JP2014132943A - 生体骨固定用ネジ - Google Patents

Abstract

【課題】ストレスシールディング及び金属アレルギーを回避可能で破損しにくく、互いに相反する埋入性と初期固定性とを兼備し、高い骨結合性をも発揮する生体骨固定用ネジを提供すること。
【解決手段】周側面に少なくとも１回転するネジ山基部２３が形成されたネジ基部２１を有する実質部５と、ネジ基部２１の少なくとも谷底２５に実質部５と同じ生体適合性ポリマーで一体的に形成された表面多孔層６とを備え、谷底２５に形成された前記表面多孔層６は、少なくともその一部が５０〜５００μｍの厚さを有し、この谷底２５に隣接するネジ山基部２３に対して２００〜８００μｍの高度差を有している生体骨固定用ネジ１。
【選択図】 図１

Description

この発明は、生体骨固定用ネジに関し、さらに詳しくは、ストレスシールディング及び金属アレルギーを回避可能で破損しにくく、互いに相反する埋入性と初期固定性とを兼備し、高い骨結合性をも発揮する生体骨固定用ネジに関する。

骨又は歯（以下、生体骨と称することがある。）の欠損部又は関節に、生体骨若しくは人工歯（義歯とも称する。）又は人工関節を埋設又は固定する方法として、欠損部又は生体骨に設けられた下穴に生体骨固定用ネジ（人工歯根を含む。）等を螺合する方法が知られている。

このような生体骨固定用ネジとして、金属又はセラミック材料等の非金属材料が用いられることがある（例えば、特許文献１〜４等）。例えば、特許文献３には概略「金属又はセラミック等からなる外筒と内部歯根の二重構造を有し、外筒と内部歯根は緩衝材によって固着されている人工歯根」が記載され、特許文献４には概略「少なくとも外周面が生体活性層で覆われた受け部材と、受け部材の凹部に挿入される人工歯根本体と、人工歯根本体と受け部材との間に介在する衝撃緩和部材とを備え、衝撃緩和部材を介して人工歯根本体と受け部材とを一体的に結合した人工歯根」が記載されている。

また、生体骨固定用ネジとして、生体骨とよく似た力学特性を有する材料、例えばエンジニアリングプラスチックで作製された生体骨固定用ネジも知られている。その一例を挙げると、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の移植可能なポリマ等で多孔性の生体骨固定用ネジを作製すること（特許文献５等）、Ｘ線を透過するプラスチック、例えばＰＥＥＫでネジシャンクを作製すること（特許文献６）等が提案されている。

なお、生体骨固定用ネジそのものではないが、概略「生体インプラントとして使用され」得る「実質部と表面層とを備えている表面発泡体」（特許文献７）が、また、概略「最表面に凹凸構造を有する緻密な実質部と多孔質の表面層とを備える生体インプラント」（特許文献８）が知られている。さらに、生体骨固定用ネジに例えば巻き付けて人工歯根を骨組織に固定する医療材料等も知られている（例えば、特許文献９）。

特開２００５−３２９２４４号公報 特表２００７−５３１５５５号公報 特許第２５４７９５３号公報 特公平７−１２３６５号公報 特表２０１２−５１１３３４号公報 特表２０１２−５１１９８０号公報 国際公開第２００９／０９５９６０号パンフレット 特開２０１０−２５３１９５号公報 特開２０１０−２３３８６０号公報

生体骨固定用ネジの材料として金属を用いると、金属アレルギー等を引き起こす可能性があることに加えて、生体骨と比較して非常に大きな弾性率等を有しているから生体骨と金属との力学特性の違いによって応力遮蔽が起こって（ストレスシールディング）、周囲の骨が吸収され、脆くなってしまう可能性がある。また、生体骨固定用ネジの材料として強度が小さく弾性率が高いセラミック材料を用いると、特に生体骨固定用ネジには大きな負荷がかかるから、衝撃に弱く破損しやすいという問題がある。

ところで、このような生体骨固定用ネジは骨に形成された下穴に螺合、すなわちねじ込まれて埋植されるから、生体骨固定用ネジのねじ込み時に作用する負荷で生体骨固定用ネジが折損しないように、特に下穴が形成された骨が損傷又は壊死しないように、生体骨固定用ネジが下穴に速やかにねじ込まれる埋入性を有するのがよい。しかし、生体骨固定用ネジにおいて埋入性を確保しようとすると、下穴に一旦埋植された生体骨固定用ネジと下穴及び下穴が形成された骨との螺合状態又は結合状態が低下し、生体骨固定用ネジを埋入したときの固定状態（初期固定性と称する。）が低下するという問題がある。このように生体骨固定用ネジには互いに相反する特性である埋入性と初期固定性とを両立させることが望まれている。

このような生体骨固定用ネジにも、患者の負担軽減、回復状態等の観点から、骨と強固に結合する骨結合能を発揮するのがよいことはいうまでもない。特に、生体骨固定用ネジに埋植後に大きな負荷がかかる場合、例えば噛合圧・咀嚼力等がかかる人工歯根等の場合には、生体骨固定用ネジを埋入したときの固定状態を長期間にわたって維持することも望まれている。

したがって、この発明は、ストレスシールディング及び金属アレルギーを回避可能で破損しにくく、互いに相反する埋入性と初期固定性とを兼備し、高い骨結合性をも発揮する生体骨固定用ネジを提供することを、目的とする。

この発明の発明者らは、生体骨固定用ネジについて鋭意検討したところ、ネジ山基部が形成されたネジ基部を有する実質部と同じ生体適合性ポリマーで表面多孔層を一体的に形成すると共に、ネジ基部の谷底に形成された表面多孔層の厚さと谷底に形成された表面多孔層及びこの谷底に隣接するネジ山基部の高度差とを特定の範囲に設定すると、ストレスシールディング及び金属アレルギーを回避可能で破損しにくい生体骨固定用ネジを作製できるうえ、作製された生体骨固定用ネジが互いに相反する埋入性と初期固定性とを両立でき、しかも高い骨結合性をも発揮することを見出して、この発明を完成させた。

したがって、この発明に係る生体骨固定用ネジは、周側面に少なくとも１回転するネジ山基部が形成されたネジ基部を有する実質部と、前記ネジ基部の少なくとも谷底に前記実質部と同じ生体適合性ポリマーで一体的に形成された表面多孔層とを備え、前記谷底に形成された前記表面多孔層は、少なくともその一部が５０〜５００μｍの厚さを有し、この谷底に隣接する前記ネジ山基部に対して２００〜８００μｍの高度差を有していることを特徴とする。

この発明に係る生体骨固定用ネジは、周側面に少なくとも１回転するネジ山基部が形成されたネジ基部を有する実質部と、前記ネジ基部の少なくとも谷底に前記実質部と同じ生体適合性ポリマーで一体的に形成された表面多孔層とを備え、前記谷底に形成された前記表面多孔層は、少なくともその一部が５０〜５００μｍの厚さを有し、この谷底に隣接する前記ネジ山基部に対して２００〜８００μｍの高度差を有しているから、ストレスシールディング及び金属アレルギーを回避可能で破損しにくく、互いに相反する埋入性と初期固定性とを兼備し、高い骨結合性をも発揮する。

図１は、この発明に係る生体骨固定用ネジの一例である生体骨固定用ネジを示す概略図である。 図２は、この発明に係る生体骨固定用ネジの一例である生体骨固定用ネジのネジ部を示す概略拡大断面図である。 図３は、この発明に係る生体骨固定用ネジの一例である生体骨固定用ネジの表面多孔層を示す概略拡大断面図である。 図４は、この発明に係る生体骨固定用ネジの別の一例である生体骨固定用ネジを示す概略図である。 図５は、この発明に係る生体骨固定用ネジのまた別の一例である生体骨固定用ネジを示す概略図である。 図６は、実施例２−１で製造した生体骨固定用ネジのネジ部を走査型電子顕微鏡で観察した拡大写真であり、図６（ａ）はこのネジ部を拡大率３０倍で観察したときの正面拡大写真であり、図６（ｂ）はこのネジ部の軸線を含む平面で切断したときの切断面を拡大率１００倍で観察したときの断面拡大写真である。 図７は、実施例２−１で製造した生体骨固定用ネジのネジ山を走査型電子顕微鏡で観察した拡大写真であり、図７（ａ）はこのネジ山を拡大率３００倍で観察したときの拡大写真であり、図７（ｂ）はこのネジ山を拡大率３０００倍で観察したときの拡大写真である。 図８は、実施例２−１で製造した生体骨固定用ネジのネジ溝を走査型電子顕微鏡で観察した拡大写真であり、図８（ａ）はこのネジ溝を拡大率３００倍で観察したときの拡大写真であり、図８（ｂ）はこのネジ溝を拡大率３０００倍で観察したときの拡大写真である。 図９は、実施例２−１で製造した生体骨固定用ネジを一旦ねじ込んだ下穴から取り出した後にネジ山を走査型電子顕微鏡で観察した拡大写真であり、図９（ａ）はこのネジ山を拡大率５０倍で観察したときの拡大写真であり、図９（ｂ）はこのネジ山を拡大率１００００倍で観察したときの拡大写真である。

