JP2015096474A - Medical implant material using metal glass containing magnesium, and manufacturing method for medical implant material and medical implant product using metal glass containing magnesium - Google Patents

Medical implant material using metal glass containing magnesium, and manufacturing method for medical implant material and medical implant product using metal glass containing magnesium Download PDF

Info

Publication number
JP2015096474A
JP2015096474A JP2013236626A JP2013236626A JP2015096474A JP 2015096474 A JP2015096474 A JP 2015096474A JP 2013236626 A JP2013236626 A JP 2013236626A JP 2013236626 A JP2013236626 A JP 2013236626A JP 2015096474 A JP2015096474 A JP 2015096474A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
medical implant
metal glass
implant material
containing magnesium
biodegradability
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013236626A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
国強 謝
Kokukyo Sha
国強 謝
風香 秦
Fuga Hata
風香 秦
弘恭 金高
Hiroyasu Kanetaka
弘恭 金高
浩一 矢吹
Koichi Yabuki
浩一 矢吹
一良 山口
Kazuyoshi Yamaguchi
一良 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MJK CO Ltd
Tohoku University NUC
Original Assignee
MJK CO Ltd
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MJK CO Ltd, Tohoku University NUC filed Critical MJK CO Ltd
Priority to JP2013236626A priority Critical patent/JP2015096474A/en
Publication of JP2015096474A publication Critical patent/JP2015096474A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture an artificial coating and a fixed pin for use in a guided tissue regeneration method, using a medical implant material containing magnesium (Mg), zinc (Zn), calcium (Ca), and iron (Fe) as a metal glass containing magnesium, in order to provide a medical implant product which has strength, extensibility, and biodegradability simultaneously and does not adversely influence a living body.SOLUTION: Metal glass powder expressed as a composition formula of MgZnCa(where, a and b satisfy the relationship of 21.0≤a≤35.0, and 2.0≤b≤7.0 respectively, by atomic percentage) and 1.0 vol% or more and 10.0 vol% or less of Fe power are mixed in advance and processed by a discharge plasma sintering method to produce a metal glass composite. The material is used to manufacture an artificial coating and a fixed pin by a cutting process.

Description

本発明は、強度、延性、生分解性を併せ持ち、生体に悪影響を及ぼさない医療用インプラント材料、並びに医療用インプラント製品の製造方法に関する。さらに詳しく述べるならば、医療用インプラント製品として、歯科用組織誘導法に用いる人工被膜、固定ピンの製造方法に関する。 The present invention relates to a medical implant material that has both strength, ductility, and biodegradability and does not adversely affect a living body, and a method for producing a medical implant product. More specifically, the present invention relates to a method for producing an artificial coating and a fixing pin used for a dental tissue guidance method as a medical implant product.

一般的に、医療用インプラント材料には、次の3つの機能が要求される。1つ目は、高延性を有し塑性加工ができ、治療初期に高強度を有し荷重を支持できること、2つ目は、治療後期に材料が生体に吸収される(生分解性を持つ)こと、そして3つ目は、生体への悪影響が無いことである。 In general, medical implant materials are required to have the following three functions. The first one is highly ductile and can be plastically processed, has high strength and can support a load in the initial stage of treatment, and the second is that the material is absorbed by the living body in the latter stage of treatment (has biodegradability). The third is that there is no adverse effect on the living body.

現在使用されている医療用インプラント材料は、主として、純チタン(チタン合金)製、及び高分子化合物(例えばポリ乳酸)製の2種類であるが、その長所と、上述した3つの機能に対する欠点は、次に述べるとおりである。 Currently, there are mainly two types of medical implant materials, pure titanium (titanium alloy) and polymer compounds (for example, polylactic acid). The advantages and disadvantages of the above three functions are as follows. As described below.

純チタン(チタン合金)製材料の長所は、強度、延性が高く、手術時の操作性が良いことである。一方短所は、生体に吸収されない(生分解性を持たない)ため組織が治癒した後に再手術で取り出す必要があること、アレルギーを誘発することがあり生体適合性が万全とはいえないこと、及び原料のチタンが高価で加工性も悪いため、材料の価格が高いことである。 The advantages of pure titanium (titanium alloy) material are that it has high strength and ductility, and has good operability during surgery. On the other hand, the disadvantage is that it is not absorbed by the living body (it does not have biodegradability), so it must be removed by re-operation after the tissue has healed, allergies may be induced and biocompatibility is not perfect, and Since the raw material titanium is expensive and has poor workability, the price of the material is high.

