具有經(jīng)鉭涂覆的納米結(jié)構(gòu)的制造產(chǎn)品及其制備與使用方法
【專利摘要】在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供包含具有含鉭的表面的納米結(jié)構(gòu)諸如納米管的制造產(chǎn)品(物品)。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品包括含鉭表面層的納米結(jié)構(gòu)，例如，納米管、納米線、納米孔等。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品或制造物品是生物植入物，并且本發(fā)明的經(jīng)鉭表面涂覆的納米結(jié)構(gòu)提供增加的生物活性和骨形成能力。在替代實(shí)施方案中，將包含本發(fā)明的經(jīng)鉭表面涂覆的納米結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的制造產(chǎn)品或制造物品，例如生物植入物，用于活體外、離體和活體內(nèi)測(cè)試、植入物、生物醫(yī)學(xué)裝置和治療法。
【專利說明】具有經(jīng)鉭涂覆的納米結(jié)構(gòu)的制造產(chǎn)品及其制備與使用方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C. § 119(e)要求于2012年2月07日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?61/596, 143的優(yōu)先權(quán)權(quán)益。上述申請(qǐng)的全文出于所有目的以引用方式明確并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明大體上涉及細(xì)胞生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和納米技術(shù)。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供 包含具有包含鉭的表面的納米結(jié)構(gòu)（例如納米管）的制造產(chǎn)品（物品）。在替代實(shí)施方案 中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品包括包含鉭表面層的納米結(jié)構(gòu)，例如，納米管、納米線、納米孔等。在 替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品或制造物品是生物植入物，并且本發(fā)明的經(jīng)鉭表面涂 覆的納米結(jié)構(gòu)提供增加的生物活性和骨形成能力。在替代實(shí)施方案中，將包含本發(fā)明的經(jīng) 鉭表面涂覆的納米結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的制造產(chǎn)品或制造物品（例如，生物植入物）用于活體外、 離體和活體內(nèi)測(cè)試、植入物、生物醫(yī)學(xué)裝置和治療法。

【背景技術(shù)】
[0004] 金屬鉭（Ta)最近已成為用于矯形應(yīng)用的受到關(guān)注的生物材料，因?yàn)橐寻l(fā)現(xiàn)其高 度抗腐蝕且具有生物惰性，并且在活體內(nèi)具有生物活性，在模擬體液中形成以生物方式結(jié) 合到骨的骨樣磷灰石層。鉭主要由于FDA于1997年批準(zhǔn)的具有微孔性的新多孔（小梁） 鉭材料而在生物材料領(lǐng)域重獲關(guān)注，所述鉭材料已顯示具有極佳的骨整合性質(zhì)。從那時(shí)起， 許多研究已經(jīng)對(duì)Ta與其它常見植入物材料（例如Ti和CoCr)的生物相容性、細(xì)菌粘附和 骨傳導(dǎo)性進(jìn)行了比較。一項(xiàng)最近研究證實(shí)多孔Ta刺激來自骨形成能力受損的老年女性患 者的成骨細(xì)胞的的增殖和骨生成。然而，雖然迄今為止獲得了有希望的結(jié)果，但相對(duì)昂貴的 制造成本以及不能產(chǎn)生模塊化全-Ta植入物阻礙了其被廣泛接受。鉭還是具有16. 69g/cm3 的密度的重金屬，為具有4. 51g/cm3的密度的Ti植入物的近4倍重。如此重的植入物用于 矯形應(yīng)用是不合意的。鉭金屬也比鈦金屬昂貴得多。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供制造產(chǎn)品、產(chǎn)品、組合物、制造物品、裝置或植入 物，其包含：
[0006] 納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)，
[0007] 其中所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)在其部分表面上、在其基本上全部表面上或在其全 部表面上被以下覆蓋或涂覆：全部地或其基本上全部地或部分地包含鉭（Ta)、Ta或Ta合 金、Ta氧化物或Ta 205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)或非晶形Ta的涂層或外覆蓋物或外層，
[0008] 其中任選地所述涂層、外覆蓋物或外層包含至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、 7 %,8 %,9% U0 % > 11 % > 12 % U3 % ,14%U5 %,20 %,25 %,30%,35 %,40 %,45 %,50 %, 55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %,85 %,90 %,91 %,92 %,93 %,94 %,95 %,96 %,97 %, 98%、99%或更多的鉭〇'&)、了&合金、了&氧化物或了 &合金氧化物或了&205涂層、結(jié)晶鉭〇'&) 或非晶形 Ta 或由至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、 14 % U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %, 85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更多的鉭〇^)、丁&合金、 Ta氧化物或Ta合金氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)或非晶形Ta構(gòu)成，
[0009] 并且任選地至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、 13 % U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %, 80%、85%、90 %、91 %、92 %、93 %、94%、95 %、96 %、97 %、98 %、99 % 或更多或高達(dá)約 99. 9%或更多或約1 %到99. 5%的所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)由鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物 或Ta合金氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)或非晶形Ta覆蓋、涂覆或形成層，
[0010] 并且任選地至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、 13 % U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %, 80%、85%、90 %、91 %、92 %、93 %、94%、95 %、96 %、97 %、98 %、99 % 或更多或高達(dá)約 99. 9 %或更多或約1 %到99. 5 %的以下物質(zhì)由所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)覆蓋、涂覆或形成 層：所述產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物；或所述產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物的表面；或 所述產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物的涂層或外覆蓋物、外層或外表面。
[0011] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品、產(chǎn)品、組合物、制造物品、裝置或植入物 進(jìn)一步在表面上包含或具有一個(gè)微米級(jí)結(jié)構(gòu)或多個(gè)微米級(jí)結(jié)構(gòu)，并且任選地至少約1%、 2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%U0%>11%>12%U3%U4%U5%,20%,25%,30%, 35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %,85 %,90 %,91 %,92 %,93 %, 94%、95%、96%、97%、98%、99%或更多或高達(dá)約99.9%或更多或約1%到99.5%的所述 一個(gè)或多個(gè)微米級(jí)結(jié)構(gòu)由所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)覆蓋、涂覆或形成層。
[0012] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品、產(chǎn)品、組合物、制造物品、裝置或植入物 被制造為或用作：生物醫(yī)學(xué)裝置或植入物；矯形植入物、牙植入物、脊柱植入物、膝部植 入物、關(guān)節(jié)植入物或等效植入物；或骨針、髓內(nèi)棒、髓內(nèi)釘（頂釘）或互鎖釘或坎茨爾釘 (Kiintscher nail);或骨或牙植入物；或關(guān)節(jié)置換植入物；或針、板或桿或等效物。
[0013] 在替代實(shí)施方案中，所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)包含：一個(gè)納米管、一個(gè)納米柱、一 個(gè)納米帶、一個(gè)納米線、一個(gè)納米棒或一個(gè)納米纖維或其等效物；或多個(gè)納米管、納米帶、納 米柱、納米棒、納米纖維或納米線或其等效物；或納米柱陣列、納米帶陣列、納米管陣列、納 米纖維陣列、納米棒陣列或納米線陣列或它們的組合的結(jié)構(gòu)，
[0014] 并且任選地所述陣列是垂直對(duì)齊的陣列或基本上垂直對(duì)齊的陣列，
[0015] 并且任選地所述納米柱陣列、納米帶陣列、納米管陣列、納米纖維陣列、納米棒陣 列或納米線陣列或它們的組合的結(jié)構(gòu)具有在約20nm到800nm范圍內(nèi)的平均直徑，并且具有 在約50nm到2, OOOnm范圍內(nèi)的平均高度。
[0016] 在替代實(shí)施方案中，所述鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta合金氧化物或Ta20 5、結(jié) 晶Ta或非晶形Ta的涂層或外覆蓋物或外層的厚度為：
[0017] 最多約 〇· 1mm (100 微米）、0· 2mm、0. 3mm、0. 4mm、0. 5mm、0. 6mm、0. 7mm、0. 8mm、0. 9mm 或1. 0mm ;或
[0018] 小于約 0· 01mm(10 微米）、0· 02mm、0. 03mm、0. 04mm、0. 05mm、0. 06mm、0. 07mm、 0. 08mm、0. 09mm 或 0. 10mm ;或
[0019] 小于約1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米或10 微米；或
[0020] 小于約 0· 1 微米（100nm)、0· 2nm、0. 3nm、0. 4nm、0. 5nm、0. 6nm、0. 7nm、0. 8nm、0. 9nm 或1. Onm ;或
[0021] 最小厚度為至少約 1 納米（nm)、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm 或 10nm。
[0022] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品、產(chǎn)品、組合物、制造物品、裝置或植入物進(jìn) 一步包含：
[0023] (a) -個(gè)細(xì)胞或多個(gè)細(xì)胞，
[0024] 其中任選地所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞為：人類細(xì)胞；或干細(xì)胞；或軟骨細(xì)胞、成纖維細(xì) 胞、破骨細(xì)胞或成骨細(xì)胞；或參與牙生成或骨形成之細(xì)胞；或骨細(xì)胞、肌細(xì)胞、肝細(xì)胞、肝實(shí) 質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、脂細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、枯否氏細(xì)胞（Kupffer cell)、腎細(xì)胞、血管細(xì)胞、皮 膚細(xì)胞、牙周細(xì)胞、成牙質(zhì)細(xì)胞、成牙本質(zhì)細(xì)胞、成牙骨質(zhì)細(xì)胞、成釉細(xì)胞或牙源性外胚層間 充質(zhì)組織；或其任一組合，
[0025] 其中任選地所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞粘附到或生長(zhǎng)于所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的表 面上；和/或
[0026] (b)骨或軟骨或生長(zhǎng)和粘附的骨結(jié)構(gòu)，其中任選地所述骨或粘附的骨結(jié)構(gòu)全部地 或部分地包含矯形骨、牙骨、脊柱骨、人類或動(dòng)物骨，并且任選地所述骨或軟骨或生長(zhǎng)和粘 附的骨結(jié)構(gòu)在Ta或Ta氧化物涂層的頂部或外表面上。
[0027] 在替代實(shí)施方案中，所述涂層、外覆蓋物、外表面或外層是通過物理氣相沉積工 藝、濺射或蒸發(fā)工藝或激光消融或等離子體噴涂工藝或化學(xué)氣相沉積工藝或通過化學(xué)/電 化學(xué)沉積工藝添加的。
[0028] 在替代實(shí)施方案中，所述產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物包含或所述產(chǎn)品、制造物 品、裝置或植入物的基底或外表面或外層包含或所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)基底 或納米架構(gòu)基底包含：
[0029] 金屬、鈦（Ti)、鈦氧化物、Ti02或其組合；
[0030] 含有或包含至少約40重量(％、45重量(％、50重量 (％、55重量(％、60重量(％、65重 量％、70重量％、75重量％或更多的Ti或Ti氧化物并且任選地包含成合金元素的合金；
[0031] 金屬組分、Zr02、Hf02、Nb0 或 Nb205、Mo02 或 M〇03、V02 或 V205、W02 或 W03 或其任一合 金或氧化物、或其氧化物、或Ti、Zr、Hf、Nb、Mo、V或W的氧化物，任選地至少約40重量％、 45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％或更多，其中任 選地所述金屬組分包含多種金屬或元素或包含：Al、Ag、C、F、Mg、Ca、Si、P、Mn、Fe、Co、Cu、 Zn、Pd、Ag、In、Sn、Sb、Re、0s、Ir、Pt、Au或Bi或一或多種稀土元素或其組合；或
[0032] 不銹鋼、Si、Si氧化物、碳、金剛石、貴金屬、Au、Ag、Pt或其合金或復(fù)合金屬，
[0033] 氧化鋯或氧化鋯或其任一合金或氧化物，
[0034] 鈷-鉻合金，
[0035] 陶瓷或聚合物或塑料材料，
[0036] 或其任一組合。
[0037] 在替代實(shí)施方案中，所述納米結(jié)構(gòu)、納米架構(gòu)或納米管是陽(yáng)極化的；
[0038] 并且任選地所述納米結(jié)構(gòu)、納米架構(gòu)或納米管是通過Ti金屬或含Ti合金的表面 的陽(yáng)極化所形成的納米結(jié)構(gòu)、納米架構(gòu)或納米管層或陣列，或
[0039] 通過不含Ti的襯底、基底、表面或植入物上的Ti或含Ti合金的被涂覆的厚膜層 的陽(yáng)極化所形成的納米結(jié)構(gòu)、納米架構(gòu)或納米管層或陣列。
[0040] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品、產(chǎn)品、組合物、制造物品、裝置或植入物進(jìn) 一步包含：化學(xué)品、化合物、小分子、試齊?、活性齊?、生物試齊?、藥物、示蹤劑，
