JP2000093498A - Bone substitution material and its production - Google Patents

Bone substitution material and its production

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JP2000093498A
JP2000093498A JP10267861A JP26786198A JP2000093498A JP 2000093498 A JP2000093498 A JP 2000093498A JP 10267861 A JP10267861 A JP 10267861A JP 26786198 A JP26786198 A JP 26786198A JP 2000093498 A JP2000093498 A JP 2000093498A
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alkali
titanium
aqueous solution
treatment
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Jun Suzuki
順 鈴木
Tetsuo Suzuki
哲雄 鈴木
Yoshio Sasaki
佳男 佐々木
Tomiharu Matsushita
富春 松下
Tadashi Kokubo
正 小久保
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To impart bioaffinity which may be obtd. by a simple method equivalent to the case of an alkali treatment and heat treatment method (a method for subjecting the surface of titanium or titanium alloy to an alkali treatment, then to a heat treatment) and is better than in the case of the alkali treatment and heat treatment method to a base body consisting or titanium on titanium alloy. SOLUTION: This bone substitution material has the base body consisting of the titanium or titanium alloy and an amorphous alkali titanate layer formed on the surface of the base body. The alkali titanate layer contains calcium and the concn. of the calcium is 5 to 20 atm.% on the extreme surface of the alkali titanate layer. The alkali titanate layer has a thickness of 0.3 to 5 μm and has a three-dimensional network structure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、骨代替材料及びそ
の製造方法に関する技術分野に属し、より詳細には、チ
タン又はチタン合金を構成材料のベース(基体)とする
骨代替材料及びその製造方法に関し、特には、チタン又
はチタン合金よりなる基体に生体親和性を付与する技術
に関する技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of a bone substitute material and a method for producing the same, and more specifically, a bone substitute material using titanium or a titanium alloy as a base material (substrate) and a method for producing the same. In particular, the present invention belongs to a technical field related to a technique for imparting biocompatibility to a substrate made of titanium or a titanium alloy.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタン及びチタン合金は機械的特性に優
れ、体液に対する耐食性を有し、又、生体に対する毒性
が極めて低いことから、骨代替材料用金属としてチタン
及びチタン合金が用いられるようになっている。ところ
が、チタン及びチタン合金には生体骨との親和性が低い
という問題点がある。即ち、骨代替材料には生体骨と直
接結合する生体親和性が要求されるが、チタン及びチタ
ン合金は生体骨との親和性が低く、生体骨との結合に長
時間を要するという問題点がある。
2. Description of the Related Art Since titanium and titanium alloys have excellent mechanical properties, have corrosion resistance to body fluids, and have extremely low toxicity to living organisms, titanium and titanium alloys have been used as metals for bone substitute materials. ing. However, titanium and titanium alloy have a problem that affinity with living bone is low. That is, the bone substitute material is required to have biocompatibility to directly bond with living bone, but titanium and titanium alloy have a low affinity for living bone and require a long time to bond with living bone. is there.

【0003】チタン及びチタン合金が生体骨との親和性
を示す条件は、表面に骨の主成分であるヒドロキシアパ
タイト(以降、HAP という)層を形成することである。
生体骨との親和性に対してHAP の果たす役割は本質的で
ある。即ち、HAP は生体親和性に優れ、生体骨と直接結
合するという性質を有している。
[0003] The condition for titanium and titanium alloy to show affinity for living bone is to form a hydroxyapatite (hereinafter referred to as HAP) layer which is a main component of bone on the surface.
The role of HAP in affinity for living bone is essential. That is, HAP has excellent biocompatibility and has the property of directly binding to living bone.

【0004】かかるHAP の特性を利用した技術として、
HAP を含む生体親和性を有する材料でチタン又はチタン
合金をコーティングし、それにより生体骨との親和性を
付与する技術(以降、生体親和性材料コーティング法と
いう)が提案されている。
[0004] As technology utilizing the characteristics of such HAP,
A technique of coating titanium or a titanium alloy with a material having biocompatibility including HAP and thereby imparting affinity to living bone (hereinafter referred to as a biocompatible material coating method) has been proposed.

【0005】しかし、かかる生体親和性材料コーティン
グ法では、コーティング層と下地金属との接合強度を高
くすることが難しい。又、信頼性の高いコーティング層
を形成するためには処理プロセスが複雑になり、高価な
装置が必要となるため、製造コストが高くなるという問
題点がある。
[0005] However, in such a biocompatible material coating method, it is difficult to increase the bonding strength between the coating layer and the underlying metal. Further, there is a problem in that a processing process becomes complicated and an expensive apparatus is required to form a highly reliable coating layer, so that the manufacturing cost is increased.

【0006】かかる問題を解決することを目的として検
討がなされ、その結果、チタン又はチタン合金よりなる
基体の表面をアルカリ水溶液で処理した後、加熱処理を
するという簡便な方法(以降、アルカリ処理・加熱処理
法という)により、生体親和性を付与できることが見出
され、文献「Kim ら,J. Biomed. Mater. Res, vol.3
2, P409〜417 (1996 年)」や、特再平7-813100号公報
(再公表特許公報)に記載されている。
Studies have been made for the purpose of solving such a problem, and as a result, a simple method of treating the surface of a substrate made of titanium or a titanium alloy with an aqueous alkali solution and then performing a heat treatment (hereinafter referred to as an alkali treatment / treatment). It has been found that the biocompatibility can be imparted by the heat treatment method), and is described in Kim et al., J. Biomed. Mater. Res, vol.
2, P409-417 (1996) "and Japanese Patent Publication No. 7-813100 (republished patent publication).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前記文献や特再平7-81
3100号公報に記載されている方法(アルカリ処理・加熱
処理法)は、確かに、前記生体親和性材料コーティング
法に比べて、簡便に生体親和性を付与し得る。しかしな
がら、このアルカリ処理・加熱処理法により得られる骨
代替材料は、表面のHAP 形成能が生体親和性材料コーテ
ィング法により得られる骨代替材料の場合よりも低く、
生体親和性即ち生体骨との親和性が充分ではない。
[Problems to be Solved by the Invention]
The method described in Japanese Patent No. 3100 (alkaline treatment / heat treatment method) can provide biocompatibility more easily than the biocompatible material coating method. However, the bone replacement material obtained by this alkali treatment / heat treatment method has a lower HAP forming ability on the surface than the bone replacement material obtained by the biocompatible material coating method,
Biocompatibility, that is, affinity with living bone is not sufficient.

【0008】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、前記アルカリ処理・加熱処
理法の場合と同程度に簡便に、前記アルカリ処理・加熱
処理法の場合よりも優れた生体親和性をチタン又はチタ
ン合金よりなる基体に付与し得るようにしようとするも
のである。即ち、チタン又はチタン合金を構成材料のベ
ース(基体)とする骨代替材料であって、前記アルカリ
処理・加熱処理法の場合と同程度に簡便な方法により得
ることができ、しかも前記アルカリ処理・加熱処理法で
得られる骨代替材料の場合よりも表面のHAP 形成能が高
く、生体親和性に優れた骨代替材料及びその製造方法を
提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to make it as simple and easy as in the case of the alkali treatment / heat treatment method. An object of the present invention is to make it possible to impart a better biocompatibility to a substrate made of titanium or a titanium alloy. That is, it is a bone substitute material using titanium or a titanium alloy as a base (substrate) of a constituent material, and can be obtained by a method as simple as the alkali treatment / heat treatment method. An object of the present invention is to provide a bone substitute material having a higher HAP forming ability on the surface than that of a bone substitute material obtained by a heat treatment method and having excellent biocompatibility, and a method for producing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る骨代替材料及びその製造方法は、請
求項1〜2記載の骨代替材料、請求項3〜5記載の骨代
替材料の製造方法としており、それは次のような構成と
したものである。
In order to achieve the above-mentioned object, a bone substitute material and a method for producing the same according to the present invention are described as the bone substitute material according to claims 1 and 2, and the bone substitute material according to claims 3 to 5. A method for manufacturing an alternative material is as follows.

【0010】即ち、請求項1記載の骨代替材料は、チタ
ン又はチタン合金よりなる基体と、該基体の表面に形成
された非晶質のアルカリチタン酸塩層とを備えた骨代替
材料であって、前記アルカリチタン酸塩層がカルシウム
を含有し、該カルシウムの濃度が前記アルカリチタン酸
塩層の最表面において5〜20原子%であると共に、前記
アルカリチタン酸塩層が厚さ:0.3 μm 超5μm 以下で
あり三次元網目構造を有することを特徴とする骨代替材
料である(第1発明)。
That is, the bone substitute material according to the first aspect is a bone substitute material comprising a base made of titanium or a titanium alloy, and an amorphous alkali titanate layer formed on the surface of the base. The alkali titanate layer contains calcium, the calcium concentration is 5 to 20 atomic% at the outermost surface of the alkali titanate layer, and the alkali titanate layer has a thickness of 0.3 μm. It is a bone substitute material having a size of super 5 μm or less and having a three-dimensional network structure (first invention).

【0011】請求項2記載の骨代替材料は、前記アルカ
リチタン酸塩層の引掻き強度が10gf以上である請求項1
記載の骨代替材料である(第2発明)。
[0011] In the bone substitute material according to the second aspect, the scratch strength of the alkali titanate layer is 10 gf or more.
(A second invention).

【0012】請求項3記載の骨代替材料の製造方法は、
チタン又はチタン合金よりなる基体を、水酸化ナトリウ
ム水溶液又は水酸化カリウム水溶液に浸漬した後、水酸
化カルシウム水溶液、燐酸カルシウム水溶液、硝酸カル
シウム水溶液から選択される1種の水溶液に浸漬するこ
とを特徴とする骨代替材料の製造方法である(第3発
明)。
[0012] The method for producing a bone substitute material according to claim 3 is as follows.
A substrate made of titanium or a titanium alloy is immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide, and then immersed in one type of aqueous solution selected from an aqueous solution of calcium hydroxide, an aqueous solution of calcium phosphate, and an aqueous solution of calcium nitrate. This is a method for producing a bone substitute material to be replaced (third invention).

