的照片。

发明详述

领悟氧化钛适合作为喷砂材料并且可以提供可接受的表面之后，已经 将广泛的工作投入到实现该发现和开发提供进一步改善的结果的喷砂工 艺中。出人意料地，如用植入的固定器的去除扭矩测试(removal torque tests) 证实，发现用由具有特定性质的氧化钛粒子构成的喷砂粉末喷砂金属植入 物，尤其是钛植入物，产生高度所需的结果。

如本文使用的术语“植入物”在其范围内包括其至少一部分意在被植 入至脊椎动物，尤其是哺乳动物，例如人的体内的任何装置。植入物可以 被用于替代解剖结构和/或修复身体的任何功能。

“骨植入物”指用于植入，至少部分植入骨组织中的植入物。

通常，植入物由一个或几个植入物部件组成。例如，牙植入物通常包 含连接于第二植入物部件，例如桥基和/或修复牙齿的牙固定器。然而，即 使其它部件将连接于其，意欲用于植入的任何装置，例如牙固定器，可以 单独被称为植入物。

用本发明的方法处理的植入物是骨植入物并且可以是牙植入物，例如 固定器、桥基或其组合，例如一件式植入物。该植入物还可以是矫形外科 植入物，例如意欲用于植入患者的股骨颈的髋关节组件。

待用本发明的方法处理的植入物可以由任何合适的金属组成，例如钛 或其合金，锆或其合金，铪或其合金，铌或其合金，钽或其合金，铬-钒合 金或这些材料的任何组合。可以注意，在与氧(例如空气)的接触中，钛、 锆、铪、钽、铌和其合金瞬间被覆盖以被称为天然氧化物层的薄氧化物层。 存在于钛主体表面上的天然氧化物层主要由具有微小量的Ti₂O₃、TiO和 Ti₃O₄的二氧化钛(IV)(TiO₂)构成。

备选地，植入物可以包含设置有金属层(例如涂覆的钛层，例如覆盖 非金属主体或部分由非金属材料构成的主体的涂覆的金属表面层)的非金 属主体或核。非金属材料的实例包括陶瓷的、塑料的和复合的材料。

本发明的方法包括用包含氧化钛粒子的喷砂粉末喷砂医学植入物(例 如牙植入物)的表面。

图1和2是显示根据本发明的实施方案加工的表面的SEM图像。图 1的表面是接受用相对精细的氧化钛粒子(至少90％粒子具有从约7至90 μm范围内的尺寸)喷砂的钛表面。图2显示接受用相对粗的氧化钛粒子 (至少90％的粒子具有从90至180μm范围内的尺寸)喷砂的钛表面。

根据本方法用于喷砂的粒子通常具有从1至300μm，更经常从5至 200μm范围内的粒径。例如，至少90重量％的粒子可以具有从90至 180μm范围内的粒径。在一个实施方案中，优选至少95重量％，和更优 选至少99重量％的粒子具有从106至180μm范围内的尺寸。

在其它实施方案中，至少90重量％的粒子可以具有从约5至125μm， 或约7至125μm范围内的尺寸。优选地，在一个实施方案中，至少50 重量％的粒子可以具有从45至90μm范围内的尺寸。

已经发现这些尺寸是有利的，尤其在与以下描述的形态和化学组成和/ 或硬度特征相结合时，因为它们可以获得高度所需的意欲用于植入骨组织 中的金属主体(例如意欲用于植入颚骨中的钛植入物)的表面上的表面粗糙 度。更小的喷砂粒子还可以特别用于喷砂带螺纹的固定器。

更小的喷砂粒子典型地比更大的粒子获得更小的表面不规则性，并且 不规则性的尺寸通常比粒子的尺寸更小。

使用具有5-200μm尺寸的喷砂粒子完全喷砂钛表面可以导致在表面 上从1至50μm范围内的不规则性尺寸。“完全喷砂”意为不存在不受影响 的区域，以致喷砂的表面或表面部分的整个区域被喷砂粒子冲击。这是对 于显示于图1和2中的喷砂的表面的情况。可以看出，表面不规则性具有 从约一个或几个微米到至少多达约50μm的范围内的尺寸。表面不规则性 方面的变化可以部分由于喷砂粒子的粒径分布引起，而且还部分由于第二 喷砂粒子的冲击区域可以部分与由第一粒子产生的冲击区域重叠的事实 所引起，以致产生不同形状和尺寸的不规则性。

此外，已发现粒子的形态也影响由喷砂操作造成的表面粗糙度的形状 和尺寸。本发明中使用的粒子典型地具有不规则形状，在单个粒子之间其 可以有点不同，但是然而至少对于大部分粒子，其通常是特别的或致密的 而不是细长的。

