JP2003325561A - 表面鉱物質化した脊椎移植片 - Google Patents

表面鉱物質化した脊椎移植片

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一定の脊柱内における椎骨と一体になってこ
れを支持するための脊椎移植片を提供する。 【解決手段】 上記脊椎移植片は一定の本体部分、およ
び当該本体部分の一部分に化学的に結合している一定の
鉱物質化した、生物活性な表面被膜を備えており、この
被膜が約１μｍよりも小さい一定の結晶寸法を有する化
学的に吸着している水を含みヒドロキシル基を含まない
炭酸塩化したリン酸カルシウムの骨鉱物質ナノ結晶アパ
タイトを含有している。この脊椎移植片の本体部分はリ
ング形状であり、一定の中央通路を定めている。

Description

【発明の詳細な説明】
関連出願に対するクロスリファレンス 本特許出願は現在において２０００年１０月３１に発行
されている米国特許第６，１３９，５８５号となってい
る、１９９８年３月１１日に出願されている米国特許第
０９／０３８，４４４号の一部継続出願であり、これに
対して優先権を主張している２０００年５月１９日に出
願されている米国特許第０９／５７４，３５８号の一部
継続出願であり、これに対して優先権を主張している。
これらの各特許出願および特許のそれぞれの内容は本明
細書に参考文献として含まれる。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は骨の鉱物質を再構成
する生物活性なセラミック被膜を有する生体移植可能な
物品に関する。特に、本発明は生物活性なセラミック被
膜により被覆されている脊椎移植片に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉱物質化した、および／または、セラミ
ックの各種の被膜を種々の物品に施すことが望まれてい
る。関節プロテーゼや歯科用インプラントを含む生体移
植片はこのような被膜を頻繁に適用する物品の一種であ
る。また、このような被膜が施される基質は通常におい
て一定の金属かプラスチックであるが、これらの被膜は
セラミックおよびシリコンのような別の基質にも適用で
きる。
【０００３】関節および歯科プロテーゼのような生体移
植片は、通常において、永久的に骨に固定または係留す
る必要がある。一部の場合に、骨の中にプロテーゼを固
定するために骨セメント材の使用が許容可能である。し
かしながら、多くの関節プロテーゼの場合において、プ
ロテーゼの中およびその周囲の自然な骨の内部成長を促
進することにより当該関節プロテーゼを固定することが
現在においてさらに一般的である。このような自然な骨
の内部成長により生じる骨と移植片との間の境界面は骨
セメント材とプロテーゼとの間の結合よりも経時的に強
固になる傾向があり、耐久性が優れている。
【０００４】最適な骨の内部成長は自然な骨が移植され
るプロテーゼの中およびその周囲に成長することを必要
とする。骨の内部成長およびプロテーゼの固定は不規則
なビーズ状のまたは多孔質の表面を移植材料に設けるこ
とにより、その効果を高めることができる。チタン合金
を含む種々の材料は生体相容性（biocompatible）であ
るが、これらは骨の形成を行なわず、骨との化学的な結
合も形成しないので、必ずしも生物活性であるとは言え
ない。
【０００５】それゆえ、骨の中への改善された移植片の
固定が、生物活性を有する鉱物質化した、および／また
は、セラミックの材料により移植片を被覆することによ
り達成できる。すなわち、このような被膜はプロテーゼ
の中およびその周囲における比較的に速い骨の内部成長
を促すことが指摘されている。
【０００６】鉱物質化した、および／または、セラミッ
クの被膜を生体移植可能な基質に供給するために種々の
技法が用いられている。これらの被膜は一般にセラミッ
クにより形成されており、比較的に大きな結晶寸法を特
徴とする傾向がある。このような被膜はプラズマ・スプ
レー、イオン・インプランテーションおよびゾル−ゲル
処理法を含む種々の技法により形成可能である。しかし
ながら、これらの技法は比較的広く用いられているが、
幾つかの欠陥がある。例えば、供給された被膜は微視孔
（micropores）または巨視孔（macropores）を有する傾
向があり、比較的厚く脆くなりやすい。また、これらの
被膜は化学的な欠陥を伴う可能性があり、基質に対して
必ずしも十分に接着しない。加えて、このような被膜は
くりぬかれた領域を有する多孔質な表面等のような複雑
な形状を有する表面に均一に形成することが困難であ
る。一部の状況において、上記の被膜は、例えば、その
表面上にプラズマが噴霧される角度により、複雑な形状
を有する表面の特定の部分を全く被覆できない。
【０００７】リン酸カルシウムのセラミック材、特に、
ヒドロキシアパタイトが骨の形成を行なうことができる
ことが多く報告されている。ヒドロキシアパタイトのセ
ラミック材は速やかで強固な固定を行なえるセメント材
なしの金属移植片の被覆材料材として有効に適用されて
いる。熱プラズマ・スプレー法はこのヒドロキシアパタ
イト被覆材料を形成するために使用される最も一般的な
方法の一つである。しかしながら、このようなプラズマ
・スプレー処理したヒドロキシアパタイト被膜は比較的
に密度が低く、構造または組成が均一でない。さらに、
その被膜と基質との間の接着力も、特に体内における長
期間の曝露の後において、一般に極めて強いとは言えな
い。さらに、熱プラズマ・スプレー処理した被膜の劣化
および被膜の剥がれによる硬質のセラミック粒子の発生
が重要な問題である。
【０００８】また、各種の水性溶液を用いてヒドロキシ
アパタイトのセラミック被膜を形成する低温処理も行な
われている。これらの水性溶液はあらゆる開放空間に行
き届くことができるために、このような低温処理は複雑
な表面形状を有する基質の場合に有効に使用できる。こ
のような水性溶液により形成したヒドロキシアパタイト
被膜は、一定の高温度処理により形成されるプラズマ・
スプレー処理したヒドロキシアパタイト被膜に比べて、
さらに高い骨組織に対する生物学的な親和性にすること
ができる。しかしながら、現状において知られる低温処
理は一般的に基質の前処理を必要とする。
【０００９】上記ヒドロキシアパタイト［ＨＡ，Ｃａ10
（ＰＯ4 ）6 （ＯＨ）2 ］により作成したリン酸カルシ
ウムのセラミック材は骨の形成および骨に対する結合作
用を誘発できることが立証されている。このような骨伝
導性（osteoconductive property）により、このＨＡセ
ラミック材は各種の骨の欠損部分の修復に使用されてい
る。多くの場合に、一定の迅速な結合的付着を可能にし
て骨セメント材を使用せずに骨の中に各種の移植片を確
実に固定するために、各種の金属移植片がこのＨＡセラ
ミック材により被覆されている。
【００１０】一定の水性システムに基づく被覆技法の一
例が特許文献１において開示されており、この方法にお
いて、生物活性なセラミック被膜が一定の基質に電着す
る。また、非特許文献１はクロロシラン等の一定の材料
により一定の基質を表面処理した後に塩化カルシウムを
含有する一定の溶液中にこの基質を浸漬することにより
この基質に一定のリン酸八カルシウムを供給するための
技法を開示している。さらに、特許文献２において開示
されているような、別の技法は基質を一定の圧力反応器
内においてリン酸カルシウムに対して曝露することによ
り一定のヒドロキシアパタイト被膜を形成している。ま
た、特許文献３はヒドロキシアパタイトの一定の繊維状
で結晶質の被膜を供給するためにヒドロキシアパタイト
粒子を含有する流体の流れを配向することにより一定の
基質に一定のヒドロキシアパタイト被膜を形成するため
の技法を開示している。
【００１１】骨の鉱物質はアパタイト構造を有する一定
のリン酸カルシウム塩である。この骨のアパタイト構造
はリン酸水素塩（ＨＰＯ4 2-）イオン、炭酸塩（ＣＯ3
2-）イオン、マグネシウム（Ｍｇ2+）イオン、ナトリウ
ム（Ｎａ+ ）イオンおよびその他の微量イオンを含み、
ナトリウムおよびマグネシウムの各イオンが当該アパタ
イト構造における一定の割合の各種のカルシウム・イオ
ンと置換しており、各種の炭酸塩イオンがヒドロキシア
パタイトにおけるＰＯ4 2-およびＯＨ- と置換してい
る。
【００１２】化学的に吸着している水が骨アパタイトに
おいて見られる。このような化学的特徴に加えて、骨ア
パタイトは一般にＸ線回折パタンにおいて見られるよう
に不十分に結晶化しているナノ結晶（nanocrystals）の
形態で見ることができる。この骨アパタイトは一般的に
骨鉱化作用と呼ばれる一定の処理において体温でいわゆ
る血漿という一定の生理的溶液から形成される。また、
各種の骨細胞により合成される有機基質は骨アパタイト
形成の開始において極めて重要な役割を果たす。
【００１３】上記のＨＡおよび骨アパタイトは同一のア
パタイト系統群に属しているが、これらは互いに異なっ
ている。すなわち、今日の使用におけるＨＡセラミック
材はその組成、構造および形成される様式において骨ア
パタイトとは異なっている。例えば、ＨＡはヒドロキシ
ル基（水酸基）を含むが、骨アパタイトはヒドロキシル
官能基を含まず、ヒドロキシル官能性を実質的に欠いて
おり、例えば、そのヒドロキシル含有量は現行の分析検