【0013】請求項4記載の骨代替材料の製造方法は、
前記選択される1種の水溶液が水酸化カルシウム水溶液
である請求項3記載の骨代替材料の製造方法である(第
4発明)。請求項5記載の骨代替材料の製造方法は、前
記基体を水酸化ナトリウム水溶液又は水酸化カリウム水
溶液に浸漬した後、前記選択される1種の水溶液に浸漬
する前に、又は、前記選択される1種の水溶液に浸漬し
た後に、前記基体を400 〜800 ℃で加熱する請求項3又
は4記載の骨代替材料の製造方法である(第5発明)。
[0013] The method for producing a bone substitute material according to claim 4 is as follows.
4. The method for producing a bone substitute material according to claim 3, wherein the one selected aqueous solution is a calcium hydroxide aqueous solution (a fourth invention). The method for producing a bone substitute material according to claim 5, wherein the substrate is immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide, before immersion in the aqueous solution of the selected one, or in the selected aqueous solution. The method according to claim 3 or 4, wherein the substrate is heated at 400 to 800 ° C after being immersed in one kind of aqueous solution (fifth invention).

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明は、例えば次のような形態
で実施される。所要形状寸法のチタン又はチタン合金よ
りなる基体を洗浄し乾燥した後、水酸化ナトリウム水溶
液又は水酸化カリウム水溶液に浸漬する。例えば、60℃
に保持された5M(モル濃度)の水酸化ナトリウム水溶
液に24時間浸漬する。そうすると、基体の表面に三次元
網目構造を有する非晶質のアルカリチタン酸塩層が形成
される。このとき、アルカリチタン酸塩層の厚さが0.3
μm 超5μm 以下、例えば1μm となるようにする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is embodied, for example, in the following modes. After cleaning and drying a substrate made of titanium or a titanium alloy having a required shape and size, the substrate is immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide. For example, 60 ° C
Immersed in a 5 M (molar concentration) aqueous sodium hydroxide solution held for 24 hours. Then, an amorphous alkali titanate layer having a three-dimensional network structure is formed on the surface of the substrate. At this time, the thickness of the alkali titanate layer is 0.3
It should be more than 5 μm and less than 1 μm, for example.

【0015】次に、上記浸漬後の基体を洗浄した後、水
酸化カルシウム水溶液、燐酸カルシウム水溶液、硝酸カ
ルシウム水溶液から選択される1種の水溶液に浸漬す
る。例えば、60℃に保持された10mM(ミリモル濃度)
の水酸化カルシウム水溶液に24時間浸漬する。そうする
と、基体表面のアルカリチタン酸塩層がカルシウムを含
有するようになる。このとき、カルシウムの濃度は、通
常、アルカリチタン酸塩層の最表面において最も高く、
この層の厚み方向に深くなるに伴って傾斜的に減少す
る。このカルシウムの濃度がアルカリチタン酸塩層の最
表面において5〜20原子%となるようにする。この浸漬
の後、洗浄し乾燥する。
Next, after washing the substrate after the immersion, the substrate is immersed in one kind of aqueous solution selected from an aqueous solution of calcium hydroxide, an aqueous solution of calcium phosphate and an aqueous solution of calcium nitrate. For example, 10 mM (mmol concentration) maintained at 60 ° C
For 24 hours. Then, the alkali titanate layer on the substrate surface contains calcium. At this time, the concentration of calcium is usually the highest on the outermost surface of the alkali titanate layer,
As the layer becomes deeper in the thickness direction, it gradually decreases. The concentration of calcium is adjusted to 5 to 20 atomic% at the outermost surface of the alkali titanate layer. After this immersion, it is washed and dried.

【0016】このような形態で本発明に係る骨代替材料
の製造方法が実施され、そして本発明に係る骨代替材料
が得られる。
In this manner, the method for producing a bone substitute material according to the present invention is performed, and the bone substitute material according to the present invention is obtained.

【0017】上記選択される1種の水溶液に浸漬前又は
浸漬後に、基体を400 〜800 ℃で加熱するようにする、
例えば、600 ℃で1時間加熱するようにすると、アルカ
リチタン酸塩層の引掻き強度を10gf以上とし得、従っ
て、本第2発明に係る骨代替材料が得られる。
The substrate is heated at 400 to 800 ° C. before or after immersion in one of the selected aqueous solutions.
For example, by heating at 600 ° C. for 1 hour, the scratching strength of the alkali titanate layer can be set to 10 gf or more, and thus the bone substitute material according to the second aspect of the present invention is obtained.

【0018】以下、本発明について主にその作用効果を
説明する。
Hereinafter, the function and effect of the present invention will be mainly described.

【0019】前記アルカリ処理・加熱処理法によれば、
チタン又はチタン合金よりなる基体の表面に非晶質のア
ルカリチタン酸塩層が形成される。このアルカリチタン
酸塩層はHAP 形成能を有し、チタン又はチタン合金より
なる基体に生体親和性を付与する働きを有している。
According to the alkali treatment / heat treatment method,
An amorphous alkali titanate layer is formed on the surface of a substrate made of titanium or a titanium alloy. This alkali titanate layer has a HAP-forming ability and has a function of imparting biocompatibility to a substrate made of titanium or a titanium alloy.

【0020】本発明に係る骨代替材料は、前述の如く、
チタン又はチタン合金よりなる基体の表面に非晶質のア
ルカリチタン酸塩層を備えている。従って、先ずは、こ
のアルカリチタン酸塩層により、前記アルカリ処理・加
熱処理法の場合と同程度の生体親和性がチタン又はチタ
ン合金よりなる基体に付与され、基本的に前記アルカリ
処理・加熱処理法の場合と同程度の生体親和性を有し得
る。
The bone replacement material according to the present invention is, as described above,
An amorphous alkali titanate layer is provided on the surface of a substrate made of titanium or a titanium alloy. Therefore, first, the alkali titanate layer imparts the same degree of biocompatibility to a substrate made of titanium or a titanium alloy as in the case of the alkali treatment / heat treatment method. It may have the same biocompatibility as in the method.

【0021】それだけでなく、本発明に係る骨代替材料
は更に、前述の如く、前記アルカリチタン酸塩層がカル
シウムを含有し、該カルシウムの濃度が前記アルカリチ
タン酸塩層の最表面において5〜20原子%であると共
に、前記アルカリチタン酸塩層が厚さ:0.3 μm 超5μ
m 以下であり三次元網目構造を有するようにしている。
[0021] In addition, the bone substitute material according to the present invention further includes, as described above, wherein the alkali titanate layer contains calcium, and the concentration of calcium is 5 to 5 at the outermost surface of the alkali titanate layer. 20 atomic%, and the thickness of the alkali titanate layer is more than 0.3 μm and 5 μm.
m or less and has a three-dimensional network structure.

【0022】このようなアルカリチタン酸塩層中のカル
シウムは、HAP 形成能が著しく高くてHAP 層を速やかに
形成させ、チタン又はチタン合金よりなる基体に極めて
優れた生体親和性を付与するという特異な働きをする。
即ち、上記の如き厚さで三次元網目構造を有すると共に
カルシウムを上記の如き高濃度で含有するアルカリチタ
ン酸塩層中のカルシウムは、チタン又はチタン合金より
なる基体の表面(アルカリチタン酸塩層の表面)近傍の
体液中にカルシウムイオンとなって速やかに且つ多量に
溶出し、前記基体の表面近傍の体液中のカルシウムイオ
ン濃度を急速に高め、過飽和にし、それにより、速やか
に且つ多量にHAP が析出(HAP の結晶が生成)すると共
に前記基体の表面に強固に付着し、その結果、HAP 層が
形成され、生体親和性が付与される。このHAP 形成能
(ひいては生体親和性)は、前記アルカリ処理・加熱処
理法の場合よりも極めて優れている。
Calcium in such an alkali titanate layer has a remarkably high HAP-forming ability, rapidly forms the HAP layer, and gives a substrate made of titanium or a titanium alloy an extremely excellent biocompatibility. Work well.
That is, the calcium in the alkali titanate layer having a three-dimensional network structure with the above thickness and containing calcium at the high concentration as described above is applied to the surface of the substrate made of titanium or a titanium alloy (the alkali titanate layer). Quickly and in large quantities as calcium ions in the body fluid near the surface of the substrate, and rapidly increase and supersaturate the calcium ion concentration in the body fluid near the surface of the substrate, whereby HAP is rapidly and abundantly increased. Precipitates (HAP crystals are formed) and adheres firmly to the surface of the substrate, thereby forming a HAP layer and imparting biocompatibility. This HAP-forming ability (and, consequently, biocompatibility) is extremely superior to that of the alkali treatment / heat treatment method.

【0023】本発明に係る骨代替材料は、このように極
めて優れた生体親和性が、前記アルカリチタン酸塩層に
より付与される生体親和性に加えて付与される。従っ
て、本発明に係る骨代替材料は、前記アルカリ処理・加
熱処理法の場合よりも極めて優れた生体親和性がチタン
又はチタン合金よりなる基体に付与されたものである。
即ち、前記アルカリ処理・加熱処理法で得られる骨代替
材料の場合よりも、表面のHAP 形成能が著しく高く、生
体親和性に極めて優れている。
The bone substitute material according to the present invention has such excellent biocompatibility in addition to the biocompatibility provided by the alkali titanate layer. Therefore, the bone substitute material according to the present invention has a biocompatibility extremely superior to that of the alkali treatment / heat treatment method given to a substrate made of titanium or a titanium alloy.
That is, the HAP forming ability on the surface is remarkably higher than that of the bone substitute material obtained by the alkali treatment / heat treatment method, and the biocompatibility is extremely excellent.

