JP2003512895A - 硬組織修復材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な機械的特性と高い生体活性を有する硬組織修復材及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 硬組織修復材は、ジルコニアを含む基材からなり、この硬組織修復材は、前記基材の表面に、前記基材に含まれている前記ジルコニアを構成するジルコニウム原子と直接結合している親水基を有している。好ましくは、前記基材の表面内部近傍に、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン及びリン酸イオンの群から選ばれる少なくとも一種以上のイオン成分が含まれている。アパタイト層は基材に含まれているジルコニアを構成するジルコニウム原子と直接結合している親水基上に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、硬組織修復材及びその製造方法に関する。特に、疾病、災害等によ
り手足などの関節機能や骨機能が失われた場合に、これらの機能を修復するため
に用いられる骨修復材に関する。また、老齢、疾病などによって失われた歯牙を
再建するために用いられる人工歯根等として使用されるインプラント材に関する
。

【０００２】

【従来の技術】

従来、生体材料としては、ステンレス、チタンなどの金属材料や、水酸アパタ
イト（ＨＡＰ）、生体活性ガラス、アルミナ、及びジルコニアなどのセラミック
ス材料が実用に供されてきた。しかし、上記金属材料は強度、靭性的には優れて
いるが、長期間生体内で使用する場合の耐食性が不十分である。また、金属イオ
ンを生体内に溶出することが原因となって、生体組織を害する恐れがある。一方
、セラミックス材料のうち、水酸アパタイト、生体活性ガラスは、直接生体骨と
結合する性質（生体活性）を有するため、骨補填材、歯周充填剤、人工椎体や各
種スペーサなどに実用化されてきた。しかし、その強度、靭性は、生体骨の特性
に遥かに及ばず、大腿骨、頸骨等の大きな荷重のかかる部位や、人工歯根には適
用できなかった。また、アルミナ、ジルコニアは、水酸アパタイトや生体活性ガ
ラスと比較すると高い強度や靭性を有するものの、生体活性を示さないため、骨
修復材としての用途は限定されていた。さらにアルミナは人工歯根として実用化
されたこともあったが、セラミックス特有の割れやすさの問題が表面化して、現
在は金属チタンにとってかわられている。

【０００３】 上述のようにチタンなどの金属材料や、アルミナ、ジルコニア等のセラミック
ス材料は、生体骨と直接結合しない生体不活性な材料である。このため、このよ
うな生体不活性な材料を骨修復材や人工歯根等に利用するために、骨結合性に優
れたいわゆる生体活性被膜を基材表面に形成させたり、基材表面に生体活性機能
を付与することが望ましい。この生体活性被膜を形成する方法としては、種々の
先行技術が知られている。例えば、基材の表面にスパッタ法や蒸着法によって被
膜を形成する方法がある。また、特開平４−２４２６５９号公報に記載の方法で
は、基材の表面にプラズマ溶射して被膜を形成している。さらに、特開平１−２
０３２８５号公報に記載の方法では、強度及び靭性を重視して基材をジルコニア
に限定して、ジルコニア成形体の表面にジルコニアとアパタイトとの混合粉末を
被着したのち焼成している。

【０００４】 一方、基材表面に生体活性機能を付与する方法としても種々の先行技術が知ら
れている。特開平６−２３０３０号公報に記載の方法では、基材表面にシリカゲ
ル又はチタニアゲルからなる被覆層を形成している。また、特開平１０−１７９
７１８号公報に記載の改質方法では、チタン系金属からなる基材をアルカリ溶液
中に浸けることによって表面を生体活性に改質している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】

しかし、基材の表面に生体活性被膜を形成する方法として、スパッタ法、蒸着
法、プラズマ溶射等のいずれの方法でも基材と被膜との良好な密着強度は得られ
ない。また、特開平１−２０３２８５号に記載の方法で形成された被膜は、接着
強度を高めようとして混合粉末中のジルコニア量を増やすと生体活性が低下し、
生体活性を高めようとしてアパタイト量を増やすと接着強度が低下する。さらに
、特開平６−２３０３０号公報に記載の方法で形成されたＯＨ基等の親水基を有
する被覆層は、基材表面に形成されたシリカゲル層又はチタニアゲル層である。
同様に、特開平１０−１７９７１８号公報に記載の方法で形成された生体活性被
膜は、チタン系金属からなる基材の表面に形成されたチタニア相、チタニアゲル
相、アルカリチタネート相、それにアルカリチタネートゲル相である。

