JP2007151805A - Medical device and surface modification method for medical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、医療用デバイスおよび医療用デバイスの表面改質方法に関する。 The present invention relates to a medical device and a surface modification method for a medical device.
生体内に埋入されて用いられる人工歯根、人工股関節等の医療用デバイスには、生体内において、その周辺の生体組織との優れた親和性と高い結合性が求められる。
医療用デバイスの表面性状は、これらの特性に与える影響が大きいため、従来から、医療用デバイス表面に望ましい形状・特性を付与するための各種表面改質処理方法が提案されてきた。
Medical devices such as artificial tooth roots and hip joints that are used by being implanted in a living body are required to have excellent affinity and high binding properties with surrounding living tissues in the living body.
Since the surface properties of medical devices have a great influence on these properties, various surface modification treatment methods for imparting desirable shapes and properties to the surfaces of medical devices have been proposed.
例えば特許文献1には、無数の微細な空隙があり、かつこの空隙を表面に連通させる多孔質状態に金属粉末を焼結し、医療用デバイスそのものを多孔質金属体により構成し、該医療用デバイス表面を多孔質金属粉末からなる性状とする医療用デバイスが提案されている。また、特許文献2には、医療用デバイス本体表面に、金属製の球状粒子どうしが焼結により結合してなる多孔層を付着する表面改質処理方法が提案されている。
また、予め形成した生体組織との高い結合性を有する医療用デバイス表面改質用部材を医療用デバイス本体表面に接合し、医療用デバイス本来の特性を損なわず、かつ周辺の生体組織との高い結合性を両立する表面改質処理方法も各種検討されている。このような医療用デバイス表面改質用部材としては、特許文献3〜8に示されるようなものがある。
In addition, a medical device surface modification member having a high binding property with a pre-formed biological tissue is bonded to the surface of the medical device main body, and does not impair the original characteristics of the medical device and is high with the surrounding biological tissue. Various surface modification methods that achieve both binding properties have been studied. Such medical device surface modifying members include those shown in Patent Documents 3 to 8.
しかしながら、本発明者らの検討によると、医療用デバイス表面を直接改質する方法では、医療用デバイスと周辺の生体組織との間で充分に高い結合性を得ることは困難である。また、従来提案されてきた医療用デバイス表面改質用部材を医療用デバイス本体に接合する方法を用いた場合でも、医療用デバイスと周辺の生体組織との結合性と、医療用デバイス本体と該表面改質用部材との間での接合強度を同時に満足できるには至っていない。
生体組織との高い結合性を得るためには、医療用デバイスの埋入部周辺の生体組織を形成する細胞が、該表面改質用部材へ侵入しやすいように、該表面改質用部材を充分な空隙体積を有する(高空隙率の)多孔体とする必要がある。
一方、医療用デバイス本体との高い接合強度を得るためには、該表面改質用部材と医療用デバイス本体との接合面で充分な接合面積を確保することが重要である。
However, according to studies by the present inventors, it is difficult to obtain sufficiently high connectivity between the medical device and the surrounding biological tissue by the method of directly modifying the medical device surface. Further, even when a conventionally proposed method for joining a medical device surface modifying member to a medical device body is used, the connectivity between the medical device and the surrounding biological tissue, the medical device body, and the The joint strength with the surface modifying member cannot be satisfied at the same time.
In order to obtain a high binding property with the biological tissue, the surface modifying member should be sufficiently disposed so that cells forming the biological tissue around the implantation portion of the medical device can easily enter the surface modifying member. It is necessary to make a porous body having a high void volume (high porosity).
On the other hand, in order to obtain a high bonding strength with the medical device body, it is important to ensure a sufficient bonding area on the bonding surface between the surface modifying member and the medical device body.
したがって、特許文献1〜2に記載された金属粉末等の材料を焼結する方法では、焼結により形成される金属製の多孔体の孔径および空隙率の制御が困難であり、その結果、多孔体への細胞の侵入性が低く、医療用デバイスと生体組織との結合性が不充分である。
また、特許文献3〜8に記載された方法では、生体組織との結合性を向上するために金属製多孔体の空隙率を高くすると、金属製多孔体と医療用デバイス本体との接合強度が低下してしまうため、両方の要求を充分に満足することができない。
Therefore, in the method of sintering a material such as metal powder described in
In addition, in the methods described in Patent Documents 3 to 8, when the porosity of the metal porous body is increased in order to improve the bondability with living tissue, the bonding strength between the metal porous body and the medical device body is increased. Both of these requirements cannot be fully satisfied because of the decrease.
また、医療用デバイス本体は、製品規格や個人差等に合わせて様々な形状のものが存在する。そのため、これら様々な表面形状の医療用デバイス本体に対応するため、医療用デバイス表面改質用部材自体が変形性に富んでいること、また、該表面改質用部材を医療用デバイス本体に必要十分な強度で接合する方法が必要である。 In addition, there are various types of medical device bodies according to product standards, individual differences, and the like. Therefore, the medical device surface modification member itself is highly deformable in order to accommodate these various surface shape medical device bodies, and the surface modification member is required for the medical device body. A method of joining with sufficient strength is required.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、生体組織との優れた結合性を有する医療用デバイス表面改質用部材である金属性多孔質薄板が多層化された金属製多孔体を、高い接合強度でもって医療用デバイス本体の表面に接合することができることにより、生体組織との結合性に優れた医療用デバイスを提供することを目的とする。また、前記金属製多孔体を、様々な表面形状を有する医療用デバイス本体の表面に容易に接合することができる医療用デバイスの表面改質方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a metal porous body in which a metallic porous thin plate, which is a medical device surface modifying member having excellent binding properties to living tissue, is multilayered. An object of the present invention is to provide a medical device that is excellent in binding property to a living tissue because it can be bonded to the surface of the medical device body with high bonding strength. It is another object of the present invention to provide a surface modification method for a medical device that can easily join the metal porous body to the surface of a medical device body having various surface shapes.
本発明者らは、鋭意検討の結果、特定の金属製多孔体を医療用デバイス本体表面に接合することにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第一の態様は、金属製多孔体が医療用デバイス本体表面の少なくとも一部に接合された医療用デバイスであって、前記金属製多孔体は多層化されたものであることを特徴とする医療用デバイスである。
また、本発明においては、前記金属製多孔体は、金属粉を含有するスラリーをシート状に成形し、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより製造される金属製多孔質薄板が多層化されたものであることが好ましい。さらに、前記金属製多孔質薄板は、金属粉と発泡剤を含有するスラリーをシート状に成形し、発泡プロセスを経た後、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより製造される金属製多孔質薄板を含むことが好ましい。
また、本発明においては、前記金属製多孔質薄板の空隙率は40〜97%であることが好ましい。さらに、医療用デバイス本体と接合する金属製多孔質薄板の空隙率が、生体組織と接触する金属製多孔質薄板の空隙率より低いことが好ましい。
また、本発明においては、前記金属粉の金属は、純チタン、チタン合金、ステンレス鋼、コバルトクロム合金、タンタル、ニオブおよびこれらの合金から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。さらに、前記金属粉の金属は、医療用デバイス本体と同種の金属であることが好ましい。
また、本発明においては、前記金属製多孔質薄板の金属粉の焼結体からなる骨格表面は、生体親和性を有する無機化合物により被覆されていてもよい。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problem can be solved by joining a specific metal porous body to the surface of a medical device body, and have completed the present invention.
That is, the first aspect of the present invention is a medical device in which a metal porous body is bonded to at least a part of the surface of the medical device main body, and the metal porous body is multilayered. It is a medical device characterized by.
Further, in the present invention, the metal porous body is formed of a metal porous thin plate produced by forming a slurry containing metal powder into a sheet shape, degreasing and sintering the dried formed body. It is preferable that Further, the metal porous thin plate is made of a metal manufactured by forming a slurry containing metal powder and a foaming agent into a sheet shape, passing through a foaming process, and then degreasing and sintering the dried molded body. It is preferable to include a porous thin plate.
In the present invention, the porosity of the metal porous thin plate is preferably 40 to 97%. Furthermore, it is preferable that the porosity of the metal porous thin plate joined to the medical device body is lower than the porosity of the metal porous thin plate in contact with the living tissue.
In the present invention, the metal of the metal powder preferably contains at least one selected from pure titanium, titanium alloy, stainless steel, cobalt chromium alloy, tantalum, niobium, and alloys thereof. Further, the metal of the metal powder is preferably the same type of metal as the medical device body.
Moreover, in this invention, the frame | skeleton surface which consists of a sintered compact of the metal powder of the said metal porous thin plate may be coat | covered with the inorganic compound which has biocompatibility.
本発明の第二の態様は、金属粉を含有するスラリーをシート状に成形し、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより金属製多孔質薄板を製造しておき、該金属製多孔質薄板を多層化することにより金属製多孔体を製造し、該金属製多孔体を、医療用デバイス本体の少なくとも一部の表面形状に沿わせるように変形させて接合することを特徴とする医療用デバイスの表面改質方法である。さらに、前記金属製多孔質薄板は、金属粉と発泡剤を含有するスラリーをシート状に成形し、発泡プロセスを経た後、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより製造される金属製多孔質薄板を含むことが好ましい。
また、本発明においては、前記スラリーをドクターブレード法によりシート状に成形することが好ましい。
また、本発明においては、前記接合は拡散接合であることが好ましい。
In the second aspect of the present invention, a metal porous thin plate is produced by molding a slurry containing metal powder into a sheet, and degreasing and sintering the dried molded body. A metal porous body is produced by multilayering a thin plate, and the metal porous body is deformed and joined so as to conform to the surface shape of at least a part of the medical device body. This is a method for surface modification of a device. Further, the metal porous thin plate is made of a metal manufactured by forming a slurry containing metal powder and a foaming agent into a sheet shape, passing through a foaming process, and then degreasing and sintering the dried molded body. It is preferable to include a porous thin plate.
Moreover, in this invention, it is preferable to shape | mold the said slurry in a sheet form with a doctor blade method.
In the present invention, the bonding is preferably diffusion bonding.
なお、本特許請求の範囲および明細書において、「医療用デバイス」とは、医療用デバイス本体と、医療用デバイス表面改質用部材である金属製多孔質薄板が多層化された金属製多孔体から構成され、医療用デバイス本体表面の少なくとも一部に金属製多孔体が接合されたものをいい、例えば人工歯根や人工股関節等の人体の骨または関節などの硬組織と接合する部位を有する骨補綴部材等、広く体内に埋入されて用いられる人工補綴部材を包含する。
「医療用デバイスの表面改質」とは、医療用デバイス本体表面の特性が、金属製多孔体が接合されることにより変化することをいう。
In the claims and specification, the term “medical device” refers to a metallic porous body in which a medical device main body and a metallic porous thin plate that is a medical device surface modifying member are multilayered. A bone having a portion to be joined to a hard tissue such as a bone of a human body such as an artificial tooth root or a hip joint, or a joint, for example. It includes artificial prosthetic members that are widely used in the body, such as prosthetic members.
“Surface modification of medical device” means that the characteristics of the surface of the medical device main body change when the metallic porous body is bonded.
本発明によれば、生体組織との優れた結合性を有する医療用デバイス表面改質用部材である金属性多孔質薄板が多層化された金属製多孔体を、高い接合強度でもって医療用デバイス本体の表面に接合することができることにより、生体組織との結合性に優れた医療用デバイスを提供することができる。また、前記金属製多孔体を、様々な表面形状を有する医療用デバイス本体の表面に容易に接合することができる医療用デバイスの表面改質方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the metallic porous body by which the metallic porous thin plate which is a member for medical device surface modification | reformation which has the outstanding bond property with a biological tissue was multilayered was made into a medical device with high joint strength. By being able to be joined to the surface of the main body, a medical device having excellent binding properties with a living tissue can be provided. Moreover, the surface modification method of the medical device which can join the said metal porous body easily to the surface of the medical device main body which has various surface shapes can be provided.
