JP2011147464A

JP2011147464A - Metal material, blood clot formation-inhibiting material and platelet deposition-inhibiting material

Info

Publication number: JP2011147464A
Application number: JP2008107373A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yoneyama; 隆之米山; Takao Hanawa; 隆夫塙; Takayuki Komiya; 隆行込宮
Original assignee: Nihon University; Tokyo Medical and Dental University NUC
Current assignee: Nihon University; Tokyo Medical and Dental University NUC
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2011-08-04
Also published as: WO2009128230A1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal material of which surface has been subjected to a treatment providing platelet deposition-and blood clot formation-inhibiting functions. <P>SOLUTION: An oxide film present on the surface of titanium or titanium alloy as a result of an electrolytic treatment is further oxidized and the formation of a fibrin network is inhibited in a platelet deposition test using a solution, wherein the platelet count has been adjusted to 1.0×10<SP>5</SP>cells/μL and to which 1.96×10<SP>-2</SP>mol/L of calcium chloride had been added to suppress the coagulation rate. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面に血小板付着抑制機能及び血栓形成抑制機能を発揮する処置が施された金属材料に関する。 The present invention relates to a metal material whose surface is treated to exert a platelet adhesion inhibiting function and a thrombus formation inhibiting function.

チタン合金のうち、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金およびＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金は良好な機械的特性、耐食性を備えているため、ボーンプレート、人工関節のステム、人工歯根、義歯床などに利用されている。また、Ｔｉ−Ｎｉ合金は循環器系では管腔拡張用ステントやガイドワイヤー、歯科では歯列矯正用ワイヤーや根管治療用具などとして利用されている。 Among titanium alloys, for example, Ti-6Al-4V alloy and Ti-6Al-7Nb alloy have good mechanical properties and corrosion resistance, so they can be used for bone plates, artificial joint stems, artificial roots, denture bases, etc. Has been. Ti-Ni alloys are used as lumen expansion stents and guide wires in the circulatory system, and orthodontic wires and root canal treatment tools in dentistry.

上記Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金およびＴｉ−Ｎｉ合金に含まれるバナジウム（Ｖ）およびニッケル（Ｎｉ）は細胞毒性、発ガン性、アレルギー性が懸念される成分である。 Vanadium (V) and nickel (Ni) contained in the Ti-6Al-4V alloy, Ti-6Al-7Nb alloy and Ti-Ni alloy are components that are concerned about cytotoxicity, carcinogenicity, and allergenicity.

特許文献１には、１０〜４０vol％のグリセリンと０．１〜８０vol％の乳酸と水（残部）とで構成する電解質溶液中でチタン−ニッケル合金を電解処理することで、表面にニッケルの割合が内部に比べて少なくなり良好な耐食性を示す改質層を形成する方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a ratio of nickel on the surface by electrolytic treatment of a titanium-nickel alloy in an electrolyte solution composed of 10 to 40 vol% glycerin, 0.1 to 80 vol% lactic acid and water (remainder). Discloses a method for forming a modified layer that has less corrosion than the inside and exhibits good corrosion resistance.

特許文献２には、血管の内部に挿入した後に拡径することで、血管の収縮を阻止するメッシュ状の筒体（ステント）の材料としてチタン−ニッケル合金を用いることが開示されている。また特許文献３および４では、表面処理によってチタン−ニッケル合金の表面酸化皮膜中のニッケル濃度を低下させることが開示されている。 Patent Document 2 discloses that a titanium-nickel alloy is used as a material for a mesh-like cylinder (stent) that prevents contraction of a blood vessel by expanding the diameter after insertion into the blood vessel. Patent Documents 3 and 4 disclose that the nickel concentration in the surface oxide film of the titanium-nickel alloy is reduced by surface treatment.

例えば非特許文献１には、チタン−ニッケル合金やオーステナイト型ステンレス鋼には金属アレルギーの原因物質としてニッケルが問題視されていることが記載され、更に当該問題を解決する手段として、加熱（１２００℃）した熱処理炉内で窒素ガスと接触（２時間）させることで、１重量％程度の窒素を合金に吸収させることが提案されている。この非特許文献１ではニッケルの代わりに窒素で力学的強度と耐食性が向上すると記載されている。 For example, Non-Patent Document 1 describes that nickel is regarded as a problem as a causative substance of metal allergy in titanium-nickel alloys and austenitic stainless steel, and further, heating (1200 ° C.) as a means for solving the problem. It is proposed that about 1 wt% of nitrogen is absorbed by the alloy by contacting with nitrogen gas (2 hours) in the heat treatment furnace. In this non-patent document 1, it is described that mechanical strength and corrosion resistance are improved by nitrogen instead of nickel.