出方法の適用範囲を超えるほどに低い。また、ヒドロキ
シアパタイトに対して、骨アパタイトは一般にその結晶
構造中に水分子を含む。さらに、プラズマ・スプレー処
理したＨＡ被膜は骨鉱物質アパタイトとは極めて異な
り、種々のリン酸カルシウム塩を有している。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第５，２０５，９２１号明細書
【特許文献２】特開平第８−４０７１１号公報
【特許文献３】米国特許第５，１８８，６７０号明細書
【非特許文献１】バンカー（Bunker）他，サイエンス
（Science），２６４巻，４８頁乃至５５頁，１９９４
年
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】従って、セラミック被
膜および当該被膜を作成するための種々の方法がこれま
でに存在しているが、生物活性なセラミック被膜を基質
に供給するために使用する改善された信頼性の高い処理
方法が依然として要望されている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は結晶の大きさが
１ミクロン（マイクロメートル）以下の高密度で実質的
に純粋なセラミック被膜を提供する。この被膜は適用さ
れる基質に対して良好な化学的結合を形成する。好まし
くは、この被膜は、約１ミクロン以下の結晶の大きさを
有する化学的に吸着した水を含有する、一定の骨鉱物質
の炭酸塩化したナノ結晶アパタイトの形態の生物活性な
セラミック被膜である。すなわち、この被膜はカルシウ
ム、マグネシウム、炭酸塩およびリン酸塩を含有してい
る。さらに、随意的に、この被膜はナトリウム、塩素、
硫酸塩、ケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群から
選択される各種のイオンまたはイオン性の基を含む。好
ましくは、この被膜における炭酸塩基のリン酸塩基に対
する比率は約１：１００乃至１：３の範囲内である。さ
らに、マグネシウムのカルシウムに対する原子の存在比
率は約１：１００乃至１：４である。
【００１７】本発明の一例の態様は天然に存在している
骨アパタイトの組成およびその構造と同等であるか実質
的に同等である一定の合成アパタイトの薄い被膜を伴う
一定の医療用移植片を提供することである。この合成ア
パタイト被膜はリン酸カルシウムおよび炭酸水素塩の各
種イオンを含む一定の水性溶液中に移植片を浸漬するこ
とにより形成され、これらのイオンは上記アパタイトが
一定の結晶状態または一定の非晶質様の形態で各種の移
植片の表面上に成長することを可能にする。上記炭酸塩
イオンの上記溶液の上方における雰囲気に対する相互作
用により、合成の骨アパタイト被膜の成長において必要
とされる約６．５から約７．５までの一定のｐＨ値の範
囲にわたり溶液のｐＨ値が上昇する。このような方法に
より製造される合成の骨アパタイト被膜は骨の内部成長
を促進して移植片に骨結合特性を賦与する一定の有効な
骨組成物を生じる。また、この合成のアパタイト被膜は
骨の成長のさらなる改善のための各種の増殖因子を含む
生物分子を誘引するために使用することもできる。
【００１８】上記の被膜はシリコン（珪素）、金属、セ
ラミックおよびポリマーを含む種々の基質に適用でき
る。特に、骨や歯科用の各種のプロテーゼのような生体
移植可能な基質に対する適用に有用である。すなわち、
この被膜は多孔質のビーズ状の基質を含む複雑な形状お
よび表面構造を有する各種の基質表面に均一に供給する
ことができる。また、この被膜の厚さは約０．００５ミ
クロン乃至５０ミクロンの範囲で変えることができる。
【００１９】一例の実施形態において、上記の生体セラ
ミック被膜が表面に付着している一定の脊椎移植片が提
供される。
【００２０】さらに特定の例示的な実施形態において、
上記被膜が一定のチタン本体部分を有する脊椎移植片に
供給されている。この移植片の本体部分はリング形状で
あり、一定の中央の通路を定めている。さらに、この本
体部分は互いに一体に連結して一定の概ねダイアモンド
形状のパタンを形成している複数の部材を含む。また、
この本体部分は一定の外表面部、上記中央の通路を定め
ている一定の内表面部、および側面部を有している。こ
れらの側面部は協同して上記本体部分における概ねダイ
アモンド形状の各孔を定めている。
【００２１】以下において説明されている鉱化作用また
は鉱物質化（mineralization）の処理に従って、上記被
膜は上記の外表面部、内表面部および側面部を含む上記
本体部分の全ての表面部分に供給されて、一定の骨−鉱
物質用の外側被膜を有する一定の脊椎移植片が提供され
る。この脊椎移植片は一定の脊柱内の各椎骨に一体化し
てこれを支持するために使用される。また、この脊椎移
植片はこの移植片の中を通して椎間板の空間部分をわた
る新しい骨の成長の形成により隣接している各椎骨を固
定してこれらの椎骨の互いに対する相対的な移動を排除
するための脊椎固定において使用するために提供され
る。この移植片の被膜はこの移植片の中への骨の成長を
助長し、一定の骨の付着を刺激して、その骨に対する化
学的な結合を形成する。さらに、別の実施形態におい
て、上記の鉱物質化した表面は患者の移植部位に対する
配給のための各種の薬剤および／または増殖因子を含有
する機能的分子を含む。
【００２２】各種の脊椎移植片に加えて、上記被膜は種
々の基質に対して効果的且つ効率的に供給できる。本発
明の方法によれば、約５乃至１０の範囲内の一定のｐＨ
値および約１００℃以下の温度を伴うカルシウム、マグ
ネシウム、リン酸塩、および炭酸塩の各種のイオンを含
む一定の水性溶液が先ず提供される。随意的に、この溶
液はナトリウム、カリウム、塩素、硫酸塩、ケイ酸塩お
よびこれらの混合物の各種のイオンも含む。その後、適
当な基質が、上記溶液がこの基質に反応して一定の骨鉱
物質のセラミック被膜を形成してこの被膜の基質に対す
る化学的な結合が形成されるために、十分な時間量にわ
たりその溶液中に少なくとも部分的に浸漬される。この
処理中において、上記溶液は約０．０００１モル・パー
セント乃至１０モル・パーセントの二酸化炭素および一
定の釣合の酸素、窒素、アルゴン、水素、水蒸気、アン
モニア、およびこれらの混合物から成る群から選択され
る１種類以上の気体を含む一定の人工的な雰囲気に調整
された一定の環境の中に曝露できる。本発明の方法の一
つの特別な利点は上記被膜が周囲圧力において供給可能
であることである。
【００２３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の上記の各特徴およ
びその他の詳細を以下においてさらに特定的に説明し、
特許請求の範囲において指摘する。なお、本発明の特定
の実施形態が例示を目的として示されていて、本発明の
限定を目的としていないことが当然に理解されると考え
る。また、本発明の主な特徴は本発明の範囲から逸脱す
ることなく種々の実施形態において利用できる。
【００２４】本発明は一定の基質に化学的に結合する一
定の実質的に純粋なセラミック被膜を提供する。この被
膜はアパタイトである一定の生物活性なナノ結晶質のリ
ン酸カルシウム塩であり、この物質は各種の炭酸塩基を
含み、随意的にマグネシウム・イオンを含む。本明細書
において用いられているように、合成の結晶質の骨アパ
タイトは一定のリン酸カルシウム・セラミック材料を言
い、当該物質を含み、この材料はナノ結晶質であり、約
１ミクロン以下（１００ナノメートル、例えば、５０ｎ
ｍ，２０ｎｍ，５ｎｍ，１ｎｍ乃至３ｎｍ）の一定の結
晶寸法を有している。
【００２５】上記被膜は骨プロテーゼおよび歯科用イン
プラントのような生体移植可能な基質に特に有用であ
り、基質の表面形状や基材の表面構造にかかわらず、一
定の均一な様式でその基質の表面に強固に接着できる。
例えば、この被膜は図１８乃至図２０において示されて
いて以下においてさらに詳細に説明されている一定の脊
椎移植片またはケージ部材１１０に適用できる。さら
に、この被膜は骨鉱物質様の性質を有していて、自然な
骨に化学的に似ているために、基質の中およびその周囲
における自然な骨の効果的で速やかな成長を促進するこ
とができるので、その基質を強固に固定できる。
【００２６】好ましくは、上記被膜は化学的に吸着した
水を含有する約１ミクロン以下（例えば、５０ｎｍ，２
０ｎｍ，５ｎｍ，１ｎｍ乃至３ｎｍ）の結晶寸法を有す
る一定の骨鉱物質の炭酸化したナノ結晶アパタイトであ
る。このような被膜中に存在するイオンはカルシウム、
マグネシウム、炭酸塩およびリン酸塩を含む。さらに、
この被膜は随意的にナトリウム、カリウム、塩素、硫酸
塩、ケイ酸塩およびこれらの混合物を含む。上記各種の
炭酸塩基のリン酸塩基に対するモル比は一般に約１：１
００乃至１：３の範囲内である。さらに、被膜における
マグネシウムのカルシウムに対する原子の存在比率は約
１：１００乃至１：１０乃至１：４である。また、ナト
リウムのカルシウムに対する原子の存在比率は一般に
１：１０００乃至１：５０乃至１：５の範囲内である。
さらに、上記合成の結晶質アパタイトの炭酸塩含有量は
当該アパタイトの全重量の約１５％までとすることがで
きる。また、上記合成の結晶質アパタイトの化学的に吸
収／吸着した水の含有量は当該結晶質アパタイトの全重
量の１０重量％までとすることができる。