【０００６】 そこで、本発明の目的は、高い機械的特性を有すると共に、高い生体活性を有
する硬組織修復材を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

前記課題は、以下の本発明によって解決できる。即ち、本発明に係る硬組織修
復材は、ジルコニアを含む基材からなり、 前記硬組織修復材は、前記基材の表面に、前記基材に含まれている前記ジルコ
ニアを構成するジルコニウム原子と直接結合している親水基を有していることを
特徴とする。

【０００８】 ここでジルコニアを含む基材とは、少なくともジルコニア（ＺｒＯ_２）を含む
ことを意味する。また、アルミナなどの他の材料と複合化されていてもよい。さ
らにジルコニアの他に安定化剤を含んでいてもよい。基材の表面に有する親水基
としては、例えば、水酸基（ＯＨ基）、カルボン酸基、アンモニア基、炭酸基、
スルホン酸基、リン酸基等が挙げられる。特に水酸基は、水酸アパタイト（Ｃａ _１０ （ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）の核形成を誘起する官能基として好ましい。

【０００９】 本発明によれば、基材に機械的特性に優れたジルコニアを含んでいるので、硬
組織修復材として強度及び靭性に優れる。また、基材の表面に親水基を有してい
るので、生体中、あるいはヒトの体液とほぼ等しい無機イオン濃度を有する水溶
液（以下、擬似体液と記す）中でアパタイト層を形成することができる。このア
パタイト（以下、骨類似アパタイトと記す）は、化学量論組成の水酸アパタイト
（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）に対し、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）を含有
し、しかもＣａ／Ｐ比が水酸アパタイトの１．６７より低い、カルシウム欠損型
炭酸含有アパタイトである。さらに、この骨類似アパタイトは、格子欠陥を多く
含み、微粒子から構成されている。以上のように、この骨類似アパタイトは、生
体骨のアパタイトに類似した組成を有している。この骨類似アパタイトが基材表
面に形成されると、その表面では、骨を作る骨芽細胞が活発に増殖、分化し、コ
ラーゲンとアパタイトが形成される。すなわち、骨類似アパタイト層の表面には
周囲の骨から新しい骨が伸びてきて、骨のアパタイト成分との間に化学結合が生
じ、基材は骨と強く結合することができる。このように、人工材料が生体骨と結
合する条件は、生体内でその表面に骨類似アパタイト層を形成することである。
ここで、本発明のジルコニアを含む基材は、基材中のジルコニアを構成するジル
コニウム原子と直接結合した親水基を有し、従来例に示したような各種ゲル相を
介在していないため、親水基により誘起された骨類似アパタイトは、基材、及び
生体骨双方に強く結合し、その結果、基材と生体骨との強い結合強度が得られる
。

【００１０】 前記基材に含まれるジルコニアは、好ましくは高強度及び高靭性の高い機械的
特性を有する正方晶ジルコニア多結晶体である。また、前記基材は、セリアやイ
ットリア等の正方晶の安定化剤を含むことが好ましい。この安定化剤を含むこと
で、高強度及び高靭性が得られる。特にセリアを安定化剤として固溶させた正方
晶ジルコニア多結晶体（Ｃｅ−ＴＺＰ）は、正方晶から単斜晶へ相転移しない優
れた熱安定性により、生体内でも長期間、安定的に正方晶を維持することができ
、特性劣化を示さない。加えて、水蒸気を含む湿潤環境下など過酷な雰囲気下に
おいても特性劣化を示さない。このように、前記基材は、正方晶の安定化剤とし
て、少なくともセリアを含むことが好ましい。しかし、このセリアを安定化剤と
して固溶させた正方晶ジルコニア多結晶体は、イットリアを安定化剤として固溶
させた正方晶ジルコニア多結晶体（Ｙ−ＴＺＰ）に比較すると、極めて高い靭性
値を有するものの、強度や硬度が低い。このため、これらの欠点を補うために、
ジルコニアを含む基材にジルコニアとは別の第２相として、高硬度のアルミナ等
と複合化することが望ましい。このような複合材料の中でも、アルミナをナノメ
ータサイズでジルコニア結晶粒内の一部に取り込んだセリア系ジルコニア／アル
ミナ・ナノコンポジットは、Ｙ−ＴＺＰを越える機械的性質を備えており（特許
第２７０３２０７号）、本発明に用いる基材として好適である。あるいは、別の
方法として、安定化剤としてセリアと共にイットリアを併用しても構わない。

