JP4460308B2 - 金属製インプラント - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、外科的処置に使用される金属製インプラントに、また特に感染を抑止又は制御するための生物致死性(biocidal)材料のそのようなインプラントへの導入に関する。
種々の外科的処置には、インプラントの使用が必要である。補綴外科手術において、例えば、癌性の骨は、除去して、金属製インプラントによって置換され得る。そのようなインプラントは、例えば、チタン合金でもよく、この合金は、非常に丈夫で比較的軽い。耐磨耗性の表面を保証するために窒化チタンコーティングが提案されてきている。さらに、そのような金属製インプラントを移植する場合、感染を導入する危険が存在し、また金属銀を金属製インプラント上に電気メッキし、この銀が、患者に毒作用を起こさずに感染を制御できる生物致死性材料であることが示唆されている。しかし、そのようなコーティングは、窒化チタン又は銀のいずれにせよ、体液からの腐食作用のため効果が低下し得、そのため、このコーティングは、インプラントから剥離するかもしれず、これは、摩耗を増加させ、また組織損傷を引き起こしうる。
本発明に従えば、外科的処理に使用されるインプラントが提供され、このインプラントは、金属支持体及びこの金属支持体と一体化している表面層を含み、この層は、溶液から析出した生物致死性金属を配合している。

さらに本発明は、そのようなインプラントを製造する方法を提供する。
そのように一体化した表面層は、金属自体からこの層を成長させることによって、例えば、陽極酸化法又は上記とは別に、この層を析出させることによって、例えば、電気メッキによってその後、拡散接合によって生成してもよく、故に、この層は、インプラントの金属と一体化する。陽極酸化によって、付着性の酸化物層が形成されるが、もしリン酸中で実施した場合、ホスフェートが形成されるだろう。さらにそのような付着性のホスフェート層は、変性されて、ヒドロキシアパタイト層を形成し得、これは、骨成長を刺激し得る。
生物致死性材料は、外科手術の後、好ましくは、少なくとも６週間、好ましくは、６ヶ月まで有効であり、また放出速度は、体細胞へ毒作用を避けるために低くすべきである。さらに、生物致死性材料の総量も、好ましくは、すべての毒作用を最小化するために制限されている。
さらに、表面が、表面層の形成の前に高度に研磨されていれば好ましい。これは、例えば電解研磨によって達成されうる。
基本的には、様々な異なる金属が、生物致死性金属に使用され得る。特に、この層が電気メッキによって析出された金属層であれば、それは明らかに腐食に安定であるにちがいない。金、白金、イリジウム及びパラジウムは、潜在的に好適であろうが、高価であり、銀は、塩化物イオンの存在及び塩化銀の低溶解性のため特に体液に溶解しないので好ましい。表面層が、イオン形態で生物致死性金属を含むならば、より広範囲の金属が見込まれるだろう。すでに記載した元素に加えて、銅、スズ、アンチモン、鉛、ビスマス及び亜鉛が、例えば金属酸化物又は金属ホスフェートの不溶性マトリックスに組込まれたイオンとして使用してよい。この場合、放出速度は、主にマトリックス中の金属イオン吸収の強度によって制御され得る。

そのような補綴インプラントを製造するために使用できる金属は、典型的には、ステンレス鋼、チタン合金、又はコバルト/クロム合金の形態であるが、ジルコニウムも使用できる。この目的のための標準的な合金は、90%のチタン、6%のアルミニウム及び4%のバナジウムを伴う（工業規格7552）、又は26.5-30%のクロム、4.5-7%のモリブデン、及び残りはコバルト（工業規格7252 4部）である。
好ましくは、インプラントには、最初に、研磨して、非常に滑らかな表面を提供する。ステンレス鋼（クロム/鉄/ニッケル）及びコバルト/クロム合金は、ともに、電解質としてリン酸及びグリセリンの混合物、又はリン酸及び硫酸の混合物を使用して、電解研磨され得る。チタン合金は、酢酸、又は硝酸及びフッ化水素酸の混合物を使用して電解研磨され得る。上記とは別に、インプラントは、陽極の不動態化と機械研磨との組合せに付してよく、これは、電気リニシング(electrolinishing)と言うことができ、この処理は、表面のでこぼこを保護する酸化物を除去し、その時点で、電気化学的に再不動態化され、鏡のように滑らかな仕上がりを提供する。種々の電解質は、この目的にとって好適であり、硫酸と混合した硝酸、水酸化ナトリウム、リン酸ナトリウム、又は硝酸ナトリウムと混合した水酸化ナトリウムを含む。

