JP2002369875A

JP2002369875A - 生体材料およびその製造方法

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Publication number: JP2002369875A
Application number: JP2001180924A
Authority: JP
Inventors: Kikuji Yamashita; 菊治山下
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2002-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】石灰化能を備え、生体親和性および強度が高
く、生体への使用が可能であり、生体以外に使用した場
合に廃棄処理が容易である生体材料およびその製造方法
を提供する。【解決手段】生体内に埋め込まれて使用される材料であ
って、基礎材料１０の表面にカルシウム化合物の層１３
が形成されており、基礎材料１０のカルシウム化合物の
層１３の表面に、架橋コラーゲン１４が結合された。こ
のため、基礎材料１０がどのような素材であっても、生
体親和性を向上させることができる。しかも、カルシウ
ム化合物の層１３の表面には、架橋コラーゲン１４が結
合されているので、生体材料１の生体親和性をさらに高
めることができるので、生体内に埋め込んだときに、生
体に悪影響を与えることを防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体材料およびそ
の製造方法に関する。さらに詳しくは、人体において、
損傷した骨や関節の補強材や人工骨、人工関節として使
用され、また人体以外にも、一般的な家庭用品や建築材
料、自動車部品などに使用される生体材料およびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、骨折した骨同士を固定するた
めの補強部材や、欠損した骨の代用として、強度の高い
チタン製の生体材料が使用されている。チタンは、石灰
化能を有しており、人体内において、その表面に骨の成
分であるハイドロキシアパタイトの層を形成するため、
チタン製の生体材料とその周辺の骨との親和性が良く、
また、チタンは化学的にも安定であるので、人体内に埋
め込んでも人体に悪影響を与えることがない。

【０００３】また、手術用の縫合糸やＧＴＲ膜、骨再建
用プレートとしてポリ乳酸やポリグリコール酸等の生体
吸収性材料が使用されている。この生体吸収性材料は、
その成分が人体を構成する成分に近いため、人体内に埋
め込んでおくと、人体に吸収されたり、骨等と同一化す
るという特徴がある。このため、縫合糸に使用した場
合、抜糸が不要であるし、骨再建用プレートとして使用
すれば、骨再建用プレートが骨と同一化し、そのまま骨
の一部として使用できるという特徴がある。

【０００４】一方、前記生体吸収性材料を、生体材料だ
けでなく、一般的な家庭用品等に使用することが試みら
れている。例えば、使い捨ての皿等の材料として生体吸
収性材料を使用すれば、使用後土に埋めれば、皿が土中
のバクテリアによって分解されてしまうので、廃棄処理
が容易になり、環境を汚染することもない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、チタンは、
その強度が高いため加工が難しく、また高価であるの
で、それほど強度を必要としない個所には、チタン以外
の安価で加工が容易な金属材料を使用したい。しかし、
チタン以外の金属材料は、石灰化能を有していないもの
がほとんどであり、そのような金属材料は細胞毒性を有
しており、人体に使用すれば、周辺組織を壊死させる
か、あるいは結合組織により被包化され生体より排除さ
れてしまうという問題がある。また、チタンやチタン以
外の金属表面にリン酸カルシウムをコートして生体親和
性を向上させたものや、金属表面にカルシウムイオンを
注入して石灰化能を付与した材料もある。しかし、前者
はリン酸カルシウムと金属の界面には、両者が混在する
層が形成されていないので、リン酸カルシウムと金属と
の結合が弱い。このため、リン酸カルシウムの表面にハ
イドロキシアパタイトの層ができても、ハイドロキシア
パタイトの層はリン酸カルシウムとともに金属材料の表
面から剥がれてしまう。一方、後者は金属材料の表面
に、ハイドロキシアパタイトと金属材料の混在する層が
形成されるが、カルシウムイオンを注入するための高度
な機械と技術が必要であり、製造が難しく、製造コスト
が高くなるという問題がある。かといって、チタンの代
わりに生体吸収性材料を使用すれば、生体との親和性が
高いので、人体に悪影響は与えないが、生体吸収性材料
はその強度が低く、また強度が低いため所望の３次元形
状を形成し維持させることが困難である。したがって、
生体吸収性材料は、限られた部分にしか使用できないと
いう問題がある。現在、生体吸収性材料の表面に、ハイ
ドロキシアパタイトをコーティングしたり、コラーゲン
と結合させてグルタールアルデヒド処理したりする方法
も研究されているが、いずれも生体吸収性材料の強度を
十分に亢進できていない。さらに、生体吸収性材料を、
日用品や様々な家庭用品、自動車等の部品の素材として
使用すれば、その廃棄処理が容易になるし、廃棄物によ
る環境汚染の問題を解決する上で非常に有効である。し
かし、生体吸収性材料は、強度が低いだけではなく、耐
熱性も低いので、実際に日用品等の材料として使用する
には、さらなる研究開発が必要である。