【００１１】 また、前記基材に含まれるジルコニアは、前述の正方晶ジルコニア多結晶体に
は限られず、マグネシア、カルシアを安定化剤として含む部分安定化ジルコニア
（ＰＳＺ）であってもよい。また、正方晶ジルコニア多結晶体や部分安定化ジル
コニア（ＰＳＺ）からなるジルコニアには、ハフニア、チタニアなどの微量の不
純物が含まれていてもよい。

【００１２】 さらに、前記基材表面の親水基は、好ましくは水酸基（ＯＨ基）である。この
Ｚｒ−ＯＨ基は、アパタイトの核形成を誘起する官能基となり、生体内の体液中
、あるいは擬似体液中で、その表面に骨類似アパタイトを形成することができる
。 すなわち、ヒトの体液はアパタイトの飽和濃度をはるかに超える量のカルシ
ウムイオン（Ｃａ^２＋）とリン酸イオン（ＰＯ_４ ^３−）を含むので、体液環境下
では、Ｚｒ−ＯＨはまずカルシウムイオンを取り込み、それからリン酸イオン、
炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）を取り込んで、基材表面に半球状の多数のアパタイト
の核を形成する。これらのアパタイトの核は、さらに上記イオンを取り込みなが
ら成長し、自然に骨類似アパタイト層が形成される。このように、ジルコニアを
含む基材表面に親水基として水酸基を導入することにより、本来生体不活性なジ
ルコニアに、生体骨と化学結合できる生体活性機能を付与することができる。ま
た、この水酸基は、基材のジルコニアを構成するジルコニウム原子と直接結合し
ている。このジルコニウム原子と直接結合している水酸基は、基材表面のジルコ
ニアを改質することで形成できる。

【００１３】 また、基材の表面内部近傍に、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウ
ムイオン、それにリン酸イオンからなる群より選ばれる少なくとも一種以上のイ
オン成分が含まれていることが好ましい。基材の表面に上記イオン成分が含まれ
ていると、生体内の体液中や、生体外での擬似体液中でその基材表面からカルシ
ウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リン酸イオン等が溶出される
。一方、体液中に溶出された各イオンは、体液中の水酸イオン（ＯＨ⁻）及びカ
ルシウムイオンなどの各種イオン濃度を上昇させ、その結果、アパタイトのイオ
ン活性度積が上昇し、骨類似のアパタイト層の形成を促進させることができる。
さらに、基材の上に骨類似のアパタイトを主成分とする被膜が形成されている場
合には、すでに形成されたアパタイトの核が成長することにより、骨類似アパタ
イト層が形成されるため、生体内での骨結合期間を短縮することができる。なお
、この被膜の厚さは、好ましくは１〜５０μｍの範囲である。

【００１４】 本発明に係る硬組織修復材の製造方法は、少なくとも表面にジルコニアが存在
する基材を準備する工程と、 前記基材の表面に親水基を形成する工程とからなることを特徴とする。

【００１５】 前記基材の表面に親水基を形成する工程は、前記基材をアルカリ性溶液又は酸
性溶液中に浸漬する工程であることを特徴とする。

【００１６】 ここで、アルカリ性溶液とは、アルカリ性を示す溶液であって、例えば、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム等を含む溶液であり、酸性溶液とは、酸性を示す
溶液であって、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等を含む水溶液である。少な
くとも表面にジルコニアが存在する基材をこのアルカリ性溶液又は酸性溶液に浸
漬する条件としては、濃度として好ましくは０．５〜２０モル／ｌの範囲であり
、温度として好ましくは６０〜１４０℃の範囲である。

