JP3176176B2 - Artificial articular cartilage and a method of manufacturing the same - Google Patents

Artificial articular cartilage and a method of manufacturing the same

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Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、天然の関節軟骨を置換する人工関節軟骨とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a process for its preparation and the artificial articular cartilage to replace a natural articular cartilage.

【0002】 [0002]

【従来の技術】現在、部分的な関節軟骨の損傷においても、関節全体を置換する全置換型人工関節が用いられているが、関節軟骨のみを置換する事のできる人工関節軟骨が、生体に対する侵襲が少なく、人工関節に一般に見られるような周囲の骨組織の破壊などの問題を回避できるのではないかと考えられるようになり、その研究が盛んに行われるようになってきた。 Presently, in the damaged partial articular cartilage, the sum of the substitution prosthesis replacing the entire joint is used, artificial articular cartilage that can be replaced only articular cartilage, to a living body invasive less, now is considered that it would be able to avoid problems such as destruction of the commonly found such surrounding bone tissue to the artificial joint, has come to its research is actively carried out.

【0003】そのうち、特開平3ー141957号の発明は、摺動特性に優れ且つ好適な弾性率を有するポリビニールアルコール(以下、PVAと略称する)含水ゲルと多孔性アルミナセラミックス或いは金属メッシュを組み合わせてなる人工関節軟骨に関するものであり、この発明において、多孔性アルミナセラミックス或いは金属メッシュの気孔内の一部にPVAゲルを含浸固定させる代わりに骨を増殖成長させる領域を確保するべく、所望の領域に樹脂材料を予め含浸させるようにし、PVAのゲル化後にその樹脂を取り除くといった手法が採用されていた。 [0003] Among them, the invention of JP-A 3 over No. 141,957, the polyvinyl alcohol having a superior and preferred modulus in sliding properties (hereinafter, abbreviated as PVA) combining the water-containing gel and porous alumina ceramic or metal mesh relates prosthetic articular cartilage comprising Te, in the present invention, in order to secure an area of ​​growing bone growth instead of impregnating secure the PVA gel in a part of the pores of the porous alumina ceramics or metallic mesh, a desired region the so impregnated with the resin material in advance, techniques such remove the resin has been employed after gelation of PVA.

【0004】 [0004]

【従来技術の課題】しかしながら、上記従来技術では、 [Prior art problems, however, in the above prior art,
PVAのゲル化後にその樹脂を取り除く工程が必要であることから作製するのが面倒であるとともに、樹脂を含浸させる際にその含浸領域を正確にコントロールするのは難しく、しかるに骨の増殖成長のため最も適した領域を確保することができなかったり、あるいはPVA含水ゲルが強固に結合するのに必要な領域まで樹脂を含浸させてしまったりするという不都合があった。 Together with the step of removing the resin after gelation of the PVA to produce since it is required is cumbersome, it is difficult to accurately control the impregnation zone during impregnation of the resin, however for propagation bone growth or unable to secure the most suitable area, or there is a disadvantage that PVA hydrogel is or worse impregnated with resin to the area required to firmly bond.

【0005】さらに、多孔性アルミナセラミックス或いは金属メッシュ内に増殖成長した新生骨は、やがてPV [0005] In addition, the new bone grown growth in porous alumina ceramic or metal within the mesh, eventually PV
A含水ゲルと直接接するようになるが、このPVA含水ゲルは、アルミナセラミックス或いはチタンなどと違い、新生骨に対する刺激性を若干有していることから、 Since becomes in contact directly with the A hydrogel, the PVA hydrogel is that such a difference of alumina ceramics or titanium, has little irritation for new bone,
周囲の骨組織に悪影響を与える恐れがあった。 There is a possibility that adversely affect the surrounding bone tissue.

