包含具有增强的降解速率的生物可降解的合金的可植入的医疗装置的制造方法
[0054]在某些实施方案中，马氏体合金含有至少约10%、约15%、约18%、约20%、约22%或约24%的奥氏体促进组分。例如，在某些实施方案中，马氏体合金含有约10%至约20%、约15%至约25%、约20%至约30%、约25%至约35%、约30%至约40%的奥氏体促进组分。在某些实施方案中，马氏体合金含有约22%、约23%、约24%、约25%、约26%、约27%或约28%的奥氏体促进组分。在某些实施方案中，奥氏体促进组分是根据合金中的奥氏体促进元素(例如，镍、锰、钴、铂、钯、铱、铝、碳、氮、硅等)的百分比的总和来计算的。在其他实施方案中，奥氏体促进组分是根据合金中的奥氏体促进元素的加权和来计算的。在某些实施方案中，在加权和中的单个元素是根据它们相比于镍的奥氏体促进功效进行加权。在某些实施方案中，奥氏体促进组分的加权百分比是根据式:％镍+%铂+%钯+%铱+0.5*(%锰+%钴)+30*(%碳+%氮)来计算的。
[0055]在某些实施方案中，马氏体合金含有约2.0%至约4.0 %、约3.0 %至约5.0 %、或约4.0 %至约6.0 %的抗腐蚀组分，以及约10 %至约20 %、约15 %至约25 %、约20 %至约30 %、约25 %至约35 %，或约30 %至约40 %的奥氏体促进组分。例如，在某些实施方案中，马氏体合金含有约3.0%至约5.0%的抗腐蚀组分以及约20%至约30%的奥氏体促进组分。在某些实施方案中，抗腐蚀组分和奥氏体促进组分是分别根据抗腐蚀元素和奥氏体促进元素的百分比的总和来计算的。在其他实施方案中，抗腐蚀组分和奥氏体促进组分是分别根据抗腐蚀元素和奥氏体促进元素的加权和来计算的。
[0056]尽管马氏体合金具有所需的缺少晶粒边界的特性，但是奥氏体合金由于它们的低磁化率而使得其对于医疗植入物是特别有用的，低磁化率在合金被暴露于强磁场时可以是有用的。对于医疗植入物，希望具有低磁化率，因为它们可被用于将来会需要利用非常高的磁场的磁共振成像(MRI)的患者。磁反应性合金在强磁场中可经历加热，从而导致局部组织应激和植入物周围组织的损坏。磁反应性植入物也使MRI图像失真，使其无法读取。此夕卜，奥氏体合金可提供某些机械上的优势，因为它们相比于马氏体合金经受了在它们的弹性极限(屈服点)和极限失效之间的更大塑性形变。例如，奥氏体合金可具有约50%至60%的最大延伸长度，而马氏体合金可具有约16%至20%的最大延伸长度。
[0057]因此在某些实施方案中，本发明的生物可降解的可植入的医疗装置包含含有铁反应性组分且具有基本上奥氏体结构的合金(例如铁合金)。如本文中使用，术语“基本上奥氏体结构”是指至少85 %的奥氏体结构。在某些实施方案中，合金具有至少88 %、90 %、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.8%、99.9%或更高的奥氏体结构。在某些实施方案中，奥氏体合金基本上不具有马氏体或铁氧体结构。如本文中使用，术语“基本上不具有马氏体或铁氧体结构”是指少于5% (例如少于4%、3%、2%、1%、
0.5 %、0.2 %、0.1 %或0.05 % )的马氏体或铁氧体结构。在某些实施方案中，奥氏体合金由约40%至约65% (例如约50%至约60% )的最大延伸长度来表征。
