JP3239127B2 - Composite high-strength implant material and method for producing the same - Google Patents

Composite high-strength implant material and method for producing the same

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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、表面生体活性なバ
イオセラッミックスと生体内分解吸収性である結晶性の
熱可塑性ポリマーとの新規なる粒子及びマトリックスポ
リマー強化複合材料からなる、極めて強度の高いインプ
ラント材料及びその製造方法に関する。更に詳しくは、
本発明は生体内分解吸収性であり、生体と置換可能であ
って、同時に生体との結合や組織の誘導性を備えて生体
活性のある新規で且つ有用な人工骨、人工関節、人工歯
根、骨充填材、骨接合材、骨補綴材などの用途に有用
な、より理想的な生体材料に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an extremely high strength composite material comprising a novel particle and matrix polymer reinforced composite of surface bioactive bioceramics and a biodegradable and absorbable crystalline thermoplastic polymer. High implant materials and methods for their manufacture. More specifically,
The present invention is a new and useful artificial bone, artificial joint, artificial root, which is biodegradable and absorbable in vivo, is replaceable with a living body, and at the same time has binding and tissue inducing properties with a living body and is bioactive. The present invention relates to a more ideal biomaterial useful for applications such as a bone filling material, an osteosynthesis material, and a bone prosthesis material.

【0002】[0002]

【従来の技術】毒性がなく安全であり、一時は生体中に
在って、治癒までの期間は力学的、生理的にその機能、
目的を達成し、その後は徐々に自らが分解・崩壊して生
体に吸収され、生体の代謝回路を経て体外に排泄される
材料から作られていて、究極的にはそれを埋入した部位
が生体に入れ替わり、元の生体の状態が再建されるイン
プラントは理想的な生体材料の一つと言える。
2. Description of the Related Art It is safe without toxicity, temporarily exists in a living body, and mechanically and physiologically functions until healing.
After achieving its purpose, it is gradually made up of materials that are gradually decomposed and disintegrated, absorbed by the living body, and excreted outside the body through the metabolic circuit of the living body. An implant that replaces a living body and reconstructs the original state of the living body can be said to be one of ideal biomaterials.

【0003】近年、硬組織である生体骨や軟骨の代替を
目的とした人工骨、人工関節、人工歯根、骨充填材、骨
補綴材が、或いは各部位の軟骨又は硬骨の骨折固定を目
的とした骨接合材が、種々の金属、セラミックス、及び
ポリマーを用いて作られている。このうちで、金属製の
骨接合材は、機械的強度及び弾性率が生体骨よりも遙か
に高いため、治療後にストレス保護により周囲骨の強度
を低下させる現象を招く等の問題がある。また、セラミ
ックス製の骨接合材は硬さと剛性は優れているが、脆さ
があるので容易に割れるという致命的欠陥がある。ま
た、ポリマーは普通には骨よりも強度が低いので強度を
上げる努力がなされている。一方、骨と直接結合のでき
る生体活性なバイオセラッミックスは、生体機能の回復
や増強を目的として、人体に直接埋入または接触させて
使用される機会が多くなっている。
In recent years, artificial bones, artificial joints, artificial tooth roots, bone fillers, and bone prostheses for replacing living bones and cartilage, which are hard tissues, or for the purpose of fixing cartilage or bone at each site. Osteosynthesis materials have been made using various metals, ceramics, and polymers. Among them, the metal osteosynthesis material has much higher mechanical strength and elastic modulus than that of the living bone, and thus has a problem that the strength of the surrounding bone is reduced by stress protection after the treatment. In addition, the ceramic bone bonding material has excellent hardness and rigidity, but has a fatal defect that it is easily broken because of its brittleness. Also, efforts are being made to increase strength, as polymers are usually less strong than bone. On the other hand, bioactive bioceramics that can be directly bonded to bone have been used more frequently by being directly implanted or brought into contact with the human body for the purpose of restoring or enhancing biological functions.

【0004】また、生体と直接に強く結合し、しかも、
生体によって徐々に置換されていくバイオセラミックス
は未知なる可能性を有するので、更なる研究が続けられ
ている。しかし、バイオセラミックスは一般に剛性と硬
度は大きいけれども、金属に比べると瞬間的な力である
衝撃力により容易に欠けたり、割れたりするという脆い
性質があるので、インプラントとしての用途に限界があ
るから、脆さのない靱性を備えた材料の開発が望まれて
いる。
[0004] In addition, it strongly binds directly to living organisms,
Since bioceramics that are gradually replaced by living organisms have unknown potential, further research is being continued. However, although bioceramics generally have high rigidity and hardness, they have the fragile nature of being easily chipped or cracked by instantaneous impact force compared to metal, so their use as implants is limited. The development of a material having toughness without brittleness is desired.

【0005】他方、生体の硬組織周囲へのインプラント
に用いられているポリマ−は、現在のところ、軟骨の代
替に用いられるシリコ−ン系レジン、歯科用セメントと
しての硬化性アクリル系レジン、靱帯用のポリエステル
あるいはポリプロピレン繊維の組紐などのいくつかの例
が知られている。しかし、生体の硬組織の代替えに用い
られる不活性で強度が大きい超高分子量ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレンなどは、
それのみで生体骨を代替するには強度がかなり不足して
いる。そのため、これらを単体で代替骨や骨を接合する
目的のスクリュ−、ピン、プレ−トに用いれば、容易に
折れたり、割れたり、捩り切れたりして破損する。
On the other hand, at present, polymers used for implanting around the hard tissue of a living body include a silicone resin used as a substitute for cartilage, a curable acrylic resin as a dental cement, and a ligament. Some examples are known, such as braids of polyester or polypropylene fibers for use. However, inert, high strength ultra-high molecular weight polyethylene used to replace the hard tissue of the living body,
Polypropylene, polytetrafluoroethylene, etc.
There is a considerable lack of strength to replace living bone by itself. Therefore, if these are used alone as a substitute bone or a screw, a pin, or a plate for joining bones, the bone is easily broken, broken, twisted, or broken.

【0006】そこで、プラスチックスの複合化技術を用
いて強度の高いインプラントを作る試みがなされてい
る。例えば、カ−ボン繊維強化プラスチックがその1例
であるが、これは生体中に長期に埋入された場合に、繊
維とマトリックスプラスチック間で剥離が生じたり、剥
離したカーボン繊維が折れて生体を刺激し、炎症を起こ
す原因となるので実用に値しない。近年、骨と結合する
と言われているポリオルソエステル(ブチレンテレフタ
レート−ポリエチレングリコ−ル共重合体)が注目され
始めているが、このポリマー自体の強度は生体骨と比べ
て低く、骨と結合した後の生体中での物理的挙動が生体
骨と同調できるかどうかの問題が残されている。生体内
で非吸収性である上記ポリマ−と異なり、生体内分解吸
収性であるポリ乳酸、ポリグリコ−ル酸、乳酸−グリコ
−ル酸共重合体、ポリジオキサノンは、かなり以前より
吸収性縫合糸として臨床的に実用されている。この縫合
糸に用いられられている各ポリマーを骨接合材として利
用できれば、治癒後の再手術が必要でなく、ポリマーが
吸収されて消失した後は生体組織の再建が行われる、と
いう優れた性質を有する骨接合材が得られるという考え
はかなり以前よりあった。このような事情から、上記の
生体内分解吸収性ポリマーを骨接合材としてを用いる研
究が盛んに行われている。
Therefore, attempts have been made to produce a high-strength implant using a plastics compounding technique. For example, carbon fiber reinforced plastic is one example of this. When embedded in a living body for a long period of time, peeling may occur between the fiber and the matrix plastic, or the peeled carbon fiber may break and break the living body. It is not practical because it causes irritation and inflammation. In recent years, attention has been drawn to polyorthoesters (butylene terephthalate-polyethylene glycol copolymer) which are said to bind to bone, but the strength of this polymer itself is lower than that of living bone, and The question remains whether the physical behavior in the living body can be synchronized with the living bone. Unlike the above polymers, which are non-absorbable in vivo, polylactic acid, polyglycolic acid, lactic acid-glycolic acid copolymer and polydioxanone, which are biodegradable and absorbable, have been used as absorbable sutures for a long time. Clinically used. If each polymer used in this suture can be used as an osteosynthesis material, re-operation after healing is not necessary, and after the polymer has been absorbed and disappeared, the living tissue is reconstructed. The idea that an osteosynthesis material with a Under such circumstances, researches using the above-mentioned biodegradable and absorbable polymer as an osteosynthesis material have been actively conducted.

【0007】例えば、ポリグルコール酸の繊維を融着し
た自己強化型の骨接合器具が提案されて(米国特許第
4,968,317号明細書)、臨床に使用されたが、
分解が早く、また融着した繊維間での剥離とその崩壊し
た繊維状の細片が周囲の生体をまれにではあるが刺激し
て炎症を惹起するという欠点が指摘された。また、特開
昭59−97654号公報には、生体内分解吸収性の骨
接合用具として使用できるポリ乳酸、乳酸−グリコ−ル
酸共重合体の合成法が開示されているが、この場合に骨
接合材として挙げられているのは重合生成物自身であ
り、この材料の成形加工については何も説明されておら
ず、その強度を人の骨程度に上げる試みは示されていな
い。
For example, a self-reinforced osteosynthesis device fused with polyglycolic acid fibers has been proposed (US Pat. No. 4,968,317) and used clinically.
It has been pointed out that it is degraded quickly, and the peeling between the fused fibers and the disintegration of the fibrous strips irritate, but rarely, the surrounding organisms to cause inflammation. JP-A-59-97654 discloses a method for synthesizing polylactic acid and a lactic acid-glycolic acid copolymer which can be used as a biodegradable and resorbable osteosynthesis device. It is the polymerization product itself that is mentioned as the osteosynthesis material, and nothing is described about the molding process of this material, and no attempt has been made to increase its strength to the level of human bone.

【0008】そこで、強度を上げるために、ハイドロキ
シアパタイト(以下、単にHAと略称する)の少量を含
むポリ乳酸等の生体内分解吸収性の高分子材料を成形
し、次いで長軸方向に加熱下に延伸・配向した骨接合ピ
ンの製造方法(特開昭63−68155号公報)や、溶
融成形後の粘度平均分子量が20万以上の高分子量のポ
リ乳酸、乳酸−グリコ−ル酸共重合体の成形体を延伸し
た骨接合材(特開平1−198553号公報)が提案さ
れた。これらの製造方法によって得られる骨接合材又は
ピンは、本質的に高分子材料の結晶軸(分子軸)が長軸
方向に一軸配向しているため、曲げ強度や長軸方向の引
張強度が向上する。特に、後者のように溶融成形後の粘
度平均分子量が20万以上である骨接合材の場合は、フ
ィブリル化しない程度の低倍率の延伸においても強度が
高いので実用的である。
Therefore, in order to increase the strength, a biodegradable and absorbable polymer material such as polylactic acid containing a small amount of hydroxyapatite (hereinafter simply referred to as HA) is formed, and then heated in the longitudinal direction. For producing an osteosynthesis pin stretched and oriented in a polymer (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-68155), and a high molecular weight polylactic acid or lactic acid-glycolic acid copolymer having a viscosity average molecular weight of 200,000 or more after melt molding. (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-198553) has been proposed. The osteosynthesis material or pins obtained by these manufacturing methods essentially have a uniaxial orientation of the crystal axis (molecular axis) of the polymer material in the major axis direction, so that bending strength and tensile strength in the major axis direction are improved. I do. In particular, in the case of a bone bonding material having a viscosity average molecular weight of 200,000 or more after melt molding as in the latter case, it is practical because the strength is high even in a low-magnification stretching that does not cause fibrillation.

【0009】しかし、本質的に長軸方向にのみ延伸して
得られる骨接合材には、基本的に分子(結晶)が分子鎖
軸(結晶軸)である長軸方向にのみ配向しているので、
この長軸方向に対して直角の方向である横方向との配向
の異方性が大きく、横方向の強度が相対的に弱くなる。
また、上記特開昭63−68155号公報によれば、H
Aを5重量%含む混合物を延伸することで漸く162M
Paの最大曲げ強度を得ているが、20重量%のHAを
含むと、却って曲げ強度が未延伸のときの値である63
MPaよりもやや高い74MPaに低下するようにな
る。
However, in a bone bonding material obtained by stretching essentially only in the long axis direction, molecules (crystals) are basically oriented only in the long axis direction which is the molecular chain axis (crystal axis). So
The anisotropy of the orientation with respect to the transverse direction perpendicular to the major axis direction is large, and the transverse strength is relatively weak.
According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-68155, H
162M by stretching a mixture containing 5% by weight of A
Although the maximum bending strength of Pa was obtained, the bending strength, which is 20% by weight of HA, was a value when the bending strength was not stretched.
The pressure drops to 74 MPa, which is slightly higher than MPa.

【0010】しかし、この最大強度値もやはり皮質骨の
それを十分に越えるものでなく、延伸によって生じたボ
イドがフィラ−とマトリックスポリマ−の界面に多数存
在する多孔質の不均質体となるので、生体骨の代替や骨
接合材のように高い強度を要するインプラントには到底
使用できるものではない。また、該公報には、HAの少
量を含むポリ乳酸等の生体内分解吸収性の高分子材料粉
体をプレス成形したプレートの製造方法も記載されてい
るが、得られたプレートはHAとポリ乳酸の混合物を単
に溶融プレスしたにすぎず、配向を考慮して強度を上げ
ることを目的とした概念は見受けられない。
However, this maximum strength value still does not sufficiently exceed that of cortical bone, and voids generated by stretching become a porous heterogeneous body that exists at a large number at the interface between the filler and the matrix polymer. However, it cannot be used for implants requiring high strength such as replacement of living bone or osteosynthesis. The publication also discloses a method for producing a plate obtained by press-molding a biodegradable and absorbable polymer material powder such as polylactic acid containing a small amount of HA. The lactic acid mixture is merely melt-pressed, and there is no concept aimed at increasing the strength in consideration of the orientation.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの課
題を一挙に解決し得る高強度インプラント材料と、その
製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high-strength implant material which can solve these problems at once, and a method for producing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
種々検討した結果、粒子又は粒子の集合塊の大きさが
0.2〜50μmである表面生体活性なバイオセラミッ
クス粉体を生体内分解吸収性の結晶性、熱可塑性ポリマ
ー(以下、単にポリマーと略称する)内に実質的に均一
分散させ、且つ該ポリマーの結晶が加圧により配向して
いる緻密な配向成形体である粒子及びマトリックスポリ
マー強化による新規複合材料となし、これをインプラン
ト材料とすることにより、上記課題を解消することがで
きることを見出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of various studies on the above-mentioned problems, the present inventors have found that a surface bioactive bioceramic powder having a size of particles or aggregates of particles of 0.2 to 50 μm is used in vivo. Particles, which are substantially uniformly dispersed in a decomposable crystalline, thermoplastic polymer (hereinafter simply referred to as a polymer), and in which the crystals of the polymer are oriented under pressure, and The present inventors have found that the above problems can be solved by forming a novel composite material by reinforcing a matrix polymer and using the composite material as an implant material, thereby completing the present invention.

【0013】すなわち、本発明は: 〔1〕インプラント材料 生体内分解吸収性である結晶性の熱可塑性ポリマー
マトリックス中に粒子又は粒子の集合塊の大きさが0.
2〜50μmの表面生体活性なバイオセラミックス粉体
の10〜60重量%を実質的に均一に分散させた成形体
からなる複合材料であって、該マトリックスポリマーの
結晶が圧入充填による加圧成形により結晶化して配向
、且つその結晶化度が10〜70%である高密度の圧
入充填による加圧配向成形体からなる粒子及びマトリッ
クスポリマー強化複合材料である高強度インプラント材
料を提供する。また、 上記粒子又は粒子の集合塊の
大きさが1〜10数μmである記載の高強 度インプラ
ント材料にも特徴を有する。また、 上記表面生
体活性なバイオセラミックス粉体の混合比率が20〜5
0重量%であり、その成形体の密度が1.4〜1.8で
ある又は記載の高強度インプラント材料にも特
徴を有する。また、
[0013] That is, the present invention provides: [1] Implant material In a crystalline thermoplastic polymer matrix which is biodegradable and absorbable, the size of particles or aggregates of particles is not more than 0.1%.
A composite material comprising a molded product in which 10 to 60% by weight of a surface bioactive bioceramic powder of 2 to 50 μm is substantially uniformly dispersed, wherein the matrix polymer crystals are formed by press molding by press-fitting. Crystallized and oriented
And a high-density pressure with a crystallinity of 10 to 70%.
Provided is a high-strength implant material which is a matrix polymer-reinforced composite material and particles composed of a press-oriented molded product by filling and filling . In addition, the particles or aggregated particles
High-strength implantation according size is 1-10 μm
It also has a feature in the point of material of the paint . In addition, the surface raw
Mixing ratio of bioactive ceramic powder is 20-5
0% by weight, and the density of the molded body is 1.4 to 1.8.
It is also characterized in terms of certain or described high-strength implant materials . Also,

【0014】 上記成形体の結晶が本質的に複数の基
準軸に平行に配向している〜のいずれかに記載の高
強度インプラント材料にも特徴を有する。また、
上記基準軸が成形体の力学的な芯となる軸又は該軸の
連続した面に向かって斜めに傾斜している記載の高強
度インプラント材料にも特徴を有する。また、
該成形体の結晶が成形体の中心部から周辺部に向かって
多くの軸をもって放射状に配向している記載の高強度
インプラント材料にも特徴を有する。また、
記成形体の形状が円柱状であり、該成形体の結晶が成形
体の力学的な芯となる軸に向かって外周面より斜めに傾
斜した複数の基準軸に平行に配向している又は記載
の高強度インプラント材料にも特徴を有する。ま
た、 上記成形体の形状が平板状であり、該成形体の
結晶が成形体の力学的な芯となる軸を含み且つ平板の対
向する両側面に平行である面に向かって、両側面より斜
めに傾斜した複数の基準軸に平行に配向している又は
記載の高強度インプラント材料にも特徴を有す
る。また、 表面生体活性なバイオセラミックス粉体
が、焼成ハイドロキシアパタイト、バイオガラス系もし
くは結晶化ガラス系の生体用ガラスのいずれか単独又は
2種以上の混合物である〜のいずれかに記載の高強
度インプラント材料の点にも特徴を有する。また、(10) 生体内分解吸収性である結晶性の熱可塑性ポリマ
ーがポリ乳酸又は乳酸−グリコール酸共重合体のいずれ
かであり、その粘度平均分子量が10〜60万である
のいずれかに記載の高強度インプラント材料の点に
も特徴を有する。また、(11) 熱可塑性ポリマーがポリ乳酸であり、表面生体活
性なバイオセラミックス粉体が焼成ハイドロキシアパタ
イトである〜(10)のいずれかに記載の高強度インプラ
ント材料の点にも特徴を有する。また、(12) 上記成形体が、曲げ強度が150〜320MP
a、曲げ弾性率が6〜15GPaである〜(11)のいず
れかに記載の高強度インプラント材料の点にも特徴を有
する。また、(13) 上記配向成形体が、引張強度80〜180MP
a、剪断強度100〜150MPa、圧縮強度100〜
150MPaである〜(11)のいずれかに記載の高強度
インプラント材料にも特徴を有する。また、(14) 上記配向成形体が切削加工等され、その表面に
面生体活性なバイオセラミックス粉体が顕在している
(13)のいずれかに記載の高強度インプラント材料の点
にも特徴を有する。
[0014]The crystals of the above-mentioned molded body are essentially composed of a plurality of groups.
Oriented parallel to the quasi-axis~ofHigh described in any
Strength implant materialofpointIt also has features. Also,
The above-mentioned reference axis is an axis serving as a mechanical core of the molded body or
High strength described diagonally inclined toward a continuous surface
Degree implant materialofpointIt also has features. Also,
From the center of the compact to the periphery of the compact
High strength described, radially oriented with many axes
Implant materialofpointIt also has features. Also,Up
The shape of the compact is cylindrical, and crystals of the compact are formed.
Tilt obliquely from the outer peripheral surface toward the axis that becomes the mechanical core of the body
Oriented or described in parallel with multiple reference axes
High strength implant materialofpointIt also has features. Ma
WasThe shape of the molded body is a flat plate,
The crystal contains an axis that is the mechanical core of the compact and
Oblique from both sides toward the plane parallel to the opposite sides
Oriented parallel to multiple reference axes inclined for
High strength implant material as describedofpointAlso has features
You. Also,  Surface bioactive bioceramic powder
But calcined hydroxyapatite, bioglass
Or crystallized glass-based biological glass alone or
It is a mixture of two or moreAny ofStated high strength
It also has characteristics in terms of implant material. Also,(Ten) A crystalline thermoplastic polymer that is biodegradable and absorbable
Is polylactic acid or lactic acid-glycolic acid copolymer
And its viscosity average molecular weight is 100,000 to 600,000.
~One ofIn terms of the described high-strength implant material
Also have features. Also,(11) The thermoplastic polymer is polylactic acid,
Bioceramic powder is fired hydroxyapater
It isTo any of (10)High strength implants described
It also has a feature in the point of material of the paint. Also,(12) The molded body has a bending strength of 150 to 320MP.
a, the flexural modulus is from 6 to 15 GPa(11)Nozomi
It is also unique in terms of the high-strength implant materials described in
I do. Also,(13) The oriented molded product has a tensile strength of 80 to 180MP.
a, shear strength 100-150 MPa, compressive strength 100-
High strength according to any one of (1) to (11), which is 150 MPa.
Implant material ofpointIt also has features. Also,(14) The oriented molded body is cut and the like, and the surfacetable
BioactiveBioceramics powder is manifesting
~(13)High strength implant material according to any of the above
It also has features.

【0015】〔11〕インプラント材料の製造方法 予め生体内分解吸収性である結晶性の熱可塑性ポリ
マーと表面生体活性なバイオセラミックス粉体とが実質
的に均一に分散した混合物を作り、次いで該混合物を溶
融成形して予備成形体を造り、該予備成形体を閉鎖成形
型のキャビティ内に、冷間で圧入充填して塑性変形させ
て配向成形体とする、圧入充填により加圧配向された
強度インプラント材料の製造方法を提供する。また、
冷間で圧入充填して塑性変形させることにより、予備
成形体に内向きの外力を加えて熱可塑性ポリマーとバイ
オセラミックス粉体とを密着させてなる記載の圧入充
填による加圧配向された高強度インプラント材料の製造
方法の点にも特徴を有する。また、 上記圧入充填に
よる加圧配向が予備成形体より小さい断面積を有する閉
鎖成形型のキャビティに冷間で圧入充填されることによ
りなされる又は記載の圧入充填による加圧配向され
高強度インプラント材料の製造方法の点にも特徴を有
する。また、 上記圧入充填による加圧配向が、予備
成形体を収容する大きい円筒状の収容筒部と、予備成形
体より細い円筒状の成形キャビティと、これらを連結す
る下つまり窄まりのテーパーを有する細径部とからなる
閉鎖成形型によりされる〜 のいずれかに記載の圧入
充填による加圧配向された高強度インプラント材料の製
造方法の点にも特徴を有する。また、 成形型の収容
筒部の断面が円筒状又は角筒状であり、該収容筒部の断
面積より大きく、厚み、幅、空間の小さいキャビティの
中央部に該収容筒部を設け、キャビティのほぼ中央部か
ら周辺部に打延により押し広げて圧入充填する記載の
圧入充填による加圧配向された高強度インプラント材料
の製造方法の点にも特徴を有する。また、
[11] Method for producing implant material  Crystalline thermoplastic polypreviously bioabsorbable
With maSurface bioactiveReal with bioceramic powder
To form a homogeneously dispersed mixture, and then dissolve the mixture.
Melt molding to make a preformed body, and closing the preformed body
Cold press-fit into the mold cavity to plastically deform
To form an oriented molded body,By press-fit fillingPressure orientationWas doneHigh
Provided is a method for manufacturing a strength implant material. Also,
Preparing by cold press-fitting and plastic deformation
By applying an external inward force to the molded body, the thermoplastic polymer and
Press-fitting described in close contact with ceramics powder
Of press-oriented high-strength implant material by filling
MethodIt also has a feature in the point. Also,  the aboveFor press-fit filling
AccordingClosed with pressure orientation smaller cross-sectional area than preform
By cold press-fitting the cavity of the chain mold
Or describedPressed orientation by press-fit filling
WasAnother feature is the method of manufacturing high-strength implant materials.
I do. Also,The pressure orientation by the above press-fit filling is preliminary
Large cylindrical housing tube for housing the compact and preforming
A cylindrical molding cavity that is thinner than
Lower part, that is, a narrow diameter part having a taper of constriction
It is done by a closed mold ~ Press fitting described in any of
Production of press-oriented high-strength implant material by filling
Construction methodIt also has a feature in the point. Also,Housing of mold
The cross section of the cylindrical portion is cylindrical or square cylindrical, and
For cavities larger than area, small in thickness, width and space
The storage cylinder is provided at the center, and
And press-fit filling
High-strength implant material oriented under pressure by press-fit filling
Manufacturing methodIt also has a feature in the point. Also,

【0016】 加圧配向成形体のポリマーの結晶化度
が10〜70%となるように予備成形体を閉鎖成形型の
キャビティ内に圧入充填する〜のいずれかに記載の
高強度インプラント材料の製造方法の点にも特徴を有す
る。また、 前記ポリマーと表面生体活性なバイオセ
ラミックス粉体との混合物が、前記ポリマーの溶媒溶液
中に上記バイオセラミックス粉体を実質的に均一に混合
・分散し、これを該ポリマーの非溶媒で沈澱することに
より作成されるのいずれかに記載の高強度インプ
ラント材料の製造方法の点にも特徴を有する。また、
生体内分解吸収性である結晶性の熱可塑性ポリマーが
15〜70万の初期粘度平均分子量を有するポリ乳酸又
は乳酸−グリコール酸共重合体であり、その溶融成形後
の粘度平均分子量が10〜60万であるのいずれ
かに記載の高強度インプラント材料の製造方法の点にも
特徴を有する。また、 予備成形体の横断面の面積の
2/3〜1/5の横断面の面積を有する成形型のキャビ
ティ内に該予備成形体を圧入充填するのいずれか
に記載の高強度インプラント材料の製造方法の点にも特
徴を有する。また、(10) 予備成形体の塑性変形温度が該ポリマーのガラス
転移温度以上溶融温度以下の間の結晶化可能な温度であ
〜、〜のいずれかに記載の高強度インプラン
ト材料の製造方法の点にも特徴を有する。また、(11) 圧入充填による加圧配向が圧縮配向又は鍛造配向
でなされる〜、〜のいずれかに記載の高強度イ
ンプラント材料の製造方法の点にも特徴を有する。ま
た、(12) 前記加圧配向成形体を更に切削加工等する に記
載の高強度インプラント材料の製造方法の点にも特徴を
有する。
[0016]  Crystallinity of polymer in press-oriented molded product
Of the preform so that the preform becomes 10 to 70%.
Press-fit into cavityAny ofStated
It is also unique in the method of manufacturing high-strength implant materials.
You. Also,  The polymer and the surface bioactive biose
The mixture with Lamix powder is a solvent solution of the polymer.
The above bioceramic powder is mixed substantially uniformly
Dispersing and precipitating this in a non-solvent of the polymer
Created by~High strength imp described in any of
It also has a feature in the method of producing a runt material. Also,
 A crystalline thermoplastic polymer that is biodegradable and absorbable
Polylactic acid having an initial viscosity average molecular weight of 150,000 to 700,000
Is a lactic acid-glycolic acid copolymer, after melt molding
Has a viscosity average molecular weight of 100,000 to 600,000~Any of
The method for producing high-strength implant materials described in
Has features. Also,  Of the cross-sectional area of the preform
Mold mold mold having a cross-sectional area of 2/3 to 1/5
Press-fit the preform into the tee~Any of
The method of manufacturing high-strength implant materials described in
Have signs. Also,(Ten) The plastic deformation temperature of the preform is the glass of the polymer.
Crystallizable temperature between the transition temperature and the melting temperature
To~, Any of ~High strength implan described
It also has a feature in the method of manufacturing the material. Also,(11) By press-fit fillingPressure orientation is compression orientation or forging orientation
Made in~, Any of ~High strength b
It is also unique in the method of producing implant materials. Ma
Was(12) Further cutting the pressed orientation molded body Written in
In terms of the method of manufacturing the high-strength implant material
Have.

