專利名稱：用于創(chuàng)傷學(xué)中外科用途的材料的制作方法
用于創(chuàng)傷學(xué)中外科用途的材料發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于創(chuàng)傷學(xué)中外科用途的材料、結(jié)構(gòu)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及復(fù) 合材料、臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，以及在支持骨折愈合過程中使用它們的相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
多種材料的板、釘和其他結(jié)構(gòu)如今在全世界廣泛地用于骨折手術(shù)和愈合中。一般 而言，在首次手術(shù)期間插入此類內(nèi)部固定裝置以在骨折愈合過程期間維持穩(wěn)定性和對(duì)準(zhǔn)。 隨著骨折愈合，這些裝置的大部分必須通過第二次手術(shù)移出，而第二次手術(shù)造成不利風(fēng)險(xiǎn) 和成本。另外，許多內(nèi)部固定裝置的剛性可能在愈合期間造成問題。骨折愈合后留在原 位的板可能引起局部骨質(zhì)疏松，并且因而引起骨骼的弱化。當(dāng)骨骼愈合后長(zhǎng)時(shí)間保持在 原位時(shí)，板和螺釘也可以引起軟組織刺激或進(jìn)行性異體反應(yīng)(progressive foreign body reaction)。另外，由于可能經(jīng)過骨折的骨髓插釘或鑄模治療，在骨折愈合期間不必要具有 絕對(duì)剛性。取決于是否能夠保證良好對(duì)準(zhǔn)和定位，可以在愈合期間因一些移動(dòng)或脈動(dòng)而更 迅速地發(fā)生愈合?，F(xiàn)有技術(shù)的眾多裝置涉及使用生物可降解、可溶解或可再吸收的材料。例如，有時(shí) 使用可溶解性板，其中所述可溶解性板使用與生物可降解聚合物的縫線和針中所用相同的 材料(例如，聚交酯(PLA)、聚乙交酯(PGA)和其他脂族聚酯如聚二噁烷酮(PDS))。然而， 這些材料不是完全令人滿意的，因?yàn)樗鼈冎鸩剿ト醪⑶也荒苤鲃?dòng)地控制在體內(nèi)的吸收或溶 解的速率。因此，不能在體內(nèi)改變或控制用生物可吸收材料固定的時(shí)間和時(shí)長(zhǎng)，這往往是必 需的，因?yàn)橛蠒r(shí)間在不同患者之間差別很大并且難以預(yù)測(cè)。例如，授予Alexander等人的美國(guó)專利No. 4，329，743教導(dǎo)了生物可吸收聚合 物-如PGA、PLA等-的復(fù)合材料，和適于構(gòu)建外科“支架”(即，支持框架)用于韌帶、腱和 骨骼中新組織生長(zhǎng)的多種碳纖維的至少一種基材。碳纖維支架封裝在生物可吸收聚合物中 以防止絲狀碳在埋植后移行。希望吸收生物可吸收聚合物的速率與新組織生長(zhǎng)的速率一 致，旨在能夠?qū)⒃醋蕴祭w維-聚合物復(fù)合體的載荷在延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)移至新組織。該材 料可以用于構(gòu)建骨骼固定板中，所述骨骼固定板隨標(biāo)準(zhǔn)外科技術(shù)的生物相容性螺釘或其他 緊固構(gòu)件一起應(yīng)用于骨折。然而，如上文所解釋，對(duì)不需要移出所插入結(jié)構(gòu)的第二次手術(shù)并 且對(duì)不會(huì)逐步變?nèi)醪⒖梢栽隗w內(nèi)更主動(dòng)地控制的材料存在需求。類似地，授予Ritter等人的美國(guó)專利No. 4，496，446教導(dǎo)了從具有乙二醇酯鍵的 生物可吸收材料如PGA制造的結(jié)構(gòu)性外科部件。通過使用填料如硫酸鋇和通過輻射改變此 類聚合物在體內(nèi)強(qiáng)度喪失和降解的速率。在這種方式下，不允許在體內(nèi)控制聚合物分解的速率。授予Luzio等人的美國(guó)專利No. 5，820，608教導(dǎo)了由離子方式交聯(lián)的可溶性聚合 物制成的醫(yī)用裝置，如支架、導(dǎo)管和插管組件、塞子和縮窄器。所述裝置在所需的時(shí)間因暴 露于化學(xué)觸發(fā)物在體內(nèi)崩解，其中所述化學(xué)觸發(fā)物通過結(jié)合或以非交聯(lián)離子更換而替代交 聯(lián)材料中的交聯(lián)離子。雖然觸發(fā)的崩解作用消除了天然易生物侵蝕材料在患者之間的時(shí)間不確定性，然而在施用觸發(fā)劑方面存在內(nèi)在的不確定性，無論通過膳食、直接局部應(yīng)用、腸 胃外給養(yǎng)等方式。另外，這些材料不具有足夠強(qiáng)度以用于骨折愈合中，并且在體內(nèi)注射化學(xué) 觸發(fā)物至板和螺釘?shù)恼麄€(gè)表面通常是不現(xiàn)實(shí)或不可能的。授予Reiley等人的美國(guó)專利No. 5，827，289教導(dǎo)了用于使松質(zhì)骨和骨髓壓緊骨骼 的內(nèi)皮質(zhì)的球囊。當(dāng)插入時(shí)，膨脹的球囊在松質(zhì)骨中形成腔體，所述腔體隨后可以充滿抗生 素、骨生長(zhǎng)因子、塑性聚合物和其他材料如本發(fā)明的那些材料，以治療骨折。Reiley教導(dǎo)了 用于在骨骼內(nèi)部產(chǎn)生腔體的裝置，并構(gòu)思將可流動(dòng)材料導(dǎo)入該腔體中。