[0041] 其中任選地所述化學(xué)品、化合物、小分子、試劑、活性劑、生物試劑、藥物或示蹤劑 包含：肽、蛋白質(zhì)、多肽、抗體、核酸、DNA或RNA、miRNA、siRNA、基因、載體、多糖、脂質(zhì)、生長(zhǎng) 因子、細(xì)胞因子、抗生素、激素、治療性藥物、功能性粒子、磁性粒子、金屬粒子、陶瓷粒子、聚 合物粒子或其組合；
[0042] 并且任選地所述化學(xué)品、化合物、小分子、試劑、活性劑、生物試劑、藥物或示蹤劑 儲(chǔ)存于納米管或中空納米線或納米柱之中或之內(nèi)，或所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的空間之間 或所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)之內(nèi)或粘附于所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)上；
[0043] 并且任選地所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)通過以下方式形成多個(gè)納米庫(kù) (nanodepot):將所述化學(xué)品、化合物、小分子、試劑、活性劑、生物試劑、藥物或示蹤劑儲(chǔ)存 于：所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)之內(nèi)（如在納米線中或在中空納米管或納米柱中）；或所述納 米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)之間；或所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)之上；
[0044] 并且任選地所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)進(jìn)一步包含部分受阻的或受限的、或可觸發(fā) 的或可驅(qū)動(dòng)的、或部分瓶頸的配置、開口，以允許所述化學(xué)品、化合物、小分子、試劑、活性 齊[J、生物試劑、藥物或示蹤劑以可觸發(fā)的、可驅(qū)動(dòng)的、受控的或緩慢的釋放方式釋放，
[0045] 并且任選地通過金屬或氧化物材料的選擇性沉積來減小納米庫(kù)的入口尺寸以誘 導(dǎo)部分瓶頸的配置，從而減慢儲(chǔ)存于所述納米庫(kù)之內(nèi)的化學(xué)品、化合物、小分子、試劑、活性 齊?、生物試劑、藥物或示蹤劑的釋放速率，
[0046] 并且任選地可由磁性氧化物粒子或金屬粒子制成的功能性粒子用于遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)的 RF加熱和產(chǎn)生用于儲(chǔ)存于所述納米庫(kù)空間中的生物試劑的加速的或開啟的、關(guān)閉的釋放的 溫度梯度。
[0047] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種或者多種活體外、離體或活體內(nèi)細(xì)胞培養(yǎng) 襯底，其用于：新的或增強(qiáng)的細(xì)胞生長(zhǎng)；新的或增強(qiáng)的成骨細(xì)胞、成牙質(zhì)細(xì)胞、成牙本質(zhì)細(xì) 胞或成牙骨質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)；新的或增強(qiáng)的骨或軟骨生長(zhǎng)；和/或新的或增強(qiáng)的礦化基質(zhì)的形 成，其中所述培養(yǎng)襯底或襯底表面包含：
[0048] (a)納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)，
[0049] 其中所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)在其部分表面上、在其基本上全部表面上或在其全 部表面上被以下覆蓋或涂覆：全部地或其基本上全部地或部分地包含鉭（Ta)、Ta合金、Ta 氧化物或Ta205涂層、鉭（Ta)、或Ta合金或Ta合金氧化物的涂層、外覆蓋物或外層，
[0050] 其中任選地所述涂層、外覆蓋物或外層包含至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、 7 %,8 %,9% U0 % > 11 % > 12 % U3 % ,14%U5 %,20 %,25 %,30%,35 %,40 %,45 %,50 %, 55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %,85 %,90 %,91 %,92 %,93 %,94 %,95 %,96 %,97 %, 98%、99%或更多的鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta或 Ta合金或Ta合金氧化物或由至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、 12 %U3 %U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %, 75%、80%、85%、90%、91 %、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99% 或更多的鉭 (Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta或Ta合金或Ta合金氧化物 構(gòu)成，
[0051] 并且任選地至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、 13 % U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %, 80%、85%、90 %、91 %、92 %、93 %、94%、95 %、96 %、97 %、98 %、99 % 或更多或高達(dá)約 99. 9%或更多或約1 %到99. 5%的所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)由鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物 或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta、或Ta合金或Ta合金氧化物覆蓋、涂覆或形成層；或
[0052] (b)如權(quán)利要求1到10中的任一權(quán)利要求所述的包含納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的表 面。
[0053] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供：活體外、離體或活體內(nèi)支持性支架，其用于：新 的或增強(qiáng)的細(xì)胞生長(zhǎng)；新的或增強(qiáng)的成骨細(xì)胞、成牙質(zhì)細(xì)胞、成牙本質(zhì)細(xì)胞或成牙骨質(zhì)細(xì)胞 生長(zhǎng)；新的或增強(qiáng)的骨或軟骨生長(zhǎng)；和/或新的或增強(qiáng)的礦化基質(zhì)的形成，所述支持性支架 包含：
[0054] 支架表面，其包含；
[0055] (a)納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)，
[0056] 其中所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)在其部分表面上、在其基本上全部表面上或在其全 部表面上被以下覆蓋或涂覆：全部地或其基本上全部地或部分地包含鉭（Ta)、Ta合金、Ta 氧化物或Ta205涂層、鉭（Ta)、或Ta合金或Ta合金氧化物的涂層、外覆蓋物或外層，
[0057] 其中任選地所述涂層、外覆蓋物或外層包含至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、 7 %,8 %,9% U0 % > 11 % > 12 % U3 % ,14%U5 %,20 %,25%,30 %,35 %,40 %,45%,50 %, 55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %,85 %,90 %,91 %,92 %,93 %,94 %,95 %,96 %,97 %, 98%、99%或更多的鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta或 Ta合金或Ta合金氧化物或由至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、 12 %U3 %U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %, 75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99% 或更多的鉭 (Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta或Ta合金或Ta合金氧化物 構(gòu)成，
[0058] 并且任選地至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、 13 %U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %, 80 %、85 %、90 %、91 %、92 %、93 %、94%、95 %、96 %、97 %、98 %、99 % 或更多或高達(dá)約 99. 9%或更多或約1 %到99. 5%的所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)由鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物 或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta、或Ta合金或Ta合金氧化物覆蓋、涂覆或形成層；或
[0059] (b)如權(quán)利要求1到11中的任一權(quán)利要求所述的包含納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的表 面。
[0060] 在替代實(shí)施方案中，關(guān)于本發(fā)明的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物、或本發(fā)明的活 體外、離體或活體內(nèi)培養(yǎng)襯底或襯底、或本發(fā)明的活體外、離體或活體內(nèi)支持性支架：
[0061] 所述產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物；或培養(yǎng)襯底或襯底；或所述支持性支架：在 用于骨植入物或骨嵌體或骨支持部位的植入物上或是其一部分，其中任選地所述骨植入 物、嵌體或支持物被制作用于以下目的或?qū)⒅脫Q以下中的全部或部分：
[0062] 指關(guān)節(jié)修復(fù)或置換，
[0063] 腕修復(fù)或置換，
[0064] 肘修復(fù)或置換，
[0065] 肩修復(fù)或置換，
[0066] 腿修復(fù)或置換，
[0067] 臂修復(fù)或置換，
[0068] 髖修復(fù)或置換，
[0069] 膝修復(fù)或置換，
[0070] 踝修復(fù)或置換，
[0071] 足或趾修復(fù)或置換，
[0072] 脊髓的椎間盤修復(fù)或置換，
[0073] 肋骨籃修復(fù)或肋置換，
[0074] 顱骨網(wǎng)修補(bǔ)或置換，
[0075] 針、網(wǎng)或棒，或
[0076] 棒、螺釘或骨穩(wěn)定器植入物。
[0077] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供用于開始或誘導(dǎo)新的或增強(qiáng)的細(xì)胞生長(zhǎng)；新的或 增強(qiáng)的成骨細(xì)胞、成牙質(zhì)細(xì)胞、成牙本質(zhì)細(xì)胞或成牙骨質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)；新的或增強(qiáng)的骨或軟骨 生長(zhǎng)；和/或新的或增強(qiáng)的礦化基質(zhì)的形成的方法，其包括在活體內(nèi)植入
[0078] (a)納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)，
[0079] 其中所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)在其部分表面上、在其基本上全部表面上或在其全 部表面上被以下覆蓋或涂覆：全部地或其基本上全部地或部分地包含鉭（Ta)、Ta合金、Ta 氧化物或Ta205涂層、鉭（Ta)、或Ta合金或Ta合金氧化物的涂層、外覆蓋物或外層，
[0080] 其中任選地所述涂層、外覆蓋物或外層包含至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、 7 %,8 %,9% U0 % > 11 % > 12 % U3 % ,14%U5 %,20 %,25 %,30%,35 %,40 %,45 %,50 %, 55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %,85 %,90 %,91 %,92 %,93 %,94 %,95 %,96 %,97 %, 98%、99%或更多的鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta或 Ta合金或Ta合金氧化物或由至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、 12 % U3 % U4 % U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %, 75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99% 或更多的鉭 (Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta或Ta合金或Ta合金氧化物 構(gòu)成，
[0081] 并且任選地至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、 13 % U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %, 80%、85%、90 %、91 %、92 %、93 %、94%、95 %、96 %、97 %、98 %、99 % 或更多或高達(dá)約 99. 9%或更多或約1 %到99. 5%的所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)由鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物 或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta、或Ta合金或Ta合金氧化物覆蓋、涂覆或形成層；
[0082] (b)如權(quán)利要求1到10中的任一權(quán)利要求所述的包含納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的表 面；或
[0083] (c)根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一權(quán)利要求所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物或 根據(jù)權(quán)利要求11所述的活體外、離體或活體內(nèi)培養(yǎng)襯底或襯底或根據(jù)權(quán)利要求12所述的 活體外、離體或活體內(nèi)支持性支架。
[0084] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供使用兩相掩模層的陽(yáng)極化、形成和選擇性相移除 來制作增強(qiáng)骨的納米管或納米柱配置的方法，其包括：使用二嵌段共聚物層、旋節(jié)線分解合 金層或兩相合金膜、之后選擇性蝕刻生物材料表面以產(chǎn)生納米管或納米柱表面配置。
[0085] 附圖和下面的說明書中陳述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。根據(jù)說明書 和圖示并且根據(jù)權(quán)利要求書將顯而易見本發(fā)明的其它特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。
[0086] 本文所引用的所有出版物、專利、專利公開在此出于所有目的均以引用方式明確 地并入。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0087] 本文所述的圖示是說明本發(fā)明實(shí)施方案并且并不旨在限制由權(quán)利要求書所涵蓋 的本發(fā)明范圍。
[0088] 各圖中類似的參考符號(hào)指示類似的元件。