【００１７】 上記のように、少なくとも表面にジルコニアが存在する基材を、アルカリ性溶
液又は酸性溶液中に浸漬することによって、アルカリ溶液中のＯＨ⁻イオンや、
酸性溶液中のＨ_３Ｏ^＋イオンが、基材表面に存在するジルコニアのＺｒ−Ｏ結合
を切断し、水酸基がジルコニウム原子に直接結合したＺｒ−ＯＨを形成するもの
と考えられる。このＺｒ−ＯＨは、生体活性を有している。両性酸化物として分
類されていないジルコニアが、アルカリ性溶液及び酸性溶液のいずれによっても
改質されること、並びに、基材の表面に形成されたジルコニウム原子と直接結合
している親水基によってアパタイトの核形成を誘起することは全く新しい知見で
ある。両性酸化物として知られるアルミナゲル上に形成された水酸基がアパタイ
トの核生成を誘起しない事実（Journal of Biomedical Materials Research, 19
94, Vol.28, pp7-15）からしても意外である。

【００１８】 一方、ゾル−ゲル法により作製されたジルコニアゲル表面のＯＨ基がアパタイ
トの核形成を誘起することは知られている（Bioceramics volume 11 Ed. by R.
Z. LeGeros and J. P. LeGeros, World Scientific. (1998) pp77-80）。このジ
ルコニアゲルはアモルファス状態であり、正方晶や単斜晶といった結晶構造を有
していない。また、同じＺｒ−ＯＨ基であっても、本発明のように正方晶、もし
くは単斜晶の結晶構造を持ったジルコニア表面に形成されたＺｒ−ＯＨ基は、ア
モルファス状態のジルコニアゲル上に形成されたＺｒ−ＯＨ基と比較して、アパ
タイトの核形成を誘起する能力が高い。これは、生体内でアパタイトが生成され
る際、結晶構造を持つ基板上に形成されたＺｒ−ＯＨ基のほうが、アパタイトの
ＯＨ基の結晶方位と整合性を持って成長しやすいからと考えられる。

【００１９】 また、本発明に係る硬組織修復材の製造方法は、前記硬組織修復材の製造方法
であって、前記基材の表面に親水基を形成する工程の後、 前記溶液中に浸漬した前記基材の表面にイオン成分を含有させる工程を備える
ことを特徴とする。

【００２０】 さらに、本発明に係る硬組織修復材の製造方法は、前記硬組織修復材の製造方
法であって、前記基材の表面にイオン成分を含有させる工程は、 前記溶液中に浸漬した前記基材を、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、カ
リウムイオン及びリン酸イオンの群から選ばれる少なくとも一種以上のイオン成
分が含まれている溶融塩中に浸漬する工程であることを特徴とする。

【００２１】 上記製造方法では、基材の表面に親水基を形成し、次いでイオン成分を取り込
ませている。この溶融塩としては、硝酸カルシウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリ
ウム等の硝酸塩の他、酢酸塩、炭酸塩、塩化物、リン酸塩等の所望の組み合わせ
を用いることができる。さらに、各共晶系では、融点が最も低くなる共晶点（eu
tectic point）での共融混合物(eutectic mixture）を用いるのが好ましい。

【００２２】 またさらに、本発明に係る硬組織修復材の製造方法は、前記硬組織修復材の製
造方法であって、前記基材の表面にイオン成分を含有させる工程は、 前記溶液に浸漬した前記基材を、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、カリ
ウムイオン及びリン酸イオンの群から選ばれる少なくとも一種以上のイオン成分
が含まれている溶液中に浸漬する工程であることを特徴とする。

【００２３】 上記製造方法では、基材の表面に親水基を形成し、次いでイオン成分を取り込
ませている。このイオン成分の元となる溶液としては、水酸化カルシウム、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウムなどの金属水酸化物の水溶液や、塩化カルシウム
を希塩酸に溶解した水溶液や、硝酸ナトリウム又は硝酸カルシウムを希硝酸に溶
かした水溶液が挙げられる。これらの金属水酸化物の水溶液や水溶性塩の水溶液
の好ましい濃度は、０．５〜２０ｍｏｌ／ｌの範囲であり、好ましい温度は、６
０〜１４０℃の範囲である。

