專利名稱：：由生物可降解金屬構(gòu)成的植入物及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是有關(guān)于一種植入物及其制造方法，特別是有關(guān)于一種具有生物可降解材料的植入物，這些植入物的生物降解率可輕易控制，且其強(qiáng)度與對骨組織的介面強(qiáng)度極為優(yōu)異，因此被作為一種骨頭代用品或用于骨治療，以及本發(fā)明亦有關(guān)此種植入物的制造方法。
背景技術(shù)：
：具有代表性的醫(yī)療用途植入物材料，是具有優(yōu)異機(jī)械特性與加工性能的金屬材料。盡管金屬植入物具有優(yōu)異的金屬特性，但它們?nèi)源嬖趲追N問題，諸如應(yīng)力遮蔽(stressshielding)、圖像遞降(imagedegradation)、及植入物移位(implantmigration)。為了克服這些與金屬植入物有關(guān)的問題，已有人建議發(fā)展生物可降解植入物。自1960年代中期以來，即有人研究各種聚合物，包括聚乳酸(polylacticacids,PLA)、聚甘醇酸(polyglycolicacids，PGA)以及前二項(xiàng)的共聚物聚乳酸-甘醇酸(PLGA)，以作為醫(yī)療用途的生物可降解材料。然而，上述生物可降解材料存在一些問題，諸如機(jī)械強(qiáng)度較低、降解時產(chǎn)生酸、及生物降解率控制困難，因此其應(yīng)用有限。尤其是，由于機(jī)械強(qiáng)度較低的特性，聚合物在矯形外科植入或植牙等需要承載能力的應(yīng)用上，受到限制。為了克服生物可降解聚合物上述的問題，目前已有人進(jìn)行數(shù)種生物可降解材料的研究，例如陶瓷，諸如磷酸三鈣(tri-calciumphosphate,TCP)及生物可降解聚合物與生物可降解羥基磷灰石(hydroxyapatite，HA)的復(fù)合材料。然而，與生物可降解聚合物比較時，這些材料的機(jī)械特性并無大幅改進(jìn)，而且，陶乾材料的耐沖擊強(qiáng)度弱，被認(rèn)為是作為生物材料的嚴(yán)重缺點(diǎn)。此外，生物可降解材料之類的控制迄今尚未明確解析過，因此其實(shí)際應(yīng)用仍有疑問。另一方面，為了克服金屬植入物的問題，除了對植入物材料本身進(jìn)行的研究外，亦曾有人嘗試研究以涂布(coating)方法進(jìn)行金屬植入物表面改質(zhì)。以涂布技術(shù)進(jìn)行金屬植入物表面改質(zhì)有兩個主要目的第一，改進(jìn)金屬植入物與金屬或非金屬材料之間的介面耐磨力或耐蝕力，例如類鉆碳涂層(diamond-likecarboncoating)或其類似物；第二，強(qiáng)化金屬植入物與骨組織之間的介面粘著強(qiáng)度，可以在金屬植入物上涂布對骨組織具有高粘3著強(qiáng)度的材料，藉此達(dá)到其目的。關(guān)于此部份，通常使用的材料是羥基磷灰石(HA)，它與骨的組成相似。此外，為了改進(jìn)對骨組織的粘著強(qiáng)度，可以使用骨水泥(P固A)涂布植入物。在各種材料中，羥基磷灰石尤其具有優(yōu)異的生物相容性，同時具有與骨組織類似的組成份與結(jié)構(gòu)。因此，目前已知，藉由化學(xué)鍵結(jié)，羥基磷灰石對骨組織可具有優(yōu)異的介面粘著強(qiáng)度。雖然羥基磷灰石對骨組織具有優(yōu)異化學(xué)鍵結(jié)強(qiáng)度，它對植入物卻具有較低的介面粘著強(qiáng)度。因此，羥基磷灰石微粒從植入物表面脫離已被視為一項(xiàng)嚴(yán)重的問題。在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中，曾在聚乙烯髖臼碗體(acetabularc叩)內(nèi)發(fā)現(xiàn)脫離的羥基磷灰石，同時也觀察到因羥基磷灰石引起嚴(yán)重的髖臼碗體摩擦磨損以及由磨損的聚乙彿引起的骨整合(osseointegration)。因此，目前已嘗試許多方法，以便改進(jìn)羥基磷灰石與植入物間的粘著強(qiáng)度，其中之一是涂布法的改進(jìn)。涂布羥基磷灰石時通常使用的一種方法是等離子體噴涂技術(shù)(plasmasprayingtechnique)。在此方法中，將結(jié)晶羥基磷灰石轉(zhuǎn)換成非晶態(tài)磷酸鈣相，并在噴涂羥基磷灰石微粒時使其沉積，涂層材料即會機(jī)械性地粘著于植入物。因此，其粘著強(qiáng)度低，且羥基磷灰石磷酸4丐微粒容易脫離。為了解決這些問題，也曾試過各種方法，但實(shí)際的問題依然存在。