JP3013384B2 - 生体用形状記憶合金 - Google Patents
生体用形状記憶合金Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、医療機器等に使用する形状記憶合金に関す
る。
る。
（従来の技術） 近年、形状記憶合金の特性を医療分野に応用するため
種々の試みが行われている。中でもTiNi系合金について
は、耐食性が優れていること、生体との馴染が良いこと
等から、医療等に広く用いられている。例えば、歯科分
野では、TiNi系合金を歯列矯正用材料や、歯科鋳造によ
る補綴物に応用したり、また人工歯根としてインプラン
ト材に応用することも行われている。
種々の試みが行われている。中でもTiNi系合金について
は、耐食性が優れていること、生体との馴染が良いこと
等から、医療等に広く用いられている。例えば、歯科分
野では、TiNi系合金を歯列矯正用材料や、歯科鋳造によ
る補綴物に応用したり、また人工歯根としてインプラン
ト材に応用することも行われている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、医療等に用いる従来のTiNi系形状記憶
合金は、主成分のNiが細胞に対し毒性を有するという報
告もあり生体に対して信頼性が低い。また一部の人には
金属アレルギーを起こさせる場合もある。このため、現
在、前述したようなインプラント材への応用は、生体に
使用した場合の信頼性が比較的高い歯科分野に多く、医
療分野に広く応用されていない。
合金は、主成分のNiが細胞に対し毒性を有するという報
告もあり生体に対して信頼性が低い。また一部の人には
金属アレルギーを起こさせる場合もある。このため、現
在、前述したようなインプラント材への応用は、生体に
使用した場合の信頼性が比較的高い歯科分野に多く、医
療分野に広く応用されていない。
本発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、Ni等の金属の生体に対する害の発生を防止
し、医療分野等に広く応用することを可能とした生体用
形状記憶合金を提供することを目的とする。
たもので、Ni等の金属の生体に対する害の発生を防止
し、医療分野等に広く応用することを可能とした生体用
形状記憶合金を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） そのために、本発明の生体用形状記憶合金は、Niが43
〜57wt％、残部がTiと不可避不純物を含有する合金の表
面にチタン酸化膜を形成したことを特徴とする。
〜57wt％、残部がTiと不可避不純物を含有する合金の表
面にチタン酸化膜を形成したことを特徴とする。
前記合金の成分がNi:43〜57wt％、Ti:35〜45wt％、お
よびCo、Fe、Pd、Pt、Ｂ、Al、Si、Ｖ、Nb、Cuのうち少
なくとも１種または２種以上の総量:1〜10wt％からなる
ことを特徴とする。
よびCo、Fe、Pd、Pt、Ｂ、Al、Si、Ｖ、Nb、Cuのうち少
なくとも１種または２種以上の総量:1〜10wt％からなる
ことを特徴とする。
チタン酸化膜を形成する合金は、形状記憶特性または
超弾性を発揮させる作動温度（変態温度）を生体用とし
て使用可能な温度範囲に設定する。
超弾性を発揮させる作動温度（変態温度）を生体用とし
て使用可能な温度範囲に設定する。
Co、Fe、Pd、Pt、Ｂ、Al、Si、Ｖ、Nb、Cuのうち少な
くとも１種を1wt％以上含ませるのは、Cuを除いた残り
の元素は変態温度を低下させる働きがあり、この働きを
応用して作動温度を望ましい温度に調節するためであ
り、また、10wt％以下とするのは、この値以上含むと合
金が難加工になるためである。
くとも１種を1wt％以上含ませるのは、Cuを除いた残り
の元素は変態温度を低下させる働きがあり、この働きを
応用して作動温度を望ましい温度に調節するためであ
り、また、10wt％以下とするのは、この値以上含むと合
金が難加工になるためである。
合金の加工は、圧延したものを板状にしたり線引加工
して線状にしたりして目的とする形状にすることができ
る。
して線状にしたりして目的とする形状にすることができ
る。
目的とする形状に加工された合金は、チタン酸化膜の
形成の前処理に硝酸等を用いて表面汚染層を酸洗除去す
る。
形成の前処理に硝酸等を用いて表面汚染層を酸洗除去す
る。
チタン酸化膜の形成は、乾式あるいは湿式法で合金の
表面を強制酸化させて行う。例えば、酸洗処理後の合金
を硝酸に浸漬して行うと設備も比較的簡単なもので済む
ため望ましい。また乾式法では、一定の酸素分圧下、30
0〜600℃の間で加熱処理する。この方法では形状記憶処
理と同時に被膜処理できる特徴がある。
表面を強制酸化させて行う。例えば、酸洗処理後の合金
を硝酸に浸漬して行うと設備も比較的簡単なもので済む
ため望ましい。また乾式法では、一定の酸素分圧下、30
0〜600℃の間で加熱処理する。この方法では形状記憶処