また、高分子化合物(例えばポリ乳酸)製材料の長所は、生体に吸収される(生分解性を持つ)ため、組織が治癒した後の再手術は不要であることである。一方短所は、強度が低く結果としてインプラント製品が大きくなり手術時の操作性が悪いこと、非感染性の炎症を起こすことがあり生体適合性が必ずしも良いとはいえないこと、及び原料となるポリ乳酸の製造コストが非常に高く製品価格も純チタン(チタン合金)製をはるかに上回ることである。 In addition, an advantage of a material made of a high molecular compound (for example, polylactic acid) is that it is absorbed by a living body (has biodegradability), so that no reoperation is required after the tissue has healed. On the other hand, the disadvantages are low strength, resulting in large implant products, poor operability at the time of surgery, non-infectious inflammation, and poor biocompatibility. The production cost of lactic acid is very high and the product price is much higher than that of pure titanium (titanium alloy).

現在、上述した医療用インプラント材料としての3つの機能を満足する材料が無いため、インプラントが必要な生体内の箇所に応じて、純チタン(チタン合金)製、及び高分子化合物(例えばポリ乳酸)製の2種類を使い分けているのが実情である。 At present, there is no material that satisfies the above three functions as a medical implant material, so that it is made of pure titanium (titanium alloy) and a high molecular compound (for example, polylactic acid) depending on the in vivo location where the implant is required. The actual situation is to use two types of products.

歯科治療では、歯の維持が重要な治療目的であるが、同時に歯が失われた場合には残存する組織を利用して機能回復、機能向上を目的とした治療も行われ、その治療の1つに骨再生、骨増生がある。骨再生、骨増生は、歯周炎で失われた歯を支える歯槽骨を再生することや、歯が失われることによって吸収された顎堤に対し、義歯や口腔インプラント治療を目的として行うもので、人工被膜や被膜を固定するピンが用いられる。既存の人工被膜として、生分解性を有するが、強度的には弱く、賦形維持性を有しない高分子化合物製を主として用いているが、人工被膜の使用時は一定の形状を与えるために、生分解性を持たないチタンワイヤーを組み込む等形を維持するための治療方法を加える必要がある。また人工被膜を骨面に固定するピンはやはり生分解性を持たないチタン製であり、治癒が完了した後は再手術により除去しなければならず、患者の負担が大きい。 In dental treatment, maintenance of teeth is an important treatment purpose, but at the same time, when a tooth is lost, treatment for the purpose of functional recovery and function improvement is also performed using the remaining tissue. One is bone regeneration and bone augmentation. Bone regeneration and bone augmentation are performed for the purpose of treating dentures and oral implants for regenerating alveolar bone that supports teeth lost due to periodontitis, and for jaw ridges absorbed by loss of teeth. An artificial coating or a pin for fixing the coating is used. As an existing artificial coating, it is mainly made of a polymer compound that has biodegradability but is weak in strength and does not have a shape retention, but to give a certain shape when using the artificial coating There is a need to add treatment methods to maintain isoforms incorporating titanium wires that are not biodegradable. Moreover, the pin for fixing the artificial coating to the bone surface is made of titanium which does not have biodegradability, and must be removed by re-operation after the healing is completed, which places a heavy burden on the patient.

上述した医療用インプラント材料としての3つの機能を満足する材料が提供されれば、歯科医療において通院困難な患者に対して、治療回数を減らし、効率的に治療が行えるだけでなく、医科治療における骨折部の固定用材料、脳神経外科治療における開頭部の閉塞等にも応用可能と考えられる。 If a material satisfying the above three functions as a medical implant material is provided, it is possible not only to reduce the number of treatments and efficiently treat a patient who is difficult to visit in dentistry, but also in medical treatment. It can be applied to materials for fixing fractures, occlusion of the open head in neurosurgical treatment, and the like.

前述した医療用インプラント材料としての3つの機能を満足する材料として、マグネシウムが注目されている。マグネシウムは、生体必須元素で筋や骨に多量に含まれている。人体は、常にマグネシウムを食料として摂取しており、生体内に存在するマグネシウムと入れ換えながら過剰なものを尿から排出する(生分解性を持つ)ため、生体安全性に優れている。しかし、純マグネシウムは、延性は良好であるが、強度はチタンに比較して低く、インプラント材料としての性状を満たしていない。また、生分解性は極めて速く、体内におけるインプラントとしての機能を発揮する前に吸収されてしまう。 Magnesium has attracted attention as a material that satisfies the above three functions as a medical implant material. Magnesium is an essential biological element and is contained in large amounts in muscles and bones. The human body always consumes magnesium as food, and excretes excess urine from the urine while replacing magnesium in the living body (has biodegradability). However, pure magnesium has good ductility but lower strength than titanium and does not satisfy the properties as an implant material. In addition, the biodegradability is extremely fast, and it is absorbed before it functions as an implant in the body.