【００２７】上記被膜は巨視孔および微視孔が存在しな
いことにより特徴付けられ、骨の組成に類似している。
結晶寸法は約１ミクロン以下、例えば、１００ナノメー
トル以下であり、そのセラミック結晶が薄膜Ｘ線回折法
により検出できないほどに小さい。このような小さな結
晶寸法、および各種の炭酸塩基およびマグネシウム・イ
オンの存在が上記被膜における骨鉱物質様の性質に起因
している。また、このような被膜の骨鉱物質用の特性は
速やかで有効的な骨の内部成長を容易にする。
【００２８】本発明の被膜は高密度であると考えられ
る。この用語の「高密度（dense）」とは、微視孔およ
び巨視孔の両方を実質的に含まない一定の被膜を意味す
る。さらに、用語の「微視孔（micropores）」は１００
ナノメートルよりも大きな一定の直径を有する気孔を意
味する。また、巨視孔（macropores）は、一般に、１０
ミクロンよりも大きな直径を有している。
【００２９】本発明は骨鉱物質アパタイトと同等または
実質的に同等である新規な合成の結晶質アパタイト組成
物の薄い被膜、および各種の医療用移植片上において当
該組成物を成長させるための方法を提供する。この組成
物は一定の結晶質アパタイトであり、骨鉱物質アパタイ
トと同様に、一般に１００ナノメートル以下の一定の結
晶寸法を伴い、各種の炭酸塩（ＣＯ3 -2）イオン、マグ
ネシウム・イオン、ナトリウム・イオン、リン酸水素塩
イオン、および化学的に吸着した水を含む。この本発明
の結晶質合成アパタイト組成物はヒドロキシル基を実質
的に含まず、例えば、そのヒドロキシル含有量は現行の
分析検出方法の適用範囲を超えるほどに低い（例えば、
図１３および図１４を参照されたい）。なお、これらの
アパタイト結晶の（００２）面は各種医療用移植片の表
面に対して配向されている。
【００３０】上記アパタイト被膜を形成する方法は一定
の生理的温度において各種のカルシウム・イオン、リン
酸塩（ＨＰＯ4 -2／Ｈ2 ＰＯ4 -1）イオン、炭酸水素塩
（ＨＣＯ3 -1）イオンおよびマグネシウム・イオンを含
む一定の水性溶液中に、脊椎ケージ部材１１０のよう
な、各種の医療用移植片を浸漬する処理を含む。上記溶
液中の炭酸水素イオンの当該被膜形成用の溶液の上方に
おける雰囲気に対する相互作用により一定の平衡状態が
設定され、このことにより、この溶液のｐＨ値が上昇す
る。すなわち、上記アパタイト被膜はその被膜形成用の
溶液のｐＨ値が約６．５から約７．５に、好ましくは約
６．８５乃至約７．３５の一定のｐＨ値に上昇する時に
各種の移植片上において成長し、その合成アパタイトの
成長が容易になる。そこで、この被膜形成用の溶液の上
方における雰囲気のＣＯ2 含有量を調整することによ
り、上記結晶質アパタイトが全面的に形成できて、その
アパタイトが非晶質ではないことが予想外に発見され
た。さらに、この被膜形成用溶液の上方における雰囲気
中のＣＯ2 の調整により、当該結晶質アパタイト形成用
の溶液のｐＨ値も調整できる。従って、上記の被膜形成
用溶液中の各成分とその雰囲気との間に一定の平衡状態
を設定することが本発明の合成の結晶質アパタイト組成
物の形成において明らかな利点であることが立証されて
いる。
【００３１】図１乃至図３は本発明により得られる被膜
の品質および均一さをそれぞれ示している図である。な
お、図示の被膜は以下の表４および表５における実施例
ＶＩＩＩにより得られた被膜である。図１は一定の関節
プロテーゼ構成部品の形態におけるＴｉ６Ａｌ４Ｖの基
質１０を示しており、この基質１０は当該基質に固着し
て一定の多孔質な表面構造を形成しているＴｉ６Ａｌ４
Ｖビーズ１２を有している。これらの基質およびビーズ
は本発明による骨鉱物質様のセラミック材１４により被
覆されている。図１乃至図３はこの被膜の滑らかで均一
な性質をそれぞれ示している。さらに、この被膜の非晶
質および／またはナノ結晶の性質もまた図１乃至図３の
顕微鏡写真により明らかである。
【００３２】図４は本発明の骨鉱物質様の被膜１４を支
持している基質１０の断面図である。図示の実施形態に
おいて、被膜は約０．７ミクロンの厚さで存在してい
る。
【００３３】図５は図４において示されている被膜のＦ
Ｔ−ＩＲスペクトル図である。これにより、被膜内のリ
ン酸カルシウムが一定の非晶質および／または不十分に
結晶化したアパタイトであることが分かる。すなわち、
１３５０ｃｍ-1乃至１６００ｃｍ-1の範囲のピークが炭
酸塩基によるものであり、この炭酸塩基のアパタイト内
への混入が示されている。
【００３４】０．００２規定塩酸溶液中における解離に
より、図５において示されているセラミック被膜の化学
的分析の結果から、上記被膜の骨鉱物質に対する類似性
が確認できる。この被膜内に存在している選択された各
種の官能基のモル比が以下の表１において示されてい
る。
【表１】
【００３５】図６は図１乃至図３において示されている
被膜のＥＤＸ図である。この図により、上記セラミック
被膜中のリン酸カルシウムおよびマグネシウムの存在が
確認できる。
【００３６】基質への被膜の化学的結合により、この被
膜の基質に対する優れた接着が確実になる。この被膜は
以下において説明されている各種の処理パラメータによ
り決定されるように事実上、任意の厚さに形成できる
が、一般に、この被膜の厚さは約０．００５ミクロン乃
至５０ミクロンの範囲内であり、さらに好ましくは約
０．１ミクロン乃至１００ミクロン、好ましくは約０．
５ミクロン乃至５０ミクロン、最も好ましくは０．２ミ
クロン乃至５ミクロンである。
【００３７】本発明の被膜はシリコン、金属、セラミッ
クおよびポリマーを含む種々の基質に適用できる。例示
的な金属基質はチタン、チタン合金、コバルト−クロム
合金、タンタル、タンタル合金およびステンレス・スチ
ールを含む。また、ポリマー基質は超高分子量ポリエチ
レン、ポリエチレン・オキシド、ポリ乳酸、ポリグリコ
ール酸およびポリ乳酸とポリグリコール酸とのコポリマ
ーを含む。
【００３８】上記被膜が適用される基質は種々の用途に
使用できる。しかしながら、これらの基質は骨プロテー
ゼおよび歯科用インプラントのような生体移植可能な基
質を伴う使用に特に良く適している。例示的な骨プロテ
ーゼは膝、股、肩および肘のような人工関節の構成部品
を含む。
【００３９】脊椎移植片１１０を備えているさらに別の
骨プロテーゼが図１８乃至図２０において示されてい
る。この脊椎移植片１１０は当該移植片の中を通して椎
間板の空間内に渡る新しい骨の成長の形成により隣接し
ている椎骨を互いに対する相対的な移動を排除するため
にこれらの椎骨を一体に固定するための脊椎固定術にお
いて使用するために提供されている。この移植片１１０
の鉱物質化した表面は上述した本発明の骨様の被膜（参
照番号または符号１１４により図において示されてい
る）を形成している。この鉱物質化した表面は直接的な
骨の付着を刺激して骨に対する一定の化学的な結合を形
成する。それゆえ、移植片１１０のような各種の脊椎移
植片上に上記のような鉱物質化した表面部分または被膜
１１４を形成することにより、一定の患者の脊椎におけ
る隣接した椎骨にわたる一定の剛性の構造の形成が助長
されてその脊椎の固定が促進する。また、上記の鉱物質
化した表面部分は、以下においてさらに詳細に説明され
ているように、例えば、各種の薬物および増殖因子を含
む機能的分子を配給するための一定のビヒクルとして利
用することもできる。
【００４０】本発明の被膜は多数の利点を提供する。そ
の自然な骨に対する化学的類似性のために、この被膜は
高い生体相容性を有しており、速やかな骨の内部成長を
促進できる。さらに、この被膜は薄い均一な層に形成す
ることもできる。この結果、多孔質のくり抜き面部およ
び凹状の表面部分のような複雑な表面形状に適用でき
る。このような領域への適用にもかかわらず、この被膜
はその基質の表面構造を変化しない。
【００４１】本発明はまたセラミック材の骨鉱物質様の
被膜を一定の基質に供給するための一定の効率的で効果
的な方法を提供する。この方法によれば、約５乃至１
０、さらに好ましくは約６．５乃至７．５の範囲の一定
のｐＨ値を有する水性溶液が提供される。この被膜は少
なくともカルシウム、マグネシウム、リン酸塩および炭
酸塩の各種のイオンを含む。さらに、随意的に、この溶
液はナトリウム、カリウム、塩素、硫酸塩、ケイ酸塩お
よびこれらの混合物を含むこともできる。本発明の被膜
形成（または塗布）処理は比較的に低い温度、好ましく
は１００℃以下において行なわれる。なお、この被膜形
成処理は一般に約２０℃乃至６０℃、さらに好ましくは
約３５℃乃至５５℃の範囲内で行なわれる。
【００４２】カルシウムについての一般的な上記溶液の
濃度は約１ｍＭ乃至１０ｍＭ、好ましくは約２ｍＭ乃至
８ｍＭの範囲である。また、リン酸塩についての上記溶
液の濃度は一般的に約０．５ｍＭ乃至約５ｍＭ、好まし
くは約１．０ｍＭ乃至約３ｍＭの範囲である。また、炭
酸水素塩についての上記溶液の濃度は一般的に約０．１
ｍＭ乃至約２７ｍＭ、好ましくは約１ｍＭ乃至約１０ｍ
Ｍの範囲である。また、ＴＲＩＳについての上記溶液の
濃度は一般的に約１ｍＭ乃至約１００ｍＭ、好ましくは
約８ｍＭ乃至約３５ｍＭの範囲内である。さらに、塩酸
についての適当な濃度は約１．０ｍＭ乃至約９０ｍＭ、
好ましくは約８ｍＭ乃至約４０ｍＭの範囲である。ま
た、マグネシウムについての適当な濃度は約０．１ｍＭ
