Un material compuesto reforzado con fibras que comprende: un material de fibra de PLLA,

y un material matriz que no tiene el mismo elemento de la composición química que el material de la fibra

Referencia a usos relacionados

Esta solicitud es una solicitud internacional PCT con prioridad de una solicitud de patente de los Estados Nº 60/867,978 presentada en 30 de noviembre 2006, divulgación que se incorpora a la presente por referencia en su totalidad.

Antecedentes de la invención - Campo de la invención

La presente divulgación se relaciona con los compuestos biorreabsorbibles y más específicamente a un polímero de material compuesto reforzado con fibrasse utiliza para hacer productos biorreabsorbibles.

Estado de la técnica

Los productos metálicos se han utilizado para la fijación de fracturas debido a su alta resistencia. Mientras que estos productos funcionan bien, hay un número importante de casos en los que estos productos pueden causar problemas al paciente. En algunos casos la presencia del implante metálico puede causar irritación de los tejidos blandos alrededor del implante, en los casos graves es necesario la extracción del implante. El procedimiento para eliminar los productos de metal expone al paciente a los riesgos asociados a someterse a un procedimiento médico importante y también aumenta el costo global de la curación de la fractura original. Una posible solución para reducir sustancialmente la necesidad de remover material de fijación de fracturas es el uso de dispositivos biorreabsorbibles para fijar la fractura. Sin embargo, los materiales bioabsorbibles y productos disponibles en la actualidad no tienen la combinación necesaria de fuerza inicial y la retención de esta fuerza para que se produzca una adecuada curación de la fractura .

Los productos biorreabsorbibles que se comercializan actualmente incluyen productos fabricados a partir de polímeros de moldeado por inyección, las mezclas de polímeros y copolímeros. Estos productos se han utilizado en las áreas de implantes craniomaxilofacial e implantes que no soportan carga de fijación de la fractura, tales como pernos y tornillos, para las aplicaciones en la muñeca y el tobillo y para volver a colocar tejidos blandos, como los ligamentos y los tendones a los huesos. Además, también hay disponibles algunos productos para la columna vertebral que hacen uso de las propiedades de compresión de estos polímeros. Los productos, incluidos estos materiales, son fáciles de procesar, pero están limitados por las propiedades mecánicas de los materiales. Estos materiales tienen una resistencia a la tensión en el rango de entre cerca de 50 MPa a 100 MPa. Dependiendo de la elección de polímero o copolímero, los productos de esta categoría mantienen la mayor parte de su fuerza por menos de 12 semanas. Por lo tanto, estos materiales no son adecuados para aplicaciones de fijación de fracturas más allá de simples pasadores sin carga y tornillos.

Otros productos biorreabsorbibles que se comercializan actualmente incluyen productos auto-reforzados que han mejorado su resistencia debido a la orientación del polímero durante el procesamiento del producto. A pesar de que estos productos tienen una mayor fuerza, su resistencia a la flexión es apenas de sólo alrededor de 250 MPa. Esto limita el usos de esta tecnología a la fijación de fracturas con tornillos y pernos.

Recientemente, se han fabricado dispositivos con polímeros compuestos reforzados con fibra utilizando de compuestos con firbras de ácido poliglicólico (PGA). Estos compuestos tienen una fuerza inicial buena, pero sufren una rápida pérdida de fuerza debido a la rápida hidrólisis de estas fibras. Se han fabridaco dispositivos con fibras PLLA y PDLLA como material matriz, por ejemplo como se describe en EP0299004. Desafortunadamente, esta matriz se rompre rápidamente y da como resultado que los compuestos pierden rápidamente la fuerza. Otros intentos han utilizado co-polímeros que contienen PLLA como fibra de refuerzo, tales como copolímeros PLLA-co-PGA en una proporción de 82:18. Sin embargo, ha habido dificultades para encontrar un adecuado material con un polímero matriz que pueda ser transformado en un compuesto sin degradar o romper la fibra de refuerzo. Más recientemente, se han hecho compuestos en donde la matriz ha sido un polímero con la misma composición química que la fibra o donde la matriz era una mezcla, siendo la mayoría de la mezcla un polímero con la misma composición química que la matriz. Estos compuestos tienen una dotación inicial de flexión de entre 120 a 140 MPa, pediendo la mayor parte de su en aproximadamente 12 semanas de uso.

Los intentos de frenar la degradación de la matriz polimérica han incluido la modificación de la composición para aumentar la hidrofobicidad del polímero. Sin embargo, esto aumenta tanto la cristalinidad del polímero matriz del polímero, que no es deseable desde una perspectiva biológica, o hace que el polímero sea muy dúctil si se añade un componente de goma hidrofóbicas, tal como la policaprolactona (PCL). También se han añadido materiales amortiguación, como el carbonato de calcio, a los polímeros para reducir las tasas de degradación y mejorar las propiedades biológicas, tales como la osteoconductividad. Sin embargo, con el fin de obtener los efectos beneficiosos de carbonato de calcio se necesita su presencia en altos niveles de alrededor del 30% por peso de la composición. Puesto que un compuesto de polímero de fibra contiene al menos el 50% de fibra en volumen, se prevé que un carbonato de calcio que contiene la matriz pueda interferir negativamente con la interfaz entre el polímero matriz y las fibras de refuerzo. Esto podría resultar en que el material compuesto reforzado con fibra se debilite de forma sustancial o incluso se rompa en pedazos antes de la curación completa de una fractura.