【0024】一方、本発明に係る骨代替材料の製造方法
は、前述の如く、チタン又はチタン合金よりなる基体
を、水酸化ナトリウム水溶液又は水酸化カリウム水溶液
に浸漬した後、水酸化カルシウム水溶液、燐酸カルシウ
ム水溶液、硝酸カルシウム水溶液から選択される1種の
水溶液に浸漬するようにしている(第3発明)。かかる
方法によれば、本発明に係る骨代替材料を得ることがで
きる。
On the other hand, in the method for producing a bone substitute material according to the present invention, as described above, a substrate made of titanium or a titanium alloy is immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide, and then an aqueous solution of calcium hydroxide and phosphoric acid. It is immersed in one kind of aqueous solution selected from a calcium aqueous solution and a calcium nitrate aqueous solution (third invention). According to such a method, the bone substitute material according to the present invention can be obtained.

【0025】即ち、前記基体を水酸化ナトリウム水溶液
又は水酸化カリウム水溶液へ浸漬すること(以降、アル
カリ処理という)により、前記基体の表面に三次元網目
構造を有する非晶質のアルカリチタン酸塩層を形成し得
る。このとき、アルカリチタン酸塩層の厚さが0.3 μm
超5μm 以下となるようにし得る。
That is, by dipping the substrate in an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide (hereinafter referred to as alkali treatment), an amorphous alkali titanate layer having a three-dimensional network structure is formed on the surface of the substrate. Can be formed. At this time, the thickness of the alkali titanate layer is 0.3 μm
It can be made to be super 5 μm or less.

【0026】上記アルカリ処理後の基体を、水酸化カル
シウム水溶液、燐酸カルシウム水溶液、硝酸カルシウム
水溶液から選択される1種の水溶液に浸漬すること(以
降、カルシウム導入処理という)により、基体表面のア
ルカリチタン酸塩層がカルシウムを含有するようにな
る。このとき、カルシウムの濃度は、通常、アルカリチ
タン酸塩層の最表面において最も高く、この層の厚み方
向に深くなるに伴って傾斜的に減少する。このカルシウ
ムの濃度がアルカリチタン酸塩層の最表面において5〜
20原子%となるようにし得る。
The substrate after the alkali treatment is immersed in one kind of aqueous solution selected from an aqueous solution of calcium hydroxide, an aqueous solution of calcium phosphate, and an aqueous solution of calcium nitrate (hereinafter referred to as a calcium introduction treatment), whereby the alkali titanium on the surface of the substrate is treated. The acid salt layer contains calcium. At this time, the concentration of calcium is usually highest at the outermost surface of the alkali titanate layer, and gradually decreases as the layer becomes deeper in the thickness direction of the layer. The calcium concentration is 5 to 5 at the outermost surface of the alkali titanate layer.
It can be 20 atomic%.

【0027】従って、本発明に係る骨代替材料の製造方
法によれば、本発明に係る骨代替材料を得ることができ
る。
Therefore, according to the method for producing a bone substitute material according to the present invention, the bone substitute material according to the present invention can be obtained.

【0028】かかる製造方法は、前記アルカリ処理・加
熱処理法の場合と同程度に簡便な方法である。本発明に
係る骨代替材料は、かかる簡便な製造方法により製造す
ることができる。
This production method is as simple as the above-mentioned alkali treatment / heat treatment method. The bone substitute material according to the present invention can be manufactured by such a simple manufacturing method.

【0029】以上よりわかる如く、本発明に係る骨代替
材料は、前記アルカリ処理・加熱処理法の場合と同程度
に簡便な方法により得ることができ、しかも前記アルカ
リ処理・加熱処理法で得られる骨代替材料の場合より
も、表面のHAP 形成能が著しく高く、生体親和性に極め
て優れている。又、本発明に係る骨代替材料の製造方法
によれば、かかる優れた特性を有する骨代替材料を簡便
に得ることができる。
As can be seen from the above, the bone substitute material according to the present invention can be obtained by a method as simple as the above-mentioned alkali treatment / heat treatment method, and can be obtained by the above-mentioned alkali treatment / heat treatment method. The HAP forming ability on the surface is remarkably higher than that of the bone substitute material, and it is extremely excellent in biocompatibility. Further, according to the method for producing a bone substitute material according to the present invention, a bone substitute material having such excellent characteristics can be easily obtained.

【0030】本発明に係る骨代替材料において、前記ア
ルカリチタン酸塩層の厚さが0.3 μm 超5μm 以下であ
ることとしているのは、0.3 μm 以下であると、そのア
ルカリチタン酸塩層中に含有されているカルシウムの絶
対量が少ないため、基体の表面(アルカリチタン酸塩層
の表面)近傍の体液中へのカルシウムの溶出量が少なく
て体液中のカルシウム濃度を上昇させるには不充分であ
り、そのためHAP の析出が起こり難くなり、ひいてはHA
P 形成能が小さく、生体親和性が不充分となり、一方、
5μm 超であると、アルカリチタン酸塩層に亀裂等の欠
陥が発生し易くなり、生体骨と接合した場合に該欠陥の
部分が破壊の起点となる恐れが生じるからである。
In the bone substitute material according to the present invention, the thickness of the alkali titanate layer is determined to be more than 0.3 μm and 5 μm or less when the thickness is 0.3 μm or less. Since the absolute amount of calcium contained is small, the amount of calcium eluted into the body fluid near the surface of the substrate (the surface of the alkali titanate layer) is small, and is insufficient to increase the calcium concentration in the body fluid. Therefore, HAP precipitation is unlikely to occur, and as a result, HA
P-forming ability is small, bioaffinity becomes insufficient,
If the thickness is more than 5 μm, a defect such as a crack is easily generated in the alkali titanate layer, and when bonded to living bone, there is a possibility that the defect becomes a starting point of destruction.

【0031】前記アルカリチタン酸塩層の最表面でのカ
ルシウム濃度が5〜20原子%であることとしているの
は、5原子%未満であると、そのアルカリチタン酸塩層
中に含有されているカルシウムの絶対量が少ないため、
基体表面(アルカリチタン酸塩層表面)近傍の体液中へ
のカルシウムの溶出量が少なくなり、その結果、HAP の
析出が起こり難くなり、ひいてはHAP 形成能が小さく、
生体親和性が不充分となるからであり、又、20原子%超
にすることはできないからである。カルシウム濃度を20
原子%超にすることができないのは、アルカリチタン酸
塩層中のカルシウムはチタン酸カルシウム(CaTiO3)の
形態で存在し、アルカリチタン酸塩層の最表面の全てが
CaTiO3である場合でもカルシウム濃度は20原子%である
ので、20原子%超にならないからである。
The calcium concentration at the outermost surface of the alkali titanate layer is defined as 5 to 20 atomic%. When the calcium concentration is less than 5 atomic%, the calcium is contained in the alkali titanate layer. Because the absolute amount of calcium is small,
The amount of calcium eluted into the body fluid near the surface of the substrate (the surface of the alkali titanate layer) is reduced, and as a result, HAP is hardly precipitated, and the HAP forming ability is small,
This is because the biocompatibility becomes insufficient, and the content cannot exceed 20 atomic%. Calcium concentration 20
The reason that it cannot be more than atomic% is that the calcium in the alkali titanate layer exists in the form of calcium titanate (CaTiO 3 ), and the entire outermost surface of the alkali titanate layer
This is because even in the case of CaTiO 3 , the calcium concentration is 20 atomic%, and thus does not exceed 20 atomic%.

【0032】以下、本発明についてより詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

【0033】生体親和性とは、生体骨との親和性(即
ち、骨親和性)のことである。生体親和性に優れた材料
は、人の体液に近い無機イオン濃度を有する疑似体液に
浸漬中にその材料表面にHAP 層を形成することから、か
かるHAP 層の形成能(HAP 形成能)即ちHAP 層の形成速
度を生体親和性の指標とすることができる。
[0033] The biocompatibility is an affinity with living bone (ie, bone affinity). A material having excellent biocompatibility forms a HAP layer on the surface of the material during immersion in a simulated body fluid having an inorganic ion concentration close to that of a human body fluid. The rate of layer formation can be used as an indicator of biocompatibility.

【0034】チタンやチタン合金の表面に非晶質のアル
カリチタン酸塩層を形成させることにより生体親和性を
付与し得ることは、既に知られている(例えば、特再平
7-813100号公報)。しかし、このアルカリチタン酸塩層
の骨親和性を支配するHAP 形成能は、バイオガラス等の
骨代替材料に比べて劣っている。この原因は充分には明
らかになっていないが、バイオガラス等の骨代替材料は
HAP 成分であるカルシウムやリン酸成分を含んでいるの
に対してアルカリチタン酸塩層はこれらの成分を含んで
いないことにあると考えられる。
It is already known that a biocompatibility can be imparted by forming an amorphous alkali titanate layer on the surface of titanium or a titanium alloy (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication
No. 7-813100). However, the ability of this alkali titanate layer to form HAP, which governs the bone affinity, is inferior to bone substitute materials such as bioglass. Although the cause is not fully understood, bone substitute materials such as bioglass
It is considered that the alkali titanate layer does not contain these components while the calcium and phosphate components which are the HAP components are contained.

【0035】本発明者はチタンやチタン合金に種々のア
ルカリ処理等を施し、得られた材料についてHAP 形成能
を調べた結果、非晶質のアルカリチタン酸塩層の中でも
カルシウムを含むものが、HAP 形成能に優れていること
を見出した。そして、かかる材料はアルカリ処理及びカ
ルシウム導入処理によって得ることができることを見出
した。
The present inventor has performed various alkali treatments and the like on titanium and titanium alloys and investigated the HAP forming ability of the obtained material. As a result, the amorphous alkali titanate layer containing calcium contained It was found that it had excellent HAP-forming ability. And they found that such a material can be obtained by an alkali treatment and a calcium introduction treatment.

