JP2005525165A - 歯科または整形外科用インプラント - Google Patents

Abstract

歯科または整形外科用インプラントは、表面をその面積の少なくとも一部にわたり酸化膜Xで変換された金属または合金を含んでなり、該酸化膜はその面積Yの少なくとも一部にわたる複合成分としてリン酸カルシウム含有材料を含む。該金属または合金は好ましくは、IIIA族もしくはIVA族の遷移金属または同含有合金を含み、より好ましくはチタニウムを含む。インプラントの金属または合金面は好ましくは酸化されており、かつ／または複合材料は好ましくはプラズマ電解酸化法によって形成される。リン酸カルシウム含有材料は好ましくはアパタイト、例えばハイドロキシアパタイト、またはリン酸三カルシウムを含む。好ましいPEO法では、特定の形態、および特定の周波数域内の高周波電流パルスを、電解質中の可聴周波数域内の20の音響振動の発生と組み合わせ、すなわち電流パルスの周波数域と音響振動との重複下で用いられる。

Description

本発明は、歯科または整形外科用インプラント、および同形成方法に関する。

金属および合金、例えばチタニウムおよびその合金は、従来より整形外科および歯科用インプラントの構築に用いられてきた。このようなインプラントは破損または患部骨組織を置換するのに使用され、例えば骨セメントを用いて、または直接圧入して宿主骨と密着させることによって生体骨組織へ埋入される。
しかし、インプラントと宿主骨との間の微細な動きによって、インプラントの周囲にいわゆる「グレイ・マッシュ」、つまり金属を含む細胞組織の破片の堆積物を生じることがしばしば起こる。インプラントの緩みは、最終的に必要とされる修正手術という結果を招く可能性があるもので、インプラントから磨耗した金属粒子により媒介されることが知られている（例えばLalor et al, The Journal of Bone & Joint Surgery, Volume 73-B, Number 1, April 1991、およびYanming et al, The Journal of Bone & Joint Surgery, Volume 83-A, Number 4, April 2001参照）。

本発明の目的は、従来型のインプラントに関連するこのような問題点を緩和しようとするものである。

本発明によれば、歯科または整形外科用インプラントが提供され、該インプラントはその表面をその面積の少なくとも一部にわたり酸化膜へと変換された金属または合金を含んでなり、該酸化膜はその面積の少なくとも一部にわたる複合成分としてリン酸カルシウム含有物質を含む。
該酸化膜は優れた耐磨耗性および生物不活性表面をもたらすが、その一方で該複合体酸化物／リン酸カルシウム含有材料域は耐磨耗性および生物活性特性を生じて直接の骨の付着を促進する。特に、該酸化膜はフレッティング、すなわちインプラントの予期せぬ動きによる磨耗を防ぐのに役立ち得る。該酸化膜は、例えばRockwell C 硬度計で50〜60、例えば55の硬度を有するので、熱処理した工具鋼のものと類似した特性をインプラントの表面に与えることができる。
さらに、酸化物／リン酸カルシウム含有材料複合体は、金属または合金表面の上にさらに被覆を適用するのではなく、金属または合金を変換することによってもたらされるので、インプラントの嵩が有意に変更されることはない。

リン酸カルシウム含有物質を組み込んで、金属または合金酸化物およびリン酸カルシウム含有物質からなる複合体を形成する。リン酸カルシウム含有物質はこのように酸化膜構造内に組み込まれ、それによってインプラントと宿主骨との間の接触部に強度と信頼性が与えられる。リン酸カルシウムはヒト骨組織の主成分であり、リン酸カルシウム含有物質はインプラント周囲の骨の成長を助長し、治癒過程を補助するのに役立つ。

金属または合金は、軽金属または合金、例えばIIIA族またはIVA族の遷移金属または同含有合金が好ましい。適した金属の例としては、チタニウム、ジルコニウム、およびニオブが挙げられ、チタニウムおよびチタニウム含有合金が特に好ましい。チタニウムは特に強く、軽く、耐食性があり、ヒトの身体によく許容される。

