CN103328015A - 生物降解性移植材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

即使是骨组织等氢气的代谢慢的部位也能够合适地使用。提供一种生物降解性移植材料(1)，其具备由镁合金形成的生物降解性镁材料(2)、和覆盖该生物降解性镁材料(2)从而降低生物体内的降解速度的覆膜(3、4)。另外，提供一种生物降解性移植材料的制造方法，其具备在由镁合金形成的生物降解性镁材料的表面覆盖降低生物体内的降解速度的覆膜的覆盖步骤。

Description

生物降解性移植材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及例如医疗领域中使用的埋入生物体内的生物降解性移植材料及其制造方法。
背景技术
通常，在整形领域的手术中，作为高强度的外伤固定装置(板、螺丝、针等)，使用钛和不锈钢等的金属装置。这些高强度的材料由于在生物体内不降解、在骨折治疗后仍残留在生物体内，因此为了拔除而需要再次手术。因此，为了不需要再次手术，例如使用聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)等非晶质或半晶体的生物吸收性聚合物。
骨折治疗中使用的生物降解性移植材料的理想特性为在适当的时间内降解而置换为骨。但是，这些材料没有可以在高负荷条件下使用的程度的充分强度，存在不能用于施加高负荷的用途的问题。
对于上述问题，已知尝试使用镁合金作为生物降解性移植材料(例如参照专利文献1)。镁合金与PLA相比，在高强度下表现出生物降解性，因此研究用作医疗用途。
镁合金通过在生物体内与水、体液中的离子产生化学反应，在其表面形成作为腐蚀产物的磷酸钙的同时，产生氢气。若移植材料的表面一旦被腐蚀产物覆盖，则上述腐蚀反应的速度变慢，另一方面，通过生物体内的巨噬细胞吞噬腐蚀产物。认为通过该生物体内反应，移植材料的金属面露出，上述腐蚀反应经时性地进行，由此进行移植材料的生物降解反应。
镁合金制的移植材料一旦在生物体内形成腐蚀产物的情况下，氢气的产生受到抑制，对生物体组织的影响充分低，但是在充分形成腐蚀产物之前的移植初期产生大量的氢气。为了将镁合金应用于移植材料，抑制这种移植初期的氢气的产生即可，作为这种手段，在生物降解性移植材料的表面形成阳极氧化覆膜而进行钝化(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-125622号公报
专利文献2：日本特表2009-535504号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1、2中记载的生物降解性移植材料在存在阳极氧化覆膜期间可以有效地抑制氢气的产生。但是，在阳极氧化覆膜生物降解而消失后、或由于移植时的损伤等而部分剥离后，存在镁合金露出而急剧产生氢气的问题。
尤其是将移植材料应用于骨接合装置的情况下，在氢气的代谢慢的骨组织中，由于氢气的产生而导致用于形成骨组织的细胞远离患部，结果氢气的产生对治愈效果的影响大。进而，由于氢气的影响，细胞难以浸润到移植到骨的骨接合装置，难以在移植部位形成骨，另外，由于移植到骨的骨接合装置与骨组织的愈合不充分，存在不能利用骨接合装置来得到充分的固定强度的不良问题。
本发明是鉴于上述问题而提出的，提供即使是骨组织这样氢气的代谢慢的部位、也能够合适地使用的生物降解性移植材料及其制造方法。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的，本发明提供以下的手段。
本发明的第一方式为一种生物降解性移植材料，其具备由镁合金形成的生物降解性镁材料、和覆盖该生物降解性镁材料从而降低生物体内的降解速度的覆膜。
根据本发明的第一方式，在生物体内，通过形成在生物降解性镁材料的表面的覆膜，使生物降解性镁材料的降解速度慢。由此，能够使生物降解性镁材料在生物体内降解时产生的氢气的浓度低，即使是骨组织这样氢气的代谢慢的部位，也能够合适地使用。
上述第一方式中，如下构成为宜：前述覆膜具备主要由镁形成、镁以外的金属的含有率比前述生物降解性镁材料中的含有率低的高纯度镁覆膜。
作为镁合金的腐蚀反应之一，有不同种类金属之间的氧化还原反应。即，由于镁合金中的镁与镁以外的金属(电位比镁高的金属)接触，形成二次电池，镁的离子化进展。根据该构成，在作为母材的生物降解性镁材料的表面设置通过降低镁以外的金属的含有率(金属颗粒的数目)来减少引起上述氧化还原反应的活性中心的高纯度镁覆膜。即，通过该高纯度镁覆膜，母材的上述氧化还原反应受到抑制。由此，能够防止由镁合金形成的母材的急速腐蚀、抑制氢气的急剧产生的同时能够生物降解。