この発明に係る生体骨固定用ネジを具体的に図面を参照して説明する。この発明に係る生体骨固定用ネジの一例である生体骨固定用ネジ１は、図１に示されるように、軸線方向に沿って順に連設された頭部１１と円筒部１２とネジ部１３とを有している。

頭部１１は、生体骨固定用ネジ１をねじ込む工具に係合するスリット（図１において図示しない。）等がその端面に形成されている。この頭部１１は、生体骨固定用ネジが人工歯を歯槽骨に固定する歯科用生体骨固定用ネジ（人工歯根とも称する。）として利用される場合には、埋植後に、その端面に人工歯が装着される。円筒部１２は、頭部１１におけるスリットが形成された端面とは反対側の端面に連設され、頭部１１と後述するネジ部１３とを接続する。ネジ部１３は、円筒部１２の頭部１１と反対側の端面に連接され、ネジ山１７及びネジ溝１８を有する完全ネジ部１４と完全ネジ部１４の円筒部１２と反対側に連接されたネジ先１５とを有している。この完全ネジ部１４は、歯の形状が所謂「三角ネジ」状で、所謂「一条ネジ」となるリード及びピッチに設定されている。完全ネジ部１４の軸線長さ、外径、谷の径、ピッチ、リード、ネジ山１７の角度、ネジ山１７の高さ等の各種の寸法は、埋植される部位、形状及び寸法等に応じて、適宜に設定される。完全ネジ部１４の外径は、埋植する部位に設けられる下穴の内径に応じて適宜に設定され、例えば、下穴の内径よりも４００〜７００μｍ大きく、特に生体骨固定用ネジ１が人工歯根として使用される場合は５００〜６００μｍ大きく設定される。完全ネジ部１４の外径の一例を挙げると、３〜１２ｍｍで、特に生体骨固定用ネジ１が人工歯根として使用される場合は３〜８ｍｍである。

このような生体骨固定用ネジ１は、図２に明確に示されるように、緻密で生体骨固定用ネジ１の基体となる実質部５と実質部５の表面に実質部５と同じ生体適合性ポリマーで一体的に形成された表面多孔層６とを備えている。このように実質部５と表面多孔層６とが生体適合性ポリマーで形成されていると、ストレスシールディング及び金属アレルギーを回避でき、破損しにくくなる。そして、実質部５と表面多孔層６とが同じ生体適合性ポリマーで一体的に形成されていると、すなわち、実質部５と表面多孔層６との間に接着層を介することなく、実質部５に表面多孔層６が直接連設されていると、生体骨固定用ネジ１の強度が向上してより破損しにくくなる。

実質部５は、生体骨固定用ネジ１の基体となるから、生体骨固定用ネジ１と基本的に同様に形成され、軸線方向に沿って順に連設された、頭部１１と円筒部１２と表面多孔層６で被覆されたネジ部１３の基部となるネジ基部２１とを有している。したがって、頭部１１及び円筒部１２には表面多孔層６は必ずしも配置されている必要はなく、ネジ基部２１の表面全体、すなわちネジ山基部２３の表面全体及び少なくとも谷底２５に表面多孔層６が配置されている。図２には完全ネジ部１４の基部となるネジ基部２１の一部が図示されている。

ネジ基部２１は、完全ネジ部１４の基部とネジ先１５の基部とを備え、完全ネジ部１４の基部の周側面に少なくとも１回転する１つのネジ山基部２３と隣接するネジ山基部２３の間に形成されたネジ溝基部２４とを有している。このネジ山基部２３は、螺旋状に複数回転するように配置されているのが好ましく、高い初期固定性を発揮する点で、３回転以上であるのが好ましい。回転数の上限は、完全ネジ部１４の軸線長さ、ピッチ等に応じて適宜決定され、例えば、５回転以上であるのが特に好ましく、一方、埋入性を考慮すると、１５回転以下であるのが好ましく、１２回転以下であるのが好ましい。生体骨固定用ネジ１においてネジ山基部２３は７回転するように配置されている。隣接するネジ山基部２３の対面する２つのフランク間、すなわちネジ溝基部２４には互いに対面する２つのフランクを連結する谷底２５を有しており、この谷底は平坦な底面又は曲面になっている。このようにネジ溝基部２４に平坦な底面又は曲面が存在すると、生体組織が侵入可能な表面多孔層６をより広い範囲で配置できるから、表面多孔層６に多量の生体組織が侵入して高い骨結合性を発揮させることができる。

このネジ基部２１の軸線長さ、リード、ネジ山基部２３の角度等の各種の寸法は適宜に設定されるが、ピッチ、外径、谷の径及びネジ山基部２３の高さは下記寸法に設定されるのが好ましい。ネジ山基部２３のピッチは平坦な底面又は曲面の谷底２５を形成できる点で３００〜１５００μｍであるのが好ましい。ネジ基部２１の外径は、完全ネジ部１４の外径が前記範囲内となるように表面多孔層６の厚さを考慮して適宜に設定され、例えば、２．８〜１１．９ｍｍで、特に人工歯根の場合は２．８〜７．９ｍｍであるのが好ましく、ネジ山基部２３の高さは３００〜３０００μｍで、特に人工歯根の場合は３００〜２０００μｍであるのが好ましい。ネジ山基部２３の高さが前記範囲内にあると、表面多孔層６を後述する方法で形成したとしてもネジ山基部２３のプロファイルが損なわれることなく完全ネジ部１４を形成でき、埋入性及び初期固定性を両立できる。ネジ基部２１の外径及び谷の径は、埋植される部位に応じて、外径及びネジ山基部２３の高さを考慮して、適宜の範囲に設定される。

実質部５は、生体適合性ポリマーでその全体が中実に形成されている。この生体適合性ポリマーは生体骨に類似又は近似する力学特性を有しているのが好ましい。したがって、実質部３も生体適合性ポリマーと同様に生体骨に類似又は近似する力学特性を有している。生体骨に類似又は近似する力学特性としては、例えば１〜５０ＧＰａの弾性率、１００ＭＰａ以上の曲げ強度等が挙げられ、生体適合性ポリマーはこれら特性の少なくとも一方を有していればよい。

このような生体適合性ポリマーとしては、例えば、繊維が混合されていない生体適合性ポリマー（繊維無含有生体適合性ポリマーとも称する。）、繊維が混合された繊維強化生体適合性ポリマー等が挙げられる。繊維無含有生体適合性ポリマーとしては、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、変性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レート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、シンジオタクチックポリスチレン、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、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のエンジニアリングプラスチックが挙げられる。

繊維強化生体適合性ポリマーのマトリックスとなる生体適合性ポリマーとしては、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、ノリル樹脂、ポリアリルエーテルケトン、ポリケトンスルフィド、ポリスチレン、イソフタル酸系樹脂、ポリウレタン、アルキルベンゼン樹脂、ポリジフェニルエーテル等が挙げられる。

繊維強化生体適合性ポリマーに含有される繊維としては、例えば、カーボンナノチューブを含む炭素繊維、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。前記ガラス繊維としては、例えば、ホウケイ酸ガラス（Ｅガラス）の繊維状物、高強度ガラス（Ｓガラス）の繊維状物、高弾性ガラス（ＹＭ−３１Ａガラス）の繊維状物等が挙げられ、前記セラミック繊維としては、例えば、炭化ケイ素の繊維状物、窒化ケイ素の繊維状物、アルミナの繊維状物、チタン酸カリウムの繊維状物、炭化ホウ素の繊維状物、酸化マグネシウムの繊維状物、酸化亜鉛の繊維状物、ホウ酸アルミニウムの繊維状物、ホウ素の繊維状物等が挙げられ、前記金属繊維としては、例えば、タングステンの繊維状物、モリブデンの繊維状物、ステンレスの繊維状物、スチールの繊維状物、タンタルの繊維状物等が挙げられ、前記有機繊維としては、例えば、ポリビニルアルコールの繊維状物、ポリアミドの繊維状物、ポリエチレンテレフタレートの繊維状物、ポリエステルの繊維状物、アラミドの繊維状物等が挙げられる。繊維は１種単独で又は２種以上の混合物を用いることができる。

生体適合性ポリマーは、これらの中でも、高強度低弾性で力学特性が生体骨と近く、生体適合性の高いポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が特に好ましい。

実質部５は、生体適合性ポリマーに加えて、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等の光安定剤、滑剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、無機充填剤、顔料等の着色料等の各種添加剤を含有していてもよい。

