JP5634042B2 - Bone regenerative medical material - Google Patents

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Description

本発明の骨再生医用材料は、歯や骨などの欠損部に使用する生体用移植材などの構造体に関する。本発明の人工骨類再生材、特に人工歯根は、骨と早期に良好な結合を示す。本発明の人工骨類再生材は、人工歯根だけでなく、他の骨の接合時に再生材として有用である。   The bone regenerative medical material of the present invention relates to a structure such as a living body transplant material used for a defect part such as a tooth or a bone. The artificial bone regeneration material of the present invention, particularly the artificial tooth root, shows a good bond with bone at an early stage. The artificial bone regenerated material of the present invention is useful as a regenerated material when joining not only artificial tooth roots but also other bones.

従来、外科手術に伴う組織切除欠損部には、周辺の組織を移植する事が多く行われており、骨切除を伴う手術による骨欠損では力学的強度を持つ補填材(医用材料)、いわゆる構造体が必要となる。欠損部への治療にはリン酸カルシウム、ハイドロキシアパタイトなどの骨組織親和性充填材が用いられている。   Conventionally, a tissue excision defect part associated with a surgical operation is often transplanted with surrounding tissue, and a bone defect due to an operation involving bone excision has a mechanical strength (medical material), a so-called structure. A body is needed. Bone tissue-compatible fillers such as calcium phosphate and hydroxyapatite are used to treat the defect.

再生医療的な観点からは、単に骨組織親和性のみならず、骨形成細胞を補填材に付着させ、周囲の骨組織との一体化が検討されている。また、構造体を多孔質構造にして、細胞を付着させたり、絡ませたり、あるいは培養技術によって構造体表面から細胞侵入を促す工夫も行われている。その具体的先行技術としては特許文献1があげられる。   From the viewpoint of regenerative medicine, not only affinity for bone tissue but also adhesion of bone-forming cells to a filling material and integration with surrounding bone tissue has been studied. In addition, the structure is made porous so that cells are attached or entangled, or the cell is invaded from the surface of the structure by a culture technique. As a specific prior art, Patent Document 1 can be cited.

この文献によれば、治療に必要十分な量の物質を材料内部に均一に拡散分布させることができる構造を有する医用材料を提供する目的で、空隙率が20〜97%である直方体状の多孔質三次元構造体と、その本体内部に形成される中空孔とから構成されている医用材料が記載されている。また、この中空孔からリン酸カルシウム、セラミックスアパタイトなどの物質および生理活性を持つ細胞や組織、蛋白、それにそれらの機能を発揮させるにふさわしい物質が導入されるというものである。   According to this document, a rectangular parallelepiped having a porosity of 20 to 97% for the purpose of providing a medical material having a structure capable of uniformly diffusing and distributing a sufficient amount of a substance necessary for treatment inside the material. A medical material composed of a three-dimensional structure and a hollow hole formed inside the main body is described. In addition, substances such as calcium phosphate and ceramic apatite, cells and tissues having physiological activity, proteins, and substances suitable for exerting their functions are introduced from the hollow holes.

国際公開WO2006/090777International Publication WO2006 / 090777

従来の医用材料を骨再生用に用いた場合に、骨が当該多孔質三次元構造体の内部へと侵入しないという問題を有していた。本発明は、骨が多孔体内部に成長し、骨と接合しやすい骨再生医療材料を提供することを目的とする。   When conventional medical materials are used for bone regeneration, there is a problem that bone does not enter the porous three-dimensional structure. An object of the present invention is to provide a bone regenerative medical material in which bone grows inside a porous body and can be easily joined to the bone.

本発明(1)は、活性水素を有するポリオールとポリイソシアネートとを反応させてな
る末端イソシアネート基を有するプレポリマーと、水系分散媒にチタン粉末を懸濁してな
るスラリーとを混合させ、反応させることにより、チタン粉末を含有するポリウレタン発
泡中間体を得た後、前記中間体に熱処理を施し、前記中間体を脱脂および焼結させることによって製造されたものであり、
複数の気泡が互いに連結してなる連続気泡を含む、前記チタン粉末が焼結してなる発泡チタン焼成体材料で構成されたものであり、前記発泡チタン焼成体材料の平均流量細孔径が20〜80μmであることを特徴とする骨再生医療材料。
In the present invention (1), a prepolymer having a terminal isocyanate group obtained by reacting a polyol having active hydrogen with a polyisocyanate and a slurry obtained by suspending titanium powder in an aqueous dispersion medium are mixed and reacted. According to the above, after obtaining a polyurethane foam intermediate containing titanium powder, the intermediate is subjected to a heat treatment, and the intermediate is manufactured by degreasing and sintering,
It is composed of a foamed titanium fired body material obtained by sintering the titanium powder , including open cells in which a plurality of bubbles are connected to each other , and the foamed titanium fired body material has an average flow pore size of 20 to 20 Bone regenerative medical material characterized by being 80 μm .

