JP2014036716A - 生体親和性に優れたインプラント材料の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チタンまたはチタン合金からなり表面を粗面化したインプラント材料を電解オゾン水中に浸漬するとともに、前記電解オゾン水を常温に保持することにより、前記インプラント材料の表面の炭化物吸着による汚染を防止し、かつ、親水性を付与したことを特徴とする生体親和性に優れたインプラント材料の処理方法及び処理装置。
【選択図】図1
Description
1)インプラント材料は使用される時点で、生物学的老化の途中または完了した状態にある可能性があり、最高の状態で用いられてないことが懸念される。
2)インプラント材料を取付ける際に、インプラント材料の製造年月日を知ることは極めて困難なため、チタン表面がどの程度劣化しているのかが分からない。
3)そのため、例え、同じブランドであっても、製品によって骨との結合能力に差が生じる可能性がある。
また、本発明によれば、長期間空気と接触して保管され、生体親和性を消失したインプラントを再活性化することができる。
図1は、本発明によるインプラント材料の処理方法及び処理装置を使用したインプラント手術の全体構成を示すフローシートの一実施態様を示したものであり、1は、電解により電解オゾン水を生成する電解式オゾン水生成装置、2は、電解式オゾン水生成装置1により生成した電解オゾン水を貯蔵し、チタンまたはチタン合金からなり表面を粗面化したインプラント材料をインプラント手術直前まで浸漬し常温に保持し、インプラント材料を親水化処理するインプラント親水化処理容器、3は、前記インプラント材料をインプラント手術直前に前記インプラント親水化処理容器2より取り出した後、インプラント手術中に、前記電解式オゾン水生成装置1により生成した電解オゾン水をインプラント手術部位にセットした前記インプラント材料の表面に供給するオゾン水洗浄装置である。
電解条件としては、生成した物質の安定性、活性の観点から温度は5℃から40℃が好ましく、電解セルに流す直流電流は陽極の投影面に対する電流密度として、0.01〜1A/cm2が好ましい。このとき流す水量は目的の濃度が得られるよう調整する。オゾン水濃度は高いほど,短時間で親水化処理が可能であり、好ましい濃度は1ppmから25ppmである。例えば1Aを流せるセルで、オゾン水濃度を1ppmから25ppmにするには、水量を1L/minから50mL/minに変化させればよい。
本発明においては、このインプラント材料は、インプラント手術直前に前記インプラント親水化処理容器2より取り出した後、インプラント手術する際、インプラント手術部位にセットされ、このインプラント材料の表面に、オゾン水洗浄装置3により生成した電解オゾン水が供給する。オゾン水洗浄装置3は、フットスイッチ14に接続して、オゾン水生成モジュール12の作動を制御できるようになっていることが好ましい。フットスイッチ14を備えていれば、ハンドピース8を手に持って手術を行っている間でも、手術を行いながらフットスイッチ14を操作することによって噴射ノズルからのオゾン水の生成及び供給の開始及び停止を行うことなどが可能となる。ハンドピース8は、口腔内の所望部位へ向けてオゾン水を噴射する噴射ノズルを備えたイリゲータであってもよい。また、ハンドピース8が、チューブを通してオゾン水を供給される外部注水型インプラント用コントラであり、前記噴射ノズルが、前記外部注水型インプラント用コントラに工具を装着して骨にドリリングするときに前記工具の先端へ向かってオゾン水を噴射するようになっていてもよい。この場合、工具による骨のドリリング時に施術部位に発生する熱の冷却のためにオゾン水を利用しながら、施術部位の殺菌・消毒を行うことができる。
電解条件としては、生成した物質の安定性、活性の観点から温度は5℃から40℃が好ましく、電解セルに流す直流電流は陽極の投影面に対する電流密度として、0.01〜1A/cm2が好ましい。このとき流す水量は目的の濃度が得られるよう調整する。オゾン水濃度は高いほど,短時間で親水化処理が可能であり、好ましい濃度は1ppmから25ppmである。例えば1Aを流せるセルで、オゾン水濃度を1ppmから25ppmにするには、水量を1L/minから50mL/minに変化させればよい。
本発明において、オゾン水とは、純水又は水道水等を電解セルを用いて電解することによって得られたオゾンガスが主として溶解した電解生成物であるが、オゾンガスのほかOHラジカルやスパーオキサイドアニオン等の酸素ラジカル、過酸化水素及びその他の酸化性物質をも含有するオゾン含有水を意味するものである。このオゾン水の作用としては、低pH(酸性)ではオゾンガス自体が酸化の主体となり、高pH(アルカリ性)ではオゾンガスが分解し、そのとき生成するOHラジカルによる酸化が主体となり、総酸化等量が同じ場合でも酸化作用はさらに強力となる。
一般的なオゾン水の特徴として、
(1)オゾン(OHラジカル)殺菌効果は細胞壁の酸化破壊であり無差別性のため耐性菌が存在しないといえる。
(2)酸素に分解し残留性がない。
