JP2013070724A - 生体吸収性インプラント及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 この生体吸収性インプラントは、平均気孔径が100μm以上200μm以下の大径気孔同士の間に形成される骨格部を有し、前記骨格部は生体吸収性セラミックスからなり、孔径5μm未満の微細気孔の全気孔に対する体積割合が20%以上であり、その表面に前記生体吸収性セラミックスの粒子が互いに接して配列された表面層を有し、この生体吸収性インプラントの製造方法は、生体吸収性セラミックスの顆粒を調製する工程と、前記顆粒と可燃性有機粒子とを混合して顆粒混合物を得る工程と、前記顆粒混合物をプレス成形して成形体を得る工程と、前記成形体を焼成する焼成工程とを含み、前記顆粒のタップ充填密度が理論密度の20%以上30%未満である。
【選択図】 図2
Description
(1) 複数の大径気孔が分布することにより、前記大径気孔同士の間に形成される骨格部を有する多孔体であり、
前記大径気孔はその平均気孔径が100μm以上200μm以下であり、
前記骨格部は、生体吸収性セラミックスからなり、水銀ポロシメータで測定した細孔分布における孔径5μm未満の微細気孔の全気孔に対する体積割合が20%以上であり、その表面に前記生体吸収性セラミックスの粒子が互いに接して配列された表面層を有することを特徴とする生体吸収性インプラントである。
(2)前記大径気孔同士を連通する連通部の径が40μm以上であり、気孔率が40%以上55%未満であり、圧縮強度が5MPa以上であり、
(3)前記気孔率が40%以上50%未満であり、圧縮強度が8MPa以上であり、
(4)前記生体吸収性セラミックスが、β−リン酸三カルシウムである。
(5)生体吸収性セラミックスの顆粒を調製する顆粒調製工程と、
前記顆粒調製工程で得られた顆粒と可燃性有機粒子とを混合して顆粒混合物を得る顆粒混合工程と、
前記顆粒混合工程で得られた顆粒混合物をプレス成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形工程で得られた成形体を焼成する焼成工程と、
を含み、
前記顆粒のタップ充填密度が、前記生体吸収性セラミックスの組成から求められる理論密度の20%以上30%未満であることを特徴とする生体吸収性インプラントの製造方法である。
(6)前記顆粒の50%積算粒子径及び前記可燃性有機粒子の50%積算粒子径が、それぞれ100μm以上300μm未満であり、
(7)前記可燃性有機粒子の前記顆粒混合物に対する体積割合が40%以上55%未満であり、
(8)前記可燃性有機粒子の前記顆粒混合物に対する体積割合が40%以上50%未満であり、
(9)前記プレス成形の圧力が100kg/cm2以上400kg/cm2未満であり、
(10)前記焼成工程における焼成温度は、前記生体吸収性セラミックスが相転移又は分解する温度未満、かつ相転移又は分解する温度より100℃低い温度以上であることを特徴とする。
(顆粒調製工程)
生体吸収性セラミックスであるβ−リン酸三カルシウム(β−TCP)の粉末(比表面積:4.0m2/g)を原料として流動層造粒により略球状の顆粒を調製した。このとき、バインダ水溶液として8質量%ポリビニルアルコール水溶液を使用し、造粒の条件を変化させることにより、表1及び2に示すように、顆粒の50%積算粒子径、顆粒の理論密度に対するタップ充填密度の比率の異なる種々の顆粒を調製した。なお、β−TCPの粉末の比表面積は比表面積測定装置(Mountech社製MacSorb HM)により測定した。顆粒の50%積算粒子径は、9段重ねの篩を用いて篩に残った顆粒の質量を測定し、粒径の小さい方から質量を積算して全質量の50%になる粒子径を求めた。顆粒のタップ充填密度は、容積20ccのメスシリンダーに10g前後の顆粒を入れ、5cmの高さから垂直に落とすタッピング操作を500回行い、顆粒の体積の変化が認められないことを確認した後に体積を読み取り、顆粒の質量を顆粒の体積で除することにより算出した。このとき、顆粒の理論密度を3.07g/cm2として、顆粒の理論密度に対するタップ充填密度の比率を算出した。
可燃性有機粒子である球状のブチルメタクリレートを準備し、この粒子と得られた顆粒とを均一になるように混合して顆粒混合物を得た。このとき、表1及び2に示すように、ブチルメタクリレートの粒子については、50%積算粒子径の異なる種々の粒子を使用し、また顆粒に対する混合割合も変化させた。ブチルメタクリレートの粒子の50%積算粒子径は、顆粒と同様にして求めた。
得られた顆粒混合物を金型に充填し、プレス成形して円柱状の成形体を得た。このとき、表1及び2に示すように、プレス成形の圧力を変化させた。
得られた成形体を220℃で3時間、450℃で2時間脱脂し、その後昇温速度100℃/時間で1000℃又は1100℃まで昇温し、この温度に維持したまま3時間焼成し、生体吸収性インプラントを製造した。
(気孔率)
生体吸収性インプラントの質量及び寸法により算出される体積から見掛け密度を算出した。この見掛け密度とβ−TCPの理論密度3.07g/cm2とから気孔率を算出した。
(水銀ポロシメータ)
得られた生体吸収性インプラントを水銀ポロシメータ(マイクロメリティックス社製オートポアIV9510)を用いて細孔分布を測定した。いずれの生体吸収性インプラントについても、細孔分布において孔径が10μm以下と10μm以上とに2つのピークが現れた。孔径5μm未満の微細気孔を積算して得られる体積割合を気孔率で除して、微細気孔の全気孔に対する割合を算出した。
また、10μm以上に現れたピークトップに対応する孔径を大径気孔の連通部の径とした。