【０００６】本発明はかかる事情に鑑み、石灰化能を備
え、生体親和性および強度が高く、生体への使用が可能
であり、生体以外に使用した場合に廃棄処理が容易であ
る生体材料およびその製造方法を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の生体材料は、
生体内に埋め込まれて使用される材料であって、基礎材
料の表面にカルシウム化合物の層が形成されており、該
基礎材料のカルシウム化合物の層の表面に、架橋コラー
ゲンが結合されたことを特徴とする。請求項２の生体材
料は、請求項１の発明において、前記カルシウム化合物
の層の表面および架橋コラーゲンに珪素が含浸されたこ
とを特徴とする。請求項３の生体材料は、請求項１また
は２記載の発明において、前記架橋コラーゲンの表面
が、カルシウム化合物によって覆われたことを特徴とす
る。請求項４の生体材料は、生体内に埋め込まれて使用
される材料であって、基礎材料の表面に珪素が含浸され
たことを特徴とする。請求項５の生体材料は、請求項
１、２、３または４記載の発明において、前記基礎材料
が、その表面にチタンまたはチタン合金の層を有するこ
とを特徴とする。請求項６の生体材料は、生体内に埋め
込まれて使用される材料であって、その表面にチタンま
たはチタン合金の層が形成されたことを特徴とする。請
求項７の生体材料は、請求項５または６記載の発明にお
いて、前記チタンまたはチタン合金の層の表面に珪素が
含浸されたことを特徴とする。請求項８の生体材料は、
請求項１、２、３、４、５、６または７記載の発明にお
いて、前記基礎材料が、生体吸収性材料であることを特
徴とする。請求項９の生体材料の製造方法は、（１）前
記基礎材料の表面にカルシウム化合物の層を形成させる
第一工程と、（２）前記カルシウム化合物の層の表面
に、架橋コラーゲンを結合させる第二工程とからなるこ
とを特徴とする。請求項１０の生体材料の製造方法は、
請求項９記載の発明において、前記第二工程が、前記カ
ルシウム化合物の層にコラーゲンを結合させる前工程
と、前記コラーゲンを、架橋コラーゲンに変質させる後
工程とからなることを特徴とする。請求項１１の生体材
料の製造方法は、請求項９または１０記載の発明におい
て、前記第一工程を行う前に、前記基礎材料の表面にチ
タンの層を形成させることを特徴とする。請求項１２の
生体材料の製造方法は、請求項９、１０または１１記載
の発明において、前記第一工程を行う前に、前記基礎材
料の表面に珪素を含浸させることを特徴とする。請求項
１３の生体材料の製造方法は、請求項９、１０、１１ま
たは１２記載の発明において、前記第二工程の終了後
に、前記カルシウム化合物の層および前記架橋コラーゲ
ンに珪素を含浸させることを特徴とする。請求項１４の
生体材料の製造方法は、請求項９、１０、１１、１２ま
たは１３の発明において、前記第二工程の終了後に、前
記架橋コラーゲンの表面にカルシウム化合物を結合させ
ることを特徴とする。

【０００８】請求項１の発明によれば、基礎材料の表面
にカルシウム化合物の層が形成されているので、基礎材
料がどのような素材であっても、生体親和性を付与する
ことができる。しかも、このカルシウム化合物の層の表
面には、架橋コラーゲンが結合されているので、基礎材
料の生体親和性をさらに高めることができる。したがっ
て、生体内に埋め込んだときに、生体に悪影響を与える
ことを防ぐことができる。また、架橋コラーゲンは強度
が高いので、たとえ基礎材料の強度が低く脆いものであ
っても、その強度を高くすることができる。請求項２の
発明によれば、カルシウム化合物の層、および架橋コラ
ーゲンに珪素を含浸させることによって、カルシウム化
合物および架橋コラーゲンの石灰化能を向上させること
ができる。請求項３の発明によれば、生体材料の表面全
体がカルシウム化合物によって覆われているので、生体
材料の強度をさらに高くすることができ、耐熱性を高く
することができ、しかも、その表面を滑らかにすること
ができる。請求項４の発明によれば、基礎材料に石灰化
能を付与することができる。したがって、基礎材料の表
面にカルシウム化合物の層を形成させれば、基礎材料が
どのような材料であっても、生体親和性を付与すること
ができる。したがって、生体内に埋め込んだときに、生
体に悪影響を与えることを防ぐことができる。しかも、
カルシウム化合物の層は、珪素、基礎材料およびカルシ
ウム化合物が混在する層を介して基礎材料と強固に結合
される。よって、生体内に使用しても、カルシウム化合
物の層が基礎材料から剥がれて、基礎材料が直接生体と
接触することを防ぐことができる。請求項５の発明によ
れば、チタンおよびチタン合金は石灰化能を有している
ので、基礎材料に生体親和性を付与することができる。
しかも、チタン等は強度が高いので、基礎材料がどのよ
うな材料であっても、基礎材料の強度を高くすることが
できる。請求項６の発明によれば、チタンおよびチタン
合金は石灰化能を有しているので、基礎材料に生体親和
性を付与することができる。このため、生体内に埋め込
んだときに、生体に悪影響を与えることを防ぐことがで
きる。しかも、チタン等は強度が高いので、基礎材料が
どのような材料であっても、生体材料の強度を高くする
ことができる。請求項７の発明によれば、チタンおよび
チタン合金の表面に珪素を含浸させることによって、チ
タンおよびチタン合金の石灰化能をさらに向上させるこ
とができるので、生体材料の生体親和性をさらに向上さ
せることができる。請求項８の発明によれば、生体吸収
性材料の強度が、チタンや架橋コラーゲンによって強化
されているので、生体の骨の代替品や、生体材料以外の
部材、例えば一般的な家庭用品や建築材料、自動車部品
などを形成することができる。とくに、生体材料の表面
をカルシウム化合物によって覆ってしまえば、建築材
料、自動車部品等のうち特に強度が必要とされるもので
あっても形成することができる。そして、生体吸収性材
料を基礎材料とする生体材料で形成された部材を、生体
の骨の代替品として使用すれば、基礎材料が生体を構成
する成分と同等の構成を有しているので、生体内に埋め
込んだときに、生体に悪影響を与えることを防ぐことが
できる。しかも、長期間生体内に使用すれば、生体と同
一化され、そのまま骨の一部として使用することができ
る。また、生体吸収性材料を基礎材料とする生体材料で
形成された部材を、生体材料以外に使用すれば、土に埋
めるかバクテリア槽に浸漬すればバクテリアによって分
解されるので、家庭用品等の廃棄処理を容易にすること
ができるし、環境を損なうこともない。請求項９の発明
によれば、基礎材料の表面にカルシウム化合物の層を形
成させれば、基礎材料がどのような素材であっても、生
体親和性を付与することができる。しかも、このカルシ
ウム化合物の層の表面に、架橋コラーゲンを結合させる
ので、基礎材料の生体親和性をさらに高めることができ
る。したがって、生体内に埋め込んだときに、生体に悪
影響を与えない生体材料を製造することができる。ま
た、架橋コラーゲンは強度が高いので、たとえ基礎材料
の強度が低く脆いものであっても、その強度が高い生体
材料を製造することができる。請求項１０の発明によれ
ば、コラーゲンをカルシウム化合物の層に結合させてか
ら架橋化するので、架橋コラーゲンとカルシウム化合物
を容易に結合させることができ、その結合も強固にな
る。そして、カルシウム化合物の層の表面に、架橋コラ
ーゲンを結合させるので、基礎材料の生体親和性をさら
に高めることができる。したがって、生体内に埋め込ん
だときに、生体に悪影響を与えない生体材料を製造する
ことができる。また、架橋コラーゲンは強度が高いの
で、たとえ基礎材料の強度が低く脆いものであっても、
その強度が高い生体材料を製造することができる。請求
項１１の発明によれば、チタンおよびチタン合金は石灰
化能を有しているので、基礎材料の表面に、カルシウム
化合物の層を容易に形成することができる。しかも、チ
タン等は強度が高いので、基礎材料がどのような材料で
あっても、基礎材料の強度を高くすることができる。請
求項１２の発明によれば、基礎材料がどのような材料で
あっても、基礎材料に石灰化能が付与されるので、基礎
材料の表面に、容易にカルシウム化合物の層を形成する
ことができる。しかも、カルシウム化合物の層は、珪
素、基礎材料およびカルシウム化合物が混在する層を介
して基礎材料と強固に結合される。したがって、生体内
に使用しても、カルシウムの層が基礎材料から剥がれ
て、基礎材料が直接生体と接触することを防ぐことがで
きるので、生体に悪影響を与えることを防ぐことができ
る。請求項１３の発明によれば、カルシウム化合物の
層、および架橋コラーゲンに珪素を含浸させることによ
って、カルシウム化合物および架橋コラーゲンの石灰化
能を向上させることができる。請求項１４の発明によれ
ば、生体材料の表面全体をカルシウム化合物によって覆
うことができるので、生体材料の強度をさらに高くする
ことができ、しかも、その表面を滑らかにすることがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、図面に基づき本発明の実
施形態を説明する。本実施形態の生体材料は、生体内に
埋め込まれて使用される材料であり、基礎材料の表面に
種々の処理を行うことによって、基礎材料の生体親和性
及びその強度を向上させたことが特徴である。