≪医療用デバイス≫
本発明の医療用デバイスは、金属製多孔体が医療用デバイス本体表面の少なくとも一部に接合された医療用デバイスであって、前記金属製多孔体は多層化されたものである。
好ましくは、前記金属製多孔体は、金属粉を含有するスラリーをシート状に成形し、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより製造される金属製多孔質薄板が多層化されたものである。さらに好ましくは、前記金属製多孔質薄板は、金属粉と発泡剤を含有するスラリーをシート状に成形し、発泡プロセスを経た後、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより製造される金属製多孔質薄板を含むものである。
≪Medical device≫
The medical device of the present invention is a medical device in which a metal porous body is bonded to at least a part of the surface of the medical device main body, and the metal porous body is multilayered.
Preferably, the metal porous body is a multilayered metal porous thin plate produced by forming a slurry containing metal powder into a sheet, and degreasing and sintering the dried formed body. It is. More preferably, the metal porous thin plate is produced by forming a slurry containing metal powder and a foaming agent into a sheet, passing through a foaming process, and then degreasing and sintering the dried formed body. It includes a metal porous thin plate.
(金属製多孔体)
本発明における金属製多孔体は多層化されたものである。
層をなすものとしては、本発明の効果が得られるものであれば特に制限されるものではなく、中でもシート状に成形されたものが好ましく、金属製多孔質薄板がより好ましい。
該金属製多孔質薄板としては、医療用デバイス本体との接合性が向上することから、金属粉を含有するスラリーをシート状に成形し、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより製造されるものが好ましく、さらに、生体組織との結合性が向上することから、金属粉と発泡剤を含有するスラリーをシート状に成形し、発泡プロセスを経た後、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより製造される金属製多孔質薄板を含むものがより好ましい。
以下、本発明において好適に用いられる金属製多孔質薄板について説明する。
(Metal porous body)
The metal porous body in the present invention is multi-layered.
The layer is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be obtained. Among them, a sheet-shaped one is preferable, and a metal porous thin plate is more preferable.
The metal porous thin plate is manufactured by forming a slurry containing metal powder into a sheet shape, and degreasing and sintering the dried molded body, since the bondability with the medical device body is improved. In addition, since the binding property to living tissue is improved, a slurry containing metal powder and a foaming agent is formed into a sheet, and after the foaming process, the dried molded body is degreased, What contains the metal porous thin plate manufactured by sintering is more preferable.
Hereinafter, the metal porous thin plate suitably used in the present invention will be described.
本発明における金属製多孔質薄板は、金属粉を含有するスラリーを成形、加工することにより製造される。
スラリー(以下、スラリーSということがある。)は、少なくとも金属粉を含有し、好ましくは発泡剤、水溶性樹脂バインダーおよび水を含有し、必要に応じて可塑剤や有機溶媒などのその他の成分を含有する。
The metal porous thin plate in the present invention is produced by molding and processing a slurry containing metal powder.
The slurry (hereinafter also referred to as slurry S) contains at least a metal powder, preferably contains a foaming agent, a water-soluble resin binder, and water, and other components such as a plasticizer and an organic solvent as necessary. Containing.
製造される金属製多孔質薄板は3次元網目状セル構造を有し、金属粉はその骨格を構成する。
金属粉としては、生体為害性のない金属やその酸化物等の粉末が好ましく用いられる。
金属粉の金属としては、中でも純チタン、チタン合金、ステンレス鋼、コバルトクロム合金、タンタル、ニオブおよびこれらの合金から選択される少なくとも一種が好ましく、純チタン、ステンレス鋼がより好ましい。これら金属は、後述するガルバニック腐食の点から、1種を単独で用いることが特に好ましい。
金属粉はスラリーSの主原料であり、その含有量は、スラリーS中、30〜80質量%であることが好ましい。より好ましくは、後述する金属製多孔質薄板を製造する工程において、発泡プロセスが無い場合は50〜80質量%であり、発泡プロセスが有る場合は40〜70質量%である。該範囲であれば、金属製多孔質薄板の最終形状(開孔径、空隙率、厚み等)の制御が容易であり、また金属の種類やスラリーS中の他の成分(発泡剤など)とのバランスをとることができる。
金属粉の平均粒径は、0.5〜50μmが好ましい。該範囲であることにより、金属製多孔質薄板において所望とする空隙率や平均孔径が得られやすくなる。なお、金属粉の平均粒径は、レーザー回折法等により測定することができる。
The metal porous thin plate to be produced has a three-dimensional network cell structure, and the metal powder constitutes its skeleton.
As the metal powder, powders such as metals that are not harmful to living organisms and oxides thereof are preferably used.
As the metal of the metal powder, at least one selected from pure titanium, titanium alloy, stainless steel, cobalt chromium alloy, tantalum, niobium and alloys thereof is preferable, and pure titanium and stainless steel are more preferable. These metals are particularly preferably used alone from the viewpoint of galvanic corrosion described later.
The metal powder is a main raw material of the slurry S, and the content thereof is preferably 30 to 80% by mass in the slurry S. More preferably, in the step of producing a metal porous thin plate to be described later, the amount is 50 to 80% by mass when there is no foaming process, and 40 to 70% by mass when there is a foaming process. Within this range, it is easy to control the final shape (opening diameter, porosity, thickness, etc.) of the metal porous thin plate, and the metal type and other components in the slurry S (foaming agent, etc.) Balance can be taken.
The average particle size of the metal powder is preferably 0.5 to 50 μm. By being in this range, the desired porosity and average pore diameter of the metal porous thin plate can be easily obtained. The average particle size of the metal powder can be measured by a laser diffraction method or the like.
また、金属粉の金属は、医療用デバイス本体と同種の金属であることが好ましい。これにより、金属製多孔質薄板と医療用デバイス本体との接合強度がより高くなる。さらに、生体内で異なる金属同士が接した場合に問題となるガルバニック腐食(金属イオン溶出)が抑制され、耐食性が向上する。メッキ法等により製造された従来の金属製多孔質体の場合、ガルバニック腐食や、生体内における異物反応(炎症反応、免疫反応等)により、常に金属製多孔質体表面層の破壊の恐れがあるものと考えられる。本発明においては、容易に、金属製多孔質薄板と医療用デバイス本体の材料を同種の金属とすることが可能であり、前記のような恐れがなくなる。具体例としては、SUS316L製の医療用デバイス本体に対してはSUS316L製多孔質薄板、純チタン製の医療用デバイス本体に対しては純チタン製多孔質薄板、Ti−6Al−4V製の医療用デバイス本体に対してはTi−6Al−4V製多孔質薄板が挙げられる。 Moreover, it is preferable that the metal of a metal powder is the same kind of metal as a medical device main body. Thereby, the joining strength of a metal porous thin plate and a medical device main body becomes higher. Furthermore, galvanic corrosion (metal ion elution), which becomes a problem when different metals come into contact with each other in the living body, is suppressed, and the corrosion resistance is improved. In the case of a conventional metal porous body manufactured by plating or the like, there is a risk of always destroying the surface layer of the metal porous body due to galvanic corrosion or foreign body reaction (inflammatory reaction, immune reaction, etc.) It is considered a thing. In the present invention, the metal porous thin plate and the medical device main body can be made of the same kind of metal, and the above-described fears are eliminated. As a specific example, for a medical device body made of SUS316L, a porous thin plate made of SUS316L, for a medical device body made of pure titanium, a porous thin plate made of pure titanium, for medical use made of Ti-6Al-4V For the device body, a Ti-6Al-4V porous thin plate may be mentioned.
前記スラリーSは、発泡剤を含有することが好ましい。発泡剤を含有することにより、空隙率の高い金属製多孔質薄板が得られやすくなる。
発泡剤としては、例えば界面活性剤、揮発性有機溶剤等が挙げられる。中でも、炭素数5〜8の非水溶性炭化水素系有機溶剤が好ましく、ネオペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンがより好ましい。これら発泡剤は、1種を単独で用いてもよく、または2種以上を併用してもよい。
The slurry S preferably contains a foaming agent. By containing a foaming agent, a metal porous thin plate having a high porosity is easily obtained.
Examples of the foaming agent include surfactants and volatile organic solvents. Among these, a water-insoluble hydrocarbon organic solvent having 5 to 8 carbon atoms is preferable, and neopentane, hexane, heptane, and cyclohexane are more preferable. These foaming agents may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
また、前記スラリーSは、水溶性樹脂バインダーを含有することが好ましい。水溶性樹脂バインダーを含有することにより、金属製多孔質薄板の骨格がより良好に形成される。
水溶性樹脂バインダーとしては、例えばメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール等が好ましく用いられる。これら水溶性樹脂バインダーは、1種を単独で用いてもよく、または2種以上を併用してもよい。
また、前記スラリーSは、水を含有することも好ましい。
その他の成分としては、必要に応じて、例えばグリセリン、エチレングリコール、ポリエチレングリコール等の可塑剤;メタノール、エタノール、イソプロパノール等の有機溶媒等を用いることができる。
なお、前記スラリーS(ペースト)に発泡剤を含有しない場合、空隙率や平均孔径の調整用に、粒度別に調製された市販のアクリルやポリエチレン、ポリスチレン等のプラスチック製ビーズ等を用いてもよい。
The slurry S preferably contains a water-soluble resin binder. By containing the water-soluble resin binder, the skeleton of the metal porous thin plate is formed better.
As the water-soluble resin binder, for example, methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol and the like are preferably used. These water-soluble resin binders may be used alone or in combination of two or more.
The slurry S preferably contains water.
As other components, for example, plasticizers such as glycerin, ethylene glycol, and polyethylene glycol; organic solvents such as methanol, ethanol, and isopropanol can be used as necessary.
In the case where the slurry S (paste) does not contain a foaming agent, commercially available acrylic beads such as acrylic, polyethylene, and polystyrene prepared for each particle size may be used for adjusting the porosity and average pore diameter.
図1に、本発明における金属製多孔質薄板の一実施形態例を示す。図1(a)は、その拡大平面図であり、図1(b)は、発泡プロセスが有る(前記スラリーS中に発泡剤を含有する)場合に製造される金属製多孔質薄板の側面を示す概念図である。
図1に示す金属製多孔質薄板は、シート状であるとともに、図1(a)に示すように、その内部に無数の気孔25aが、該金属製多孔質薄板21の表裏面および側面に開口した状態で形成されている。
すなわち、金属製多孔質薄板は、同一の気孔25aが金属製多孔質薄板21の表裏面に開口するとともに、3次元網目状の構造を有している。
また、金属製多孔質薄板21の表裏面は、図1(b)に示すように、発泡プロセスにより、3次元的に膨らんだ発泡孔が形成された面(表面)23と、後述するキャリアシート12との接面であった裏面24からなっている。
金属製多孔質薄板21の厚さは、150〜2000μmであることが好ましい。
なお、この金属製多孔質薄板21においては、用いる原料金属を上記のように適宜選択することができる。また、金属粉の平均粒径やペースト配合を調整したり、発泡プロセスを制御等することにより、金属製多孔質薄板21の平均孔径、空隙率等の制御が可能である。さらに、金属製多孔質薄板21の厚みや空隙率、表面の平坦度を、所定の目標に正確に制御する目的から、焼結後の金属製多孔質薄板21に対して圧延やプレス加工等を行うことが望ましい。
FIG. 1 shows an embodiment of a metal porous thin plate according to the present invention. FIG. 1 (a) is an enlarged plan view, and FIG. 1 (b) is a side view of a metal porous thin plate produced when there is a foaming process (containing a foaming agent in the slurry S). FIG.
