專利名稱：具有抗菌涂層的植入體的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有涂層的植入體，該涂層在人體中釋放出銀離子并且產生抗菌效果O
背景技術：
當將植入體引入人體中時存在著感染的風險。感染的引發者可以是與植入體一起被引入人體或者是植入體表面上的微生物。已知感染的風險可以通過提供具有將銀離子釋放到其周圍區域中的涂層而降低。已知銀離子具有抗菌效果。此外它們還具有以下優點(如果它們沒有遇到微生物并且在微生物上發揮作用)它們與人體電解質的氯化物結合形成AgCl并且可以以這種形式從人體中排泄出來。因此，與其他具有抗菌效果的物質相反，銀離子不會在體內堆積。已知的銀離子涂層僅在有限的程度上釋放出銀離子。此外，釋放的銀離子在植入體附近隨機移動。因此存在高度的可能性，即銀離子與人體電解質結合形成AgCl，導致它們將會在遇到微生物之前失去它們的抗菌效果。
發明內容
形成本發明基礎的目的在于提供一種植入體，該植入體的涂層具有改進的抗菌效果。將以上提及的現有技術作為出發點，本發明的目的在于通過權利要求I的方案解決。在從屬的權利要求中可以找到更有益的實施方案。根據本發明，涂層的第一表面部分由提供釋放銀離子的含銀陽極材料形成。向第二表面部分提供陰極材料。陰極材料具有比陽極材料更高的電化學電壓級數。陰極材料和陽極材料以導電的方式相互連接在一起。首先對一些表述方式進行全部的解釋說明。術語“植入體”包括植入人體中的所有類型的物體。例如用于骨骼或關節的內假體，以及引入到其他類型的人體組織中的植入體,例如,心血管系統中的支架。還包括僅部分的植入到人體中并且一部分從那里突出來的植入體，例如在人體外部組成間接的、穩定的骨合成體組成的牙齒植入體或外部固定器，其有時用張力調整裝置產生。術語“第一表面部分”和“第二表面部分”表示涂層中的陰極材料在空間上與陽極材料隔開。因此這并不意味著其中多種材料均勻的相互混合的涂層。雖然并不是絕對必要，對于第二表面部分還有可能用陰極材料大范圍的覆蓋。在電化學電壓級數中，物質按照它們的標準電極電勢排列。物質在電化學電壓級數中的位置越高，它的溶液壓力越低，即它傾向于向位于周圍區域中的水中釋放離子。在電化學電壓級數中較高的金屬指的是貴金屬；在電化學電壓級數中較低的金屬指的是堿金屬。大多數物質在電化學電壓級數中的位置是已知的，且各自的值可以從相關的表格中獲取。如果物質在電化學電壓級數中的位置是未知的，它可以通過用與已知的物質形成原電池元件并且測量最后的電勢差而測定。在電壓級數中的位置可以基于電勢差測定。表述方式陽極材料和陰極材料適用于說明在電化學電壓級數中相互關聯的使用的材料的相對位置。陽極材料和陰極材料是導電材料。當將植入體植入體內時，涂層的陽極材料和陰極材料與位于植入體附近的人體電解質一起形成局部原電池元件。陽極材料將銀離子釋放到周圍區域中的傾向因此增加。釋放銀離子后，保留在陽極材料中的電子可以移動到陰極材料中，因此產生電連接。由于電勢差，銀離子向陰極材料方向移動。根據本發明的涂層的效果因此是雙重的。首先，由于局部原電子元件，陽極材料向周圍人體電解質釋放銀離子的傾向增加。與單獨由各自的陽極材料組成的涂層相比，更大數量的銀離子因此被釋放出來，其結果在于其抗菌效果得以增強。此外，釋放的銀離子的移動不會在任意的方向上發生，銀離子更傾向于在兩種物質之間的電勢差方向移動，即在陰極材料方向上移動。銀離子實際上會對暴露在植入體表面上的微生物產生效果而不是與人體電解質結合形成AgCl，并且由此失去抗菌效果。根據本發明的涂層的效果因此集中在植入體的表面上。這種涂層特別適用于抵抗可以在植入體表面上形成的危險生物薄膜。涂層可以覆蓋植入體的全部表面。這將適用于許多被全部引入到體內的植入體。·特別是在僅有一部分表面進行涂刷的關節內假體的情況中也可以提供涂層。該涂層可以應用于假體與植入位置中的人體組織相接觸的表面部分，其中表面的另一部分例如有意與另一種假體組分一起作用，或者在固定器的情況中，其位于人體外側，不含涂層。陽極材料可以是純銀。