此外，另有許多技術(shù)性問題，諸如結(jié)晶相的維持、涂層厚度及涂層均勻度。從材料觀點(diǎn)而言，羥基磷灰石微粒的脫離，主要原因是羥基磷灰石涂層材料(屬陶瓷材料之一)與金屬植入物材料間的化學(xué)不相容性。因此，盡管過去為了改進(jìn)涂布技術(shù)作了許多努力，植入物與其涂層材料的介面粘著強(qiáng)度仍有某些限制。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供多種具有生物可降解性的植入物，這些植入物的生物降解率可以輕易控制，且其強(qiáng)度與對骨組織的介面強(qiáng)度極為優(yōu)異。本發(fā)明亦提供一種制造這些植入物的方法，以便解決前述于先前技術(shù)中的問題，亦即習(xí)知金屬植入物與生物可降解聚合物植入物中存在的問題。為了達(dá)成前述目的，本發(fā)明提供了多種包括生物可降解鎂合金的植入物。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的植入物，是由生物可降解鎂或鎂合金構(gòu)成(以下均簡稱為鎂合金)。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的植入物是包含一涂層，此涂層由設(shè)于植入物表面的生物可降解鎂合金構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，可以使用以化學(xué)式MgaCabXe表示的生物可降解鎂合金。其中，a、b和c為每種組成物的摩爾比(molarratio),并符合下列條件0.5^1;0^0.4;0^0.4;而X為一種添加的微量元素?；瘜W(xué)式中的X并無特別限制，只要它是一種微量元素即可。微量元素是在相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
中制造植入物時添加進(jìn)去的，并可包含從以下所列元素中選擇的一或多種元素鋯(Zr)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鍶(Sr)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鋅(Zn)、硅(Si)、磷(P)、鎳(Ni)、及鐵(Fe)。設(shè)若添加鎳時，鎳的含量較佳為100ppm或更低，更佳為50ppm或更低，以便降低生物毒性并控制腐蝕率。若是添加鐵時，鐵會大幅影響鎂合金的腐蝕率。此外，即使鎂中含有微量的鐵，也不會在鎂中使用鐵，鐵只是以個別的微粒形式出現(xiàn)，以增加鎂的腐蝕率。當(dāng)鎂在活體內(nèi)分解時，鎂合金內(nèi)出現(xiàn)的個別鐵微?？闪鬟M(jìn)活體內(nèi)。因此，鐵的含量應(yīng)精確決定，較佳為l，OOO卯m或更低，更佳為500ppm或更低。此外，若是在鎂中添加大量的第二及第三種元素時，包括4丐，合金內(nèi)會形成具有高脆度的沉淀相(precipitatedphase)或中間化合物(intermediatecompound)。因此，合金材料可能會在制造植入物的過程中斷裂，并容易在二次加工時，例如4齊壓(extrusion)或鍛造(forging)時發(fā)生斷裂。此外，此種合金在制造植入物產(chǎn)品的車床加工過程中容易斷裂，導(dǎo)致加工困難。圖1的相片顯示Mg-33WCa合金材料的外觀。此種合金是在純鎂(包含的摻雜物為0.001%的鐵與0.0035%的鎳)中添加33%的鈣鑄造而成。從圖中可以看出，在鑄造后，合金材料上端斷裂。隨后，該合金材料在處理與切割制程中破裂成碎片。此外，為了進(jìn)行其擠壓制程，擠壓溫度須增至450。C或更高。因此，若在第二及第三種元素添加量達(dá)40%或更高的情況時，該合金材料的實(shí)際應(yīng)用看來并不有效。在本發(fā)明中，第二及第三種元素的添加量限于0.4(40%)或更4氐。本發(fā)明亦提供一種使用生物可降解鎂合金制造植入物的方法。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的植入物制造方法包括以下步驟熔化生物可降解鎂合金，并使熔態(tài)的生物可降解鎂合金成型。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的植入物制造方法包括以下步驟在植入物表面涂布鎂合金。根據(jù)本發(fā)明具生物可降解鎂合金的植入物中，高強(qiáng)度鎂合金的強(qiáng)度比習(xí)知的生物可降解聚合物高兩倍或高于兩倍，但其程度視合金組成份及制造工藝而有不同。