CN101772357A - 用于医疗植入物用途的网状颗粒多孔涂层 - Google Patents

Abstract

描述了一种复合材料、由所述复合材料构建的医疗植入物和制备所述复合材料的方法。所述复合材料包括多孔-涂覆的基体、包含网状颗粒涂层的多孔涂层，所述涂层通过将网状颗粒融合至表面，优选通过烧结形成。

Description

用于医疗植入物用途的网状颗粒多孔涂层

相关申请的交叉参考

本申请要求2007年6月7日提交的U.S.临时申请顺序号60/942523的优先权。

技术领域

本发明涉及包含烧结网状颗粒多孔涂层的新多孔结构。新结构在其中多孔结构是有用的，但是将尤其用作将促进组织向内生长至植入物内的医疗植入物材料一部分的任何应用中是有用的。

发明背景

传统的组织向内生长技术在各种医疗植入物应用中帮助恢复形式和功能方面是相对成功的。然而，在一些患者、病症或情况中，它们不是理想的解决方案。传统技术已经趋向于具有相对低的孔隙率、低的长期强度、高的刚性、差的初始稳定性或者限制它们适合用于宽范围期望应用的其它问题。

尤其是正需要改善的骨向内生长结构作为骨生长支架或附接可植入医疗器械的机构。这样的结构提供了允许血管形成和新骨向内生长的多孔构架，和提供骨祖细胞与骨生长诱导因子的相容性位点的结构是理想的。多孔结构的孔隙和间隙提供了用于骨向内生长的表面，从而使用于修复或置换骨组织或者在关节置换应用中的永久性植入物能够骨骼固定。植入物可为常规的全关节置换例如全髋关节成形术、全膝关节成形术等，或者部分关节置换例如半髋关节成形术。本领域已知许多特性对于成功的骨向内生长结构是重要的。这些特性包括允许骨向内生长的孔隙率、生物相容性、与周围骨的紧密接触和足够的早期稳定性。理想的向内生长结构应具有与骨的相当良好的强度和延展性以及刚性。技术也应理想地适合于易于制备精确尺寸的植入物，并且允许制备附接至固体植入物基体的厚的独立整体形式或薄的涂层。

对于成功的向内生长的一个重要要求是植入物材料邻近健康骨放置。当其被置于与健康骨物理接触时，骨传导性或骨生长促进性多孔结构将支撑骨组织的向内生长。与健康骨接近允许成骨细胞和血管浸润，这对骨向内生长是必要的。

已进行多种努力来开发和制造合成多孔植入物，该植入物具有促进骨向内生长要求的合适的物理特性。在最近的二十年已广泛研究了具有金属、陶瓷、聚合物或复合材料多孔表面的植入物。

在医疗植入物表面上使用烧结珠以提供表面孔隙率和促进骨向内生长是已知的(美国专利第3855638号)。然而，这些技术导致了装置，该装置具有相对低的孔隙率(＜40％)和相对平滑的外表面，这造成了与邻近骨的“差的咬合”。尽管对于一些植入物应用来讲是足够的，但是这些特性对许多更具有挑战性的向内生长应用来讲没有提供最佳的解决方案。

早期的努力也包括使用纤维金属网络复合材料(美国专利第3906550号)。尽管其可产生更大的孔隙率(～50％)，但是仍然比需要的低。纤维金属网络也具有相对平滑的外表面，这造成了与邻近骨的“差的咬合”。而且，所产生的向内生长性能不象许多更具有挑战性的向内生长应用期望的那样大。

另外，已经使用等离子体喷涂的钛医疗植入物(美国专利第3605123号)。这些植入物具有非常低的孔隙率和相对低的附接强度。因为孔隙率和附接强度对于医疗植入物是重要的特性，因此不认为该项技术对多孔向内生长应用是最佳的。

也已经使用烧结的不对称粉末复合材料(美国专利第4206516号)。尽管这些复合材料显示了适度的孔隙率(约60％)，但是它们比烧结珠具有更低的附接强度，这在一些医疗植入物应用中可能是不利的。