乃至約８ｍＭ、好ましくは約０．５ｍＭ乃至約５ｍＭの
範囲である。
【００４３】ナトリウム、カリウム、塩素、硫酸塩およ
びケイ酸塩等の添加物の濃度は相当に変更可能である。
例えば、ナトリウムについての一般的な溶液の濃度は約
１００ｍＭ乃至約２００ｍＭである。また、カリウムに
ついての適当な溶液の濃度は約２ｍＭ乃至約８ｍＭの範
囲である。さらに、塩素イオンについての適当な溶液の
濃度は約１００ｍＭ乃至約２５０ｍＭの範囲であり、硫
酸塩イオンについては、約０ｍＭ乃至約１．５ｍＭの範
囲である。さらに別の添加物は移植片上に形成されるア
パタイト被膜中に組み込むことのできる各種の抗生物質
である。
【００４４】リン酸カルシウム塩の各種のクラスターま
たはコロイドの安定性はそれぞれの水和状態および安定
性により異なる。すなわち、水和したコロイド状の各粒
子の表面における水の層が凝集体を形成する可能性のあ
るこれら粒子間の接触を阻止する。加えて、これらコロ
イド状の粒子における表面電荷により、同一に帯電した
粒子が互いに反発するために、凝集の阻止を補助する。
【００４５】上記アパタイト材のコロイドが一定の表面
電荷を帯びることのできる概ね３種類の方法がある。こ
の一例はプロトン（陽子）を含む粒子表面における化学
反応による。なお、イオン吸着はアパタイト材のコロイ
ドが帯電する第２の方法であると考えられる。ＨＰＯ4
-2、ＨＣＯ3 -1、およびＭｇ+2等の不安定な各種のイオ
ンが通常的な共役結合以外の結合手段により上記アパタ
イト材コロイドの表面に結合可能であり、このイオン結
合は水素結合およびファン・デア・ワールス力の相互作
用を含み得る。また、イオン交換またはイオン置換は一
定のコロイド状粒子が正味の電荷を帯びることのできる
第３の方法である。例えば、アパタイト材におけるＣａ
+2、ＰＯ4 -3、ＯＨ-1（存在している場合）のＮａ+1、
ＨＰＯ4 -2、およびＣＯ3 -2による置換は一定の帯電し
た表面を生じることができる。これらの化学的反応、イ
オン吸着およびイオン置換の全ては溶液の化学的性質に
より決まる対処方法である。すなわち、溶液における組
成、ｐＨ値および温度がリン酸カルシウム粒子の凝集お
よびコロイド状の懸濁液からの成長の様式および時間に
作用する。また、上記のアパタイト材コロイドの凝集は
凝固により進行する可能性がある。例えば、上記アパタ
イト材コロイドにおける静電的反発の減少および／また
は各種の不安定なイオンの凝集により個々のコロイド単
位における電荷同士の反発が分散して一定の大きな単位
が形成される。この結果、過飽和状態のリン酸カルシウ
ム含有のアパタイト溶液のｐＨ値が各種のアパタイト材
コロイドの成長および凝集に影響し、それゆえ、各種の
プロテーゼ表面上へのアパタイト被膜形成処理に影響す
る重要なファクターであることが予想外に発見された。
【００４６】各種の医療用移植片がカルシウムおよびリ
ン酸塩の各種イオンを含有する水性溶液中に浸漬される
場合に、この溶液、および当該溶液に接触している移植
片および雰囲気における各相の相互作用により、この溶
液のｐＨ値に一定の変化が生じる。例えば、生物活性な
ガラス質セラミックの移植片と各種の生理的溶液との相
互作用はこれら移植片からのナトリウムおよびカルシウ
ムのイオンの放出によりその溶液のｐＨ値を高める。ま
た、水性溶液が、例えば、炭酸水素塩（ＨＣＯ 3 -1）イ
オンを含有している場合には、この溶液と当該溶液に接
触している雰囲気との相互作用により、この溶液のｐＨ
値が変化する可能性がある。すなわち、この溶液のｐＨ
値は当該溶液中の炭酸水素イオン濃度および当該溶液上
の雰囲気中における二酸化炭素の分圧により決まる相互
作用により増加する可能性がある。
【００４７】上記の炭酸水素塩含有の溶液において、そ
の気体／溶液の相互作用により以下のような成分の平衡
関係が成立する。 ＣＯ2 （Ｓ）＋Ｈ2 Ｏ＝Ｈ2 ＣＯ3 （１） ＨＣＯ3 -1＋Ｈ2 Ｏ＝Ｈ2 ＣＯ3 ＋ＯＨ- （２） ＨＣＯ3 -1＝ＣＯ3 -2＋Ｈ+ （３）
【００４８】例えば、上記溶液とこの溶液に接触してい
る雰囲気との相互作用はその溶液（Ｓ）中のＣＯ2 と雰
囲気中のＣＯ2 との間に一定の平衡状態を設定する傾向
がある。ヘンリーの法則（Henry’s Law）によれば、一
定の温度において、一定の液体中における気体の溶解度
はその液体に接触している気体の分圧に比例すると述べ
ている。それゆえ、平衡状態にある雰囲気中のＣＯ2 の
分圧（ＰＣＯ2 ）は溶液中のＣＯ2 の濃度を［ｃ］とす
る場合に以下の式により決定される。 ＰＣＯ2 ＝ｋｃ この場合に、ｋはＣＯ2 のヘンリーの定数であり、２５
℃の水中において３．３８×１０-2モル-1×気圧-1と推
定される。
【００４９】雰囲気中のＣＯ2 の実際の分圧（Ｐ’ＣＯ
2 ）がその平衡状態における分圧よりも低い場合には、
溶液が雰囲気に対してＣＯ2 を失ってそのＣＯ2 の分圧
を高める。このことは、炭酸水素イオンが上記の式
（１）および式（２）において記載されているようにＣ
Ｏ2 に変換することを意味する。同様に、溶液に加えら
れるＯＨ-1基が多いほど、雰囲気中へのＣＯ2 の放出に
より多量のＨＣＯ3 -1がＨ 2 ＣＯ3 に変換する。それゆ
え、ＣＯ2 の形態での溶液内におけるＨＣＯ3 -1の放出
によりその溶液中のｐＨ値が高まる。
【００５０】一定のリン酸カルシウム含有溶液の過飽和
の程度はこの溶液のｐＨ値が高まると共に増大する。こ
の結果として、アパタイト材のコロイドが形成される。
本発明は被膜形成用の溶液中に浸漬した各種の移植片の
表面に凝集して一定のアパタイト様のリン酸カルシウム
塩を形成する上記のようなアパタイト材コロイドを提供
する。このことは移植片の全体の表面エネルギーの低下
および／またはアパタイト材コロイドと移植片の表面と
の間の化学的／静電的な相互作用により生じると考えら
れる。この溶液が雰囲気中にＣＯ2 を損失すると共に、
この溶液のｐＨ値はこの溶液中のＣＯ2 と雰囲気中のＣ
Ｏ2 との間の一定の平衡状態が成立するまで上昇する。
この場合に、そのアパタイト材コロイドの表面電荷およ
び組成がそのｐＨ値の上昇および炭酸水素イオン濃度の
低下に従って変化する。これらのアパタイト材コロイド
は約６．５乃至約７．５の一定のｐＨ値の範囲において
上記溶液中における結晶質アパタイトの成長に対する好
適な表面条件を提供する比較的に大きな単位を形成する
ために凝集できる。従って、この結晶質アパタイト被膜
は約６．５乃至約７．５の一定範囲内のｐＨ値において
上記溶液中の各種の移植片の表面上に形成される。以下
の各実施例において示されているように、結晶質アパタ
イトの形成はｐＨ値に依存している。例えば、７．４よ
りも高いｐＨ値（４５℃において）における各移植片上
に結果として形成される薄膜は非晶質のアパタイト様の
リン酸カルシウムであるが、同一温度で７．３よりも低
いｐＨ値において同一の溶液中で形成される被膜は一定
の結晶質アパタイトであり、はるかに厚い。
【００５１】結晶質アパタイトの成長はこのアパタイト
の結晶がＰＯ4 -3イオンを必要とするためにその溶液の
ｐＨ値の低下を助長する。すなわち、ＨＰＯ4 -2は以下
の反応においてＰＯ4 -3に変化する。 ＨＰＯ4 -2＝ＰＯ4 -3＋Ｈ+
【００５２】従って、プロトン（Ｈ+ ）が溶液中に放出
され、これにより、その溶液のｐＨ値が低下すると同時
にＨＰＯ4 -2がＰＯ4 -3に分解して結晶質アパタイトが
移植片の表面上に形成される。このことは溶液中のＨＣ
Ｏ3 -1の大気中への放出により生じるｐＨ値の増加を相
殺する傾向がある。
【００５３】上記ＣＯ2 の損失による被膜形成用溶液中
のｐＨ値の変化および合成の結晶質骨アパタイトの形成
の程度はトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（Ｔ
ＲＩＳ）および塩酸等の緩衝剤の添加により変更でき
る。これら２種類の緩衝用成分の濃度は上記アパタイト
被膜形成用溶液の初期的なｐＨ値およびアパタイト結晶
の滞積、ＣＯ2 の損失および酸の減少によるｐＨ値の変
化の速度を決定するために役立つ。さらに、これら緩衝
剤の濃度に加えて、上記アパタイト被膜形成用溶液に接
触している雰囲気中のＣＯ2 の分圧、温度、およびその
溶液中の炭酸水素塩イオンの濃度が当該溶液のｐＨ値、
およびその変化の速度に影響を及ぼす。また、これらの
要素は移植片の表面上における合成の結晶質アパタイト
被膜の形成にも影響する。さらに、上記移植片を処理す
る溶液の容積に対する当該溶液に接触している雰囲気の
容積の比率もまたＣＯ2 の分圧によりその溶液のｐＨ値
およびその変化の速度に影響を及ぼす。
【００５４】さらに、上記合成の結晶質アパタイト被膜
の形成は各種のカルシウム・イオン、リン酸塩イオン、
マグネシウム・イオンならびに溶液のイオン強度にも依
存している。このアパタイト被膜形成用溶液のイオン強
度は塩化ナトリウムの濃度により変更可能である。すな
わち、天然に存在している骨鉱物質アパタイトと実質的
に同等であるか同等の一定の結晶質アパタイトを形成す
るために、ナトリウム（Ｎａ+ ）イオン、マグネシウム
（Ｍｇ2+）イオン、炭酸塩（ＣＯ3 -2）イオン、リン酸
水素塩イオン（ＨＰＯ4 -2）等を上記アパタイト被膜構
造に混合することが可能である。特に、骨鉱物質と実質
的に同等である結晶質アパタイトを形成するための反応
過程はマグネシウム・イオンの初期濃度を変えることに