上述した純マグネシウムのインプラントとして適正でない性状を改善するために、純マグネシウムに他の元素を添加して合金化する試みが盛んに行われている。配合設計、表面結晶粒子の微細化等が試みの基本的内容であるが、合金化により一般的に強度向上ははかれるものの、強度向上と共に失われる延性低下の問題は解決していない。また、添加する元素には生体に有害なものも存在し、さらに、生分解性を有する元素だけを選択することができていない。添加する元素が多数、多量となり、かつその元素が生体に有害である場合は、生体に対する大きな悪影響を及ぼす可能性がある。 In order to improve the properties that are not suitable as the above-described pure magnesium implant, attempts have been made to alloy by adding other elements to pure magnesium. Although the basic content of the trial is formulation design, surface crystal grain refinement, etc., although the strength is generally improved by alloying, the problem of ductility reduction that is lost along with the strength improvement has not been solved. Further, some elements to be added are harmful to the living body, and further, only elements having biodegradability cannot be selected. When a large number of elements are added in a large amount and the elements are harmful to the living body, there is a possibility that the living body will have a serious adverse effect.

これらの問題を解決するために、金属製インプラント材料では限界があるという認識から、金属ガラスを適用しようとする試みも盛んに行われている。金属ガラスは、一般的に結晶金属に比較して高強度、高耐食性を有するが、延性に乏しい欠点がある。これまでの研究によると、医療用インプラントとしては、
に示されるように、パラジウム(Pd)、白金(Pt)等の貴金属を用いるものが開発されているが、マグネシウムは使用されていない。また、生分解性は無く、生体無害化の評価もなされていない。マグネシウムを用いた金属ガラスとしては、 に示されるように、マグネシウムの他に多種類、多量の元素が添加されており、生体への影響は考慮されておらず、かつ医療用インプラントの提供を目的としていないので、生分解性を持たない元素も添加されている。また に示される金属ガラスは、比較的マグネシウムの他に添加する元素の種類は少ないが、多量の元素が添加されており、生体への影響は考慮されておらず、かつ医療用インプラントの提供を目的としていないので、生分解性を持たない元素も添加されている。
In order to solve these problems, many attempts have been made to apply metallic glass from the recognition that metallic implant materials have limitations. Metallic glass generally has higher strength and higher corrosion resistance than crystalline metal, but has a drawback of poor ductility. According to previous research, as medical implants,
As shown in FIG. 1, those using noble metals such as palladium (Pd) and platinum (Pt) have been developed, but magnesium is not used. In addition, it is not biodegradable and has not been evaluated for harm to living organisms. As a metal glass using magnesium, In addition to magnesium, many kinds and a large amount of elements are added, the effects on the living body are not considered, and it is not intended to provide medical implants, so it has biodegradability. No elements are added. Also The metal glass shown in Fig. 2 has relatively few elements added in addition to magnesium, but a large amount of elements are added, the impact on the living body is not considered, and the purpose is to provide medical implants. Therefore, elements that do not have biodegradability are also added.

特開2007−92106号広報Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2007-92106 特開2007−92103号広報Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2007-92103 特開2007−83692号広報Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2007-83692

本発明においては、強度、延性、生分解性を併せ持ち、生体に悪影響を及ぼさない医療用インプラント材料、並びに医療用インプラント製品を提供することを目的とする。さらに詳しく述べるならば、医療用インプラント製品として、歯科用組織誘導法に用いる人工被膜、固定ピンを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a medical implant material and a medical implant product that have both strength, ductility, and biodegradability and do not adversely affect the living body. More specifically, an object of the present invention is to provide an artificial coating and a fixing pin used for a dental tissue guidance method as a medical implant product.

上述目的を達成するために、請求項1に記載した発明では、マグネシウムを含む金属ガラスとして、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カルシウム(Ca)を配合し、組成式として、Mg100−a−bZnCa(但し、式中a、bは原子百分率で、それぞれ21.0≦a≦35.0、2.0≦b≦7.0を満足する)を有する、医療用インプラント材料を提供することを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1, magnesium (Mg), zinc (Zn), calcium (Ca) is blended as the metallic glass containing magnesium, and Mg 100-a is expressed as a composition formula. -B Zn a Ca b (wherein, a and b are atomic percentages satisfying 21.0 ≦ a ≦ 35.0 and 2.0 ≦ b ≦ 7.0, respectively) It is characterized by providing.

また、請求項2に記載した発明では、マグネシウムを含む金属ガラスとして、請求項1に記載した金属ガラスに、鉄(Fe)を体積百分率で1.0%以上10.0%以下を配合する、医療用インプラント材料を提供することを特徴とする。 Moreover, in the invention described in claim 2, as a metal glass containing magnesium, iron (Fe) is blended in a volume percentage of 1.0% or more and 10.0% or less to the metal glass described in claim 1. A medical implant material is provided.

さらに、請求項3に記載した発明では、メカニカルアロイング法で製造した請求項1に記載したマグネシウムを含む金属ガラス粉末と、鉄の粉末とを予め混合し、放電プラズマ焼結法により、医療用インプラント材料としての金属ガラス複合体を製造することを特徴とする。 Furthermore, in the invention described in claim 3, the metallic glass powder containing magnesium described in claim 1 manufactured by the mechanical alloying method and the iron powder are mixed in advance, and the medical plasma is obtained by the discharge plasma sintering method. It is characterized by producing a metallic glass composite as an implant material.

