Sinterización por corriente pulsada para superficies de implantes médicos.

Un método para fabricar un implante médico que tiene una superficie porosa y un sustrato sólido,

caracterizadopor los pasos de:

colocar un número finito de cuerpos individuales en contacto continuo entre sí, comprendiendo dichonúmero finito de cuerpos individuales un primer material;

sinterizar dicho primer material aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción dela masa agregada de dichos cuerpos individuales, creando de este modo una estructura porosa cohesiva;y.

unir dicho primer material a un segundo material, comprendiendo dicho segundo material dicho sustratosólido.

Sinterización por corriente pulsada para superficies de implantes médicos

Campo técnico

La presente invención se refiere a la fabricación de una superficie sinterizada porosa para implantes médicos.

Antecedentes de la invención Por diversas razones, a veces es necesario corregir quirúrgicamente un implante médico implantado anteriormente (más comúnmente, una prótesis de una articulación) o reemplazarlo por un implante completamente nuevo. Típicamente, esto es el resultado de un aflojamiento del implante en el sitio del implante, o bien, del deterioro del implante debido a fuerzas tales como abrasión. De forma ideal, un implante médico se forma frecuentemente a partir de un material altamente resistente que no sólo es capaz de adecuarse a diversas condiciones de carga que pueda encontrar, sino que, además, no es tóxico y, por lo demás, biocompatible con el cuerpo humano. También es preferible implantar el dispositivo de modo de aumentar la fijación durante un tiempo prolongado.

Se han realizado numerosos adelantos para aumentar la vida útil de los implantes médicos incrementando su resistencia a fuerzas tales como la abrasión. La aparición del zirconio oxidado, descrito por primera vez por Davidson en la patente U. S. N.º 5.037.438, ha suministrado una superficie con una dureza superior, que también es resistente a la fractura friable, al frotamiento, al desgaste y al ataque de los fluidos corporales. Un adelanto similar en el área de la estabilidad de fijación se dirigirá a otra fuente importante de las fallas de los implantes y representaría un adelanto significativo en la vida útil de los implantes.

En casos de condiciones de carga extremas, lo que es frecuentemente el caso de las caderas artificiales, se pueden realizar prótesis de articulaciones hechas de aleaciones de metales, tales como aleaciones de titanio, zirconio o cobalto y cromo. Estas aleaciones de metales no sólo tienen suficiente resistencia para resistir condiciones de carga relativamente extremas, sino que, debido a su naturaleza metálica, un recubrimiento poroso metálico típicamente de titanio o cobalto y cromo puede ser fijado a la aleación de metal mediante una unión metálica. Tales recubrimientos metálicos porosos son útiles para proveer una fijación inicial del implante inmediatamente después de la cirugía, pero también sirven para facilitar la estabilidad a largo plazo aumentando el crecimiento de los huesos hacia adentro y hacia afuera (por aposición) .

Si bien los dispositivos de implantes médicos hechos de aleaciones de metales biocompatibles son efectivos, pueden carecer de algunas características deseables. Por ejemplo, las aleaciones de metales tienen poca flexibilidad y, por lo tanto, no tienden a distribuir la carga tan uniformemente como se desearía. Las cargas no uniformes tienden a dar por resultado un aflojamiento gradual del implante. A medida que este aflojamiento se acentúa, es necesario una revisión o un reemplazo. Por esta razón, es conveniente diseñar implantes médicos en general, y prótesis de las articulaciones específicamente, de tal modo de mejorar su estabilidad de fijación in vivo.

Una manera en la que este problema fue tratado históricamente en el pasado es a través del uso de superficies modificadas para implantes médicos que aumentan el área de contacto y promueven el crecimiento hacia adentro y hacia afuera de los huesos. Otra técnica más reciente implica el uso de la deposición de material sobre la superficie del implante, siendo el material la emisión de una fuente de rociado de plasma. Esto se comenta en las patentes U.

S. Nros. 5.807.407, 6.087.553 y 6.582.470, entre otras.

Una manera promisoria para formar productos porosos implica el uso de materiales de tal modo de efectuar un material acabado poroso. Tales propuestas han sido el objeto de trabajos anteriores. La descarga eléctrica es un mecanismo por el cual se ha realizado esto, por ejemplo, en las patentes U. S. Nros. 5.294.769, 5.352.385 y

5.421.943. Los materiales sinterizados también han sido objeto de investigación como una solución potencial al problema de la mejora de la estabilidad de fijación a través del uso de materiales porosos que permitan el crecimiento hacia adentro y hacia afuera de los huesos. Por ejemplo, Chowdhar y en la patente U. S. N.º 5.104.410, describe una prótesis que tiene un sustrato metálico y múltiples capas sinterizadas. Las capas sinterizadas se formaron por métodos convencionales de sinterización, usando temperaturas de 1100 °C durante una hora a 10-5 10-6 torr. Si bien esta superficie sinterizada imparte una porosidad deseable, la sinterización en tales condiciones extremas de temperatura y tiempo altera fundamentalmente la naturaleza del sustrato en forma indeseable.