因此，高強(qiáng)度鎂合金被應(yīng)用在需具備高負(fù)載承受能力的腰部區(qū)位內(nèi)作為骨整合材料，亦應(yīng)用作為植牙材料，而且適于維持初始穩(wěn)定度。此外，根據(jù)本發(fā)明的植入物可在體內(nèi)降解，并且骨組織可同時長入植入物內(nèi)。因此，本發(fā)明植入物與骨組織之間可提供優(yōu)異的介面強(qiáng)度，且其生物降解率可輕易控制，以配合形成骨組織的程度成比例地進(jìn)行降解；藉此，在骨整合前，植入物不會失去其穩(wěn)定度；而且，由于在體內(nèi)降解而突然產(chǎn)生的離子釋出情況亦可獲得控制。因此，可以穩(wěn)定地發(fā)生骨形成5(boneformation)。另一方面，根據(jù)本發(fā)明具有生物可降解鎂合金涂層的植入物，就其強(qiáng)度、植入物與骨組織間介面強(qiáng)度、及涂層生物降解率控制各方面而言，藉由此涂層都具有優(yōu)異的特性。此外，若是使用金屬材料作為植入物基材時，由于包括由鎂合金構(gòu)成的涂層及金屬植入物的基材都是金屬，所以植入物與其涂層之間具有優(yōu)異的介面粘著強(qiáng)度。因此，根據(jù)本發(fā)明的植入物可適合用作骨頭代用品或用于骨治療，并可作為矯形外科、牙齒、整形手術(shù)或血管等方面的植入物。圖1是他0.6《&。.33鑄造合金的外觀圖。圖2是純鎂(含鐵0.001-0.04%;含鎳0.0035-0.OOlW鑄造合金的一橫斷面圖。圖3是Mgo，Ca。，合金的一橫斷面圖。圖4是Mg。."Ca。.。5合金的一橫斷面圖。圖5是Mg。，Ca。.,。5合金的一橫斷面圖。圖6是MgwCaw合金的一橫斷面圖。圖7是Mg。,67Ca。,33合金的一橫斷面圖。圖8是以氣流攪拌法(gasblowingmethod)快速淬火的Mg。^Ca。.33合金樣本的一橫斷面圖。圖9是擠壓后Mg。.,sCa。.。5鑄造合金的一縱向斷面及水平向斷面圖。圖10是添加不同份量的鈣所制備得的鎂鑄造合金的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果。圖11是添加不同份量的鈣所制備得的擠壓成形鎂鑄造合金的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果。圖12是根據(jù)摻雜物含量、鈣添加量、及擠壓加工的鎂材料腐蝕電流密度與降伏強(qiáng)度(yieldstrength)的變化關(guān)系圖。圖13是藉由生物可降解鎂合金進(jìn)行金屬植入物表面改質(zhì)及其效果的示意圖。圖14是以噴濺法形成在鈦合金植入物表面的鎂合金涂層的橫斷面圖。圖15是以噴濺法形成在鈦合金植入物表面的鎂合金涂層被刮傷后的示意圖。圖16是實(shí)例2中制造的鎂合金應(yīng)用于老鼠體內(nèi)試驗(yàn)，其鎂合金降解區(qū)位內(nèi)的骨形成的圖片。圖17至圖24是實(shí)例2中制造的鎂合金應(yīng)用于老鼠體內(nèi)試驗(yàn)時，從試驗(yàn)老鼠取得的血液中，關(guān)于天冬胺酸肝酵素、丙胺酸肝酵素、肌酸酐、血尿素氮、血紅素、白血球、血容比、及vf咸性磷酸酶各項(xiàng)數(shù)值高低的變化關(guān)系圖。具體實(shí)施例方式以下將詳細(xì)說明本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的植入物在用作矯形外科、牙齒、整形手術(shù)或血管等方面的植入物時，具有前述的效果。尤其是，本發(fā)明的植入物可用作脊推介體定位器(spinalinterbodyspacer)、骨填充物、骨板、骨釘、支架(scaffold)等等。、，......—，"一"，。、、，鎂通常在極低溫度(約450。C)即可點(diǎn)燃，所以在熔化時需要特定的處理。在商用鎂合金的制造過程中，會在鎂合金內(nèi)添加10ppm或更低量的鈹(Be),并使用六氟化硫(SF》、C02及干燥空氣的混合氣體覆蓋熔態(tài)的合金表面。基此，可在熔態(tài)的合金表面上形成包含MgN,、Be0、Mg0、MgS或類似物等的緊致混合性涂膜，以防熔態(tài)的鎂合金與氧起反應(yīng)。因此，可以穩(wěn)定進(jìn)行操作。然而，若考慮添加摻雜物時，諸如生物材料，不能對鎂合金添加會形成氧的元素，諸如鈹。因此，熔化鎂合金時，最好是在一種不會與鎂合金起反應(yīng)的惰性氣體(諸如氬氣)環(huán)境下，或在真空環(huán)境下進(jìn)行。為了熔化鎂合金，可以采用多種不同方法，可包括電阻加熱法(resistanceheatingmethod),是對一電阻施力口電流以產(chǎn)生熱；感應(yīng)力口熱法(inductionheatingmethod),是對一感應(yīng)涂膜施加電流；及使用激光或聚焦光法。其中，電阻加熱法是最經(jīng)濟(jì)的方法。于熔化鎂合金時，最好攪動熔態(tài)的合金以混合各種元素。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，以上述方法熔化的鎂合金隨后經(jīng)過成型(molding)以形成植入物的形狀，藉此提供一植入物。使用熔態(tài)的鎂合金制造植入物時，可使用相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
