CN109219454A

CN109219454A - 表面处理的生物复合材料、包含其的医疗植入物及其治疗方法

Info

Publication number: CN109219454A
Application number: CN201780025291.1A
Authority: CN
Inventors: O·普赖斯-布鲁姆; T·P·林德纳
Original assignee: Occio Ltd
Current assignee: Occio Ltd
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2019-01-15
Also published as: EP3426312A1; US10869954B2; EP3426312A4; US20190099522A1; WO2017155956A1

Abstract

具有独特的被处理表面的增强的生物复合材料，其中表面可以包括多个层。根据至少一些实施方案，提供了掺入包含这样的增强的生物可吸收材料的新型结构、对齐、取向和形式的医疗植入物，以及其治疗方法。

Description

表面处理的生物复合材料、包含其的医疗植入物及其治疗方法

发明领域

本发明是表面处理的生物复合材料，包含其的医疗植入物及其治疗方法，并且具体地涉及具有医疗应用的这样的材料、植入物和治疗方法。

发明背景

非增强的可再吸收聚合物的机械强度和模量(约3-5GPa)不足以支撑具有约15GPa-20GPa的范围内的弹性模量的断裂的骨密质(cortical bone)。例如，在一篇文章中，人胫骨的弯曲模量被测量为约17.5GPa(Snyder SM Schneider E,Journal of OrthopedicResearch,第9卷,1991,第422-431页)。因此，由可再吸收聚合物构建的现有医疗植入物的适应症是有限的，并且它们的固定通常需要防止运动或大量负荷。当需要固定低应力区域(即，非承受负荷的应用)时，例如在儿科患者中或在成人的内踝骨折、韧带联合固定、颌面部骨折或骨软骨骨折中，这些装置目前仅是一个考虑。

最近已经引入了一类新的增强的复合生物材料(生物复合材料)，其中生物可吸收性且生物相容性聚合物通过生物可吸收的生物相容性玻璃纤维增强。这些材料可以实现改善的机械性质。这些材料还包括将聚合物粘合到增强纤维的增容剂(compatibilizer)。这样的材料的实例在以下两个专利申请中被描述，所述专利申请如同在本文中完全阐述地通过引用被完全包括在本文中：

1.Biocompatible composite and its use(WO2010122098)

2.Resorbable and biocompatible fibre glass compositions and theiruses(WO2010122019)

这些材料已经还在与这些专利相关的出版物中被描述和表征，所述出版物包括：

1.Lehtonen TJ等人Acta Biomaterialia 9(2013)4868-4877

2.Lehtonen TJ等人J Mech Behavior BioMed Materials.20(2013)376-386

背景技术中描述的此类材料的开发专注于材料的组成：生物可吸收聚合物、增强矿物质纤维、增容剂以及它们之间的组合。已经证明这些组合物能够实现比先前单独用生物可吸收聚合物实现的机械性质优越的机械性质。

然而，虽然材料组成是可以影响医疗植入物的机械性质的一个参数，但是当涉及复合材料时，材料组成本身并不确保植入物足以实现其所期望的生物机械功能的机械性质。事实上，具有相同组成和相同几何形状的增强复合材料医疗植入物可以具有迥然不同的机械性质。此外，即使在相同的植入物内，机械性质可以在不同机械轴线之间以及在不同类型的机械强度测量值之间发生极大变化。

发明概述

背景技术未教导或提出具有一个或更多个期望的机械特性的生物复合材料。背景也未教导或提出可以实现期望的生物机械功能的这样的材料。

“生物复合材料”意指生物相容的或适合的复合材料、和/或可以与生物组织相接触的复合材料、和/或可以被植入到生物材料中的复合材料、和/或将在这样的植入之后降解、再吸收或吸收的复合材料。

“生物相容性”意指生物相容的或适合的材料、和/或可以与生物组织相接触的材料、和/或可以被植入到生物材料中的材料。

“表面处理的”生物复合材料意指以至少一个表面层和任选地多个表面层为特征的材料。

在至少一些实施方案中，本发明涉及克服背景技术的缺点的表面处理的生物复合材料。根据至少一些实施方案，提供了掺入包含这样的表面处理的生物可吸收材料的新型结构、对齐、取向和形式的医疗植入物。

以主体组合物和表面层(在本文中也被描述为“表面”)为特征的表面处理的生物可吸收材料作为生物医疗植入物被实施。主体组合物优选地以矿物质和聚合物的组合为特征，而表面任选地以与植入物主体不同的组合物为特征。表面可以任选地包括多个表面层，包括至少一个外表面层和至少一个内表面层。

任选地，10％-70％w/w的主体组合物包含矿物质材料。还任选地，30％-55％w/w的主体组合物包含矿物质材料。还任选地，45％-55％w/w的主体组合物包含矿物质材料。

任选地，聚合物包括PLDLA。还任选地，所述主体组合物的矿物质材料包含以下元素的范围，全部以mol％计：Na₂O：11.0-19.0、CaO：9.0-14.0、MgO：1.5-8.0、B₂O₃：0.5-3.0、Al₂O₃：0-0.8、P₂O₃：0.1-0.8、SiO₂：67-73。任选地，所述主体组合物的矿物质材料包含以下元素的范围，全部以mol％计：Na₂O：12.0-13.0、CaO：9.0-10.0、MgO：7.0-8.0、B₂O₃：1.4-2.0、P₂O₃：0.5-0.8、SiO₂：68-70。任选地，所述主体组合物的矿物质材料包含以下元素的范围，全部以mol％计：Na₂O：11.0mol％-19.0mol％、CaO：8.0mol％-14.0mol％、MgO：2mol％-8.0mol％、B₂O₃：1mol％-3.0mol％、A1₂O₃：0mol％-0.5mol％、P₂O₃：1mol％-2mol％、SiO₂：66mol％-70mol％。

表面层可以任选地用具有与主体组合物不同的组合物的表面区域的各种不同部分实现。例如并且不限于，任选地，大于10％的表面的区域与主体是不同的组合物。任选地，大于30％的表面区域与主体是不同的组合物。任选地，大于50％的表面区域与主体是不同的组合物。

任选地，主体包含散布的矿物质和聚合物的组合物。

任选地，表面层可以具有各种厚度，本文给出了其各种非限制性实例。例如，任选地，表面层被定义为高达100微米厚的外层。任选地，所述外层高达50微米厚。任选地，所述外层高达20微米厚。任选地，所述外层高达5微米厚。任选地，表面层是均匀的聚合物或不同于内部组合物的生物复合材料组合物。

表面层还可以任选地以各种浓度的各种材料为特征。例如，任选地，高达5微米的表面层包括增加的磷酸盐浓度。任选地，所述外层以所述磷酸盐增加至大于10％w/w为特征。任选地，外层包含增加至大于主体组合物的五倍的钙。任选地，所述钙的增加大于主体组合物的十倍。任选地，所述钙的增加大于主体组合物的十五倍。

各种表面层结构也是任选地可能的。例如，任选地，所述表面层包括多个单独区分的层，每个层包含不同的组合物。

任选地，表面层包括至少一个内层和一个外层，其中外层高达3微米并且以磷酸盐增加至大于5％w/w为特征，其中内层高达20微米并且不以磷酸盐为特征。

任选地，表面层的被处理部分具有大于未被处理的表面的五倍的粗糙度增加。任选地，表面层的被处理部分具有大于未被处理的表面的十倍的粗糙度增加。任选地，被处理的表面区域使表面积增加大于15％。任选地，被处理的表面区域使表面积增加大于50％。任选地，表面具有不同的矿物质组合物。

主体组合物还可以任选地以各种量的矿物质和其他成分为特征。例如，任选地，主体组合物包含大于20％w/w的矿物质。任选地，主体组合物包含大于40％w/w的矿物质。

任选地，所述植入物是具插管的，所述表面层包括内表面层和外表面层，并且内表面层组成不同于外表面层组成。

任选地，所述植入物是具插管的，所述表面层包括内表面层和外表面层，并且内表面层组成与外表面层组成相同。

任选地，所述植入物的表面被处理以部分地暴露内部组合物。

任选地，表面最大粗糙度大于2微米。

任选地，表面最大粗糙度大于3微米。

任选地，所述主体组合物包含大于8％w/w的硅，但所述表面组合物包含小于4％w/w的硅。

任选地，植入物包括多个孔。任选地，所述孔包括与植入物的所述表面不同的内表面。任选地，所述内表面包含不同的组合物。任选地，所述孔包括内表面，所述内表面包含植入物的所述表面的组合物。

任选地，主体组合物可以作为多种增强纤维被实施，也如本文描述的。

这些医疗植入物具有独特的机械性质。它们具有巨大的临床益处，因为这些植入物可以具有显著大于目前可用的生物可吸收聚合物植入物的那些机械性质的机械性质。如本文描述的术语“机械性质”可以任选地包括以下中的一种或更多种：弹性模量、拉伸模量、压缩模量、剪切模量、弯矩、惯性矩、抗弯强度(bending strength)、扭转强度、剪切强度、冲击强度、压缩强度和/或拉伸强度。

任选地，可以组合例如关于任何植入物性质、植入物结构或植入物表面处理，或植入物的任何方面的任何组合的如本文描述的任何实施方案或子实施方案。

根据至少一些实施方案，植入物在至少一个机械轴线或机械参数中具有与同一植入物内的至少一个其他机械轴线或机械参数相比，改善的机械性质。因此，植入物可以被认为是各向异性的。如本文定义的机械轴线可以是绘制通过植入物(任选地穿过植入物的中心)的任何线。如本文定义的机械参数可以包括抗弯强度和刚度(抗弯曲力性)、拉伸强度和刚度(抗拉力性)、压缩强度和刚度(抗压缩力性)、剪切强度和刚度(抗剪切力性)或扭转强度和刚度(抗扭转力性)。

任选地，在一个轴线或参数中改善的机械性质是与另一个轴线或参数相比，增加至少50％，并且优选地增加至少100％，更优选地至少200％、300％、400％，并且最优选地至少500％或之间的任何整数值。

任选地，在植入物的一个轴线或参数中改善的机械性质可选地或另外地是与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，增加至少50％，并且优选地增加至少100％，更优选地至少200％、300％、400％，并且最优选地至少500％或之间的任何整数值。

任选地，改善的机械性质是强度，并且在一个轴线或参数中的强度与另一个轴线或参数相比，增加至少50MPa。优选地，强度增加至少100MPa，更优选地至少200MPa、300MPa、400MPa，并且最优选地至少500MPa或之间的任何整数值。

任选地，改善的机械性质是强度，并且植入物的一个轴线或参数中的强度可选地或另外地与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，增加至少50MPa，并且优选地增加至少100MPa，更优选地至少200MPa、300MPa、400MPa，并且最优选地至少500MPa或之间的任何整数值。

任选地，改善的机械性质是弹性模量，并且一个轴线或参数中的模量与另一个轴线或参数相比，增加至少3GPa。优选地，模量增加至少5GPa，更优选地至少8GPa、12GPa、16GPa，并且最优选地至少20GPa或之间的任何整数值。

任选地，改善的机械性质是弹性模量，并且植入物的一个轴线或参数中的模量可选地或另外地与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，增加至少3GPa。优选地，模量增加至少5GPa，更优选地至少8GPa、12GPa、16GPa，并且最优选地至少20GPa或之间的任何整数值。

根据至少一些实施方案，植入物的一个或更多个片段在一个机械轴线中的各向异性与无定形(非对齐)材料相比，优选地大于10％、50％、100％、200％、300％、500％或之间的任何整数值。

根据至少一些实施方案，植入物的一个或更多个片段在一个机械轴线中的各向异性与另一个轴线相比，优选地大于10％、50％、100％、200％、500％、1000％或之间的任何整数值。

根据至少一些实施方案，提供了在一个机械轴线中与另一个机械轴线相比(例如，抗弯相对于拉伸)10％、50％、100％、200％、300％或之间的任何整数值的相对更高的强度。

根据至少一些实施方案，提供了在一个机械轴线中测量的与另一个机械轴线相比10％、30％、50％、100％、200％或之间的任何整数值的相对更高的弹性模量。

不希望受限于封闭的列表或单一假设，本文描述的生物复合材料植入物相对于金属植入物或其他永久植入物(包括不可吸收的聚合物和增强的聚合物或复合材料植入物)表现出显著的益处，因为它们可被接受它们的受试者的身体吸收，并且因此预期植入物在植入之后在体内降解。同样不希望受限于封闭的列表或单一假设，它们相对于先前的可吸收植入物还表现出显著的益处，因为它们在至少一个机械轴线中比非增强可吸收聚合物植入物更坚固且更坚硬。事实上，这些增强的复合聚合物材料甚至可以接近骨密质的强度和刚度，使它们成为用于承载负荷的矫形植入物应用的第一可吸收材料。

在基础水平上，在增强的生物复合材料植入物和来自金属、塑料和其他传统医疗植入物材料的先前植入物之间存在巨大差异。传统的医疗植入物材料是各向同性的，使得它们的机械性质在所有轴线中均是相同的。这简化了植入物设计，因为植入物的机械强度仅基于植入物的几何形状和材料的固有材料性质来确定。不希望受限于封闭的列表或单一假设，对于增强的生物复合材料植入物，生物复合材料(即，无定形或非对齐形式的生物复合材料)的固有材料性质实际上相当低，并且可以接近单独的聚合物的机械性质。因此，由这些生物复合材料构建的植入物的植入物几何形状不固有地确定在机械上坚固或坚硬的植入物。

然而，在至少一些实施方案中，本发明的医疗植入物能够在一个或更多个机械轴线方面和一个或更多个机械参数方面超过先前的生物可吸收植入物(包括先前的生物复合材料植入物)的机械性质。优选地，这些植入物以结构和形式为特征，其中增强纤维在植入物内对齐以便在轴线中提供植入物承重强度和刚度，这些性质是在所述轴线中在生物机械上需要的。因此，整个植入物或植入物的片段是各向异性的(即，它们在不同轴线中具有不同的机械性质)。使用这些各向异性植入物，植入物机械设计不能仅依赖于每个部件的几何形状。相反，增强纤维在植入物内的具体的对齐和产生的各向异性机械轮廓是确定植入物的生物机械功能的关键参数。

除了与各向异性医疗植入物有关的机械考虑之外，存在另外的限制，因为使用这些增强的生物复合材料的医疗植入物由于与由这些复合材料生产部件相关的限制而不能根据现有的植入物设计来设计。

例如，金属植入物或永久聚合物植入物可以通过机械加工来生产。甚至可以机械加工纤维增强的永久聚合物植入物，而不会不利地影响机械性质。然而，可吸收的增强的复合材料植入物不可以在不对下面的材料造成损害的情况下被机械加工，因为机械加工将暴露来自聚合物的增强纤维，因此导致一旦它们在植入之后直接暴露于体液，它们的强度就快速劣化。

在范围的另一端，纯聚合物或非常短(<4mm)的纤维增强的聚合物植入物可以使用直接注射成型工艺来制造。然而，这些材料的注射成型不能产生足够坚固的植入物。因此，需要专门的设计和生产方法以便设计并生产可以得益于先前描述的增强的生物可吸收复合材料的优越机械性质的植入物。

如本文使用的术语“生物可降解的”还指的是在体内可降解、可再吸收或可吸收的材料。

术语“承受负荷的(load bearing)”任选地还包括部分承受负荷。根据各种实施方案，装置(植入物)的承受负荷的性质可以任选地包括以下的挠曲强度：高于200MPa，优选地高于300MPa，更优选地高于400MPa、500MPa，并且最优选地高于600MPa或之间的任何整数值。

