JP2008245775A - In-vivo implant - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an in-vivo implant formed by firmly and tightly sticking a bioactive film to a substrate surface and a high-strength in-vivo implant with high bioactivity by using a material with kinetic property close to the bone as the substrate. <P>SOLUTION: This in-vivo implant includes the substrate 1 with a porous surface, and the bioactive film 2 formed of a bioactive material on the surface of the substrate. The material forming the substrate uses engineering plastic. The substrate includes at least one kind of fiber selected from a carbon fiber, a glass fiber, a ceramic fiber, a metal fiber, and an organic fiber. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、生体インプラントに関し、特に基材に密着した生体活性被膜を有する生体インプラントに関する。   The present invention relates to a bioimplant, and more particularly to a bioimplant having a bioactive coating adhered to a substrate.

骨が大きく欠損した場合の治療方法として、患者自身の正常な骨を一部切り取って患部に移植する自家骨移植、又は人工材料から成る人工骨を移植する人工骨移植が行われている。しかし、自家移植は、採取できる骨量に制限があり、さらに正常な細胞を傷つけることになるので、患者の身体的負担は大きいうえ、自家骨移植に用いる自家骨移植用骨を患者自身の正常な骨から切り取ることによって新たな欠損部が生じるから、骨が大きく欠損した場合の本質的な治療方法とはいえない。また、人工骨移植では、工業的に生産される人工骨を使用するから自家骨移植の様な問題はないが、人工骨の力学的及び生物学的特性は本来の骨と異なるから、人工骨の前記特性に応じて用途が限定されるという問題を有する。例えば、人工骨の材質としてチタン合金の金属材料を選択すると、金属材料は、通常、高強度である反面、弾性率が高く靭性に欠けるので、大きな荷重が連続的にかかるような部位に埋入すると、周りの骨との力学的特性の差によりストレスシールディングが生じるといった問題や、骨と直接に結合しないといった問題がある。また、人工骨の材質として水酸アパタイト等のバイオセラミックスを選択すると、バイオセラミックスは、通常、生体適合性が良いうえに、生体活性が高くて、骨との結合性に優れている反面、外部衝撃に弱いので、大きな荷重が瞬間的にかかるような部位には用いることができないという問題がある。さらに、人工骨の材料として超高分子量ポリエチレン等のポリマーを選択すると、ポリマーは、通常、柔軟性に優れる反面、生体活性に欠けるので、骨と直接に結合しないという問題がある。   As a treatment method when a bone is largely lost, autologous bone transplantation in which a part of a patient's own normal bone is cut out and transplanted to an affected part, or an artificial bone transplantation in which an artificial bone made of an artificial material is transplanted is performed. However, autografts limit the amount of bone that can be harvested and damage normal cells, so the burden on the patient is heavy and the bone for autologous bone transplantation used for autologous bone transplantation is normal. Since a new defect part is generated by cutting from a rough bone, it cannot be said to be an essential treatment method when a bone is largely lost. Artificial bone transplantation uses industrially produced artificial bone, so there is no problem like autologous bone transplantation, but the mechanical and biological characteristics of the artificial bone differ from the original bone. There is a problem that the use is limited according to the above-mentioned characteristics. For example, if a titanium alloy metal material is selected as the material for the artificial bone, the metal material is usually high in strength, but has a high modulus of elasticity and lacks toughness. Then, there is a problem that stress shielding occurs due to a difference in mechanical characteristics with surrounding bones, and a problem that it does not directly bond to bones. In addition, when bioceramics such as hydroxyapatite is selected as the material for the artificial bone, bioceramics are usually not only highly biocompatible but also highly bioactive and have excellent bone binding properties, but external Since it is vulnerable to impact, there is a problem that it cannot be used for a part where a large load is applied instantaneously. Furthermore, when a polymer such as ultrahigh molecular weight polyethylene is selected as the material for the artificial bone, the polymer is usually excellent in flexibility, but has a problem that it does not directly bind to bone because it lacks biological activity.

これらの問題を解決することのできる材料として、ポリマーと生体活性を有するバイオセラミックスとを組み合わせて、お互いの欠点を補うような材料の開発が盛んに行われている。
例えば、ポリマーの中でもポリエーテルエーテルケトン(PEEK)は、その力学的特性が本来の骨と近く、また生体適合性も優れていることから、高強度が要求される部位での整形外科材料としての応用が期待されている。ただし、PEEK自身は生体活性に欠けることから骨との結合性を有さない。骨との結合性が要求される部位への生体インプラントとしてPEEKを利用するためには、生体活性を有している必要があることから、PEEK表面に生体活性を有する水酸アパタイトを被覆する試みが幾つかされている。
As materials that can solve these problems, development of materials that make up for each other's drawbacks by combining polymers and bioceramics having biological activity has been actively conducted.
For example, among the polymers, polyether ether ketone (PEEK) is close to the original bone and excellent in biocompatibility because of its mechanical properties, so it can be used as an orthopedic material in areas where high strength is required. Application is expected. However, since PEEK itself lacks biological activity, it does not have connectivity with bone. In order to use PEEK as a bioimplant for a site that requires a bond with bone, it is necessary to have bioactivity, so it is an attempt to coat hydroxyapatite with bioactivity on the surface of PEEK. There are several.

特許文献1では、「本発明によれば、人工寛骨臼カップが、PEEK樹脂と少なくとも20〜40%のカーボン短繊維とを含む複合材料で作られた支承表面層、ならびに障壁および/または多孔度および/または粗さをもたらすための裏打ち層を含む。」(特許文献1の段落番号0009参照)、「裏打ち層は、必要であれば、生体活性材料で被覆することができる。」(特許文献1の段落番号0010参照)、「裏打ち層は、複合材料と骨細胞との間に障壁を生み出すため、例えばチタニウム、タンタル、またはニオブなどの金属から製作でき、あるいは例えば純粋なPEEKから製作できる。」(特許文献1の段落番号0013参照)と記載されている。   In Patent Document 1, “According to the present invention, an artificial acetabular cup comprises a bearing surface layer made of a composite material comprising PEEK resin and at least 20 to 40% carbon short fibers, and a barrier and / or porous Including a backing layer to provide degree and / or roughness "(see paragraph number 0009 of Patent Document 1)," The backing layer can be coated with a bioactive material if desired. " Reference 1 paragraph number 0010), “The backing layer can be made from a metal such as titanium, tantalum or niobium to create a barrier between the composite material and the bone cell, or it can be made from pure PEEK, for example. (See paragraph number 0013 of Patent Document 1).

上記記載によれば、特許文献1に記載の人工寛骨臼カップは、少なくとも支承表面層と裏打ち層とを有しており、裏打ち層を生体活性材料で被覆することもできる。支承表面層は、PEEK樹脂と少なくとも20〜40%のカーボン短繊維とを含む複合材料で構成されており、一方裏打ち層は、金属又は純粋なPEEKで構成されており、支承表面層と裏打ち層とは材料が異なっている。   According to the above description, the artificial acetabular cup described in Patent Document 1 has at least a bearing surface layer and a backing layer, and the backing layer can be covered with a bioactive material. The bearing surface layer is composed of a composite material including PEEK resin and at least 20 to 40% carbon short fibers, while the backing layer is composed of metal or pure PEEK, and the bearing surface layer and the backing layer. The material is different.