またさらに、請求項4に記載した発明では、放電プラズマ焼結法における荷重を制御することにより、金属ガラス複合体の気孔率を5.0%以上25.0%以下に制御した医療用インプラント材料を製造することを特徴とする。 Furthermore, in the invention described in claim 4, the medical implant material in which the porosity of the metallic glass composite is controlled to 5.0% or more and 25.0% or less by controlling the load in the discharge plasma sintering method. It is characterized by manufacturing.

またさらに、請求項5に記載した発明では、請求項1から請求項4に記載した、強度、延性、生分解性を併せ持つ医療用インプラント材料を用いて、切削加工により、歯科用組織誘導法に用いる医療用インプラント製品としての人工被膜、固定ピンを製造することを特徴とする。 Furthermore, in the invention described in claim 5, the medical tissue implant material having the strength, ductility, and biodegradability described in claims 1 to 4 is used for the dental tissue guidance method by cutting. It is characterized by producing an artificial coating and a fixing pin as a medical implant product to be used.

本発明にて提案する強度、延性、生分解性を併せ持ち、生体に悪影響を及ぼさない医療用インプラント材料が提供され、かつその材料を用いた医療用インプラント製品として、歯科用組織誘導法に用いる人工被膜、固定ピンが提供されれば、歯科治療において、歯が失われた場合に残存する組織を利用して機能回復、機能向上を目的とした骨再生、骨増生に画期的な治療法が実現する。 The present invention provides a medical implant material that has the strength, ductility, and biodegradability proposed in the present invention and does not adversely affect the living body, and is used as a medical implant product using the material for an artificial tissue guidance method. If a coating and a fixing pin are provided, in dentistry treatment, there will be an epoch-making treatment for bone regeneration and bone augmentation for the purpose of functional recovery and functional improvement using the remaining tissue when teeth are lost. Realize.

すなわち、強度、延性、生分解性を併せ持つ人工被膜や固定ピンを用いることにより、医師の手術操作性が良好となり、手術時間短縮が実現し患者の負担が軽減される。また手術後治癒した後は人工皮膜、固定ピンが生体に吸収されるため、再手術により除去する必要がなくなり、患者の負担はさらに軽減される。また生体に無害な元素だけで材料が構成されているため、生体に有害な影響(副作用等)を及ぼすことがない。さらに、Mg、Zn、Ca、Feの4元素だけを用いているため、材料及び製品の価格が安い。 That is, by using an artificial coating or a fixing pin having both strength, ductility, and biodegradability, the operability of the doctor is improved, the operation time is shortened, and the burden on the patient is reduced. In addition, since the artificial skin and the fixing pin are absorbed by the living body after healing after the operation, it is not necessary to remove it by re-operation, thereby further reducing the burden on the patient. In addition, since the material is composed only of elements that are harmless to the living body, there is no adverse effect (such as side effects) on the living body. Furthermore, since only four elements of Mg, Zn, Ca, and Fe are used, the price of materials and products is low.

上述したように、歯科医療において通院困難な患者に対して、治療回数を減らし、効率的に治療が行えるだけでなく、医科治療における骨折部の固定用材料、脳神経外科治療における開頭部の閉塞等にも応用可能と考えられる。 As mentioned above, it is possible not only to reduce the number of treatments and efficiently treat patients who are difficult to visit in dentistry, but also to fix fractures in medical treatments, occlusion of the open head in neurosurgery, etc. It is thought that it can be applied to.

本発明にて提案するマグネシウムを含む金属ガラスの製造方法において、金属ガラスの加熱に伴う相変化を示す図。The figure which shows the phase change accompanying the heating of metal glass in the manufacturing method of the metal glass containing magnesium proposed by this invention. 本発明にて提案するマグネシウムを含む金属ガラスの製造方法において、マグネシウム、亜鉛、カルシウムにより構成される金属ガラスに、鉄を添加したときの、応力と歪みの関係を示す図。The figure which shows the relationship between stress and distortion when iron is added to the metal glass comprised by magnesium, zinc, and calcium in the manufacturing method of the metal glass containing magnesium proposed by this invention. 本発明にて提案するマグネシウムを含む金属ガラスの製造方法において、鉄を添加することにより生分解性が遅くなることを示す図。The figure which shows that biodegradability becomes late by adding iron in the manufacturing method of the metallic glass containing magnesium proposed by this invention. 本発明にて提案するマグネシウムを含む金属ガラスを用いて、歯科用組織誘導法に用いる医療用インプラント製品としての人工被膜、固定ピンの形状を示す図。The figure which shows the shape of the artificial film and fixing pin as a medical implant product used for the dental tissue guidance method using the metal glass containing magnesium proposed in the present invention.

以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.