表面多孔層６は、ネジ基部２１の少なくとも谷底２５の一部に配置されていればよく、この生体骨固定用ネジ１においてはネジ基部２１の表面全体に実質部５と同じ生体適合性ポリマーで一体的に形成されている。このように表面多孔層６が谷底２５に一体的に配置されていると、生体骨固定用ネジ１が高い骨結合性を発揮して、患者の負担軽減及び回復状態等に優れるうえ、生体骨固定用ネジ１を埋入したときの固定状態を長期間にわたって維持できる。そして、表面多孔層６が谷底２５に加えてネジ山基部２３の表面、すなわちフランク及び頂に配置されていると、前記効果に加えて、下穴及び近傍の骨組織を損傷させることなく生体骨固定用ネジ１を下穴にねじ込むことができるうえ、ねじ込まれた生体骨固定用ネジ１の下穴に対するフィッティング性が向上し、より一層高い初期固定性を発揮する。また、下穴に一旦ねじ込まれると表面多孔層６が生体骨固定用ネジ１に作用する、例えば噛合時等の応力を分散緩和する緩衝機能を発揮して、例えば歯根膜による機能を補強でき、下穴又は近傍の骨組織の損傷を効果的に防止すると共に、生体骨固定用ネジ１を埋入したときの固定状態をより一層長期間にわたって維持して脱落しにくくなる。さらに、表面多孔層６がネジ山基部２３の表面にも配置されていると、谷底２５に配置された表面多孔層６ａの骨結合性を補足できる。

表面多孔層６は、実質部５と同じ生体適合性ポリマーで一体的に形成され、特にＰＥＥＫで形成されているのが好ましい。

この表面多孔層６は埋植される部位に応じて適宜の厚さに形成されるが、谷底２５に形成された表面多孔層６ａ、すなわち谷底２５に形成されている表面多孔層６ａの少なくとも一部は５０〜５００μｍの厚さを有している。厚さが５０μｍ未満であると表面多孔層６ａに進入する生体組織の進入量が低下し、高い骨結合性を発揮しないことがあり、一方、５００μｍを超えると生体骨固定用ネジ１を下穴にねじ込むときに表面多孔層６ａが損傷又は脱落して骨結合性が低下することがあり、また実質部５が細径になって生体骨固定用ネジ１に要求される強度を発揮できないことがある。谷底２５に形成された表面多孔層６ａの厚さは骨結合性及び強度を両立できる点で、７０〜４５０μｍであるのがより好ましく、１００〜４００μｍであるのが特に好ましい。５０〜５００μｍの厚さを有する表面多孔層６ａは谷底２５の一部に形成され、換言すると、谷底２５に形成された表面多孔層６ａの一部が５０〜５００μｍの厚さを有している。５０〜５００μｍの厚さを有する表面多孔層６ａは、隣接する２つのネジ山基部２３に挟まれた谷底２５に形成されているのが好ましく、２つのネジ山基部２３に挟まれた谷底２５の全長に対して半分以上に形成されているのが好ましく、この例においては、２つのネジ山基部２３に挟まれた谷底２５の全体に形成されている。

一方、ネジ山基部２３の側面すなわちフランク及び頂に形成された表面多孔層６ｂは１０〜２００μｍの厚さを有しているのが好ましく、２０〜１８０μｍの厚さを有しているのが特に好ましい。表面多孔層６ｂが前記範囲の厚さを有していると、下穴及び近傍の骨組織をより一層損傷させることなく生体骨固定用ネジ１を下穴にねじ込むことができるうえ、下穴にねじ込む際にネジ山基部２３から脱落しにくく、より一層優れたフィッティング性及び緩衝機能を発揮する。

ここで、表面多孔層６の厚さは、電子顕微鏡等によってネジ基部２１の断面を観察したときに、表面多孔層６が配置されている実質部５に接し、生体骨固定用ネジ１の軸線に平行な第１接線Ｌ１と、この実質部５に配置された表面多孔層６に接し、第１接線Ｌ１に平行な第２接線Ｌ２との最短距離Ｂ、又はネジ山基部２３の頂に接し、生体骨固定用ネジ１の軸線に平行な第４接線Ｌ４と、このネジ山基部２３の頂に配置された表面多孔質層６に接し、第４接線Ｌ４に平行な第３接線Ｌ３との最短距離Ｃとして、測定される。なお、ネジ山基部２３のフランク上に配置された表面多孔層６ｂの厚さも基本的に同様にして測定される。

谷底２５に形成された表面多孔層６ａの少なくとも一部は、自身が形成されたこの谷底２５に隣接するネジ山基部２３に対して２００〜８００μｍの高度差、すなわち表面多孔層６ａの表面とネジ山基部２３の高さとが２００〜８００μｍの高度差を有している。この高度差が２００μｍ未満であると、ネジ山１７の下穴に対するアンカー効果が小さく下穴との螺合力が低下して初期固定性に劣るうえ、生体骨固定用ネジ１を下穴にねじ込むときに表面多孔層６ａが圧縮損傷又は脱落し、かりに表面多孔層６ａが損傷又は脱落しなくても生体組織の進入量が低下して、いずれにしても高い骨結合性を発揮しないことがある。一方、高度差が８００μｍを超えると、相対的に実質部５が細径になって強度が低下して折損しやすくなることがある。また高度差が８００μｍを超えると、生体骨固定用ネジ１を下穴にねじ込むときに、過大な螺合トルクを要して埋入性が低下することがあり、加えて、下穴又は近傍の骨組織を損傷させ、壊死させることがある。

谷底２５に形成された表面多孔層６ａにおける前記高度差は、生体骨固定用ネジ１の強度、初期固定性、骨結合性及び埋入性のいずれもより一層高い水準で兼ね備える点で、 ２５０〜７５０μｍであるのが好ましく、３００〜７００μｍであるのが特に好ましい。前記高度差は、生体骨固定用ネジ１が人工歯を歯槽骨に固定する際に用いられる人工歯根である場合には、２００〜４００μｍであるのが好ましく、２５０〜３５０μｍであるのが特に好ましい。

２００〜８００μｍの高度差を有する表面多孔層６ａは、谷底２５の一部に形成され、換言すると、谷底２５に形成された表面多孔層６ａの一部が２００〜８００μｍの高度差を有している。２００〜８００μｍの高度差を有する表面多孔層６ａは、隣接する２つのネジ山基部２３に挟まれた谷底２５に形成されているのが好ましく、２つのネジ山基部２３に挟まれた谷底２５の全長に対して半分以上に形成されているのが好ましく、この例においては、２つのネジ山基部２３に挟まれた谷底２５の全体に形成されている。そして、２００〜８００μｍの高度差を有する表面多孔層６ａは５０〜５００μｍの厚さを有していてもいなくてもよく、すなわち２００〜８００μｍの高度差を有する表面多孔層６ａと５０〜５００μｍの厚さを有する表面多孔層６ａとが同じ部分であっても異なる部分であってもよい。この発明においては、２００〜８００μｍの高度差を有する表面多孔層６ａが５０〜５００μｍの厚さを有していているのが好ましく、すなわち、２００〜８００μｍの高度差を有する表面多孔層６ａと５０〜５００μｍの厚さを有する表面多孔層６ａとが同一部分であるのが好ましい。

ここで、高度差は電子顕微鏡等によってネジ基部２１の断面を観察したときに、表面多孔層６ａの表面は表面多孔層６の厚さと同様にして決定された第２接線Ｌ２と、ネジ山基部２３の頂に接し、第１接線Ｌ１に平行な第４接線Ｌ４との最短距離Ａとして、測定される。

表面多孔層６は、図３に示されるように、複数の小径気孔３１及び大径気孔３２を有する３次元網目状の多孔質構造になっている。小径気孔３１及び大径気孔３２は、存在状態に着目すると、独立して存在している独立気孔３５、２つ以上の独立気孔３５が連通した連通気孔３６、表面多孔層６の表面に開口する開気孔３３のいずれか又は全部を包含している。具体的には、小径気孔３１は表面多孔層６の表面に開口する、平均開気孔径が５μｍ以下の小径開気孔４１を一部に包含し、大径気孔３２は表面多孔層６の表面に開口する、平均開気孔径が３０〜１０００μｍの大径開気孔４２を一部に包含している。小径開気孔４１の平均開気孔径は好ましくは大きくとも３μｍであり、大径開気孔４２の平均開気孔径は好ましくは２０〜３００μｍである。