【0017】以下、本発明を詳細に説明するが、その前
に複合材料の面から本発明が新規な強化方式による複合
材料であることを明らかにする。 <本発明の複合材料の特徴> 1)ある素材の特性を改良する目的で、その中に微小形
の素材を多く分散させた場合、前者を母材(マトリック
ス)、後者を分散材という。この二種類の物質を分子レ
ベルのミクロな混合ではなく、マクロに相混合すること
によって、単独の物質には見れなかった優れた性質を持
つように作り出されたものが複合材料である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail, but before that, from the aspect of the composite material, it will be clarified that the present invention is a composite material by a novel reinforcing method. <Characteristics of Composite Material of the Present Invention> 1) In the case where a large number of microscopic materials are dispersed therein for the purpose of improving the characteristics of a certain material, the former is referred to as a base material (matrix) and the latter is referred to as a dispersant. A composite material is created by mixing these two types of substances into macroscopic rather than microscopic mixtures at the molecular level so as to have excellent properties not found in a single substance.

【0018】このように異種材料を複合化して、より優
れた性質(より高い強度)をもつ材料を作る方式は、マ
トリックスに入れる分散材(強化材)の形態によって、
以下のように分類できる。 分散強化複合材料(Dispersion-strengthened compos
ite materials)、 粒子強化複合材料(Particle-reinforced composite
materials)、 繊維強化複合材料(Fiber-reinforced composite mat
erials)。 本発明のインプラント材料はの複合材料に属する。マ
トリックスとしてのポリマ−は、熱可塑性で結晶性の生
体内分解吸収性ポリマ−であるポリ乳酸又はその共重合
体であり、分散材は微粒子状粉体の先記の表面生体活性
バイオセラミックスである。
As described above, a method of producing a material having more excellent properties (higher strength) by compounding different kinds of materials depends on the form of the dispersant (reinforcement) in the matrix.
It can be classified as follows. Dispersion-strengthened compos
ite materials, Particle-reinforced composite
materials), Fiber-reinforced composite mat
erials). The implant material according to the present invention belongs to the composite materials of. The polymer as the matrix is polylactic acid or a copolymer thereof, which is a thermoplastic and crystalline biodegradable and absorbable polymer, and the dispersing material is the surface bioactivity of the fine particle powder described above.
Such is the bio-ceramics.

【0019】2)ところで、従来は材料工学の立場か
ら、の組合せからできた複合材料であるインプラント
が有力視され、一時期はそのような研究も多く試され
た。しかし、例えばバイオセラミックスの短繊維を分散
材として充填して強化する方法は、繊維片が生体を刺激
して、炎症の原因となるので良い結果が得られなかっ
た。また、繊維強化されたものと同じ形態をもつポリ乳
酸やポリグリコール酸の繊維を表面融着した先記の自己
強化型の方法も考えられたが、フィブリル間の融着界面
がミクロ的に不均質であり、容易に繊維間の剥離が生ず
るので、その分解細片がまれに生体に刺激を与える原因
となるという欠点があった。生体材料は生体に毒性(為
害性)がなく、安全で、生体親和性のあるものでなけれ
ばならないので、この点からすれば失格である。
2) By the way, conventionally, from the viewpoint of material engineering, an implant which is a composite material made of a combination is considered to be promising, and such studies have been tried many times at one time. However, in the method of reinforcing by filling short fibers of bioceramics as a dispersing material, good results were not obtained because the fiber fragments stimulate the living body and cause inflammation. In addition, the above-mentioned self-reinforcement type method in which fibers of polylactic acid or polyglycolic acid having the same form as the fiber-reinforced ones were surface-fused was considered, but the fusion interface between fibrils was not microscopic. Since it is homogeneous and easily peels off between the fibers, there is a disadvantage that the decomposed strip rarely causes irritation to a living body. Biomaterials must be safe, biocompatible, non-toxic (harmful) to living organisms, and are disqualified from this point.

【0020】3)さて、のフィラ−充填系複合材料で
あっても、単に常法に従ってバイオセラミックスの粉体
とマトリックスポリマ−を混合すれば、本発明が目的と
する程度の高強度の複合材料が簡単に得られるというも
のではない。一般に、フィラ−充填系複合材料の性質
は、フィラ−の形態[形状(粉末,球状,板状など)と
粒子のサイズ、表面積]と、機能性(この場合は、骨と
の結合性、骨伝導性などの硬組織誘導能力および生体内
吸収性)、およびポリマ−の性質に本質的に依存する。
力学的特性は、マトリックスであるポリマ−とフィラ−
の含有量、形態、配向、界面力などの要因に大きく左右
される。これらの多くの因子は複雑に互いに絡み合って
いるので、目的とする構造特性と機能特性を発現させる
ためには、ある一つの因子が全体の特性に与える影響を
良く把握する必要がある。
3) Even in the case of the filler-filled composite material, if the bioceramic powder and the matrix polymer are simply mixed according to a conventional method, a high-strength composite material of the present invention can be obtained. Is not easy to obtain. In general, the properties of the filler-filled composite material include the form of the filler (shape (powder, spherical, plate-like, etc.) and the size and surface area of the particles), and the functionality (in this case, bonding with bone, bone Hard tissue-inducing ability such as conductivity and bioabsorbability), and the nature of the polymer.
The mechanical properties are determined by the matrix polymer and filler.
Greatly depends on factors such as the content, morphology, orientation, and interfacial force. Since many of these factors are intricately entangled with each other, it is necessary to fully understand the influence of a certain factor on the overall characteristics in order to achieve the desired structural characteristics and functional characteristics.

【0021】4)この点について少し詳しく記述する。 フィラ−を充填した複合材料において、顕著に効果が発
現される特性は弾性率、引張強度、伸び特性、靱性、硬
度などである。本発明の場合のフィラ−充填系複合材料
の場合、バイオセラミックスのL/D(長さ/粒径)が
極めて小さい粒子を選択しているので、バイオセラミッ
クスの高い剛性を反映する複合材料の弾性率は、フィラ
ーの充填量を増すことによってマトリックスポリマ−自
体の強度よりも効果的に増大させることができる。しか
し、充填量の増加につれて引張強度、伸び、靱性などは
低下する傾向を示す。従って、弾性率を上げ、他の特性
もまた如何に元のマトリックスポリマ−の強度以上にす
るかが課題となる。
4) This point will be described in some detail. In the composite material filled with the filler, the characteristics that exhibit remarkable effects are elastic modulus, tensile strength, elongation characteristics, toughness, hardness and the like. In the case of the filler-filled composite material of the present invention, since the L / D (length / particle diameter) of the bioceramic is selected to be extremely small, the elasticity of the composite material reflecting the high rigidity of the bioceramic is selected. The percentage can be more effectively increased by increasing the filler loading than the strength of the matrix polymer itself. However, the tensile strength, elongation, toughness, and the like tend to decrease as the filling amount increases. Thus, the challenge is how to increase the modulus of elasticity and other properties beyond the strength of the original matrix polymer.

【0022】すなわち、複合化は分散材とマトリックス
の優れた特性を如何に相乗的に引出し、欠点を如何に相
殺するかの技術であると言える。弾性率は、変形度合の
小さい領域での値であるのに対して、引張強度、曲げ強
度、捩り強度、伸び、靱性などの力学的特性は、相対的
に変形度合の大きい領域で発現する。従って、基本的に
弾性率は粒子とマトリックス間の界面接着力の影響が小
さく、後者の諸物性はその影響が大きく発現される。そ
こで、界面接着力を上げれば良好な後者の物性が得られ
ることに気が付くであろう。
That is, it can be said that the compounding is a technique for synergistically extracting the excellent properties of the dispersant and the matrix and canceling out the defects. The elastic modulus is a value in a region where the degree of deformation is small, whereas mechanical characteristics such as tensile strength, bending strength, torsional strength, elongation, and toughness are expressed in a region where the degree of deformation is relatively large. Therefore, basically, the elastic modulus is little affected by the interfacial adhesive force between the particles and the matrix, and the latter various physical properties are greatly influenced by the latter. Thus, it will be noted that increasing the interfacial adhesion will provide better latter physical properties.

【0023】5)界面接着力を上げる積極的な方法は、
マトリックスであるポリマ−と、分散材であるバイオセ
ラミックスを、カップリング剤で結合することである。
カップリング剤は、シリコ−ン系とチタン系に代表され
るいくつかのものが、工業用を目的にした複合材料に使
われている。そこで、これらを用いれば良い。しかし、
現在のところ、この種の化合物の生体への安全性は深く
検討されているとは言い難い。高充填材料である非吸収
性の歯科用の骨セメントにこれらのカップリング剤は用
いられているが、実際に生体内分解吸収性の医用材料に
適用された例を知らないので、安全性が未知である現在
のところは、本発明に用いるのは避けるべきである。す
なわち、マトリックスポリマ−とバイオセラミックス微
粒子を化学的に結合して界面力を上げる方法は、本発明
のように生体内で分解吸収されて組織置換するような硬
組織用インプラントでは、非吸収性のインプラントの場
合とは異なって、分解過程でカップリング剤が徐々に露
呈されるので、安全性の問題が未解決である現時点では
採用しないほうがよい。また、バイオセラミックスの表
面活性が損なわれるので望ましくない。
5) An aggressive method for increasing the interfacial adhesion is as follows:
The purpose is to combine a polymer as a matrix and a bioceramic as a dispersant with a coupling agent.
Some coupling agents represented by silicones and titaniums are used in composite materials for industrial use. Therefore, these may be used. But,
At present, it is hard to say that the safety of this kind of compound for living organisms has been deeply studied. Although these coupling agents are used in non-absorbable dental bone cement, which is a high-filling material, safety is not known because there is no actual application to biodegradable and absorbable medical materials. At present it is unknown and should be avoided for use in the present invention. That is, the method of increasing the interfacial force by chemically bonding the matrix polymer and the bioceramic fine particles is not suitable for a hard tissue implant which is decomposed and absorbed in the living body to replace the tissue as in the present invention. Unlike implants, the coupling agent is gradually exposed during the degradation process and should not be used at this time as safety issues remain unresolved. In addition, the surface activity of the bioceramic is impaired, which is not desirable.

【0024】6)ところで、熱可塑性の結晶性ポリマ−
に同一濃度の微粒子を混合した系では、一般に微粒子の
分散度が向上すると、衝撃強度、引張強度、破断時の伸
びが相対的に向上することが知られている。同様に、微
粒子のサイズは複合材料の物性を大きく左右するもので
あり、同一濃度においてサイズが小さくなると、一般に
衝撃強度、引張強度、圧縮強度、弾性率などが相対的に
増大する。それは、サイズを小さくすると相対的に表面
積が増大するので相対的に表面エネルギ−が増大し、ま
た、ポリマーとの接触面積も大きくなると、及びポリマ
ーの結晶化の核剤として有効に機能するからであり、そ
の結果、分散剤とマトリックス間の物理的結合が強化さ
れるのである。以上の事実を勘案すれば、できるだけ小
さいセラミックス微粉体を、ある濃度の範囲内で、でき
るだけ分散の良い状態で混合すれば良いことになる。
6) By the way, a thermoplastic crystalline polymer
It is known that in a system in which fine particles having the same concentration are mixed, the impact strength, tensile strength and elongation at break are relatively improved when the degree of dispersion of the fine particles is generally improved. Similarly, the size of the fine particles greatly affects the physical properties of the composite material. When the size is reduced at the same concentration, the impact strength, tensile strength, compressive strength, elastic modulus, and the like generally increase relatively. The reason is that when the size is reduced, the surface area is relatively increased, so that the surface energy is relatively increased. Further, when the contact area with the polymer is also increased, it effectively functions as a nucleating agent for crystallization of the polymer. Yes, as a result, the physical bond between the dispersant and the matrix is enhanced. In view of the above facts, it is only necessary to mix the ceramic fine powder as small as possible within a certain concentration range with as good a dispersion as possible.

【0025】7)しかしながら、本発明のように表面生
体活性なバイオセラミックスを熱可塑性で結晶性の生体
内分解吸収性のポリマ−に混合して、皮質骨と同等以上
の極めて高い強度をもたせ、且つ、骨の誘導と伝導によ
って生体骨の早期治癒と置換ができるという複雑な機能
をもつ複合材料を求める場合は、上記のような単純な混
合のみによって、簡単にこれらの課題の解決がなされる
ものではない。
7) However, as in the present invention, bioceramics having surface bioactivity are mixed with a thermoplastic, crystalline biodegradable and absorbable polymer so as to have an extremely high strength equal to or higher than that of cortical bone. In addition, when a composite material having a complex function of being able to quickly heal and replace living bone by bone induction and conduction is required, these problems can be easily solved only by simple mixing as described above. Not something.

【0026】8)以下に、本発明の課題を解決するため
の具体的方策について記す。無機質の微粉体の粒子サイ
ズが小さくなると、粒子の表面積はそれにともなって大
きくなり、表面の小さな電荷の発生によってさえも粒子
は容易に二次凝集して、単一粒子の径よりもはるかに大
きい集合塊を形成するのが常である。そのため、比較的
フィラーの濃度が高い粒子強化複合材料において、大き
な微粒子の集合塊が存在しない均一分散系を得ることは
技術的に容易でない。二次集合塊の生成のし易さは微粒
子の化学構造によって異なるものであるが、本発明に用
いる表面生体活性なバイオセラミックスの微粒子は、良
く乾燥した状態で比較的容易に集合塊を形成する。平均
粒径が数μmの粒子は100μm以上の径をなして凝集
することは普通に見られる。
8) Specific measures for solving the problems of the present invention will be described below. As the particle size of the inorganic fine powder decreases, the surface area of the particles increases accordingly, and even with the generation of small charges on the surface, the particles easily aggregate and are much larger than the diameter of a single particle They usually form aggregates. Therefore, it is not technically easy to obtain a homogeneous dispersion system in which large aggregates of fine particles do not exist in a particle-reinforced composite material having a relatively high filler concentration. The ease of forming secondary aggregates depends on the chemical structure of the fine particles, but the fine particles of the surface bioactive bioceramics used in the present invention form aggregates relatively easily in a dry state. . It is common to see that particles having an average particle size of several μm aggregate to form a diameter of 100 μm or more.

【0027】9)ところで、ノッチシャルピ−衝撃のよ
うな大きな変形をともなわないときの強度は、集合塊の
大きさに依存しないけれども、個々の粒子の最大径に依
存することが知られている。また、大きく変形して、遂
には破壊に到らしめるような曲げ、引張り、捩りなどの
力を受けると、複合材料はマトリックスであるポリマ−
自体が変形して破壊するよりも小さな変形の時点で破壊
するのが常である。これらの現象は、マトリックス中に
存在するポリマ−とは異質の比較的大きな粒子や集合塊
が、変形にともなってマトリックスとは異なった物理的
挙動をすることに原因する。即ち、マトリックスと粒子
の界面は、マトリックス中を伝播してきた外部の変形エ
ネルギ−をそのまま移動することのできない不連続な部
分であるために、この両者の界面を基点として破壊が生
ずるためである。
9) By the way, it is known that the strength when not accompanied by a large deformation such as a notch Charpy impact does not depend on the size of the aggregate, but depends on the maximum diameter of each particle. In addition, when the composite material is greatly deformed and is subjected to a force such as bending, tension, or torsion that eventually leads to destruction, the composite material becomes a matrix polymer.
It usually breaks at the point of smaller deformation than it breaks itself. These phenomena are caused by the fact that relatively large particles and aggregates different from the polymer present in the matrix behave differently from the matrix due to deformation. That is, the interface between the matrix and the particles is a discontinuous portion in which the external deformation energy that has propagated in the matrix cannot move as it is, so that the fracture occurs at the interface between the two.

【0028】10)ところが、粒子が細かく均一に分散
されている場合は、大きな粒子や集合塊が存在する場合
とは違って、このエネルギ−伝播のための障壁が小さい
ので、変形エネルギ−は抵抗が少なく系の全体に伝播さ
れるから、複合材料のマトリックスポリマーはそれのみ
の場合にポリマーが変形破壊する時点により接近した変
形量のところで破壊する。換言すれば、大きな粒子が存
在する(たとえ、それが均一に分散していても)か、小
さな粒子が大きな集合塊を形成しているような分散不良
の状態のフィラ−充填系複合材料が大きな変形を受けて
破壊するときの強度は、むしろ分散粒子を含まないマト
リックスポリマ−のみの破壊時点の強度よりも小さくな
ると言える。
10) However, when the particles are finely and uniformly dispersed, unlike the case where large particles or aggregates are present, the barrier for energy propagation is small, so that the deformation energy is low. Because less is propagated throughout the system, the matrix polymer of the composite material alone breaks down at the amount of deformation closer to the point at which the polymer deforms. In other words, poorly dispersed filler-filled composites with large particles present (even if they are evenly dispersed) or with small particles forming large aggregates are large. It can be said that the strength at the time of breaking due to deformation is rather smaller than the strength at the time of breaking of only the matrix polymer containing no dispersed particles.

【0029】11)そのため、変形破壊時の変形量と強
度にあまり影響しない程度の小さな粒径の粒子のみから
なり、且つ、大きな集合塊を形成していないような均一
な分散系をつくることが、高い機械的強度を求めるとき
には絶対に必要である。即ち、本発明の表面生体活性な
バイオセラミックスの微粒子は、適温〔ハイドロキシア
パタイト(HA)は600〜1250℃、アパタイトウ
オラストナイトガラスセラミックス(AW)は1500
℃、トリカルシウムフォスフェート(TCP)は115
0℃,1400℃〕で焼成した後に、機械的に粉砕して
節分けした、およそ0.2〜50μm、より好ましくは
1〜10数μmの粒径のものを選び、その集合塊もまた
50μm以下の径となるようにして均一分散した系を用
いる必要がある。勿論、バイオセラミックスでも、生体
内吸収性の非焼成の湿式HA(wet HA)の場合は焼成
・粉砕する必要がなく、合成時に沈殿して得たこの範囲
の結晶粒子をそのまま用いることができる。この粒子の
大きさは上述の物理的強度を満たすために必要であるば
かりでなく、後述するように、周囲の骨芽細胞が示す反
応性と重要な関係にある。斯かる条件を満たした系は小
さな変形を受けた時の強さである衝撃強度、表面硬さ、
弾性率などが向上しており、また大きな変形を受けた時
の強さである曲げ、引張り、捩りなどの強度がマトリッ
クスポリマ−のそれ自体を維持しており、より剛性を増
した複合材料である。
11) For this reason, it is possible to form a uniform dispersion system composed of only particles having a small particle size that does not significantly affect the deformation amount and strength at the time of deformation failure and that does not form a large aggregate. It is absolutely necessary when high mechanical strength is required. That is, the fine particles of the surface bioactive bioceramics of the present invention have an appropriate temperature (hydroxyapatite (HA) is 600 to 1250 ° C., apatite wollastonite glass ceramics (AW) is 1500).
° C, tricalcium phosphate (TCP) is 115
0 ° C., 1400 ° C.], and then mechanically pulverized and knotted to obtain a particle having a particle size of about 0.2 to 50 μm, more preferably 1 to several tens of μm. It is necessary to use a system which is uniformly dispersed so as to have the following diameter. Of course, even in the case of bioceramics, in the case of non-calcined bio-absorptive wet HA (wet HA), there is no need to calcine and pulverize, and crystal particles in this range obtained by precipitation during synthesis can be used as they are. The size of the particles is not only necessary to satisfy the above-mentioned physical strength, but also has an important relationship with the reactivity of surrounding osteoblasts, as described later. A system that satisfies such conditions is the strength at the time of receiving a small deformation, impact strength, surface hardness,
The modulus of elasticity has been improved, and the strength such as bending, tension, and torsion, which are the strength when subjected to large deformation, maintains the matrix polymer itself. is there.

【0030】12)ここで、HAのように比較的容易に
凝集するバイオセラミックス、特に焼成したHA等の表
面生体活性なバイオセラミックスをマトリックス中に二
次凝集することなく混合するための一つの有効な方策
は、溶剤に溶解したポリマ−にバイオセラミックスを加
えてよく分散し、この分散系を非溶剤にて沈殿すること
である。即ち、前記ポリマーと表面生体活性なバイオセ
ラミックス粉体との混合物が、前記ポリマーの溶媒溶液
中に上記バイオセラミックス粉体を実質的に均一に混合
・分散し、これを該ポリマーの非溶媒で沈澱することに
より作成される。表面生体活性なバイオセラミックス/
ポリマ−の重量比率は10%以下の低比率から60%を
越える高比率まで混合可能である。表面生体活性なバイ
オセラミックスの添加量が、10%未満ではバイオセラ
ミックスの占める体積比率が小さいので、表面生体活性
なバイオセラミックスに期待される骨との直接の結合、
骨伝導の性質が発現され難く、生体骨との置換も遅い。
また、60%を越えると、混合系の熱成形時の流動性が
不足するので成形が困難になる。そして、成形物中のポ
リマ−の量が不足してバインダ−効果が及ばないため、
フィラ−とポリマ−が分離し易いので強度的に脆くな
る。従って、本発明における表面生体活性なバイオセラ
ミックスの混合比率は20〜50重量%が好ましく、
好ましくは30〜40重量%である。この範囲内であ
れば複合材料として分散材とポリマ−マトリックスの両
方の望ましい特性が構造と機能の両面で顕著に発現され
る。以上、均一分散を得る条件、目的および方法につい
て表面生体活性なバイオセラミックスとポリマ−の混合
系を得る観点から記述した。
12) Here, one effective method for mixing bioceramics, such as HA, which relatively easily aggregates, particularly bioactive ceramics having surface bioactivity, such as calcined HA, without secondary aggregation in a matrix. A good measure is to add the bioceramics to the polymer dissolved in the solvent, disperse the mixture well, and precipitate the dispersion with a non-solvent. That is, the polymer and the surface bioactive biose
The mixture with Lamix powder is a solvent solution of the polymer.
The above-mentioned bioceramics powder is mixed substantially uniformly inside
Dispersing and precipitating this in a non-solvent of the polymer
Created by Surface bioactive bioceramics /
The weight ratio of the polymer can be mixed from a low ratio of 10% or less to a high ratio of more than 60%. If the amount of surface bioactive bioceramics is less than 10%, the volume ratio of bioceramics is small, so that direct bonding with bone, which is expected for surface bioactive bioceramics,
Osteoconductivity is hardly exhibited, and replacement with living bone is slow.
On the other hand, if it exceeds 60%, the fluidity of the mixed system at the time of thermoforming becomes insufficient, so that molding becomes difficult. And, since the amount of polymer in the molded product is insufficient and the binder effect does not reach,
Since the filler and the polymer are easily separated, they are brittle in strength. Therefore, the surface bioactive biocera according to the present invention
The mixing ratio of the mix is preferably 20 to 50% by weight .
More preferably, it is 30 to 40% by weight . Within this range, the desirable properties of both the dispersant and the polymer matrix as a composite material are significantly exhibited in both structure and function. The conditions, purpose and method for obtaining uniform dispersion have been described above from the viewpoint of obtaining a mixed system of bioceramics and polymer having surface bioactivity.

【0031】13)しかし、このように均一分散された
ポリマ−とフィラ−の複合材料を通常の熱成形法によっ
て加工しても高強度のプラスチックの強さを越え、その
うえ皮質骨の強度(曲げ強度150〜200MPa)を
も越えた生体材料が得られるわけではない。一般に、フ
ィラ−を多量に含んだポリマ−は、流動性が良くないの
で熱成形が困難である。まして、本発明のように生体へ
の安全性を配慮するために、流動性の改良に極めて効果
のあるチタン系カップリング剤が使用できない場合の熱
成形は更に困難である。この流動性の乏しいポリマ−と
セラミックス粉体の複合体を混練、溶融時に剪断力が加
わるような成形法である押出成形で熱成形すると、ポリ
マ−自身は本来の流動特性をもって変形流動するけれど
も、充填された無機フィラ−は熱により可塑化して流動
する性質がないので、ポリマ−とフィラ−粒子の界面で
流動変形による移動時に劈界が生じて空洞(ボイド)を
介在する結果、密度の粗なる成形物ができる。ボイドを
多く含んだ多孔な成形物の強度は低い。そこで、このよ
うな多量にフィラ−を充填したポリマ−の成形には、ボ
イドが形成されるのを防ぐ目的で、一般に射出成形、プ
レス成形などの加圧方式の成形法が用いられる。
13) However, even if the composite material of polymer and filler uniformly dispersed in this way is processed by a usual thermoforming method, it exceeds the strength of high-strength plastic, and furthermore, the strength (bending) of cortical bone. Biomaterials having a strength exceeding 150 to 200 MPa) cannot be obtained. Generally, a polymer containing a large amount of filler is difficult to thermoform because of poor flowability. Furthermore, in order to consider the safety to a living body as in the present invention, thermoforming is more difficult when a titanium-based coupling agent that is extremely effective in improving fluidity cannot be used. When the composite of the polymer having low fluidity and the ceramic powder is kneaded and thermoformed by extrusion molding, which is a molding method in which a shear force is applied during melting, the polymer itself deforms and flows with its original flow characteristics, Since the filled inorganic filler does not have the property of plasticizing and flowing due to heat, cleavage occurs at the interface between the polymer and the filler particles due to flow deformation and the voids are interposed, resulting in a coarse density. Molded products can be obtained. The strength of a porous molded product containing many voids is low. Therefore, in molding such a polymer filled with a large amount of filler, a molding method of a pressurizing method such as injection molding or press molding is generally used in order to prevent voids from being formed.

【0032】14)しかしながら、通常のこのような成
形法では、本発明のポリ乳酸やその共重合体は剪断力に
よって容易に熱劣化したり、含有している少量の水によ
り著しく加水分解して劣化するので、高い強度の成形物
は到底得られるものではない。それでも、プレス成形の
加熱条件、乾燥条件、成形条件を厳しく調整すれば、ポ
リマ−の劣化が幾分かは少ないプレ−トなどは成形でき
るかもしれないが、ポリマ−自体が分子構造や高次構造
のレベルで補強されたものではないので、皮質骨を越え
るような強度はやはり得られない。
14) However, in such a usual molding method, the polylactic acid and the copolymer thereof of the present invention are easily thermally degraded by shearing force, or remarkably hydrolyzed by a small amount of contained water. Due to the deterioration, a molded article having a high strength cannot be obtained at all. Nevertheless, if the heating conditions, drying conditions, and molding conditions of press molding are strictly adjusted, it may be possible to mold a plate with little degradation of the polymer, but the polymer itself has a molecular structure or higher order. Because it is not reinforced at the structural level, it still does not have strength beyond the cortical bone.