【００２４】 また、本発明に係る硬組織修復材の製造方法は、前記硬組織修復材の製造方法
であって、前記基材の表面に親水基を形成する工程の前に、 前記基材の表面にイオン成分を含有させる工程を備えることを特徴とする。

【００２５】 この前記基材の表面にイオン成分を含有させる工程は、 少なくとも表面にジルコニアが存在する基材を、カルシウムイオン、ナトリウ
ムイオン、カリウムイオン及びリン酸イオンの群から選ばれる少なくとも一種以
上のイオン成分が含まれている溶融塩中に浸漬する工程であってもよい。

【００２６】 また、前記基材の表面にイオン成分を含有させる工程は、 少なくとも表面にジルコニアが存在する基材を、カルシウムイオン、ナトリウ
ムイオン、カリウムイオン及びリン酸イオンの群から選ばれる少なくとも一種以
上のイオン成分が含まれている溶液中に浸漬する工程であってもよい。

【００２７】 さらに、本発明に係る硬組織修復材の製造方法は、前記硬組織修復材の製造方
法であって、最後に、前記基材を、ヒトの体液とほぼ等しいイオン濃度を有する
擬似体液中に浸漬する工程を備えることを特徴とする。

【００２８】 なお、前記擬似体液中に浸漬する工程の前に、前記基材は、少なくとも表面に
ジルコニアが存在する基材であって、該基材の表面に、前記基材に含まれている
前記ジルコニアを構成するジルコニウム原子と直接結合している親水基を有する
ことが好ましい。この硬組織修復材の製造方法によれば、基材表面にジルコニウ
ム原子と直接結合している親水基が存在するので、擬似体液中で容易に骨類似ア
パタイト層を形成させることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】

以下、本発明の理解を容易にするために実施の形態について説明する。 本発明に係る硬組織修復材では、ジルコニアを含む基材からなり、基材表面に
はジルコニアを構成するジルコニウム原子と直接結合している親水基を有してい
る。このジルコニウム原子と直接結合している親水基は生体活性を有し、生体の
体液中や生体外の擬似体液中で容易に骨類似アパタイトの核形成を誘起できる。
また、ジルコニアは機械的特性に優れる正方晶ジルコニア多結晶体が用いられ、
さらに高硬度のアルミナとの複合材料からなるものとしてもよい。上記構成によ
って高い機械的特性を有すると共に、高い生体活性を有する硬組織修復材を提供
できる。

【００３０】

【実施例】

以下にさらに具体的な実施例を挙げて説明する。 実施例１ この実施例１では、基材として、直径１１ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状のジルコ
ニア−アルミナ複合材料からなる基材を複数個準備した。この複合材料からなる
基材は、１０モル％のセリアで安定化された正方晶ジルコニアに対して、全体の
３０体積％となるアルミナ粒子とから構成され、その微細組織は、サブミクロン
サイズのジルコニア粒子とアルミナ粒子とが相互に分散した多結晶体を骨格とし
、マトリックスであるジルコニアの結晶粒内にナノメータサイズの微細なアルミ
ナ粒子の一部が取り込まれたことを特徴とするナノコンポジットである。この基
材の表面に親水基を形成する処理は、次のようにして行った。複数個の基材をそ
れぞれ９５℃に保った５ｍｌの濃塩酸、濃リン酸、５０体積％リン酸、濃硫酸、
５０体積％硫酸、及び１５ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム水溶液の各溶液に基材を
４日間浸漬した。その後、それぞれ蒸留水で洗浄し、乾燥させた。上記の基材を
これらの酸性溶液又はアルカリ性溶液に浸漬する上記浸漬処理を「化学処理」と
いう。