【0006】 [0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため本発明は、金属箔の両側にファイバーメッシュを固定してなる金属の3重構造体を構成する上記ファイバーメッシュの一方にポリビニルアルコール含水ゲルを含浸固定することによって、ポリビニルアルコール含水ゲルの外表面を形成してあることを特徴とする人工関節軟骨とその製造方法を提供する。 In order to solve the above problems SUMMARY OF THE INVENTION The present invention, polyvinyl alcohol hydrogel in one of the fiber mesh that constitutes the triple structure of the metal formed of a fixed fiber mesh on both sides of the metal foil the by impregnating fixing, it provides artificial articular cartilage and its manufacturing method characterized by is formed with an outer surface of the polyvinyl alcohol hydrogel.

【0007】 [0007]

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。 BRIEF DESCRIPTION OF THE PREFERRED embodiment of the present invention in FIG. 構成図1は、人の股関節部分に用いられる大腿骨頭表面置換型人工関節軟骨1を示し、この人工関節軟骨1は、チタン、チタン合金、ステンレス鋼、CoーCr合金、ジルコニウム、白金、金、銀等の生体為害性のない金属材料よるなる金属箔2の両側に、該金属材料よりなるファイバーメッシュ3、4を固定してなる3重構造体5を構成する上記ファイバーメッシュ3、4の一方(ファイバーメッシュ4)にPVA含水ゲル6を含浸固定することによって、PVA含水ゲルの外表面7を形成してある。 Configuration FIG. 1 illustrates a femoral head resurfacing prosthesis cartilage 1 for use in the hip joint portion of the human, the artificial articular cartilage 1, titanium, titanium alloy, stainless steel, Co chromatography Cr alloy, zirconium, platinum, gold, on both sides of the metal foil 2 made by metal material harmless properties for living body such as a silver, one of the fiber mesh 3 and 4 constituting the triple structure 5 formed of a fixed fiber mesh 3 and 4 made of the metallic material by impregnating fixing the PVA hydrogel 6 (fiber mesh 4), it is formed with an outer surface 7 of the PVA hydrogel. なお、骨に固定される側のファイバーメッシュ3には梁状突起3aが形成され、図2に示すように骨Aとの係合力を補強するようになっている。 Incidentally, the beam-like projection 3a is formed on the side of the fiber mesh 3 which is secured to the bone, so as to reinforce the engaging force between the bone A as shown in FIG.

【0008】また、図3、図4及び図5には、それぞれ本発明実施例としての臼蓋側表面置換型人工関節軟骨1、脛骨側表面置換型人工関節軟骨1及び人体の椎間板Bを置換するための人工関節軟骨1を示し、図6は人体の椎間板Bを図5の人工関節軟骨1で置換した様子を示している。 Further, in FIG. 3, 4 and 5, respectively acetabular side surface replacement prosthesis cartilage 1 as inventive examples, the tibial resurfacing prosthesis cartilage 1 and human disc B substituted shows the prosthetic articular cartilage 1 to FIG. 6 shows a state obtained by replacing the human intervertebral disc B an artificial articular cartilage 1 in FIG.

【0009】このように構成される上記人工関節軟骨1 [0009] The artificial joint cartilage 1 is constituted in this way
は、上記金属箔2を仕切りとして骨の増殖成長のため最も適した領域、すなわちファイバーメッシュ3とPVA Is most suitable area for the growth of bone growth the metal foil 2 as a partition, i.e. fiber mesh 3 and PVA
含水ゲルが強固に結合するのに必要な領域であるファイバーメッシュ4を、それぞれ予めデザイン、確保することができる。 The fiber mesh 4 is an area necessary for the water-containing gel is firmly bonded, in advance designed, respectively, can be ensured.

【0010】さらに、上記金属箔2の仕切りによって、 [0010] In addition, by the partition of the metal foil 2,
ファイバーメッシュ3内に増殖成長した新生骨が直接P Growth grown new bone to the fiber mesh 3 is directly P
VA含水ゲル6に接っする際に懸念される刺激性の問題が起こらないので、これが原因となって周囲の骨組織に悪影響を与えることもない。 Since irritation issues of concern when contact Ssuru the VA hydrogel 6 does not occur, which can not adversely affect the surrounding bone tissue caused.