【0033】15)ポリL乳酸とその共重合体のように
結晶性であり、熱可塑性であるポリマ−の強度を上げる
一つの方法に延伸がある。これは、ある特定の温度(ポ
リマ−が溶融して流動する温度Tm以下)で、一次成形
物であるロッドなどの両端を、あるいは一端を固定した
他端を、成形物から外向きに引っ張ることで長軸方向に
一軸延伸して、分子鎖やそのとき生ずる結晶相を引張方
向(MD)に配向させてより強度の高い二次成形物を得
る塑性加工である。本発明とは目的も方法も異なるが、
1〜15%の少量のHAを混合してその一次成形体を長
軸方向に一軸延伸する方法が、先述の特公平3−639
01号公報に示されている。しかし、フィラ−を充填し
たポリマ−をこのように延伸すると、先述したようにポ
リマ−の塑性変形に伴ってポリマ−自体は機械方向に移
動するが、フィラ−粒子自体はポリマ−の塑性変形に完
全に同調して移動することはないので、延伸中に粒子と
ポリマ−の界面に劈界が生じ、そこにボイドが発生する
ことは回避できない。殊に、延伸過程で延伸方向に対し
て垂直方向から外力の加わらない方法である上記自由幅
一軸延伸においては、延伸によって働く力によって単位
体積当たりの材料が稀薄になる移動が起きている。そし
て、延伸倍率が高くなると、ポリマ−はミクロフィブリ
ルからフィブリル化した状態に変わるが、この状態では
フィブリル間にミクロな不連続空間が生ずるので、材料
の密度はより低下する。
15) Stretching is one method of increasing the strength of a polymer that is crystalline and thermoplastic, such as poly-L-lactic acid and its copolymer. This means that at a specific temperature (below the temperature Tm at which the polymer melts and flows), both ends of the rod or the like which is the primary molded product, or the other end where one end is fixed, are pulled outward from the molded product. This is plastic working in which uniaxial stretching is performed in the major axis direction to orient the molecular chains and the resulting crystal phase in the tensile direction (MD) to obtain a secondary molded product having higher strength. Although the purpose and method are different from the present invention,
A method of mixing a small amount of HA of 1 to 15% and uniaxially stretching the primary molded body in the major axis direction is described in Japanese Patent Publication No. 3-639.
No. 01 publication. However, when the polymer filled with the filler is stretched in this way, the polymer itself moves in the machine direction with the plastic deformation of the polymer as described above, but the filler particles themselves undergo plastic deformation of the polymer. Since the particles do not move completely synchronously, it is unavoidable that a boundary is formed at the interface between the particles and the polymer during stretching, and that voids are generated there. In particular, in the free-width uniaxial stretching, which is a method in which an external force is not applied from the direction perpendicular to the stretching direction in the stretching process, the material per unit volume is thinned due to the force exerted by the stretching. When the stretching ratio is increased, the polymer changes from microfibril to fibrillated state. In this state, a micro discontinuous space is generated between the fibrils, and the density of the material is further reduced.

【0034】16)この事実からすると、フィラ−を多
量に分散した複合材料の延伸成形物は、フィラ−の充填
量が多ければ多いほど、多数のボイドをもち、延伸によ
る変形量が大きければ大きいほど(延伸倍率が大きいほ
ど)、大きなボイドを持つことになる。ましてや、フィ
ラ−の粒径の大きさが調整されておらず、分散が不良で
あり、大きな凝集塊を含む系にあっては、ボイドの数と
大きさは尚更不均一である。事実、このようなボイドの
ある複合材料は延伸途中で容易に切断するので、目的と
する延伸物は得られるものでない。斯くして、ボイドを
包含した延伸された複合材料では、本発明が求めている
高い強度の成形物は到底得られない。
16) According to this fact, the stretched product of the composite material in which the filler is dispersed in a large amount has a larger number of voids as the filling amount of the filler is larger, and the larger the amount of deformation due to the stretching, the larger the amount of deformation. The larger the stretching ratio, the larger the voids. Furthermore, in a system in which the size of the particle size of the filler is not adjusted, the dispersion is poor, and the system contains large agglomerates, the number and the size of the voids are even more uneven. In fact, such a voided composite material is easily cut in the middle of stretching, so that the desired stretched product cannot be obtained. Thus, with a stretched composite material containing voids, the high-strength molded product required by the present invention cannot be obtained at all.

【0035】17)そこで、本発明者は鋭意考え以下の
成形法により目的を達成するに到った。それは、先述し
たような均一分散した多量の表面生体活性なバイオセラ
ミックスを含む該ポリマ−のビレットを、押出あるいは
圧縮成形などの方法で熱劣化を極力抑えた条件で溶融成
形し、このビレットを更にポリマ−の圧入充填による
圧配向を目的とする圧縮成形または鍛造成形によって配
向成形体とする方法である。この方法に依れば、配向成
形時の外力は延伸とは逆の材料本体に向かった内向きに
作用するので、材料は緻密な状態になる。そのために、
粒子とマトリックスの界面はより密着した状態に変わ
り、混合過程で界面に存在していた空気を介在したミク
ロなボイドさえも消減するので高い緻密度が得られる。
つまり、両者はより一層一体化する。加えて、マトリッ
クスのポリマ−は分子鎖軸と結晶相が配向するので、得
られた複合材料は著しく高い強度を示す。この場合、一
次成形物であるビレットを、該ビレットの断面積よりも
小さい断面積を一部又は全体に亘って有する型のキャビ
ティ内に圧入充填による加圧配向することで得られる結
晶の配向は、金型面からの「ずり」により力が加わるた
めに、単なる長軸方向への延伸による一軸配向とは異な
り、ある基準軸に平行に面配向している傾向の強い形態
をしていることが考えられる。そのため、配向による異
方性が少なく、捩りなどの変形にも強いという特徴が発
現される。但し、配向の度合いは本質的に分子鎖ラメラ
が配向する程度に抑えたものであり、延伸倍率の高いと
きに見られるミクロフィブリル、フィブリル構造によっ
てボイドが発生する程度の高いものではない。
17) Therefore, the present inventor has earnestly accomplished the object by the following molding method. That is, as described above, a billet of the polymer containing a large amount of uniformly dispersed surface bioactive bioceramics is melt-molded by a method such as extrusion or compression molding under conditions where thermal degradation is minimized, and the billet is further processed. This is a method of forming an oriented molded article by compression molding or forging molding for the purpose of pressurized orientation by press-fitting and filling a polymer. According to this method, the external force during the orientation molding acts inward toward the material body, which is opposite to the stretching, so that the material becomes dense. for that reason,
The interface between the particles and the matrix changes to a more intimate state, and even microvoids intervening at the interface during the mixing process disappear, so that a high density can be obtained.
That is, both are further integrated. In addition, the resulting composite exhibits significantly higher strength because the matrix polymer is oriented in the molecular chain axis and the crystalline phase. In this case, the orientation of the crystal obtained by press-fitting the billet, which is the primary molded product, into a cavity of a mold having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the billet partly or entirely by press-fitting is given by Because the force is applied by "shear" from the mold surface, it has a strong tendency to be plane oriented parallel to a certain reference axis, unlike uniaxial orientation by simple stretching in the longitudinal direction. Can be considered. For this reason, a characteristic that anisotropy due to orientation is small and resistance to deformation such as twisting is exhibited. However, the degree of orientation is essentially suppressed to such an extent that the molecular chain lamellas are oriented, and is not high enough to generate voids due to microfibril and fibril structures observed when the stretching ratio is high.

【0036】18)以上、本発明の複合材料の強化方式
について記述したが、これを従来の複合材料のそれと比
較すると図6に示されるように、形態の違いが明らかで
ある。即ち、従来の粒子強化型(a) と繊維強化型(b) は
各々充填した粒子と繊維自体の物理的強度を、充填率を
出来るだけ高くしてそれらの系の中で発現させると同時
に、マトリックスポリマーとの化学的・物理的な結合力
に依存して本質的に強度を上げることを目的とした方式
である。繊維強化型(b) は繊維同志の絡み合いが強度向
上に実に有効に作用する。この場合、マトリックスポリ
マーに比較的高い強度のものを用いれば、それだけ高い
強度は得られる。
18) The method of strengthening the composite material of the present invention has been described above. When this is compared with that of the conventional composite material, the difference in the form is clear as shown in FIG. In other words, the conventional particle reinforced type (a) and fiber reinforced type (b) simultaneously express the physical strength of the filled particles and the fibers themselves in the system by increasing the packing ratio as much as possible, This method aims to essentially increase the strength depending on the chemical and physical bonding force with the matrix polymer. In the fiber reinforced type (b), the entanglement of the fibers effectively acts to improve the strength. In this case, if a matrix polymer having a relatively high strength is used, a higher strength can be obtained.

【0037】19)しかし、本発明のように、この系の
マトリックスを結晶(分子鎖)配向のための特異な二次
加工の処理を行って強化した例は、従来に見られない。
本発明は粒子強化型(a) の強化方式に加えて、マトリッ
クスポリマーを上述のように圧入充填により加圧配向す
ることにより結晶(分子鎖)を配向させ、また、粒子と
マトリックスポリマーの界面をより密着させることで、
より緻密な系を作ることにより強化する〔粒子強化+マ
トリックス強化型〕(c) の強化方式である。即ち、従来
行われていなかったマトリックスポリマーを物理的に冷
間で特異な二次成形加工して強化する新規な方式と、そ
れによって得た複合系に関するものであり、従来方式と
の違いが明らかである。
19) However, as in the present invention, an example in which the matrix of this system is strengthened by performing a specific secondary processing for crystal (molecular chain) orientation has not been found so far.
In the present invention, in addition to the particle-reinforced type (a) reinforcing method, the crystals (molecular chains) are oriented by pressing and filling the matrix polymer by press-fitting as described above, and the interface between the particles and the matrix polymer is formed. By making it more intimate,
This is a strengthening method (c), which strengthens by creating a more dense system (particle strengthening + matrix strengthening type). In other words, it relates to a novel method of strengthening the matrix polymer by a unique secondary molding process physically cold, which has not been done conventionally, and the composite system obtained by it, and the difference from the conventional method is clear It is.

【0038】(A)高強度インプラント材料 本発明のインプラント材料は、基本的に生体内分解吸収
性である結晶性の熱可塑性ポリマー中に粒子又は粒子の
集合塊の大きさが0.2〜50μmの表面生体活性なバ
イオセラミックス粉体の10〜60重量%を実質的に均
一に分散させた複合材料であって、該ポリマーの結晶が
圧入充填による加圧により結晶化して配向しており、且
つその結晶化度が10〜70%である圧入充填による
圧配向成形体からなる粒子及びマトリックスポリマー強
化複合材料である高強度インプラント材料であることを
特徴とする。ここで、「閉鎖成形型内に圧入充填して
配向した圧縮成形又は鍛造成形により得られた成形
体」を単に「圧入充填による加圧成形体」と総称する。
(A) High-Strength Implant Material The implant material of the present invention is basically composed of a crystalline thermoplastic polymer which is biodegradable and absorbable and has a particle or aggregated particle size of 0.2 to 50 μm. A composite material in which 10 to 60% by weight of the surface bioactive bioceramic powder is substantially uniformly dispersed.
The particles and matrix polymer formed from a press -aligned molded article by press-fitting , which are crystallized and oriented by press-filling and have a crystallinity of 10 to 70%.
Characterized in that it is a high-strength implant material that is a composite material . Here, `` Press-fitting into a closed mold and adding
The molded product obtained by pressure- oriented compression molding or forging molding is simply referred to as " press molded product by press-fitting and filling ".

【0039】以下、その内容を詳細に説明する。 (a) バイオセラミックス 1)本発明に用いるバイオセラミックスは、表面生体活
性なバイオセラミックスである。 表面生体活性なバイオセラミックスとしては、焼成した
ハイドロキシアパタイト(HA)、バイオガラス系もし
くは結晶化ガラス系の生体用ガラス、デイオプサイドな
どのいずれか単独、又は2種以上の混合物を挙げられ
る。その中、焼成したハイドロキシアパタイト(H
A)、バイオガラス系のバイオグラス、セラビタ−ル、
結晶化ガラス系のA−Wガラスセラミックスなどや結晶
化ガラス系のバイオベリット−1、インプラント−1、
β−結晶化ガラス、ディオプサイドが好適に使用でき
る。
Hereinafter, the contents will be described in detail. (a) Bioceramics 1) The bioceramics used in the present invention are surface-active bioceramics. Examples of the surface bioactive bioceramics include fired hydroxyapatite (HA), bioglass-based or crystallized glass-based biomedical glass, and diopside alone or a mixture of two or more. Among them, calcined hydroxyapatite (H
A), bioglass based bioglass, serabital,
Crystallized glass-based A-W glass ceramics or crystallized glass-based Bioberit-1, implant-1,
β-crystallized glass and diopside can be suitably used.

【0040】2)他のバイオセラミックスについて 本発明に使用するバイオセラミックスとしては上記表面
生体活性なバイオセラミックスに限定したが、勿論、生
体内吸収性のバイオセラミックスのような他のバイオセ
ラミックスも同様に使用できることは言うまでもない。
生体内吸収性のバイオセラミックスとしては、未焼成ハ
イドロキシアパタイト、ジカルシウムホスフェート、ト
リカルシウムホスフェート、テトラカルシウムホスフェ
ート、オクタカルシウムホスフェート、カルサイトなど
のいずれか単独、又は2種以上の混合物が挙げられる。
その中、未焼成のHA(未焼成HA)、ジカルシウムホ
スフェ−ト、α−トリカルシウムホスフェ−ト(α−T
CP)、β−トリカルシウムホスフェ−ト(β−TC
P)、テトラカルシウムホスフェ−ト(TeCP)、オ
クタカルシウムホスフェ−ト(OCP)、ジカルシウム
ホスフェ−ト・ハイドレ−ト・オクタカルシウムホスフ
ェ−ト(DCPD・OCP)、ジカルシウムホスフェ−
ト・アンハイドライド・テトラカルシウムホスフェ−ト
(DCPA・TeCP)、カルサイトなどが好適に使用
できる。
2) Other Bioceramics The bioceramics used in the present invention are limited to the above-mentioned surface bioactive bioceramics. Of course, other bioceramics such as bioabsorbable bioceramics can be similarly used. It goes without saying that it can be used.
Examples of bioabsorbable bioceramics include unfired hydroxyapatite, dicalcium phosphate, tricalcium phosphate, tetracalcium phosphate, octacalcium phosphate, calcite and the like, or a mixture of two or more thereof.
Among them, unfired HA (unfired HA), dicalcium phosphate, α-tricalcium phosphate (α-T
CP), β-tricalcium phosphate (β-TC
P), tetracalcium phosphate (TeCP), octacalcium phosphate (OCP), dicalcium phosphate hydrate octacalcium phosphate (DCPD OCP), dicalcium phosphate −
T-anhydride tetracalcium phosphate (DCPA / TeCP), calcite and the like can be suitably used.

【0041】以上の1) 、2)のバイオセラミックスは
生体活性の度合いが異なっていて、新生骨の形成の速さ
と形態に差異をもたらすので、必要とする生体活性を有
するように単独或いは2種以上配合して適宜用いる。従
って、ここで「表面生体活性なバイオセラミックス」と
いう場合は、表面生体活性なバイオセラミックス単独、
或いは該表面生体活性なバイオセラミックスを主体と
し、生体内吸収性のバイオセラミックスの少量との混合
物も含まれる。なお、2)の生体内吸収性のバイオセラ
ミックスである未焼成のHAは、本発明に係わる1)の
焼成HAとは異なり、生体中のHAに極めて似ており、
生体内にて完全に吸収消失し、活性度も高く、安全性も
あり、実使用の実績もあるので、最も有効な生体吸収性
の活性な粉体の一つである。
The bioceramics 1) and 2) described above differ in the degree of bioactivity, resulting in a difference in the speed and morphology of new bone formation. The above components are used as appropriate. Therefore, the term “surface bioactive bioceramics” used herein refers to surface bioactive bioceramics alone,
Alternatively, a mixture mainly containing the surface bioactive bioceramics and a small amount of bioabsorbable bioceramics is also included. The unfired HA which is bioabsorbable bioceramics in 2) is very similar to HA in a living body, unlike the fired HA in 1) according to the present invention.
It is one of the most effective bioabsorbable active powders because it is completely absorbed and lost in the living body, has high activity, is safe, and has a track record of practical use.

【0042】(b) バイオセラミックス粉体の粒径 ここで、バイオセラミックス粉体とは、バイオセラミッ
クスの一次粒子又はその集合(凝集)塊である二次粒子
を総称して指す。 1)表面生体活性なバイオセラミックス粉体の粒径は、
上記の理由に基いて高強度の複合材料を得るために0.
2〜50μm、好ましくは1〜10数μmの一次粒子又
は二次集合(凝集)塊の粒径のものが用いられる。生体
内分解吸収性である結晶性の熱可塑性ポリマーと均一に
分散させる上からも上記粒径のものが良い。表面生体活
性なバイオセラミックス粉体の粒径が50μmに近い上
限の場合、およそ10数μmの一次粒子が二次凝集した
ときの集合塊の大きさであることが望ましい。独立した
一次粒子が50μmに近い大きさである時は、複合材料
が降伏時に折損(破断)するので望ましくない。圧入充
填による加圧配向成形体は、最終的には切削加工などの
方法により種々の精緻な形状をもったインプラント材料
に仕上げられる。粒径が大きいと微細で精緻な形状物は
粉体の界面で欠けたり、割れたりするので加工し難くな
る。そこで、粒径50μmはインプラント材料の形状の
精緻さを決定する上限と言える。
(B) Particle Size of Bioceramics Powder Here, the bioceramics powder is a general term for primary particles of bioceramics or secondary particles that are aggregates (aggregates) of the particles. 1) The particle size of surface bioactive bioceramic powder is
In order to obtain a high-strength composite material based on the above-mentioned reasons, it is preferable to use a high-strength composite material.
Those having a particle size of primary particles or secondary aggregates (agglomerated) of 2 to 50 μm, preferably 1 to 10 μm are used. The particles having the above-mentioned particle size are also preferable from the viewpoint of dispersing uniformly with a crystalline thermoplastic polymer that is degradable and absorbable in a living body. When the particle size of the surface bioactive bioceramic powder is at the upper limit close to 50 μm, it is preferable that the size of the aggregated mass when primary particles of about 10 μm are secondary aggregated. When the size of the independent primary particles is close to 50 μm, it is not desirable because the composite material breaks (breaks) at the time of yielding. Press-fit
The press-oriented molded product by filling is finally finished into an implant material having various precise shapes by a method such as cutting. If the particle size is large, the fine and finely-shaped product is chipped or broken at the interface of the powder, so that it becomes difficult to process. Therefore, it can be said that the particle size of 50 μm is an upper limit for determining the fineness of the shape of the implant material.

【0043】2)また、下限の粒径0.2μmは、例え
ば未焼成のHAの一次粒子の大きさに相当する。なお、
本発明の表面生体活性なバイオセラミックスである焼成
のHAは未焼成のHAの一次粒子の大きさとほぼ同等の
ものであることを確認した。通常、この微粒子は集合し
て数μm〜10数μmの二次凝集粒子を形成する。見か
けの平均粒径が斯かる範囲内にある表面生体活性なバイ
オセラミックスの粒子又は集合塊をポリマ−マトリック
ス中に均一分散させた系を得ると、高強度が得られ、ま
た、その吸収により生体骨に早急にインプラントが置換
されるという両方の性質が同時に満足される。そして精
緻な形状をもつインプラント複合材料が得られる。
2) The lower limit of the particle diameter of 0.2 μm corresponds to, for example, the size of unfired HA primary particles. In addition,
It was confirmed that the calcined HA, which is the surface bioactive bioceramic of the present invention, was almost equivalent to the size of the primary particles of unbaked HA. Usually, these fine particles aggregate to form secondary aggregated particles of several μm to several tens μm. If a system is obtained in which particles or aggregates of surface bioactive bioceramics having an apparent average particle size within the above range are uniformly dispersed in a polymer matrix, high strength can be obtained, and absorption of the biomass can be achieved by absorption. Both properties of the immediate replacement of the bone with the implant are simultaneously satisfied. Then, an implant composite material having a fine shape is obtained.

【0044】3)かかる表面生体活性なバイオセラミッ
クスを含有したインプラント材料が生体内に埋入される
と、表面に顕在する表面生体活性なバイオセラミックス
粉体は、周囲の生体骨と線維性の結合組織を介さずに直
接的に、或いは表面に沈積したHAを介して間接的に結
合するので、早期に両者間の初期固定が得られる。この
特性は骨折の接合、固定を目的とするピンやスクリュ−
等のインプラント材料にとって好ましい。また、従来、
強度不足が主なる原因で使用できなかったプレートや異
形状の骨代替物や骨接合材にも骨との結合性があるため
に、適用できる。
3) When the implant material containing such surface bioactive bioceramics is embedded in a living body, the surface bioactive bioceramics powder that appears on the surface is bonded to the surrounding living bone by fibrous bonding. Since the binding is performed directly without using the tissue or indirectly via the HA deposited on the surface, initial fixation between the two can be obtained early. This property is used for pins and screws for bonding and fixing fractures.
Preferred for implant materials such as. Conventionally,
Plates, deformed bone substitutes, and osteosynthesis materials that could not be used mainly due to lack of strength can also be applied because of their bonding properties with bone.

【0045】4)骨中にて骨折固定材として使われるイ
ンプラント材料は、骨癒合に要する短くても2〜4ヶ月
間は固定に必要な強度を維持し、その後は体液と接して
いる表面から徐々に加水分解が進行して劣化する過程を
とる。この過程で内部に含まれている表面生体活性なバ
イオセラミックス粉体が徐々に体液に露呈される。その
後更に表面生体活性なバイオセラミックス粉体とポリマ
−の界面を伝って体液がインプラントのより内部に侵入
する。その結果ポリマ−の加水分解と分解物の生体内へ
の吸収が、表面生体活性なバイオセラミックスを含まな
いポリマ−単独の系の場合よりも早くなる。また、この
過程で、露呈された表面生体活性なバイオセラミックス
粉体は新生骨の侵入を促し、時には骨形成の核となって
骨梁を形成する。そして、場合によっては、骨孔から排
出される。このようにして、インプラント材料の消失し
た骨孔への生体骨の侵入・置換が有効になされる。
4) The implant material used as a fracture fixation material in the bone maintains the strength necessary for fixation for at least 2 to 4 months required for bone fusion, and thereafter, from the surface in contact with body fluid. It takes a process in which hydrolysis gradually progresses and deteriorates. In this process, the surface bioactive ceramic powder contained therein is gradually exposed to body fluid. Thereafter, the bodily fluid penetrates further into the implant along the interface between the surface bioactive powder and the polymer. As a result, the hydrolysis of the polymer and the absorption of the decomposed product into the living body are faster than in the case of the polymer alone containing no surface-active bioceramics. In this process, the exposed surface bioactive bioceramic powder promotes the invasion of new bone and sometimes forms a nucleus of bone formation to form trabecular bone. Then, in some cases, it is discharged from the bone hole. In this way, the penetration and replacement of living bone into the bone hole where the implant material has disappeared is effectively performed.

【0046】5)本発明のインプラント材料によって骨
孔が生体骨で置換される過程と形態は、それが含む表面
生体活性なバイオセラミックスの種類と顆粒の形状、大
きさ或いは含有量によってかなり異なるが、生体内吸収
性ポリマ−単独でできたインプラント材料と比較する
と、表面生体活性なバイオセラミックス粉体が充填され
た比率の分だけ本発明のインプラント材料はポリマ−の
量が少ないので、分解過程で発生するポリマ−細片の一
時的多発に起因する異物反応による炎症反応の発現の恐
れを回避できる。また、骨孔の修復の速さも表面生体活
性なバイオセラミックスの種類、大きさ、量を選択する
ことで任意に調整することができる。
5) The process and morphology of the replacement of bone holes with living bone by the implant material of the present invention vary considerably depending on the type of surface bioactive bioceramics contained therein and the shape, size or content of granules. Compared with an implant material made of a bioabsorbable polymer alone, the implant material of the present invention has a smaller amount of polymer by the proportion filled with the surface bioactive bioceramic powder. It is possible to avoid the risk of an inflammatory response due to a foreign body reaction caused by the temporary occurrence of a large number of polymer fragments. In addition, the speed of bone hole repair can be arbitrarily adjusted by selecting the type, size, and amount of the surface bioactive bioceramic.

【0047】(c) ポリマーの組成 ポリマーとしては、生体内分解吸収性である結晶性の熱
可塑性ポリマーであれば特に制限されないが、そのうち
でも生体安全性、生体適合性が確認され、既に実用され
ているポリ乳酸や、各種のポリ乳酸共重合体(例えば乳
酸−グリコール酸共重合体)が好ましく使用される。ポ
リ乳酸としては、L−乳酸又はD−乳酸のホモポリマー
が好適であり、また、乳酸−グリコール酸共重合体とし
ては、モル比が99:1〜75:25の範囲内のもの
が、グリコール酸のホモポリマーよりは耐加水分解性が
良くて好適である。また、非晶性のD、L−ポリ乳酸又
はその乳酸−グリコール酸共重合体、乳酸−カプロラク
トン共重合体、或いは該ホモポリマー、コポリマーと相
溶性のある生体内分解吸収性の他のポリマーの少量を、
塑性変形しやすくするために、或いは得られる加圧配向
による配向成形体に靱性を持たせるために混合しても良
い。もちろん、生体との反応、或いは分解速度を配慮す
ると、未反応のモノマーや触媒残渣が除去・精製されて
少ないポリマーが良い。
(C) Composition of Polymer The polymer is not particularly limited as long as it is a crystalline thermoplastic polymer that is biodegradable and absorptive. Among them, biosafety and biocompatibility have been confirmed. Polylactic acid and various polylactic acid copolymers (eg, lactic acid-glycolic acid copolymer) are preferably used. As the polylactic acid, a homopolymer of L-lactic acid or D-lactic acid is preferable, and as the lactic acid-glycolic acid copolymer, those having a molar ratio in the range of 99: 1 to 75:25 are selected from glycols. It is preferable because it has better hydrolysis resistance than an acid homopolymer. In addition, amorphous D, L-polylactic acid or its lactic acid-glycolic acid copolymer, lactic acid-caprolactone copolymer, or other homopolymers and copolymers compatible with the biodegradable and absorbable biodegradable polymer A small amount,
Mixing may be performed to facilitate plastic deformation or to impart toughness to the obtained oriented molded article by pressure orientation. Of course, in consideration of the reaction rate with the living body or the decomposition rate, it is preferable to use a polymer in which unreacted monomers and catalyst residues are removed and purified to reduce the amount.