理と同時に被膜処理できる特徴がある。
（作用） 本発明の生体用形状記憶合金によると、実際に生体に
接触する合金の表面に、生体に対して安定なチタン酸化
膜を形成したため、合金中に含まれるNi等の金属の溶出
を防止するとともにNi等の金属と生体との接触を妨げ
る。
接触する合金の表面に、生体に対して安定なチタン酸化
膜を形成したため、合金中に含まれるNi等の金属の溶出
を防止するとともにNi等の金属と生体との接触を妨げ
る。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
本実施例は、生体用形状記憶合金をインプラント材と
して整形外科分野に応用する。
して整形外科分野に応用する。
第１図は、大腿骨の転子部が骨折した場合にその骨折
部を補強結合させるため髄内ピン１を骨髄内に挿入した
大腿骨２を示す。
部を補強結合させるため髄内ピン１を骨髄内に挿入した
大腿骨２を示す。
次に、この髄内ピン１の製造方法を説明する。
まず、モンドNiとスポンジTiの所定量を混合し、真空
溶解または高周波溶解する。鍛造、圧延後、線引加工を
行い、ワイヤーを形成する。このワイヤーを所定の長さ
に切断した後、適当な濃度に調整したフッ化水素酸と硝
酸の混酸により酸洗処理を行い、さらに硝酸に30秒間浸
漬して表面にチタン酸化膜を形成する。その後、このワ
イヤーを所定に設定された形状に記憶させる。この形状
は、大腿骨２の髄腔径よりも約10％大きな張りをもつ寸
法で、しかも90゜角度を変えて観察しても同じような弓
形をもつ３次元的な形状にする。また、髄内ピン１のMs
点は、16℃に設定されている。
溶解または高周波溶解する。鍛造、圧延後、線引加工を
行い、ワイヤーを形成する。このワイヤーを所定の長さ
に切断した後、適当な濃度に調整したフッ化水素酸と硝
酸の混酸により酸洗処理を行い、さらに硝酸に30秒間浸
漬して表面にチタン酸化膜を形成する。その後、このワ
イヤーを所定に設定された形状に記憶させる。この形状
は、大腿骨２の髄腔径よりも約10％大きな張りをもつ寸
法で、しかも90゜角度を変えて観察しても同じような弓
形をもつ３次元的な形状にする。また、髄内ピン１のMs
点は、16℃に設定されている。
前述したよう方法で製造された髄内ピン１は、氷水中
で冷却することにより比較的容易に形状を変化させるこ
とができる。このため、冷却した状態で変形した髄内ピ
ン１を、第２図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、大腿骨２
の骨髄内に挿入すると、体温により髄内ピン１は温めら
れ作動温度に達し、第１図（Ａ）、（Ｂ）に示すよう
に、元の形状に戻ろうとする。ここに第１図（Ａ）と第
２図（Ａ）が対応し、第１図（Ｂ）と第２図（Ｂ）が対
応する。しかし、髄内ピン１は、大腿骨２の腔径よりも
約10％大きな張りをもっているため、元の形状に戻るこ
とができず、曲部1aおよび曲部1bにより大腿骨２の骨壁
を内部から圧迫し骨折した大腿骨２を安定させる。
で冷却することにより比較的容易に形状を変化させるこ
とができる。このため、冷却した状態で変形した髄内ピ
ン１を、第２図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、大腿骨２
の骨髄内に挿入すると、体温により髄内ピン１は温めら
れ作動温度に達し、第１図（Ａ）、（Ｂ）に示すよう
に、元の形状に戻ろうとする。ここに第１図（Ａ）と第
２図（Ａ）が対応し、第１図（Ｂ）と第２図（Ｂ）が対
応する。しかし、髄内ピン１は、大腿骨２の腔径よりも
約10％大きな張りをもっているため、元の形状に戻るこ
とができず、曲部1aおよび曲部1bにより大腿骨２の骨壁
を内部から圧迫し骨折した大腿骨２を安定させる。
髄内ピン１の表面には、生体に対して安定なチタン酸
化膜が形成されている。このため、骨髄内では、髄内ピ
ン１に含まれるNi等の金属と骨髄内の細胞とが直接接触
することはなく、またNi等の金属の溶出も抑えられてい
る。
化膜が形成されている。このため、骨髄内では、髄内ピ
ン１に含まれるNi等の金属と骨髄内の細胞とが直接接触
することはなく、またNi等の金属の溶出も抑えられてい
る。
第３図は、生体用形状記憶合金を人工関節ステムに応
用した例を示す。この関節ステム３は、形状記憶合金を
円柱状に加工し、ワイヤー放電加工機によりその外周面
に120゜間隔で長さ方向へ切り込みを入れ爪部3aを形成
し、次いで長さ方向にズラした円柱を60゜回転させて再
び同様な切り込みを入れる操作を繰り返し、長さ方向に
５列の爪部3aを施したものである。チタン酸化膜は加工
後に形成した。爪部3aを径外側に起こした状態を記憶さ
せ、第３図に示すように、爪部3aを寝かした状態で生体
内に挿入して使用する。体温により関節ステム１が温め
られると、爪部3aは径外側に起きるため、関節ステム３
が外れないようにストッパの役割を果たす。
用した例を示す。この関節ステム３は、形状記憶合金を