小径気孔３１及び大径気孔３２は、独立気孔３５、連通気孔３６及び開気孔３３に加えて、大径開気孔４２と小径気孔３１及び／又は大径気孔３２とが連通して大径開気孔４２の内壁面４５に開口する連通孔３４を包含している。連通孔３４は一つの開気孔３３に対して複数の連通孔３４が形成されているのが好ましい。連通孔３４としては、小径気孔３１同士が連通、又は小径気孔３１と大径気孔３２とが連通して形成される小径連通孔４３、及び、大径気孔３２同士が連通して形成される大径連通孔４４を挙げることができる。なお、骨形成に関与するタンパク質及び細胞等が付着し易くするには、小径連通孔４３の開口径の平均値が大きくとも５μｍであると好ましく、大きくとも３μｍであると更に好ましい。また、骨組織を表面多孔層６の内部まで侵入させると共に、凸部における表面多孔層６の強度を適度に保つには、凸部における大径連通孔４４の開口径の平均値が１０〜３００μｍであると好ましく、２０〜２００μｍであると更に好ましい。小径気孔３１及び大径気孔３２は、球状、扁球状及び長球状よりなる群より選択される少なくとも１つの形状になっている。

表面多孔層６がこのような複数の小径気孔３１及び大径気孔３２を有していると、生体骨固定用ネジ１を埋植したときに、表面多孔層６の表面に開口している多数の開気孔３３及びこの開気孔３３と連通孔３４とを介して骨組織を表面多孔層６の内部に侵入させることができる。その結果、表面多孔層６の内部に存在する空間を充填するように新たな骨が形成されるので、骨と生体骨固定用ネジ１とが強固に結合される。さらに、大径気孔３２により形成されている大径開気孔４２の内壁面に連通孔３４、特に大径連通孔４４が多数形成されている程、骨組織を表面多孔層６の表面から深部まで到達させることができるので、表面多孔層６の深部において新たな骨を形成させることができることになり、骨と生体骨固定用ネジ１とを良好な結合性を確保することができる。そして、生体骨固定用ネジ１においては、下穴にねじ込まれるときに、ネジ山基部２３に配置された表面多孔層６ｂは圧縮損傷又は脱落することはあっても谷底２５に配置された表面多孔層６ａは実質的に圧縮損傷又は脱落することはないから、骨結合性を十分に発揮する。そして、このように生体骨固定用ネジ１を埋植した後に表面多孔層６と下穴又は近傍の骨とが強固に結合すると、初期固定性を長期間にわたって維持でき、生体骨固定用ネジ１が脱落又は抜脱することを防止できる。

なお、表面多孔層６の表面に開口する小径開気孔４１の平均開気孔径と大径開気孔４２の平均開気孔径は表面多孔層６の表面を走査型電子顕微鏡又はデジタルマイクロスコープで観察して得られる画像を利用して求めることができ、連通孔３４の孔径は同様にして撮影したＳＥＭ画像から求めることができる。具体的には、特許文献８（特開２０１０−２５３１９５号）の００５４欄〜００５６欄に記載された方法で求めることができる。

生体骨固定用ネジ１は、実質部５と実質部５と同じ生体適合性ポリマーで一体的に形成された表面多孔層６とを備え、実質部の谷底に形成された表面多孔層６ａは少なくともその一部が５０〜５００μｍの厚さを有し、この谷底２５に隣接するネジ山基部２３に対して２００〜８００μｍの高度差を有しているから、ストレスシールディング及び金属アレルギーを回避可能で破損しにくく、互いに相反する埋入性と初期固定性とを兼備し、高い骨結合性をも発揮する。特に、この生体骨固定用ネジ１はネジ山基部２３の表面及び谷底２５に配置された表面多孔層６ａ及び表面多孔層６ｂを備えているから、前記効果に加えて、生体骨固定用ネジ１の下穴に対するフィッティング性が向上してより一層高い初期固定性発揮するうえ、骨結合性がさらに向上すると共に表面多孔層６ｂが緩衝機能を発揮して生体骨固定用ネジ１を埋入したときの固定状態を長期間にわたって維持する固定安定性を有する。すなわち、ネジ山基部の表面及び谷底に配置された表面多孔層を備えるこの発明によれば、ストレスシールディング及び金属アレルギーを回避可能で破損しにくく、互いに相反する埋入性と強固な初期固定性及び固定安定性とを兼備し、より一層高い骨結合性をも発揮する生体骨固定用ネジを提供するという目的を達成できる。このような効果を有する生体骨固定用ネジ１は、噛合圧・咀嚼力等が断続的かつ長期間にわたって作用する人工歯根として特に好適に用いられる。

この発明に係る生体骨固定用ネジの別の一例である生体骨固定用ネジ２は、図４に示されるように、表面多孔層６の表面及び気孔の内壁面４５の少なくとも一部又は全部に担持された生体活性物質７を有している。したがって、この生体骨固定用ネジ２は生体活性物質７を有していること以外は生体骨固定用ネジ１と基本的に同様である。

この生体活性物質７は、表面多孔層３における開気孔３３の内壁面４５及び／又は表面多孔層３の表面及び／又は表面多孔層３の内部に独立した状態及び／又はこれらの生体活性物質７が結合して樹枝状に表面多孔層６内部に張り巡らされた状態で存在している。生体活性物質７は、具体的には、開気孔３３の内壁面４５及び表面多孔層６の表面に膜状又は層状に密に担持されている。生体活性物質７が表面多孔層６に担持されていると、生体骨固定用ネジ２が生体内に埋植された後に生体活性物質７と生体の骨組織との化学的な反応が始まり、新たな骨が速やかに形成され、迅速な骨結合力を発揮する。

生体活性物質７は、生体との親和性が高く、生体骨を含む骨組織又は生体歯を含む歯組織（以下、骨組織という。）等の生体組織と化学的に反応する性質を有する物質であれば特に限定されず、例えば、リン酸カルシウム化合物、生体活性ガラス、炭酸カルシウム等が挙げられる。リン酸カルシウム化合物としては、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。生体活性ガラスは、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。）等を含み、バイオガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｋ_２Ｏ−ＭｇＯ系ガラス、及び、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス等が挙げられ、結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｐ_２Ｏ_５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_２Ｏ_３−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス等が挙げられる。これらのリン酸カルシウム化合物、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。

生体活性物質７は、これらの中でも生体活性に優れる点で、リン酸カルシウム化合物及び生体活性ガラスの少なくとも１種であるのが好ましく、さらに、生体骨と組成や構造、性質が似ており体内環境における安定性が優れ、体内で顕著な溶解性を示さない点で、水酸アパタイト又はリン酸三カルシウムが特に好ましい。

生体活性物質７は、表面多孔層６の表面等に膜状又は層状に密に又は疎に担持されていてもよく、表面多孔層６の表面等に分散状態に担持されていてもよい。生体活性物質７が膜状又は層状に担持されている場合には、生体活性物質７の膜厚は、例えば、０．１〜１００μｍであるのが好ましく、０．５〜５０μｍであるのが特に好ましい。

生体活性物質７が分散状態に担持されている場合には、迅速な骨結合性を発揮できる点で、表面多孔層３を投影したときの生体活性物質７の面積割合が少なくとも５％以上であるのが好ましく、２０％以上であるのが特に好ましい。生体活性物質７の面積には、表面多孔層３の表面に存在する生体活性物質７の面積だけでなく、開気孔３３の内壁面４５に存在し、かつ表面多孔層３の外側から視覚できる生体活性物質７の面積をも含む。この面積割合は、特許文献８（特開２０１０−２５３１９５号）の００７８欄に記載された方法で求めることができる。また、この生体活性物質７は表面多孔層６の体積に対して０．５〜３０％担持されているのが好ましい。この体積割合は前記面積割合と基本的に同様にして求めることができる。

生体活性物質７の形状は表面多孔層６の表面及び内壁面４５に担持可能な粒状、顆粒状、粉末状であればよく、また凝集物であってもよく、例えば、球状、楕円球状、針状、柱状、棒状、板状、多角形状等が挙げられる。このときの生体活性物質７の粒子径は、例えば０．００１〜１０μｍであるのが好ましく、０．０１〜５μｍであるのが特に好ましい。なお、本明細書中に記載している「粒子」及び「粒子径」とは、特に付記がない場合はそれぞれ「一次粒子」及び「一次粒子径」のことであり、表面多孔層６に担持されている生体活性物質７が凝集物である場合はその凝集物を構成している最小単位である一次粒子及びその径のことである。粒子径はインターセプト法により算出することができる。具体的には、走査型電子顕微鏡にて写真撮影を行い、少なくとも１５以上の粒子に交わる直線を引き、この直線と粒子とが交わっている部分の長さの平均値から算出することができる。球状粒子以外の形状である場合にはその面積換算直径を算出する。

生体骨固定用ネジ２は、生体活性物質７を有していること以外は生体骨固定用ネジ１と基本的に同様であるから、生体骨固定用ネジ１が奏する効果を保持しつつ、生体骨固定用ネジ１よりも迅速な骨結合性を発揮する。したがって、生体骨固定用ネジ２は噛合圧・咀嚼力等が断続的かつ長期間にわたって作用する人工歯根として特に好適に用いられる。