[0058]奥氏体钢具有不规则形状的已确定边界的晶粒。由于奥氏体是面心立方的结构，所以当朝垂直于主晶面的方向观察时，晶粒倾向于为立方体状。在具有非常低的碳或者是非常低的铬的奥氏体合金中，可能产生具有细晶粒尺寸(例如每边约0.5至5.0微米)的结构。2.5微米的立方体的奥氏体晶粒的总表面积为37.5平方微米并且体积为15.625立方微米，表面积与体积之比为2.4 μ 1且总质量为0.12微克。由于晶粒具有极小的质量，因此当置于生物环境中时，晶粒材料反应与晶粒边界材料一样快，从而允许合金从外部脱落材料。这反过来防止了大块材料沿着晶粒边界的弱化以及晶粒从合金的大块材料上的分离。然而，随着晶粒尺寸的增加，表面积与体积之比减少了。每个晶粒变得更大，吸收其花费的时间更长，使得溶出更有可能沿晶粒边界发生，渗透至合金的大块材料的更深处，并且因此减弱了合金的强度。
[0059]本发明的含有铁反应性组分的合金的生物降解速率可通过控制单个晶粒的晶粒尺寸以及表面积与体积之比来进一步改变。随着晶粒尺寸的增加，表面积与体积之比相应地降低，生物降解朝装置中心方向进行更快，提高了总生物降解速率。然而，太大的晶粒尺寸可导致晶粒分离和不利的效果。
[0060]在一些实施方案中，含有铁反应性组分的合金为奥氏体合金。在某些实施方案中，奥氏体合金具有每边为约0.5微米至约20微米的平均晶粒尺寸。例如，在某些实施方案中，平均晶粒尺寸为每边约0.5微米至约5.0微米、约2.5微米至约7.5微米、约5.0微米至约10微米、约7.5微米至约12.5微米、约10微米至约15微米、约12.5微米至约17.5微米或约15微米至约20微米。在某些实施方案中，平均晶粒尺寸为每边约0.5微米至约3.0微米或约1.0微米至约2.0微米。在某些实施方案中，奥氏体合金具有其中单个晶粒的表面积与体积之比平均大于0.1μ 1的结构。例如，在某些实施方案中，单个晶粒的表面积与体积之比平均大于 0.2μ .3 μ .4μ θ.5 μ θ.6 μ θ.7 μ θ.8 μ θ.9 μ ?.0 μ
1.5 μ 2.0 μ 2.5 μ 3.0 μ 3.5 μ 4.0 μ 4.5 μ 5.0 μ 6.0 μ 7.0 μ 8.0 μ 9.0 μ 10.0 μ ll.0 μ ?2.0 μ ?3.0 μ 14.0 μ ?5.0 μ 1 或更大。
[0061]约0.5微米至约20微米的奥氏体晶粒尺寸可通过用于破坏合金的连续循环的机械操作、随后进行的热重结晶来获得。材料的机械操作，无论是在低温(即室温至200°C )还是在升高的温度下进行，通过完全地迫使合金变为新的形状，均导致了张力诱导的晶体结构的破裂。机械操作金属的最常用的方法是通过减少金属薄片在两个高压乳辊之间的厚度，从而导致出口端的材料比原始厚度实质上更薄(例如变薄20%-60%)。也可使用其它方法如牵引法。机械操作金属的过程将更大的、连续的晶格单元破坏成不同的结构。更重要的是，通过拉紧晶格结构距离至更高的能量排布，它储存了大量张力诱导的能量于扭曲的晶格成员中。随后发生在约0.35至约0.55倍于合金的绝对熔融温度的温度下的低温重结晶，使晶格结构经历了向更低能量状态方向的重排，但整体的宏观尺寸没有变化。为了适应晶格不发生总体尺寸变化的重排，单个晶格的亚单元的尺寸或者晶粒减小了，通过将晶格破坏成更小的亚单元而释放了大量的应变能，并且产生了更细的晶粒结构。在重结晶之后的机械操作过程可被连续重复，以便产生越来越细的晶粒。
[0062]在某些实施方案中，奥氏体合金包含碳。例如，在某些实施方案中，合金包含约0.01%至约 0.10%、约 0.02%至约 0.12%、约 0.05%至约 0.15%、约 0.07%至约 0.17%、约0.10%至约0.20%、约0.12%至约0.22%或约0.15%至约0.25%的碳。在某些实施方案中，奥氏体合金包含选自由镍、钴、铝和锰组成的列表的一种或多种(例如两种或更多种)元素。在某些实施方案中，合金包含约2.0%至约6.0%、约3.0%至约7.0%、约4.0%至约8.0%或约5.0%至约9.0%的镍。在其他实施方案中，合金基本上不包含镍。在某些实施方案中，合金包含约10%至约20%、约15%至约20%、约15%至约25%、约18%至约23 %、约20 %至约25 %或约20 %至约30 %的钴。