中習(xí)知的方法來成型植入物。例如，可用淬火方式使熔態(tài)的合金固化。在淬火過程中，可使熔態(tài)的鎂合金快速冷卻硬化，以達(dá)改進(jìn)鎂合金機(jī)械強(qiáng)度的目的。此時，可使用水中浸沒坩堝的方法。此外，在淬火過程中，可使用以惰性氣體(諸如氬氣)噴涂鎂合金的方法，如此可使合金以更高的速率冷卻硬化而展現(xiàn)極細(xì)致的結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)鎂合金被鑄成這么小的尺寸時，合金內(nèi)會形成許多孔隙(暗色部份)。此外，可使用一種擠壓法(extrusionprocess)來成型熔態(tài)的合金。在此情況時，可使鎂合金的結(jié)構(gòu)變得均勻一致，并可改進(jìn)其機(jī)械性能。擠壓鎂合金時，最好在300。C至450。C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。此外，進(jìn)行鎂合金擠壓時，可同時將擠壓前、后的橫斷面縮減比(擠壓比)維持在10:1至30:17的范圍內(nèi)。當(dāng)擠壓比增加時，擠出的材料微結(jié)構(gòu)可變得均勻一致，且可輕易去除鑄造時形成的瑕疵。在此情況時，最好可增加擠壓機(jī)的生產(chǎn)能量。在成型步驟中，可使用相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
中習(xí)知的金屬加工方法進(jìn)行植入物的形狀成型。例如，可4吏用直4妄澆鑄法(directcastingmethod)制造具有所需形狀與用途的植入物，其中將前述熔態(tài)的鎂合金澆入一經(jīng)過處理而與最后產(chǎn)品形狀接近的模具內(nèi)；制出具有棒狀或片狀的中間產(chǎn)品后，可使用車床切削或銑床銑削加工法；最后可使用高壓來鍛造鎂合金以制出成品或其類似物的形狀。此外，如有必要時，可進(jìn)行表面研磨或涂布，以改進(jìn)制出的鎂合金產(chǎn)口C7的品質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，是利用以前述方法熔化的鎂合金涂布在相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
中習(xí)知的植入物上，以于植入物表面上提供一層含有生物可降解鎂合金的涂層。相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
中有許多已知的方法可作為在植入物表面形成鎂合金涂層的方法。例如浸鍍法(immersioncoatingmethod),其中是將植入物基材浸沒在一容置了熔態(tài)鎂合金的坩堝內(nèi)，使其表面形成鎂合金涂層；固相/液相包層法(solidphase/liquidphasecladdingmethod),其中是將植入物基材放入一直徑稍大于植入物基材的模具內(nèi)，然后將鎂合金射入兩者間的空間內(nèi)，藉此形成4美合金外層；連續(xù)固態(tài)/液態(tài)包層法(continuoussolidstate/liquidstatecladdingmethod),是改良的固態(tài)/液態(tài)包層法，其中是使植入物基材通過一直徑大于植入物基材的模具，然后將鎂合金射入兩者間的空間，以連續(xù)形成鎂合金的外層；鴒極惰氣熔接法(tungsteninertgasweldingmethod,TIG)或金屬惰氣熔接法(metalinertgasweldingmethod,MIG)，其中是制造一4美合金線材，然后于植入物基材與鎂合金線材接近時給予電流，以熔化鎂合金線材，藉此在基材表面形成涂層；激光、聚焦光或離子束炫接法(laser,focusing1ightorionbeamweldingmethod)，其中是將鎂合金粉末放在植入物基材表面上，然后施以熱源，諸如激光、光束及離子束，以熔化鎂合金粉末，藉此在植入物基材表面形成涂層；以及噴濺法(sputteringmethod),其中是對鎂合金材料施加射頻(RF)電流、直流電、或離子束，使鎂合金的元素以原子為單位射出，并沉積在植入物基材表面上。