專利名稱：腔支撐裝置及其制造及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及醫(yī)療裝置，更具體地，涉及包含生物相容納米尺 度陶瓷組合物的腔支撐裝置。
背景技術(shù)：
外科手術(shù)植入醫(yī)療裝置可在結(jié)構(gòu)上補償患病、受損、或喪失的肌骨 胳組分、血管系統(tǒng)組分、器官等。盡管一些醫(yī)療裝置可維持幾十年，但 有很多在早得多的時間就失效了，這一部分是因為生物相容性問題。作 為機體對所識別異物的免疫應(yīng)答的一部分，許多植入醫(yī)療裝置發(fā)生了稱 為纖維包裹的生物污損(biofouling)過程，其中局部細胞包圍該植入 物并且將該植入物與身體基本隔開。纖維包裹及其他生物污損過程對于 旨在與機體相互作用的裝置來說是有問題的。例如，整形外科植入物的 骨整合可被阻礙或者甚至阻止，藥物遞送裝置或生物傳感器可能失效， 裝有支架的動脈或其它這樣的腔中可能發(fā)生再狹窄。
為了提高其使用壽命和有效性，已經(jīng)使用具有使組織-裝置界面處生 物污損最小化的表面特性的材料來設(shè)計或制造醫(yī)療裝置。例如，由于在 其表面形成相對惰性的氧化層，不銹鋼經(jīng)常用作植入物材料?；蛘?，可 在植入物的表面上沉積涂層組合物(例如羥基磷灰石或聚合物)，以屏 蔽其內(nèi)部植入物材料的某些不期望的或?qū)ι镉泻Φ奶匦?。在其它情況
下，可在植入物的表面上沉積可局部遞送(即，遞送至植入物周圍區(qū)域) 的生物活性劑，以使得身體對所述植入物存在和/或植入過程中由所述 植入物引起的任何損傷的應(yīng)答最小化。發(fā)明概迷
本文公開了腔支撐裝置。在一個實施方案中，所述腔支撐裝置包括 生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料，該材料設(shè)置成鄰近腔表面放置，并具有
約1納米至約1000納米的平均粒度、至少為約1%的破壞應(yīng)變(strain to failure )以及大于或等于約350 kg/mm2的截面硬度。
在另一實施方案中，所述腔支撐裝置包含結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其包含金屬、 合金、聚合物、生物支架或者包含以上至少一種的組合，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件具 有腔表面；以及包含至少部分涂覆到一部分腔表面上的生物相容性納米 結(jié)構(gòu)陶瓷材料的膜，所述膜具有約1納米至約1000納米的平均粒度、 至少為約1%的破壞應(yīng)變以及大于或等于約350kg/mm2的截面硬度。
一種方法包括通過手術(shù)植入腔支撐裝置，所述裝置包含生物相容性 納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料，并且具有約1納米至約1000納米的平均粒度、至 少為約1%的破壞應(yīng)變以及大于或等于約350kg/mm2的截面硬度。
一種制造腔支撐裝置的方法包括將生物相容性納米顆粒陶瓷粉固 結(jié)成獨立支撐的整體生物相容性陶瓷納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料，所述材料具有 約1納米至約1000納米的平均粒度、至少為約1%的破壞應(yīng)變以及大于 或等于約350kg/mm2的截面硬度。
另一種制造所述腔支撐裝置的方法包括在該腔支撐裝置之結(jié)構(gòu)構(gòu) 件的至少一部分表面上布置生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的涂層，其具 有約1納米至約1000納米的平均粒度，至少約1%的破壞應(yīng)變，和大于 或等于約350kg/mm2的截面硬度。
通過下列附圖和詳細說明舉例說明上述特征及其他特征。


現(xiàn)在參考附圖，它們是示例性實施方案，并且其中對相似的元件相 似地進行編號
圖l用示意圖舉例說明醫(yī)療裝置的橫截面，所述醫(yī)療裝置具有致密、 獨立支撐的整體生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷構(gòu)件；
圖2用示意圖舉例說明醫(yī)療裝置的橫截面，所述醫(yī)療裝置具有多孔、 獨立支撐的整體生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷構(gòu)件；圖3用示意圖舉例說明醫(yī)療裝置的橫截面，所述醫(yī)療裝置中結(jié)構(gòu)構(gòu) 件的表面上布置有致密的生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層；
圖4用示意圖舉例說明醫(yī)療裝置的橫截面，所述醫(yī)療裝置中結(jié)構(gòu)構(gòu) 件的表面上布置有多孔的生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層；
圖5 (a)和(b)用示意圖舉例說明醫(yī)療裝置的橫截面，所述醫(yī)療 裝置具有組織粘附材料以及布置于所述醫(yī)療裝置之結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的生物 相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層；
圖6用示意圖舉例說明醫(yī)療裝置的橫截面，所述醫(yī)療裝置的組織粘 附材料或金屬層上布置有生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層；和
圖7用示意圖舉例說明醫(yī)療裝置的橫截面，在該醫(yī)療裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu) 件中的相對表面上布置有生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶乾涂層以及組織粘附 材料或金屬層。
發(fā)明詳述
本文描述了醫(yī)療裝置以及制造和使用所述裝置的方法。所述醫(yī)療裝 置是可通過手術(shù)植入的裝置，并且一般包含生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材 料。納米結(jié)構(gòu)材料與具有較大粒度的材料相比可具有更優(yōu)越的性質(zhì)，包 括改進的韌度、硬度、耐磨性和/或延展性。在一個有利的特征中，本 文公開的醫(yī)療裝置發(fā)生盡可能小的生物污損，或者不發(fā)生生物污損，因 此顯示出和現(xiàn)有的醫(yī)療裝置相比改善的生物相容性。
本文所使用的"生物相容性，，指材料在置于與身體接觸時不引起身 體對它的攻擊或排斥。本文所使用的"納米結(jié)構(gòu)" 一般指具有約l納米 (nm)至約1000 nm平均粒度的材料。在一個實施方案中，該生物相 容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的平均粒度小于或等于約500nm。在另一個實施 方案中，該生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的平均粒度小于或等于約 250nm。在又一個實施方案中，該生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶乾材料的平均 粒度小于或等于約100nm。在又一個實施方案中，該生物相容性納米結(jié) 構(gòu)陶瓷材料的平均粒度大于或等于約10nm。在又一個實施方案中，該 生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的平均粒度大于或等于約25nm。
現(xiàn)在參考圖1至圖4，其中顯示了示例性醫(yī)療裝置的橫截面， 一般 以附圖標記10來表示。 一般以附圖標記12表示的納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料可采取獨立支撐的整體構(gòu)件的形式，如圖1和2所示。或者，如圖3和4 所示，納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12可以是涂覆在醫(yī)療裝置10的結(jié)構(gòu)構(gòu)件14 表面上的片層。另外，納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12可以是非常致密的(即， 基于納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的理論密度，大于或等于約卯％密度)，如 圖l和3所示；或者，納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12可以是多孔的(基于納米 結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的總體積，大于或等于約10 %的孔隙率)，如圖2和4 所示。納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的具體形式和/或其密度/孔隙率可由所使用 的醫(yī)療裝置10的具體類型來決定，如在下文更詳細的論述。
用于醫(yī)療裝置10中使用的合適的陶瓷組合物包括但不局限于硬質(zhì) 相(hard phase)氧化物例如A1203、 Cr203、 Zr02、 Ti02、 Si02.Y203、 Ce02等等；金屬碳化物例如Cr3C2、 WC、 TiC、 ZrC、 B4C等等；金剛 石；金屬氮化物例如立方BN、 TiN、 ZrN、 HfN、 Si3N4、 A1N等等；金屬 硼化物例如TiB;j、 ZrB2、 LaB、 LaB6、 W2B2、 A1B2等等；以及包含上述 組合物中至少一種的組合。硬質(zhì)相的金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮 化物和金屬硼化物的耐用特征優(yōu)于仿生材料例如羥基及其他基于磷酸 鹽的材料。
