[发明专利]用于植入物和其他基材的锆和钛磷酸盐涂层

说明书

本发明涉及涂覆的基材，其中涂层包含磷酸钛和/或磷酸锆。在某些实施方案中，基材是用于体内的植入物。本发明还涉及在基材表面上形成包含磷酸钛和/或磷酸锆或由磷酸钛和/或磷酸锆组成的涂层的方法。

发明领域

本发明提供了与活组织，例如骨组织和软组织有利地相互作用的涂层。该涂层对机械磨损和酸性条件具有高度抵抗力，因此可以在体内长时间保留。本发明的另一个目的是创建可用于各种应用的亲水性表面。更具体地说，描述了金属磷酸盐如磷酸锆和磷酸钛的涂层。

背景技术

植入物用于人体的各个部位。牙螺钉、髋关节柄和脊柱融合笼只是设计成与骨组织整合的装置的一些示例。造口术袋口、骨锚式助听器和牙植入物基台是设计成与软组织整合的装置的示例。

为了将植入物成功整合到人体组织中，植入物材料的选择自然非常重要。钛在1950年代被发现具有出色的与骨骼整合的能力，并且还可以刺激新的骨骼组织的生长，这种现象如今被称为骨整合。由于这些特性及其高机械强度，钛是当今最常见的植入材料。与钛相比，氧化锆和氧化铝增韧氧化锆等陶瓷的骨整合速度较慢，但可用于要求极高硬度和强度的应用，例如髋臼杯和股骨头。也有一些材料被归类为生物惰性材料；这些被人体所接受，但不整合。这种材料的例子是聚合物，例如聚酰胺和聚醚醚酮(PEEK)。

骨主要由磷酸钙化合物组成，该化合物在化学和结构上与矿物羟基磷灰石(HA)非常相似。为了改善骨整合，可以在植入物表面上施加磷酸钙涂层。作用机理尚不完全清楚，但通常认为磷酸钙通过吸收参与骨骼形成初期的蛋白质来触发骨骼生长。在稍后的阶段，涂层被逐渐吸收并用作形成新骨的原料。诸如磷酸三钙(TCP)和HA之类的材料对骨骼组织的生长具有有据可查的有益作用，因此，这些材料在临床上已广泛用于各种医疗应用中，例如骨骼支架材料和植入物涂层。

磷酸钙生物材料的一个重要参数是体内的吸收速度。内源性骨的吸收是自然过程；破骨细胞不断吸收旧骨，成骨细胞产生新骨。这种吸收释放出钙和磷，可用作新骨的原料。破骨细胞通过创造酸性环境来吸收骨骼；HA在中性pH下的溶解度非常低，但在pH 4以下会迅速溶解。对于其他磷酸钙，例如磷酸三钙或磷酸八钙，也观察到在酸性条件下溶解度增加。对于厚的(20-60μm)磷酸钙基植入物涂层，体内溶解可能会破坏涂层的完整性，并导致大的磷酸钙颗粒分离，从而触发炎症反应。对于薄的(小于1μm)涂层，磷酸钙的含量非常低，对于这些涂层，磷酸钙的作用更像是骨生长的催化剂，而不是骨生长的原料(Meirelles等人，J.Biomed.Mater.Res.A 2 87 299-307)。薄涂层通常是指在几周或几个月内在体内迅速溶解。在这段时间之后，完成骨整合的初始步骤，植入物的长期稳定性取决于基材的特性。如果薄的涂层由于某种原因溶解得比期望的快得多，则涂层的效率将大大降低。如果基材本身是具有较弱的整合能力的材料，则这可能导致植入物的锚固强度非常低，因为存在结缔组织会在表面而非骨上形成的风险。PEEK是形成骨组织能力差的生物惰性材料的一个例子。因此，非常重要的一点是要确保至少在整个骨整合的头几个关键周内，随时间推移保留骨刺激性涂层。

软组织是人体结构(如皮肤、肌腱、筋膜和口腔粘膜)的广义术语。尽管骨整合是一个成熟的研究领域，并且对于愈合成骨的表面的要求是众所周知的，但对软组织整合的了解却很少。通常，对于骨整合表现良好的表面也表现出良好的软组织整合。因此，为了实现软组织整合，该表面应对蛋白质具有高亲和力并具有高表面积。因此，已经证明钛植入物和HA涂覆的植入物具有良好的软组织整合。如WO 02/087648中所述，多孔二氧化钛(TiO₂)和二氧化硅(SiO₂)涂层也被证明是有效的。

如上所述，磷酸钙矿物质在酸性pH值下具有增加的溶解度，磷酸钙(CaP)涂层的吸收是人体中的自然过程。影响体内吸收的另一个重要参数是涂层对基材的粘附强度。在聚合材料上，CaP涂层与基材的结合强度比在高电荷表面如钛上弱得多。与钛上的涂层相比，体内放置的聚合物上的涂层因此面临涂层从聚合物基材上分离或分层的更高风险，以及更高的溶解速率。