对于上述构成而言，前述生物降解性镁材料由含有电位比镁高的金属的镁合金形成，前述高纯度镁覆膜，通过在前述生物降解性镁材料的表层中去除前述镁合金中含有的前述高电位的金属的颗粒而成为宜，前述生物降解性镁材料由含有稀土类的镁合金形成，前述高纯度镁覆膜，通过在前述生物降解性镁材料的表层中去除前述镁合金中含有的前述稀土类的颗粒而成为宜。
如此，通过作为生物降解性镁材料的一部分的表层形成覆膜，能够在生物降解性镁材料的表面稳定地存在覆膜。
在此，优选去除前述镁合金中含有的前述高电位的金属的颗粒或前述稀土类的颗粒之后的含量为去除之前的含量的十分之一以下。如此，能够充分地减慢覆膜的腐蚀速度。
对于上述具备高纯度镁覆膜的构成而言，前述生物降解性镁材料由含有钇的镁合金形成，前述高纯度镁覆膜通过在前述生物降解性镁材料的表层中去除前述镁合金中含有的钇而成为宜。
上述第一方式中，如下构成为宜：前述覆膜在最外侧具备由氧化物形成的氧化覆膜。
如此，通过在覆盖生物降解性镁材料的覆膜中的最外侧配置耐腐蚀性高的氧化覆膜，能够进一步有效地抑制氢气的产生。
对于上述具备氧化覆膜的构成而言，前述氧化覆膜为通过将前述生物降解性镁材料阳极氧化而形成的阳极氧化覆膜为宜。
如此，能够简便地形成主要由氧化镁形成的作为氧化覆膜的阳极氧化覆膜。
对于具备阳极氧化覆膜作为氧化覆膜的构成而言，优选前述阳极氧化覆膜含有磷。
通过氧化覆膜为含有磷的阳极氧化覆膜，能够提高生物降解性镁材料的耐蚀性，能够使生物体内的降解速度慢。由此，能够使生物降解性镁材料在生物体内降解时产生的氢气的浓度低，能够抑制氢气对治疗效果造成的影响。需要说明的是，磷为生物体成分，因此具有生物体相容性。
上述第一方式中，如下构成为宜：前述生物降解性镁材料在表面形成有用于浸润造骨细胞的凹部。前述凹部优选形成为宽度或口径为30μm以上且300μm以下，优选形成为深度为30μm以上且300μm以下。
如此，能够在凹部浸润造骨细胞等细胞，能够促进骨形成。尤其是通过如上所述设计凹部的尺寸，可以有效地使造骨细胞浸润到凹部，另外，能够确保生物降解性移植材料的强度。
对于上述具备凹部的构成而言，前述凹部为形成在前述生物降解性镁材料的表面的槽为宜。
如此，通过机械加工等，就能够容易地将凹部形成在生物降解性镁材料的表面。
在此，前述槽以格子状多个形成在前述生物降解性镁材料的表面为宜。
如此，通过机械加工等，就能够容易地将凹部形成在生物降解性镁材料的表面的同时，可以有效地使造骨细胞浸润到凹部，从而促进骨形成。
对于上述具备凹部的构成而言，前述凹部为形成在前述生物降解性镁材料的表面的孔为宜。
通过如此形成凹部，通过机械加工等，就能够容易地将凹部形成在生物降解性镁材料的表面。
在此，具备连通多个前述孔的连通孔为宜。
通过具备这种连通孔，能够有效地使造骨细胞浸润到凹部，从而促进骨形成。
上述第一方式中，如下构成为宜：在前述生物降解性镁材料的表面形成有螺旋状的凸部为宜。
如此，能够使螺旋状的凸部嵌合到骨，从而将生物降解性移植材料固定于骨。
在此，前述凸部以1mm以下的间距形成在前述生物降解性镁材料的轴线方向为宜。
如此，将生物降解性移植材料固定于骨时，能够确保所希望的固定力。
上述第一方式中，前述覆膜由生物体相容性高的元素形成为宜。
本发明的第二方式为一种生物降解性移植材料的制造方法，其具备在由镁合金形成的生物降解性镁材料的表面覆盖降低生物体内的降解速度的覆膜的覆盖步骤。
根据本发明的第二方式，能够制造上述生物降解性移植材料。根据如此制造的生物降解性移植材料，在生物体内，通过覆盖在生物降解性镁材料的表面的覆膜，使生物降解性镁材料的降解速度慢。由此，能够使生物降解性镁材料在生物体内降解时产生的氢气的浓度低，即使是骨组织这样氢气的代谢慢的部位，也能够合适地使用。
上述第二方式中，如下构成为宜：前述覆盖步骤包括形成高纯度镁覆膜的高纯度镁覆膜形成步骤，所述高纯度镁覆膜主要由镁形成、镁以外的金属的含有率比前述生物降解性镁材料中的含有率低。
对于该构成而言，前述高纯度镁覆膜形成步骤包括用酸性溶液对前述生物降解性镁材料的表面进行处理的酸处理步骤为宜。
如此，在酸处理步骤中，在生物降解性镁材料的表层中去除镁合金中含有的镁以外的金属(非镁金属)，可以简便地形成高纯度镁覆膜。为了提高生物降解性移植材料的生物体相容性，前述酸性溶液优选为具有生物体相容性的酸，更优选为盐酸、乙酸、甲酸、硝酸或磷酸的水溶液。
上述第二方式中，如下构成为宜：前述覆盖步骤包括通过由氧化物形成的氧化覆膜来覆盖前述生物降解性镁材料的氧化覆膜形成步骤。
对于该构成而言，前述氧化覆膜步骤在电解液中对前述生物降解性镁材料进行阳极氧化处理为宜。