【0048】(d) 原料ポリマー及び予備成形体の分子
量 1)上記ポリマーは、骨接合材として少なくとも或る値
以上の強度等の物性が必要であるが、該ポリマーの分子
量がビレット等の予備成形体に溶融成形する段階でどう
しても低下するので、該ポリマーがポリ乳酸又は乳酸−
グリコール酸共重合体の場合、初期の粘度平均分子量が
15万〜70万、好ましく25万〜55万のものを使用
することが重要である。この範囲の分子量を有するポリ
マーを使用すると、加熱下に溶融成形加工して最終的に
10万〜60万の粘度平均分子量を有する予備成形体を
得ることができる。即ち、生体内分解吸収性である結晶
性の熱可塑性ポリマーが15〜70万の初期粘度平均分
子量を有するポリ乳酸又は乳酸−グリコール酸共重合体
であり、その溶融成形後の粘度平均分子量が10〜60
万である。
(D) Molecular weight of raw material polymer and preformed body 1) The above-mentioned polymer must have at least a certain value of physical properties such as strength as an osteosynthesis material. Since the polymer is inevitably reduced at the stage of melt molding into a body, the polymer is polylactic acid or lactic acid-
In the case of a glycolic acid copolymer, it is important to use a copolymer having an initial viscosity average molecular weight of 150,000 to 700,000, preferably 250,000 to 550,000. When a polymer having a molecular weight in this range is used, it can be melt-molded under heating to finally obtain a preform having a viscosity average molecular weight of 100,000 to 600,000. That is, crystals that are biodegradable and absorbable
Thermoplastic polymer has an initial viscosity average content of 150,000 to 700,000
Polylactic acid or lactic acid-glycolic acid copolymer having a molecular weight
Having a viscosity average molecular weight of 10 to 60 after melt molding.
It is ten thousand.

【0049】2)該ポリマーを、その後の圧入充填によ
加圧配向による分子鎖(結晶)の配向のための冷間で
の塑性変形によって、高強度のインプラント材料用の複
合材料とすることができるが、この塑性変形の過程でう
まく条件を設定して操作すれば、分子量の低下を極力抑
えることができる。この表面生体活性なバイオセラミッ
クスを含むインプラント材料を構成するポリマーの粘度
平均分子量の範囲は、ポリマ−のみを同様の方法で成形
して得たインプラントの場合の範囲と相違がある。それ
は、バイオセラミックス粉体を多量に含むために、見掛
上の溶融粘度や工程中の劣化の程度に差異があるためで
ある。本発明に係るポリマ−がこの範囲内の分子量をも
ち、分子鎖(結晶)が加圧操作により配向された成形体
が、生体内で、例えば骨接合材として実際に使用される
と、骨癒合に必要な平均的な期間である少なくとも2〜
4ヶ月間は生体骨と同程度以上の強度を維持し、その後
は骨接合材が分解してできる細片が周囲の組織細胞と強
い異物反応を示して炎症反応を呈することのない速度で
徐々に分解する。この過程でバイオセラミックスの表面
生体活性な性質が発現するので、骨との初期結合が得ら
れ、その後、骨との置換がほどよく進行する。
2) The polymer is then filled by press-fitting.
That the plastic deformation of the cold for orientation pressurization orientation by molecular chains (crystals), can be a composite material for implant materials of high strength, set the well conditions in the course of this plastic deformation If the above operation is performed, a decrease in molecular weight can be suppressed as much as possible. The range of the viscosity average molecular weight of the polymer constituting the implant material containing the surface bioactive bioceramics is different from the range of the implant obtained by molding only the polymer by the same method. The reason for this is that since a large amount of bioceramic powder is contained, there is a difference in the apparent melt viscosity and the degree of deterioration during the process. When the polymer according to the present invention has a molecular weight in this range and the molecular chains (crystals) are oriented by a pressurizing operation, when the molded body is actually used in a living body, for example, as an osteosynthesis material, bone fusion occurs. The average period required for at least 2
Maintains the same strength as that of living bone for 4 months or more, and then gradually removes the osteosynthesis material at a rate that does not produce an inflammatory response due to the debris produced by the decomposition of the osteosynthesis material and surrounding tissue cells. Decompose into In this process, the surface bioactive properties of the bioceramics are developed, so that an initial bond with the bone is obtained, and thereafter, the replacement with the bone proceeds moderately.

【0050】3)ポリマーの初期粘度平均分子量が15
万未満では、溶融粘度が低いので成形が容易である利点
はあるが、高い初期強度は得られない。また、生体中で
の強度の低下が速いために強度の維持期間が骨癒合に必
要な期間よりも短くなる。そして、生体に埋入後の1.
5〜2年以内の短期に低分子量の細片が多量に発生する
可能性があるので、その異物反応による炎症の発生の恐
れがある。また、ポリマ−の初期粘度平均分子量が70
万を越えて高くなり過ぎると、ポリマ−が加熱時に流動
し難くなり、溶融成形で予備成形体を造る際に高温、高
圧が必要となるため、加工時の高い剪断応力や摩擦力に
よって発生する熱のために大幅な分子量の低下を招き、
最終的に得られるインプラント材料の分子量は却って7
0万以下のものを使用した場合よりも低くなるので、強
度が期待される値より小さいものとなる。
3) The polymer has an initial viscosity average molecular weight of 15
If it is less than 10,000, there is an advantage that molding is easy because the melt viscosity is low, but a high initial strength cannot be obtained. Further, since the strength of the living body decreases rapidly, the strength maintenance period is shorter than the period required for bone fusion. Then, 1.
Since a large amount of low-molecular-weight debris may be generated in a short period of time within 5 to 2 years, inflammation may be caused by the foreign body reaction. The polymer has an initial viscosity average molecular weight of 70.
If the temperature is too high, the polymer becomes difficult to flow when heated, and high temperature and high pressure are required when producing a preformed body by melt molding, so that the polymer is generated due to high shear stress and frictional force during processing. The heat causes a significant decrease in molecular weight,
The molecular weight of the final implant material is rather 7
Since the strength is lower than that of the case of using less than 100,000, the strength is smaller than the expected value.

【0051】初期粘度平均分子量が低い15万〜20万
のポリマーでは、比較的多量の30〜60重量%の表面
生体活性なバイオセラミックス粉体を充填することが可
能であるが、溶融成形後に分子量がより低くなると、曲
げ変形などの外力を受けて降伏したときに破断(降伏破
壊)し易いので、10〜30重量%の低充填量に抑えの
が良く、また後記する変形度Rも比較的小さく抑えるの
が良い。一方、粘度平均分子量が55万〜70万の高い
ポリマーを、溶融成形することは比較的難いので40〜
60重量%の多量の表面生体活性なバイオセラミックス
粉体を充填して溶融成形することはより一層困難であ
る。そこで、表面生体活性なバイオセラミックス粉体を
20重量%以下に、また変形度Rも必然的に小さく抑え
るべきである。要するに、初期粘度平均分子量が20万
〜55万程度であれば、比較的広範囲の充填量と変形度
Rが選択できる。また、生体内での強度維持期間が適当
であり、分解・吸収の速度もまたほど良い程度である。
A polymer having a low initial viscosity average molecular weight of 150,000 to 200,000 can be filled with a relatively large amount of 30 to 60% by weight of a surface bioactive bioceramic powder. Is lower, it is easy to break (yield fracture) when yielded by receiving an external force such as bending deformation. Therefore, it is better to suppress the filling amount to a low amount of 10 to 30% by weight. It is better to keep it small. On the other hand, it is relatively difficult to melt-mold a polymer having a high viscosity average molecular weight of 550,000 to 700,000.
It is even more difficult to fill and melt-mold a large amount of surface bioactive bioceramic powder of 60% by weight. Therefore, the bioceramic powder having surface bioactivity should be reduced to 20% by weight or less, and the degree of deformation R should be necessarily kept small. In short, if the initial viscosity average molecular weight is about 200,000 to 550,000, a relatively wide range of filling amount and deformation degree R can be selected. Further, the strength maintenance period in the living body is appropriate, and the rate of decomposition / absorption is also moderate.

【0052】4)フィラ−の充填量が多い場合には混合
物の流動性が乏しいので、溶融粘度を下げて成形し易く
するために、粘度平均分子量が10万以下、場合によっ
ては1万以下の低分子量のポリマ−を滑剤として最終の
インプラントの物性に影響しない程度に少量添加しても
よい。使用するポリマー中に残存モノマーの量が多いと
加工の過程で分子量の低下を招き、生体内での分解も速
くなるので、その量は約0.5重量%以下に抑えること
が望ましい。フィラーが40重量%以上の高充填の場合
に、両者の界面結合力を上げる目的で、軟質の生体内吸
収性のポリマーや、ポリ乳酸のD体とL体の光学異性体
からなるコンプレックスをフィラーに表面処理して用い
ても良い。その後の成形型への圧入充填による分子(結
晶)配向の操作によって分子量を実質的に低下させるこ
となく高強度の加圧配向成形体、即ちインプラントのた
めの材料が得られる。次いで、切削加工、フライス加
工、打ち抜き加工、孔開け等の二次加工により高強度の
スクリュー状、ピン状、ロッド状、円盤状、ボタン状、
筒状その他の所望の形状の骨接合材を製造する。即ち、
上記配向成形体が切削加工等され、その表面に表面生体
活性なバイオセラミックス粉体が顕在している
4) When the filling amount of the filler is large, the fluidity of the mixture is poor. Therefore, in order to lower the melt viscosity and facilitate molding, the viscosity average molecular weight is 100,000 or less, and in some cases, 10,000 or less. A low molecular weight polymer may be added as a lubricant in a small amount so as not to affect the physical properties of the final implant. If the amount of the residual monomer in the polymer used is large, the molecular weight is reduced in the course of processing, and the decomposition in vivo is accelerated. Therefore, it is desirable to suppress the amount to about 0.5% by weight or less. When the filler is highly filled at 40% by weight or more, in order to increase the interfacial bonding force between the two, a soft bioabsorbable polymer or a complex comprising optical isomers of D-form and L-form of polylactic acid is used. Surface treatment. The subsequent operation of molecular (crystal) orientation by press-fitting into a mold gives a high-strength pressure-oriented molded body, that is, a material for an implant, without substantially reducing the molecular weight. Then, by cutting, milling, punching, secondary processing such as drilling, high-strength screw, pin, rod, disk, button,
A osteosynthesis material having a cylindrical shape or another desired shape is manufactured. That is,
The above-mentioned oriented molded body is cut and the like, and the surface
Active bioceramic powders have been revealed .

【0053】(e) 結晶化度 本発明の圧入充填による加圧配向成形体は、高い機械的
強度を持ち、ほど良い加水分解の速度をもつという2つ
の要求因子のバランスを考えて、結晶化度の範囲を10
〜70%、好ましくは20〜50%に選択する必要があ
る。結晶化度が70%を越えると、見掛けの剛性は高い
が、靱性に欠けるので脆くなり、体中でストレスが加わ
ると容易に折れる。また、分解は必要以上に遅くなり、
生体内での吸収、消失に長期を要するので望ましくな
い。逆に、結晶化度が10%未満と低い場合には、結晶
配向による強度の向上は望めない。このように機械的強
度と分解、吸収による消滅の速さ、或いは生体への刺激
が少ないことを勘案すると、適切な結晶化度は10〜7
0%、好ましくは20〜50%である。10〜20%の
低結晶化度であっても、フィラーの効果によって強度は
非充填の場合よりも向上する。また、50〜70%の高
結晶化度であっても、加圧による塑性変形の過程で微結
晶が生じて、生体内での分解、吸収に不利に作用するこ
とは少ない。即ち、配向成形体の結晶化度が10〜70
%であることが望ましい
(E) Crystallinity The pressure- oriented molded product of the present invention by press-fitting has a high mechanical strength and a good hydrolysis rate. 10 degree range
7070%, preferably 20-50%. When the degree of crystallinity exceeds 70%, the apparent rigidity is high, but the brittleness is lacking due to lack of toughness, and it is easily broken when stress is applied in the body. Also, disassembly is slower than necessary,
It takes a long time for absorption and disappearance in a living body, which is not desirable. Conversely, if the crystallinity is as low as less than 10%, no improvement in strength due to crystal orientation can be expected. Considering the mechanical strength and the speed of extinction due to decomposition and absorption or low irritation to a living body, an appropriate crystallinity is 10 to 7 as described above.
0%, preferably 20 to 50%. Even at a low crystallinity of 10 to 20%, the strength is improved by the effect of the filler as compared with the case of non-filling. In addition, even if the degree of crystallinity is as high as 50 to 70%, microcrystals are less likely to be generated in the course of plastic deformation by pressurization and adversely affect in vivo decomposition and absorption. That is, the crystallinity of the oriented molded product is 10 to 70.
% Is desirable .

【0054】(f) 密度 本発明のインプラント材料は三次元的に加圧配向された
成形体であるので、従来の延伸配向の成形体に比較し
て、密度が高くなる。それは変形度にも左右されるが、
表面生体活性なバイオセラミックスを20%台混合した
ものは1.4〜1.5g/cm3 、30%台混合したも
のは1.5〜1.6g/cm3 、40%台混合したもの
は1.6〜1.7g/cm3 、50%台混合したものは
1.7〜1.8g/cm3 となる。この高密度は材料の
緻密さを示す指数でもあり、高強度を裏付ける重要な要
因の一つである。
(F) Density Since the implant material of the present invention is a molded article which is three-dimensionally press-oriented, its density is higher than that of a conventional stretch-oriented molded article. It depends on the degree of deformation,
Surface bioactive bioceramics mixed in the 20% range are 1.4-1.5 g / cm 3 , those mixed in the 30% range are 1.5-1.6 g / cm 3 , and those mixed in the 40% range are A mixture of 1.6 to 1.7 g / cm 3 , in the order of 50%, is 1.7 to 1.8 g / cm 3 . This high density is also an index indicating the denseness of the material, and is one of the important factors supporting high strength.

【0055】(g)結晶形態 本発明のインプラント材料は、圧入充填による加圧配向
によって作られたために、成形体の結晶(分子鎖)が本
質的に複数の基準軸に平行に配向している。一般に、基
準軸が多くなるほど成形体の強度的な異方性が少なくな
るので、方向性のある材料のように、或る方向からの比
較的弱い力で破壊するようなことは少なくなる。本発明
のインプラント材料における、成形体の結晶が本質的に
複数の基準軸に平行に配向している事実の裏付けを図
1、2により説明してその内容を明らかにする。即ち、
図1 (イ)、図1 (ロ)は、夫々加圧配向の代表例として丸
ロッドを圧入充填による圧縮配向法により加圧配向した
場合の結晶の状態を示す縦断面図と平面図である。
(G) Crystal Form Since the implant material of the present invention was produced by press-fitting by press-fitting , the crystals (molecular chains) of the molded body are essentially oriented parallel to a plurality of reference axes. . In general, as the reference axis increases, the strength anisotropy of the formed body decreases, so that the material is less likely to be broken by a relatively weak force from a certain direction as in a directional material. The fact that the crystals of the molded body in the implant material of the present invention are essentially oriented in parallel to a plurality of reference axes will be described with reference to FIGS. That is,
FIGS. 1 (a) and 1 (b) are a longitudinal sectional view and a plan view, respectively, showing the state of a crystal when a round rod is press- aligned by a press-fitting filling method as a typical example of the press- orientation. .

【0056】圧入充填による加圧配向成形体の結晶の形
態は、基本的に図1 (イ)、図1 (ロ)に示すように、成形
体の力学的な芯となる軸(単に中心軸という)L、即ち
成形時に外部からの力が集中した力学的な点の連続した
中心の軸Lに向かって外周面から斜めに傾斜した多数の
基準軸Nに沿って図1 (イ)の上方から下方に連続して平
行に配向している。即ち、上記基準軸が成形体の力学的
な芯となる軸又は該軸の連続した面に向かって斜めに傾
斜している。換言すれば、中心軸Lの周りに放射状の斜
め配向状態をとる多数の基準軸Nが図1 (ロ)のように円
周方向に連続して略円錐状を作り、これが図1(イ)の
ように上下方向に連続して、基準軸Nに平行に配向して
略円錐状の面の連続相を構成している。円錐状の結晶
面が中心軸Lの上下方向に連続し、且つ外周から中心に
向かう結晶面が中心軸の方向に配向した状態をなしてい
る配向構造と見なすこともできる。即ち、上記成形体の
形状が円柱状であり、該成形体の結晶が成形体の力学的
な芯となる軸に向かって外周面より斜めに傾斜した複数
の基準軸に平行に配向している
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the morphology of the crystal of the pressure-oriented molded product by press-fitting is basically as shown in FIGS. L), that is, along a number of reference axes N obliquely inclined from the outer peripheral surface toward an axis L of a continuous center of a mechanical point where external forces are concentrated during molding, as shown in FIG. Are oriented in parallel continuously from below. That is, the reference axis is the mechanical
Tilted toward the axis or the continuous surface of the axis
It is inclined . In other words, a large number of reference axes N, which take a radially oblique orientation around the central axis L, form a substantially conical shape continuously in the circumferential direction as shown in FIG. As described above, and are oriented parallel to the reference axis N to form a continuous phase having a substantially conical surface. The conical crystal faces continuous in a vertical direction of the central axis L, and the crystal plane toward the center from the periphery can be considered as orientation structure which forms a state of being oriented in the direction of the central axis. That is, of the molded body
The shape is cylindrical, and the crystals of the compact
Multiple slanted from the outer circumference toward the axis
Are oriented parallel to the reference axis .

【0057】このような結晶状態は、圧入充填による
縮成形する際にビレット1が摩擦による大きな剪断を受
け、結晶化が進むと同時に中心軸Lに向かって外周面か
ら斜めに配向することによりなされる。図1 (イ)、 (ロ)
においては、丸ロッドのような円柱について説明した
が、円柱ではなくて平板のような圧入充填による加圧配
向成形体は、図2 (イ)、 (ロ)に示すように、その両側面
から大きな剪断力を受けて力学的な芯となる軸は中心線
とはならず、この軸を含み且つ板の対向する両側面に平
行で等距離(真中)にある面Mを形成する。従って、板
状の圧入充填による加圧配向成形体の結晶は、板の対向
する両側面から該面Mに向かう斜めの基準軸Nに平行に
配向する。即ち、上記成形体の形状が平板状であり、該
成形体の結晶が成形体の力学的な芯となる軸を含み且つ
平板の対向する両側面に平行である面に向かって、両側
面より斜めに傾斜した複数の基準軸に平行に配向してい
。また、成形体の力学的な芯となる軸L又は軸Lを含
む面Mは、外部からの力の集中する点であるから、圧入
充填による加圧配向時に周囲又は両側面からの力を加減
することにより、外部からの力の集中する点が中心又は
真中をはずれ、結晶は中心を外れた軸L又は真中から左
右のいずれかに偏位した面Mに向かって配向した結晶の
状態となる。
In such a crystal state, the billet 1 is subjected to a large shear due to friction during compression molding by press-fitting , and as the crystallization progresses, the billet 1 is inclined obliquely from the outer peripheral surface toward the central axis L. This is done by orienting. Fig. 1 (a), (b)
In has described a cylindrical like a round rod, pressurized-pressure countercurrent moldings of the press-fitting packing such as flat rather than cylindrical, as shown in FIG. 2 (a), (b), from both sides thereof The axis that becomes the mechanical core under the high shear forces is not the centerline, but forms a plane M that contains this axis and is parallel and equidistant (middle) to the opposing sides of the plate. Therefore, the crystals of the plate-shaped press- formed body formed by press-fitting are oriented parallel to the oblique reference axis N from the opposite side surfaces of the plate toward the surface M. That is, the shape of the molded body is a flat plate,
The crystal of the molded body includes an axis serving as a mechanical core of the molded body; and
Both sides towards the plane parallel to the opposite sides of the plate
Oriented in parallel to multiple reference axes that are oblique to the plane.
You . Further, since the axis L or the surface M including the axis L, which is the mechanical core of the molded body, is a point where external force concentrates, the press-fitting is performed.
By adjusting the force from the surrounding or both sides at the time of pressurized orientation by filling, the point where the external force concentrates deviates from the center or the center, and the crystal moves to the off-center axis L or the center from either the left or right. A crystal state oriented toward the deviated plane M is obtained.

【0058】(B)インプラント材料の製造 本発明のインプラント材料の製造は、基本的に(a) 予め
生体内分解吸収性である結晶性の熱可塑性ポリマーと表
面生体活性なバイオセラミックス粉体とが実質的に均一
に混合・分散した混合物を作り、(b) 次いで該混合物を
溶融成形して予備成形体(例えばビレット)を造り、
(c) 該予備成形体を下端が本質的に閉鎖された成形型の
狭い空間を持つ閉鎖成形型のキャビティ内に(圧縮配向
の場合)圧入充填することによって、或いは断面積の厚
み、或いは幅のいずれかが部分的又は全体的に予備成形
体のそれよりも小さい成形型の狭い空間に、或いは成形
型の空間を予備成形体を収容する空間よりも小さくした
成形型のキャビティ内に(鍛造配向の場合)圧入充填す
ることによって、該予備成形体を冷間で塑性変形させな
がら加圧配向成形体とすることを特徴とする。即ち、製
造法は、予め生体内分解吸収性である結晶性の熱可塑性
ポリマーと表面生体活性なバイオセラミックス粉体とが
実質的に均一に分散した混合物を作り、次いで該混合物
を溶融成形して予備成形体を造り、該予備成形体を閉鎖
成形型のキャビティ内に、冷間で圧入充填して塑性変形
させて配向成形体とするものである
(B) Manufacture of Implant Material The manufacture of the implant material of the present invention is basically carried out by (a) combining a crystalline thermoplastic polymer which is biodegradable and absorbable in advance and a surface bioactive bioceramic powder. Producing a substantially homogeneously mixed and dispersed mixture, (b) then melt molding the mixture to form a preform (eg, a billet),
(c) by press-fitting (in the case of compression orientation) the preform into the cavity of a closed mold having a narrow space of the mold essentially closed at the lower end, or by the thickness or width of the cross-sectional area Either partly or wholly in the narrow space of the mold smaller than that of the preform, or in the cavity of the mold in which the space of the mold is smaller than the space for accommodating the preform (forging In the case of orientation), the preform is formed into a pressure-oriented compact while plastically deforming the preform by cold press-fitting. That is,
The manufacturing method is made of crystalline thermoplastic, which is pre-
Polymer and surface bioactive bioceramic powder
Forming a substantially uniformly dispersed mixture, and then
Is melt-molded to form a preform, and the preform is closed
Plastic deformation due to cold press-fitting into cavity of mold
It is made to be an oriented molded article .

【0059】(a) ポリマーと表面生体活性なバイオセ
ラミックス粉体との混合物の作成 1)比較的容易に凝集する表面生体活性なバイオセラミ
ックス粉体をマトリックスポリマー中に実質的に均一に
混合・分散させるには、例えばジクロロメタン、クロロ
ホルム等の溶媒に溶解したマトリックスポリマ−に表面
生体活性なバイオセラミックス粉体を加えてよく分散
し、この分散系をエタノール、メタノール等の非溶媒を
加えて沈殿させて、混合物とする方法の採用が望まし
い。この場合のポリマーの溶解濃度と溶媒と非溶媒との
比率はポリマーの種類と重合度に見合って調製すればよ
い。即ち、前記ポリマーと表面生体活性なバイオセラミ
ックス粉体との混合物が、前記ポリマーの溶媒溶液中に
上記バイオセラミックス粉体を実質的に均一に混合・分
散し、これを該ポリマーの非溶媒で沈澱することにより
作成される
(A) Preparation of a mixture of a polymer and a surface bioactive bioceramic powder 1) A surface bioactive bioceramic powder which is relatively easily aggregated is substantially uniformly mixed and dispersed in a matrix polymer. To do this, for example, bioceramic powder having a surface bioactive is added to a matrix polymer dissolved in a solvent such as dichloromethane or chloroform, and the mixture is dispersed well. It is desirable to adopt a method of forming a mixture. In this case, the dissolution concentration of the polymer and the ratio between the solvent and the non-solvent may be adjusted according to the type of the polymer and the degree of polymerization. That is, the polymer and the surface bioactive bioceramic
Mixture with the polymer powder in a solvent solution of the polymer.
Mix and disperse the above bioceramics powder substantially uniformly
By precipitation with a non-solvent of the polymer.
Created .

【0060】2)表面生体活性なバイオセラミックス粉
体/マトリックスポリマ−の混合比は10重量%〜60
重量%、好ましくは20〜50重量%、より好ましくは
30〜40重量%である。即ち、上記表面生体活性なバ
イオセラミックス粉体の混合比率が20〜50重量%で
あることが望ましい。混合比が10重量%未満では表面
生体活性なバイオセラミックス粉体の占める体積比率が
小さいので、表面生体活性なバイオセラミックス粉体に
期待される骨との直接の結合、骨伝導、骨誘導の性質が
発現され難く、生体骨との置換もポリマー単独の場合と
よく似て比較的遅い。また、60重量%を越えると、混
合系の熱成形時の流動性が不足するので成形が困難にな
るし、成形物中のポリマ−の量が不足してバインダ−効
果が及ばないため、フィラ−とポリマ−が分離し易いの
で強度的に脆くなる。また、生体中の分解過程で表面生
体活性なバイオセラミックス粉体の骨接合材表面からの
露呈が速いので、生体への為害性の発現の危惧が考えら
れる。この範囲内の混合比であると、表面生体活性なバ
イオセラミックス粉体とポリマ−マトリックスの両方の
望ましい特性が複合材料の構造と機能の両面で顕著に発
現できる。
2) The mixing ratio of bioceramic powder / matrix polymer having bioactive surface is from 10% by weight to 60% by weight.
%, Preferably 20 to 50% by weight, more preferably 30 to 40% by weight. That is, the surface bioactive
When the mixing ratio of the ioceramic powder is 20-50% by weight
It is desirable. When the mixing ratio is less than 10% by weight, the volume ratio of the surface bioactive bioceramic powder occupies a small amount, and thus the properties of direct bonding with bone, osteoconduction, and osteoinduction expected from the surface bioactive bioceramic powder. Is difficult to develop, and the replacement with living bone is relatively slow, much like the case of the polymer alone. On the other hand, if the content exceeds 60% by weight, the fluidity during thermoforming of the mixed system is insufficient, so that molding becomes difficult, and the amount of polymer in the molded product is insufficient, so that the binder effect cannot be obtained. -And the polymer are easily separated, so that they are brittle in strength. In addition, during the decomposition process in the living body, surface bioactive bioceramic powder is exposed from the surface of the bone bonding material quickly, which may cause harm to the living body. When the mixing ratio is within this range, the desirable properties of both the surface bioactive powder and the polymer matrix can be remarkably exhibited in both the structure and the function of the composite material.