特許文献2では、「特に医療インプラントおよびプロテーゼ用であって、
(A)表面層の可変部分がリン酸カルシウム相からなり、
(B)層の厚さが0.1〜50.0μmであり、そして
(C)表面層が多孔質に構成されている生体活性表面層において、
(D)表面層が無定形またはナノ結晶質リン酸カルシウムを含有し、
(E)Ca/P比が表面層全体にわたって0.5〜2.0の範囲内であり、
(F)表面層内に沈着されたCaイオンとPO4イオンが金属酸化物層全体に分布しており、
(G)表面層の表面の細孔密度が104〜108細孔/mm2であり、
(H)表面層が25〜95原子百分率の割合の金属酸化物を含有することを特徴とする表面層。」(特許文献2の請求項1参照)
「基質がプラスチック、主にポリオキシメチレン(POM)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアリルエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルイミド(PEI)または液晶高分子(LCP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリスルホン(PSU)、ポリエーテルスルホン(PESUまたはPES)、ポリエチレンテレフタレート(PETP)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)または超高分子ポリエチレン(UHMW−PE)からなり、基質がバルブメタルからなる金属層を備えていることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項記載の表面層を有する基質。」(特許文献2の請求項15参照)が提案されている。
In Patent Document 2, “especially for medical implants and prostheses,
(A) The variable portion of the surface layer is composed of a calcium phosphate phase,
(B) In the bioactive surface layer in which the layer has a thickness of 0.1 to 50.0 μm, and (C) the surface layer is configured to be porous,
(D) the surface layer contains amorphous or nanocrystalline calcium phosphate;
(E) the Ca / P ratio is in the range of 0.5 to 2.0 over the entire surface layer;
(F) Ca ions and PO 4 ions deposited in the surface layer are distributed throughout the metal oxide layer,
(G) The surface layer has a pore density of 10 4 to 10 8 pores / mm 2 ,
(H) A surface layer, wherein the surface layer contains a metal oxide in a proportion of 25 to 95 atomic percent. (Refer to claim 1 of Patent Document 2)
“The substrate is plastic, mainly polyoxymethylene (POM), polyetheretherketone (PEEK), polyallyletherketone (PAEK), polyetherimide (PEI) or liquid crystal polymer (LCP), polymethylpentene (PMP) , Polysulfone (PSU), polyethersulfone (PESU or PES), polyethylene terephthalate (PETP), polymethyl methacrylate (PMMA) or ultra-high molecular weight polyethylene (UHMW-PE), and the substrate is a metal layer made of valve metal A substrate having a surface layer according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the substrate is provided (see claim 15 of Patent Document 2).

上記記載によれば、基質と金属層と表面層とが積層して成り、表面層は請求項1により特徴付けられており、基質及び金属層は請求項15により特徴付けられている。基質及び金属層については、材料が示されているのみである。   According to the above description, the substrate, the metal layer and the surface layer are laminated, the surface layer is characterized by claim 1, and the substrate and metal layer are characterized by claim 15. For the substrate and metal layer, only the materials are shown.

特開2006-158953号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-158953 特表2004-531305号公報Special table 2004-531305 gazette

本発明の課題は、基材表面に生体活性被膜が強固に密着して形成された生体インプラントを提供することである。さらに、本発明の他の課題は、基材として力学的特性が骨と近い材料を使用することにより、生体活性を有する高強度生体インプラントを提供することである。   An object of the present invention is to provide a bioimplant in which a bioactive coating is formed in close contact with a substrate surface. Furthermore, the other subject of this invention is providing the high intensity | strength biological implant which has bioactivity by using the material with a mechanical characteristic close to a bone as a base material.

前記課題を解決するための手段として、
請求項1は、
表面が多孔質である基材と、
前記基材の表面に生体活性物質で形成された生体活性被膜と、
を備えてなることを特徴とする生体インプラントであり、
請求項2は、
前記基材1を形成する材料がエンジニアリングプラスチックであることを特徴とする生体インプラントであり、
請求項3は、
前記基材1を形成する材料がポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とする生体インプラントであり、
請求項4は、
前記基材が炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維及び有機繊維により選択される少なくとも1つの繊維を含むことを特徴とする生体インプラントであり、
請求項5は、
前記生体活性物質がリン酸カルシウム化合物であることを特徴とする生体インプラントであり、
請求項6は、
前記生体活性物質が水酸アパタイトであることを特徴とする生体インプラントであり、
請求項7は、
前記生体活性物質が低結晶質であることを特徴とする生体インプラントであり、
請求項8は、
前記生体活性被膜の厚さが1〜100μmであることを特徴とする生体インプラントであり、
請求項9は、
前記基材の表面に形成された多孔質層の厚さが1〜1000μmであることを特徴とする生体インプラントである。
As means for solving the problems,
Claim 1
A substrate having a porous surface;
A bioactive coating formed of a bioactive substance on the surface of the substrate;
A biological implant characterized by comprising:
Claim 2
A bio-implant characterized in that the material forming the substrate 1 is an engineering plastic,
Claim 3
A material for forming the substrate 1 is a polyetheretherketone, which is a biological implant,
Claim 4
The base material includes at least one fiber selected from carbon fiber, glass fiber, metal fiber, and organic fiber,
Claim 5
A bioimplant characterized in that the bioactive substance is a calcium phosphate compound;
Claim 6
A bioimplant characterized in that the bioactive substance is hydroxyapatite,
Claim 7
A bioimplant characterized in that the bioactive substance is low crystalline,
Claim 8
The bioactive implant is characterized in that the bioactive coating has a thickness of 1 to 100 μm,
Claim 9
The biological implant is characterized in that the porous layer formed on the surface of the substrate has a thickness of 1-1000 μm.

本発明によると、基材表面が多孔質であるので、基材と生体活性被膜とが強固に密着した生体インプラントを提供することができる。したがって、生体内に生体インプラントが埋設されている間に、生体活性被膜が剥離してしまうといった問題を解消することができる。また、本発明に係る生体インプラントは、基材として力学的特性が骨と近い材料を使用しているので、骨との結合が必要で、かつ大きな荷重が連続的に長期間かかるような部位に人工骨として適用する場合に、ストレスシールディングを生じることがなく、生体活性を有する高強度生体インプラントを提供することができる。また、水酸アパタイトは実際の骨の無機成分であるので、これを生体活性被膜として使用した場合には、より生体親和性が高く、骨と結合し易くなる。さらに、生体活性被膜は低結晶質であり、実際の骨と同様の結晶性であるので、生体との結合が速やかに行われる。   According to the present invention, since the substrate surface is porous, it is possible to provide a biological implant in which the substrate and the bioactive coating are firmly adhered. Accordingly, it is possible to solve the problem that the bioactive film is peeled off while the living body implant is embedded in the living body. In addition, since the bioimplant according to the present invention uses a material having a mechanical property close to that of bone as the base material, it is necessary to bond to the bone, and a site where a large load is continuously applied for a long period of time. When applied as an artificial bone, stress-shielding does not occur, and a high-strength biological implant having biological activity can be provided. Further, since hydroxyapatite is an inorganic component of actual bone, when it is used as a bioactive coating, it has higher biocompatibility and becomes easier to bind to bone. Furthermore, since the bioactive coating is low crystalline and has the same crystallinity as that of actual bone, the bioactive coating can be quickly combined with the living body.