在此，前述电解液含有磷酸根离子为宜。
如此，形成含有磷的阳极氧化覆膜，从而能够提高阳极氧化覆膜的耐蚀性。
进而，前述电解液含有0.2摩尔/L以上且1摩尔/L以下的磷酸和0.2摩尔/L以上且5摩尔/L以下的氨或铵离子、不含有氟元素、pH为9以上且13以下为宜。
如此，能够形成具有充分的耐腐蚀性的阳极氧化覆膜。
对于上述包括氧化覆膜形成步骤的构成而言，前述氧化覆膜含有35重量%以上且65重量%以下的镁元素、25重量%以上且45重量%以下的氧元素、和4重量%以上且15重量%以下的磷元素为宜。
如此，能够进一步提高阳极氧化覆膜的耐腐蚀性。
上述第二方式中，如下构成为宜：在前述覆盖步骤之前包括在前述生物降解性镁材料的表面形成用于浸润造骨细胞的凹部的凹部形成步骤。
对于该构成而言，前述凹部形成步骤通过热加工在生物降解性镁材料的表面形成凹部为宜。
如此，能够容易地在生物降解性镁材料的表面形成凹部。
上述第二方式中，包括对生物降解性镁材料进行热处理的热处理步骤为宜。
通过对生物降解性镁材料进行热处理，使生物降解性镁材料的成分均匀化，能够降低生物降解性镁材料在生物体内的降解速度的偏差。另外，能够提高生物降解性镁材料的强度。
发明的效果
根据本发明，发挥即使是骨组织这样氢气的代谢慢的部位、也能够合适地使用的效果。
附图说明
图1为表示本发明的第一实施方式的生物降解性移植材料的构成的局部截面图。
图2为表示本发明的第一实施方式的生物降解性移植材料的制造方法的流程图。
图3为表示本发明的第一实施方式的实施例的生物降解性移植材料的制造方法的流程图。
图4为利用磷酸水溶液进行处理之前的移植材料基材的扫描电子显微镜照片。
图5为利用磷酸水溶液进行处理之后的移植材料基材的扫描电子显微镜照片。
图6为表示利用磷酸水溶液进行处理之前及处理之后的移植材料基材表层中的钇颗粒的数目的图。
图7为表示物理性地去除通过图3的制造方法制造的生物降解性移植材料的氧化覆膜、进行10天盐水喷雾试验的结果的光学照片。
图8为表示对由镁合金形成、表面未处理的生物降解性移植材料进行10天盐水喷雾试验的结果的光学照片。
图9为本发明的第二实施方式的移植材料基材(埋入用)的主视图。
图10为本发明的第二实施方式的移植材料基材(固定用)的主视图。
图11为图9和图10的移植材料基材的表面的放大图。
图12为示意性地示出图11的凹部的俯视图。
图13为示意性地示出图11的凹部的截面图。
图14为表示对图9的移植材料基材实施了阳极氧化处理的状态的主视图。
图15为将本发明的第二实施方式的生物降解性移植材料埋入骨时的显微镜图像。
图16为图15的A部的放大图像。
图17为表示本发明的第二实施方式的生物降解性移植材料的制造方法的流程图。
图18A为图10的变形例的移植材料基材(固定用)的主视图。
图18B为图10的变形例的移植材料基材(固定用)的主视图。
图18C为图10的变形例的移植材料基材(固定用)的主视图。
图19为将现有的生物降解性移植材料埋入骨时的显微镜图像。
图20为图19的B部的放大图像。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下参照图1和图2对本发明的第一实施方式的生物降解性移植材料1及其制造方法进行说明。
如图1所示，本实施方式的生物降解性移植材料1具备：成为母材的移植材料基材(生物降解性镁材料)2、覆盖该移植材料基材2的表面的中间覆膜(高纯度镁覆膜、覆膜)3、和覆盖该中间覆膜3的外侧的氧化覆膜(覆膜)4。
关于移植材料基材2，由除了作为主要成分的镁之外还添加了其它元素的镁合金形成。镁合金优选为添加了钇元素和稀土元素的高强度的WE系，也可以使用含有其它的金属元素作为添加物的镁合金。作为其它的金属元素，可列举出电位比镁高的金属元素或/和稀土元素。在后述的酸处理步骤SA1中移植材料基材2的表面露出于酸性溶液时，这些元素溶解于酸性溶液。
移植材料基材2的形状为对应于其用途的形状，例如螺旋形状、板形状。移植材料基材2在生物体内腐蚀并随时间推移而消失。这是由于，作为主要成分的镁与水反应，由此产生氢氧化镁和氢气，所产生的氢氧化镁被生物体吸收。
中间覆膜3以镁作为主要成分，与移植材料基材2相比，镁以外的金属元素(非镁金属)的含有率低。中间覆膜3的非镁金属的含有率优选为移植材料基材2的非镁金属的含有率的十分之一以下。中间覆膜3的非镁金属的含有率大于移植材料基材2的非镁金属的含有率的十分之一时，难以充分减慢中间覆膜3的腐蚀速度。这种中间覆膜3的膜厚优选为0.1μm以上且300μm以下。
氧化覆膜4优选由氧化物形成、其膜厚为0.1μm以上且20μm以下。由耐腐蚀性高的氧化物形成的氧化覆膜4在生物体内的腐蚀速度与构成移植材料基材2的镁合金在生物体内的腐蚀速度相比充分慢。因此，通过最外侧具备氧化覆膜4，可以更有效地保护移植材料基材2使其不会急速腐蚀。