如本文描述的生物复合材料矫形植入物以矿物质组合物和生物可吸收聚合物的复合材料为特征。任选地，植入物的大部分或全部表面包含生物可吸收聚合物。这可能是由生物复合材料的基础组合物或由用于生产植入物的生产方法(例如注射成型或压缩成型)造成的。然而，骨与植入物的矿物质组合物组分的附着和整合通常优于骨与聚合物的附着。这可能是由于一个或更多个因素，包括与聚合物组分相比矿物质组分的相对亲水性、与聚合物组分相比矿物质组分增加的孔隙度或另外的因素。

因此，根据本发明的至少一些实施方案，为了改善骨与生物复合材料植入物的附着，提供了这样的植入物，其中包含矿物质组分的植入物表面的百分比被最大化。任选地且优选地，这样的最大化通过将粗糙度或孔隙度引入到生物复合材料植入物的表面来实现，以进一步改善与生物复合材料植入物的骨附着。

应注意的是，这样的最大化可以任选地用以矿物质组合物和生物可吸收聚合物的组合为特征的任何生物复合材料植入物来实现，而不仅仅是如本文描述的这样的植入物。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。本文提供的材料、方法和实例仅为说明性的而并非意图限制。

附图简述

本文仅以示例的方式参考附图来描述本发明。现具体参考详细附图，强调的是，所示的细节仅是示例的方式并且仅用于本发明的优选实施方案的说明性讨论的目的，并且为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用和容易理解的描述是什么而呈现。就这一点而言，不试图以比对于本发明的基本理解所必需的更详细地显示本发明的结构细节，结合附图的描述使得在实践中如何可以体现本发明的若干形式对本领域技术人员明显。

在附图中：

图1示出了根据本发明的至少一些实施方案的一些示例性板；

图2示出了生物复合材料板的各向异性性质，如通过具有相同组成但大多数层以0°(平行)或90°(垂直)与植入物样品(n＝4)的纵向轴线对齐的样品的机械性质的巨大差异证明的；

图3A和图3B示出了样品的代表性实例。图3A示出了大多数层具有垂直于植入物纵向轴线的纤维取向的样品。图3B示出了大多数层具有平行于植入物纵向轴线的纤维取向的样品；

图4示出了生物复合材料板的各向异性性质直接受纤维取向影响，如通过具有相同组成但具有非对齐层(无定形的)或具有以0°(平行)或90°(垂直)与植入物样品(n＝4)的纵向轴线对齐的层的样品的机械性质的巨大差异证明的；

图5A-图5C示出了代表性样品实例。图5A示出了无定形纤维取向样品；图5B示出了大多数层具有垂直于植入物纵向轴线的纤维取向的样品。图5C示出了大多数层具有平行于植入物纵向轴线的纤维取向的样品；

图6示出了示例性生物复合材料样品暴露于强制降解后的弹性模量；

图7示出了示例性生物复合材料样品暴露于强制降解后的挠曲强度；

图8A和图8B是5cm长、2mm OD、1mm ID的代表性中空销针植入物的照片。图8A是销针沿其长度的照片；图8B是销针的横截面的照片；

图9A和图9B是5cm长、2mm OD的代表性销针的照片。图9A是销针沿其长度的照片；图9B是销针的横截面的照片。

图10示出了由于在强制降解的条件下孵育而引起的机械性质的降低。

图11A和图11B显示了图形有限元模拟。图11A示出了具有如在图11B中显示的5个层制成的壁厚的中空圆柱销针植入物上的力分布。

图12示出了如通过SEM成像的表面纹理，表示植入物从模具出来时的表面(A)和在表面处理之后的表面(B)。由于处理，表面粗糙度增加，并且可以看到小的nm(纳米)孔和微米孔，这有利于细胞的向内生长(in-growth)和降解。

图13示出了如通过SEM成像的表面纹理，表示植入物从模具出来时的表面(A)和在表面处理之后的表面(B)。表面粗糙度增加。以不同的放大率拍摄图像。

图14示出了在处理之前(A)和在表面处理之后(B)如通过SEM成像的部分暴露的植入矿物质纤维。由于表面处理，纤维暴露增加。

图15示出了如通过SEM成像的表面纹理，表示植入物从模具出来时的表面(A)和在表面处理之后的表面(B)。由于处理，表面粗糙度增加，～200微米的孔可以被看到，这有利于细胞的向内生长和降解。

图16示出了如通过扫描电子显微镜(SEM)(FEI Quanta FEG 250,Holland)成像的表面横截面，示出植入物外表面层的代表性测量值，在这种情况中为17.6±6.8微米。参考编号：101、107、113、119表示纤维，103、109、111、115表示聚合物边缘，105表示从边缘到最接近的纤维的测量值。

图17A和图17B示出了如通过扫描电子显微镜(SEM)(FEI Quanta FEG250,Holland)成像的表面纹理，表示植入物从模具出来时的表面(A)和在表面处理之后的表面(B)。由于处理，表面粗糙度增加，小的nm孔和微米孔可以被看到，这有利于细胞的向内生长和降解。

图18A和图18B示出了通过聚焦离子束设备(FIB)(Helios 600,FEI)的图像，表示(A)处理之后产生～1微米特征的植入物的表面以及(B)通过FIB做出的示出45微米表面层的代表性尺寸的横截面切片，该表面层具有与内部材料不同的组合物。在这种情况中，表面包括～2.5微米的外部厚层和～40微米的聚合物层的组合，在外部厚层中由于处理，粗糙度增加，小的nm孔和微米孔可以被看到，这有利于初始细胞附着。还可以在图像中看到两种矿物质纤维的横截面。

图19示出了通过扫描电子显微镜(SEM)(FEI Quanta FEG 250,Holland)成像的植入物横截面，表示这样的植入物：该植入物小于60％的周长(这表示小于60％的表面积)在组成上不同于植入物的内部组合物。

图20示出了如通过扫描电子显微镜(SEM)(FEI Quanta FEG 250,Holland)成像的表面纹理，表示在部分地暴露纤维束(白色箭头)的CNC机械加工处理之后的植入物的表面。由于处理，暴露的纤维可以被看到，这有利于细胞的向内生长和降解。

图21示出了证明连续纤维主体组合物的图像。

图22示出了代表性植入物横截面的示意图。示意图不是按比例的，但包括包含一种组合物的植入物主体705、在此情况中包括内表面层703和外表面层701两者的表面层，内表面层703和外表面层701各自具有不同的组合物。

一些实施方案的详述

根据本发明的至少一些实施方案的医疗植入物适合于承载负荷的矫形植入物应用，并且包含一种或更多种生物可吸收材料，其中持续的机械强度和刚度对于适当的植入物功能是至关重要的。

根据本发明的至少一些实施方案，提供了由增强的生物可吸收复合材料制成的矫形植入物，诸如用于骨固定的那些矫形植入物。具体地，根据至少一些实施方案的植入物包括仅可以使用增强的生物可吸收复合材料来实现的特性、特征或性质或具体地有利于包含这些类型的材料的植入物的特性、特征或性质，或任选地两者在单一植入物中的组合。

表面组合物和主体组合物

根据至少一些实施方案，增强的生物复合材料医疗植入物包括内部组合物区域或“主体”和表面区域，该表面区域被定义为包括部分或全部植入物的表面层的区域。

表面区域可以进一步分解成最外部(外部)的表面区域和最内部(内部)的表面区域，其中的每一个可以具有不同的性质。

表面区域可以覆盖植入物的整个表面，但还可以仅覆盖一定百分比的植入物的表面，其余表面具有与内部组合物区域相同的性质。优选地，表面区域覆盖植入物的整个表面的至少大部分。

任选地，一个或更多个插管孔或螺钉孔空隙可以存在于植入物的内侧，其可以被包括或可以不被包括在植入物表面的计算中。

表面区域可以被定义为平均厚度在0.1微米-200微米的范围内，优选地1微米-100微米，更优选地2微米-75微米并且最优选的5微米-50微米的层。

最外部的表面区域可以被定义为具有在0.1微米-100微米，优选地0.5微米-50微米，更优选地1微米-25微米并且最优选地1微米-10微米的范围内的平均厚度的表面区域的外层。

在一个实施方案中，植入物是矿物质纤维增强的生物复合材料植入物，并且与内部组合物区域相比，较少的增强纤维存在于整个表面区域或最外部的表面区域。优选地，表面区域中的纤维与聚合物的重量组成比率小于内部组合物区域中的纤维与聚合物的重量比率的50％，更优选地小于30％，并且最优选地小于10％。任选地，没有纤维存在于表面区域或最外部的表面区域。

在一个实施方案中，最外部的表面区域已经被改性以增加粗糙度和/或孔隙度。

任选地，粗糙度由植入物表面上存在高度等于或小于最外部的表面区域的厚度的隆突、凸起物或突起定义。优选地，这样的隆突、凸起物或突起直径平均小于5微米，更优选地，平均直径小于3微米、小于2微米、小于1微米。任选地，这样的隆突、凸起物或突起存在于最外部的表面区域中，但不存在于最内部的表面区域中。

任选地，粗糙度由以纳米(nm)计的Ra测量定义。优选地，被改性的最外部的表面区域中的粗糙度大于100nm，更优选地大于200nm，并且最优选地大于300nm。优选地，未被改性的表面区域中的粗糙度小于100nm。

任选地，孔隙度被定义为在整个表面区域或最外部的表面层中的全厚度孔(pore)(孔(hole))。优选地，植入物是矿物质纤维增强的植入物，并且表面层中的孔隙暴露矿物质纤维。

任选地，表面区域具有比内部组合物区域更低的矿物质含量。

任选地，内部组合物区域具有：

1％-10％，优选地2％-8％，并且更优选地3％-6％的钠(Na)重量组成。

0.4％-1.5％,优选地0.4％-1.2％，并且更优选地0.8％-1.2％的镁(Mg)重量组成。

1％-20％，优选地5％-15％，并且更优选地9％-13％的硅(Si)重量组成。

小于3％，优选地小于1％的磷(P)重量组成。

1％-20％，优选地1％-10％，优选地1％-3％的钙(Ca)重量组成。

任选地，最内部的表面区域具有比内部组合物区域更低的矿物质含量。

任选地，最内部的表面区域具有：

小于1.9％，优选地小于1.5％的钠(Na)重量组成。优选地，最内部的表面区域的钠重量组成比内部组合物的钠重量组成小50％，并且更优选地小30％。

小于0.3％，优选地小于0.2％的镁(Mg)重量组成。优选地，最内部的表面区域的镁重量组成比内部组合物的镁重量组成小50％，并且更优选地小30％。

小于6％，优选地小于4％的硅(Si)重量组成。优选地，最内部的表面区域的硅重量组成比内部组合物的硅重量组成小50％，并且更优选地小30％。

小于3％，优选地小于1％的磷(P)重量组成。

小于1％，优选地小于0.5％的钙(Ca)重量组成。优选地，最内部的表面区域的钙重量组成比内部组合物的钙重量组成小50％并且更优选地小30％。

任选地，最外部的表面区域具有比最内部的表面区域更高的矿物质含量。

任选地，最外部的表面区域具有：

小于1.9％，优选地小于1.5％的钠(Na)重量组成。

小于1％，优选地小于0.5％的镁(Mg)重量组成。优选地，最外部的表面区域的镁重量组成大于最内部的表面区域的镁重量组成。

小于6％，优选地小于4％的硅(Si)重量组成。优选地，最外部的表面区域的硅重量组成比内部组合物的硅重量组成小50％并且更优选地小30％。

在1％-15％，优选地3％-13％的范围内的磷(P)重量组成。优选地，最外部的表面区域的磷重量组成比最内部的层或比内部组合物或比两者的磷重量组成大至少50％；更优选地大至少70％并且更优选地大至少90％。

在15％-50％，优选地15％-30％的范围内的钙(Ca)重量组成。优选地，最外部的表面区域的钙重量组成比最内部的层的钙重量组成大至少100％，更优选地大至少500％并且最优选地大至少1000％。

具有被改性的表面区域的生物复合材料植入物

根据至少一些实施方案，提供了具有被改性的表面的生物复合材料医疗植入物，其中植入物的最外部的表面层包含大部分生物可吸收聚合物，但其中表面已经被改性，使得植入物的表面包括粗糙、纹理或孔隙，使得与植入物的最外部的表面层相比，增加的量的矿物质组合物被暴露。

如本文使用的最外部的表面层可以定义植入物的最外部的1μm-100μm。优选地，植入物的最外部的1μm-20μm，更优选地最外部的1μm-10μm，并且最优选地外部的1μm-5μm。

暴露的矿物质组合物可以包含为生物复合材料组合物的一部分的矿物质组合物。矿物质组合物可以任选地或另外地包含另一种矿物质诸如羟基磷灰石、磷酸钙、硫酸钙、磷酸二钙、磷酸三钙。

表面的粗糙或纹理可以包括将植入物的内部组合物暴露于植入物的最外部的1μm-100μm的深度，优选地，植入物的最外部的1μm-20μm，更优选地最外部的1μm-10μm，并且最优选地外部的1微米-5微米。

优选地，植入物的最外部的层包含至少30％，更优选地至少50％，更优选地至少70％，并且最优选地至少80％的聚合物。

生物复合材料的组合物包含至少20％，优选地至少30％，更优选地至少40％，并且最优选地至少50％的矿物质组合物。

优选地，植入物的最外部的层的组合物包含比植入物的总组合物更大百分比的聚合物。优选地，至少大10％、20％、30％、50％。

任选地，植入物的被改性的表面包括聚合物表面中的孔。平均孔径优选地在1μm-500μm的范围内，更优选地在10μm-300μm的范围内，更优选地在50μm-250μm的范围内。

优选地，表面使用喷砂表面处理来改性。

优选地，砂包含生物相容性材料。

优选地，砂包含羟基磷灰石、磷酸钙、硫酸钙、磷酸二钙和磷酸三钙的组合。

优选地，砂的平均直径尺寸在10μm-500μm的范围内，更优选地，在20μm-120μm的范围内。

生物可吸收的聚合物

在本发明的优选的实施方案中，生物可降解的复合材料包括生物可吸收的聚合物。

本文描述的医疗植入物可以由任何生物可降解的聚合物制成。生物可降解的聚合物可以是均聚物或共聚物，包括无规共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物。生物可降解的聚合物可以是线性聚合物、支化聚合物或树枝状聚合物。生物可降解的聚合物可以是天然来源或合成来源。合适的生物可降解的聚合物的实例包括但不限于诸如由以下制成的那些聚合物的聚合物：丙交酯、乙交酯、己内酯、戊内酯、碳酸酯(例如，三亚甲基碳酸酯、四亚甲基碳酸酯等)、二氧杂环己酮(例如，1,4-二氧杂环己酮)、δ-戊内酯、l,二氧杂环庚酮(例如l,4-二氧杂环庚-2-酮和l,5-二氧杂环庚-2-酮)、乙二醇、环氧乙烷、酯酰胺、γ-羟基戊酸酯、β-羟基丙酸酯、α-羟基酸、羟基丁酸酯、聚(原酸酯)、羟基链烷酸酯、酪氨酸碳酸酯、聚酰亚胺碳酸酯、聚亚氨基碳酸酯诸如聚(双酚A-亚氨基碳酸酯)和聚(氢醌-亚氨基碳酸酯)、聚氨酯、聚酸酐、聚合物药物(例如聚二氟尼柳(polydiflunisol)、聚阿司匹林和蛋白质治疗剂)及其共聚物和组合。合适的天然生物可降解的聚合物包括由以下制成的那些聚合物：胶原、几丁质、壳聚糖、纤维素、聚(氨基酸)、多糖、透明质酸、树胶、其共聚物和其衍生物及其组合。