也已经使用牺牲第二相复合材料例如网状结构的钛TM和孔隙金属复合材料(美国专利第3852045号)来解决对多孔构架的需要，该多孔构架允许再血管化以及新骨生长。这些技术要求复杂的制备方法和具有相对平滑的外表面，这造成与邻近骨的“差的咬合”。这些复合材料也具有相对低的附接强度。

也已经使用整体铸塑多孔结构(美国专利第4781721号)。在这些复合材料中，多孔表面与基体同时铸塑。得到的优势是没有突变的界面(即由于方法不是沉积法，所以附接问题被减至最小)。这些复合材料趋向于具有比期望的更大的结构特征和孔，并且仅可由与所使用的铸塑方法相容的材料制备。

选择性激光烧结技术已用于在医疗植入物上产生多孔构架。然而，这些技术已经证明过于昂贵并且难以用于产生精细结构。

几种金属化网状支架的方法已经用于医疗植入物应用中，但是这些方法趋向于相对昂贵，结果形成具有相对大孔和相对低比表面积的复合材料，或者难以附接至非平面的表面。一项这样的技术采用化学气相沉积以将钽涂覆至网状透明的碳骨架结构元件上(美国专利第5282861号)。该方法非常昂贵，并且涉及到危险化学品，使之成为较不期望的选择。另外，所产生的结构难以附接至固体植入物表面，限制了其用于宽范围的各种应用中。

在多孔组织向内生长结构的开发中存在改进的空间。期望具有多孔组织向内生长结构，该结构比制备容易和相对廉价的目前可得到的结构具有更理想的形态学和机械特性，并可用于宽范围的各种组织向内生长应用中。

发明简述

本发明涉及复合材料、由所述复合材料得到的医疗植入物及其制备方法。这些复合材料包括多孔-涂覆的基体、包含网状颗粒涂层的多孔涂层，所述涂层通过将网状颗粒融合至表面，优选通过烧结形成。

在本发明的某些实施方案中，存在用于细胞和组织向内生长的多孔网状结构，该结构包含组成单一连续复合材料的融合、不同的三维网状元件。

在某些实施方案中，网状元件各自包含不多于一个不同的晶胞。

在某些实施方案中，网状元件没有不同的晶胞。

在某些实施方案中，多孔结构包含具有50-1000μm之间孔径大小的孔。

在某些实施方案中，多孔结构包含具有100-500μm之间孔径大小的孔。

在某些实施方案中，网状元件包含选自金属、陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、聚合物、复合材料或其任何组合的材料。

在某些实施方案中，网状元件包含选自钛、钛合金、锆、锆合金、铌、铌合金、钽、钽合金、钴-铬-钼合金或其任何组合的材料。

在某些实施方案中，多孔结构还包含固体基体。

在某些具有固体基体的实施方案中，所述固体基体包含选自金属、陶瓷及其任何组合的材料。

在某些具有固体基体的实施方案中，所述多孔结构覆盖了固体基体的至少一部分表面，并且多孔结构和固体基体形成可植入医疗植入物的至少一部分。

在可植入医疗植入物的某些实施方案中，可植入医疗植入物为矫形外科植入物。

在矫形外科植入物的某些实施方案中，矫形外科植入物为髋植入物或膝植入物。

在另一个实施方案中，存在一种产生用于细胞和组织向内生长的多孔结构的方法，所述方法包括以下步骤：将许多三维网状颗粒排列成一定形状，和在其中一个或多个颗粒与一个或多个其它颗粒接触的点，将网状颗粒融合以形成单一连续的复合材料。

在某些实施方案中，网状颗粒包含不多于一个不同的晶胞。

在某些实施方案中，网状颗粒没有不同的晶胞。

在某些实施方案中，网状颗粒具有50-1000μm之间的窗口直径。

在某些实施方案中，网状颗粒具有100-500μm之间的窗口直径。

在某些实施方案中，网状颗粒包含选自金属、陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、聚合物、复合材料及其任何组合的材料。