オゾン水は従来から放電型のオゾンガス発生器を用いて製造することが一般的であり、数ppmのオゾン水を容易に製造でき、浄水処理、食品洗浄分野で利用されている。しかしながら、瞬時応答性に優れたハンディかつ高濃度なオゾン水装置の発生器としては以下の理由により不適当であった。
(1)オゾンをいったんガスとして発生させ、その後、水に溶解させる2つの工程を必要とすること。
(2)後述する電解法に比較して生成オゾン水濃度が低いため高圧下で水中に注入し、溶解させ、製造する必要がある。
(3)発生電源が高電圧・高周波のため、小型化しにくい。
(4)放電によるオゾン水生成装置では、オゾンガス発生能力が安定するまで時間(数分間の待機時間)を要し、瞬時に一定濃度のオゾン水を調製することが困難である。
2H2O=O2+4H++4e- (1)
3H2O=O3+6H++6e- (2)
オゾンガスを効率よく発生させるには、適切な触媒と電解質を選択することが不可欠である。電極材料として、白金などの貴金属、α−二酸化鉛、β−二酸化鉛、フルオロカーボンを含浸させたグラッシーカーボン、導電性ダイヤモンドが知られている。電極基体として使用しうる材料は、長寿命と、処理表面への汚染が起きないように耐食性を有することが好ましく、Si(単結晶,多結晶)、Nb、Ta、Zr、Tiや、Mo、W、黒鉛などが使用可能であり、用途によって選択できる。
陰極反応は主に水素発生であり、水素に対して脆化しない電極触媒が好ましく、白金族金属、ニッケル、ステンレス、チタン、ジルコニウム、金、銀、カーボン、ダイヤモンドなどが好ましい。陰極基体としてはステンレス、ジルコニウム、カーボン、ニッケル、チタンなどの使用が望ましい。
隔膜としては、イオン交換膜や中性膜が使用でき、通常はイオン交換膜を使用する。
隔膜は、陽極、陰極で生成した物質が反対の電極で消費されるのを防止するとともに、液の電導度の低い場合でも電解を速やかに進行させる機能を有するため、導電性の乏しい純水などを原料として利用する場合に好ましく使用できる。イオン交換膜を使用する場合、フッ素樹脂系、炭化水素樹脂系のいずれでも良いが、オゾンや過酸化物耐食性の面で前者が好ましい。膜の厚さは、0.1mmから1mmが好ましい。
電極としては、導電性ダイヤモンドを用いることが好ましく、棒状の導電性ダイヤモンド電極に帯状の隔膜部材を配置し、その上に線状の対極を配置した電解セルを使用できる。また、膜−電極接合体は、棒状又は筒状の電極、通常は陽極(以下、棒状陽極ともいう)の周囲に筒状のイオン交換膜等の隔膜を設置し、該膜の周囲に線状対極や多孔性対極、通常は線状陰極や多孔性陰極を配置し、該膜と該陽極、及び該膜と該陰極の少なくとも一部が接するように、該陰極を用いてこれらを固定し、該膜と陽極の間、更に好ましくは複数の陽極間に気液流路を有する陽極室を形成させることもでき、本発明において利用できる好適なセル構造を示したものである。
前記膜−電極接合体のうち、陽極と隔膜からなる陽極室の少なくとも一方の開口部は、原料水の経路に接続するチューブに固定されている。該チューブは、筒状の隔膜と同程度の径を有し、隔膜とチューブを接着剤で固定し、また、棒状陽極の給電端子を該チューブ内の陽極に接続させる。
精製水、純水、水道水、井戸水などを原料水として使用することができる。後の2つのように、Ca、Mgなどの金属イオンを多く含む処理対象では、陰極表面に水酸化物或いは、炭酸化物が沈殿し反応が阻害される恐れがある。また陽極表面にはシリカなどの酸化物が析出する。これを対策として、適当な時間(1分から1時間)ごとに逆電流を流すと、陰極では酸性化し、陽極ではアルカリ化するため、発生ガス及び供給水の流動により加速され、析出物の脱離反応が容易に進行する。
本発明では、インプラント材料に汚染が生じないように純水原料とすることが好ましい。純水を利用すると、電解性能が安定し長期間にわたって装置を利用できる。
原料水を貯留する容器のタンク、配管の材質は原料水により侵されない材料を選択する。特に問題がなければPE樹脂でよい。純水製造装置から直接ポンプを介して原料水を供給することが好ましい。
陽極として導電性ダイヤモンド触媒(ホウ素ドープ濃度2500ppm)を形成したニオブ製の棒(直径2mm)を、筒状のイオン交換膜(Nafion350、厚さ0.35mm、直径3mm)(Nafionは、デュポン社の登録商標である)の帯を陽極に螺旋状に巻き、白金線を前記隔膜の上から巻き、陽極−膜−陰極接合体とした。この膜−電極接合体を装着した電解セルの下部から純水を毎分40mL流した。0.5Aを流したところ、螺旋状の隔膜であるため、陽極から発生する酸素、オゾン、陰極から発生する水素ガスは混合され、それらを溶解した電解水が生成し、このときのセル電圧は10V、オゾン水濃度は4ppmであった。
陽極として導電性ダイヤモンド触媒(ホウ素ドープ濃度2500ppm)を形成したニオブ製の棒(直径2mm)を、筒状のイオン交換膜(デュポン製Nafion350、厚さ0.35mm、直径3mm)に入れ、陰極として、市販の白金線(直径0.4mm)を膜の上から螺旋状に巻き、陽極−膜−陰極接合体とした。螺旋の間隔は4mmであった。接合体の上下にチューブ(直径4mm)を接着し、直流電源からそれぞれの電極の給電線を接続し電解セルとし、陽極室の下部から純水を毎分40mL流した。1Aを流したところ、このときのセル電圧は19V、オゾン水濃度は21ppmであった。