【００１０】まず、第１実施形態の生体材料１Ａについ
て説明する。図１は、第１実施形態の生体材料１Ａの概
略断面図である。同図に示すように、第１実施形態の生
体材料１Ａは、基礎材料１０Ａの表面に、カルシウム化
合物の層１３Ａが形成され、カルシウム化合物の層１３
Ａの表面に架橋コラーゲン１４が結合されたものであ
る。

【００１１】図１に示すように、基礎材料１０Ａは、基
盤材料１１Ａと、チタンの層１２Ａから構成されてい
る。基盤材料１１Ａの素材は、例えばコバルトクロム合
金やステンレス鋼等の金属である。この基盤材料１１Ａ
の表面には、チタンＴｉが蒸着されており、チタンの層
１２Ａが形成されている。このチタンの層１２Ａのチタ
ンＴｉ原子と基盤材料１１Ａの金属原子とは金属結合す
るので、両者は非常に強固に結合される。

【００１２】なお、基盤材料１１Ａの表面には、チタン
Ｔｉの代わりにＴｉ−Ｖ−ＡＩ合金やＴｉ−Ｎｉ合金等
のチタン化合物を蒸着してもよい。さらになお、基盤材
料１１Ａとして、チタンを使用してもよい。この場合、
基盤材料１１Ａの表面に、チタンＴｉやチタン化合物を
蒸着しなくてもよく、基盤材料１１Ａをそのままで基礎
材料１０Ａとして使用することができる。

【００１３】このチタンの層１２Ａの表面には、例えば
リン酸カルシウムやハイドロキシアパタイト、炭酸カル
シウム等のカルシウム化合物の層１３Ａが形成されてい
る。チタンＴｉは、石灰化能を有しており、チタンの層
１２Ａとカルシウム化合物の層１３Ａの界面には、カル
シウム化合物Ｃａとニ酸化チタンＴｉｂが混在した層１
７Ａが形成される。この層１７Ａに含まれるニ酸化チタ
ンＴｉｂは、チタンＴｉと結合しているので、チタンの
層１２Ａとカルシウム化合物の層１３Ａは、その界面に
形成された層１７Ａを介して強固に結合される。

【００１４】カルシウム化合物の層１３Ａの表面には、
架橋コラーゲン１４が結合している。架橋コラーゲン１
４とは、複数のコラーゲンが架橋によって結合したもの
である。この架橋コラーゲン１４は、その一部分がカル
シウム化合物の層１３Ａに取り込まれて、カルシウム化
合物Ｃａと強固に結合されている。

【００１５】しかも、架橋コラーゲン１４の表面には、
カルシウム化合物３０が結合しており、このカルシウム
化合物３０が架橋コラーゲン１４の表面全体、つまり生
体材料１Ａの全体を覆っている。

【００１６】上記のごとく、第１実施形態の生体材料１
Ａによれば、基盤材料１１Ａの表面にはチタンの層１２
Ａが形成されており、また、チタンの層１２Ａの表面に
はカルシウム化合物の層１３Ａが形成されている。この
ため、基礎材料１０Ａの基盤材料１１Ａがどのような素
材であっても、生体親和性を向上させることができる。
しかも、カルシウム化合物の層１３Ａの表面には、架橋
コラーゲン１４が結合されているので、生体材料１Ａの
生体親和性をさらに高めることができる。したがって、
第１実施形態の生体材料１Ａを生体内に埋め込んだとき
に、生体に悪影響を与えることを防ぐことができる。ま
た、基礎材料１０Ａの基盤材料１１Ａから架橋コラーゲ
ン１４までが強固に結合されているので、架橋コラーゲ
ン１４やカルシウム化合物の層１３Ａが、基礎材料１０
Ａから剥がれることがなく、基盤材料１１Ａの表面から
チタンの層１２Ａが剥がれることもない。したがって、
生体内に埋め込んでも、基礎材料１０Ａの基盤材料１１
Ａが直接生体と接触することを防ぐことができるので、
基盤材料１１Ａがどのような金属であっても、生体に悪
影響を与えることを防ぐことができる。さらに、基礎材
料１０Ａは、基盤材料１１Ａの表面にチタンの層１２Ａ
を有しているので基盤材料１１Ａの強度が低く脆いもの
であっても、基礎材料１０Ａの強度を高くすることがで
きる。しかも、生体材料１Ａの表面には架橋コラーゲン
１４が結合されており、架橋コラーゲン１４は強度が高
いので、生体材料１Ａの強度をさらに高くすることがで
きる。さらに、生体材料１Ａの表面全体がカルシウム化
合物３０によって覆われているので、生体材料１Ａの強
度をさらに高くすることができ、耐熱性を高くすること
ができ、しかも、その表面を滑らかにすることができ
る。