[0089] 圖l(a)_(b):示意性地圖解說明本發(fā)明的示例性裝置，其包含在鈦襯底上形成 的、具有沉積于納米管表面上的Ta薄膜、以加速成骨細(xì)胞增殖和骨的骨整合的自組織Ti0 2 納米管陣列：圖1(a)圖解說明橫向間隔的、垂直定向的1102納米管陣列和用于在納米管上 沉積Ta薄膜涂層的示例性工藝（包括濺射或蒸發(fā)工藝）和包含涂覆有或具有Ta薄膜涂層 的納米管（在這一示例中，配置為納米管陣列）的最終產(chǎn)品，所述圖表明本發(fā)明的裝置可包 含具有例如作為薄膜涂層的Ta涂層的任何納米結(jié)構(gòu)；并且圖1(b)圖解說明本發(fā)明的裝置 的示例性用途和本發(fā)明的示例性方法，其中活體內(nèi)、活體外或原位成骨細(xì)胞粘附到并生長(zhǎng) 于經(jīng)Ta涂覆的納米結(jié)構(gòu)上，在這一示例中，納米管配置為納米管陣列，且在一個(gè)實(shí)施方案， 其中細(xì)胞外基質(zhì)也可生長(zhǎng)于（或施加于）經(jīng)Ta涂覆的納米結(jié)構(gòu)上，并且經(jīng)Ta涂覆的納米 結(jié)構(gòu)之間的間隔可向生長(zhǎng)于經(jīng)Ta涂覆的納米結(jié)構(gòu)上的細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)素流等。
[0090] 圖2圖解說明納米管襯底的兩個(gè)掃描電子顯微鏡（SEM)圖像。所述圖像描繪了涂 覆鉭后的納米管的幾何形狀和結(jié)構(gòu)的保持。每個(gè)表面的接觸角以黃色顯示，指示經(jīng)鉭涂覆 的表面上的親水性從4°增加到0°。比例尺= 200nm。
[0091] 圖3圖解說明：陽(yáng)極化處理的Ti02納米管陣列的示例性配置，其顯示（a)斜視掃描 電子顯微鏡（SEM)圖像、（b)縱向上平行于納米管隊(duì)列的透射電子顯微鏡（TEM)圖像、（c) 垂直于納米管隊(duì)列的方向上的剖視TEM圖像。
[0092] 圖4(a)_(b):示意性地圖解本說明發(fā)明的示例性裝置；圖4(a)示意性地圖解說明 在可為鈦襯底的襯底上包含經(jīng)Ta涂覆的納米柱的本發(fā)明的示例性裝置，所述經(jīng)Ta涂覆的 納米柱可為經(jīng)Ta涂覆的Ti0 2納米柱陣列；圖4(b)示意性地圖解說明一個(gè)實(shí)施方案，其中 Ta涂覆Ti02納米柱陣列進(jìn)一步包含成骨細(xì)胞，并且本發(fā)明的示例性裝置可加速成骨細(xì)胞增 殖和骨的骨整合。Ta涂覆納米柱之間的間隔可向生長(zhǎng)于經(jīng)Ta涂覆的納米柱上的細(xì)胞提供 營(yíng)養(yǎng)素流等；并且在一個(gè)實(shí)施方案中，其中細(xì)胞外基質(zhì)還可生長(zhǎng)于（或施加于）經(jīng)Ta涂覆 的納米柱上。
[0093] 圖5(a)_(b):示意性地圖解說明用于制備本發(fā)明裝置的"納米沖壓 (nanostamping) "示例性工藝；圖5(a)示意性地圖解說明對(duì)Ti或合金Ti基底進(jìn)行納米沖 壓以制備本發(fā)明的示例性裝置，其中還圖解說明了掩蔽聚合物的可選應(yīng)用；圖5(b)示意性 地圖解說明Ti納米柱的化學(xué)或反應(yīng)性離子蝕刻（RIE)與之后的納米柱陣列的Ta或Ta 206 濺射涂覆兩者。
[0094] 圖6(a)_(f):示意性地圖解說明用于制備本發(fā)明裝置的"導(dǎo)向性蝕刻"示例性工 藝，其中通過示例性"導(dǎo)向性蝕刻"工藝使用垂直兩相分解的涂層（例如，使用二嵌段共聚 物或兩相合金膜）在平坦或不平坦表面上產(chǎn)生納米柱陣列；圖6 (a)示意性地圖解說明開始 材料或襯底，其例如包含用作（例如，在替代實(shí)施方案中）用于骨生長(zhǎng)的植入物的鈦（Ti); 圖6(b)示意性地圖解說明帶紋理材料的涂層，例如，通過共濺射成層獲得的涂層、可分解 的二嵌段共聚物、旋節(jié)線分解的合金等；圖6(c)示意性地圖解說明在優(yōu)先蝕刻掉兩個(gè)相中 的一個(gè)后留下的示例性"納米島（nanoisland)"掩模涂覆程序；圖6(d)示意性地圖解說 明示例性掩模涂覆程序，其包括通過用于形成本發(fā)明的示例性納米柱陣列的掩蔽島蝕刻Ti 或Ti合金；圖6(e)示意性地圖解說明所述涂層的移除；并且圖6(f)示意性地圖解說明可 選的額外蝕刻或陽(yáng)極化步驟以在本發(fā)明裝置的表面上產(chǎn)生較深的納米柱或納米管，在替代 實(shí)施方案中，所述裝置可為植入物。
[0095] 圖7 (a)以圖形方式圖解說明來自MTT (3-(4, 5-二甲基噻唑-2-基）-2,5-二苯基 四唑溴化物）測(cè)定的數(shù)據(jù)，其顯示在示例性納米管表面（Ti、Ti02納米管（NT)、Ta和經(jīng)Ta 涂覆的納米管（NT))上培養(yǎng)的人類成骨細(xì)胞（Hob)細(xì)胞的MTT工作溶液的反應(yīng)產(chǎn)物隨培育 時(shí)間而變化的的光密度（〇D) (η = 3);條形圖顯示平均值土標(biāo)準(zhǔn)誤差棒。圖7(b)圖解說 明在示例性納米管表面（Ti、Ti02納米管（NT)、Ta和經(jīng)Ta涂覆的納米管（NT))上培育24h 后的HOb細(xì)胞的SEM顯微照片，顯示了兩個(gè)納米表面上廣泛的絲足活性（參見箭頭）；比例 尺=5 μ m。
[0096] 圖8以圖形方式圖解說明來自在納米管表面（Ti、Ti02納米管（NT)、Ta和經(jīng)Ta涂 覆的納米管（NT))上培養(yǎng)的人類成骨細(xì)胞（Hob)細(xì)胞的堿性磷酸酶（ALP)活性對(duì)培育時(shí)間 (天）的數(shù)據(jù)（η = 3);圖形點(diǎn)顯示平均值土標(biāo)準(zhǔn)誤差棒；在圖上標(biāo)記在進(jìn)行AN0VA檢驗(yàn)后 達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著性（Ρ〈〇· 001)的Ρ值（*)。
[0097] 圖9圖解說明培養(yǎng)3周的HOb細(xì)胞形成的骨小結(jié)：圖9(a)圖解說明在納米管表面 (Ti、Ti0 2納米管（NT)、Ta和經(jīng)Ta涂覆的納米管（NT))上培養(yǎng)的HOb細(xì)胞的2000x的SEM顯 微照片，所述圖像顯示經(jīng)Ta涂覆的NT表面上在3周后較大骨小結(jié)的形成，比例尺=10 μ m ; 圖9(b)以圖形方式圖解說明來自所述表面上的鈣和磷礦物元素的原子百分比的能量分散 X射線（EDX)分析的數(shù)據(jù)（η = 5)，所述條形圖顯示平均值土標(biāo)準(zhǔn)誤差棒；進(jìn)行AN0VA檢驗(yàn) 后的Ρ值達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著性（Ρ < 0. 001)，如通過（*)所指示的；Ρ和Ca的量在經(jīng)Ta涂覆的 表面上顯著更高。
[0098] 圖10以圖形方式圖解說明各表面上的磷（圖10(a))和鈣（圖10(b))礦物元素 隨時(shí)間而變化的原子百分比的礦化動(dòng)力學(xué)研究--一種能量分散X射線（EDX)分析（n = 5)，其中線性趨勢(shì)線是重疊的并且對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行了標(biāo)記。圖10(c)圖解說明呈現(xiàn)每個(gè)襯 底的磷和鈣沉積的相應(yīng)速率（線性趨勢(shì)線的斜率）的表；線圖顯示平均值土標(biāo)準(zhǔn)誤差棒； 對(duì)于樣品之間的所有比較（除Ti對(duì)Ta)來說，進(jìn)行AN0VA檢驗(yàn)后的ρ值均達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著性 (ρ 彡 0· 001)。
[0099] 圖11圖解說明用于在納米管表面（Ti、Ti02納米管（NT)、Ta和經(jīng)Ta涂覆的納米 管（NT))上培養(yǎng)1周、2周和3周后的HOb的礦物沉積的茜素紅染色；熒光圖像顯示用于礦 物沉積的茜素紅染色（鮮紅）；箭頭指示骨小結(jié)形成；比例尺=50 μ m ;基質(zhì)礦化動(dòng)力學(xué)結(jié) 果是通過于1周、2周和3周的茜素紅S染色（鮮紅）驗(yàn)證的。納米管表面在視覺上表現(xiàn)得 更亮，指示較高濃度的Ca沉積物。
[0100] 圖12示意性地圖解說明包含基于Ti02納米管的裝置（例如，植入物）的示例性 實(shí)施方案，其中所述納米管具有Ta或Ta氧化物（Ta 205)涂層，可選地具有一種或多種儲(chǔ)存 于垂直對(duì)齊的納米管孔中的試劑，例如，生物試劑，例如，緩釋生物試劑：圖12(a)示意性地 圖解說明在Ti襯底上具有Ta或Ta 205表面涂層的Ti02納米管；圖12 (b)示意性地圖解說 明將一種或多種試劑（例如，生物試劑，例如，多肽、生長(zhǎng)因子、激素或類固醇、核酸或DNA、 膠原、抗生素、納米粒子等）儲(chǔ)存于垂直對(duì)齊的納米管孔中（例如，儲(chǔ)存于所謂的"納米庫(kù)" 中）的實(shí)施方案；圖12(c)示意性地圖解說明替代實(shí)施方案，其包含使用垂直對(duì)齊的納米管 孔的出口上的減小直徑的結(jié)構(gòu)，例如，作為納米庫(kù)入口上的減小直徑的結(jié)構(gòu)，用于儲(chǔ)存的試 劑（例如，生物試劑）的較慢的或受控的釋放。
[0101] 圖12示意性地圖解說明包含Ti02納米柱配置的植入物的示例性實(shí)施方案，所述 植入物包含儲(chǔ)存于垂直對(duì)齊的納米柱之間的間隙中的試劑（例如，生物試劑，例如，緩釋生 物試劑）：圖12(a)示意性地圖解說明具有Ta或Ta 205表面涂層的1102納米柱；圖12(b) 示意性地圖解說明將一種或多種試劑（例如，生物試劑，例如，多肽、生長(zhǎng)因子、激素或類 固醇、核酸或DNA、膠原、抗生素、納米粒子等）儲(chǔ)存于納米柱之間的間隙中的實(shí)施方案；圖 12(c)示意性地圖解說明替代實(shí)施方案，其包括使用減小直徑的結(jié)構(gòu)，例如，以產(chǎn)生尺寸減 小的入口，用于來自所述納米柱間隙的儲(chǔ)存的生物試劑的較慢的釋放。
[0102] 圖14 :頂行：24h培養(yǎng)培育后的HOb細(xì)胞的細(xì)胞骨架肌動(dòng)蛋白（紅色）的免疫熒光 圖像的圖解，顯示了 Ti02和Ta表面上的十字形圖案（黃色箭頭）（比例尺=50 μ m);和底 行：24h培育后的HOb細(xì)胞的SEM顯微照片的圖解（比例尺=50μπι):圖14(a)Ti02NT，圖 14 (b)經(jīng)沉積態(tài)（as-deposited) Ta涂覆的NT，圖14 (c)經(jīng)金屬Ta涂覆的NT，圖14 (d)經(jīng)氧 化的Ta涂覆的NT，圖14 (e)經(jīng)Ta205涂覆的NT。
[0103] 圖15以圖形方式圖解說明來自MTT測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，其顯示了在納米管（NT)表 面（Ti0 2NT、經(jīng)沉積態(tài)Ta涂覆的NT、經(jīng)金屬涂覆的NT、經(jīng)氧化的Ta涂覆的NT、經(jīng)Ta205表面 涂覆的NT)上培養(yǎng)的HOb細(xì)胞的MTT工作溶液的反應(yīng)產(chǎn)物隨培育時(shí)間而變化的的光密度 (0D) (η = 3);條形圖顯示平均值土標(biāo)準(zhǔn)誤差棒；其中所述MTT測(cè)定顯示細(xì)胞存活力或每個(gè) 表面上的估計(jì)活細(xì)胞。在21天時(shí)，經(jīng)金屬涂覆的NT、經(jīng)氧化的Ta涂覆的NT和經(jīng)Ta 205表 面涂覆的NT顯示較大的"估計(jì)活細(xì)胞"存活力。
[0104] 圖16以圖形方式圖解說明來自在納米管表面（Ti02NT、經(jīng)沉積態(tài)Ta涂覆的NT、經(jīng) 金屬涂覆的NT、經(jīng)氧化的Ta涂覆的NT、經(jīng)Ta 205表面涂覆的NT)上培養(yǎng)的HOb細(xì)胞的堿性 磷酸酶（ALP)活性（其反映了細(xì)胞的功能性或骨形成能力）對(duì)培育時(shí)間的數(shù)據(jù)（η = 3); 圖形點(diǎn)顯示平均值土標(biāo)準(zhǔn)誤差棒。成骨細(xì)胞功能性似乎偏愛被氧化的鉭表面多于金屬Ta 和沉積態(tài)Ta。
[0105] 圖17以圖形方式圖解說明來自培養(yǎng)3周的HOb細(xì)胞的骨小結(jié)形成測(cè)定（或基質(zhì) 礦化或骨形成）的數(shù)據(jù)：（左圖表示P或磷，并且右圖表示Ca或鈣）各表面（Ti0 2NT、經(jīng)沉積 態(tài)Ta涂覆的NT、經(jīng)金屬涂覆的NT、經(jīng)氧化的Ta涂覆的NT、經(jīng)Ta205表面涂覆的NT)上的鈣 和磷礦物元素的原子百分比的能量分散X射線（EDX)分析（η = 5);條形圖顯示平均值土 標(biāo)準(zhǔn)誤差棒；進(jìn)行ANOVA檢驗(yàn)的ρ值達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著性（ρ < 0. 001)，如通過（*)所指示的。
[0106] 圖18圖解說明顯示培養(yǎng)3周的HOb細(xì)胞的相對(duì)骨小結(jié)形成程度的2, ΟΟΟχ的SEM 顯微照片。相比于經(jīng)金屬Ta涂覆的表面在經(jīng)Ta205涂覆的納米管表面上明顯可見更大骨小 結(jié)的形成。比例尺=10 μ m。（a)Ti02NT、（b)經(jīng)沉積態(tài)Ta涂覆的NT、（c)經(jīng)金屬Ta涂覆的 NT (真空退火的）、（d)經(jīng)氧化的Ta涂覆的NT (空氣中退火的）、（e)經(jīng)Ta205涂覆的NT (直 接RF濺射的）。骨礦化偏愛被氧化的鉭表面多于金屬Ta和沉積態(tài)Ta。
[0107] 應(yīng)當(dāng)理解，這些圖示是為了圖解說明本發(fā)明概念的目的并且不是按比例的。例如， 一些元件的尺寸相對(duì)于其它元件被放大了。

【具體實(shí)施方式】
[0108] 現(xiàn)在將詳細(xì)地參考本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施方案，其示例圖解說明于附圖中。提 供以下詳細(xì)說明以使讀者更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面和實(shí)施方案的某些細(xì)節(jié)，并且不應(yīng) 將其理解為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。
[0109] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供包含薄的保形鉭層的制造產(chǎn)品或制造物品，包括 植入物、粒子、球體等。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供在納米形貌（nanotopography)上包 含表面保形鉭層的納米結(jié)構(gòu)，例如，納米管、納米線、納米孔等。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明 提供在納米形貌上具有薄的保形鉭層的納米結(jié)構(gòu)，例如，納米管、納米線或納米孔陣列。在 替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品或制造物品（例如生物植入物）和本發(fā)明的經(jīng)鉭表面 涂覆的納米結(jié)構(gòu)提供增加的生物活性和骨形成能力。在替代實(shí)施方案中，將本發(fā)明的制造 產(chǎn)品或制造物品（例如，生物植入物）和本發(fā)明的經(jīng)鉭表面涂覆的納米結(jié)構(gòu)用于活體外、離 體和活體內(nèi)測(cè)試、植入物、生物醫(yī)學(xué)裝置和治療劑。
[0110] 在替代實(shí)施方案中，制造產(chǎn)品或制造物品在Ti植入物上使用經(jīng)鉭涂覆的（經(jīng)Ta 涂覆的）Ti02納米管提供改進(jìn)的骨形成。證實(shí)了包含經(jīng)鉭涂覆的（經(jīng)Ta涂覆的）Ti02納米 管的本發(fā)明的Ti植入物相比于單獨(dú)使用Ti0 2納米管為動(dòng)物（小鼠）骨細(xì)胞和人類骨細(xì)胞 (人類成骨細(xì)胞）兩者提供改進(jìn)的骨形成。確定了兩個(gè)表面均引發(fā)了等效水平的細(xì)胞粘附、 增殖和形態(tài)。在后期培養(yǎng)時(shí)間，Ta表面上在堿性磷酸酶活性、骨小結(jié)形成和基質(zhì)礦物沉積 方面增強(qiáng)了骨功能性。在替代實(shí)施方案中，將本發(fā)明的經(jīng)鉭涂覆的（經(jīng)Ta涂覆的）110 2納 米管有利地施加到矯形植入物和牙植入物。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品或制造 物品是需要骨沉積的生物醫(yī)學(xué)植入物，例如，骨或牙植入物或關(guān)節(jié)置換植入物、或針、板或 桿等。