根据本发明，生物可降解的聚合物可以是共聚物或三聚物，例如：聚丙交酯(PLA)、聚-L-丙交酯(PLLA)、聚-DL-丙交酯(PDLLA)；聚乙交酯(PGA)；乙交酯的共聚物、乙交酯/三亚甲基碳酸酯共聚物(PGA/TMC)；PLA的其他共聚物诸如丙交酯/四甲基乙交酯共聚物、丙交酯/三亚甲基碳酸酯共聚物、丙交酯/d-戊内酯共聚物、丙交酯/ε-己内酯共聚物、L-丙交酯/DL-丙交酯共聚物、乙交酯/L-丙交酯共聚物(PGA/PLLA)、聚丙交酯-共-乙交酯；PLA的三聚物诸如丙交酯/乙交酯/三亚甲基碳酸酯三聚物、丙交酯/乙交酯/ε-己内酯三聚物、PLA/聚环氧乙烷共聚物；聚缩酚肽；非对称-3,6-取代的聚-1,4-二噁烷-2,5-二酮；聚羟基链烷酸酯诸如聚羟基丁酸酯(PHB)；PHB/b-羟基戊酸酯共聚物(PHB/PHV)；聚-b-羟基丙酸酯(PHPA)；聚-对-二氧环己酮(PDS)；聚-d-戊内酯-聚-ε-己内酯、聚(ε-己内酯-DL-丙交酯)共聚物；甲基丙烯酸甲酯-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物；聚酯酰胺；草酸的聚酯；聚二氢吡喃；聚烷基-2-氰基丙烯酸酯；聚氨酯(PU)；聚乙烯醇(PVA)；多肽；聚-b-苹果酸(PMLA)：聚-b-链烷酸；聚碳酸酯；聚原酸酯；聚磷酸酯；聚(酯酸酐)；及其混合物；以及天然聚合物诸如糖；淀粉、纤维素和纤维素衍生物、多糖、胶原、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、多肽和蛋白质。还可以使用任何上述聚合物的混合物及其各种形式。

生物可降解的复合材料优选地在聚合物基质中体现，所述聚合物基质可以任选地包含任何以上的聚合物。任选地且优选地，它可以包含选自由以下组成的组的聚合物：生物可吸收聚酯、PLLA(聚-L-丙交酯)、PDLLA(聚-DL-丙交酯)、PLDLA、PGA(聚乙醇酸)、PLGA(聚丙交酯-乙醇酸)、PCL(聚己内酯)、PLLA-PCL及其组合。如果使用PLLA，则基质优选地包含至少30％PLLA，更优选地50％，并且最优选地至少70％PLLA。如果使用PDLA，则基质优选地包含至少5％PDLA，更优选地至少10％，最优选地至少20％PDLA。

任选地，聚合物基质的固有粘度(IV)(独立于增强纤维)在0.2dl/g-6dl/g的范围内，优选地1.0dl/g至3.0dl/g，更优选地在1.5dl/g至2.4dl/g的范围内，并且最优选地在1.6dl/g至2.0dl/g的范围内。

固有粘度(IV)是用于测量分子大小的粘度测定法。IV基于聚合物溶液通过窄毛细管的流动时间相对于纯溶剂通过该毛细管的流动时间。

增强的生物复合材料

根据本发明的至少一些实施方案，医疗植入物包含增强的生物复合材料(即，包括先前描述的聚合物并且还掺入通常呈纤维形式的增强填料以增加聚合物的机械强度的生物可吸收复合材料)。为避免疑义，术语“填料”和“纤维”可互换使用以描述增强材料结构。

在本发明的更优选的实施方案中，增强的生物可吸收聚合物是包含任何上述生物可吸收聚合物和优选地呈纤维形式的增强填料的增强的聚合物组合物。增强填料可以包括有机材料或无机(即，天然或合成)材料。增强填料可以是生物可降解的玻璃或玻璃状材料、陶瓷、矿物质组合物(任选地包括羟基磷灰石、磷酸三钙、硫酸钙、磷酸钙中的一种或更多种)、纤维素材料、纳米金刚石或本领域中已知的增加生物可吸收聚合物的机械性质的任何其他填料。填料还可以任选地是生物可吸收聚合物本身的纤维。优选地，增强纤维包括生物可吸收的玻璃、陶瓷或矿物质组合物。

优选地，增强纤维包含基于硅的矿物质化合物，以使得增强纤维包括生物可再吸收的玻璃纤维，其还可以被称为生物玻璃纤维复合材料。

根据至少一些实施方案，生物可再吸收玻璃纤维可以任选地具有以下mol.％范围(作为相对于玻璃纤维组合物的百分比)内的氧化物组成：

Na₂O：11.0mol.％-19.0mol.％

CaO：9.0mol.％-14.0mol.％

MgO：1.5mol.％-8.0mol.％

B₂O₃：0.5mol.％-3.0mol.％

Al₂O₃：0mol.％-0.8mol.％

P₂O₃：0.1mol.％-0.8mol.％

SiO₂：67mol.％-73mol.％

但优选地在以下mol.％范围内：

Na₂O：12.0mol.％-13.0mol.％

CaO：9.0mol.％-10.0mol.％

MgO：7.0mol.％-8.0mol.％

B₂O₃：1.4mol.％-2.0mol.％

P₂O₃：0.5mol.％-0.8mol.％

SiO₂：68mol.％-70mol.％

另外的任选的生物可再吸收玻璃组合物在以下专利申请中被描述，所述专利申请如同在本文中完全阐述地通过引用被并入本文：Biocompatible composite and its use(W02010122098)；以及Resorbable and biocompatible fibre glass compositions andtheir uses(W02010122019)。

增强纤维的拉伸强度优选地在1200MPa-2800MPa的范围内，更优选地在1600MPa-2400MPa的范围内，并且最优选地在1800MPa-2200MPa的范围内。

增强纤维的弹性模量优选地在30GPa-100GPa的范围内，更优选地在50GPa-80GPa的范围内，并且最优选地在60GPa-70GPa的范围内。

增强填料优选地以纤维形式被掺入生物复合材料的生物可吸收聚合物基质中。优选地，这样的纤维是连续纤维。

优选地，连续纤维在植入物内对齐，使得纤维的末端不在植入物的表面打开。

优选地，纤维均匀地分布在植入物内。

具体地，在生物可吸收纤维增强复合材料中，实现许多医疗植入物应用所需要的高强度和刚度可能需要使用连续纤维增强，而不是短纤维增强或长纤维增强。这产生了与先前已经和由包含短纤维增强聚合物或长纤维增强聚合物的聚合物或复合材料生产的医疗植入物一起使用的植入物结构、架构、设计和生产技术的显著差异。那些植入物最常使用注射成型生产技术来生产，或者偶尔使用3-D打印生产技术来生产。这些植入物的生产通常涉及材料在整个植入物中的均匀性，并且然后完成的植入物包含主要的各向同性材料。然而，在连续的纤维增强的情况下，纤维必须小心地对齐，使得每个纤维或纤维束沿着复合材料内的路径，使得它们将沿着植入物内的特定轴线提供增强，以在最需要抗应力性时提供抗应力性。

在至少一些实施方案中，本发明提供了来自连续纤维增强的生物可吸收复合材料的植入物组合物，所述植入物组合物是由先前生物可吸收植入物向前的重要一步，因为它们可以实现可持续的高承受负荷的强度和刚度。此外，本发明的许多实施方案另外地使用小体积的有效植入物来促进这些高强度水平，因为植入物的各向异性性质可以允许植入物在需要那些性质的轴线上实现高机械性质(例如，抗弯曲性)，而不需要在所有其他轴线上均匀地提供高机械性质所需的另外的体积。

根据至少一些实施方案，提供了包括多个复合层的医疗植入物，所述层包含生物可降解的聚合物和多个单向对齐的连续增强纤维。任选地且优选地，生物可降解的聚合物在生物可降解的复合材料中体现。还任选地且优选地，纤维被嵌入在包含一种或更多种生物可吸收聚合物的聚合物基质中。

根据至少一些实施方案，复合层各自包含一个或更多个复合带，所述带包含生物可降解的聚合物和多个单向对齐的连续增强纤维。任选地且优选地，生物可降解的聚合物在生物可降解的复合材料中体现。还任选地且优选地，纤维被嵌入在包含一种或更多种生物可吸收聚合物的聚合物基质中。

优选地，复合带层包含用聚合物预浸渍的增强纤维。

优选地，每个复合层的厚度是0.05mm-0.5mm，更优选地0.15mm-0.35mm，并且最优选地0.1mm-0.25mm。

优选地，每个复合带的宽度是2mm-30mm，更优选地，带的宽度是4mm-16mm，并且最优选地宽度是6mm-12mm。

优选地，相对于整个复合带材料，复合带内的增强纤维含量在20％-70％的范围内，更优选地在30％-60％的范围内，更优选地在40％-50％的范围内，并且最优选地45％-50％。

任选地且优选地，植入物内的纤维增强的生物可降解复合材料具有超过10Gpa的挠曲模量和超过100MPa的挠曲强度。

任选地，植入物内的纤维增强的生物可降解复合材料具有在200MPa-1000MPa的范围内，优选地300MPa-800MPa，更优选地在400MPa-800MPa的范围内，并且最优选地在500MPa-800MPa的范围内的挠曲强度。

任选地，植入物内的纤维增强的生物可降解复合材料具有在10GPa-30GPa的范围内，优选地12GPa-28GPa，更优选地在16GPa-28GPa的范围内，并且最优选地在20Gpa-26GPa的范围内的弹性模量。

任选地，纤维可以与纵向轴线成一定角度(即，在对角线上)对齐，使得纤维的长度可以大于植入物的长度的100％。任选地且优选地，大多数增强纤维与纵向轴线成小于90°，可选地小于60°，或任选地小于45°的角度对齐。

优选地，植入物优选地包括2个-20个之间的复合带层，更优选地2个-10个之间的层，并且最优选地2个-6个之间的层；其中每个层可以在不同方向上对齐，或者一些层可以与其他层在相同的方向上对齐。

优选地，在至少一些层中的纤维之间的最大角度大于每个层中的纤维和纵向轴线之间的角度。例如，一个增强纤维层可以与纵向轴线对齐并且成右对角线，而另一层可以与纵向轴线成左对角线对齐。

任选地且优选地，复合组合物另外地包含增容剂，例如其是如在WO2010122098中描述的这样的剂，所述专利如同在本文中完全阐述地通过引用被并入本文。

增强纤维直径优选地在2um-40um的范围内，优选地8um-20um，最优选地12um-18um(微米)。

优选地，植入物仅包含增强纤维的一种组合物。

优选地，纤维不在植入物的表面打开。

先前已经记载了增强的聚合物组合物的许多实例。例如：A biocompatible andresorbable melt derived glass composition where glass fibers can be embeddedin a continuous polymer matrix(EP 2 243 749 A1)、Biodegradable compositecomprising a biodegradable polymer and 20-70vol％glass fibers(WO2010128039A1)、Resorbable and biocompatible fiber glass that can be embedded in polymermatrix(US 2012/0040002 A1)、Biocompatible composite and its use(US 2012/0040015 A1)、Absorbable polymer containing poly[succinimide]as a filler(EP0671 177 B1)。

在本发明的更优选的实施方案中，增强填料与生物可吸收聚合物共价结合，使得增强效果维持持续延长的时间段。这样的方法已经在US 2012/0040002 Al和EP 2243500B1中被描述，所述专利如同在本文中完全阐述地通过引用被并入本文，所述专利讨论了包含生物相容性玻璃、生物相容性基质聚合物和能够形成共价键的偶联剂的复合材料。

植入物的制造

任何上述生物可吸收聚合物或增强的生物可吸收聚合物可以被制造成用于与本发明一起使用的任何期望的物理形式。聚合物基材可以例如通过压缩成型、浇铸、注射成型、拉挤成型、挤出成型、缠绕成型、复合流动成型(CFM)、机械加工或本领域技术人员已知的任何其他制造技术来制造。聚合物可以被制成任何形状，诸如例如板、螺钉、钉子、纤维、薄片、杆、缝钉、夹子、针、管、泡沫或适合于医疗装置的任何其他构造。

承载负荷的机械强度

本发明特别地涉及可以被用于需要与骨的刚度相比高强度和刚度的医疗应用中的生物可吸收复合材料。这些医疗应用需要医疗植入物承受由身体施加的或向身体施加的全部负荷或部分负荷，并且因此通常可以被称为“承载负荷的”应用。这些应用包括骨固定、骨折固定、肌腱重附着、关节置换、脊柱固定以及脊保持架。

从用于在承载负荷的医疗植入物中使用的生物可吸收复合材料(诸如增强的生物可吸收聚合物)中优选的挠曲强度是至少200MPa，优选地高于400MPa，更优选地高于600MPa，并且甚至更优选地高于800MPa。用于与本发明一起使用的生物可吸收复合材料的弹性模量(或杨氏模量)优选地是至少10GPa，更优选地高于15GPa，并且甚至更优选地高于20GPa但不超过100GPa，并且优选地不超过60GPa。

持续的机械强度

需要本发明的生物可吸收的承载负荷的医疗植入物维持其机械性质(高强度和刚度)持续延长的时间段以允许足够的骨愈合。强度和刚度优选地保持高于骨密质的强度和刚度，分别为约150MPa-250MPa和15GPa-25GPa，在体内(即在生理环境中)持续至少3个月，优选地至少6个月，并且甚至更优选地持续至少9个月的时期。

更优选地，挠曲强度保持高于400MPa，并且甚至更优选地保持高于600MPa。

本发明克服了先前方法的局限，并且提供了包含生物可降解的组合物的医疗植入物，所述医疗植入物保持其高机械强度和刚度持续足以完全支撑骨再生和康复的延长的时间段。

如本文使用的“生物可降解的”是包括由于在体内分散的降解而分解的材料(例如聚合物)的一般术语。在体内生物可降解材料的质量的减少可能是由宿主组织内的物理化学条件(例如，湿度、pH值)催化的被动过程的结果。在生物可降解的优选的实施方案中，在体内生物可降解材料的质量的减少还可以由于降解副产物的简单过滤或者在材料的代谢(“生物再吸收”或“生物吸收”)之后通过天然途径来消除。在任一情况中，质量的减少可以导致初始异物的部分消除或完全消除。在优选的实施方案中，所述生物可降解的复合材料包括由于大分子在水性环境中降解而经历链断裂的生物可降解的聚合物。

如果聚合物能够分解成可以被代谢或从身体中消除而没有危害的小的无毒片段，则聚合物是如本文描述的“可吸收的”。通常，可吸收聚合物在暴露于身体组织时膨胀、水解并降解，从而导致显著的重量损失。在一些情况中，水解反应可以被酶促催化。完全的生物吸收(即，完全的重量损失)可能花费一些时间，尽管优选地，完全的生物吸收在24个月最优选地在12个月内发生。

术语“聚合物降解”意指相应聚合物的分子量的减少。对于在本发明的范围内优选使用的聚合物，所述降解是由于酯键的断裂由游离水诱导的。如例如在如实施例中描述的生物材料中使用的聚合物的降解遵循本体溶蚀(bulk erosion)的原理。

因此，分子量的连续减少先于非常明显的质量损失。这样的质量损失归因于降解产物的溶解度。用于确定水诱导的聚合物降解的方法是本领域周知的，例如降解产物的滴定、粘度测定法、差示扫描量热法(DSC)。

本体降解指的是以下降解过程：其中存在通过正在降解的材料(诸如植入物的主体)的至少一些流体灌注，从而有效地降解植入物的材料的本体(与单独的外表面相反)。这个过程具有许多效果。不希望受限于封闭的列表，这样的本体降解意指简单地使植入物更大或更厚可能不会导致提高的保留强度。