【００１７】つぎに、第１実施形態の生体材料１Ａの製
造方法を説明する。図２は第１実施形態の生体材料１Ａ
を製造する製造工程のフローチャートである。同図に示
すように、まず、基盤材料１１Ａを、例えば真空蒸着器
に入れて、その表面にチタンＴｉを蒸着すると（Ｐ１
１）、基盤材料１１Ａの表面にチタンの層１２Ａが形成
され、基礎材料１０Ａが製造される。

【００１８】つぎに、基礎材料１０Ａを、疑似体液また
は海水中に浸漬する。疑似体液または海水中には、リン
酸イオンやカルシウムイオンが過飽和な状態で溶解して
おり、また、チタンは石灰化能を有しているので、基礎
材料１０Ａのチタンの層１２Ａの表面に、カルシウムイ
オンが吸着され、カルシウム化合物Ｃａが形成される。
すると、チタンの層１２Ａの表面に、二酸化チタンＴｉ
ｂとカルシウム化合物Ｃａとが混在した層１７Ａが形成
される。そして、層１７Ａが形成された基礎材料１０Ａ
を、疑似体液または海水中に浸漬したままにしておく
と、層１７Ａの表面に、ハイドロキシアパタイト等から
なるカルシウム化合物の層１３Ａが形成され（Ｓ１
１）、カルシウム結合材料１１Ｓが製造される。

【００１９】このカルシウム結合材料１１Ｓを、架橋コ
ラーゲン水溶液に浸して水分を蒸発させれば、カルシウ
ム化合物の層１３Ａに架橋コラーゲン１４が結合され
（Ｓ１２）、架橋コラーゲン結合材料１４Ｓが製造され
る。

【００２０】最後に、架橋コラーゲン結合材料１４Ｓ
を、再び擬似体液または海水中に浸漬すれば、架橋コラ
ーゲン結合材料１４Ｓの表面全体にカルシウム化合物３
０が結合され、第１実施形態の生体材料１Ａが製造され
る。

【００２１】なお、カルシウム結合材料１１Ｓの表面に
架橋コラーゲン１４を結合させるときには、架橋コラー
ゲン水溶液に代えて、コラーゲン水溶液に、カルシウム
結合材料１１Ｓを浸漬させてもよい。つまり、コラーゲ
ン水溶液に、カルシウム結合材料１１Ｓを浸漬させれ
ば、カルシウム結合材料１１Ｓのカルシウム化合物の層
１３Ａにコラーゲンが結合される。そして、コラーゲン
が結合されたカルシウム結合材料１１Ｓを、グルタール
アルデヒド溶液に浸漬すれば、カルシウム化合物の層１
３Ａに結合しているコラーゲンを架橋コラーゲン１４と
することができる。この場合、コラーゲンをカルシウム
化合物の層１３Ａに結合させてから架橋化するので、架
橋コラーゲン１４とカルシウム化合物の層１３Ａを容易
に結合させることができ、その結合も強固になる。

【００２２】さらになお、基礎材料１０Ａを、炭化珪素
１５と二酸化珪素の混合溶液中で、自動研磨機によって
攪拌して、基礎材料１０Ａのチタンの層１２Ａの表面に
珪素１５を含浸させてもよい。この場合、チタンＴｉの
石灰化能を向上させることができるので、基礎材料１０
Ａの表面にカルシウム化合物の層１３Ａを容易に形成さ
せることができる。

【００２３】さらになお、第１実施形態の生体材料１Ａ
を、炭化珪素と二酸化珪素の混合溶液中で、自動研磨機
によって攪拌して、カルシウム化合物の層１３Ａ及び架
橋コラーゲン１４に珪素１５を含浸させてもよい。この
場合、カルシウム化合物の層１３Ａ及び架橋コラーゲン
１４の石灰化能を向上させることができ、骨との親和性
や結合性が向上する。

【００２４】さらになお、チタンの層１２Ａやカルシウ
ム化合物の層１３Ａ、架橋コラーゲン１４に珪素１５を
含浸させる方法は上記の方法に限らず、チタンの層１２
Ａ等の表面に、均一に珪素１５を含浸させることができ
る方法であれば、どのような方法を用いてもよい。

【００２５】さらになお、第１実施形態の生体材料１Ａ
の表面に、α−TCPの焼結体を塩化カルシウムとリン酸
水素ナトリウムと混ぜて結合させることによりハイドロ
キシアパタイトをコーティングすれば、生体材料１Ａの
表面を滑らかにすることができる。

【００２６】また、図３に示すように、第１実施形態の
生体材料１Ａにおいて、基盤材料１１Ａの表面にチタン
Ｔｉを蒸着した基礎材料１０Ａの代わりに、基盤材料１
１Ａの表面に珪素１５含浸させて、珪素含浸層１６Ｂを
形成したものを基礎材料１０Ｂとして用いてもよい。こ
の場合、珪素１５の石灰化能によって、珪素含浸層１６
Ｂの表面にカルシウム化合物Ｃａが吸着されて、カルシ
ウム化合物の層１３Ｂを形成させることができる。しか
も、カルシウム化合物Ｃａは、基礎材料１０Ｂ内に含浸
されている珪素１５と結合するため、珪素含浸層１６Ｂ
とカルシウム化合物の層１３Ｂとの界面には、基盤材料
１１Ａと珪素１５およびカルシウム化合物Ｃａが混在す
る層１７Ｂが形成される。このため、基盤材料１１Ａと
カルシウム化合物の層１３Ｂは層１７Ｂを介して強固に
結合され、カルシウム化合物の層１３Ｂが、基礎材料１
０Ｂから剥がれることがない。したがって、生体内に埋
め込んでも、基盤材料１１Ａが直接生体と接触すること
を防ぐことができるので、基盤材料１１Ａがどのような
金属であっても、生体に悪影響を与えることを防ぐこと
ができる。