まず、図1を参照しつつ本発明に係る一実施例である生体インプラントの構成について説明する。
図1に示すように、本発明の一例である生体インプラントは、基材1と生体活性被膜2とを具えている。この基材1の表面は多孔質であり多孔質層3を形成している。この多孔質層3は表面に開口した気孔を有している。この気孔の存在により多孔質層3の表面積が増大するので、多孔質層3と生体活性被膜2とは接着面積が大きくなり、多孔質層3と生体活性被膜2とは強固に密着している。さらに、多孔質層3の表面に開口した気孔は、複数の気孔が連通してなる連通孔を形成している。この連通孔が多孔質層の表面から深さ方向に形成している場合には、生体活性被膜2を形成する生体活性物質がこの連通孔を通して多孔質層3に侵入しており、基材1と生体活性被膜2とが多孔質層において係合している。基材1と生体活性被膜2とはこの点からしても強固に密着している。このように基材1と生体活性被膜2とが強固に密着しているので、生体内に生体インプラントが埋設されている間に生体活性被膜2が剥離してしまうといった問題を解消することができる。
First, with reference to FIG. 1, the structure of the biological implant which is one Example which concerns on this invention is demonstrated.
As shown in FIG. 1, a biological implant that is an example of the present invention includes a substrate 1 and a bioactive coating 2. The surface of the substrate 1 is porous and forms a porous layer 3. The porous layer 3 has pores opened on the surface. Since the surface area of the porous layer 3 increases due to the presence of the pores, the adhesion area between the porous layer 3 and the bioactive film 2 is increased, and the porous layer 3 and the bioactive film 2 are firmly adhered to each other. . Further, the pores opened on the surface of the porous layer 3 form communication holes formed by a plurality of pores communicating with each other. When this communication hole is formed in the depth direction from the surface of the porous layer, the bioactive substance forming the bioactive coating 2 has penetrated into the porous layer 3 through this communication hole, and the substrate 1 And the bioactive coating 2 are engaged in the porous layer. The substrate 1 and the bioactive film 2 are firmly adhered even in this respect. Thus, since the base material 1 and the bioactive coating 2 are firmly adhered, the problem that the bioactive coating 2 is peeled off while the biological implant is embedded in the living body can be solved. .

基材としては、力学的特性が骨に近いもの、すなわち、弾性率が10〜50GPa、曲げ強度は100MPa以上であることが望ましい。   As the base material, it is desirable that the mechanical properties are close to those of bone, that is, the elastic modulus is 10 to 50 GPa and the bending strength is 100 MPa or more.

このような基材を形成する材料としては、エンジニアリングプラスチック又は繊維強化プラスチック等がある。エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエステル、ポリフェニリンオキサイド、ポリブチレンテレフタラート、ポリエチレンテレフタラート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、フッ素樹脂、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリメチルペンテン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリオキシメチレン、ポリ四フッ化エチレン等が挙げられる。
繊維強化プラスチックのマトリックスとなるプラスチックとしては、前記エンジニアリングプラスチックに加えて、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、EVA樹脂、EEA樹脂、4−メチルペンテン−1樹脂、ABS樹脂、AS樹脂、ACS樹脂、メタクリル酸メチル樹脂、エチレン塩化ビニル共重合体、プロピレン塩化ビニル共重合体、塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリアビニルアセトアセタール、ポリフッ化エチレンプロピレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、メタクリル樹脂、リノル樹脂、ポリアリルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリケトンスルフィド、ポリスチレン、ポリアミノビスマレイミド、ユリア樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、イソフタル酸系樹脂、アニリン樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン、アルキルベンゼン樹脂、グアナミン樹脂、ポリジフェニルエーテル樹脂等が挙げられる。
Examples of the material for forming such a base material include engineering plastics and fiber reinforced plastics. Engineering plastics include, for example, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyphenylene ether, polyester, polyphenylin oxide, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyetherimide, polyether Examples include ether ketone, polyamideimide, polyimide, fluorine resin, ethylene vinyl alcohol copolymer, polymethylpentene, phenol resin, epoxy resin, silicone resin, diallyl phthalate resin, polyoxymethylene, polytetrafluoroethylene, and the like.
Examples of plastics that serve as a matrix of fiber reinforced plastic include, in addition to the engineering plastics, polyethylene, polyvinyl chloride, polypropylene, EVA resin, EEA resin, 4-methylpentene-1 resin, ABS resin, AS resin, ACS resin, and the like. , Methyl methacrylate resin, ethylene vinyl chloride copolymer, propylene vinyl chloride copolymer, vinylidene chloride resin, polyvinyl alcohol, polyvinyl formal, polyvinylacetoacetal, polyfluorinated ethylene propylene, polytrifluoroethylene chloride, methacrylic resin, Linol resin, polyallyl ether ketone, polyether sulfone, polyketone sulfide, polystyrene, polyamino bismaleimide, urea resin, melamine resin, xylene resin, isophthalic acid Resins, aniline resins, furan resins, polyurethane, alkylbenzene resin, guanamine resin, poly ether resins.

基材を形成する材料としては、これらの中でも力学的特性が骨と近く、生体適合性のあるポリエーテルエーテルケトン(PEEK)が特に好ましい。   Among these materials, polyether ether ketone (PEEK), which has a mechanical property close to that of bone and is biocompatible, is particularly preferable.

前記繊維強化プラスチックにおける繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維又は有機繊維が挙げられる。
炭素繊維ついては、ここではカーボンナノチューブも含まれる。
ガラス繊維としては、ホウケイ酸ガラス(Eガラス)、高強度ガラス(Sガラス)、高弾性ガラス(YM−31Aガラス)等の繊維、
セラミック繊維としては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、チタン酸カリウム、炭化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ホウ酸アルミニウム、ホウ素等の繊維、
金属繊維としては、タングステン、モリブデン、ステンレス、スチール、タンタル等の繊維、
有機繊維としては、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、アラミド等の繊維、又はこれらの混合物を用いることができる。
Examples of the fiber in the fiber reinforced plastic include carbon fiber, glass fiber, ceramic fiber, metal fiber, and organic fiber.
As for carbon fibers, carbon nanotubes are also included here.
Examples of the glass fiber include fibers such as borosilicate glass (E glass), high strength glass (S glass), and high elasticity glass (YM-31A glass).
Ceramic fibers include silicon carbide, silicon nitride, alumina, potassium titanate, boron carbide, magnesium oxide, zinc oxide, aluminum borate, boron and other fibers,
As metal fibers, tungsten, molybdenum, stainless steel, steel, tantalum fibers,
As the organic fiber, fibers such as polyvinyl alcohol, polyamide, polyethylene terephthalate, polyester, aramid, or a mixture thereof can be used.

また基材中に、必要に応じて帯電防止剤、酸化防止剤、ヒンダードアミン系化合物などの光安定剤、滑剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、無機充填剤、顔料などの着色料、等の各種添加剤が含有されていても良い。   In addition, various stabilizers such as antistatic agents, antioxidants, hindered amine compounds, lubricants, anti-blocking agents, ultraviolet absorbers, inorganic fillers, colorants such as pigments, and the like as necessary in the base material. An additive may be contained.