作为这种氧化覆膜4，优选为通过对被中间覆膜3覆盖的移植材料基材2进行阳极氧化处理而形成的、主要由氧化镁形成的阳极氧化覆膜。阳极氧化处理指的是，在电解液中以覆膜对象物(移植材料基材2)作为阳极、在与不锈钢材料等阴极之间施加电压进行电解，将阳极的对象物表面电化学性地氧化而形成氧化覆膜的方法。根据该方法，阳极氧化覆膜与中间覆膜3的粘接牢固。另外，还具有无需特殊的装置、可以在短时间内进行处理的优点。
阳极氧化覆膜更优选含有磷，进一步优选含有35重量%以上且65重量%以下的镁元素、25重量%以上且45重量%以下的氧元素、以及4重量%以上且15重量%以下的磷元素。通过这种组成，可以提高阳极氧化覆膜的耐腐蚀性。磷可以通过在阳极氧化处理时使用含有磷酸根离子的电解液而含有在阳极氧化覆膜中。含有磷的阳极氧化覆膜具有牺牲性保护作用，能得到高的耐蚀效果。进而，通过在生物降解性移植材料1的表面存在磷，可以提高生物降解性移植材料1的生物体相容性。阳极氧化覆膜进一步优选含有5%以上且20%以下的钇元素。
以下对具有上述构成的本实施方式的生物降解性移植材料1的作用进行说明。
本实施方式的生物降解性移植材料1例如为将骨与骨接合的螺丝钉，插入到形成于骨的孔而对骨进行固定。
关于留置于骨的生物降解性移植材料1，通过覆盖该生物降解性移植材料1的最外侧的氧化覆膜4来防止腐蚀，花费充分长的时间来从移植部位消失。
这种情况下，氧化覆膜4充分腐蚀或部分性地剥离等而产生氧化覆膜4消失的部位时，中间覆膜3露出。非镁金属的含有率比较低的中间覆膜3与构成移植材料基材2的镁合金相比，在生物体内的腐蚀速度慢。因此，具有即使不存在氧化覆膜4后，通过中间覆膜3也可以继续防止移植材料基材2的腐蚀而抑制氢气的急剧产生的优点。
在此，以镁作为主要成分的移植材料基材2和中间覆膜3的腐蚀如上所述是由于镁的反应而产生的。该腐蚀反应由于在镁与非镁金属的接触面产生电化腐蚀而得到促进。即发现，关于非镁金属的含有率比较低的中间覆膜3，通过抑制电化腐蚀的产生，与移植材料基材2相比生物体内的腐蚀速度减慢。
接着对制造上述生物降解性移植材料1的方法进行说明。
如图2所示，本实施方式的生物降解性移植材料的制造方法包括：对移植材料基材2进行酸处理的酸处理步骤(覆盖步骤、高纯度镁覆膜形成步骤)SA1、和用氧化覆膜4对经过了酸处理的移植材料基材2的表面进行覆盖的氧化覆膜形成步骤(覆盖步骤)SA2。
酸处理步骤SA1中，将移植材料基材2浸渍在酸性溶液中，对移植材料基材2的表面进行酸处理。作为酸性溶液，优选为生物体相容性高的磷酸水溶液，更优选为0.5重量%以上且10重量%以下的磷酸水溶液。通过酸性溶液对移植材料基材2的表面进行脱脂处理。与此同时，在浸渍于酸性溶液中的移植材料基材2的表层中，通过与酸性溶液的反应来去除非镁金属。由此，在移植材料基材2的表层形成与其它部分相比、非镁金属的含有率低而成为中间覆膜3的层。酸处理之后，通过用离子交换水等洗涤移植材料基材2，充分去除附着在移植材料基材2的表面的酸性溶液。
接着，在氧化覆膜形成步骤SA2中，将作为阳极的移植材料基材2和作为阴极的不锈钢材料浸渍在电解液中，对这些电极之间施加电压，由此进行阳极氧化处理。从而在形成于移植材料基材2的表层的中间覆膜3的外侧形成以氧化镁(氧化物)作为主要成分的阳极氧化覆膜。需要说明的是，阴极不限于不锈钢材料，只要为由对于移植材料基材2发挥作为阴极的作用的材料形成的阴极即可。另外，施加到阳极与阴极之间的电压可以为直流或交流。
这种情况下，电解液优选为含有磷酸根离子的碱性的水溶液。更具体而言，电解液优选为含有0.2摩尔/L以上且1摩尔/L以下的磷酸根离子和0.2摩尔/L以上且5摩尔/L以下的氨或铵离子、pH为11以上且13以下的水溶液。磷酸根离子例如以磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐等形式含有在电解液中。电解液的pH例如通过氢氧化钠、氢氧化钾和氨等碱溶液进行调整。
通过氧化覆膜形成步骤SA2制造的生物降解性移植材料1在充分洗涤、并灭菌处理后用于移植。
根据如此制造的生物降解性移植材料1，在生物体内，通过覆盖最外侧的氧化覆膜4防止移植材料基材2的腐蚀，从而可以抑制氢气的急剧产生。进而，在氧化覆膜4消失后，通过存在于氧化覆膜4之下的中间覆膜3，也继续防止移植材料基材2的腐蚀，从而可以继续抑制氢气的急剧产生。