表面降解指的是其中外表面经历降解的降解过程。然而，如果几乎不存在或不存在通过正在降解的材料的灌注的流体，那么预期不在表面的植入物的部分相对于其中发生或更广泛地发生这样的灌注的植入物具有提高的保留强度。

材料特异性设计益处

不希望受限于封闭的列表，材料特异性设计益处任选地由此材料制造的植入物的以下独特特性中的一个或更多个提供：

1.可吸收结构植入物，其中强度和刚度性质是各向异性的。这些植入物的抗弯曲性和其他机械性质极大地取决于部件的具体设计和增强纤维在部件内的对齐的具体设计。因此，可能有效地设计这样的植入物，使得它们在必要的轴线上提供足够的支撑(例如，挠曲刚度)，而不包含将在其余轴线上提供等效支撑(例如，拉伸刚度)的过量材料。

2.用于可吸收植入物的低轮廓/微创/材料有效设计，其利用增强的可吸收复合材料的强度和刚度特性，以产生以最小轮廓实现骨固定的植入物。“最小轮廓”意指与不是由这样的复合材料制成的等效的当前可用的植入物相比，植入物在至少一个维度中尺寸减小。

3.承载负荷的可吸收骨植入物，其不同于不接近骨密质的刚度的先前的可吸收植入物。

4.小功能特征，例如需要增强以便足够坚固地起作用的锚定件、脊、齿等。先前的可吸收材料可能已经不具有用于这样的特征的足够强度。

5.根据纤维增强复合材料特异性的制造技术(例如压缩成型、拉挤成型等)生产的能力。

6.与可以由使用高模量(诸如金属)植入物所引起的应力梯级或应力屏蔽的创伤相比，对包括软组织和骨组织两者在内的周围组织的损伤减少。

因此，根据至少一些实施方案，本发明提供了用作承载负荷的目的的结构固定的医疗植入物，展现出持续的机械性质。

根据至少一些实施方案，本发明还包括生物可降解的复合材料，其中现有技术材料的缺点可以被最小化或甚至被消除，即复合材料在体内保持其强度和模量持续足以进行例如骨愈合的时间段。如在此使用的机械强度包括但不限于抗弯强度、扭转强度、冲击强度、压缩强度和拉伸强度。

在至少一些实施方案中，目前要求保护的发明涉及包含生物相容性聚合物和多种增强纤维的生物复合材料，其中所述增强纤维以平行取向定向。

生物复合材料具有一种或更多种机械性质，其以与具有以非平行取向定向的增强纤维的这样的材料相比的增加的范围或程度为特征。任选地，这样的非平行取向是垂直取向或无定形(非定向)取向、弹性模量、拉伸模量、压缩模量、剪切模量、弯矩、惯性矩、抗弯强度、扭转强度、剪切强度、冲击强度、压缩强度和/或拉伸强度。增加的范围或程度可以任选地是至少两倍大、至少五倍大、至少十倍大、至少二十倍大、至少五十倍大或至少一百倍大或之间的任何整数值。

任选地，机械性质可以包括挠曲强度、弹性模量和最大负荷中的任一个、它们中的任一对或它们中的所有。任选地，密度和/或体积不变或在5％内、在10％内、在15％内、在20％内、之间的任何整数值或高达50％的任何整数值内类似。

任选地，本文描述的生物复合材料植入物是可膨胀的，具有至少0.5％的可膨胀性、至少1％、2％的可膨胀性和小于20％的可膨胀性，优选地小于10％或之间的任何整数值。

任选地，在一个机械轴线中的可膨胀性大于在第二机械轴线中的可膨胀性。优选地，轴线之间的膨胀百分比(％)的差异是至少10％、至少25％、至少50％或至少100％或之间的任何整数值。

在暴露于生物条件持续1小时、12小时、24小时、48小时、五天、一周、一个月、两个月或六个月或之间的任何时间值之后，生物复合材料植入物优选地保留挠曲强度、模量和/或最大负荷和/或体积的至少10％、至少20％、至少50％、至少60％、至少75％、至少85％或高达100％或之间的任何整数值。“生物条件”意指温度在30℃-40℃之间，但优选地在37℃。任选地，在“模拟体液”条件下，流体条件也复制身体内的那些流体条件。

植入物或植入物片段的挠曲强度是优选地至少200MPa、至少400MPa、至少600MPa、至少1000MPa或之间的任何整数值。

相关的植入物可以包括骨固定板、髓内钉、关节(髋、膝、肘)植入物、脊柱植入物和用于诸如用于骨折固定、肌腱重附着、脊柱固定和脊保持架的这样的应用的其他装置。

根据至少一些实施方案，提供了用于骨固定或软组织固定的包含生物可降解的复合材料的医疗植入物，其中所述复合材料任选地且优选地具有以下性质：

(i)其中生物可降解的复合材料包含一种或更多种生物可降解的聚合物和可再吸收的增强纤维；并且

(ii)其中包含一个或更多个片段的医疗植入物具有在6GPa至30GPa的范围内的最大挠曲模量和在100MPa至1000MPa的范围内的挠曲强度；并且

(iii)其中复合材料的平均密度在1.1g/cm³-3.0g/cm³的范围内。

优选地，复合材料的平均密度在1.2g/cm³-2.0g/cm³的范围内。

更优选地，复合材料的平均密度在1.3g/cm³-1.6g/cm³的范围内。

优选地，挠曲模量在10GPa至28GPa的范围内，并且更优选地在15GPa至25GPa的范围内。

优选地，挠曲强度在200MPa-800MPa的范围内。更优选地400MPa-800MPa。

在本发明的优选的实施方案中，在50℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后至少50％的弹性模量被保留。更优选地至少70％被保留，并且甚至更优选地至少80％被保留。

在本发明的优选的实施方案中，在50℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后至少20％的强度被保留。更优选地至少30％被保留，并且甚至更优选地至少40％被保留。

在本发明的优选的实施方案中，在37℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后至少50％的弹性模量被保留，更优选地至少70％，并且甚至更优选地至少85％。

在本发明的优选的实施方案中，在37℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后至少30％的强度被保留，更优选地至少45％，并且甚至更优选地至少60％。

具体地，关于包含可以是各向异性的一个或更多个片段的本文描述的医疗植入物，这种各向异性反映了与先前在医疗植入物以及具体地矫形植入物中已经接受的各向异性的显著偏差，因为各向异性结构产生在其中一个或更多个轴线中存在机械性质的植入物，所述机械性质小于可以通过由植入物包含的材料实现的最佳机械性质。相比之下，传统植入物已经依赖于它们包含的材料的均匀的机械性质，因为这不需要在任何轴线中折衷。

各向异性方法仅可以在确定在某些轴线中与其他轴线相比需要更大的植入物机械性质的生物机械分析之后应用。例如，植入物可以经受非常高的弯曲力，但仅经受标称拉力，并且因此需要对弯曲力更多地强调。医疗植入物中的其他相关轴线的力可以包括拉力、压缩力、弯曲力、扭转力、剪切力、拉拔(从骨中)力等。

存在影响植入物的机械性质的若干个因素。如上文描述的，材料组成单独地产生通常均匀的或各向同性的结构。不希望受限于封闭的列表或单一假设，在纤维增强的生物复合材料医疗植入物内，各向异性结构可以由以下特性中的一个或更多个引起：

1.增强纤维与生物聚合物的重量比。优选地，此比率在1:1至3:1的范围内，并且更优选地1.5:1至2.5:1。

2.医疗植入物的密度(此特性也在一定程度上由增强纤维与聚合物的比率确定)。

3.增强纤维的直径。平均纤维直径优选地在5μm和50μm之间。更优选地在10μm-30μm之间。

4.纤维的长度(连续纤维、长纤维、短纤维)。优选地，具有含穿过整个植入物的纤维的连续纤维增强。

5.纤维或纤维层的对齐。优选地，在植入物的每个片段中，大多数纤维或纤维层与将暴露于最高弯曲力的轴线对齐或部分对齐。如果部分对齐，则优选地在轴线的45°角内。

6.在任何给定方向中对齐的纤维或纤维层的数目。优选地，纤维层在厚度上是0.1mm至1mm，并且更优选地0.15mm至0.25mm。

7.纤维层的顺序。

在本发明的一个实施方案中，医疗植入物是销针、螺钉或引线。

优选地，2mm外径的销针或引线将具有大于200N的剪切负荷承载能力。更优选地，2mm销针的剪切负荷承载能力将超过400N，并且最优选地将超过600N。

临床应用

本文讨论的医疗植入物通常被用于骨折复位和固定以恢复解剖关系。这样的固定任选地且优选地包括以下中的一种或更多种，并且更优选地包括以下中的所有：稳定固定、保留血液到骨和周围软组织的供给以及部件和患者的早期主动松动。

存在若干种示例性、说明性、非限制性类型的骨固定植入物，对此，根据本发明的至少一些实施方案描述的材料和概念可以是相关的，所述植入物如下：

螺钉

螺钉被用于内部骨固定，并且存在基于骨折的类型和将如何使用螺钉的不同设计。螺钉具有用于不同尺寸的骨的不同尺寸。螺钉可以单独被用于保持骨折，也可以与板、杆或钉子一起使用。在骨愈合后，螺钉可以被留在原处或被移除。

螺钉是螺纹的，尽管螺纹可能是完整的或部分的。螺钉可以包括压缩螺钉、锁紧螺钉和/或具插管的螺钉。对于较小的骨固定，螺钉外径可以小至0.5mm或1.0mm，但通常小于3.0mm。较大的骨密质螺钉可以高达5.0mm，并且骨松质螺钉甚至可以达到7-8mm。一些螺钉是自动攻丝，并且其他螺钉在螺钉插入之前需要钻孔。对于具插管的螺钉，中间的中空部分通常比直径大1mm，以便容纳导线。

引线/销针

引线通常被用于将骨头钉在一起。它们通常被用于将太小而不能用螺钉固定的骨块保持在一起。它们可以与其他形式的内部固定结合使用，但是它们可以单独用于治疗小型骨(例如在手或脚中发现的那些骨)的骨折。引线或销针可以在一侧或两侧上具有用于插入或钻入骨中的尖点。

“K-引线”是通常由不锈钢、钛或镍钛合金制成并且尺寸在0.5mm-2.0mm直径和2cm-25cm长度的范围内的特定类型的引线。“Steinman销针”通常在2.0mm-5.0mm直径和2cm-25cm长度的范围内。尽管如此，用于骨固定的术语销针和引线在本文中可互换使用。

锚定件

锚定件以及特别地缝合锚定件是用于将肌腱和韧带固定到骨的固定装置。它们包括插入骨中的锚定机构和缝合线穿过的锚定件中的一个或更多个孔眼、孔或环。这将锚定件连接到缝合线。插入骨中的锚定件可以是螺钉机构或干涉机构(interferencemechanism)。锚定件通常在1.0mm-6.5mm直径的范围内。

缆线、扎带、引线扎带

缆线、扎带或引线扎带(引线扎带的一个实例是Synthes ZipFix^TM)可以被用于通过环扎术或使骨结合在一起来进行固定。这样的植入物可以任选地将由于骨损伤或植入物轴在骨内的存在而不能使用穿透螺钉或引线/销针来固定的骨保持在一起。通常，这样的缆线或扎带植入物的直径任选地在1.0mm-2.0mm的范围内，并且优选地在1.25mm-1.75mm的范围内。引线扎带的宽度可以任选地在1mm-10mm的范围内。

钉子或杆

在一些长骨的骨折中，将骨块保持在一起的最佳医疗实践是通过将杆或钉子插入穿过通常含有一些骨髓的骨的中空中心。在杆的每一端的螺钉被用于保持骨折以免于缩短或旋转，并且还将杆保持在原位，直至骨折已经愈合。在愈合完成后，杆和螺钉可以被留在骨中。用于骨固定的钉子或杆在长度上通常是20cm-50cm，并且在直径上是5mm-20mm(优选地9mm-16mm)。位于钉子或杆的中间的中空部分通常大于1mm直径，以便容纳导线。

骨固定植入物的其他非限制性、说明性实例可以任选地包括板(plates)、板(plate)和螺钉系统以及外部固定器。

任何上述骨固定植入物可以任选地被用于固定各种骨折类型，包括但不限于粉碎性骨折、节段性骨折、非愈合性骨折(non-union fracture)、具有骨损失的骨折、近端和远端骨折、骨干骨折、截骨部位等。

抗弯曲性

对用于骨固定的引线或销针的主要机械挑战是在弯曲/挠曲应力下提供机械支撑(即，抗弯曲性)，以防止应力在骨折中的骨表面之间产生可以阻止良好的骨愈合的间隙。对于可吸收的骨固定植入物，期望植入物提供抗弯曲性，使得当暴露于弯曲应力时植入物偏转的量类似或小于其固定的骨。还期望植入物提供具有最小轮廓(即，最小量的材料)的此抗弯曲性，以便使降解产物随时间推移的量最小化并且还降低植入物成本。

对于引线或销针，其在经历挠曲应力时经历的偏转的量与以下直接相关：(i)制成植入物的材料的挠曲模量；以及(ii)跨正被施加挠曲应力的轴线的引线或销针的横截面的二次惯性矩。

二次惯性矩指的是与抗弯曲和偏转的能力直接相关的形状的性质。二次惯性矩可以可选地被称为截面惯性矩(second moment of area)、平面惯性矩、面积惯性矩、极面积矩或二次面积矩。

在本发明的优选的实施方案中，如用挠曲/弯曲测试测量的植入物或植入物的片段的弹性模量大于如用拉伸测试测量的植入物或植入物的片段的弹性模量。优选地，差异大于5％，更优选地，差异大于10％，甚至更优选地大于20％、30％、40％、50％。

在本发明的优选的实施方案中，植入物的挠曲/抗弯强度大于其拉伸强度或压缩强度。在更优选的实施方案中，此差异大于5％。甚至更优选地，与拉伸强度或压缩强度相比，更高的挠曲/抗弯强度大至少10％、30％、50％、70％，并且最优选地大100％。

在任选的实施方案中，根据本发明的至少一些实施方案描述的医疗植入物的各向异性性质导致弯曲轴线上的机械性质优于拉伸轴线或压缩轴线上的机械性质。此差异可以至少部分地通过增强纤维与生物可吸收聚合物基质的对齐、取向或结构来确定，如上文更详细地描述的。

在中空管几何形状中，它的挠曲/弯曲刚度相对大于其拉伸刚度。挠曲刚度是相对于弯曲轴线周围的二次惯性矩，例如，正方形销针/梁的中线轴周围的二次惯性矩是Ix＝bh3/12，并且对于中空圆形销针/梁，Ix＝π(do4-di4)/64。相反地，拉伸刚度相对于横截面面积，对于正方形销针/梁，A＝bh，并且对于中空圆形销针/梁，A＝π(do2-di2)/4。

在本发明的优选的实施方案中，在植入物内存在一个或更多个空隙，使得跨植入物的中线轴的引线或销针的横截面的二次惯性矩小于具有相同或类似外部尺寸但无空隙(即，完整或实心)横截面区域的这样的部件的二次惯性矩。优选地，二次惯性矩的减少比实心部件小30％，更优选地小20％，并且最优选地小10％。

可选地，引线或销针可以包括在引线或销针的不同支柱、肋、臂等之间的开放空间，使得引线或销针形成星型横截面，从而类似地提供相对于其拉伸刚度增加的相对挠曲刚度。

优选地，与具有如先前描述的类似尺寸的实心部件相比，引线或销针的平均横截面面积比其横截面的平均二次惯性矩减少了更大的百分比。更优选地，横截面面积减少了大于20％，而二次惯性矩减少了小于20％。甚至更优选地，横截面面积减少了大于20％，而二次惯性矩减少了小于10％。