基材の表面は多孔質層を有する。この多孔質層の表面には、表面に開口する極微細な気孔を多数有し、これらの気孔は多孔質層内で網目構造を形成する。多孔質層の表面はこれらの気孔の存在により表面積が増大するので、多孔質層と生体活性被膜とは接着面積が大きくなり、多孔質層と生体活性被膜とは強固に密着する。さらに、この多孔質層の表面に開口する気孔は複数の気孔が連通してなる連通孔を形成している。この連通孔が多孔質層の表面から深さ方向に形成している場合には、生体活性被膜2を形成する生体活性物質がこの連通孔を通して多孔質層3に侵入しており、基材1と生体活性被膜2とが多孔質層において係合している。基材1と生体活性被膜2とはこの点からしても強固に密着している。   The surface of the substrate has a porous layer. The surface of the porous layer has a large number of extremely fine pores that open to the surface, and these pores form a network structure in the porous layer. Since the surface of the porous layer is increased in surface area due to the presence of these pores, the adhesion area between the porous layer and the bioactive coating is increased, and the porous layer and the bioactive coating are firmly adhered. Further, the pores opened on the surface of the porous layer form communication holes formed by a plurality of pores communicating with each other. When this communication hole is formed in the depth direction from the surface of the porous layer, the bioactive substance forming the bioactive coating 2 has penetrated into the porous layer 3 through this communication hole, and the substrate 1 And the bioactive coating 2 are engaged in the porous layer. The substrate 1 and the bioactive film 2 are firmly adhered even in this respect.

多孔質層の厚さは、1〜1000μmの範囲で選択することができる。例えば、基材がブロック状で一辺の長さが数mm以上ある場合には、多孔質層の厚さは、20〜200μmであることが好ましい。多孔質層が厚すぎると、生体インプラントの強度が低下する虞があり、多孔質層が薄すぎると、基材と生体活性被膜との密着性が低下する虞があるからである。   The thickness of the porous layer can be selected in the range of 1 to 1000 μm. For example, when the substrate is in a block shape and the length of one side is several mm or more, the thickness of the porous layer is preferably 20 to 200 μm. This is because if the porous layer is too thick, the strength of the biological implant may be reduced, and if the porous layer is too thin, the adhesion between the substrate and the bioactive film may be reduced.

多孔質層の基材表面に開口する気孔径、この気孔と複数の気孔が連通してなる連通孔の長径、及び多孔質層の基材表面に開口する気孔の気孔率は、通常の方法で算出することができる。例えば、水銀ポロシメーターにより求めることができる。また、基材の表面及び断面を走査型電子顕微鏡で観察し、基材の表面及び断面の写真を使用して、気孔径及び連通孔の長径を測定することにより、また気孔面積比率から計算して気孔率を求めることができる。   The pore diameter that opens to the substrate surface of the porous layer, the long diameter of the communication hole formed by communicating the pores with a plurality of pores, and the porosity of the pore that opens to the substrate surface of the porous layer are the usual methods. Can be calculated. For example, it can be determined by a mercury porosimeter. Also, observe the surface and cross-section of the substrate with a scanning electron microscope, and use the photographs of the surface and cross-section of the substrate to measure the pore diameter and the long diameter of the communication hole, and also calculate from the pore area ratio. Thus, the porosity can be obtained.

多孔質層の基材表面に開口する気孔径を水銀ポロシメーターにより測定した場合の気孔径の範囲は、0.01〜200μmであることが好ましい。0.01μm未満の場合は、生体活性物質の粒子径より小さいと、生体活性物質が多孔質層の気孔に侵入し、定着することができないことがある。そのため基材と生体活性被膜との密着性が低下してしまうことがある。また、200μmを越えると、生体インプラントの強度が低下する虞があるとともに、多孔質層の表面積が小さくなってしまうので、多孔質層と生体活性被膜との接着面積が小さくなってしまう。したがって、基材と生体活性被膜との密着性が低下する虞があるからである。   The range of the pore diameter when the pore diameter opening on the substrate surface of the porous layer is measured with a mercury porosimeter is preferably 0.01 to 200 μm. In the case of less than 0.01 μm, if the particle size of the bioactive substance is smaller than the bioactive substance, the bioactive substance may enter the pores of the porous layer and cannot be fixed. Therefore, the adhesion between the base material and the bioactive film may be deteriorated. On the other hand, when the thickness exceeds 200 μm, the strength of the biological implant may be lowered, and the surface area of the porous layer is reduced, so that the adhesion area between the porous layer and the bioactive film is reduced. Therefore, the adhesion between the base material and the bioactive film may be reduced.

多孔質層の基材表面に開口する気孔を走査型電子顕微鏡で観察し、気孔面積比率から算出した気孔率は、20〜80%が好ましい。20%未満の場合には、生体活性物質が多孔質層の気孔に侵入し、定着する空間が小さくなってしまうので、基材と生体活性被膜との密着性が低下してしまう。80%を越えると、生体インプラントの強度が低下する虞があるからである。   The pores opened on the substrate surface of the porous layer are observed with a scanning electron microscope, and the porosity calculated from the pore area ratio is preferably 20 to 80%. If it is less than 20%, the bioactive substance will enter the pores of the porous layer and the space for fixing will be small, so the adhesion between the substrate and the bioactive film will be reduced. This is because if it exceeds 80%, the strength of the biological implant may be lowered.

基材表面への多孔質層の形成は、濃硫酸又は濃硝酸、クロム酸等の腐食性溶液に浸漬することにより行うことができる。この他にも公知の方法で多孔体を形成することができる。例えば、ショ糖等の低分子水溶性有機物質又は塩化ナトリウム等の低分子水溶性無機物質をポリマーに分散させて溶融成形し、次いで、得られた成形体を前記有機物質又は前記無機物質が溶出する水等の溶媒に所定時間浸漬することにより多孔体を形成することができる。また、発泡剤等を使用する方法及び樹脂の粒子の表面を溶着させて多孔体を形成する方法も採用することができる。   The porous layer can be formed on the surface of the substrate by immersing it in a corrosive solution such as concentrated sulfuric acid, concentrated nitric acid or chromic acid. In addition, a porous body can be formed by a known method. For example, a low-molecular water-soluble organic substance such as sucrose or a low-molecular water-soluble inorganic substance such as sodium chloride is dispersed in a polymer and melt-molded. Then, the organic substance or the inorganic substance is eluted from the obtained molded body. A porous body can be formed by immersing in a solvent such as water for a predetermined time. Also, a method using a foaming agent or the like and a method of forming a porous body by welding the surfaces of resin particles can be employed.

多孔質層の厚さ、気孔径、気孔率については、濃硫酸に浸漬する方法で気孔を形成する場合には、濃硫酸に浸漬する時間及び/又は温度により多孔層の厚さを調整することができ、また、濃硫酸浸漬に続いて浸漬する洗浄用溶液の種類及び/又は温度によって気孔径や気孔率を調整することができる。洗浄用溶液としては、純水等が挙げられる。   Regarding the thickness, pore diameter, and porosity of the porous layer, when forming pores by immersing in concentrated sulfuric acid, adjust the thickness of the porous layer according to the time and / or temperature of immersing in concentrated sulfuric acid. In addition, the pore diameter and the porosity can be adjusted according to the type and / or temperature of the cleaning solution immersed after the concentrated sulfuric acid immersion. An example of the cleaning solution is pure water.