這在高壓下進(jìn)行以 產(chǎn)生堅(jiān)固和穩(wěn)定的形式。然而，由于高壓力，這種溶液易在至多18個(gè)月的愈合過程期間發(fā) 生致命泄漏。因而，需要適于骨折內(nèi)部固定中外科用途的材料，其中所述材料可以在體內(nèi)加以 控制和再成型，以在選定時(shí)間快速且容易地移出，并且在充分愈合后不需要用于這種移出 的外科手術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于骨折中外科用途的復(fù)合材料，其包括包含生物相容性聚合物基 體的第一組分，所述生物相容性聚合物基體能夠通過吸收能量(因?yàn)樗鼍酆衔锘w本身 可以吸收或可以不吸收能量)在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成基本上流體相(包括，例如粉化狀態(tài))，和能夠 強(qiáng)化所述生物相容性聚合物基體和/或吸收能量的第二組分。本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括 能夠強(qiáng)化生物相容性聚合物基體和/或吸收能量的額外組分。本發(fā)明也涉及用于輔助活生物體中骨折骨縫合術(shù)的臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其 包含聚合物基體，和至少一種能夠強(qiáng)化所述聚合物基體的組分，其中所述支持結(jié)構(gòu)在活生 物體中與骨骼連接，其中所述支持結(jié)構(gòu)在所述活生物體體的體溫下基本是固體，并且在體 內(nèi)加熱至高于所述體溫的溫度時(shí)基本上是流體，并且其中所述支持結(jié)構(gòu)可以在選定時(shí)間以 基本上流體相從所述活生物體中移出。本發(fā)明涉及用于輔助活生物體中骨折骨縫合術(shù)的臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其包 含聚合物基體，和至少一種能夠強(qiáng)化所述聚合物基體的組分，其中所述支持結(jié)構(gòu)在活生物 體中與骨骼連接，其中所述支持結(jié)構(gòu)在應(yīng)用于所述活生物體時(shí)基本上是固體，并且所述支 持結(jié)構(gòu)可以通過吸收能量在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成粉化狀態(tài)，并且其中所述支持結(jié)構(gòu)可以以所述粉化 狀態(tài)從所述活生物體中移出。本發(fā)明還涉及用于輔助活生物體中骨折愈合中骨縫合術(shù)的方法，其包括步驟為 活生物體中的骨骼提供臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其中所述支持結(jié)構(gòu)在所述活生物體體的 體溫下基本是固體；在體內(nèi)將所述支持結(jié)構(gòu)與骨骼連接；向所述支持結(jié)構(gòu)施加能量源；并 從所述活生物體移出基本上處于流體相的絕大部分所述支持結(jié)構(gòu)。附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案用來治療人右側(cè)近端股骨骨折的臨時(shí)生物相容性 復(fù)合支持結(jié)構(gòu)的剖面前視圖。圖2是圖1的又一視圖，也是剖面視圖。圖3是圖1和圖2的又一視圖，也是剖面視圖。圖3a是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案用來治療人右側(cè)近端股骨骨折的臨時(shí)生物相容性復(fù)合支持結(jié)構(gòu)的剖面前視圖，其與圖3相似并具體地繪制處于粉化狀態(tài)的該支持結(jié)構(gòu)。圖4是圖1、2和3的又一視圖，也是剖面視圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案借助板固定用來治療人右側(cè)肱骨骨折的臨時(shí)生物 相容性復(fù)合支持結(jié)構(gòu)的剖面前視圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案用來治療人右側(cè)近端股骨骨折的臨時(shí)生物相容性 復(fù)合支持結(jié)構(gòu)的剖面前視圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案用來治療人右側(cè)近端股骨骨折的臨時(shí)生物相容性 復(fù)合支持結(jié)構(gòu)的剖面前視圖。圖8是圖7的又一視圖，也是剖面視圖。發(fā)明詳述對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的描述用于與附圖結(jié)合閱讀，附圖視為本發(fā)明完整書面描述的部 分。附圖不必然按比例繪制，并且為清晰和簡(jiǎn)潔起見，本發(fā)明的某些特征可以在比例方面夸 張地或者或多或少以示意形式顯示。在描述中，相對(duì)性術(shù)語如“水平的”、“垂直的”、“向上 的”、“向下的”、“頂部”和“底部”以及其衍生術(shù)語(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等) 應(yīng)當(dāng)解釋為指向如隨后描述或討論的附圖中所示的方向。對(duì)軸向尺度和方向(例如，在“X” 方向，超過“Y”尺度等)的標(biāo)記也應(yīng)當(dāng)解釋為指向如隨后描述或討論的附圖中所示的方向。 