【0011】以上から、生体内で安定であり、またPV [0011] From the above, it is stable in vivo, also PV
A含水ゲルの外表面7を形成してあることから摺動特性にも優れ、さらにPVA含水ゲル6が好適な弾性率を有することから理想的な応力伝達を行うことが可能である。 Excellent sliding property since it is formed with an outer surface 7 of the A hydrogel, it is possible to perform ideal stress transfer from further PVA hydrogel 6 has a suitable modulus.

【0012】 作製方法次に、上記人工関節軟骨1の作製方法を以下に説明する。 [0012] manufacturing method will now be described a method for manufacturing the artificial articular cartilage 1 below. なお、以下の説明において、PVA溶液の調整方法およびゲル化方法は、特開平3ー141957号の発明の方法に準拠するものである。 In the following description, adjustment method and gelation method of the PVA solution is to conform to the method of the invention of JP-A 3 over No. 141,957. まず、上記生体為害性のない金属材料よるなるファイバーをプレス成形して2個のファイバーメッシュ3、4を得る。 First, obtain a two fiber mesh 3,4 by press-forming a fiber made by metal material without damage resistance for the living body. この際、これらのファイバーメッシュ3、4の気孔率は同一であっても、 At this time, also the porosity of these fiber mesh 3,4 are identical,
異なっていてもよく、骨に固定される側のファイバーメッシュ3は骨の増殖成長を促進するのに適した気孔率を選択し、他方、PVA含水ゲル6を固定する側のファイバーメッシュ4はPVA含水ゲル6が十分な強度でもって固定できるような気孔率を選択すれば良い。 May be different, the side of the fiber mesh 3 which is secured to the bone selects the porosity suitable for promoting growth of bone growth, while the side of the fiber mesh 4 to fix the PVA hydrogel 6 PVA hydrogel 6 may be selected porosity that allows fixed with sufficient strength.

【0013】しかる後、上記ファイバーメッシュ3、4 [0013] Thereafter, the above-mentioned fiber mesh 3 and 4
両者の間に上記生体為害性のない金属材料よりなる金属箔2を挟み込んでおいて、これを真空中あるいは不活性雰囲気中にて加熱し(保持時間約3時間)拡散結合させ、上記3重構造体を得た。 Keep sandwich the metal foil 2 between them consisting of the biological order damage resistance without metallic material, which was heated in vacuum or in an inert atmosphere (retention time of about 3 hours) to diffuse bond, the triple to obtain a structure.

【0014】次に、この3重構造体のファイバーメッシュ3の表面を可塑性を持った不図示のシリコンラバーで覆った後、適当な成形用の容器中に、ファイバーメッシュ4を上にした状態で設置した。 [0014] Next, after covering the surface of the fiber mesh 3 of the triple structure with a silicon rubber (not shown) having plasticity, into a container for proper shaping, the fiber mesh 4 while the upper installed.

【0015】さらに、水:ジメチルスルフォキシド= Furthermore, the water: dimethyl sulfoxide =
2:8の混合溶媒中にPVA溶液を10%の濃度となるように調整した約100℃のPVA溶液を、上記容器内に注ぎ込みファイバーメッシュ4にのみ上記PVA溶液を含浸させた。 2: 8 mixture PVA solution at about 100 ° C. was adjusted to PVA solution of 10% concentration in a solvent of, was only impregnated with the PVA solution to the fiber mesh 4 poured into the container.

【0016】その後、上記成形用容器をー20℃に冷却してPVAをゲル化し、つづいて常温にもどしたのちエタノール中に浸漬する事により溶媒をPVA中より除き、ついで真空乾燥法にてPVA中のエタノールを除去した。 [0016] Thereafter, by cooling the molding container over 20 ° C. to gel the PVA, the solvent was removed from the in PVA by immersing in ethanol after returning to room temperature followed, then PVA by a vacuum drying method of ethanol in it was removed.

