JP2007277718A

JP2007277718A - チタン金属製の基材ならびにそれを用いた細胞培養材料、インプラント材料および光触媒フィルタ

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Publication number: JP2007277718A
Application number: JP2007069034A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shioda; 博之塩田; Akihiro Ametani; 彰洋飴谷
Original assignee: Hi Lex Corp
Current assignee: Hi Lex Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】単位体積当たりの表面積が大きく、かつ、基材としての強度を充分に備えたチタン金属製の基材を提供する。
【解決手段】厚さが３００μｍ以下のチタン薄片を５Ｎ以下のアルカリ水溶液に０．５〜１２時間浸漬することにより形成される深さが０．１〜２０μｍの網目状の侵食層を備えたチタン金属製の基材。このようなチタン薄片として、径が３００μｍ以下のチタン繊維、あるいは、厚さが３００μｍ以下のチタン薄板が挙げられる。
【選択図】なし

Description

本発明は、チタン薄片をアルカリ処理した基材に関する。特に、その基材を用いた細胞培養材料、インプラント材料または光触媒フィルタに関する。

特開２００２−１０２３３０号公報特開２００２−３４５９４８号公報特許２７７５５２３号公報

チタン金属は、他の金属に比べ、生体内での異物反応の少ない優れた性質を有しており、磁性を有さず、強度が高く、軽量である等の理由により、人工歯根、人工関節を始めとしたインプラント材料、代替骨などの医用材料として数多く使用されている。しかし、チタン金属はその加工が難しく、また、骨との結合までに長期間を要するという問題がある。

特許文献１から特許文献３には、アルカリ溶液に浸漬した後、加熱処理をしたチタン板が開示されている。そして、このような処理をすることにより、ヒドロキシアパタイト形成能が高い骨代替材料を得ることができ、表面に形成されたヒドロキシアパタイト層を介して生体骨と早期に強固に結合すると記載されている。

しかし、特許文献１から特許文献３で得られる材料であっても、細胞を成長させる表面積は充分とは言えず、さらなる改良が求められている。また、単位体積当たりの表面積を向上させるべく厚さが薄いチタン板を使用することが考えられるが、この場合、アルカリ溶液に浸漬させることによってチタン板の脆化が起こり、種々の基材としての強度を充分に得ることができない。
本発明は上記問題に鑑みて、単位体積当たりの表面積が大きく、かつ、基材としての強度を充分に備えたチタン金属製の基材を提供することを目的としている。

本発明の基材は、厚さが３００μｍ以下のチタン薄片を７Ｎ以下のアルカリ水溶液に浸漬することにより形成される深さが０．１〜２０μｍの網目状の侵食層を備えたことを特徴としている。このような基材であって、前記アルカリ水溶液の浸漬時間が０．５〜１２時間であるものが好ましい。また、前記アルカリ水溶液の浸漬温度が２５〜１００℃であり、浸漬時間が１〜１２時間であるものが好ましい。さらに、前記チタン薄片が、径が３００μｍ以下のチタン繊維またはチタン線、あるいは、厚さが３００μｍ以下のチタン薄板が好ましい。また、そのチタン薄片の表面に酸化チタン膜を設けてもよい。そのような酸化チタン膜として、アナターゼ型の酸化チタンが挙げられる。

本発明の基材は、細胞培養材料、インプラント材料、光触媒フィルタとして用いることができる。また、急性心筋梗塞など、心臓の冠動脈が狭くなって起きる病気に対して患部を機械的に広げ、血流を改善、治療するための網状筒であるステントに対しても用いることができる。

本発明の基材は、厚さが３００μｍ以下のチタン薄片を７Ｎ以下のアルカリ水溶液に浸漬することにより形成される深さが０．１〜２０μｍの網目状の侵食層を備えているため、単位体積当たりの表面積が大きく、また、チタン薄片の脆化を起こすことなく処理することができる。そのため、種々の基材としての強度を保つことができる。つまり、この基材を医療材料として用いる場合は、生体親和性の高い材料が得られ、触媒として用いる場合は、触媒活性度の高い材料が得られる。