【0061】(b) 溶融成形 1)本発明の複合材料は粒子強化複合材料に属するが、
本発明のインプラント材料のように、表面生体活性なバ
イオセラミックス粉体を多量に含んだポリマ−系は、一
般に流動性が良くないので熱成形が困難である。まし
て、インプラントに対しては生体中の安全性を配慮しな
ければならず、流動性の改良に極めて効果のあるチタン
系カップリング剤が使用できない現状での成形は更に困
難である。この流動性の乏しい複合材料を混練、溶融時
に剪断力が加わる一般的な押出成形等で熱成形すると、
ポリマ−自身は本来の流動特性をもって変形流動するけ
れども、充填された表面生体活性なバイオセラミックス
粉体は熱により可塑化して流動する性質がないので、ポ
リマ−と該バイオセラミックス粒子の界面で成形に伴う
流動変形による移動時に劈界が生じてボイドを介在する
結果、密度の粗なる成形体ができ、その成形体の強度は
低くなる傾向は不可避である。
(B) Melt molding 1) The composite material of the present invention belongs to a particle-reinforced composite material.
As in the case of the implant material of the present invention, a polymer system containing a large amount of surface bioactive bioceramic powder is generally difficult to thermoform due to poor flowability. Furthermore, it is necessary to consider the safety of the implant in the living body, and it is more difficult to form the implant under the condition that a titanium-based coupling agent that is extremely effective in improving the fluidity cannot be used. When this composite material with poor fluidity is kneaded and thermoformed by general extrusion molding or the like where shearing force is applied at the time of melting,
Although the polymer itself deforms and flows with its original flow characteristics, the filled surface bioactive bioceramic powder does not have the property of plasticizing and flowing due to heat, so it can be molded at the interface between the polymer and the bioceramic particles. As a result of the formation of cleavages at the time of movement due to the accompanying flow deformation and the inclusion of voids, a compact having a low density is formed, and the strength of the compact tends to be inevitable.

【0062】2)本発明のように多量に表面生体活性な
バイオセラミックス粉体のようなフィラ−を含んだポリ
マ−系を一次成形(溶融成形して予備成形体をつくる)
するには、ラム(プランジャ)方式の溶融押出成形法が
有利であるが、ボイドが形成され難いように、上記の問
題を配慮した特殊な射出成形、圧縮成形などの加圧方式
の成形法を用いるのも良い。要するに、ビレットを得る
ための溶融成形は、ポリマーの融点以上の温度条件で行
えばよいが、温度が高すぎると分子量の低下が著しいの
で、融点より少し高い温度で熱劣化を防ぐように工夫
し、ボイドを介在しないように溶融成形することが望ま
しい。例えば、ポリマーとして初期粘度平均分子量が1
5万〜70万程度の前記ポリ乳酸を用いる場合は、その
融点以上、200℃以下、好ましくは約190℃の温度
条件を選択し、予めポリマ−の脱水、乾燥を十分に行え
ば、その溶融成形後の粘度平均分子量を10万〜60万
に維持することができる。同様に、圧力条件について
も、摩擦による発熱のために分子量が低下するのを抑え
るために、溶融成形が可能な最小の圧力、例えば300
kg/cm2 以下、好ましくは150〜250kg/c
2 を採用することが望ましい。しかし、これは予備成
形体(ビレット)の組成、大きさ(厚さ、径、長さ)な
どでかなり差異があるので状況によって変えればよい。
2) Primary molding of a polymer system containing a large amount of filler such as bioceramic powder having surface bioactivity as in the present invention (melt molding to form a preform).
For this purpose, a ram (plunger) type melt extrusion molding method is advantageous, but a special injection molding method or a compression molding method, such as a compression molding method, that takes into account the above-mentioned problems, is used so that voids are not easily formed. It is good to use. In short, the melt molding for obtaining the billet may be performed at a temperature condition higher than the melting point of the polymer.However, if the temperature is too high, the molecular weight is remarkably reduced. It is desirable to carry out melt molding so as not to interpose voids. For example, the polymer has an initial viscosity average molecular weight of 1
When about 50,000 to 700,000 of the above-mentioned polylactic acid is used, a temperature condition of not less than its melting point and not more than 200 ° C., preferably about 190 ° C. is selected. The viscosity average molecular weight after molding can be maintained at 100,000 to 600,000. Similarly, regarding the pressure condition, in order to suppress a decrease in molecular weight due to heat generation due to friction, a minimum pressure at which melt molding is possible, for example, 300
kg / cm 2 or less, preferably 150 to 250 kg / c
It is desirable to use m 2 . However, this varies considerably depending on the composition and size (thickness, diameter, length) of the preform (billet), and may be changed depending on the situation.

【0063】3)ビレットは圧入充填による加圧配向成
形のための型のキャビティの断面形状に相似した断面形
状となるように溶融成形することが望ましく、キャビテ
ィが円形の断面形状を有する場合は、それより大きい円
形の断面形状を有する円柱体となるようにビレットを溶
融成形する。このようにビレットの断面形状がキャビテ
ィの断面形状に相似していると、ビレットを周囲から均
等に圧縮しながら塑性変形させてキャビティ内へ圧入充
填できるため、均質な加圧配向成形体を得ることができ
る。
3) The billet is desirably melt-molded so as to have a cross-sectional shape similar to the cross-sectional shape of the cavity of the mold for press- orientation molding by press-fitting . If the cavity has a circular cross-sectional shape, The billet is melt-molded so as to have a cylindrical body having a larger circular cross-sectional shape. If the cross-sectional shape of the billet is similar to the cross-sectional shape of the cavity as described above, the billet can be plastically deformed while being uniformly compressed from the surroundings and press-filled into the cavity to obtain a homogeneous press-aligned molded product. Can be.

【0064】4)その際、ビレットはその断面積が成形
型のキャビティの断面積の1.5〜5.0となるように
溶融成形することが望ましい。即ち、予備成形体の横断
面の面積の2/3〜1/5の横断面の面積を有する成形
型のキャビティ内に該予備成形体を圧入充填する。この
ように圧入充填による加圧配向による二次工程を経た後
に、切削加工等の三次加工により所望の形状を切り出
す。 5) なお、予備成形体であるビレットは、場合によっ
ては(特に複雑な断面形状の場合)、次工程である圧入
充填による加圧配向、例えば鍛造配向或いは圧縮配向に
よる二次成形に適した所望の形状に切り出し加工しても
よい。
[0064] 4) At that time, the billet is the cross-sectional area of the molding
It is desirable to perform melt molding so that the cross-sectional area of the cavity of the mold is 1.5 to 5.0. That is, the crossing of the preform
Molding with a cross-sectional area of 2/3 to 1/5 of the surface area
The preform is press-filled into the mold cavity. After passing through the secondary process by pressure orientation by press-fitting, a desired shape is cut out by tertiary processing such as cutting. 5) In some cases (particularly in the case of a complicated cross-sectional shape), the billet as a pre-formed body is press-fitted in the next step.
It may be cut out into a desired shape suitable for secondary orientation by pressure orientation by filling , for example, forging orientation or compression orientation.

【0065】(c) 閉鎖型への圧入充填による加圧成形 (i) 一次成形物であるビレットを二次成形用の閉鎖型
にて圧入充填による加圧成形することにより多軸に配向
した成形体が得られる。すなわち、例えば基本的にラム
押出法や圧縮成形法の技術を利用して、該ビレットを、
その断面積の2/3〜1/5の断面積を有する閉鎖成形
型(但し、2/3〜1/5のいずれか単一の値を型の全
体に亘って有する場合、部分的にこの範囲のいずれか複
数の値の断面積を型の複数の部位に有している場合、あ
るいはこれら前二者の残りの部分がビレットと同じ断面
積である場合の型を含む)のキャビティ内に、連続的あ
るいは断続的に圧入充填により加圧しながら冷間[ガラ
ス転移点(Tg)と溶融温度(Tm)の間の結晶が生ず
る適当な温度(Tc)]で塑性変形させてキャビティ内
に圧入充填して配向すればよい。
(C) Pressure forming by press-fitting into a closed mold (i) Multiaxially oriented forming by pressing and forming a billet as a primary molded product by press-fitting and filling in a closed mold for secondary forming The body is obtained. That is, for example, using the technology of ram extrusion method or compression molding method, the billet is
A closed mold having a cross-sectional area of 2/3 to 1/5 of the cross-sectional area (however, if the mold has any single value of 2/3 to 1/5 over the entire mold, it is partially (Including molds where the cross-sectional area of any of the ranges has more than one section at multiple locations of the mold, or where the rest of the former have the same cross-sectional area as the billet) While being pressurized continuously or intermittently by press-fitting, it is plastically deformed at a cold temperature (appropriate temperature (Tc) at which crystals between the glass transition point (Tg) and the melting temperature (Tm) occur) to be pressed into the cavity. What is necessary is just to fill and orient.

【0066】 圧入充填による圧縮成形 図3、図4は、圧入充填による圧縮成形による成形モデ
ルを模式的に示した縦断面図であり、図3はビレットを
成形型のキャビティに圧入充填する前を、図4は圧入充
填後の状態を示す。このような成形型2は、ビレット1
を収容する太い円筒状の収容筒部2aと、加圧手段2b
によってビレット1が圧入充填される細い円筒状の成形
キャビティ2cからなり、それらは下窄まりのテーパー
を付した縮径部20aを介して上下に同軸上に連結され
ている。収容筒部2aの上部には、加圧手段2bが設け
られ、ビレット1はピストン(ラム)等の加圧手段2b
により連続的又は断続的に圧入充填により加圧される。
そして、キャビティ2cの底部には、極く微小な空気抜
きの孔や隙間(不図示)が形成されている。即ち、上記
圧入充填による加圧配向が、予備成形体を収容する大き
い円筒状の収容筒部と、予備成形体より細い円筒状の成
形キャビティと、これらを連結する下窄まりのテーパー
を有する細径部とからなる閉鎖成形型によりされる
[0066] pressed filled compression molded Figure 3 by, 4 is a longitudinal sectional view schematically showing a molded model by compression molding by press fitting packing, pre 3 is press-fitted filling a billet into a mold cavity FIG. 4 shows a state after press-fitting and filling. Such a mold 2 includes a billet 1
And a pressurizing means 2b.
And a thin cylindrical molding cavity 2c into which the billet 1 is press-fitted, and which are connected coaxially up and down via a tapered portion 20a having a tapered lower portion. A pressurizing means 2b is provided on the upper part of the housing cylinder 2a, and the billet 1 is provided with a pressurizing means 2b such as a piston (ram).
Pressurized by continuously or intermittently pressed filled with.
At the bottom of the cavity 2c, extremely minute holes for venting air and gaps (not shown) are formed. That is,
The pressure orientation by press-fitting is large enough to accommodate the preform.
Cylindrical housing tube and a cylindrical
Shaped cavities and the taper of the constriction connecting them
And a small-diameter portion having the following .

【0067】このような成形型2を用いて、図3に示す
ように、ビレット1を収容筒部2aに収容し、加圧手段
2bでビレット1を連続的又は断続的に加圧して、キャ
ビティ2c内に冷間で塑性変形させながら圧入充填して
図4の状態にすると、圧入時に縮径部20aの内面との
間及びキャビティ2cの内面との間に摩擦による大きな
剪断が生じ、これがポリマーを配向させる横又は斜め方
向の外力(ベクトル力)として作用する。そのために、
縮径部20aの内面に沿って本質的にポリマーが配向し
て結晶化が進行する。同時に成形キャビティ2cの中心
部への圧入速度が周囲より早いため、キャビティ2cの
形状通りに成形された圧入充填による圧縮配向成形体1
0の結晶軸は、図1に示すうように、その縦方向の中心
軸Lに対して斜めに配向し、結晶は円周から中心軸Lに
向かう多くの基準軸に平行に配向する。つまりキャビテ
ィ2cの内周面に沿った同心円状に配向する圧入充填に
よる圧縮配向成形体10が得られる。それと同時に縦方
向(機械方向)にポリマーは圧縮されるので、この方向
にも配向を示す。そして質的に緻密な細い円柱状の圧入
充填による圧縮配向成形体10が得られるのである。
ち、上記成形体の形状が円柱状であり、該成形体の結晶
が成形体の力学的な芯となる軸に向かって外周面より斜
めに傾斜した複数の基準軸に平行に配向している
As shown in FIG. 3, the billet 1 is housed in the housing cylinder 2a by using such a molding die 2, and the billet 1 is continuously or intermittently pressurized by the pressurizing means 2b. 4 is press-fitted while being plastically deformed in a cold state to form the state shown in FIG. Acts as an external force (vector force) in a lateral or oblique direction for orienting. for that reason,
The polymer is essentially oriented along the inner surface of the reduced diameter portion 20a, and crystallization proceeds. At the same time, since the press-fitting speed into the center of the molding cavity 2c is faster than that of the surroundings, the compression-oriented molded body 1 formed by press-fitting and filling according to the shape of the cavity 2c.
As shown in FIG. 1, the crystal axis of 0 is oriented obliquely with respect to its longitudinal center axis L, and the crystal is oriented parallel to many reference axes from the circumference toward the center axis L. In other words, for press-fit filling, which is oriented concentrically along the inner peripheral surface of the cavity 2c.
Thus, a compression-oriented molded body 10 is obtained. At the same time, since the polymer is compressed in the machine direction (machine direction), the polymer also exhibits orientation in this direction. And qualitatively dense narrow cylindrical press-fitting
The compression-oriented molded body 10 obtained by filling is obtained. Immediately
That is, the shape of the molded body is a columnar shape, and the crystal of the molded body is
Is inclined from the outer peripheral surface toward the axis that is the mechanical core of the compact.
Oriented parallel to a plurality of reference axes inclined .

【0068】このような圧入充填による圧入充填成形に
おいて、成形型2の収容筒部2aと、これに相似する小
さな断面を有するキャビティ2cの形状を変えることに
より、種々の形状の圧縮配向成形体を得ることができ
る。例えば、図2に示すように骨接合プレートのような
板状の圧縮配向成形体を得るには、断面長方形の収容筒
部とキャビティとを縮径部(長辺方向の2辺のみにテー
パーを付した形状、或いは4辺にテーパーを付した形
状)を介して上下方向に同軸上に連結した成形型を用い
て、同様に圧入充填による加圧配向するば良い。また、
成形型2の縮径部20aの傾斜角θを全周に亘って、或
いは部分的に変化させることにより、成形体の力学的な
芯となる軸L又は面Mが中心又は真中を外れ、偏位した
軸L又は面Mに向かって斜めに配向した結晶状態を有す
圧入充填による圧縮配向成形体を得ることができる。
In the press-fitting molding by such press-fitting, by changing the shape of the accommodating cylindrical portion 2a of the molding die 2 and the cavity 2c having a small cross-section similar to this, compression-oriented molded articles of various shapes can be formed. Obtainable. For example, as shown in FIG. 2, in order to obtain a plate-shaped compression-orientation molded body such as an osteosynthesis plate, the accommodating cylindrical portion having a rectangular cross section and the cavity are reduced in diameter (a taper is applied only to two sides in the long side direction). Pressing and filling may be performed in the same manner by using a molding die which is coaxially connected in the up-down direction through a given shape or a shape having four sides tapered). Also,
By changing the inclination angle θ of the reduced diameter portion 20a of the molding die 2 over the entire circumference or partially, the axis L or the surface M serving as the mechanical core of the molded body deviates from the center or the center, and is deviated. It is possible to obtain a compression-orientation molded product by press-fitting, which has a crystalline state obliquely oriented toward the aligned axis L or plane M.

【0069】 圧入充填による鍛造成形 図5は、圧入充填による鍛造成形による成形モデルを模
式的に示した縦断面図である。図5に示す成形型2は、
円筒状又は(多)角筒状の収容筒部2aを、該筒部2a
の断面積より大きい投影平面の面積を有する中空円板状
又は中空(多)角筒状キャビティ2cの中央部に設け、
収容筒部2aの上部にピストン(ラム)等の加圧手段を
設けたものである。このような成形型を用い、上記ポリ
マー系からなるビレット1を、収容筒部2aに収容して
加圧手段2bで連続的又は断続的に加圧することによ
り、ビレット1を冷間で投影平面の面積の大きいキャビ
ティ2cの中央部から周辺部へ押し広げながら圧入充填
して、円筒状又は(多)角筒状の圧入充填による鍛造配
向成形体を得るようにしている。即ち、成形型の収容筒
部の断面が円筒状又は角筒状であり、該収容筒部の断面
積より大きく、厚み、幅、空間の小さいキャビティの中
央部に該収容筒部を設け、キャビティのほぼ中央部から
周辺部に打延により押し広げて圧入充填する
[0069] forging diagram 5 by press fitting packing is a longitudinal sectional view schematically showing a molded model by forging by press fitting packing. The molding die 2 shown in FIG.
The cylindrical or (multi) square cylindrical housing cylindrical portion 2a is connected to the cylindrical portion 2a.
Provided at the center of a hollow disk-shaped or hollow (multi) prismatic cavity 2c having an area of a projection plane larger than the cross-sectional area of
A pressurizing means such as a piston (ram) is provided on the upper part of the housing cylinder 2a. By using such a mold, the billet 1 made of the polymer is accommodated in the accommodating cylinder portion 2a and continuously or intermittently pressed by the pressurizing means 2b, so that the billet 1 is coldly projected on the projection plane. The cavity 2c having a large area is press-filled while being spread from the central portion to the peripheral portion to obtain a forged oriented molded body by press-fitting a cylindrical or (multi) rectangular tube. That is, the housing of the mold
The cross section of the portion is cylindrical or rectangular cylindrical, and the cross section of the housing cylinder portion
Inside a cavity that is larger than the product, and has a small thickness, width, and space
The storage cylinder is provided in the center, and from almost the center of the cavity
The peripheral area is spread and spread by press-fitting .

【0070】この実施の形態で得られる圧入充填による
鍛造配向成形体は、前記圧入充填による圧縮配向成形体
とは異なり、分子軸や結晶が成形キャビティ2cの中央
部から周辺部に向かって多くの軸をもって放射状に配向
している多くの基準軸に平行に配向した圧入充填による
鍛造配向成形体であり、単なる一軸延伸物とは配向形態
の異なる成形体である。即ち、該成形体の結晶が成形体
の中心部から周辺部に向かって多くの軸をもって放射状
に配向している。このような実施形態の方法は、円筒
状、(多)角筒状、ボタン状などの内部に孔を有する骨
接合材或いはその付属材を製造する場合に特に有効であ
る。鍛造成形の場合、ビレットを成形型のキャビティ内
に冷間に圧入充填する加圧作用は基本的に打延によるも
のであるが、配向のメカニズムは基本的に上記圧縮成形
の場合と同じである。
[0070] <br/> forged oriented moldings of the press-fitting packing obtained in this embodiment is different from the compression orientation molding body by the press-fitting packing, molecular axis and crystals from the central portion to the peripheral portion of the molding cavity 2c It is a forged oriented compact formed by press-fitting and oriented parallel to many reference axes oriented radially with many axes, and has a different orientation from a simple uniaxial stretch. That is, the crystal of the molded product is
Radial with many axes from the center to the periphery
Oriented . The method of such an embodiment is particularly effective when manufacturing a bone-joining material having a hole therein such as a cylindrical shape, a (multi) square tube shape, a button shape or the like, or an accessory thereof. In the case of forging, the pressurizing action of cold press-fitting the billet into the cavity of the mold is basically by casting, but the mechanism of orientation is basically the same as in the above-mentioned compression molding. .

【0071】(ii) 、のような方法によると、配向
成形時の外力は延伸とは逆の材料本体に向かった内向き
に作用するので、材料は緻密な状態になる。そのため
に、表面生体活性なバイオセラミックス粉体とマトリッ
クスポリマーの界面はより密着した状態に変わり、混合
過程で界面に存在していた空気を介在したミクロなボイ
ドさえも消滅するので高い緻密度が得られる。つまり、
両者はより一層一体化するのである。加えて、マトリッ
クスのポリマーは分子鎖軸と結晶相が配向するので、得
られた複合材料は著しく高い強度を示す。その形態は前
述した図6の〔粒子強化+マトリックス強化型〕(c) 図
のように示されるものであり、従来の材料の複合化によ
る強化方式との違いが明らかである。圧入充填による
圧配向成形、特に圧入充填による圧縮配向成形の場合、
図1に示されるように、金型面(成形型面)からの「ず
り」によりベクトル力が加わるために、単なる長軸方向
への延伸による一軸配向とは異なり、ある基準軸に平行
に配向している傾向の強い形態をしている。そのため、
配向による異方性が少なく、捩りなどの変形にも強いと
いう特徴が発現される。
According to the method (ii), the external force at the time of orientation molding acts inward toward the material body opposite to the stretching, so that the material is in a dense state. As a result, the interface between the surface bioactive bioceramic powder and the matrix polymer changes to a more intimate state, and even microvoids intervening at the interface disappear during the mixing process, resulting in higher densities. Can be That is,
Both are more integrated. In addition, the resulting composite exhibits significantly higher strength because the polymer of the matrix is oriented in the molecular chain axis and the crystalline phase. The form is as shown in the above-mentioned FIG. 6 [Particle strengthening + matrix strengthening type] (c), which is clearly different from the conventional strengthening method by compounding materials. In the case of pressure orientation molding by press-fit filling , especially in the case of compression orientation molding by press-fit filling ,
As shown in FIG. 1, since a vector force is applied by "shear" from a mold surface (molding mold surface), unlike a uniaxial orientation by merely stretching in a major axis direction, the orientation is parallel to a certain reference axis. Has a strong tendency to do. for that reason,
The characteristic that the anisotropy due to orientation is small and that it is resistant to deformation such as twisting is exhibited.

【0072】(iii) 本発明にかかわる圧入充填による
加圧成形により、本質的に分子鎖軸あるいは結晶相が選
択的に配向したブロック状、プレ−ト状、ピン状、ロッ
ド状、円盤状等の二次成形体を得る。その後に、必要に
応じて更にフライス加工、切削加工、ネジ切り加工、孔
開け加工等を施して、スクリュ−状、ピン状、ロッド
状、円盤状、ボタン状、筒状等の所望形状のインプラン
トに仕上げられる。但し、ここで言う圧入充填による
縮あるいは鍛造成形によって加圧配向によって配向成形
体を得る方法とは、典型的には、溶融成形物であるビレ
ットをそれ自体よりも径、厚み、あるいは幅のいずれか
が部分的あるいは全体的に小さい成形型の狭い空間に、
連続的あるいは断続的に強制的に加圧して押し込む成形
法のことを意味する。従って、材料を引き延ばす延伸に
よる配向成形とは、方法および得られた成形物が本質的
に異なるものである。
(Iii) By pressure molding by press-fitting and filling according to the present invention, blocks, plates, pins, rods in which the molecular chain axis or crystal phase is essentially selectively oriented. To obtain a disk-shaped secondary molded body. After that, if necessary, milling, cutting, threading, drilling, etc. are performed, and implants of desired shape such as screw, pin, rod, disk, button, and cylinder are formed. Finished. However, where the method of obtaining an oriented molded body by pressure orientation I by the pressure <br/> condensation or forging molding by press-fit filling say, typically, than itself the billet is melt-molded product Any one of the diameter, thickness, or width is partially or wholly small in the narrow space of the mold,
It refers to a molding method in which continuous or intermittent forcible pressure is applied. Therefore, the method and the obtained molded product are essentially different from the orientation molding by stretching in which the material is stretched.

【0073】(iv) 変形度 変形度R=So/S(但し、Soはビレットの断面積、
Sは加圧配向された成形体の断面積)は3/2〜5/1
の範囲で圧入充填による加圧配向成形すれば良い。変形
度が3/2未満では圧入充填による加圧配向の度合が低
くて高い強度が得られず、5/1より大きいと変形が容
易でなく、成形途中に割れ目が発生したり、フィブリル
化が生じて異方性も大きくなるので望ましくない。最も
安定して成形できるRの範囲は2/1〜4/1である。
(Iv) Deformation degree Deformation degree R = So / S (where So is the sectional area of the billet,
S is the cross-sectional area of the molded article oriented under pressure) is 3/2 to 5/1
The pressure orientation molding by press-fitting may be performed within the range described above. When the degree of deformation is less than 3/2, the degree of pressure orientation by press-fitting is low, and high strength cannot be obtained. As a result, the anisotropy increases, which is not desirable. The range of R that can be most stably formed is 2/1 to 4/1.

【0074】(v) 塑性変形温度 塑性変形させる温度は冷間、要するに[ガラス転移点
(Tg)以上溶融温度(Tm)以下の結晶が生ずる適当
な温度(Tc)]であるが、例えばポリ乳酸の場合、T
g(60〜65℃) からTm(175〜185℃) の間
の結晶化に適した温度( Tc) を選べばよい。即ち、予
備成形体の塑性変形温度が該ポリマーのガラス転移温度
以上溶融温度以下の間の結晶化可能な温度である。経験
的には、120℃以上の高温では分子のすべりが生ずる
ので、良好な加圧配向状態は得られ難く、また、80℃
以下では非晶相の比率がかなり大きくなるので皮質骨程
度の強度の高い配向成形体を得難い。従って、好ましい
温度の範囲は80〜120℃であり、更に好ましくは9
0〜110℃である。また、モノマー比率が前記の範囲
である乳酸−グリコール共重合体のTgは50〜55℃
であるが、好ましい塑性変形の温度は単一重合体のそれ
と殆ど変わらない。
(V) Plastic deformation temperature The plastic deformation temperature is cold, that is, [appropriate temperature (Tc) at which a crystal having a glass transition point (Tg) or higher and a melting temperature (Tm) or lower] is formed. In the case of T
A temperature (Tc) suitable for crystallization between g (60-65 ° C) and Tm (175-185 ° C) may be selected. That is,
The plastic deformation temperature of the preform is the glass transition temperature of the polymer
This is the temperature at which crystallization can be performed between the melting point and the melting point . Empirically, at a high temperature of 120 ° C. or higher, molecular slip occurs, so that it is difficult to obtain a good pressure alignment state.
In the following, since the ratio of the amorphous phase becomes considerably large, it is difficult to obtain an oriented molded body having a strength as high as that of cortical bone. Therefore, the preferable temperature range is 80 to 120 ° C, more preferably 9 to 120 ° C.
0-110 ° C. Further, the Tg of the lactic acid-glycol copolymer having the monomer ratio in the above range is 50 to 55 ° C.
However, the preferred plastic deformation temperature is almost the same as that of the single polymer.

【0075】(vi) 塑性変形圧力等 塑性変形時に加える圧力は変形度R、加圧配向に要する
時間(変形速度と加熱している時間)、および予備成形
体を収容するSo断面をもつ成形型のキャビティから、
Soよりも小さなSの断面積をもつ成形型のキャビティ
に圧縮するときの経路の絞り角度(θ)(10°〜60
°の範囲で任意に選択できる)との関係で決まるが、3
00〜10,000kg/cm2 、好ましくは500〜
5000kg/cm2 である。加熱時間は結晶化とその
成長速度を配慮すると、1〜5分である。
(Vi) Plastic Deformation Pressure, etc. The pressure applied during plastic deformation is the degree of deformation R, the time required for pressure orientation (deformation speed and heating time), and a mold having a So section for accommodating the preform. From the cavity
The contraction angle (θ) of the path when compressed into a cavity of a mold having an S cross-sectional area smaller than So (10 ° to 60 °).
° can be selected arbitrarily), but 3
00 to 10,000 kg / cm 2 , preferably 500 to
5000 kg / cm 2 . The heating time is 1 to 5 minutes in consideration of crystallization and its growth rate.