需要说明的是，本实施方式中，作为形成氧化覆膜4的方法，主要对阳极氧化覆膜进行了说明，但只要可以形成充分致密的氧化覆膜4，则也可以使用蒸镀法、高温反应等其它的成膜方法。另外，氧化覆膜4只要由生物体相容性良好、在生物体内与镁合金相比充分缓慢腐蚀的材料形成即可。因此，利用阳极氧化处理以外的方法形成氧化覆膜4的情况下，可以采用以氧化镁以外的氧化物、例如磷酸钙作为主要成分的氧化覆膜4。
另外，本实施方式中，对移植材料基材2含有溶于酸性溶液中的非镁金属、通过对移植材料基材2进行酸处理来形成中间覆膜3的情况进行了说明，但移植材料基材含有溶于碱性溶液中的非镁金属的情况下，可以将酸处理替代为碱处理。
(第一实施方式的实施例)
接着参照图3～图8对上述第一实施方式的实施例进行说明。
本实施例中用作移植材料基材的材料的镁合金为含有钇、钕和稀土元素作为添加物的WE43合金。
首先，通过将移植材料基材浸渍在2.2重量%的磷酸水溶液中1分钟，对移植材料基材的表面进行酸处理(酸处理步骤、SB1)。接着用离子交换水洗涤移植材料基材(SB2)，通过用18重量%的氢氧化钠水溶液进行洗涤来进行中和处理(SB3)。
在此，对用磷酸水溶液进行处理之前和处理之后的移植材料基材的表面利用扫描电子显微镜进行观察的结果分别如图4和图5所示。图中，箭头所示的白色的点为钇颗粒。图4中，发现钇颗粒在全部表面均匀分散。另一方面，图5中，发现与图4相比钇颗粒的数目减少。
图6为表示在用磷酸水溶液处理之前和之后，计测移植材料基材表面的单位面积(1mm2)的钇颗粒的数目的结果的图。确认通过用磷酸对移植材料基材进行处理，在移植材料的表层中，钇颗粒被去除至磷酸处理之前的十分之一以下。
接着，对移植材料基材实施阳极氧化处理(氧化覆膜形成步骤、SB4)。电解液的组成为0.25摩尔/L的磷酸和1.5摩尔/L的氨，电解液的pH为11。通过对电极之间施加200V的直流电压5分钟，在移植材料基材的表面形成阳极氧化覆膜。
接着，用离子交换水对移植材料基材进行洗涤(SB5)，用硝酸水溶液进行洗涤，由此中和残留在移植材料基材表面的电解液(SB6)，再次用离子交换水进行洗涤(SB7)。
通过以上方法制造出本实施例的生物降解性移植材料。
接着，为了对所制造的本实施例的生物降解性移植材料的腐蚀性进行评价，进行了盐水喷雾试验。具体而言，将生物降解性移植材料的阳极氧化覆膜物理性剥离而露出中间覆膜后，进行盐水喷雾试验10天。盐水喷雾试验使用调整为pH=7.0的5重量%的氯化钠水溶液。作为相对于本实施例的生物降解性移植材料的比较例，对于由WE43合金形成、表面未施加任何处理的生物降解性移植材料，也在同样的条件下进行盐水喷雾试验。
图7表示本实施例的生物降解性移植材料的试验结果，图8表示比较例的生物降解性移植材料的试验结果。盐酸喷雾试验后的本实施例的生物降解性移植材料发现点状的腐蚀部位。该腐蚀部位的面积的总计为生物降解性移植材料的总表面积的约10%。另一方面，盐水喷雾试验后的比较例的生物降解性移植材料在全部表面发现腐蚀部位。该腐蚀部位的面积的总计为生物降解性移植材料的总表面积的约90%。即，本实施例的生物降解性移植材料所具备的中间覆膜的腐蚀速度为移植材料基材的腐蚀速度的约1/9。
由这些结果确认，本发明的生物降解性移植材料所具备的中间覆膜具有充分的耐腐蚀性，即使不存在氧化覆膜，也可以在充分长的时间内保护作为母材的移植材料基材不会被腐蚀，从而有效地抑制氢气的急剧产生。
(第二实施方式)
接着，以下参照附图对本发明的第二实施方式的生物降解性移植材料及其制造方法进行说明。
本实施方式的生物降解性移植材料具备：图9和图10所示的移植材料基材(生物降解性镁材料)10、11，和以覆盖移植材料基材10、11的表面的方式形成的阳极氧化覆膜(参照图14)。
移植材料基材10、11由与第一实施方式的移植材料基材2相同的在生物体内降解的镁合金形成，例如采用含有钕、锆等稀土元素的WE43合金。通过这种含有稀土元素的镁合金，可以提高移植材料基材10、11的强度。
图9所示的移植材料基材10为埋入骨的移植材料基材，在移植材料基材10的表面形成螺旋状的凸部12。该凸部12以1mm以下的间距形成在移植材料基材10的轴线方向。通过将具有这种构成的移植材料基材10插入骨，凸部12与骨嵌合，从而可以将移植材料基材10固定于骨。这种情况下，通过以1mm以下的间距形成凸部12，在将骨固定于生物降解性移植材料时，可以确保所希望的固定力。
图10所示的移植材料基材11为用于将骨与骨接合的移植材料基材。具体而言，在欲接合的两块骨的表面配置移植材料基材11，使移植材料基材10贯通形成于移植材料基材11的孔14来固定于骨，由此可以将两块骨接合。