在一個實施方案中，生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12是復(fù)合材料， 其包含至少51體積(vol) %的納米結(jié)構(gòu)陶瓷組合物(基于所述復(fù)合材 料的總體積)，以及包含相對軟和低熔點陶覺材料的納米結(jié)構(gòu)粘結(jié)相組 合物。該粘結(jié)相的濃度可以是例如約0重量(wt) %至約50重量％ (基 于該復(fù)合材料的總重量)。用于該復(fù)合材料合適的陶瓷粘結(jié)相組合物包 括但不局限于Si02、 Ce02、 Y203、 Ti02，以及包含上述陶資粘結(jié)相組 合物中至少一種的組合。
在另一個實施方案中，所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12是納 米結(jié)構(gòu)陶瓷組合物與納米結(jié)構(gòu)金屬組合物的復(fù)合材料，即"金屬陶瓷 (cermet )"。金屬組合物的濃度可以是例如約0重量(wt) %至約50 重量％ (基于該復(fù)合材料的總重量)。合適的金屬陶瓷包括但不局限于 WC/Co、 TiC/Ni、 TiC/Fe、 Ni(Cr)/Cr3C2、 WC/CoCr以及包含前述至少 一種的組合。金屬陶瓷還可包含晶粒生長抑制劑例如TiC、 VC、 TaC 和HfC，或其它添加劑例如Cr、 Ni、 B和BN。
在又一個實施方案中，生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12可以是包 含上述陶瓷、陶瓷復(fù)合材料或金屬陶瓷中至少一種的組合。對于其中生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12是涂層的實施方案而言， 基底(即結(jié)構(gòu)構(gòu)件14)可以由金屬、合金、聚合物、生物支架或包含前 述至少一種的組合所構(gòu)成。基底的厚度可以根據(jù)所述醫(yī)療裝置的應(yīng)用而 變化。例如，基底的厚度可以選擇成保證具有充分的柔性或延展性，以 促進該涂層的附著。相對腐蝕性的環(huán)境以及身體對甚至極低濃度的多種 金屬腐蝕產(chǎn)物的低容忍度，這二者的結(jié)合將許多金屬排除在外。在具有 所要求的機械強度和生物相容性的候選金屬中，不銹鋼合金(例如316 L型)、鉻-鈷-鉬合金、鈦合金(例如Ti6Al4V)、鋯合金、形狀記憶鎳-鈦合金、超彈性鎳鈦合金以及包含上述合金中至少 一種的組合已被證實 適于用作結(jié)構(gòu)構(gòu)件14。這些材料可以成形成醫(yī)療裝置所需的形式，這通 過例如澆鑄、切削(machining )、鍛造、擠出、拉拔(片和線)、深拉 以及快速或直接制造法例如SLS (stereo laser sintering,立體激光燒 結(jié))、FMD( fused metal deposition,熔融金屬沉積)、DMLS( direct metal laser sintering,直接金屬激光燒結(jié))。制造后加工可包括常規(guī)切削例如 銑削、車削(lathing)和磨削；以及非常規(guī)切削例如EDM線和sinker、 激光切割、化學(xué)切削、水噴射、激光、等離子、電弧和摩擦焊接；光化 學(xué)加工例如蝕刻；物理或化學(xué)氣相淀積；以及復(fù)合粘接方法。
用于形成結(jié)構(gòu)組件14的聚合物可以是可生物降解的、非生物降解 的，或其組合。另外，也可使用纖維和/或顆粒增強聚合物。合適的非 生物降解聚合物的非限制性實例包括聚異丁烯共聚物以及苯乙烯-異丁 烯-苯乙烯嵌段共聚物，例如苯乙烯-異丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物 (SIBS);聚乙烯吡咯烷酮包括交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮；聚乙烯醇；乙烯 單體的共聚物例如EVA;聚乙烯醚；聚乙烯芳烴；聚氧乙烯；聚酯例如 聚對苯二甲酸乙二醇酯；聚酰胺；聚丙烯酰胺；聚醚例如聚醚砜；聚烯 烴例如聚丙烯、聚乙烯、高度交聯(lián)聚乙烯以及高或超高分子量的聚乙烯； 聚氨酯；聚碳酸酯；硅酮；硅氧烷聚合物；纖維素聚合物例如醋酸纖維 素；以及包含上述聚合物中至少一種的組合。
合適的可生物降解聚合物的非限制性實例包括聚羧酸；聚酸酐例如 馬來酐聚合物；聚原酸酯；聚氨基酸；聚氧乙烯；聚磷腈；聚乳酸、聚 乙醇酸以及其共聚物和混合物例如聚(L-乳酸)(PLLA)、聚(D，L，-丙交 酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)以及50/50重量比(DL-丙交酯-共-乙交酯)； 聚環(huán)己酮；聚延胡索酸酯丙酯；聚縮酚酸肽(polydepsipeptide);聚己 內(nèi)酯及其共聚物和混合物例如聚(D,L-丙交酯-共-己內(nèi)酯)以及聚己內(nèi)酯丙烯酸丁酯共聚物；聚羥基丁酸戊酸酯及其混合物；聚碳酸酯例如酪 氨酸來源的聚碳酸酯和芳基化物、聚亞氨碳酸酯和聚三曱基碳酸二甲 酯；氰基丙烯酸酯；磷酸鈣；聚糖胺聚糖；大分子例如多糖(包括透明
質(zhì)酸、纖維素和羥丙基甲基纖維素；明膠；淀粉;葡聚糖和藻酸鹽及其
衍生物)、蛋白質(zhì)和多肽；以及任何前述成分的混合物和共聚物。可生 物降解聚合物還可以是可表面蝕刻的聚合物例如聚羥基丁酸及其共聚
物、聚己內(nèi)酯、聚酐(晶體和無定形的)以及馬來酸酐。
如果醫(yī)療裝置10的結(jié)構(gòu)構(gòu)件14超過一個表面包含生物相容性納米 結(jié)構(gòu)陶瓷材料12涂層，那么每一個結(jié)構(gòu)構(gòu)件14不一定都由相同類型材 料構(gòu)成。醫(yī)療裝置10也不一定僅具有一個布置在結(jié)構(gòu)構(gòu)件14上的生物 相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12涂層。例如， 一個涂層可以布置在結(jié)構(gòu)元 件14中與組織或機體接觸的部分上，而另一涂層可以布置在結(jié)構(gòu)元件 14的非接觸部分上。
對于醫(yī)療裝置IO，例如橫截面示于圖l和2中的那些醫(yī)療裝置，可 以通過將納米顆粒陶瓷粉固結(jié)成獨立支撐的整體部件來形成整體納米 結(jié)構(gòu)陶瓷材料12。任選地，其它陶瓷和/或金屬粉末可以與該第一陶瓷 粉末一起固結(jié)以形成整體復(fù)合部件。固結(jié)可通過在壓力下或無壓力下燒 結(jié)該粉末來實現(xiàn)。具體的燒結(jié)工藝包括但不局限于熱壓、熱等靜壓壓制 (hot isostatic pressing, "hiping")、高溫?zé)o壓燒結(jié)等等?；蛘?，所述納 米顆粒粉末可以擠出或者注塑成期望的形狀。可以調(diào)節(jié)固結(jié)參數(shù)以獲得 期望水平的密度或孔隙率。
在一個實施方案中，所述獨立支撐的整體部件可以通過將納米結(jié)構(gòu) 陶瓷材料12涂層沉積在基底上接著沉積后從涂層中除去基底來形成。 用這樣的方式，所述獨立支撐的整體部件可以釆取基底的特定輪廓，而 不需要單獨的成形工藝。涂層的沉積可以通過例如旋涂、澆鑄、熱噴 涂等等來進行。整體陶瓷材料12的厚度可以根據(jù)醫(yī)療裝置10的預(yù)定用 途而變化。例如，厚度可以大于大約1毫米(mm)。合適基底的例子包 括但不局限于金屬、聚合物(例如可生物降解的聚合物)和包含以上至 少 一種的復(fù)合材料。所述基底從涂層的除去可以通過例如使用適當(dāng)?shù)幕?學(xué)品溶解所述基底、物理剝離等等來進行。
對醫(yī)療裝置10例如橫截面在圖3和4中顯示的那些來說，生物相 容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12可以通過任何已知的沉積方法涂敷在結(jié)構(gòu)構(gòu)件14的表面上。合適的沉積方法的例子包括但不局限于熱噴涂、化學(xué) 氣相沉積、物理氣相沉積、濺射法、離子電鍍法、陰極電弧沉積、原子 層外延、分子束外延、粉末燒結(jié)、電泳、電鍍、注塑等等。熱噴涂技術(shù) 涉及沉積熔化或半熔化狀態(tài)的材料，以在基底上形成涂層。熱噴涂可以 使用粉末樣原料或溶液前體來進行。熱噴涂技術(shù)的實例包括等離子噴 涂、dc-電弧噴涂、高速氧燃料(HVOF)噴涂、激光熱噴涂和電子束噴 霧。對陶瓷和陶瓷復(fù)合涂層來說，等離子熱噴涂是更有利的，而HVOF 對于含有金屬陶瓷的涂層沉積來說是更有利的。
在HVOF噴涂工藝中，期望使用納米大小的顆粒作為用于重建噴霧 干燥工藝原料的起始材料。此基底可任選地通過脫脂和噴砂粗化來制 備。本文使用的術(shù)語"基底"指醫(yī)療裝置10中將涂覆生物相容性納米 結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的結(jié)構(gòu)構(gòu)件14，或者這樣的成形物品先在其上沉積 涂層，隨后將其除去，以形成生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的獨立 支撐的整體部件。通過燃料(例如丙烯)與氧氣混合物的燃燒產(chǎn)生高速 火焰?？赏ㄟ^使用不同的燃料、不同的燃料/氧比例和/或不同的總?cè)剂? 氧流速來調(diào)整焓和溫度?？筛鶕?jù)燃料與氧的比例調(diào)整火焰的性質(zhì)。因此， 可產(chǎn)生富氧、中等或者富燃料的火焰。以受控的補料速率將原料補充到 火焰中(通過例如同軸的粉末口注入)，熔化并且沖擊到靶標基底上以 形成沉積物/膜?？赏ㄟ^涂層通道(coating pass)的數(shù)目來控制涂層厚 度。所得涂層任選地通過退火步驟進行熱處理。
在等離子噴涂工藝中，可使用納米大小的顆粒作為用于重建等離子 噴涂干燥工藝原料的起始材料。類似地，此基底可任選地通過脫脂和噴 砂粗化來制備。等離子電弧是使氣體離子化的熱源，其熔化涂覆材料并 且將它推送到工件上。合適的氣體包括氬、氮、氫等等?？梢愿淖兊牡?離子設(shè)置包括電流、電壓、工作氣體及其流速。其它工藝參數(shù)包括耙距、 粉末給料速率和槍運動。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本公開內(nèi)容無需過度 的實驗即可對每一參數(shù)確定最優(yōu)條件。可根據(jù)涂層通道數(shù)目來控制涂層 厚度。所得涂層任選地通過退火步驟進行熱處理。