本発明(2)は、前記発泡チタン焼成体材料の最大細孔径が80〜180μmであることを特徴とする、前記発明(1)の骨再生医療材料である。 The present invention (2) is the bone regenerative medical material according to the invention (1), wherein the titanium foam fired body material has a maximum pore diameter of 80 to 180 μm.

本発明(3)は、前記発泡チタン焼成体材料のセル骨格形状が略三角形であり、セル骨格表面が粒子形状に凹凸していることを特徴とする、前記発明(1)又は(2)の骨再生医療材料である。 The present invention (3) is characterized in that the cell skeleton shape of the titanium foam fired body material is substantially triangular, and the cell skeleton surface is uneven in a particle shape, according to the invention (1) or (2) Bone regenerative medical material.

本発明(4)は、前記発泡チタン焼成体材料は、前記チタン粉末の粒子同士が連結し、三次元の網目構造を構築してなるものであることを特徴とする前記発明(1)ないし(3)のいずれかの骨再生医療材料である。 The present invention (4) is characterized in that the titanium foam fired body material is formed by connecting particles of the titanium powder to form a three-dimensional network structure. The bone regenerative medical material according to any one of 3).

本発明(5)は、前記スラリーは、水を分散媒とし、該分散媒に平均粒径0.5〜30μmの前記チタン粉末を懸濁してなるものであり、
前記プレポリマー中の前記イソシアネート基の含有率は、3〜26質量%であり、
前記プレポリマー中のポリオールは、エチレンオキサイドユニットを少なくとも60モル%含むポリエーテル系ポリオールであることを特徴とする前記発明(1)ないし(4)のいずれかの骨再生医療材料である。
In the present invention (5), the slurry comprises water as a dispersion medium, and the titanium powder having an average particle size of 0.5 to 30 μm is suspended in the dispersion medium.
The content of the isocyanate group in the prepolymer is 3 to 26% by mass,
The bone regenerative medical material according to any one of the inventions (1) to (4), wherein the polyol in the prepolymer is a polyether-based polyol containing at least 60 mol% of ethylene oxide units.

本発明(6)は、前記チタン粉末は、アトマイズ法により製造されたものであることを特徴とする前記発明(1)ないし(5)のいずれかの骨再生医療材料である。   The present invention (6) is the bone regenerative medical material according to any one of the inventions (1) to (5), wherein the titanium powder is produced by an atomizing method.

本発明(7)は、前記発泡チタン焼成体材料が厚さ0.1〜10mmのシート形状に成形されており、前記発泡チタン焼成体材料の外周にセラミックスアパタイトがコートされている
ことを特徴とする前記発明(1)ないし(6)のいずれかの骨再生医療材料である。
The present invention (7) is characterized in that the expanded titanium fired body material is formed into a sheet shape having a thickness of 0.1 to 10 mm, and ceramic apatite is coated on the outer periphery of the expanded titanium fired body material. The bone regenerative medical material according to any one of the inventions (1) to (6).

本発明(8)は、前記発泡チタン焼成体材料の内部に注入する物質は生理機能を持ち、
各種細胞、骨髄細胞、骨髄液、骨髄液から分離された幹細胞、臍帯血由来細胞、末梢血由来細胞、組織細切片、各種蛋白、脂質、多糖類、酵素、抗生物質、抗菌物質、ホルモン、サイトカイン、血液凝固促進剤、細胞成長因子、遺伝子操作された細胞からの抽出物、遺伝子操作された細胞から産生される物質、血管内皮細胞増殖因子(VEGF),platelet-
inducedgrowthfactor(PIGF)、治療効果因子ベータ1(TGF.beta.1)、酸性繊維芽細胞(aFGF)、塩基性繊維芽細胞(bFGF)、治療効果因子アルファ(TGF.alph.)、上皮細胞増殖因子、オステオネクチン、アンティオポエチン(ANG1)
、ANG2、血小板由来増殖因子AB、血小板由来増殖因子BB、骨形成蛋白質(BMP
)、肝細胞増殖因子(HGF)、細胞外マトリックス、コラーゲンあるいはそれらのいずれかの複合体もしくは誘導体、等のグループから選ばれた少なくとも一つ以上であること
を特徴とする前記発明(1)から(7)のいずれかの骨再生医療材料である。
In the present invention (8), the substance injected into the foamed titanium fired body material has a physiological function,
Various cells, bone marrow cells, bone marrow fluid, stem cells isolated from bone marrow fluid, cord blood-derived cells, peripheral blood-derived cells, tissue subsections, various proteins, lipids, polysaccharides, enzymes, antibiotics, antibacterial substances, hormones, cytokines Blood coagulation promoters, cell growth factors, extracts from genetically engineered cells, substances produced from genetically engineered cells, vascular endothelial growth factor (VEGF), platelet-
inducedgrowthfactor (PIGF), therapeutic effect factor beta 1 (TGF.beta.1), acidic fibroblasts (aFGF), basic fibroblasts (bFGF), therapeutic effect factor alpha (TGF.alpha.), epidermal growth factor , Osteonectin, antipoietin (ANG1)
, ANG2, platelet-derived growth factor AB, platelet-derived growth factor BB, bone morphogenetic protein (BMP)
), At least one selected from the group of hepatocyte growth factor (HGF), extracellular matrix, collagen or any complex or derivative thereof, from the invention (1) The bone regeneration medical material according to any one of (7).