在某些实施方案中，网状颗粒由选自钛、钛合金、锆、锆合金、铌、铌合金、钽、钽合金、钴-铬-钼合金及其任何组合的材料组成。

在某些实施方案中，将网状颗粒融合的步骤包括用选自胶合、烧结、钎焊、熔化、焊接及其任何组合的技术，将网状颗粒融合。

在某些实施方案中，使所述网状颗粒融合的步骤包括将所述网状颗粒烧结。

在某些实施方案中，所述方法还包括使所述网状颗粒融合到固体基体的步骤。

在其中网状颗粒被融合到固体基体的某些实施方案中，所述方法还包括由融合的网状颗粒和固体基体形成可植入医疗植入物的步骤。

在某些实施方案中，形成可植入医疗植入物的步骤包括形成髋植入物或膝植入物。

在本发明的另一个实施方案中，存在一种产生具有不多于一个晶胞的三维网状颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：提供三维网状整体结构；将整体结构分割以产生离散的网状颗粒；和基于整体结构的初始晶胞直径，根据大小分离离散的网状颗粒。

在某些实施方案中，所述方法还包括在所述分割步骤之前使所述整体结构脆化的步骤。

在某些实施方案中，脆化步骤通过低温处理实现。

在某些实施方案中，脆化步骤通过可逆的化学反应实现。

在某些实施方案中，可逆的化学反应为氢化/脱氢(hydride/dehydride)方法。

在某些实施方案中，将所述整体结构分割的步骤包括将所述整体结构压碎。

在某些实施方案中，三维网状整体结构包含来自整体网状结构的碎片。

为了可以更好地理解随后的本发明详述，上文已经概述了本发明相当广泛的特征和技术优势。本发明的另外特征和优势将在下文描述，其形成了本发明权利要求的主题。应该认识到，为了实施本发明的相同目的，所公开的概念和具体实施方案可容易的用作修改或设计其它结构的基础。也应该认识到，这样的等同构造没有背离在权利要求中描述的本发明。当与附图联系在一起来考虑时，确信为本发明特征的关于其组织和操作方法两者的新特征，与进一步的目标和优势一起，将从以下描述中得到更好地理解。然而，应该清楚地理解，各图仅为了举例说明和描述的目的提供，并且无意限定本发明的范围。

