JP2015229792A - インプラントとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】オステオインテグレーション性能を向上する。【解決手段】マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる基材2と、該基材2の表面に形成された陽極酸化皮膜3とを備え、該陽極酸化皮膜3が、平均径0.1μm〜1μmの気孔を1mm2中に8000〜250000個有するインプラント1を提供する。【選択図】図1
Description
本発明は、インプラントとその製造方法に関するものである。
従来、欠如歯部の顎骨内にチタンまたはチタン合金製のインプラントを埋入し、骨との直接的な結合(オステオインテグレーション)を介して天然歯根の代用とするインプラント治療が普及している。歯科用のインプラントは、骨組織と結合し易い表面を構成するために、ブラスト処理や酸処理、あるいは陽極酸化処理により表面を改質することが知られている(例えば、特許文献1,2参照。)。
これらの特許文献1,2によれば、インプラントの表面の数十μmオーダーの気孔は表面積を増大させて骨組織との接触面積を増大させる効果があり、1〜2μmの気孔はインプラント表面に血液由来フィブリン線維を維持する効果があり、数十〜数百nmの気孔は細胞の接着力や、骨芽細胞からの骨活性物質・カルシウム沈着量等を増大させる効果があることが知られている。
一方、骨折治療を目的として、マグネシウム合金を用いて、体内で分解される生分解性骨接合材が開発されている。生分解性骨接合材の理想的な機能として、分解しながら骨に置き換わることが求められている。そして、このような生分解性骨接合材においては、マグネシウム合金が分解される際に発生する水素ガスによる組織障害を抑制するために表面に陽極酸化皮膜を形成する技術が知られている(例えば、特許文献3参照。)。
特許文献3においては、リン酸塩中における陽極酸化によって、マグネシウム合金製の基材の外面に、平均径5μmの気孔を有する陽極酸化皮膜が形成されている。
しかしながら、上述したように、平均径5μmの気孔は骨組織との接触面積を増大させることはできるが、2μm以下の気孔がないために基材の表面にフィブリン線維が維持されず、また、数100nm以下の気孔がないために細胞が接着しにくく、オステオインテグレーションに必要なカルシウム沈着等が発生しにくいという問題がある。
しかしながら、上述したように、平均径5μmの気孔は骨組織との接触面積を増大させることはできるが、2μm以下の気孔がないために基材の表面にフィブリン線維が維持されず、また、数100nm以下の気孔がないために細胞が接着しにくく、オステオインテグレーションに必要なカルシウム沈着等が発生しにくいという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、オステオインテグレーション性能を向上することができるインプラントとその製造方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる基材と、該基材の表面に形成された陽極酸化皮膜とを備え、該陽極酸化皮膜が、平均径0.1μm〜μmの気孔を1mm2中に8000〜250000個有するインプラントを提供する。
本発明の一態様は、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる基材と、該基材の表面に形成された陽極酸化皮膜とを備え、該陽極酸化皮膜が、平均径0.1μm〜μmの気孔を1mm2中に8000〜250000個有するインプラントを提供する。
本態様によれば、陽極酸化皮膜に形成された1μmの気孔が、表面にフィブリン線維を維持する効果があり、0.1μmオーダーの気孔は、細胞の接着力および骨芽細胞からの骨活性物質およびカルシウム沈着量を増大させることができ、オステオインテグレーション性能を向上することができる。
上記態様においては、前記陽極酸化皮膜が、平均径0.5μm〜1μmの気孔を1mm2中に8000〜62000個有していてもよい。
このようにすることで、0,1μmオーダーの気孔が少ないので細胞の接着力を弱めて不具合が生じたときの抜去し易さを向上することができる。
このようにすることで、0,1μmオーダーの気孔が少ないので細胞の接着力を弱めて不具合が生じたときの抜去し易さを向上することができる。