需要说明的是，移植材料基材10、11的形状不限定于上述形状，成型为适于患部(骨)的形状的形状即可。例如如图18A～图18C所示，移植材料基材10、11可以为板形状、杆形状。如果为板，则期望为0.5mm以上且5mm以下的厚度，为了固定螺丝钉，期望形成一个以上的孔(参照图18A～图18C)。另外，如果为杆，则为了插入到骨的髄腔内，期望为圆柱状的结构(图示略)。
在移植材料基材10、11的表面形成有图11所示的凹部13。示意性地示出该凹部13的俯视图、截面图分别如图12、图13所示。
如图12、图13所示，凹部13为通过机械加工等而形成在移植材料基材10的表面的槽，在移植材料基材10的表面以格子状形成多个。
凹部13形成为宽度为30μm以上且300μm以下，形成为深度为30μm以上且300μm以下。另外，凹部13例如以100μm的间隔形成在移植材料基材10的表面。
在上述移植材料基材10、11的表面，如图14所示通过阳极氧化处理而形成阳极氧化覆膜(氧化覆膜、覆膜)。阳极氧化覆膜主要由镁、氧、磷构成，膜厚为0.1μm以上且20μm以下。
在此，阳极氧化处理使用与第一实施方式相同的方法。即，在电解液中以覆膜对象物(移植材料基材10、11)作为阳极，在与不锈钢材料等阴极之间施加电压进行电解，将阳极的对象物表面电化学氧化而形成氧化覆膜。本实施方式中，在阳极氧化处理时，也优选电解液含有磷酸根离子。
以下对于具有上述构成的本实施方式的生物降解性移植材料的作用进行说明。
图15表示将本实施方式的生物降解性移植材料埋入骨时的显微镜图像，图16表示图15的A部的放大图像。图19表示作为比较例、将未形成凹部的现有的生物降解性移植材料埋入骨时的显微镜图像，图20表示图19的B部的放大图像。
如图19和图20所示，根据现有的生物降解性移植材料，在生物降解性移植材料的埋入部分(图12中以虚线表示的部分)周边的海绵骨中，发现骨梁的破坏、减少。另外，在由移植材料基材产生的氢气的周围发现纤维性的膜。另外，被破坏的骨梁不存在骨细胞、造骨细胞。进而，虽然免疫上是非活性的，但是发现由于氢气或移植材料基材所导致的组织损伤。
与此相对，根据本实施方式的生物降解性移植材料，如图15和图16所示，虽然与现有的生物降解性移植材料同样地发现氢气的产生，但是通过实施阳极氧化处理，氢气的产生速度受到抑制。另外，未发现现有的生物降解性移植材料中产生的骨梁的破坏、减少。进而，发现以浸润到生物降解性移植材料的方式形成类骨(成为骨组织之前的幼弱的骨)。
如以上所述，根据本实施方式的生物降解性移植材料，在生物体内，通过覆盖移植材料基材10、11的表面的阳极氧化覆膜而使移植材料基材10、11的降解速度慢。由此，可以使移植材料基材10、11在生物体内降解时产生的氢气的浓度低，从而可以抑制氢气对细胞造成的损伤。进而，由于在移植材料基材10、11的表面形成有凹部13，因此可以在凹部13浸润造骨细胞等细胞，从而可以促进骨形成。
这种情况下，通过使凹部13的宽度形成为30μm以上且300μm以下，易浸润尺寸为100μm左右的造骨细胞，从而可以有效地使骨细胞增殖。
另外，通过使凹部13的深度形成为30μm以上，可以有效地浸润尺寸为100μm左右的造骨细胞。另外，通过使凹部13的深度形成为300μm以下，可以确保生物降解性移植材料(移植材料基材10、11)的强度。
需要说明的是，本实施方式的生物降解性移植材料中，凹部13为形成在移植材料基材10、11的表面的孔为宜。这种情况下，通过使孔的直径和深度形成为30μm以上且300μm以下，易浸润造骨细胞，从而可以有效地使骨细胞增殖。
另外，这种情况下，具备连通多个孔的连通孔为宜。
通过具备这种连通孔，有效地使造骨细胞浸润到凹部13，从而可以促进骨形成。
另外，本实施方式的生物降解性移植材料中，具备阳极氧化覆膜作为覆膜，但是，也可以替代此，与第一实施方式同样地在移植材料基材10、11与阳极氧化覆膜之间具备由高纯度的镁形成的中间覆膜。
如此，即使在阳极氧化覆膜剥离后，也可以继续充分抑制氢气的产生。
接着对本实施方式的生物降解性移植材料的制造方法进行说明。
如图17所示，本实施方式的生物降解性移植材料的制造方法包括：在移植材料基材10、11的表面形成凹部13的凹部形成步骤SC1，对形成有凹部13的移植材料基材10、11进行热处理的热处理步骤SC2，在移植材料基材10、11的表面覆盖阳极氧化覆膜的氧化覆膜形成步骤(覆盖步骤、阳极氧化处理)SC3，和对移植材料基材10、11进行灭菌处理的灭菌步骤SC4。
凹部形成步骤SC1中，例如通过切削等机械加工、热加工，在由生物降解性材料构成的移植材料基材10、11的表面形成用于浸润造骨细胞的凹部13。
接着，在热处理步骤SC2中，例如在温度525℃、热处理时间8小时的条件下，进行移植材料基材10、11的热处理。通过进行这种热处理，移植材料基材10、11的组织均匀化，可以降低移植材料基材10、11在生物体内的降解速度的偏差。另外，可以提高移植材料基材10、11的强度。