[0111] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供包含部分地、基本上或完全地經(jīng)鉭涂覆的（經(jīng)Ta 涂覆的）表面的納米結(jié)構(gòu)化制造產(chǎn)品和生物材料、包含所述生物材料的裝置。在替代實(shí)施 方案中，使用本發(fā)明的制造產(chǎn)品和生物材料，本發(fā)明還提供用于在人體和動(dòng)物體中有效地 產(chǎn)生骨的制作方法。在替代實(shí)施方案中，納米結(jié)構(gòu)化制造產(chǎn)品和生物材料使得能夠進(jìn)行加 速的成骨細(xì)胞生長(zhǎng)和骨礦化，并且也被制作成允許釋放儲(chǔ)存于納米結(jié)構(gòu)化生物材料表面的 納米庫(kù)中的生長(zhǎng)因子和其它化學(xué)或生物材料。
[0112] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供包含部分地、基本上或完全地經(jīng)鉭涂覆的（經(jīng)Ta 涂覆的）表面的鈦氧化物納米結(jié)構(gòu)，例如，納米管、納米線等。本發(fā)明的這些組合物包含增 強(qiáng)骨生長(zhǎng)的納米襯底。
[0113] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供組合了比鉭輕得多的材料Ti和/或Ti02與經(jīng)鉭 涂覆的（經(jīng)Ta涂覆的）表面的方法和結(jié)構(gòu)。在替代實(shí)施方案中，Ti0 2納米管的幾何形狀增 強(qiáng)了骨生長(zhǎng)和干細(xì)胞分化，并且本發(fā)明組合了 Ti02納米管的優(yōu)點(diǎn)連同Ta表面的化學(xué)性質(zhì)。
[0114] 在替代實(shí)施方案中，使用限定量的鉭對(duì)于使得植入物變得沉重且昂貴的程度減到 最少來說是至關(guān)重要的。因此，在替代實(shí)施方案中，在包含金屬、陶瓷和/或聚合物等的納 米管或納米結(jié)構(gòu)的基底結(jié)構(gòu)上添加 Ta作為薄涂層材料。在替代實(shí)施方案中，因此Ta表面 涂層的厚度為最多0. lmm(l〇〇微米）或小于0. 〇lmm(l〇微米）或小于1微米或小于0. 1微 米（lOOnm)。在替代實(shí)施方案中，Ta涂層的最小厚度為至少5納米（nm)。
[0115] 在替代實(shí)施方案中，通過物理氣相沉積（例如濺射或蒸發(fā)）或通過化學(xué)氣相沉積 或通過化學(xué)/電化學(xué)沉積添加 Ta涂層。
[0116] 在替代實(shí)施方案中，將誘導(dǎo)骨的襯底材料并入具有Ta或Ta氧化物表面涂層的納 米管和納米柱的表面配置中。本發(fā)明情況下的納米結(jié)構(gòu)化襯底是Ti和Ti氧化物以及含有 至少50重量％的Ti或Ti氧化物的合金。
[0117] 在替代實(shí)施方案中，除了在表面上（例如，在Ti或1102納米管或其它納米結(jié)構(gòu) 上）的Ta膜沉積外，還使用了用于Ta金屬沉積的其它合意的矯形植入物、牙植入物、脊柱 植入物、膝植入物或其它植入物襯底材料，其包括例如納米管或其它納米結(jié)構(gòu)，例如由合金 Ti (包括Ti-6A1-4V合金）制成的納米管或其它納米結(jié)構(gòu)，和由Zr02、Hf02、Nb0或Nb 205、Mo02 或M〇03、V02或V205、W02或W0 3制成的納米管或其它納米結(jié)構(gòu)，或由包含金屬組分的合金氧 化物制成的納米管或其它納米結(jié)構(gòu)，所述金屬組分中至少50%的重量是Ti、Zr、Hf、Nb、Mo、 V、W的氧化物中的一種或多種，剩余金屬組分選自各種其它金屬或元素（例如Al、Ag、C、F、 Mg、Ca、Si、P、Μη、Fe、Co、Cu、Zn、Pd、Ag、In、Sn、Sb、Re、Os、Ir、Pt、Au、Bi 和一種或多種稀 土元素）中的一種或多種。還可利用其它材料（例如不銹鋼、Si、Si氧化物、碳、金剛石、貴 金屬（例如Au、Ag、Pt和其合金）、聚合物或塑料材料、或復(fù)合金屬、陶瓷或聚合物）來產(chǎn)生 和使用用于生物植入物和細(xì)胞生長(zhǎng)應(yīng)用的類似的所需表面配置；并且在替代實(shí)施方案中， 使用具有至少約5nm的厚度和總表面的至少80 %的涂層覆蓋度的納米結(jié)構(gòu)化Ta或Ta氧化 物涂層。
[0118] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供基于納米結(jié)構(gòu)化表面、尤其具有基于Ti氧化物的 具有Ta或Ta氧化物表面涂層的納米管或納米柱配置的誘導(dǎo)骨的生物材料襯底的材料、制 作方法和治療應(yīng)用。
[0119] 在替代實(shí)施方案中，通過陽(yáng)極化或納米掩模蝕刻技術(shù)制作本發(fā)明的制造產(chǎn)品，例 如，裝置、生物材料或植入物。
[0120] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品（例如，裝置、生物材料或植入物）使得 能夠進(jìn)行加速的成骨細(xì)胞生長(zhǎng)和骨形成。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品（例如， 裝置、生物材料或植入物）包含納米庫(kù)，所述納米庫(kù)允許釋放儲(chǔ)存于納米結(jié)構(gòu)化生物材料 表面的納米庫(kù)中的生長(zhǎng)因子和其它化學(xué)或生物材料。還利用其它材料（例如基于Ti合 金的氧化物或含有基于Al、Zr、Hf、Nb、V、Mo、W的氧化物或基于不銹鋼的合金）作為下伏 (underlying)襯底材料。另外，納米架構(gòu)上的表面涂層包含各種晶體結(jié)構(gòu)的氧化的Ta以及 非晶形Ta。
[0121] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品是具有經(jīng)Ta涂覆的納米結(jié)構(gòu)的骨整合性 生物材料，其可用于修復(fù)任何矯形植入部位處的骨，呈例如骨植入物表面涂層的形式，以誘 導(dǎo)與接觸側(cè)上現(xiàn)存的骨的骨整合。
[0122] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品包含或是誘導(dǎo)骨的經(jīng)Ta涂覆的納米級(jí)生 物材料，所述材料可用作用于增強(qiáng)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)和礦化基質(zhì)形成的活體外細(xì)胞培養(yǎng)襯底， 之后植入到人體或動(dòng)物體中。本發(fā)明的誘導(dǎo)骨的經(jīng)Ta涂覆的納米級(jí)生物材料還可用于增 強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞或胚胎干細(xì)胞朝向骨或軟骨細(xì)胞的分化。
[0123] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品包含例如在包含Ta表面涂層的生物材料 上的納米庫(kù)配置；并且這些納米庫(kù)配置可用作貯器以儲(chǔ)存和緩慢地且連續(xù)地遞送生長(zhǎng)因 子、抗生素和對(duì)患者具有其它治療益處的其它藥物和生物化學(xué)品。
[0124] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供使用本發(fā)明的制造產(chǎn)品（例如，加速細(xì)胞/骨生長(zhǎng) 的本發(fā)明的生物材料或裝置）的各種制造方法、細(xì)胞培養(yǎng)方法、植入物應(yīng)用方法。
[0125] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供包含經(jīng)Ta涂覆的鈦氧化物納米管、Zr02、Hf02、 NbO或Nb205、Mo02或M〇03、V02或V205、W02或W03納米管或納米線、可選的金屬和合金的 制造產(chǎn)品（物品），例如，生物材料和植入物。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供這些組合物的 制作方法和本發(fā)明的這些組合物的應(yīng)用和方法，例如，用于牢固粘附和動(dòng)力學(xué)加速的骨生 長(zhǎng)、軟骨生長(zhǎng)、牙周細(xì)胞生長(zhǎng)、器官細(xì)胞生長(zhǎng)（肝臟、腎臟等）、藥物毒性測(cè)試、細(xì)胞檢測(cè)、人 工器官等的生物醫(yī)學(xué)活體內(nèi)和活體外應(yīng)用。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供本發(fā)明的圖示 中所圖解說明的具體實(shí)施方案。
[0126] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供增強(qiáng)骨生長(zhǎng)的生物材料，其包含涂覆有Ta或Ta20 5 薄膜的納米管或納米柱架構(gòu)（其主體由Ti或Ti02構(gòu)成）、或由含有至少50重量％的Ti的 合金的氧化物或Ti氧化物構(gòu)成的類似結(jié)構(gòu)、或由含有至少50重量％的Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、 V、W的合金的氧化物制成的類似結(jié)構(gòu)、或由不銹鋼制成的類似結(jié)構(gòu)，其中相比于沒有納米管 或納米柱表面配置的相同材料，使如通過礦化基質(zhì)形成程度所表示的成骨細(xì)胞功能性增加 了至少10 %或至少30 %或至少50 %。
[0127] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供增強(qiáng)骨生長(zhǎng)的生物材料，其中將納米管或納米柱 結(jié)構(gòu)的尺寸控制到如本文所指示的某些范圍。
[0128] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供增強(qiáng)骨生長(zhǎng)的生物材料，其中納米管內(nèi)部或納米 柱之間的間隙中的納米庫(kù)空間用作貯器，并且儲(chǔ)存和可控制地遞送對(duì)患者具有其它治療益 處的生物試劑。在替代實(shí)施方案中，通過選擇性地沉積金屬或氧化物材料以誘導(dǎo)部分瓶頸 的配置來減小納米庫(kù)的入口尺寸以減慢所儲(chǔ)存的生物試劑的釋放速率。試劑可包括生長(zhǎng)因 子、膠原、各種蛋白質(zhì)/生物分子、基因、DNA、抗生素、激素、治療性藥物、磁性功能性粒子、 金屬粒子、陶瓷粒子、聚合物粒子。可由磁性氧化物粒子或金屬粒子制成的功能性粒子用于 遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)的RF加熱和產(chǎn)生用于儲(chǔ)存于納米庫(kù)空間中的生物試劑的加速的或開啟的、關(guān)閉 的釋放的溫度梯度。
[0129] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供使用兩相掩模層的陽(yáng)極化、形成和選擇性相移除 來制作增強(qiáng)骨的納米管或納米柱配置的方法，所述方法使用二嵌段共聚物層、旋節(jié)分解合 金層或兩相合金膜、之后選擇性蝕刻生物材料表面以產(chǎn)生納米管或納米柱表面配置。
[0130] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供本發(fā)明的誘導(dǎo)骨的植入物、裝置和生物材料用途， 其中所述用途包括修復(fù)指、腕、肘、肩、腿、臂、髖、膝、踝、足或趾、椎間盤或肋骨籃中的骨或 軟骨的修復(fù)或置換，以及任何棒、螺釘或其它骨穩(wěn)定器植入物。本發(fā)明的組合物和方法使得 能夠進(jìn)行關(guān)節(jié)或骨修復(fù)或置換，同時(shí)為新的骨基質(zhì)生長(zhǎng)提供結(jié)構(gòu)支持和化學(xué)環(huán)境，且因此 可置換由各種疾?。ɡ绻琴|(zhì)疏松癥或自身免疫性疾病，在所述自身免疫性疾病中，免疫 系統(tǒng)攻擊機(jī)體的細(xì)胞和組織，從而導(dǎo)致骨衰變或損傷）引起的受損的、受感染的、老化的或 患病的骨。
[0131] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供本發(fā)明的骨整合植入物、裝置和生物材料的活體 內(nèi)用途，其中所述生物材料是作為誘導(dǎo)牢固骨整合的修補(bǔ)骨植入物件施加的。
[0132] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供本發(fā)明的誘導(dǎo)骨基質(zhì)的植入物、裝置和生物材料 的活體內(nèi)用途，其中所述生物材料用于增強(qiáng)的骨基質(zhì)產(chǎn)生的成骨細(xì)胞培養(yǎng)襯底，優(yōu)選使用 患者自身的細(xì)胞，之后植入到人體或動(dòng)物體中靠近骨損傷區(qū)域處。
[0133] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供基于非金屬或非Ti的襯底，其表面已轉(zhuǎn)換成Ti02 型納米管或納米孔并且涂覆有薄的Ta層。在替代實(shí)施方案中，要么將薄膜Ti或Ti02涂層 施加到已為納米多孔的材料的表面上，要么沉積厚膜Ti并進(jìn)行陽(yáng)極化以產(chǎn)生Ti0 2型納米 管，以展示合意的加速細(xì)胞或骨生長(zhǎng)的特性。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供已通過1102表 面納米管等實(shí)現(xiàn)生物相容并且加速細(xì)胞或骨生長(zhǎng)的多孔或圖案化襯底和各種制作方法和 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
[0134] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供呈松散粒子、松散短纖維或松散薄片配置的經(jīng)Ta 涂覆的生物相容材料。在替代實(shí)施方案中，將粉末表面處理成包含納米孔或納米管陣列納 米結(jié)構(gòu)，使得松散粉末展示加速細(xì)胞或骨生長(zhǎng)的特性，這可用于骨接合劑和其它組織連接 應(yīng)用。在替代實(shí)施方案中，可使用在松散粉末、短纖維、薄片、片段化網(wǎng)篩上制作Ti0 2表面 納米管的各種類型的方法。在替代實(shí)施方案中，使用各種應(yīng)用方法和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括加 速的骨生長(zhǎng)、牙骨生長(zhǎng)、牙周組織生長(zhǎng)。
[0135] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供經(jīng)Ta涂覆的生物相容的并且增強(qiáng)細(xì)胞生長(zhǎng)的培 養(yǎng)襯底，包含涂覆有Ti、Ti0 2或相關(guān)金屬和金屬氧化物膜的彈性順應(yīng)的突出納米結(jié)構(gòu)襯底。 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供涂覆有Ti、Ti0 2或相關(guān)金屬和金屬氧化物膜并且具有增強(qiáng) 細(xì)胞培養(yǎng)特性的彈性順應(yīng)的突出納米結(jié)構(gòu)襯底、用于所述生物相容的并且彈性順應(yīng)的納米 結(jié)構(gòu)化細(xì)胞培養(yǎng)襯底的各種類型的制作方法和其活體外細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)用或活體內(nèi)治療應(yīng)用。
[0136] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供使用濺射、蒸發(fā)、激光消融、離子束沉積、等離子體 噴涂、化學(xué)氣相沉積等在植入物表面上形成Ta-涂層的方法。
[0137] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供Ti、Zr、Hf、Nb、Mo、V或W或其氧化物的經(jīng)Ta涂覆 的顆?；蛄Ｗ拥奈锲?、通過例如電鍍、無電極電鍍、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、濺射等制 備所述顆?；蛄Ｗ拥姆椒ê退鲱w粒或粒子用于于牙骨修復(fù)、治愈骨質(zhì)疏松癥的潛在應(yīng)用 的用途。
[0138] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明提供如本發(fā)明的圖中所述的經(jīng)Ta涂覆的納米結(jié)構(gòu)、材 料、各種幾何形狀和各種實(shí)施方案。
[0139] Ti02納米管可通過各種陽(yáng)極化工藝制備。參見以下論文：Gong等人，Journal of Materials Research，第 16 卷，第 12 期，第 3331-3334 頁(yè)（2001) ;J.M.Macak 等人，Angew. Chem. Int. Ed.，第 44 卷，第 7463 - 7465 頁(yè)（2005)、Electrochimica Acta50 (2005) 3679 -3684(2005)和 Angew. Chem. Int. Ed.，第 44 卷，2100 - 2102 (2005) ;A. Ghicov 等人， Electrochemistry Communications，第 7 卷，第 505 - 509 頁(yè)（2005)和 S. Oh 等人， Biomaterials，第 26 卷，第 4938-4943 頁(yè)（2005)。