The metal porous thin plate shown in FIG. 1 is in the form of a sheet, and as shown in FIG. 1A,
That is, the metal porous thin plate has a three-dimensional mesh-like structure while the
Further, as shown in FIG. 1B, the front and back surfaces of the metal porous
The thickness of the metallic porous
In the metal porous
本発明における金属製多孔質薄板の平均孔径は、20〜800μmであることが好ましく、100〜600μmであることがより好ましい。該範囲の下限値以上であることにより、生体組織の侵入、増殖に適したサイズとなり、細胞の侵入率および増殖率が向上する。一方、該範囲の上限値以下であることにより、細胞が増殖する場となる骨格同士の位置関係(間隔)がより良好なものとなり、細胞の侵入率および増殖率が向上する。
なお、金属製多孔質薄板の平均孔径は、光学顕微鏡や電子顕微鏡による直接観察や、バブルポイント法、水銀ポロシメーター法等により測定される。
The average pore diameter of the metal porous thin plate in the present invention is preferably 20 to 800 μm, and more preferably 100 to 600 μm. By being equal to or more than the lower limit of the range, the size becomes suitable for invasion and proliferation of living tissue, and the invasion rate and proliferation rate of cells are improved. On the other hand, by being below the upper limit of the range, the positional relationship (interval) between the skeletons where cells grow is improved, and the cell penetration rate and the growth rate are improved.
The average pore diameter of the metal porous thin plate is measured by direct observation with an optical microscope or an electron microscope, a bubble point method, a mercury porosimeter method, or the like.
本発明における金属製多孔質薄板の比表面積は、0.01〜0.5m2/gであることが好ましく、0.02〜0.2m2/gであることがより好ましい。比表面積については、比表面積が大きいほど細胞の着床・増殖可能な表面積が増加する。ただし、0.5m2/gより大きくなると、細胞の着床・増殖にとって有効ではなくなる。
なお、金属製多孔質薄板の比表面積は、クリプトンガスや窒素ガスなどを用いた気体吸脱着法(BET法)等により測定される。
The specific surface area of the metallic porous thin plate in the present invention is preferably from 0.01 to 0.5M 2 / g, more preferably 0.02~0.2m 2 / g. As for the specific surface area, the larger the specific surface area, the larger the surface area on which cells can be implanted and proliferated. However, if it is larger than 0.5 m 2 / g, it becomes ineffective for cell implantation and proliferation.
The specific surface area of the metal porous thin plate is measured by a gas adsorption / desorption method (BET method) using krypton gas or nitrogen gas.
また、本発明における金属製多孔質薄板の空隙率は、40〜97%であることが好ましく、50〜95%であることがより好ましい。空隙率が40%より小さいと、多孔質構造の空孔部分の体積が少なくなり、生体組織からの細胞の侵入や増殖率が低下する。一方、97%より大きくなることにより、金属製多孔質薄板の骨格部分が少なくなり、金属製多孔質薄板の強度や、金属製多孔質薄板と医療用デバイス本体との接合強度が不足する。
ここで、本明細書および特許請求の範囲において「空隙率」とは、金属製多孔質薄板全体(単層)の容積に対して気孔(図1(a)に示す符号25aに相当する。)が占める割合を意味する。
なお、金属製多孔質薄板の空隙率は、目付重量(g/cm2)と薄板の厚み、構成材料の理論比重から算出される。
Further, the porosity of the metal porous thin plate in the present invention is preferably 40 to 97%, and more preferably 50 to 95%. When the porosity is less than 40%, the volume of the pore portion of the porous structure is reduced, and the invasion and proliferation rate of cells from the living tissue is reduced. On the other hand, when it exceeds 97%, the skeleton portion of the metallic porous thin plate is reduced, and the strength of the metallic porous thin plate and the bonding strength between the metallic porous thin plate and the medical device body are insufficient.
Here, in the present specification and claims, “porosity” refers to pores with respect to the volume of the entire metal porous thin plate (single layer) (corresponding to reference numeral 25a shown in FIG. 1A). Means the proportion of
The porosity of the metal porous thin plate is calculated from the weight per unit area (g / cm 2 ), the thickness of the thin plate, and the theoretical specific gravity of the constituent materials.
一般に、金属製焼結体においては、空隙率が小さいほど金属部分が増加するため強度が向上し、また、他の金属と接合する場合の接合強度も向上し、一方、空隙率が高いほど強度が低下し、他の金属と接合する場合の接合強度も低下する。
スラリー成形法を経ない一般的な金属粉末成形体の場合、空隙率が50%以上では、隣接する金属粉末同士の接合強度が弱く、70%以上になると自立した成形体として存在するのは困難である。
これに対して本発明に用いられる金属製多孔質薄板は、上記のように空隙率が高いが、高い強度を有するものである。これは、図1に示すように、金属製多孔質薄板が、金属粉同士が気孔25aの表面に連続的に焼結されることにより、中実構造の金属製の骨格が形成されるためであると考えられる。さらに、このことにより、本金属製多孔質薄板は、高い強度とともに良好な変形性も兼ね備える。これにより、本金属製多孔質薄板は、医療用デバイス本体の表面形状に沿うように変形させやすく、医療用デバイス本体との密着性が高まることにより、強固に接合することができる。また、本金属製多孔質薄板が接合された医療用デバイスが体内に埋入された後、医療用デバイスが荷重を受けて変形する際、それに合わせて金属製多孔質薄板も容易に変形することができるため、医療用デバイス本体からの金属製多孔質薄板の剥離等を防ぐ効果をもたらす。これら効果は、該金属製多孔質薄板を多層化した際にも同様に得られるものである。
Generally, in a metal sintered body, the smaller the porosity, the more the metal part increases, so the strength improves. Also, the joint strength when joining with other metals also improves, while the higher the porosity, the stronger the strength. Decreases, and the bonding strength in the case of bonding with other metals also decreases.
In the case of a general metal powder molded body that does not go through a slurry molding method, when the porosity is 50% or more, the bonding strength between adjacent metal powders is weak, and when it is 70% or more, it is difficult to exist as a self-supported molded body. It is.
In contrast, the metal porous thin plate used in the present invention has a high porosity as described above, but has a high strength. This is because, as shown in FIG. 1, the metal porous thin plate is formed by solidly sintering metal powders on the surface of the
本発明における金属製多孔体は多層化されたものであり、例えば、シート状に成形された金属製焼結体、発泡プロセスが有る(前記スラリーS中に発泡剤を含有する)場合に製造される金属製多孔質薄板、発泡プロセスが無い(前記スラリーS中に発泡剤を含有しない)場合に製造される金属製多孔質薄板等を適宜、組み合わせて多層化することにより、金属製多孔体が得られる。中でも、発泡プロセスが有る(前記スラリーS中に発泡剤を含有する)場合に製造される金属製多孔質薄板を含むものが好ましく、具体的には、発泡プロセスが有る(前記スラリーS中に発泡剤を含有する)場合に製造される金属製多孔質薄板が多層化されたもの、発泡プロセスが無い場合に製造される金属製多孔質薄板と発泡プロセスが有る場合に製造される金属製多孔質薄板とが多層化されたものが好適なものとして挙げられる。さらに好ましくは、空隙率が異なる複数の金属製多孔質薄板が多層化されたものである。金属製多孔体は多層化されたものであることにより、金属製多孔体における医療用デバイス本体側と生体組織側の面の特性(空隙率など)をより容易に制御することができる。
このとき、金属製多孔体において、医療用デバイス本体と接合する金属製多孔質薄板の空隙率が、生体組織と接触する金属製多孔質薄板の空隙率より低いことが好ましい。
医療用デバイス本体との接合面は、金属製多孔体と医療用デバイス本体との接合強度を高めるため、空隙率の低い金属製多孔質薄板を用いることが好ましく、一方、生体組織との接触面は、生体組織からの細胞の侵入や生体組織構造を制御するために空隙率は高い方が好ましい。したがって、多層化の際に金属製多孔体の空隙率を上記のように制御することにより、生体組織からの細胞の侵入性、あるいは金属製多孔体周囲に形成される生体組織の構造の制御性(医療用デバイスと生体組織との結合性)に優れ、かつ金属製多孔体と医療用デバイス本体とが強固に接合し、該金属製多孔体が剥離しにくい医療用デバイスの表面改質用部材を得ることができる。
The metal porous body in the present invention is multi-layered, and is produced, for example, when a metal sintered body formed into a sheet shape and a foaming process are present (the slurry S contains a foaming agent). The metal porous thin plate is formed by appropriately combining the metal porous thin plates produced when there is no foaming process (the slurry S does not contain a foaming agent) and the like. can get. Among them, those including a metal porous thin plate produced when there is a foaming process (containing a foaming agent in the slurry S) are preferable. Specifically, there is a foaming process (foaming in the slurry S). Metal porous thin plate produced in the case of containing an agent), metal porous thin plate produced in the absence of a foaming process, and metal porous produced in the presence of a foaming process A preferable example is a multilayered thin plate. More preferably, a plurality of metal porous thin plates having different porosity are multilayered. Since the metal porous body is multi-layered, it is possible to more easily control the characteristics (such as the porosity) of the surfaces of the metal porous body on the medical device main body side and the living tissue side.
In this case, in the metal porous body, the porosity of the metal porous thin plate joined to the medical device body is preferably lower than the porosity of the metal porous thin plate in contact with the living tissue.
In order to increase the bonding strength between the metal porous body and the medical device body, the bonding surface with the medical device body is preferably a metal porous thin plate with a low porosity, while the contact surface with the living tissue. It is preferable that the porosity is high in order to control the invasion of cells from the living tissue and the living tissue structure. Therefore, by controlling the porosity of the metal porous body as described above during multi-layering, the cell penetration from the biological tissue or the controllability of the structure of the biological tissue formed around the metal porous body A member for surface modification of a medical device that is excellent in (bondability between a medical device and a biological tissue), and that the metal porous body and the medical device main body are firmly bonded and the metal porous body is difficult to peel off. Can be obtained.
図2に、金属製多孔質薄板が多層化された金属製多孔体の一実施形態例を示す。
図2では、医療用デバイス本体31表面に、空隙率が異なる金属製多孔質薄板21a、21b、21cの三層からなる金属製多孔体32が接合されている。
また、図2において、金属製多孔質薄板21a、21b、21cは、医療用デバイス本体31側から生体組織側へと厚さ方向、すなわち、金属製多孔質薄板21c、金属製多孔質薄板21b、金属製多孔質薄板21aの順に空隙率が大きくなっている。
FIG. 2 shows an embodiment of a metal porous body in which metal porous thin plates are multilayered.
In FIG. 2, a metallic
2, the metal porous thin plates 21a, 21b, and 21c are in the thickness direction from the medical device
前記金属製多孔体においては、医療用デバイス本体と接合する金属製多孔質薄板の平均孔径は20〜150μmであることが好ましく、生体組織と接触する金属製多孔質薄板の平均孔径は100〜600μmであることが好ましい。
また、医療用デバイス本体と接合する金属製多孔質薄板の空隙率は50〜85%であることが好ましく、生体組織と接触する金属製多孔質薄板の空隙率は80〜95%であることが好ましい。
なお、「生体組織との接触面」とは、金属製多孔質薄板の生体組織側の最表面をいう。
In the metal porous body, the average pore diameter of the metal porous thin plate joined to the medical device body is preferably 20 to 150 μm, and the average pore diameter of the metal porous thin plate in contact with the living tissue is 100 to 600 μm. It is preferable that
Moreover, it is preferable that the porosity of the metal porous thin plate joined to a medical device main body is 50 to 85%, and the porosity of the metal porous thin plate in contact with a living tissue is 80 to 95%. preferable.
The “contact surface with living tissue” refers to the outermost surface of the metallic porous thin plate on the living tissue side.