この発明に係る生体骨固定用ネジのまた別の一例である生体骨固定用ネジ３は、図５に示されるように、実質部５の軸線に沿って実質部５の先端部まで延在するように埋設された芯材８を備えていること以外は生体骨固定用ネジ１と基本的に同様である。

この芯材８は、レントゲンで造影される材料で棒状に形成され、その先端が実質部５の先端すなわちネジ先に配置されている。このような芯材８を有する生体骨固定用ネジ３は、実質部５及び表面多孔層６が生体適合性ポリマーで形成されていても、下穴にねじ込まれたときの位置及び状態をレントゲンにて確認できる。レントゲンで造影される材料としては、ステンレス鋼、チタン又はチタン合金、タンタル等の金属、硫酸バリウム、二酸化ジルコニウム等が挙げられる。生体骨固定用ネジ３において、芯材８が金属で形成されている場合には生体骨固定用ネジ３の表面に芯材８が露出していないのが金属アレルギーを回避できるので好ましい。

この生体骨固定用ネジ３は、芯材８を備えていること以外は生体骨固定用ネジ１と基本的に同様であるから、生体骨固定用ネジ１が奏する効果を有するうえ、レントゲンで生体骨固定用ネジ１の埋植状態を容易に確認できる。したがって、生体骨固定用ネジ３は噛合圧・咀嚼力等が断続的かつ長期間にわたって作用する人工歯根として特に好適に用いられる。

生体骨固定用ネジ１〜３を含むこの発明に係る生体骨固定用ネジを用いて欠損部又は関節への生体骨若しくは人工歯又は人工関節の埋設又は固定は、具体的には、ねじ込む生体骨固定用ネジとの径差が前記範囲となる下穴を欠損部近傍又は関節に空け、この下穴に生体骨固定用ネジをねじ込み、生体骨固定用ネジに所望により人工歯等を装着・固定することによって、実施される。

この発明に係る生体骨固定用ネジは、実質部と表面多孔層とを同じ生体適合性ポリマーで一体的に形成できる方法で製造される。このような方法として、実質部の一部、通常表面を発泡させて表面多孔層を形成する工程を含む方法が挙げられる。この方法で生体骨固定用ネジ１又は２を製造する方法（以下、一製造方法と称する。）を説明する。

この一製造方法は、生体骨固定用ネジ１又は２の基材となる成形体を生体適合性ポリマーで成形する第１工程と、第１工程で得られた成形体の表面であって表面多孔層を形成する表面領域に微小気孔を形成することにより微小気孔基材を得る第２工程と、前記第２工程で得られた微小気孔基材を発泡剤を含有する溶液に浸漬することにより発泡剤保持基材を得る第３工程と、前記第３工程で得られた発泡剤保持基材を生体適合性ポリマーを膨潤させ、かつ発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬することにより発泡基材を得る第４工程と、前記第４工程で得られた発泡基材を膨潤した生体適合性ポリマーを凝固させる凝固溶液に浸漬する第５工程と、所望により、第５工程で形成された表面多孔層に生体活性物質を担持させる第６工程とを有している。

この一製造方法においては、まず、第１工程を実施する。具体的には、前記生体適合性ポリマーを用いて生体骨固定用ネジ１又は２の基材となる成形体を成形する。この成形体は、生体骨固定用ネジ１又は２と基本的に同様に、頭部１１の基材となる頭部成形体、円筒体１２の基材となる円筒体成形体及びネジ部１３の基材となるネジ部成形体をこの順で軸線方向に沿って連設されている。この成形体は後述する工程で表面多孔層に転換されることを考慮して適宜の寸法に設定される。生体適合性ポリマーの成形方法は、特に制限はなく、例えば所定の寸法のキャビティを有する金型を用いて射出成形する方法、押出成形等によって成形された円筒体等を切削加工する方法等が挙げられる。

この一製造方法においては、次いで、第２工程を実施する。具体的には、第１工程で成形された成形体の表面に多数の微小気孔を有する微小気孔基材を作製する。成形体に微小気孔を形成させる方法としては、公知の方法を採用することができ、例えば、成形体を、濃硫酸、濃硝酸又はクロム酸等の腐食性溶液に所定時間浸漬し、次いで生体適合性ポリマーが溶出しない洗浄用溶液、例えば純水に所定時間浸漬させる方法を挙げることができる。生体適合性ポリマーとして、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を採用した場合には、濃硫酸にＰＥＥＫを所定時間浸漬させ、次いで純水に所定時間浸漬させることにより微小気孔を形成させることができる。この第２工程において、腐食性溶液に浸漬される部分は、成形体のうち表面多孔層を形成する部分であればよく、具体的には、成形体のうちネジ部１３の基材となるネジ部成形体である。

表面に形成される微小気孔の気孔径は、次の第３工程において使用される発泡剤を生体適合性ポリマー製の基材内に浸入させることのできる気孔径を有していれば良く、発泡剤の種類により適宜選択することができる。発泡剤として、例えば炭酸ナトリウムを採用する場合には微小気孔の気孔径は０．１〜２００μｍであるのが好ましい。

表面に形成されている微小気孔の気孔率は、第３工程において使用される発泡剤を十分に保持することができれば良く、例えば、発泡剤として炭酸ナトリウムを採用する場合には、生体適合性ポリマー製の基材の微小気孔が形成されている層の気孔率は１０〜９０％であるのが好ましい。前記気孔率の範囲の内、気孔率が低い範囲にある場合には、例えば基材の表面から内部方向に気孔が連通して形成されている状態又は基材の表面から内部方向に垂直に柱状の気孔が形成されている状態等、発泡剤が基材の表面から所望の深さに保持されるように孔が形成されているのが好ましい。多数の微小気孔が形成されている層の厚さは、最終生成物である生体骨固定用ネジ１又は２における表面多孔層６と同等の厚さであるのがよい。

多数の微小気孔を有する層の厚さ、気孔径及び気孔率は、ＰＥＥＫの腐食性溶液として例えば濃硫酸を採用する場合にはＰＥＥＫを濃硫酸に浸漬する時間及び／又は温度等によって厚さを調整できる。また、濃硫酸に浸漬した後に浸漬する洗浄用溶液の種類及び／又は温度等によって気孔径及び気孔率を調整することができる。なお、気孔径は前記平均開気孔径と基本的に同様にして、また気孔率は特許文献７（国際公開第２００９／０９５９６０号パンフレット）の００３７欄に記載された方法で求めることができる。

この一製造方法においては、次いで、少なくとも成形体のうち表面多孔層を形成する部分、具体的にはネジ部成形体について第３工程を実施する。具体的には、第２工程で得られた微小気孔基材を、発泡剤を含有する溶液に所定時間浸漬させて、多数の微小気孔を有する微小気孔基材の表面に発泡剤が保持されて成る発泡剤保持基材を作製する。発泡剤としては、生体適合性ポリマー製の基材の表面に所望の多孔質構造を形成させることのできる物質であれば良く、そのような発泡剤として、炭酸塩、アルミニウム粉末等の無機系発泡剤、アゾ化合物、イソシアネート化合物等の有機系発泡剤を挙げることができる。発泡剤は生体に悪影響を与えない物質であるのが好ましく、そのような発泡剤としては炭酸塩が好ましく、例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムを挙げることができる。

この一製造方法においては、次いで、少なくとも成形体のうち表面多孔層を形成する部分、具体的にはネジ部成形体について第４工程を実施する。具体的には、第３工程で得られた発泡剤保持基材を、生体適合性ポリマーを膨潤させ、かつ、発泡剤を発泡させる発泡溶液に所定時間浸漬させて、生体適合性ポリマーの膨潤と発泡剤の発泡とを同時に進行させることにより形成されて成る発泡基材を作製する。前記発泡溶液としては、例えば、濃硫酸、塩酸及び硝酸等の酸性溶液を挙げることができる。発泡剤保持基材を形成する材料がＰＥＥＫであり、発泡剤が炭酸塩である場合には、前記発泡溶液としては濃度が９０％以上の濃硫酸が好ましい。

この第４工程において、膨潤した生体適合性ポリマーは、その表面張力によって、ネジ山１７となる凸部よりもネジ溝１８となる凹部又は凹部近傍に膨潤した生体適合性ポリマーが多く溜まることになる。すなわち、第４工程において、膨潤した生体適合性ポリマーの厚みが凸部よりも凹部の方が厚くなる。第４工程において、膨潤した生体適合性ポリマーの厚みの調整は、例えば発泡剤の濃度、発泡剤に浸漬する時間及び発泡溶液に浸漬する時間等を適宜に調整することにより、達成される。なお、第４工程における発泡溶液の浸漬時間は５〜６０分が好ましい。