在某些实施方案中，合金包含少于约5.0%(例如，少于约4.5%、约4.0%、约3.5%、约3.0%或约2.5%)的锰。在某些实施方案中，合金包含约0.5%至约1.5%、约1.0%至约2.0%或约1.5%至约2.5%的锰。在其他实施方案中，合金包含约1.0%至约8.0%、约6.0%至约10%、约8.0%至约12%或约10%至约14%的锰。在其他实施方案中，合金包含约10%至约50%、约15%至约45%、约20%至约40 %、约25 %至约35 %或约25 %至约30 %的锰。在某些实施方案中，奥氏体合金包含选自由铬、钼和钽组成的列表的一种或多种(例如两种或更多种)元素。在某些实施方案中，合金包含约0.5%至约1.5%、约1.0%至约2.0%、约1.5%至约2.5%或约2.0%至约3.0%的铬。在其他实施方案中，合金基本上不包含铬。在某些实施方案中，合金包含约0.5%至约1.5%、约1.0%至约2.0%、约1.5%至约2.5%或约2.0%至约3.0%的钼。在某些实施方案中，合金包含约1.0%至约3.0%、约2.0%至约4.0%、约3.0%至约5.0%或约4.0%至约6.0%的钽。在某些实施方案中，奥氏体合金包含(i)碳、(ii)至少两种选自由镍、钴、铝和锰组成的列表的元素和(iii)至少两种选自由铬、钼和钽组成的列表的元素。
[0063]除溶出方式之外，需要控制用于制造本发明的可植入的医疗装置的合金中的溶出速率以及潜在的毒性元素的释放。用于组成合金的特定元素帮助确定所得合金的物理和化学性质。例如，向铁中添加少量的碳改变了铁的结构，产生硬度和强度大大增加的钢，同时改变了相对于铁的可塑性。类似地，通过向铁中添加减少腐蚀的元素(即抗腐蚀组分)如铬和钼来制造不锈钢。生物系统中的抗腐蚀的不锈钢可含有例如18%的铬和1%的钼。钛、铌、钽、钒、钨、锆和铪同样提供了减慢钢在生物系统中的降解速率的保护作用。
[0064]在目标生物系统中不发生破坏的不锈钢典型地不适合用于生物可降解的植入物。因此，具有大量抗腐蚀元素的合金(如铬、钼、钛和钽)通常不能用于制造本发明的生物可降解的可植入的医疗装置。然而，少量此抗腐蚀元素对于控制合适的合金的生物降解速率是有用的。因此，在某些实施方案中，用于制造本发明的生物可降解的可植入的医疗装置的合金(例如奥氏体合金)含有至少约0.5%、约1.0%、约1.5%、约2.0%、约2.5%、约3.0%，或约3.5%，但少于约15%、约12%、约11%、约10%、约9.0%、约8.0%或约7.0%的抗腐蚀组分。例如，在某些实施方案中，合金含有约1.0%至约7.0%、约2.0%至约8.0%或约3.0%至约9.0%的抗腐蚀组分。在某些实施方案中，合金(例如奥氏体合金)含有约3.0%、约 3.5%、约 4.0%、约 4.5%、约 5.0%、约 5.5%、约 6.0%、约 6.5%或约 7.0%的抗腐蚀组分。在某些实施方案中，抗腐蚀组分是根据合金中的抗腐蚀元素(例如，铬、钼、钨、钽、铌、钛、锆、铪等)的百分比的总和来计算的。在其他实施方案中，抗腐蚀组分是合金中的所有抗腐蚀元素的加权和。例如，在某些实施方案中，在加权和中的单个元素是根据它们相比于铬的抗腐蚀功效进行加权。在某些实施方案中，抗腐蚀组分的加权百分比是根据式:％铬+%钼+%钨+0.5*(%钽+%铌)+2*(%钛+%锆+%铪)来确定的。
[0065]抗
文档序号 :
【 9601683 】
技术研发人员：H·R·劳迪奇,P·雅布隆斯基
技术所有人：BIODG股份有限公司,美国能源部
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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