また、前記金属製多孔質薄板の金属粉の焼結体からなる骨格表面は、生体親和性を有する無機化合物により被覆されていてもよい。
これにより、金属製多孔質薄板、および該金属製多孔質薄板が多層化された金属製多孔体の生体組織に対する親和性が高まり、生体組織からの細胞の侵入率および増殖率が向上する。
生体親和性を有する無機化合物としては、酸化チタン等の金属酸化物、リン酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト等が挙げられる。これら生体親和性を有する無機化合物は、1種を単独で用いてもよく、または2種以上を併用してもよい。
被覆方法は、生体親和性を有する無機化合物の粉末含有スラリーの塗布、溶射等の物理的な被覆方法、もしくは水溶液からの析出方法、化学蒸着(CVD)法等の化学反応を伴う方法など、適宜選択することが可能である。
該無機化合物による被覆処理は、前記金属製多孔体を医療用デバイス本体の表面に接合する前に行ってもよく、接合後に行ってもよい。なお、該無機化合物を、金属製多孔質薄板の金属粉の焼結体からなる骨格表面に被覆する際に焼成を要することがあり(化学析出法などの場合)、このとき、該無機化合物の焼成温度が接合温度よりも低く、焼成後、加熱により、生体組織に対する親和性向上の機能が損なわれることが懸念される場合などは、該被覆処理を接合後に行うことが好ましい。
また、本発明においては、生体親和性を有する無機化合物により、金属製多孔質薄板の骨格表面を全面的に被覆してもよく、部分的に被覆してもよい。
The skeleton surface made of a sintered metal powder of the metal porous thin plate may be coated with an inorganic compound having biocompatibility.
Thereby, the affinity with respect to the biological tissue of the metallic porous thin plate and the metallic porous body obtained by multilayering the metallic porous thin plate is increased, and the invasion rate and the proliferation rate of cells from the biological tissue are improved.
Examples of the inorganic compound having biocompatibility include metal oxides such as titanium oxide, calcium phosphate, and hydroxyapatite. These inorganic compounds having biocompatibility may be used alone or in combination of two or more.
As a coating method, a physical coating method such as coating of a slurry containing a biocompatible inorganic compound powder or thermal spraying, a deposition method from an aqueous solution, a method involving a chemical reaction such as a chemical vapor deposition (CVD) method, etc. It is possible to select.
The coating treatment with the inorganic compound may be performed before or after the metal porous body is bonded to the surface of the medical device body. Note that firing may be required when the inorganic compound is coated on the surface of the skeleton made of a sintered metal powder of a metal porous thin plate (in the case of a chemical precipitation method). In the case where the firing temperature is lower than the joining temperature and there is a concern that the function of improving the affinity to living tissue may be impaired by heating after firing, the coating treatment is preferably performed after joining.
In the present invention, the skeleton surface of the metal porous thin plate may be entirely covered or partially covered with a biocompatible inorganic compound.
また、前記金属製多孔体、または該金属製多孔体を構成する金属製多孔質薄板の一部は、その孔径を制御して孔内に薬剤を包含し、必要に応じて孔表面にポリ乳酸等の生分解性ポリマーを被覆することもできる。これにより、体内に埋入後、医療用デバイス表面から薬剤が徐放することにより、疾病の治療や医療用デバイス周辺の生体組織の修復を促進することができる。さらに、薬剤に限らず、あらかじめ体外で播種・培養した細胞を前記金属製多孔体、または該金属製多孔体を構成する金属製多孔質薄板の一部に包含させることにより、体内埋入後に医療用デバイス周辺の生体組織再生や疾病治療を促すことも可能である。
なお、本発明における金属製多孔体を構成するものは、上述の金属製多孔質薄板が好ましく用いられるが、これに限定されず、従来公知の医療用デバイス表面改質用部材も用いることができる。
In addition, the metal porous body or a part of the metal porous thin plate constituting the metal porous body includes a drug in the pores by controlling the pore diameter, and if necessary, polylactic acid on the pore surface A biodegradable polymer such as can also be coated. Thereby, after implanting in the body, the drug is gradually released from the surface of the medical device, whereby the treatment of the disease and the repair of the living tissue around the medical device can be promoted. Furthermore, not only drugs but also cells that have been seeded and cultured outside the body in advance are included in the metal porous body or a part of the metal porous thin plate constituting the metal porous body, thereby allowing medical treatment after implantation in the body. It is also possible to promote the regeneration of living tissue around the medical device and the treatment of diseases.
In addition, as for what comprises the metal porous body in this invention, although the above-mentioned metal porous thin plate is used preferably, it is not limited to this, The conventionally well-known medical device surface modification member can also be used. .
(医療用デバイス本体)
医療用デバイス本体は、生体為害性のない材料、例えばステンレス鋼、コバルトクロム合金、チタン、チタン合金などの金属;セラミック等からなる広く体内に埋入されて用いられる人工補綴部材が挙げられる。
なお、本発明において「医療用デバイス本体」とは、人工補綴部材に、本発明における金属製多孔体が接合されていないものをいい、その他の医療用デバイス表面改質用部材等が設けられたものを包含する。
本発明の医療用デバイスにおいては、前記金属製多孔体が前記医療用デバイス本体表面の少なくとも一部に接合され、目的により医療用デバイス本体表面の一部に接合されてもよく、全面に接合されてもよい。
(Medical device body)
Examples of the medical device main body include artificial prosthetic members made of a material that is not harmful to living organisms, such as metals such as stainless steel, cobalt chromium alloy, titanium, and titanium alloy;
In the present invention, the “medical device body” refers to an artificial prosthetic member to which the metal porous body of the present invention is not joined, and other medical device surface modifying members and the like are provided. Including things.
In the medical device of the present invention, the metallic porous body is bonded to at least a part of the surface of the medical device main body, and may be bonded to a part of the surface of the medical device main body depending on the purpose, or may be bonded to the entire surface. May be.
(製造方法)
本発明の医療用デバイスは、金属製多孔体を構成する、例えばシート状の成形体を製造し、該成形体を適宜、多層化、医療用デバイス本体と接合することにより製造することができる。
以下、上述の本発明において好適に用いられる金属製多孔質薄板を用いた医療用デバイスの製造方法について、金属製多孔体を製造する工程と、金属製多孔体と医療用デバイス本体とを接合する工程に分けて、好適な具体例を示して詳述する。
(Production method)
The medical device of the present invention can be manufactured by manufacturing a sheet-like molded body that constitutes a metal porous body, for example, and appropriately stacking the molded body with a medical device body.
Hereinafter, regarding a method for manufacturing a medical device using a metal porous thin plate suitably used in the present invention described above, a step of manufacturing a metal porous body, and joining the metal porous body and the medical device body The process will be described in detail by showing preferred specific examples.
<金属製多孔体を製造する工程>
本工程では、前記スラリーSをシート状に成形し、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより金属製多孔質薄板を製造しておき、該金属製多孔質薄板を多層化することにより金属製多孔体を製造する。
好ましくは、前記金属製多孔質薄板は、金属粉と発泡剤を含有するスラリーSをシート状に成形し、発泡プロセスを経た後、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより製造される金属製多孔質薄板を含む。
また、好ましくは、前記スラリーSをドクターブレード法によりシート状に成形する。
以下、本工程について、図を参照しながら説明する。
<Process for producing metal porous body>
In this step, the slurry S is formed into a sheet, and the dried compact is degreased and sintered to produce a metal porous thin plate, and the metal porous thin plate is multilayered. A metal porous body is produced.
Preferably, the metal porous thin plate is manufactured by forming a slurry S containing metal powder and a foaming agent into a sheet, passing through a foaming process, and then degreasing and sintering the dried formed body. Including metal porous sheet.
Preferably, the slurry S is formed into a sheet shape by a doctor blade method.
Hereinafter, this process will be described with reference to the drawings.
図3に、金属製多孔質薄板を製造する方法の一例を示す。この図においては、ドクターブレード法が用いられており、また、発泡プロセスを有する例が示されている。
スラリーSは、少なくとも金属粉を含有するスラリーであり、好ましくは発泡剤、水溶性樹脂バインダーおよび水を用い、必要に応じて可塑剤や有機溶媒などのその他の成分を含有する。
そして、このスラリーSを薄くシート状に成形する。この成形方法としては、所望とするシート状に成形可能であれば特に制限されるものではなく、中でもドクターブレード法を用いることが好ましい。例えば、図3に示すグリーンシート製造装置10を用いることにより、前記スラリーSを薄くシート状に成形することができる。
FIG. 3 shows an example of a method for producing a metal porous thin plate. In this figure, the doctor blade method is used and an example with a foaming process is shown.
The slurry S is a slurry containing at least metal powder, and preferably contains a foaming agent, a water-soluble resin binder, and water, and contains other components such as a plasticizer and an organic solvent as necessary.
Then, the slurry S is formed into a thin sheet. The forming method is not particularly limited as long as it can be formed into a desired sheet shape, and it is preferable to use the doctor blade method. For example, the slurry S can be formed into a thin sheet by using the green
グリーンシート製造装置10において、まず、スラリーSが貯蔵されたホッパー11から、キャリアシート12上にスラリーSが供給される。キャリアシート12は、ローラ13によって搬送されており、キャリアシート12上のスラリーSは、移動するキャリアシート12とドクターブレード14との間で延ばされ、所要の厚さに成形される。
キャリアシート12とドクターブレード14との間のギャップは、100〜1500μmとすることが好ましい。
In the green
The gap between the
ここで、多層化された金属製多孔質薄板(金属製多孔体)を得るため、ドクターブレード法による成形を複数回行ってもよい。この方法としては、例えば図4に示すような方法を用いることができる。
図4は、二層の金属製多孔質薄板からなる金属製多孔体を形成する方法の一例を示した図である。
グリーンシート製造装置10において、まず、スラリーSが貯蔵されたホッパー11から、キャリアシート12上にスラリーSが供給され、移動するキャリアシート12とドクターブレード14との間で延ばされ、第一スラリー層S1が成形される。
次に、第一スラリー層S1の上に、配合割合等が異なるスラリーSaがホッパー11aから供給される。そして、ドクターブレード14aにより、所要の厚さの第二スラリー層S2が第一スラリー層S1上に成形される。
なお、三層以上の金属製多孔質薄板を形成する場合は、第二スラリー層S2上に第三スラリー層S3、第三スラリー層S3上に第四スラリー層S4と順に成形して行う。これにより、厚さ方向に空隙率や平均孔径が制御され、両最表面の空隙率や平均孔径が異なる金属製多孔体を製造することができる。
Here, in order to obtain a multilayered metal porous thin plate (metal porous body), molding by the doctor blade method may be performed a plurality of times. As this method, for example, a method as shown in FIG. 4 can be used.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a method for forming a metal porous body composed of two layers of metal porous thin plates.
In the green
Next, on the first slurry layer S1, slurry Sa having a different blending ratio and the like is supplied from the
In the case of forming a metal porous thin plate having three or more layers, the third slurry layer S3 is formed on the second slurry layer S2, and the fourth slurry layer S4 is formed on the third slurry layer S3 in this order. Thereby, the porosity and average pore diameter are controlled in the thickness direction, and the metal porous body from which the porosity and average pore diameter of both outermost surfaces differ can be manufactured.
次いで、成形されたスラリーSは、さらにキャリアシート12によって搬送され、加熱処理が行われる。図3においては、発泡槽15および加熱炉16を順次通過する。
発泡槽15では、湿度80%以上の高湿度雰囲気下で温度条件を制御することにより、発泡剤の働きにより形成される無数の発泡孔の孔径を、スラリーS全体に亘って均一に制御し、金属粉を含有するスラリー成分から構成される3次元網目状の骨格(金属製多孔質薄板の骨格)が形成される。
この際、スラリーSのキャリアシート12との接面(裏面)においては、平坦な発泡孔が形成される。一方、スラリーSのキャリアシート12との接面とは反対側の面(表面)においては、自由発泡により3次元的に膨らんだ発泡孔が形成される。そのため、前記裏面と表面とは、互いに非対称的な発泡構造を有する。例えば、上記の図1(b)に示すような3次元的に膨らんだ発泡孔が形成された表面23と、平坦な発泡孔が形成されたキャリアシート12との接面であった裏面24を有する金属製多孔質薄板21が一実施形態例として挙げられる。
このようにして、キャリアシート12上に形成された発泡体を、加熱炉16において、そのまま大気中や不活性ガス雰囲気中などで、100℃以下の温度により水分を乾燥させることによって成形体(以下、グリーンシートGということがある。)が形成される。
Next, the formed slurry S is further conveyed by the
In the
At this time, flat foaming holes are formed on the contact surface (back surface) of the slurry S with the
In this way, the foam formed on the
このグリーンシートGを、キャリアシート12から剥離し、350〜600℃の温度範囲で、1〜10時間程度保持して、発泡孔構造を維持したままスラリーS中に含有される金属粉以外の成分を分解脱脂し、金属粉が凝集した骨格から形成される多孔質金属脱脂体とし、さらに非酸化性雰囲気中で、1100〜1350℃の温度範囲で、1〜10時間程度保持することにより、金属粉どうしが焼結した金属製多孔質焼結シートが得られる。得られた金属製多孔質焼結シートを任意の大きさに裁断することにより、金属製多孔質薄板が製造される。
そして、あらかじめ複数枚の金属製多孔質薄板を製造しておき、その金属製多孔質薄板どうしを接合等により多層化することによって金属製多孔体が製造される。
The green sheet G is peeled off from the
A plurality of metal porous thin plates are manufactured in advance, and the metal porous thin plates are multilayered by joining or the like to manufacture a metal porous body.
