CN109152646B - 用于体内植入的抗菌性器具 - Google Patents

Abstract

提供一种包含第一构件和第二构件的脊柱融合器，所述脊柱融合器的特征在于脊柱融合器的主体包括第二构件，第一构件至少覆盖脊柱融合器的主体的至少一部分，至少第一构件的表面包括抗菌性金属，至少第二构件的表面比第一构件更贵，当通过植入体内使用脊柱融合器时，在第一构件和第二构件之间形成电路，在电解质存在下，抗菌性金属的离子从第一构件洗脱，并且第一构件的表面和/或周边是抗菌的。

Description

用于体内植入的抗菌性器具

技术领域

本发明涉及植入装置，特别涉及在植入体内使用时实现抗微生物特性的植入装置。

背景技术

如融合器、线、板、螺钉、杆、连接器、交联件、钩、固定螺钉、人造椎体和人造椎间盘的各种器械被用作整形外科植入装置。当这些器械植入体内使用时，它们可能被微生物污染。如果植入装置被微生物定殖，则很难防止微生物生长。为了防止微生物在体内生长和感染，有必要进行手术移除植入装置以用新的植入装置进行更换，这给患者带来了巨大的负担。期望提供抗微生物植入装置。

作为赋予植入装置抗微生物特性的技术，提出了一种医疗用植入系统(专利文献1)，其包含设置在植入体的外表面上的含有抗微生物金属的金属组件；具有第一端子和第二端子的电源，其中一个端子与金属组件电连通；和放置在电源的第一端子和电源的第二端子之间的电流路径中的绝缘体，防止从第一端子流出的电流到达第二端子，而不在植入时完成包括邻近植入系统的外表面的导电身体组织或体液的电路。专利文献1公开了抗微生物金属的实例包括银、铜、银和铜、银和镉，以及银、铜和镉的组合。在专利文献1中，除了植入体之外还需要外部电源设备和端子以实现抗微生物特性，并且需要处理或外部操作来赋予抗微生物特性。从减轻患者负担的观点来看，需要进一步改进。

引用清单

专利文献

PTL 1：日本专利第5175185号

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供一种植入装置，其可以简单地通过植入体内来实现抗微生物特性，以减轻患者的负担。