より変更できる。すなわち、マグネシウム・イオンの一
定の増加は溶液のｐＨ値が結晶質アパタイトの形成の開
始前にその臨界の範囲を超えて上昇する程度に結晶質ア
パタイトの成長を遅らせることができる（実施例５）。
この結果、非晶質のアパタイト様のリン酸カルシウムの
薄膜のみが医療用移植片の表面に形成される。
【００５５】上記の基質または基質の一部分は被膜をそ
の上に形成するために溶液が基質と反応し得るのに十分
な時間だけ溶液に浸漬される。この基質は通常的に約１
日乃至７日の間にわたり溶液に浸漬される。しかしなが
ら、当該技術分野における通常の熟練者であれば、主構
成成分（例えば、カルシウム、リン酸塩、マグネシウ
ム、炭酸水素塩）の濃度、ｐＨ、および溶液と接触して
いる環境のような種々の要素が処理時間に影響を及ぼす
ことが認識できる。一般的に、上記の被膜の厚さは浸漬
時間と共に増加する。このことは、溶液内における浸漬
の結果として基質表面がリン酸カルシウムの被膜材料に
置き換わっていると考えられる。
【００５６】適当な溶液が解離により所望の各種のイオ
ンを生じるために必要な各種の成分を脱イオン水に添加
することにより作成される。上述したように、一例の実
施形態において、上記溶液は以下の表２に記載する濃度
範囲のカルシウム・イオン、マグネシウム・イオン、リ
ン酸塩イオン、炭酸塩イオンだけは含有している必要が
ある。また、随意的に、ナトリウム、カリウム、塩素お
よびケイ酸塩の各種イオンが表２において記載されてい
る濃度範囲で溶液中に存在していてもよい。さらに、ト
リス（ヒドロキシメチル）アミノメタンを約１ｍＭ乃至
１００ｍＭの濃度範囲で溶液に加えてｐＨ値を調整する
こともできる。加えて、過酸化水素を１ｍＭ乃至５０ｍ
Ｍ加えて基質と被膜との間の化学的結合を促進すること
ができる。表２および表３は溶液の例示的な各種の成分
および所望のイオンを得るために溶液に加えることので
きる例示的な各種の化合物を示している。
【表２】
【表３】
【００５７】一例の実施形態において、上記溶液は一定
の調整された環境に曝され、この環境は約０．０００１
モル％乃至１０モル％の二酸化炭素、さらに好ましくは
約３モル％の二酸化炭素を含有する人工的な雰囲気を含
む。さらに、この雰囲気の調整ガスとして、酸素、窒
素、アルゴン、水素、水蒸気、アンモニアおよびこれら
の混合物を含むことができる。この人工的な雰囲気は１
リットルの溶液に対して０リットル／分乃至約１０リッ
トル／分の流量で溶液上に流すことができる。
【００５８】上記の人工的雰囲気、溶液および基質の間
の相互作用により、移植片の表面が骨鉱物質様のセラミ
ックに置き換えられていく。この被膜は、凹み状、くり
抜き状、平坦状、凹面状、凸面状または他の所望の形状
または配向状態を含む溶液に曝される基質の全ての表面
上に形成される。さらに、上記溶液は材料表面内の各種
の小孔および空隙の中に進入して事実上あらゆる表面形
状または表面構造の基質に一定の被膜を形成することが
できる。それゆえ、この被膜は、生体固定用に設計され
ている移植片のように一定の多孔質な表面を有するビー
ズ状の基質を含む複雑な形状の構造を伴う移植片におい
て形成可能である。例えば、図１８乃至図２０に示され
ており、以下においてさらに詳細に説明されているよう
に、脊椎移植片１１０は外表面部１１８、内表面部１２
０、および側面部１２２を含む多数の表面部分を含む一
定の複雑な形状を有している。なお、これらの表面部分
はそれぞれ本明細書において説明されている方法により
被膜１１４を形成するために鉱物質化されている。
【００５９】本発明の方法における特別な利点は基材表
面、特に生体移植片において存在する基質表面が骨の内
部成長を刺激して骨の付着量を増加することが期待でき
ることである。それゆえ、この方法は骨鉱物質様のセラ
ミックを一定の多孔質表面に結合することによりその移
植片による速やかで強固な固定を達成可能にするための
有効な技法を提供する。なお、一定の研磨した基質に対
する上記被膜の接着強度は３０ＭＰａを超えると考えら
れる。
【００６０】図７は本発明の方法を行なうのに有用な反
応容器システム１６を示している図である。この反応容
器は水性溶液２０を収容するチャンバー１８を備えてい
る。好ましくは、このチャンバー１８は二重壁状構造２
２により定められており、この二重壁構造２２は水等の
一定の循環流体に適合するための一定の内部空間２４を
備えている。一例の実施形態において、上記の冷却流体
は約３７℃の温度で循環できる。反応容器１６は冷却流
体用の流入口２６および冷却流体用の流出口２８を備え
ている。さらに、この反応容器１６は人工的な雰囲気を
反応容器内に入れて水性溶液に接触させるためのガス流
入口３０も備えている。また、ガス流出口３２が容器内
から気体を排出するために備えられている。図示の実施
形態においては、ガス流出口３２は排出するガスを冷却
するための冷媒流入口３６および流出口３８を伴う冷却
ジャケット３４によって囲まれている。一例の実施形態
において、（例えば約２℃における）冷水がこの冷却ジ
ャケットに循環される。
【００６１】上述したように、上記水性溶液の組成は特
定の制限範囲内において変更可能である。表４はこの水
性溶液の種々の好適な組成を例示している。
【表４】
【００６２】表５は被覆処理における種々のパラメー
タ、ならびに、本発明の方法により被覆できる種々の基
質を示している。
【表５】
【００６３】以下の実施例は本発明をさらに説明するた
めに役立つ。
【００６４】実施例１ １０個のＴｉ６Ａｌ４Ｖディスク（約１６ｍｍの直径お
よび３ｍｍの厚さ）をサンドブラスト処理した。また、
１０個の同一寸法のＴｉ６Ａｌ４Ｖディスクを研磨処理
した。全てのディスクを先ず洗剤中で洗浄した後に、ア
セトン中で超音波洗浄し、さらに一定のエタノール洗浄
剤により洗浄して、最後に脱イオン水により十分にすす
いで６０℃において一晩にわたり乾燥した。また、合成
の骨鉱物質供給源の溶液（アパタイト被膜形成用溶液）
を約１７００ｍｌの脱イオン水中に１７．５７４４ｇの
ＮａＣｌ、０．４１０６ｇのＫＣｌ、１．０９５５ｇの
Ｋ 2 ＨＰＯ4 ／３Ｈ2 Ｏ、１．２２０１ｇのＭｇＣｌ2
／６Ｈ2 Ｏ、３７ｍｌの１規定塩酸、１．３３３５ｇの
ＣａＣｌ2 、０．１７７４ｇのＮａ2 ＳＯ4 、４．２４
１０ｇのＴＲＩＳおよび１．３２８７ｇのＮａＨＣＯ3
を溶解した後に希釈して２リットルの溶液を作成するこ
とにより調製した。この溶液の初期のｐＨ値は４３．３
１℃において６．６７１であり、このように調製した溶
液の組成は［Ｃａ］（Ｃａ濃度）＝６．０ｍＭ、［Ｐ］
＝２．４ｍＭ、［ＨＣＯ3 -1］＝８ｍＭ、［Ｍｇ］＝
３．０ｍＭ、［ＴＲＩＳ］＝１７．５ｍＭ、［ＨＣＬ］
＝１８．５ｍＭであった。
【００６５】上記のように調製した溶液は透明であり目
に見える沈殿物は全くなかった。３００ｍｌのこの新し
い溶液を採り、一定のジャッキ付きのガラス反応器の中
に入れ、２０個のＴｉ６Ａｌ４Ｖディスクを、図８にお
いて示されているように、この溶液の中に浸漬した。経
時的なｐＨ値の変化をモニターするために一定のｐＨ電
極を上記ディスクの近くに配置して、この反応器を密封
した。この反応器内の利用可能な空間部分の全体の容積
は約１．８リットルであり、その内の３００ｍｌが上記
溶液により占められている。従って、この溶液の容積に
対する当該溶液に接触している雰囲気の容積の比率は約
５である。一定の循環水槽をこのジャック付きの反応器
に接続して反応温度を４５℃に維持した。反応は４５℃
において約６４時間にわたり進行した。その後、全ての
チタン・ディスクを脱イオン水により十分にすすいで６
０℃において一晩にわたり乾燥した。その後、これらの
サンプルをフーリエ変換赤外分光分析（ＦＴＩＲ）、Ｘ
線回折計（ＸＲＤ）、エネルギー分散分光分析（ＥＤ
Ｓ）と連携した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により分析し
た。これらの結果が図８乃至図１３において示されてい
る。
【００６６】図９は上記溶液のｐＨ値がこの溶液中のＨ
ＣＯ3 -1のＣＯ2 の形態での雰囲気中への放出により先
ず増加していることを示している。その後のｐＨ値の降
下は反応（ＨＰＯ4 -2＝ＰＯ4 -3＋Ｈ+ ）に伴う合成の
骨鉱物質被膜の形成による結果である。
【００６７】図１０および図１２はＴｉ６Ａｌ４Ｖの表
面上に形成した結晶質の合成アパタイト被膜のＳＥＭ、
ＥＤＳの各結果およびＸＲＤ各パタンをそれぞれ示して
いる。なお、純粋のアパタイトはマグネシウムおよびナ
トリウムを含有している。
【００６８】図１３は各Ｔｉ６Ａｌ４Ｖディスクのサン
ドブラスト処理した表面（上）および研磨処理した表面
上に形成した合成の骨鉱物質のそれぞれのＦＴＩＲスペ
クトルを示しており、この結晶質アパタイトが炭酸塩
（ＣＯ3 -2）基、リン酸水素塩（ＨＰＯ4 -2）イオンお
よび吸収された水を含有していることを示している。
【００６９】実施例２ 実施例１における場合と同様に調製した各Ｔｉ６Ａｌ４
Ｖディスクのサンドブラスト処理した表面上に形成した
合成の骨アパタイト鉱物質被膜を１２０，２００，３０
０，４００，４５０，５００，５５０，６００および６
５０℃においてそれぞれ加熱した後に、ＦＴＩＲにより
分析した。図１４の各ＦＴＩＲパタンは１６００ｃｍ-1