本発明(9)は、基材と、
その基材の外周にチタン粉末を焼成・連結することによって形成された、前記発明(1)ないし(8)のいずれかの骨再生医療材料からなるチタン多孔シート層を備えている人工骨類再生材である。
The present invention (9) comprises a substrate,
Artificial bone regeneration comprising a titanium porous sheet layer made of the bone regenerative medical material according to any one of the inventions (1) to (8) formed by firing and connecting titanium powder to the outer periphery of the base material It is a material.

本発明(10)は、前記人工骨類再生材が人工歯根であることを特徴とする前記発明(
9)の人工骨類再生材である。
本発明(11)は、活性水素を有するポリオールとポリイソシアネートとを反応させてなる末端がイソシアネート基を有するプレポリマーと、水系分散媒にチタン粉末を懸濁してなるスラリーとを混合させ、反応させることにより、チタン粉末を含有するポリウレタン発泡中間体を得る中間体製造工程と、発泡チタン材料の中間体に対して熱処理を施すことにより、この中間体を脱脂して脱脂体を得る脱脂工程と、脱脂体を焼結させる焼結工程とを有することを特徴とする骨再生医療材料の製造方法である。
本発明(12)は、前記発泡チタン材料の平均流量細孔径が20〜80μmであることを特徴とする、前記発明(11)の骨再生医療材料の製造方法である。
The present invention (10) is characterized in that the artificial bone regeneration material is an artificial tooth root (
9) The artificial bone regenerated material.
In the present invention (11), a prepolymer having an isocyanate group at the terminal obtained by reacting a polyol having active hydrogen with a polyisocyanate is mixed with a slurry obtained by suspending titanium powder in an aqueous dispersion medium and reacted. An intermediate production process for obtaining a polyurethane foam intermediate containing titanium powder, and a degreasing process for obtaining a degreased body by degreasing the intermediate by applying heat treatment to the intermediate of the foamed titanium material; It is a manufacturing method of the bone regenerative medical material characterized by having a sintering process which sinters a degreased body.
The present invention (12) is the method for producing a bone regenerative medical material according to the invention (11), wherein the foamed titanium material has an average flow pore size of 20 to 80 μm.

本発明(1)によれば、骨再生医療材料として用いると、骨が多孔体内部に成長し、骨と接合しやすいという効果を奏する。   According to the present invention (1), when used as a bone regenerative medical material, there is an effect that the bone grows inside the porous body and is easily joined to the bone.

本発明(2)によれば、構造体の内側にまで注入する物質を充填させることができ、各種細胞の優れた誘導性および着床性を維持することができるという効果を奏する。   According to the present invention (2), the substance to be injected can be filled up to the inside of the structure, and the excellent inductivity and implantability of various cells can be maintained.

本発明(3)によれば、多孔体の表面積が大きくなり、骨の生体細胞が着床する機会が増えるという効果を奏する。   According to the present invention (3), there is an effect that the surface area of the porous body is increased, and the chance of living bone living cells is increased.

本発明(4)によれば、チタン粉末粒子同士が連結し、三次元網目構造を有することにより、いかなる方向から外力を加えたとしても、立体的に広がる網目構造が応力の局所集中を防止することができる。また、セル骨格表面が粒子形状に起因する凹凸を有しているため、骨の生体細胞が付着しやすくなるという効果を奏する。   According to the present invention (4), since the titanium powder particles are connected to each other and have a three-dimensional network structure, the three-dimensional network structure prevents local concentration of stress even if an external force is applied from any direction. be able to. In addition, since the cell skeleton surface has irregularities due to the particle shape, there is an effect that biological cells of the bone are easily attached.