這些相對(duì)性術(shù)語旨在描述便利并且通常不用于要求具體的方向。包括“內(nèi)向地”對(duì)“外向 地”、“縱向的”對(duì)“橫向的”等的術(shù)語將相對(duì)于彼此或根據(jù)需要相對(duì)于延伸軸或轉(zhuǎn)動(dòng)軸或中 心進(jìn)行解釋。涉及連接、偶聯(lián)等如“接合”、“連接”和“互聯(lián)”的術(shù)語指其中多個(gè)結(jié)構(gòu)彼此直 接或通過居間結(jié)構(gòu)間接地緊固或連接的聯(lián)系，以及可移動(dòng)或剛性連接或聯(lián)系，除非另外明 確地描述。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)施方案包括用來穩(wěn)定人骨骼200的骨折150的臨時(shí)生物相容 性復(fù)合支持結(jié)構(gòu)100。軟組織230包圍骨骼200。支持結(jié)構(gòu)100用作輔助骨縫合術(shù)的裝置。 在一些實(shí)施方案中，將支持結(jié)構(gòu)100部分地插入腔體210，并且由緊固件110部分地外部固 定至骨骼200。腔體210可以被鉆孔或還可以在松質(zhì)骨或骨髓中形成?？蛇x地，支持結(jié)構(gòu) 100可以是靠近骨骼200的骨折150存在的板，如圖5中所示。換句話說，所述支持結(jié)構(gòu)可 以放置在骨骼上和/或置于骨骼內(nèi)部。在這些和其他實(shí)施方案中，支持結(jié)構(gòu)100從復(fù)合材 料預(yù)制，并且以基本上固體的形式按照類似于金屬或其他固體支持結(jié)構(gòu)常規(guī)使用和應(yīng)用的 方式應(yīng)用于骨折區(qū)域。在不同實(shí)施方案的情況下，支持結(jié)構(gòu)100可以各異地稱作整形外科裝置或植入 物、內(nèi)部固定裝置、假體裝置等。支持結(jié)構(gòu)100由至少一種用于創(chuàng)傷學(xué)中外科用途的復(fù)合材料制成并且包括至少 兩個(gè)組分。第一組分包括聚合物基體。添加第二組分(有時(shí)稱作“增強(qiáng)組分”)以強(qiáng)化聚合 物基體和/或在選定時(shí)間吸收能量例如熱或沖擊波。也可以添加能夠強(qiáng)化聚合物基體和/ 或吸收能量的第三、第四或更多種組分。全部組分均是無毒和生物相容的。緊固件110和 120可以由相同、相似或不同的材料制成。在一些實(shí)施方案中，支持結(jié)構(gòu)100包括一種以上 的復(fù)合材料，每種復(fù)合材料具有不同的理想特性。支持結(jié)構(gòu)100的復(fù)合材料的聚合物基體是適合活生物體(如哺乳動(dòng)物，并且尤其 是人類)中體內(nèi)使用的無毒的生物相容性聚合物基體。在正常環(huán)境壓力下，所述聚合物基體優(yōu)選地在受試生物體正常核心體溫的有活力范圍(viable range)內(nèi)的溫度以基本 上固相存在。例如，用于插入哺乳動(dòng)物(如人)的合適聚合物基體優(yōu)選地在(包括)約 34°C-42°C范圍內(nèi)的溫度上以基本上固相存在。可選地，所述聚合物基體可以在此類溫度上 以基本上固相之外的相單獨(dú)地存在，其中當(dāng)添加其他組分或添加劑時(shí)，包含所述聚合物基 體的復(fù)合物在此類溫度上以基本上固相存在。在正常環(huán)境壓力下，所述聚合物基體優(yōu)選地在以下溫度以基本上流體相存在，其 中所述溫度大致高于受試生物體正常核心體溫的有活力范圍，但低于嚴(yán)重?fù)p害受試生物體 的細(xì)胞或身體組織如上皮、結(jié)締組織、肌肉組織和神經(jīng)組織的溫度。例如，用于插入人體的 合適的聚合物基體優(yōu)選地在大致高于約42°C并且低于約50°C的溫度以基本上流體相存 在?？蛇x地，所述聚合物基體可以在此類溫度上以基本上流體相之外的相單獨(dú)地存在，其中 當(dāng)添加其他組分或添加劑時(shí)，包含所述聚合物基體的復(fù)合物在此類溫度上以基本上流體相 存在。具有或沒有其他組分或添加劑的聚合物基體可以在高于嚴(yán)重?fù)p害受試生物體的細(xì)胞 的較低溫度閾值的溫度以基本上流體相或其他相存在。這里所用的“基本上流體相”包括，但不限于顯示基本上流體特性的多相系統(tǒng)。例 如，將具有基本上流體特性的雙相膠體、包含幾種不溶混液相(例如水相和有機(jī)相)的多相 系統(tǒng)，和包含氣相和液相的多相系統(tǒng)視為屬于“基本上流體相”。此外，將例如包含固體顆粒 狀、鱗片狀或其他粒狀物質(zhì)的粉化狀態(tài)也視為是“基本上流體相”。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述聚合物基體在一個(gè)溫度或一個(gè)溫度范圍內(nèi)具有熔點(diǎn)、 熔融相或熔化范圍，其中所述溫度或溫度范圍是約37°C或高于約37°C，并且低于嚴(yán)重?fù)p害 人身體組織的溫度。最優(yōu)選地，所述聚合物基體在基本上(包括)約45°C至約50°C范圍內(nèi) 的溫度具有熔點(diǎn)、熔融相或熔化范圍。聚合物基體可以包括一種或多種聚合物。