可通過形成包含個體納米顆粒(例如1至1000納米(nm)大小) 和絕緣材料的微米大小(例如1至1000微米(nm))團聚物而將粉末 原料制備成用于熱噴涂技術(shù)，包括HVOF和等離子噴涂。由于其尺寸 很小且質(zhì)量低，個體納米顆粒可能難以直接用熱方法噴涂。團聚納米顆 粒以形成微米大小的顆粒使得可以形成合適的原料。原料的形成可包括將納米顆粒分散(例如通過超聲)到液體介質(zhì)里；加入粘合劑以形成溶 液；將此溶液噴霧干燥以成團聚顆粒；以及將團聚顆粒加熱以除去有機 粘合劑并且促進粉末致密化。任選地，需要形成復(fù)合原料的材料也可以 與納米顆粒一起分散在液體介質(zhì)中。
在基于有機物的液體介質(zhì)中，所述粘合劑可包含溶于適當(dāng)有機溶劑 的約5%至約15%重量、優(yōu)選約10%重量的石蠟。合適的有機溶劑包括 例如己烷、戊烷、甲苯等，以及包含上述溶劑中一種或多種的組合。在 水性液體介質(zhì)中，粘合劑可包含聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)、羧曱基纖維素(CMC)、另一種水溶性聚合物或者包含上述聚 合物中一種或多種的組合在去離子水中形成的乳濁液。所述粘合劑可以 水溶液總重的約0.5%至約5%的量存在，優(yōu)選水溶液總重的約1%至約 10%。在一個實施方案中，所述粘合劑是CMC。
或者，可將前體溶液制備成用于等離子噴涂工藝?？蓪⑺鋈芤呵?體注入到等離子噴槍中，以沉積高達幾百微米甚至幾毫米厚的厚膜。
在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利6,447,848中更詳細地描述了前體等離子噴 涂工藝，其中這一描述通過參考并入本文。此工藝可包括以下步驟(1) 制備前體溶液；(2)使用溶液遞送系統(tǒng)遞送所述前體溶液；和(3)通 過熱解反應(yīng)將所述前體溶液轉(zhuǎn)變成固體材料。所述溶液遞送系統(tǒng)用于驅(qū) 動所述溶液從儲器到液體噴嘴處，其產(chǎn)生大小和速度足以使它們穿入火 焰核心的小滴。液流速率和注射是可控的。溶液的遞送通常包括將所述 溶液噴入腔中、噴到靶標基底上，或者噴入對準所述基底的火焰中。所 述基底可以任選地被加熱。所得的膜可以任選地用退火程序進行熱處 理。
所述前體溶液可以由至少一種溶于溶劑或組合溶劑的前體鹽組成。 示例性鹽包括但不局限于羧酸鹽、醋酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽、醇鹽、丁 醇鹽等等，以及包含上述鹽中一種或多種的組合。所述鹽可以與以下金 屬組合堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、稀土金屬等以及包括上述金屬 中一種或多種的組合。前體還可以是無機硅烷的形式，例如四乙氧基硅 烷(TEOS)、四甲氧基硅烷(TMOS)等，以及包含上述硅烷中一種或 多種的組合?？梢匀芙馑鳆}的示例性溶劑包括但不局限于水、乙醇、 丙酮、甲基乙基酮，以及包含一種或多種上述溶劑的組合。根據(jù)最終化 合物的化學(xué)計量要求稱量試劑，然后加入液體介質(zhì)中并混合?？梢约訜岵嚢枨绑w溶液，以溶解固體成分并使溶液均勻。
等離子噴涂可以以適于產(chǎn)生生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12涂層 的特定微觀結(jié)構(gòu)的方式進行。在一個實施方案中，所述微觀結(jié)構(gòu)是高度 致密的生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12，如圖l和3所示， 一般具有大 于或等于理論密度的約70%的密度。理論密度指X射線密度或根據(jù)給 定材料中每種分子的重量和體積計算的密度。特別地，所述生物相容性
納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的密度大于或等于理論密度的約95%。更特別地， 所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的密度大于或等于理論密度的約 98%。甚至更特別地，所述生物相容涂層的密度大于或等于理論密度的 約99%。
用于產(chǎn)生致密微觀結(jié)構(gòu)的溶液等離子噴涂方法可包括將前體溶液 小滴注入熱噴涂火焰里，其中第 一部分前體溶液小滴注入到火焰的高溫 帶里，第二部分前體溶液小滴注入到火焰的低溫帶里；所所述第一部分 小滴破碎，以形成尺寸變小的小滴，在高溫帶中將所述尺寸變小的小滴 高溫分解以形成高溫分解的顆粒；在高溫帶至少部分熔化所述高溫分解 的顆粒；將所述至少部分熔化的高溫分解顆粒沉積在基底上；使第二部 分前體溶液小滴中的至少一部分破碎，以形成更小的小滴并從所述更小 的小滴形成非液體材料；并將所述非液體材料沉積在所述基底上。所述 基底可以任選地預(yù)熱和/或在沉積期間維持在期望的溫度。如本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員容易理解的，術(shù)語"第一部分，，和"第二部分"不涉及先后 次序，而僅僅用于區(qū)分所述兩個部分。
在另一個實施方案中，所述微觀結(jié)構(gòu)是多孔的生物相容性納米結(jié)構(gòu) 陶瓷材料12，如圖2和4所示，其具有大于或等于所述生物相容性納米 結(jié)構(gòu)陶瓷材料12體積的約10%的孔隙率。特別地，所述生物相容性納 米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的孔隙率大于或等于生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料 12體積的約15%。更特別地說，所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶資材料12 的孔隙率大于或等于生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12體積的約20%。 可以通過以下方法控制孔隙率調(diào)整工藝參數(shù)(例如生坯形成和燒結(jié)溫 度)，或者將非永久材料加入涂覆工藝中然后后除去所述非永久材料。
在所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶資材料12內(nèi)部，存在的孔隙一般具 有小于或等于約l微米的平均最長尺寸。在一個實施方案中，所述生物 相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12內(nèi)孔隙的所述平均最長尺寸小于或等于約500納米。在另一個實施方案中，所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12 內(nèi)所述孔隙的平均最長尺寸小于或等于約100納米。在又一個實施方案 中，所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12內(nèi)所述孔隙的平均最長尺寸 小于或等于約IO納米。
在將所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12涂覆在特定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件 14上之前，可以任選地氧化所述14結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面層。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件14 是金屬時，此氧化層可作為防腐蝕層來防止所述金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件14發(fā)生 腐蝕和將金屬離子釋放到血流里。氧化可包括預(yù)熱、電解陽極化、硝酸 浴鈍化等等。
此外，在將所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12涂覆在所述基底 (即，結(jié)構(gòu)構(gòu)件14或可除去的成型物品)上之后，以及在表征和/或使 用醫(yī)療裝置10之前，可任選地對涂層進行進一步加工，例如摩擦、研 磨和/或拋光以調(diào)整摩擦系數(shù)和/或表面粗糙度、等離子處理、滅菌等等。 也可如下文更詳細描述地，添加額外的層，以向該涂層提供另外的功能 或期望的特征。然而，在一個具體的實施方案中，所述帶有涂層的結(jié)構(gòu) 構(gòu)件14被直接使用，也就是說，不進行研磨或另外的加工。在另一個 具體的實施方案中，依照要求摩擦或拋光沉積涂層，但不進行另外的加 工，例如不水化以增強涂層與基底之間的粘合、不接受另外的涂覆、不 進行固結(jié)等等。在這樣的實施方案中，免去另外的加工步驟導(dǎo)致更經(jīng)濟 地制造所述醫(yī)療裝置10。
有利地，本文中描述的沉積工藝可在結(jié)構(gòu)構(gòu)件14上形成更厚和更 均勻的涂層，其為生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的形式。此涂層也 更好的粘附于結(jié)構(gòu)構(gòu)件14,并且可使得在醫(yī)療裝置在遞送至應(yīng)用部位時 的摩擦最小化。因此，生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的厚度一般大 于或等于約500納米。在一個實施方案中，所述生物相容性納米結(jié)構(gòu) 陶瓷材料12的平均厚度大于或等于約1微米。在另一個實施方案中， 所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的平均厚度大于或等于約10微 米。在又一個實施方案中，所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的厚 度小于或等于約1亳米(mm)。不限于理論地，推測較厚的生物相容性 納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12 (特別地大于或等于約20微米，并且甚至更特別 地大于或等于約50微米)有利地提供了提更高的硬度、更高的抗疲勞 性、提高的延展性和/或在醫(yī)療裝置10與身體相互作用期間更少的顆粒 脫落(即顆粒碎片)。這可導(dǎo)致植入物的使用壽命顯著延長。例如，平均厚度大于或等于約20微米的涂層預(yù)計比平均厚度大于或等于約10微 米的涂層維持得更久。平均厚度大于或等于約50微米的涂層又預(yù)計比 平均厚度大于或等于約20微米的涂層維持得更久。因此，在臨床情況 中，取決于醫(yī)療裝置10的用途，醫(yī)師可能更喜歡使用涂層厚度大于或 等于約50微米的醫(yī)療裝置，而不是涂層厚度大于或等于約20微米的醫(yī) 療裝置。