【0036】これまでにもチタンやチタン合金に生体親
和性を付与する試みとして、イオン注入によりカルシウ
ムを含む層を表面に形成することが行われているが、こ
の処理を行う装置は大型で高価なものであり、高真空が
必要といった複雑なものである。更に、生体親和性も非
晶質アルカリチタン酸塩層を形成させた場合に比べて劣
っている。例えば、特開平9-308681号公報には、基材金
属材料表面にカルシウムを酸化物あるいは水酸化物とし
て存在させた骨伝導性(骨親和性)を有する金属材料、
及び、これをイオン注入法あるいはイオンミキシング法
により製造する方法が開示されている。しかし、この酸
化物あるいは水酸化物としてのカルシウムは、生体内に
おいてアルカリ性が強く、骨芽細胞の増殖上好ましくな
い。
As an attempt to impart biocompatibility to titanium or a titanium alloy, a layer containing calcium has been formed on the surface by ion implantation. However, an apparatus for performing this treatment is large and expensive. It is complicated and requires a high vacuum. Furthermore, biocompatibility is also inferior to the case where an amorphous alkali titanate layer is formed. For example, JP-A-9-308681 discloses a metal material having osteoconductivity (bone affinity) in which calcium is present as an oxide or hydroxide on the surface of a base metal material,
Further, a method for manufacturing the same by an ion implantation method or an ion mixing method is disclosed. However, calcium as this oxide or hydroxide is highly alkaline in vivo and is not preferred in terms of osteoblast proliferation.

【0037】これに対し、前記アルカリ処理及びカルシ
ウム導入処理によって形成されるアルカリチタン酸塩層
の中のカルシウムはチタン酸カルシウムの状態で存在し
ていると考えられ、前記酸化物あるいは水酸化物のカル
シウムよりもアルカリ性が弱く、骨芽細胞の増殖を阻害
しないと考えられる。
On the other hand, it is considered that calcium in the alkali titanate layer formed by the alkali treatment and the calcium introduction treatment is present in the form of calcium titanate, and the oxide or hydroxide It is thought to be less alkaline than calcium and not inhibit osteoblast proliferation.

【0038】又、イオン注入法やイオンミキシング法で
は、特開平9-308681号公報に記載されている如く、表面
から約30nmの深さまでカルシウムを注入できるのみであ
り、体液中でのHAP 形成に長時間を要する。更には、複
雑な形状のインプラント部材の表面に均一にカルシウム
を注入することも難しい。
In the ion implantation method or the ion mixing method, as described in JP-A-9-308681, only calcium can be implanted to a depth of about 30 nm from the surface. It takes a long time. Furthermore, it is difficult to uniformly inject calcium into the surface of an implant member having a complicated shape.

【0039】本発明に係る骨代替材料は、アルカリチタ
ン酸塩層がカルシウムを含有し、三次元網目構造を有す
るので、前述の如く、速やかにHAP 層を形成する。カル
シウムの濃度はアルカリチタン酸塩層の最表面において
5〜20原子%であるが、確実に高水準のHAP 形成能をも
たせるには10〜20原子%とすることが望ましい。
In the bone substitute material according to the present invention, since the alkali titanate layer contains calcium and has a three-dimensional network structure, the HAP layer is quickly formed as described above. The concentration of calcium is 5 to 20 atomic% at the outermost surface of the alkali titanate layer, but is desirably 10 to 20 atomic% in order to ensure a high level of HAP forming ability.

【0040】本発明に係る骨代替材料の製造方法は、ア
ルカリ処理の後、カルシウム導入処理するようにしてい
る。このアルカリ処理により、三次元網目構造を有する
非晶質のアルカリチタン酸塩層が形成される。この後、
カルシウム導入処理により、アルカリチタン酸塩層中に
カルシウムが取り込まれる。このとき、カルシウムの濃
度は、通常、アルカリチタン酸塩層の最表面において最
も高く、この層の厚み方向に深くなるに伴って傾斜的に
減少する。
In the method for producing a bone substitute material according to the present invention, calcium treatment is performed after alkali treatment. By this alkali treatment, an amorphous alkali titanate layer having a three-dimensional network structure is formed. After this,
By the calcium introduction treatment, calcium is taken into the alkali titanate layer. At this time, the concentration of calcium is usually highest at the outermost surface of the alkali titanate layer, and gradually decreases as the layer becomes deeper in the thickness direction of the layer.

【0041】チタン及びチタン合金は一般的に耐食性に
優れている。又、水酸化カルシウム等のカルシウム化合
物は水に対する溶解度が低く、例えば水酸化カルシウム
の溶解度は60℃で0.12(g/100g水)であるので、水酸化
カルシウム水溶液等のカルシウムイオン含有水溶液はア
ルカリ強度が低い。故に、チタン及びチタン合金を直
接、カルシウムイオン含有水溶液により処理しても充分
な濃度のカルシウムを含む非晶質アルカリチタン酸塩層
を形成し得ない。又、かかる処理をしたチタン及びチタ
ン合金はHAP を形成する能力を持たない。
Titanium and titanium alloys generally have excellent corrosion resistance. In addition, calcium compounds such as calcium hydroxide have low solubility in water. For example, the solubility of calcium hydroxide is 0.12 (g / 100 g water) at 60 ° C. Therefore, an aqueous solution containing calcium ions such as an aqueous solution of calcium hydroxide has an alkaline strength. Is low. Therefore, even if titanium and a titanium alloy are directly treated with an aqueous solution containing calcium ions, an amorphous alkali titanate layer containing a sufficient concentration of calcium cannot be formed. Also, such treated titanium and titanium alloys do not have the ability to form HAP.

【0042】これに対して、水酸化ナトリウムや水酸化
カリウムは強アルカリ化合物であると共に水に対する溶
解度が高く高濃度の水溶液が作製可能である(水酸化ナ
トリウム:114g/100g水、水酸化カリウム:118g/100g
水)。そのため、先ず、高濃度の水酸化ナトリウム水溶
液や水酸化カリウム水溶液によりチタンやチタン合金を
アルカリ処理すると、三次元網目構造を有し且つ充分な
厚みを有する非晶質のアルカリチタン酸塩層を形成させ
ることができる。次に、カルシウムイオン含有水溶液に
よりカルシウム導入処理すると、アルカリチタン酸塩層
の内部まで効率よくカルシウムイオンを導入し得、アル
カリチタン酸塩層の最表面でのカルシウム濃度は5〜20
原子%とし得る。
On the other hand, sodium hydroxide and potassium hydroxide are strongly alkaline compounds and have high solubility in water, so that a highly concentrated aqueous solution can be prepared (sodium hydroxide: 114 g / 100 g water, potassium hydroxide: 118g / 100g
water). Therefore, first, when a titanium or titanium alloy is alkali-treated with a high-concentration aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide, an amorphous alkali titanate layer having a three-dimensional network structure and a sufficient thickness is formed. Can be done. Next, when calcium is introduced with an aqueous solution containing calcium ions, calcium ions can be efficiently introduced into the alkali titanate layer, and the calcium concentration on the outermost surface of the alkali titanate layer is 5 to 20.
Atomic%.

【0043】一般にカルシウム化合物は水酸化ナトリウ
ムや水酸化カリウムと反応すると水酸化カルシウムとな
って析出する。水酸化カルシウムは1M以上の水酸化ナ
トリウム中では殆ど溶解しないため、溶液中にカルシウ
ムイオンは殆ど存在しない。特再平7-813100号公報に記
載されている如くアルカリ水溶液中にカルシウムイオン
を共存させる場合、カルシウムイオン濃度は極めて低
く、処理層中に充分なカルシウムを導入することはでき
ないと考えられる。又、チタンやチタン合金表面に三次
元網目構造の非晶質アルカリチタン酸塩層を形成させる
のに適正な条件とカルシウム導入の適正な条件とは若干
異なるため、アルカリ処理とカルシウム導入とを同時に
行うのは適切ではないと考えられる。
Generally, when a calcium compound reacts with sodium hydroxide or potassium hydroxide, it becomes calcium hydroxide and precipitates. Since calcium hydroxide hardly dissolves in sodium hydroxide of 1M or more, calcium ions hardly exist in the solution. When calcium ions coexist in an alkaline aqueous solution as described in Japanese Patent Publication No. 7-813100, it is considered that the calcium ion concentration is extremely low and sufficient calcium cannot be introduced into the treatment layer. In addition, since the proper conditions for forming an amorphous alkali titanate layer having a three-dimensional network structure on the surface of titanium or a titanium alloy and the proper conditions for introducing calcium are slightly different, the alkali treatment and the calcium introduction are performed simultaneously. It is not considered appropriate to do so.

【0044】これに対して、前記の如く先ずアルカリ処
理により三次元網目構造を有する非晶質アルカリチタン
酸塩層を形成し、この後、カルシウムイオン含有水溶液
によりカルシウム導入処理をすると、アルカリチタン酸
塩層の内部まで効率よくカルシウムイオンを導入し得
る。
On the other hand, as described above, first, an amorphous alkali titanate layer having a three-dimensional network structure is formed by alkali treatment, and then calcium introduction treatment is performed with an aqueous solution containing calcium ions. Calcium ions can be efficiently introduced into the inside of the salt layer.