ＷＯ２００７／０１８１８９WO2007 / 018189 特表２００１−５１６２６０号公報Special table 2001-516260 gazette 米国２００４／０１１７００１公開公報US 2004/0117001 Publication ＷＯ２００４／１０８９８３パンフレットWO 2004/108983 pamphlet 研究論文「安価でアレルギー性の低い歯科部材の共同開発を開始」平成１５年１２月４日：独立行政法人物質・材料研究機構Research paper "Started joint development of inexpensive and low allergenic dental materials" December 4, 2003: National Institute for Materials Science

Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金またはＴｉ−Ｎｉ合金などのチタン合金は、血管内ステント、ステントグラフト、人工心臓、人工弁、循環器系のインプラント材としての利用が考えられているが、金属と血液との接触によって惹起される血栓形成は重篤な塞栓症などの原因になり、臨床的な予後を直接左右する大きな課題である。
上記した特許文献１〜４及び非特許文献１では、血小板付着及び血栓形成と金属表面に関する解明は何らなされていない。 Titanium alloys such as Ti-6Al-4V alloy, Ti-6Al-7Nb alloy or Ti-Ni alloy are considered to be used as implant materials for intravascular stents, stent grafts, artificial hearts, artificial valves, and circulatory systems. However, thrombus formation caused by contact between metal and blood causes serious embolism and is a major issue that directly affects clinical prognosis.
In the above-mentioned Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 1, there is no elucidation regarding platelet adhesion, thrombus formation, and metal surface.

上記の課題を解決するため、本発明に係る金属材料は、チタンまたはチタン合金に電解処理を施すことによって血小板数を１．０×１０^５cells／μＬに調整しこれに凝固速度を制御するために塩化カルシウムを１．９６×１０^−２mol／Ｌ添加した血漿に５分間浸漬する血小板付着試験によりフィブリンネットワークの形成が認められない特性を有する。 In order to solve the above-mentioned problems, the metal material according to the present invention adjusts the platelet count to 1.0 × 10 ⁵ cells / μL by subjecting titanium or a titanium alloy to electrolytic treatment, thereby controlling the coagulation rate. In the platelet adhesion test in which calcium chloride is added to plasma supplemented with 1.96 × 10 ⁻² mol / L for 5 minutes, no fibrin network is formed.

表面に存在する酸化被膜が更に酸化され、表面の水酸基（ＯＨ⁻）が減少することがフィブリンネットワークの形成が阻害され、血小板付着抑制機能及び血栓形成抑制機能が発揮される一因であると推察される。 It is presumed that the oxide film present on the surface is further oxidized and the hydroxyl groups (OH ⁻ ) on the surface are reduced, which inhibits the formation of fibrin network and contributes to the function of inhibiting platelet adhesion and thrombus formation. Is done.

チタン合金としては、チタン−アルミニウム−バナジウム合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）、チタン−アルミニウム−ニオブ合金（Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ）またはチタン−ニッケル合金（Ｔｉ−Ｎｉ）についての効果が実証されている。 Titanium-aluminum-vanadium alloy (Ti-6Al-4V), titanium-aluminum-niobium alloy (Ti-6Al-7Nb) or titanium-nickel alloy (Ti-Ni) has been demonstrated as a titanium alloy. .

前記電解処理には１０vol％〜４０vol％のグリセリンと０．１vol％〜８０vol％の乳酸と水（残部）とからなる処理液を用いるのが好ましい。
電解処理液を構成する物質の割合については上記範囲以外の割合を検証したが、効果的であったのは上記の範囲であった。 For the electrolytic treatment, it is preferable to use a treatment liquid composed of 10 vol% to 40 vol% glycerin, 0.1 vol% to 80 vol% lactic acid and water (remainder).
Regarding the proportion of the substance constituting the electrolytic treatment solution, the proportion other than the above range was verified, but the above range was effective.

この電解処理によって金属表面に水酸基（ＯＨ⁻）が減少した改質層が形成される。この改質層では、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）およびニッケル（Ｎｉ）の量が極端に少なくなっている。
また改質層は２．０ｎｍ以上の厚みで作製することができた。電解処理条件を変化させれば改質層の厚さを増やすことができると考えられる。 By this electrolytic treatment, a modified layer with reduced hydroxyl groups (OH ⁻ ) is formed on the metal surface. In this modified layer, the amount of vanadium (V), niobium (Nb), and nickel (Ni) is extremely reduced.
The modified layer could be produced with a thickness of 2.0 nm or more. It is considered that the thickness of the modified layer can be increased by changing the electrolytic treatment conditions.