この一製造方法においては、次いで、少なくとも成形体のうち表面多孔層を形成する部分、具体的にはネジ部成形体について第５工程を実施する。具体的には、第４工程で得られた発泡基材を、膨潤した生体適合性ポリマーを凝固させる凝固溶液に浸漬することにより生体骨固定用ネジ１を作製する。凝固溶液、すなわち生体適合性ポリマーが溶出しない溶液としては、例えば、水、アセトン、エタノール等の水性溶液を挙げることができる。発泡基材を形成する材料がＰＥＥＫである場合には、上記に挙げた他に濃度が９０％未満の硫酸、硝酸、リン酸、塩酸等の無機酸水溶液、水溶性有機溶剤が挙げられる。水溶性有機溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド、テトラヒドロフラン、エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、トリエトレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、ジプロピレングリコ−ル、グリセリンエタノ−ル、プロパノ−ル、ブタノ−ル、ペンタノ−ル、ヘキサノ−ル等のアルコ−ル及びこれらの水溶液、ポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、ポリビニルピロリドン等液状高分子またはそれらの水溶液及びこれらの混合物を挙げることができる。

第４工程で得られた発泡基材は、凝固溶液として使用できる複数種類の溶液から選択される少なくとも１つの溶液に浸漬すれば良く、複数種類の溶液に順次浸漬しても良い。また、少なくとも２つの種類の溶液を混合して使用しても良い。

第５工程の後には、生体骨固定用ネジ１に残存している発泡剤及び凝固溶液等を純水で洗浄するのが好ましい。

生体適合性ポリマー製の基材の表面に形成される多孔質構造、すなわち生体骨固定用ネジ１の表面多孔層６の多孔質構造を規定する大径開気孔径、小径開気孔径、連通孔径及び気孔率等は、発泡剤の種類及び濃度、発泡溶液の種類及び濃度、発泡溶液への浸漬時間、凝固溶液の種類及び濃度、凝固溶液への浸漬時間並びに各工程における温度等を適宜選択することにより調整することができる。

上述した中でも特に、凝固溶液の種類と、凝固溶液の濃度と、凝固溶液への浸漬時間とから選択される少なくとも１つを変化させることにより、表面多孔層６が所望の多孔質構造を有する生体骨固定用ネジ１を容易に得ることができる。これらのパラメータを変化させることにより、発泡基材の表面における膨潤した生体適合性ポリマーの凝固速度を制御することができる。凝固溶液の種類及び濃度としては、水と、膨潤した生体適合性ポリマーを凝固させるのに水よりも長時間を要する低凝固溶液の少なくとも１つを適宜選択するのが好ましい。発泡基材を形成する材料がＰＥＥＫである場合には、低凝固溶液として、濃度が９０％未満の硫酸を挙げることができる。

例えば、ＰＥＥＫにより形成される発泡基材を、低凝固溶液として濃度が８６％の硫酸に浸漬すると、水に浸漬する場合に比べて緩やかにＰＥＥＫが凝固する。すなわち、凝固速度が遅くなる。そのため、発泡基材を低凝固溶液に浸漬する時間の経過に従って、発泡基材の表面の多孔質構造は変化する。発泡基材の低凝固溶液への浸漬時間の違いによる、発泡基材における表面の構造の変化については特許文献８（特開２０１０−２５３１９５号）に具体的に記載されている。

以上に説明したように、発泡基材の低凝固溶液への浸漬時間の違いにより、表面多孔層６の多孔質構造が異なる生体骨固定用ネジ１を得ることができる。特に、大径開気孔４２及び大径連通孔４４の孔径が最大となる時間に、水等に浸漬することにより速やかに凝固を完了させれば、表面多孔層６の内部まで連通性が良好な生体骨固定用ネジ１を提供することができる。

低凝固溶液の種類及び濃度により、上述したように、浸漬時間の経過に伴う、発泡基材における表面の構造の変化の仕方は相違する。従って、所望の低凝固溶液を選択し、所定時間発泡基材を浸漬して、発泡基材の表面の構造が所望の多孔質構造を有する時間になったら、水に浸漬すれば、速やかに膨潤した生体適合性ポリマーを凝固させることができるので、表面多孔層６が所望の多孔質構造を有する生体骨固定用ネジ１を得ることができる。なお、膨潤した生体適合性ポリマーを凝固させるために、発泡基材を水に浸漬させることの他に、膨潤した生体適合性ポリマーが凝固するのに十分な時間だけ低凝固溶液に浸漬させておいても良い。

このようにして、同じ生体適合性ポリマーで実質部５と表面多孔層６とを備えた生体骨固定用ネジ１を製造することができる。この一製造方法において製造された生体骨固定用ネジ１は、成形体がＰＥＥＫにより形成され例えば硫酸で処理する場合、基本的に白色を呈し、特に生体骨固定用ネジ１が人工歯根として用いられる場合には審美性にも優れる。

生体活性物質７を担持している生体骨固定用ネジ２を製造するには、一製造方法において、第５工程で得られた表面多孔層に生体活性物質を担持させる第６工程を実施する。第６工程としては、少なくとも１０ｍＭのカルシウムイオンを含む溶液及び少なくとも１０ｍＭのリン酸イオンを含む溶液の両方にいずれか先に浸漬する液相法を採用することができる。液相法は特許文献８（特開２０１０−２５３１９５号）の０１０６欄〜０１１０欄に具体的に記載されている。

また、第６工程として、第５工程で得られた生体骨固定用ネジ１を、予め多量の生体活性物質を含む懸濁液に浸漬し、これを乾燥させて、生体活性物質を固定する浸漬法を採用することもできる。生体活性物質を懸濁させる媒体は生体適合性ポリマーを溶解させない媒体であれば特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール、水、アセトン、ヘキサン等が挙げられる。このようにして第６工程で生体活性物質を担持させた後に、所望により純水に浸漬して洗浄し、乾燥させると、表面多孔層６における開気孔の内壁面４５及び／又は表面多孔層６の表面に生体活性物質７が担持された生体骨固定用ネジ２を製造することができる。

なお、この一製造方法においては、第１工程で生体適合性ポリマーを所望の形状に成形しているが、第１工程に代えて、又は、加えて、表面多孔層を形成させた後に所望の形状に成形、整形する第７工程を実施してもよい。

この発明に係る生体骨固定用ネジは、前記した一例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。

生体骨固定用ネジ１〜３は、いずれも、頭部１１、円筒部１２及びネジ部１３を備えているが、この発明において、生体骨固定用ネジは、頭部及び円筒部を備えず、全体がネジ部又は完全ネジ部で形成されていてもよく、頭部又は円筒部の少なくとも一方を備えていなくてもよく、また頭部、所望により円筒部又はネジ部に人工骨等を装着する装着部、例えば係止穴等を有していてもよい。

生体骨固定用ネジ１は丸先としてのネジ先１５を有しているが、この発明において、生体骨固定用ネジはネジ先を有していなくてもよく、ネジ先を有している場合には、丸先に限定されず、例えば平先、棒先、とがり先、くぼみ先等であってもよい。

生体骨固定用ネジ１〜３は、いずれも、連続して複数回転する螺旋状のネジ山１７及びネジ山基部２３を有しているが、この発明において、ネジ山及びネジ山基部は連続又は非連続で少なくとも１回転する螺旋状であればよい。

生体骨固定用ネジ１〜３は、いずれも、ネジ部１３の外径が一定の所謂「平行ネジ」であるが、この発明において、生体骨固定用ネジは、ネジ部の外径がネジ先に向かって徐々に小さくなる所謂「テーパネジ」であってもよい。なお、所謂「テーパネジ」において、表面多孔層は隣接するネジ山基部の少なくとも一方との高度差が前記範囲にあればよく、両方のネジ山基部との高度差が前記範囲内にあってもよい。

生体骨固定用ネジ１〜３は、いずれも、ネジ部１３に表面多孔層６が配置されているが、この発明において、表面多孔層は少なくとも谷底の一部に配置されていればよく、ネジ先に配置されていなくてもよく、またネジ部に加えて頭部又は円筒部等に配置されていてもよい。

生体骨固定用ネジ１〜３は、いずれも、頭部１１、円筒部１２及びネジ部１３がＰＥＥＫで形成されているが、この発明において、ネジ部の実質部及び表面多孔層が同一の生体適合性ポリマーで形成されていればよく、頭部及び円筒部は異なる材料で形成されていてもよいが、金属アレルギーを回避可能で破損しにくい点で同一又は異なる生体適合性ポリマーで形成されていてもよい。

生体骨固定用ネジ１〜３は、いずれも、頭部１１、円筒部１２及びネジ部１３が実質部を備えているが、この発明において、少なくともネジ部が実質部を備えていればよく、また実質部はその全体が中実であるのが好ましいが一部に中空部又は疎な部分が存在していてもよい。