また、上記態様においては、前記陽極酸化皮膜が、平均径0.1μm〜0.5μmの気孔を1mm2中に62000〜250000個有していてもよい。
このようにすることで、細胞接着力および骨芽細胞からの骨活性物質やカルシウム沈着量を増大させることができ、骨形成の悪い患者に対しても十分なオステオインテグレーション性能を向上することができる。
このようにすることで、細胞接着力および骨芽細胞からの骨活性物質やカルシウム沈着量を増大させることができ、骨形成の悪い患者に対しても十分なオステオインテグレーション性能を向上することができる。
また、上記態様においては、前記陽極酸化皮膜が、径10μm以上の気孔を有していてもよい。
このようにすることで、10μm以上の気孔によって骨組織との接触面積を増加させ、骨芽細胞を多く集積させてカルシウムの沈着量を増大させることができる。
このようにすることで、10μm以上の気孔によって骨組織との接触面積を増加させ、骨芽細胞を多く集積させてカルシウムの沈着量を増大させることができる。
また、上記態様においては、前記陽極酸化皮膜が、マグネシウム元素20〜30重量%、酸素元素40〜50重量%およびリン元素10〜30重量%含有し、リン酸濃度0.1mol/L以下の電解液中での陽極酸化処理により形成されてもよい。
このようにすることで、体内において生分解して、フィブリン線維を維持し、細胞接着力および骨芽細胞からの骨活性物質やカルシウム沈着量を増大させることができる。
このようにすることで、体内において生分解して、フィブリン線維を維持し、細胞接着力および骨芽細胞からの骨活性物質やカルシウム沈着量を増大させることができる。
また、本発明の他の態様は、0.1mol/L以下のリン酸根を含有し、アンモニアまたはアンモニウムイオンを0.2mol/L含有し、フッ素塩素を含有せず、かつ、pH9〜13である電解液にマグネシウムまたはマグネシウム合金からなる基材を浸漬して通電する陽極酸化処理により、前記基材の表面に0.1μm〜1μmの気孔を1mm2中に8000〜250000個有する陽極酸化皮膜を形成するインプラントの製造方法を提供する。
本発明によれば、オステオインテグレーション性能を向上することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るインプラントとその製造方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るインプラント1は、図1に示されるように、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる基材2の表面に陽極酸化皮膜3を備えている。
本実施形態に係るインプラント1は、図1に示されるように、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる基材2の表面に陽極酸化皮膜3を備えている。
基材2は、マグネシウムを主成分とするものであればよく、マグネシウム単体からなる金属であってもよいし、マグネシウム合金であってもよい。成形性、機械的強度、延性等を付与するため、マグネシウム合金が使用される。マグネシウム合金としては、Mg−Al系合金、Mg−Al−Zn系合金、Mg−Al−Mn系合金、Mg−Zn−Zr系合金、Mg−希土類元素系合金、Mg−Zn−希土類元素系合金等を挙げることができる。
陽極酸化皮膜3は、平均径0.1μm〜1μmの気孔を1mm2中に8000〜250000個有するものである。
陽極酸化皮膜3は、平均径0.1μm〜1μmの気孔を1mm2中に8000〜250000個有するものである。
このように構成された本実施形態に係るインプラント1の製造方法は、以下の通りである。
すなわち、本実施形態に係るインプラント1は、0.1mol/L以下のリン酸を含有し、アンモニアまたはアンモニウムイオンを0.2mol/L含有し、フッ素塩素を含有せず、かつ、pH9〜13である電解液に基材を浸漬して通電する陽極酸化処理により製造される。
すなわち、本実施形態に係るインプラント1は、0.1mol/L以下のリン酸を含有し、アンモニアまたはアンモニウムイオンを0.2mol/L含有し、フッ素塩素を含有せず、かつ、pH9〜13である電解液に基材を浸漬して通電する陽極酸化処理により製造される。
陽極酸化処理は、電解液の中に浸漬した基材2を陽極として、同様に浸漬した陰極材料との間に電源を接続することにより行われる。
使用される電源は特に限定されるものではなく、直流電源でも交流電源でも使用可能であるが、直流電源を使用することが好ましい。