應(yīng)了解，如果期望醫(yī)療裝置10的總厚度盡可能小，那么可通過使 進行補償。
所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶資材料12可具有大于或等于約350千 克/平方毫米(kg/mm2)的截面硬度(即維氏硬度)。在一個實施方案 中，所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的硬度大于或等于約500 kg/mm2。在另一個實施方案中，所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12 的硬度大于或等于約750kg/mm2。 在又一個實施方案中，所述生物相 容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的硬度大于或等于約1000 kg/mm2。 有可能 所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶資材料12的硬度高達約8000 kg/mm2。
所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12可具有大于或等于約1%的破 壞應(yīng)變(即延展性)。在一個實施方案中，所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶 瓷材料12的破壞應(yīng)變大于或等于約3%。在另一個實施方案中，所述生 物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的破壞應(yīng)變大于或等于約5%。在又一個 實施方案中，所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的破壞應(yīng)變大于或 等于約7%。有可能所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的破壞應(yīng)變高 達約15%。
在某些實施方案中，醫(yī)療裝置10可任選地包括"生物活性劑"(未 顯示)例如"藥物"、"治療劑"、"藥學(xué)活性物質(zhì)"和"生物制劑"。本 領(lǐng)域的這些術(shù)語及其他相關(guān)的術(shù)語在本文中可互換使用，泛指可在患者 體內(nèi)植入位置局部施用以提供生物學(xué)效應(yīng)的組合物。所述生物學(xué)效應(yīng)可 以是例如對疾病或異常狀況的治療、抑制未來疾病或異常狀況的預(yù)防措 施、減少機體對醫(yī)療裝置IO存在的反應(yīng)、減少在植入操作期間醫(yī)療裝 置10所引起的外傷等等。
在多種實施方案中，該生物活性劑可以直接布置在所述生物相容性 納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12上、在其孔隙內(nèi)和/或其下方。在其它一些實施方案中，該生物活性劑可以分散在陶瓷材料中，這通過該陶瓷材料與該生 物活性劑的共沉積或者通過在沉積前將兩者混合來實現(xiàn)。如果所述生物
活性劑被布置在所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12下方，那么它可 穿過和/或繞過陶瓷材料12，以實現(xiàn)其治療效果。生物活性劑濃度可根 據(jù)所述醫(yī)療裝置10的預(yù)定用途而變化。
在另一個實施方案中，該生物活性劑可摻入布置在醫(yī)療裝置10上 的任選的聚合物涂層(未顯示)中，或者應(yīng)用到該任選的聚合物涂層上。 該聚合物涂層的聚合物可以是可生物降解的或者非生物降解的。這些聚 合物可以包括如上所述的那些聚合物，以及聚合物分散系例如聚氨酯分 散系、角鯊烯乳劑或者任何上述聚合物的共聚物或混合物。
在生物活性劑沉積在醫(yī)療裝置10上的一個實施方案中，它可單獨 或與溶劑組合(其中所述治療劑是至少部分可溶、可分散或乳化的)和 /或與聚合物材料(如溶液、分散系、懸液、晶格等等)組合而作為涂 層應(yīng)用。所述溶劑可以是含水的或無水的。在沉積到醫(yī)療裝置10上之 后，可以在有或沒有外部加熱的條件下使包含生物學(xué)活性物質(zhì)和溶劑的 涂層干燥或固化，以除去溶劑。
所迷生物活性劑可以是任何藥物活性物質(zhì)，例如非遺傳治療劑、生 物分子、小分子、細胞、預(yù)防劑(例如疫苗)等等。所述生物活性劑可 布置成提供向血流中控制釋放，包括長期或持續(xù)釋放。
舉例性非遺傳治療劑包括但不限于抗凝血劑，例如肝素、肝素衍生 物、前列腺素(包括膠束前列腺素El )、尿激酶和PPack (右旋苯丙氨 酸脯氨酸精氨酸氯甲基酮)；抗增殖劑例如依諾肝素、血管肽素、西羅 莫司(雷帕霉素)、他克莫司、依維莫司、能夠阻斷平滑肌細胞增殖的 單克隆抗體、水蛭素和乙酰水楊酸；抗炎劑例如地塞米松、羅格列酮、 潑尼松龍、皮質(zhì)酮、布地奈德、雌激素、雌二醇、柳氮磺吡啶、乙酰水 楊酸、霉盼酸和美沙拉溱；抗腫瘤/抗增殖/抗有絲分裂劑例如紫杉醇、 epothilone、克拉屈濱、5-氟尿嘧啶、甲氨蝶呤、多柔比星、柔紅霉素、 環(huán)孢菌素、順鉑、長春堿、長春新堿、epothilones、內(nèi)皮抑素、曲匹地 爾、鹵夫酮和制管張素；抗癌劑例如c-myc癌基因的反義抑制劑；抗微 生物劑例如三氯生、頭孢菌素、氨基糖苷、呋喃妥因，銀的離子、化合 物或鹽；生物膜合成抑制劑，例如非固醇類抗炎劑和螯合劑，例如乙二 胺四乙酸、0，0，-雙(2-氨基乙基醚)-乙二醇-N，N，N，，N，-四乙酸及其混合物；抗生素，例如慶大霉素、利福平、米諾環(huán)素和環(huán)丙沙星；抗體，包 括嵌合抗體和抗體片段；麻醉劑例如利多卡因、丁哌卡因和羅哌卡因； 一氧化氮； 一氧化氮(NO)供體例如lisidomine、嗎多明、L-精氨酸、 NO-糖加合物和多聚或寡聚NO加合物；抗凝血劑例如D-Phe-Pro-Arg 氯曱基酮、含RGD肽化合物、肝素、抗凝血酶化合物、血小板受體拮 抗劑、抗凝血酶抗體、抗血小板受體抗體、依諾肝素、水蛭素、華法令 鈉、雙香豆素、阿司匹林、前列腺素抑制劑、血小板凝聚抑制劑例如西 洛他唑和蜱抗血小板因子；血管細胞生長促進劑例如生長因子、轉(zhuǎn)錄活 化劑和翻譯促進劑；血管細胞生長抑制劑例如生長因子抑制劑、生長因 子受體拮抗劑、轉(zhuǎn)錄抑制劑、翻譯抑制劑、復(fù)制抑制劑、抑制性抗體、 定向抗生長因子的抗體、包含生長因子和細胞毒劑的雙功能分子、包含 抗體和細胞毒劑的雙功能分子；降膽固醇劑；血管擴張劑；干擾內(nèi)源血 管活性機制的藥劑；熱休克蛋白抑制劑例如格爾德霉素；以及任何包含 以上至少一種的組合。
示例性生物分子包括但不限于肽、多肽和蛋白質(zhì)；寡核苷酸；核酸 例如雙鏈或單鏈DNA (包括棵DNA和cDNA)、 RNA、反義核酸例如 反義DNA和RNA、小干擾RNA(siRNA)和核酶；基因；碳水化合物； 血管發(fā)生因子包括生長因子；細胞周期抑制劑；以及抗術(shù)后再狹窄劑。 可將核酸摻入遞送系統(tǒng)中，例如載體(包括病毒栽體)、質(zhì)?；蛑|(zhì)體 中。
蛋白質(zhì)的非限制性實例包括但不限于單核細胞趨化蛋白(MCP-1) 和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)，例如BMP-2、 BMP-3、 BMP-4、 BMP-5、 BMP-6(Vgr攀l)、 BMP-7(OP畫l)、 BMP國8、 BMP-9、 BMP-IO、 BMP國ll、 BMP國12、 BMP畫13、 BMP誦14、 BMP-15。優(yōu)選的BMP是BMP畫2、 BMP-3、 BMP-4、 BMP-5、 BMP-6、和BMP-7中的任何蛋白。這些BMP可單 獨或與其它分子一起以同二聚體、異二聚體或其組合的形式提供。作為 替代或補充，可提供能夠誘導(dǎo)BMP上游或下游效應(yīng)的分子。這些分子 包括任何Hedghog蛋白或編碼它們的DNA?；虻姆窍拗菩詫嵗?保護免受細胞死亡的存活基因，例如抗凋亡Bcl-2家族因子和Akt激酶 及其組合。血管發(fā)生因子的非限制性實例包括酸性或堿性成纖維細胞生 長因子、血管內(nèi)皮生長因子、表皮生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子a和p、血 小板來源的內(nèi)皮生長因子、血小板來源的生長因子、腫瘤壞死因子oi、 肝細胞生長因子和胰島素樣生長因子。細胞周期抑制劑的非限制實例為組織蛋白酶D ( cathespin D， CD )抑制劑?？乖侏M窄劑的非限制實例包 括pl5、 p16、 p18、 p19、 p21、 p27、 p53、 p57、 Rb、 nFkB和E2F謙 辨、胸苷激酶(TK)及其組合，以及可用于干擾細胞增殖的其它藥劑。
示例性小分子包括但不限于激素、核苷酸、氨基酸、糖和脂類以及 分子量小于100千道爾頓(kD)的化合物。
示例性細胞包括但不限于干細胞、祖細胞、內(nèi)皮細胞、成體心肌細 胞和平滑肌細胞。細胞可以是人來源的(自體的或同種異體的)或來自 動物來源(異種的)，或者經(jīng)遺傳改造的。
前述任何生物活性劑均可組合，其程度為使得這樣的組合物是生物 相容性的。
對于一些應(yīng)用，期望可以抑制生物污損的醫(yī)療裝置表面，而同時又 期望相鄰的表面提供粘附功能。因此，可對醫(yī)療裝置基底的不同表面進 行選擇性涂覆，以達到所期望的效果。圖5 (a)舉例說明了醫(yī)療裝置 IO的另一個實施方案，其中在結(jié)構(gòu)構(gòu)件14上形成了不同涂層。如所示 的，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件14中貼近器官的一側(cè)，可將粘附材料15應(yīng)用到特定區(qū) 域，例如結(jié)構(gòu)構(gòu)件14的邊緣，以促進與組織的粘附。在藥物遞送優(yōu)選 不被生物污損所阻礙的區(qū)域，結(jié)構(gòu)構(gòu)件14可涂覆納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12。 可將生物活性劑16 (例如藥物)布置在含有開口的結(jié)構(gòu)構(gòu)件14下方， 所述藥劑16可穿過所述開口?？赏ㄟ^使生物活性劑16進入納米結(jié)構(gòu)陶 瓷材料12的孔并穿出而進行釋放。此實施方案的一個應(yīng)用是用于藥物 遞送的器官透組織貼劑。