【0076】(vii) 圧入充填による加圧配向の作用 かかる条件で塑性変形すると、例えば圧入充填によ
鍛造成形の場合、ビレットよりもより小さな径、厚み
あるいは幅をもつ狭いキャビティを有する成形型に加圧
充填するときに、型壁との間に摩擦による大きな剪断が
生じ、これがポリマ−が配向するための横、斜め方向の
外力(ベクトル力)として作用して結晶が選択的に配向
される。そして、配向軸の方向に成形体が圧縮され、ポ
リマ−とバイオセラミックス粉体の界面がより密着した
状態になるので質的に緻密になり、高い強度が得られる
わけである。即ち、冷間で圧入充填して塑性変形させる
ことにより、予備成形体に内向きの外力を加えて熱可塑
性ポリマーとバイオセラミックス粉体とを密着させてな
また、圧入充填による鍛造成形の場合、配向成
形時の外力は延伸とは逆の材料本体に向かった内向きに
作用するので、材料は緻密な状態になるそのために、
表面生体活性なバイオセラミックス粉体とマトリックス
ポリマーの界面はより密着した状態に変わり、混合過程
で界面に存在していた空気を介在したミクロなボイドさ
えも消滅するので高い緻密度が得られる。つまり、両者
はより一層一体化するのである。 加えて、マトリックス
のポリマーは分子鎖軸と結晶相が配向するので、得られ
た複合材料は著しく高い強度を示す。 しかしなが
ら、該ポリマー系を単純に、押出し、引抜き、延伸によ
り機械方向に配向させる方法では、横方向(側面)はフ
リ−(自由幅)であり、延伸過程で太さが細くなり、側
面からは外力がかからない。そのため、一軸(長軸)方
向にのみ分子鎖と結晶が配向した一軸配向成形体とな
る。そして、これは配向軸方向に成形体が延伸されてい
るために質的には延伸以前よりも稀薄な材料(ボイドも
形成される)となるので、力学的に弱く、また、本発明
の成形体よりも異方性が大きく、機械強度もまた小さ
い。
(Vii) Effect of Pressing Orientation by Press-Filling If plastic deformation occurs under such conditions, for example, press-fitting
In the case of forging, when a mold having a narrow cavity having a smaller diameter, thickness or width than a billet is pressure-filled, a large shear due to friction occurs between the mold wall and the polymer. The crystal is selectively oriented by acting as an external force (vector force) in the horizontal and oblique directions. Then, the compact is compressed in the direction of the orientation axis, and the interface between the polymer and the bioceramics powder becomes more closely contacted, so that the compact becomes qualitatively dense and high strength is obtained. That is, plastic deformation is performed by cold press-fitting.
By applying an inward external force to the preform,
The conductive polymer and the bioceramic powder
You . In the case of forging by press-fitting, the orientation
External force at the time of forming is inward toward the material body opposite to the stretching
As it works, the material is in a dense state . for that reason,
Surface bioactive bioceramic powder and matrix
The polymer interface changes to a more intimate state,
Micro voids with air existing at the interface
Since the fly disappears, a high density can be obtained. In other words, both
Is even more integrated. In addition, the matrix
Is obtained because the molecular chain axis and the crystal phase are oriented.
The composite material shows significantly higher strength . However, in the method in which the polymer system is simply oriented in the machine direction by extrusion, drawing, or stretching, the lateral direction (side surface) is free (free width), the thickness is reduced in the stretching process, and No external force is applied. Therefore, a uniaxially oriented product in which the molecular chains and crystals are oriented only in the uniaxial (long axis) direction. Since the molded body is stretched in the direction of the orientation axis, the material is qualitatively a thinner material (voids are also formed) than before stretching, and is mechanically weak. It has greater anisotropy and less mechanical strength than the body.

【0077】ビレットを圧入充填による加圧配向成形す
ると、成形途中の配向時に結晶化が進行する。結晶化度
は成形時間と温度により変わるが、本発明のようにフィ
ラ−である表面生体活性なバイオセラミックス粉体を多
量に含んでいる複合材料の場合、マトリックスポリマ−
の結晶の成長は該バイオセラミックスによって阻害さ
れ、また塑性変形時の圧力で結晶が細かく破壊される傾
向があるので、結晶化度はマトリックスポリマ−単独で
同様な配向のための成形をした場合よりもやや小さくな
る。これは生体中での分解の速さと組織反応の観点から
すれば好ましい現象である。
When the billet is subjected to pressure orientation molding by press-fitting , crystallization proceeds during orientation during molding. The degree of crystallinity varies depending on the molding time and temperature. In the case of a composite material containing a large amount of surface bioactive bioceramic powder as a filler as in the present invention, a matrix polymer is used.
Crystal growth is inhibited by the bioceramics, and the crystal tends to be finely broken by the pressure at the time of plastic deformation. Slightly smaller. This is a preferable phenomenon from the viewpoint of the speed of decomposition in a living body and the tissue reaction.

【0078】(C)インプラント材料の物性等の特徴 (i) 本発明の圧入充填による加圧配向成形体は、成形
時の圧力で圧縮されて緻密になっているが、その結晶の
配向する基準軸が多いものほど強度的な異方性も減少し
ている。一方、基準軸が一軸の場合、結晶(分子鎖)は
基準軸方向に一様に平行に配列している。そのため、本
発明の圧入充填による加圧配向成形体は、曲げ強度、曲
げ弾性率、引張強度、引裂き強度、剪断強度、捩り強
度、表面硬度などの力学的性質がバランスよく向上し、
破壊が生じ難い。
(C) Characteristics of the physical properties of the implant material and the like (i) The press- oriented molded product of the present invention by press-fitting is compacted by compression at the time of molding. As the number of axes increases, the strength anisotropy also decreases. On the other hand, when the reference axis is uniaxial, the crystals (molecular chains) are arranged uniformly parallel to the reference axis direction. Therefore, the press- oriented molded product by press-fitting of the present invention has improved mechanical properties such as flexural strength, flexural modulus, tensile strength, tear strength, shear strength, torsional strength, and surface hardness in a well-balanced manner.
Hard to break.

【0079】(ii) 物性 本発明のインプラント材料は、曲げ強度が150〜32
0MPa、曲げ弾性率が6〜15GPaであるものが、
表面生体活性なバイオセラミックスの充填量、変形度及
び分子量の大きさに依存して得られる。即ち、上記成形
体が、曲げ強度が150〜320MPa、曲げ弾性率が
6〜15GPaである。また、他の物理的強度の範囲は
引張強度80〜180MPa、剪断強度100〜150
MPa、圧縮強度100〜150MPaであるものが得
られ、これらは総体的にヒトの皮質骨の強さに似ている
のでインプラントとして理想に近いと言える。即ち、上
記配向成形体が、引張強度80〜180MPa、剪断強
度100〜150MPa、圧縮強度100〜150MP
aである。例えば、前述の初期粘度平均分子量範囲を有
するL−乳酸のホモポリマ−に平均粒径5μmのHA3
0重量%を均一に混合・分散した場合、ビレットを用
い、変形度R=So/Sが1.5以上となるように冷間
で加圧配向成形して得られる加圧配向成形体は、曲げ強
度が250MPa以上に達するものが得られ、皮質骨の
曲げ強度を十分越えている。配向の度合を変える変形度
Rを大きくすると、複合材料の機械方向の機械強度は向
上する。また、同時に表面生体活性なバイオセラミック
ス粉体の充填量が多いと、弾性率の高いものが得られ
る。そして、曲げ強度で300MPaを越えるもの、弾
性率が皮質骨の15GPaに近いものが得られる。この
弾性率6〜15GPaの範囲は数値の上では大差がない
ように思われるが、約10GPa以上ではそれ以下と比
べると、実際の使用上、挿入時の曲がり難さ、たわみ難
さ、プレートの変形し難さ或いは剛性に大きな違いがあ
るので、骨接合材などとして使う際の物理的有用性に数
値以上の差異が認められる。
(Ii) Physical properties The implant material of the present invention has a bending strength of 150 to 32.
0 MPa, the one having a flexural modulus of 6 to 15 GPa,
The surface is obtained depending on the amount of the bioactive bioceramics, the degree of deformation and the size of the molecular weight. That is, the above molding
The body has a bending strength of 150 to 320 MPa and a flexural modulus of elasticity.
It is 6 to 15 GPa . Other physical strength ranges are tensile strength of 80 to 180 MPa and shear strength of 100 to 150.
MPa and a compressive strength of 100 to 150 MPa are obtained, which are almost ideal as implants because they generally resemble the strength of human cortical bone. That is, on
The oriented molded product has a tensile strength of 80 to 180 MPa and a shear strength.
Degree 100-150MPa, compressive strength 100-150MPa
a . For example, a homopolymer of L-lactic acid having the above-mentioned initial viscosity average molecular weight range is added to HA3 having an average particle size of 5 μm.
When 0% by weight is uniformly mixed and dispersed, a pressure-oriented molded product obtained by cold pressure-oriented molding using a billet so that the degree of deformation R = So / S becomes 1.5 or more is: A material having a bending strength of at least 250 MPa is obtained, which sufficiently exceeds the bending strength of cortical bone. Increasing the degree of deformation R that changes the degree of orientation increases the mechanical strength of the composite material in the machine direction. At the same time, if the amount of bioceramic powder that is bioactive on the surface is large, a material having a high elastic modulus can be obtained. Then, those having a bending strength exceeding 300 MPa and those having an elastic modulus close to 15 GPa of cortical bone can be obtained. This range of elastic modulus of 6 to 15 GPa does not seem to be much different from the numerical value. Since there is a large difference in the difficulty of deformation or the rigidity, a difference of more than a numerical value is recognized in the physical usefulness when used as an osteosynthesis material or the like.

【0080】(iii) 本発明の圧入充填による加圧配向
した高強度の複合化されたロッド状などの成形体を、更
に切削などの方法で最終成形物に切り出し、医療用イン
プラントを得ることができる。 (iv) インプラント材料の特徴 本発明のインプラント材料は: 大きさが0.2〜50μmの微粒子あるいはその集
合塊(クラスター)を10〜60重量%の多量且つ緻密
に含んでいるので、その表面を切削加工などで削ったも
のは、表面生体活性なバイオセラミックス粒子が表面に
多数顕在しており、埋入後の初期時点で、生体適合性が
良く、該バイオセラミックスが直接生体骨と結合するの
で初期固定性を増す。即ち、生体内分解吸収性である結
晶性の熱可塑性ポリマーマトリックス中に粒子又は粒子
の集合塊の大きさが0.2〜50μmの表面生体活性な
バイオセラミックス粉体の10〜60重量%を実質的に
均一に分散させた成形体からなる複合材料である
(Iii) A high-strength composite rod-shaped molded article that has been oriented under pressure by press-fitting and filling according to the present invention is further cut out into a final molded article by a method such as cutting to obtain a medical implant. it can. (Iv) Characteristics of Implant Material The implant material of the present invention contains fine particles having a size of 0.2 to 50 μm or clusters thereof in a large amount of 10 to 60% by weight and densely. In the material cut by cutting, etc., a large number of surface bioactive bioceramic particles are prominent on the surface, and at the initial point after implantation, biocompatibility is good, and the bioceramic is directly bonded to living bone Increase initial fixation. In other words, the results are
Particles or particles in a crystalline thermoplastic polymer matrix
Agglomerates with a size of 0.2-50 μm
Substantially 10 to 60% by weight of bioceramic powder
It is a composite material consisting of a uniformly dispersed molded body .

【0081】 適当な分子量とその分子量分布をもつ
ポリマーの分子鎖あるいは結晶が配向しているポリマー
マトリックスが配向により強化された新規複合強化方法
によって作られているので、初期高強度が付与され、か
つ、それに近い強度が骨癒合に必要な少なくとも2〜4
ケ月間は維持され、その後は組織反応を起こさない速さ
で徐々に分解されるように設計できる。 表面生体活
性なバイオセラミックス粉体は複合材料の内部まで連続
して存在しているので、徐々に分解して表面に露呈する
ことにより生体骨と結合することに寄与する。また、表
面生体活性なバイオセラミックス粉体は骨誘導、骨伝導
を促進して、最終的にポリマーの消滅した空洞を速やか
に充填するので、生体骨の置換が効率良く行われる。
複合材料中には、表面生体活性なバイオセラミックス
微粒子が多量に含まれているので、単純X線写真に程良
く写し出すことができ、ポリマーのみの場合不可能であ
った治療の具合、治療の過程のレントゲン観察が効果的
にできる。さらに、マトリックスポリマーと表面生体活
性なバイオセラミックスは過去に臨床に実用された実績
があり、しかも生体に安全であり、生体適合性にも優れ
ている。従って、このインプラント用の複合材料は理想
的な生体材料の一つといえる。
Since the polymer matrix in which the molecular chains or crystals of the polymer having an appropriate molecular weight and its molecular weight distribution are oriented is made by a novel composite strengthening method enhanced by orientation, the initial high strength is imparted, and A strength close to that is at least 2 to 4 necessary for bone fusion
It can be designed to be maintained for a period of months and then be gradually degraded at a rate that does not cause a tissue reaction. Since the surface bioactive bioceramic powder is continuously present inside the composite material, it gradually decomposes and exposes to the surface, thereby contributing to bonding with the living bone. In addition, the surface bioactive bioceramic powder promotes osteoinduction and osteoconduction, and finally quickly fills the voids where the polymer has disappeared, so that the replacement of living bone is performed efficiently.
Since the composite material contains a large amount of surface bioactive fine particles of bioceramics, it can be adequately projected on a plain X-ray photograph, and the treatment condition and treatment process that was impossible with only a polymer alone X-ray observation can be effectively performed. Furthermore, matrix polymers and surface bioactive bioceramics have been used in clinical practice in the past, and are safe for living organisms and have excellent biocompatibility. Therefore, this composite material for an implant can be said to be one of ideal biomaterials.

【0082】[0082]

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、これらは本発明の範囲を制限しない。種々の物性
値についての測定法を以下に説明する。 圧縮曲げ強
度、圧縮曲げ弾性率:JIS−K−7203(198
2)に準じて測定した。 引張強度:JIS−K−7113(1981)に準
じて測定した。 剪断強度:R.SUURONENらの方法〔R.SUURONEN ,T.PO
HJONEN et al ,J.Mater.Med, (1992)426〕により測定し
た。 密度:JIS−K−7112(1980)に準じて
測定した。 結晶化度:示差走査型熱量計(DSC)測定による
融解ピークのエンタルピーより算出した。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, which do not limit the scope of the present invention. Measurement methods for various physical property values will be described below. Compression bending strength, compression bending elastic modulus: JIS-K-7203 (198
It was measured according to 2). Tensile strength: Measured according to JIS-K-7113 (1981). Shear strength: R.SUURONEN et al. [R.SUURONEN, T.PO
HJONEN et al, J. Mater. Med, (1992) 426]. Density: Measured according to JIS-K-7112 (1980). Crystallinity: Calculated from the enthalpy of the melting peak measured by a differential scanning calorimeter (DSC).

【0083】(実施例1)<圧入充填による圧縮成形;
その例1> 粘度平均分子量40万のポリL−乳酸(PLLA)をジ
クロロメタンに4重量%溶かした溶液中に、表面生体活
性なバイオセラミックスとして最大粒径31.0μm、
最小粒径0.2μm、平均粒径1.84μmのハイドロ
キシアパタイト(HA)(900℃焼成)のエチルアル
コ−ル懸濁液を加えて撹拌し、HAを二次凝集させるこ
となく均一に分散させた。更に、撹拌しながらエチルア
ルコ−ルを加えてPLLAとHAを共沈させた。次い
で、これを濾過し、完全に乾燥して、その内部に上記の
粒径をもつHAがそれぞれ20、30、40、50、6
0重量%の割合で均一に分散しているPLLAの顆粒を
得た。これを押出機で185℃で溶融押出して、直径1
3.0mm、長さ40mm、粘度平均分子量が25万の
円柱状のビレットを得た。次いで、図3、図4に示され
るように、このビレットを直径13.0mmの孔の収容
筒部中にて110℃に加熱し、この収容筒部と縮径部を
介して連結した直径7.8mm、長さ90mmの孔を有
するキャビティに圧入して成形することにより、このキ
ャビティの孔と同形状で、HAが均一に分散しているP
LLAとHAが複合化された圧入充填による圧縮配向成
形体を得た。但し、θ=15°である。ここで得られた
成形体の断面積をS、塑性変形以前のビレットの断面積
をSoとすると、変形度R=So/S=2.8である。
(Example 1) <Compression molding by press-fit filling ;
Example 1> In a solution obtained by dissolving 4% by weight of poly L-lactic acid (PLLA) having a viscosity average molecular weight of 400,000 in dichloromethane, a maximum particle size of 31.0 μm as a surface bioactive bioceramic was obtained.
Ethyl alcohol suspension of hydroxyapatite (HA) (calcined at 900 ° C.) having a minimum particle size of 0.2 μm and an average particle size of 1.84 μm was added and stirred to disperse HA uniformly without secondary aggregation. . Further, while stirring, ethyl alcohol was added to co-precipitate PLLA and HA. Then, it is filtered and dried completely, inside which HA having the above particle size is 20, 30, 40, 50, 6 respectively.
PLLA granules uniformly dispersed at a ratio of 0% by weight were obtained. This was melt-extruded at 185 ° C. with an extruder to obtain a diameter of 1 mm.
A cylindrical billet having a length of 3.0 mm, a length of 40 mm, and a viscosity average molecular weight of 250,000 was obtained. Then, as shown in FIGS. 3 and 4, the billet was heated to 110 ° C. in a housing cylinder having a hole having a diameter of 13.0 mm, and the billet was connected to the housing cylinder via a reduced-diameter portion. By press-fitting into a cavity having a hole having a length of 0.8 mm and a length of 90 mm, P is formed in the same shape as the hole of the cavity and HA is uniformly dispersed.
A compression-oriented molded product obtained by press-fitting in which LLA and HA were combined was obtained. However, θ = 15 °. Assuming that the cross-sectional area of the obtained compact is S and the cross-sectional area of the billet before plastic deformation is So, the degree of deformation R = So / S = 2.8.

【0084】表1に、得られた複合化HA/PLLAの
圧入充填による圧縮配向成形体(試料No.2,3,
4,5,6)と、PLLAのみから成る変形度2.8の
PLLAの圧入充填による圧縮配向成形体(試料No.
1:対照例1)、およびHA粒子を30重量%含むが
入充填による圧縮配向成形していない無配向の成形体
(試料No.3′対照例2)の物性を比較した。
Table 1 shows the obtained composite HA / PLLA.
Compressed orientation molded product by press-fitting (Sample Nos. 2, 3,
And 4,5,6), compression orientation molding body according to press-fit filling of PLLA modification degree 2.8 composed only PLLA (sample No.
1: Control Example 1) and containing 30% by weight of HA particles but at a pressure
The physical properties of a non-oriented compact (sample No. 3 ′, control example 2) that was not compression-oriented by filling and filling were compared.

【表1】 [Table 1]

【0085】表1に示すように、HAを含有して複合化
したPLLAの圧入充填による圧縮配向成形体の機械的
物性は著しく向上している。また、もう一つの対照例と
して、本発明の圧入充填による圧縮配向とは逆向きの材
料から離れる方向に配向のための力が加わり、また配向
の形態も異なる従来の一般的な一軸延伸方法により延伸
配向された成形物(試料No.7)の物性を表1に示し
た。延伸は110℃の流動パラフィン中で加熱後延伸す
るようにした。この成形物は延伸による変形時にフィラ
−とポリマーの界面を契機として材料が互いに移動のず
れを生ずるので、材料の表面は繊維状となってちぎれ、
内部は両者の界面を契機として無数の大小のボイドを形
成している劣悪な物質であった。そのため、再現性のあ
る物性値は得られず、その値は低かった。表1のNo.
7は、その中で最も良い値を示した。また、無数のボイ
ドを形成しているために、密度は0.924と低い希薄
な物質であり、外部からの生体液の浸入が容易であり、
加水分解速度も速いものと思われる。このことから、一
軸延伸では、本発明の目的とする物性を有する骨接合材
を得ることは不可能であることが実証された。また、骨
接合材として使用できない強度であった。
As shown in Table 1, the mechanical properties of the compression-orientation molded article obtained by press-fitting the PLLA containing HA and being compounded are remarkably improved. In addition, as another control example, a force for orientation is applied in a direction away from the material in the direction opposite to the compression orientation by press-fitting according to the present invention, and a conventional general uniaxial stretching method in which the form of orientation is also different. Table 1 shows the physical properties of the stretch-oriented molded product (Sample No. 7). The stretching was performed after heating in liquid paraffin at 110 ° C. In this molded product, when the material is deformed by stretching, the material shifts from each other due to the interface between the filler and the polymer, so that the surface of the material becomes fibrous and is torn.
The inside was a poor substance forming countless large and small voids at the interface between the two. Therefore, reproducible physical property values were not obtained, and the values were low. No. 1 in Table 1.
7 showed the best value among them. Also, because of the formation of countless voids, the density is 0.924, which is a dilute substance that is low, and the invasion of biological fluid from the outside is easy,
The hydrolysis rate seems to be fast. From this, it was proved that it was impossible to obtain an osteosynthesis material having the properties intended by the present invention by uniaxial stretching. Further, the strength was such that it could not be used as a bone bonding material.

【0086】(比較例1)<圧入充填による圧縮成形> 粘度平均分子量40万のPLLAと、表面生体活性なバ
イオセラミックスとして最大粒径100μm,平均粒径
60μmのHA(900℃焼成)を用いて、実施例1と
同様の方法と条件で30重量%のHAが均一に分散して
いるPLLA顆粒を得た。そして、これを実施例1と同
様に押出機にて溶融押出しして、直径13.0mm、長
さ40mm、粘度平均分子量が25万の円柱状のビレッ
トを得た。次いで、このビレットを実施例1と同様の方
法と条件で成形型の孔に圧入することにより、HAが均
一に分散しているR=2.8の複合化されたHA/PL
LAの圧入充填による圧縮配向成形体を得た。
(Comparative Example 1) <Compression Molding by Press-Filling > Using PLLA having a viscosity average molecular weight of 400,000, and HA having a maximum particle size of 100 μm and an average particle size of 60 μm (baked at 900 ° C.) as a surface bioactive bioceramic. Under the same method and conditions as in Example 1, PLLA granules in which 30% by weight of HA were uniformly dispersed were obtained. This was melt-extruded with an extruder in the same manner as in Example 1 to obtain a cylindrical billet having a diameter of 13.0 mm, a length of 40 mm, and a viscosity average molecular weight of 250,000. Then, the billet was pressed into the hole of the mold under the same method and conditions as in Example 1 to obtain a composite HA / PL of R = 2.8 in which HA was uniformly dispersed.
A compression-oriented molded product was obtained by press-fitting LA.

【0087】表2に、得られた成形体と実施例1のHA
30重量%含有した成形体(試料No.3)の物性を比
較した。
Table 2 shows the obtained molded articles and the HA of Example 1.
The physical properties of the compact (Sample No. 3) containing 30% by weight were compared.

【表2】 [Table 2]

【0088】HAの平均粒径が60μmである比較例1
は、平均粒径が1.84μmである実施例1(試料N
o.3)と比較して強度が低かった。さらに曲げ強度試
験では、比較例1は降伏点に到達して、最大荷重を示し
た時点で折損したが、実施例1(試料No.3)は折損
しなかった。これは、PLLAは高度に配向しているに
もかかわらず、大きなHAの粒子あるいは脆いHAの大
きな集合塊が多数分布するために、PLLAの配向のマ
トリックスがHAによって途切れ、その強度が生かされ
なくなったためと考えられる。これに対して、最大粒径
でさえも31.0μmの集合塊であるHAを含む実施例
1(試料No.3)の場合は、最大荷重を示した時点で
も折損することはなかった。同様に、後記する参考実施
例2の生体内吸収性のバイオセラミックスとして最大粒
径45μmの粒子あるいは、その集合塊を含む未焼成ハ
イドロキシアパタイトとの複合材料である圧入充填によ
圧縮配向成形体の場合も折損することがなかった。
Comparative Example 1 in which HA has an average particle size of 60 μm
In Example 1, the average particle size was 1.84 μm (sample N
o. The strength was lower than that of 3). Further, in the bending strength test, Comparative Example 1 was broken when reaching the yield point and showing the maximum load, but Example 1 (Sample No. 3) was not broken. This is because, although PLLA is highly oriented, a large number of large HA particles or large lumps of brittle HA are distributed, so that the matrix of PLLA orientation is interrupted by HA and its strength cannot be utilized. It is considered that On the other hand, in the case of Example 1 (sample No. 3) containing HA which is an aggregate lump having a maximum particle size of 31.0 μm, no breakage occurred even when the maximum load was exhibited. Similarly, as a bio-absorbable bioceramic in Reference Example 2 described later, particles having a maximum particle size of 45 μm or press-fitting, which is a composite material with unfired hydroxyapatite containing an aggregated mass thereof, are used .
In the case of the compression-oriented molded body, no breakage occurred.

【0089】(実施例2)<圧入充填による圧縮成形;
その例2> 粘度平均分子量が22万および18万のPLLAと、表
面生体活性なバイオセラミックスとして実施例1と同じ
HAを用いて、実施例1と同様の方法と条件で30重量
%のHAが均一に分散しているPLLA顆粒を得て、押
出機にて押出して、直径13.0mm、長さ40mm、
粘度平均分子量がそれぞれ15万と10万の円柱状のビ
レットを得た。次いで、このビレットを実施例1と同じ
成形型中に同様の方法で圧入することにより、HAが均
一に分散しているR=2.8のHA/PLLAの複合化
された圧入充填による圧縮配向成形体を得た。
(Example 2) <Compression molding by press-fit filling ;
Example 2> PLLA having a viscosity average molecular weight of 220,000 and 180,000 and 30% by weight of HA were obtained by using the same HA as in Example 1 as a surface bioactive bioceramic in the same manner and under the same conditions as in Example 1. PLLA granules which are uniformly dispersed are obtained, extruded by an extruder, and have a diameter of 13.0 mm, a length of 40 mm,
Cylindrical billets having a viscosity average molecular weight of 150,000 and 100,000, respectively, were obtained. Then, the billet was pressed into the same mold as in Example 1 in the same manner as described above, so that the HA was uniformly dispersed, and the compressed orientation was obtained by press-fitting the compounded HA / PLLA of R = 2.8. A molded article was obtained.

【0090】表3に、得られた圧入充填による圧縮配向
成形体と、対照例としてPLLAのみから成る各々と同
じ分子量の圧入充填による圧縮配向成形体の物性を比較
した。
[0090] Table 3, a compression oriented moldings of the press-fitting packing obtained were compared with the physical properties of the compression orientation molding body according to press-fit filling the same molecular weight as each consisting of only PLLA as a control example.

【表3】 粘度平均分子量が15万のビレットからの成形体は実施
例1と比較すると、強度はやや低いが、曲げ強度は骨接
合材としての使用に十分耐えられるものである。また、
PLLAのみの比較配向成形体よりも強度と弾性率が増
大した。これに対して、粘度平均分子量が10万のビレ
ットからの成形体は、PLLAのみのものよりも曲げ強
度は増大したが、降伏点において折損した。但し、表面
生体活性なバイオセラミックス粒子の充填量が10重量
%のときには、条件によって降状時に折損しないものが
得られる。ポリマ−は一般に分子量が低下すると、それ
特有の強度も低下する。粘度平均分子量が10万の成形
体は、多量のHAの混入によって複合材料としての靱性
が低下したので破断したと考えられる。従って、HAを
混入しても、なお十分な強度(剛性)と靱性を合わせ持
つために必要なビレットの粘度平均分子量の下限は10
万であると判断される。
[Table 3] A molded article made of a billet having a viscosity average molecular weight of 150,000 is slightly lower in strength than Example 1, but has a sufficient bending strength to be used as a bone bonding material. Also,
The strength and the elastic modulus were increased as compared with the comparative orientation molded article containing only PLLA. On the other hand, a molded article made of a billet having a viscosity average molecular weight of 100,000 had a higher flexural strength than that of PLLA alone, but broke at the yield point. However, when the filling amount of bioceramic particles having surface bioactivity is 10% by weight, a material which does not break at the time of descending is obtained depending on conditions. Generally, the lower the molecular weight of a polymer, the lower its inherent strength. It is considered that the molded article having a viscosity average molecular weight of 100,000 was broken because the toughness of the composite material was reduced by the incorporation of a large amount of HA. Therefore, even if HA is mixed, the lower limit of the viscosity average molecular weight of the billet required to have sufficient strength (rigidity) and toughness is 10 or less.
It is determined to be ten thousand.