本発明に係る金属材料のうちチタン合金は、表面の改質層中のバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）およびニッケル（Ｎｉ）の量が極端に少なくなっているため、生体適合性が向上している。特に改質層表面の水酸基（ＯＨ⁻）が減少しているため、タンパク質と結合する官能基が少ないことが一因となり、フィブリンネットワークの形成が抑制され、血小板付着抑制機能及び血栓形成抑制機能を発揮する。
またチタンについても改質層表面の水酸基（ＯＨ⁻）が減少しているため、血小板付着抑制機能及び血栓形成抑制機能を発揮する。 Among the metal materials according to the present invention, the titanium alloy has improved biocompatibility because the amount of vanadium (V), niobium (Nb) and nickel (Ni) in the modified layer on the surface is extremely small. ing. In particular, the number of hydroxyl groups (OH ⁻ ) on the surface of the modified layer is reduced, which contributes to the fact that there are few functional groups that bind to proteins, which suppresses the formation of fibrin networks, and suppresses platelet adhesion and thrombus formation. Demonstrate.
Titanium also exhibits a platelet adhesion inhibiting function and a thrombus formation inhibiting function because the hydroxyl group (OH ⁻ ) on the surface of the modified layer is decreased.

以下に本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。図１は血小板粘着試験の概略構成を示す図である。
健康な提供者から採取したヒト全血に、０．３８％になるようにクエン酸ナトリウム溶液を加えて血液凝固を抑制し、遠心分離（２９３Ｋ、１１０Ｇ、０．９ｋｓ）して血球成分を分離し、上清に多数の血小板を含む画分を得た。この画分を多血小板血漿（ＰＲＰ）とした。残った血球成分を貧血小板血漿（ＰＰＰ）とした。血球係数機（ＰＣＥ-１７０、ＥＲＭＡＩＮＣ、ｊａｐａｎ）で両者の血小板数を計測した後、両者を適量混合することによって血小板数を、１．０×１０^５ｃｅｌｌ／μＬに調整し、塩化カルシウムを１．９６×１０^−２ｍｏｌ／Ｌになるように加え、凝固速度を制御した。血小板数を調整した溶液中に試料を浸漬して３１０Ｋで０．３ｋｓインキュベートし、ＰＢＳ（−）で３回洗浄後、２％グルタルアルデヒドに７．２ｋｓ室温で浸漬して固定した。グルタルアルデヒドを除き、ＰＢＳ（−）で３回リンスした後、３０、５０、７０、９０，１００％エタノールの順に浸漬して脱水し、２７７Ｋで一晩保管した。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a platelet adhesion test.
Sodium citrate solution is added to human whole blood collected from healthy donors to a concentration of 0.38% to suppress blood coagulation, and centrifugation (293K, 110G, 0.9ks) separates blood cell components. Thus, a fraction containing a large number of platelets in the supernatant was obtained. This fraction was designated as platelet rich plasma (PRP). The remaining blood cell component was defined as poor platelet plasma (PPP). After measuring the platelet count of both using a hemocytometer (PCE-170, ERMAINC, Japan), the platelet count is adjusted to 1.0 × 10 ⁵ cells / μL by mixing the appropriate amount of both, and calcium chloride is adjusted to 1 .96 × 10 ⁻² mol / L, and the coagulation rate was controlled. The sample was immersed in a solution with adjusted platelet count, incubated at 310 K for 0.3 ks, washed 3 times with PBS (−), and then immersed in 2% glutaraldehyde at 7.2 ks at room temperature for fixation. After removing glutaraldehyde and rinsing with PBS (−) three times, it was dehydrated by immersion in the order of 30, 50, 70, 90, and 100% ethanol, and stored overnight at 277K.

血小板数を調整した溶液中に浸漬する試料は以下の通りである。
表面を機械研磨による鏡面仕上げ（ＭＰ）及び電解処理した、チタン（Ｔｉ）、チタン−アルミニウム−バナジウム合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）、チタン−アルミニウム−ニオブ合金（Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ）及びチタン−ニッケル合金（Ｔｉ−Ｎｉ）。 Samples immersed in the solution with adjusted platelet count are as follows.
Titanium (Ti), titanium-aluminum-vanadium alloy (Ti-6Al-4V), titanium-aluminum-niobium alloy (Ti-6Al-7Nb), and titanium-, whose surfaces were mirror-finished by mechanical polishing (MP) and electrolytically treated Nickel alloy (Ti-Ni).