【0017】最後に、切削加工及び研磨加工によりPV [0017] Finally, PV by cutting and polishing
Aの形状を整え、純水中に約37℃で48時間以上浸漬した。 Adjust the shape of the A, was immersed for 48 hours or more at about 37 ° C. in pure water.

【0018】以上のようにして、上記人工関節軟骨1を得た。 [0018] As described above, to give the above artificial joint cartilage 1. なお、図7には、本発明実施例に係る上記脛骨側表面置換型人工関節軟骨を作製する際に用いた、分割式の成形用容器8を示し、同図において8aは容器上部また8bは容器である。 Incidentally, in FIG. 7, it was used in making the tibial resurfacing prosthesis cartilage showing an embodiment of the present invention, shows a molding container 8 of split, 8a in the figure the vessel top also. 8b it is a container.

【0019】 実験例次に、本発明に係る人工関節軟骨の力学的特性を確認するためにファイバーメッシュの圧縮強度及びPVA含水ゲルとファイバーメッシュとの固定力を測定した。 [0019] was measured adherence of the Experimental Examples fiber mesh compressive strength and PVA hydrogel and fiber mesh in order to verify the mechanical properties of the artificial articular cartilage of the present invention. その実験について以下、説明する。 For the experiment will be described below.

【0020】まず、金属製線状体であるチタンファイバーを金型プレスにより、5x5x7mmの形状のファイバーメッシュを成形した。 [0020] First, a titanium fiber is a metallic wire-like body by a die press, molding the fiber mesh in the shape of 5X5x7mm. この際、金型内に充填するチタンファイバーの量を調整することにより気孔率40 In this case, the porosity by adjusting the amount of titanium fibers to be filled in the mold 40
%、50%、60%及び70%のファイバーメッシュを4種類各1組づつ作製した。 %, 50%, to prepare each pair at a time four of 60% and 70% of the fiber mesh. つづいて、これらのファイバーメッシュによってチタン製の金属箔を挟んだものを真空下、1300℃で3時間の加熱処理により拡散接合させて、試験体としての3重構造体を得た。 Then, under vacuum those across the titanium metal foil These fiber mesh, by diffusion bonding by heating for 3 hours at 1300 ° C., to obtain a triple structure as specimen.

【0021】これらの試験体の圧縮強度(降伏点に於ける圧縮応力)を測定した結果を、表1に示す。 [0021] The result of measuring the compressive strength of these specimens (in compressive stress in yield point) shown in Table 1.

【0022】 [0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】表1から明らかなように、上記圧縮強度は気孔率に反比例しているが、85%では0.10MPa As is apparent from Table 1, the compressive strength is inversely proportional to porosity, but in 85% 0.10 MPa
となっており、力学的強度が不十分であり、他方、30 Has become the mechanical strength is insufficient, while 30
%のものは通常のプレス成形では作製不能であった。 % Of ones in normal press molding was impossible prepared. したがって圧縮強度の観点からすると、上記ファイバーメッシュの気孔率は40%〜70%が好ましいことが判った。 Therefore from the viewpoint of compressive strength, porosity of the fiber mesh was found to be preferably 40% to 70%.

【0024】また、同様に直径5mm、長さ50mmの円柱体状のファイバーメッシュを4種類各1組づつ作製し、これらのファイバーメッシュによってチタン製の金属箔を挟んだものを真空下、1300℃で3時間の加熱処理により拡散接合させて4個の3重構造体を得た。 [0024] Similarly diameter 5 mm, to prepare four types each pair at a time a cylinder-shaped fiber mesh of length 50 mm, under vacuum ones across the titanium metal foil These fiber mesh, 1300 ° C. to obtain a triple structure 4 by diffusion bonding by heat treatment in 3 hours.

【0025】続いて、上記実施例の方法を用い、各3重構造体の片方にPVA含水ゲルを固定し、直径4mm、 [0025] Then, using the method of the above embodiments, the PVA hydrogel is fixed to one of the triple structure, a diameter of 4 mm,
高さ5mmでPVA含水ゲルのみで構成される部分を付加し、4個の試験体を得た。 Adding portion constituted only PVA hydrogel height 5 mm, to obtain four test specimens.