【0045】本発明に係る骨代替材料の製造方法におい
て、アルカリ処理の際のアルカリ溶液(水酸化ナトリウ
ム水溶液又は水酸化カリウム水溶液)の濃度が2M未満
であると共に、処理温度が40℃より低く、且つ、処理時
間が1時間より短い場合には、反応が進み難いため、充
分な厚みの三次元網目構造のアルカリチタン酸塩層を形
成し難くなる。又、アルカリ溶液の濃度が10M超である
と共に、処理温度が70℃より高く、且つ、処理時間が24
時間を超える場合には、反応が過剰となるために、三次
元網目構造のアルカリチタン酸塩層に亀裂が生じて該層
の崩壊が起こる可能性がある(このような亀裂が生じた
アルカリチタン酸塩層の一例を図6に示す)。更に、ア
ルカリ溶液の濃度が高い場合、例えば15Mの水酸化ナト
リウム水溶液でアルカリ処理した場合、三次元網目構造
のアルカリチタン酸塩層は形成されず、外観的には平滑
な酸化チタン層が形成される(かかる平滑な酸化チタン
層の一例を図7に示す)。これらの点から、アルカリ処
理の際のアルカリ溶液の濃度は2〜10M、処理温度は40
〜70℃、処理時間は1〜24時間とすることが望ましい。
In the method for producing a bone replacement material according to the present invention, the concentration of the alkali solution (aqueous sodium hydroxide solution or potassium hydroxide solution) during the alkali treatment is less than 2M, and the treatment temperature is lower than 40 ° C. In addition, when the treatment time is shorter than 1 hour, the reaction is difficult to proceed, so that it is difficult to form an alkali titanate layer having a three-dimensional network structure with a sufficient thickness. Further, the concentration of the alkaline solution is more than 10M, the processing temperature is higher than 70 ° C, and the processing time is 24 hours.
If the time is exceeded, the reaction will be excessive, and the alkali titanate layer having a three-dimensional network structure may be cracked and collapsed (the alkali titanium having such a crack may be formed). An example of the acid salt layer is shown in FIG. 6). Further, when the concentration of the alkali solution is high, for example, when the alkali treatment is performed with a 15 M aqueous solution of sodium hydroxide, an alkali titanate layer having a three-dimensional network structure is not formed, and a titanium oxide layer having a smooth appearance is formed. (An example of such a smooth titanium oxide layer is shown in FIG. 7). From these points, the concentration of the alkali solution during the alkali treatment is 2 to 10 M, and the treatment temperature is 40 M
7070 ° C. and the treatment time are desirably 1-24 hours.

【0046】カルシウム導入処理の際のカルシウムイオ
ン含有水溶液(水酸化カルシウム水溶液、燐酸カルシウ
ム水溶液、硝酸カルシウム水溶液)の濃度が0.1 mM未
満である場合には、アルカリチタン酸塩層にカルシウム
を導入し難く、該層の最表面でのカルシウム濃度を5原
子%以上にすることも難しくなる。水酸化カルシウム水
溶液の場合には飽和濃度が15mM前後であるため、15m
Mを超えると沈殿が生じ、カルシウム導入の効率はそれ
以上増加しない。処理温度が30℃より低い場合や、処理
時間が1時間より短い場合には、反応が進み難いため、
カルシウム導入を充分にすることが難しくなる。又、処
理温度が100 ℃を超えても、処理時間が24時間を超えて
も、カルシウム導入の効率はそれ以上増加しない。これ
らの点から、カルシウム導入処理の際のカルシウムイオ
ン含有水溶液の濃度は0.1 〜15mM、処理温度は30〜10
0 ℃、処理時間は1〜24時間とすることが望ましい。特
に、効率的にカルシウムを導入するには、カルシウムイ
オン含有水溶液の濃度については2.5 〜15mMにするこ
とが望ましく、中でも10〜15mMにすることが好まし
く、又、処理温度については80〜100 ℃にすることが望
ましい。
When the concentration of the aqueous solution containing calcium ions (aqueous solution of calcium hydroxide, aqueous solution of calcium phosphate and aqueous solution of calcium nitrate) is less than 0.1 mM during the calcium introduction treatment, it is difficult to introduce calcium into the alkali titanate layer. It is also difficult to make the calcium concentration at the outermost surface of the layer 5 atomic% or more. In the case of an aqueous solution of calcium hydroxide, the saturation concentration is around 15 mM.
Above M, precipitation occurs and the efficiency of calcium introduction does not increase further. When the processing temperature is lower than 30 ° C. or the processing time is shorter than 1 hour, the reaction is difficult to proceed.
It becomes difficult to introduce calcium sufficiently. Further, even if the processing temperature exceeds 100 ° C. or the processing time exceeds 24 hours, the efficiency of calcium introduction does not increase any more. From these points, the concentration of the aqueous solution containing calcium ions during the calcium introduction treatment is 0.1 to 15 mM, and the treatment temperature is 30 to 10 mM.
It is desirable that the treatment time is 0 ° C. and the treatment time is 1 to 24 hours. In particular, in order to efficiently introduce calcium, the concentration of the calcium ion-containing aqueous solution is desirably 2.5 to 15 mM, preferably 10 to 15 mM, and the treatment temperature is 80 to 100 ° C. It is desirable to do.

【0047】カルシウムイオン含有水溶液の中、水酸化
カルシウム水溶液による場合、最もカルシウム導入を効
果的に行い得る(第4発明)。
In the case of using a calcium hydroxide aqueous solution among calcium ion-containing aqueous solutions, calcium can be most effectively introduced (the fourth invention).

【0048】前述の如く、アルカリ処理の際のアルカリ
溶液の濃度が高い場合には平滑な酸化チタン層が形成さ
れる。かかる材料を疑似体液に浸漬してもその表面には
HAPは形成されない。このことから、表面が三次元網目
構造を有することが体液中でのHAP 形成に重要な意味を
もつといえる。三次元網目構造を有することにより、表
面積が飛躍的に大きくなり、そのため体液中へのHAP 形
成成分の溶出が効率よく行われ、ひいてはHAP の析出、
HAP 層の形成が起こり易くなるものと考えられる。
As described above, when the concentration of the alkali solution in the alkali treatment is high, a smooth titanium oxide layer is formed. Even if such a material is immersed in a simulated body fluid, its surface
HAP is not formed. From this, it can be said that having a three-dimensional network structure on the surface is important for HAP formation in body fluids. By having a three-dimensional network structure, the surface area is dramatically increased, so that HAP-forming components are efficiently eluted into body fluids, and as a result, HAP precipitation and
It is considered that the formation of the HAP layer is likely to occur.

【0049】本発明に係る骨代替材料は、前記アルカリ
処理・加熱処理法で得られる骨代替材料の場合よりも、
表面のHAP 形成能が著しく高く、生体親和性に極めて優
れている。例えば、前記アルカリ処理・加熱処理法で得
られる骨代替材料の場合はHAP 層を形成させるのに2〜
3週間を要するが、本発明に係る骨代替材料はHAP 層形
成に必要な時間は1〜5日である。
[0049] The bone substitute material according to the present invention is more effective than the bone substitute material obtained by the alkali treatment / heat treatment method.
It has a remarkably high ability to form HAP on the surface and is extremely excellent in biocompatibility. For example, in the case of a bone substitute material obtained by the above-mentioned alkali treatment / heat treatment method, two to two layers are required to form the HAP layer.
Although it takes three weeks, the time required for the bone replacement material according to the present invention to form the HAP layer is 1 to 5 days.

【0050】ところで、アルカリ処理によって形成され
た三次元網目構造を有するアルカリチタン酸塩層は、表
面積が極めて大きい反面、強度が低く、生体への埋入操
作の際に場合によっては基体から剥離する恐れがある。
一般に生体材料コーティング層の強度の評価には剪断強
度あるいは剥離強度が用いられる。これらは生体内で生
体骨と接合した後の接合強度は反映するが、生体への埋
入操作の際のハンドリングに対する強度は反映しない。
そこで、引掻き強度を指標として生体への埋入時のハン
ドリングに対する強度の評価を行い、この強度を向上す
るための手段について検討した。この詳細について以下
説明する。
By the way, the alkali titanate layer having a three-dimensional network structure formed by the alkali treatment has a very large surface area, but has a low strength, and may be peeled off from the substrate in some cases during the operation of implantation into a living body. There is fear.
In general, a shear strength or a peel strength is used to evaluate the strength of a biomaterial coating layer. These reflect the joining strength after joining with the living bone in the living body, but do not reflect the strength for handling at the time of the operation for implantation into the living body.
Therefore, the strength for handling at the time of implantation into a living body was evaluated using the scratching strength as an index, and means for improving this strength were examined. The details will be described below.

【0051】チタン又はチタン合金をアルカリ処理した
後、カルシウム導入処理したもの、アルカリ処理し、加
熱処理した後、カルシウム導入処理したもの、及び、ア
ルカリ処理し、カルシウム導入処理した後、加熱処理し
たもの等を試料とし、表面性測定機(HEIDON-14S/D)を
用いて引掻き強度を測定した。即ち、図1に示す如く、
試料の表面に針先200 μm の引掻針を垂直にあて、引掻
針への垂直荷重(印加荷重)を段階的に変化させ、チタ
ン又はチタン合金表面の層(アルカリチタン酸塩層)の
剥離状況を顕微鏡を用いて確認し、剥離が起こった時点
の垂直荷重を引掻き強度として求めた。
Titanium or titanium alloy treated with alkali and then treated with calcium, treated with alkali and treated with heat, treated with calcium, and treated with alkali and treated with calcium and treated with heat Using these as a sample, the scratching strength was measured using a surface property measuring device (HEIDON-14S / D). That is, as shown in FIG.
A scratch needle with a needle tip of 200 μm is vertically applied to the surface of the sample, and the vertical load (applied load) on the scratch needle is changed stepwise to form a layer (alkali titanate layer) on the titanium or titanium alloy surface. The state of the peeling was confirmed using a microscope, and the vertical load at the time when the peeling occurred was determined as the scratching strength.

【0052】上記引掻き強度の測定の結果、アルカリ処
理後カルシウム導入処理前に、あるいは、カルシウム導
入処理後に、400 〜800 ℃で加熱する処理をすることに
より、アルカリチタン酸塩層の引掻き強度を高めること
ができ、生体への埋入操作時のハンドリングに対する強
度を持たせることができることがわかった(第5発
明)。
As a result of the above-mentioned measurement of the scratching strength, a heating treatment at 400 to 800 ° C. after the alkali treatment and before the calcium introduction treatment or after the calcium introduction treatment enhances the scratching strength of the alkali titanate layer. It has been found that strength can be provided for handling at the time of an implantation operation in a living body (fifth invention).