图3a-b和4a-c显示可以用于本发明的实施方案的喷砂粉末的SEM图 像。图3a-c显示在不同放大倍数下至少90重量％具有从90至180μm范 围内的尺寸的喷砂粒子(在本发明的上下文中也被称为“粗喷砂粒子”或 “粗喷砂粉末”)。比例尺表示500μm(图3a)，200μm(图3b)或100μm(图 3c)。图4a-c显示，在不同放大倍数下至少90重量％具有从约7至90μm 范围内的尺寸的喷砂粒子(在本发明的上下文中也被称为“精细喷砂粒子” 或“精细喷砂粉末”)。比例尺表示200μm(图4a)，100μm(图4b)或50μm (图4c)。

在这些图中可以看出大多数粒子具有不规则的，甚至有角度的或片状 的形状，然而其通常是致密的，而不是细长的。实际上，发现细长的(杆形 或针形)粒子不获得令人满意的表面粗糙度。

用于本发明的粒子通常是非常纯的，并且可以基本上由氧化钛(仅包括 非常少量(例如，1.5重量％或更少)的其它物质，例如其它金属氧化物)构成。 在这种情况下，“基本上”意为粒子可以包含多达3重量％的氧化钛以外的 物质。

如本文使用的，表达“氧化钛”意在涵盖一种或多种钛的氧化物，尤其 是晶形，包括例如TiO、TiO₂、Ti₂O₃、Ti₃O₄、Ti₆O₁₁、Ti₇O₁₃和/或Ti₉O₁₇。 氧化钛的另一种晶形是Ti₈O₁₅。在特别期望TiO时，这里其被称为“一氧 化钛”。因此，“一种或多种氧化钛”意为至少一种氧化钛，其可以是任何 一种已知的钛氧化物形式。

二氧化钛，即钛(IV)氧化物，是最稳定的钛氧化物，并且被称为化学 计量的氧化物。因此，非化学计量的氧化钛意为其中Ti∶O比率不是1∶2的 钛氧化物。非化学计量的氧化钛包括Ti₂O₃，T₃O₅，Ti₆O₁₁，Magneli型相 Ti_nO_2n-1，n是4-9，例如Ti₇O₁₃和Ti₉O₁₇，并且还有TiO_x，0.70≤x≤1.30。 (N.N Greenwood和A.Earnshaw，Chemistry of the elements(元素化学). Pergamon Press，1984，ISBN0-08-022056-8)。

在本发明的实施方案中，喷砂粒子包含至少一种非化学计量的氧化钛. 例如所述粒子可以包含Ti₆O₁₁，Ti₇O₁₃，和/或Ti₉O₁₇，和/或Ti₈O₁₅中的一 种或多种。然而所述粒子某种程度上还另外地包含化学计量的氧化钛，即 TiO₂。存在于用于本发明实施方案中的粒子中氧化钛的晶形因此可以包括 TiO₂(典型地金红石(rutile)和/或锐钛矿(anatase))，Ti₂O₃，Ti₃O₄，Ti₆O₁₁， Ti₇O₁₃，和/或Ti₉O₁₇，和/或Ti₈O₁₅。

在本发明的实施方案中，所述粒子可以包含比化学计量的氧化钛更多 的非化学计量的氧化钛。例如，粒子的氧化钛的主要部分可以是非化学计 量的氧化钛。“主要部分”意为多于50％。因此，在本发明的一些实施方 案中，所述粒子可以包含基于所述粒子中的氧化钛的总含量多于50重量％ 的非化学计量的氧化钛。在一些实施方案中，所述粒子可以包含基于所述 粒子中的氧化钛的总含量至少60重量％，至少70重量％或至少80重量％ 的非化学计量的氧化钛。然而，典型地，还可以存在小量的化学计量的氧 化钛(以金红石和/或锐钛矿形式的二氧化钛)，例如至少1重量％，至少5 重量％或至少10重量％。典型地，化学计量的氧化钛的含量少于50重量％， 例如40重量％或更少，例如30重量％或更少。在一些实施方案中，化学 计量的氧化钛相对于氧化钛的总含量的含量，可以是约20重量％。

在本发明的实施方案中，所述粒子可以相对于氧化钛的总含量具有从 50至99重量％，例如从50至95重量％，例如从50至90重量％，例如从 60至90重量％或从70至90重量％范围内的非化学计量的钛的重量含量。 在一些实施方案中，非化学计量的氧化钛相对于化学计量的氧化钛的重量 比可以是约80∶20。