チタン（Ｔｉ）はＪＩＳ２種（ニラコ）、チタン−アルミニウム−バナジウム合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）およびチタン−アルミニウム−ニオブ合金（Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ）（いずれも大同特殊鋼）、チタン−ニッケル合金（Ｔｉ−Ｎｉ）はＮＴ-Ｅ４（古河電気工業、Ｔｉ-５０．８５mol％Ｎｉ）を用いた。また試験片は円板状（直径８ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ）に切出した後、耐水研磨紙、ダイヤモンドペースト、コロイダルシリカを用いて試験面を研磨し、裏面は耐水研磨紙によって研磨した。この後アセトン、超純水で超音波洗浄（１０分間）を行った。 Titanium (Ti) is JIS class 2 (Niraco), titanium-aluminum-vanadium alloy (Ti-6Al-4V) and titanium-aluminum-niobium alloy (Ti-6Al-7Nb) (both Daido special steel), titanium-nickel alloy NT-E4 (Furukawa Electric, Ti-50.85 mol% Ni) was used as (Ti-Ni). The test piece was cut into a disk shape (diameter 8 mm, thickness 1.5 mm), and then the test surface was polished with water-resistant abrasive paper, diamond paste, and colloidal silica, and the back surface was polished with water-resistant abrasive paper. This was followed by ultrasonic cleaning (10 minutes) with acetone and ultrapure water.

電解処理液としては、３５．７ｖol％のグリセリンと７．１vol％の乳酸と５７．２vol％の水を用いた。尚、各成分としては１０vol％〜４０vol％のグリセリンと０．１vol％〜８０vol％の乳酸を用いることができる。 As the electrolytic treatment solution, 35.7 vol% glycerin, 7.1 vol% lactic acid and 57.2 vol% water were used. In addition, 10 vol%-40 vol% glycerin and 0.1 vol%-80 vol% lactic acid can be used as each component.

電解処理条件は、上記の電解処理液７０ｍｌ中で、試験片を陽極、チタン（ＪＩＳ２種）を対極とし、陽極−対極間距離３５ｍｍ、電解電圧５０Ｖで１．８ｋｓ処理を行った。 The electrolytic treatment conditions were as follows: in 70 ml of the above-described electrolytic treatment solution, the test piece was an anode, titanium (JIS type 2) was the counter electrode, and the anode-counter electrode distance was 35 mm, and the electrolytic voltage was 50 V, and the treatment was performed for 1.8 ks.

図２はチタンに対する血小板付着試験の経時的変化を示す表面のＳＥＭ写真であり、（ａ）は機械研磨（ＭＰ）のみを行った試料、（ｂ）は本発明の電解処理を行った試料を示す。
（ａ）に示すように、血小板付着試験直後の研磨のみを施した試料の表面には、約４μｍの収縮した形状の血小板が多数粘着し、各血小板はフィブリンネットワークによって網状に覆われていた。
一方、（ｂ）に示すように本発明の電解処理を行った試料の表面には、血小板の付着数が少なく、フィブリンネットワークの形成は認められなかった。 FIG. 2 is a SEM photograph of the surface showing the time course of the platelet adhesion test for titanium, (a) is a sample subjected only to mechanical polishing (MP), (b) is a sample subjected to the electrolytic treatment of the present invention. Show.
As shown in (a), a large number of contracted platelets of about 4 μm adhered to the surface of the sample subjected to polishing just after the platelet adhesion test, and each platelet was covered with a fibrin network.
On the other hand, as shown in (b), the number of platelets adhered was small on the surface of the sample subjected to the electrolytic treatment of the present invention, and the formation of a fibrin network was not recognized.

このように、血小板の付着数が極端に減少したのは、電解処理を施すことによって表面に存在する酸化被膜が更に酸化され、血漿中のタンパク質を吸着する表面の水酸基（ＯＨ⁻）が減少したことが一因であると推察される。 In this way, the number of platelet adhesions was extremely reduced because the oxide film on the surface was further oxidized by electrolytic treatment, and the hydroxyl groups (OH ⁻ ) on the surface that adsorbed proteins in plasma were reduced. This is presumed to be a factor.