近辺の帯域および３２００ｃｍ-1近辺の帯域をそれぞれ
示しており、これらはＨ2 Ｏに割当てられ、６５０℃に
おける加熱処理後まで消失していない。このことは上記
の合成アパタイト骨鉱物質がその構造内に化学的に吸収
されている水を含みヒドロキシル（水酸基）イオンを含
まないことを示している。
【００７０】実施例３ それぞれ約１５．６ｍｍの直径および３ｍｍの厚さの１
２個のＴｉ６Ａｌ４Ｖディスクおよび約３１．２５ｍｍ
の直径および３ｍｍの厚さの１２個のＴｉ６Ａｌ４Ｖデ
ィスクをサンドブラスト処理した。これらのディスクを
実施例１において使用した４５０ｍｌの溶液中に浸漬
し、実施例１の処理を２回繰り返して比較的に厚い合成
の骨鉱物質被膜を成長させた。この合成の骨鉱物質被膜
を伴う６個の３１．２５ｍｍ直径のディスクを用いてそ
の鉱物質の化学的組成を決定した。全てのディスクを１
２０℃において一晩にわたり乾燥した。これら６個のデ
ィスクをそれぞれ５０ｍｌの０．２規定塩酸中に浸漬し
て、その鉱物質被膜を溶解した。その後、この溶液を原
子吸光分光計により分析してＣａ、Ｍｇ、Ｎａの濃度を
測定し、光分光計によりそのリン酸塩濃度を測定した。
【００７１】合成の骨鉱物質の組成 Ｃａ／Ｐ＝１．４８ Ｃａ／Ｍｇ＝１９．０６、Ｃａ／Ｎａ＝２３．８３ （Ｃａ＋Ｍｇ＋Ｎａ）／Ｐ＝１．６２
【００７２】上記合成の骨鉱物質被膜を伴う２個の３
１．２５ｍｍ直径のディスク、および上記合成の骨鉱物
質被膜を伴う別の２個の３１．２５ｍｍ直径のディスク
を１２０℃で１時間にわたり乾燥した。これらのサンプ
ルを室温に冷却した後に、それぞれのディスクを秤量し
た。その後、３個のディスクを一定の減圧炉の中で６０
分間にわたり４００℃で燃焼処理し、別の３個のディス
クを６０分間にわたり９２５℃で燃焼処理した。さら
に、これらを再び秤量してその重量損失量を決定した。
その後、このディスクを５０ｍｌの０．２規定塩酸中に
浸漬してその合成の鉱物質被膜を溶解した。次に、これ
らのディスクを脱イオン水により十分にすすぎ、６０分
間にわたり１２０℃で乾燥した。さらに、これらのディ
スクを再び秤量してそのチタン上の鉱物質被膜の全体の
質量を決定した。
【００７３】結果 ４００℃における加熱処理後における重量損失（化学的
に吸収されている水の損失）は約１．６重量％乃至２．
５重量％であった。
【００７４】一方、９２５℃における加熱処理後におけ
る重量損失（化学的に吸収されている水＋ＣＯ2 の損
失）は約８重量％乃至１０重量％であった。
【００７５】従って、本発明の態様において、その最終
的な結晶質アパタイトは１０００℃以下の温度でさらに
処理される医療用移植片において被膜を形成する。
【００７６】実施例４ 上記の実験は結晶質の合成骨鉱物質の成長が４５℃にお
けるｐＨ６．７乃至ｐＨ７．３の範囲内の一定のｐＨ値
において好ましく生じることを示した。
【００７７】さらに、骨アパタイト被膜として呼ばれる
合成骨鉱物質の形成用の溶液を約１５００ｍｌの脱イオ
ン水中に１７．５７４３ｇのＮａＣｌ、０．４０９７ｇ
のＫＣｌ、１．０９５３ｇのＫ2 ＨＰＯ4 ・３Ｈ2 Ｏ、
１．２１９３ｇのＭｇＣｌ2・６Ｈ2 Ｏ、３７ｍｌの１
規定塩酸、１．０００６ｇのＣａＣｌ2 、０．１７７９
ｇのＮａ2 ＳＯ4 、４．２３９７ｇのＴＲＩＳおよび
１．３２７９ｇのＮａＨＣＯ3 を溶解した後に希釈して
２リットルの溶液を作成することにより調製した。この
溶液の初期のｐＨ値は４３．９℃において６．６６６と
記録し、このように調製した溶液のおおよその組成は
［Ｃａ］（Ｃａ濃度）＝６．０ｍＭ、［Ｐ］＝２．４ｍ
Ｍ、［ＨＣＯ3 -1］＝８ｍＭ、［Ｍｇ］＝３．０ｍＭ、
［ＴＲＩＳ］＝１７．５ｍＭ、［ＨＣＬ］＝１８．５ｍ
Ｍであった。
【００７８】上記のように調製した溶液は透明であり目
に見える沈殿物は全くなかった。３００ｍｌのこの新し
い溶液を採り、一定のジャッキ付きのガラス反応器１の
中に入れ、別の３００ｍｌのこの新しい溶液をジャッキ
付きのガラス反応器２（各反応器の全体の容積は約１８
００ｍｌである）の中に入れた。約１６．５ｍｍの直径
の（２ｍｍの厚さの）８個の研磨したチタン・ディスク
を上記反応器のそれぞれの中に浸漬した。経時的なｐＨ
値の変化をモニターするためにそれぞれの反応容器の中
のディスクの近くに１個ずつｐＨ電極を挿入した。反応
器２は完全に密封したが、反応器１は自由な雰囲気との
接触を行なうために上蓋に一定の穴が開いていた。溶液
の濃度の変化を引き起こす可能性のあるＨ2 Ｏの蒸発を
減少するために、温度を２℃に設定した冷却用のコンデ
ンサーを上記の穴の上方に配置した。反応器１内の反応
を５４７０分間にわたり４５℃で行ない、反応器２内の
反応を４２９０分間にわたり４５℃で行なった。その
後、全てのディスクを脱イオン水により十分にすすい
で、６０℃において一晩にわたり乾燥した。これらの試
料をＸＲＤおよびＦＴＩＲにより分析した。
【００７９】上記２種類の反応器内の各溶液中のｐＨ値
の変化が図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）においてそれ
ぞれ示されている。図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）は
浸漬時間による反応器１（Ａ、上）および反応器２
（Ｂ、下）内のそれぞれの溶液中のｐＨ値の変化を示し
ている。反応器１内のｐＨ値が上昇し続けて４５℃にお
いて７．４に安定化していることに注意されたい。ま
た、ｐＨ値の降下は全く観察されなかった。一方、反応
器２内の溶液のｐＨ値はｐＨ７．２３５まで上昇し続け
た後に降下している。
【００８０】明らかに、開口した穴のために、ＣＯ2 が
溶液に接触している雰囲気中に蓄積されず、溶液がＣＯ
2 を枯渇するまで損失し続けている。一方、反応器２は
密封されていたので、溶液から遊離したＣＯ2 がその溶
液の上方の雰囲気中に蓄積され、これにより、溶液から
のＣＯ2 の放出速度が減少している。ＸＲＤの各結果は
反応器１内の各チタン・ディスク上に形成された被膜が
非晶質のアパタイト様リン酸カルシウムであり、反応器
２内のチタン材上に形成された被膜が結晶質アパタイト
であることを示した。これらの結果はＦＴＩＲ分析と一
致している。図１６において示されているように、反応
器２内において浸漬したチタン材上に形成したリン酸カ
ルシウム被膜は結晶質の炭酸塩化したアパタイトであ
り、反応器１内において浸漬したチタン材上に形成した
リン酸カルシウム被膜は非晶質であった。
【００８１】実施例５ この実験は結晶質の合成骨鉱物質被膜の成長におけるマ
グネシウム・イオンの作用を示している。
【００８２】結晶質の合成骨鉱物質がどの時点で形成し
始めるのか、およびどのような速度でその鉱物質被膜の
成長が行なわれるのかを決定するために異なる濃度をマ
グネシウム・イオンを伴う一連の溶液を試験した。
【００８３】上記の実験において試験した各種のマグネ
シウム・イオンの濃度は以下のようである。１．８ｍ
Ｍ、１．９５ｍＭ、２．４ｍＭ、２．５ｍＭ、３．０ｍ
Ｍ、３．２５ｍＭおよび３．５ｍＭ。
【００８４】また、カルシウム、リン酸塩およびその他
の各種の要素の濃度は実施例６において記載されている
溶液における各濃度と同一である。３００ｍｌのこの新
鮮な溶液を一定のジャッキ付きのガラスの反応器に入れ
た。この反応は実施例１において記載されている様式と
同様に行なった。この結果、チタン材の表面上における
骨アパタイト被膜の成長の開始時およびその成長速度が
各種のマグネシウム・イオンの濃度により異なることが
分かった。図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）において示
されているように、骨アパタイトは１．８ｍＭのマグネ
シウム濃度において反応の約３００分後に成長が開始し
たが、マグネシウム濃度を３．５ｍＭに増加するとこの
時間が約１６００分に増えた。
【００８５】実施例６ この実験は一定のビーズ被覆した多孔質表面を有する寛
骨臼カップ上における一定の結晶質の合成骨鉱物質被膜
の成長を示している。
【００８６】骨アパタイト被膜形成用の溶液を約１５０
０ｍｌの脱イオン水中に１７．５７２１ｇのＮａＣｌ、
０．４１２４ｇのＫＣｌ、１．０９８６ｇのＫ2 ＨＰＯ
4 ・３Ｈ2 Ｏ、０．７９３８ｇのＭｇＣｌ2 ・６Ｈ
2 Ｏ、３７ｍｌの１規定塩酸、１．３３１９ｇのＣａＣ
ｌ2 、０．１８００ｇのＮａ2 ＳＯ4 、４．２４１１ｇ
のＴＲＩＳおよび１．０９０２ｇのＮａＨＣＯ3 を溶解
した後に希釈して２リットルの溶液を作成することによ
り調製した。この溶液の初期のｐＨ値は３６．９℃にお
いて６．７４と記録され、このように調製した溶液のお
およその組成は［Ｃａ］（Ｃａ濃度）＝６．０ｍＭ、
［Ｐ］＝２．４ｍＭ、［ＨＣＯ3 -1］＝６．５ｍＭ、
［Ｍｇ］＝１．８ｍＭ、［ＴＲＩＳ］＝１７．５ｍＭ、
［ＨＣＬ］＝１８．５ｍＭであった。
【００８７】上記のように調製した溶液は透明であり目
に見える沈殿物は全くなかった。この新鮮な溶液の１５
０ｍｌを採り、一定のプラスチック・ボトルの中に入
れ、３個の研磨処理したチタン・ディスク（１６．５ｍ
ｍの直径および２ｍｍの厚さ）および一定のチタン・ビ
ーズ被覆した多孔質表面を有する１個のチタン製の寛骨
臼カップ（ＪＪＰＩ）をこの溶液中に浸漬した。この溶
液および移植片を入れたボトルを３７℃における一定の