附图简述

为了更完全地理解本发明，现在结合附图来参考以下描述，其中：

图1为通过将一个或多个网状金属颗粒层烧结在一起产生的整体多孔组织向内生长结构的图解说明。

图2为通过烧结一个或多个网状金属颗粒层，在固体植入物表面上产生的多孔组织向内生长涂层的图解说明。

图3为通过压碎材料例如网状金属或陶瓷泡沫，使整体网状结构分割为网状颗粒的一种方法的图解说明。

图4为三维网状结构的单晶胞的图解说明。

图5为支柱(struts)的图解说明，且结点为网状元件的部分。

图6为现有技术关于非平面表面的缺陷的图解说明，该缺陷被本发明克服。

图7比较了包含不同网状颗粒的结构与颗粒由其产生的初始连续的网状整体结构。

发明详述

如本文使用，“一个”和“一种”包括单数和复数两者，并且表示一个或多于一个。通常本文中，单数包括复数，并且复数包括单数，除非另外指明，或者根据上下文是显而易见的。

如本文使用，术语“网状结构”表示具有开孔的互连网络的结构，该开孔通过连续排列的支柱和结点限定。网状结构通常可描述为具有开孔的泡沫或海绵样形式。

如本文使用，术语“支柱”表示在开孔的网状结构中窗口(fenestrations)之间的材料边界。

如本文使用，术语“结点”表示在开孔的网状结构中许多支柱的交叉位置。

如本文使用，术语“末端支柱”表示与仅一个结点结合的支柱。在典型的整体网状结构中，末端支柱仅存在于其中结构已经被切开的整体结构的表面中。

如本文使用，术语“末端结点”表示支柱仅在一侧由其发散的结点。在典型的整体网状结构中，末端结点仅存在于其中结构已经被切开的整体结构的表面中。

如本文使用，术语“窗口”通常表示与开孔网状结构的两个晶胞连接的圆形开孔，该圆形开孔通过多边形(一般为五边形或六边形)排列的支柱与结点限定。

如本文使用，术语“晶胞”通常表示网状结构中球形空隙空间，其通过多面体(一般为十二面体)排列的支柱与结点限定。

如本文使用，术语“不同的晶胞”表示支柱与结点的连续阵列，该支柱与结点组成多面体的至少一半，该多面体将构成该结构的晶胞。

如本文使用，术语“网状元件”表示形态不同的三维支柱与结点型结构，其包含1)至少一个结点与至少三个支柱，其坐标轴不全部落在同一平面内，或者2)至少两个结点与至少三个支柱。网状元件通过限定其范围的末端支柱或末端结点的存在进行区别。网状元件可以为或可以不为较大连续结构的一部分，其中通过各元件的范围限定的体积可重叠。

如本文使用，术语“网状颗粒”表示其不为较大连续结构的一部分的网状元件。

如本文使用，术语“与---融合”或“融合”或者表达“融合至”表示两种不同的聚集体连接成实质上连续的单一整体。“实质上连续的”表示通过物质的相互作用连接而不仅仅是通过物理接触连接；即不是例如由于与其它材料线缠绕的材料线引起的机械连接。这可通过包括但不限于胶合、烧结、钎焊、熔化、焊接等的任何方法和其中聚集体通过物质的相互作用而不仅仅是机械的相互作用连接的其它方法实现。

在本发明的一些实施方案中，以上所述已知技术的缺点被克服或改善。在其他的实施方案中，提供了易于产生任何形状的整体网状结构的方法。本发明的另一个实施方案提供了同时使网状结构形成和附接在波形固体表面上的方法。在其他的实施方案中，提供了用于产生网状结构的方法，该网状结构基本上开放和相互连接，且其可具有比用已知技术可能具有的更小的孔径大小。

本发明涉及多孔组织向内生长结构，其优选用于医疗植入物应用，通过将一个或多个网状颗粒层融合在一起产生。显示通过将一个或多个网状颗粒层融合在一起产生的独立整体多孔组织向内生长结构的图解说明显示在图1中。显示通过将一个或多个网状颗粒层相互和与固体基体融合在一起，在固体基体表面上产生的多孔组织向内生长结构的图解说明显示在图2中。

在图1中显示的一个示例性实施方案中，将网状金属颗粒1形成为一定形状并烧结，以在与其它颗粒接触的点与颗粒粘合，形成单一连续的多孔复合材料；在图1中举例说明的实例中为楔形复合材料4。

在图2中显示的另一个实施方案中，将网状金属颗粒1涂布到固体金属基体7的表面并烧结，以在各接触点将颗粒粘合至其它颗粒和表面，形成包含单一连续多孔复合材料12的最终产物11，该复合材料12附接至固体基体7的表面。

用于产生最终复合材料和装置的网状颗粒可由任何一种或多种材料组成，并通过本领域已知的任何方法形成。优选，这通过网状金属或陶瓷泡沫的分割实现。或者，这可通过将网状前体分割为金属或陶瓷泡沫来实现，例如金属或陶瓷粉末填充的网状聚合物泡沫，其被进一步加工成为复合材料的网状颗粒，该复合材料衍生自粉末状填充材料。或者，这可通过第一种网状支架复合材料的分割来实现，该网状支架复合材料随后用第二种涂布复合材料涂布。该涂层可用化学气相沉积、物理气相沉积、粉末涂布、淤浆涂布、溶胶-凝胶涂布、电镀或其它合适的涂布方法来涂布。