本発明にて提案するマグネシウム(Mg)を含む金属ガラスの基本的配合は、亜鉛(Zn)とカルシウム(Ca)を添加することである。Mg単体では不足する機械的強度を向上させるためにCaを添加し、かつ加工ができる延性を付与するためにZnを添加する。またこれら2元素の添加は、Mgだけでは速すぎる生分解速度を抑制する効果も狙っている。また、Mg、Zn、Ca共に生分解性を持ち、生体に悪影響を及ぼさない元素だけで材料が構成されている。 The basic composition of the metallic glass containing magnesium (Mg) proposed in the present invention is to add zinc (Zn) and calcium (Ca). Ca is added to improve mechanical strength which is insufficient with Mg alone, and Zn is added to provide ductility that can be processed. The addition of these two elements also aims to suppress the biodegradation rate that is too fast with Mg alone. In addition, materials such as Mg, Zn, and Ca are composed of only elements that are biodegradable and do not adversely affect the living body.

本発明にて提案するMgを含む金属ガラスの組成式は、Mg100−a−bZnCa(但し、式中a、bは原子百分率で、それぞれ21.0≦a≦35.0、2.0≦b≦7.0を満足する)を有する必要がある。金属ガラスを製造するためには、図1に示すように、結晶化開始温度(Tx)より低温部に、ガラス遷移温度(Tg)が存在し、TgからTxの間の温度範囲(過冷却液体域;ΔTx)を有することが金属ガラスを製造できる必須条件となる。この考え方を基に、特定の3種類以上の元素選択とその配合比率、配合材料の冷却条件を制御することにより金属ガラスを製造できる。上述した組成式は、発明者が研究の結果見出したものである。 The composition formula of the metallic glass containing Mg proposed in the present invention is Mg 100-ab Zn a Ca b (where a and b are atomic percentages, 21.0 ≦ a ≦ 35.0, 2.0 ≦ b ≦ 7.0). In order to produce a metallic glass, as shown in FIG. 1, a glass transition temperature (Tg) exists in a portion lower than the crystallization start temperature (Tx), and a temperature range between Tg and Tx (supercooled liquid) Having a region; ΔTx) is an essential condition for producing a metallic glass. Based on this concept, metallic glass can be produced by controlling the selection of three or more specific elements, the blending ratio thereof, and the cooling conditions of the blended material. The above-described composition formula has been found by the inventors as a result of research.

金属ガラスを製造するために、メカニカルアロイング法、ガスアトマイズ法あるいは水アトマイズ法が金属ガラス粉末を製造する方法として使用できる。本発明のMgを含む金属ガラス製造には、メカニカルアロイング法を使用する。 In order to produce a metallic glass, a mechanical alloying method, a gas atomizing method or a water atomizing method can be used as a method for producing a metallic glass powder. The mechanical alloying method is used for producing the metallic glass containing Mg of the present invention.

上述したMg、Zn、Caの3元素を配合した金属ガラスは、強度、延性はMg単体よりも向上し、インプラント材料としての性状を満足するが、生分解性が極めて速いMg単体の性状はそれほど改善されない。このために、発明者は、生分解性を遅くする元素としてFeを添加することを見出した。Feの添加量を変化させることにより、生分解性を制御することが可能となる。Fe自身も生分解性を持ち、かつ生体に悪影響を及ぼさない元素である。 The metallic glass containing the above-mentioned three elements of Mg, Zn, and Ca has improved strength and ductility as compared with Mg alone and satisfies the properties as an implant material, but the properties of Mg as a very fast biodegradable material are not so much. Not improved. For this reason, the inventors have found that Fe is added as an element that slows biodegradability. Biodegradability can be controlled by changing the amount of Fe added. Fe itself is an element that is biodegradable and does not adversely affect the living body.

通常Mg(融点650℃)にFe(融点1536℃)を添加して合金とするためには、Feの融点以上に温度を上げる必要があるが、この温度ではMgは蒸発してしまい、実際上合金化することは不可能である。金属ガラス製造時の図1に示す過冷却液体域における「粘性流動状態」を利用することにより、Feを添加しても容易に合金化できる。この温度領域は100℃近辺と低温である。 Usually, in order to add Fe (melting point 1536 ° C.) to Mg (melting point 650 ° C.) to make an alloy, it is necessary to raise the temperature above the melting point of Fe. It is impossible to alloy. By utilizing the “viscous flow state” in the supercooled liquid region shown in FIG. 1 at the time of producing the metal glass, it can be easily alloyed even if Fe is added. This temperature range is around 100 ° C. and a low temperature.

Mg、Zn、Caを組成式にしたがって配合し、メカニカルアロイング法により製造した金属ガラスの粉末と、Feの粉末を予め混合し、放電プラズマ焼結法により金属ガラス複合体を製造する。放電プラズマ焼結法を使用した理由は、従来使用されているホットプレス法に比べて低温でかつ短時間で固化成形ができる特徴を持っており、金属ガラス粉末を結晶化させずに固化成形できるためである。 Mg, Zn, and Ca are blended in accordance with the composition formula, and the metal glass powder produced by the mechanical alloying method and the Fe powder are mixed in advance, and the metal glass composite is produced by the discharge plasma sintering method. The reason for using the spark plasma sintering method is that it can be solidified and molded at a low temperature and in a short time compared to the hot press method used in the past, and can be solidified without crystallizing the metal glass powder. Because.