尺寸

对于矫形植入物，期望植入物具有最小轮廓，以便允许具有最小的软组织损伤的植入。此外，优选的是，生产具有足够稳健性以提供必要机械强度但是不另外含有异物的植入物。

在本发明的优选的实施方案中，引线或销针的外径小于15mm，更优选地小于10mm，甚至更优选地小于5mm，并且最优选地小于3mm。

在本发明的优选的实施方案中，引线或销针的壁厚小于5mm，更优选地小于3mm，甚至更优选地小于1mm，并且最优选地小于0.7mm。

植入物中的空隙

如上文描述的，可以期望拥有中空的引线或销针，以便使用最有效量的材料提供抗弯曲性。尽管如此，存在涉及在骨中植入中空植入物的潜在并发症，因为非骨组织细胞(诸如成纤维细胞)可以穿透到中空空隙中并且因此阻止或减缓该区域中骨的再生。

在本发明的优选的实施方案中，引线或销针在内部含有中空部分或空隙，但这样的空隙被覆盖，使得细胞不能在植入物材料降解之前侵入空隙。

在本发明的另一个实施方案中，中空部分可以填充有活性成分诸如抗生素、生长因子或骨填料，以防止这样的侵入。

在另一个实施方案中，中空部分可以被用于经由中空引线或销针的壁中的孔来将活性成分引入到骨折区域中。

实施例#1

以下实施例描述了本文描述的增强的生物复合材料植入物的各向异性性质影响植入物的机械性质的程度。根据机械性质参数，医疗植入物或医疗植入物部件中的各向异性程度的差异甚至可以达到5倍或更大。不希望受限于单一假设，这些差异可能是由于增强纤维在植入物内的对齐之间的差异。

材料和方法

模拟用于小型骨固定的板的矩形测试样品(尺寸50.8mm x 12.7mm x 1mm)使用增强的复合材料来生产。复合材料(material composite)包含用40％-50％w/w连续矿物质纤维增强的PLDLA 70/30聚合物。矿物质纤维是如对于Lehtonen TJ等人Acta Biomaterialia9(2013)4868-4877中的组合物“NX-8”描述的。具体地，矿物质组合物是约Na₂O 14％w/w、MgO 5.4％w/w、CaO 9％w/w、B₂O₃ 2.3％w/w、P₂O₅ 1.5％w/w和SiO₂ 67.8％w/w。所有测试样品来自通过将五层复合材料压缩成型制造的一个板，每层复合材料包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物。每个层是0.18mm厚。

在四个样品中，各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、45°、0°、-45°、0°。在四个其他样品中，各层相对于纵向轴线的取向是90°(垂直于植入物纵向轴线)、-45°、90°、45°、90°。

根据ASTM D790-10，使用500N负荷传感器和3点弯曲夹具(220Q1125-95,TestResources,MN,USA)测试植入物样品的挠曲强度、弹性模量和最大负荷。负荷跨度是25.4mm，并且十字头速度被设定为1.092mm/min。测量样品的尺寸、重量和密度。两种处理之间的统计学比较使用t检验进行。使用p＝0.05的置信水平。

结果

图2示出了生物复合材料板的各向异性性质，如通过具有相同组成但具有以0°(平行)或90°(垂直)与植入物样品(n＝4)的纵向轴线对齐的大多数层的样品的机械性质的巨大差异证明的。数值结果汇总在表1中。

表1：各向异性植入物的统计学上显著的机械性质的平均值和标准偏差。(n＝4)。不同样品的密度和体积是类似的。

图3示出了样品的代表性实例。图3A示出了具有纤维取向垂直于植入物纵向轴线的大多数层的样品。图3B示出了具有纤维取向平行于植入物纵向轴线的大多数层的样品。样品B的机械性质优于样品A的那些机械性质。此实施例中的机械性质的各向异性大于500％。各向异性被计算为通过将如针对具有垂直(横向(tranverse))纤维对齐的样品测量的机械参数值中的每一个除以如针对具有平行纤维对齐的样品测量的对应值的百分比。

实施例#2

以下实施例描述了本文描述的增强的生物复合材料植入物的各向异性性质影响植入物的机械性质的程度。另外，此实施例示出了，相对于具有使期望的轴线上的机械性质(在此情况中为弯曲力)最大化的增强纤维对齐的本文描述的各向异性医疗植入物，包含随机分布或无定形的增强的生物复合材料组合物的植入物将在期望的轴线上具有远远低劣的机械性质。

实施例还在以下方面证明了各向异性：当通过挠曲测试测量时，根据挠曲测试的方向性，模量可以高于或低于同一部件的拉伸模量。

材料和方法

模拟用于小型骨固定的板的矩形测试样品(尺寸50.8mm x 12.7mm x 0.7mm)使用增强的复合材料来生产。复合材料如实施例1中描述的。

16个测试样品通过四层复合材料的压缩成型来生产、制造。每个层是0.18mm厚。在四个样品中，样品各自包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物，其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、0°、0°、0°。在四个其他样品中，各层相对于纵向轴线的取向是90°(垂直于植入物纵向轴线)、90°、90°、90°。在四个其他样品中，嵌入连续纤维的层不是单向对齐的，而是层被切成约3mm的段，并且然后一起成型成整体的矩形板。换言之，这最后四个样品的组成与连续纤维组的组成相同，但材料以具有在下文中被称为“无定形”形式的随机对齐来使用。

根据ASTM D790-10，使用500N负荷传感器和3点弯曲夹具(220Q1125-95,TestResources,MN,USA)测试12个植入物样品的挠曲强度、弹性模量和最大负荷。负荷跨度是25.4mm，并且十字头速度被设定为1.47mm/min(由于较薄的尺寸，对于无定形板为1.71mm/min)。测量样品的尺寸、重量和密度。

根据改进的ASTM D3039M，使用5KN负荷传感器和适当的夹具(220Q1125-95,TestResources,MN,USA)测试4个植入物样品(n＝4)的拉伸强度、拉伸模量和最大负荷。样品跨度在测试开始时是30mm，并且十字头速度被设定为2mm/min。

记录样品的尺寸、重量和密度。

结果

图4示出了生物复合材料板的各向异性性质直接受到纤维取向的影响，如通过具有相同组成但具有非对齐层(无定形的)或具有以0°(平行)或90°(垂直)与植入物样品(n＝4)的纵向轴线对齐的层的样品的机械性质的巨大差异证明的。表2汇总了机械性质的数值结果；

表2：各向异性植入物的统计学上显著的机械性质的平均值和标准偏差。(n＝4)。

表3：植入物的拉伸机械性质的平均值和标准偏差(n＝4)。

图5示出了代表性样品实例。图5A示出了无定形纤维取向样品；图5B示出了具有纤维取向垂直于植入物纵向轴线的大多数层的样品。图5C示出了具有纤维取向平行于植入物纵向轴线的大多数层的样品。样品C的机械性质优于样品A和样品B的那些机械性质；然而样品A具有优于样品B的性质，这大概是由于至少一些平行纤维的存在。

实施例#3

实施例3与实施例1和实施例2的不同之处在于，使用相同的复合材料生产矩形板植入物，但使用产生较低密度的不同生产方法。此实施例示出，与实施例1和实施例2中描述的原本类似的较高密度样品相比，具有较低密度的这样的样品具有低劣得多的机械性质。密度变化是由于生产方法。不希望受限于单一假设，密度取决于在生产过程中植入物中掺入多少空气或水。

材料和方法

模拟用于小型骨固定的板的矩形测试样品(尺寸50.8mm x 12.7mm x 1.1mm)使用增强的复合材料来生产。复合材料如实施例1中描述的。

四个测试样品通过以下两步法来生产、制造：1)使用热空气鼓风机将两个完整的复合材料层缠绕在40mm直径的管周围，以使各层彼此粘附并形成两层的生物复合材料管；2)将生物复合材料管切割成两个薄片，并使用热钢块将薄片彼此倚靠压紧。每个层是0.18mm厚。产生的样品各自包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物，其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是8°、-8°、8°、-8°。此特定对齐被设计成接近0°，并且如果所有其他参数相等，则将预期其接近实施例2中描述的0°(平行)样品的机械性质。

根据ASTM D790-10，使用500N负荷传感器和3点弯曲夹具(220Q1125-95,TestResources,MN,USA)测试植入物样品的挠曲强度、弹性模量和最大负荷。负荷跨度是25.4mm，并且十字头速度被设定为0.942mm/min。测量样品的尺寸、重量和密度。两种处理之间的统计学比较使用t检验进行。使用p＝0.05的置信水平。

结果

表4示出了增强的复合材料之间的结构差异的显著性。预期具有本文描述的8度纤维偏移的对齐将与实施例1中描述的平行纤维对齐几乎相同，然而强度和模量急剧降低。不希望受限于单一假设，据信在此实施例(实施例3)中看到的低得多的密度是原因或至少是显著的影响因素。

表4：各向异性植入物的机械性质的平均值和标准偏差。(n＝4)。

实施例#4

以下实施例描述了各向异性生物复合材料植入物在暴露于苛刻的加速降解条件之后如何保留显著的机械性质(模量和强度)。

材料和方法

八个测试样品通过将四个或五个复合材料层压缩成型来生产、制造。每个层是0.18mm厚。在四个样品中，五层样品各自包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物，其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、45°、0°、-45°、0°。在四个其他样品中，四层样品各自包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物，其中各层相对于纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、45°、-45°、0°。

根据ASTM D790-10，使用500N负荷传感器和3点弯曲夹具(220Q1125-95,TestResources,MN,USA)测试植入物样品的挠曲强度、弹性模量和最大负荷。负荷跨度是25.4mm，并且十字头速度被设定为1.536mm/min。在时间＝0时或在模拟体液(SBF)中孵育之后测试植入物。SBF包含：142mol/m³Na⁺、5mol/m³K⁺、1.5mol/m³Mg²⁺、2.5mol/m³Ca²⁺、147.8mol/m³Cl^-、4.2mol/m³HCO₃ ^-、1mol/m³HPO₄ ^3-、0.5mol/m³SO₄ ^2-。样品在60℃或50℃在振荡培养箱(Wis-30振荡培养箱，Witeg,Germany)中以30rpm孵育持续3-4天。

结果

图6和图7：在暴露于50℃的加速降解条件持续三天之后，两组样品保留其>80％的弹性模量和其>30％的挠曲强度。50℃是针对用于加速降解的孵育条件的最高指示温度，因为生物复合材料的Tg是～56℃。图6示出了暴露于强制降解后的弹性模量，而图7示出了暴露于强制降解后的挠曲强度。

实施例#5

以下实施例描述了具有增强的生物复合材料的中空销针植入物的生产。如同板一样，具有有各向异性特性的对齐的中空销针在期望的弯曲力参数方面产生了较高的机械性质。

材料和方法

尺寸适合于小型骨固定的中空销针植入物(2mm OD，1mm ID，5cm)由如实施例1中描述的组合物的复合材料制成。分两步制造销针植入物，并且生产两种类型的销针植入物：平行对齐和无定形对齐。

对于平行对齐样品(n＝7)，0.5mm-0.6mm的板通过压缩成型三个0.18mm厚的生物复合材料的层来生产。板各自包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物，其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、0°、0°。两个5cm长的板片段被放入管模具中，使得平行纤维取向也平行于销针的纵向。因此板片段被成型成管形式以形成其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、0°、0°的管。

对于无定形对齐样品(n＝3)，0.5mm-0.6mm的板通过压缩成型三个0.18mm厚的生物复合材料的层来生产。板各自包含具有嵌入的连续纤维的PLDLA聚合物，所述嵌入的连续纤维不是单向对齐的，而是各层被切成约3mm的片段，并且然后一起成型成整体的矩形板。

两个5cm长的板片段被放入管模具中。因此板片段被成型成管形式以形成具有无定形对齐的管。

根据改进的ASTM D790-10，使用500N负荷传感器和3点弯曲夹具(220Q1125-95,TestResources,MN,USA)测试植入物销针样品的挠曲强度、弹性模量和最大负荷。负荷跨度是25.4mm，并且十字头速度被设定为2mm/min。

根据以下计算挠曲模量：

其中d₀是管的外直径，d_i是管的内直径，并且L是支撑跨度。

根据以下计算挠曲弹性模量：

结果

表5示出了如上文描述的平行对齐、测试并且然后计算的材料的销针的各种机械参数的数值汇总。表5示出了无定形(非对齐)销针的相应结果。除了体积和密度之外，由平行对齐的材料制成的销针具有比由无定形材料制成的销针大将近四倍的机械性质。

表5：与无定形(非对齐)销针相比，平行对齐的销针的机械性质的平均值和标准偏差

图8是5cm长、2mm OD、1mm ID的代表性中空销针植入物的照片。图8A是销针沿其长度的照片；图8B是销针的横截面的照片。

实施例#6

以下实施例描述了非中空的增强的生物复合材料销针植入物的生产。材料和方法

尺寸适合于小型骨固定的销针植入物(2mm OD，5cm)由如实施例1中描述的组合物的复合材料制成。分两步制造销针植入物。0.5mm-0.6mm的板通过压缩成型三个0.18mm厚的生物复合材料的层来生产。板各自包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物，其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、0°、0°。四个5cm长的板片段被放入圆柱模具中，使得平行纤维取向也平行于销针的纵向。因此板片段被成型成圆柱形式以形成其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、0°、0°的圆柱。

根据改进的ASTM D790-10，使用500N负荷传感器和3点弯曲夹具(220Q1125-95,TestResources,MN,USA)测试植入物销针的挠曲强度、弹性模量和最大负荷。负荷跨度是25.4mm，并且十字头速度被设定为2mm/min。

根据以下计算挠曲模量：

其中d₀是圆柱的外直径，并且L是支撑跨度。

根据以下计算挠曲弹性模量：

结果

表7：机械性质的平均值和标准偏差(n＝3)。

图9是5cm长、2mm OD的代表性销针的照片。图9A是销针沿其长度的照片；图9B是销针的横截面的照片。

实施例#7

以下实施例描述了各向异性生物复合材料植入物在暴露于降解条件之后如何保留大量的机械性质(模量和强度)。

材料和方法

模拟用于小型骨固定的板的矩形测试样品(尺寸50.8mm x 12.7mm x 0.75mm)使用增强的复合材料来生产。复合材料如实施例1中描述的。

样品通过五个复合材料层的压缩成型来生产。每个层是0.18mm厚。五层样品各自包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物，其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、45°、0°、-45°、0°。

根据ASTM D790-10，使用500N负荷传感器和3点弯曲夹具(220Q1125-95,TestResources,MN,USA)测试植入物样品的挠曲强度、弹性模量和最大负荷。负荷跨度是25.4mm，并且十字头速度被设定为1.536mm/min。在时间＝0时或在模拟体液(SBF)中孵育之后测试植入物。SBF包含：142mol/m³Na⁺、5mol/m³K⁺、1.5mol/m³Mg²⁺、2.5mol/m³Ca²⁺、147.8mol/m³Cl^-、4.2mol/m³HCO₃ ^-、1mol/m³HPO₄ ^3-、0.5mol/m³SO₄ ^2-。样品在SBF中在37℃在振荡培养箱(Wis-30振荡培养箱，Witeg,Germany)中以30rpm孵育持续五天。