以上各方法皆可用作涂布方法。在本發(fā)明中，亦可使用上列方法中未述及的其他涂布方法。選擇適用的涂布方法時，可視所需的涂層厚度、涂層材料的潔凈度、成本等因素而定。例如，使用浸鍍法可以極為經(jīng)濟(jì)地形成厚度lOOpm或更厚的厚涂層。另一方面，噴濺法利于形成厚度linm或更薄的薄膜及形成潔凈的涂層。由于鎂在極低溫度(約450。C)即會點(diǎn)燃，所以最好是在真空下進(jìn)行上述涂布方法，或用一種惰性氣體，諸如氬氣，遮蔽欲形成涂層的部份，以防鎂合金與氧接觸。在本發(fā)明中，具有鎂合金涂層的植入物材料可為金屬材料、生物可降解聚合物材料、或生物材料，但不限于此。若是使用金屬作為植入物材料時，鎂合金與金屬植入物間的結(jié)合是屬金屬與金屬的結(jié)合，其化學(xué)鍵強(qiáng)度比羥基磷灰石(陶瓷)與金屬的結(jié)合強(qiáng)度更優(yōu)異，同時，鎂合金與骨組織間的介面粘著強(qiáng)度也因骨組織的新形成而有所改進(jìn)。在本發(fā)明中，植入物表面最好先清洗，之后再用鎂合金涂布。以下參照不同實(shí)例說明鎂合金的制造及使用鎂合金制造植入物的方法。然而，這些實(shí)例僅供舉例說明之用，本發(fā)明并不以這些實(shí)例為限。鎂合金的制造實(shí)例1使用純鎂制造植入物材料若是使用具有低摻雜物含量的高純度材料時，由于其純度較高，制造成本也成指數(shù)增加。因此，其商業(yè)價值變差。在各實(shí)例中，為了決定可作為植入物材料的鎂的摻雜物濃度，制造鎂時添加不同份量的鐵與鎳，并評定其腐蝕特征(以下，摻雜物濃度為0.01%或更低的鎂，稱之為純鎂或100%鎂)。首先，將每一種不同摻雜物濃度的鎂充填在一內(nèi)徑5Gmm的不銹鋼(SUS304)蚶堝內(nèi)，其中，將超純試劑級的鎂(99.9999%)分別與以下不同含量的鐵及鎳混合(1)400ppm(0.04°/。)及10ppm(0.001%);(2)70ppm(0.007%)及5ppm(0.0005%);(3)10ppm(0,001%)及35ppm(0.0035%)。接著，為了防止坩堝內(nèi)的鎂與空氣接觸，一面讓氬氣在坩堝周緣流動，一面使用電阻加熱器將坩堝的溫度增至大約700至750°C的范圍，以使鎂熔化。將坩堝攪動，以充分混合熔態(tài)的鎂與摻雜物。將完全熔化的鎂淬火，以制備固態(tài)鎂。此外，在淬火時，是將坩堝浸在水中使熔態(tài)的鎂快速冷卻與硬化，以達(dá)到改進(jìn)鎂機(jī)械強(qiáng)度的目的。圖2為一相片，其中顯示在光學(xué)顯微鏡下觀察到的研磨后純鎂(含鐵0.001-0.04%;含鎳0.0035-0.001%)鑄造合金的橫斷面。實(shí)例2鎂釣合金的制造藉由混合鎂與鈣來制造一種鎂合金。其中是將含有摻雜物10ppm(0.OOIW鐵與35ppm(0.0035%)鎳的純鎂(純度99.995%)分別與0.8%、5%、10.5%、23°/。、及33%的鉤混合，并將混合的材料分別裝入一內(nèi)徑50mm的不銹鋼(SUS304)坩堝。隨后，為了防止蚶堝內(nèi)的鎂合金與空氣接觸，一面讓一面用電阻加熱器將坩堝的溫度增至大約700°C至1000。C的范圍，以使鎂合金熔化。將完全熔化的鎂合金淬火，以制備固態(tài)鎂合金。將坩堝攪動，以使熔態(tài)的鎂合金內(nèi)的各元素彼此混合。此外，在淬火時，是將坩堝浸在水中使熔態(tài)的鎂合金快速冷卻與硬化，以達(dá)到改進(jìn)鎂合金機(jī)械強(qiáng)度的目的。圖3至圖7中的每一張相片，分別顯示以上述方法制成的研磨后Mg。.992Ca。.o。8、Mgo.95Ca。.。5、Mg。.895Ca。.105、Mg。.77Ca。.23、及Mg。.67Ca。.33合金在光學(xué)顯微鏡下觀察到的橫斷面。在Mg。,992Ca。,。。8合金中，灰色的鎂占大部份區(qū)域，并可局部觀察到呈現(xiàn)暗灰色的Mg2Ca化合物與鎂混合區(qū)。當(dāng)鈣的份量增加時，暗灰色區(qū)域(稱為Mg2Ca化合物與鎂混合區(qū)或處理區(qū))亦增加。此外，所制出的各種鎂-鉤合金樣本中，皆未觀察到諸如內(nèi)部孔隙的瑕瘋。因此可以看出，這些合金的制造都很良好。實(shí)例3以氣流攪拌法(gasblowing)快速淬火制造Mg-Ca合金先使用一加熱器將鎂合金熔化，然后以使用氬氣的噴涂法(sprayingmethod)將熔態(tài)的鎂合金射入一直徑約為3mm的小孔，使之固化而制成快速淬火的鎂合金材料。若是使用此方法時，鎂合金材料的快速冷卻與硬化速率，比實(shí)例l及2中的更高得多，因此展現(xiàn)極細(xì)致的結(jié)構(gòu)。