得られた生体吸収性インプラントを樹脂に埋包した後、研磨して断面を出し、この断面を走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製JSM−6460LA)で観察し(50倍)、視野にあるすべての気孔についてそれぞれ円を想定して直径を測定し、これらの測定値の算術平均を、大径気孔の平均気孔径とした。
また、表1及び2における試験番号1の生体吸収性インプラントを走査型顕微鏡で観察し(1000倍)、撮影した骨格部の断面写真を図2に示す。図2に示されるように、骨格部の断面である中央部分には複数の微細気孔が存在し、骨格部の内部は微細気孔が多数存在しているのが観察された。また、骨格部の表面はβ−TCPの粒子同士が接して配列され、石垣状に敷き詰められ、硬い殻を形成しているのが観察された。図2に示す生体吸収性インプラントの中央部分を5000倍に拡大して撮影した写真を図3に示す。図3に示されるように、骨格部の内部には1〜5μm程度の微細気孔が多数存在しているのが観察された。図2に示す生体吸収性インプラントの中央部分の周囲を5000倍に拡大して撮影した写真を図4に示す。中央部分の周囲は表面層であり、図4に示されるように、直径1〜5μm程度のβ−TCPの粒子が密に敷き詰めされているのが観察された。図2に示されるように、表面層はβ−TCPの粒子1〜2個分程度すなわち1〜10μm程度の厚みを有していた。
直径10mm、高さ10mmの円柱体を成す生体吸収性インプラントの試験体を作製し、この試験体をロードセルを用いて0.5mm/minの速さで圧縮応力を負荷して、応力−ひずみ曲線を作成し、この曲線において応力が最大となった点を、圧縮強度とした。
表1及び2における総合評価は以下の基準にしたがって行った。
×:平均気孔径が100μm以上200μm以下を満たすが、微細気孔の全気孔に対する割合が20%以上を満たさないとき
○:平均気孔径が100μm以上200μm以下、微細気孔の全気孔に対する割合が20%以上を満たすが、連通部の径が40μm以上、気孔率が40%以上55%未満、圧縮強度が5MPa以上の少なくとも1項目を満たさないとき
◎:平均気孔径が100μm以上200μm以下、微細気孔の全気孔に対する割合が20%以上、連通部の径が40μm以上を満たし、気孔率が50%以上55%未満又は圧縮強度が5MPa以上8MPa未満であるとき
☆:気孔率が40%以上50%未満、大径気孔の平均気孔径が100μm以上200μm未満、微細気孔の全気孔に対する割合が20%以上、連通部の径が40μm以上、圧縮強度が5MPa以上のすべてを満たしているとき
2 大径気孔
3 骨格部
4 多孔体
5 微細気孔
6 表面層
7 開気孔
8 独立気孔
9 連通部
Claims (10)
- 複数の大径気孔が分布することにより、前記大径気孔同士の間に形成される骨格部を有する多孔体であり、
前記大径気孔はその平均気孔径が100μm以上200μm以下であり、
前記骨格部は、生体吸収性セラミックスからなり、水銀ポロシメータで測定した細孔分布における孔径5μm未満の微細気孔の全気孔に対する体積割合が20%以上であり、その表面に前記生体吸収性セラミックスの粒子が互いに接して配列された表面層を有することを特徴とする生体吸収性インプラント。 - 前記大径気孔同士を連通する連通部の径が40μm以上であり、気孔率が40%以上55%未満であり、圧縮強度が5MPa以上であることを特徴とする請求項1に記載の生体吸収性インプラント。
- 前記気孔率が40%以上50%未満であり、圧縮強度が8MPa以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の生体吸収性インプラント。
- 前記生体吸収性セラミックスが、β−リン酸三カルシウムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の生体吸収性インプラント。
- 生体吸収性セラミックスの顆粒を調製する顆粒調製工程と、
前記顆粒調製工程で得られた顆粒と可燃性有機粒子とを混合して顆粒混合物を得る顆粒混合工程と、
前記顆粒混合工程で得られた顆粒混合物をプレス成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形工程で得られた成形体を焼成する焼成工程と、
を含み、
前記顆粒のタップ充填密度が、前記生体吸収性セラミックスの組成から求められる理論密度の20%以上30%未満であることを特徴とする生体吸収性インプラントの製造方法。 - 前記顆粒の50%積算粒子径及び前記可燃性有機粒子の50%積算粒子径が、それぞれ100μm以上300μm未満であることを特徴とする請求項5に記載の生体吸収性インプラントの製造方法。
- 前記可燃性有機粒子の前記顆粒混合物に対する体積割合が40%以上55%未満であることを特徴とする請求項5又は6に記載の生体吸収性インプラントの製造方法。
- 前記可燃性有機粒子の前記顆粒混合物に対する体積割合が40%以上50%未満であることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の生体吸収性インプラントの製造方法。
- 前記プレス成形の圧力が100kg/cm2以上400kg/cm2未満であることを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載の生体吸収性インプラントの製造方法。
- 前記焼成工程における焼成温度は、前記生体吸収性セラミックスが相転移又は分解する温度未満、かつ相転移又は分解する温度より100℃低い温度以上であることを特徴とする請求項5〜9のいずれか1項に記載の生体吸収性インプラントの製造方法。
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