[0140] 在替代實(shí)施方案中，陽(yáng)極化Ti02納米管陣列的結(jié)構(gòu)（例如納米管的直徑、間隔和 高度）在電化學(xué)陽(yáng)極化工藝期間是可控制的。在替代實(shí)施方案中，小心地選擇電解質(zhì)的濃 度，如上述Gong等人、Oh等人、Macak等人和Ghicov等人的論文中所報(bào)道的。一些示例性 電解質(zhì)和其濃度為：于水中的〇. 5wt%氫氟酸（HF)、于1M硫酸銨（(NH4)2S04)中的0. 5wt. % 氟化銨（NH4F)和于11^&#04溶液中的lwt. % NaF。還必須對(duì)各種陽(yáng)極化處理參數(shù)（例如 施加的電壓、反應(yīng)時(shí)間、pH和浴液的溫度等）進(jìn)行控制和優(yōu)化。
[0141] 在替代實(shí)施方案中，用于陽(yáng)極化納米管的基底材料可為純Ti，或可為基于Ti的合 金（例如Ti-V-Al合金）或其它具有增加的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性的固溶體硬化的或沉淀硬化 的合金。
[0142] 在替代實(shí)施方案中，雖然加速的成骨細(xì)胞骨形成功能性和礦化細(xì)胞外基質(zhì)形成的 具體示例主要是在具有Ta薄膜涂層的Ti和Ti氧化物的襯底材料上，但還可使用含有其它 元素但具有至少50重量％的Ti或Ti氧化物的其它鈦合金作為下伏襯底。在替代實(shí)施方 案中，使用其它過渡金屬或難熔金屬，例如Al、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W和其氧化物、或這些金屬 和氧化物的合金。
[0143] 在替代實(shí)施方案中，將改造成特定納米管或納米孔陣列結(jié)構(gòu)的其它材料（例如不 銹鋼、Si、Si氧化物、碳、金剛石、貴金屬（例如Au、Ag、Pt和其合金）、聚合物或塑料材料、 或復(fù)合金屬、陶瓷或聚合物）用于例如生物植入物和加速的骨形成應(yīng)用；并且在替代實(shí)施 方案中，使用具有至少5nm的厚度和總表面的至少80%的涂層覆蓋度的Ta和Ta氧化物優(yōu) 先涂層。
[0144] 在替代實(shí)施方案中，使用通過與陽(yáng)極化鈦氧化物類似的方法形成的并且產(chǎn)生特征 極為明確的納米多孔陣列的陽(yáng)極化氧化鋁作為用于本發(fā)明的下伏襯底。在替代實(shí)施方案 中，所述襯底以相同方式被Ta或Ta氧化物涂覆，并且提供高度生物活性的快速骨形成性襯 底。
[0145] 用于成骨細(xì)胞生長(zhǎng)和礦化基質(zhì)形成的一個(gè)重要因素是通過體液流動(dòng)向細(xì)胞連續(xù) 供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)素，包括蛋白質(zhì)、礦物粒子、流體等。在替代實(shí)施方案中，例如如圖1中的相鄰Ti〇 2 納米管之間的間隙（間隔）發(fā)揮允許體液連續(xù)地穿過并向生長(zhǎng)細(xì)胞的底側(cè)供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)素的 功能。在替代實(shí)施方案中，納米管之間的所需間隙約在約2nm到100nm或約5nm到30nm范 圍內(nèi)，如圖3中利用陽(yáng)極化處理的Ti0 2納米管的示例性顯微照片所示。針對(duì)示例性發(fā)明性 Ti02納米管陣列結(jié)構(gòu)所示的透射電子顯微鏡（TEM)照片（圖3(b)和（c))顯示了納米管之 間平均約15nm的間隔。
[0146] 雖然上述納米管陣列配置允許連續(xù)供應(yīng)細(xì)胞生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)素，但圖4中所圖解說明的 納米柱陣列配置也執(zhí)行連續(xù)供應(yīng)細(xì)胞生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)素的類似功能，并且其納米形貌結(jié)構(gòu)和納米 柱之間的間隙允許牢固的細(xì)胞粘附。所述納米柱結(jié)構(gòu)可通過圖案化掩蔽和蝕刻或初始圖案 化蝕刻與后續(xù)陽(yáng)極化的組合形成于Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W或它們的合金或這些金屬和合 金的薄涂層的表面上。然后納米結(jié)構(gòu)化表面可被Ta或Ta氧化物薄膜涂覆，如在陽(yáng)極化納 米管陣列的情況下。
[0147] 雖然基于Ti的植入物或襯底是例如在一個(gè)實(shí)施方案中在涂覆成骨細(xì)胞或增強(qiáng)骨 形成的Ta或Ta氧化物涂層之前在上面形成本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的示例性襯底材 料，但還可其它材料作為基底植入物或襯底。例如，在替代實(shí)施方案中，通過陽(yáng)極化形成的 納米管（具有在局部襯底表面上保形地形成的垂直對(duì)齊的配置）具有在約20nm到800nm 范圍內(nèi)的直徑和/或在約50nm到2, OOOnm范圍內(nèi)的高度；并且可形成于例如由含氧化物的 Ti或含有至少約50wt% Ti、任選地含有一種或多種成合金元素的其它難熔金屬制成的塊 狀幾何形狀襯底材料上。
[0148] 在替代實(shí)施方案中，納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)（例如，納米管）可通過具有例如約0. 5 微米到20微米的厚度的厚膜Ti金屬或含Ti合金的表面的陽(yáng)極化來形成，厚Ti金屬層是通 過例如濺射、蒸發(fā)、激光消融、化學(xué)氣相沉積或等離子體噴涂工藝或其組合沉積的。可將所 述Ti金屬層涂覆于不含Ti的襯底或植入物上，例如基于氧化鋯的植入物（一個(gè)示例是基 于氧化鋯陶瓷的膝植入物）或基于鈷-鉻型或不銹鋼型合金的植入物、或基于聚合物的植 入物，例如聚醚醚酮（PolyEther EtherKetone(PEEK))型或超高分子量聚合物型植入物，例 如，其可用于脊骨植入物。在替代實(shí)施方案中，經(jīng)涂覆的Ti層然后可被陽(yáng)極化以形成Ti0 2 納米管，為了增強(qiáng)骨形成特性，可在所述Ti02納米管上添加薄Ta或Ta氧化物涂層。
[0149] 在一個(gè)實(shí)施方案中，一種制作增強(qiáng)骨的納米柱結(jié)構(gòu)的方便方式是利用納米壓印 (nano-imprint)技術(shù)。如圖5中所圖解說明，可在所需表面（在這種情況下為Ti或相關(guān)金 屬和合金表面）上實(shí)施聚合物掩?？刮g劑（polymer mask resist)(例如PMMA(聚甲基丙 烯酸甲酯）層）的納米沖壓。首先將PMMA旋涂成薄層，例如，厚約20nm到100nm的層，然 后將納米壓模（nanostamp)壓制到這一未固化的PMMA層上以拾取抗蝕劑島，然后將所述抗 蝕劑島壓印于Ti或合金表面上以留下PMMA掩模島。然后對(duì)Ti或合金基底進(jìn)行化學(xué)蝕刻 或反應(yīng)性離子蝕刻（RIE)以形成所需Ti0 2納米柱結(jié)構(gòu)。所述柱可完全由Ti02構(gòu)成或可通 過陽(yáng)極化處理的氧化熱處理僅將所述柱的表面轉(zhuǎn)換成Ti0 2。納米壓?？捎蓤D案化Si、金屬 或彈性體（PDMS)制成，其中機(jī)械順應(yīng)性彈性體壓模允許更可靠的轉(zhuǎn)移掩蔽抗蝕劑島。然后 可將Ta或Ta氧化物薄膜沉積于納米柱陣列上。
[0150] 根據(jù)本發(fā)明形成所述所需的位置導(dǎo)向性和直徑導(dǎo)向性均勻納米柱陣列、尤其有 利于在Ti或相關(guān)金屬和合金的不平坦表面上制作納米柱結(jié)構(gòu)的另一替代技術(shù)是引入使 用垂直兩相可分解涂層的導(dǎo)向性蝕刻，如圖6中所圖解說明的。首先，用隨后分解成垂直 對(duì)齊的兩相結(jié)構(gòu)的材料涂覆用于成骨細(xì)胞培養(yǎng)和骨生長(zhǎng)的Ti植入物或襯底。所述可分 解材料的一個(gè)示例是在加熱時(shí)可分解成垂直對(duì)齊的兩相的二嵌段共聚物層。參見M. Park 等人的論文 "Block copolymer lithography:Periodic arrays of 10nholes inlsquare centimeter"，Science，第 272 卷，第 1401 頁(yè)（1997)。
[0151] 產(chǎn)生垂直對(duì)齊的兩相結(jié)構(gòu)的可分解材料的另一示例是旋節(jié)線分解合金。參見 N. Yasui 等人的論文 "Perpendicular recording media using phase-separated AlSi films"，Journal of Applied Physics,第 97 卷，第 10N103 頁(yè)（2005)。在薄膜沉積期間在 RF等離子體濺射沉積工藝期間利用自加熱或在約100-700°C沉積后退火時(shí)，通?？蓮男?jié) 合金獲得合意的垂直對(duì)齊的納米孔結(jié)構(gòu)或納米島結(jié)構(gòu)。在Al-Si合金膜的情況下，利用適 當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)蝕刻，可對(duì)A1進(jìn)行選擇性地蝕刻，同時(shí)使Si氧化成Si0 2多孔膜或Si02島陣列，由 此產(chǎn)生納米孔或納米柱結(jié)構(gòu)，這取決于兩相的相對(duì)體積分?jǐn)?shù)。
[0152] 在添加所述可分解涂層并且使其分解成對(duì)齊的兩相結(jié)構(gòu)（圖6(b))后，通過差異 性蝕刻（例如，通過化學(xué)蝕刻或離子蝕刻）從所述兩相結(jié)構(gòu)中移除所述相中的一個(gè)，以展示 納米島陣列（圖6(c))。通過掩蔽島蝕刻Ti或合金基底產(chǎn)生圖6(d)的納米柱陣列。在移 除所述涂層材料（圖6(e))后，可利用可選的額外蝕刻或?qū)蛐躁?yáng)極化工藝來進(jìn)一步增加 納米柱的深度圖6(f)。
[0153] 在替代實(shí)施方案中，使用二嵌段共聚物；它們是由兩條（個(gè)）化學(xué)上不同的聚合物 鏈或嵌段組成的，而這些聚合物鏈或嵌段是通過共價(jià)鍵接合的。由于這種連接性的限制還 有彼此之間的化學(xué)不相容性，因此二嵌段共聚物往往會(huì)發(fā)生相分離并且自組裝成有序（通 常具有六角形幾何形狀）的納米級(jí)混合相復(fù)合物。取決于化學(xué)和分解條件，它們可與一種 呈納米圓柱體形狀的聚合物組分形成有序陣列，所述聚合物組分嵌入另一聚合物組分中。 二嵌段共聚物的示例包括聚苯乙烯-聚丁二烯混合物和聚苯乙烯-聚異戊二烯混合物。二 嵌段共聚物被例如甲苯的溶劑稀釋，并且可被浸涂、刷涂或噴涂于襯底上。當(dāng)施加熱且進(jìn)行 干燥并且共聚物濃度和溫度達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，二嵌段共聚物的相分解成有序的結(jié)構(gòu)。在替代 實(shí)施方案中，使分解的有序二嵌段共聚物結(jié)構(gòu)成核并生長(zhǎng)所需的溫度升高為約50 - 350°C 或約100-250°C的范圍內(nèi)。
[0154] 在替代實(shí)施方案中，使用旋節(jié)合金；可通過加熱到在旋節(jié)相穩(wěn)定性范圍內(nèi)的高溫 使它們自發(fā)地分解成均勻的兩相結(jié)構(gòu)。Fe-Cr-Co、Al-Ni-Co-Fe、Cu-Ni-Fe、Cu-Ni-Co和 Al-Si合金是旋節(jié)線分解合金的眾所周知的示例。由于兩個(gè)分解相之間的化學(xué)可蝕刻性差 異，因此可大面積獲得圖6(c)的納米島掩模結(jié)構(gòu)。
[0155] 如圖6(b)中所描述的，Ti植入物表面上的納米結(jié)構(gòu)圖案化可利用二嵌段共聚物 兩相分解或旋節(jié)線分解分解成兩個(gè)相，所述相中的一個(gè)可被溶解或蝕刻掉（濕式蝕刻或干 式蝕刻，例如反應(yīng)性離子蝕刻），從而僅留下作為島陣列或作為多孔膜層的單相納米結(jié)構(gòu)。 旋節(jié)線分解合金的二嵌段共聚物的這些殘留材料然后可用作掩模以蝕刻（濕式或干式）Ti 植入物表面以產(chǎn)生所需納米結(jié)構(gòu)表面圖案。
[0156] 另一示例性途徑是使用包含表面活性劑型聚合物基質(zhì)和無機(jī)納米粒子的膠質(zhì)材 料，所述材料在溶劑干掉時(shí)自組裝成周期性納米粒子陣列。有機(jī)表面活性劑材料（例如氧 化三辛基膦或油酸）可引起自組裝，并且分散于所述表面活性劑材料中的納米粒子（例如 量子點(diǎn)或磁性納米粒子）在幾何形狀上受到表面活性劑分子的限制，從而在表面活性劑基 質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生周期性納米粒子陣列?？蓪⒛z質(zhì)納米粒子陣列結(jié)構(gòu)并入到本發(fā)明的組合物中，如 例如 Sun 等人，Science，第 287 卷，第 1989 頁(yè)（2000) ;Murray 等人，Science，第 270 卷，第 1335頁(yè)（1995)中所述。
[0157] 在替代實(shí)施方案中，二嵌段共聚物中的有序納米孔的尺寸為約10nm到約100nm。 二嵌段共聚物的示例包括聚苯乙烯（PS)-聚（甲基丙烯酸b-甲酯-聚苯乙烯）（PMMA)、聚 苯乙烯-聚丁二烯（PS-PB)和PS-聚異戊二烯（PI)?？墒褂糜糜谛纬杉{米島或納米圖案 的有序嵌段共聚物結(jié)構(gòu)的任何工藝，如例如以下文獻(xiàn)中所述的：Park等人，Science,第276 卷，第 1402 頁(yè)（1997) ;Templin 等人，Science，第 278 卷，第 1795 頁(yè)（1997) ;Albrecht 等 人，Science，第 290 卷，第 2126 頁(yè)（2000) ;Pai 等人，Science，第 303 卷，第 507 頁(yè)（2004); Chan 等人，Science，第 286 卷，第 1716 頁(yè)（1999)。
[0158] 在替代實(shí)施方案中，使用旋節(jié)線分解，例如，如通過從高溫冷卻到較低溫度時(shí)所 產(chǎn)生的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力所實(shí)現(xiàn)的合金的兩相分解。在替代實(shí)施方案中，旋節(jié)線分解是獲得 相對(duì)均勻的周期性納米結(jié)構(gòu)的方便方式。在旋節(jié)合金組合物中，任何小的或大的組成 波動(dòng)都會(huì)降低合金體系的自由能。參見例如J.Cahn的論文Acta Met,第10卷，第179 頁(yè)（1962) ;P.G.Shewmon 的書籍 Transformations in Metals, McGraw-Hill Book 公司， New York, 1969，第 292-295 頁(yè)和 A. G. Guy 和 J. J. Hren 的書籍 Elements of Physical Metallurgy, Addison_Wesley，Menro Park, California, 1974,第 425-427 頁(yè)。在替代實(shí)施 方案中，這一均勻性和小粒度有益于用作納米級(jí)蝕刻掩模以對(duì)材料層（例如Ti植入物金屬 或合金表面）進(jìn)行圖案化。
[0159] 在替代實(shí)施方案中，在對(duì)兩個(gè)旋節(jié)線分解相中的一個(gè)進(jìn)行濕式蝕刻或干式蝕刻 后，充當(dāng)納米掩模的剩余相允許通過濕式或干式蝕刻對(duì)下面的表面進(jìn)行蝕刻圖案化。從旋 節(jié)線分解獲得的納米掩模尺寸可能較小，例如，在10 - 200nm范圍內(nèi)。適用于旋節(jié)線分解的 示例性合金體系包括具有旋節(jié)范圍內(nèi)的組成的Fe-Cr體系（例如，約35-65重量％ Cr)、 Fe-Cr-Co(20-65% Cr、l-30% Co 和剩余的 Fe)、Cu-Ni-Fe (約 15-40% Ni、15-30% Fe 和剩余的 Cu)、Cu-Ni-Co (約 20-40% Ni、20-40% Co 和剩余的 Cu)、Au-Ni (約 20-80% Ni)。存在也可用于本發(fā)明的其它旋節(jié)合金，例如AlNiCo磁體合金（Fe-Al-Ni-Co合金）、 Cu-Ni-Sn合金、Cu-Ni-Ru、Al-Zn、Al-Si合金和其它。首先在待納米圖案化的材料表面上 (例如，在Ti植入物上）沉積合金膜。所述膜沉積可使用眾所周知的沉積技術(shù)（例如物理 氣相沉積（例如，DC濺射、RF濺射、離子束沉積、熱或電子束蒸發(fā)）或化學(xué)沉積（例如，化學(xué) 氣相沉積、電沉積、無電沉積））來實(shí)施。.