合適的粘附材料15包括但不限于粘附性金屬、合金、聚合物、生 物支架和包含上述至少一項的組合?？墒褂檬惺凵锵嗳菡澈蟿┖湍z粘 劑?？墒┘诱掣讲牧?5到結(jié)構(gòu)構(gòu)件14上，進行或不進行增強組織粘附 的加工后處理均可。這些加工后處理的實例包括但不限于等離子蝕刻、 鈍化或其它酸性蝕刻、凹坑、噴砂和其它模制的形變手段。還可用增強 粘附的涂層或有機或生物化學(xué)溶液處理所述粘附材料15。
圖5 (b)舉例說明了類似于圖5(a)所示的實施方案，其利用離 子電滲進行藥物遞送。在此實施方案中，粘附材料15被陰極18所取代， 在生物活性劑16之下形成陽極19?？墒褂貌煌慕饘僮鳛殡姌O，即陰 極18和陽極19,以形成用于藥物遞送的無源電路。位于結(jié)構(gòu)構(gòu)件14 下方的儲庫中的生物活性劑16可溶于水溶液中，以允許其電離成帶正電的陽離子和帶負電的陰離子。當(dāng)直流電通過此溶液時，陽離子朝負極
19移動并穿過所述納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的孔到達機體組織。在另一個 實施方案中，陰極18和陽極19可逆轉(zhuǎn)，以使得所述生物活性劑16的 陰離子能夠遷移至陶瓷材料12。涉及離予電滲的其它公開內(nèi)容可見于 Tiwary等"Innovataions in Transdermal Drug Delivery; Formulations and Techniques." Recent Patents on Drug Delivery & Formulation 2007: 1,23-26，其中有關(guān)離子電滲的討論通過引用并入本文。
圖6舉例說明了醫(yī)療裝置10的另一個實施方案，其中生物相容性 納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12被布置在粘附材料15之上。所述陶瓷材料12中 可浸漬有生物活性劑16,其可從陶瓷材料12滲出到鄰近組織，或者， 金屬層20可作為粘附材料15的替代或補充。純(未氧化的)貴金屬具 有能增強納米復(fù)合材料陶瓷之功能的特殊特性。這些金屬可在陶瓷材料 12附近形成抗菌或抗病毒屏障，或提供一些其他金屬生物學(xué)功能 (metalobiologic function),貴金屬的實例包括但不限于金、銀、鈿、 鈀、銠和包含上述金屬中至少一種的組合。 一些金屬可用于局部、皮膚 或外科手術(shù)應(yīng)用，以及用于長期植入用途。這些金屬的實例包括但不限 于銅、鋅、鎳、鈷、鉻、釩、鋯、鉬、錫、硅、鋁、鐵、其它金屬以及 包含上述金屬中至少一種的組合。這些金屬的有效性隨著其純度的提高
而提向。
圖7舉例說明了另一個醫(yī)療裝置10的實施方案，其中類似上文所 述的生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12以及粘附材料15或金屬層20布 置于結(jié)構(gòu)構(gòu)件14的對側(cè)。所述陶瓷材料12可浸漬有生物活性劑16，其 可從所迷陶瓷材料12中滲出到鄰近組織。
在前述實施方案中，醫(yī)療裝置10可根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知 的一般性目的來使用。具體的，所述醫(yī)療裝置10包括任何可用于至少 部分穿透患者身體的裝置。醫(yī)療裝置10的非限制性實例包括腔支撐裝 置(例如支架)、導(dǎo)管、導(dǎo)向線、氣球、濾器(例如腔靜脈濾器)、皮下 輸注裝置、生物傳感器、支架移植物、血管移植物、病移植物、腔內(nèi)鋪 裝系統(tǒng)、軟組織和硬組織植入物例如整形板和棒、關(guān)節(jié)植入物、牙和頜 植入物、髓內(nèi)植入物、生物支架、金屬合金結(jié)扎物、血管通路出入口、 人工心臟外殼、心瓣膜支撐物和支架(用于支撐生物心臟瓣膜)、動脈 瘤栓塞線圏和其它線圉裝置、激光心肌血管重建(trans myocardial revascularization, TMR)裝置、經(jīng)皮激光心肌血管重建(percutaneousmyocardial revascularization, PMR)裝置、皮下針、軟纟且織鉗、釘、 螺釘、保持或緊固裝置、其它類型的醫(yī)用針和閉合裝置、器官或組織移 植界面，以及與藥物遞送一起使用的裝置。這些醫(yī)療裝置IO可植入或 者以其他方式用于體腔和器官內(nèi)，例如冠狀動脈系統(tǒng)、食道、氣管、結(jié) 腸、膽管、尿道、前列腺、腦、肺、肝、心、骨骼肌、腎、膀胱、腸、 胃、胰、卵巢、軟骨、眼、骨等等。這些醫(yī)療裝置10的任何接觸面均 可包含本文公開的生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12。
在舉例性實施方案中，所述醫(yī)療裝置10是腔支撐裝置，例如支架。 如上所述，所述腔支撐裝置的生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶資材料12可具有 約1 nm至約1000 nm的平均粒度、至少約1%的破壞應(yīng)變和大于或等 于約350kg/平方毫米的截面硬度。如果所述腔支撐裝置不需要機械形變 或延展，那么所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12可以是獨立支撐的 整體部件，如圖1和2所示。根據(jù)在植入后所述腔支撐裝置可形變(例 如通過使用氣球?qū)Ч馨l(fā)生形變)的程度，所述腔支撐裝置可包含結(jié)構(gòu)構(gòu) 件14，例如圖3和4所示的那些，其上布置了生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶資 材料12。所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件14可具有由可形變或有彈性的延展性材料制成 的固體或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。用于構(gòu)建所述腔支撐裝置之結(jié)構(gòu)構(gòu)件14的示例性 材料包括但不限于不銹鋼、形狀記憶鎳鈥合金、非鐵金屬以及可生物吸 收或可生物降解的聚合物。
應(yīng)理解，不同的生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12可用在所述腔支 撐裝置結(jié)構(gòu)構(gòu)件14的不同部分。例如，所述腔支撐裝置的內(nèi)部(結(jié)構(gòu) 構(gòu)件14中的非腔表面)涂層可不同于外部(腔)生物相容性納米結(jié)構(gòu) 陶瓷材料12涂層。
所述腔支撐裝置可植入多種腔內(nèi)，包括但不限于血管、腦、尿道、 膽、氣管、臂、胃腸道和食道的腔。
如果期望所述腔支撐裝置也具有藥物遞送裝置的功能(例如用于治 療疾病例如腎結(jié)石、血管狹窄、冠狀動脈疾病、股動脈閉塞、髂動脈閉 塞、外周動脈疾病、頸動脈狹窄等等)或者輔助用于器官再生的組織工 程，那么所述腔支撐裝置還可包括任選的生物活性劑，其可以與或不與 作為載體的聚合物材料相組合。
在另一個示例性實施方案中，所述醫(yī)療裝置10是例如釘或鉗的緊 固裝置。因為緊固裝置可發(fā)生顯著形變，所以它一般包含由可形變的或有彈性的可延展材料制成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件14，其上布置了所述生物相容性納 米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12。用于構(gòu)建所述腔支撐裝置結(jié)構(gòu)構(gòu)件14的示例性材 料包括但不限于不銹鋼、形狀記憶鎳鈥合金、非鐵金屬以及可生物吸收 或可生物降解的聚合物。另外，由于所述緊固裝置可發(fā)生顯著形變，所 以所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12的涂層可具有提高的破壞應(yīng)變。 如果期望所述緊固裝置幫助預(yù)防手術(shù)縫合的感染，那么它還可包含任選 的生物活性劑，其可以與或不與作為載體的聚合物材料相組合。
在又一個舉例性實施方案中，所述醫(yī)療裝置IO是疝或血管移植物。 類似于腔支撐裝置，所述移植物的生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料12可 以是獨立支撐的整體部件，或者是結(jié)構(gòu)構(gòu)件14上的涂層(例如編織網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu))。用于構(gòu)建移植物用結(jié)構(gòu)構(gòu)件14的示例性材料包括所謂的"移 植級"非生物降解聚合物、可生物降解聚合物和生物支架材料。所述移 植物還可包括任選的生物活性劑，用于治療或預(yù)防移植物閉塞、移植物 感染、吻合動脈瘤(血管移植物)、遠端栓塞(血管移植物)、下窩膿腫 (疝移植物)等等。
通過下述非限制性實施例進一步舉例說明本公開內(nèi)容。
實施例l:通過空氣等離子噴涂形成致密復(fù)合氧化物層
使用具有以下組成的噴霧干燥球狀粉末復(fù)合材料作為原料13重 量(wt) % Ti02、 13 wt % Y203、 10 wt % Zr02、 6 wt % Ce02，其余均 為A1203 (可購自Inframat Corp.商品名NANOX S2613)。使用Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)(本文提及的所有Metco產(chǎn)品由Sulzer Metco Ltd以 商品供應(yīng))將所述原料等離子熱噴涂至在熱噴涂之前已經(jīng)用氧化鋁顆粒 噴砂處理過的金屬基底上。使用氬氣和氫氣結(jié)合GH型噴嘴(Metco) 產(chǎn)生熱的高速等離子火焰。粉末補料速率為約1.5至約2.0磅/小時 (lb/hr),其對應(yīng)于約50至約120微米(ftm) /通道的沉積率。將所述 基底預(yù)熱至約120攝氏度(。C),并在噴涂過程中保持此溫度，選擇小 噴距和低噴槍橫向速度。用于致密復(fù)合氧化物層的代表性等離子噴涂參 數(shù)如下
等離子氣體