なお、本発明において金属製多孔質薄板どうしの多層化は、例えば上記のように、あらかじめ製造しておいた金属製多孔質薄板どうしを積層してもよく、ドクターブレード法による成形を複数回行ってもよく、後述する工程において複数枚の金属製多孔質薄板を医療用デバイス本体の上に重ねて一回の処理で接合してもよい。例えば、特に発泡プロセスを必要としない金属製多孔質薄板と発泡プロセスを必要とする金属製多孔質薄板を多層化する場合、最初に、ドクターブレード法により、発泡プロセスを必要としない金属製多孔質薄板を成形し、その後、同じくドクターブレード法により、発泡プロセスを必要とする金属製多孔質薄板を成形して、その両者を積層する方法が、両者間での接合力の高さや製造プロセスの簡素化という観点から好ましい。 In the present invention, the metal porous thin plates may be multi-layered by, for example, laminating metal porous thin plates that have been produced in advance as described above, and performing molding by the doctor blade method a plurality of times. Alternatively, a plurality of metal porous thin plates may be stacked on the medical device main body and joined in a single process in the process described later. For example, when a metal porous thin plate that does not require a foaming process and a metal porous thin plate that requires a foaming process are multi-layered, the metal porous that does not require a foaming process by the doctor blade method first. Forming a thin plate, and then forming a metal porous thin plate that requires a foaming process by the doctor blade method, and then laminating the two, the high bonding force between them and the simple manufacturing process It is preferable from the viewpoint of conversion.
なお、本発明において、ドクターブレード法は必須ではないが、医療用デバイスの表面改質用部材として適した形状である薄板形状が容易に成形可能であることから、ドクターブレード法を用いることが好ましい。
また、発泡プロセスも必須ではないが、空隙率や平均孔径の制御が容易であることや、高空隙率と高強度を有する金属製多孔質薄板が得られやすいことから、発泡プロセスを有することが好ましい。特に、金属製多孔体における生体組織との接触面を構成する金属製多孔質薄板については、発泡プロセスを経て成形されることが好ましい。
In the present invention, the doctor blade method is not essential, but it is preferable to use the doctor blade method because a thin plate shape which is a shape suitable as a surface modifying member of a medical device can be easily formed. .
In addition, although a foaming process is not essential, it has a foaming process because it is easy to control the porosity and average pore diameter and it is easy to obtain a metal porous thin plate having a high porosity and high strength. preferable. In particular, the metal porous thin plate constituting the contact surface with the living tissue in the metal porous body is preferably molded through a foaming process.
<金属製多孔体と医療用デバイス本体とを接合する工程>
本工程では、前記工程により製造された金属製多孔体を、医療用デバイス本体の少なくとも一部の表面形状に沿わせるように変形させて接合する。好ましくは、前記接合は拡散接合である。これにより、医療用デバイス本体表面の特性が変化する。
以下、本工程について詳述する。
<Step of joining metal porous body and medical device body>
In this step, the metal porous body manufactured in the above step is deformed and joined so as to conform to the surface shape of at least a part of the medical device body. Preferably, the bonding is a diffusion bonding. Thereby, the characteristic of the medical device main body surface changes.
Hereinafter, this step will be described in detail.
前記工程により製造される金属製多孔体を、医療用デバイス本体の接合対象部である表面形状に合わせて切断する。
切断方法としては、カッター等の刃物、レーザーカット、ウォータージェット、放電ワイヤー加工、超音波切断等の一般的な薄片切断加工方法を適用することができる。
次に、所定形状に切断した金属製多孔体を、医療用デバイス本体の接合対象部の表面に密着させ、金属製多孔体をその表面形状に沿わせるように塑性変形させる。
その後、金属製多孔体を医療用デバイス本体表面に接合、一体化して医療用デバイスが製造される。
このとき、金属製多孔体32と医療用デバイス本体31表面との密着性を高めるために、図5に示すような接合対象部の表面形状に合わせた「型」41を使用することが好ましい。
The metal porous body manufactured by the above process is cut in accordance with the surface shape that is the joining target portion of the medical device body.
As a cutting method, a general thin piece cutting method such as a cutter such as a cutter, laser cutting, water jet, electric discharge wire processing, or ultrasonic cutting can be applied.
Next, the metal porous body cut into a predetermined shape is brought into close contact with the surface of the joining target portion of the medical device body, and the metal porous body is plastically deformed so as to follow the surface shape.
Thereafter, the metal porous body is joined to and integrated with the surface of the medical device body to produce a medical device.
At this time, in order to improve the adhesion between the metal
接合方法については、金属製多孔体32と医療用デバイス本体31との接合強度の点から、両者を加圧固定した型41を、真空中もしくは不活性ガス中などの非酸化性雰囲気中にて、昇温・保持する拡散接合が好ましい。このとき、金属製多孔体32と医療用デバイス本体31との接合強度を確保するため、接合面に対して0.01〜10MPaの加圧を与えることが好ましい。該範囲の下限値以上であることにより、より良好な接合強度が得られる。一方、上限値以下であることにより、金属製多孔体32の必要以上の変形を抑制することができ、所望とする厚みが得られやすくなる。
As for the bonding method, from the viewpoint of the bonding strength between the metal
また、接合中の変形を利用して、所望とする厚みに合わせたギャップを有する接合用の型を使用して加圧・加熱する方法を用いることもできる。この場合、接合面に対して0.1〜10MPaの加圧を与えることが好ましい。この加圧力については、金属製多孔体32の材質、空隙率及び表面処理方法(形態、処理温度、塑性変形させるか否か等)などにより、適宜、最適値を選ぶことが好ましい。
なお、型41の使用は、接合時の異物混入の防止にも効果的である。
Further, it is possible to use a method of applying pressure and heating using a joining mold having a gap matched to a desired thickness by utilizing deformation during joining. In this case, it is preferable to apply a pressure of 0.1 to 10 MPa to the joint surface. As for the pressure, it is preferable to select an optimum value as appropriate depending on the material of the metal
Note that the use of the
また、接合形状など、必要に応じて拡散接合以外の接合方法、例えばレーザー、抵抗加熱または超音波等を利用したスポットもしくはシーム溶接法、ロウ付け法等も適宜適用可能である。 In addition, a bonding method other than diffusion bonding, such as a bonding shape, may be applied as appropriate, for example, a spot or seam welding method using laser, resistance heating or ultrasonic waves, a brazing method, or the like.
数種類の金属製多孔質薄板を医療用デバイス本体31に接合する場合、図4に示す方法等を用いることにより、金属製多孔質薄板どうしをあらかじめ所望とする性状(孔径分布)に接合して多層化した金属製多孔体32を、医療用デバイス本体31に接合することができ、これは、特に複雑形状の場合には好ましく用いられる。
なお、複数枚の金属製多孔質薄板を医療用デバイス本体31の上に重ねて、一回の処理で接合することもできる。
When joining several types of metallic porous thin plates to the
Note that a plurality of metal porous thin plates can be stacked on the
金属製多孔体32と医療用デバイス本体31との接合条件は、具体的には、型41材質としてはグラファイト、アルミナ、ジルコニア、シリカ、高純度石英、ボロンナイトライド等が挙げられる。中でも、加工性に優れることからグラファイト、清浄性に優れることから高純度石英が好ましい。
なお、グラファイトを型に用いる際、接合対象の金属と反応する場合があるため、必要に応じて金属製多孔体32と接触する部分にはバリア層を設けてもよい。このバリア層としては、例えばジルコニア、アルミナ等のセラミック部材などの溶射層が好適である。
真空度は、5.0×10−2Pa以下が好ましい。また、Ar雰囲気中でも可能である。
接合時間は、所定温度に到達後1〜5時間程度保持することが好ましい。
接合方法は、拡散接合であることが好ましい。拡散接合であることにより、より高い接合強度が得られる。
接合温度は、700〜1200℃であることが好ましく、より好ましくは800〜1100℃である。700℃以上であることにより、より良好な接合強度が得られる。一方、1200℃以下であることにより、金属製多孔体32の焼結の進行が抑制されて安定に所望とする空隙率が得られ、また医療用デバイス本体31への熱影響を低く抑えることができて機械的特性が向上する。なお、接合温度は、金属製多孔質薄板および該金属製多孔質薄板が多層化された金属製多孔体32の材質、空隙率などに応じて適宜最適値を選ぶことが好ましい。
また、金属製多孔体32は、医療用デバイス本体31の少なくとも一部の表面に接合され、目的により医療用デバイス本体31の一部の表面に接合されてもよく、全面に接合されてもよい。
Specific examples of the bonding conditions between the metal
In addition, when using graphite for a type | mold, since it may react with the metal of joining object, you may provide a barrier layer in the part which contacts the metal
The degree of vacuum is preferably 5.0 × 10 −2 Pa or less. It is also possible in an Ar atmosphere.
The joining time is preferably maintained for about 1 to 5 hours after reaching a predetermined temperature.
The bonding method is preferably diffusion bonding. Due to the diffusion bonding, higher bonding strength can be obtained.
It is preferable that joining temperature is 700-1200 degreeC, More preferably, it is 800-1100 degreeC. By being 700 ° C. or higher, better bonding strength can be obtained. On the other hand, when the temperature is 1200 ° C. or lower, the progress of sintering of the metal
Further, the metal
また、金属製多孔体は、通常のバルク状金属材料に比べて変形抵抗が小さく、また、金属製多孔体と医療用デバイス本体との接合は、実質的に接触面の一部に存在する骨格部で行われ、接合面積が小さいため、同形状のバルク状金属材料と比較して低い応力や温度での接合が可能である。
したがって、医療用デバイス本体が曲率の高い表面形状であっても、予め金属製多孔体を医療用デバイス本体の表面形状に沿わせて変形させ、両者を接合することが可能である。
In addition, the metal porous body has a smaller deformation resistance than a normal bulk metal material, and the bonding between the metal porous body and the medical device body is substantially a part of the contact surface. Since the bonding area is small, it is possible to bond at a lower stress and temperature than the bulk metal material having the same shape.
Therefore, even if the medical device body has a highly curved surface shape, it is possible to deform the metal porous body in advance along the surface shape of the medical device body and join them together.