【００２７】つぎに、第２実施形態の生体材料１Ｃにつ
いて説明する。図４は第２実施形態の生体材料１Ｃの概
略断面図である。同図に示すように、第２実施形態の生
体材料１Ｃは、第一実施形態で示した基礎材料１０Ａの
表面または基礎材料１０Ｂの表面に何も処理をせずに、
そのまま生体材料１Ｃとして用いたものである。

【００２８】基礎材料１０Ａを生体材料１Ｃとした場
合、チタンＴｉは生体親和性が高いので、基盤材料１１
Ａがどのような素材であっても、生体親和性を向上させ
ることができ、生体内に埋め込んだときに、生体に悪影
響を与えることを防ぐことができる。しかも、チタンＴ
ｉは基盤材料１１Ａと強固に結合しており、基盤材料１
１Ａから剥がれることがないので、生体内に埋め込んで
も、基盤材料１１Ａが直接生体と接触することを防ぐこ
とができ、基盤材料１１Ａがどのような金属であって
も、生体に悪影響を与えることを防ぐことができる。ま
た、チタンＴｉは強度が高いので、たとえ基盤材料１１
Ａの強度が低く脆いものであっても、その強度を高くす
ることができる。さらに、チタンの層１２Ａの表面に珪
素１５を含浸させれば、チタンＴｉの石灰化能を向上さ
せることができるので、生体材料１Ｃの生体親和性がさ
らに高くなり、しかも、生体内において、基礎材料１０
Ａの表面にカルシウム化合物の層を容易に形成させるこ
とができる。

【００２９】基礎材料１０Ｂを生体材料１Ｃとした場
合、生体内に埋め込む前に、珪素含浸層１６Ｂに含まれ
る珪素１５の石灰化能によって、基礎材料１０Ｂの表面
全体にカルシウム化合物の層を形成させれば、基礎材料
１０Ｂの表面全体をカルシウム化合物によって覆うこと
ができる。このため、基盤材料１１Ａがどのような材料
であっても生体親和性を付与することができ、しかも、
基盤材料１１Ａが直接生体と接触することを防ぐことが
できるので、生体に悪影響を与えることを防ぐことがで
きる。しかも、カルシウム化合物の層は、珪素１５、基
盤材料１１Ａおよびカルシウム化合物Ｃａが混在する層
を介して基礎材料１０Ｂと強固に結合されるので、生体
内に使用しても、カルシウム化合物の層が基礎材料１０
Ｂから剥がれて、基礎材料１０Ｂが直接生体と接触する
こともない。

【００３０】つぎに、第３実施形態の生体材料１Ｄにつ
いて説明する。図５は、第３実施形態の生体材料１Ｄの
概略断面図である。同図に示すように、第３実施形態の
生体材料１Ｄは、基礎材料１０Ｄの表面に、カルシウム
化合物の層１３Ｄが形成され、カルシウム化合物の層１
３Ｄの表面に架橋コラーゲン１４が結合されたものであ
る。

【００３１】図５に示すように、基礎材料１０Ｄは、基
盤材料１１Ｄと、混合層２０Ｄから構成されている。基
盤材料１１Ｄの素材は、例えばガラスやセラミック等の
無機物質や、ポリ乳酸やポリグリコール酸、ポリカーボ
ネート、ヒアルロン酸、キチン、コラーゲン等の高分子
ポリマーや生体高分子である。この基盤材料１１Ｄの表
面には、チタンＴｉと前記基盤材料１１Ｄが混合した混
合層２０Ｄが形成されており、基盤材料１１Ｄと混合層
２０Ｄとが非常に強固に結合されている。なお、混合層
２０Ｄには、チタンＴｉの代わりにＴｉ−Ｖ−ＡＩ合金
やＴｉ−Ｎｉ合金等のチタン化合物を混合してもよい。

【００３２】この混合層２０Ｄの表面には、例えばリン
酸カルシウムやハイドロキシアパタイト、炭酸カルシウ
ム等のカルシウム化合物の層１３Ｄが形成されている。
チタンＴｉは、石灰化能を有しており、混合層２０Ｄと
カルシウム化合物の層１３Ｄの界面には、カルシウム化
合物Ｃａとニ酸化チタンＴｉｂが混在した層１７Ｄが形
成される。この層１７Ｄに含まれるニ酸化チタンＴｉｂ
は、混合層２０Ｄ中のチタンＴｉと結合しているので、
混合層２０Ｄとカルシウム化合物の層１３Ｄは、その界
面に形成された層１７Ｄを介して強固に結合される。

【００３３】カルシウム化合物の層１３Ｄの表面には、
架橋コラーゲン１４が結合している。架橋コラーゲン１
４とは、複数のコラーゲンが架橋によって結合したもの
である。この架橋コラーゲン１４は、その一部分がカル
シウム化合物の層１３Ｄに取り込まれて、カルシウム化
合物Ｃａと強固に結合されている。

【００３４】しかも、架橋コラーゲン１４の表面には、
カルシウム化合物３０が結合しており、このカルシウム
化合物３０が架橋コラーゲン１４の表面全体、つまり生
体材料１Ｄの全体を覆っている。