主氣體氬氣(100磅/平方英寸(PSI), 80標準立方英尺/小時(SCFH))
次氣體H2(50PSI) 等離子功率45.5千瓦(KW)(650安(A)/70伏(V)) 噴距3.5英寸 噴槍速度
橫向速度500至600毫米/秒(mm/s)
垂直速度6 mm/s 粉末補料速率1.5 - 2.0 lb/hr 基底溫度
預(yù)熱100-120 °C
噴涂過程中120- 150 eC
所述復(fù)合氧化物的多種等離子噴涂涂層具有大于理論密度的約 98%的密度以及大于或等于約50 pm的厚度。使用掃描電子顯微鏡觀察 到所述涂層和所述基底之間良好結(jié)合的界面。
實施例2:通過空氣等離子噴涂形成致密A1203層
將有角、融化的粉碎A1203粉末(Metco 105SFP)用作原料。使用 Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等離子熱噴涂至在熱噴涂之前已經(jīng) 使用氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基底上。使用氬氣和氫氣結(jié)合GP型 噴嘴(Metco)來產(chǎn)生熱的高速等離子火焰。粉末補料速率在約2.0至 約2.5磅/小時(lb/hr)，其對應(yīng)于約50至約120微米(pm ) /通道的沉 積率。將基底預(yù)熱至約120攝氏度(°C)并在噴涂過程中保持，選擇小
噴距和低噴槍橫向速度。用于致密Al203層的代表性等離子噴涂參數(shù)如
下
等離子氣體
主氣體氬氣(100PSI， 100SCFH)
次氣體H2(50PSI) 等離子功率42 KW (600A/70V)噴距3.5英寸 噴槍速度
橫向速度1000 mm/s
垂直速度8 mm/s 粉末補料速率2.0 - 2.5 lb/hr 基底溫度
預(yù)熱100-120 DC
噴涂過程中120 — 150 °C
多種等離子噴涂的A1203涂層具有大于約98%理論密度的密度以及 大于或等于約30 nm的厚度。使用掃描電子顯微鏡觀察到所述涂層和所 述基底之間良好結(jié)合的界面。
實施例3:通過空氣等離子噴涂形成致密復(fù)合氧化物層
將總體組成為Cr203-5Si02-3Ti02噴霧干燥復(fù)合粉末球(Metco 136F) 用作原料。使用Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等離子熱噴涂至在 熱噴涂之前已經(jīng)使用氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基底上。氬氣和氫氣 聯(lián)合GH型噴嘴(Metco)用于產(chǎn)生熱的高速等離子火焰。粉末補料速 率為約2.5至約3.0磅/小時(lb/hr )，其對應(yīng)于約15至約30微米(|nm ) /通道的沉積率。將所述基底預(yù)熱至約120攝氏度(。C)并在噴涂過程 中保持，選擇小噴距和低噴槍橫向速度。使用交叉冷卻噴嘴和約40 PSI 的空氣流來冷卻所述基底。用于致密復(fù)合氧化物層的代表性等離子噴涂 參數(shù)如下
等離子氣體
主氣體氬氣(100 PSI， 80 SCFH) 次氣體H2(50PSI) 等離子功率42 KW (600 A/70 V) 噴距2.5英寸 噴槍速度橫向速度1000毫米/秒(mm/s)
垂直速度8 mm/s 粉末補料速率2.5 - 3.0 lb/hr 基底溫度
預(yù)熱100 - 120 °C
噴涂過程中120- 150 °C
致密復(fù)合氧化物層的多種等離子噴涂涂層具有大于理論密度的約 98%的密度以及大于或等于約20 jim的厚度。使用掃描電子顯微鏡觀察 到所述涂層和所述基底之間良好結(jié)合的界面。
實施例4:通過空氣等離子噴涂形成多孔Zr02-8wt。/。Y203層
將組成為Zr02-8 wt % Y203的致密球(Metco 204NS)用作原料。使 用Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等離子熱噴涂至在熱噴涂之前已 經(jīng)使用氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基底上。使用氬氣和氫氣結(jié)合GH 型噴嘴(Metco)來產(chǎn)生熱的高速等離子火焰。粉末補料速率為約5.5 至約6.0磅/小時(lb/hr)，其對應(yīng)于約50至約60微米(fim ) /通道的 沉積率。將所述基底預(yù)熱至約120攝氏度(°C)并在噴涂過程中保持， 選擇小噴距和低噴槍橫向速度。用于多孔ZrOr8wt。/oY203層的代表性 等離子噴涂參數(shù)如下
等離子氣體
主氣體氬氣(100PSI， 80SCFH) 次氣體H2(50PSI) 等離子功率39 KW (600 A/65V) 噴距2.5英寸 噴槍速度
橫向速度500毫米/秒(mm/s)
垂直速度8 mm/s 粉末補料速率5.5 — 6.0 lb/hr基底溫度
預(yù)熱100 — 120 °C
噴涂過程中120- 150 °C
多種等離子噴涂的Zr02-8wt。/。Y203涂層具有約15至約20%的孔隙 率，以及大于或等于約50pm的厚度。涂層的初晶相是四角形，如粉末 X射線衍射所確定的。使用掃描電子顯微鏡觀察到所述涂層和所述基底 之間良好結(jié)合的界面。
實施例5:通過溶液等離子噴涂形成多孔入1203層
將制備自鋁鹽的水溶液用作原料。使用裝備有儲庫、流速調(diào)節(jié)器和 霧化液體噴射器的液體遞送系統(tǒng)以恒定流速將溶液遞送到等離子熱源。 ^_用Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等離子熱噴涂至在熱噴涂之前 已經(jīng)使用氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基底上。使用氬氣和氫氣結(jié)合 GP型噴嘴(Metco)來產(chǎn)生熱的高速等離子火焰。溶液補料速率為約 50至約80毫升/分(ml/min )，其對應(yīng)于約10至約20微米(pm ) /通道 的沉積率。將所述基底預(yù)熱至約250。C并在噴涂過程中保持，選擇小噴 距和低噴槍橫向速度。用于多孔A1203層的代表性等離子噴涂參數(shù)如下
等離子氣體
主氣體氬氣(100PSI， 140SCFH) 次氣體H2(50PSI) 等離子功率39 KW (600 A/65V) 噴距2英寸 噴槍速度
橫向速度1000 mm/s
垂直速度4 mm/s 溶液補料速率50 - 80亳升/分(ml/min ) 基底溫度
預(yù)熱>250 °C噴涂過程中250-350 °C
多種等離子噴涂的^203涂層具有約30至約40%的孔隙率和大于 或等于約10 nm的厚度。
實施例6:通過溶液等離子噴涂形成多孔Zr02-8 wt %￥203層
使ZrOr8wt。/。Y203的水溶液作原料。使用裝備有儲庫、流速調(diào)節(jié) 器和霧化液體噴射器的液體遞送系統(tǒng)以恒定流速將溶液遞送到等離子 熱源。使用Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等離子熱噴涂至在熱噴 涂之前已經(jīng)使用氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基底上。使用氬氣和氫氣 結(jié)合GP型噴嘴(Metco)來產(chǎn)生熱的高速等離子火焰。溶液補料速率 為約20至約30亳升/分(ml/min)，其對應(yīng)于約5至約15微米(pm ) /通道的沉積率。將所述基底預(yù)熱至約250°C并在噴涂過程中保持，選 擇小噴距和低噴槍橫向速度。用于多孔Zr02-8 wt %丫203層的代表性等 離子噴涂參數(shù)如下
等離子氣體
主氣體氬氣(100 PSI， 140 SCFH)
次氣體H2(50PSI)
等離子功率45.5 KW (650 A/70V)
噴距2英寸
噴槍速度
橫向速度1000 mm/s
垂直速度4 mm/s 溶液補料速率20 - 30毫升/分(ml/min ) 基底溫度
預(yù)熱>250 °C
噴涂過程中250-350 °C
Zr02-8 wt %￥203的多種等離子噴涂涂層具有約18至約22%的孔 隙率和大于或等于約5 pm的厚度。涂層的初晶相是四角形的，如粉末 X射線衍射所確定的。實施例7:通過溶液等離子噴涂形成多孔Al20/Ti02層
將制備自鋁鹽和鈦鹽的Al203-5 mol % TiO;j水溶液用作原料。使用 裝備有儲庫、流速調(diào)節(jié)器和霧化液體噴射器的液體遞送系統(tǒng)以恒定流速 將溶液遞送到等離子熱源。使用Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等 離子熱噴涂至在熱噴涂之前已經(jīng)使用氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基 底上。使用氬氣和氫氣結(jié)合GP型噴嘴(Metco)來產(chǎn)生熱的高速等離 子火焰。溶液補料速率為約30至約40亳升/分(ml/min)，其對應(yīng)于約 5至約15微米(pm ) /通道的沉積率。將所述基底預(yù)熱至約250°C并在 噴涂過程中保持，選擇小噴距和低噴槍橫向速度。用于多孔Al203-5 mol % Ti02層的代表性等離子噴涂參數(shù)如下
等離子氣體
主氣體氬氣(100 PSI, 80 SCFH)
次氣體H2(50PSI)
等離子功率45.5 KW (650 A/70V)
噴距2英寸
噴槍速度
橫向速度1000 mm/s
垂直速度4 mm/s 溶液補料速率30 - 40 ml/分 基底溫度
預(yù)熱>250 °C
噴涂過程中250-350 °C
多種等離子噴涂的Al20/Ti02涂層具有約20至約30%的孔隙率和 大于或等于約10 的厚度。
實施例8:通過溶液等離子噴涂形成復(fù)合氧化物層
將制備自鋯鹽、鋁鹽、鈥鹽和釔鹽的6 mol % Y203、 20 mol % A1203、5mol%Ti02、其余為Zr02的水溶液用作原料。使用裝備有儲庫、流 速調(diào)節(jié)器和霧化液體噴射器的液體遞送系統(tǒng)以恒定流速將溶液遞送到 等離子熱源。使用Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等離子熱噴涂至 在熱噴涂之前已經(jīng)使用氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基底上。使用氬氣 和氫氣結(jié)合GH型噴嘴(Metco)來產(chǎn)生熱的高速等離子火焰。溶液補 料速率為約20至約25亳升/分(ml/min)，其對應(yīng)于約5至約10微米 (pm) /通道的沉積率。將所述基底預(yù)熱至約250°C并在噴涂過程中保 持，選擇小噴距和低噴槍橫向速度。用于多孔復(fù)合氧化物層的代表性等 離子噴涂參數(shù)如下