结果

表8示出了植入物在t0时(n＝2)和在37℃5天之后(n＝3)的机械性质的平均值和标准偏差，证明了在此经过时间之后的降解。

图10示出了由于在强制降解的条件下孵育而引起的机械性质的降低。这些结果示出，在5天的模拟强度降解之后，植入物保留>60％的挠曲强度，>85％的模量和最大负荷。

此外，在37℃孵育持续5天之后，测量植入物膨胀，植入物的厚度增加1.9％，并且总体积增加2.8％。

实施例#8

材料和方法

根据ASTM D790-10，使用500N负荷传感器和3点弯曲夹具(220Q1125-95,TestResources,MN,USA)测试植入物样品的挠曲强度、弹性模量和最大负荷。负荷跨度是25.4mm，并且十字头速度被设定为1.536mm/min。在时间＝0时或在模拟体液(SBF)中孵育之后测试植入物。SBF包含：142mol/m³Na⁺、5mol/m³K⁺、1.5mol/m³Mg²⁺、2.5mol/m³Ca²⁺、147.8mol/m³Cl^-、4.2mol/m³HCO₃ ^-、1mol/m³HPO₄ ^3-、0.5mol/m³SO₄ ^2-。样品在SBF中在37℃在振荡培养箱(Wis-30振荡培养箱，Witeg,Germany)中以30rpm孵育持续一天。

结果

表9示出了植入物在37℃在SBF中孵育持续24小时之前和之后的机械性质的平均值和标准偏差(n＝4)。

在24小时孵育之后，弹性模量不存在变化，>85％的挠曲强度被保留，并且>20％的最大负荷被保留。

实施例#9

材料和方法

尺寸适合于小型骨固定的中空销针植入物(2mm OD，1mm ID，5cm长度)由如实施例1中描述的组合物的复合材料制成。分两步制造销针植入物，并且生产两种类型的销针植入物：中空圆柱销针和实心圆柱销针。

对于中空销针(n＝3)，0.5mm-0.6mm的板通过压缩成型三个0.18mm厚的生物复合材料的层来生产。板各自包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物，其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、0°、0°。一个5cm长的板片段被放入管模具的每侧(总计两个片段)中，使得平行纤维取向也平行于销针的纵向。因此板片段被成型成管形式以形成其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、0°、0°的管。

对于实心圆柱销针(n＝3)，0.5mm-0.6mm的板通过压缩成型三个0.18mm厚的生物复合材料层来生产。板各自包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物，其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、0°、0°。四个5cm长的板片段被放入圆柱模具中，使得平行纤维取向也平行于销针的纵向。因此板片段被成型成圆柱形式以形成其中各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、0°、0°的圆柱。

根据改进的ASTM D3039M，使用5KN负荷传感器和适当的夹具(220Q1125-95,TestResources,MN,USA)，测试植入物样品的拉伸强度、拉伸模量和最大负荷。样品跨度在测试开始时是30mm，并且十字头速度被设定为2mm/min。记录样品的尺寸、重量和密度。

结果

也许不出意料的是，与中空销针相比，对于实心(非中空)销针，机械强度(包括弹性模量、拉伸强度和最大负荷)的测量值都显著较高，如表10中所示。

表10：中空销针植入物(n＝3)和实心销针植入物(n＝3)的机械性质的平均值和标准偏差。

值得注意的是，如在拉伸测试中测试的在中空销针和实心销针之间的模量比率是0.77，并且拉伸强度的比率是0.59。对于如实施例5和实施例6中描述的类似销针，如在挠曲测试中测试的在中空销针和实心销针之间的模量比率是0.93，并且挠曲强度的比率是0.78。这些结果表明，根据机械测试(拉伸或挠曲)的轴线，在实心圆柱几何形状和中空圆柱几何形状之间相同的25％体积损失产生对模量和强度的不同影响。在中空几何形状中，对于抗弯曲性(挠曲轴线)保留的强度和模量大于对于抗伸长性(拉伸轴线)保留的强度和模量。

实施例#10

复合材料技术可以产生由单独的成分难以达到的性能，实现了不能由一种材料满足的各种性能要求。基于植入物内纤维的结构组成和取向，获得强度、刚度、密度和降解速率的独特组合。

使用上述对齐的增强的生物复合材料进行纤维取向和结构组成的机械模拟。模拟表明了最佳拟合涉及许多矫形骨固定应用的弯曲力负荷条件的纤维取向和结构组成。根据临床应用的植入物的生物机械设计允许通过减小植入物尺寸和被植入的异物的量来使临床益处最大化，实现所需的强度和期望的植入物吸收速率两者。

图11示出了图形有限元模拟。图11A示出了具有如在如图11B中显示的5个层制成的壁厚的中空圆柱销针植入物上的力分布。

对中空骨固定销针进行有限元建模以评估可以支撑预期的生物机械负荷的可能的层设置(图1)。每层的精确纤维取向极大地影响植入物的性能。表12示出了如何使用不同的层结构可以在理论上实现植入物在单一方向上的屈曲负荷以10[N]计的增加。

构造	弯曲刚度[N/mm]	屈曲负荷[N]
			0/0/0/45/-45	0.554	22.7
45/0/0/0/-45	0.589	24.0
			0/45/0/-45/0	0.591	24.2
45/-45/0/0/0	0.626	25.7
			20/-20/20/-20/20	0.610	24.8
15/-15/15/-15/15	0.629	29.1
			10/-10/10/-10/10	0.788	32.5

表12：关于不同层构造的2mm销针植入物的有限元模拟结果。取向呈现为：内(左)到外(右)。模拟证实了当优化层取向时可以达到较高的屈曲负荷。在此实施例中，优化可以导致屈曲负荷从23[N]增加到32[N]。

实施例11-被改性的表面区域

此非限制性、说明性实施例描述了用包含增强的生物复合材料的矫形植入物的喷砂的表面处理。此实施例证明了由于描述的处理而引起的表面性质的变化。

材料和方法

9mm外直径和30mm长度的ACL界面螺钉使用增强的复合材料来生产。复合材料包含用50％w/w连续矿物质纤维增强的PLDLA 70/30聚合物。矿物质纤维组合物是约14％w/wNa₂O、5.4％w/w MgO、9％w/w CaO、2.3％w/w B₂O₃、1.5％w/w P₂O₅和67.8％w/w SiO₂。测试样品通过将多个复合材料层压缩成型到螺钉模具中来制造。每个层包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物。各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、45°、0°、-45°、0°，根据植入物中的层的数目以重复的方式。每个层是约0.18mm厚。

表面使用羟基磷灰石砂(平均直径约70μm)通过喷砂到植入物的表面上并旋转植入物以完全覆盖来处理。

使用扫描电子显微镜(FEI Helios 600,Holland)对植入物表面成像。在Au溅射之后并使用EDT检测器以若干个放大率捕获图像。

结果

表面处理导致表面的粗糙度增加，如图12和图13中可以看到的。此粗糙度可以有利于改善的细胞附着和骨整合。由于压缩成型制造技术，植入物的外层主要是光滑的聚合物，并且具有生物活性成分的矿物质组分不暴露于细胞。此技术有利于由于形态变化的细胞向植入物的整合，并且以较快的速率增加暴露生物活性矿物质的聚合物的外层的降解，因此之后再次增加植入物的骨传导性质。

此外，表面处理似乎增加了矿物质纤维在纤维靠近植入物表面的特定位置中的暴露(图14和图15)。

不希望受限于单一假设，据信在此实施例中看到的表面处理可能是增加骨整合的显著的影响因素。

实施例11-板

以下实施例描述了具有增强的生物复合材料的薄矫形板的生产。此实施例证明了由于表面处理包含增强的生物复合材料的医疗植入物板的不同表面性质。

材料和方法

每一个具有2mm厚度、12.8mm宽度和6cm长度的板植入物使用增强的复合材料来生产。复合材料包含用50％w/w连续矿物质纤维增强的PLDLA70/30聚合物。矿物质纤维组合物是约14％w/w Na₂O、5.4％w/w MgO、9％w/w CaO、2.3％w/w B₂O₃、1.5％w/w P₂O₅和67.8％w/wSiO₂。测试样品通过将多个复合材料层压缩成型成矩形模具来制造。每个层包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物。各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、45°、0°、-45°、0°，根据植入物中的层的数目以重复的方式。每个层是约0.15mm厚。板不被处理，或在三种不同的喷射条件下通过使用羟基磷灰石砂喷射到植入物的表面上同时旋转植入物以完全覆盖来处理。

使用扫描电子显微镜(FEI Quanta FEG 250,Holland)对植入物表面成像。使用EDT&BS检测器以若干个放大率捕获图像。切割样品，通过SEM对横截面成像，并且通过SEM程序基于矿物质纤维与植入物边缘的距离来测量表面层厚度。

使用SEM-EDS用于元素分析，并且比较使用15Kv和x500的放大率的条件之间的数据。

还使用聚焦离子束设备(FIB)(Helios 600,FEI)以雕刻孔并对处理的植入物的横截面成像，所述处理的植入物在雕刻之前用Au涂覆。

使用原子力显微镜(AFM)以表征表面粗糙度和表面积增加。通过使用ICON(Bruker,USA)和Bio FastScan(Bruker)攻丝模式,硅探针TESP(Bruker),弹簧常数20-80N/m,频率279-389kHz进行AFM测量。

结果

由于压缩成型制造技术，植入物的外层主要是光滑的聚合物，并且具有构成植入物主体的生物活性成分的矿物质组分不暴露于细胞。在这样的植入物实例中，定义为最外部的聚合物层的表面层被测量为17.6±6.8微米(图16)。表面处理导致表面的粗糙度增加，如图17A和图17B中可以看到的。在201，表面与205和207相比而言相对平滑。此粗糙度可以有利于改善的细胞附着和骨整合。此喷射技术有利于由于形态变化的细胞向植入物的整合，并且以较快的速率增加暴露生物活性矿物质的聚合物的外层的降解，因此之后再次增加植入物的骨传导性质。此外，表面处理使表面积增加高达64％(表13)。由于处理，粗糙度和最大粗糙度分别从35.8nm增加到433nm和从0.357微米增加到5.2微米。表13汇总了针对三种处理，Ra、最大Ra和表面区域的增加的粗糙度参数。

表13

条件	粗糙度(Ra)[nm]	最大粗糙度[um]	表面积差异
				未处理(A)	35.8	0.357	0.13％
处理1(B)	433	2.287	17％
				处理2(C)	326	3.5	64.2％
处理3(D)	388	5.2	58.3％

具体地，表13示出了使用原子力显微镜(AFM)(ICON(Bruker，USA)和Bio FastScan(Bruker，USA))进行的表面粗糙度测量，表示(A)植入物从模具出来时的表面，(B、C、D)在三种不同条件喷射之后的表面。通过使用ICON(Bruker，USA)和Bio FastScan(Bruker)，攻丝模式，硅探针TESP(Bruker)，弹簧常数20-80N/m，频率279-389kHz进行AFM测量。

使用FIB设备将孔雕刻到植入物中，暴露出超过60微米深的内部横截面(图18A和图18B)。在此情况下，观察到外表面层为约2.5微米(311)，并且内表面层为另外的40微米(305)。在此图像中也可以看到两个重叠的矿物质纤维的横截面(301、303)。它们表示植入物的主体部分的边缘。307中表面的粗糙度被放大以揭示直径约1微米的特征(313)。

注意到植入物主体、植入物内表面层和外表面层之间的元素组成差异(表14)。具体地，在植入物的内表面和主体之间可以看到矿物质含量的降低。在植入物的外表面与主体中可以看到Si含量的降低。在此情况中，磷酸盐和钙浓度在外表面层中显著较高，并且在内表面层以及植入物主体两者中均未检测到。在此情况中，主体植入物组合物还被表征为比表面区域(内表面区域和外表面区域两者)具有更多的钠。

表14

表14示出了元素组成的能量色散X射线光谱(EDS)测量，表示(A)植入物横截面的中心，(B)植入物从模具出来时的表面，(C、D、E)在增加粗糙度并且产生小的nm孔和微米孔(这有利于细胞的向内生长和降解)的三种不同的处理之后的表面。

实施例12-小直径销针

此实施例描述了具有增强的生物复合材料的小直径矫形销针的生产。此实施例证明了包含增强的生物复合材料的医疗植入物销针如何可以具有若干种组合物的表面区域。

材料和方法

每一个具有2mm外直径和7cm长度的销针植入物使用增强的复合材料来生产。复合材料包含用50％w/w连续矿物质纤维增强的PLDLA 70/30聚合物。矿物质纤维组合物是约14％w/w Na₂O、5.4％w/w MgO、9％w/w CaO、2.3％w/w B₂O₃、1.5％w/w P₂O₅和67.8％w/wSiO₂。测试样品通过将多个复合材料层压缩成型到多管模具中来制造。每个模具被设计为同时产生14个植入物。每个层包含具有嵌入的单向对齐的连续纤维的PLDLA聚合物。各层相对于植入物的纵向轴线的取向是0°(平行于植入物纵向轴线)、45°、0°、-45°、0°，根据植入物中的层的数目以重复的方式。每个层是约0.15mm厚。从模具取出销针之后，使用计算机数控(CNC)加工来分离14个销针并产生成角度的尖端。

以若干个放大率并使用EDT检测器或BSE检测器捕获植入物样品的表面和横截面的扫描电子显微镜(SEM)(FEI Quanta FEG 250,Holland)图像。使用ImageJTM(NIH图像处理软件)测量基于周长的表面百分比差异。

结果

使用分离销针的计算机数控(CNC)加工以暴露生物复合材料的内容物，产生具有含有与内部主体不同组合物的小于60％的表面层的销针植入物(图19)。表15提供了附图的关键。

表15

对尖端的CNC加工处理(图20)导致部分暴露的纤维束(501-507)。由于处理，可以看到暴露的纤维，这些有利于细胞向内生长。连续纤维主体组合物可以在图21中看到，其包括如在601-602中看到的纤维直径和纤维之间的距离(603)的代表性测量值。此主体组合物是～1:1矿物质比聚合物w/w比率的实例。图22示出了当在单管模具(与上文多管模具不同)中产生随后进行先前实施例中描述的喷射处理时的代表性销针植入物横截面的示意图。示意图不是按比例的，但包括包含一种组合物的植入物主体705、在此情况中包括内表面层703和外表面层701两者的表面层，每一个都具有不同的组合物。此方法产生与内部主体是完全不同的组合物的外表面层。

将领会的是，为了清楚起见，在独立的实施方案的上下文中描述的本发明的多种特征还可以在单个实施方案中组合提供。相反，为了简略起见，在单个实施方案的上下文中描述的本发明的多种特征还可以单独提供或以任何合适的子组合提供。即使本文未明确描述，但各种子实施方案可以以各种组合来组合。本领域技术人员还将理解本发明不限于本文以上已经被具体显示和描述的内容。

本文引用或描述的所有参考文献如同以支持本发明和/或所附权利要求书的描述所需的程度在本文中阐述地通过引用被并入本文。

尽管本发明已经结合其具体的实施方案被描述，明显的是，很多改变、修改和变化形式对于本领域技术人员将是明显的。因此，意图另外地包括落在所附权利要求书的精神和宽广范围内的所有这样的改变、修改和变化形式。

Claims

1.一种植入物，所述植入物具有矿物质和聚合物的主体组合物，具有包含与所述植入物主体不同组合物的表面，其中所述主体组合物的10％-70％w/w包含矿物质材料。

2.如权利要求1所述的植入物，其中所述主体组合物的30％-55％w/w包含矿物质材料。

3.如权利要求2所述的植入物，其中所述主体组合物的45％-55％w/w包含矿物质材料。

4.如权利要求1-3中任一项所述的植入物，其中所述聚合物包含PLDLA。

5.如权利要求1-4中任一项所述的植入物，其中所述主体组合物的所述矿物质材料包含以下元素的范围，全部以mol％计：Na₂O：11.0-19.0、CaO：9.0-14.0、MgO：1.5-8.0、B₂O₃：0.5-3.0、Al₂O₃：0-0.8、P₂O₃：0.1-0.8、SiO₂：67-73。