本発明により提供される医療用デバイスとしては、例えば人工股関節、人工肘関節、人工膝関節、人工肩関節、人工歯根、人工椎体、骨補綴部材等の硬組織を補綴するもの;靭帯等軟組織あるいは軟組織と硬組織の両方を同時に補綴するもの;あらかじめ生体外で細胞を播種・培養することにより体内埋入後に組織再生を促すもの等が挙げられる。
図6に、医療用デバイスの実施形態例を示す。
図6(a)は、本発明における金属製多孔体32が大腿骨ステム52表面に接合された人工股関節51が、大腿骨53髄腔内に挿入され、骨盤54に固定された状態を示す模式図である。
図6(b)は、本発明における金属製多孔体32が芯材56表面に接合された人工歯根55が、歯槽骨57内に挿入された状態を示す模式図である。図中、58は結合組織、59は上皮である。
図6(c)は、本発明における金属製多孔体32が上腕骨ステム71および尺骨ステム72表面に接合された人工肘関節が、上腕骨および尺骨内に挿入、固定された状態を示す模式図である。
図6(d)は、本発明における金属製多孔体32が脛骨ステム73表面に接合された人工膝関節が、脛骨内に挿入、固定された状態を示す模式図である。図中、74は人工大腿骨頭(膝関節側)、75は関節摺動部、76はベースプレート、77は大腿骨である。
図6(e)は、本発明における金属製多孔体32が上腕骨ステム78表面に接合された人工肩関節が、人工上腕骨頭と接続された状態で上腕骨内に挿入、固定された状態を示す模式図である。図中、79は人工上腕骨頭、80は人工関節嵩である。
Examples of the medical device provided by the present invention include a prosthesis for hard tissues such as an artificial hip joint, an artificial elbow joint, an artificial knee joint, an artificial shoulder joint, an artificial tooth root, an artificial vertebral body, and a bone prosthetic member; soft tissue such as a ligament Alternatively, those that simultaneously prosthetic both soft tissue and hard tissue; those that promote tissue regeneration after implantation in the body by previously seeding and culturing cells in vitro.
FIG. 6 shows an example embodiment of a medical device.
FIG. 6A is a schematic view showing a state where the artificial hip joint 51 in which the metal
FIG. 6B is a schematic view showing a state in which the
FIG. 6C is a schematic view showing a state in which the artificial elbow joint in which the metal
FIG. 6D is a schematic view showing a state in which the artificial knee joint in which the metal
FIG. 6E shows a state in which the artificial shoulder joint in which the metal
≪医療用デバイスの表面改質方法≫
本発明の医療用デバイスの表面改質方法は、金属粉を含有するスラリーをシート状に成形し、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより金属製多孔質薄板を製造しておき、該金属製多孔質薄板を多層化することにより金属製多孔体を製造し、該金属製多孔体を、医療用デバイス本体の少なくとも一部の表面形状に沿わせるように変形させて接合する方法である。好ましくは、前記金属製多孔質薄板は、金属粉と発泡剤を含有するスラリーをシート状に成形し、発泡プロセスを経た後、乾燥させた成形体を脱脂、焼結することにより製造される金属製多孔質薄板を含む。
また、本発明の医療用デバイスの表面改質方法においては、前記スラリーをドクターブレード法によりシート状に成形することが好ましい。さらに、前記接合は拡散接合であることが好ましい。
各処理方法については、上述の医療用デバイスの製造方法の場合と同様であり、説明を省略する。
≪Method for surface modification of medical device≫
The surface modification method for a medical device of the present invention is a method for forming a metal porous thin plate by molding a slurry containing metal powder into a sheet, and degreasing and sintering the dried molded body, A metal porous body is manufactured by multilayering the metal porous thin plate, and the metal porous body is deformed and joined so as to conform to the surface shape of at least a part of the medical device body. is there. Preferably, the metal porous thin plate is a metal produced by forming a slurry containing metal powder and a foaming agent into a sheet, passing through a foaming process, and then degreasing and sintering the dried compact. Includes porous sheet metal.
In the medical device surface modification method of the present invention, the slurry is preferably formed into a sheet by a doctor blade method. Further, the bonding is preferably diffusion bonding.
About each processing method, it is the same as that of the case of the manufacturing method of the above-mentioned medical device, and abbreviate | omits description.
本発明によれば、生体組織との優れた結合性を有する医療用デバイス表面改質用部材である金属性多孔質薄板が多層化された金属製多孔体を、高い接合強度でもって医療用デバイス本体の表面に接合することができることにより、生体組織との結合性に優れた医療用デバイスを提供することができる。また、前記金属製多孔体を、様々な表面形状を有する医療用デバイス本体の表面に容易に接合することができる医療用デバイスの表面改質方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the metallic porous body by which the metallic porous thin plate which is a member for medical device surface modification | reformation which has the outstanding bond property with a biological tissue was multilayered was made into a medical device with high joint strength. By being able to be joined to the surface of the main body, a medical device having excellent binding properties with a living tissue can be provided. Moreover, the surface modification method of the medical device which can join the said metal porous body easily to the surface of the medical device main body which has various surface shapes can be provided.
また、本発明により提供される医療用デバイスは、従来の焼結法やエッチング・パンチング等により製造される類似の金属製多孔体よりも空隙率が高い金属製多孔質薄板を用いることが可能であり、生体組織との結合性に優れ、さらに細胞の侵入・増殖率が高く、硬組織だけでなく、軟組織においても結合性に優れる。
また、本発明により提供される医療用デバイスは、従来よりも医療用デバイス本体との接合強度に優れ、かつ安価に製造が可能である。
また、本発明の医療用デバイスの表面改質方法により、高い空隙率を有する医療用デバイスを提供することができる。
また、本発明の医療用デバイスの表面改質方法は、医療用デバイス表面改質用部材である金属製多孔体を、様々な表面形状を有する既存の医療用デバイス本体に容易に接合することができる。
In addition, the medical device provided by the present invention can use a metal porous thin plate having a higher porosity than a similar metal porous body manufactured by a conventional sintering method, etching / punching, or the like. In addition, it has excellent connectivity with living tissue, and has a high cell penetration / proliferation rate, and has excellent connectivity not only in hard tissue but also in soft tissue.
In addition, the medical device provided by the present invention is superior in bonding strength to the medical device body than before and can be manufactured at low cost.
Moreover, the medical device surface modification method of the present invention can provide a medical device having a high porosity.
In the medical device surface modification method of the present invention, the metal porous body, which is a medical device surface modification member, can be easily joined to an existing medical device body having various surface shapes. it can.
また、本発明により提供される医療用デバイスは、医療用デバイスが体内に埋入された後に起こる医療用デバイス表面改質用部材(金属製多孔体)の医療用デバイス本体からの剥離や、生体組織との結合性が不足するために起こる不具合などが減少し、これまでよりも長期間に渡って体内にて使用することができる。
さらに、本発明に用いられる金属製多孔体は、種々の部位の医療用デバイス本体に対して適用することができる。
以上のように、本発明により、患者のQOL(Quality of Life)向上や医療費の削減等が期待できる。
Further, the medical device provided by the present invention is a medical device surface modification member (metal porous body) that occurs after the medical device is embedded in the body, peeling from the medical device body, or a living body. Problems caused by lack of tissue connectivity are reduced, and it can be used in the body for a longer period of time than before.
Furthermore, the metal porous body used in the present invention can be applied to medical device bodies at various sites.
As described above, the present invention can be expected to improve the patient's QOL (Quality of Life) and to reduce medical expenses.
以下に、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
本発明にかかる、金属製多孔質薄板が多層化された金属製多孔体を接合した接合試験片(実施例1)に対して接合強度の評価を行った。
また、本発明にかかる、金属製多孔質薄板が多層化された金属製多孔体を接合した多層接合体(実施例2〜3)に対して、生体組織の結合性の評価を行った。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples, but the present invention is not limited to these examples.
The bonding strength of the bonding test piece (Example 1) obtained by bonding the metal porous body in which the metal porous thin plate was multilayered according to the present invention was evaluated.
Moreover, the binding property of a biological tissue was evaluated with respect to the multilayer joined body (Examples 2-3) which joined the metal porous body by which the metal porous thin plate was multilayered concerning this invention.
[接合強度の評価]
本発明にかかる、金属製多孔質薄板が多層化された金属製多孔体を接合した接合試験片(実施例1)に対して接合強度の評価を行った。
なお、試験例として、本発明に用いられる金属製多孔質薄板(単層)を接合した接合試験片に対して、実施例1と同様の接合強度の評価(試験例1〜2)を行った。また、試験例1〜2に対する比較試験として、同じ金属製多孔質薄板単体を用いた比較評価(試験例3〜4)を行った。
[Evaluation of bonding strength]
The bonding strength of the bonding test piece (Example 1) obtained by bonding the metal porous body in which the metal porous thin plate was multilayered according to the present invention was evaluated.
In addition, as a test example, the same joint strength evaluation as in Example 1 (Test Examples 1 and 2) was performed on the test piece obtained by bonding the metal porous thin plate (single layer) used in the present invention. . Moreover, as a comparative test with respect to Test Examples 1 and 2, comparative evaluations (Test Examples 3 to 4) using the same single porous metal thin plate were performed.
(試験例1)
20mm×50mmの形状にそれぞれカットした3次元連通孔構造を有するSUS316L製多孔質薄板61(平均開孔径150μm、空隙率87%、厚さ0.31mm)と、SUS316L製の箔体62(厚さ0.5mm)を、図7(a)に示すように、10mmずつ重ね合わせて固定し、1.5MPaで圧着・加圧した状態で、Ar中で1050℃に加熱して拡散接合を行い、幅20mm×長さ90mmの接合試験片を5本作製した。
(Test Example 1)
SUS316L porous thin plate 61 (
上記で作製した接合試験片5本に対して、島津製作所製 オートグラフ精密万能試験機(ロードセル容量:5kN)を用いて、接合試験片の両端部の各10mmを固定し、引張速度0.5mm/min.の条件で引張試験を実施した。
なお、引張試験は、接合試験片が破断するまで行い、破断過程及び破断を起こした部位について評価した。接合試験片の破断が開始した平均引張強度は7.4MPaであった。
Using the autograph precision universal testing machine (load cell capacity: 5 kN) manufactured by Shimadzu, the 10 mm each of the both ends of the bonding test piece is fixed to the five bonding test pieces prepared above, and the tensile speed is 0.5 mm. / Min. The tensile test was carried out under the following conditions.
The tensile test was performed until the joining test piece broke, and the fracture process and the site where the fracture occurred were evaluated. The average tensile strength at which the joining test piece started to break was 7.4 MPa.
(試験例2)
純Ti製多孔質薄板(平均開孔径50μm、空隙率79%、厚さ0.30mm)と、純Ti製の箔体(厚さ0.5mm)を用い、2.0MPaで圧着・加圧した状態で、真空中で950℃に加熱して拡散接合を行った以外は、試験例1と同様にして接合試験片を作製し、評価を行った。接合試験片の破断が開始した平均引張強度は12.4MPaであった。
(Test Example 2)
A pure Ti porous thin plate (
(実施例1)
20mm×50mmの形状にそれぞれカットした3次元連通孔構造を有するSUS316製多孔質薄板A(平均開孔径300μm、空隙率89.5%、厚さ0.42mm)と、SUS316L製箔体(厚さ0.1mm)を、図7(a)に示すように、10mmずつ重ね合わせ、1.5 MPaで圧着・加圧した状態で、真空中で1050℃に加熱して拡散接合を行い、幅20mm×長さ90mmの接合試験片Aを5本作製した。
Example 1
SUS316 porous thin plate A (
次に、120mm×70mmの形状にそれぞれカットした前記SUS316製多孔質薄板Aと、3次元連通孔構造を有するSUS316L製多孔質薄板B(平均開孔径50μm、空隙率65.3%、厚さ0.27mm)を完全に重なるように積層し、1.5MPaで圧着・加圧した状態で、真空中で1050℃ に加熱して拡散接合を行い、金属製多孔体Cを作製した。
この金属製多孔体C(厚さ0.66mm)から幅20mm×長さ50mmのサンプルを5本切り出し、この切り出された該金属製多孔体Cと、同じく幅20mm×長さ50mmの形状にカットしたSUS316L製箔体(厚さ0.1mm)とを、前記接合試験片Aと同様にして接合することにより接合試験片Bを5本作製した。
Next, the SUS316 porous thin plate A cut into a shape of 120 mm × 70 mm and a SUS316L porous thin plate B having a three-dimensional communication hole structure (
Cut out 5 samples of width 20mm x length 50mm from this metal porous body C (thickness 0.66mm), and cut this metal porous body C into a shape of width 20mm x length 50mm. The five SUS316L foil bodies (thickness 0.1 mm) were joined in the same manner as the joining test piece A, thereby producing five joining test pieces B.