等離子氣體
主氣體氬氣(100PSI， 140SCFH)
次氣體H2(50PSI)
等離子功率45.5 KW (650 A/70V)
噴距2英寸
噴槍速度
橫向速度1000 mm/s
垂直速度4 mm/s 溶液補料速率20 - 25 ml/min 基底溫度
預(yù)熱>250 °C
噴涂過程中250-450 °C
多種等離子噴涂涂層具有約18至約22%的孔隙率和大于或等于約 10 jim的厚度。
實施例9:通過漿體等離子噴涂形成1102層
將通過細(約10至約20 nm) Ti02顆粒與水混合制成的300克/ 升(g/1) Ti02漿體用作原料。使用裝備有儲庫、流速調(diào)節(jié)器和霧化液體 噴射器的液體遞送系統(tǒng)以恒定流速將溶液遞送到等離子熱源。使用 Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等離子熱噴涂至在熱噴涂之前已經(jīng)使用氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基底上。使用氬氣和氫氣結(jié)合GP型 噴嘴(Metco)來產(chǎn)生熱的高速等離子火焰。溶液補料速率為約30至約 40亳升/分(ml/min )，其對應(yīng)于約10至約20微米() /通道的沉積 率。將所述基底預(yù)熱至約150。C并在噴涂過程中保持，選擇小噴距和低 噴槍橫向速度。用于多孔Ti02層的代表性等離子噴涂參數(shù)如下
等離子氣體
主氣體氬氣(100PSI， 80SCFH) 次氣體H2(50PSI) 等離子功率39 KW (600 A/65V) 噴距2英寸 噴槍速度
橫向速度1000 mm/s
垂直速度4 mm/s 溶液補料速率30 - 40 ml/min 基底溫度
預(yù)熱>150 °C
噴涂過程中150-250 °C
多種等離子噴涂的TK)2涂層具有約5至約25%的孔隙率和大于或 等于約10 的厚度。
實施例10:通過空氣等離子體噴涂形成致密的整體復(fù)合氧化物材料
將總組成為13wt%Ti02、 13wt%Y203、 10 wt % Zr02、 6 wt % Ce02、其余為NANOX S2613 A1203的噴霧干燥粉末球的復(fù)合物用作原 料。使用Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等離子體熱噴涂至在熱噴 涂之前已經(jīng)使用180粒度的氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基底上。使用 氬氣和氫氣結(jié)合GH型噴嘴(Metco)來產(chǎn)生熱的高速等離子體火焰。 粉末補料速率為約1.5至約2.0磅/小時(lb/hr),其對應(yīng)于約50至約120 微米(pm) /通道的沉積率。將所述基底預(yù)熱至約120攝氏度(°C)并 在噴涂過程中保持，選擇小噴距和低噴槍橫向速度。用于致密復(fù)合氧化物層的代表性等離子體噴涂參數(shù)如下 等離子氣體
主氣體氬氣(100 PSI， 80 SCFH)
次氣體H2(50PSI)
等離子體功率45.5 KW (650 A/70V)
噴距3.5英寸
噴槍速度
橫向速度500 — 600 mm/s
垂直速度6 mm/s 粉末補料速率1.5 - 2.0 lb/hr 基底溫度
預(yù)熱100-120 'C
噴涂過程中120-150 °C
將所述復(fù)合氧化物層等離子噴涂到所述金屬基底上之后，除去基 底。多種獨立支撐的整體復(fù)合氧化物部件具有大于或等于約98%的密 度，以及約500 nm至約3mm的厚度。
實施例11:通過溶液等離子噴涂形成多孔的整體Zr02-8 wt %￥203材 料
用ZrOr8wt。/。Y203的水溶液作原料。使用裝備有儲庫、流速調(diào)節(jié) 器和霧化液體噴射器的液體遞送系統(tǒng)以恒定流速將溶液遞送到等離子 熱源。^使用Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等離子熱噴涂至在熱噴 涂之前已經(jīng)使用氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基底上。使用氬氣和氫氣 結(jié)合GP型噴嘴(Metco)來產(chǎn)生熱的高速等離子火焰。溶液補料速率 為約20至約30毫升/分(ml/min)，其對應(yīng)于約5至約15微米(^un ) /通道的沉積率。將所述基底預(yù)熱至約250°C并在噴涂過程中保持，選 擇小噴距和低噴槍橫向速度。用于多孔Zr02-8 wt %Y203層的代表性等 離子噴涂參數(shù)如下
等離子氣體主氣體氬氣(100 PSI， 140 SCFH)
次氣體H2(50PSI)
等離子功率45.5 KW (650 A/70V)
噴距2英寸
噴槍速度
橫向速度1000 mm/s
垂直速度4 mm/s 溶液補料速率20 - 30毫升/分(ml/min ) 基底溫度
預(yù)熱>250 °C
噴涂過程中250-350 °C
將Zr02-8 wt %Y203層等離子噴涂到所述金屬基底上之后，除去基 底。多種獨立支撐的整體ZrOr8 wt %￥203部件具有大于或等于約18 至約22%的孔隙率和約500 至約4.0 mm的厚度。
實施例12:通過空氣等離子噴涂形成梯度復(fù)合層
將總體纟且成為13 wt % Ti02、 13 wt % Y203、 10 wt % Zr02、 6 wt % Ce02、其余為NANOX S2613 A1203和Fe304的多種噴霧干燥粉末球復(fù) 合物的混合物用作原料。使得所述復(fù)合物的各個樣品含有0、 25、 50和 75 wt % Fe304。使用Metco 9MB熱噴涂系統(tǒng)將所述原料等離子熱噴涂 至在熱噴涂之前已經(jīng)使用氧化鋁顆粒噴砂處理過的金屬基底上。使用氬 氣和氫氣結(jié)合GH型噴嘴(Metco)來產(chǎn)生熱的高速等離子火焰。粉末 補料速率為約2.0至約2.5磅/小時(lb/hr )，其對應(yīng)于約50至約120微 米()/通道的沉積率。通過獨立并依次噴涂0、25、50和75 wt % Fe304 的原料混合物來產(chǎn)生涂層梯度。將所述基底預(yù)熱至約120攝氏度(°C ) 并在噴涂過程中保持，選擇小噴距和低噴槍橫向速度。用于致密復(fù)合氧 化物層的代表性等離子噴涂參數(shù)如下
等離子氣體
主氣體氬氣(100PSI， 80SCFH)次氣體H2(50PSI)
等離子功率45.5 KW (650 A/70V)
噴距3.5-4英寸
噴槍速度
橫向速度500 — 600 mm/s
垂直速度6 mm/s 粉末補料速率2.0 - 2.5 lb/hr 基底溫度
預(yù)熱100-120 °C
噴涂過程中120-150 °C 多種具有梯度的復(fù)合層具有大于或等于98%的密度。
如本文所使用的，不帶有量詞的名詞不作為數(shù)量的限制，而是指存 在至少一個所指的項目。另外，所有范圍的端點指包括該端點在內(nèi)的相 同組分或特性，并可獨立組合(例如"約5 wt。/。至約20 wt%"包括端 點以及所有約5 wt 至約20 wt。/。范圍內(nèi)的中間值)。本說明書內(nèi)提及 "一個實施方案"、"另一個實施方案"等等是指所述實施方案所描述的 特定要素(例如性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和/或特征)包含在本文所述的至少一個實 施方案中，并且可以存在或不存在于其它實施方案中。另外，應(yīng)理解， 所述要素可以在多個實施方案以任何合適形式進行組合。除非另有說 明，否則本文使用的科技術(shù)語具有與本發(fā)明所述技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員通常所理解相同的含義。
盡管本公開內(nèi)容參考示例性實施方案進行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)理解，在不脫離本公開內(nèi)容范圍的情況下可進行多種改變以及用等同要 素進行取代。另外，根據(jù)^^開內(nèi)容的教導(dǎo)，在不脫離其基本范圍的情況 下，可進fr^午多修飾以適應(yīng)特定情況或材料。因此，4^>開內(nèi)容意在不僅 限于作為實施本公開的預(yù)期最佳實施方式而7>開的具體實施方案，而是本 公開內(nèi)容包括所有落入所附權(quán)利要求范圍的實施方案。
權(quán)利要求
1、一種腔支撐裝置，其包含生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料，所述材料被設(shè)置成在鄰近腔表面放置，并且具有約1納米至約1000納米的平均粒度、至少約1％的破壞應(yīng)變以及大于或等于約350kg/平方毫米的截面硬度。
2、 權(quán)利要求1的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶資材料 是置于所述腔支撐裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者組織粘附材料或金屬層的表面 上的膜。
3、 權(quán)利要求2的腔支撐裝置，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括金屬、合金、聚合物、 生物支架或包含上述至少一種的組合。
4、 權(quán)利要求1的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料 與組織粘附材料或金屬層置于所述腔支撐裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相反表面 上。
5、 權(quán)利要求1的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料 與組織粘附材料置于所述腔支撐裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面上的不同部分。