合適的聚合物包括例如且不限于 ⑴聚(丙二醇)_嵌段-聚(乙二醇)_嵌段-聚(丙二醇)_雙(2-氨基丙基醚) (PPG-PEG-PPG) ； (2)聚(乙烯-共-丙烯酸甲酯-共-甲基丙烯酸縮水甘油酯)(PEGMAGMA)； (3)甲苯_2，4-二異氰酸酯封端的聚(己二酸乙二醇酯)(PEAcy) ； (4)聚(乙二醇)(PEG)； (5)聚(乙二醇)二甲醚(PEGdme) ； (6)聚(乙二醇)二硬脂酸酯(PEGds) ； (7)聚碳酸亞 丙酯(PPC)；⑶聚(環(huán)氧乙烷)(PEO) ； (9)聚(醋酸乙烯酯)(PVAc)。聚合物基體的其他合適聚合物包括聚己內(nèi)酯(PCL)和聚己內(nèi)酯多元醇。將第二組分添加至包括聚合物基體的第一組分以強(qiáng)化所述聚合物基體。在一些實(shí) 施方案中，第二組分包括無毒顆粒、薄片或纖維，例如粘土、金屬薄片或者碳纖維、礦物纖維 或玻璃纖維。在其他實(shí)施方案中，第二組分包括納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)可以是例如納米管、納 米棒或納米顆粒。這些納米結(jié)構(gòu)可以由例如碳、金屬或金屬氧化物制成。在一些實(shí)施方案 中，第二組分包括由二氧化錳(MnO2)、二氧化鈦(TiO2)或低密度金屬如鎂或鋁薄片或纖維 制成的納米結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，第二組分是納米粘土。優(yōu)選地，復(fù)合材料的第二組分也能夠吸收能量。第二組分可以能夠例如通過傳導(dǎo)、 對(duì)流或電磁輻射吸收能量，如熱，或它可以能夠吸收沖擊波。當(dāng)?shù)诙M分吸收能量時(shí)，聚合 物基體在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成基本上流體相，包括例如粉化狀態(tài)。在一些實(shí)施方案中，第二組分吸收 熱能或熱，并且當(dāng)聚合物基體達(dá)到如上所解釋的比受試生物體正常核心體溫明顯更高的溫度時(shí)，它在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成基本上流體相。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合物基體在大致高于約45°C 并且低于約50°C的溫度進(jìn)入基本上流體相。在其他實(shí)施方案中，第二組分吸收沖擊波，并且 聚合物基體在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成顯示基本上流體特性的粉化狀態(tài)。以這種方式，所述復(fù)合材料可 以按照與體外沖擊波碎石術(shù)(ESffL)中所用相似的方式迅速地降解，其中所述ESffL通常用 來破碎腎結(jié)石。在一些實(shí)施方案中，將第三組分添加至復(fù)合材料的第一組分和第二組分以進(jìn)一步 強(qiáng)化聚合物基體和/或增強(qiáng)其吸收能量的能力。在一些實(shí)施方案中，第三組分包括無毒顆 粒、薄片或纖維，例如粘土、金屬薄片或者碳纖維、礦物纖維或玻璃纖維。在其他實(shí)施方案 中，第三組分包括納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)可以是例如納米管、納米棒或納米顆粒。這些納米結(jié) 構(gòu)可以由例如碳、金屬或金屬氧化物制成。在一些實(shí)施方案中，第三組分包括由二氧化錳 (MnO2)、二氧化鈦(TiO2)或低密度金屬如鎂或鋁薄片或纖維制成的納米結(jié)構(gòu)。和第二組分一樣，第三組分也可以能夠例如通過傳導(dǎo)、對(duì)流或電磁輻射吸收能量， 如熱，或它可以能夠吸收沖擊波。當(dāng)?shù)谌M分吸收能量時(shí)，聚合物基體在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成基本上 流體相，包括例如粉化狀態(tài)。也可以添加其他組分如第四組分、第五組分等以強(qiáng)化聚合物基體和/或吸收能 量，或向支持結(jié)構(gòu)賦予任何其他眾多理想的特性?？蛇x地，可以添加這些組分的一種或多種 以促進(jìn)分散進(jìn)入所述聚合物基體中。隨著添加第二組分至包括聚合物基體的第一組分，并且在一些實(shí)施方案中，添加 第三組分或更多種組分，包含全部三種或更多種組分的復(fù)合材料在基本上固相下的強(qiáng)度、 拉伸強(qiáng)度、剛度和/或彎曲強(qiáng)度與常用骨縫合術(shù)材料如整形外科術(shù)中常用的其他金屬或合 金例如鈦及其合金、不銹鋼和鈷鉻合金的強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、剛度和/或彎曲強(qiáng)度相當(dāng)或比它 們更好。換句話說，處于基本上固相的復(fù)合材料的強(qiáng)度足以支持骨骼。該復(fù)合物在強(qiáng)度方 面可以與金屬相當(dāng)，但是可以具有更接近于骨骼的撓性的物理撓性。這種相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度或功 能是理想的，從而該復(fù)合材料可以是如臨時(shí)固定裝置(如骨縫合術(shù)材料)和根據(jù)本發(fā)明制 造并使用的生物相容性支持結(jié)構(gòu)中所用金屬的適宜替代物。該復(fù)合材料也耐疲勞，具有一 些彈性，并且無毒。與金屬相比，增強(qiáng)耐疲勞性是理想的，以改善所述復(fù)合材料對(duì)骨縫合術(shù) 的適用性。