円柱状に加工し、ワイヤー放電加工機によりその外周面
に120゜間隔で長さ方向へ切り込みを入れ爪部3aを形成
し、次いで長さ方向にズラした円柱を60゜回転させて再
び同様な切り込みを入れる操作を繰り返し、長さ方向に
５列の爪部3aを施したものである。チタン酸化膜は加工
後に形成した。爪部3aを径外側に起こした状態を記憶さ
せ、第３図に示すように、爪部3aを寝かした状態で生体
内に挿入して使用する。体温により関節ステム１が温め
られると、爪部3aは径外側に起きるため、関節ステム３
が外れないようにストッパの役割を果たす。
また、第４図は、生体用形状記憶合金を骨結合用ステ
ープルに応用した例を示す。ステープル４は、第４図の
ように背部4aと腕部4bとのなす角θを75゜になるように
形状記憶してある。そして、骨折部を結合する場合に
は、腕部4bを背部4aに対して垂直にして腕部4bを骨折部
に差込む。体温によりステープル４の温度が上昇する
と、形状記憶効果により、腕部4bは骨折部を圧迫し結合
を安定させる。
ープルに応用した例を示す。ステープル４は、第４図の
ように背部4aと腕部4bとのなす角θを75゜になるように
形状記憶してある。そして、骨折部を結合する場合に
は、腕部4bを背部4aに対して垂直にして腕部4bを骨折部
に差込む。体温によりステープル４の温度が上昇する
と、形状記憶効果により、腕部4bは骨折部を圧迫し結合
を安定させる。
その他、整形外科の分野では前述したものに限らず、
髄内釘やボーンプレート等にも使用できる。また形状記
憶合金の超弾性を応用した骨折部締結用ワイヤー等にも
使用することができる。
髄内釘やボーンプレート等にも使用できる。また形状記
憶合金の超弾性を応用した骨折部締結用ワイヤー等にも
使用することができる。
他の実施例としては、整形外科の分野に限らず、その
他の医療、例えば、耳鼻咽喉科分野に使用する耳小骨連
鎖形成のためのプローテーゼ等に応用してもよい。ま
た、歯科分野での歯根等に使用できることはもちろんで
ある。
他の医療、例えば、耳鼻咽喉科分野に使用する耳小骨連
鎖形成のためのプローテーゼ等に応用してもよい。ま
た、歯科分野での歯根等に使用できることはもちろんで
ある。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明の生体用形状記憶合金に
よれば、合金の表面に安定なチタン酸化膜を形成したた
め、Ni等の金属の生体に対する悪影響を防止し、医療等
に安心して形状記憶合金の特性を応用できるという効果
がある。
よれば、合金の表面に安定なチタン酸化膜を形成したた
め、Ni等の金属の生体に対する悪影響を防止し、医療等
に安心して形状記憶合金の特性を応用できるという効果
がある。
第１図および第２図は骨髄内に挿入された生体用記憶合
金を表わす図、第３図は生体用記憶合金を適用した人工
関節ステムを表わす図、第４図は生体用形状記憶合金を
適用した骨結合用ステープルを表わす図である。 １……髄内ピン（生体用形状記憶合金）
金を表わす図、第３図は生体用記憶合金を適用した人工
関節ステムを表わす図、第４図は生体用形状記憶合金を
適用した骨結合用ステープルを表わす図である。 １……髄内ピン（生体用形状記憶合金）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 19/03 C22C 14/00 A61L 27/00 A61F 2/00
Claims (2)
- 【請求項１】Niが43〜57wt％、残部がTiと不可避不純物
を含有する合金の表面にチタン酸化膜を形成したことを
特徴とする生体用形状記憶合金。 - 【請求項２】前記合金の成分がNi:43〜57wt％、Ti:35〜
45wt％、およびCo、Fe、Pd、Pt、Ｂ、Al、Si、Ｖ、Nb、
Cuのうち少なくとも１種または２種以上の総量:1〜10wt
％からなることを特徴とする請求項１に記載の生体用形
状記憶合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2098980A JP3013384B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 生体用形状記憶合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2098980A JP3013384B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 生体用形状記憶合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03295562A JPH03295562A (ja) | 1991-12-26 |
| JP3013384B2 true JP3013384B2 (ja) | 2000-02-28 |
Family
