包含具有银颗粒的涂层的植入物和用于生产植入物的方法与流程

1.本发明涉及包含含银颗粒涂层的植入物。此外，本发明涉及一种用于生产植入物的方法，该植入物涂有含银颗粒的表面。


背景技术：

2.已知具有包含银颗粒的抗微生物涂层的植入物。
3.文献wo 2010/139451 a2公开了一种通过使用等离子体电解氧化工艺来生产这种植入物的方法。将植入物浸入包含胶体分散的银颗粒的电解质中。通过使用等离子电解氧化工艺，可以将这些颗粒嵌入同样由基材材料的氧化物形成的层中。
4.文献wo 2017/050610 a1公开了：令人惊讶的是可以通过使用等离子体电解氧化工艺将多个层彼此叠加。
5.然而，难以实现提供均匀涂层，特别是银颗粒的均匀分布的涂层的等离子体电解氧化工艺。这尤其适用于弯曲和尖锐的三维表面，例如用于插入接骨螺钉的螺纹。
6.不均匀的分布可能会导致银浓度较低的区域发生炎症的风险。
7.抗微生物作用发生在紧邻植入物表面的组织中。由于银的毒性，也不可能将银浓度增加到银浓度低的区域也具有足够的抗微生物特性的程度。
8.发明目的
9.鉴于此背景，本发明的一个目的是提供一种植入物和用于生产这种具有较高均匀性的涂层的植入物的方法。