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)使用所述復(fù)合材料來形成骨骼的支持結(jié)構(gòu)時(shí)，復(fù)合材料以 其固相預(yù)制，通過輻射法或其他低溫方法滅菌，并為在活生物體中使用而制備。在此類實(shí)施 方案中，支持結(jié)構(gòu)通過外科手術(shù)應(yīng)用于受試生物體內(nèi)部的骨折。如圖1中所示，本發(fā)明的實(shí) 施方案包括用來穩(wěn)定被軟組織230包圍的人骨骼200的骨折150的臨時(shí)生物相容性復(fù)合支 持結(jié)構(gòu)100。將支持結(jié)構(gòu)100部分地插入腔體210中并且由緊固件120緊固，并且通過緊固 件110部分地外部地固定至骨骼200。參照?qǐng)D2，在(來自圖1的)骨折150已經(jīng)充分地愈合后以移出支持結(jié)構(gòu)100，該 支持結(jié)構(gòu)在選定的時(shí)間通過施加能量300而從基本上固相轉(zhuǎn)變成基本上流體相(如粉化狀 態(tài))。例如，骨折的充分愈合可以在任何地方距該骨骼發(fā)生骨折后2個(gè)月至18個(gè)月發(fā)生。 向支持結(jié)構(gòu)100傳輸能量300，例如由支持結(jié)構(gòu)100的復(fù)合材料高效吸收，并且周圍軟組織 230或骨骼200吸收最小的特定頻率或波長(zhǎng)的定向電磁輻射傳輸能量。在這個(gè)實(shí)施方案中， 支持結(jié)構(gòu)100吸收能量300并且開始熔化，因而進(jìn)入基本上流體相。當(dāng)支持結(jié)構(gòu)100進(jìn)入基本上流體相時(shí)，其外表面從骨骼200內(nèi)部腔體210的內(nèi)表面并且從骨骼200外部的軟組 織230內(nèi)部形成的偽膜215退后。緊固件110和120也可以從基本上固相轉(zhuǎn)變成基本上流 體相，或它們可以部分地或完全地留在原位，例如，當(dāng)使用由金屬或一種不同材料制成的螺 釘時(shí)。在一些實(shí)施方案中，支持結(jié)構(gòu)100包含復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料包括了包括 聚合物基體的第一組分和包括碳納米結(jié)構(gòu)的第二組分。當(dāng)施加能量300時(shí)，碳納米結(jié)構(gòu)吸 收該能量，并且聚合物基體轉(zhuǎn)變成基本上流體相。當(dāng)移出基本上為流體的復(fù)合材料時(shí)，一些 碳纖維可能留在體內(nèi)。參照?qǐng)D3和3a，通過由針頭或注射器400施加的抽吸和/或沖洗作用從骨骼200 中的腔體210并從軟組織230中偽膜215所限定的空間移出在吸收能量300 (能量300在 圖2中顯示)后現(xiàn)在為基本上流體的支持結(jié)構(gòu)100?？梢酝ㄟ^抽吸和/或沖洗作用通過例 如針頭、注射器或特定開口移出基本上為流體的支持結(jié)構(gòu)100和緊固件110和120。支持結(jié) 構(gòu)100和緊固件110和120可以在涉及最少介入或無介入(如外科介入)的快速、低成本、 低風(fēng)險(xiǎn)和相對(duì)無痛過程中移出。移出可以需要或不需要使用麻醉?；旧蠟榱黧w的支持結(jié) 構(gòu)100的移出可以在門診進(jìn)行，即作為門診患者流程。圖3a用以具體地描述其中支持結(jié)構(gòu) 100轉(zhuǎn)變成粉化狀態(tài)的實(shí)施方案。參照?qǐng)D4，當(dāng)支持結(jié)構(gòu)100從骨骼200中的腔體210和軟組織230中偽膜215所限 定的空間基本上移出時(shí)，僅在腔體210、緊固件原來所在之處留下的腔體、以及由偽膜215 限定的空間中留下不明顯殘余量的構(gòu)成支持結(jié)構(gòu)100的材料。沖洗和抽吸可以用來除去最 大量的基本上為流體的支持結(jié)構(gòu)100。偽膜215和腔體210提供了防止基本上為流體的復(fù) 合材料擴(kuò)散到軟組織230中的受限腔體?？梢允褂萌軇┖皖~外的熱輔助移出基本上全部支 持結(jié)構(gòu)100的過程。內(nèi)鏡檢查和/或放射學(xué)可以用來最大化從受試生物體移出的復(fù)合材料的量。為增 強(qiáng)內(nèi)鏡/放射學(xué)移出，復(fù)合材料和/或該復(fù)合材料的任意組分包含、可以包括用來提供該復(fù) 合材料與受試生物體的周圍身體組織之間反差信號(hào)的添加劑。例如，所述復(fù)合材料可以包 括賦予醒目顏色或質(zhì)地的添加劑，其中所述顏色或質(zhì)地在可視內(nèi)鏡檢查中與其他身體組織 形成反差，從而使得該復(fù)合材料在移出過程期間容易見到，或該復(fù)合材料可以包括放射造 影劑，從而使該復(fù)合材料在放射評(píng)價(jià)期間可見。參照?qǐng)D5，在一些實(shí)施方案中，支持結(jié)構(gòu)100可以是靠近骨折150存在并通過緊固 件Iio連接至骨骼200的板。骨折150由支持結(jié)構(gòu)100和骨折緊固件115支持。在這些實(shí) 施方案中，支持結(jié)構(gòu)100不插入骨骼200中的腔體中。此類實(shí)施方案適用于例如人肱骨的 某些骨折。參照?qǐng)D6，在一些實(shí)施方案中，復(fù)合材料320可以在基本上流體形式下應(yīng)用至骨骼 200內(nèi)部的骨髓或骨腔體350，此后該復(fù)合材料硬化成基本上固相以對(duì)骨折150提供充分支 持。