由于其標準電極電勢為大約+0. 8V，銀是相對昂貴的金屬，其屬于電化學電壓級數中較高的范圍內。標準氫電極是用于標準電極電勢的電壓值的參考參數。與純銀一起作用的陰極材料必須具有高于+0. 8V的標準電極電勢。如果陰極材料是金屬，其因此會比銀更昂貴。適用于與純銀一起作用的陰極材料例如為金，其具有+1.5V大小的標準電極電勢。即使純銀不被用作陽極材料，而是使用銀和其他物質的合金，陰極材料的標準電極電勢也應當大于+0. 8V。陰極材料的標準電極電勢比陽極材料的標準電極電勢高優選至少O. 3V,更優選至少O. 5V,更優選至少O. 7V。陽極材料的標準電極電勢和陰極材料的標準電極電勢之間的差越大，局部原電池元件的效果越強。在有益的實施方案中，含銀的材料因此用作陽極材料，其標準電極電勢低于+0.8V。此陽極材料還含有除了銀組分之外的其他組分(假設其從陽極溶出)。特別用于陽極材料的標準電極電勢與銀離子的溶液壓力相關。優選選擇作為陽極的是僅向人體電解質釋放出銀離子的材料。如果釋放出除了銀離子外的其他物質，就存在其他物質對人體具有不期望的影響的風險。此外，將會選擇可生物相容的材料用于陽極和陰極。根據本發明的涂層的抗菌效果取決于從陰極材料中釋放的銀離子。陽極材料占據涂層的表面部分越多，釋放的銀離子的數目就越大。被陽極材料占據的涂層表面部分因此優選超過50 %，更優選超過70 %，更優選超過80 %。相比而言，陰極材料占據的表面部分具有較小的重要性。但是，如果要獲得良好的原電池元件效果，陰極材料部分不能太小。涂層表面上的陰極材料部分優選超過O. I %，更優選超過I %，更優選超過5 %。對于銀離子，期望的是一旦它們離開陽極材料，其能夠在遇到陰極材料之前運動一定的距離。在移動期間，銀離子可以發揮出抗菌效果。被陽極材料和陰極材料占據的涂層的表面部分因此應當以銀離子無法立刻遇到陰極材料的方式相互隔開。因此涂層優選具有多個直徑大于I μ m的環形表面區域，更優選大于5 μ m，更優選大于15 μ m，更優選大于50 μ m,其僅由陽極材料單獨形成且不含陰極材料。另一方面，如果銀離子運動覆蓋的自由路徑過長，對于涂層的效果不利。環形表面區域的直徑因此應當小于5mm，優選小于1mm，更優選小于O. 5mm。優選超過30%、更優選超過50%的涂層表面被這種表面部分占據。離開這一區域中心的銀離子需要在它們遇到陰極材料之前運動一定的距離。而運動這段距離，它們可以發揮出抗菌效果。銀離子運動覆蓋的自由路徑可以通過直徑也在μ m范圍內的細菌引導。可以假定的是銀離子沿著弧形路徑運動并且銀離子在其路徑上具有的與表面的最大距離具有與平行于表面運動的距離相似的數量級。因此如果運動的自由路徑大約與細菌的直徑相對應，則可以實現的是銀離子對位于沿著它們整體路徑的表面上暴露的細菌發揮作用。涂層可以設計為陰極材料以島狀方式嵌入到陽極材料中或者以島狀的 方式涂布于陽極材料。陰極材料甚至可以以例如具有幾個μm的直徑的相連表面區域的形式應用。將陰極材料以單獨的顆粒的形式涂布于第二表面區域，而陽極材料并不廣泛的涂布在這一區域內，這也并非不可能。在許多情況中，植入體的表面應當是平滑的。如果陽極材料和陰極材料互相是平齊的，則這是可以實現的。在選擇性的實施方案中，陰極材料相對陽極材料可以突出一些。然后銀離子在短的距離內運動到涂層的表面，并且因此在緊鄰涂層處獲得對微生物的良好效果。對于這一目的合適的是首先以均一的層厚度涂布陽極材料，并且之后將陰極材料涂布于涂層中選擇的區域內。陽極材料的層厚度可以在IOOnm到IOOOOnm之間,優選在200nm到400nm之間。如果陽極材料是純銀，則特別要應用這一范圍。應用于陽極材料的陰極材料的層厚度也可以在IOOnm到IOOOOnm之間，優選在200nm到400nm之間。還有可能的是首先廣泛的涂布陰極材料層。陽極材料層可以涂布于陰極材料，其包括可穿過陽極材料從外部到達陰極材料的開口。如果陽極材料使用等離子體涂刷的方法涂布，則在涂布該層時，可以將例如具有20 μ m直徑的大的區域對準所述表面，這些片段從正在形成的層中空出一片來，由此產生該開口，參見W02009/036846。當使用這種方法時，該層的厚度也可以優選在IOOnm到IOOOOnm之間，更優選在200nm到400nm之間。