さらに、図4に示すような複数成形プロセスにより、第一層として発泡剤を含まないスラリー(ペースト)を用いて作製したSUS316製多孔質薄板D−1(平均開孔径30μm、空隙率 約53%、厚み 約0.15mm)の上に、第二層として発泡剤を含有したスラリー(ペースト)を用い、発泡プロセスを経て作製したSUS316L製多孔質薄板D−2(平均開孔径300μm、空隙率 約85%、厚み 約0.3mm)を積層成形し、多層化したシートを、乾燥・脱脂・焼結することにより金属製多孔体シートE(厚み0.45mm)を作製した。得られた金属製多孔体シートEから、幅20mm×50mmのサンプルを切り出し、この切り出された金属製多孔体シートEと、同じく幅20mm×長さ50mmの形状にカットしたSUS316L製箔体(厚さ0.1mm)とを、前記接合試験片Aと同様にして接合することにより接合試験片Cを5本作製した。
得られた接合試験片A、B及びCについて、試験例1と同様にして、それぞれ引張試験評価を実施した。接合試験片の破断が開始した平均引張強度は、接合試験片Aが6.5MPaであり、接合試験片Bが13.6MPaであり、接合試験片Cが20.8MPaであった。
Furthermore, a porous thin plate D-1 made of SUS316 (average pore diameter of 30 μm, porosity of about 53%) produced using a slurry (paste) containing no foaming agent as the first layer by a multiple molding process as shown in FIG. SUS316L porous thin plate D-2 (average pore diameter: 300 μm, porosity: approx. 0.15 mm) and a slurry (paste) containing a foaming agent as the second layer and produced through a foaming process. 85%, thickness of about 0.3 mm) was laminated and the multilayered sheet was dried, degreased, and sintered to prepare a metal porous sheet E (thickness 0.45 mm). From the obtained metal porous sheet E, a sample having a width of 20 mm × 50 mm was cut out, and the metal porous sheet E thus cut out and a SUS316L foil body (thickness cut into a shape of 20 mm wide × 50 mm in length). 5 mm) were joined in the same manner as the above-mentioned joining test piece A, and five joining test pieces C were produced.
About the obtained joining test piece A, B, and C, it carried out similarly to Test Example 1, and implemented tensile test evaluation, respectively. The average tensile strength at which the fracture of the joining test piece started was 6.5 MPa for the joining test piece A, 13.6 MPa for the joining test piece B, and 20.8 MPa for the joining test piece C.
(試験例3)
SUS316L製多孔質薄板(平均開孔径150μm、空隙率87%、厚さ0.31mm)を、幅20mm×長さ90mmに切断した試験片を5本作製し、試験例1と同様にして評価を行った。SUS316L製多孔質薄板の破断が開始した平均引張強度は7.5MPaであった。
(Test Example 3)
Five test pieces were prepared by cutting a SUS316L porous thin plate (
(試験例4)
純Ti製多孔質薄板(平均開孔径50μm、空隙率79%、厚さ0.30mm)を、幅20mm×長さ90mmに切断した試験片を5本作製し、試験例1と同様にして評価を行った。純Ti製多孔質薄板の破断が開始した平均引張強度は12.6MPaであった。
(Test Example 4)
Five test pieces obtained by cutting a pure Ti porous thin plate (
<接合強度の評価の結果>
(試験例1〜4)
試験例1〜4のいずれの引張試験においても、降伏後、試験片の1箇所に生じたクラックを起点に、試験片の破壊が進行していた。
また、図7(b)に示すように、試験例1〜2の接合試験片において、破断部64はいずれも接合部63から金属製多孔質薄板61側に位置していた。なお、箔体62と金属製多孔質薄板61との剥離は生じていなかった。
試験片の破断が開始した引張強度については、試験例1〜2の接合試験片と試験例3〜4の金属製多孔質薄板との平均引張強度には、最大で5%程度の差しか認められず、ほぼ同一レベルの強度を有していることが確認された。
以上の結果から、本発明に用いられる金属製多孔質薄板61は、箔体62の表面形状に沿って容易に接合することができることが確認できた。さらに、箔体62と金属製多孔質薄板61との接合部強度は、少なくとも金属製多孔質薄板61より高く、拡散接合としては充分な強度を有していることが確認できた。
<Results of evaluation of bonding strength>
(Test Examples 1 to 4)
In any of the tensile tests of Test Examples 1 to 4, the fracture of the test piece proceeded after the yielding starting from a crack generated at one location of the test piece.
Moreover, as shown in FIG.7 (b), in the joining test piece of Test Examples 1-2, all the fracture | rupture
As for the tensile strength at which the test piece started to break, the average tensile strength between the bonded test piece of Test Examples 1 and 2 and the metal porous thin plate of Test Examples 3 to 4 was only about 5% maximum. It was confirmed that they had almost the same level of strength.
From the above results, it was confirmed that the metal porous
(実施例1)
また、実施例1において、いずれの接合試験片も、破断部64は接合部63ではなく、金属製多孔質薄板(金属製多孔体)側に位置していた。
また、接合試験片B及び接合試験片Cの破断部64の断面を観察したところ、金属製多孔質薄板同士の接合(積層)面での目立った剥離は観察されなかった。
以上の結果から、高空隙率の金属製多孔質薄板A単体と比較すると、より空隙率の低い金属製多孔質薄板が多層化された金属製多孔体Cや金属製多孔体シートEの方が、材料強度が高くなっていることが確認された。
また、2枚の金属製多孔質薄板どうしの接合強度、及び金属製多孔質薄板と金属製箔体との接合強度は、いずれも、金属製多孔質薄板単体の強度や金属製多孔体自体の強度よりも高いことが確認された。
以上の結果から、金属製多孔質薄板どうしの接合は、容易かつ強固であることが確認されると共に、高空隙率の金属製多孔質薄板をより低空隙率の金属製多孔質薄板と多層化することにより、実質的な強度(金属製箔体との接合強度)の向上が図られることが確認できた。
Example 1
Moreover, in Example 1, the fracture | rupture
Moreover, when the cross section of the fracture | rupture
From the above results, the metal porous body C and the metal porous body sheet E in which the metal porous thin plate having a lower porosity are multilayered are compared with the metal porous thin sheet A having a high porosity. It was confirmed that the material strength was high.
In addition, the bonding strength between the two metal porous thin plates and the bonding strength between the metal porous thin plate and the metal foil body are both the strength of the metal porous thin plate alone or the metal porous body itself. It was confirmed that it was higher than the strength.
From the above results, it was confirmed that the metal porous thin plates can be easily and firmly joined together, and the high porosity metal porous thin plate and the lower porosity metal porous thin plate are multilayered. As a result, it was confirmed that the substantial strength (bonding strength with the metal foil) was improved.
[生体組織の結合性の評価]
本発明にかかる、金属製多孔質薄板が多層化された金属製多孔体を接合した多層接合体(実施例2〜3)に対して、生体組織の結合性の評価を行った。
なお、試験例として、本発明に用いられる金属製多孔質薄板(試験例5〜9)に対して同様の生体組織の結合性の評価を行った。試験例においては、金属製多孔質薄板を医療用デバイス本体表面に接合させた医療用デバイスにおける評価と、該金属製多孔質薄板単体での評価とは同様の傾向が得られることから、金属製多孔質薄板単体に対して簡便な評価を実施した。
また、細胞培養用培地として、ダルベッコ変法Eagle最小必須培地(D−MEM
)に、10容量%牛胎児血清(FBS)を添加したものを用いた。
[Evaluation of biological tissue connectivity]
The binding property of living tissue was evaluated for the multilayer joined body (Examples 2 to 3) obtained by joining the metal porous bodies in which the metal porous thin plates were multilayered according to the present invention.
In addition, as a test example, the same evaluation of the binding property of biological tissue was performed on the metal porous thin plates (Test Examples 5 to 9) used in the present invention. In the test examples, the evaluation in the medical device in which the metal porous thin plate is bonded to the surface of the medical device main body and the evaluation in the metal porous thin plate alone have the same tendency. A simple evaluation was performed on a single porous thin plate.
In addition, as a medium for cell culture, Dulbecco's modified Eagle's minimum essential medium (D-MEM
) To which 10% by volume fetal bovine serum (FBS) was added.
(試験例5)
3次元連通孔構造を有する純チタン製多孔質薄板(平均開孔径150μm、空隙率89%、厚さ0.5mm、11mm角)を、12穴の組織培養用マイクロプレート内に静置し、細胞培養用培地(D−MEM+10容量%FBS)2mL中に、ヒト骨肉腫由来細胞Saos−2を約10万個播種した。
次に、温度37℃・大気95%+炭酸ガス5%の環境下のインキュベーター内にて1,4,7日間培養後、4容量%ホルマリン緩衝液で固定、蛍光色素(テキサスレッド)で染色し、共焦点顕微鏡により細胞を観察した。評価結果を図8に示す。
なお、共焦点顕微鏡像において、明るい部分が細胞であり、明るいほど細胞が増殖していることを示す。
(Test Example 5)
A pure titanium porous thin plate (average pore diameter: 150 μm, porosity: 89%, thickness: 0.5 mm, 11 mm square) having a three-dimensional communication pore structure is left standing in a 12-well tissue culture microplate, and the cells About 100,000 human osteosarcoma-derived cells Saos-2 were seeded in 2 mL of culture medium (D-MEM + 10% by volume FBS).
Next, after culturing for 1,4,7 days in an incubator at a temperature of 37 ° C, 95% air + 5% carbon dioxide, fix with 4% formalin buffer and stain with fluorescent dye (Texas Red). The cells were observed with a confocal microscope. The evaluation results are shown in FIG.
In the confocal microscope image, the bright part is the cell, and the brighter the cell, the more the cell is proliferating.
(実施例2)
3次元連通孔構造を有する純チタン製多孔質薄板91(平均開孔径600μm、空隙率75.3%、厚さ0.32mm)に孔径の異なる別の純チタン製多孔質薄板91(平均開孔径50μm、空隙率79.8%、厚さ0.30mm)を重ね合わせ、さらに純チタン製箔体(厚さ0.03mm)を重ねて2.0MPaで圧着・加圧した状態で、真空中で950℃に加熱して拡散接合を行った。得られた純チタン製多孔体を接合した多層接合体を11mm角に切断後、アセトン洗浄・滅菌を行い、12穴の組織培養用マイクロプレート(細胞接着性処理なし)内に、図9に示すようにシリコンチューブ92を用いて垂直に設置し、細胞培養用培地(D−MEM+10容量%FBS)2mL中に、ヒト骨肉腫由来細胞Saos−2を約10万個播種した。
次に、温度37℃・大気95%+炭酸ガス5%の環境下のインキュベーター内にて1, 4,7日間培養後、WST−1法(発色検出法)により生細胞数を測定した。評価結果を図10に示す。
(Example 2)
Pure titanium porous thin plate 91 (
Next, after culturing for 1, 4 and 7 days in an incubator under an environment of temperature 37 ° C., air 95% +
(試験例6)
異なる4枚の3次元連通孔構造を有するSUS316L製多孔質薄板91(平均開孔径50、150、300、600μm;空隙率85.3、84.9、84.7、85.3%;厚さ0.31、0.63、0.43、0.46mm;11mm角)を、12穴の組織培養用マイクロプレート(細胞接着性処理なし)内に、図9に示すようにシリコンチューブ92を用いて垂直にそれぞれ設置し、細胞培養用培地(D−MEM+10容量%FBS)2mL中に、Saos−2の約10万個をそれぞれ播種した。
次に、温度37℃・大気95%+炭酸ガス5%の環境下のインキュベーター内にて1,4,7日間培養後、WST−1法により生細胞数を測定した。評価結果を図11に示す。
(Test Example 6)
SUS316L porous thin plate 91 (
Next, after culturing for 1, 4 and 7 days in an incubator at a temperature of 37 ° C., 95% air + 5% carbon dioxide, the number of viable cells was measured by the WST-1 method. The evaluation results are shown in FIG.