问题的解决方案

本发明的具体实施例如下：

[1]一种由第一材料和第二材料制成的抗微生物植入装置，其中

至少所述第一材料的表面包含抗微生物金属；

至少所述第二材料的表面比所述第一材料更贵；

当所述装置植入体内使用时，在所述第一材料和所述第二材料之间形成电路；和

在电解质的存在下，所述抗微生物金属的离子从所述第一材料中洗脱，以赋予所述第一材料的表面和/或周围区域抗微生物特性。

[2]根据[1]所述的抗微生物植入装置，其中所述第一材料包含至少一种选自钴、银、锌、铜、钨、镁、镍和磷的抗微生物金属。

[3]根据[1]或[2]所述的抗微生物植入装置，其中所述第一材料是钴基合金。

[4]根据[3]所述的抗微生物植入装置，其中所述钴基合金包含29至69质量％的量的钴。

[5]根据[3]或[4]所述的抗微生物植入装置，其中所述钴基合金是钴-铬合金。

[6]根据[5]所述的抗微生物植入装置，其中所述钴-铬合金包含18至30质量％的量的铬。

[7]根据[1]至[6]中任一项所述的抗微生物植入装置，其中所述第二材料是钛或钛基合金。

[8]根据[7]所述的抗微生物植入装置，其中所述钛或所述钛基合金包含68至100。

[9]根据[1]至[8]中任一项所述的抗微生物植入装置，其中所述第二材料的表面积与所述第一材料的表面积的比率(第二材料/第一材料)在0.2至10.8的范围内。

[10]根据[2]至[9]中任一项所述的抗微生物植入装置，其中钴离子是以7nmol/l至81μmol/l的量从所述第一材料中洗脱。

[11]根据[1]至[10]中任一项所述的抗微生物植入装置，其中

所述抗微生物植入装置是椎间融合器；

所述椎间融合器的主体包含所述第二材料；和

所述椎间融合器的主体的至少一部分涂有所述第一材料。

[12]根据[11]所述的抗微生物植入装置，其中

所述椎间融合器的主体的至少一部分具有由所述第二材料构成的蜂巢结构或网状结构；和

所述蜂巢结构或所述网状结构的外表面涂有所述第一材料。

[13]根据[1]至[10]中任一项所述的抗微生物植入装置，其中

所述抗微生物植入装置是椎间融合器；和

由包含所述第一材料的缠结或凝集纤维构成的多孔结构层压在由包含所述第二材料的缠结或凝集纤维构成的多孔结构上。

[14]根据[1]至[12]中任一项所述的抗微生物植入装置，其中

所述抗微生物植入装置是椎间融合器；

所述椎间融合器的主体包含有包含所述第二材料的实心部分和包含所述第二材料的多孔部分；和

所述实心部分和所述多孔部分是层压的。

[15]根据[1]至[12]中任一项所述的抗微生物植入装置，其中

所述抗微生物植入装置是椎间融合器；

所述椎间融合器的主体包含所述第二材料；和

包含所述第一材料的多孔部分层压在包含所述第二材料的多孔部分上。

本发明的有益效果

一旦植入体内，本发明的植入装置可以在不需要外部操作或处理的情况下实现抗微生物特性，从而显著减轻患者的负担。

附图说明

图1是本发明的椎间融合器的透视图。

图2是图1的截面视图。

图3是椎间融合器的变形例的透视图，其内部具有蜂巢结构。

图4是图3所示的蜂巢结构的部分放大视图。

图5是一种变形例的透视图，其中椎间融合器的主体具有网状结构。

图6是一种变形例的透视图，其中椎间融合器的主体和涂层由多孔纤维结构制成。

图7是图6的截面视图。

图8是一种变形例的截面视图，其中通过烧结由第一材料制成的多个粉末粒子形成的多孔部分层压在通过熔融由第二材料制成的多个粉末粒子形成的固体部分上以形成涂层。

图9是显示实心部分和多孔部分的层压状态的说明图。

图10是一种变形例的截面视图，其中由第一材料制成的多孔部分层压在由第二材料制成的多孔部分上。

图11是显示多孔部分和多孔部分的层压状态的说明图。

具体实施方式

将参考附图描述本发明。

本发明的抗微生物植入装置是由第一材料和第二材料制成的植入装置，其中至少第一材料的表面包含抗微生物金属；至少第二材料的表面比第一材料更贵；当装置植入体内使用时，在第一材料和第二材料之间形成电路；在电解质的存在下，抗微生物金属的离子从第一材料中洗脱，以赋予第一材料的表面和/或周围区域抗微生物特性。本发明的抗微生物植入装置由至少两种材料制成，并且仅仅因为这两种材料在体内接触，就会发生短路以形成电路。

优选地，第一材料包含至少一种选自钴、银、锌、铜、钨、镁、镍和磷的抗微生物金属，并且优选为钴基合金。更优选地，钴基合金包含29至69质量％的量的钴。更优选地，钴基合金是包含18至30质量％的量的铬的钴-铬合金。

优选地，第二材料是钛或钛基合金。更优选地，钛或钛基合金包含68至100质量％的量的钛。

更优选地，第二材料的表面积与第一材料的表面积的比率(第二材料/第一材料)＝0.2至10.8。

当组合使用由包含29至69质量％的量的钴的钴基合金制成的第一材料和由包含68至100质量％的量的钛的钛基合金制成的第二材料时，钴离子以7nmol/l至81μmol/l的量从第一材料中洗脱，以提供良好的抗微生物特性。

图1是椎间融合器1的透视图，图2是图1的截面视图。将填充有骨移植物的椎间融合器植入椎间盘空间中以供使用。椎间融合器1包含主体11和涂层12，主体11具有用于填充骨移植物的开口13和内部中空部分，涂层12至少涂布主体的表面。椎间融合器1也可以根据需要采用通用椎间融合器的组件作为其它组件。形成椎间融合器1的主体11的壁表面由第二材料制成，并且至少主体11的表面涂有第一材料。至少第一材料的表面包含抗微生物金属，至少第二材料的表面比第一材料更贵，并且第一材料和第二材料是具有电位差的材料的组合，使得在主体11和涂层12之间的接触引起短路以形成电路，并且在电解质的存在下，抗微生物金属离子从涂层12的第一材料中洗脱，以赋予椎间融合器主体11的表面和/或周围区域抗微生物特性。

图3是用蜂巢结构14代替椎间融合器1的主体11的开口13和内部中空部分的变形例的透视图，图4是图3所示的蜂巢结构14的部分放大视图。蜂巢结构的每个壁14a由第二材料制成，并且第一材料提供在涂层12中。由于采用其中椎间融合器1的主体11的内部由第二材料制成的蜂巢结构，因此可以增加第二材料的表面积以增加第二材料的表面积与第二材料的表面积的比率，从而导致从第一材料中洗脱的抗菌性金属离子的量增加。