分割可通过本领域已知的任何方法实现。其一个实例的图解说明显示在图3中。优选，这通过采用一个或多个碾压辊18将材料15压碎(作为非限定性实例，其可为网状金属或陶瓷泡沫)，产生网状颗粒1实现。在一个实施方案中，理想尺寸范围的网状陶瓷颗粒的产生通过沿特定方向，在一组辊之间压碎网状陶瓷泡沫来实现(有或没有送料系统的传送带或辊的帮助来推进泡沫通过该组碾压辊)。这见图3中图示。或者，这可通过碾磨、斩碎或切削所述材料实现。分割的其它方法可包括向网状结构施加声波能量和/或网状结构的控制爆炸。可以预见本文中可适用于本发明的分割也可通过以后开发的分割方法和工艺来实现。

为了使得更适合于分割，在分割之前，可通过可逆方法，使由易延展性材料制备的泡沫暂时更易碎。例如，可将易延展性钛泡沫在分割之前氢化，以使得更易碎。在这之后，可在所述结构的烧结期间(或者在所述结构的烧结之前，独立的脱氢步骤期间)，通过脱氢以恢复初始钛泡沫的易延展性特性。同样，在室温下为易延展性或弹性的泡沫也可通过在分割前暴露于非常低的温度例如通过暴露于低温的复合材料，使得暂时更易碎。然后，可使所述结构回复到室温，以恢复初始泡沫的易延展性或弹性特性。

网状开孔整体结构由支柱的排列组成，该支柱通过其中三个或多个这些支柱交会的结点连接。该结构见图4中图示。在该结构中的空隙空间由大致球形的多面体晶胞27组成，该晶胞27通过开放窗或窗口30相互连接，该开放窗或窗口30通常通过处于同一平面内的5-7个(或其它数目)支柱形成。支柱21形成窗口之间的边缘，而结点24在许多支柱相交的地方。在图5中提供了“支柱”与“结点”的进一步图解说明，显示了在网状元件32和33部分中的支柱21和结点24。在图4中显示的示例性窗口30为五边形，但是可考虑大约为“圆形”。按该方式，该窗口的“直径”从一个支柱通过窗口向对面的(即非相邻)支柱测量。网状开孔整体结构的孔径大小的特征在于晶胞的直径与窗口直径两者。对于本领域已知的许多技术，在制备网状开孔整体结构中存在财政或技术上的挑战，该整体结构具有对于组织向内生长认为是理想的足够小的孔径大小。另外，为了这个目的，就本发明人所知道的，包含组成单一连续复合材料的融合的不同三维网状元件的多孔网状结构是未知的。然而，分割具有较大孔径大小的网状开孔整体结构减少或消除了较大直径晶胞的数目，产生其中孔径大小由较小窗口直径占有优势的颗粒。本发明的一个目的是能够使用不太昂贵和易于制备具有较大晶胞的网状结构，以产生具有期望范围内的孔径大小的最终结构。

制备金属或陶瓷网状泡沫或结构的任何方法可用于本发明。先前已经采用几种方法制备开孔网状结构。在一种这样的通用方法中，可烧结粉末与可起泡树脂或树脂系统混合。在起泡后，树脂中的表面张力促使粉末进入泡沫的支柱和结点区域，并且薄的树脂窗将泡沫的晶胞分离。然后，将得到的闭合孔网状结构加热，以挥发或烧尽树脂，并将剩余的粉末烧结成为开孔网状结构(美国专利第1919730、2917384、3078552、3833386、4569821、5171720、5213612、5976454和6087024号)。在另一种方法中，使用一种开孔网状结构来产生蜡模铸造，以在不同的材料中形成相同的结构。在该方法中，根据起始结构的结构特征制备凹模，并且通常通过燃烧、挥发、熔化或其它方法破坏性地除去起始结构。然后将流体材料注入空出的腔中并固化，并且破坏性地除去凹模，剩下最终的开孔网状结构，该网状结构具有源自流体材料的化学(美国专利第3616841、3946039、4235277、4600546和4781721号)。在另一类方法中，开孔网状结构用作支架。在一种这样的方法中，支架使含有可烧结粉末的淤浆渗入。然后除去过量的淤浆，在支架的所有内部结构元件上剩下均匀的薄涂层。然后将结构加热以烧结涂层，产生具有源自可烧结粉末材料的化学的开孔网状结构(美国专利第3090094、3097930、3111396、3408180、4004933、4024212、4056586、4371484、4517069、4803025、4866011、5531955、5839049、6387149、6840978和6977095号)。在该方法的一些变体中，在烧结期间除去初始支架，而在其他变体中支架保留在最终产物中(美国专利第5185297号)。在该方法的一些变体中，淤浆涂布步骤被先用粘合剂，然后用干燥的可烧结粉末涂布结构代替(美国专利第5531955、5881353和6706239号)。上述仅为制备网状结构的通常已知方法的示例性和非限定性实例，该网状结构可用作制备本发明新型多孔网状结构的网状金属颗粒来源。预期其它方法和得到的网状结构也将是可适用的，包括尚待开发的任何方法和得到的网状结构。