【００３５】上記のごとく、第３実施形態の生体材料１
Ｄによれば、基盤材料１１Ｄの表面には混合層２０Ｄが
形成されており、また、混合層２０Ｄの表面にはカルシ
ウム化合物の層１３Ｄが形成されている。このため、基
礎材料１０Ｄの基盤材料１１Ｄがどのような素材であっ
ても、生体親和性を向上させることができる。しかも、
カルシウム化合物の層１３Ｄの表面には、架橋コラーゲ
ン１４が結合されているので、生体材料１Ｄの生体親和
性をさらに高めることができる。したがって、第３実施
形態の生体材料１Ｄを生体内に埋め込んだときに、生体
に悪影響を与えることを防ぐことができる。また、基礎
材料１０Ｄの基盤材料１１Ｄから架橋コラーゲン１４ま
でが強固に結合されているので、架橋コラーゲン１４や
カルシウム化合物の層１３Ｄが、基礎材料１０Ｄから剥
がれることがなく、基盤材料１１Ｄの表面から混合層２
０Ｄが剥がれることもない。したがって、生体内に埋め
込んでも、基礎材料１０Ｄの基盤材料１１Ｄが直接生体
と接触することを防ぐことができるので、基盤材料１１
Ｄがどのような金属であっても、生体に悪影響を与える
ことを防ぐことができる。さらに、基礎材料１０Ｄは、
基盤材料１１Ｄの表面に混合層２０Ｄを有しているので
基盤材料１１Ｄの強度が低く脆いものであっても、基礎
材料１０Ｄの強度を高くすることができる。しかも、生
体材料１Ｄの表面には架橋コラーゲン１４が結合されて
おり、架橋コラーゲン１４は強度が高いので、生体材料
１Ｄの強度をさらに高くすることができる。さらに、生
体材料１Ｄの表面全体がカルシウム化合物３０によって
覆われているので、生体材料１Ｄの強度をさらに高くす
ることができ、耐熱性を高くすることができ、しかも、
その表面を滑らかにすることができる。

【００３６】さらに、基礎材料１０Ｄの基盤材料１１Ｄ
の素材として、ポリ乳酸やポリグリコール酸等の生体吸
収性材料を使用した場合、生体吸収性材料の強度が、チ
タンＴｉや架橋コラーゲン１４によって強化されている
ので、生体の骨の代替品や、例えば一般的な家庭用品や
建築材料、自動車部品などの素材として使用することが
できる。とくに、生体材料１Ｄの表面をカルシウム化合
物３０によって覆ってしまえば、建築材料、自動車部品
等のうち特に強度が必要とされるものであっても形成す
ることができる。そして、生体吸収性材料を基盤材料１
１Ｄとする生体材料１Ｄで形成された部材を、生体の骨
の代替品として使用すれば、基盤材料１１Ｄが生体を構
成する成分と同等の構成を有しているので、生体内に埋
め込んだときに、生体に悪影響を与えることを防ぐこと
ができる。しかも、長期間生体内に使用すれば、生体と
同一化され、そのまま骨の一部として使用することがで
きる。また、生体吸収性材料を基盤材料１１Ｄとする生
体材料１Ｄによって形成された家庭用品等は、土に埋め
たり、バクテリア槽に浸漬したりすれば、バクテリアに
よって分解されるので、家庭用品等の廃棄処理を容易に
することができるし、環境を損なうこともない。

【００３７】つぎに、第３実施形態の生体材料１Ｄの製
造方法を説明する。図６は第３実施形態の生体材料１Ｄ
を製造する製造工程のフローチャートである。。同図に
示すように、まず、基盤材料１１Ｄの素材を有機溶剤に
溶融し、この溶融した材料にチタンＴｉを混合して溶融
材料とする。そして、この溶融材料を、そのまま基盤材
料１１Ｄの表面に塗ると（Ｐ２１）、基盤材料１１Ｄの
表面も溶融し、溶融材料と、溶融した基盤材料１１Ｄの
表面とが混ざり合う。その状態から基盤材料１１Ｄを乾
燥させれば、基盤材料１１Ｄの表面に混合層２０Ｄが形
成され、基礎材料１０Ｄが製造される。

【００３８】つぎに、基礎材料１０Ｄを、疑似体液また
は海水中に浸漬する。疑似体液または海水中には、カル
シウムイオンとリン酸イオンが過飽和な状態で溶解して
おり、また、チタンは石灰化能を有しているので、基礎
材料１０Ｄの混合層２０Ｄの表面に、カルシウムイオン
が吸着され、カルシウム化合物Ｃａが形成される。する
と、混合層２０Ｄの表面に、二酸化チタンＴｉｂとカル
シウム化合物Ｃａとが混在した層１７Ｄが形成される。
そして、層１７Ｄが形成された基礎材料１０Ｄを、疑似
体液または海水中に浸漬したままにしておくと、層１７
Ｄの表面に、ハイドロキシアパタイト等からなるカルシ
ウム化合物の層１３Ｄが形成され（Ｓ２１）、カルシウ
ム結合材料２１Ｓが製造される。

【００３９】カルシウム結合材料２１Ｓを、架橋コラー
ゲン水溶液に浸して水分を蒸発させれば、カルシウム化
合物の層１３Ｄに架橋コラーゲン１４が結合され（Ｓ２
２）、架橋コラーゲン結合材料２４Ｓが製造される。

【００４０】最後に、架橋コラーゲン結合材料２４Ｓ
を、再び擬似体液または海水中に浸漬すれば、架橋コラ
ーゲン結合材料２４Ｓの表面全体にカルシウム化合物３
０が結合され、第３実施形態の生体材料１Ｄが製造され
る。

【００４１】なお、カルシウム結合材料２１Ｓの表面に
架橋コラーゲン１４を結合させるときには、架橋コラー
ゲン水溶液に代えて、コラーゲン水溶液に、カルシウム
結合材料２１Ｓを浸漬させてもよい。つまり、コラーゲ
ン水溶液に、カルシウム結合材料２１Ｓを浸漬させれ
ば、カルシウム結合材料２１Ｓのカルシウム化合物の層
１３Ｄにコラーゲンが結合される。そして、コラーゲン
が結合されたカルシウム結合材料２１Ｓを、グルタール
アルデヒド溶液に浸漬すれば、カルシウム化合物の層１
３Ｄに結合しているコラーゲンを架橋コラーゲン１４と
することができる。この場合、コラーゲンをカルシウム
化合物の層１３Ｄに結合させてから架橋化するので、架
橋コラーゲン１４とカルシウム化合物の層１３Ｄを容易
に結合させることができ、その結合も強固になる。

【００４２】さらになお、溶融材料に珪素１５を混合し
て、基礎材料１０Ｄの混合層２０Ｄを珪素１５も含む層
としてもよい。この場合、混合層２０Ｄの石灰化能を向
上させることができるので、基礎材料１０Ｄの表面にカ
ルシウム化合物の層１３Ｄを容易に形成させることがで
きる。