【0091】(実施例3)<圧入充填による圧縮成形;
その例3> 粘度平均分子量40万のPLLAと、表面生体活性なバ
イオセラミックスとして実施例1と同じHAを用いて、
実施例1と同様の方法と条件で15重量%のHAが均一
に分散しているPLLA顆粒を得て、押出機にて押出し
して、直径13.0mm、長さ40mm、粘度平均分子
量が25万の円柱状のビレットを得た。次いで、図3に
示されるように、このビレットを直径13.0mmの収
容筒部と直径7.0mm、長さ113mmのキャビティ
を連結した成形型、または、直径14.5mmの収容筒
部と直径11.8mm、長さ57mmのキャビティを連
結した成形型で、実施例1と同様の方法と条件で、HA
が均一に分散している各々、R=3.5およびR=1.
5のHA/PLLAの複合化された圧入充填による圧縮
配向成形体を得た。但し、θ=15°である。
(Example 3) <Compression molding by press-fit filling ;
Example 3> Using PLLA having a viscosity average molecular weight of 400,000 and the same HA as in Example 1 as a surface bioactive bioceramic,
PLLA granules in which 15% by weight of HA were uniformly dispersed were obtained by the same method and under the same conditions as in Example 1 and extruded with an extruder to obtain a diameter of 13.0 mm, a length of 40 mm, and a viscosity average molecular weight of 25. Ten thousand cylindrical billets were obtained. Next, as shown in FIG. 3, the billet is formed by connecting a housing cylinder having a diameter of 13.0 mm to a cavity having a diameter of 7.0 mm and a length of 113 mm, or a housing cylinder having a diameter of 14.5 mm and a diameter of 14.5 mm. A mold having a cavity connected to a cavity having a length of 11.8 mm and a length of 57 mm.
Are uniformly dispersed, respectively, R = 3.5 and R = 1.
No. 5 was obtained by press-fitting the compounded HA / PLLA to obtain a compression-oriented molded product. However, θ = 15 °.

【0092】表4に、得られた成形体と、対照例として
PLLAのみから成るR=3.5およびR=1.5のP
LLAのみの圧入充填による圧縮配向成形体の物性を比
較した。
Table 4 shows the obtained compacts and, as a control, P = 3.5 and R = 1.5 consisting of PLLA only.
The physical properties of the compression-orientation molded product obtained by press-fitting only LLA were compared.

【表4】 この結果から、R=3.5の成形体は、同じ程度に高度
に配向したPLLAのみから成る圧入充填による圧縮配
向成形体の曲げ強度をさらに上回る、高い強度(剛性)
と高い靱性を有するものであった。結晶化度はPLLA
のみの成形体のそれよりも低いので、生体内での周囲の
組織に対する刺激、炎症性の低い材料である。これは、
HA粒子がPLLAの結晶の成長を阻害し、微結晶化に
作用したためと考えられる。R=1.5の成形体は、曲
げ強度はPLLAのみの成形体よりもわずかに大きい程
度であったが、用途によっては充分使用可能なインプラ
ント材料である。
[Table 4] From these results, it can be seen that the molded body with R = 3.5 has a higher strength (rigidity) that exceeds the flexural strength of the compression-oriented molded body formed by press-fitting only consisting of PLLA having the same high degree of orientation.
It had high toughness. Crystallinity is PLLA
Since it is lower than that of only a molded body, it is a material that is less irritating and irritating to surrounding tissues in a living body. this is,
It is considered that the HA particles inhibited the growth of PLLA crystals and acted on microcrystallization. The molded product with R = 1.5 has a bending strength slightly higher than that of the PLLA-only molded product, but is a sufficiently usable implant material depending on the application.

【0093】(実施例4)<圧入充填による圧縮成形;
その例4> 粘度平均分子量40万のPLLAと、表面生体活性なバ
イオセラミックスとして平均粒径2.7μmのアパタイ
トウォラストナイトガラスセラミックス(AW−GC)
を用いて、実施例1と同様の方法と条件で35重量%の
AW−GCが均一に分散しているPLLA顆粒を得て、
押出機にて溶融押出して、直径14.5mm、長さ45
mm、粘度平均分子量が22万の円柱状のビレットを得
た。次いで、図3に示されるように、このビレットを直
径14.5mmの収容筒部と直径9.6mm、長さ83
mmのキャビティを連結した成形型中に、実施例1と同
様の方法と条件で圧入充填し、AW−GCが均一に分散
しているR=2.3のAW−GC/PLLAの複合化さ
れた圧入充填による圧縮配向成形体を得た。但し、θ=
20°である。
Example 4 <Compression molding by press-fit filling ;
Example 4> PLLA having a viscosity average molecular weight of 400,000 and apatite wollastonite glass ceramic (AW-GC) having an average particle size of 2.7 μm as a surface bioactive bioceramic
To obtain PLLA granules in which 35% by weight of AW-GC is uniformly dispersed in the same manner and under the same conditions as in Example 1.
Melt extruded with an extruder, diameter 14.5mm, length 45
mm, and a cylindrical billet having a viscosity average molecular weight of 220,000 was obtained. Next, as shown in FIG. 3, the billet was placed in a housing cylinder having a diameter of 14.5 mm, a diameter of 9.6 mm, and a length of 83 mm.
AW-GC / PLLA with R = 2.3, in which AW-GC is uniformly dispersed, is press-fitted and filled into a mold having cavities connected to each other in the same manner and under the same conditions as in Example 1. A compression-oriented molded product was obtained by press-fitting . Where θ =
20 °.

【0094】表5に、得られた圧入充填による圧縮配向
成形体、および対照例としてPLLAのみから成るR=
2.3のPLLA圧入充填による圧縮配向成形体の物性
を比較した。
Table 5 shows that the obtained compression-oriented molded product by press-fitting and, as a control, R =
The physical properties of the compression-orientation molded product obtained by press-filling PLLA with 2.3 were compared.

【表5】 得られた成形体は、PLLAのみの成形体と比較して曲
げ強度が向上している。本材料を切削して表面にAW−
GCを露呈すると、AW−GCは骨誘導して数週後にH
A層を表面に旺盛に形成するので、骨結合、骨癒合及び
骨置換に極めて有効なインプラントとなり得るものであ
る。
[Table 5] The obtained molded body has improved bending strength as compared with the molded body of PLLA alone. AW-
When GC was exposed, AW-GC became H
Since the layer A is actively formed on the surface, it can be an extremely effective implant for osteointegration, bone fusion and bone replacement.

【0095】(参考実施例1)<圧入充填による圧縮成
形;その例5> 粘度平均分子量40万のPLLAと、生体内吸収性のバ
イオセラミックスとして最大粒径22.0μm、平均粒
径7.7μmのアルファ−型トリカルシウムホスフェ−
ト(α−TCP)を用いて、実施例1と同様の方法と条
件で25重量%のα−TCPが均一に分散しているPL
LA顆粒を得て、押出機にて溶融押出しして、直径1
3.0mm、長さ40mm、粘度平均分子量が25万の
円柱状のビレットを得た。次いで、図3に示されるよう
に、このビレットを直径13.0mmの収容筒部と、直
径7.5mm、長さ96mmのキャビティを連結した成
形型中に、実施例1と同様の方法と条件で圧入充填し、
α−TCPが均一に分散しているR=3.0のα−TC
P/PLLAの複合化された圧入充填による圧縮配向成
形体を得た。但し、θ=15℃である。
(Reference Example 1) <Compression molding by press-fitting ; Example 5> PLLA having a viscosity-average molecular weight of 400,000 and a bio-absorbable bioceramic having a maximum particle size of 22.0 μm and an average particle size of 7.7 μm Alpha-type tricalcium phosphate
(Α-TCP), and a PL in which 25% by weight of α-TCP is uniformly dispersed in the same manner and under the same conditions as in Example 1.
LA granules were obtained and melt extruded with an extruder to obtain a diameter of 1
A cylindrical billet having a length of 3.0 mm, a length of 40 mm, and a viscosity average molecular weight of 250,000 was obtained. Next, as shown in FIG. 3, this billet was placed in a mold having a 13.0 mm diameter cylindrical housing and a 7.5 mm diameter, 96 mm long cavity connected to each other by the same method and conditions as in Example 1. And press-fit
α-TC of R = 3.0 in which α-TCP is uniformly dispersed
A compression-oriented molded product obtained by press-fitting with a composite of P / PLLA was obtained. However, θ = 15 ° C.

【0096】表6に、得られた圧入充填による圧縮配向
成形体と、対照例としてPLLAのみから成るR=3.
0の成形体の物性を比較した。
Table 6 shows the obtained compression-oriented molded product by press-fitting and, as a control, R = 3.
The physical properties of the molded articles of No. 0 were compared.

【表6】 得られた成形体は、HA複合の成形体などと同様、高強
度を有するものであり、その曲げ強度、弾性率はPLL
Aのみの成形体を上回っている。α−TCPは焼結HA
よりも生体活性度が高いので、骨置換に有効な高強度イ
ンプラントとなり得るものである。
[Table 6] The obtained molded body has a high strength similarly to the HA composite molded body, and its bending strength and elastic modulus are PLL.
It exceeds the molded product of only A. α-TCP is sintered HA
Therefore, it can be a high strength implant that is effective for bone replacement.

【0097】(参考実施例2)<圧入充填による圧縮成
形;その例6> 粘度平均分子量36万のPLLAと、生体内吸収性のバ
イオセラミックスとして最大粒径45μm、平均粒径
3.39μmの未焼成ハイドロキシアパタイト(wet −
HA)を用いて、実施例1と同様の方法と条件で40重
量%のHAが均一に分散しているPLLA顆粒を得て、
押出機にて溶融押出しして、直径10.0mm、長さ4
0mm、粘度平均分子量が20万の円柱状のビレットを
得た。
(Reference Example 2) <Compression molding by press-fitting ; Example 6> PLLA having a viscosity-average molecular weight of 360,000 and a bio-absorbable bioceramic having a maximum particle size of 45 μm and an average particle size of 3.39 μm Calcined hydroxyapatite (wet −
Using HA), PLLA granules in which 40% by weight of HA were uniformly dispersed were obtained in the same manner and under the same conditions as in Example 1.
Extrusion with an extruder, diameter 10.0mm, length 4
A cylindrical billet having 0 mm and a viscosity average molecular weight of 200,000 was obtained.

【0098】<活性度の測定> より活性度が高いか否かを調べるために、上記参考実施
例2で用いたPLLAにそれぞれ焼成HA(表面生体活
性なバイオセラミックス)と未焼成HA(生体内吸収性
のバイオセラミックス)を40重量%含むビレット2個
を作成し、各ビレットから小片(10×10×2mm)
を作成し、この両者を凝似体液に浸漬して、その表面に
沈積するリン酸カルシウム成分の多少を観察した。その
結果、未焼成HA/PLLAは3日後から多量の結晶が
沈積しはじめ6日後に結晶の層が全面を覆ったのに対し
て、焼成HA/PLLAのそれは6日後でも結晶は全面
を覆わなかった。焼成HA粉体は骨細胞により吸収され
て消失せず、場合によっては細胞が貧食後、再び吐き出
すことも確認されており、また粉体が組織反応を惹起す
る危険性も指摘されている。しかし、未焼成のHAは、
生体に吸収され消失するという完全吸収性をもち、生体
のHAと化学的に同物質であるので、かかる問題はな
い。現在までに未焼成HA/PLLAの高強度インプラ
ントは全く開発されていない。次いで、図3に示される
ように、このビレットを直径10.0mmの収容筒部と
直径7.0mm、長さ76mmのキャビティを連結した
成形型中に、実施例1と同様の方法と条件で圧入充填
し、未焼成HAが均一に分散しているR=2.0の圧入
充填による圧縮配向成形体を得た。但し、θ=30°で
ある。
<Measurement of Activity> In order to check whether the activity is higher or less, the PLLA used in the above-mentioned Reference Example 2 was baked HA (surface bioactive bioceramic) and unfired HA (in vivo), respectively. Two billets containing 40% by weight of absorptive bioceramics were prepared, and a small piece (10 × 10 × 2 mm) was prepared from each billet.
Were immersed in a pseudo-body fluid, and the amount of calcium phosphate component deposited on the surface was observed. As a result, in the unfired HA / PLLA, a large amount of crystals began to be deposited after 3 days, and the crystal layer covered the entire surface after 6 days, whereas in the fired HA / PLLA, the crystal did not cover the entire surface even after 6 days. Was. It has been confirmed that the calcined HA powder is not absorbed by the bone cells and does not disappear. In some cases, it is confirmed that the cells exhale again after poor eating, and it has been pointed out that the powder may cause a tissue reaction. However, unfired HA is
Such a problem does not occur because it has complete absorbability to be absorbed by the living body and disappears and is chemically the same as HA of the living body. To date, no high strength HA / PLLA implants have been developed. Next, as shown in FIG. 3, the billet was placed in a mold having a 10.0 mm diameter housing cylinder and a 7.0 mm diameter, 76 mm long cavity connected by the same method and conditions as in Example 1. Press-fitting, press-fitting of R = 2.0 with unsintered HA uniformly dispersed
A compression-oriented molded product by filling was obtained. However, θ = 30 °.

【0099】表7に、得られた圧縮配向成形体と、対照
例としてPLLAのみから成るR=2.0の成形体の物
性を比較した。
Table 7 compares the physical properties of the obtained compression-oriented molded article and a molded article of R = 2.0 composed of only PLLA as a control.

【表7】 未焼成HA/PLLAの複合化された圧入充填による
縮配向成形体の曲げ強度は、実施例1の焼成したHA複
合の圧入充填による圧縮配向成形体の場合と同様に、P
LLAのみからなる成形体の強度よりも高い値を示し
た。未焼成HAは生体活性度が焼成HAよりもかなり高
いので、高い生体活性な複合化された高強度インプラン
ト材料が得られた。未焼成HAは焼結されていないの
で、それ自体は無機化学物質であり、セラミックスのよ
うに強度の高い粉体ではないが、焼結による化学的変性
はないので、より生体のハイドロキシアパタイトに近い
物質である。本参考実施例2においては、マトリックス
ポリマーが強化されたので、未焼成HAもまた焼成HA
の場合と同様の強度をもつ複合材料にすることができ
た。
[Table 7] The flexural strength of the uncompressed HA / PLLA composite press-fitted molded product by press-fitting is the same as that of the compressed orientation molded product of press-filled baked HA composite of Example 1, as in the case of the compression-oriented molded product.
The value was higher than the strength of the molded body composed of only LLA. Unfired HA has significantly higher bioactivity than fired HA, resulting in a highly bioactive composite high strength implant material. Since unfired HA is not sintered, it is an inorganic chemical substance itself and is not a powder having high strength like ceramics. However, since there is no chemical modification due to sintering, it is closer to biological hydroxyapatite. Is a substance. In the present reference example 2, since the matrix polymer was strengthened, the unfired HA was also fired HA.
It was possible to obtain a composite material having the same strength as in the case of (1).

【0100】(参考実施例3)<圧入充填による圧縮成
形;その例7> 粘度平均分子量40万のPLLAと、生体内吸収性のバ
イオセラミックスとして最大粒径45μm、平均粒径
2.91μmのベ−タ型トリカルシウムホスフェ−ト
(β−TCP)を用いて、実施例1と同様の方法と条件
で30重量%のβ−TCPが均一に分散しているPLL
A顆粒を得て、押出機にて溶融押出しして、直径13.
0mm、長さ40mm、粘度平均分子量が25万の円柱
状のビレットを得た。次いで、図3に示されるように、
このビレットを、直径13.0mmの収容筒部と直径
8.6mm、長さ74mm、または、直径7.8mm、
長さ90mmのキャビティを連結した成形型中に、実施
例1と同様の方法と条件で圧入充填し、β−TCPが均
一に分散しているRがそれぞれ2.3と2.8のβ−T
CP/PLLAの複合化された圧入充填による圧縮配向
成形体を得た。但し、θ=15°である。
(Reference Example 3) <Compression molding by press-fitting ; Example 7> PLLA having a viscosity average molecular weight of 400,000 and a bioabsorbable bioceramic having a maximum particle size of 45 μm and an average particle size of 2.91 μm PLL in which 30% by weight of β-TCP is uniformly dispersed in the same manner and under the same conditions as in Example 1 using tri-type tricalcium phosphate (β-TCP).
A granule was obtained and melt-extruded with an extruder to obtain a diameter of 13.
A cylindrical billet having a length of 0 mm, a length of 40 mm, and a viscosity average molecular weight of 250,000 was obtained. Then, as shown in FIG.
This billet is accommodated in a housing cylinder having a diameter of 13.0 mm and a diameter of 8.6 mm, a length of 74 mm, or a diameter of 7.8 mm.
A 90 mm long cavity is connected to a mold by press-fitting under the same method and conditions as in Example 1, and β-TCP in which β-TCP is uniformly dispersed is 2.3 and 2.8, respectively. T
A compression-oriented molded product obtained by press-fitting a composite of CP / PLLA was obtained. However, θ = 15 °.

【0101】表8に、得られた圧入充填による圧縮配向
成形体と、実施例1のHA(900℃焼成)が30重量
%分散しているR=2.8の複合化されたHA/PLL
Aの圧入充填による圧縮配向成形体の物性を比較した。
Table 8 shows the obtained compression-oriented molded product by press-fitting and the composite HA / PLL of R = 2.8 in which 30% by weight of the HA of Example 1 (fired at 900 ° C.) is dispersed.
The physical properties of the compression-oriented molded articles obtained by press-fitting and filling A were compared.

【表8】 得られた成形体は、表5および表1に示したRがそれぞ
れ2.3と2.8のPLLAのみの成形体の曲げ強度よ
りも大きい。また、R=2.8のものは、同じRの圧入
充填による圧縮配向成形体と同程度の曲げ強度を有して
いることから、β−TCPを複合させることによっても
高強度の圧縮配向成形体が得られることが明らかとなっ
た。
[Table 8] The obtained molded product has a larger flexural strength than the molded product of PLLA only in which R shown in Table 5 and Table 1 is 2.3 and 2.8, respectively. In the case of R = 2.8, the same R is press-fitted.
Since it has the same bending strength as the compression-orientation molded product due to filling , it has been clarified that a high-strength compression-orientation molding can be obtained by combining β-TCP.

【0102】(参考実施例4)<圧入充填による圧縮成
形;その例8> 粘度平均分子量40万のPLLAと、生体内吸収性のバ
イオセラミックスとして最大粒径30.0μm、平均粒
径10.0μmのテトラカルシウムホスフェ−ト(Te
CP)を用いて、実施例1と同様の方法と条件で15重
量%と25重量%のTeCPが均一に分散しているPL
LA顆粒を得て、圧縮成形機にて溶融させて、直径1
3.0mm、長さ40mm、粘度平均分子量が25万の
円柱状のビレットを得た。次いで、図3に示されるよう
に、このビレットをTeCPが15重量%含有のものは
実施例3と同じ成形型中に、またTeCPが25重量%
含有のものは実施例5と同じ成形型中に、実施例1と同
様の方法と条件で圧入することにより、TeCPが均一
に分散しているRがそれぞれ3.5と3.0のTeCP
/PLLAの圧入充填による圧縮配向成形体を得た。但
し、θ=15°である。
(Reference Example 4) <Compression molding by press-fit filling ; Example 8> PLLA having a viscosity average molecular weight of 400,000 and a bioabsorbable bioceramic having a maximum particle size of 30.0 μm and an average particle size of 10.0 μm Of tetracalcium phosphate (Te
CP) in which 15 wt% and 25 wt% of TeCP are uniformly dispersed using the same method and conditions as in Example 1.
LA granules were obtained and melted by a compression molding machine to obtain a diameter of 1
A cylindrical billet having a length of 3.0 mm, a length of 40 mm, and a viscosity average molecular weight of 250,000 was obtained. Next, as shown in FIG. 3, the billet containing 15% by weight of TeCP was placed in the same mold as in Example 3, and the billet was 25% by weight of TeCP.
The inclusions were pressed into the same mold as in Example 5 under the same method and conditions as in Example 1 so that TeCP with uniformly dispersed TeCP was 3.5 and 3.0, respectively.
/ PLLA was obtained by press-fitting and filling . However, θ = 15 °.

【0103】表9には、得られたTeCP/PLLAの
複合化された圧入充填による圧縮配向成形体と、実施例
3のHA(900℃焼成)が15重量%分散しているR
=3.5のHA/PLLAの複合化された圧入充填によ
圧縮配向成形体、および参考実施例1のα−TCPが
25重量%分散しているR=3.0の圧入充填による
縮配向成形体の物性を比較した。
Table 9 shows that the obtained TeCP / PLLA composite-compressed molded product by press-fitting and the R of Example 3 in which 15% by weight of HA (baked at 900 ° C.) are dispersed.
= 3.5 HA / PLLA combined press-fit filling
Compression orientation molding body that, and alpha-TCP Reference Example 1 were compared with the physical properties of the pressure <br/> contraction oriented green body by press-fitting the filling of R = 3.0 which is dispersed 25% by weight.

【表9】 得られた成形体は、含有するバイオセラミックスが実施
例3、参考実施例1のものと種類は異なるが、含有率と
Rが同じである。しかし、それぞれの成形体はほぼ同程
度の強度を有していた。Rが3.5の場合は300Mp
aを越えており、極めて高い曲げ強度を示した。
[Table 9] The obtained molded article has a different bioceramic content from those of Example 3 and Reference Example 1, but the content and R are the same. However, each molded article had almost the same strength. 300Mp when R is 3.5
a, and exhibited extremely high bending strength.

【0104】(参考実施例5)<圧入充填による圧縮成
形;その例9> 粘度平均分子量60万のPLLAと、生体内吸収性のバ
イオセラミックスとして最大粒径40.0μm、平均粒
径5.60μmの無水第二リン酸カルシウム(無水リン
酸−水素カルシウム:DCPA)を用いて、実施例1と
同様の方法と条件で45重量%のDCPAが均一に分散
しているPLLA顆粒を得て、圧縮成形機にて溶融させ
て、直径8.0mm、長さ40mm、粘度平均分子量が
46万の円柱状のビレットを得た。次いで、図3に示さ
れるように、このビレットを直径8.0mmの収容筒部
と直径5.7mm、長さ76mmのキャビティを連結し
た成形型中に、実施例1と同様の方法と条件で圧入充填
し、DCPAが均一に分散しているR=2.0のDCP
A/PLLAの複合化された圧入充填による圧縮配向成
形体を得た。但し、θ=45°である。
(Reference Example 5) <Compression molding by press-fitting ; Example 9> PLLA having a viscosity-average molecular weight of 600,000, and a bioabsorbable bioceramic having a maximum particle size of 40.0 μm and an average particle size of 5.60 μm Of anhydrous dibasic calcium phosphate (calcium anhydrous-hydrogen phosphate: DCPA) in the same manner and under the same conditions as in Example 1 to obtain PLLA granules in which 45% by weight of DCPA is uniformly dispersed, and a compression molding machine To obtain a cylindrical billet having a diameter of 8.0 mm, a length of 40 mm, and a viscosity average molecular weight of 460,000. Next, as shown in FIG. 3, the billet was placed in a molding die having a housing cylinder having a diameter of 8.0 mm and a cavity having a diameter of 5.7 mm and a length of 76 mm connected by the same method and conditions as in Example 1. DCP of R = 2.0 which is press-filled and DCPA is uniformly dispersed
A compression-molded article was obtained by press-fitting the composite of A / PLLA. However, θ = 45 °.

【0105】表10に、得られた圧入充填による圧縮配
向成形体の物性を示した。
Table 10 shows the physical properties of the compression-oriented molded product obtained by press-fitting .

【表10】 この成形体の粘度平均分子量は高いが、圧入による塑性
変形は可能であり、曲げ強度、弾性率ともに高く、高強
度および靱性を有している成形体であった。
[Table 10] Although the molded article had a high viscosity average molecular weight, it could undergo plastic deformation by press-fitting, had high bending strength and elastic modulus, and had high strength and toughness.

【0106】(参考実施例6)<圧入充填による圧縮成
形;その例10> 粘度平均分子量40万のPLLAと、生体内吸収性のバ
イオセラミックスとして最大粒径22.0μm、平均粒
径8.35μmのオクタカルシウムホスフェ−ト(OC
P)を用いて、実施例1と同様の方法で10重量%と2
0重量%のOCPが均一に分散しているPLLA顆粒を
得て、圧縮成形機により溶融させて、直径13.0m
m、長さ40mm、粘度平均分子量が25万の円柱状の
ビレットを得た。次いで、OCPを10重量%含むビレ
ットを直径13.0mmの収容筒部と直径6.1mmの
キャビティを連結した成形型中に、またOCPを20重
量%含むビレットを直径13.0mmの収容筒部と直径
6.5mmのキャビティを連結した成形型に、それぞれ
実施例1と同様の方法と条件で圧入充填し、OCPが均
一に分散しているRがそれぞれ4.5と4.0のOCP
/PLLAの複合された圧入充填による圧縮配向成形体
を得た。但し、θ=15°である。
(Reference Example 6) <Compression molding by press-fit filling ; Example 10> PLLA having a viscosity average molecular weight of 400,000 and a bioabsorbable bioceramic having a maximum particle size of 22.0 μm and an average particle size of 8.35 μm Octacalcium phosphate (OC
Using P), 10% by weight and 2% in the same manner as in Example 1.
PLLA granules in which 0% by weight of OCP is uniformly dispersed are obtained, melted by a compression molding machine, and have a diameter of 13.0 m.
m, a length of 40 mm, and a cylindrical billet having a viscosity average molecular weight of 250,000. Then, a billet containing 10% by weight of OCP was connected to a housing cylinder having a diameter of 13.0 mm and a cavity having a diameter of 6.1 mm, and a billet containing 20% by weight of OCP was contained in a cylinder having a diameter of 13.0 mm. And a cavity having a diameter of 6.5 mm connected to each other by press-fitting under the same method and conditions as in Example 1, and OCPs in which OCP is uniformly dispersed are 4.5 and 4.0, respectively.
/ PLLA to obtain a compression-oriented molded product by composite press-fitting and filling . However, θ = 15 °.

【0107】表11に、得られた圧入充填による圧縮配
向成形体の物性を示した。
Table 11 shows the physical properties of the compression-oriented molded product obtained by press-fitting .