El documento EP 1035230 divulga un método para formar una capa porosa en un implante ortopédico forjado, que comprende los pasos de incorporar una sustancia en el sustrato forjado que reduce el punto de fusión del sustrato, poniendo a la superficie en contacto con una pluralidad de partículas metálicas y uniendo las partículas a la superficie por sinterización Breve síntesis de la invención Se describen un implante médico poroso y un método para fabricarlo. El implante médico comprende una superficie porosa formada por la aplicación de energía eléctrica pulsada de tal modo de causar un calentamiento localizado en la superficie del material que comprende porciones del implante.

En un aspecto de la presente invención, se presenta un método para fabricar un implante médico que tiene una superficie porosa y un sustrato sólido, caracterizado por los pasos de colocar un número finito de cuerpos individuales en contacto continuo entre sí, comprendiendo el número finito de cuerpos individuales un primer material; sinterizar el primer material aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada de los cuerpos individuales, creando de este modo una estructura porosa cohesiva y uniendo el primer material a un segundo material, comprendiendo el segundo material el sustrato sólido. En algunas realizaciones, el paso de unir dicho primer material a un segundo material comprende sinterizar dicho primer material en dicho segundo material aplicando la energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada del primer material y el segundo material, mientras el primer material y el segundo material se encuentran en contacto físico entre sí. En algunas realizaciones, los pasos de sinterización y unión se realizan simultáneamente aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada del primer material y el segundo material mientras el primer material y el segundo material se encuentran en contacto físico entre sí. En algunas realizaciones, los pasos de sinterización y de unión se realizan secuencialmente, aplicando primero energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada del primer material y luego aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada del primer material y el segundo material mientras el primer material y el segundo material se encuentran en contacto físico entre sí. En algunas realizaciones, el paso de unir dicho primer material a un segundo material comprende un paso seleccionado entre el grupo que consiste en soldadura, soldadura con estaño, unión por difusión, soldadura dura, adherencia usando un adhesivo o un material de lechada o ambos, y cualquier combinación de estos. En algunas realizaciones, el paso de colocar un número finito de cuerpos individuales en contacto continuo entre sí comprende colocar un número finito de cuerpos individuales de por lo menos dos materiales en contacto continuo entre sí. El método puede comprender, además, el paso de remover por lo menos una porción de por lo menos uno de dichos por lo menos dos materiales o bien durante o después de dicho paso de sinterización, creando, de este modo, una estructura porosa cohesiva, en donde dicho material se removió. Preferentemente, el método comprende, además, el paso de aplicar una carga mecánica a por lo menos una porción de dicho primer material o a por lo menos una porción de dicho segundo material o a por lo menos una porción de ambos, dicho primer material y dicho segundo material. En los casos en los que se aplica una carga mecánica, ésta se aplica preferentemente durante dicho paso de sinterización. En algunas realizaciones, el paso de sinterización se efectúa a una temperatura elevada. En algunas realizaciones, el paso de sinterización comprende aplicar energía eléctrica pulsada a altas frecuencias. En algunas realizaciones, el primer material y dicho... [Seguir leyendo]

1. Un método para fabricar un implante médico que tiene una superficie porosa y un sustrato sólido, caracterizado por los pasos de:

colocar un número finito de cuerpos individuales en contacto continuo entre sí, comprendiendo dicho número finito de cuerpos individuales un primer material;

sinterizar dicho primer material aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada de dichos cuerpos individuales, creando de este modo una estructura porosa cohesiva;

y.