[0160] 在本發(fā)明的以下實(shí)施例中，制作具有l(wèi)〇〇nm直徑的Ti02納米管并且對(duì)其濺射涂覆 Ta薄膜。證實(shí)了增強(qiáng)的成骨細(xì)胞功能性和加速的骨基質(zhì)形成。
[0161] 制作用于成骨細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的納米管陣列結(jié)構(gòu).
[0162] 圖2呈現(xiàn)制成后原樣（as-made) Ti02納米管表面和經(jīng)Ta涂覆的納米管表面的SEM 圖像，揭示了具有約l〇〇nm外徑、約10nm壁厚度、約10nm間隔和約300nm高度的接近相同 的結(jié)構(gòu)，如先前例如于下文的參考文獻(xiàn)16和17中所述的。通過真空濺射沉積完成的Ta涂 層允許以高度控制的Ta厚度（20nm)沉積保形層。Ta是生物相容性材料，其耐腐蝕性等效 于Ti，并且Ta與Ta氧化物兩者都具有低溶解性和低毒性，如下文的參考文獻(xiàn)10、[19]中 所述的。Ta涂層分別在經(jīng)110 2和1&涂覆的表面上誘導(dǎo)親水性非常微小的增加（從約4° 到約0° )。由于兩者都保持在超親水性范圍內(nèi)，因此預(yù)計(jì)所述表面能的微小變化不會(huì)顯著 地影響細(xì)胞行為。
[0163] Ti02納米管表面是使用如先前于例如下文的參考文獻(xiàn)16中所述的雙電極設(shè)置陽(yáng) 極化工藝產(chǎn)生的。將〇.25臟厚的商業(yè)純的11片（基于99.5%金屬41€&468&1'川54)用于 這一工藝，首先在進(jìn)行超聲波處理的情況下將其相繼于丙酮和異丙醇中清潔，之后進(jìn)行DI 水沖洗。在1:7體積比的乙酸（彡99. 99%純度，Sigma-Aldrich，USA)與于水中的0. 5% 重量百分比分?jǐn)?shù)的氫氟酸（48%w/v，EM Science，USA)中在20V保持30min來制備納米管。 鉬電極（99.9%，Alfa-Aesar，USA)充當(dāng)陰極。然后將所述樣品用去離子水洗滌，在80°C干 燥，并且在500°C熱處理2h以使制作后原樣（as-fabricated)非晶形結(jié)構(gòu)化110 2納米管結(jié) 晶成銳鈦礦結(jié)構(gòu)。在Denton Discoveryl8#i射系統(tǒng)中將鉭膜（20nm厚）從鉭目標(biāo)物真空沉 積到Ti〇2納米管和平坦Ti對(duì)照襯底上。為了確保Ti〇2納米管表面的優(yōu)先涂覆，所用沉積 角偏離垂直軸約30°，并且在沉積期間旋轉(zhuǎn)襯底。在基本壓力（base pressure)達(dá)到ΚΓ6 托后，當(dāng)Ar壓力達(dá)到3毫托時(shí)，施加200W等離子體。預(yù)計(jì)沉積態(tài)Ta膜具有非晶形性質(zhì)。
[0164] 成骨細(xì)胞生活力和形態(tài)
[0165] 利用MTT (3-(4, 5-二甲基噻唑-2-基）-2,5-二苯基四唑溴化物）測(cè)定以測(cè)量細(xì) 胞的代謝活性并且間接地估計(jì)活細(xì)胞的數(shù)量。圖7(a)中的MTT分析結(jié)果顯示平坦對(duì)照樣 品與Ti0 2和經(jīng)Ta涂覆的納米管表面之間的微小差異。可能細(xì)胞粘附和增殖不受納米管的 化學(xué)性質(zhì)影響。另外，24h培養(yǎng)后的SEM形態(tài)學(xué)檢查（圖7(b))揭示Ti0 2表面和Ta表面上 廣泛的絲足活性，但在平坦對(duì)照表面上則沒有。常見推測(cè)是指樣絲足是用于檢測(cè)化學(xué)線索 和納米形貌線索兩者的細(xì)胞傳感機(jī)制，如例如下文的參考文獻(xiàn)20中所述的。先前已相比于 相應(yīng)的平坦對(duì)照表面在Ti0 2納米管架構(gòu)和Zr02納米管架構(gòu)兩者（如例如分別于下文的參 考文獻(xiàn)17和21中所述的）上證實(shí)了絲足活性的增加。在兩種納米管表面上存在許多絲足 指示HOb細(xì)胞獨(dú)立于表面化學(xué)性質(zhì)，相對(duì)平等地被納米管架構(gòu)活化。這些結(jié)果與先前結(jié)果 一致，顯示在Ta和Ti襯底上培養(yǎng)的人類成骨細(xì)胞之間沒有增殖、粘附或形態(tài)之間的差異， 如例如于下文的參考文獻(xiàn)14中所述的。
[0166] 功能檢測(cè)：骨形成能力
[0167] 隨培育時(shí)間測(cè)量堿性磷酸酶（ALP)活性以估計(jì)成骨細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)襯底上的骨形成 能力（圖8)。在較短的時(shí)間點(diǎn)沒有觀察到差異；然而，在10天和10天以上時(shí)，相比于所有 其它樣品在經(jīng)Ta涂覆的納米管表面上檢測(cè)到顯著更高的ALP活性。觀察到的ALP活性的 上調(diào)指示Ta涂層可增強(qiáng)HOb細(xì)胞在納米管表面上的成骨功能性。這一 Ta上增加的ALP活 性的趨勢(shì)也被Stiehler等人觀察到了，這些人呈現(xiàn)了對(duì)沉積于玻璃盤上的平坦Ti和Ta薄 膜表面的MSC成骨響應(yīng)的比較研究，如例如下文于參考文獻(xiàn)19中所述的。由于在通過相同 方法沉積的兩種膜的比較中觀察到了相同趨勢(shì)，因此可以推測(cè)細(xì)胞行為僅受元素表面的化 學(xué)性質(zhì)影響，而不受任何其它表面特性影響。在圖8中，相比于平坦Ti，可以看出平坦Ta對(duì) 照上ALP活性的微小增加。然而，經(jīng)Ta涂覆的納米管表面的ALP活性顯著高于Ti0 2納米 管表面以及平坦對(duì)照。這表明，納米管納米結(jié)構(gòu)與鉭表面化學(xué)性質(zhì)的組合可提供用于人類 成骨細(xì)胞培養(yǎng)的最佳表面。
[0168] 為了評(píng)價(jià)每個(gè)實(shí)驗(yàn)表面上骨細(xì)胞的基質(zhì)礦化程度，通過各種分析技術(shù)來分析成骨 細(xì)胞的骨小結(jié)形成。培養(yǎng)3周的HOb細(xì)胞的骨小結(jié)形成。圖9 (a)顯示經(jīng)Ta涂覆的NT表 面上較大的骨小結(jié)形成的ΙΟΟΟχ的SEM顯微照片。比例尺=20 μ m。圖9(b)所述表面上 的鈣和磷礦物元素的原子百分比的EDX分析（η = 5)。條形圖顯示平均值土標(biāo)準(zhǔn)誤差棒。 進(jìn)行AN0VA檢驗(yàn)后的ρ值達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著性（ρ < 0. 001)，如通過（*)所指示的。在3周后， 大的骨小結(jié)的存在在經(jīng)Ta涂覆的納米管表面上是最突出的。此外，Ρ和Ca的量在經(jīng)Ta涂 覆的表面上顯著更高。
[0169] 然而，能量分散X射線（EDX)分析揭示經(jīng)Ta涂覆的納米管樣品上的磷和鈣（礦化 骨的主要組分）的量顯著高于在所有其它樣品上所發(fā)現(xiàn)的量，如圖9(b)中的圖表中所示 的。這指示，雖然在兩種納米管表面上都容易發(fā)生骨小結(jié)形成，但Ta-涂層似乎具有誘導(dǎo)骨 基質(zhì)礦物沉積增加的作用。先前已報(bào)道了在模擬體液中的鉭金屬上形成骨樣磷灰石，如例 如于下文的參考文獻(xiàn)22中所述的，并且還報(bào)道了在被含有氯化鉭的過氧化氫處理的Ti上 形成骨樣磷灰石，如例如下文的參考文獻(xiàn)23中所述的。Ta元素具有磷灰石誘導(dǎo)性質(zhì)的推測(cè) 支持其還刺激HOb細(xì)胞產(chǎn)生礦化基質(zhì)的假設(shè)。
[0170] 還對(duì)基質(zhì)礦化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了檢查以確定礦化速率是否受納米結(jié)構(gòu)或表面化學(xué)性 質(zhì)影響。估計(jì)培養(yǎng)7d、14d和21d后每個(gè)襯底上的磷（圖10(a))和鈣（圖10(b))的原子 百分比的EDX分析揭示了經(jīng)Ta涂覆的納米管表面上發(fā)生的最高礦化速率。估計(jì)每種樣品 類型的礦物原子百分比隨培育時(shí)間而變化的線性趨勢(shì)線，并確定每條線的斜率并且將其記 錄為磷或鈣沉積速率（圖10(c))。確定了磷沉積與鈣沉積兩者的速率在經(jīng)Ta涂覆的納米 管襯底上比Ti0 2納米管襯底上快30 %。
[0171] 每個(gè)培育時(shí)間點(diǎn)的基質(zhì)礦化動(dòng)力學(xué)結(jié)果是通過茜素紅S染色（用于檢測(cè)鈣礦物沉 積的簡(jiǎn)單且方便的方法）驗(yàn)證的。圖11中（從左到右）的免疫熒光圖像顯示了培養(yǎng)1周、 2周和3周后每個(gè)實(shí)驗(yàn)表面上的染色區(qū)域（鮮紅）。在1周后，在Ti0 2和經(jīng)Ta涂覆的納米 管表面上僅檢測(cè)到少量的礦物，而在平坦襯底上見不到任何東西。在2周后，在納米管表面 上可見到更加高度濃縮的鈣礦物沉積物區(qū)域（由箭頭指示）。在3周后，在納米管表面上 存在大的骨小結(jié)區(qū)域。存在于經(jīng)Ta涂覆的納米管表面上的大的小結(jié)的量也似乎是最大的。 這些結(jié)果是對(duì)于通過EDX分析獲得的觀察的目視驗(yàn)證。另外，Stiehler等人（參見下文的 參考文獻(xiàn)19)報(bào)道，相比于Ti，Ta上的MSC的茜素紅染色增加了，這確認(rèn)了如本文所述的本 發(fā)明的結(jié)果。
[0172] Ti02和經(jīng)Ta涂覆的納米管表面兩者相對(duì)于光滑Ti和經(jīng)Ta涂覆的光滑Ti的平坦 對(duì)照都增強(qiáng)了成骨細(xì)胞生長(zhǎng)和功能。然而，經(jīng)Ta涂覆的納米管表面在ALP活性、骨小結(jié)形 成和基質(zhì)礦化速率方面具有優(yōu)異的骨功能性。這些結(jié)果指示，雖然Hob擴(kuò)散、增殖和形態(tài)主 要受納米形貌線索影響，但骨生成可比納米形貌更加高度地受表面化學(xué)性質(zhì)/材料性質(zhì)影 響。這一假設(shè)與先前在經(jīng)碳涂覆的納米管表面上的發(fā)現(xiàn)一致，參見例如下文的參考文獻(xiàn)24。 雖然對(duì)于這些表面特性的相互影響沒有完全理解，但顯而易見的是，獨(dú)特組合可具有實(shí)質(zhì) 性結(jié)果。本發(fā)明的全部發(fā)現(xiàn)顯示經(jīng)Ta涂覆的納米管上的增加的成骨響應(yīng)，指示與金屬Ta相 關(guān)的表面化學(xué)性質(zhì)和因此本發(fā)明的組合物為產(chǎn)生最佳骨植入物表面提供了相當(dāng)大的機(jī)會(huì)。
[0173] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的目的是在骨形成能力方面增強(qiáng)對(duì)Ta與Ti02納米管 表面的成骨細(xì)胞響應(yīng)。本發(fā)明的結(jié)果證實(shí)了納米形貌的Ta觸發(fā)來自成人成骨細(xì)胞的增強(qiáng) 的骨功能性和基質(zhì)礦化。雖然所觀察到的對(duì)Ti0 2和Ta納米管表面的成骨細(xì)胞響應(yīng)的差 異是顯而易見的，但不能推斷其是否僅僅是表面化學(xué)性質(zhì)的結(jié)果。通過添加 Ta涂層，相比 于Ti02納米管的銳鈦礦結(jié)晶表面，觀察到發(fā)生了親水性的微小變化。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方 案是納米管內(nèi)的納米庫(kù)空間或納米柱之間的空間可用于方便地儲(chǔ)存對(duì)于軟骨細(xì)胞的增強(qiáng) 培養(yǎng)合意的生物試劑，如生長(zhǎng)因子、其它生物分子、抗生素等，所述生物試劑可從涂覆有Ta 或Ta氧化物表面層的Ti02納米管緩慢地釋放。Ti02納米管的納米級(jí)空間或納米柱之間 的間隔相比于微米級(jí)孔具有能夠明顯更長(zhǎng)地保持所儲(chǔ)存的生物試劑并且允許在更長(zhǎng)時(shí)段 內(nèi)進(jìn)行更緩慢釋放的優(yōu)點(diǎn)。例如抗生素（例如青霉素、鏈霉素（streptomycin)、萬(wàn)古霉素 (vancomycin))等的藥物的受控緩釋可預(yù)防骨植入物附近的感染。從納米庫(kù)空間儲(chǔ)存并緩 慢釋放的生長(zhǎng)因子也可在延長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)增強(qiáng)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)和成熟。
[0174] 在替代實(shí)施方案中，可方便地儲(chǔ)存于所述納米庫(kù)空間中的生物試劑包括生長(zhǎng)因 子、膠原、各種蛋白質(zhì)/生物分子、基因、DNA、抗生素、激素、治療性藥物、功能性粒子，如磁 性粒子、金屬粒子、陶瓷粒子、聚合物粒子。可將由磁性氧化物粒子或金屬粒子制成的功能 性粒子用于遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)的RF加熱并產(chǎn)生用于儲(chǔ)存于納米庫(kù)中的生物試劑的加速的或開啟 的、關(guān)閉的釋放的溫度梯度。
[0175] 參考圖示，圖12示意性地圖解說明基于Ti02納米管的植入物的進(jìn)一步改進(jìn)的實(shí) 施方案，所述植入物包含涂覆有Ta表面層并且具有儲(chǔ)存于垂直對(duì)齊的納米管孔中的緩釋 生物試劑的納米管。圖12(a)描繪涂覆有Ta薄膜的制成后原樣Ti0 2納米管的陣列，圖12(b) 顯示具有儲(chǔ)存于納米庫(kù)中的生物試劑的納米陣列。為了加速骨基質(zhì)形成，可將Ti0 2納米管 制得更高，例如，1-10微米高而不是僅200-500nm高的納米管，使得可儲(chǔ)存更多生物試劑并 且可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)期的更緩慢釋放。減慢所儲(chǔ)存的生物試劑釋放的替代發(fā)明性途徑是通過Ta 或Ta205的有意濺射或蒸發(fā)沉積使納米管入口變窄。這示意性地圖解說明于圖12(c)中。 雖然規(guī)則的垂直入射的沉積也往往形成所述瓶頸，但在沉積期間旋轉(zhuǎn)襯底的可選的斜入射 沉積使得更易形成有意的瓶頸配置。
[0176] 在替代實(shí)施方案中，生物試劑的納米庫(kù)儲(chǔ)存和緩慢釋放是利用納米柱陣列結(jié)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)的。這示意性地圖解說明于圖13中。利用有意誘導(dǎo)的瓶頸配置，實(shí)現(xiàn)了慢率釋放。
[0177] 在替代實(shí)施方案中，使用了呈納米管或納米柱陣列配置的垂直對(duì)齊的Ti02和相關(guān) 材料，所述配置任選地具有基于納米庫(kù)的貯器，并且會(huì)緩慢釋放化學(xué)品或生物試劑，相比于 沒有這些納米管或納米柱結(jié)構(gòu)的相同生物植入物材料或生物襯底材料，所述材料任選地可 將成骨細(xì)胞功能性和礦化基質(zhì)形成的動(dòng)力學(xué)和量大幅度地增強(qiáng)，例如增強(qiáng)至少30%或至少 50%。
[0178] 在替代實(shí)施方案中，使用各種類型的表面納米結(jié)構(gòu)化或微米結(jié)構(gòu)化細(xì)胞培養(yǎng)或骨 培養(yǎng)襯底來實(shí)施本發(fā)明，例如，其可用于細(xì)胞和骨的活體外培養(yǎng)，或用作活體內(nèi)植入物結(jié)構(gòu) 的一部分。所述增強(qiáng)的骨生長(zhǎng)可用于人類和動(dòng)物的多種治療應(yīng)用。在替代實(shí)施方案中，本 發(fā)明的方法為任何骨植入部位處的新骨生長(zhǎng)提供支持性支架，包括但不限于：
[0179] 指關(guān)節(jié)修復(fù)或置換
[0180] 腕修復(fù)或置換
[0181] 肘修復(fù)或置換
[0182] 肩修復(fù)或置換
[0183] 腿
[0184] 臂
[0185] 髖修復(fù)或置換
[0186] 膝修復(fù)或置換
[0187] 踝修復(fù)或置換
[0188] 足和趾修復(fù)或置換
[0189] 脊髓椎間盤修復(fù)或置換
[0190] 肋骨籃修復(fù)或置換
[0191] 任何棒、螺釘或其它骨穩(wěn)定器植入物。
[0192] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明使得能夠進(jìn)行關(guān)節(jié)或骨修復(fù)或置換，同時(shí)為新骨組織 生長(zhǎng)和填充缺陷提供結(jié)構(gòu)支持和化學(xué)環(huán)境，且因此可置換由各種疾病（例如骨質(zhì)疏松癥或 自身免疫性疾病，例如，在所述自身免疫性疾病中，免疫系統(tǒng)攻擊機(jī)體的細(xì)胞和組織，從而 導(dǎo)致骨衰變或損傷）引起的受損的、受感染的、老化的或患病的骨。
[0193] 可通過本發(fā)明的產(chǎn)品和方法（例如，經(jīng)Ta涂覆的襯底）以增強(qiáng)方式培養(yǎng)的細(xì)胞或 硬組織的類型包括用于牢固粘附的骨的快速形成/生長(zhǎng)的成骨細(xì)胞、牙周細(xì)胞或干細(xì)胞。 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可用于可靠的和更快的整形骨修復(fù)或牙骨修復(fù)或用于外部可控的藥物釋放 和治療性治療。