図３（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）、図５（ａ）（ｂ）はそれぞれ上記と同様の血小板付着試験をチタン−ニッケル合金（Ｔｉ-５０．８５mol％Ｎｉ）、チタン−アルミニウム−バナジウム合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）、チタン−アルミニウム−ニオブ合金（Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ）に行った結果を示すものであり、前記同様、本発明の電解処理を行った試料の表面には、血小板の付着数は極端に減少し、フィブリンネットワークの形成は認められなかった。 3 (a) (b), FIG. 4 (a) (b), FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b) show the same platelet adhesion test as above, respectively, with a titanium-nickel alloy (Ti-50.85 mol% Ni), It shows the results obtained for titanium-aluminum-vanadium alloy (Ti-6Al-4V) and titanium-aluminum-niobium alloy (Ti-6Al-7Nb). Similarly to the above, the sample subjected to the electrolytic treatment of the present invention On the surface, the number of platelets was extremely reduced, and no fibrin network was formed.

更なる試験として、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金及びＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金について、上記の条件で電解処理した試料の、（１）ＸＰＳによる表面分析、（２）アノード分極による耐食性試験、（３）ＡＥＳによる表面分析を行った。以下に各結果を述べる。 As further tests, for Ti-6Al-4V alloy and Ti-6Al-7Nb alloy, (1) Surface analysis by XPS, (2) Corrosion resistance test by anodic polarization, (3) Surface analysis by AES was performed. Each result is described below.

（１）ＸＰＳによる表面分析
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のＸＰＳスペクトルを図６（ａ）に示した。電解処理を施していない試料では、Ｔｉ２ｐＸＰＳスペクトルスペクトルのピークは金属状態を表すＴｉ⁰のピークと、表面酸化皮膜由来のＴｉ²⁺、Ｔｉ³⁺、Ｔｉ⁴⁺のピークが検出された。一方、電解処理を施した試料では、Ｔｉ⁴⁺のピークのみが検出された。
またＡｌ２ｐＸＰＳスペクトルについて、無処理の試料では、金属状態のＡｌ⁰のピークおよび表面酸化皮膜のＡｌ³⁺のピークが検出されたのに対して、本発明の電解処理（ＧＬＷ４）を施した試料からは、Ａｌ³⁺のピークのみが検出された。
Ｖ２ｐＸＰＳスペクトルは無処理の試料からは金属状態のＶ⁰のピークおよび表面酸化皮膜のＶ²⁺のピークが検出されたが、本発明の電解処理を施すことでVに由来するピークは検出されなくなった。 (1) Surface analysis by XPS The XPS spectrum of the Ti-6Al-4V alloy is shown in FIG. In the sample not subjected to the electrolytic treatment, the peak of Ti 2p XPS spectrum spectrum was a peak of Ti ⁰ representing a metal state, and peaks of Ti ²⁺ , Ti ³⁺ and Ti ⁴⁺ derived from the surface oxide film. On the other hand, only the Ti ⁴⁺ peak was detected in the sample subjected to the electrolytic treatment.
Further, regarding the Al 2p XPS spectrum, in the untreated sample, the Al ⁰ peak in the metal state and the Al ³⁺ peak in the surface oxide film were detected, but the electrolytic treatment (GLW4) of the present invention was applied. Only Al ³⁺ peaks were detected from the sample.
In the V 2p XPS spectrum, the V ⁰ peak in the metallic state and the V ²⁺ peak in the surface oxide film were detected from the untreated sample, but the peak derived from V was detected by the electrolytic treatment of the present invention. No longer.

Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金のＸＰＳスペクトルを図６（ｂ）に示した。Ｔｉ２ｐＸＰＳスペクトルについて、無処理の試料表面から、Ｔｉのピークは金属状態のＴｉ⁰、表面酸化皮膜のＴｉ²⁺、Ｔｉ³⁺、Ｔｉ⁴⁺のピークが検出された。一方、本発明の電解処理（ＧＬＷ４）を施した試料からは、Ｔｉ⁴⁺のピークのみ検出された。
Ａｌ２ｐＸＰＳスペクトルについて、無処理の試料では、金属状態のＡｌ⁰のピークおよび表面酸化皮膜のＡｌ³⁺のピークが検出されたのに対して、本発明の電解処理を施した試料からは、Ａｌ³⁺のピークのみ検出された。
Ｎｂ３ｄＸＰＳスペクトルは無処理の合金表面からは金属状態のＮｂ⁰のピーク、表面酸化皮膜のＮｂ²⁺、Ｎｂ⁴⁺、Ｎｂ⁵⁺のピークが検出されたが、本発明の電解処理（ＧＬＷ４）を施すことでＮｂに由来するピークは検出されなくなった。 The XPS spectrum of the Ti-6Al-7Nb alloy is shown in FIG. 6 (b). With respect to the Ti 2p XPS spectrum, from the untreated sample surface, Ti peaks were detected as Ti ^{0 in} the metallic state, and Ti ²⁺ , Ti ³⁺ and Ti ⁴⁺ peaks in the surface oxide film. On the other hand, only the Ti ⁴⁺ peak was detected from the sample subjected to the electrolytic treatment (GLW4) of the present invention.
Regarding the Al 2p XPS spectrum, the Al ⁰ peak in the metal state and the Al ³⁺ peak in the surface oxide film were detected in the untreated sample, whereas from the sample subjected to the electrolytic treatment of the present invention, Only Al ³⁺ peaks were detected.
In the Nb 3d XPS spectrum, Nb ⁰ peaks in the metal state and Nb ²⁺ , Nb ⁴⁺ , and Nb ⁵⁺ peaks in the surface oxide film were detected from the untreated alloy surface, but the electrolytic treatment (GLW4) of the present invention was detected. ), No peaks derived from Nb were detected.