圖8的相片顯示以上述方法制成的Mg。.67Ca。.33合金在光學(xué)顯微鏡下觀察到的橫斷面，而圖7是顯示將坩堝浸入水中淬火所制成的鎂合金材料在光學(xué)顯微鏡下觀察到的橫斷面。比較圖8與圖7可以發(fā)現(xiàn)圖8中的復(fù)合相(compositionphase)尺寸極為纟田致。實(shí)例4以擠壓(extrusion)法制造4美合金首先以實(shí)例1所述方法制造出摻雜物含量不同的各種鎂合金，其摻雜物含量分別為鐵0.001%，鎳0.0035%，及份量分別為0%、0.8%、5%、10.5%、23%、及33°/。的鈣，然后進(jìn)行擠壓。擠壓溫度一見釣含量而不同，當(dāng)釣含量增加時，溫度亦增加，以便易于進(jìn)行擠壓。進(jìn)行擠壓時的溫度范圍在300至450。C內(nèi)，擠壓前、后的橫斷面縮減比(擠壓比)固定在15:1。圖9是顯示根據(jù)擠壓法的微結(jié)構(gòu)變化，其相片顯示擠壓后材料(即以上述方法擠壓的圖4所示的Mg-5。/。Ca鑄造合金)以光學(xué)顯微鏡觀察到的縱向斷面(左)與水平向斷面(右)。從圖9中可以看出，圖4的鑄造合金所顯示的玫瑰花瓣形微結(jié)構(gòu)在擠壓時已變形。鎂合金強(qiáng)度測定試驗(yàn)為了試驗(yàn)本發(fā)明的鎂合金材料強(qiáng)度，先對實(shí)例1及2所制造的鎂合金材料進(jìn)行放電加工，且以直徑3mm及長度6mm的形式加工。加工后的樣本下部與頂部使用1000號金剛砂紙磨光，以調(diào)整表面水平度。將加工過的試驗(yàn)樣本水平置于碳化鵠制成的夾具上，然后使用一最高負(fù)載為20噸的壓縮比測^式器(compressiontester)頭部，》于才羊本垂直施力。jt匕時，該頭部的垂直速度為10—7秒。在試驗(yàn)期間，使用該壓縮比測試器內(nèi)配置的拉伸測量儀(extensometer)及負(fù)荷感知器(loadcell)即時記錄應(yīng)變(strain)與壓縮應(yīng)力的變化。此時，由于樣本尺寸太小而無法將拉伸測量儀配置到樣本內(nèi)，所以拉伸測量儀是配置在壓縮樣本的測試器夾具內(nèi)。因此，所測得的樣本應(yīng)變高于其實(shí)際應(yīng)變。圖IO是顯示本發(fā)明中添加不同鈣含量所制備的鎂合金于強(qiáng)度試驗(yàn)時獲得的結(jié)果。從圖IO所示結(jié)果可以看出，當(dāng)鎂合金內(nèi)的鉤含量增加時，合金強(qiáng)度亦增加。另一方面亦可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鈣含量從22%增至33%時，鎂合金在較低應(yīng)力下破碎。因此可以看出，對于要應(yīng)用在身體上需要高負(fù)載承受能力部位的植入物，最好使用具較高釣含量的合金作為植入物材料。圖ll是顯示擠壓后鎂鑄造合金于抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時獲得的結(jié)果。大部份鎂鈣合金的降伏強(qiáng)度(即施加于材料而使材料從平直變形成彎曲時的應(yīng)力)皆因擠壓而增加。然而，若4丐含量高達(dá)23%時，降伏強(qiáng)度大幅下降。此乃因?yàn)槠毡榉植荚阪V基底結(jié)構(gòu)內(nèi)且具高脆度的Mg2Ca在擠壓過程中破裂或脫離鎂結(jié)構(gòu)，并成瑕瘋存在。若鈣含量增至33%時，大部份合金材料都變成由脆度較高的Mg2Ca相構(gòu)成。因此，擠壓前、后的強(qiáng)度變化極小。鎂合金腐蝕率試驗(yàn)為了評估鎂合金的腐蝕特征，所以進(jìn)行一項(xiàng)動電位試驗(yàn)(PotentioDynamicTest)。首先，將澆鑄制成的鎂合金材料切割與使用1000號金剛砂紙研磨。研磨后的鎂合金材料表面區(qū)域，除保留lcm2的面積外，皆用一絕緣材料包覆。隨后，將鎂合金與一陽極連接，而作為基準(zhǔn)的鉑與Ag-AgCl則與一陰極連接，然后將陽極與陰極浸在一蝕刻劑內(nèi)，用以量測電流并同時逐漸增加電壓。蝕刻劑是由類似人體體液的組成份構(gòu)成；使用時，是將下列表一所示的組成份混入l公升的水。試驗(yàn)期間，溶液溫度維持在37°C。[表一]<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表二是以不同組成份制備的鎂鈣合金于腐蝕試驗(yàn)獲得的結(jié)果。