生体活性被膜を形成する生体活性物質は、生体活性を示すセラミックスであれば特に限定されず、例えば、リン酸カルシウム系材料、バイオガラス、結晶化ガラス(ガラスセラミックスとも称する。)、炭酸カルシウム等が挙げられる。リン酸カルシウム系材料としては、例えば、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム水和物、リン酸二水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム水和物、α型リン酸三カルシウム、β型リン酸三カルシウム、ドロマイト、リン酸四カルシウム、リン酸八カルシウム、水酸アパタイト、フッ素アパタイト、炭酸アパタイト及び塩素アパタイト等が挙げられる。バイオガラスとしては、例えば、SiO−CaO−NaO−P系ガラス、SiO−CaO−NaO−P−KO−MgO系ガラス、及び、SiO−CaO−Al−P系ガラス等が挙げられる。結晶化ガラスとしては、例えば、SiO−CaO−MgO−P系ガラス(アパタイトウォラストナイト結晶化ガラスとも称する。)、及び、CaO−Al−P系ガラス等が挙げられる。これらのリン酸カルシウム系材料、バイオガラス及び結晶化ガラスは、例えば、「化学便覧 応用化学編 第6版」(日本化学会、平成15年1月30日発行、丸善株式会社)、「バイオセラミックスの開発と臨床」(青木秀希ら編著、1987年4月10日、クインテッセンス出版株式会社)等に詳述されている。 The bioactive substance forming the bioactive film is not particularly limited as long as it is a ceramic exhibiting bioactivity, and examples thereof include calcium phosphate materials, bioglass, crystallized glass (also referred to as glass ceramics), calcium carbonate, and the like. . Examples of calcium phosphate materials include calcium hydrogen phosphate, calcium hydrogen phosphate hydrate, calcium dihydrogen phosphate, calcium dihydrogen phosphate hydrate, α-type tricalcium phosphate, β-type tricalcium phosphate, Examples thereof include dolomite, tetracalcium phosphate, octacalcium phosphate, hydroxyapatite, fluorapatite, carbonate apatite, and chlorapatite. Examples of the bioglass include SiO 2 —CaO—Na 2 O—P 2 O 5 glass, SiO 2 —CaO—Na 2 O—P 2 O 5 —K 2 O—MgO glass, and SiO 2 —. Examples include CaO—Al 2 O 3 —P 2 O 5 glass. Examples of the crystallized glass include SiO 2 —CaO—MgO—P 2 O 5 glass (also referred to as apatite wollastonite crystallized glass), CaO—Al 2 O 3 —P 2 O 5 glass, and the like. Is mentioned. These calcium phosphate materials, bioglass, and crystallized glass are, for example, “Chemical Handbook Applied Chemistry 6th Edition” (The Chemical Society of Japan, published on January 30, 2003, Maruzen Co., Ltd.), “Development of Bioceramics” And Clinic "(edited by Hideki Aoki et al., April 10, 1987, Quintessence Publishing Co., Ltd.).

生体活性被膜を形成する生体活性物質としては、これらの中でも生体活性に優れる点でリン酸カルシウム系材料が好ましく、さらに、実際の骨の無機成分であるので体内環境における安定性が優れており、体内で顕著な溶解性を示さないことから水酸アパタイトが特に好ましい。   Among these, as a bioactive substance that forms a bioactive film, a calcium phosphate-based material is preferable in terms of excellent bioactivity, and furthermore, since it is an inorganic component of actual bone, it has excellent stability in the body environment. Hydroxyapatite is particularly preferred because it does not show significant solubility.

また、生体活性被膜は、低結晶性であることが好ましい。骨は低結晶性であることから同様の結晶性にすることにより骨と速やかに結合できるからである。
生体活性被膜の結晶度は、例えば、擬似体液に浸漬する方法により生体活性物質から生体活性被膜を生成する場合は、擬似体液の組成成分の種類や組成比率及び/又は浸漬温度により調整することができる。
The bioactive film is preferably low crystalline. This is because the bone can be quickly combined with the bone by making the same crystallinity because the bone is low crystalline.
The crystallinity of the bioactive film can be adjusted by, for example, the type and composition ratio of the composition component of the simulated body fluid and / or the immersion temperature when the bioactive film is generated from the bioactive substance by the method of immersing in the simulated body fluid. it can.

生体活性被膜を形成する生体活性物質の粒径は0.01〜100μmの範囲にあることが好ましい。100μmを越えると、多孔質層の表面に開口する気孔から生体活性物質が侵入することができなくなってしまう。生体活性物質の形状は特に限定されず、球状、板状、柱状、針状等の形状を挙げることができ、多孔質層の表面に開口する気孔から容易に侵入し、定着できる形状であればよい。   The particle size of the bioactive substance forming the bioactive film is preferably in the range of 0.01 to 100 μm. When the thickness exceeds 100 μm, the bioactive substance cannot enter from the pores opened on the surface of the porous layer. The shape of the bioactive substance is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a plate shape, a columnar shape, and a needle shape, and any shape that can easily enter and fix from pores that open on the surface of the porous layer. Good.

生体活性被膜の厚さは、0.1〜100μmが好ましい。0.5〜50μmが特に好ましい。100μmを越えると、厚くなるに従い骨との結合力が弱くなること、また温度や湿度に対する基材と生体活性被膜との膨張率の差による歪が大きくなり、結果として生体活性被膜層にヒビが入り易くなり、そのヒビを核として剥離し易くなるからである。0.1μm未満の場合は、工業的に均一にコーティングするのが難しいからである。   The thickness of the bioactive film is preferably from 0.1 to 100 μm. 0.5-50 micrometers is especially preferable. When the thickness exceeds 100 μm, the bond strength with the bone becomes weaker as the thickness increases, and distortion due to the difference in expansion coefficient between the base material and the bioactive film with respect to temperature and humidity increases, resulting in cracks in the bioactive film layer. This is because it becomes easy to enter, and it becomes easy to peel off using the crack as a nucleus. If the thickness is less than 0.1 μm, it is difficult to uniformly coat industrially.

基材表面への生体活性被膜の形成は、次のようにして行うことができる。
有機溶媒に生体活性を示す生体活性物質を分散させ、生体活性物質の懸濁液を調整する。有機溶媒は、エタノール、エーテル、アセトン等を用いることができる。また、この生体活性物質の懸濁液の濃度は、基材表面に開口する気孔内に生体活性物質を十分に侵入させ、定着させることができれば良く、1〜10質量%が好ましい。
The bioactive film can be formed on the substrate surface as follows.
A bioactive substance exhibiting bioactivity is dispersed in an organic solvent to prepare a suspension of the bioactive substance. Ethanol, ether, acetone or the like can be used as the organic solvent. The concentration of the suspension of the bioactive substance is preferably 1 to 10% by mass as long as the bioactive substance can be sufficiently penetrated into the pores opened on the surface of the substrate and fixed.