[0194] 應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施方案僅僅說明了可代表本發(fā)明的應(yīng)用的許多可能的具體實(shí)施 方案中的幾個(gè)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下進(jìn)行眾多并且不 同的其它布置。
[0195] 參考文獻(xiàn)
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[0220] 實(shí)施例
[0221] 將參考以下實(shí)施例來進(jìn)一步描述本發(fā)明；然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所述實(shí) 施例。
[0222] 實(shí)施例1 :本發(fā)明的纟目合物可有效誘導(dǎo)骨牛長(zhǎng)
[0223] 本文所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)證實(shí)了本發(fā)明的組合物（例如，包含具有Ta或Ta氧化物型納 米結(jié)構(gòu)的生物材料）和本發(fā)明的方法對(duì)于加速的骨生長(zhǎng)有效并且可使得能夠進(jìn)行加速的 骨生長(zhǎng)并且可用于多種用途，包括快速且安全的矯形植入物、牙植入物、牙周植入物、細(xì)胞/ 器官植入物、治療法和疾病診斷。這一實(shí)施例還描述了制備本發(fā)明的示例性組合物。
[0224] 在替代實(shí)施方案中，襯底生物材料的表面包含Ta或Ta氧化物或含有Ta或Ta氧 化物的合金或由Ta或Ta氧化物或含有Ta或Ta氧化物的合金組成。在替代實(shí)施方案中， 在下伏襯底中使用了其它材料。
[0225] 在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品（物品）可通過包含鉭或鉭氧化物（Ta20 5) 涂層來增強(qiáng)成骨細(xì)胞功能性和骨礦物生長(zhǎng)。在替代實(shí)施方案中，本發(fā)明的制造產(chǎn)品（物品） 包含由Ti或110 2制成的納米結(jié)構(gòu)（例如，納米管、納米線）或由其它材料制成但涂覆有生 物相容性Ta或Ta20 5膜的等效結(jié)構(gòu)。
[0226] 包含Ta表面化學(xué)性質(zhì)的示例性納米結(jié)構(gòu)使得能夠?qū)崿F(xiàn)增強(qiáng)的成骨細(xì)胞礦化速率 并且顯示在較短的時(shí)間點(diǎn)形成骨的能力。
[0227] 參考圖示，圖1(a)示意性地圖解說明包含生長(zhǎng)于鈦金屬或合金襯底上的自組織 的基于Ti0 2的納米管陣列的示例性裝置，所述納米管陣列然后通過濺射沉積或離子束沉 積、蒸發(fā)、激光消融、化學(xué)氣相沉積被鉭（Ta)或Ta氧化物（Ta 205)薄膜沉積，所述示例性裝 置用于示例性方法中以加速成骨細(xì)胞成熟，如圖1(b)中所圖解說明的。在替代實(shí)施方案 中，將Ti0 2納米管或任何其它生物相容性納米管（例如，Al203、Zr02、Hf0 2、Nb0*Nb205、Mo02 或此03、￥02或￥205、102或冊(cè) 3)與本發(fā)明的組合物和裝置一起使用；并且這些納米管可具有 直徑為約l〇nm到lOOOnrn或直徑為約30nm到300nm或約60nm到200nm的尺寸。
[0228] 在替代實(shí)施方案中，小管的所需高度部分地是通過所需縱橫比確定的，因?yàn)閮?yōu)選 縱橫比小于10、優(yōu)選小于5的相對(duì)較短的高度用于降低容易儲(chǔ)存和最終分配有意放置在小 管腔內(nèi)的藥物或生物試劑的傾向性，并且降低厚納米管層中的長(zhǎng)小管在人體中脫層或剝落 和四處飄蕩的可能性。在替代實(shí)施方案中，所需高度為40 - 2000nm或100 - 600nm。
[0229] 在替代實(shí)施方案中，代替納米管形襯底或除了納米管形襯底之外，使用納米柱或 納米線或納米帶或等效納米結(jié)構(gòu)作為基底（例如，上部結(jié)構(gòu)或模板或表面）以沉積Ta (或 其氧化物）薄膜以增強(qiáng)骨或軟骨形成或增強(qiáng)干細(xì)胞的分化。在替代實(shí)施方案中，Ta涂層的 所需厚度為約1 - 1，〇〇〇nm或5-300nm或甚至更大或約10 - 100nm范圍內(nèi)。
[0230] 在替代實(shí)施方案中，具有敞開頂部孔的垂直隊(duì)列對(duì)于生物植入物和相關(guān)應(yīng)用來說 至關(guān)重要，因?yàn)閳D1(a)中所圖解說明的納米管的敞開頂部允許細(xì)胞透入納米孔腔中以實(shí) 現(xiàn)良好粘附，如圖1(b)中所圖解說明的。充分粘附到表面的細(xì)胞通常保持健康并且快速生 長(zhǎng)，而未粘附的細(xì)胞展示降低或最小的生長(zhǎng)。
[0231] 在本發(fā)明的垂直納米管結(jié)構(gòu)中，圖2中所示的示例提供了這樣的合意配置。圖2 還描繪了涂覆鉭后的納米管的幾何形狀和結(jié)構(gòu)的保持。每個(gè)表面的接觸角以黃色顯示，指 示經(jīng)鉭涂覆的表面上親水性從4°到0°的增加。在替代實(shí)施方案中，包含用于增強(qiáng)骨和軟 骨生長(zhǎng)的經(jīng)Ta涂覆的納米管或納米線表面結(jié)構(gòu)的植入物就小于3度、優(yōu)選小于2度的水滴 接觸角方面而言具有改進(jìn)的親水性。
[0232] 在替代實(shí)施方案中，鈦納米管是通過電解陽(yáng)極化形成的，例如使用5%氫氟酸并施 加約10 - 20伏的電壓并且允許數(shù)分鐘到幾小時(shí)，時(shí)間取決于溫度和其它電化學(xué)工藝參數(shù)。 所得Ti02納米管直徑取決于陽(yáng)極化電極。
[0233] 圖14到18呈現(xiàn)被氧化的鉭的研究的數(shù)據(jù)，用以比較本發(fā)明的裝置上的納米結(jié)構(gòu) 表面上的金屬Ta涂層對(duì)（vs)Ta氧化物涂層和其誘導(dǎo)或刺激人類成骨細(xì)胞生長(zhǎng)和骨形成 的能力）。實(shí)驗(yàn)是在約3毫托Ar壓力下以約100nm直徑X約300nm高的納米管在相同類 型的Ti0 2納米管表面上通過標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)極化工藝進(jìn)行的：各種表面是：Ti02納米管（制成后原 樣）、經(jīng)Ta涂覆的納米管（沉積態(tài)的，通過濺射實(shí)現(xiàn)）、經(jīng)金屬Ta涂覆的納米管（在真空中 熱處理以提供退火，同時(shí)保持其為金屬，但沒有Ta氧化物形成）、經(jīng)被氧化的Ta涂覆的納米 管（Ta濺射涂覆+在空氣中熱處理以將Ta涂層轉(zhuǎn)換成Ta氧化物涂層）和經(jīng)Ta 205涂覆的 納米管（約20nm厚，以400瓦功率從Ta氧化物目標(biāo)物直接RF濺射涂覆）。從圖14到18， 成骨細(xì)胞功能性和骨礦化似乎偏愛被氧化的鉭表面多于金屬Ta和沉積態(tài)Ta。
[0234] 已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可在不脫離本發(fā)明的精神和 范圍的前提下作出各種修改。因此，其它實(shí)施方案在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種產(chǎn)品或制造物品或裝置或植入物，其包含：納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)， 其中所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)在其部分表面上、在其基本上全部表面上或在其全部表 面上被以下覆蓋或涂覆：全部地或其基本上全部地或部分地包含鉭（Ta)、Ta或Ta合金、Ta 氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)或非晶形Ta的涂層或外覆蓋物或外層， 其中任選地所述涂層、外覆蓋物或外層包含至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、 8 %,9 %U0 %>11 %> 12 %U3 %U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %, 55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %,85 %,90 %,91 %,92 %,93 %,94 %,95 %,96 %,97 %, 98%、99%或更多的鉭〇^)、了&合金、了&氧化物或了&合金氧化物或了 &205涂層、結(jié)晶鉭 (Ta)或非晶形 Ta，或由至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、 13. U4 % U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %, 80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更多的鉭〇^)、丁& 合金、Ta氧化物或Ta合金氧化物或Ta 205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)或非晶形Ta構(gòu)成， 并且任選地至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、 14 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %, 85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更多或高達(dá)約99.9%或 更多的或約1 %到99. 5%的所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)由鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta 合金氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)或非晶形Ta覆蓋、涂覆或形成層： 并且任選地至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、 14 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %, 85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更多的或高達(dá)約 99. 9% 或更多的或約1 %到99. 5 %的以下物質(zhì)由所述納米結(jié)構(gòu)或納米構(gòu)架覆蓋、涂覆或形成層： 所述產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物；或所述產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物的表面；或所述 產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物的涂層或外覆蓋物、外層或外表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物，其進(jìn)一步在其表面上包含 或具有一個(gè)微米級(jí)結(jié)構(gòu)或多個(gè)微米級(jí)結(jié)構(gòu)，并且任選地至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、 7%,8%,9%,10%>11%>12%,13%,14%,15%,20%,25%,30%,35%,40%,45%,50%, 55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %,85 %,90 %,91 %,92 %,93 %,94 %,95 %,96 %,97 %, 98%、99%或更多或高達(dá)約99. 9%或更多或約1 %到99. 5%的所述一個(gè)或多個(gè)微米級(jí)結(jié)構(gòu) 由所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)覆蓋、涂覆或形成層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物，其被制造為或用作：生物醫(yī) 學(xué)裝置或植入物；矯形植入物、牙植入物、脊柱植入物、膝部植入物、關(guān)節(jié)植入物或等效植入 物；或骨針、髓內(nèi)棒、髓內(nèi)釘（頂釘）或互鎖釘或坎茨爾釘；或骨或牙植入物；或關(guān)節(jié)置換植 入物；或針、板或桿或等效物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物，其中所述納米結(jié)構(gòu)或納米架 構(gòu)包含：一個(gè)納米管、一個(gè)納米柱、一個(gè)納米帶、一個(gè)納米線、一個(gè)納米棒或一個(gè)納米纖維或 其等效物；或多個(gè)納米管、納米帶、納米柱、納米棒、納米纖維或納米線或其等效物；或納米 柱陣列、納米帶陣列、納米管陣列、納米纖維陣列、納米棒陣列或納米線陣列或它們的組合 結(jié)構(gòu)， 并且任選地所述陣列是垂直對(duì)齊的陣列或基本上垂直對(duì)齊的陣列， 并且任選地所述納米柱陣列、納米帶陣列、納米管陣列、納米纖維陣列、納米棒陣列或 納米線陣列或它們的組合結(jié)構(gòu)具有約20nm到800nm范圍內(nèi)的平均直徑，并且具有在約50nm 到2, OOOnm范圍內(nèi)的平均高度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物，其中鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧 化物或Ta合金氧化物或Ta20 5、結(jié)晶Ta或非晶形Ta的所述涂層或外覆蓋物或外層的厚度 為： 最多約 〇· lmm(100 微米）、0· 2mm、0. 3mm、0. 4mm、0. 5mm、0. 6mm、0. 7mm、0. 8mm、0. 9mm 或 1. Omm ;或 小于約 〇· 01mm(10 微米）、0· 02mm、0. 03mm、0. 04mm、0. 05mm、0. 06mm、0. 07mm、0. 08mm、 0. 09mm 或 0. 10mm ;或 小于約1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米或10微米； 或 小于約 〇· 1 微米（l〇〇nm)、0· 2nm、0. 3nm、0. 4nm、0. 5nm、0. 6nm、0. 7nm、0. 8nm、0. 9nm 或 1. Onm ;或 最小厚度為至少約 1 納米（nm)、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm*10nm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物，其進(jìn)一步包含： (a) -個(gè)細(xì)胞或多個(gè)細(xì)胞， 其中任選地所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞為：人類細(xì)胞；或干細(xì)胞；或軟骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、 破骨細(xì)胞或成骨細(xì)胞；或參與牙生成或骨形成之細(xì)胞；或骨細(xì)胞、肌細(xì)胞、肝細(xì)胞、肝實(shí)質(zhì) 細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、脂細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、枯否氏細(xì)胞、腎細(xì)胞、血管細(xì)胞、皮膚細(xì)胞、牙周細(xì)胞、 成牙質(zhì)細(xì)胞、成牙本質(zhì)細(xì)胞、成牙骨質(zhì)細(xì)胞、成釉細(xì)胞或牙源性外胚層間充質(zhì)組織；或其任 一組合， 其中任選地所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞粘附到或生長(zhǎng)于所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的表面上； 和/或 (b) 骨或軟骨或生長(zhǎng)和粘附的骨結(jié)構(gòu)，其中任選地所述骨或粘附的骨結(jié)構(gòu)全部地或部 分地包含矯形骨、牙骨、脊柱骨、人類或動(dòng)物骨，并且任選地所述骨或軟骨或生長(zhǎng)和粘附的 骨結(jié)構(gòu)在Ta或Ta氧化物涂層的頂部或外表面上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物，其中所述涂層、外覆蓋物、夕卜 表面或外層是通過物理氣相沉積工藝、濺射或蒸發(fā)工藝或激光消融或等離子體噴涂工藝或 化學(xué)氣相沉積工藝或通過化學(xué)/電化學(xué)沉積工藝添加的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物，其中：所述產(chǎn)品、制造物品、 裝置或植入物包含；或所述產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物的基底或外表面或外層包含；或 所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)基底包含： 金屬、鈦（Ti)、鈦氧化物、Ti02、或其組合； 含有或包含至少約40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、 70重量％、75重量％或更多的Ti或Ti氧化物并且任選地包含成合金元素的合金； 金屬組分、Zr02、Hf02、NbO 或 Nb205、M〇02 或 M〇03、V02 或 V205、W02 或 W03、或它們的任一 合金或氧化物、或它們的氧化物、或Ti、Zr、Hf、Nb、Mo、V或W的氧化物，任選地至少約40重 量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％或更多， 其中任選地所述金屬組分包含多種金屬或元素或包含：Al、Ag、C、F、Mg、Ca、Si、Ρ、Μη、Fe、 Co、Cu、Zn、Pd、Ag、In、Sn、Sb、Re、Os、Ir、Pt、Au 或 Bi、或一或多種稀土元素、或其組合；或 不銹鋼、Si、Si氧化物、碳、金剛石、貴金屬、Au、Ag、Pt、或它們的合金、或復(fù)合金屬， 氧化鋯或氧化鋯或其任一合金或氧化物， 鈷-鉻合金， 陶瓷或聚合物或塑料材料， 或它們的任一組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物，其中所述納米結(jié)構(gòu)、納米架 構(gòu)或納米管是陽(yáng)極化的； 并且任選地所述納米結(jié)構(gòu)、納米架構(gòu)或納米管是通過Ti金屬或含Ti合金的表面的陽(yáng) 極化所形成的納米結(jié)構(gòu)、納米架構(gòu)或納米管層或陣列，或 通過不含Ti的襯底、基底、表面或植入物上的被涂覆的Ti或含Ti合金的厚膜層的陽(yáng) 極化所形成的納米結(jié)構(gòu)、納米架構(gòu)或納米管層或陣列。