【００４３】さらになお、第３実施形態の生体材料１Ｄ
を、炭化珪素と二酸化珪素の混合溶液中で、自動研磨機
によって攪拌して、カルシウム化合物の層１３Ｄ及び架
橋コラーゲン１４に珪素１５を含浸させてもよい。この
場合、カルシウム化合物の層１３Ｄ及び架橋コラーゲン
１４の石灰化能を向上させることができ、骨との親和性
や結合性が向上する。

【００４４】さらになお、カルシウム化合物の層１３Ｄ
および架橋コラーゲン１４に珪素１５を含浸させる方法
は上記の方法に限られず、カルシウム化合物の層１３Ｄ
等の表面に、均一に珪素１５を含浸させることができる
方法であれば、どのような方法を用いてもよい。

【００４５】さらになお、第３実施形態の生体材料１Ｄ
を、再び疑似体液または海水中に浸漬して、生体材料１
Ｄの表面全体にカルシウム化合物を結合させれば、生体
材料１Ｄの表面を滑らかにすることができる。

【００４６】さらになお、第３実施形態の生体材料１Ｄ
の表面に、α−TCPの焼結体を塩化カルシウムとリン酸
水素ナトリウムと混ぜて結合させることによりハイドロ
キシアパタイトをコーティングすれば、生体材料１Ｄの
表面を滑らかにすることができる。

【００４７】また、図７に示すように、第３実施形態の
生体材料１Ｄにおいて、基盤材料１１Ｄの表面にチタン
Ｔｉを含む混合層２０Ａが形成された基礎材料１０Ｄの
代わりに、基盤材料１１Ｄの表面に珪素１５を含む珪素
混合層１６Ｅを形成したものを基礎材料１０Ｅとして用
いてもよい。この場合、珪素１５の石灰化能によって、
基盤材料１１Ｄの表面にカルシウム化合物Ｃａが吸着さ
れて、カルシウム化合物の層１３Ｅを形成させることが
できる。しかも、カルシウム化合物Ｃａは、珪素混合層
１６Ｅの珪素１５と結合するため、珪素混合層１６Ｅと
カルシウム化合物の層１３Ｅとの界面には、基盤材料１
１Ｄと珪素１５およびカルシウム化合物Ｃａが混在する
層１７Ｅが形成される。このため、珪素混合層１６Ｅと
カルシウム化合物の層１３Ｅは層１７Ｅを介して強固に
結合され、カルシウム化合物の層１３Ｅが、基礎材料１
０Ｅから剥がれることがない。したがって、生体内に埋
め込んでも、基盤材料１１Ｄが直接生体と接触すること
を防ぐことができるので、基盤材料１１Ｄがどのような
素材であっても、生体に悪影響を与えることを防ぐこと
ができる。

【００４８】つぎに、第４実施形態の生体材料１Ｆにつ
いて説明する。図８は第４実施形態の生体材料１Ｆの概
略断面図である。同図に示すように、第４実施形態の生
体材料１Ｆは、第３実施形態で示した基礎材料１０Ｄの
表面または基礎材料１０Ｅの表面に何も処理せずに、そ
のまま生体材料１Ｆとして用いたものである。

【００４９】基礎材料１０Ｄを生体材料１Ｆとした場
合、チタンＴｉは生体親和性が高いので、基盤材料１１
Ｄがどのような素材であっても、生体親和性を向上させ
ることができ、生体内に埋め込んだときに、生体に悪影
響を与えることを防ぐことができる。しかも、チタンＴ
ｉは基盤材料１１Ｄと強固に結合しており、基盤材料１
１Ｄから剥がれることがないので、生体内に埋め込んで
も、基盤材料１１Ｄが直接生体と接触することを防ぐこ
とができ、基盤材料１１Ｄがどのような素材であって
も、生体に悪影響を与えることを防ぐことができる。ま
た、チタンＴｉは強度が高いので、たとえ基盤材料１１
Ｄの強度が低く脆いものであっても、その強度を高くす
ることができる。さらに、混合層２０Ｄの表面に珪素１
５を含浸させれば、チタンＴｉの石灰化能を向上させる
ことができるので、生体材料１Ｆの生体親和性がさらに
高くなり、しかも、生体内において、基礎材料１０Ｄの
表面にカルシウム化合物の層を容易に形成させることが
できる。

【００５０】基礎材料１０Ｅを生体材料１Ｆとした場
合、生体内に埋め込む前に、珪素混合層１６Ｅに混合さ
れた珪素１５の石灰化能によって、基礎材料１０Ｅの表
面全体にカルシウム化合物の層を形成させれば、基礎材
料１０Ｅの表面全体をカルシウム化合物によって覆うこ
とができる。このため、基盤材料１１Ｄがどのような材
料であっても生体親和性を付与することができ、しか
も、基盤材料１１Ｄが直接生体と接触することを防ぐこ
とができるので、生体に悪影響を与えることを防ぐこと
ができる。しかも、カルシウム化合物の層は、珪素１
５、基盤材料１１Ｄおよびカルシウム化合物Ｃａが混在
する層を介して基礎材料１０Ｅと強固に結合されるの
で、生体内に使用しても、カルシウム化合物の層が基礎
材料１０Ｂから剥がれて、基礎材料１０Ｂが直接生体と
接触することもない。