技术实现要素：

10.本发明的目的通过根据独立权利要求的主题的植入物和用于生产植入物的方法来实现。
11.本发明的优选实施例和改进是从属权利要求、说明书和附图的主题。
12.本发明涉及一种具有含银涂层的金属基材的植入物，其中所述涂层包括含银颗粒的至少一层，具有的总的银含量为2至20μg/cm2。
13.银的总浓度可以通过使用sem-edx或xps分析来确定。此外，根据en iso 11885(01.11.2009)，光发射光谱法(icp-oes)可用于测定(icp-oes)。
14.根据本发明，植入物包括在金属基材和多个银层之间的粘合促进层。
15.粘合促进层实施为阳极氧化层。
16.发明人发现通过阳极氧化施加的薄氧化物层增强施加到阳极氧化层上的层的结合性。可以避免裂纹和较大的未涂层区域。还观察到阳极氧化层也增加了银层的均匀性。均匀分布也可以在弯曲和圆形区域中实现，特别是在孔的内表面上和螺纹的底部区域上。
17.根据本发明的一个实施例，植入物包括3至20个具有银颗粒的层，优选4至8个具有银颗粒的层。
18.已经发现这样的层系统也增加了整个涂层的均匀性。
19.即使所有层都施加在相同的电解槽中，这种多层系统也会逐层增加所含的银。不受该理论的束缚，发明人认为在等离子体电解过程中由基材材料形成的氧化物的浓度逐层降低。因此，可以通过使用这种多层系统，特别是通过施加多于三层来实现高功效。
20.银浓度可以朝向表面从一层到另一层增加，特别是增加1-50％，优选增加2-10％。
21.可以通过制作sims深度剖面来检查银分布。
22.根据一个实施例，阳极氧化粘合促进层具有小于0.5μg/cm2的银含量。
23.优选地，阳极氧化层的厚度小于0.5μm，特别是在0.05μm至0.5μm之间。
24.具有银颗粒的层优选地通过等离子体电解沉积施加。
25.银层的总厚度优选为1至50μm，特别优选为3至10μm。
26.根据一个实施例，金属基材是钛或钛合金基材。
27.根据另一实施例，植入物实施为接骨板，其包括基本上平坦的顶面和至少一个孔，该孔具有圆形内表面或螺纹，其中涂层还覆盖至少一个孔，并且其中孔上的银含量与顶面的银含量相差小于2.5μg/cm2。
28.根据另一实施例，植入物实施为螺钉，其包括螺钉头和带螺纹的轴，其中涂层还覆盖带螺纹的轴，并且其中带螺纹的轴的银含量与螺钉头的银含量相差小于2.5μg/cm2。
29.根据本发明的另一个实施例，具有银颗粒的若干层的总银含量为5至14μg/cm2，优选7至10μg/cm2。
30.优选地，阳极氧化的第一层具有小于0.5μg/cm2的银含量，特别具有是0.05μg/cm2至0.2μg/cm2的银含量。
31.根据一个实施例，涂层包括总计0.2至2wt.-％的ag，优选包括总计0.5-1.5wt.-％的ag。
32.该涂层可以包括：
33.30
–
70wt％ti，优选40
–
60wt％ti，
34.20
–
60wt％o，优选30
–
50wt％o，
[0035]2–
8％p，优选4
–
6％p，
[0036]
少于5wt％al，优选1
–
3wt％，
[0037]
和/或
[0038]
少于3wt％v，优选1
–
2wt％。
[0039]
等离子体电解施加的多层系统似乎起到了保护性涂层的作用，并且减少了表面中基材的合金元素的量。可以增加基材材料中合金元素(例如铝和钒)的浓度，而不会出现这些元素在周围组织中产生有害浓度的风险。因此，可以增加植入物的机械稳定性。
[0040]
根据本发明的一个实施例，基材包含钒，并且其中钒在涂层中的浓度小于在基材中的浓度的50％。
[0041]
根据本发明的另一个实施例，基材包含铝，并且其中铝在涂层中的浓度小于在基材中的浓度的50％。
[0042]
通过使用粘合促进层，可以提供均匀的表面。
[0043]
优选是涂层表面无斑点。根据本发明，无斑点可定义为具有不超过3个直径在1mm和3mm之间的斑点的涂层。
[0044]
本发明还涉及一种用于生产具有含银涂层的植入物的方法。
[0045]
特别地，产生如上所述的植入物。
[0046]
该方法包括以下步骤：
[0047]-提供金属基材；
[0048]-通过对基材进行阳极氧化来施加粘合促进层
[0049]-通过使用等离子沉积方法施加多个具有银颗粒的层。
[0050]
具有银颗粒的层沉积在彼此之上。
[0051]
已经发现，利用涂层中要求保护的银颗粒范围，可以获得非常高的功效，同时可以避免在组织中形成有害浓度的银。
附图说明
[0052]
将参考附图更详细地描述本发明。
[0053]
图1a和图1b显示了植入物的示例性实施例。
[0054]
图2是涂层的示意图。
[0055]
参考图3，将更详细地解释涂层植入物的抗菌功效。
具体实施方式
[0056]
图1a是体现为接骨板10的植入物的解释性实施例。这样的接骨板10包括至少两个，优选多个孔11a-11n，其可用于引入接骨螺钉。
[0057]
孔11a实施为所谓的加压孔。该加压孔11a与接骨螺钉(图1b中所示)相互作用，以将骨碎片移向彼此。
[0058]
孔11a-11n包括至少部分倒圆的内表面。根据本发明，具有增加的均匀性的银涂层也延伸穿过这些内表面。
[0059]
图1b显示了实施为接骨螺钉20的植入物。
[0060]
图2是植入物10/20表面区域的示意图。作为第一层，粘合促进层1被施加。优选地，该粘合促进层1与具有银颗粒的层2a-2n在同一电解槽中被施加。
[0061]
为了施加粘合促进层1，施加低至避免等离子体形成的电压。传统的阳极氧化工艺会在表面形成薄的氧化层1。
[0062]
然后，增加电压并施加包含银颗粒的多个层2a
–
2n。由于通过氧化基材材料形成的氧化物的量逐层减少，因此银含量逐层增加。这得到了提高的抗微生物效率。
[0063]
接骨螺钉20包括轴21。轴21包括用于引入骨中的螺纹。此外，螺纹的牙根包括均匀的银涂层。
[0064]
此外，接骨螺钉20包括螺钉头22。螺钉头22可包括头部螺纹以接合相应孔，形成带角度的稳定结构。
[0065]
根据本发明的一个实施方案，该植入物的抗菌功效足够高，以至于该植入物在37℃下，在含有5％牛血清白蛋白(bsa)、142mm nacl、2.5mm cacl2的人工伤口液中预培养3天，特别是7天后，对浓度为106cfu/ml的金黄色葡萄球菌dsm 799/atcc 6538具有至少log 3，最好log 4的功效。
[0066]
详细而言，可按如下方式测试抗菌功效：
[0067]
首先，必须确定层系统中样品的银含量。
[0068]
元素的特征x射线(edx)可用于分析元素组成，尤其是用于分析银含量。
[0069]
此外，光发射光谱法(icp-oes)可用于确定各层的总体银含量。具体地，可以如下执行：
[0070]
样品用酸溶液清洗。然后，可以根据en iso 11885(01.11.2009)使用经过验证的方法使用光学发射光谱法(icp-oes)进行测量。结果以μg ag绝对值(每块样品)的形式获得。
[0071]
根据表面积，可以计算以μg ag/cm2为单位的银浓度。
[0072]
银涂层样品的抗菌效果的测定可以用增殖试验来测试。金黄色葡萄球菌dsm 799/atcc 6538用作微生物测试菌株。为了模拟植入条件，将测试样品在一定体积的人工伤口液(5％ bsa、142mm nacl、2.5mm cacl2)中孵育相应的时间段(3天或7天)，以允许测试样品完全浸没。
[0073]
预孵育期后洗涤样品。对于抗菌功效测试，将细菌溶液添加到每个样品中，并在37℃下孵育1小时，以使细菌细胞粘附到样品表面。
[0074]
然后将样品在37℃下孵育18小时。去除测试样品后，通过光密度(od)测量在48小时内每30分钟记录一次(子细胞的)细菌生长，用这种方法来定义灭菌功效。如果子细胞的释放被抑制≥99.9％(3log标度)，则材料在增殖试验中被视为抗菌剂。
[0075]
可以满足以下标准：
[0076]
3天的伤口液体暴露后细菌定植减少4log(4个对数量级)，7天的伤口液体暴露后细菌定植减少3log(3个对数量级)。
[0077]
图3显示了在金黄色葡萄球菌的样品的银浓度系列的净起始od小时，基于增殖测定的抗微生物功效。实线表示3个对数标度的抗微生物活性，虚线表示4个对数标度。
[0078]
为了验证剂量依赖性抗菌功效，本研究使用了三种不同的浓度。
[0079]
结果表明，在人工伤口液中孵育会随着时间的推移以剂量依赖性方式降低抗微生物功效。经过1天和3天的预孵育期后，所有浓度都显示出》4log标度的功效。预孵育14天后，具有5μg/cm2或更大的银颗粒浓度的样品显示功效》3log标度。10μg/cm2的样品仍然高度活跃，》4log标度。
[0080]
根据本发明，可以提供具有增强的抗微生物功效的植入物。