インプラントの金属または合金表面は、プラズマ電解酸化法（PEO）という方法によって酸化物へと変換するのが好ましい。PEOは公知の方法であり、基板上、この場合インプラントに、交流電流（例えば、50〜60Hzの交流電流）を用いて電解質（一般に、アルカリ性電解質）中の陽極-陰極酸化によって被覆を形成する。本発明のインプラントの作成に適したPEO工程は、例えば、WO 99/31303およびWO 01/12883に開示されている。PEOはその他の被覆技術、例えば溶射にも利点がある。溶射には比較的薄い被覆を適用することができ、ワイヤなど特に薄いかまたは複雑な部分を有するインプラントの被覆に特に適している。

このように、酸化膜および／または酸化物／リン酸カルシウム含有材料複合体がPEOによって形成される、本発明により提供されるインプラントの実施態様は、ワイヤ（例えば足または手の指を融合するワイヤ）など幾何学的に小さいインプラントを必要とする場合、または特に繊細または複雑な形状のインプラントを必要とする場合（例えば小さな窪み、スレッド、または穴を有するインプラント）の適用に特に適している。PEOは酸化膜および/または複合体を比較的薄く（例えば、上述のように8〜12μm）することができる。これはインプラントの効果を乱さないはずである。
酸化膜は、5〜50μm、好ましくは5〜20μm、より好ましくは8〜12μmの範囲の厚さであってよい。

リン酸カルシウム含有物質はアパタイト、例えばハイドロキシアパタイトを含んでよい。結晶のハイドロキシアパタイトはその表面に薄い非晶質相を有し、宿主骨からの骨伝導反応を開始させることができる。埋入の後、ハイドロキシアパタイトは経時的に最終的には実質的に生体骨へと組み込まれる。
あるいは、またはさらに、リン酸カルシウム含有物質は、リン酸三カルシウム（TCP）、例えばα-またはβ-TCP、またはその混合物を含んでよい。ハイドロキシアパタイトの場合と同様に、α-またはβ-TCP もまた骨伝導性があり、従って宿主骨からの骨伝導の反応を開始させることができ、また経時的に最終的には生体骨に置換される可能性がある。生体骨による経時的なTCPの置換のため、TCP被覆は患者から取り除かれる予定の融合ピンおよびワイヤなどのインプラントに特に好都合となる。TCPで被覆されたインプラントは、ハイドロキシアパタイトで被覆されたインプラントよりも患者から取り出しやすい。
リン酸カルシウム含有物質は、上述のようにPEOにより酸化膜へ組み込むのが好ましい。
本発明のインプラントの表面積の少なくとも一部は、酸化物／リン酸カルシウム含有材料複合体を含む。しかし、該複合体は、実質的にインプラントの全表面積に広がってもよい。

本発明のインプラントの好ましい実施態様では、インプラントの表面の少なくとも一部もまた、抗菌剤として銀粒子を含む。銀粒子の使用によって、インプラントの埋入後の抗生物質の必要性が低下する。銀粒子は、上述のようにPEOにより電解質中に存在する銀塩の形態でインプラントの表面へ適用してよい。この目的に適した銀塩としては、硝酸銀、硫酸銀、および塩化銀が挙げられる。銀粒子は、複合体形成時にインプラントの表面へ適用してよい、すなわち、PEO工程で用いる電解質にリン酸カルシウム含有物質、および銀塩を含んでよい。あるいは、銀粒子は、インプラントの表面を酸化させる時にインプラントの表面へ適用してよい。インプラントの表面中の銀粒子の濃度は、インプラントを細胞傷害性にしないように制御するべきである。従って、該複合体は銀を5〜10mol%含むのが好ましく、6〜9mol%がより好ましい。

金属または合金インプラントの表面は、一般に酸化物およびリン酸カルシウムを含有する被覆の適用前に研磨される。これにより患者からのインプラントを取り出しが容易となる。しかし、インプラントの表面の一部は、例えば一連の表面溝またはチャネルを有することにより、マクロ孔質となる可能性があり、それにより骨組織を含む表面の機構的連合が円滑となり、これは次にインプラントのさらなる安定性および応力伝達をもたらす。上記に言及したように、PEOはインプラントのこのようなマクロ孔質部分の被覆に特に有利である。それは、インプラントの表面に、このような溝またはチャネル内でさえも、完全に被覆が適用されるからである。