本発明のチタン金属製の基材は、つぎのようにして製造することができる。初めに、径が３００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、特に好ましくは、５０〜８０μｍのチタン繊維を絡合した不織布、径が３００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、特に好ましくは、５０〜８０μｍのチタン線またはチタン繊維から形成される網状筒体あるいは、厚さが３００μｍ以下、好ましくは、８０μｍ以下、特に好ましくは５０〜８０μｍのチタン板を用意する。次に７Ｎ以下、好ましくは５Ｎ以下の水酸化ナトリウム水溶液を用意し、不織布を０．５〜１２時間、好ましくは１〜８時間、温度２５〜１００℃、好ましくは、５０〜８０℃で浸漬させる。特に好ましくは、温度約６０℃において、１〜５時間浸漬させる。その後、室温の蒸留水で０．５〜５分洗浄する。１００℃以上で処理すると基材の脆化が激しくなる。５０℃以下で行う場合、侵食層を形成するための浸漬時間が長くなる。
また、大気下において温度５００〜６００℃で０．５〜２時間加熱してもよい。このようなチタン金属として、純チタンあるいはアルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔｂ）を含むチタン合金、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、あるいは、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ−０．８Ｍｏなどが挙げられる。

このようにして作成された本発明の基材は、不織布としての脆化を見せることなく、単位体積当たり表面積を大きくすることができる。つまり、このアルカリ処理によりチタン繊維の表面は侵食され、深さが０．１〜２０μｍ、好ましくは１〜５μｍの網目状の侵食層が形成される。そして、この網目状の侵食層が基材の厚みに対して０．１〜１０％、特に２〜５％形成されているため、つまり、チタン薄片本体の厚さが９０％以上残っているため、基材自身の脆化を防止する。
また、この網目状の侵食層は、表面に微細な綿毛状の突起が形成されており、基材１２としての単位体積当たりの表面積は著しく大きくなる。そのため、例えば、親水性効果を高めたり、薬液を塗布し易くしたり、ナノスケールレベルで分子を基材表面にとどめることができる。
さらに、大気下において温度５００〜６００℃で０．５〜２時間加熱した基材は、その表面に酸化チタンが形成され、生体親和性、骨成形能が高まる。

図１に示す細胞培養基盤１０は、円形のホルダー１２と、そのホルダーに収容されるチタン繊維からなる基材１１とからなる。ホルダーは有底筒状で高さが低く、皿状を呈する。しかし、カラム内にて複数段重ねて使用するために、ホルダーを筒状としてもよい。
基材１２は、円板型で外形が５〜１５ｍｍ、厚さが０．２〜３ｍｍであり、線径が１００μｍ以下のチタン金属線を空隙率が５０〜９５％となるように絡合して作成したチタン不織布からなり、その不織布を５Ｎのアルカリ水溶液に３時間、浸漬させ、その後、室温の蒸留水で１分洗浄することによって得られる。この基材表面の網目状の侵食層の深さは３μｍである。

この基材１２をリン酸イオンとカルシウムイオンとを含むヒドロキシアパタイトコート生成液中に６〜４８時間浸し、ヒドロキシアパタイトコートを設けてもよい。

このように細胞培養用基盤１０は、その細胞の培養面積が高いため、各種細胞を分化し、誘導し、コラーゲンなどの有用物質の産生を促進する。そのため、生体に近い状態での大量培養が可能である。また、基材１２がホルダー１１によって収容されているため、培養時に細胞が分泌した活性物質を逃さずに培養でき、細胞培養用基盤の培養効果も高まる。

図２に示す人工歯根２０は、軸材２１と、その軸材の外周に設けられた本発明の基材からなる金属繊維層２２とからなる。この人工歯根２０は、軸材２１の上面を除いた外周に金属繊維層２２が設けられており、顎の骨（歯茎）に挿入される。そして、人工歯根２０内に骨細胞が拡がり、人工歯根２０と細胞とが充分に結合した状態で、軸材２１の上面に人工歯２３が取り付けられたアパットメント２４をはめ込むものである。

軸材１１は、円柱状の金属製ロッドであり、その直径が１〜５ｍｍ、長さが５〜２０ｍｍのものである。この軸材の金属としては生体適合性の高いものが挙げられ、特に、チタン、チタン合金、金、金合金が挙げられる。この基材の上端１２１ａが歯茎から突出し、人工歯（図示せず）と係合する。