金属表面を研磨した後、銀析出又は表面変換(surface conversion)のいずれかが生じうる。先ず、表面変換を検討すると、金属酸化物又はホスフェートの層は、好適な電解質中で、陽極酸化して形成され得、故に酸化物又はホスフェートが金属表面から形成される。その後生物致死性金属イオン例えばイオンAg+又はCu++は、水溶性塩溶液から酸化物又はホスフェートマトリックスへ吸収され得る。パラジウム又は白金のカチオン、又はルテニウムのカチオンでさえ、類似の方法で吸収されうる。所望であれば、酸化物又はホスフェート表面コーティング内で、析出した銀、白金又はパラジウムイオンは、その後金属に変換され得、又は析出したルテニウムイオンは、不溶性RuO₂に変換され、この反応は、化学的に、電気化学的に、又は光で行われる。
次に銀析出を検討すると、コーティングは、毒作用を妨げるために薄くすべきである。表面を銀の薄いコーティングで覆うために、下に位置する金属に対する高度な付着力は、まず表面酸化物層を陽極腐蝕法によって除去することにより保証され、その後に適当なイオンの存在下極性の短い逆転が続く。これは、塗膜の穴がないことを保証するために繰り返してよい。メッキ電解質は、フッ化水素酸を含んでよく、又はアルカリ性シアン化物電気メッキ電解質でもよい。析出の後、銀コーティングは、金属内(inter-metallic)層を形成するためにインプラントを高温で加熱することによって拡散接合すべきである。典型的に、それは、800℃より上で、好ましくは、810℃と950℃の間で、不活性雰囲気下、例えばアルゴンで、約1〜6時間加熱されるべきである。これは、実質的にコーティングの表層剥離の危険を排除する。しかし、チタンベースのインプラントで、チタンは、850℃を上回るとα型からβ型へ相変化するので、温度は上記温度を超えないようにすべきである。
銀の代わりに、他の金属、例えば、白金又はパラジウムは、金属内層を形成するために、電着され、及びその後類似の方法で熱的に処理してもよい。
本発明は、実施例のみによりさらにかつより具体的に記載される。

ヒップインプラントがチタン合金(Ti/Al/V)で製造される。このインプラントを、最初に液相としてアセトンを、その後、1Mの水酸化ナトリウム水溶液を使用して超音波的に清浄化し、脱イオン化水ですすぐ。その後清浄化されたインプラントを攪拌された12質量%のリン酸溶液に浸漬し、そして最大電圧10V及び最大電流10mA/cm²で２時間陽極酸化し、チタンホスフェートの表面コーティングを形成する。その後、再度、脱イオン化水ですすぐ。最初淡灰色の表面は、陽極酸化に従って、わずかに黄色の色相を伴ってより濃い無光沢の灰色と変化する。
その後、インプラントを、攪拌された0.1M硝酸銀水溶液に浸し、２時間そのままにする。イオン交換の結果として、チタンホスフェートコーティング中にいくらかの銀ホスフェートが存在する。その後インプラントを移植する準備をする。体液への暴露の間、ホスフェート層から銀イオンがゆっくり浸出し、インプラントの直近にあるすべての細菌を殺す。従ってインプラントから生じる感染は、抑制される。
このチタン合金の実験サンプルを清浄化し、陽極酸化してチタンホスフェート層を形成し、その後イオン交換して銀を形成する。一つのサンプルを直接日光下に110時間置き、露出された表面は、この日光露出の結果、黒みを帯び、光反応によって金属銀の形成を示す。他のサンプルを4M硝酸及び0.5Mフッ化ナトリウムの混合物を含む溶媒（フッ化水素酸と等価である。）に浸漬し、コーティングを溶かす。暗灰色の表面コーティングを３分以内で完全に除去し銀白色仕上げを残した。得られた溶液を原子吸光分析法によって銀の存在について分析し、銀濃度が平均的表面配合量が73μg/cm²に相当すると分かった。

Claims (15)

1. 外科的処置で使用するインプラントであって、前記インプラントは、金属支持体及び前記金属支持体上の表面層を含み、前記表面層が、陽極酸化処理によって前記金属支持体から成長させることで前記支持体と一体化しており、かつ前記表面層が、生物致死性金属が前記表面層から放出できるように、かつ生物致死性金属の量及びその放出速度が前記外科的処置後の感染を抑制するのに有効であるように、溶液から析出させたイオン形態の生物致死性金属を配合したことを特徴とするインプラント。
2. 前記表面層が、金属酸化物及び金属ホスフェートからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載のインプラント。
3. 前記生物致死性金属が、イオン交換により前記表面層内に吸収された金属イオンからなる、請求項１又は２に記載のインプラント。
4. 前記生物致死性金属が、銀からなる請求項１〜３のいずれか一項に記載のインプラント。
5. 前記生物致死性金属が、外科的処置後少なくとも６週間、感染を抑制するのに有効である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のインプラント。
6. 前記金属支持体が、９０％のチタン、６％のアルミニウム及び４％のバナジウムからなるチタン合金を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のインプラント。
7. 外科的処置で使用するインプラントの製造方法であって、前記インプラントが、金属支持体を含み、かつ前記方法が、以下の一連の工程：
   ・陽極酸化処理により層を成長させることによって、前記金属支持体と一体化している表面層を前記支持体上に形成する工程；
   ・前記支持体上の前記表面層をすすぐ工程；及び
   ・前記表面層に生物致死性金属イオンが吸収されるように、生物致死性金属イオンを含有する溶液と前記支持体上の前記表面層を接触させる工程；
   を含むことを特徴とする方法。
8. 前記生物致死性金属イオンが、銀、銅、パラジウム、白金及びルテニウムイオンからなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
9. 前記生物致死性金属イオンが、銀イオンからなる、請求項８に記載の方法。
10. 前記溶液が、硝酸銀水溶液である、請求項９に記載の方法。
11. 前記表面層が、金属酸化物又は金属ホスフェートを含む、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記陽極酸化処理が、リン酸溶液を使用して行われる、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記表面層を形成する前に、前記インプラントを研磨する工程を含む、請求項７〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記研磨が、前記インプラントを陽極の不動態化と機械研磨との組合せに付すことを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記金属支持体が、チタン合金で作られている、請求項７〜１４のいずれか一項に記載の方法。