接着，在氧化覆膜形成步骤SC3中，以移植材料基材10、11作为阳极，以不锈钢材料作为阴极，将这些阳极和阴极浸渍在含有磷酸根离子的电解液中，由此实施阳极氧化处理。从而在移植材料基材10、11的表面形成降低生物体内的降解速度的阳极氧化覆膜。
这种情况下，电解液为含有磷酸根离子的碱性的水溶液。更具体而言，电解液为含有0.1摩尔/L以上且1摩尔/L以下的磷酸根离子、pH为11以上且13以下的水溶液。
磷酸根离子，例如以磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐等形式含有在电解液中。
电解液的pH例如通过氢氧化钠、氢氧化钾和氨等碱溶液进行调整。
作为阴极，例如使用不锈钢材料，但是没有特别限定。
对阳极氧化处理的电源没有特别限定，可以为直流电源或交流电源。
更具体而言，阳极氧化处理例如在以下的条件下实施。
作为电解液，例如使用含有0.25摩尔/L的磷酸、1摩尔/L的氨、和10g的氢氧化钠的水溶液。
使电流恒定来进行阳极氧化处理时，例如将电流设定为0.1mA，使电压为200V以内、使通电时间为2分钟以内。使电压恒定来进行阳极氧化处理时，例如将电压设定为200V，使电流为0mA以内、使通电时间为6分钟以内。如此，可以将膜厚为0.1μm以上且20μm以下的阳极氧化覆膜形成在移植材料基材10、11的表面。
灭菌步骤SC4中，例如通过氧化乙烯气体(环氧乙烷气体)进行生物降解性移植材料的灭菌。需要说明的是，作为生物降解性移植材料的灭菌方法，不限于上述方法，例如可以采用利用放射线进行的灭菌方法、利用过氧化氢低温等离子体进行的灭菌方法等。
根据如此制造的生物降解性移植材料，在生物体内，通过形成在移植材料基材10、11的表面的阳极氧化覆膜，使移植材料基材10、11的降解速度慢。由此，可以使移植材料基材10、11在生物体内降解时产生的氢气的浓度低，从而可以抑制氢气对细胞造成的损伤。进而，由于在移植材料基材10、11的表面形成有凹部13，因此可以在凹部13浸润造骨细胞等细胞，从而可以促进骨形成。
以上参照附图对本发明的第一和第二实施方式进行了具体说明，但是具体的构成不限于该实施方式，也包括不脱离本发明的主旨的范围的设计变更等。
例如第一和第二实施方式中，作为形成在移植材料基材2、10、11的表面的覆膜，采用了高纯度镁覆膜和阳极氧化覆膜，但是只要可以降低移植材料基材10、11在生物体内的降解速度，则可以为其它的覆膜。
另外，阳极氧化处理的条件不限于前述条件，在移植材料基材2、10、11的表面形成阳极氧化覆膜即可。
附图标记说明
1生物降解性移植材料
2、10、11移植材料基材(生物降解性镁材料)
3中间覆膜(覆膜、高纯度镁覆膜)
4氧化覆膜、阳极氧化覆膜(覆膜)
12凸部
13凹部
14孔
SA1、SB1酸处理步骤(高纯度镁覆膜形成步骤)
SA2、SB4、SC3阳极氧化覆膜形成步骤
SC1凹部形成步骤
SC2热处理步骤

Claims (32)

1.一种生物降解性移植材料，其具备由镁合金形成的生物降解性镁材料、和覆盖该生物降解性镁材料从而降低生物体内的降解速度的覆膜。
2.根据权利要求1所述的生物降解性移植材料，其中，所述覆膜具备主要由镁形成、镁以外的金属的含有率比所述生物降解性镁材料中的含有率低的高纯度镁覆膜。
3.根据权利要求2所述的生物降解性移植材料，其中，所述生物降解性镁材料由含有电位比镁高的金属的镁合金形成，
所述高纯度镁覆膜通过在所述生物降解性镁材料的表层中去除所述镁合金中含有的所述高电位的金属的颗粒而成。
4.根据权利要求2所述的生物降解性移植材料，其中，所述生物降解性镁材料由含有稀土类的镁合金形成，
所述高纯度镁覆膜通过在所述生物降解性镁材料的表层中去除所述镁合金中含有的所述稀土类的颗粒而成。
5.根据权利要求3或4所述的生物降解性移植材料，其中，所述生物降解性镁材料由含有钇的镁合金形成，
所述高纯度镁覆膜通过在所述生物降解性镁材料的表层中去除所述镁合金中含有的钇而成。
6.根据权利要求3或4所述的生物降解性移植材料，其中，所述高纯度镁覆膜的所述颗粒的去除之后的含量为去除之前的含量的十分之一以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的生物降解性移植材料，其中，所述覆膜在最外侧具备由氧化物形成的氧化覆膜。
8.根据权利要求7所述的生物降解性移植材料，其中，所述氧化覆膜为通过将所述生物降解性镁材料阳极氧化而形成的阳极氧化覆膜。