【0026】これらの試験体のPVA含水ゲルとファイバーメッシュとの接合力を測定するため、PVA含水ゲルのみで構成される部分とファイバーメッシュとの境界面に平行な剪断力を加え、破壊が起こる際の剪断応力を求めた。 [0026] To measure the bonding strength between the PVA hydrogel with fiber mesh of these specimens, added parallel shear forces at the interface between the portion and the fiber mesh composed only of PVA hydrogel occurs destruction to determine the shear stress at the time. この結果を表2に示す。 The results are shown in Table 2.

【0027】 [0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】表2から明らかなように、上記剪断強度は気孔率に比例している。 [0028] As is clear from Table 2, the shear strength is proportional to the porosity. すなわち、気孔率が小さくなるにつれて剪断強度も小さくなる傾向があるが、気孔率が35%では剪断強度が0.05MPaとなるので力学的強度が不十分であり、PVA含水ゲルの剪断強度の観点からすると、上記ファイバーメッシュの気孔率は40% That is, there is a tendency for porosity smaller shear strength as smaller, 35% in shear strength porosity is mechanical strength insufficient because the 0.05 MPa, in view of the shear strength of the PVA hydrogel from the porosity of the fiber mesh 40%
以上であることが好ましいことが判った。 It was found that at a wavelength of 550 nm.

【0029】以上から、本発明の人工関節軟骨を構成するファイバーメッシュの気孔率としては40%〜70% [0029] From the above, 40% to 70% as the porosity of the fiber mesh that constitutes the artificial articular cartilage of the present invention
が好ましい。 It is preferred.

【0030】 [0030]

【発明の効果】叙上の如く本発明の人工関節軟骨は、金属箔の両側にファイバーメッシュを固定してなる金属の3重構造体を構成する上記ファイバーメッシュの一方にポリビニルアルコール含水ゲルを含浸固定することによって、ポリビニルアルコール含水ゲルの外表面を形成してあることから、上記金属箔を仕切りとして骨の増殖成長のため最も適した領域とPVA含水ゲルが強固に結合するのに必要な領域を、それぞれ予めデザイン、確保することができる。 Artificial articular cartilage of the present invention as the ordination according to the present invention is impregnated with one polyvinyl alcohol hydrogel of the fiber mesh that constitutes the triple structure of the metal formed of a fixed fiber mesh on both sides of the metal foil by fixing, since it is formed with an outer surface of the polyvinyl alcohol hydrogel, the space required for most appropriate area and PVA hydrogel for growth bone growth the metal foil as a partition is strongly bonded a pre-designed respectively, can be ensured.

【0031】さらに、上記金属箔の仕切りによって、ファイバーメッシュ内に増殖成長した新生骨が直接PVA [0031] In addition, by the partition of the metal foil, the new bone grown growth in the fiber mesh is directly PVA
含水ゲルに接っする際に懸念される刺激性の問題が起こらないので、これを原因として周囲の骨組織に悪影響を与えることもない。 Since irritation of concern when contact Ssuru the hydrogel does not cause problems, nor adversely affect the surrounding bone tissue as the cause of this.

【0032】以上から、生体内で安定で、摺動特性にも優れ、また好適な弾性率を有することから理想的な応力伝達を行うことが可能となった人工関節軟骨である。 [0032] From the above, stable in vivo, excellent sliding characteristics, it is an artificial articular cartilage is possible to perform an ideal stress transfer because it has a suitable modulus.

【0033】また、本発明の人工関節軟骨の製造方法は、PVAゲル含浸固定の過程において樹脂材料を除去するなどという面倒な工程を必要としないので、簡便で、コスト的に有利なものである。 [0033] In the method of manufacturing the artificial articular cartilage of the present invention does not require the cumbersome steps of such to remove the resin material in the course of the PVA gel impregnated fixed, simple, but cost-effective .