6、 權(quán)利要求1的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料 和陰極置于所述腔支撐裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件第一表面的不同部分上，并且其 還包含置于與所述第一表面相反的該結(jié)構(gòu)構(gòu)件第二表面之下的帶正電 生物活性劑以及置于所述生物活性劑之下的陽極，以使得所述生物活性 劑穿過該陶瓷材料。
7、 權(quán)利要求1的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料 是獨立支撐的整體構(gòu)件。
8、 權(quán)利要求l的腔支撐裝置，其還包含生物活性劑。
9、 權(quán)利要求8的腔支撐裝置，其中所述生物活性劑置于所述生物相容 性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的孔中、在所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶資材料之 上、在所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料之下、結(jié)構(gòu)構(gòu)件上所述生物相 容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的對側(cè)、或者包含上述至少一種的組合。
10、 權(quán)利要求l的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料 具有大于或等于約1微米的厚度。
11、 權(quán)利要求l的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料 具有大于或等于所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料理論密度的約90%的密度。
12、 權(quán)利要求l的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料 具有大于或等于所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料總體積的約10%的 孔隙率。
13、 權(quán)利要求l的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料 內(nèi)的孔的平均最長尺寸小于或等于約1微米。
14、 一種腔支撐裝置，其包含結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其包括金屬、合金、聚合物、生物支架或包含上述至少一種 的組合，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有腔表面；和至少部分涂覆在腔表面上的包含生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的膜，所 述膜具有大于或等于約1微米的厚度、約1納米至約1000納米的平均 粒度、至少約1%的破壞應(yīng)變以及大于或等于約350kg/平方亳米的截面 硬度。
15、 權(quán)利要求14的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材 料具有大于或等于所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料理論密度的約 卯％的密度。
16、 權(quán)利要求14的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材 料具有大于或等于所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料總體積的約10% 的孔隙率。
17、 權(quán)利要求14的腔支撐裝置，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材 料內(nèi)的孔的平均最長尺寸小于或等于約1微米。
18、 一種方法，包括通過手術(shù)植入腔支撐裝置，所述裝置包含生物相容 性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料，其具有約l納米至約1000納米的平均粒度、至 少約1%的破壞應(yīng)變以及大于或等于約350kg/平方亳米的截面硬度。
19、 權(quán)利要求18的方法，其中手術(shù)植入所述腔支撐裝置包括將所述腔 支撐裝置植入血管、腦、尿道、尿道、膽、氣管、臂、胃腸道或食道的 腔。
20、 權(quán)利要求18的方法，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有 大于或等于所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料理論密度的約90%的密 度。
21、 權(quán)利要求18的方法，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有 大于或等于所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料總體積的約10%的孔隙 率。
22、 權(quán)利要求18的方法，其中所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料內(nèi)的 孔的平均最長尺寸小于或等于約l微米。
23、 一種制造腔支撐裝置的方法，其包括將生物相容性納米顆粒陶瓷粉 末固結(jié)成獨立支撐的整體生物相容性陶瓷納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料，其具有約 1納米至約1000納米的平均粒度、至少約1%的破壞應(yīng)變以及大于或等 于約350kg/平方毫米的截面硬度。
24、 權(quán)利要求23的方法，其還包括對所述獨立支撐的整體生物相容性 陶瓷納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料進行成形。
25、 權(quán)利要求23的方法，其還包括將生物活性劑置于所述獨立支撐的 整體生物相容陶瓷納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料之上、所述獨立支撐的整體生物相 容陶瓷納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的孔中或者包含上述至少一種的組合。
26、 權(quán)利要求23的方法，其還包括對所述獨立支撐的整體生物相容陶 瓷納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料進行退火、研磨或拋光。
27、 一種制造腔支撐裝置的方法，其包括在該腔支撐裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件 表面的至少一部分上布置生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的涂層，所述材 料具有約1納米至約1000納米的平均粒度、至少約1%的破壞應(yīng)變以及 大于或等于約350kg/平方毫米的截面硬度。
28、 權(quán)利要求27的方法，其還包括將所述生物活性劑直接布置于所述 生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的涂層上、所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷 材料的涂層與所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間、所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶資材料的 涂層的孔中、在所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件上所述生物相容陶瓷納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料涂 層的相反側(cè)或者包含上述至少一種的組合。
29、 權(quán)利要求27的方法，其中布置所述生物相容陶瓷納米結(jié)構(gòu)陶瓷材 料的涂層包括熱噴涂、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、濺射法、離子 電鍍法、陰極電弧沉積、原子層外延、分子束外延、粉末燒結(jié)、電泳、 電鍍、注塑，或者包含上述至少一種的組合。
30、 權(quán)利要求27的方法，其還包括對所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材 料的涂層進行退火、研磨或拋光。
31、 權(quán)利要求27的方法，其還包括將組織粘附材料布置于該結(jié)構(gòu)構(gòu)件 上所述生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料涂層附近的表面。
32、 權(quán)利要求27的方法，其還包括將陽極布置于該結(jié)構(gòu)構(gòu)件上所述 生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料涂層附近的表面上；將生物活性劑布置于將陰極布置于所述生物活性劑之下。
全文摘要
本發(fā)明公開了醫(yī)療裝置，特別是腔支撐裝置，其包含生物相容性納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料，所述材料設(shè)置成緊鄰腔表面放置，并且平均粒度為約1納米至約1000納米，破壞應(yīng)變至少約為1％，截面硬度大于或等于約350kg/平方毫米。還公開了所述腔支撐裝置的生產(chǎn)及使用方法。
文檔編號A61F2/82GK101588826SQ200780033374
公開日2009年11月25日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月2日
發(fā)明者T·丹尼·蕭, 邁克爾·德呂斯, 馬信清, 馬克·埃特林格 申請人:英孚拉瑪特公司