【００３１】 この化学処理した基材と、未処理の基材について、それぞれ、ｐＨ７．４、温
度３６．５℃に調整した擬似体液（以下、「ＳＢＦ」という。：ＳＢＦ＝simula
ted body fluid）（イオン濃度［ｍＭ］：Ｎａ^＋１４２、Ｋ^＋５．０、Ｍｇ^２＋ １．５、Ｃａ^２＋２．５、Ｃｌ⁻１４８、ＨＣＯ_３ ⁻４．２、ＨＰＯ_４ ^２−１．
０、ＳＯ_４ ^２−０．５）３０ｍｌ中に種々の期間について浸漬した。そして、化
学処理前、化学処理後であってＳＢＦに浸漬する前、それにＳＢＦに浸漬後の各
基材の表面を薄膜Ｘ線回折（ＴＦ−ＸＲＤ）、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）で
分析するとともに、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。元素分析は、誘導
結合プラズマ原子吸光分析法（ＩＣＰＡ）によって行った。また、析出物の組成
分析について、定性分析はフーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）によって行い
、定量分析は熱分析によって行った。熱分析では、燃焼ガス中のＣＯ_２ガスとＨ _２ Ｏガスを検知し、それによって炭酸イオンの含有率を測定した。

【００３２】 その結果、ＳＢＦに浸漬する前は、化学処理した基材も未処理の基材もＴＦ−
ＸＲＤパターン及びＳＥＭ像に差は認められなかった。しかし、化学処理後にＳ
ＢＦに１４日間浸漬した基材の表面には、化学処理の処理溶液の種類にかかわら
ず球状の新たな析出物がＳＥＭ観察で認められた。この基材表面のＴＦ−ＸＲＤ
パターンにアパタイトに帰属するピークが認められたことから、析出物はアパタ
イトであることがわかった。上記化学処理のうち、５０体積％リン酸による化学
処理を受けた基材におけるアパタイトのＩＣＰＡにより測定されたＣａ／Ｐ比は
１．５１であり、炭酸イオンの含有率は２．６４重量％であった。したがって、
このアパタイトは骨類似アパタイトであることがわかった。また、基材表面の単
位面積当たりの析出物の量は、処理溶液の種類によって異なり、５０体積％リン
酸＞５０体積％硫酸＞１５ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム水溶液＞濃塩酸＞濃硫酸
＞濃リン酸の順であった。なお、化学処理していない基材の表面には全くアパタ
イトが析出しなかった。

【００３３】 また、基材表面をＸＰＳで測定した酸素１ｓ軌道スペクトルを、Ｚｒ−ＯＨ、
Ａｌ−ＯＨ、それに吸着水の酸素１ｓ軌道スペクトルと、ＺｒＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３ の１ｓ軌道スペクトルとに分離した。その結果、化学処理後の基材の場合、処理
溶液の種類にかかわらずＺｒ−ＯＨ及びＡｌ−ＯＨの強度が増加した。このこと
から化学処理後に基材表面にＺｒ−ＯＨ基又はＡｌ−ＯＨ基が形成されたものと
考えられる。また、記述の通り、Ａｌ−ＯＨ基はアパタイトの核形成を誘起しな
いことから、Ｚｒ−ＯＨ基がアパタイトの核形成を誘起したものと認められる。

【００３４】 実施例２ この実施例２では、実施例１と同様の条件下で化学処理された基材を準備した
。この化学処理されたジルコニア−アルミナ複合材料からなる基材を、溶融塩中
に浸漬して基材表面にカルシウムイオン、カリウムイオンを含有させた。溶融塩
中への浸漬は次のようにして行った。まず、炭酸カルシウムと炭酸カリウムを６
：４のモル比で混合して８５０℃で溶融させた炭酸溶融塩に、７５０℃で予備加
熱した基材を１時間浸漬した。その後、基材を蒸留水で洗浄し、乾燥させた。以
下、この溶融塩への浸漬処理を「溶融塩処理」という。この基材の表面をＸＰＳ
で分析したところ、カルシウムとカリウムに帰属するピークが認められた。この
ことから基材表面にはカルシウムイオン及びカリウムイオンが含有されているこ
とが確認された。