图5是一种变形例的透视图，其中椎间融合器1的主体11具有网状结构15。网状结构15的框架部分15a由第二材料制成，并且形成椎间融合器主体11的外表面的网状结构15的至少一个表面15b涂有第一材料。椎间融合器主体11的网状结构允许从任何位置装载骨移植物，这消除了在通用椎间融合器中设置开口的必要性。因为椎间融合器1的主体11采用由第二材料制成的网状结构，所以可以增加第二材料的表面积以增加第二材料的表面积与第一材料的表面积的比率，从而导致从第一材料中洗脱的抗菌性金属离子的量增加。

图6是一种变形例的透视图，其中椎间融合器1的主体11由多孔结构11a制成，多孔结构11a由包含第二材料的缠结或凝集纤维构成，将由包含第一材料的缠结或凝集纤维构成的多孔结构12a层压在多孔结构11a上以形成涂层12。图7是图6的截面视图。因为第一材料和第二材料都具有纤维形状，所以两种材料的表面积增加，以增加第一材料和第二材料之间的接触面积。此外，由于采用多孔结构，可以增加洗脱的抗菌性金属离子的量，并且可以促进离子的洗脱。

图8是一种变形例的顶视图，其中椎间融合器1的主体11由通过熔融第二材料的粉末粒子形成的实心部分11b制成，将通过烧结第二材料的粉末粒子形成的多孔部分11c层压在实心部分11b上，并且多孔部分11c涂有第一材料以在上面具有涂层12。图9是显示实心部分11b和多孔部分11c的层压状态的说明图。虽然在所示实施例中多孔部分11c层压在实心部分11b上，但是实心部分11b可以层压在多孔部分11c上。为了层压实心部分和多孔部分，可以适当地使用压缩成型、烧结、扩散粘合、使用电子束或激光的增材制造、金属注射成型、放电等离子体烧结或这些方法的组合。含有呈粉末粒子形式的第二材料的多孔部分的存在可以增加第二材料的表面积，以增加第二材料的表面积与第一材料的表面积的比率，从而导致从第一材料中洗脱的抗菌性金属离子的量增加。

图10是一种变形例的顶视图，其中椎间融合器1的主体11由通过烧结第二材料的粉末粒子形成的多孔部分11c制成，并且将通过烧结第一材料的粉末粒子形成的多孔部分12c层压在多孔部分11c上以形成涂层。

图11是显示多孔部分11c和多孔部分12c的层压状态的说明图。为了层压多孔部分11c和多孔部分12c，可以适当地使用压缩成型、烧结、扩散粘合、使用电子束或激光的增材制造、金属注射成型、放电等离子体烧结或这些方法的组合。第一材料和第二材料的多孔部分的存在可以增加两种材料的表面积，以增加第一材料和第二材料之间的接触面积，从而导致从第一材料中洗脱的抗菌性金属离子的量增加。

实例

下文用实例详细说明本发明；然而，本发明不限于这些实例。

[实例1]

(样品的制备)

市售的生物相容性钛合金(钛含量：88至91质量％)和市售的生物相容性钴-铬合金(钴含量：58至69质量％，铬含量：26至30质量％)加工成具有表1所示各种面积的3mm厚的硬币形样品(只有第3号样品的钛合金加工成平板形样品)，这些样品以表1所示的各种组合进行层压并对彼此短路。作为比较样品，类似地制备1mm厚的平板形聚乙烯样品(对照)、由钴-铬合金制成的3mm厚的硬币形样品(比较1)和由钛合金制成的3mm厚的硬币形样品(比较2)。

[表1]

表1样品条件

*面积比＝钛合金的表面积/钴-铬合金的表面积

(抗微生物特性测试)

参照JIS Z 2801：抗菌产品-抗菌活性和功效测试评估抗微生物特性。

将表1中所示的每个样品置于培养皿中，逐滴添加40μl悬浮在营养肉汤(1/100)中的金黄色葡萄球菌(NBRC 12732)。将聚乙烯膜置于添加的测试细菌悬浮液上。将悬浮液在35℃下培养24小时，然后从样品中洗出细胞。将所得的洗出悬浮液以10倍稀释系列连续稀释，并使用琼脂板培养方法在35℃下培养24小时，并且从所形成的菌落形成单位(CFU)的数量计算活细胞数。将24小时接触后作为对照的聚乙烯样品上的活细胞数的对数值(Nc)与每个样品上的活细胞数的对数值(N)之间的差异确定为抗微生物活性值。

[数学式1]