本發明將通過以下實施例的方法、通過有益的實施方案并且參考附圖進行描述。圖I顯示了根據本發明的植入體的第一實施方案；圖2顯示了圖I的植入體的部件；圖3顯示了根據本發明的植入體的第二實施方案；圖4顯示了根據本發明的具有涂層的植入體本身的截面；圖5顯示了圖4涂層的頂視圖；圖6顯示了圖4在本發明另一個實施方案中的視圖；圖7顯示了圖5在根據圖6的實施方案中的視圖；圖8顯示了圖4在本發明其他的實施方案中的視圖；以及圖9顯示了圖5在本發明其他的實施方案中的視圖。
具體實施例方式圖I顯示的植入體意在替換從臀部到膝蓋以下的人體骨骼部分。球形關節頭10形成設計為與髖白相互作用的關節表面。關節頭10與植入體的頭片11通過螺釘連接的方式連接。替換大腿骨中央豎軸的植入體部分包括三個植入體部件12、13和14。該植入體部件12、13和14相互連接并且也通過螺釘連接的方式與頭片11連接。膝蓋片15與意在將植入體和脛骨連接起來的豎軸16形成關節連接。植入體部件12、13和14以不同的長度獲取，使得植入體可以適用于不同長度的大腿骨。圖2顯示了對應于植入體部件12、13和14的植入體部件17的放大視圖。植入體部件17包括螺栓18以及用虛線表示的螺孔19。通過螺栓18和螺孔19的方式，植入體部件17可以在兩個末端與其他植入體部件連接。螺栓18、螺孔19和相鄰的端面20和21因此并不會在植入體部件17的植入狀態下緊鄰患者的人體組織，但是其更傾向于緊鄰其他植入體部件。另一方面，植入體部件17的外表面22設計為在植入狀態下逐漸與人體組織相連。提供具有通過圓點表示的抗微生物涂層23的外表面22。植入體部件的剩余表面上沒 有涂層23。圖4和圖5顯示了涂層23的放大視圖。涂層23大部分由純銀組成，其廣泛的覆蓋在外表面上。如圖5所示，將金材料以多個矩形島嶼的形式引入到銀層中。金材料嵌入到銀層中以至于兩種材料以平齊的方式相互緊鄰并且形成平滑的表面。對該平滑的表面是期望的，因為由于摩擦造成的周圍人體組織的刺激將會最小化。涂層23具有由銀材料形成的第一表面部分28和由金材料形成的第二表面部分29。由銀材料形成的表面部分28占有超過80%的涂層23的表面。如圖5的虛線所示，在島之間保留有環狀表面區域27，其中涂層23的表面全部由銀材料組成并且沒有被金材料打斷。表面區域27具有大于O. Imm的直徑。涂層23中銀和金相互之間以導電的方式連接。銀是比金更便宜的金屬并且其在電化學電壓級數中處于比金更低的位置。在根據本發明的涂層功能含義中，因此銀是陽極材料25且金是陰極材料26。植入之后，涂層23被人體電解質包圍。銀材料具有向人體電解質中釋放正電荷的銀離子的趨勢。這種趨勢指的是溶液壓力。當銀離子從涂層中釋放出來時，過量的電子保留在涂層中，且在涂層中形成過量的負電荷載流子。由于銀材料和金材料以導電的方式相互連接，過量的電子可以在金材料的方向上自由移動。金材料還可以經受一定的溶液壓力以便將離子釋放到人體電解質中。雖然金是比銀更昂貴的金屬且在電化學電壓級數中處于更高的位置，但是溶液壓力卻低于銀的溶液壓力。以較大濃度釋放的銀離子向金材料移動。以這種方式，體內電解質與作為陽極材料25的銀和作為陰極材料26的金一起形成局部原電池元件。銀離子離開陽極材料25并且在陰極材料26的方向上平行于涂層23移動。以這種方式，銀離子可以對位于涂層23的表面上的微生物發揮抗菌效果。圖3所示的牙齒植入體是本發明可選擇的實施方案。植入體主體30在下顎骨31的下端螺旋進入其中。植入體主體30的上部末端從下顎骨31和下顎骨31周圍的齒齦32處向上突出。用人造齒冠33覆蓋的連接板34螺旋進入植入體主體30的自由末端。牙齒植入體以這種方式替代天然的牙齒。植入體主體30依次提供具有用圓點表示的涂層23。圖6和圖7中顯示涂層23的放大視圖。