生体骨固定用ネジ１〜３は、いずれも、単一リードで１つのネジ山１７を有しているが、この発明において、ネジ山数、リード数等は適宜に設定できる。

生体骨固定用ネジ３において、芯材８は棒状に形成され、その先端が実質部５の先端に配置されているが、この発明において、芯材は針状、球状又は粉末状であってもよく、実質部の先端近傍のみに埋設されていてもよい。

また、生体骨固定用ネジ３は、レントゲンで造影される材料で棒状に形成された芯材８を備えているが、この発明において、芯材はレントゲンで造影されない材料で形成され、実質部の先端部に配置される部分にレントゲンで造影される材料を例えば針状、球状又は粉末として含有し、又は分散埋設されていてもよい。

さらに、生体骨固定用ネジ３は、レントゲンで造影される材料で棒状に形成された芯材８を備えているが、この発明において、生体骨固定用ネジは、実質部及び表面多孔層の少なくとも一方にレントゲンで造影される材料を含有していてもよい。表面多孔層に含有されるレントゲンで造影される材料は金属ではないのが好ましく、具体的には、硫酸バリウム、二酸化ジルコニウムである。

（実施例１−１）
ポリエーテルエーテルケトン（ガラス転移温度１４３℃、融点３４０℃、弾性率４．２ＧＰａ、曲げ強度１７０ＭＰａ）で形成された中実な丸棒（直径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、Ｖｉｃｔｒｅｘ製４５０Ｇ）を適宜カットして、旋盤にて下記寸法のネジ形状に加工した後、純水中に浸漬させて超音波照射して洗浄し、成形体を準備した。
＜寸法＞
頭部成形体：軸線長さ１．５ｍｍ、最大外径４．８ｍｍ、最少外径３．９ｍｍ
円筒体成形体：軸線長さ１．５ｍｍ、外径３．９ｍｍ
ネジ部成形体：軸線長さ９．０ｍｍ、外径４．２ｍｍ、
完全ネジ部となる部分：軸線長さ７．０ｍｍ、外径４．２ｍｍ、谷の径３．０ｍｍ、ピッチ１．０ｍｍ、リード１．０ｍｍ、ネジ山基部となる凸部の回転数７、凸部の高さ０．６ｍｍ、凸部の角度６０°、ネジ溝基部の谷底となる部分の軸線に平行な距離０．３ｍｍ
ネジ先となる部分：軸線長さ２．０ｍｍ、外径３．０ｍｍ、曲率半径１．５ｍｍ

この成形体のうちネジ部成形体を常温下で３０ｍＬの濃硫酸（濃度：９７％）に５分間浸漬した後、硫酸から引き上げて純水に５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、表面に微小気孔を有する微小気孔基材を得た（第２工程）。この微小気孔基材における気孔径は２μｍ、気孔率は４０％、層の厚さはネジ山基部となる凸部で７２μｍ、ネジ溝基部の谷底となる部分で２５９μｍであった。

この微小気孔基材を常温下で５０ｍＬの炭酸水素ナトリウム水溶液（濃度：５００ｍＭ）に６０分間浸漬することにより、微小気孔基材の表面に炭酸水素ナトリウムを保持させて発泡剤保持基材を得た（第３工程）。得られた発泡剤保持基材のうちネジ部成形体を発泡溶液である常温下で２５ｍＬの濃硫酸（濃度：９７％）に１分間浸漬することにより、発泡剤保持基材におけるＰＥＥＫの表面を膨潤させるのと同時に発泡剤保持基材における炭酸水素ナトリウムを発泡させて発泡基材を得た（第４工程）。得られた発泡基材のうちネジ部成型体を低凝固溶液である常温下で２５ｍＬの硫酸（濃度：８６％）に５分間浸漬することにより、発泡基材の表面に生成している泡同士の連通性を向上させた（第５工程）。

次いで、この発泡基材を濃硫酸から引き上げて純水に１０分間浸漬することによりＰＥＥＫの表面を凝固させ、純水のｐＨが中性になるまで繰り返し洗浄した（第６工程）後に、１２０℃で３時間乾燥させて生体骨固定用ネジ１を製造した。

このようにして製造された生体骨固定用ネジ１は下記寸法を有していた。なお、以下に示すようにネジ山基部２３のプロファイルを保持したネジ部１３が形成されていた。
頭部１１：軸線長さ１．５ｍｍ、最大外径４．８ｍｍ、最少外径３．９ｍｍ
円筒体１２：軸線長さ１．５ｍｍ、外径３．９ｍｍ
ネジ部１３：軸線長さ９．０ｍｍ、外径４．２ｍｍ、
完全ネジ部１４：軸線長さ７．０ｍｍ、外径４．２ｍｍ、谷の径３．４ｍｍ、ピッチ １．０ｍｍ、リード１．０ｍｍ、ネジ山１７の回転数７、ネジ山１７の高さ（表面多孔層６を含む。）０．７ｍｍ、ネジ山１７の角度６２°、谷底２５の軸線に平行な距離０．３ｍｍ
ネジ先１５：軸線長さ２．０ｍｍ、外径３．０ｍｍ、曲率半径１．５ｍｍ
実質部５：軸線長さ６．９ｍｍ、外径４．０ｍｍ、谷の径２．８ｍｍ、ピッチ１．０ｍｍ、リード１．０ｍｍ、ネジ山基部２３の回転数７、ネジ山基部２３の高さ０．６ｍｍ、ネジ山基部２３の角度６０°、谷底２５の軸線に平行な距離０．５ｍｍ
表面多孔層６ａ：厚さ２７０〜３００μｍで平均２８５μｍ
表面多孔層６ｂ：厚さ８０〜１２０μｍで平均１００μｍ
表面多孔層６ａの表面と、隣接するネジ山基部２３の高さの高度差：平均で３１５μｍ

生体骨固定用ネジ１の表面多孔層を走査型電子顕微鏡（拡大率３００倍）で観察したところ、小径開気孔、大径開気孔、小径連通孔及び大径連通孔とが多数確認され、小径開気孔の平均開気孔径は２μｍ、大径開気孔の平均開気孔径は１２２μｍ、小径連通気孔の開口径の平均値は２μｍ、大径連通気孔の開口径の平均値は６０μｍ、であった。

（実施例１−２）
実施例１におけるピッチ １．０ｍｍ、リード１．０ｍｍ、ネジ山１７の回転数７、谷底２５の軸線に平行な距離０．３ｍｍを、ピッチ ０．７ｍｍ、リード０．７ｍｍ、ネジ山１７の回転数１０、谷底２５の軸線に平行な距離０．０ｍｍに変更したこと以外は実施例１と基本的に同様にして生体骨固定用ネジ１を製造し、表面多孔層６は以下の通りとなった。
表面多孔層６ａ：平均３９２μｍ
表面多孔層６ｂ：平均１７６μｍ
表面多孔層６ａの表面と、隣接するネジ山基部２３の高さの高度差：平均で２０８μｍ

（実施例１−３）
実施例１におけるネジ山１７の角度６０°、谷底２５の軸線に平行な距離０．３ｍｍを、ネジ山１７の角度２８°、谷底２５の軸線に平行な距離０．７ｍｍに変更したこと以外は実施例１と基本的に同様にして生体骨固定用ネジ１を製造し、表面多孔層６は以下の通りとなった。
表面多孔層６ａ：平均５３μｍ
表面多孔層６ｂ：平均９０μｍ
表面多孔層６ａの表面と、隣接するネジ山基部２３の高さの高度差：平均で５４７μｍ

（実施例１−４）
実施例１における谷の径３．０ｍｍ、ピッチ １．０ｍｍ、リード１．０ｍｍ、ネジ山１７の回転数７、ネジ山１７の高さ０．６ｍｍ、ネジ山１７の角度６０°、谷底２５の軸線に平行な距離０．３ｍｍを、谷の径１．６ｍｍ、ピッチ １．５ｍｍ、リード１．５ｍｍ、ネジ山１７の回転数４、ネジ山１７の高さ１．３ｍｍ、ネジ山１７の角度２８°、谷底２５の軸線に平行な距離０．０ｍｍに変更したこと以外は実施例１と基本的に同様にして生体骨固定用ネジ１を製造し、表面多孔層６は以下の通りとなった。
表面多孔層６ａ：平均４９２μｍ
表面多孔層６ｂ：平均１９９μｍ
表面多孔層６ａの表面と、隣接するネジ山基部２３の高さの高度差：平均で７９６μｍ。

（実施例２−１）
Ｃａ／Ｐ比が１．６７となる配合量のリン酸水素カルシウム二水和物（関東化学株式会社製）と炭酸カルシウム（キシダ化学株式会社製）とを、ポットを用い水中で粉砕混合した後、９００℃で仮焼して水酸アパタイト粒子（粒子形状：球状、粒子径０．０５〜０．５μｍ）を得た（メカノケミカル合成法）。得られた水酸アパタイト粒子３．０ｇをエタノール２００ｍＬに投入して、周波数２０ｋＨｚで出力２００Ｗの超音波ホモジナイザーで１０分処理して、水酸アパタイトのエタノール懸濁液を調製した。