復(fù)合材料320可以通過針頭、注射器或特定開口 400應(yīng)用至骨髓或骨腔體350。如其他 實(shí)施方案那樣，復(fù)合材料320也可以從受試生物體以基本上流體相通過針頭、注射器或特 定開口 400移出。復(fù)合材料320也可以以基本上流體形式通過與授予Reiley等人的美國(guó) 專利No. 5，827，289的公開內(nèi)容相容的裝置或方法應(yīng)用至受試生物體。更具體地，在一些實(shí) 施方案中，復(fù)合材料320可以通過球囊應(yīng)用至骨骼，其中所述球囊(1)在該骨骼的預(yù)成腔體內(nèi)部膨脹或( 通過使松質(zhì)骨和骨髓壓緊內(nèi)皮層而在該骨骼內(nèi)部產(chǎn)生腔體。參照?qǐng)D7和8，在一些實(shí)施方案中，支持結(jié)構(gòu)100可以用至少一個(gè)包括頭部分420 和軸部分430的緊固件410連接至骨骼200，其中所述緊固件的頭部分包含能夠通過吸收能 量在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成基本上流體相的材料，并且軸部分包含仍保持基本上固相的材料。換句話 說，緊固件的頭部分的材料不同于軸部分的材料。頭部分的材料可以與支持結(jié)構(gòu)100的復(fù) 合材料相同、相似或不同。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，頭部分的材料與支持結(jié)構(gòu)100的復(fù)合材料 相同或相似。在緊固件的頭部分和軸部分中采用不同材料允許頭部分從基本上固相轉(zhuǎn)變成 基本上流體相，同時(shí)軸部分仍保持基本上固相。在這些實(shí)施方案中，緊固件的頭部分可以轉(zhuǎn) 變成基本上流體相，同時(shí)支持結(jié)構(gòu)100轉(zhuǎn)變成基本上流體相，并且可以同時(shí)移出緊固件和 支持結(jié)構(gòu)的全部基本上為流體的材料，從而將緊固件的軸部分留在骨骼200中。在一些實(shí)施方案中，可以按這種方式預(yù)制支持結(jié)構(gòu)，從而有利地包括一種以上包 含不同聚合物基體的組分，每種聚合物基體具有不同的物理特性。例如，支持結(jié)構(gòu)可以用以 下組分預(yù)制包含第一生物相容性聚合物基體的第一組分，所述第一生物相容性聚合物基 體能夠通過吸收能量在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成基本上流體相并在第一熔點(diǎn)處熔化；包含第二生物相容 性聚合物基體的第二組分，所述第二生物相容性聚合物基體能夠通過吸收能量在體內(nèi)轉(zhuǎn)變 成基本上流體相并在低于所述第一熔點(diǎn)的第二熔點(diǎn)處熔化，和能夠強(qiáng)化所述生物相容性聚 合物基體和/或吸收能量的額外組分。這種支持結(jié)構(gòu)可以包括由具有第一聚合物基體的第 一組分制成的中間、內(nèi)部或核心部分，和由具有第二聚合物基體的第二組分制成的外側(cè)、外 部或外周部分，其中所述第二聚合物基體具有相對(duì)較低的熔點(diǎn)。在應(yīng)用這種支持結(jié)構(gòu)至骨 折，如圖1和圖6中所示的一種骨折時(shí)，將部分支持結(jié)構(gòu)插入骨骼中的腔體，在應(yīng)用過程期 間可以施加能量至該支持結(jié)構(gòu)(與移出過程期間相反)以軟化或僅熔化外側(cè)、外部或外周 部分的聚合物基體，同時(shí)不影響中間、內(nèi)部或核心部分，因而使支持結(jié)構(gòu)的外表面與骨腔體 的配合更好。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明無論如何不限于這里公開的和附圖中所示的具體構(gòu)造。應(yīng)當(dāng)廣義 地解釋所附權(quán)利要求以覆蓋在權(quán)利要求等效范圍內(nèi)的任何變化和修改。
權(quán)利要求
1.用于骨折愈合中外科用途的復(fù)合材料，其包含包含生物相容性聚合物基體的第一組分，所述生物相容性聚合物基體能夠在選定時(shí)間 通過吸收能量在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成基本上流體相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其還包含能夠強(qiáng)化所述生物相容性聚合物基體的第二組分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料，其還包含至少第三組分，該第三組分能夠強(qiáng)化所 述生物相容性聚合物基體和/或增加所述能量吸收。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料和所述生物相容性聚合物基體 至少之一的熔點(diǎn)溫度高于待插入所述復(fù)合材料的生物體的有活力的體溫范圍，并低于嚴(yán)重 損害所述生物體的身體組織的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料和所述生物相容性聚合物基體 至少之一的熔點(diǎn)溫度在約42°C至約50°C的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料，其中所述第二組分能夠吸收能量并利用所述能量 來改變所述第一組分的相。