使用される電源は特に限定されるものではなく、直流電源でも交流電源でも使用可能であるが、直流電源を使用することが好ましい。
直流電源を使用する場合には、定電流電源を使用することが好ましい。陰極材料は特に限定されず、例えば、ステンレス材などを好適に使用することができる。陰極の表面積は陽極酸化処理されるマグネシウム合金の表面積より大きいことが好ましい。
電源として定電流電源を用いるときの陽極である基材2表面における電流密度は20A/dm2以上である。通電時間は10〜1000秒である。定電流電源で通電する際には、通電開始時の印加電圧は低いものの、時間の経過とともに印加電圧は上昇する。通電を終了する際の印加電圧の最終到達電圧は350V以上である。
このようにして製造されたインプラント1は、その表面の陽極酸化皮膜3に、平均径0.1μm〜1μmの気孔を1mm2中に8000〜250000個有している。
1μmの気孔は、インプラント1の表面にフィブリン線維を維持する効果があり、0.1μmオーダーの気孔は、細胞の接着力および骨芽細胞からの骨活性物質およびカルシウム沈着量を増大させる効果がある。したがって、本実施形態に係るインプラント1は、オステオインテグレーション性能を向上させることができる。
1μmの気孔は、インプラント1の表面にフィブリン線維を維持する効果があり、0.1μmオーダーの気孔は、細胞の接着力および骨芽細胞からの骨活性物質およびカルシウム沈着量を増大させる効果がある。したがって、本実施形態に係るインプラント1は、オステオインテグレーション性能を向上させることができる。
そして、オステオインテグレーションによって骨組織とインプラント1とが直接癒合した後には、基材2が生分解される。これにより、インプラント1が生体内に異物として長期間にわたって残ることがなく、抜去処置を行う必要もない。
(第1の実施例)
次に、本発明の一実施形態に係るインプラント1の第1の実施例について説明する。
本実施例に係るインプラント1は、マグネシウム合金からなる基材2の表面に形成された陽極酸化皮膜3が、平均径1μmの気孔を1mm2中に56000個有している。
次に、本発明の一実施形態に係るインプラント1の第1の実施例について説明する。
本実施例に係るインプラント1は、マグネシウム合金からなる基材2の表面に形成された陽極酸化皮膜3が、平均径1μmの気孔を1mm2中に56000個有している。
リン酸濃度0.05mol/Lの電解液内に基材2を浸漬し、電源として陽極表面における電流密度が20A/dm2となる定電流電源を使用し、通電時間を60秒として、通電を終了する際の印加電圧の最終到達電圧は400Vとした。
このようにして製造されたインプラント1の表面の陽極酸化皮膜3の電子顕微鏡写真を図2に示す。これによれば、径寸法0.4〜5μm、平均径1μmの気孔が、1mm2あたりに56000個存在していることが分かった。
このようにして製造されたインプラント1の表面の陽極酸化皮膜3の電子顕微鏡写真を図2に示す。これによれば、径寸法0.4〜5μm、平均径1μmの気孔が、1mm2あたりに56000個存在していることが分かった。
本実施例によれば、インプラント1の表面の陽極酸化皮膜3が、平均径1μmの気孔によりフィブリン線維をインプラント1の表面に維持することができる。
また、陽極酸化皮膜3の成分は、表1の通りである。
また、陽極酸化皮膜3の成分は、表1の通りである。
(第2の実施例)
次に、本発明の一実施形態に係るインプラント1の第2の実施例について説明する。
本実施例に係るインプラント1は、マグネシウム合金からなる基材2の表面に形成された陽極酸化皮膜3が、平均径0.5μmの気孔を1mm2中に62000個有している。
次に、本発明の一実施形態に係るインプラント1の第2の実施例について説明する。
本実施例に係るインプラント1は、マグネシウム合金からなる基材2の表面に形成された陽極酸化皮膜3が、平均径0.5μmの気孔を1mm2中に62000個有している。
リン酸濃度0.1mol/Lの電解液内に基材2を浸漬し、電源として陽極表面における電流密度が30A/dfm2となる定電流電源を使用し、通電時間を60秒として、通電を終了する際の印加電圧の最終到達電圧は350Vとした。
このようにして製造されたインプラント1の表面の陽極酸化皮膜3の電子顕微鏡写真を図3に示す。これによれば、径寸法0.2〜1.2μm、平均径0.5μmの気孔が、1mm2あたりに62000個存在していることが分かった。さらに、加工跡と思われる10μm程度の気孔(凹凸)がインプラント1の表面全体に形成されていた。