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物，其進(jìn)一步包含化學(xué)品、化合 物、小分子、試劑、活性劑、生物試劑、藥物、示蹤劑， 其中任選地所述化學(xué)品、化合物、小分子、試劑、活性劑、生物試劑、藥物或示蹤劑包括： 肽、蛋白質(zhì)、多肽、抗體、核酸、DNA或RNA、miRNA、siRNA、基因、載體、多糖、脂質(zhì)、生長(zhǎng)因子、 細(xì)胞因子、抗生素、激素、治療性藥物、功能性粒子、磁性粒子、金屬粒子、陶瓷粒子、聚合物 粒子、或其組合； 并且任選地所述化學(xué)品、化合物、小分子、試劑、活性劑、生物試劑、藥物或示蹤劑儲(chǔ)存 于納米管或中空納米線或納米柱之中或之內(nèi)，或所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的空間之間或所 述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)之內(nèi)或粘附于所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)上； 并且任選地所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)通過以下方式形成多個(gè)納米庫(kù)：將所述化學(xué)品、 化合物、小分子、試劑、活性劑、生物試劑、藥物或示蹤劑儲(chǔ)存于：所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu) 之內(nèi)（如在納米線中或在中空納米管或納米柱中）；或所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)之間；或所 述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)之上； 并且任選地所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)進(jìn)一步包含部分受阻的或受限的、或可觸發(fā)的或 可驅(qū)動(dòng)的、或部分瓶頸的配置、開口，以允許所述化學(xué)品、化合物、小分子、試劑、活性劑、生 物試劑、藥物或示蹤劑以可觸發(fā)的、可驅(qū)動(dòng)的、受控的或緩慢的釋放方式釋放， 并且任選地通過金屬或氧化物材料的選擇性沉積來減小納米庫(kù)的入口尺寸以誘導(dǎo)部 分瓶頸的配置，從而減慢儲(chǔ)存于所述納米庫(kù)之內(nèi)的化學(xué)品、化合物、小分子、試劑、活性劑、 生物試劑、藥物或示蹤劑的釋放速率， 并且任選地將可由磁性氧化物粒子或金屬粒子制成的功能性粒子用于遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)的RF 加熱和產(chǎn)生用于儲(chǔ)存于所述納米庫(kù)空間中的生物試劑的加速的或開啟的、關(guān)閉的釋放的溫 度梯度。
11. 一種活體外、離體或活體內(nèi)細(xì)胞培養(yǎng)襯底或襯底，其用于：新的或增強(qiáng)的細(xì)胞生 長(zhǎng)；新的或增強(qiáng)的成骨細(xì)胞、成牙質(zhì)細(xì)胞、成牙本質(zhì)細(xì)胞或成牙骨質(zhì)細(xì)胞的生長(zhǎng)；新的或增 強(qiáng)的骨或軟骨的生長(zhǎng)；和/或新的或增強(qiáng)的礦化基質(zhì)的形成，其中所述培養(yǎng)襯底或襯底表 面包含： (a) 納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)， 其中所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)在其部分表面上、在其基本上全部表面上或在其全部表 面上被以下覆蓋或涂覆：全部地或其基本上全部地或部分地包含鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化 物或Ta20 5涂層、鉭（Ta)、或Ta合金或Ta合金氧化物的涂層、外覆蓋物或外層， 其中任選地所述涂層、外覆蓋物或外層包含至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、 8 %,9 %U0 %>11 %> 12 %U3 %U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %, 55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %,85 %,90 %,91 %,92 %,93 %,94 %,95 %,96 %,97 %, 98%、99%或更多的鉭〇'&)3&合金3&氧化物或1 &205涂層、結(jié)晶鉭〇'&)、非晶形1&或丁 & 合金或Ta合金氧化物、或由至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、 12 %U3 %U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %, 75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99% 或更多的鉭 (Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta或Ta合金或Ta合金氧化物 構(gòu)成， 并且任選地至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、 14 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %, 85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更多或高達(dá)約 99. 9%或 更多或約1%到99. 5%的所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)由鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205 涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta、或Ta合金或Ta合金氧化物覆蓋、涂覆或形成層；或 (b) 如權(quán)利要求1到10中的任一權(quán)利要求所述的包含納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的表面。
12. -種活體外、離體或活體內(nèi)支持性支架，其用于：新的或增強(qiáng)的細(xì)胞生長(zhǎng)；新的或 增強(qiáng)的成骨細(xì)胞、成牙質(zhì)細(xì)胞、成牙本質(zhì)細(xì)胞或成牙骨質(zhì)細(xì)胞的生長(zhǎng)；新的或增強(qiáng)的骨或軟 骨的生長(zhǎng)；和/或新的或增強(qiáng)的礦化基質(zhì)的形成，所述支持性支架包含： 支架表面，其包含； (a)納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)， 其中所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)在其部分表面上、在其基本上全部表面上或在其全部表 面上被以下覆蓋或涂覆：全部地或其基本上全部地或部分地包含鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化 物或Ta20 5涂層、鉭（Ta)、或Ta合金或Ta合金氧化物的涂層、外覆蓋物或外層， 其中任選地所述涂層、外覆蓋物或外層包含至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、 8 %,9 %U0 %>11 %> 12 %U3 %U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %, 55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %,85 %,90 %,91 %,92 %,93 %,94 %,95 %,96 %,97 %, 98%、99%或更多的鉭〇'&)3&合金3&氧化物或1 &205涂層、結(jié)晶鉭〇'&)、非晶形1&或丁 & 合金或Ta合金氧化物、或由至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、 12 %U3 %U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %, 75%、80%、85%、90%、91 %、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99% 或更多的鉭 (Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta或Ta合金或Ta合金氧化物 構(gòu)成， 并且任選地至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、 14 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %, 85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更多或高達(dá)約99.9%或 更多或約1 %到99. 5 %的所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)由鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205 涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta、或Ta合金或Ta合金氧化物覆蓋、涂覆或形成層；或 (b)如權(quán)利要求1到11中的任一權(quán)利要求所述的包含納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的表面。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一權(quán)利要求所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物或根據(jù) 權(quán)利要求11所述的活體外、離體或活體內(nèi)培養(yǎng)襯底或襯底或根據(jù)權(quán)利要求12所述的活體 夕卜、離體或活體內(nèi)支持性支架， 其中：所述產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物；或培養(yǎng)襯底或襯底；或所述支持性支架：在 用于骨植入物或骨嵌體或骨支持物部位的植入物上或是其一部分，其中任選地所述骨植入 物、嵌體或支持物被制作用于以下目的或?qū)⒅脫Q以下中的全部或部分： 指關(guān)節(jié)修復(fù)或置換， 腕修復(fù)或置換， 肘修復(fù)或置換， 肩修復(fù)或置換， 腿修復(fù)或置換， 臂修復(fù)或置換， 髖修復(fù)或置換， 膝修復(fù)或置換， 踝修復(fù)或置換， 足或趾修復(fù)或置換， 脊髓的椎間盤修復(fù)或置換， 肋骨籃修復(fù)或肋置換， 顱骨網(wǎng)、補(bǔ)片或置換， 針、網(wǎng)或棒，或 棒、螺釘或骨穩(wěn)定器植入物。
14. 一種用于開始或誘導(dǎo)新的或增強(qiáng)的細(xì)胞生長(zhǎng)；新的或增強(qiáng)的成骨細(xì)胞、成牙質(zhì)細(xì) 胞、成牙本質(zhì)細(xì)胞或成牙骨質(zhì)細(xì)胞的生長(zhǎng)；新的或增強(qiáng)的骨或軟骨的生長(zhǎng)；和/或新的或增 強(qiáng)的礦化基質(zhì)的形成的方法，其包括在活體內(nèi)植入 (a)納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)， 其中所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)在其部分表面上、在其基本上全部表面上或在其全部表 面上被以下覆蓋或涂覆：全部地或其基本上全部地或部分地包含鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化 物或Ta2〇5涂層、鉭（Ta)、或Ta合金或Ta合金氧化物的涂層、外覆蓋物或外層， 其中任選地所述涂層、外覆蓋物或外層包含至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、 8 %,9 %U0 %>11 %> 12 %U3 %U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %, 55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %,85 %,90 %,91 %,92 %,93 %,94 %,95 %,96 %,97 %, 98%、99%或更多的鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta或 Ta合金或Ta合金氧化物或由至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、 12 %U3 %U4 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %, 75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99% 或更多的鉭 (Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta或Ta合金或Ta合金氧化物 構(gòu)成， 并且任選地至少約 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、 14 %U5 %,20 %,25 %,30 %,35 %,40 %,45 %,50 %,55 %,60 %,65 %,70 %,75 %,80 %, 85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更多或高達(dá)約99.9%或 更多或約1%到99. 5%的所述納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)由鉭（Ta)、Ta合金、Ta氧化物或Ta205 涂層、結(jié)晶鉭（Ta)、非晶形Ta、或Ta合金或Ta合金氧化物覆蓋、涂覆或形成層； (b) 如權(quán)利要求1到10中的任一權(quán)利要求所述的包含納米結(jié)構(gòu)或納米架構(gòu)的表面；或 (c) 根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一權(quán)利要求所述的產(chǎn)品、制造物品、裝置或植入物或根據(jù) 權(quán)利要求11所述的活體外、離體或活體內(nèi)培養(yǎng)襯底或襯底或根據(jù)權(quán)利要求12所述的活體 夕卜、離體或活體內(nèi)支持性支架。
15. -種使用兩相掩模層的陽(yáng)極化、形成和選擇性相移除來制作增強(qiáng)骨的納米管或納 米柱配置的方法，其包括：使用二嵌段共聚物層、旋節(jié)線分解合金層或兩相合金膜、之后選 擇性蝕刻生物材料表面以產(chǎn)生納米管或納米柱表面配置。
【文檔編號(hào)】A61L27/30GK104203293SQ201380017403
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月7日
【發(fā)明者】陳星皓, 克里斯廷·弗蘭德森 申請(qǐng)人:加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)