恒温器の中に入れた。この反応は３７℃において約１０
時間にわたり行なった。その後、上記のディスクおよび
カップを脱イオン水により十分にすすいで６０℃におい
て一晩にわたり乾燥した。これらのディスクをフーリエ
変換赤外分光分析（ＦＴＩＲ）により分析したところ、
その結果はこれらのチタン製ディスクの表面上における
骨アパタイト被膜の形成を示した。一方、上記寛骨臼カ
ップをエネルギー分散分光分析（ＥＤＳ）と連携した走
査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により調べた。これらの結果は
このチタン製カップ上に焼結されたチタン・ビーズが上
記の骨アパタイト被膜により完全に被覆されていること
を示した。この被膜の厚さは約２乃至３ミクロンであっ
た。
【００８８】上述したように、上記被膜はシリコン、金
属、セラミック、およびポリマーを含む種々の基質に適
用可能であり、骨および歯科用の各種プロテーゼを含む
生体移植可能な基質に対する用途において特に有用であ
る。また、この被膜は多孔質のビーズ状の基質を含む複
雑な形状および表面構造を有する各種の基質表面に対し
て均一に供給できる。図１８乃至図２０において示され
ているように、一定の脊椎移植片またはメッシュ・ケー
ジ部材１１０が、例えば、脊椎固定等の外科処置におけ
る使用のために提供されている。上述したように、脊椎
固定術は椎間板の空間部分の全体にわたり新しい骨の成
長部分を形成することにより隣接している椎骨の互いに
対する相対的移動を制限または排除するためにこれらの
椎骨を一体に固定または安定化するために用いられる。
【００８９】図示のように、ケージ部材１１０は一定の
本体部分１１２および上述した鉱（物質）化処理により
当該本体部分１１２に滞積またはそれ以外の様式で固定
されている表面被膜１１４を有している。この表面被膜
１１４は上記骨鉱物質の炭酸塩化したナノ結晶質アパタ
イトに類似しているかこれと同一である。一例の例示的
な実施形態において、上記本体部分１１２は一定のチタ
ン製の基質であるが、例えば、他の金属、シリコン、セ
ラミック、またはポリマー等の別の適当な材料により作
成されている一定の本体部分を有する脊椎移植片を含む
こともこの開示の範囲に含まれる。
【００９０】図１９において、鉱化処理の前（すなわ
ち、表面上における上記被膜１１４の滞積の前）の本体
部分１１２が示されている。図１８および図１９におい
て示されているように、本体部分１１２は概ねリング形
状であり、一定の中央の通路１１６を定めている。さら
に、この本体部分１１２は、図１９において示されてい
るように、一定の外表面部１１８、上記中央通路１１６
を定めている一定の内表面部１２０、および側面部１２
２を有している。また、この本体部分１１２は互いに一
体に固定されている複数の部材１２４を有しており、こ
れらの部材１２４の側面部１２２により定められている
複数のダイアモンド形状の孔１２６を有する一定の概ね
ダイアモンド形状のパタンを形成している。上記ケージ
部材１１０はそれぞれ反対側の各端部１２８，１３０を
有している。また、本体部分１１２における各部材１２
４はそれぞれの端部１２８，１３０において複数の突出
部１３２および凹部１３４を形成している。
【００９１】例示的に、上記本体部分１１２は一体式で
あり、それゆえ、チタン金属の単一片により概ね形成さ
れている。しかしながら、一定のダイアモンド形状のパ
タンを有する同様のリング状の構造を形成するために互
いに固定されている複数の構成部品により形成されてい
る一定の本体部分を含むこともこの開示の範囲に含まれ
る。さらに、上記の脊椎移植片１１０は一定のダイアモ
ンド形状のパタンを有するリング状の本体部分を備えて
いるが、別の適当な形態を有する一定の脊椎移植片を提
供することもこの開示の範囲に含まれる。さらに、上記
表面被膜１１４に対応する本体部分または基質は、例え
ば、商品名「サージカル・チタニウム・メッシュ（Surg
ical Titanium Mesh）（商標）」で販売されている多数
の脊椎移植片のいずれか等のような既知の脊椎移植片装
置でもよく、これらの製品はマサチューセッツ州レイハ
ムのデピュイ・アクロメッド・コーポレーション（DePu
yAcroMed Corporation）から市場において入手可能であ
る。
【００９２】図１８においてさらに明瞭に示されている
ように、上記本体部分１１２の表面全体（外表面部１１
８、内表面部１２０、および側面部１２２を含む）が上
記被膜１１４を形成するための一定の骨鉱物質様のセラ
ミック材により鉱化または被覆されている。なお、表面
を化学的または機械的に粗面化または研磨することによ
り上記表面の鉱化処理の前に本体部分１１２を前処理す
ることもこの開示の範囲に含まれる。図１９は上記ケー
ジ部材１１０の全表面部分１１８，１２０および１２２
における鉱物質部分または被膜１１４の存在を示してい
る。上記本体部分１１２は、例えば、各孔１２６のダイ
アモンド形状のパタンのような複雑な形状を含むが、被
膜１１４は上述した鉱化処理によりこのような本体部分
１１２に均一に供給される。
【００９３】上記の寛骨臼カップにおける各結果と類似
して、上記被膜１１４を得るための鉱化処理後のＥＤＳ
に連携したＳＥＭによる上記脊椎移植片またはケージ部
材１１０の調査による結果はこのケージ部材１１０の表
面がチタンではなく、一定のリン酸カルシウム塩の鉱物
質であることを示している。それゆえ、このケージ部材
１１０の表面の化学的性質は上記の鉱化処理の結果とし
て変化している。さらに、この鉱化処理した表面（外表
面部１１８、内表面部１２０、および側面部１２２を含
む）は、接触角度の測定により示される場合に、鉱化処
理されていない表面よりもはるかに親水性が高い。すな
わち、鉱化処理されていない表面における４６．２度に
対して、鉱化処理された研磨処理したチタン材における
水の接触角度は１４．８度で測定された。
【００９４】上記においてさらに詳細に述べられている
ように、上記の鉱化処理は上記ケージ部材１１０のよう
な各種の脊椎移植片の表面上における各種のタンパク質
およびその他の生体分子の吸収性も改善する。すなわ
ち、これらの試験結果は上記の鉱化処理した各表面（１
１８，１２０，１２２）が未処理の表面よりもオステオ
カルシンに対する高い親和性を有することを示してい
る。特に、これらの試験結果は鉱化処理した表面が溶液
からオステオカルシンを化学的に吸収することを示して
いる。
【００９５】上記の骨鉱物質様のアパタイト表面または
被膜１１４は骨の付着および形成を促進する。８週間に
わたり一定のイヌの側遠位側大腿骨内に移植した後に取
り出した一定の骨内部成長室の組織学的写真により、骨
の付着および内部成長の改善が示されている。この骨内
部成長室は９個のＴｉ６Ａｌ４Ｖの試験クーポン片と２
個の隣接しているクーポン片によりそれぞれ形成されて
いる８個の通路により構成されている。この内の５個の
クーポン片は骨鉱物質様のアパタイト・セラミック材に
より完全に鉱化処理されていた。また、残りの４個のク
ーポン片は一定の対照として作用する表面鉱化処理され
ていないクーポン片であった。これらの結果により、対
照のクーポン片の間に延在している各通路よりも表面鉱
化処理されているクーポン片の間に延在している各通路
内においてはるかに多量の骨の内部成長が示された。さ
らに、ＳＥＭによる精密な調査により、何らの線維組織
の関与も含まない表面鉱化処理したクーポン片上におけ
る骨鉱物室様アパタイトに対する骨組織の一体化が見ら
れた。このことは上記脊椎移植片またはケージ部材１１
０における表面鉱化処理が骨に対して一体化し、それゆ
え、脊椎固定を促進していることを示している。
【００９６】さらに別の実施形態において、上記の鉱化
処理した表面または被膜１１４は骨の形成を促進するた
めの各種の機能的な分子を含む。これらの機能的分子は
患者の移植部位に、例えば、抗生物質のような、適当な
各種の増殖因子または薬剤を運ぶために用いられる。ま
た、これらの機能的分子は、例えば、骨粗しょう症の治
療のために用いられる薬剤等も運ぶことができる。換言
すれば、上記の鉱化処理した表面または被膜１１４は上
記脊椎ケージ部材１１０または任意の他の鉱化処理した
移植片が患者の体内に配置される領域に各種の薬剤、増
殖因子、またはその他の有益的な治療物質を配給するた
めの一定のビヒクルとして用いられる。上記の機能的分
子は脊椎移植片１１０が浸漬される水性溶液中に存在し
ている。それゆえ、これらの機能的分子は上記本体部分
１１２の各表面部分（１１８，１２０，１２２）の上に
鉱化処理される被膜１１４の一成分になり得る。
【００９７】以上において、本発明をその特定の実施形
態および特徴および使用例について説明したが、多数の
変形または等価物が請求されている本発明の趣旨および
範囲から逸脱することなく可能である。また、本明細書
において引用されている全ての参考文献は、上記発明の
背景の部分におけるものも含み、それぞれの内容全体が
本明細書に参考文献として含まれる。
【００９８】本発明の実施態様は以下の通りである。 （１）前記本体部分がリング形状であり、一定の中央通
路を定めている請求項１に記載の脊椎移植片。 （２）前記本体部分が互いに連結して一定の概ねダイア
モンド形状のパタンを形成している複数の部材を含む実
施態様（１）に記載の脊椎移植片。 （３）前記各部材が一定の外表面部、一定の内表面部、