銀涂層首先涂布于植入體30的表面，并且其具有大約400nm的均一厚度。金材料以類似柵格的排列涂布于銀涂層的表面并且也具有大約400nm的層厚度。包封在柵格中的區域完全形成涂層23的第一表面部分28(其中涂層23的表面由銀材料形成)。金材料類似柵格的排列方式形成涂層的第二表面部分29。金材料的柵格形狀的尺寸大小如下，即大于50 μ m直徑的環狀表面27不含金材料。在圖8顯示的涂層中，植入體17首先被用作為陰極材料26的金層完全覆蓋。作為陽極材料25涂布于其上的銀層包括多個開口。這些開口整體上形成第二表面部分29，其中陽極材料25可以穿過陰極材料26從外部接近。在根據圖9的實施方案中，陽極材料26并不廣泛涂布于第二表面部分29，而是作為多個單獨的顆粒涂布。這并不會改變本發明涂層的任何效果。由于以上已經進行了解釋說明，在本發明的含義的范圍內銀是陽極材料25，金是陰極材料26。涂層23與植入體主體30鄰近處的人體電解質一起形成多個局部原電池元件。由于作為陰極材料26的金相對于陽極材料25突出一些，銀離子也可以在陰極材料26 的方向上向銀層移動微小的距離。在牙齒植入體的情況中，抗菌涂層23具有在植入體主體30和齒齦32和/或下顎骨31之間遷移時對微生物發揮作用的特殊功能。公知的是在口腔環境中存在許多微生物且在植入體主體30周圍的區域內感染的風險較高。如果抗菌涂層23可以阻止微生物在植入體主體30和齒齦32之間滲透將會避免病人不希望的感染。
權利要求
1.一種具有涂層(23)的植入體，所述涂層在人體中釋放銀離子并且由此產生抗菌效果，其特征在于涂層(23)的第一表面部分(28)由含銀的陽極材料(25)形成，陰極材料(26)位于在空間上與第一表面部分(28)隔開的第二表面部分(29)上，陰極材料(26)在電化學電壓級數中的位置高于陽極材料(25)，且陰極材料(26)和陽極材料(25)以導電的方式相互連接。
2.根據權利要求I的植入體，其特征在于陽極材料(25)是純銀。
3.根據權利要求I的植入體，其特征在于基于釋放的銀離子，陽極材料(25)的標準電極電勢小于+0. 8V。
4.根據權利要求I到3中任一項的植入體，其特征在于所述陰極材料的標準電極電勢大于+0. 8V。
5.根據權利要求4的植入體，其特征在于陰極材料(26)是金。
6.根據權利要求I到5中任一項的植入體，其特征在于陰極材料(26)的標準電極電勢比陽極材料(25)的標準電極電勢高至少O. 3V，優選高至少O. 5V，更優選高至少O. 7V。
7.根據權利要求I到6中任一項的植入體，其特征在于陰極材料(26)以島狀的形式嵌入到陽極材料(25)中。
8.根據權利要求I到7中任一項的植入體，其特征在于所述由陽極材料(25)形成的第一表面部分(28)占涂層(23)的表面的超過50%，優選超過70%，更優選超過80 %。
9.根據權利要求I到8中任一項的植入體，其特征在于涂層(23)包括具有大于O.Imm直徑，優選大于O. 5mm直徑，更優選大于Imm直徑的環狀表面區域(27)，其不含陰極材料(26)。
10.根據權利要求I到9中任一項的植入體，其特征在于陽極材料(25)和陰極材料(26)相互平齊。
11.根據權利要求I到10中任一項的植入體，其特征在于陰極材料(26)相對于陽極材料(25)突出。
全文摘要
本發明涉及一種具有涂層(23)的植入體，所述涂層在人體內釋放出銀離子并且產生抗菌作用。根據本發明，涂層(23)的第一表面組分由陽極材料(25)形成。涂層(23)的第二表面組分由陰極材料(26)形成。陰極材料(26)具有比陽極材料(25)更高的電化學電壓級數。陰極材料(26)和陽極材料(25)以導電的方式相互連接。陽極材料(25)和陰極材料(26)與植入體環境中的人體電解質一起形成多個局部原電池，使得涂層(23)的抗菌作用得以改進。
文檔編號A61L27/54GK102946842SQ201180020140
公開日2013年2月27日 申請日期2011年4月13日 優先權日2010年4月19日
發明者R·圖爾 申請人:德魯醫療產品開發有限責任公司