このようにして製造されたインプラント1の表面の陽極酸化皮膜3の電子顕微鏡写真を図3に示す。これによれば、径寸法0.2〜1.2μm、平均径0.5μmの気孔が、1mm2あたりに62000個存在していることが分かった。さらに、加工跡と思われる10μm程度の気孔(凹凸)がインプラント1の表面全体に形成されていた。
本実施例によれば、インプラント1の表面の陽極酸化皮膜3が、平均径0.5μmの気孔によりフィブリン線維をインプラント1の表面に維持することができる。
また、陽極酸化皮膜3の成分は、表2の通りである。
また、陽極酸化皮膜3の成分は、表2の通りである。
このようにして製造されたインプラント1をラットの骨に埋植し、3ヶ月経過した後の顕微鏡画像を図4に示す。図4(a)の中央の白い円は本実施例のインプラント1である。図4(a)およびその拡大図である図4(b)によれば、細胞が接着することによってインプラント1の周囲に酸化マグネシウムあるいはリン酸マグネシウムが溶出するとともにその周囲において骨形成が開始されている様子を確認することができる。
(第3の実施例)
次に、本発明の一実施形態に係るインプラント1の第3の実施例について説明する。
本実施例に係るインプラント1は、マグネシウム合金からなる基材2の表面に形成された陽極酸化皮膜3が、平均径100nmの気孔を1mm2中に248520個有している。
次に、本発明の一実施形態に係るインプラント1の第3の実施例について説明する。
本実施例に係るインプラント1は、マグネシウム合金からなる基材2の表面に形成された陽極酸化皮膜3が、平均径100nmの気孔を1mm2中に248520個有している。
リン酸濃度0.05mol/Lの電解液内に基材2を浸漬し、電源として陽極表面における電流密度が30A/dm2となる定電流電源を使用し、通電時間を60秒として、通電を終了する際の印加電圧の最終到達電圧は350Vとした。
このようにして製造されたインプラント1の表面の陽極酸化皮膜3の電子顕微鏡写真を図5に示す。これによれば、径寸法50〜200nm、平均径100nmの気孔が、1mm2あたりに248520個存在していることが分かった。
このようにして製造されたインプラント1の表面の陽極酸化皮膜3の電子顕微鏡写真を図5に示す。これによれば、径寸法50〜200nm、平均径100nmの気孔が、1mm2あたりに248520個存在していることが分かった。
本実施例によれば、インプラント1の表面の陽極酸化皮膜3が、平均径100nmの気孔によりフィブリン線維をインプラント1の表面に維持し、細胞の接着力や、骨芽細胞からの骨活性物質・カルシウム沈着量等を増大させることができる。
また、陽極酸化皮膜3の成分は、表3の通りである。
また、陽極酸化皮膜3の成分は、表3の通りである。
1 インプラント
2 基材
3 陽極酸化皮膜
2 基材
3 陽極酸化皮膜
Claims (6)
- マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる基材と、
該基材の表面に形成された陽極酸化皮膜とを備え、
該陽極酸化皮膜が、平均径0.1μm〜1μmの気孔を1mm2中に8000〜250000個有するインプラント。 - 前記陽極酸化皮膜が、平均径0.5μm〜1μmの気孔を1mm2中に8000〜62000個有する請求項1に記載のインプラント。
- 前記陽極酸化皮膜が、平均径0.1μm〜0.5μmの気孔を1mm2中に62000〜250000個有する請求項1または請求項2に記載のインプラント。
- 前記陽極酸化皮膜が、径10μm以上の気孔を有する請求項1から請求項3のいずれかに記載のインプラント。
- 前記陽極酸化皮膜が、マグネシウム元素20〜30重量%、酸素元素40〜50重量%およびリン元素10〜30重量%含有し、リン酸濃度0.1mol/L以下の電解液中での陽極酸化処理により形成された請求項1から請求項4のいずれかに記載のインプラント。
- 0.1mol/L以下のリン酸を含有し、アンモニアまたはアンモニウムイオンを0.2mol/L含有し、フッ素塩素を含有せず、かつ、pH9〜13である電解液にマグネシウムまたはマグネシウム合金からなる基材を浸漬して通電する陽極酸化処理により、前記基材の表面に0.1μm〜1μmの気孔を1mm2中に8000〜250000個有する陽極酸化皮膜を形成するインプラントの製造方法。
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