および複数の側面部を有しており、前記被膜が前記本体
部分の各部材におけるこれらの外表面部、内表面部、お
よび側面部に化学的に結合している実施態様（２）に記
載の脊椎移植片。 （４）前記本体部分が当該本体部分の各側面部により定
められている複数の孔を有している実施態様（１）に記
載の脊椎移植片。 （５）前記各孔が概ねダイアモンド形状である実施態様
（４）に記載の脊椎移植片。
【００９９】（６）前記本体部分がさらに前記通路を定
めている一定の内表面部、および一定の外表面部を有し
ており、前記各側面部が概ねダイアモンド形状の孔を定
めており、前記被膜が前記本体部分におけるこれらの内
表面部、外表面部、および側面部の少なくとも一部分に
化学的に結合している実施態様（５）に記載の脊椎移植
片。 （７）前記本体部分が一定の金属を含む請求項１に記載
の脊椎移植片。 （８）前記本体部分が一定のポリマーを含む請求項１に
記載の脊椎移植片。 （９）前記本体部分が一定のセラミックを含む請求項１
に記載の脊椎移植片。 （１０）前記本体部分がシリコンを含む請求項１に記載
の脊椎移植片。
【０１００】（１１）前記本体部分が炭素を含む請求項
１に記載の脊椎移植片。 （１２）前記本体部分がチタンを含む実施態様（７）に
記載の脊椎移植片。 （１３）前記被膜がさらに骨の形成を促進するための各
種の機能的分子を含む請求項１に記載の脊椎移植片。 （１４）前記被膜がさらに各種の増殖因子を含む請求項
１に記載の脊椎移植片。 （１５）前記被膜がさらに一定の薬剤を含む請求項１に
記載の脊椎移植片。
【０１０１】（１６）前記被膜がさらに一定の抗生物質
を含む請求項１に記載の脊椎移植片。 （１７）前記脊椎移植片がリング形状であり、一定の中
央通路を定めている請求項２に記載の装置。 （１８）前記脊椎移植片がその内部に定められている複
数のダイアモンド形状の孔を有しており、これらの孔が
前記中央通路に連絡している実施態様（１７）に記載の
装置。 （１９）前記脊椎移植片が一定の外表面部、前記中央通
路を定めている一定の内表面部、および前記孔を定めて
いる複数の側面部を有しており、前記被膜が前記本体部
分のおけるこれらの外表面部、内表面部、および側面部
に結合している実施態様（１７）に記載の装置。 （２０）前記脊椎移植片がチタンを含む請求項２に記載
の装置。
【０１０２】（２１）前記被膜がさらに一定の抗生物質
を含む請求項２に記載の装置。 （２２）前記本体部分が一定の外表面部、一定の内表面
部、および複数の側面部を定めており、前記被覆工程が
前記本体部分におけるこれらの外表面部、内表面部、お
よび側面部のそれぞれを前記複合材料により被覆する処
理を含む請求項３に記載の方法。 （２３）前記被覆工程が前記複合材料を前記脊椎移植片
に化学的に結合する処理を含む請求項３に記載の方法。
【０１０３】
【発明の効果】従って、本発明によれば、生物活性なセ
ラミック被膜を基質に供給するために使用する改善され
た信頼性の高い移植片装置および処理方法が提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】１９０倍の顕微鏡写真であり、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ
ビーズを含むＴｉ６Ａｌ４Ｖ関節プロテーゼ構成部品ビ
ーズに適用した本発明による一定の被膜を示している図
である。
【図２】３０００倍の拡大における図１において示され
ている被膜の顕微鏡写真である。
【図３】１００００倍の拡大における図１において示さ
れている被膜の顕微鏡写真である。
【図４】本発明の被膜を支持する一定の基質の断面図で
ある。
【図５】図４において示されている被膜について得られ
たフーリエ変換赤外（ＦＴ−ＩＲ）反射率スペクトルを
表す図である。
【図６】図１乃至図３において示されている被膜のエネ
ルギー分散Ｘ線（ＥＤＸ）分析により得たグラフ図であ
る。
【図７】本発明の方法を行なうために適している一定の
反応容器の概略図である。
【図８】チタン表面の合成骨アパタイト（合成骨鉱物
質）被膜を成長するために適している一定の反応容器の
概略図である。
【図９】浸漬時間に伴う実施例１の溶液におけるｐＨ値
の変化を示しているグラフ図である。
【図１０】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）および図１０
（Ｃ）はそれぞれ実施例１の各Ｔｉ６Ａｌ４Ｖディスク
のサンドブラスト仕上げした表面において成長した一定
の合成骨鉱物質被膜についてのＳＥＭ写真図である。
【図１１】実施例１のサンドブラスト仕上げした各Ｔｉ
６Ａｌ４Ｖディスクにおいて成長したマグネシウムおよ
びナトリウムを含む合成骨鉱物質についてのＥＤＳ測定
の結果を示しているグラフ図である。
【図１２】実施例１のサンドブラスト仕上げした各Ｔｉ
６Ａｌ４Ｖディスクの表面において成長した合成骨鉱物
質（純粋なアパタイト）の一定の薄膜ＸＲＤパタンを示
しているグラフ図である。
【図１３】実施例１の各Ｔｉ６Ａｌ４Ｖディスクのサン
ドブラスト仕上げした表面（上面）および研磨仕上げし
た表面において形成した合成骨鉱物質のＦＴＩＲスペク
トル図を示している。
【図１４】異なる温度において加熱（上から下部に、室
温、１２０，４５０，５５０および６５０℃）した後
の、実施例１において調製した合成骨鉱物質被膜のＦＴ
ＩＲスペクトル図を示している。
【図１５】図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）はそれぞれ
浸漬時間に関する反応器１（Ａ、上）および反応器２
（Ｂ、下）の場合の実施例４における各溶液中のｐＨ値
の変化を示しているグラフ図である。
【図１６】実施例４における反応器２（上）および反応
器１（下）のそれぞれに浸漬したチタン・ディスクの各
表面についての２種類のＦＴＩＲスペクトル図を示して
いる。
【図１７】図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）はそれぞれ
１．８ｍＭ（上）および３．５ｍＭ（下）のそれぞれの
マグネシウム濃度における浸漬時間による溶液中のｐＨ
値の変化を示しているグラフ図である。
【図１８】一定の脊椎移植片またはケージ部材の斜視図
であり、骨の付着を促進するための本発明の被膜により
被覆されている当該ケージ部材の外表面部、内表面部、
および側面部が示されている。
【図１９】鉱物質化の処理により図１８および図２０に
おいて示されている骨様の被膜が形成される前の上記ケ
ージ部材におけるチタン本体部分の斜視図である。
【図２０】図１８におけるケージ部材の一部分の拡大斜
視図であり、当該ケージ部材の鉱物質化した表面または
外側被膜が再び示されており、さらに、この被膜の一部
分がその一定の例示的な厚さを示すために破断された状
態で示されている。
【符号の説明】
１１０ 脊椎移植片 １１４ 骨様の皮膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トッド・スミス アメリカ合衆国、46804 インディアナ州、 フィート・ウェイン、ライトニング・リッ ジ・ラン 14510 Ｆターム(参考） 4C081 AB04 AB05 AB06 BA12 BA13 BA16 BB04 BB08 BC01 CF012 DA01 DA11 DB02 DB07 DC03 DC05 DC06 DC14 EA05 EA06 EA11 EA13 4C097 AA10 BB01 CC03 DD01 DD08 DD10 EE02 EE08 EE13 FF03 FF17 MM04 SC10

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一定の脊柱内における椎骨と一体になっ
    てこれを支持するための脊椎移植片において、 一定の本体部分、および前記本体部分の一部分に化学的
    に結合している一定の鉱物質化した、生物活性な表面被
    膜を備えており、当該被膜が約１μｍよりも小さい一定
    の結晶寸法を有する化学的に吸着している水を含みヒド
    ロキシル基を含まない炭酸塩化したリン酸カルシウムの
    骨鉱物質ナノ結晶アパタイトを含有している脊椎移植
    片。
  2. 【請求項２】 一定の移植可能なプロテーゼ装置におい
    て、 一定の脊椎移植片、および前記脊椎移植片の本体部分の
    一部分に化学的に結合している一定の鉱物質化した、生
    物活性な表面被膜を備えており、当該被膜が約１μｍよ
    りも小さい一定の結晶寸法を有する化学的に吸着してい
    る水を含みヒドロキシル基を含まない炭酸塩化したリン
    酸カルシウムの骨鉱物質ナノ結晶アパタイトを含有して
    いるプロテーゼ装置。
  3. 【請求項３】 一定の移植可能なプロテーゼ装置を製造
    する方法において、 一定の脊椎移植片の本体部分を一定の骨様複合材料によ
    り被覆する工程を含み、当該複合材料が約１μｍよりも
    小さい一定の結晶寸法を有する化学的に吸着している水
    を含みヒドロキシル基を含まない炭酸塩化したリン酸カ
    ルシウムの骨鉱物質ナノ結晶アパタイトを含有している
    方法。
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