【表11】 いずれの成形体も、曲げ強度が300MPa以上の高強
度の成形体であった。OCP20重量%の成形体は、O
CP10重量%の成形体よりもRが低いけれども、強
度、弾性率はともに上回った。しかし、圧入時の圧力
は、Rが大きいため約10000kg/cm2 の圧力を
必要とした。対照例として、圧入加工が比較的容易であ
るOCP10重量%のビレットをR=5.5となるよう
な成形型に圧入した。しかし、圧入時の圧力は1000
0kg/cm2 よりも高い圧力を必要とし、また、得ら
れた成形体は多数のクラックが発生していた。このこと
から、バイオセラミックスを含むPLLAの圧入充填に
よる圧縮配向のための変形度Rは5以下が望ましいと言
える。
[Table 11] Each molded product was a high-strength molded product having a bending strength of 300 MPa or more. The molded body of 20% by weight of OCP is
Although the R was lower than that of the molded article of 10% by weight of CP, both the strength and the elastic modulus exceeded. However, the pressure at the time of press-fitting required a pressure of about 10,000 kg / cm 2 because R was large. As a control example, a billet of 10% by weight of OCP, which is relatively easy to press-fit, was press-fitted into a mold having R = 5.5. However, the pressure at the time of press-fitting is 1000
A pressure higher than 0 kg / cm 2 was required, and the obtained molded article had many cracks. From this, press-fitting of PLLA containing bioceramics
Deformation degree R for compression orientation by it can be said that not more than 5 desirable.

【0108】(実施例5)<圧入充填による圧縮成形;
その例12> 粘度平均分子量38万の乳酸−グリコ−ル酸の共重合体
[P(LA−GA)](モル比90:10)と、表面生
体活性なバイオセラミックスとして最大粒径31.0μ
m、平均粒径1.84μmのHA(900℃焼成)を用
いて、実施例1と同様の方法と条件で30重量%のHA
が均一に分散しているR=2.8のHA/P(LA−G
A)の複合化された圧入充填による圧縮配向成形体を得
た。但し、θ=15°である。表12に、得られた成形
体と、比較例としてP(LA−GA)のみの圧入充填に
よる圧縮配向成形体の物性を比較した。
(Example 5) <Compression molding by press-fit filling ;
Example 12> Lactic acid-glycolic acid copolymer [P (LA-GA)] (molar ratio 90:10) having a viscosity average molecular weight of 380,000, and a maximum particle size of 31.0 μm as a surface bioactive bioceramic
m, an HA having an average particle size of 1.84 μm (calcined at 900 ° C.) and 30% by weight of HA in the same manner and under the same conditions as in Example 1.
Are uniformly dispersed in HA / P (LA-G of R = 2.8).
A composite oriented compression-molded article obtained by press-fitting was obtained. However, θ = 15 °. Table 12 shows that the obtained molded body was subjected to press-fitting filling with only P (LA-GA) as a comparative example.
Properties of the compression orientation molding body by comparing.

【表12】 得られた成形体は、実施例1に示したPLLAの場合と
比較して、やや強度が低くかった。しかし、インプラン
ト材料として十分に有用である。
[Table 12] The obtained molded article had a slightly lower strength than the PLLA shown in Example 1. However, it is sufficiently useful as an implant material.

【0109】(実施例6)<圧入充填による鍛造成形;
> 粘度平均分子量40万のポリL−乳酸(PLLA)をジ
クロロメタンに4重量%溶かした溶液中に、表面生体活
性なバイオセラミックスとして最大粒径31.0μm、
最小粒径0.2μm、平均粒径1.84μmのハイドロ
キシアパタイト(HA)(900℃焼成)のエチルアル
コ−ル懸濁液を加えて撹拌し、HAを二次凝集させるこ
となく均一に分散させた。更に、撹拌しながらエチルア
ルコ−ルを加えてPLLAとHAを共沈させた。次い
で、これを濾過し、完全に乾燥して、その内部に上記の
粒径をもつHAが30、40重量%の割合で均一に分散
しているPLLAの顆粒を得た。これを押出機で185
℃で溶融押出して、直径13.0mm、長さ40mm、
粘度平均分子量が25万の円柱状のビレットを得た。次
いで、図5に示すように、このビレットを直径50mm
の円筒がその中心部に突き出た直径が100mm、厚み
10mmの円板状の成形型の収容筒部に入れ、100℃
に加熱後、上から圧力3,000kg/cm2 で断続的
に鍛造成形することにより、この成形型の円板状の部分
と同じサイズのHA/PLLAの複合化された圧入充填
による鍛造加圧配向による成形体を得た。この成形体か
ら円筒部を除いた半径方向に試験片を切り取り、物性を
測定した。その結果、曲げ強度は220MPa、曲げ弾
性率は7.4GPa、密度は1.505g/cm3 、結
晶化度は43.0%であった。この圧入充填による鍛造
配向による成形体は結晶面が上記の実施例と異なり、配
向軸が円板状の中心部から外周方向に向かって多軸に配
向している配向体と考えられる。
(Example 6) <Forging by press-fit filling ;
> In a solution in which 4% by weight of poly-L-lactic acid (PLLA) having a viscosity average molecular weight of 400,000 is dissolved in dichloromethane, a maximum particle size of 31.0 μm is obtained as a surface bioactive bioceramic.
Ethyl alcohol suspension of hydroxyapatite (HA) (calcined at 900 ° C.) having a minimum particle size of 0.2 μm and an average particle size of 1.84 μm was added and stirred to disperse HA uniformly without secondary aggregation. . Further, while stirring, ethyl alcohol was added to co-precipitate PLLA and HA. Next, this was filtered and completely dried to obtain PLLA granules in which HA having the above particle diameter was uniformly dispersed at a ratio of 30, 40% by weight. This is extruded at 185
Melt extruded at a temperature of 13.0 mm in diameter, 40 mm in length,
A cylindrical billet having a viscosity average molecular weight of 250,000 was obtained. Next, as shown in FIG.
Is placed in a cylindrical housing of a disk-shaped mold having a diameter of 100 mm and a thickness of 10 mm protruding from the center of the cylinder.
After the heating, the forging is carried out intermittently from above with a pressure of 3,000 kg / cm 2 , whereby the HA / PLLA of the same size as the disc-shaped part of this molding die is press-fitted.
A compact was obtained by forging and press orientation. A test piece was cut out from the molded body in a radial direction excluding a cylindrical portion, and physical properties were measured. As a result, the flexural strength was 220 MPa, the flexural modulus was 7.4 GPa, the density was 1.505 g / cm 3 , and the crystallinity was 43.0%. The compact formed by forging orientation by press-fitting is considered to be an oriented body in which the crystal plane is different from the above-described embodiment and the orientation axis is multiaxially oriented from the center of the disk to the outer periphery.

【0110】(実施例7)<切削加工の例:表面観察と
経時変化> 実施例1で得られたHA(表面生体活性なバイオセラミ
ックス)/PLLAの複合化された各圧入充填による
縮配向成形体を施盤にて切削し、外径4.5mm、谷径
3.2mm、長さ50mmのスクリュ−、および直径
3.2mm、長さ40mmのピンに加工した。また、実
施例1の30重量%のHAが分散しているPLLA顆粒
を用いて、押出機にてプレ−ト状に押出したビレットを
得て、断面長方形(プレート状)の収容筒部とこれより
断面積の小さい断面長方形のキャビティを連結した成形
型中に、実施例1と同様の方法と条件で圧入し、R=
2.8のプレ−ト状成形体を得た。この成形体をスライ
ス盤にて表面を切削加工し、厚さ2.0mm、長さ20
mm、幅5mmのプレ−トを得た。
(Example 7) <Example of Cutting: Surface Observation and Change with Time> The HA (surface bioactive bioceramics) / PLLA composite obtained in Example 1 was subjected to press-fitting by each press-fitting. The shrink-oriented molded body was cut with a lathe to form a screw having an outer diameter of 4.5 mm, a valley diameter of 3.2 mm, a length of 50 mm, and a pin of 3.2 mm in diameter and 40 mm in length. Further, a billet extruded in a plate shape by an extruder was obtained using the PLLA granules in which 30% by weight of HA of Example 1 was dispersed, and a rectangular cylindrical (plate-shaped) storage cylinder was formed. A press-fitting is performed by a method and under the same conditions as in Example 1 into a mold in which cavities having a smaller cross-sectional area and a rectangular cross-section are connected.
A 2.8 plate-like molded product was obtained. The surface of this molded body was cut with a slicer to a thickness of 2.0 mm and a length of 20 mm.
A plate having a width of 5 mm and a width of 5 mm was obtained.

【0111】このスクリュ−、ピン、およびプレ−トの
表面を、走査型電子顕微鏡で観察した。切削加工された
いずれの加工品も、表面にHAが二次凝集して大きな集
合塊を形成することもなく微粒子が均一に分散した状態
で露呈していた。また、内部も同様に均一に分散してい
るのが観察された。そして、これらはHAの含有率が
高くなるほど、より多くのHAが表面に現れていた。こ
のようなインプラントは緻密質でボイドがなく、バイ
オセラミックスとポリマ−は互いに物理的に良く密着し
ていることも確認された。これは、本発明の材料が高い
力学的強度をもち、生体骨がバイオセラミックスと直
接接触することによって骨と結合し、それを骨癒合に必
要な期間維持し、骨誘導と骨伝導、あるいは骨置換が有
効に行われる根拠を示している。また、実施例或いは参
考実施例で得られた高強度のポリマ−・バイオセラミッ
クスが複合化された圧入充填による加圧配向成形体は、
37℃の凝似体液中で2〜4ヶ月にわたり、その強度を
ほぼ維持していることが確認できた。その後、材料の組
成や構造によって分解の挙動が異なるものの、骨癒合後
はポリマ−のみの場合よりも早く分解吸収され、骨置換
されることがin vivoにおいて確認できた。
The surfaces of the screws, pins and plates were observed with a scanning electron microscope. Each of the cut workpieces was exposed in a state in which the fine particles were uniformly dispersed without secondary aggregation of HA on the surface to form a large aggregate. It was also observed that the inside was similarly uniformly dispersed. And these higher content of the HA increases, the more HA had appeared on the surface. Such implants were dense and free of voids, and it was also confirmed that the bioceramics and polymer were in good physical contact with each other. This has the mechanical strength of the material having a high present invention, living bone binds to bone by direct contact with the bioceramics, it was time maintaining required bone union, osteoinductive and osteoconductive, or This shows the basis for effective bone replacement. In addition, the pressure- oriented molded body by press-fitting in which the high-strength polymer / bioceramic obtained in the example or the reference example is compounded,
It was confirmed that the strength was substantially maintained for 2 to 4 months in the analog solution at 37 ° C. Thereafter, it was confirmed in vivo that although the decomposition behavior was different depending on the composition and structure of the material, the bone was heavily decomposed and absorbed and replaced by bone after bone fusion, as compared with the case of the polymer alone.

【0112】[0112]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の複合化された高強度インプラント材料は、皮質骨と同
等以上の機械的強度を有し、剛性と靱性があって初期に
破壊が起き難く、表面生体活性なバイオセラミックスに
よる生体骨との結合、骨伝導および生体内での分解・吸
収の性質が生かされて、生体骨による置換が効率良く行
われ、硬組織が治癒するまでの期間は強度を維持する
が、その後は周囲骨に為害性を発現しない程度の速さで
徐々に分解して吸収され、その消失した跡がすみやかに
生体によって再建されると共に、手術後に単純X線写真
によって写し出すこともできる、理想的な生体材料であ
る。また、本発明の方法は、特別な装置や過酷な条件を
採用することなく簡単に上記のインプラント材料を製造
することができるものである。
As is apparent from the above description, the composite high-strength implant material of the present invention has mechanical strength equal to or higher than that of cortical bone, has rigidity and toughness, and can be destroyed at an early stage. It is hard to occur, and the surface bioactive ceramics is used for the bonding with living bone, osteoconductivity and in vivo decomposition / absorption properties. While maintaining strength during the period, it is gradually decomposed and absorbed at a speed that does not cause harm to the surrounding bone, and the disappeared traces are immediately reconstructed by the living body, and after operation, simple X-ray It is an ideal biomaterial that can be captured by photography. Further, the method of the present invention can easily produce the above-mentioned implant material without employing special equipment or severe conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の円柱状インプラント材料の結晶状態を
示す模式図である。図1(イ)は縦断面図を示し、図1
(ロ)は平面図を示す。
FIG. 1 is a schematic view showing a crystalline state of a columnar implant material of the present invention. FIG. 1A shows a longitudinal sectional view, and FIG.
(B) shows a plan view.

【図2】本発明の板状インプラント材料の結晶状態を示
す模式図である。図2(イ)は縦断面図を示し、図2
(ロ)は平面図を示す。
FIG. 2 is a schematic view showing a crystal state of a plate-like implant material of the present invention. FIG. 2A is a longitudinal sectional view, and FIG.
(B) shows a plan view.

【図3】圧入充填による圧縮配向による成形モデルを模
式的に示した縦断面図であり、ビレットを圧入充填する
前の状態を示す。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing a molding model by compression orientation by press-fitting, showing a state before billet press-filling.

【図4】圧入充填による圧縮配向による成形モデルを模
式的に示した縦断面図であり、ビレットを圧入充填した
後の状態を示す。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing a molding model by compression orientation by press-fitting , and shows a state after billet press-filling.

【図5】圧入充填による鍛造配向による成形モデルを模
式的に示した縦断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a forming model by forging orientation by press-fitting .

【図6】複合材料の強化方式について、本発明の複合材
料と従来の複合材料を比較した内部組織を示す模式図で
ある。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an internal structure of a composite material strengthening system, in which the composite material of the present invention is compared with a conventional composite material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ビレット 2 成形型 2a 収容筒部 2b 加圧手段 2c キャビティ 20a 縮径部 3 インプラント材料 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Billet 2 Mold 2a Storage cylinder part 2b Pressurizing means 2c Cavity 20a Reduced diameter part 3 Implant material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−68155(JP,A) 特開 昭63−89166(JP,A) 特開 昭61−68054(JP,A) 特開 平5−168647(JP,A) 特開 平2−89599(JP,A) 特表 平1−501289(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61L 27/14 - 27/57 A61F 2/28 A61B 17/56 - 17/92 B29C 43/00 - 43/58 B29C 45/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-68155 (JP, A) JP-A-63-89166 (JP, A) JP-A-61-68054 (JP, A) 168647 (JP, A) JP-A-2-89599 (JP, A) JP-A-1-501289 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) A61L 27/14-27 / 57 A61F 2/28 A61B 17/56-17/92 B29C 43/00-43/58 B29C 45/02

Claims (26)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 生体内分解吸収性である結晶性の熱可塑
性ポリマーマトリックス中に粒子又は粒子の集合塊の大
きさが0.2〜50μmの表面生体活性なバイオセラミ
ックス粉体の10〜60重量%を実質的に均一に分散さ
せた成形体からなる複合材料であって、該マトリックス
ポリマーの結晶が圧入充填による加圧成形により結晶化
して配向し、且つその結晶化度が10〜70%である
密度の圧入充填による加圧配向成形体からなることを特
徴とする、粒子及びマトリックスポリマー強化複合材料
である高強度インプラント材料。
1. A bioactive bioceramic powder having a size of 0.2 to 50 μm in the size of a particle or an aggregate of particles in a crystalline thermoplastic polymer matrix which is biodegradable and absorbable. %, A composite material comprising a molded body in which the matrix polymer is substantially uniformly dispersed, wherein the crystals of the matrix polymer are crystallized by pressure molding by press-fitting and filling.
Oriented by, and its high crystallinity is 10% to 70%
A high-strength implant material, which is a composite material reinforced with particles and a matrix polymer, characterized by comprising a press- oriented molded product obtained by press-fitting with high density .
【請求項2】 上記粒子又は粒子の集合塊の大きさが12. The method according to claim 1, wherein the size of the particles or the aggregate of the particles is one.
〜10数μmであることを特徴とする、請求項1記載の2. The method according to claim 1, wherein the diameter is from 10 to several tens of micrometers.
高強度インプラント材料。High strength implant material.
【請求項3】 上記表面生体活性なバイオセラミックス3. The surface bioactive bioceramics
粉体の混合比率が20〜50重量%であり、その成形体A powder mixture ratio of 20 to 50% by weight;
の密度が1.4〜1.8であることを特徴とする、請求Has a density of 1.4 to 1.8.
項1又は2記載の高強度インプラント材料。Item 3. The high-strength implant material according to item 1 or 2.
【請求項4】 上記成形体の結晶が本質的に複数の基準
軸に平行に配向していることを特徴とする、請求項1〜
3のいずれかに記載の 高強度インプラント材料。
4. The method according to claim 1, wherein the crystals of the compact are essentially a plurality of criteria.
Characterized in that they are oriented parallel to an axis.
4. The high-strength implant material according to any one of 3 .
【請求項5】 上記基準軸が成形体の力学的な芯となる5. The reference axis serves as a mechanical core of the molded body.
軸又は該軸の連続した面に向かって斜めに傾斜しているInclined obliquely toward the axis or a continuous surface of the axis
ことを特徴とする、請求項4記載の高強度インプラントThe high-strength implant according to claim 4, characterized in that:
材料。material.
【請求項6】 該成形体の結晶が成形体の中心部から周6. The crystal of the compact is formed from the center to the periphery of the compact.
辺部に向かって多くの軸をもって放射状に配向しているRadially oriented with many axes towards the sides
ことを特徴とする、請求項4記載の高強度インプラントThe high-strength implant according to claim 4, characterized in that:
材料。material.
【請求項7】 上記成形体の形状が円柱状であり、該成7. The molded article has a columnar shape.
形体の結晶が成形体の力学的な芯となる軸に向かって外The crystals of the form move outwards towards the axis that is the mechanical core of the compact.
周面より斜めに傾斜した複数の基準軸に平行に配向してOrientated parallel to multiple reference axes that are inclined obliquely from the peripheral surface
いることを特徴とする、請求項4又は5記載の高強度イThe high-strength material according to claim 4, wherein
ンプラント材料。Implant material.
【請求項8】 上記成形体の形状が平板状であり、該成8. The molded article has a flat plate shape.
形体の結晶が成形体Form crystals are formed の力学的な芯となる軸を含み且つ平Including the axis that is the mechanical core of the
板の対向する両側面に平行である面に向かって、両側面Both sides towards the plane parallel to the opposite sides of the plate
より斜めに傾斜した複数の基準軸に平行に配向しているOriented parallel to more oblique reference axes
ことを特徴とする、請求項4又は5記載の高強度インプThe high-strength imp according to claim 4 or 5, wherein
ラント材料。Runt material.
【請求項9】 表面生体活性なバイオセラミックス粉体
が、焼成ハイドロキシアパタイト、バイオガラス系もし
くは結晶化ガラス系の生体用ガラスのいずれか単独又は
2種以上の混合物であることを特徴とする、請求項1〜
8のいずれかに記載の高強度インプラント材料。
9. surface bioactive bioceramics powder, wherein the sintered hydroxyapatite, is any one or two or more mixtures of biological glass bioglass-based or crystallized glass system, wherein Item 1
8. The high-strength implant material according to any one of 8 .
【請求項10】 生体内分解吸収性である結晶性の熱可
塑性ポリマーがポリ乳酸又は乳酸−グリコール酸共重合
体のいずれかであり、その粘度平均分子量が10〜60
万であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに
記載の高強度インプラント材料。
10. The crystalline thermoplastic polymer that is biodegradable and absorbable is either polylactic acid or lactic acid-glycolic acid copolymer, and has a viscosity average molecular weight of 10 to 60.
The high-strength implant material according to any one of claims 1 to 9, wherein the material is 10,000.
【請求項11】 熱可塑性ポリマーがポリ乳酸であり、
表面生体活性なバイオセラミックス粉体が焼成ハイドロ
キシアパタイトであることを特徴とする、請求項1〜1
0のいずれかに記載の高強度インプラント材料。
11. The thermoplastic polymer is polylactic acid,
Wherein a surface bioactive bioceramics powder is sintered hydroxyapatite, claim 1-1
0. The high-strength implant material according to any one of the above items .
【請求項12】 上記成形体が、曲げ強度が150〜3
20MPa、曲げ弾性率が6〜15GPaであることを
特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の高強度
インプラント材料。
12. The molded product having a bending strength of 150 to 3
The high-strength implant material according to any one of claims 1 to 11 , wherein the high-strength implant material has a bending elastic modulus of 20 to 15 GPa.
【請求項13】 上記配向成形体が、引張強度80〜113. The method according to claim 13, wherein the oriented molded product has a tensile strength of 80 to 1
80MPa、剪断強度100〜150MPa、圧縮強度80MPa, shear strength 100-150MPa, compressive strength
100〜150MPaであることを特徴とする、請求項The pressure is 100 to 150 MPa.
1〜11のいずれかに記載の高強度インプラント材料。12. The high-strength implant material according to any one of 1 to 11.
【請求項14】 上記配向成形体が切削加工等され、そ
の表面に表面生体活性なバイオセラミックス粉体が顕在
していることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか
に記載の高強度インプラント材料。
14. The oriented green body is machined such, high strength according to its, wherein the surface bioactive bioceramics powder is manifested to a surface, either of claims 1 to 13 Implant material.
【請求項15】 予め生体内分解吸収性である結晶性の
熱可塑性ポリマーと表面生体活性なバイオセラミックス
粉体とが実質的に均一に分散した混合物を作り、次いで
該混合物を溶融成形して予備成形体を造り、該予備成形
体を閉鎖成形型のキャビティ内に、冷間で圧入充填して
塑性変形させて配向成形体とすることを特徴とする、
入充填により加圧配向された高強度インプラント材料の
製造方法。
15. A mixture in which a crystalline thermoplastic polymer that is biodegradable and absorbable and a surface bioactive bioceramic powder are substantially uniformly dispersed in advance, and then the mixture is melt-molded to obtain a preliminary mixture. the compact build, on the preform closed mold cavity, characterized in that the oriented green body by plastically deforming press-fitted filled cold, pressure
A method for producing a high-strength implant material that is pressure-oriented by filling and filling .
【請求項16】 冷間で圧入充填して塑性変形させるこ
とにより、予備成形体に内向きの外力を加えて熱可塑性
ポリマーとバイオセラミックス粉体とを密着させてなる
ことを特徴とする、請求項15に記載の高強度インプラ
ント材料の製造方法
16. A method of plastically deforming by cold press-fitting.
By applying an inward external force to the preform,
Adhesion between polymer and bioceramic powder
The high-strength implant according to claim 15, wherein
Method of manufacturing paint materials .
【請求項17】 上記圧入充填による加圧配向が予備成
形体より小さい断面積を有する閉鎖成形型のキャビティ
に冷間で圧入充填されることによりなされることを特徴
とする、請求項15又は16記載の高強度インプラント
材料の製造方法。
17., characterized in that pressurization orientation by the press-filling is made by being pressed filled cold into a closed mold cavity having a smaller cross-sectional area than the preform according to claim 15 or 16 A method for producing the high-strength implant material as described above.
【請求項18】 上記圧入充填による加圧配向が、予備
成形体を収容する大きい円筒状の収容筒部と、予備成形
体より細い円筒状の成形キャビティと、これらを連結す
る下窄まりのテーパーを有する細径部とからなる閉鎖成
形型によりされることを特徴とする、請求項15〜17
のいずれかに記載の高強度インプラント材料の製造方
18. The pressure orientation by the press-fitting and filling
Large cylindrical housing tube for housing the compact and preforming
A cylindrical molding cavity that is thinner than
Closure consisting of a tapered narrow portion with a constriction
18. The method according to claim 15, wherein the shape is determined by a shape.
Method for producing high-strength implant material according to any of the above
Law .
【請求項19】 成形型の収容筒部の断面が円筒状又は
角筒状であり、該収容筒部の断面積より大きく、厚み、
幅、空間の小さいキャビティの中央部に該収容筒部を設
け、キャビティのほぼ中央部から周辺部に打延により押
し広げて圧入充填することを特徴とする、請求項15記
載の高強度インプラント材料の製造方法
19. A cross section of a housing cylindrical portion of a molding die is cylindrical or
It is a square tubular shape, larger than the cross-sectional area of the housing tubular portion, thickness,
The housing cylinder is installed in the center of a cavity with a small width and space.
From the center of the cavity to the periphery.
16. The method according to claim 15, characterized by spreading and press-fitting.
Method for producing the high-strength implant material described above .
【請求項20】 加圧配向成形体のポリマーの結晶化度
が10〜70%となるように予備成形体を閉鎖成形型の
キャビティ内に圧入充填することを特徴とする、請求項
15〜19のいずれかに記載の高強度インプラント材料
の製造方法。
20. The pre-molded product is press-fitted into a cavity of a closed mold so that the degree of crystallinity of the polymer of the pressure-oriented molded product is 10 to 70%.
20. The method for producing a high-strength implant material according to any one of 15 to 19 .
【請求項21】 前記ポリマーと表面生体活性なバイオ
セラミックス粉体との混合物が、前記ポリマーの溶媒溶
液中に上記バイオセラミックス粉体を実質的に均一に混
合・分散し、これを該ポリマーの非溶媒で沈澱すること
により作成されることを特徴とする、請求項15〜20
のいずれかに記載の高強度インプラント材料の製造方
法。
21. A mixture of the polymer and a surface bioactive bioceramics powder substantially uniformly mixes and disperses the bioceramics in a solvent solution of the polymer, characterized in that it is prepared by precipitation in a solvent, according to claim 15 to 20
The method for producing a high-strength implant material according to any one of the above.
【請求項22】 生体内分解吸収性である結晶性の熱可
塑性ポリマーが15〜70万の初期粘度平均分子量を有
するポリ乳酸又は乳酸−グリコール酸共重合体であり、
その溶融成形後の粘度平均分子量が10〜60万である
ことを特徴とする、請求項15〜21のいずれかに記載
の高強度インプラント材料の製造方法。
22. The crystalline thermoplastic polymer that is biodegradable and absorbable is polylactic acid or a lactic acid-glycolic acid copolymer having an initial viscosity average molecular weight of 150,000 to 700,000,
The method for producing a high-strength implant material according to any one of claims 15 to 21 , wherein the viscosity-average molecular weight after the melt molding is 100,000 to 600,000.
【請求項23】 予備成形体の横断面の面積の2/3〜
1/5の横断面の面積を有する成形型のキャビティ内に
該予備成形体を圧入充填することを特徴とする、請求項
15〜18、20〜22のいずれかに記載の高強度イン
プラント材料の製造方法。
23. 2 to 2/3 of the area of the cross section of the preform
The preform is press-fitted into a cavity of a mold having a cross-sectional area of 1/5.
A method for producing a high-strength implant material according to any one of 15 to 18 , 20 to 22 .
【請求項24】 予備成形体の塑性変形温度が該ポリマ
ーのガラス転移温度以上溶融温度以下の間の結晶化可能
な温度であることを特徴とする、請求項15〜23のい
ずれかに記載の高強度インプラント材料の製造方法。
Plastic deformation temperature of 24. preform characterized in that it is a crystallizable temperature between the glass transition temperature or less than the melting temperature of the polymer, according to claim 15 to 23 Neu
A method for producing a high-strength implant material according to any of the preceding claims.
【請求項25】 圧入充填による加圧配向が圧縮配向又
は鍛造配向でなされることを特徴とする、請求項15に
記載の高強度インプラント材料の製造方法。
25. The method for producing a high-strength implant material according to claim 15, wherein the pressure orientation by press-fitting is performed in a compression orientation or a forging orientation.
【請求項26】 前記加圧配向成形体を更に切削加工等
することを特徴とする、請求項15〜25のいずれかに
記載の高強度インプラント材料の製造方法。
26. The method for producing a high-strength implant material according to claim 15 , wherein the pressure-oriented molded body is further subjected to cutting or the like.
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