マグネシウムを含む金属ガラスに、鉄(Fe)を体積百分率で1.0%以上10.0%以下を配合する条件を、発明者は見出した。体積百分率が1.0%未満では、金属ガラス複合体の生分解性があまり遅くならないため、体積百分率が10.0%を超えると、生分解性が遅くなりすぎるため、上述した数値限定を行った。この数値限定の範囲内で、インプラントに求められる生分解性を制御可能である。 The inventor has found a condition in which iron (Fe) is blended in a volume percentage of 1.0% or more and 10.0% or less in a metal glass containing magnesium. If the volume percentage is less than 1.0%, the biodegradability of the metallic glass composite is not so slow. If the volume percentage exceeds 10.0%, the biodegradability is too slow. It was. Within the range of this numerical limitation, the biodegradability required for the implant can be controlled.

このようにして製造した複合材料は、Fe結晶粒子分散型バルク金属ガラスとなり、延性がさらに向上し、塑性変形ができるようになることも見出された。図2に示すように、Mg、Zn、Ca3元素からなる金属ガラスにFeを添加し、その鉄の含有量を増加させることにより、応力と歪みの関係において、歪みが増加し(延性が向上し)、塑性変形可能となる現象がみられる。 It was also found that the composite material produced in this way becomes Fe crystal particle dispersed bulk metallic glass, further improving ductility and enabling plastic deformation. As shown in FIG. 2, by adding Fe to a metallic glass composed of Mg, Zn, and Ca3 elements and increasing the iron content, the strain increases in relation to the stress and strain (the ductility is improved). ), A phenomenon that plastic deformation is possible.

また、Fe結晶粒子分散型バルク金属ガラスは、図3に示すように、生分解性の速度を遅くする効果が発現しており、Feの添加量が多くなるほど、生分解性が遅くなることがみてとれる。なお図3は、擬似体液(Simulated body fluid: SBF)への浸漬実験結果であり、生体内における分解速度ではないが、この実験結果が生体内における分解速度の適正化を評価する目安となる。 In addition, as shown in FIG. 3, the Fe crystal particle-dispersed bulk metallic glass has an effect of slowing the biodegradability, and the biodegradability becomes slower as the amount of Fe added increases. I can see it. FIG. 3 shows the result of an immersion experiment in simulated body fluid (SBF), which is not the decomposition rate in the living body, but this experimental result is a guideline for evaluating the optimization of the decomposition rate in the living body.

さらに、放電プラズマ焼結法において、試料に印加する荷重を変化させることにより、Fe結晶粒子分散型バルク金属ガラス複合材料の気孔率を変化させることが可能となることを、発明者は見出した。気孔率の上昇(ポーラス化)は、材料の弾性率を低減させる効果がある。通常の合金でもポーラス化することにより弾性率を低減させることができるが、強度が低下してインプラントとしての性状を満たさない。金属ガラスは元々高強度なので、目的とする低弾性率を得るためにポーラス化しても、強度低下の弊害がない。ポーラス化は、本提案における歯科治療における人工被膜、固定ピンでは利用する必要はないが、応用製品としての医科治療における骨折部の固定用材料においては、弾性率の低い骨への応力が不足して骨が痩せる現象(応力遮蔽)の防止には効果のある性状である。 Furthermore, the inventors have found that the porosity of the Fe crystal particle-dispersed bulk metallic glass composite material can be changed by changing the load applied to the sample in the discharge plasma sintering method. The increase (porosity) of the porosity has the effect of reducing the elastic modulus of the material. Even when an ordinary alloy is made porous, the elastic modulus can be reduced, but the strength is lowered and the properties as an implant are not satisfied. Since metallic glass is originally high in strength, even if it is made porous in order to obtain a desired low elastic modulus, there is no adverse effect of strength reduction. Porous treatment does not need to be used for artificial coatings and fixing pins in dental treatment in this proposal, but the material for fixing fractures in medical treatment as an applied product lacks stress on bones with low elastic modulus. This is an effective property for preventing the phenomenon of bone thinning (stress shielding).

放電プラズマ焼結法における荷重を制御して、気孔率を5.0%以上25.0%以下に制御するとした数値限定を行った。これらの範囲を逸脱した場合は、強度と弾性率のバランスが取れないためである。 Numerical load limitation was performed by controlling the load in the spark plasma sintering method to control the porosity to 5.0% or more and 25.0% or less. This is because the strength and the elastic modulus cannot be balanced when deviating from these ranges.