本発明によれば、歯科または整形外科用インプラントを形成する方法も提供され、該方法は、
金属または合金表面を有するインプラントを酸化処理に付してインプラントの表面の少なくとも一部を金属または合金酸化膜へと変換し、
リン酸カルシウム含有材料を含む酸化膜の少なくとも一部を反応させることによりインプラントの表面の少なくとも一部を複合体酸化膜へと変換する、工程を含む。
インプラントの表面は、上述のように、PEOにより少なくとも部分的に酸化膜へと変換されるのが好ましい。さらに、該複合体酸化膜もまたPEOにより形成されるのが好ましい。このように、PEO工程には、電解質はリン酸カルシウム含有物質を含むのが便宜である。
好ましいPEO工程は、Keronite Limited, Cambridge, United Kingdomより得られ、所定の形態、および所定の周波数域内の高周波電流パルスを、電解質中の可聴周波数域内の音響振動生成と組み合わせ、すなわち電流パルスの周波数域と音響振動との重複下での使用を含む。このようにして、音響振動が安定したヒドロゾルの形成を助けるので、超分散粉末を電解質へ導入して、特定の特性を有する被覆を作り出すことができる。

本発明の方法は個別の段階で実施するのが好ましい。従って、第一段階で、インプラントの表面の少なくとも一部を酸化させ、それに続いて第二段階で、リン酸カルシウム含有物質を用いて該複合体を形成する。この好ましい方法の利点は、該複合体がインプラントの表面上にごく浅く（例えば、2〜5μm）形成されることである。上述のように、抗菌銀粒子を、この好ましい方法の酸化段階と複合体形成段階のいずれか一方または双方の段階においてインプラントの表面へ含有させてもよい。

以下、本発明の例を、添付の図面を参照して説明する。
図に示すとおり、整形外科用インプラント1は大腿骨ステムである。インプラントは「X」および「Y」と呼ばれる２つの領域を含む。処理前に、インプラント1の領域「X」は研磨した表面を有する。これに対して、領域「Y」は、図中で斜線で示される、一連の表面溝により形成されたマクロ孔質表面を有する。このマクロ孔質表面が、領域「Y」と骨組織との機構的な連合を円滑にし、それが次にはインプラントのさらなる安定性と応力伝達をもたらす。領域「X」は宿主骨と連合を形成する必要はないが、骨と密接な接触をもつのに対し、領域「Y」は宿主骨と連合を形成しようとする。

領域「X」および「Y」の双方は、PEO工程により形成された薄い酸化膜を外側に有する。その後、さらなるPEO処置を双方の領域へ適用し、その間にサブミクロン粒子大のリン酸三カルシウム（TCP）が酸化膜へ組み込まれてそれと共に複合体を形成する。このTCPはPEO処理中に用いられる電解質の成分をなすのが好ましい。上記で言及したように、PEO は溝内部の被覆を可能とするため、溝つきの表面領域「Y」など特定の表面の細部の被覆領域に特に有用である。

金属酸化膜により耐摩耗性の高い表面が得られる。リン酸カルシウムをPEO製造工程の一部として組み込むことにより、耐摩耗性が高いけれども骨の結合という目的に対し骨適合性のある表面の形成が可能となる。

金属または合金は、軽金属または合金、例えばIIIA族またはIVA族の遷移金属あるいは同含有合金が好ましい。適した金属の例は、チタニウム、ジルコニウム、およびニオブである、チタニウムおよびチタニウム含有合金が特に好ましい。チタニウムは特に強く、軽く、耐腐食性があり、ヒトの身体によく許容される。