【0053】上記加熱処理の際の温度を400 ℃未満とし
た場合、引掻き強度が低く、生体への埋入時のハンドリ
ングによりアルカリチタン酸塩層の剥離が生じる可能性
がある。800 ℃超とした場合、非晶質のアルカリチタン
酸塩層が酸化チタン層へと変化し、生体親和性が低下し
不充分となる。かかる点から、上記加熱処理をするに際
しては加熱温度は400 〜800 ℃とした。生体親和性を低
下させず、高水準に維持するようにするためには、400
〜600 ℃とすることが望ましい。
When the temperature at the time of the above-mentioned heat treatment is lower than 400 ° C., the scratching strength is low, and there is a possibility that the alkali titanate layer may be peeled off due to handling during implantation into a living body. When the temperature is higher than 800 ° C., the amorphous alkali titanate layer changes to a titanium oxide layer, and the biocompatibility is lowered and becomes insufficient. From this point, the heating temperature was set to 400 to 800 ° C. in the above heat treatment. In order to maintain a high level without decreasing biocompatibility, 400
Desirably, it is set to ~ 600 ° C.

【0054】上記引掻き強度の測定の結果の一例を表1
に示す。加熱処理の際の温度(焼成温度)を300 ℃とし
た場合、引掻き強度は5gf以下である。加熱処理の際の
温度を600 ℃とした場合、引掻き強度は20gf超30gf未満
である。引掻き強度が10gfより低い場合、生体への埋入
時のハンドリングによりアルカリチタン酸塩層の剥離が
生じる恐れがある。故に、加熱処理の際の温度を600 ℃
とした場合は、引掻き強度は充分に高いが、300 ℃とし
た場合は、引掻き強度が不充分である。
Table 1 shows an example of the measurement results of the above-mentioned scratching strength.
Shown in When the temperature during the heat treatment (firing temperature) is 300 ° C., the scratching strength is 5 gf or less. When the temperature at the time of the heat treatment is 600 ° C., the scratch strength is more than 20 gf and less than 30 gf. When the scratching strength is lower than 10 gf, there is a possibility that the alkali titanate layer may be peeled off due to handling at the time of implantation into a living body. Therefore, the temperature during the heat treatment is set to 600 ℃
, The scratching strength was sufficiently high, but at 300 ° C., the scratching strength was insufficient.

【0055】チタン又はチタン合金をアルカリ処理した
後、カルシウム導入処理したものについて、アルカリチ
タン酸塩層中のカルシウムの存在形態を調べるため、X
線回折による分析を試みた。その結果、検出されるのは
Tiのみであり、カルシウム化合物の結晶は検出されなか
った。このことからも、アルカリチタン酸塩層中のカル
シウムは非晶質として存在しているといえる。
[0055] In order to examine the form of calcium in the alkali titanate layer, the titanium or titanium alloy was subjected to alkali treatment and then calcium introduction treatment.
Analysis by line diffraction was attempted. As a result, what is detected
Only Ti, no calcium compound crystals were detected. From this, it can be said that calcium in the alkali titanate layer exists as amorphous.

【0056】本発明に係る骨代替材料は、生体内で速や
かにHAP 層を形成し、このHAP 層を介して生体骨と結合
する。
The bone substitute material according to the present invention quickly forms an HAP layer in a living body and bonds to a living bone via the HAP layer.

【0057】本発明において、チタンは純チタンのこと
である。チタン合金としては特には限定されず、例えば
合金元素としてAl、V、Mo、Zr、Nb、Ta等を含有するチ
タン合金を用いることができる。
In the present invention, titanium refers to pure titanium. The titanium alloy is not particularly limited, and for example, a titanium alloy containing Al, V, Mo, Zr, Nb, Ta, or the like as an alloy element can be used.

【0058】[0058]

【実施例】〔実施例1〕厚み1mm、幅10mm、長さ10mmの
純チタン板を#400 の研磨紙を用いて研磨し、アセトン
により洗浄し純水により洗浄し、乾燥させた後、60℃の
5Mの水酸化ナトリウム水溶液に24時間浸漬してアルカ
リ処理し、次いで、超音波洗浄器を用いて純水中で洗浄
した。この処理後の純チタン板を走査型電子顕微鏡によ
り観察すると、図5に示す如く、表面は三次元網目構造
を呈していた。
[Example 1] A pure titanium plate having a thickness of 1 mm, a width of 10 mm and a length of 10 mm was polished using # 400 abrasive paper, washed with acetone, washed with pure water, dried, and dried. The substrate was immersed in a 5 M aqueous solution of sodium hydroxide at 24 ° C. for 24 hours for alkali treatment, and then washed in pure water using an ultrasonic cleaner. Observation of the pure titanium plate after this treatment with a scanning electron microscope revealed that the surface had a three-dimensional network structure as shown in FIG.

【0059】上記アルカリ処理、洗浄後の純チタン板を
10mMの水酸化カルシウム水溶液に60℃で24時間浸漬し
てカルシウム導入処理し、次いで、純水中で洗浄した
後、室温で乾燥させた。このようにして実施例aに係る
試験材(以降、アルカリ処理・カルシウム導入処理法に
より得られた試験材ともいう)を得た。
The pure titanium plate after the alkali treatment and the washing is washed.
It was immersed in a 10 mM calcium hydroxide aqueous solution at 60 ° C. for 24 hours to perform a calcium introduction treatment, then washed in pure water and dried at room temperature. Thus, a test material according to Example a (hereinafter also referred to as a test material obtained by an alkali treatment / calcium introduction treatment method) was obtained.

【0060】又、上記と同様のアルカリ処理、洗浄後の
純チタン板について、カルシウム導入処理する前に焼成
炉内で600 ℃で1時間加熱する処理を行い、しかる後、
上記と同様のカルシウム導入処理、洗浄、乾燥を行い、
これにより、実施例bに係る試験材(以降、アルカリ処
理・加熱処理・カルシウム導入処理法により得られた試
験材ともいう)を得た。
Further, the pure titanium plate after the alkali treatment and the washing as described above is heated at 600 ° C. for 1 hour in a firing furnace before the calcium introduction treatment, and thereafter,
Perform the same calcium introduction treatment, washing and drying as above,
As a result, a test material according to Example b (hereinafter, also referred to as a test material obtained by an alkali treatment / heating treatment / calcium introduction treatment method) was obtained.

【0061】一方、上記と同様のアルカリ処理、洗浄後
の純チタン板を焼成炉内で600 ℃で1時間加熱する処理
を行うことにより、比較例に係る試験材(以降、従来の
アルカリ処理・加熱処理法により得られた試験材ともい
う)を得た。
On the other hand, by subjecting the pure titanium plate after the alkali treatment and washing as described above to a heating treatment at 600 ° C. for 1 hour in a firing furnace, the test material according to the comparative example (hereinafter referred to as a conventional alkali treatment and Test material obtained by a heat treatment method) was obtained.

【0062】上記試験材それぞれを、人の体液とほぼ等
しい無機イオン組成を有する疑似体液に浸漬し、試験材
表面のHAP 層の形成能(HAP 層形成の所要日数)を調べ
た。尚、上記疑似体液のpHは7.40であり、浸漬時の温度
は37℃である。
Each of the test materials was immersed in a simulated body fluid having an inorganic ion composition substantially equal to that of a human body fluid, and the ability to form a HAP layer on the surface of the test material (the number of days required for HAP layer formation) was examined. The pH of the simulated body fluid was 7.40, and the temperature during immersion was 37 ° C.

【0063】この結果を表2に示す。HAP が形成してい
ないものを×、試験材表面積に対するHAP 形成面積(HA
P が形成されている個所の面積)の割合が約30%以下で
あるものを△、かかるHAP 形成面積の割合が30〜60%で
あるものを○、かかるHAP 形成面積の割合が60〜100 %
であるものを◎で表示した(後述の表3〜5においても
同様)。
Table 2 shows the results. If no HAP was formed, × indicates the HAP formation area (HA
The ratio of the area where P is formed is about 30% or less, Δ, the ratio of the HAP formation area is 30 to 60%, and the ratio of the HAP formation area is 60 to 100%. %
Is indicated by ◎ (the same applies to Tables 3 to 5 described later).

【0064】この表2からわかる如く、比較例(従来の
アルカリ処理・加熱処理法により得られた試験材)の場
合には疑似体液中で浸漬14日目にHAP が形成し始めたの
に対して、実施例a(アルカリ処理・カルシウム導入処
理法により得られた試験材)の場合には疑似体液中で浸
漬2日目で既にHAP 層が全面に形成されている。又、実
施例b(アルカリ処理・加熱処理・カルシウム導入処理
法により得られた試験材)の場合には浸漬3日目でHAP
形成が始まり、浸漬5日目にはHAP 層が全面に形成され
ている。
As can be seen from Table 2, in the case of the comparative example (test material obtained by the conventional alkali treatment / heat treatment method), HAP started to form on day 14 of immersion in the simulated body fluid. In the case of Example a (test material obtained by the alkali treatment / calcium introduction treatment method), the HAP layer was already formed on the entire surface on the second day of immersion in the simulated body fluid. In the case of Example b (a test material obtained by an alkali treatment, a heat treatment, and a calcium introduction treatment method), HAP was applied on the third day of immersion.
Formation started, and on the fifth day of immersion, the HAP layer was formed on the entire surface.