表面に多孔質層を有する基材を、前記生体活性物質の懸濁液中に超音波照射しながら浸漬する。超音波照射することにより、基材表面に開口する気孔から生体活性物質を気孔の内部まで侵入させ、定着させることができる。さらに、基材表面に開口する気孔が複数の気孔が連通して成る連通孔を形成している場合でも、超音波照射により振動を与えることにより、連通孔の内部まで生体活性物質を侵入させ、定着させることができる。   A substrate having a porous layer on the surface is immersed in the suspension of the bioactive substance while irradiating with ultrasonic waves. By irradiating with ultrasonic waves, the bioactive substance can penetrate into the pores from the pores opened on the surface of the substrate and can be fixed. Furthermore, even when the pores opened on the surface of the base material form a communicating hole formed by communicating with a plurality of pores, by applying vibration by ultrasonic irradiation, the bioactive substance is caused to enter the inside of the communicating hole, It can be fixed.

次に、生体活性物質を定着させた基材を、常温で自然乾燥させ、擬似体液に37℃環境下で0.5〜14日間浸漬する。この擬似体液は、人の血漿とほぼ等しい無機イオン濃度を有するので、基材表面に開口する気孔に定着している生体活性物質から結晶を析出させ、生体活性被膜を形成することができる。この浸漬期間は生体活性物質の種類により適宜調整することができる。例えば、生体活性物質として水酸アパタイトを選択した場合には、1〜14日間浸漬するのが好ましい。この浸漬期間が1日未満の場合には、結晶の析出量が少なく、生体活性被膜を形成することができないことがある。14日を越えて基材を浸漬すると、浸漬期間が長くなるに従い結晶は成長し続けるので、生体活性被膜は厚く形成されることになる。そうすると骨との結合力が弱くなること、また温度や湿度に対する基材と生体活性被膜との膨張率の差による歪が大きくなり、結果として生体活性被膜層にヒビが入り易くなり、そのヒビを核として剥離し易くなる。また、生体インプラントの製造に長期間を要することになるため好ましくない。   Next, the base material on which the bioactive substance is fixed is naturally dried at room temperature, and immersed in a simulated body fluid for 0.5 to 14 days in a 37 ° C. environment. Since this simulated body fluid has an inorganic ion concentration almost equal to that of human plasma, crystals can be precipitated from the bioactive substance fixed in the pores opened on the surface of the base material to form a bioactive film. This immersion period can be appropriately adjusted according to the type of the bioactive substance. For example, when hydroxyapatite is selected as the bioactive substance, it is preferably immersed for 1 to 14 days. When this immersion period is less than one day, the amount of crystals deposited is small and a bioactive film may not be formed. When the substrate is immersed for more than 14 days, the crystals continue to grow as the immersion period becomes longer, so that the bioactive film is formed thicker. As a result, the bond strength with the bone is weakened, and the distortion due to the difference in expansion coefficient between the base material and the bioactive film with respect to temperature and humidity is increased. As a result, the bioactive film layer is liable to crack, It becomes easy to peel as a nucleus. In addition, it is not preferable because it takes a long time to produce a biological implant.

次に、数回純水に浸漬することにより洗浄した後、乾燥させると、基材表面に生体活性被膜が強固に密着して形成された生体インプラントを得ることができる。   Next, after washing by immersing several times in pure water and then drying, a bioimplant in which the bioactive coating is firmly adhered to the substrate surface can be obtained.

なお、この擬似体液浸漬試験は、人の血漿とほぼ等しい無機イオン濃度を有し、アパタイトに対して過飽和な溶液である擬似体液に試験体を浸漬し、試験体表面におけるアパタイト形成能を評価する試験であり、詳細は、大槻ら「Mechanizm of apatite formation on CaO−SiO−P glasses in a simulated body fluid」、ジャーナル オブ ノン−クリスタリン ソリッド(Jornal of Non−Crystaline Solides)、第143巻、84〜92頁、1992年の論文に記載されている。 In this simulated body fluid immersion test, the test body is immersed in a simulated body fluid that has a concentration of inorganic ions almost equal to human plasma and is supersaturated with respect to apatite, and the ability to form apatite on the surface of the specimen is evaluated. For details, see Otsuki et al. “Mechanizm of apatite formation on CaO—SiO 2 —P 2 O 5 glasses in a simulated body fluid”, Journal of Non-Crystal Solid (Vol. 3 of Journal of Non-Cr 84-92, 1992.

基材表面への生体活性被膜の形成は、上記の方法に限られず、熱CVD法、プラズマCVD法、光CVD法、エピタキシャルCVD法、アトミックレイヤーCVD法などの化学蒸着法や、分子線エピタキシー法、イオンプレーティング法、スパッタ法などの物理蒸着法、またはプラズマ溶射法、フレーム用溶射法などの溶射法、さらには基板反応法、固相反応法、熱分解法、アルコキシド法、シランカップリング法等により行うこともできる。   The formation of the bioactive film on the surface of the substrate is not limited to the above-described method, but a chemical vapor deposition method such as a thermal CVD method, a plasma CVD method, a photo CVD method, an epitaxial CVD method, an atomic layer CVD method, or a molecular beam epitaxy method. , Physical vapor deposition methods such as ion plating methods and sputtering methods, or thermal spraying methods such as plasma spraying methods and flame spraying methods, as well as substrate reaction methods, solid phase reaction methods, thermal decomposition methods, alkoxide methods, and silane coupling methods Etc. can also be performed.

本発明に係る生体インプラントは、生体内の使用部位に合わせて様々な形状、例えば、粒子状、繊維状、ブロック状、フィルム状等で用いられる。好ましくは、本発明の生体インプラントが補填される骨欠損部又は歯欠損部等の形状と同様の形状、又は骨欠損部又は歯欠損部等の形状に相当する形状、例えば、相似形等に、成形、整形及び/又は調製されて用いられる。   The living body implant according to the present invention is used in various shapes, for example, a particle shape, a fiber shape, a block shape, a film shape, and the like according to the use site in the living body. Preferably, the shape similar to the shape of the bone defect part or the tooth defect part or the like, or the shape corresponding to the shape of the bone defect part or the tooth defect part, etc., to which the living body implant of the present invention is supplemented, for example, a similar shape, Molded, shaped and / or prepared for use.

本発明に係る生体インプラントは、基材を所望の形状に成形、整形及び/又は調製した後に、生体活性被膜を基材表面に形成することもできるし、基材に生体活性被膜を形成させた後に、生体インプラントを所望の形状に成形、整形及び/又は調製することもできる。
生体活性被膜は、基材の全表面に形成させても良いし、また骨との結合が必要な面のみに形成させても良い。
In the bioimplant according to the present invention, the bioactive film can be formed on the surface of the base material after the base material is formed, shaped and / or prepared into a desired shape, or the bioactive film is formed on the base material. Later, the bioimplant can be shaped, shaped and / or prepared into a desired shape.
The bioactive coating may be formed on the entire surface of the substrate, or may be formed only on the surface that needs to be bonded to the bone.

適用対象としては、骨補填材、人工関節、骨接合材、人工椎体、椎体間スペーサ、椎体ケージ及び人工歯根などに利用することができる。   As an application object, it can be used for bone filling materials, artificial joints, osteosynthesis materials, artificial vertebral bodies, intervertebral body spacers, vertebral body cages, artificial tooth roots, and the like.

次に、この発明を実施例及び比較例を挙げて説明するが、この発明は、以下の実施例及び比較例に限定されない。   Next, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples and comparative examples.