9.根据权利要求8所述的生物降解性移植材料，其中，所述阳极氧化覆膜含有磷。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的生物降解性移植材料，其中，所述生物降解性镁材料在表面形成有用于浸润造骨细胞的凹部。
11.根据权利要求10所述的生物降解性移植材料，其中，所述凹部形成为宽度或口径为30μm以上且300μm以下。
12.根据权利要求10或11所述的生物降解性移植材料，其中，所述凹部形成为深度为30μm以上且300μm以下。
13.根据权利要求10～12中任一项所述的生物降解性移植材料，其中，所述凹部为形成在所述生物降解性镁材料的表面的槽。
14.根据权利要求13所述的生物降解性移植材料，其中，所述槽以格子状多个形成在所述生物降解性镁材料的表面。
15.根据权利要求10～12中任一项所述的生物降解性移植材料，其中，所述凹部为形成在所述生物降解性镁材料的表面的孔。
16.根据权利要求15所述的生物降解性移植材料，其具备连通多个所述孔的连通孔。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的生物降解性移植材料，其中，在所述生物降解性镁材料的表面形成有螺旋状的凸部。
18.根据权利要求17所述的生物降解性移植材料，其中，所述凸部以1mm以下的间距形成在所述生物降解性镁材料的轴线方向。
19.根据权利要求1～18中任一项所述的生物降解性移植材料，其中，所述覆膜由生物体相容性高的元素形成。
20.一种生物降解性移植材料的制造方法，其具备在由镁合金形成的生物降解性镁材料的表面覆盖降低生物体内的降解速度的覆膜的覆盖步骤。
21.根据权利要求20所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，所述覆盖步骤包括形成高纯度镁覆膜的高纯度镁覆膜形成步骤，所述高纯度镁覆膜主要由镁形成、镁以外的金属的含有率比所述生物降解性镁材料中的含有率低。
22.根据权利要求21所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，所述高纯度镁覆膜形成步骤包括用酸性溶液对所述生物降解性镁材料的表面进行处理的酸处理步骤。
23.根据权利要求22所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，所述酸性溶液为具有生物体相容性的酸。
24.根据权利要求23所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，所述酸性溶液为盐酸、乙酸、甲酸、硝酸或磷酸的水溶液。
25.根据权利要求20～24中任一项所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，所述覆盖步骤包括通过由氧化物形成的氧化覆膜来覆盖所述生物降解性镁材料的氧化覆膜形成步骤。
26.根据权利要求25所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，所述氧化覆膜步骤在电解液中对所述生物降解性镁材料进行阳极氧化处理。
27.根据权利要求26所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，所述电解液含有磷酸根离子。
28.根据权利要求27所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，所述电解液含有0.2摩尔/L以上且1摩尔/L以下的磷酸和0.2摩尔/L以上且5摩尔/L以下的氨或铵离子、不含有氟元素、pH为9以上且13以下。
29.根据权利要求25～28中任一项所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，所述氧化覆膜含有35重量%以上且65重量%以下的镁元素、25重量%以上且45重量%以下的氧元素、和4重量%以上且15重量%以下的磷元素。
30.根据权利要求22～29中任一项所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，在所述覆盖步骤之前包括在所述生物降解性镁材料的表面形成用于浸润造骨细胞的凹部的凹部形成步骤。
31.根据权利要求30所述的生物降解性移植材料的制造方法，其中，所述凹部形成步骤通过热加工在生物降解性镁材料的表面形成凹部。
32.根据权利要求20～31中任一项所述的生物降解性移植材料的制造方法，其包括对生物降解性镁材料进行热处理的热处理步骤。
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