【0065】前記アルカリ処理、洗浄後の純チタン板に
ついてのAES(オージェ電子分光法)による深さ方向
の元素分析の結果を図2に示す。アルカリ処理・カルシ
ウム導入処理法(実施例a)により得られた試験材につ
いての同分析の結果を図3に示す。アルカリ処理・加熱
処理・カルシウム導入処理法(実施例b)により得られ
た試験材についての同分析の結果を図4に示す。
FIG. 2 shows the results of elemental analysis in the depth direction by AES (Auger electron spectroscopy) of the pure titanium plate after the alkali treatment and washing. FIG. 3 shows the results of the same analysis on the test material obtained by the alkali treatment / calcium introduction treatment method (Example a). FIG. 4 shows the results of the same analysis on the test material obtained by the alkali treatment, the heat treatment, and the calcium introduction treatment method (Example b).

【0066】図2に示す如く、アルカリ処理、洗浄後の
純チタン板の場合には、チタン、酸素、ナトリウムが確
認された。アルカリチタン酸塩層が約1000nmの厚さに形
成されていることがわかる。ナトリウムがアルカリチタ
ン酸塩層の最表面において約8原子%(A.C.%)含まれ
ており、ナトリウム:約8原子%部が深さ300nm 前後ま
で存在している。
As shown in FIG. 2, in the case of the pure titanium plate after the alkali treatment and the washing, titanium, oxygen and sodium were confirmed. It can be seen that the alkali titanate layer has a thickness of about 1000 nm. Sodium is contained in the outermost surface of the alkali titanate layer at about 8 atomic% (AC%), and about 8 atomic% of sodium exists up to a depth of about 300 nm.

【0067】図3に示す如く、アルカリ処理・カルシウ
ム導入処理法(実施例a)により得られた試験材の場合
には、チタン、酸素、ナトリウム、カルシウムが確認さ
れた。アルカリチタン酸塩層が表面から約1000nmの深さ
まで形成されている。ナトリウムは図2の場合に比べて
低下し、高濃度のカルシウムが確認された。カルシウム
濃度はアルカリチタン酸塩層の最表面において約18原子
%であり、深さ方向に傾斜的に減少しているが、アルカ
リチタン酸塩層全体にわたってカルシウムの存在が確認
された。
As shown in FIG. 3, in the case of the test material obtained by the alkali treatment / calcium introduction treatment method (Example a), titanium, oxygen, sodium and calcium were confirmed. An alkali titanate layer is formed from the surface to a depth of about 1000 nm. The sodium content was lower than in the case of FIG. 2, and a high concentration of calcium was confirmed. Although the calcium concentration was about 18 atomic% at the outermost surface of the alkali titanate layer and decreased in the depth direction, the presence of calcium was confirmed throughout the entire alkali titanate layer.

【0068】図4に示す如く、アルカリ処理・加熱処理
・カルシウム導入処理法により得られた試験材(実施例
b)の場合には、図3の場合と同様に、チタン、酸素、
ナトリウム、カルシウムが確認され、アルカリチタン酸
塩層の厚さは約1000nmであるが、カルシウム濃度はアル
カリチタン酸塩層の最表面において約10原子%であって
図3の場合よりも低い。これは加熱処理によってカルシ
ウム導入効率が低下したためである。
As shown in FIG. 4, in the case of the test material (Example b) obtained by the alkali treatment, heat treatment and calcium introduction treatment, titanium, oxygen,
Although sodium and calcium are confirmed, the thickness of the alkali titanate layer is about 1000 nm, but the calcium concentration is about 10 atomic% at the outermost surface of the alkali titanate layer, which is lower than that in FIG. This is because the heat treatment reduced the calcium introduction efficiency.

【0069】〔実施例2〕実施例1の場合と同様のアル
カリ処理、洗浄後の純チタン板について、カルシウム導
入処理用溶液の種類を変えてカルシウム導入処理をし
た。即ち、10mMの水酸化カルシウム水溶液、10mMの
リン酸カルシウム水溶液、10mMの硝酸カルシウム水溶
液、又は、10mMの塩化カルシウム水溶液にそれぞれ、
60℃で24時間浸漬してカルシウム導入処理した。この
後、実施例1の場合と同様の方法により洗浄、乾燥を行
い、実施例2に係る試験材を得た。
Example 2 A pure titanium plate after the same alkali treatment and washing as in Example 1 was subjected to calcium introduction treatment by changing the type of the calcium introduction treatment solution. That is, 10 mM calcium hydroxide aqueous solution, 10 mM calcium phosphate aqueous solution, 10 mM calcium nitrate aqueous solution, or 10 mM calcium chloride aqueous solution, respectively,
It was immersed at 60 ° C. for 24 hours to perform a calcium introduction treatment. Thereafter, washing and drying were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a test material according to Example 2.

【0070】上記試験材を実施例1の場合と同様の疑似
体液に浸漬し、HAP 層の形成能を調べた。この結果を表
3に示す。カルシウム導入処理用溶液の種類によりHAP
層の形成能が相違し、水酸化カルシウム水溶液を用いた
場合が最もHAP 層の形成能に優れ、次いでリン酸カルシ
ウム水溶液を用いた場合、硝酸カルシウム水溶液を用い
た場合の順であり、塩化カルシウム水溶液を用いた場合
は最もHAP 層の形成能が低かった。
The test material was immersed in the same simulated body fluid as in Example 1 to examine the ability to form a HAP layer. Table 3 shows the results. HAP depending on the type of solution for calcium introduction
The ability to form a layer is different, and the use of an aqueous solution of calcium hydroxide is most excellent in the ability to form a HAP layer, then the use of an aqueous solution of calcium phosphate, followed by the use of an aqueous solution of calcium nitrate. When used, the ability to form a HAP layer was the lowest.

【0071】〔実施例3〕実施例1の場合と同様の純チ
タン板を同様の研磨、洗浄、乾燥をした後、種々の濃度
の水酸化ナトリウム水溶液を用いてアルカリ処理した。
即ち、0.1 M水酸化ナトリウム水溶液、0.5 M水酸化ナ
トリウム水溶液、2M水酸化ナトリウム水溶液、又は、
5M水酸化ナトリウム水溶液に60℃で24時間浸漬してア
ルカリ処理した。次いで、超音波洗浄器を用いて純水中
で洗浄した。
Example 3 The same pure titanium plate as in Example 1 was polished, washed and dried in the same manner, and then alkali-treated using various concentrations of aqueous sodium hydroxide.
That is, a 0.1 M aqueous sodium hydroxide solution, a 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution, a 2 M aqueous sodium hydroxide solution, or
It was immersed in a 5M aqueous solution of sodium hydroxide at 60 ° C. for 24 hours to carry out alkali treatment. Next, the substrate was washed in pure water using an ultrasonic cleaner.

【0072】上記アルカリ処理、洗浄後の純チタン板を
乾燥させた後、600 ℃で1時間加熱する処理を行い、次
いで、10mMの水酸化カルシウム水溶液に60℃で24時間
浸漬してカルシウム導入処理した。この後、実施例1の
場合と同様の方法により洗浄、乾燥を行い、実施例3に
係る試験材を得た。
After drying the pure titanium plate after the alkali treatment and washing, the plate is heated at 600 ° C. for 1 hour, and then immersed in a 10 mM calcium hydroxide aqueous solution at 60 ° C. for 24 hours to introduce calcium. did. Thereafter, washing and drying were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a test material according to Example 3.

【0073】上記試験材について、AESによる深さ方
向の元素分析を行い、酸素原子の分布結果よりアルカリ
チタン酸塩層の厚さを求めた。又、実施例1の場合と同
様の疑似体液に浸漬し、HAP 層の形成能を調べた。この
結果を表4に示す。
The test material was subjected to elemental analysis in the depth direction by AES, and the thickness of the alkali titanate layer was determined from the distribution of oxygen atoms. Further, it was immersed in the same simulated body fluid as in Example 1, and the ability to form a HAP layer was examined. Table 4 shows the results.

【0074】表4からわかるように、アルカリ処理の際
の水酸化ナトリウム水溶液の濃度が高い場合ほど、アル
カリチタン酸塩層の厚さが増大している。アルカリチタ
ン酸塩層の厚さが0.3 μm 以下ではHAP 形成能は悪く、
0.3 μm を超えてHAP 形成能を示す。
As can be seen from Table 4, the higher the concentration of the aqueous sodium hydroxide solution during the alkali treatment, the greater the thickness of the alkali titanate layer. When the thickness of the alkali titanate layer is 0.3 μm or less, the HAP forming ability is poor.
Exhibits HAP-forming ability over 0.3 μm.

【0075】〔実施例4〕実施例1の場合と同様のアル
カリ処理、洗浄後の純チタン板について、これを乾燥さ
せた後、600 ℃で1時間加熱する処理を行い、次いで、
水酸化カルシウム水溶液の濃度及び処理温度を表5に示
す如く変えてカルシウム導入処理をした。尚、水酸化カ
ルシウム水溶液への浸漬時間は24時間である。このカル
シウム導入処理の後、実施例1の場合と同様の方法によ
り洗浄、乾燥を行い、実施例4に係る試験材を得た。
Example 4 The same alkali treatment and washing as in Example 1 were performed, and the pure titanium plate was dried, dried, and heated at 600 ° C. for 1 hour.
The calcium introduction treatment was performed by changing the concentration of the calcium hydroxide aqueous solution and the treatment temperature as shown in Table 5. The immersion time in the aqueous calcium hydroxide solution is 24 hours. After the calcium introduction treatment, washing and drying were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a test material according to Example 4.

【0076】上記試験材について表面のカルシウム濃度
をAES元素分析により測定した。又、実施例1の場合
と同様の疑似体液に浸漬し、HAP 層の形成能を調べた。
この結果を表5に示す。
The calcium concentration on the surface of the test material was measured by AES elemental analysis. Further, it was immersed in the same simulated body fluid as in Example 1, and the ability to form a HAP layer was examined.
Table 5 shows the results.