【００５１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、基礎材料がど
のような材料であっても、生体親和性を付与することが
でき、生体内に埋め込んだときに、生体に悪影響を与え
ることを防ぐことができ、その強度を高くすることがで
きる。請求項２の発明によれば、カルシウム化合物の
層、および架橋コラーゲンに珪素を含浸させることによ
って、カルシウム化合物および架橋コラーゲンの石灰化
能を向上させることができる。請求項３の発明によれ
ば、生体材料の表面全体がカルシウム化合物によって覆
われているので、生体材料の強度をさらに高くすること
ができ、耐熱性を高くすることができ、しかも、その表
面を滑らかにすることができる。請求項４の発明によれ
ば、基礎材料がどのような材料であっても、生体親和性
を付与することができ、生体内に埋め込んだときに、生
体に悪影響を与えることを防ぐことができ、基礎材料が
直接生体と接触することを防ぐことができる。請求項５
の発明によれば、基礎材料に生体親和性を付与すること
ができ、基礎材料の強度を高くすることができる。請求
項６の発明によれば、基礎材料がどのような材料であっ
ても、生体親和性を付与することができ、生体内に埋め
込んだときに、生体に悪影響を与えることを防ぐことが
でき、生体材料の強度を高くすることができる。請求項
７の発明によれば、チタンおよびチタン合金の表面に珪
素を含浸させることによって、チタンおよびチタン合金
の石灰化能をさらに向上させることができるので、生体
材料の生体親和性をさらに向上させることができる。請
求項８の発明によれば、生体内に埋め込んだときに、生
体に悪影響を与えることを防ぐことができ、生体材料以
外に使用すれば、その廃棄処理を容易にすることができ
る。請求項９の発明によれば、基礎材料がどのような材
料であっても、生体親和性を付与することができ、生体
内に埋め込んだときに、生体に悪影響を与えない生体材
料を製造することができ、たとえ基礎材料の強度が低く
脆いものであっても、その強度が高い生体材料を製造す
ることができる。請求項１０の発明によれば、基礎材料
の生体親和性をさらに高めることができ、生体内に埋め
込んだときに、生体に悪影響を与えない生体材料を製造
することができ、たとえ基礎材料の強度が低く脆いもの
であっても、その強度が高い生体材料を製造することが
できる。請求項１１の発明によれば、基礎材料の表面
に、容易にカルシウム化合物の層を形成することがで
き、基礎材料がどのような材料であっても、基礎材料の
強度を高くすることができる。請求項１２の発明によれ
ば、基礎材料の表面に、容易にカルシウム化合物の層を
形成することができ、生体に悪影響を与えることを防ぐ
ことができる。請求項１３の発明によれば、カルシウム
化合物の層、および架橋コラーゲンに珪素を含浸させる
ことによって、カルシウム化合物および架橋コラーゲン
の石灰化能を向上させることができる。請求項１４の発
明によれば、生体材料の表面全体をカルシウム化合物に
よって覆うことができるので、生体材料の強度をさらに
高くすることができ、しかも、その表面を滑らかにする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の生体材料１Ａの概略断面図であ
る。

【図２】第１実施形態の生体材料１Ａを製造する製造工
程のフローチャートである。

【図３】基礎材料１０Ｂを用いた生体材料１Ａの概略断
面図である。

【図４】第２実施形態の生体材料１Ｃの概略断面図であ
る。

【図５】第３実施形態の生体材料１Ｄの概略断面図であ
る。

【図６】第３実施形態の生体材料１Ｄを製造する製造工
程のフローチャートである。

【図７】基礎材料１０Ｅを用いた生体材料１Ｄの概略断
面図である。

【図８】第４実施形態の生体材料１Ｆの概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１生体材料１０基礎材料１２チタンの層１３カルシウム化合物の層１４架橋コラーゲン１５珪素ＴｉチタンＣａカルシウム化合物

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ａ６１Ｌ 27/00 Ａ６１Ｌ 27/00 ＬＭＦターム(参考） 4C081 AB03 AB05 BA12 BA16 BB08 CA171 CA201 CD081 CD091 CD121 CF011 CF012 CF031 CF032 CF111 CF131 CF132 CG02 CG03 CG04 CG05 DA01 DB07 DC02 DC03 DC04 DC14 EA02 EA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体内に埋め込まれて使用される材料であ
って、基礎材料の表面にカルシウム化合物の層が形成さ
れており、該基礎材料のカルシウム化合物の層の表面
に、架橋コラーゲンが結合されたことを特徴とする生体
材料。
【請求項２】前記カルシウム化合物の層の表面および架
橋コラーゲンに珪素が含浸されたことを特徴とする請求
項１記載の生体材料。
【請求項３】前記架橋コラーゲンの表面が、カルシウム
化合物によって覆われたことを特徴とする請求項１また
は２記載の生体材料。
【請求項４】生体内に埋め込まれて使用される材料であ
って、基礎材料の表面に珪素が含浸されたことを特徴と
する生体材料。
【請求項５】前記基礎材料が、その表面にチタンまたは
チタン合金の層を有することを特徴とする請求項１、
２、３または４記載の生体材料。
【請求項６】生体内に埋め込まれて使用される材料であ
って、その表面にチタンまたはチタン合金の層が形成さ
れたことを特徴とする生体材料。
【請求項７】前記チタンまたはチタン合金の層の表面に
珪素が含浸されたことを特徴とする請求項５または６記
載の生体材料。
【請求項８】前記基礎材料が、生体吸収性材料であるこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７
記載の生体材料。
【請求項９】（１）前記基礎材料の表面にカルシウム化
合物の層を形成させる第一工程と、（２）前記カルシウ
ム化合物の層の表面に、架橋コラーゲンを結合させる第
二工程とからなることを特徴とする生体材料の製造方
法。
【請求項１０】前記第二工程が、前記カルシウム化合物
の層にコラーゲンを結合させる前工程と、前記コラーゲ
ンを、架橋コラーゲンに変質させる後工程とからなるこ
とを特徴とする請求項９記載の生体材料の製造方法。
【請求項１１】前記第一工程を行う前に、前記基礎材料
の表面にチタンの層を形成させることを特徴とする請求
項９または１０記載の生体材料の製造方法。
【請求項１２】前記第一工程を行う前に、前記基礎材料
の表面に珪素を含浸させることを特徴とする請求項９、
１０または１１記載の生体材料の製造方法。
【請求項１３】前記第二工程の終了後に、前記カルシウ
ム化合物の層および前記架橋コラーゲンに珪素を含浸さ
せることを特徴とする請求項９、１０、１１または１２
記載の生体材料の製造方法。
【請求項１４】前記第二工程の終了後に、前記架橋コラ
ーゲンの表面にカルシウム化合物を結合させることを特
徴とする請求項９、１０、１１、１２または１３記載の
生体材料の製造方法