(試験例7)
12穴の組織培養用マイクロプレートを用い、細胞培養用培地(D−MEM+10容量%FBS)2mL中に、Saos−2を約10万個播種し、温度37℃・大気95%+炭酸ガス5%の環境下のインキュベーター内にて1日間、前培養した。
そこへ、3次元連通孔構造を有する純チタン製多孔質薄板(平均開孔径150μm、空隙率89%、厚さ0.5mm、11mm角)を細胞の上から静置し、温度37℃・大気95%+炭酸ガス5%の環境下のインキュベーター内にて、さらに5,10,15日間培養後、4容量%ホルマリン緩衝液で固定、蛍光色素(テキサスレッド)で染色し、共焦点顕微鏡により細胞を観察して、最も内部に侵入していた細胞の多孔質薄板表面からの距離を測定した。評価結果を図12に示す。
(Test Example 7)
Using a 12-well tissue culture microplate, seed 100,000 cells of Saos-2 in 2 mL of cell culture medium (D-MEM + 10% FBS), temperature 37 ° C, air 95% +
Then, a pure titanium porous thin plate (
(試験例8)
12穴の組織培養用マイクロプレートを用い、細胞培養用培地(D−MEM+10容量%FBS)2mL中に、Saos−2を約10万個播種し、温度37℃・大気95%+炭酸ガス5%の環境下のインキュベーター内にて1日間、前培養した。
そこへ、3次元連通孔構造を有する純チタン製多孔質薄板で空隙率の異なる3種類(いずれも 平均開孔径50μm、11mm角;空隙率87.5%、84.0%、78.7%、71.9%;厚さは空隙率の高い方から順に0.34mm、0.29mm、0.22mm、0.20mm)を細胞の上から静置し、温度37℃・大気95%+炭酸ガス5%の環境下のインキュベーター内にて、さらに10日間培養後、4容量%ホルマリン緩衝液で固定、蛍光色素(テキサスレッド)で染色し、共焦点顕微鏡により細胞を観察して、最も内部に侵入していた細胞の多孔質薄板表面からの距離を測定した。評価結果を図13に示す。
(Test Example 8)
Using a 12-well tissue culture microplate, seed 100,000 cells of Saos-2 in 2 mL of cell culture medium (D-MEM + 10% FBS), temperature 37 ° C, air 95% +
Thereto, three types of porous thin plates made of pure titanium having a three-dimensional communication hole structure (
(実施例3)
12穴の組織培養用マイクロプレートを用い、細胞培養用培地(D−MEM+10容量%FBS)2mL中に、ヒト骨肉腫由来細胞Saos−2を約10万個播種し、温度37℃・大気95%+炭酸ガス5%の環境下のインキュベーター内にて1日間、前培養した。
そこへ、実施例2と同様に作成した純チタン製多孔体を接合した多層接合体および同様の手法で作成した純チタン製多孔質薄板(平均開孔径50μm、空隙率79.8%、厚さ0.3mm)を、純チタン製箔体(厚さ0.03mm)に圧着・拡散接合を行った試料(以下、単層接合体と記す。)を作成し、11mm角に切断後、アセトン洗浄・滅菌を行ったものを細胞の上から箔を接合した方を上にして静置し、温度37℃・大気95%+炭酸ガス5%の環境下のインキュベーター内にてさらに5, 10日間培養した。培養終了後、4容量%ホルマリン緩衝液で固定後、蛍光色素(テキサスレッド)で染色し、共焦点顕微鏡により細胞を観察して、最も内部に侵入していた細胞の多層接合体および単層接合体表面からの距離を測定した。評価結果を図14に示す。
(Example 3)
Using a 12-well tissue culture microplate, about 100,000 human osteosarcoma-derived cells Saos-2 are seeded in 2 mL of cell culture medium (D-MEM + 10% by volume FBS) at a temperature of 37 ° C. and 95% of the atmosphere. + Pre-cultured in an incubator under an environment of 5% carbon dioxide for 1 day.
Thereto, a multilayer joined body obtained by joining pure titanium porous bodies prepared in the same manner as in Example 2, and a pure titanium porous thin plate prepared by the same method (
(試験例9)
3次元連通孔構造を有する純チタン製多孔質薄板(平均開孔径150μm、空隙率89%、厚さ0.5mm、11mm角)を、12穴の組織培養用マイクロプレート底部に置いたシリコーンゴム製Oリング上に静置し、細胞培養用培地(D−MEM+10容量%FBS)2mL中に、ヒト骨肉腫由来細胞Saos−2を約10万個播種した。
次に、温度37℃・大気95%+炭酸ガス5%の環境下のインキュベーター内にて1日間、前培養した後、細胞培養用培地を、0.5mM β−glycerophosphateおよび50μg/mL L−ascorbic acidを含むものに交換した。
その後、さらに7,14,21,28日間培養後、細胞培養用培地を、1μg/mL calceinを含むものに交換し、4時間培養することでカルシウムを標識した後、4容量%ホルマリン緩衝液で固定、共焦点顕微鏡により石灰化状態を観察した。評価結果を図
15に示す。
(Test Example 9)
A pure titanium porous thin plate (
Next, after pre-culturing for 1 day in an incubator at a temperature of 37 ° C. and 95% air + 5% carbon dioxide, cell culture medium was mixed with 0.5 mM β-glycophosphate and 50 μg / mL L-ascorbic. It exchanged for the thing containing acid.
Thereafter, after further culturing for 7, 14, 21, 28 days, the cell culture medium was changed to one containing 1 μg / mL calcein, and calcium was labeled by culturing for 4 hours, and then with 4% by volume formalin buffer. The calcification state was observed with a fixed and confocal microscope. The evaluation results are shown in FIG.
<生体組織の結合性の評価結果>
(試験例5〜8)
図8から、純チタン製多孔質薄板では、細胞は、多孔質薄板表面および内部の橋梁部に接着・伸展していること、また培養日数が長くなるにつれて順調に増殖していることが確認された。
図11から、いずれの開孔径のSUS316L製多孔質薄板においても、培養日数が長くなるにつれて生細胞数は増加することが確認された。また、開孔径が300μm以下のSUS316L製多孔質薄板では、開孔径が大きいほど生細胞数が多いことが確認された。
一方、開孔径が600μmのSUS316L製多孔質薄板については、培養1日後の生細胞数は300μmのものと同等であったが、その後の細胞増殖率は300μmのものよりも低い傾向にあることが確認された。
図12から、培養日数が長くなるにつれ、細胞は多孔質薄板内部に侵入し、成長していくことが確認された。
図13から、空隙率が高い方が、細胞侵入距離が大きく、細胞の侵入を促進する傾向があることが確認された。
以上、試験例5〜8の結果から、評価に用いた本発明に用いられる金属製多孔質薄板は生体組織との結合性に優れること、また開孔径あるいは空隙率が高い方が細胞の侵入を促進することが確認された。
<Results of evaluation of biological tissue connectivity>
(Test Examples 5 to 8)
From FIG. 8, it was confirmed that in the pure titanium porous thin plate, the cells adhered and extended on the surface of the porous thin plate and the internal bridge portion, and that the cells grew smoothly as the number of culture days increased. It was.
From FIG. 11, it was confirmed that the number of viable cells increased as the number of days of culture increased in the porous thin plate made of SUS316L having any pore size. Moreover, in the porous thin plate made of SUS316L having an aperture diameter of 300 μm or less, it was confirmed that the larger the aperture diameter, the larger the number of viable cells.
On the other hand, for the porous thin plate made of SUS316L having an opening diameter of 600 μm, the number of viable cells after one day of culture was the same as that of 300 μm, but the subsequent cell growth rate tends to be lower than that of 300 μm. confirmed.
From FIG. 12, it was confirmed that the cells entered the porous thin plate and grew as the number of culture days increased.
From FIG. 13, it was confirmed that the higher the porosity, the greater the cell penetration distance, and the tendency of promoting cell entry.
As described above, from the results of Test Examples 5 to 8, the metal porous thin plate used in the present invention used for the evaluation has excellent connectivity with living tissue, and the higher the pore diameter or the porosity, the more the cells enter. It was confirmed to promote.
(試験例9)
図15から、純チタン製多孔質薄板および内部の橋梁部分で骨形成の最初の段階となる石灰化が生じていること、また、7日間よりも14,21,28日間培養の方が、石灰化が進行していることが確認された。
また、細胞を蛍光色素(テキサスレッド)で標識した28日間培養後の試料について、共焦点顕微鏡により高倍率で観察した結果、純チタン製多孔質薄板表面および内部の橋梁部分に接着している細胞近傍で石灰化が生じていることが確認された。
以上の結果から、本発明に用いられる金属製多孔質薄板内部への細胞の侵入・増殖性が、石灰化およびその後の骨形成に重要であることが確認できた。
(Test Example 9)
FIG. 15 shows that calcification, which is the first stage of bone formation, has occurred in the pure titanium porous thin plate and the internal bridge portion, and that culturing for 14, 21, 28 days is more lime than 7 days. It was confirmed that the conversion was progressing.
In addition, as a result of high-magnification observation with a confocal microscope for a sample after 28 days of culture in which cells were labeled with a fluorescent dye (Texas Red), the cells adhered to the surface of the pure titanium porous thin plate and the internal bridge portion It was confirmed that calcification occurred in the vicinity.
From the above results, it was confirmed that the invasion / proliferation of cells into the metal porous thin plate used in the present invention is important for calcification and subsequent bone formation.
(実施例2〜3)
図10から、多層接合体内において、細胞は培養日数の増加に伴い、順調に成育することが確認された。
図14から、いずれの試料についても、培養日数の増加に伴い、細胞侵入距離が増加することが確認された。中でも、単層接合体(片面を箔と接合した試料)よりも多層接合体内の方が、細胞侵入距離が大きく、細胞が侵入しやすいことが確認できた。
(Examples 2-3)
From FIG. 10, it was confirmed that the cells grew smoothly with the increase in the number of culture days in the multilayer joined body.
From FIG. 14, it was confirmed that the cell invasion distance increased with an increase in the number of culture days for any sample. In particular, it was confirmed that the cell penetration distance was larger in the multilayer joined body than in the single-layer joined body (sample in which one surface was joined to the foil), and the cells easily entered.
以上、実施例2〜3の結果から、本発明にかかる実施例の多層接合体においては、開孔径および空隙率の異なる多孔質薄板が多層化されることにより、単層の場合よりも細胞の侵入性を促進する効果があることが確認された。 As described above, from the results of Examples 2 to 3, in the multilayer joined body of the example according to the present invention, the porous thin plate having different pore diameters and void ratios is multilayered, so that the cell structure is more than that of the single layer. It was confirmed that it has the effect of promoting invasion.
10 グリーンシート製造装置
11 ホッパー
11a ホッパー
12 キャリアシート
13 ローラ
14 ドクターブレード
14a ドクターブレード
15 発泡槽
16 加熱炉
21 金属製多孔質薄板
21a 金属製多孔質薄板
21b 金属製多孔質薄板
21c 金属製多孔質薄板
22 骨格
23 表面
24 裏面
25a 気孔
31 医療用デバイス本体
32 金属製多孔体
41 型
51 人工股関節
52 大腿骨ステム
53 大腿骨
54 骨盤
55 人工歯根
56 芯材
57 歯槽骨
58 結合組織
59 上皮
61 金属製多孔質薄板
62 箔体
63 接合部
64 破断部
71 上腕骨ステム
72 尺骨ステム
73 脛骨ステム
74 人工大腿骨頭
75 関節摺動部
76 ベースプレート
77 大腿骨
78 上腕骨ステム
79 人工上腕骨頭
80 人工関節嵩
91 金属製薄板
92 シリコンチューブ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
The surface modification method for a medical device according to any one of claims 9 to 11, wherein the bonding is diffusion bonding.
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