unir dicho primer material a un segundo material, comprendiendo dicho segundo material dicho sustrato sólido.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho paso de unir dicho primer material a un segundo material comprende la sinterización de dicho primer material en dicho segundo material aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada del primer material y el segundo material mientras el primer material y el segundo material están en contacto físico entre sí.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dichos pasos de sinterización y unión se realizan simultáneamente aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada del primer material y del segundo material mientras el primer material y el segundo material están en contacto físico entre sí.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dichos pasos de sinterización y unión se realizan secuencialmente aplicando primero energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada del primer material y luego aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada del primer material y del segundo material mientras el primer material y el segundo material están en contacto físico entre sí.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho paso de unir dicho primer material a un segundo material comprende un paso seleccionado entre el grupo que consiste en soldadura, soldadura con estaño, unión por difusión, soldadura dura, adherencia usando un adhesivo o un material de lechada o ambos, y cualquier combinación de éstos.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho paso de colocar un número finito de cuerpos individuales en contacto continuo entre sí comprende colocar un número finito de cuerpos individuales de por lo menos dos materiales en contacto continuo entre sí.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende, además, el paso de remover por lo menos una porción de por lo menos uno de dichos por lo menos dos materiales, o bien durante o después de dicho paso de sinterización, creando de este modo una estructura porosa cohesiva, en donde dicho material fue removido.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además, el paso de aplicar una carga mecánica a por lo menos una porción de dicho primer material o a por lo menos una porción de dicho segundo material o a por lo menos una porción de ambos, dicho primer material y dicho segundo material.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde dicho paso de aplicar una carga mecánica se realiza durante dicho paso de sinterización.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho paso de sinterización se realiza a una temperatura elevada.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho paso de sinterización comprende aplicar energía eléctrica pulsada a altas frecuencias.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho primer material y dicho segundo material se seleccionan del grupo que consiste en metal, cerámica, polímero, materiales compuestos, y cualquier combinación de éstos.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la composición de dicho primer material y dicho segundo material son diferentes.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer material y el segundo material son materiales refractarios.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde uno o ambos del primer material y el segundo material son materiales no refractarios.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde una porción de dichos cuerpos individuales de dicho primer material tienen una composición diferente de otra porción de dichos cuerpos individuales de dicho primer material.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde una porción de dichos cuerpos individuales de dicho primer material comprende un material refractario y otra porción de dichos cuerpos individuales de dicho primer material comprende un material no refractario.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde uno de dicho primer material y dicho segundo material es refractario y el otro es no refractario.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho primer material tiene una forma seleccionada del grupo que consiste en partículas simétricas, partículas asimétricas, fibras simples, fibras múltiples, láminas porosas planas, láminas porosas deformadas, estructuras de celdas abiertas reticuladas, y cualquier combinación de éstos.

20. El método de acuerdo con la reivindicación 19, en donde dicho primer material tiene una forma de partícula simétrica y es una partícula esférica.

21. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho paso de sinterización se realiza en un ambiente controlado.

22. El método de acuerdo con la reivindicación 21, en donde dicho ambiente controlado es una presión menor que la presión atmosférica.

23. El método de acuerdo con la reivindicación 21, en donde dicho ambiente controlado comprende una atmósfera de un gas inerte.

24. El método de acuerdo con la reivindicación 21, en donde dicho ambiente controlado comprende una atmósfera de un gas reactivo.

25. El método de acuerdo con la reivindicación 21, en donde dicho ambiente controlado se varía durante dicho paso de sinterización.

26. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho paso de colocación comprende usar un ligante.

27. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además el paso de infusión de por lo menos una porción de la región porosa con un material.

28. El método de acuerdo con la reivindicación 27, en donde dicho paso de infusión comprende infundir con un método seleccionado entre el grupo que consiste en moldeo por compresión directa, inyección, deposición de solución, deposición de vapor, y cualquier combinación de estos

29. El método de acuerdo con la reivindicación 27, en donde dicho material por infundir es un polímero.

30. El método de acuerdo con la reivindicación 27, en donde dicho material por infundir comprende un factor de crecimiento o un antibiótico.

31. El método de acuerdo con la reivindicación 27, en donde dicho material por infundir se selecciona del grupo que consiste en hidroxiapatita, fluoroapatita, cloroapatita, bromoapatita, yodoapatita, sulfato de calcio, fosfato de calcio, carbonato de calcio, tartrato de calcio, vidrio bioactivo, y cualquier combinación de éstos.

32. Un método de fabricación de un implante médico que tiene una superficie porosa, caracterizado por los pasos de:

colocar un número finito de cuerpos individuales no esféricos en contacto continuo entre sí, y,

sinterizar dichos cuerpos individuales aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada de dichos cuerpos individuales, creando de este modo una estructura porosa cohesiva.