実施例１−１で製造した生体骨固定用ネジ１をエタノール中で３０分脱泡処理を行い、常温下で２００ｍＬのエタノール懸濁液に浸漬した状態で、周波数３８ｋＨｚで出力２００Ｗの超音波を超音波洗浄機で懸濁液ごと１５分間にわたって照射した。その後、超音波照射を停止して懸濁液を４５分間攪拌し、純水で洗浄し、２２０℃で３時間加熱した後に常温まで降温して生体骨固定用ネジ２を製造した。

（実施例２−２）
実施例１−２で製造した生体骨固定用ネジ１を用いたこと以外は実施例２−１と基本的に同様にして生体骨固定用ネジ２を製造した。

（実施例２−３）
実施例１−３で製造した生体骨固定用ネジ１を用いたこと以外は実施例２−１と基本的に同様にして生体骨固定用ネジ２を製造した。

（実施例２−４）
実施例１−４で製造した生体骨固定用ネジ１を用いたこと以外は実施例２−１と基本的に同様にして生体骨固定用ネジ２を製造した。

実施例２−１で製造した生体骨固定用ネジ２のネジ部を走査型電子顕微鏡（拡大率３０倍）で観察した結果を図６に示す。図６（ａ）はこのネジ部を示す正面拡大写真であり、図６（ｂ）は実施例２−１で製造した生体骨固定用ネジ２のネジ部の軸線を含む平面で切断したときの切断面を示す断面拡大写真（拡大率１００倍）である。図６からネジ部は実質部５とその表面に一体的に形成された表面多孔層６とを備えていることが理解できる。

実施例２−１で製造した生体骨固定用ネジ２のネジ部のネジ山１７を３００倍の拡大率で走査型電子顕微鏡で観察した結果を図７（ａ）に、同様に３０００倍の拡大率で走査型電子顕微鏡で観察した結果を図７（ｂ）に示す。また、実施例２−１で製造した生体骨固定用ネジ２のネジ部のネジ溝１８を３００倍の拡大率で走査型電子顕微鏡で観察した結果を図８（ａ）に、同様に３０００倍の拡大率で走査型電子顕微鏡で観察した結果を図８（ｂ）に示す。図７（ｂ）及び図８（ｂ）において生体活性物質は白色粒子状に現れている。図７及び図８に示されたように、表面多孔層６の表面及び内壁面４５に水酸アパタイトが担持されていることが確認された。このことから、生体骨固定用ネジ２は生体に埋入されると高い骨結合性を発揮することが容易に推測された。

（埋入性評価）
インプラント実習用模型（Ｔ6-Ｘ.１１４３Ｆ、ニッシン製）を用いて作成した疑似骨モデルに内径３．６ｍｍの下穴を設け、この下穴に実施例２−１〜２−４で製造した生体骨固定用ネジ２をねじ込んだ。このときの生体骨固定用ネジ２の埋入性を、生体骨固定用ネジ２をねじ込むときのトルク、生体骨固定用ネジ２及び疑似骨モデルの損傷具合に基づいて、評価した。評価基準は、ねじ込む時の最大トルクをトルクゲージにて測定した値が４５ｃN・ｍ以下であれば、埋入性良好とした。結果を表１に示す。

（初期固定性評価）
埋入性評価と同様にして疑似骨モデルに埋植した生体骨固定用ネジ２の固定状態を、螺合状態及び下穴に対するフィッティング性に基づいて、下記基準に従って評価した。評価基準は、締付トルクを３０ｃN・ｍで実施例２−１〜２−４で製造した生体骨固定用ネジ２を下穴に埋入後、手で動揺の有無を確認し、動揺がなければ、初期固定性良好とした。その結果、いずれの生体骨固定用ネジ２も初期固定性が良好であった。

（表面多孔層の状態確認）
埋入性評価と同様にして疑似骨モデルに埋植した実施例２−１で製造した生体骨固定用ネジ２を取り出してネジ山基部２３に配置された表面多孔層６ｂの状態を走査型電子顕微鏡で観察した結果を図９（ａ）（倍率５０倍）及び図９（ｂ）（倍率１００００倍）に示す。図９（ｂ）において生体活性物質は白色粒子状に現れている。図９から、表面多孔層６ｂは下穴に埋植されたときに一部が圧縮され、多孔構造の一部が破壊されていたものの、表面多孔層６ｂは剥離がなく残存しており、残存した表面多孔層６ｂに生体活性物質は依然として担持されていたことが確認できた。また、谷底２５に形成された表面多孔層６ａで多孔構造が維持されていることが確認できた。実施例２−２〜２−４についても同様の結果が得られた。

（緩衝機能評価）及び（固定状態の保持評価）
表面多孔層の状態確認において、表面多孔層６ｂは下穴に埋植されたときに一部が圧縮され、多孔構造の一部が破壊されていたものの、表面多孔層６ｂは剥離がなく残存しており、残存した表面多孔層６ｂに生体活性物質は依然として担持されていたことが確認できた。また、谷底２５に形成された表面多孔層６ａで多孔構造が維持されていることが確認できたことにより、緩衝機能、固定状態の保持性も、当然に発揮すると判断した。

ところで、実施例１−１〜１−４で製造された生体骨固定用ネジ１を用いたこと以外は前記のようにして埋入性、初期固定性及び固定状態の保持を評価し、また表面多孔層の状態を確認した。その結果、生体骨固定用ネジ２と基本的に同様の埋入性が得られ、初期固定性及び固定状態の保持は実用可能なレベルを保持していた。

下穴の内径を３．５ｍｍ又は３．８ｍｍに変更したこと以外は前記のようにして埋入性、初期固定性、緩衝機能及び固定状態の保持を評価し、また表面多孔層の状態を確認したところ、基本的に同様の結果が得られた。

この発明に係る生体骨固定用ネジ１は、生体骨若しくは人工歯（義歯とも称する。）又は人工関節を埋設又は固定する生体骨固定用ネジとして好適に用いられ、骨固定用スクリュー、人工歯根（歯科用インプラントとも称する。）、スーチャアンカー等として好適に用いられる。なお、この発明に係る生体骨固定用ネジ１は、生体、例えば、動物及びヒト等に用いられる。

１、２、３ 生体骨固定用ネジ
５ 実質部
６、６ａ、６ｂ 表面多孔層
７ 生体活性物質
８ 芯材
１１ 頭部
１２ 円筒部
１３ ネジ部
１４ 完全ネジ部
１５ ネジ先
１７ ネジ山
１８ ネジ溝
１９ 芯材
２１ ネジ基部
２３ ネジ山基部
２４ ネジ溝基部
２５ 谷底
３１ 小径気孔
３２ 大径気孔
３３ 開気孔
３４ 連通孔
３５ 独立気孔
３６ 連通気孔
４１ 小径開気孔
４２ 大径開気孔
４３ 小径連通孔
４４ 大径連通孔
４５ 内壁面
Ｌ１ 第１接線
Ｌ２ 第２接線
Ｌ３ 第３接線
Ｌ４ 第４接線

Claims (8)

1. 周側面に少なくとも１回転するネジ山基部が形成されたネジ基部を有する実質部と、前記ネジ基部の少なくとも谷底に前記実質部と同じ生体適合性ポリマーで一体的に形成された表面多孔層とを備え、
   前記谷底に形成された前記表面多孔層は、少なくともその一部が５０〜５００μｍの厚さを有し、この谷底に隣接する前記ネジ山基部に対して２００〜８００μｍの高度差を有している生体骨固定用ネジ。
2. 前記表面多孔層は、ネジ山基部の表面及び前記谷底に形成されている請求項１に記載の生体骨固定用ネジ。
3. 前記谷底は、平坦な底面又は曲面を有している請求項１又は２に記載の生体骨固定用ネジ。
4. 前記生体適合性ポリマーは、ポリエーテルエーテルケトンである請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体骨固定用ネジ。
5. 前記表面多孔層は、その表面及び気孔内壁面の少なくとも一部に生体活性物質を担持している請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体骨固定用ネジ。
6. 前記高度差が２００〜４００μｍで人工歯を歯槽骨に固定する際に用いられる請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体骨固定用ネジ。
7. レントゲンで造影される材料で形成され、前記実質部の少なくとも先端部に埋設された芯材を備えている請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体骨固定用ネジ。
8. 前記実質部及び前記表面多孔層の少なくとも一方、又は、前記実質部の少なくとも先端部に埋設された芯材にレントゲンで造影される材料を含有している請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体骨固定用ネジ。

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