インプラントの形成方法では、インプラントを、表面「X」および「Y」で個別の膜を形成するのに適した電解質を含む槽に浸漬する。該複合体膜の形成は、上述のように電解質がTCPを含む槽の中で行うのが好ましい。２つの別の浸漬工程を含むこれらの好ましい方法のため、各工程で変換されないインプラントの表面積は遮蔽してよい。
電解質はまた、抗菌性の銀粒子を表面の膜へ組み込むために、銀塩を含むのが好ましい。 適した銀塩としては、硝酸銀、硫酸銀、および塩化銀が挙げられる。銀塩を電解質へ組み込むことによって、銀粒子およびリン酸カルシウム含有物質がインプラントの表面へ同時に組み込まれる。

1Aおよび1Bは本発明のインプラントの側面図および正面図を示す。

Claims (24)

1. 歯科または整形外科用インプラントであって、表面をその面積の少なくとも一部にわたり酸化膜で変換された金属または合金を含んでなり、該酸化膜がその面積の少なくとも一部にわたる複合成分としてリン酸カルシウム含有材料を含む、インプラント。
2. 該金属または合金がIIIA族もしくはIVA族の遷移金属または同含有合金を含む、請求項１に記載のインプラント。
3. 該金属または合金がチタニウム、ジルコニウムまたはニオブを含む、請求項２に記載のインプラント。
4. 該金属または合金がチタニウムを含む、請求項３に記載のインプラント。
5. インプラントの金属または合金面が酸化されている、かつ／または複合材料がプラズマ電解酸化法によって形成される、請求項４に記載のインプラント。
6. 該酸化膜の厚さが8〜12μmの範囲である、前記請求項のいずれか一項に記載のインプラント。
7. 該リン酸カルシウム含有材料がリン酸三カルシウムを含む、前記請求項のいずれか一項に記載のインプラント。
8. 該リン酸カルシウム含有材料がα-もしくはβ-TCP、またはその複合材料を含む、請求項７に記載のインプラント。
9. 該複合材料が実質的にインプラントの全表面積にわたる、前記請求項のいずれか一項に記載のインプラント。
10. インプラントの表面の少なくとも一部が銀粒子からなる、前記請求項のいずれか一項に記載のインプラント。
11. 該銀粒子がプラズマ電解酸化法によってインプラントの表面に適用される、請求項１０に記載のインプラント。
12. 該銀粒子がプラズマ電解酸化処理中に電解質中に存在する銀塩として存在する、請求項１１に記載のインプラント。
13. 該銀塩が1以上の硝酸銀、硫酸銀、および塩化銀から選択される、請求項１２に記載のインプラント。
14. 該銀粒子が、該複合材料の形成時にインプラントの表面へ適用される、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のインプラント。
15. 該銀粒子が、インプラントの表面の酸化時にインプラントの表面へ適用される、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のインプラント。
16. 該複合材料が6〜9mol%の銀を含む、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載のインプラント。
17. インプラントの表面の少なくとも一部がマクロ孔質である、前記請求項のいずれか一項に記載のインプラント。
18. インプラントのマクロ孔質表面が溝またはチャネルで形成される、請求項１７に記載のインプラント。
19. 歯科または整形外科用インプラントの形成方法であって、
    金属または合金表面を有するインプラントを酸化させて、インプラントの表面の少なくとも一部を金属または合金酸化膜へと変換する工程、および
    その酸化膜の少なくとも一部をリン酸カルシウム含有材料と反応させることによって、インプラントの表面の少なくとも一部を複合酸化膜へと変換する工程を含む方法。
20. インプラントの表面を少なくとも部分的に酸化膜へと変換し、かつ／または複合酸化膜をプラズマ電解酸化法によって形成する、請求項１９に記載の方法。
21. 第一段階でインプラントの表面を酸化させ、続いて第二段階でリン酸カルシウム含有材料を用いて該複合体を形成する、請求項１９または２０に記載の方法。
22. 所定の形態、および所定周波数域内の高周波電流パルスを、電解質中の可聴周波数域内の音響振動発生と組み合わせ、すなわち、電流パルスの周波数域と音響振動との重複下で用いる、請求項２１に記載の方法。
23. インプラントの表面の少なくとも一部が抗菌剤としての銀粒子を含む、歯科または整形外科用インプラント。
24. 歯科用または整形外科用インプラントのコーティング剤としてのリン酸三カルシウムの使用。

Images