6.如权利要求1-4中任一项所述的植入物，其中所述主体组合物的所述矿物质材料包含以下元素的范围，全部以mol％计：Na₂O：12.0-13.0、CaO：9.0-10.0、MgO：7.0-8.0、B₂O₃：1.4-2.0、P₂O₃：0.5-0.8、SiO₂：68-70。

7.如权利要求1-4中任一项所述的植入物，其中所述主体组合物的所述矿物质材料包含以下元素的范围，全部以mol％计：Na₂O：11.0-19.0、CaO：8.0-14.0、MgO：2-8.0、B₂O₃：1-3.0、Al₂O₃：0-0.5、P₂O₃：1-2、SiO₂：66-70。

8.如权利要求1-7中任一项所述的植入物，其中大于10％的所述表面的区域与所述主体是不同的组成。

9.如权利要求8所述的植入物，其中大于30％的所述表面区域与所述主体是不同的组成。

10.如权利要求9所述的植入物，其中大于50％的所述表区域与所述主体是不同的组成。

11.如权利要求1-10中任一项所述的植入物，其中所述主体包括散布的矿物质和聚合物的组合物和被定义为高达100微米厚的外层的表面层。

12.如权利要求11所述的植入物，其中所述外层高达50微米厚。

13.如权利要求12所述的植入物，其中所述外层高达20微米厚。

14.如权利要求13所述的植入物，其中所述外层高达5微米厚。

15.如权利要求1-14中任一项所述的植入物，其中所述表面层是均匀的聚合物或不同于内部组合物的生物复合材料组合物。

16.如权利要求1-15中任一项所述的植入物，其中高达5微米的所述表面层包含增加的磷酸盐浓度。

17.如权利要求1-16中任一项所述的植入物，其中所述表面层包括多个单独区分的层，每个层包含不同的组合物。

18.如权利要求17所述的植入物，其中所述表面层包括至少内层和外层，其中所述外层高达3微米并且以磷酸盐增加至大于5％w/w为特征，其中所述内层高达20微米并且不以磷酸盐为特征。

19.如权利要求18所述的植入物，其中所述外层以所述磷酸盐增加至大于10％w/w为特征。

20.如权利要求18或19所述的植入物，其中所述外层包含增加至大于所述主体组合物的五倍的钙。

21.如权利要求20所述的植入物，其中所述钙的增加大于所述主体组合物的十倍。

22.如权利要求21所述的植入物，其中所述钙的增加大于所述主体组合物的十五倍。

23.如权利要求1-22中任一项所述的植入物，其中所述表面层的被处理部分具有大于未被处理的表面的五倍的粗糙度增加。

24.如权利要求23所述的植入物，其中所述表面层的被处理部分具有大于未被处理的表面的十倍的粗糙度增加。

25.如权利要求1-24中任一项所述的植入物，其中所述被处理的表面区域使所述表面积增加大于15％。

26.如权利要求25所述的植入物，其中所述被处理的表面区域使所述表面积增加大于50％。

27.如权利要求1-26中任一项所述的植入物，其中所述表面具有减少的矿物质组成。

28.如权利要求1-27中任一项所述的植入物，其中所述主体组合物包含小于20％w/w的矿物质。

29.如权利要求28所述的植入物，其中所述主体组合物包含少于10％w/w的矿物质。

30.如权利要求1-29中任一项所述的植入物，其中所述植入物是具插管的，所述表面层包括内表面层和外表面层，并且内表面层组成不同于外表面层组成。

31.如权利要求1-30中任一项所述的植入物，其中所述植入物是具插管的，所述表面层包括内表面层和外表面层，并且内表面层组成与外表面层组成相同。

32.如权利要求1-31中任一项所述的植入物，其中所述植入物的表面被处理以部分地暴露内部组合物。

33.如权利要求1-32中任一项所述的植入物，其中所述表面最大粗糙度大于2微米。

34.如权利要求33所述的植入物，其中所述表面最大粗糙度大于3微米。

35.如权利要求1-34中任一项所述的植入物，其中所述主体组合物包含大于8％w/w的硅，但所述表面组合物包含小于4％w/w的硅。

36.如上述权利要求中任一项所述的植入物，包括多个孔。

37.如权利要求36所述的植入物，其中所述孔包括与所述植入物的所述表面不同的内表面。

38.如权利要求37所述的植入物，其中所述内表面包含不同的组合物。

39.如权利要求36所述的植入物，其中所述孔包括内表面，所述内表面包含所述植入物的所述表面的组合物。

40.如上述权利要求中任一项所述的植入物，所述植入物包含可吸收结构材料、包含可再吸收的增强填料，其特征在于，强度和刚度性质是至少10％、至少20％、至少30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％或之间的任何数目的各向异性的。

41.如权利要求40所述的植入物，其中与不由所述可吸收结构材料构建的等效植入物相比，所述植入物在体积上减小。

42.如权利要求40或41所述的植入物，其中所述植入物可以以最小轮廓实现骨固定。

43.如权利要求40-42中任一项所述的植入物，所述植入物包括承受负荷的可吸收骨植入物。

44.如权利要求43所述的植入物，其中所述负荷是至少200MPa、高于300MPa、高于400MPa。

45.如权利要求44所述的植入物，其中所述植入物具有与骨密度类似的刚度。

46.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其特征在于与来自高模量(例如金属)植入物的应力梯级或应力屏蔽的创伤相比，所述植入物对包括软组织和骨组织两者在内的周围组织引起减少的损伤。

47.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述生物可降解的复合材料具有在6GPa至30GPa范围内的最大挠曲模量和在100MPa至1000MPa范围内的挠曲强度。

48.如权利要求47所述的植入物，其中挠曲模量在10GPa至28GPa的范围内。

49.如权利要求48所述的植入物，其中所述挠曲模量在15GPa至25GPa的范围内。

50.如权利要求47-49中任一项所述的植入物，其中挠曲强度在200MPa-800MPa的范围内。

51.如权利要求50所述的植入物，其中挠曲强度在400MPa-800MPa的范围内。

52.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述复合材料的平均密度在1.3g/cm³-3.0g/cm³的范围内。

53.如权利要求52所述的植入物，其中所述复合材料的平均密度在1.4g/cm³-2.0g/cm³的范围内。

54.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中在植入一个月后至少80％的挠曲强度被保留。

55.如权利要求54所述的植入物，其中在植入三个月后至少80％的挠曲强度被保留。

56.如权利要求55所述的植入物，其中在植入三个月后至少90％的挠曲强度被保留。

57.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中具有2mm外径的销针或引线具有大于400N的剪切负荷承载能力。

58.如权利要求57所述的植入物，其中所述剪切负荷承载能力大于600N。

59.如权利要求58所述的植入物，其中所述剪切负荷承载能力大于800N。

60.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述植入物的挠曲/弯曲刚度相对大于其拉伸刚度或压缩刚度，并且所述植入物的挠曲/抗弯强度相对大于其拉伸强度或压缩强度。

61.如权利要求60所述的植入物，其中所述差异大于5％。

62.如权利要求61所述的植入物，其中所述差异大于10％、20％、30％、40％、50％或60％或之间的任何整数。

63.如上述权利要求中任一项所述的植入物，所述植入物在至少一个机械轴线或机械参数中具有与同一植入物内的至少一个其他机械轴线或机械参数相比，改善的机械性质，使得所述植入物是各向异性的。

64.如权利要求63所述的植入物，其中所述机械参数包括以下参数中的一种或更多种：抗弯强度和刚度(抗弯曲力性)、拉伸强度和刚度(抗拉力性)、压缩强度和刚度(抗压缩力性)、剪切强度和刚度(抗剪切力性)、或扭转强度和刚度(抗扭转力性)。

65.如权利要求63或64所述的植入物，其中在一个轴线或参数中的所述改善的机械性质是与另一个轴线或参数相比，增加至少50％，并且增加至少100％，增加至少200％、300％、400％，并且增加至少500％或之间的任何整数值。

66.如权利要求63-65中任一项所述的植入物，其中所述植入物在一个轴线或参数中的所述改善的机械性质是与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，增加至少50％，并且增加至少100％，增加至少200％、300％、400％，并且增加至少500％或之间的任何整数值。

67.如权利要求63-66中任一项所述的植入物，其中所述改善的机械性质是强度，并且在一个轴线或参数中的所述强度与另一个轴线或参数相比，增加至少50MPa，增加至少100MPa，增加至少200MPa、300MPa、400MPa，并且增加至少500MPa或之间的任何整数值。

68.如权利要求63-67中任一项所述的植入物，其中所述改善的机械性质是强度，并且所述植入物在一个轴线或参数中的所述强度与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，与另一个轴线或参数相比，增加至少50MPa，增加至少100MPa，增加至少200MPa、300MPa、400MPa，并且增加至少500MPa或之间的任何整数值。

69.如权利要求63-68中任一项所述的植入物，其中所述改善的机械性质是弹性模量，并且在一个轴线或参数中的所述模量与另一个轴线或参数相比，增加至少3GPa，增加至少5GPa，增加至少8GPa、12GPa、16GPa，并且增加至少20GPa或之间的任何整数值。

70.如权利要求63-69中任一项所述的植入物，其中所述改善的机械性质是弹性模量，并且所述植入物在一个轴线或参数中的所述模量可选地或另外地与具有相同组成但具有无定形或非对齐内部结构的植入物相比，增加至少3GPa，增加至少5GPa，增加至少8GPa、12GPa、16GPa，并且增加至少20GPa或之间的任何整数值。

71.如上述权利要求中任一项所述的植入物，植入物的一个或更多个片段在一个机械轴线中的各向异性与无定形(非对齐)材料相比，大于10％、50％、100％、200％、300％、500％或之间的任何整数值。

72.如上述权利要求中任一项所述的植入物，植入物的一个或更多个片段在一个机械轴线中的各向异性与另一个轴线相比，大于10％、50％、100％、200％、500％、1000％或之间的任何整数值。

73.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其特征在于在一个机械轴线中具有与另一个机械轴线相比(即，抗弯相对于拉伸)10％、50％、100％、200％、300％或之间的任何整数值的相对较高的强度。

74.如上述权利要求中任一项所述的植入物，具有在一个机械轴线中测量的与另一个机械轴线相比10％、30％、50％、100％、200％或之间的任何整数值的相对更高的弹性模量。

75.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中承受负荷的性质包括高于200MPa、高于300MPa、高于400MPa、500MPa、以及高于600MPa或之间的任何整数值的挠曲强度。

76.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述复合材料的所述平均密度在1.1g/cm³-3.0g/cm³的范围内。

77.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述复合材料的平均密度在1.2g/cm³-2.0g/cm³的范围内。

78.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述复合材料的平均密度在1.3g/cm³-1.6g/cm³的范围内。

79.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中挠曲模量在10GPa至28GPa的范围内。

80.如权利要求79所述的植入物，其中挠曲模量在15GPa至25GPa的范围内。

81.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中挠曲强度在200MPa-800MPa的范围内。

82.如权利要求81所述的植入物，其中挠曲强度在400MPa-800MPa的范围内。

83.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述生物可降解的复合材料包括生物可降解的聚合物。

84.如权利要求83所述的植入物，其中所述生物可降解的聚合物包括均聚物或共聚物。

85.如权利要求84所述的植入物，其中所述共聚物包括无规共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物。

86.如权利要求84或85所述的植入物，其中所述聚合物包括天然来源或合成来源的线性聚合物、支化聚合物或树枝状聚合物。

87.如权利要求86所述的植入物，其中所述聚合物包括丙交酯、乙交酯、己内酯、戊内酯、碳酸酯(例如，三亚甲基碳酸酯、四亚甲基碳酸酯等)、二氧杂环己酮(例如，1,4-二氧杂环己酮)、δ-戊内酯、1,二氧杂环庚酮(例如1,4-二氧杂环庚-2-酮和1,5-二氧杂环庚-2-酮)、乙二醇、环氧乙烷、酯酰胺、γ-羟基戊酸酯、β-羟基丙酸酯、α-羟基酸、羟基丁酸酯、聚(原酸酯)、羟基链烷酸酯、酪氨酸碳酸酯、聚酰亚胺碳酸酯、聚亚氨基碳酸酯诸如聚(双酚A-亚氨基碳酸酯)和聚(氢醌-亚氨基碳酸酯)、聚氨酯、聚酸酐、聚合物药物(例如聚二氟尼柳、聚阿司匹林和蛋白质治疗剂)、糖；淀粉、纤维素和纤维素衍生物、多糖、胶原、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、多肽、蛋白质、聚(氨基酸)、聚丙交酯(PLA)、聚-L-丙交酯(PLLA)、聚-DL-丙交酯(PDLLA)；聚乙交酯(PGA)；乙交酯的共聚物、乙交酯/三亚甲基碳酸酯共聚物(PGA/TMC)；PLA的其他共聚物，诸如丙交酯/四甲基乙交酯共聚物、丙交酯/三亚甲基碳酸酯共聚物、丙交酯/d-戊内酯共聚物、丙交酯/ε-己内酯共聚物、L-丙交酯/DL-丙交酯共聚物、乙交酯/L-丙交酯共聚物(PGA/PLLA)、聚丙交酯-共-乙交酯；PLA的三聚物，诸如丙交酯/乙交酯/三亚甲基碳酸酯三聚物、丙交酯/乙交酯/ε-己内酯三聚物、PLA/聚环氧乙烷共聚物；聚缩酚肽；非对称-3,6-取代的聚-1,4-二噁烷-2,5-二酮；聚羟基链烷酸酯；诸如聚羟基丁酸酯(PHB)；PHB/b-羟基戊酸酯共聚物(PHB/PHV)；聚-b-羟基丙酸酯(PHPA)；聚-对-二氧环己酮(PDS)；聚-d-戊内酯-聚-ε-己内酯、聚(ε-己内酯-DL-丙交酯)共聚物；甲基丙烯酸甲酯-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物；聚酯酰胺；草酸的聚酯；聚二氢吡喃；聚烷基-2-氰基丙烯酸酯；聚氨酯(PU)；聚乙烯醇(PVA)；多肽；聚-b-苹果酸(PMLA)；聚-b-链烷酸(alkanbic acid)；聚碳酸酯；聚原酸酯；聚磷酸酯；聚(酯酸酐)；及其混合物；及其衍生物、其共聚物和其混合物。

88.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述聚合物是聚合物基质的形式。

89.如权利要求88所述的植入物，其中所述聚合物基质包括选自由以下组成的组的聚合物：PLLA(聚-L-丙交酯)、PDLLA(聚-DL-丙交酯)、PLDLA、PGA(聚乙醇酸)、PLGA(聚丙交酯-乙醇酸)、PCL(聚己内酯)、PLLA-PCL及其组合。

90.如权利要求89所述的植入物，其中如果使用PLLA，则所述基质包含至少30％、50％或至少70％PLLA。

91.如权利要求89或90所述的植入物，其中如果使用PDLA，则所述基质包含至少5％、至少10％或至少20％PDLA。

92.如权利要求88-91中任一项所述的植入物，其中单独的所述聚合物基质的固有粘度(IV)在0.2dl/g-6dl/g、1.0dl/g至3.0dl/g、1.5dl/g至2.4dl/g或1.6dl/g至2.0dl/g的范围内，其中IV根据聚合物溶液通过窄毛细管的流动时间相对于纯溶剂通过该毛细管的流动时间来测量。