同様の試験を実施したところ、チタン表面の炭素化合物が50%減少し、20原子%未満の炭素含量を有する表面が得られ、オゾン水による洗浄効果があることが示唆された。
ラットを使った効果確認試験を行い,接合強度に対する違いが定量的に確認できた。
2:インプラント親水化処理容器
3:オゾン水洗浄装置
4:電解ユニット
5:陽極
6:隔膜
7:陰極
8:ハンドピース
9:電源
10:水貯留槽
11:ポンプ
12:オゾン水生成モジュール
13:キャップ
14:フットスイッチ
Claims (10)
- チタンまたはチタン合金からなる表面を粗面化したインプラント材料を、電解オゾン水中に浸漬するとともに、該電解オゾン水を常温に保持することにより、前記インプラント材料の表面の炭化物吸着による汚染を防止し、かつ、該材料表面に親水性を付与したことを特徴とする生体親和性に優れたインプラント材料の処理方法。
- チタンまたはチタン合金からなる表面を粗面化したインプラント材料を、電解オゾン水中に浸漬するとともに、該電解オゾン水を常温に保持することにより、前記インプラント材料の表面の炭化物吸着による汚染を防止し、かつ、該材料表面に親水性を付与し、さらに、該インプラント材料の取付けを、インプラント材料の表面に電解オゾン水を供給しながら行うことで、前記インプラント材料の表面の炭化物吸着による汚染を防止しつつ、かつ、該材料表面に親水性を付与することを特徴とする生体親和性に優れたインプラント材料の処理方法。
- 処理後における前記インプラント材料の表面に吸着した炭化物の炭素含有量を、25原子%未満としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の生体親和性に優れたインプラント材料の処理方法。
- 処理後における前記インプラント材料の表面に吸着した炭化物の炭素含有量を、20原子%未満としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の生体親和性に優れたインプラント材料の処理方法。
- 前記インプラント材料を浸漬する電解オゾン水として、オゾン濃度が1ppmから25ppmのオゾン水を使用することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の生体親和性に優れたインプラント材料の処理方法。
- 前記インプラント材料の取付けを行う際にインプラント材料の表面に供給する前記電解オゾン水として、オゾン濃度が0.3ppmから5ppmのオゾン水を使用することを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の生体親和性に優れたインプラント材料の処理方法。
- インプラント材料が長期間空気と接触して生体親和性を消失したインプラント材料であり、該インプラント材料を、インプラント材料の取付けを行う前段階において予め、電解式オゾン水生成装置により生成した電解オゾン水中に浸漬するとともに、該電解オゾン水を常温に保持することにより、再活性化させて生体親和性を消失したインプラント材料を再生させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の生体親和性に優れたインプラント材料の処理方法。
- 前記インプラント材料が、歯科用インプラント材料であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の生体親和性に優れたインプラント材料の処理方法。
- 電解により電解オゾン水を生成する電解式オゾン水生成装置と、該電解式オゾン水生成装置により生成した電解オゾン水を貯蔵し、かつ、該オゾン水中に、チタンまたはチタン合金からなり表面を粗面化したインプラント材料を浸漬するとともに常温に保持するためのインプラント材料を親水化処理するインプラント親水化処理器とよりなることを特徴とする、前記インプラント材料の表面の炭化物吸着による汚染を防止し、かつ、該材料表面に親水性を付与できる生体親和性に優れたインプラント材料の処理装置。
- 電解により電解オゾン水を生成する電解式オゾン水生成装置と、該電解式オゾン水生成装置により生成した電解オゾン水を貯蔵し、かつ、該オゾン水中に、チタンまたはチタン合金からなり表面を粗面化したインプラント材料を浸漬するとともに常温に保持するためのインプラント材料を親水化処理するインプラント親水化処理器と、インプラント材料の取付けを行う際に、該インプラント材料の表面に電解オゾン水を供給するためのオゾン水洗浄装置とよりなることを特徴とする、前記インプラント材料の表面の炭化物吸着による汚染を防止し、かつ、該材料表面に親水性を付与できる生体親和性に優れたインプラント材料の処理装置。
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