(実施例1)
基材としてポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、生体活性被膜を形成するための生体活性物質として水酸アパタイトを使用した場合の実施例である。
下記の手順により生体活性インプラントの試験体を作製した。
PEEKで構成される円盤状の基材(直径10mm、厚さ2mm、Victrex製450G)の表面をサンドペーパー(#1000)で研磨し、濃硫酸に5分間浸漬した。濃硫酸から取り出した基材を純水に10分間浸漬し、その後純水のpHが中性になるまで繰り返し洗浄し、表面に多孔質層を有する基材を得た。
水酸アパタイト(太平化学産業株式会社製 HAP−100)5gとエタノール100mlを混合し、水酸アパタイトのエタノール懸濁液を調製した。
多孔質層を有する基材を水酸アパタイトのエタノール懸濁液に超音波照射しながら10分間浸漬し、常温で自然乾燥して、水酸アパタイトが付着した基材を得た。
水酸アパタイトが付着した基材を擬似体液に37℃環境下で7日間浸漬後、新規な擬似体液中で更に7日間(合計14日間)浸漬した。擬似体液から取り出した基材を純水に10分間浸漬し、その後同様に3回繰り返し洗浄した後、120℃で3時間乾燥し、生体インプラントを得た。
Example 1
This is an example in which polyether ether ketone (PEEK) is used as a substrate and hydroxyapatite is used as a bioactive substance for forming a bioactive film.
A bioactive implant specimen was prepared according to the following procedure.
The surface of a disk-shaped substrate made of PEEK (diameter 10 mm, thickness 2 mm, Victrex 450G) was polished with sandpaper (# 1000) and immersed in concentrated sulfuric acid for 5 minutes. The base material taken out from the concentrated sulfuric acid was immersed in pure water for 10 minutes, and then repeatedly washed until the pH of the pure water became neutral to obtain a base material having a porous layer on the surface.
5 g of hydroxyapatite (HAP-100 manufactured by Taihei Chemical Industrial Co., Ltd.) and 100 ml of ethanol were mixed to prepare an ethanol suspension of hydroxyapatite.
The base material having a porous layer was immersed in an ethanol suspension of hydroxyapatite for 10 minutes while being irradiated with ultrasonic waves, and naturally dried at room temperature to obtain a base material to which hydroxyapatite was adhered.
The substrate to which hydroxyapatite was adhered was immersed in a simulated body fluid for 7 days in a 37 ° C. environment, and then further immersed in a new simulated body fluid for 7 days (14 days in total). The base material taken out from the simulated body fluid was immersed in pure water for 10 minutes, then repeatedly washed three times in the same manner, and then dried at 120 ° C. for 3 hours to obtain a biological implant.

上記のように製造した生体インプラントについて、各処理段階での基材の表面を走査型電子顕微鏡で観察した(拡大率3000倍)。
濃硫酸に浸漬処理した後の基材の表面を図2に示す。基材は表面に多数の気孔を有し、内部は網目構造となっており、最表面に認められる気孔径はほとんどが2μm以下で極微細であった。また、気孔面積比率から、最表面部の気孔率は43%と見積もられた。さらに、水銀ポロシメーター(島津製作所製、オートポアIV9510)により気孔径分布を測定したところ、細孔直径が0.1μmの位置に明確なピークが認められた。(図11)
水酸アパタイトのエタノール懸濁液に浸漬した後の基材の表面を図3に示す。基材の表面に形成された網目構造に水酸アパタイトの粒子が付着していることがわかる。
擬似体液に浸漬した後の基材の表面を図4に示す。基材の表面全体に一様に燐片状の結晶が形成されていた。
擬似体液に浸漬した後の基材、つまり得られた生体インプラントの断面を走査型電子顕微鏡で観察した(拡大率1000倍)結果を図5に示す。生体インプラントは気孔を有さないPEEK部分(図示せず)と気孔を有するPEEK部分と水酸アパタイト結晶であると思われる層とが順に積層して形成されていた。気孔を有するPEEK部分は多孔質となっており、独立した複数の気孔及び複数の気孔が連通して形成された微細な連通孔が観察された。その気孔径は1〜30μmであった。この気孔を有するPEEK部分の表面に水酸アパタイト結晶であると思われる厚さ約15μmの層が密着して形成されていた。
About the biological implant manufactured as mentioned above, the surface of the base material in each process step was observed with the scanning electron microscope (magnification rate 3000 times).
The surface of the base material after the immersion treatment in concentrated sulfuric acid is shown in FIG. The substrate had a large number of pores on the surface and the inside was a network structure, and the pore diameter found on the outermost surface was almost 2 μm or less and extremely fine. From the pore area ratio, the porosity of the outermost surface portion was estimated to be 43%. Furthermore, when the pore size distribution was measured with a mercury porosimeter (manufactured by Shimadzu Corporation, Autopore IV9510), a clear peak was observed at a position where the pore diameter was 0.1 μm. (Fig. 11)
The surface of the base material after being immersed in the ethanol suspension of hydroxyapatite is shown in FIG. It can be seen that hydroxyapatite particles are attached to the network structure formed on the surface of the substrate.
The surface of the base material after being immersed in the simulated body fluid is shown in FIG. Scaly crystals were uniformly formed on the entire surface of the substrate.
FIG. 5 shows the results of observing the cross-section of the base material immersed in the simulated body fluid, that is, the obtained biological implant with a scanning electron microscope (magnification rate: 1000 times). The biological implant was formed by sequentially laminating a PEEK part (not shown) having no pores, a PEEK part having pores, and a layer considered to be a hydroxyapatite crystal. The PEEK portion having pores was porous, and a plurality of independent pores and fine communication holes formed by communicating a plurality of pores were observed. The pore diameter was 1 to 30 μm. A layer having a thickness of about 15 μm, which seems to be a hydroxyapatite crystal, was formed in close contact with the surface of the PEEK part having the pores.

前記各処理段階での基材の表面部分についてX線回折装置を用いて測定した結果を図6に示す。水酸アパタイトに帰属するピークは擬似体液に浸漬した後の基材(SBF14日浸漬後)から検出された。従って、基材の表面全体に形成されていた燐片状の結晶は、水酸アパタイトであることが分かった。また、このピークはブロードであるので、水酸アパタイトの結晶性は低いことが確認された。水酸アパタイトのエタノール懸濁液に浸漬した後の基材(HAP付着処理後)では、水酸アパタイトのピークが検出されなかった。これは、水酸アパタイトの粒子の付着量がX線回折装置で検出できるだけの十分な量がなかったためであると考えられる。   FIG. 6 shows the results of measurement of the surface portion of the base material at each processing stage using an X-ray diffractometer. The peak attributed to hydroxyapatite was detected from the base material (after 14 days of SBF immersion) after being immersed in the simulated body fluid. Therefore, it was found that the scaly crystals formed on the entire surface of the substrate were hydroxyapatite. Moreover, since this peak is broad, it was confirmed that the hydroxyapatite has low crystallinity. In the base material (after HAP adhesion treatment) after being immersed in the ethanol suspension of hydroxyapatite, no peak of hydroxyapatite was detected. This is presumably because the amount of hydroxyapatite particles attached was not sufficient to be detected by an X-ray diffractometer.

(比較例1)
PEEKで構成される基材を濃硫酸で処理しなかったこと以外は、実施例1と同様にして生体インプラントを得た。
(Comparative Example 1)
A biological implant was obtained in the same manner as in Example 1 except that the base material composed of PEEK was not treated with concentrated sulfuric acid.