本発明で提案したマグネシウムを含む金属ガラス複合体を用いて、図4に示すように、歯科用組織誘導法に用いる人工被膜、固定ピンを製造した。加工方法の基本は切削加工であるが、加工のポイントは、加工時の発熱を抑えること(微細粒組織を変えないため、及び発火燃焼を抑えるため)、及び水を使用しないこと(水に溶解してしまうため)である。このため、加工工具、加工速度、クランプ治具、チャッキング治具の最適化、使用油(鉱物油)の選定を行った。 Using the metallic glass composite containing magnesium proposed in the present invention, as shown in FIG. 4, an artificial coating and a fixing pin used for the dental tissue guidance method were produced. The basis of the processing method is cutting, but the points of processing are to suppress heat generation during processing (in order not to change the fine grain structure and to suppress ignition combustion) and not to use water (dissolved in water) Because it will). For this reason, optimization of the processing tool, processing speed, clamping jig, chucking jig, and selection of oil used (mineral oil) were performed.

製造された人工被膜、固定ピンを使用して、歯科用組織誘導法を実施し、患者に与える負担を軽減する、極めて良好な施術結果を得ている。 Using the manufactured artificial coating and fixing pins, the dental tissue guidance method is carried out, and extremely good treatment results that reduce the burden on the patient have been obtained.

以下、本発明の産業上の利用可能性について説明する。 Hereinafter, the industrial applicability of the present invention will be described.

本発明にて提案する強度、延性、生分解性を併せ持ち、生体に悪影響を及ぼさない医療用インプラント材料が提供され、かつその材料を用いた医療用インプラント製品として、歯科用組織誘導法に用いる人工被膜、固定ピンが提供されれば、歯科治療において、歯が失われた場合に残存する組織を利用して機能回復、機能向上を目的とした骨再生、骨増生に画期的な治療法が実現する。 The present invention provides a medical implant material that has the strength, ductility, and biodegradability proposed in the present invention and does not adversely affect the living body, and is used as a medical implant product using the material for an artificial tissue guidance method. If a coating and a fixing pin are provided, in dentistry treatment, there will be an epoch-making treatment for bone regeneration and bone augmentation for the purpose of functional recovery and functional improvement using the remaining tissue when teeth are lost. Realize.

すなわち、歯科医療において通院困難な患者に対して、治療回数を減らし、効率的に治療が行えることに貢献するが、その他に、医科治療における骨折部の固定用材料、脳神経外科治療における開頭部の閉塞等にも応用可能と考えられる。 In other words, it contributes to reducing the number of treatments for patients who are difficult to visit in dentistry and enabling efficient treatment, but in addition to this, materials for fixing fractures in medical treatments, and craniotomy in neurosurgery treatments. It can be applied to obstruction.

Claims (5)

強度、延性、生分解性を併せ持ち、生体に悪影響を及ぼさない医療用インプラント材料を提供するために、マグネシウムを含む金属ガラスとして、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カルシウム(Ca)を配合し、組成式として、Mg100−a−bZnCa(但し、式中a、bは原子百分率で、それぞれ21.0≦a≦35.0、2.0≦b≦7.0を満足する)を有することを特徴とする、医療用インプラント材料。 In order to provide a medical implant material that has both strength, ductility, and biodegradability and does not adversely affect the living body, magnesium (Mg), zinc (Zn), and calcium (Ca) are blended as metallic glass containing magnesium. , Mg 100-ab Zn a Ca b (wherein, a and b are atomic percentages, satisfying 21.0 ≦ a ≦ 35.0 and 2.0 ≦ b ≦ 7.0, respectively) A medical implant material characterized by comprising: マグネシウムを含む金属ガラスとして、請求項1に記載した金属ガラスに、鉄(Fe)を体積百分率で1.0%以上10.0%以下を配合することを特徴とする、請求項1に記載の医療用インプラント材料。 2. The metal glass according to claim 1, wherein iron (Fe) is blended in a volume percentage of 1.0% or more and 10.0% or less as the metal glass containing magnesium. 3. Medical implant material. メカニカルアロイング法で製造した請求項1に記載したマグネシウムを含む金属ガラス粉末と、鉄の粉末とを予め混合し、放電プラズマ焼結法により、金属ガラス複合体を製造することを特徴とする、医療用インプラント材料の製造方法。 The metal glass powder containing magnesium according to claim 1 manufactured by a mechanical alloying method and iron powder are mixed in advance, and a metal glass composite is manufactured by a discharge plasma sintering method, A method for producing a medical implant material. 放電プラズマ焼結法における荷重を制御することにより、金属ガラス複合体の気孔率を5.0%以上25.0%以下に制御することを特徴とする、請求項3に記載の医療用インプラント材料の製造方法。 The medical implant material according to claim 3, wherein the porosity of the metallic glass composite is controlled to 5.0% or more and 25.0% or less by controlling the load in the spark plasma sintering method. Manufacturing method. 請求項1から請求項4に記載した、強度、延性、生分解性を併せ持つ医療用インプラント材料を用いて、切削加工により、歯科用組織誘導法に用いる人工被膜、固定ピンを製造することを特徴とする、医療用インプラント製品の製造方法。 Using the medical implant material having both strength, ductility, and biodegradability according to claims 1 to 4, an artificial coating and a fixing pin used for a dental tissue guidance method are manufactured by cutting. And a method for producing a medical implant product.
JP2013236626A 2013-11-15 2013-11-15 Medical implant material using metal glass containing magnesium, and manufacturing method for medical implant material and medical implant product using metal glass containing magnesium Pending JP2015096474A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013236626A JP2015096474A (en) 2013-11-15 2013-11-15 Medical implant material using metal glass containing magnesium, and manufacturing method for medical implant material and medical implant product using metal glass containing magnesium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013236626A JP2015096474A (en) 2013-11-15 2013-11-15 Medical implant material using metal glass containing magnesium, and manufacturing method for medical implant material and medical implant product using metal glass containing magnesium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015096474A true JP2015096474A (en) 2015-05-21