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明実施例に係る大腿骨表面置換型人工関節軟骨の断面図である。 1 is a cross-sectional view of a femoral surface replacement prosthesis cartilage showing an embodiment of the present invention.

【図2】大腿骨表面を置換した図1の人工関節軟骨を示す側面図である。 2 is a side view showing the artificial articular cartilage of Figure 1 was replaced femoral surface.

【図3】本発明実施例に係る臼蓋側表面置換型人工関節軟骨の断面図である。 3 is a cross-sectional view of the acetabular side surface replacement prosthesis cartilage showing an embodiment of the present invention.

【図4】本発明実施例に係る脛骨側表面置換型人工関節軟骨の断面図である。 4 is a cross-sectional view of the tibial surface replacement prosthesis cartilage showing an embodiment of the present invention.

【図5】人体の椎間板を置換するための本発明実施例に係る人工関節軟骨の断面図である。 5 is a cross-sectional view of the artificial articular cartilage of the present invention embodiment for replacing the human intervertebral disc.

【図6】人体の椎間板を置換した図5の人工関節軟骨を示す側面図である。 6 is a side view showing the artificial articular cartilage of Figure 5 which replaces the human intervertebral disc.

【図7】図4の人工関節軟骨を作製する際に用いた、成形用の容器を示す断面図である。 [Figure 7] was used in making the 4 artificial articular cartilage is a sectional view showing the container for forming.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 人工関節軟骨 2 金属箔 3 ファイバーメッシュ 4 ファイバーメッシュ 5 3重構造体 6 PVA含水ゲル 7 外表面 8 成形用容器 3a 梁状突起 8a 容器上部 8b 容器下部 A 骨 B 椎間板 1 artificial articular cartilage second metal foil 3 fiber mesh 4 fiber mesh 5 triple structure 6 PVA hydrogel 7 outer surface 8 for molding containers 3a beam-like protrusions 8a upper container 8b container bottom A bone B disc

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 康雄 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の1 京 セラ株式会社滋賀工場内 審査官 弘實 謙二 (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) A61F 2/28 A61L 27/00 WPI(DIALOG) ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Yasuo Nakajima Shiga Prefecture Gamo-gun Kamou Kawai address 10 of 1 Kyocera Corporation Shiga factory examiner HiroshiMinoru Kenji (58) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) A61F 2/28 A61L 27/00 WPI (DIALOG)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】生体為害性のない金属材料よなる金属箔の両側面に、該金属材料よりなるファイバーメッシュを固定してなる人工関節軟骨であって、上記ファイバーメッシュの一方にポリビニルアルコール含水ゲルを含浸固定して成るとともにポリビニルアルコール含水ゲルの外表面を有することを特徴とする人工関節軟骨。 To 1. A both side surfaces of the metal foil made Ri by a metallic material without damage resistance for biological, an artificial articular cartilage made by fixing the fiber mesh made of the metallic material, polyvinyl alcohol water to one of the fiber mesh artificial articular cartilage characterized by having an outer surface of the polyvinyl alcohol hydrogel with comprising a gel impregnated fixed.
  2. 【請求項2】高温かつ真空下もしくは不活性雰囲気中に、生体為害性のない金属材料よりなる金属箔の両側面に該金属材料よりなるファイバーメッシュを拡散結合によって固定し、しかる後、上記ファイバーメッシュの一方にポリビニルアルコール含水ゲルを含浸固定して、ポリビニルアルコール含水ゲルの外表面を形成することを特徴とする人工関節軟骨の製造方法。 To 2. A high temperature and in a vacuum or under an inert atmosphere, a fiber mesh made of the metallic material on both sides of the metal foil made of a metal material without damage resistance for biological fixed by diffusion bonding, and thereafter, the fiber one polyvinyl alcohol hydrogel mesh and impregnated fixed process for producing an artificial articular cartilage, characterized by forming the outer surface of the polyvinyl alcohol hydrogel.
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