表面酸化皮膜の元素の相対濃度については、いずれの合金においてもＴｉの相対濃度が増加し、Ａｌは減少した。電解処理によって形成した表面酸化皮膜はＸＰＳの検出深さ限界（６ｎｍ）以上であった。 Regarding the relative concentration of elements in the surface oxide film, the relative concentration of Ti increased and Al decreased in any alloy. The surface oxide film formed by the electrolytic treatment was not less than the XPS detection depth limit (6 nm).

（２）アノード分極試験
試料を２７．８ｍｍ^２露出させ、対極に白金電極、参照極に飽和カロメル電極（ＳＣＥ）を用いて、ポテンショスタット（ＨＺ３０００、北斗電工）によって測定した。
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ及びＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金は３１０Ｋの０．９％ＮａＣｌ水溶液と３１０Ｋの１．０％乳酸の２通りの溶液中で試験を行った。測定は腐食電位を６００Ｓ測定した後、腐食電位からアノード側へ２０ｍＶｍｉｎ^-1の掃引速度で、試料に２Ｖまでアノード分極を行った。 (2) Anode polarization test The sample was exposed to 27.8 mm ² and measured with a potentiostat (HZ3000, Hokuto Denko) using a platinum electrode as a counter electrode and a saturated calomel electrode (SCE) as a reference electrode.
The Ti-6Al-4V and Ti-6Al-7Nb alloys were tested in two solutions: 310K 0.9% NaCl aqueous solution and 310K 1.0% lactic acid. In the measurement, after the corrosion potential was measured at 600 S, the sample was subjected to anodic polarization up to 2 V at a sweep rate of 20 mV min ⁻¹ from the corrosion potential to the anode side.

Ｔｉ−６Ａｌ−４ＶおよびＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金の０．９％ＮａＣｌ水溶液、または１.０％乳酸中のアノード分極曲線を図７に示す。図７（ａ）に示すように０．９％ＮａＣｌ水溶液中で、電解処理を施したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は、無処理のものと比較して腐食電位が高く、不動態保持電流密度が著しく減少した。 The anodic polarization curves of 0.9% NaCl aqueous solution of Ti-6Al-4V and Ti-6Al-7Nb alloy or 1.0% lactic acid are shown in FIG. As shown in FIG. 7 (a), the Ti-6Al-4V alloy that has been subjected to electrolytic treatment in a 0.9% NaCl aqueous solution has a higher corrosion potential and a passive holding current density than that of the untreated one. Remarkably reduced.

電解処理の有無にかかわらず、２Ｖまでのアノード分極試験では孔食の発生は観測されなかったが、無処理の分極曲線においては、１Ｖ以降で電流密度の急激な上昇を示した箇所が見られた。また、１Ｖ以降で電位の増加に伴って電流密度の増加が見られた。１．０％乳酸中では０．９％ＮａＣｌ水溶液と比較して腐食し易い環境であると考えられるが、分極挙動は同様の傾向であった。 Regardless of the presence or absence of electrolytic treatment, no pitting corrosion was observed in the anodic polarization test up to 2V, but in the untreated polarization curve, there was a point where the current density increased rapidly after 1V. It was. Further, an increase in current density was observed with an increase in potential after 1V. In 1.0% lactic acid, it is considered that the environment is more easily corroded than 0.9% NaCl aqueous solution, but the polarization behavior was similar.