Para poder fabricar un material adecuado con compuestos reforzados con fibra, la fibra y material de la matriz deben tener ciertos requisitos. La fibra tiene que tener tanto una alta resistencia inicial a la tensión y la capacidad de retener la mayor parte de esta fuerza para que la fractura se cure. Para tener una alta resistencia inicial, las fibras deben ser altamente orientadas y estar presentes en alrededor del 40% en volumen del compuesto. Además, las fibras también debe tener cierta cristalinidad, ya que esto da estabilidad contra la relajación de la orientación de la fibra.

El material de la matriz también debe ser capaz de retener la mayor parte de su fuerza durante un tiempo adecuado, aproximadamente entre 6 a 12 semanas, para que la fractura se cure. Para lograr esto, la matriz debe tener un alto y suficiente peso molecular inicial. A medida que se degradan los polímeros, las disminuciones de peso molecular y los polímeros se vuelven frágiles y pierden sus propiedades mecánicas. Aditivos tales como materiales de carbonato de calcio u otros materiales de amortiguación, se pueden agregar a la matriz para controlar la velocidad de degradación. La cantidad del material de amortiguamiento debe ser alrededor de 30% en peso de la matriz sin que ello interfiera con la interfaz entre la matriz polimérica y las fibras de refuerzo.

Además, el material de la matriz debe ser procesable a una temperatura que sea lo suficientemente baja para no afectar significativamente la resistencia de la fibra y para que se adhieran lo suficiente a la fibra para permitir la transferencia de la tensión de la matriz a la fibra. Para lograr esto, co-ploímeros tanto semi-cristalinos y amorfos pueden ser utilizados. Los co-polímeros semi-cristalinos están compuestos de ácido láctico y una o más unidades monoméricas adicionales cuya función es bajar el punto de fusión de los co-polímeros de matriz a un punto donde la fuerza de la fibra no se vea afectada durante la etapa de consolidación. Materiales amorfos o no cristalinos, tales como polímeros de ácido poli (D-láctico), son adecuados para el procesamiento de la fibra, ya que se ablandan a temperaturas relativamente bajas. Sin embargo, estos materiales no tienen un tiempo de retención de la fuerza largo. Esta retención de la fuerza se puede mejorar mediante la incorporación de un material de amortiguación, como el carbonato de calcio, en el material de la matriz. En este caso, el carbonato de calcio actúa tanto como un amortiguador y también como reductor la sensibilidad térmica del polímero a la ruptura durante el proceso. En conjunto, el efecto del carbonato de calcio es tanto reducir la tasa de degradación del polímero y ayudar a conservar el peso molecular durante el proceso, sin que ello interfiera con la interfaz entre la matriz polimérica y las fibras de refuerzo.

La presente divulgación incorpora estos requisitos para producir un material reabsorbible que tiene... [Seguir leyendo]

1. Un material compuesto reforzado con fibras que comprende: un material de fibra de PLLA, y un material matriz que no tiene el mismo elemento de la composición química que el material de la fibra.

2. El material compuesto de la reivindicación 1 que comprende además un agente de control de degradación disperso en el material de la matriz.

3. El material compuesto de la erivindicación 1 que comprende además un acelerador disperso en al menos uno de los materiales de la matriz o el material de fibra PLLA.

4. El material compuesto de la reivindicación 2 ó 3 en donde el agente de control de degradación se selecciona del grupo que incluye un material de amortiguación, una sal común o combinaciones de los mismos.

5. El material compuesto de la reivindicación 4 en donde el material de amortiguación es seleccionado de un grupo que consiste esencialmente de carbonato de calcio, carbonatos de hidrogeno de calcio, fosfatos de calcio, fosfatos dicálcicos, fosfatos tricálcicos, carbonato de magnesio y carbonato de sodio.

6. El material compuesto de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5 en donde el agente de control de degradación comprende entre 0,1% y un 40% de peso del material de la matriz.

7. El material compuesto de una reclamación anterior en donde el material de fibra de PLLA cuenta con un material continuo de fibra PLLA.

8. El material compuesto de una reivindicación anterior en donde el material de fibra PLLA abarca cerca de 50% en volume del compuesto.

9. El material compuesto de cualquiera de las anteriores reivindicaciones en donde el material de fibra comprende una resistencia a la tensión de entre 500 MPa a 2000 MPa.

10. El material compuesto de la reivindicación 9 en donde el material de fibra comprende una resistencia a la tensión de 800 MPa.

11. El material compuesto de cualquiera de las anteriores reivindicaciones en donde el material de fibra incluye un peso molecular de entre 290.000 g / mol a 516.000 g / mol.

12. El material compuesto de cualquiera de las anteriores reivindicaciones en donde el material de la matriz se selecciona de un grupo que consiste esencialmente en un polímero, un copolímero, y la mezcla de un polímero.

13. El material compuesto de la reivindicacíon 12 en donde la mezcla del polímero incluye al menos dos polímeros, en donde por lo menos un polímero de la mezcla tiene un elemento de la composición química que es diferente al de la fibra.

14. El material compuesto de la reivindicación 13 en donde el polímero que tiene una composición de elementos químicos que es diferente a la de la fibra constituye al menos el 50% de la mezcla del polímero.

15. El material compuesto de cualquiera de las anteriores reivindicaciones, en donde el material de la fibra o el material compuesto es bioabsorbible.

16. El material compuesto de cualquiera de las anteriores reivindicaciones en donde el compuesto tiene una resistencia mínima inicial a la tensión de 250 MPa.

17. El material compuesto de la demanda 16 en donde el compuesto conserva al menos el 75% de la resistencia inicial de por lo menos 8 semanas.

18. El material compuesto de cualquiera de las anteriores reivindicaciones en donde el compuesto tiene una resistencia a la flexión de 200 MPa.