ID=14234163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2098980A Expired - Fee Related JP3013384B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 生体用形状記憶合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3013384B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016076466A1 (ko) * | 2014-11-14 | 2016-05-19 | 경상대학교 산학협력단 | Ｔｉ,Ｎｉ및 Ｓｉ로 구성된 형상기억합금 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6165292A (en) * | 1990-12-18 | 2000-12-26 | Advanced Cardiovascular Systems, Inc. | Superelastic guiding member |
| DE19707420A1 (de) * | 1997-02-25 | 1998-08-27 | Hinze Manfred Dr Med Habil | Knochennagel für die Markraumnagelung langer Röhrenknochen |
| IT1292085B1 (it) * | 1997-06-05 | 1999-01-25 | Bartolomei Claudio Di | Dispositivo per la sintesi endomidollare elastica delle fratture di ossa |
| US6447664B1 (en) | 1999-01-08 | 2002-09-10 | Scimed Life Systems, Inc. | Methods for coating metallic articles |
| KR100320804B1 (ko) * | 1999-08-23 | 2002-01-18 | 한기석 | 고온자전합성법에 의한 다공성 티탄니켈 인공골 제조방법 및그 장치 |
| JP2002065709A (ja) * | 2000-08-23 | 2002-03-05 | Tokyo Bio Ceramics Kenkyusho:Kk | 歯もしくは骨の固定具 |
| CN100462473C (zh) * | 2007-04-11 | 2009-02-18 | 北京航空航天大学 | 表面溅射有Ti-Ta-C-O复合膜的医用TiNi形状记忆合金及其制备方法 |
| CN105296800B (zh) * | 2014-08-01 | 2018-07-24 | 中国石油大学(北京) | 一种TiNiCuNb记忆合金及其制备方法 |
| CN109468519A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-15 | 湖北第二师范学院 | 屈服强度大于800MPa的钛硅铕形状记忆合金及其生产方法、应用和材料 |
| CN109602957A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-12 | 云南大学 | 一种生物医用多孔钛铌铜骨科植入材料及其制备方法和应用 |
| CN114875294B (zh) * | 2022-06-07 | 2023-05-12 | 上海工程技术大学 | 一种钛镍基合金材料及其制备方法与应用 |
-
1990
- 1990-04-13 JP JP2098980A patent/JP3013384B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016076466A1 (ko) * | 2014-11-14 | 2016-05-19 | 경상대학교 산학협력단 | Ｔｉ,Ｎｉ및 Ｓｉ로 구성된 형상기억합금 |
| US10196714B2 (en) | 2014-11-14 | 2019-02-05 | Industry-Academic Cooperation Foundation Gyeongsang National University | Shape memory alloy comprising Ti, Ni and Si |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03295562A (ja) | 1991-12-26 |
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| RU31719U1 (ru) | Пластина для остеосинтеза "Бигран" |
Legal Events
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