【００３５】 この化学処理に続いて溶融塩処理された基材を、ｐＨ７．４、温度３６．５℃
に調整したＳＢＦに７日間浸漬したところ、ＳＥＭ観察によって基材表面に球状
の骨類似アパタイトが多数形成されている様子が観察された。

【００３６】 実施例３ この実施例３では、実施例１と同様の条件下で化学処理された基材を準備した
。この化学処理された基材を用い、実施例２とは別の溶融塩処理を行って、カル
シウムイオンとナトリウムイオンを基材表面に含有させた。溶融塩中への浸漬は
次のようにして行った。まず、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムを５：５のモル
比で混合して３００℃で溶融させた硝酸溶融塩に、２００℃で予備加熱した基材
を１時間浸漬した。その後、基材を蒸留水で洗浄し、乾燥させた。この基材の表
面をＸＰＳで分析したところ、カルシウムとナトリウムに帰属するピークが認め
られた。このことから基材表面にはカルシウムイオン及びナトリウムイオンが含
有されていることが確認された。

【００３７】 この化学処理に続いて溶融塩処理された基材を、ｐＨ７．４、温度３６．５℃
に調整したＳＢＦに７日間浸漬したところ、ＳＥＭ観察によって基材表面に球状
の骨類似アパタイトが多数形成されている様子が観察された。

【００３８】 実施例４ この実施例４では、実施例１と同様の条件下で化学処理された基材を準備した
。この化学処理された複数の基材を用い、実施例２及び３とは別の溶融塩処理を
行って、カルシウムイオンとナトリウムイオンを基材表面に含有させた。溶融塩
中への浸漬は次のようにして行った。まず、塩化カルシウムと塩化ナトリウムを
５：５のモル比で混合して５８０℃で溶融させた塩化物溶融塩に、４８０℃で予
備加熱した基材を１時間浸漬した。その後、基材を蒸留水で洗浄し、乾燥させた
。この基材の表面をＸＰＳで分析したところ、カルシウムとナトリウムに帰属す
るピークが認められた。このことから基材表面にはカルシウムイオン及びナトリ
ウムイオンが含有されていることが確認された。

【００３９】 この化学処理に続いて溶融塩処理された基材を、ｐＨ７．４、温度３６．５℃
に調整したＳＢＦに７日間浸漬したところ、ＳＥＭ観察によって基材表面に球状
の骨類似アパタイトが多数形成されている様子が観察された。

【００４０】 実施例５ この実施例５では、直径１１ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状のジルコニア−アルミ
ナ複合材料からなる基材を、溶融塩中に浸漬して基材表面にカルシウムイオン、
カリウムイオンを含有させた。溶融塩中への浸漬は次のようにして行った。まず
、炭酸カルシウムと炭酸カリウムを６：４のモル比で混合して８５０℃で溶融さ
せた炭酸溶融塩に、７５０℃で予備加熱した基材を１時間浸漬した。その後、基
材を蒸留水で洗浄し、乾燥させた。この基材の表面をＸＰＳで分析したところ、
カルシウムとカリウムに帰属するピークが認められた。このことから基材表面に
はカルシウムイオン及びカリウムイオンが含有されていることが確認された。

【００４１】 次に、この溶融塩処理された基材を化学処理した。この基材の表面に親水基を
形成する処理は、次のようにして行った。複数個の基材をそれぞれ９５℃に保っ
た５ｍｌの５０体積％リン酸又は１５ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム水溶液の各溶
液に基材を４日間浸漬した。その後、それぞれ蒸留水で洗浄し、乾燥させた。

【００４２】 この溶融塩処理に続いて化学処理された基材を、ｐＨ７．４、温度３６．５℃
に調整したＳＢＦに５日間浸漬したところ、ＳＥＭ観察によって基材表面に球状
の骨類似アパタイトが多数形成されている様子が観察された。

【００４３】 なお、上記各実施例における骨類似アパタイトは、Ｃａ／Ｐ比が１．４８〜１
．５６の範囲内にあり、炭酸イオンの含有率がこの骨類似アパタイトについて２
．５〜３．５重量％の範囲内にある。また、実施例３や実施例４に示した溶融塩
処理について、同様の条件下で溶融塩処理のみを行った基板についてその後、化
学処理を行った場合も、この実施例５と同様にＳＢＦに浸漬した場合に骨類似ア
パタイト形成が確認された。