図７（ｂ）から、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金においても同様に、いずれの試験溶液において本発明の電解処理（ＧＬＷ）を施した試料は、無処理のものと比較して腐食電位が上昇し、不動態保持電流密度が著しく減少した。無処理の試料について、０．９％ＮａＣｌ水溶液での試験において１Ｖ以降で電流密度の急激な上昇が検出された。 From FIG. 7B, similarly in the Ti-6Al-7Nb alloy, the sample subjected to the electrolytic treatment (GLW) of the present invention in any of the test solutions has an increased corrosion potential as compared with the untreated sample. The passive holding current density was significantly reduced. For the untreated sample, a rapid increase in current density was detected after 1 V in a test with a 0.9% NaCl aqueous solution.

電解処理を施したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ及びＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金のアノード分極曲線は、いずれの試験溶液中にあっても、腐食電位をさらに上昇、不動態保持電流密度を低下させ、元々良好な耐食性を備える合金の耐食性がさらに向上することを示した。腐食電位の増加と不動態保持電流密度の減少は、表面酸化皮膜が厚く成長しただけでなく、処理によって形成された酸化皮膜が緻密であったために表面酸化皮膜の抵抗値が著しく増加したと考えられる。 The anodic polarization curves of the electrolytically treated Ti-6Al-4V and Ti-6Al-7Nb alloys, which are in any test solution, further increase the corrosion potential, lower the passive holding current density, and are originally good. It was shown that the corrosion resistance of alloys with excellent corrosion resistance is further improved. The increase in the corrosion potential and the decrease in the passive holding current density were considered not only because the surface oxide film grew thick, but also because the oxide film formed by the treatment was dense, the resistance value of the surface oxide film increased significantly. It is done.

ＸＰＳの結果から、合金表面のＴｉはすべてＴｉ⁴⁺として存在することがわかった。Ｔｉ⁴⁺は水または水溶液環境中で熱力学的に安定な状態である。また、Ａｌについても同様に、熱力学的に安定な状態である酸化物Ａｌ₂Ｏ₃として存在する。合金表面が安定なＴｉＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃に覆われていることがアノード分極試験において、腐食電位の上昇と不動態保持電流密度の減少を示した要因の一つであると考えられる。 From the XPS results, it was found that all Ti on the alloy surface was present as Ti ⁴⁺ . Ti ⁴⁺ is a thermodynamically stable state in a water or aqueous solution environment. Similarly, Al exists as an oxide Al ₂ O ₃ which is in a thermodynamically stable state. It is considered that the fact that the alloy surface is covered with stable TiO ₂ and Al ₂ O ₃ is one of the factors showing an increase in corrosion potential and a decrease in passive holding current density in the anodic polarization test.

またＸＰＳの結果から、本発明の電解処理を施すことによって、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ及びＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金表面からＶ又はＮｂがそれぞれ検出されなくなった。酸化の自由エネルギーはＡｌ＜Ｔｉ＜Ｖ、Ｎｂであり、Ｔｉ及びＡｌがＶ、Ｎｂと比較して酸化し易い傾向にある。電解処理を施すことで表面酸化皮膜がさらに酸化することによってＴｉおよびＡｌから構成される、およそ１５０ｎｍの表面酸化皮膜が形成されたため、検出深度の約６ｎｍのＸＰＳでは、Ｖ及びＮｂが検出されなくなったと考えられる。 From the XPS results, V or Nb was not detected from the surfaces of the Ti-6Al-4V and Ti-6Al-7Nb alloys by applying the electrolytic treatment of the present invention. The free energy of oxidation is Al <Ti <V, Nb, and Ti and Al tend to oxidize more easily than V and Nb. Since the surface oxide film composed of Ti and Al is formed by further oxidizing the surface oxide film by performing the electrolytic treatment, V and Nb are not detected in the XPS having a detection depth of about 6 nm. It is thought.

酸化の自由エネルギーの傾向からＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ及びＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金表面の参加が進行すると、表面酸化皮膜中にはＡｌの酸化物の濃度が増加すると推測されるが、いずれの合金においても表面酸化皮膜のＴｉの濃度が増加しているのに対してＡｌの濃度はわずかではあるが減少していた。このことは本願における電解処理がＴｉを優先的に酸化させることを示唆した。 As the participation of Ti-6Al-4V and Ti-6Al-7Nb alloy progresses from the tendency of free energy of oxidation, it is estimated that the concentration of Al oxide in the surface oxide film increases. In contrast, the Ti concentration in the surface oxide film increased, whereas the Al concentration decreased slightly. This suggested that the electrolytic treatment in the present application preferentially oxidizes Ti.

Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金とＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金に対する電解処理の効果は、いずれの合金に対しても表面酸化皮膜の酸化が進行し、表面の組成に関しても類似していることが明らかになった。電解処理後の両合金のアノード分極曲線を比較すると、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金では１Ｖ以上で電流密度がやや増加する傾向が見られたのに対してＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金ではこのような傾向はなかった。 The effect of the electrolytic treatment on the Ti-6Al-4V alloy and the Ti-6Al-7Nb alloy shows that the oxidation of the surface oxide film proceeds and the surface composition is similar for both alloys. It was. Comparing the anodic polarization curves of both alloys after electrolytic treatment, Ti-6Al-4V alloy showed a slight increase in current density at 1 V or higher, whereas Ti-6Al-7Nb alloy showed such a tendency. There was no.

血小板付着試験の概略構成を示す図Diagram showing schematic configuration of platelet adhesion test チタンに対する血小板付着試験の結果を示す表面のＳＥＭ写真であり、（ａ）は機械研磨（ＭＰ）のみを行った試料、（ｂ）は本発明の電解処理を行った試料を示す。It is the surface SEM photograph which shows the result of the platelet adhesion test with respect to titanium, (a) shows the sample which performed only mechanical polishing (MP), (b) shows the sample which performed the electrolytic treatment of this invention. チタン−ニッケル合金（Ｔｉ-５０．８５mol％Ｎｉ）に対する血小板付着試験の結果を示す表面のＳＥＭ写真であり、（ａ）は機械研磨（ＭＰ）のみを行った試料、（ｂ）は本発明の電解処理を行った試料を示す。It is the surface SEM photograph which shows the result of the platelet adhesion test with respect to titanium-nickel alloy (Ti-50.85mol% Ni), (a) is the sample which performed only mechanical polishing (MP), (b) is the present invention. The sample which performed the electrolytic treatment is shown. チタン−アルミニウム−バナジウム合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）に対する血小板付着試験の結果を示す表面のＳＥＭ写真であり、（ａ）は機械研磨（ＭＰ）のみを行った試料、（ｂ）は本発明の電解処理を行った試料を示す。It is the surface SEM photograph which shows the result of the platelet adhesion test with respect to titanium-aluminum-vanadium alloy (Ti-6Al-4V), (a) is the sample which performed only mechanical polishing (MP), (b) is the present invention. The sample which performed the electrolytic treatment is shown. チタン−アルミニウム−ニオブ合金（Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ）に対する血小板付着試験の結果を示す表面のＳＥＭ写真であり、（ａ）は機械研磨（ＭＰ）のみを行った試料、（ｂ）は本発明の電解処理を行った試料を示す。It is the surface SEM photograph which shows the result of the platelet adhesion test with respect to titanium-aluminum-niobium alloy (Ti-6Al-7Nb), (a) is the sample which performed only mechanical polishing (MP), (b) is the present invention. The sample which performed the electrolytic treatment is shown. （ａ）はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のＸＰＳスペクトル（ｂ）はＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金のＸＰＳスペクトル(A) XPS spectrum of Ti-6Al-4V alloy (b) XPS spectrum of Ti-6Al-7Nb alloy （ａ）はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のアノード分極試験の結果を示すグラフ（ｂ）はＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金のアノード分極試験の結果を示すグラフ(A) is a graph showing the results of the anodic polarization test of Ti-6Al-4V alloy (b) is a graph showing the results of the anodic polarization test of Ti-6Al-7Nb alloy

Claims

By applying electrolytic treatment to titanium or a titanium alloy, the platelet count is adjusted to 1.0 × 10 ⁵ cells / μL, and calcium chloride is added to this to control the coagulation rate, 1.96 × 10 ⁻² mol / L. A metal material characterized in that no fibrin network is formed by a platelet adhesion test immersed in added plasma for 5 minutes.

The metal material according to claim 1, wherein the titanium alloy is a titanium-aluminum-vanadium alloy.

2. The metal material according to claim 1, wherein the titanium alloy is a titanium-aluminum-niobium alloy.

The metal material according to claim 1, wherein the titanium alloy is a titanium-nickel alloy.

5. The metal material according to claim 1, wherein the electrolytic treatment is performed using a treatment liquid composed of 10 vol% to 40 vol% glycerin, 0.1 vol% to 80 vol% lactic acid, and water (remainder). Characteristic metal material.

A thrombus formation-suppressing material using the metal material according to any one of claims 1 to 5.

A platelet adhesion-suppressing material comprising the metal material according to any one of claims 1 to 5.