93.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述增强填料包括多种增强纤维。

94.如权利要求93所述的植入物，其中增强纤维与生物聚合物的重量比在1:1至3:1的范围内。

95.如权利要求94所述的植入物，其中所述重量比在1.5:1至2.5:1的范围内。

96.如权利要求93-95中任一项所述的植入物，其中平均纤维直径在5μm和50μm之间。

97.如权利要求96所述的植入物，其中所述直径在10μm-30μm之间。

98.如权利要求93-97中任一项所述的植入物，其中所述纤维平行对齐。

99.如权利要求93-98中任一项所述的植入物，其中所述纤维层厚度是0.1mm至1mm。

100.如权利要求99所述的植入物，其中所述纤维层厚度是0.15mm至0.25mm。

101.如权利要求93-100中任一项所述的植入物，其中所述多种纤维包括生物可降解的玻璃、纤维素材料、纳米金刚石或所述生物可降解的聚合物。

102.如上述权利要求中任一项所述的植入物，所述植入物具有超过10GPa的挠曲模量和超过100MPa的挠曲强度。

103.如权利要求102所述的植入物，所述植入物具有超过15GPa的挠曲模量和超过150MPa的挠曲强度。

104.如权利要求103所述的植入物，其中所述生物可降解的复合材料具有超过20GPa的挠曲模量和超过200MPa的挠曲强度。

105.如权利要求93-104中任一项所述的植入物，其中所述纤维包括以下中的一种或更多种：生物可降解的玻璃或玻璃状材料、陶瓷、矿物质组合物(任选地包括羟基磷灰石、磷酸三钙、硫酸钙、磷酸钙中的一种或更多种)、纤维素材料、纳米金刚石或本领域中已知的增加生物可吸收聚合物的机械性质的任何其他填料。

106.如权利要求105所述的植入物，其中所述纤维包括生物可吸收的玻璃、陶瓷或矿物质组合物。

107.如权利要求106所述的植入物，其中所述生物可再吸收的玻璃具有以下mol.％范围(作为相对于玻璃纤维组合物的百分比)内的氧化物组成：Na₂O：11.0mol.％-19.0mol.％、CaO：9.0mol.％-14.0mol.％、MgO：1.5mol.％-8.0mol.％、B₂O₃：0.5mol.％-3.0mol.％、Al₂O₃：0mol.％-0.8mol.％、P₂O₃：0.1mol.％-0.8mol.％、SiO₂：67mol.％-73mol.％。

108.如权利要求107所述的植入物，其中所述范围是以下mol.％范围：Na₂O：12.0mol.％-13.0mol.％、CaO：9.0mol.％-10.0mol.％、MgO：7.0mol.％-8.0mol.％、B₂O₃：1.4mol.％-2.0mol.％、P₂O₃：0.5mol.％-0.8mol.％、SiO₂：68mol.％-70mol.％。

109.如权利要求93-108中任一项所述的植入物，其中所述增强纤维的拉伸强度在1200MPa-2800MPa的范围内。

110.如权利要求109所述的植入物，其中所述范围是1600MPa-2400MPa。

111.如权利要求110所述的植入物，其中所述范围是1800MPa-2200MPa。

112.如权利要求93-111中任一项所述的植入物，其中所述增强纤维的弹性模量在30GPa-100GPa的范围内。

113.如权利要求112所述的植入物，其中所述范围是50GPa-80GPa。

114.如权利要求113所述的植入物，其中所述范围是60GPa-70GPa。

115.如权利要求93-114中任一项所述的植入物，其中纤维是连续纤维，并且被掺入在基质中。

116.如权利要求115所述的植入物，其中所述连续纤维在所述植入物内对齐，使得纤维的末端不在所述植入物的表面打开。

117.如权利要求93-116中任一项所述的植入物，其中纤维均匀地分布在所述植入物内。

118.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中在体内植入3个月之后，所述挠曲模量超过15GPa，并且挠曲强度超过150MPa。

119.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中在体内植入4个月之后，所述挠曲模量超过15GPa，并且挠曲强度超过150MPa。

120.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中在体内植入6个月之后，所述挠曲模量超过15GPa，并且挠曲强度超过150MPa。

121.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中在50℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后，至少50％的弹性模量被保留，或至少70％被保留，并且甚至至少80％被保留。

122.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中在50℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后，至少20％的强度被保留，至少30％被保留，并且甚至至少40％被保留。

123.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中在37℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后，至少50％、至少70％以及甚至至少85％的弹性模量被保留。

124.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中在37℃暴露于模拟体液(SBF)持续3天之后，至少30％、至少45％以及甚至至少60％的强度被保留。

125.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中植入物选自包括以下的组：骨固定板、髓内钉、关节(髋、膝、肘)植入物、脊柱植入物、以及用于诸如用于骨折固定、肌腱重附着、脊柱固定和脊保持架的这样的应用的其他装置。

126.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其包含多个层，每个层包含一个或更多个复合带，所述带包含生物可降解的聚合物和多个单向对齐的连续增强纤维。

127.如权利要求126所述的植入物，其中纤维被嵌入在包含一种或更多种生物可吸收聚合物的聚合物基质中。

128.如权利要求126或127所述的植入物，其中所述复合带层包含用聚合物预浸渍的增强纤维。

129.如权利要求126-128中任一项所述的植入物，其中每个复合层的厚度是0.05mm-0.5mm、0.15mm-0.35mm或0.1mm-0.25mm。

130.如权利要求126-129中任一项所述的植入物，其中每个复合带的宽度是2mm-30mm，带的宽度是4mm-16mm，或宽度是6mm-12mm。

131.如权利要求126-130中任一项所述的植入物，其中相对于整个复合带材料，所述复合带内的所述增强纤维含量在20％-70％的范围内、在30％-60％的范围内、在40％-50％或45％-50％的范围内。

132.如权利要求126-131中任一项所述的植入物，所述植入物具有超过10GPa的挠曲模量和超过100MPa的挠曲强度。

133.如权利要求126-132中任一项所述的植入物，所述植入物具有在200MPa-1000MPa、300MPa-800MPa的范围内，在400MPa-800MPa的范围内，并且在500MPa-800MPa的范围内的挠曲强度。

134.如权利要求126-133中任一项所述的植入物，所述植入物具有在10GPa-30GPa、12GPa-28GPa的范围内，在16GPa-28GPa的范围内，并且在20GPa-26GPa的范围内的弹性模量。

135.如权利要求126-134中任一项所述的植入物，其中所述纤维可以与纵向轴线成一定角度(即，在对角线上)对齐，使得所述纤维的长度可以大于所述植入物的长度的100％。

136.如权利要求135所述的植入物，其中大多数增强纤维与所述纵向轴线成小于90°、可选地小于60°或任选地小于45°的角度对齐。

137.如权利要求126-136中任一项所述的植入物，其中所述植入物包括2个-20个之间的复合带层、2个-10个之间的层以及2个-6个之间的层；其中每个层可以在不同方向上对齐，或者一些层可以与其他层在相同的方向上对齐。

138.如上述权利要求中任一项所述的植入物，增强纤维直径在2um-40um、8um-20um、12um-18um(微米)的范围内。

139.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述植入物仅包含一种增强纤维的组合物。

140.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中如用挠曲/弯曲测试测量的所述植入物或所述植入物的片段的弹性模量大于如用拉伸测试测量的所述植入物或所述植入物的片段的弹性模量。

141.如权利要求140所述的植入物，其中所述差异大于5％、10％、20％、30％、40％或50％。

142.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述植入物的挠曲/抗弯强度大于其拉伸强度或压缩强度。

143.如权利要求142所述的植入物，其中所述差异大于5％。

144.如权利要求143所述的植入物，其中所述差异是大至少10％、30％、50％、70％或100％。

145.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述弯曲轴线中的机械性质优于所述拉伸轴线或压缩轴线中的机械性质。

146.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述植入物包括一个或更多个空隙。

147.如权利要求146所述的植入物，其中跨所述植入物的中线轴的所述引线或销针的横截面的二次惯性矩小于具有相同或类似外部尺寸但无空隙(即，完整或实心)的横截面面积的这样的部件的二次惯性矩，其中所述二次惯性矩的减少比实心植入物小30％、20％和10％。

148.如上述权利要求中任一项所述的植入物，其中与具有如先前描述的类似尺寸的实心部件相比，所述引线或销针的平均横截面面积比其横截面的平均二次惯性矩减少更大的百分比，使得所述横截面面积减少大于20％，而所述二次惯性矩减少小于20％。

149.如权利要求148所述的植入物，其中所述横截面面积减少大于20％，而所述二次惯性矩减少小于10％。

150.如上述权利要求中任一项所述的植入物，所述植入物作为引线或销针被实施，具有小于15mm、小于10mm、甚至小于5mm或小于3mm的外径。

151.如权利要求150所述的植入物，其中所述引线或销针的壁厚小于5mm、小于3mm、甚至小于1mm或小于0.7mm。

152.如权利要求150或151所述的植入物，所述植入物在内部包括中空部分或空隙，其中所述空隙被覆盖，使得细胞不能在植入物材料降解之前侵入空隙。

153.如权利要求152所述的植入物，其中所述中空部分或空隙填充有活性成分诸如抗生素、生长因子或骨填料，以防止这样的侵入。

154.一种用于在需要此治疗的受试者中的矫形应用的治疗方法，所述治疗方法包括将如上述权利要求中任一项所述的医疗植入物植入到所述受试者中。

155.如权利要求154所述的治疗方法，其中所述植入到所述受试者中包括出于承受负荷的目的在受试者内进行结构固定。

156.如权利要求155所述的治疗方法，其中所述进行结构固定包括进行骨固定。

157.一种生物复合材料，所述生物复合材料包含生物相容性聚合物和多种增强纤维，其中所述增强纤维为平行取向。

158.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，其中所述聚合物和所述纤维是生物可降解的。

159.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，其中所述复合材料的所述平均密度在1.1g/cm³-3.0g/cm³的范围内。

160.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，其中所述复合材料的平均密度在1.2g/cm³-2.0g/cm³的范围内。

161.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，其中所述复合材料的平均密度在1.3g/cm³-1.6g/cm³的范围内。

162.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，其中挠曲模量在10GPa至28GPa的范围内，并且在15GPa至25GPa的范围内。

163.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，其中挠曲强度在200MPa-800MPa、400MPa-800MPa的范围内。

164.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，其中所述纤维包括以下中的一种或更多种：生物可降解的玻璃或玻璃状材料、陶瓷、矿物质组合物(任选地包括羟基磷灰石、磷酸三钙、硫酸钙、磷酸钙中的一种或更多种)、纤维素材料、纳米金刚石或本领域中已知的增加生物可吸收聚合物的机械性质的任何其他填料。

165.如权利要求164所述的材料，其中所述增强纤维包括生物可吸收的玻璃、陶瓷或矿物质组合物。

166.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，所述生物复合材料包含生物可再吸收的玻璃纤维，所述生物可再吸收的玻璃纤维可以任选地具有以下mol.％范围(作为相对于玻璃纤维组合物的百分比)内的氧化物组成：Na₂O：11.0mol.％-19.0mol.％、CaO：9.0mol.％-14.0mol.％、MgO：1.5mol.％-8.0mol.％、B₂O₃：0.5mol.％-3.0mol.％、Al₂O₃：0mol.％-0.8mol.％、P₂O₃：0.1mol.％-0.8mol.％以及SiO₂：67mol.％-73mol.％。

167.如权利要求166所述的生物复合材料，其中所述范围是以下mol.％范围：Na₂O：12.0mol.％-13.0mol.％、CaO：9.0mol.％-10.0mol.％、MgO：7.0mol.％-8.0mol.％、B₂O₃：1.4mol.％-2.0mol.％、P₂O₃：0.5mol.％-0.8mol.％、SiO₂：68mol.％-70mol.％。

168.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，其中所述增强纤维的拉伸强度在1200MPa-2800MPa的范围内，在1600MPa-2400MPa的范围内，或在1800MPa-2200MPa的范围内。

169.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，其中所述增强纤维的弹性模量在30GPa-100GPa的范围内，在50GPa-80GPa的范围内，或在60GPa-70GPa的范围内。

170.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，所述生物复合材料具有超过10GPa的挠曲模量和超过100MPa的挠曲强度。

171.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，所述生物复合材料具有在200MPa-1000MPa、300MPa-800MPa的范围内，在400MPa-800MPa的范围内，并且在500MPa-800MPa的范围内的挠曲强度。

172.如上述权利要求中任一项所述的生物复合材料，所述生物复合材料具有在10GPa-30GPa、12GPa-28GPa的范围内，在16GPa-28GPa的范围内，并且在20GPa-26GPa的范围内的弹性模量。

173.一种植入物，所述植入物包含上述权利要求中任一项所述的生物复合材料。

174.如上述权利要求中任一项所述的植入物，包含上述权利要求中任一项所述的生物复合材料。

175.如上述权利要求中任一项所述的植入物，所述植入物用表面处理来处理以增加表面积。

176.如权利要求175所述的植入物，其中所述增加的表面积比未经所述表面处理的生物复合材料暴露出另外的矿物质材料。

177.如权利要求175或176所述的植入物，其中所述表面处理包括用颗粒物质喷射所述植入物。

178.如权利要求175-177中任一项所述的植入物，其中最外部的表面层包括所述植入物的最外部的1μm-100μm，并且其中最外部的表面区域以被暴露的另外的矿物质材料为特征。

179.如权利要求178所述的植入物，其中所述最外部的表面层包括所述植入物的最外部的1μm-20μm。

180.如权利要求179所述的植入物，其中所述最外部的表面层包括所述植入物的最外部的1微米-10微米。

181.如权利要求180所述的植入物，其中所述最外部的表面层包括所述植入物的最外部的1微米-5微米。

182.如权利要求175-181中任一项所述的植入物，其中所述被暴露的另外的矿物质材料包括为所述生物复合组合物的一部分的矿物质组合物。

183.如权利要求182所述的植入物，其中所述矿物质组合物包括以下中的一种或更多种：羟基磷灰石、硫酸钙、磷酸钙、磷酸二钙、磷酸三钙。

184.如权利要求183所述的植入物，其中所述生物复合材料包含至少20％的矿物质组合物。

185.如权利要求184所述的植入物，其中所述生物复合材料包含至少30％的矿物质组合物。

186.如权利要求185所述的植入物，其中所述生物复合材料包含至少40％的矿物质组合物。

187.如权利要求186所述的植入物，其中所述生物复合材料包含至少50％的矿物质组合物。

188.如权利要求178-187中任一项所述的植入物，其中所述植入物的所述最外部的层包含至少30％的聚合物。

189.如权利要求188所述的植入物，其中所述植入物的所述最外部的层包含至少50％的聚合物。

190.如权利要求189所述的植入物，其中所述植入物的所述最外部的层包含至少70％的聚合物。

191.如权利要求190所述的植入物，其中所述植入物的所述最外部的层包含至少80％的聚合物。

192.如权利要求175-191中任一项所述的植入物，其中所述植入物的被改性的表面包括聚合物表面中的孔。

193.如权利要求192所述的植入物，其中平均孔径在1μm-500μm的范围内。

194.如权利要求193所述的植入物，其中所述平均孔径在10μm-300μm的范围内。

195.如权利要求194所述的植入物，其中所述平均孔径在50μm-250μm的范围内。

196.如权利要求175-195中任一项所述的植入物，其中所述颗粒物质包括以下中的一种或更多种：羟基磷灰石、硫酸钙、磷酸钙、磷酸二钙和磷酸三钙或其组合。

197.如权利要求196所述的植入物，其中所述颗粒物质包括平均直径尺寸在10μm-500μm范围内的颗粒。

198.如权利要求197所述的植入物，其中所述直径尺寸范围在20μm-120μm的范围内。

199.如权利要求195-197中任一项所述的植入物，其中所述颗粒物质包括羟基磷灰石砂。

200.如权利要求199所述的植入物，其中所述砂包括约70μm平均直径的颗粒。