表二中，"鑄造"(Cast)表示樣本是鑄造制成的；"擠壓"(Extruded)表示樣本是擠壓制成的；"H"表示材料的摻雜物含量為鐵0.04%與鎳0.001%;"M"表示材料的摻雜物含量為鐵0.07%與鎳0.0005%;"L"表示材料的摻雜物含量為鐵0.001%與鎳0.0035%。從表中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鎂合金內(nèi)的鈣含量增加時，其腐蝕率亦增加。從表中發(fā)現(xiàn)，純鎂中的鐵含量是決定腐蝕率的重要因素，當(dāng)純鎂中的鐵含量增加時，其腐蝕率亦增加。此外亦發(fā)現(xiàn)，由擠壓制成時，其微結(jié)構(gòu)變得細(xì)致與均勻，因此大幅降低其腐蝕率。因此可以看出，藉由控制根據(jù)擠壓等的加工、摻雜物的濃度、及作為添加元素的鈣份量，可以獲得所要的腐蝕率。AZ91(鎂-9%鋁-1°/。鋅)鑄造合金及擠壓材料是已開發(fā)并有市售的高抗蝕強(qiáng)度材料，在本發(fā)明試驗(yàn)中系以AZ91的腐蝕率作為比較數(shù)據(jù)。從試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)由控制摻雜物、添加元素及二次加工(擠壓等)，可以獲得接近AZ91的腐蝕率，而AZ91在已知各種鎂合金之中，是抗蝕強(qiáng)度極優(yōu)異的材料。[表二]根據(jù)摻雜物含量、鈣添加量、及擠壓加工測量鎂材料腐蝕電流密度變化的結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>圖12是同時顯示鎂合金的腐蝕率與強(qiáng)度。圖中，可以看出，腐蝕率及抗壓強(qiáng)度可經(jīng)由鎂中摻雜物濃度、鈣添加量及諸如擠壓等的二次加工而加以控制，而且，材料的選擇可根據(jù)要應(yīng)用的植入物類型及其所需具備的特征。例如，當(dāng)植入物產(chǎn)品不需承受大量外部應(yīng)力時，諸如骨填充物與骨板，有多種從低強(qiáng)度材料至高強(qiáng)度鎂材料，都可選用。若是需要高強(qiáng)度時，諸如脊推介體定位器(spinalinterbodyspacer),最好使用包含預(yù)設(shè)鈣份量的高強(qiáng)度鎂。實(shí)例5將實(shí)例1及2制造的合金加工成直徑3英吋及厚度5厘米的碟片(靶標(biāo))，然后放在一真空容室內(nèi)。接著供應(yīng)一射頻(RF)功率源，并以噴濺法在鈦合金基材的表面上形成一鎂合金的涂層。如圖13所示，當(dāng)使用鎂合金在習(xí)知植入物表面涂布時，可以對該植入物提供如本發(fā)明中所企求的骨形成功能。此種植入物的生物相容性就與習(xí)知的生物相容性涂層材料(諸如羥基磷灰石)一樣，同時可以防止組織壞死。當(dāng)身體組織與一金屬植入物的粘著強(qiáng)度低而與插入活體后的植入物脫離時，即會發(fā)生組織壞死。圖14是一生物材料(鈦合金)的橫斷面圖，在該生物材料上，是以本方法形成一涂層，并以彎曲沖擊(bendingimpact)切割，再用電子顯^L鏡觀察。觀察中發(fā)現(xiàn)，該涂層厚度約為5|om，且該涂層系垂直生長。此外，可觀察到鎂合金不平坦的涂層表面。圖15是以電子顯微鏡觀察時，使用本發(fā)明各實(shí)例制造的鎂合金的涂層表面的照片。其中，涂層是形成在用作生物材料的TiXAl合金上，并用鉆石尖端刮其表面。圖中，上方相片顯示的樣本是未經(jīng)表面清洗即進(jìn)行涂層；中間相片顯示的樣本是在等離子體環(huán)境下經(jīng)表面清洗約1分鐘后進(jìn)行涂層；下方相片顯示的樣本是在等離子體環(huán)境下經(jīng)表面清洗約2分鐘后進(jìn)行涂層。若是未經(jīng)清洗即進(jìn)行涂層，使用鉆石尖端以外部應(yīng)力刮其表面時，可發(fā)現(xiàn)被刮表面的周圍發(fā)生少許剝落。然而，若是表面確實(shí)清洗后再進(jìn)行涂層，則未發(fā)現(xiàn)因外部應(yīng)力而在涂層表面發(fā)生剝落的情況。因此可以預(yù)期，根據(jù)本發(fā)明在金屬生物植入物(meta11icbio-imp1ant)上形成的鎂合金涂層，不會因?yàn)槿梭w內(nèi)的外部應(yīng)力而發(fā)生完全剝落的現(xiàn)象。生物體內(nèi)試-驗(yàn)在此試驗(yàn)中，將實(shí)例2制造的鎂合金應(yīng)用在使用老鼠進(jìn)行的生物體內(nèi)試驗(yàn)。經(jīng)過2周后，在植入?yún)^(qū)位內(nèi)發(fā)現(xiàn)骨形成，在該區(qū)位內(nèi)的鎂合金已降解(圖16)。