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料，其中所述第二組分和所述第三組分至少之一包含 顆粒、薄片、纖維、粘土和納米結(jié)構(gòu)中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料，其中所述納米結(jié)構(gòu)包含選自納米管、納米棒和納 米顆粒中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料，其中所述納米結(jié)構(gòu)包含碳納米結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料，其中所述納米結(jié)構(gòu)包含金屬氧化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合材料，其中所述金屬氧化物包含Mr^2和TW2至少之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料，其中所述納米結(jié)構(gòu)包含低密度金屬。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料，其中所述納米結(jié)構(gòu)包含鎂和鋁至少一種的薄片。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中處于基本上固相的所述復(fù)合材料的強(qiáng)度足 以支持骨骼。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述生物相容性聚合物基體包含以下聚合 物至少之一 (1)聚(丙二醇)_嵌段-聚(乙二醇)_嵌段-聚(丙二醇)_雙(2-氨基丙 基醚)；(2)聚(乙烯-共-丙烯酸甲酯-共-甲基丙烯酸縮水甘油酯)；(3)甲苯-2，4-二 異氰酸酯封端的聚(己二酸乙二醇酯)；(4)聚(乙二醇)；( 聚(乙二醇)二甲醚；(6) 聚(乙二醇)二硬脂酸酯；(7)聚碳酸亞丙酯；(8)聚(環(huán)氧乙烷)；(9)聚(醋酸乙烯酯)。
16.用于活生物體體的骨骼的支持結(jié)構(gòu)，其包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料。
17.用來連接根據(jù)權(quán)利要求16所述的支持結(jié)構(gòu)至骨骼的緊固件，其包含 頭部分和軸部分，其中所述頭部分包含能夠通過吸收能量在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成基本上流體相的材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料，其中所述納米結(jié)構(gòu)包含納米粘土。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述生物相容性聚合物基體包含(1)聚己內(nèi) 酯和( 聚己內(nèi)酯多元醇中的至少一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述生物相容性聚合物基體包含聚己內(nèi)酯 和聚己內(nèi)酯多元醇。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料，其中所述生物相容性聚合物基體包含(1)聚己 內(nèi)酯和(2)聚己內(nèi)酯多元醇中的至少一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料，其中所述生物相容性聚合物基體包含聚己內(nèi)酯 和聚己內(nèi)酯多元醇。
23.用于輔助活生物體中骨折骨縫合術(shù)的臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其包含 聚合物基體，和至少一種能夠強(qiáng)化所述聚合物基體的組分， 其中所述支持結(jié)構(gòu)連接至活生物體中的骨骼，其中所述支持結(jié)構(gòu)在所述活生物體體的體溫下基本是固體，并且在體內(nèi)加熱至高于所 述體溫的溫度時(shí)基本上是流體，并且其中所述支持結(jié)構(gòu)可以基本上以流體相從所述活生物體中移出。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的支持結(jié)構(gòu)，其中所述活生物體是哺乳動(dòng)物，并且所述體溫 是在約34°C至約42°C范圍內(nèi)的溫度。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的支持結(jié)構(gòu)，其中所述哺乳動(dòng)物是人。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的支持結(jié)構(gòu)，其中所述骨骼含有腔體，并且所述支持結(jié)構(gòu)包 含可插入所述腔體內(nèi)的部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的支持結(jié)構(gòu)，其中所述至少一種能夠強(qiáng)化所述聚合物基體的 組分是納米粘土。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的支持結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物基體包含(1)聚己內(nèi)酯和(2) 聚己內(nèi)酯多元醇中的至少一種。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的復(fù)合材料，其中所述聚合物基體包含聚己內(nèi)酯和聚己內(nèi)酯多元醇。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的支持結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物基體包含(1)聚己內(nèi)酯和(2) 聚己內(nèi)酯多元醇中的至少一種。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的復(fù)合材料，其中所述聚合物基體包含聚己內(nèi)酯和聚己內(nèi)酯多元醇。