(基材と生体活性被膜との密着性評価)
生体インプラントを走査型電子顕微鏡で観察することにより、PEEKで形成された基材と水酸アパタイトで形成された生体活性被膜との密着性を評価した。
(1)実施例1で得られた生体インプラントの断面を走査型電子顕微鏡で観察した(拡大率1000倍)結果を図5に示す。気孔を有するPEEK部分の表面に厚さ約15μmの水酸アパタイト結晶の層が密着して形成されていた。
(2)実施例1及び比較例1で得られた生体インプラントを純水中で10分間超音波を照射した。超音波照射した生体インプラントを常温で自然乾燥後、走査型電子顕微鏡で観察した(拡大率100倍)結果を図7、8に示す。実施例1で得られた生体インプラントについては、生体インプラントの基材表面から水酸アパタイトの被膜が脱離せず、表面全体に一様に形成されたままとなっていた。一方、比較例1で得られた生体インプラントについては、基材表面から水酸アパタイトの被膜が脱離しているのが認められた。
(3)実施例1及び比較例1で得られた生体インプラントにカッターでクロス状に切り込みを入れた。この生体インプラントを走査型電子顕微鏡で観察した(拡大率100倍)結果を図9、10に示す。実施例1で得られた生体インプラントについては、カッターによる切り込みライン周囲において、水酸アパタイトの被膜が脱離しているのは認められなかった。一方、比較例1で得られた生体インプラントについては、カッターによる切り込みライン周囲において、水酸アパタイトの被膜が脱離しているのが認められた。
以上いずれの試験においても、濃硫酸処理を行うことにより基材の表面に多孔質層を形成させた場合は、基材と水酸アパタイトの被膜とは強固に密着していることが確認された。
(Evaluation of adhesion between substrate and bioactive film)
By observing the biological implant with a scanning electron microscope, the adhesion between the substrate formed of PEEK and the bioactive film formed of hydroxyapatite was evaluated.
(1) The cross section of the biological implant obtained in Example 1 was observed with a scanning electron microscope (magnification rate 1000 times). The results are shown in FIG. A layer of hydroxyapatite crystal having a thickness of about 15 μm was formed in close contact with the surface of the PEEK part having pores.
(2) The biological implants obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were irradiated with ultrasonic waves in pure water for 10 minutes. FIGS. 7 and 8 show the results of observation of the living body implant irradiated with ultrasonic waves with a scanning electron microscope after natural drying at room temperature (magnification rate 100 times). In the bioimplant obtained in Example 1, the hydroxyapatite film was not detached from the surface of the base material of the bioimplant and remained uniformly formed on the entire surface. On the other hand, with respect to the biological implant obtained in Comparative Example 1, it was observed that the hydroxyapatite film was detached from the substrate surface.
(3) The biological implants obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were cut into a cross shape with a cutter. The results of observing this living body implant with a scanning electron microscope (magnification rate 100 times) are shown in FIGS. Regarding the biological implant obtained in Example 1, it was not recognized that the hydroxyapatite film was detached around the cutting line by the cutter. On the other hand, with respect to the biological implant obtained in Comparative Example 1, it was recognized that the hydroxyapatite film was detached around the cutting line by the cutter.
In any of the above tests, it was confirmed that when the porous layer was formed on the surface of the base material by performing concentrated sulfuric acid treatment, the base material and the hydroxyapatite film were firmly adhered to each other. .

図1は、本発明の生体活性インプラントの模式図である。FIG. 1 is a schematic view of a bioactive implant of the present invention. 図2は、実施例1において、濃硫酸処理した後の基材表面を撮影した走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 2 is a scanning electron micrograph of the substrate surface after concentrated sulfuric acid treatment in Example 1. 図3は、実施例1において、水酸アパタイトのエタノ−ル懸濁液に浸漬した後の基材表面を撮影した走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 3 is a scanning electron micrograph of the surface of the substrate after immersion in an ethanol suspension of hydroxyapatite in Example 1. 図4は、実施例1において、擬似体液に浸漬した後の基材表面を撮影した走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 4 is a scanning electron micrograph of the substrate surface after immersion in simulated body fluid in Example 1. 図5は、実施例1において、擬似体液に浸漬した後の基材断面の走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 5 is a scanning electron micrograph of the cross section of the substrate after being immersed in the simulated body fluid in Example 1. 図6は、各処理段階における基材表面のX線回折パターンである。FIG. 6 is an X-ray diffraction pattern of the substrate surface at each processing stage. 図7は、実施例1の生体インプラントを超音波処理した後にその表面を撮影した走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 7 is a scanning electron micrograph of the surface of the living body implant of Example 1 after ultrasonic treatment. 図8は、比較例1の生体インプラントを超音波処理した後にその表面を撮影した走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 8 is a scanning electron micrograph of the surface of the biological implant of Comparative Example 1 after ultrasonic treatment. 図9は、実施例1の生体インプラントに切り込みを入れた箇所の走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 9 is a scanning electron micrograph of a location where a cut was made in the biological implant of Example 1. 図10は、比較例1の生体インプラントに切り込みを入れた箇所の走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 10 is a scanning electron micrograph of a portion where the biological implant of Comparative Example 1 has been cut. 図11は、実施例1において、濃硫酸処理した後の基材の気孔径分布測定結果である。FIG. 11 shows the pore size distribution measurement results of the base material after the concentrated sulfuric acid treatment in Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 基材
2 生体活性被膜
3 多孔質層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2 Bioactive film 3 Porous layer

Claims (9)

表面が多孔質である基材と、
前記基材の表面に生体活性物質で形成された生体活性被膜と、
を備えてなることを特徴とする生体インプラント。
A substrate having a porous surface;
A bioactive coating formed of a bioactive substance on the surface of the substrate;
A living body implant characterized by comprising.
前記基材を形成する材料がエンジニアリングプラスチックであることを特徴とする請求項1記載の生体インプラント。   The living body implant according to claim 1, wherein the material forming the base material is an engineering plastic. 前記基材を形成する材料がポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とする請求項1又は2記載の生体インプラント。   The living body implant according to claim 1 or 2, wherein the material forming the substrate is polyetheretherketone. 前記基材が炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、及び有機繊維から選択される少なくとも1つの繊維を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の生体インプラント。   The biological implant according to any one of claims 1 to 3, wherein the base material includes at least one fiber selected from carbon fiber, glass fiber, ceramic fiber, metal fiber, and organic fiber. 前記生体活性物質がリン酸カルシウム化合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の生体インプラント。   The biological implant according to any one of claims 1 to 4, wherein the bioactive substance is a calcium phosphate compound. 前記生体活性物質が水酸アパタイトであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の生体インプラント。   The biological implant according to any one of claims 1 to 5, wherein the bioactive substance is hydroxyapatite. 前記生体活性物質が低結晶質であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の生体インプラント。   The biological implant according to any one of claims 1 to 6, wherein the bioactive substance is low crystalline. 前記生体活性被膜の厚さが1〜100μmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の生体インプラント。   The biological implant according to any one of claims 1 to 7, wherein the thickness of the bioactive coating is 1 to 100 µm. 前記基材の表面に形成された多孔質層の厚さが1〜1000μmであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の生体インプラント。   The living body implant according to any one of claims 1 to 8, wherein the porous layer formed on the surface of the substrate has a thickness of 1 to 1000 µm.
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