可以基于X-射线衍射(XRD)光谱分别评估化学计量的和非化学计量的 氧化物的重量含量。

在图5a和图5b中分别给出了显示精细喷砂粉末和粗喷砂粉末的组 成的X-射线衍射光谱。

此外，在图3a-c和图4a-c中可以看出，并且在图7a中可能甚至更清 晰看出，本发明使用的粒子具有深色(灰色或黑色)。该深色可以通过受干 扰的晶格解释，因此其可能可以指示一种或多种干扰例如TiO₂晶格的非 化学计量的氧化物的存在。所述粒子典型地是致密的，即无孔的。为了比 较，图7b显示白色的二氧化钛粉末。图7c显示化学计量的，白色二氧化 钛粉末旁边的，用于本发明的深色的，至少部分非化学计量的氧化钛喷砂 粉末。

在本发明的一些实施方案中，使用的粒子可以具有比纯的金红石TiO₂的硬度更高的硬度(注意金红石比锐钛矿硬)。优选地，所述粒子可以具有 至少约1000，或至少980的维氏硬度(VH_l00)。例如，所述粒子可以具有 从900或优选从约1000至多达2500，多达2000，多达1500，或多达1200 范围内的维氏硬度。

在一个实施例实施方案中，所述粒子具有从980至约1100范围内的维 氏硬度(参见下述实施例1)。表1提供不同喷砂材料的硬度：根据本发明 的实施例实施方案的粒子，TiO₂和刚玉(corundum)。

表1.

材料 维氏硬度(VHN_l00，kgf/mm²) 根据本发明实施例实施方案的粒子 约980-1100 金红石(TiO₂) 894-974 刚玉(Al₂O₃) ＞2600

相信喷砂粒子的硬度可以有助于有利的喷砂结果。还相信硬度至少部 分由于化学组成引起。

用于本发明的粒子可以是所谓的融合并压碎的粒子，意为它们通过融 合形成氧化钛的大的主体并随后将所述大的主体压碎以形成最终粒子来 产生。此种方法通常是已知的，并且典型地用于产生用于例如热绝缘和耐 腐蚀的应用的热喷雾涂层的氧化钛粉末。出人意料地，本发明人发现，当 用于喷砂金属植入物时，通过该方法生产的粒子获得极好的结果。

例如，可以从通过转变为四氯化钛纯化的粗制氧化钛生产用于本发明 的粒子。在此过程中，将起始材料用碳还原，用氯氧化以产生四氯化钛(碳 热氯化)。将四氯化钛(其是浓的无色液体)蒸馏，在1500-2000K的温度下， 在纯氧焰或等离子体中再氧化获得纯氧化钛。随后将该产物融合并压碎以 提供所需的粒径。

根据本发明的喷砂方法包括：提供意欲作为植入物的金属主体，并且 喷砂金属主体的至少部分表面。金属主体的表面可以典型地包含天然金属 氧化物薄层，例如在钛主体的情况下的天然氧化钛。

可以使用常规装置进行喷砂工艺。待喷砂的植入物在喷砂操作过程中 可以旋转，以致植入物的多于一侧接受喷砂处理。喷砂操作可以在植入物 表面的部分或在整个植入物表面上进行。

可以使植入物接受任何类型的预处理以产生用于根据发明的方法的进 一步改性的所需的基底表面。例如，可以通过机械、化学或热处理或其任 何组合预处理植入物以获得所需的初始表面特性。化学处理可以包括例如 清洁或脱脂过程。

在本发明的喷砂处理之后，植入物可以任选地接受进一步表面处理以 提供额外的表面改性，例如提供更精细的表面粗糙度，例如通过酸蚀刻。

实施例

实施例1.喷砂粒子的表征

(a)X-射线衍射(XRD)

将如以上描述的粗和精细喷砂粉末分别接受XRD分析。XRD是用于 分析材料的化学组成和晶体学结构的快速的并且非破坏性的技术。

在图5a和5b中分别给出了XRD光谱。包括对金红石和锐钛矿(二者 都是TiO₂)的参考峰。从该光谱可以得出结论：粒子含有不同组成的非化 学计量的氧化钛。进一步，由不代表金红石或锐钛矿（即，TiO2)的峰的数 量与代表金红石或锐钛矿的峰的数量的比较作出判断，可以得出结论：喷 砂粒子的氧化钛的相当大的部分，并且甚至主要部分由非化学计量的氧化 钛形成。

(b)硬度测定

通过将氧化钛粒子与硬化的聚合物树脂混合产生三种样品。将样品磨 碎并抛光以提供平坦的测量表面(参见图6)。

用Matsuzama MTX50微型硬度测试仪测量硬度。维氏硬度方法使用 以特定的负荷应用于样品表面的锥体状金刚石压头。压头的面角是136°。 硬度与产生的压痕的尺寸相关并且根据以下方程式计算：

$A=\frac{d^2}{2\sin \frac{\theta }{2}}\approx \frac{d^2}{1.854}$

$\mathrm{HV}=\frac{F}{A}\approx \frac{1.854F}{d^2}$

其中

A是压痕的表面面积(mm²)；

d是压痕的对角线长度(mm)；

θ锥体状金刚石压头的面角(°)，即136°；

F是测试负荷(kgf，千克-力，也被称为kp，千克力)；和 HV意为维氏硬度.