网状颗粒可如此形成，或可通过较大整体网状结构的分割产生。在某些情况下，网状颗粒可通过例如在整体网状结构、不满足尺寸公差的整体网状结构等的成型期间除去的无用材料或废料的分割产生。否则，该无用材料一般被丢弃或者作为几乎没有至没有价值的碎料处理，甚至可能以特殊储存需要或处理费用的形式招致成本。回收无用材料或废料的能力可表示显著节省成本。

采用目前可得到的技术，难以产生高强度生物相容性网状金属泡沫，该泡沫具有期望的孔隙率、孔径大小和表面积，且其可容易的应用于宽范围的植入物应用中。现有的技术不产生具有足够强度的结构，太昂贵以至于经济上不可行，限于产生其孔径大小比认为对骨向内生长理想的大的结构，或者技术上仅限于某些向内生长应用。一些整体金属泡沫可制备成具有期望的结构和强度，但是已经发现非常难以附接到固体植入物基体，尤其是当植入物表面为非平面时。这已经导致开发复杂的附接方法(美国专利申请公布号2005/0184134)。采用本发明的方法，可以以任何形状或在任何表面上，容易的产生具有理想的孔隙率、孔径大小和表面积的相对低成本、高强度的网状金属结构或涂层。本发明的该优势可通过参照在图6中所示现有技术来理解。如图6中所示，采用现有技术的方法，使得到的多孔结构35附接至非平面的表面倾向于导致如通过接触45中的间隙所示的非最佳适合。通过将材料烧结到装置的表面进行涂布，附接泡沫材料的困难被克服，并且最终装置中的接触得到改善。

另外，相对于当将整体泡沫材料附接至表面来产生多孔表面时产生的多孔层，所得到的多孔层具有结构优势。将网状颗粒烧结到表面上产生多孔表面，导致具有许多小的不规则形状晶胞的表面。图7比较了本发明的融合网状颗粒的结构(大的图像)与分割前初始整体网状结构的那些结构(右上方图像)。当骨和组织向内生长为主要目标时，得到的表面将在医疗植入物应用中显示更好的性能。

该技术的适应性来自于网状颗粒，其可容易的制备成任何整体形式或者用于任何表面(类似于其它粉末冶金技术)，仍然具有比采用固体金属粉末颗粒产生的更大的孔隙率和孔径大小。由于在烧结期间，在颗粒之间产生的密度增加和颈口(necks)数目增加，与初始金属泡沫的相比，结构的强度也提高。

另一个优势是最终结构具有比一般的整体网状结构更多的刻花表面。大多数整体网状金属结构需要用导线电火花加工(EDM)成形，这产生相对光滑的表面。这是因为传统的加工处理造成将表面孔封闭的金属涂抹。因为目前的概念采用单独的网状颗粒，涂层可均匀地涂布，同时产生具有更佳摩擦特性的粗糙表面。

当将网状颗粒烧结到表面上为使颗粒彼此和与表面融合的优选方法时，其它方法是可适用的，并且在本发明的范围内。例如，在一些实施方案中，网状颗粒可为聚合物或聚合物组合物(包含至少一种聚合物和至少一种非聚合物的复合材料)。在该情况下，融合可通过以下方法来实现：通过除去溶剂使颗粒复合材料部分溶解在化学溶剂中，并使颗粒相互和与表面融合。尽管聚合物或聚合物组合物作为示例性实例提供，但是也可使用在化学溶剂中具有一定溶解性的其它材料是可能的。