32.用于輔助活生物體中骨折骨縫合術(shù)的臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其包含 聚合物基體，和至少一種能夠強(qiáng)化所述聚合物基體的組分， 其中所述支持結(jié)構(gòu)連接至活生物體中的骨骼，其中所述支持結(jié)構(gòu)在應(yīng)用于所述活生物體時(shí)基本上是固體，并且所述支持結(jié)構(gòu)可以通 過吸收能量在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成粉化狀態(tài)，并且其中所述支持結(jié)構(gòu)可以從所述活生物體中移出。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其中所述支持結(jié)構(gòu)可以通過吸 收沖擊波在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成粉化狀態(tài)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其中所述至少一種能夠強(qiáng)化所 述聚合物基體的組分是納米粘土。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物基體包含(1) 聚己內(nèi)酯和( 聚己內(nèi)酯多元醇中的至少一種。
36.根據(jù)權(quán)利要求32所述的臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物基體包含聚己 內(nèi)酯和聚己內(nèi)酯多元醇。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物基體包含(1) 聚己內(nèi)酯和( 聚己內(nèi)酯多元醇中的至少一種。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物基體包含聚己 內(nèi)酯和聚己內(nèi)酯多元醇。
39.用于輔助活生物體中骨折愈合中骨縫合術(shù)的方法，其包括步驟(a)為活生物體中的骨提供臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)，其中所述支持結(jié)構(gòu)在所述活生 物體體的體溫下基本是固體；(b)在體內(nèi)將所述支持結(jié)構(gòu)與骨骼連接；(c)向所述支持結(jié)構(gòu)施加能量源；和(d)從所述活生物體移出基本上處于流體相的絕大部分的所述支持結(jié)構(gòu)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述施加步驟(c)包括施加所述能量源以在體 內(nèi)熔化或粉碎所述支持結(jié)構(gòu)。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述移出步驟包括最小介入。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述移出步驟包括沖洗和抽吸中至少之一。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述移出步驟包括注射器和開口至少之一。
44.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述移出步驟在門診執(zhí)行。
45.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述支持結(jié)構(gòu)放置在所述骨骼上和/或放置在 所述骨骼內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于創(chuàng)傷學(xué)中外科用途的材料、結(jié)構(gòu)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及復(fù)合材料、臨時(shí)生物相容性支持結(jié)構(gòu)和在骨折愈合期間輔助骨縫合術(shù)中使用它們的相關(guān)方法。該材料在體內(nèi)處于固相時(shí)保持其強(qiáng)度，并且為了輔助愈合時(shí)移出，可以在選定時(shí)間通過施加能量被轉(zhuǎn)變成基本上流體相，包括例如粉化狀態(tài)。
文檔編號(hào)A61L27/44GK102046215SQ200980120389
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者L·D·埃夫斯金, T·E·伊松 申請(qǐng)人:L·D·埃夫斯金, T·E·伊松