[发明专利]多孔结构及其制造方法

说明书

本发明涉及多孔结构及其制造方法。本公开提供了改进通过快速制造技术形成的多孔结构的性质的方法。本公开的实施方案提高多孔结构表面上的微粒与多孔结构本身之间的粘结而不显著降低微粒的表面积。在一个方面中，本公开的实施方案在保持或提高该结构与相邻材料的摩擦的同时改进粘结。

本申请为一项发明专利申请的分案申请，其母案的申请日为2013年2月20日、申请号为201380009988.1(PCT/US2013/026864)、发明名称为“多孔结构及其制造方法”。

对相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月20日提交的美国临时申请No. 61/600,963的权益。这一在先申请的公开内容全文经此引用并入本文。

发明领域

本公开大体上涉及通过快速制造技术和/或增材制造技术制成的多孔结构及其制造方法，更特别涉及改进多孔结构的表面性质。

背景

某些医疗植入物和矫形植入物需要用于承重的强度和促进骨/组织长入的多孔性。例如，许多矫形植入物包括提供支架结构以促进愈合过程中的骨长入的多孔段和旨在使患者更快可走动的承重段。快速制造技术（RMT），特别是直接金属制造（DMF）或直接金属激光烧结（DMLS），和固体自由形式制造（solid free-form fabrication）（SFF）已用于制造医疗植入物中或医疗植入物的部件中使用的金属泡沫。这些技术也被称作增材制造技术。一般而言，RMT方法能由3-D CAD模型构建结构，包括棋盘格/三角形固体和光滑固体。例如，DMF技术由粉末一次一层地制造三维结构，通过用能源如激光或电子束照射该粉末层来使该粉末固化。通过施加以光栅扫描方式导向粉末层的所选部分的能源，使粉末熔结、熔融或烧结。在熔结一个粉末层中的图案后，分配另一粉末层，并重复该过程，在层之间进行熔结，直至所需结构完成。

图1是以50x放大率获取的通过RMT构建的示例性多孔金属结构的扫描电子显微镜（SEM）图像。可以看出，通过快速制造技术构建的这种多孔金属骨骼长入结构包含被半熔结或部分熔结到该结构上的球形金属微粒或珠粒覆盖的完全熔融的支柱。这是因为当激光射到粉末时，其产生熔池（melt pool），在此粉末熔化成液体形式并粘结到相邻区域上。但是，在熔池的最外缘，一些粉末粒子没有完全熔化成液体形式。因此，在冷却后，该多孔结构的表面常常含有仅部分附着到该结构上的残留粉末粒子。

当该多孔结构用在医疗植入物中时，这些半熔结的微粒具有增加在活体内供细胞附着和随后的骨长入用的多孔结构表面积的益处。但是，如果这些粒子粘结得太松散，它们会在植入或使用过程中脱落（例如由于骨与多孔结构之间的微动）并迁移到关节间隙中，有可能充当第三体粒子并增加植入物支承面的磨损。由于这些结构的多孔性——其中无法触及内部支柱或表面，用于精修表面并除去附着的粉末粒子的典型的制造后工艺，如机械加工或抛光不适用于多孔结构。此外，这些制造后工艺造成污染问题，因为此类工艺中所用的机油和试剂如未充分除去就可能不利地影响骨长入。

致力于解决这些微粒的已知的制造后工艺包括通过化学蚀刻除去微粒，如美国申请公开No. 2006/0147332中所公开的工艺，或使它们熔化到多孔结构的主体中，如Stamp等人（J Master Sci: Mater. Med (2009) 20:1839-48）公开的工艺。尽管这些方法确保微粒在使用过程中不脱落和危害患者，但它们也由于降低了多孔结构的用于细胞附着的表面积和粗糙部（asperities）而降低了这些微粒提供的益处。

考虑到上述情况，仍然需要为了某些益处，如细胞附着和初始固定在不显著降低多孔结构的表面积、粗糙部和/或摩擦的情况下改进微粒的附着强度的有效方法。

公开概述

根据本发明的一个方面，提供了包括下列步骤的方法：用热处理法处理通过快速制造技术形成的多孔结构以提高附着到所述多孔结构上的许多微粒与所述多孔结构之间的粘结强度而不显著降低多孔结构的表面积。