技术特征：
1.一种植入物，其具有含银的涂层的金属基材，其中所述涂层包括多个具有银颗粒的层，总银含量为2-20μg/cm2，其特征在于，所述植入物包括在金属基材和多个具有银颗粒的层之间的粘合促进层，并且其中粘合促进层实施为阳极氧化层。2.根据前述权利要求所述的植入物，其中所述植入物包括3至20个具有银颗粒的层，优选4至8个具有银颗粒的层。3.根据前述权利要求所述的植入物，其中银浓度朝着表面逐层增加，特别是增加1-50％，优选增加2-10％。4.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述阳极氧化层具有小于0.5μg/cm2的银含量。5.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中通过等离子体电解沉积来施加具有银颗粒的层。6.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述阳极氧化层的厚度小于0.5μm，优选在0.05μm至0.5μm之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中具有银颗粒的层的总厚度在1至50μm之间，优选地在3至10μm之间。8.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述植入物实施为接骨板或螺钉。9.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述金属基材为钛或钛合金基材。10.根据权利要求8所述的植入物，其中实施为接骨板的所述植入物包括基本上平坦的顶面和至少一个孔，所述孔具有圆形内表面或螺纹，其中涂层还覆盖至少一个孔，并且其中孔上的银含量与顶面的银含量相差小于2.5μg/cm2。11.根据权利要求8所述的植入物，其中实施为螺钉的所述植入物包括螺钉头和带螺纹的轴，其中涂层还覆盖带螺纹的轴，并且其中带螺纹的轴的银含量与螺钉头的银含量相差小于2.5μg/cm2。12.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中多个具有银颗粒的层具有总计为5至14μg/cm2的银含量，优选7至10μg/cm2的银含量。13.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中阳极氧化的第一层的银含量小于0.5μg/cm2，特别是0.05μg/cm2至0.2μg/cm2。14.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述涂层包括0.2-2wt％的银，优选0.5-1.5wt％的银。15.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述涂层包含：30-70wt％ti，优选40-60wt％ti，20-60wt％o，优选30-50wt％o，2-8％p，优选4-6％p，少于5wt％al，优选1-3wt％al，和/或少于3wt％v，优选1-2wt％v。16.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述基材包含钒，并且其中所述涂层中钒的浓度小于所述基材中钒的浓度的50％。
17.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述基材包含铝，并且其中所述涂层中的铝的浓度小于所述基材中铝的浓度的50％。18.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述涂层的表面是无斑点的，特别地，其中所述涂层具有不超过3个直径在1和3mm之间的斑点。19.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述植入物在含有5％牛血清白蛋白(bsa)、142mm nacl、2.5mm cacl2的人工伤口液中在37℃下预培养3天，特别是7天后，对浓度为106cfu/ml的金黄色葡萄球菌dsm 799/atcc 6538，具有至少log 3，优选log 4的功效。20.一种用于生产植入物，特别是根据前述权利要求中任一项所述的植入物的方法，其包括步骤：-提供金属基材；-通过对基材进行阳极氧化来施加粘附促进层；-通过使用等离子沉积法施加多个具有银颗粒的层。

技术总结
本公开涉及一种具有含银涂层的金属基材的植入物，其中所述涂层包含至少一层具有银颗粒的层，总银含量为2至20μg/cm2。植入物包括在金属基底和至少一层银层之间的粘合促进层。粘合促进层实施为阳极氧化层。粘合促进层实施为阳极氧化层。粘合促进层实施为阳极氧化层。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：AAP培植股份公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/12