此外，亦將實(shí)例2中制造的鎂合金應(yīng)用在使用老鼠進(jìn)行的生物體內(nèi)試驗(yàn)，然后2周后、4周后、及6周后抽取老鼠的血液以量測有關(guān)天冬胺酸肝酵素(aspartateliverenzyme,AST)、丙胺酸肝酵素(alanine1iverenzyme,ALT)、肌酸酐(creatinine)、血尿素氮(bloodureanitrogen,14BUN)、血紅素(hemoglobin)、白血球、血容比(hematocrit,Hct)、及堿性磷酸胸(alkalinephosphatase)各項(xiàng)數(shù)值高低的變化。圖17至圖24顯示所測得的相對值高低。從圖17至24可以發(fā)現(xiàn)，將使用鎂合金移植的試驗(yàn)組與未使用鎂合金移植的控制組做相對比較時，在系統(tǒng)反應(yīng)上并無差異。權(quán)利要求1、一種植入物，其特征在于其包括一生物可降解鎂合金。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入物，其特征在于其中所述的生物可降解鎂合金以化學(xué)式MgaCaJe表示，其中a、b和c是每一組成物的摩爾比，并符合下列條件0.5^a《l;(^bs0.4;0Sc^.4,而X是一添加的微量元素。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的植入物，其特征在于其中所述的X包含從以下所列元素群組中選擇的一或多種元素鋯(Zr)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鍶(Sr)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鋅(Zn)、硅(Si)、磷(P)、鎳(Ni)、及鐵(Fe)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入物，其特征在于其中所述的植入物是矯形外科植入物、牙齒植入物、整形手術(shù)植入物或血管植入物。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入物，其特征在于其中所述的植入物完全由一生物可降解鎂合金構(gòu)成。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入物，其特征在于其中所述的植入物的表面設(shè)置由一生物可降解鎂合金構(gòu)成的一涂層。7、一種植入物的制造方法，其特征在于其包括使用一生物可降解鎂合金制造。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的植入物的制造方法，其特征在于其中所述的生物可降解鎂合金以化學(xué)式MgaCaJe表示，其中a、b和c是每一組成物的摩爾比，并符合下列條件0.5^1;0^0.4;0^^0.4,而X是一添加的微量元素。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的植入物的制造方法，其特征在于其中所述的X包含從以下所列元素群組中選擇的一或多種元素鋯(Zr)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鍶(Sr)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鋅(Zn)、硅(Si)、磷(P)、鎳(Ni)、及鐵(Fe)。10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的植入物的制造方法，其特征在于其包括以下步驟(a)熔解該生物可降解鎂合金；及(b)使熔態(tài)的該生物可降解鎂合金成型。11、根據(jù)權(quán)利要求IO所述的植入物的制造方法，其特征在于其中步驟(b)是使用擠壓加工的步驟。12、根據(jù)權(quán)利要求7所述的植入物的制造方法，其特征在于其包括在該植入物的基材表面涂布該生物可降解鎂合金的步驟。全文摘要本發(fā)明提供一種由生物可降解鎂合金構(gòu)成的植入物或表面涂布鎂合金的植入物，及此種植入物的制造方法。根據(jù)本發(fā)明的植入物具有生物降解的特性，且可輕易控制其生物降解率。此外，此種植入物的強(qiáng)度及對骨組織的介面強(qiáng)度極為優(yōu)異。文檔編號A61F2/28GK101516292SQ200780035008公開日2009年8月26日申請日期2007年9月21日優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日發(fā)明者具滋教,林泰弘,梁碩祚,白京昊,石鉉光,金有燦,金正九申請人:友和安股份公司