金属繊維層２２は、５Ｎのアルカリ水溶液に１〜３時間あらかじめ浸漬させた、径が３００μｍ以下、特に５０〜１００μｍのチタン金属線の空隙率が５０〜８０％となるように形成された不織布を軸材１１の外周に巻きつけることによって形成される。これにより、金属繊維層２２は、骨芽細胞が好んで定着する三次元構造となり、骨芽細胞を誘導する硬組織形成誘導層として働く。
つまり、金属繊維層２２に誘導される骨芽細胞は、金属繊維層内において分化誘導され、硬組織層を形成する。ここで硬組織層を形成する骨芽細胞と金属繊維層とは三次元的に物理的結合をするため、人工歯根と生体とを強固に結合する。

次に示す基材は、その表面にアナターゼ型の酸化チタンを設けたものであり、光触媒フィルタとして用いるものである。
径が３００μｍ以下、特に、５０〜８０μｍのチタン繊維を絡合した不織布を５Ｎの水酸化ナトリウム水溶液に１〜３時間浸漬させる。そして、室温の蒸留水で０．５〜５分洗浄した後、大気下において温度５００〜６００℃で０．５〜２時間加熱する。

図３ａに示すステント３０は、径が３００μｍ以下、特に１０〜１００μｍのチタン繊維を網状筒体として形成し、５Ｎ以下のアルカリ水溶液に１〜５時間浸漬させることによって１〜１０μｍの網目状の侵食層を形成させたものである。
このステントは、次のようにして治療に用いられる。初めに、中心にバルーン３１を挿入したステント３０を、狭くなった血管等２９の患部３２に配置する（図３ａ参照）。次に、バルーン３１を膨らませてステント３０を拡張させる（図３ｂ参照）。これにより患部３２を拡径する。最後に、バルーン３１をしぼませて、バルーン３１およびカテーテル３３を抜き、ステント３０を患部内に残す（図３ｃ参照）。
このステント３０は脆化していないため、患部への固定が安定する、また、侵食層を備えているため、生体親和性が向上し、強固に固定される。

[実施例１、２、３、４]
径が５０μｍのチタン繊維を絡合した不織布を３枚用意し、それぞれの不織布を５Ｍの水酸化ナトリウム水溶液に１、３、５、２４時間、温度６０℃で浸漬させ、室温の蒸留水で１分洗浄した。それぞれの基材を実施例１、２、３、４とする。また、実施例４の電子写真を図４に示す。
[比較例１]
径が５０μｍのチタン繊維を絡合した不織布を２枚用意し、それぞれの不織布を５Ｍの水酸化ナトリウム水溶液に０．５時間、６０℃で浸漬させ、室温の蒸留水で１分洗浄した。それぞれの基材を比較例１とする。

表１に示すように本発明のチタン製基材は、その表面積を向上させる網目状の層を備え、かつ、充分な強度を備えていることがわかる。

また、実施例４の基材を大気下温度６００℃で１時間加熱した。実施例５の電子写真を図５に示す。このものは、金属表面に劣化が少し見られた。

本発明の基材を用いた細胞培養基盤を示す斜視図である。本発明の基材を用いた人工歯根を示す断面側面図である。図３ａ、ｂ、ｃは、本発明の基材を用いたステントの血管等の患部に取り付ける工程図である。図４ａ、ｂ、ｃは、本発明の基材の実施形態の電子写真である。図５ａ、ｂ、ｃは、本発明の基材の他の実施形態の電子写真である。

符号の説明

１０細胞培養基盤
１１基材
１２フォルダー
２０人工歯根
２１軸材
２２金属繊維層
２３人工歯
２４アパットメント
２９血管
３０ステント
３１バルーン
３２患部
３３カテーテル

Claims

厚さが３００μｍ以下のチタン薄片を７Ｎ以下のアルカリ水溶液に浸漬することにより形成される深さが０．１〜２０μｍの網目状の侵食層を備えた金属製の基材。
前記浸漬する時間が０．５〜１２時間である、請求項１記載の基材。
前記浸漬するアルカリ水溶液の温度が２５〜１００℃であり、浸漬する時間が１〜１２時間である、請求項１記載の基材。
前記チタン薄片が、径が３００μｍ以下のチタン繊維またはチタン線である請求項１記載の基材。
前記チタン薄片が、厚さが３００μｍ以下のチタン薄板である請求項１記載の基材。
表面に酸化チタン膜を設けている請求項１記載の基材。
請求項１から６いずれか記載の基材からなる細胞培養材料。
請求項１から６いずれか記載の基材からなるインプラント材料。
請求項６記載の基材からなる光触媒フィルタ。