Family

ID=53373980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013236626A Pending JP2015096474A (en) 2013-11-15 2013-11-15 Medical implant material using metal glass containing magnesium, and manufacturing method for medical implant material and medical implant product using metal glass containing magnesium

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015096474A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106924816A (en) * 2015-12-29 2017-07-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 Biodegradable magnesium-base metal ceramic composite and its preparation method and application
WO2017170964A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 国立大学法人東北大学 Calcium-base metal glass alloy molded body for medical use, and production method thereof
CN111961992A (en) * 2020-08-06 2020-11-20 哈尔滨工业大学(深圳) Mg-Zn-Ca/Fe biomedical metal glass composite material and preparation method thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106924816A (en) * 2015-12-29 2017-07-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 Biodegradable magnesium-base metal ceramic composite and its preparation method and application
WO2017170964A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 国立大学法人東北大学 Calcium-base metal glass alloy molded body for medical use, and production method thereof
JPWO2017170964A1 (en) * 2016-03-31 2019-02-21 国立大学法人東北大学 Medical calcium-based metallic glass alloy molded body and method for producing the same
US11066733B2 (en) 2016-03-31 2021-07-20 Tohoku University Calcium-based metallic glass alloy molded body for medical use and production method thereof
CN111961992A (en) * 2020-08-06 2020-11-20 哈尔滨工业大学(深圳) Mg-Zn-Ca/Fe biomedical metal glass composite material and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Radha et al. Insight of magnesium alloys and composites for orthopedic implant applications–a review
Chandra et al. Preparation strategies for Mg-alloys for biodegradable orthopaedic implants and other biomedical applications: a review
KR102246887B1 (en) Magnesium-aluminum-zinc alloy, method for the production thereof and use thereof
KR102246885B1 (en) Magnesium alloy, method for the production thereof and use thereof
KR102081363B1 (en) Magnesium-zinc-calcium alloy, method for production thereof, and use thereof
Pilliar Metallic biomaterials
US20230381382A1 (en) Degradable magnesium-based implant devices for bone fixation
Serra et al. Nanostructured severe plastic deformation processed titanium for orthodontic mini-implants
CN102258806B (en) Degradable magnesium-base biomedical material for implantation in orthopaedics, and preparation method thereof
CN101921929B (en) Medicinal oxygen-containing beta titanium alloy for orthopedic implantation and preparation method thereof
CN103184379B (en) Biodegradable Mg-Gd-Zn-Ag-Zr series magnesium alloy and preparation method thereof
Drugacz et al. Use of TiNiCo shape-memory clamps in the surgical treatment of mandibular fractures
Bazaka et al. Metallic Implants for Biomedical Applications
CN104762542B (en) Biomedical degradable absorption Mg-Sr-Cu alloy material, preparation method and application
CN110373587B (en) Bone-induction antibacterial magnesium alloy and preparation method and application thereof
CN108950336B (en) High-plasticity degradable biomedical Mg-Zn-Zr-Ca-Fe alloy material and preparation method thereof
CN110241330A (en) A kind of degradable Zn-Ag system kirsite and the preparation method and application thereof
JP2015096474A (en) Medical implant material using metal glass containing magnesium, and manufacturing method for medical implant material and medical implant product using metal glass containing magnesium
Tan et al. Development of magnesium alloys for biomedical applications: structure, process to property relationship
WO2006054358A1 (en) METHOD FOR RENDERING ALLERGY TOXICITY DERIVED FROM Ni TRACE IMPURITY IN BIO-ALLOY UNHARMFUL
JP2016540128A (en) Implant, production method thereof and use thereof
Bryła et al. Magnesium alloys processed by severe plastic deformation (SPD) for biomedical applications: An overview
US20230313346A1 (en) Properties and parameters of novel biodegradable metallic alloys
CN102648876B (en) Antibacterial orthodontic thread and manufacture method thereof
JP2024513622A (en) Rare earth element-free biodegradable magnesium alloy, its manufacturing method and use