将硬度测试仪的负荷设定到100g。在7个独立的粒子上进行测量(每 个粒子上一次压痕)。每个压痕测量两次。图6显示压痕后抛光的粒子的 图像。

平均硬度为约1040，标准差为45，参见下文表2。

表2

实施例2.喷砂操作

根据常规方法将钛固定器彻底清洁和脱脂。固定器接受用如本文定义 的精细或粗喷砂粒子的喷砂。使用空气作为承载介质。旋转每个固定器以 暴露所有面。

实施例3.喷砂的植入物表面的表征

(a)SEM

使用扫描电镜(SEM)检查喷砂的表面(钛固定器)。在图1和2中给出 了图像。比例尺表示50μm。

还分别在精细喷砂和粗喷砂的表面上使用SEM进行形貌评估。产生 的表面的形貌数据在表3中给出。“精细的”指其90％具有从约7至90μm 范围内的尺寸的喷砂粒子。“粗”指其90％具有从90至180μm范围内的尺 寸的喷砂粒子。

表3

实施例4.喷砂的植入物的效果

使用市售的纯(化学纯)钛的螺钉形植入物(固定器)。24个植入物仅用 机器加工(“机器加工的植入物”)，并且24个植入物用机器加工且接着用如 以上描述的粗喷砂粒子喷砂(“喷砂的植入物”)。将两个机器加工的植入物 和两个喷砂的植入物植入至成年新西兰白(NZW)兔的每个近侧胫骨干骺 端。使用总共12只兔。在2，4，7，9和11周后，分别在来自每组的两 个植入物(机器加工的植入物和喷砂的植入物)上使用去除扭矩测试评估保 持强度。结果在表4中给出。

表4

这些结果可以与先前发表的使用同样类型的带螺纹的植入物和外科手 术评价通过去除扭矩测试调查保持强度的研究比较。在一项研究[A  Wennerberg，T Albrektsson，C Johansson和B Andersson，Biomaterials17 (1996)15-22]中，发现分别用25μm尺寸Al₂O₃粒子或25μm尺寸的 TiO₂粒子喷砂的化学纯钛的植入物，导致在植入兔胫骨12周后仅约25 Ncm的去除扭矩值。在使用相同方法的另一项研究[A Wennerberg，T  Albreksson，和B Andersson，Journal of Materials Science∶Materials in  Medicine，6(1995)302-309]中，分别用25μm尺寸的Al₂O₃粒子或25μm 尺寸的TiO₂粒子喷砂的化学纯钛的植入物，二者都导致在植入兔胫骨12 周后约42-45Ncm的平均去除扭矩值(对于TiO₂喷砂的植入物的最大值为 66Ncm)。此外，还评估了用250μm尺寸的Al₂O₃粒子喷砂的表面，并 且未显示超过用25μm尺寸的粒子喷砂的表面的改善(Wennerberg等人， 1995)。

在进一步的另一个使用相同方法的可比较的研究[A Wennerberg，T  Albreksson和J Lausmaa，Journal of Biomedical Materials Research，30(1996) 251-260]中，用25μm Al₂O₃粒子喷砂的植入物在植入NZW兔胫骨12周 后显示约40-45Ncm(平均)的去除扭矩值。

因此，考虑到先前通过用基本上纯的TiO₂喷砂获得的结果，使用包括 至少一种非化学计量的氧化钛和具有以上描述的粒径分布的喷砂粒子的 本方法，就植入仅4-11周后的去除扭矩值而言，获得了出人意料的有利结 果。

本领域技术人员了解本发明绝不限于以上描述的优选的实施方案。相 反，在所附权利要求的范围内的很多修改和变化是可能的。

另外，通过对附图、公开内容和附加的权利要求的研究，在实施要求 保护的发明的过程中熟练技术人员可以理解和实施对公开的实施方案的 改变。在权利要求中，措词″包括″不排除其它要素或步骤，并且不定冠 词“一个(a)”或“一个(an)”不排除复数。仅仅一些度量单位在相互不同 的从属权利要求中列举的事实不表明这些实测值的组合不能被有利使用。