抗微生物活性值＝log(Nc/N)

表2显示了每种样品的活细胞数和抗微生物活性值。确定抗微生物活性值为2.0或更高的样品具有抗微生物功效。随着面积比(由钛合金制成的样品的表面积/由钴-铬合金制成的样品的表面积)增加，活细胞的数量减少(抗微生物活性值增加)。

[表2]

表2抗微生物特性测试结果

样品	活细胞数/CFU/试样	抗微生物活性值
			对照：聚乙烯	1.1×10<sup>6</sup>	-
1	6.8×10<sup>3</sup>	2.21
			2	2.4×10<sup>3</sup>	2.66
3	4.0×10<sup>2</sup>	3.44
			比较1	9.2×10<sup>3</sup>	2.08

[实例2]

(样品的制备)

制备由钛合金和钴-铬合金制成的植入装置(钛合金与钴-铬合金的面积比设定为0.89)(植入装置1)。作为比较例，类似地制备仅由具有完全相同形状的钛合金制成的植入装置(植入装置2)。

[表3]

表3植入装置的组成

*面积比＝由钛合金制成的构件的表面积/由钴-铬合金制成的构件的表面积

(抗微生物特性测试)

将每个植入装置置于聚丙烯管中，并浸入悬浮在营养肉汤(1/100)中的1ml金黄色葡萄球菌(NBRC 12732)中。在35℃下培养24小时后，收集培养基。将收集的培养基以10倍稀释系列连续稀释，并使用琼脂板培养方法在35℃下培养24小时，并且从所形成的菌落形成单位(CFU)的数量确定活细胞数。

表4显示了每个植入装置的活细胞数和抗微生物活性值。在其中适当地设定钛合金与钴-铬合金的面积比的植入装置1中，活细胞的数量显著减少。相反，在仅由钛合金制成的植入装置2中，未观察到活细胞数量的减少。

[表4]

表4植入装置的抗微生物特性测试结果

Claims (14)

1.一种由第一材料和第二材料制成的抗微生物植入装置，其中

至少所述第一材料的表面包含抗微生物金属；

至少所述第二材料的表面比所述第一材料更贵；

当所述装置植入体内使用时，在所述第一材料和所述第二材料之间形成电路；和

在电解质的存在下，所述抗微生物金属的离子从所述第一材料中洗脱，以赋予所述第一材料的表面和/或周围区域抗微生物特性，其中所述抗微生物金属是钴。

2.根据权利要求1所述的抗微生物植入装置，其中所述第一材料是钴基合金。

3.根据权利要求2所述的抗微生物植入装置，其中所述钴基合金包含29至69质量％的量的钴。

4.根据权利要求2所述的抗微生物植入装置，其中所述钴基合金是钴-铬合金。

5.根据权利要求4所述的抗微生物植入装置，其中所述钴-铬合金包含18至30质量％的量的铬。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的抗微生物植入装置，其中所述第二材料是钛或钛基合金。

7.根据权利要求6所述的抗微生物植入装置，其中所述钛或所述钛基合金包含68至100质量％的量的钛。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的抗微生物植入装置，其中所述第二材料的表面积与所述第一材料的表面积的比率在0.2至10.8的范围内。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的抗微生物植入装置，其中钴离子是以7nmol/l至81μmol/l的量从所述第一材料中洗脱。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的抗微生物植入装置，其中

所述抗微生物植入装置是椎间融合器；

所述椎间融合器的主体包含所述第二材料；和

所述椎间融合器的主体的至少一部分涂有所述第一材料。

11.根据权利要求10所述的抗微生物植入装置，其中

所述椎间融合器的主体的至少一部分具有由所述第二材料构成的蜂巢结构或网状结构；和

所述蜂巢结构或所述网状结构的外表面涂有所述第一材料。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的抗微生物植入装置，其中

所述抗微生物植入装置是椎间融合器；和

由包含所述第一材料的缠结或凝集纤维构成的多孔结构层压在由包含所述第二材料的缠结或凝集纤维构成的多孔结构上。

13.根据权利要求1至5中任一项所述的抗微生物植入装置，其中

所述抗微生物植入装置是椎间融合器；

所述椎间融合器的主体包含有包含所述第二材料的实心部分和包含所述第二材料的多孔部分；和

所述实心部分和所述多孔部分是层压的。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的抗微生物植入装置，其中

所述抗微生物植入装置是椎间融合器；

所述椎间融合器的主体包含所述第二材料；和

包含所述第一材料的多孔部分层压在包含所述第二材料的粉末粒子的多孔部分上。

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