通常认为约50μm的最小孔径大小对得到矿化的骨向内生长是必要的。优选最高达1000μm的孔径大小。大于1000μm的孔径大小在本发明中仍然是有用的，并且在其范围内，但是这样大的尺寸较少优选。因此，50-1000μm之间的孔径大小(或窗口直径)为优选的。相信在具有100-500μm范围内的孔径大小的结构中得到理想的骨向内生长。因此，100-500μm之间的孔径大小(或窗口直径)是甚至更优选的。在一些实施方案中，网状颗粒包括选自金属、陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、聚合物、复合材料或其任何组合的材料。在一些实施方案中，网状颗粒包括选自钛、钛合金、锆、锆合金、铌、铌合金、钽、钽合金、钴-铬-钼合金或其任何组合的材料。

得到的复合材料为特殊的生物材料，当邻近骨或组织放置时，其开始用作假体，然后起正常组织再生的支架的功能。其满足对植入物形态的需要，该植入物形态具有可精确控制的形状，同时为细胞和组织向内生长提供最佳的基体。另外，多孔结构的物理和机械特性可根据现有的特定应用来具体的定制。该新的植入物为用于矫形应用，尤其是用于矫形植入物例如但不限于髋和膝植入物提供了可能性。作为自体移植物的有效替代品，其也将减少对手术获得那些移植物的需要。

本文中所述开孔结构的主要优势是简单地通过在表面材料涂布之前使基体材料成形，其可容易的成形为几乎任何简单或复杂的构型。这有利于用于特殊应用和位置的植入物的精确外形修复；促进了准确放置，并且防止了整体移动。另外，显然手术时需要的任何最终造型/修整可采用常规牙科或手术时可得到的矫形设备，在最终装置上实现。

如果可使植入物沿着整个界面固定不动(对于稳定的锚定是必需的)，则骨折愈合和长期稳定性的最佳条件可满足，从而排除(最大可能程度的)对重构过程的所有外部影响，并允许局部应力/应变场控制向内生长。

在植入和开始组织向内生长之后，在没有保留辅助装置的情况下泡沫装置保持在其被放置的地方，反映了精密的外形修复和维管组织的快速向内生长以防止移位。骨与植入物之间的结合使植入物稳定，并防止松脱。因此这些植入物将不需要通过其它方法(例如缝合或粘结剂)保持在适当的位置；而是，天然骨的向内生长通过植入物本身的性质促进。然而，在植入后直到已经发生显著量的向内生长的一段时间内，对于装置保留，组织向内生长将不是起作用的因素。

对于医疗植入物应用，优选用于形成多孔表面的网状颗粒由生物相容性金属或金属合金形成。此类生物相容性金属或金属合金的非限定性实例为钛、钛合金、锆、锆合金、铌、铌合金、钽、钽合金、钴-铬-钼合金及其任何组合。或者，网状颗粒可由生物相容性陶瓷例如羟磷灰石、磷酸三钙、生物活性玻璃及其任何组合形成。或者，所述结构可由不同材料的网状颗粒的混合物组成，或者网状颗粒本身可由不同材料的混合物组成。

尽管本发明及其优势已经进行了详细描述，但是应该理解本文中可进行各种变化、替代和变换，而不背离由权利要求限定的本发明。另外，本申请的范围将不限于在说明书中描述的物质、手段、方法和步骤的过程、机械、制造、组成的特定实施方案。本领域技术人员根据公开内容可容易的认识到，可使用现有的或以后开发的与本文中描述的相应实施方案执行基本上相同的功能或获得基本上相同的结果的物质、手段、方法或步骤的过程、机械、制造、组成。因此，权利要求在它们的范围内将包括此类物质、手段、方法或步骤的过程、机械、制造、组成。

Claims (31)