【００４４】

【発明の効果】

以上、詳述した通り、本発明に係る硬組織修復材によれば、ジルコニアを含む
基材の表面に、ジルコニアを構成するジルコニウム原子に直接結合した親水基を
有する。これによって、高強度、高靭性を有するとともに、生体骨との結合力に
優れる生体活性を有する。そのため、金属やプラスチックなどの他の補強材を必
要とすることなく、そのまま骨修復に利用することができ、大きな荷重のかかる
大腿骨や頸骨への適用が可能となる。また、この硬組織修復材は、十分な機械的
特性と高い生体活性とを備えているため、現在広く普及している機械的にネジ込
む形態の金属チタン製人工歯根を置き換えることが可能となる。この場合、機械
的にネジ込む形態に制限されない。さらに、セラミックス材料に置き換えるので
、生体組織を害する心配もない。したがって、このジルコニアセラミックス材で
ある、本発明に係る硬組織修復材は、骨修復材や、人工歯根などのインプラント
材として好適に使用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＵＳ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジルコニアを含む基材からなる硬組織修復材であって、 前記硬組織修復材は、前記基材の表面に、前記基材に含まれている前記ジルコ
   ニアを構成するジルコニウム原子と直接結合している親水基を有していることを
   特徴とする硬組織修復材。
2. 【請求項２】 前記基材に含まれている前記ジルコニアは、正方晶ジルコニ
   ア多結晶体であることを特徴とする請求項１に記載の硬組織修復材。
3. 【請求項３】 前記基材は、安定化剤として少なくともセリアを含むことを
   特徴とする請求項１又は２に記載の硬組織修復材。
4. 【請求項４】 前記親水基は、ＯＨ基であることを特徴とする請求項１から
   ３のいずれか一項に記載の硬組織修復材。
5. 【請求項５】 前記基材の表面内部近傍に、カルシウムイオン、ナトリウム
   イオン、カリウムイオン及びリン酸イオンの群から選ばれる少なくとも一種以上
   のイオン成分が含まれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に
   記載の硬組織修復材。
6. 【請求項６】 ジルコニアを含む基材と、 前記基材の表面に、前記ジルコニアを構成するジルコニウム原子と直接結合し
   ている親水基上に形成されてなるアパタイトを主成分とする被膜と からなることを特徴とする硬組織修復材。
7. 【請求項７】 少なくとも表面にジルコニアが存在する基材を準備する工程
   と、 前記基材の表面に親水基を形成する工程と からなることを特徴とする硬組織修復材の製造方法。
8. 【請求項８】 前記基材の表面に親水基を形成する工程は、 前記基材をアルカリ性溶液又は酸性溶液中に浸漬する工程であることを特徴と
   する請求項７に記載の硬組織修復材の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項７又は８に記載の硬組織修復材の製造方法であって、
   前記基材の表面に親水基を形成する工程の後に 前記基材の表面にイオン成分を含有させる工程 を備えることを特徴とする硬組織修復材の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項７又は８に記載の硬組織修復材の製造方法であって
    、前記基材の表面に親水基を形成する工程の前に、 前記基材の表面にイオン成分を含有させる工程 を備えることを特徴とする硬組織修復材の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記基材の表面にイオン成分を含有させる工程は、 前記基材を、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン及びリン
    酸イオンの群から選ばれる少なくとも一種以上のイオン成分が含まれている溶融
    塩中に浸漬する工程であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の硬組織修
    復材の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記基材表面にイオン成分を含有させる工程は、 前記基材を、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン及びリン
    酸イオンの群から選ばれる少なくとも一種以上のイオン成分が含まれている溶液
    中に浸漬する工程であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の硬組織修復
    材の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項７から１２のいずれか一項に記載の硬組織修復材の
    製造方法であって、最後に 前記基材を、ヒトの体液にほぼ等しいイオン濃度を有する擬似体液中に浸漬す
    る工程 を備えることを特徴とする硬組織修復材の製造方法。