【0077】表5からわかる如く、カルシウム導入処理
の際の水酸化カルシウム水溶液の濃度を高くし、処理温
度を高くすることにより、アルカリチタン酸塩層へのカ
ルシウム導入効率を高くすることができた。アルカリチ
タン酸塩層の最表面でのカルシウム濃度と疑似体液中で
のHAP 層の形成能との間には相関が認められ、アルカリ
チタン酸塩層最表面のカルシウム濃度が4.2 原子%であ
る場合はHAP 形成能は悪く、5原子%以上の場合にHAP
形成能があり、10原子%以上の場合はHAP 形成能が著し
く優れていることが確認された。
As can be seen from Table 5, the efficiency of calcium introduction into the alkali titanate layer could be increased by increasing the concentration of the aqueous solution of calcium hydroxide during the calcium introduction treatment and increasing the treatment temperature. . A correlation was found between the calcium concentration at the outermost surface of the alkali titanate layer and the ability to form a HAP layer in the simulated body fluid, and the calcium concentration at the outermost surface of the alkali titanate layer was 4.2 atomic%. Has poor HAP-forming ability and HAP
It was confirmed that the HAP-forming ability was remarkably excellent when the content was 10 atomic% or more.

【0078】[0078]

【表1】 [Table 1]

【0079】[0079]

【表2】 [Table 2]

【0080】[0080]

【表3】 [Table 3]

【0081】[0081]

【表4】 [Table 4]

【0082】[0082]

【表5】 [Table 5]

【0083】[0083]

【発明の効果】本発明に係る骨代替材料は、以上のよう
な構成を有し作用をなすものであり、アルカリ処理・加
熱処理法(特再平7-813100号公報等に記載されている方
法、即ち、チタン又はチタン合金よりなる基体の表面を
アルカリ水溶液で処理した後、加熱処理するという方
法)の場合と同程度に簡便な方法により得ることがで
き、しかも前記アルカリ処理・加熱処理法で得られる骨
代替材料の場合よりも、表面のHAP 形成能(ヒドロキシ
アパタイトの形成能)が著しく高く、生体親和性に極め
て優れており、従って、生体骨との結合に必要な時間を
大幅に短縮し得るという顕著な効果を奏する。又、本発
明に係る骨代替材料の製造方法は、かかる優れた特性を
有する骨代替材料を簡便に得ることができるという顕著
な効果を奏し得る。即ち、本発明によれば、前記アルカ
リ処理・加熱処理法の場合と同程度に簡便に、前記アル
カリ処理・加熱処理法の場合よりも極めて優れた生体親
和性をチタン又はチタン合金よりなる基体に付与し得る
ようになる。
The bone substitute material according to the present invention has the above-mentioned structure and functions, and is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-813100. A method of treating the surface of a substrate made of titanium or a titanium alloy with an aqueous alkali solution, followed by heat treatment), and the alkali treatment / heat treatment method described above. The HAP forming ability (hydroxyapatite forming ability) on the surface is remarkably higher than that of the bone substitute material obtained in the above, and it is extremely excellent in biocompatibility. Therefore, the time required for bonding with the living bone is greatly reduced. It has a remarkable effect that it can be shortened. Further, the method for producing a bone substitute material according to the present invention can have a remarkable effect that a bone substitute material having such excellent properties can be easily obtained. That is, according to the present invention, as easily as the case of the alkali treatment and heat treatment method, a biocompatibility extremely superior to that of the case of the alkali treatment and heat treatment method is applied to a substrate made of titanium or a titanium alloy. Can be granted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 チタン表面のアルカリチタン酸塩層の引掻き
強度測定状況を示す図である。
FIG. 1 is a view showing a measurement state of a scratch strength of an alkali titanate layer on a titanium surface.

【図2】 実施例1に係る純チタン板のアルカリ処理に
より形成された表面層についてのAES(オージェ電子
分光法)による元素分析の結果であって、前記表面層の
深さ(最表面からの表面層厚み方向の距離)と元素濃度
〔A.C.%(原子%)〕との関係を示す図である。
FIG. 2 shows the results of elemental analysis by AES (Auger electron spectroscopy) of a surface layer formed by alkali treatment of a pure titanium plate according to Example 1, and shows the depth of the surface layer (from the outermost surface). FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a distance in a thickness direction of a surface layer) and an element concentration [AC% (atomic%)].

【図3】 実施例1に係る純チタン板のアルカリ処理・
カルシウム導入処理法により得られた試験材の表面層に
ついてのAESによる元素分析の結果であって、前記表
面層の深さと元素濃度〔A.C.%〕との関係を示す図であ
る。
FIG. 3 shows an alkali treatment of a pure titanium plate according to Example 1.
FIG. 4 is a diagram showing the results of elemental analysis by AES of a surface layer of a test material obtained by a calcium introduction treatment method, and showing the relationship between the depth of the surface layer and the element concentration [AC%].

【図4】 実施例1に係る純チタン板のアルカリ処理・
加熱処理・カルシウム導入処理法により得られた試験材
の表面層についてのAESによる元素分析の結果であっ
て、前記表面層の深さと元素濃度〔A.C.%〕との関係を
示す図である。
FIG. 4 shows an alkali treatment of a pure titanium plate according to Example 1.
FIG. 4 is a diagram showing the results of elemental analysis by AES of a surface layer of a test material obtained by a heat treatment / calcium introduction treatment method, showing the relationship between the depth of the surface layer and the element concentration [AC%].

【図5】 5Mのアルカリ溶液にてアルカリ処理された
チタン表面の金属組織を示す図面代用写真である。
FIG. 5 is a photograph substituted for a drawing, showing a metal structure of a titanium surface alkali-treated with a 5M alkaline solution.

【図6】 10Mのアルカリ溶液にてアルカリ処理された
チタン表面の金属組織を示す図面代用写真である。
FIG. 6 is a drawing substitute photograph showing a metallographic structure of a titanium surface alkali-treated with a 10M alkaline solution.

【図7】 15Mのアルカリ溶液にてアルカリ処理された
チタン表面の金属組織を示す図面代用写真である。
FIG. 7 is a photograph substituted for a drawing showing a metallographic structure of a titanium surface alkali-treated with a 15M alkaline solution.

フロントページの続き (72)発明者 佐々木 佳男 兵庫県神戸市中央区脇浜町1丁目3番18号 株式会社神戸製鋼所神戸本社内 (72)発明者 松下 富春 兵庫県神戸市中央区脇浜町1丁目3番18号 株式会社神戸製鋼所神戸本社内 (72)発明者 小久保 正 京都府長岡京市梅ケ丘2の50 Fターム(参考) 4C081 AB02 AB04 BA13 BA17 BB04 BB08 CF012 CF142 CF26 CG02 CG03 DC03 DC04 DC05 DC06 DC14 EA04 EA05 EA06Continued on the front page (72) Inventor Yoshio Sasaki 1-3-18 Wakihama-cho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo Kobe Steel, Ltd. Kobe Main Office (72) Inventor Tomiharu Matsushita 1 Wakihama-cho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo 3-18 Chome Kobe Steel, Ltd. Kobe headquarters (72) Inventor Tadashi Kokubo 50F term of Umegaoka 2, Nagaokakyo-shi, Kyoto 4F081 AB02 AB04 BA13 BA17 BB04 BB08 CF012 CF142 CF26 CG02 CG03 DC03 DC04 DC05 DC06 DC14 EA04 EA05 EA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チタン又はチタン合金よりなる基体と、
該基体の表面に形成された非晶質のアルカリチタン酸塩
層とを備えた骨代替材料であって、前記アルカリチタン
酸塩層がカルシウムを含有し、該カルシウムの濃度が前
記アルカリチタン酸塩層の最表面において5〜20原子%
であると共に、前記アルカリチタン酸塩層が厚さ:0.3
μm 超5μm 以下であり三次元網目構造を有することを
特徴とする骨代替材料。
1. A substrate made of titanium or a titanium alloy,
A bone substitute material comprising an amorphous alkali titanate layer formed on the surface of the substrate, wherein the alkali titanate layer contains calcium, and the concentration of calcium is the alkali titanate. 5 to 20 atomic% at the outermost surface of the layer
And said alkali titanate layer has a thickness of 0.3
A bone substitute material having a three-dimensional network structure of more than 5 μm and less than 5 μm.
【請求項2】 前記アルカリチタン酸塩層の引掻き強度
が10gf以上である請求項1記載の骨代替材料。
2. The bone substitute material according to claim 1, wherein the scratch strength of the alkali titanate layer is 10 gf or more.
【請求項3】 チタン又はチタン合金よりなる基体を、
水酸化ナトリウム水溶液又は水酸化カリウム水溶液に浸
漬した後、水酸化カルシウム水溶液、燐酸カルシウム水
溶液、硝酸カルシウム水溶液から選択される1種の水溶
液に浸漬することを特徴とする骨代替材料の製造方法。
3. A substrate made of titanium or a titanium alloy,
A method for producing a bone substitute material, comprising immersing in a sodium hydroxide aqueous solution or potassium hydroxide aqueous solution, and then immersing in one kind of aqueous solution selected from a calcium hydroxide aqueous solution, a calcium phosphate aqueous solution, and a calcium nitrate aqueous solution.
【請求項4】 前記選択される1種の水溶液が水酸化カ
ルシウム水溶液である請求項3記載の骨代替材料の製造
方法。
4. The method for producing a bone substitute material according to claim 3, wherein the one selected aqueous solution is a calcium hydroxide aqueous solution.
【請求項5】 前記基体を水酸化ナトリウム水溶液又は
水酸化カリウム水溶液に浸漬した後、前記選択される1
種の水溶液に浸漬する前に、又は、前記選択される1種
の水溶液に浸漬した後に、前記基体を400 〜800 ℃で加
熱する請求項3又は4記載の骨代替材料の製造方法。
5. After immersing the substrate in an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution, the selected 1
5. The method for producing a bone substitute material according to claim 3, wherein the substrate is heated at 400 to 800 [deg.] C. before dipping in the aqueous solution of the seed or after dipping in the aqueous solution of the selected one.
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