1.一种用于细胞和组织向内生长的多孔网状结构，所述多孔网状结构包含许多不同的三维网状元件，所述网状元件各自融合至至少一个其它网状元件，从而形成单一连续的复合材料。

2.权利要求1的多孔结构，其中所述网状元件各自包含不多于一个不同的晶胞。

3.权利要求1的多孔结构，其中所述网状元件没有不同的晶胞。

4.权利要求1的多孔结构，其中所述多孔结构包含具有50-1000μm之间孔径大小的孔。

5.权利要求1的多孔结构，其中所述多孔结构包含具有100-500μm之间孔径大小的孔。

6.权利要求1的多孔结构，其中所述网状元件包含选自金属、陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、聚合物、复合材料或其任何组合的材料。

7.权利要求1的多孔结构，其中所述网状元件包含选自钛、钛合金、锆、锆合金、铌、铌合金、钽、钽合金、钴-铬-钼合金或其任何组合的材料。

8.权利要求1的多孔结构，所述多孔结构还包含固体基体。

9.权利要求8的多孔结构，其中所述固体基体包含选自金属、陶瓷及其任何组合的材料。

10.权利要求8的多孔结构，其中所述多孔结构覆盖了所述固体基体的至少部分表面，并且所述多孔结构和所述固体基体形成了可植入医疗植入物的至少一部分。

11.权利要求10的多孔结构，其中所述可植入医疗植入物为矫形外科植入物。

12.权利要求11的多孔结构，其中所述矫形外科植入物为髋植入物或膝植入物。

13.一种用于产生用于细胞和组织向内生长的多孔结构的方法，所述方法包括以下步骤：

将许多三维网状颗粒排列成一定形状，和

在其中一个或多个所述颗粒与一个或多个其它所述颗粒接触的点，使所述网状颗粒融合，以形成单一连续的复合材料。

14.权利要求13的方法，其中所述网状颗粒包含不多于一个不同的晶胞。

15.权利要求13的方法，其中所述网状颗粒没有不同的晶胞。

16.权利要求13的方法结构，其中所述网状颗粒具有50-1000μm之间的窗口直径。

17.权利要求16的方法结构，其中所述网状颗粒具有100-500μm之间的窗口直径。

18.权利要求13的方法，其中所述网状颗粒包含选自金属、陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、聚合物、复合材料及其任何组合的材料。

19.权利要求13的方法，其中所述网状颗粒由选自以下的材料组成：钛、钛合金、锆、锆合金、铌、铌合金、钽、钽合金、钴-铬-钼合金及其任何组合。

20.权利要求13的方法，其中使所述网状颗粒融合的所述步骤包括用选自胶合、烧结、钎焊、熔化、焊接及其任何组合的技术，使所述网状颗粒融合。

21.权利要求20的方法，其中使所述网状颗粒融合的所述步骤包括将所述网状颗粒烧结。

22.权利要求13的方法，所述方法还包括使所述网状颗粒融合到固体基体的步骤。

23.权利要求22的方法，所述方法还包括由所述融合的网状颗粒和固体基体形成可植入医疗植入物的步骤。

24.权利要求23的方法，其中形成可植入医疗植入物的所述步骤包括形成髋植入物或膝植入物。

25.一种用于产生具有不多于一个晶胞的三维网状颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：

提供三维网状整体结构；

将所述整体结构分割，以产生离散的网状颗粒；和

基于所述整体结构的初始晶胞直径，根据大小将所述离散的网状颗粒分离。

26.权利要求25的方法，所述方法还包括在所述分割步骤之前，使所述整体结构脆化的步骤。

27.权利要求25的方法，其中所述脆化步骤通过低温处理实现。

28.权利要求25的方法，其中所述脆化步骤通过可逆化学反应实现。

29.权利要求28的方法，其中所述可逆化学反应为氢化/脱氢方法。

30.权利要求25的方法，其中将所述整体结构分割的所述步骤包括将所述整体结构压碎。

31.权利要求25的方法，其中所述三维网状整体结构包含来自整体网状结构的碎片。

Images