33. El método de acuerdo con la reivindicación 32, en donde dicho paso de colocar un número finito de cuerpos individuales no esféricos en contacto continuo entre sí comprende, además, colocar dichos cuerpos individuales en contacto con por lo menos otro material.

34. El método de acuerdo con la reivindicación 33, que comprende, además, el paso de remover por lo menos una porción de dicho por lo menos un otro material o bien durante o después de dicho paso de sinterización, creando de este modo una estructura porosa cohesiva en donde dicho material fue removido.

35. El método de acuerdo con la reivindicación 32, que comprende, además, el paso de aplicar una carga mecánica

a por lo menos una porción de dichos cuerpos individuales.

36. El método de acuerdo con la reivindicación 35, en donde dicho paso de aplicar una carga mecánica se realiza durante dicho paso de sinterización.

37. El método de acuerdo con la reivindicación 32, en donde dicho paso de sinterización se realiza a una temperatura elevada.

38. El método de acuerdo con la reivindicación 32, en donde dicho paso de sinterización comprende aplicar energía eléctrica pulsada a altas frecuencias.

39. El método de acuerdo con la reivindicación 32, en donde dichos cuerpos individuales son seleccionados entre el grupo que consiste en metal, cerámica, polímero, materiales compuestos, y cualquier combinación de éstos.

40. El método de acuerdo con la reivindicación 32, en donde la composición de una porción de dichos cuerpos individuales es diferente de la composición de otra porción de dichos cuerpos individuales.

41. El método de acuerdo con la reivindicación 32, en donde por lo menos una porción de dichos cuerpos individuales comprende un material refractario.

42. El método de acuerdo con la reivindicación 32, en donde dichos cuerpos individuales tienen una forma seleccionada entre el grupo que consiste en partículas simétricas, partículas asimétricas, fibras simples, fibras múltiples, láminas porosas planas, láminas porosas deformadas, estructuras de celdas abiertas reticuladas, y cualquier combinación de éstas.

43. El método de acuerdo con la reivindicación 32, en donde dicho paso de sinterización se realiza en un ambiente controlado.

44. El método de acuerdo con la reivindicación 43, en donde dicho ambiente controlado es una presión menor que la presión atmosférica.

45. El método de acuerdo con la reivindicación 43, en donde dicho ambiente controlado comprende una atmósfera de un gas inerte.

46. El método de acuerdo con la reivindicación 43, en donde dicho ambiente controlado comprende una atmósfera de un gas reactivo.

47. El método de acuerdo con la reivindicación 43, en donde dicho ambiente controlado se varía durante dicho paso de sinterización.

48. El método de acuerdo con la reivindicación 32, en donde dicho paso de colocación comprende usar un ligante.

49. El método de acuerdo con la reivindicación 32, que comprende, además, el paso de infundir por lo menos una porción de la estructura porosa con un material.

50. El método de acuerdo con la reivindicación 49, en donde dicho paso de infusión comprende infundir con un método seleccionado entre el grupo que consiste en moldeo por compresión directa, inyección, deposición de solución, deposición de vapor y cualquier combinación de éstos.

51. El método de acuerdo con la reivindicación 49, en donde dicho material por infundir es un polímero.

52. El método de acuerdo con la reivindicación 49, en donde dicho material por infundir comprende un factor de crecimiento o un antibiótico.

53. El método de acuerdo con la reivindicación 49, en donde dicho material por infundir es seleccionado entre el grupo que consiste en hidroxiapatita, fluoroapatita, cloroapatita, bromoapatita, yodoapatita, sulfato de calcio, fosfato de calcio, carbonato de calcio, tartrato de calcio, vidrio bioactivo, y cualquier combinación de éstos.

54. Un implante médico que tiene una superficie porosa producido por el proceso caracterizado por los pasos de:

colocar un número finito de cuerpos individuales no esféricos en contacto continuo entre sí; y,

sinterizar dichos cuerpos individuales aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada de dichos cuerpos individuales, creando de este modo una estructura porosa cohesiva.

55. Un implante médico que tiene una superficie porosa producido por el proceso que comprende los pasos de:

colocar un número finito de cuerpos individuales en contacto continuo entre sí, comprendiendo dicho número finito de cuerpos individuales un primer material; 12

sinterizar dicho primer material aplicando energía eléctrica pulsada a través de por lo menos una porción de la masa agregada de dichos cuerpos individuales, creando de este modo una estructura porosa cohesiva; y,

unir dicho primer material a un segundo material, comprendiendo dicho segundo material a dicho sustrato sólido.