本発明(5)によれば、プレポリマーが中間体製造工程においてスラリーと接触した際に、スラリー中の水に対する十分な反応性を有するものとなるので、生成する発泡チタン材料の中間体は、適度な機械的強度と柔軟性とを併せ持つものとなり、最終的に、高い機械的強度と高い空孔率とを両立させた発泡チタン材料が得られるという効果を奏する。   According to the present invention (5), when the prepolymer comes into contact with the slurry in the intermediate production process, the prepolymer has sufficient reactivity with respect to water in the slurry. It has moderate mechanical strength and flexibility, and finally produces an effect of obtaining a foamed titanium material that achieves both high mechanical strength and high porosity.

本発明(6)によれば、チタン粉末が均一に懸濁したスラリーが得られ、更に、より球形に近い形状のチタン粉末を得ることができるため、チタン粉末の流動性が向上し、スラリーは流動性の高いものとなる。その結果、プレポリマーとスラリーとを混合する際の作業性向上を図ることができ、全体が均質なポリウレタン発泡中間体を得ることができるという効果を奏する。   According to the present invention (6), a slurry in which the titanium powder is uniformly suspended can be obtained, and further, a titanium powder having a more spherical shape can be obtained. High fluidity. As a result, the workability at the time of mixing the prepolymer and the slurry can be improved, and the entire polyurethane foam intermediate can be obtained.

本発明(7)によれば、骨細胞との親和性を高めることができるという効果を奏する。   According to the present invention (7), there is an effect that the affinity with bone cells can be increased.

本発明(8)によれば、生理機能を持つ物質を共存させることができるという効果を奏する。   According to the present invention (8), there is an effect that a substance having a physiological function can coexist.

本発明(9)によれば、骨が多孔体内部に成長し、他の骨に接合しやすい人工骨類再生材を提供することが可能になるという効果を奏する。   According to the present invention (9), there is an effect that it is possible to provide an artificial bone regenerated material in which bone grows inside the porous body and can be easily joined to other bones.

本発明(10)によれば、骨が多孔体内部に成長し、他の骨に接合しやすい人工歯根を提供することが可能であるという効果を奏する。   According to the present invention (10), there is an effect that it is possible to provide an artificial tooth root in which bone grows inside the porous body and can be easily joined to other bone.

図1は、本最良形態に係る人工歯根の概略構成図(a)及び概略断面図(b)である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram (a) and a schematic sectional view (b) of an artificial tooth root according to the best mode. 図2は、本最良形態に係る発泡チタン材料の中間体のSEM写真(300倍)である。FIG. 2 is an SEM photograph (300 times) of an intermediate of the expanded titanium material according to the best mode. 図3は、本最良形態に係る発泡チタン材料のSEM写真{(a)100倍、(b)300倍}である。FIG. 3 is an SEM photograph {(a) 100 times, (b) 300 times} of the expanded titanium material according to the best mode. 図4は、比較例の繊維多孔体のSEM写真(200倍)である。FIG. 4 is an SEM photograph (200 ×) of the fiber porous body of the comparative example. 図5は、本最良形態に係る金属発泡体をラットの頭蓋骨の骨膜下に埋植し6週間後の組織像の様子を示した写真である。FIG. 5 is a photograph showing the appearance of a tissue image 6 weeks after the metal foam according to the best mode was implanted under the periosteum of a rat skull. 図6は、比較例の繊維多孔体をラットの頭蓋骨の骨膜下に埋植し6週間後の組織像の様子を示した写真である。FIG. 6 is a photograph showing the appearance of a tissue image after 6 weeks after the porous fiber of the comparative example was implanted under the periosteum of a rat skull.

《発泡チタン材料の構成》
本発明に係る骨再生医療材料は、末端イソシアネート基を有するプレポリマーと、水系分散媒にチタン粉末を懸濁してなるスラリーとを混合させ、反応させることにより、チタン粉末を含有するポリウレタン発泡中間体を得た後、前記中間体に熱処理を施し、前記中間体を脱脂および焼結させることによって製造されたものであり、複数の気泡が互いに連結してなる連続気泡を含む発泡チタン材料で構成されている。本発明の骨再生医療材料では、これらの空孔が連続して連なることが好適である。本最良形態に係る骨再生医療材料は、発泡チタン材料であり、該材料内部に中空孔、中空部を持つ事が基本となる。そのため骨芽細胞などの足場依存性細胞をはじめとする各種細胞の誘導性および着床性が優れており、細胞成長性が格段に高い。また、当該発泡チタン材料は、厚さ0.1〜10mmのシート形状に成形されていることが好適である。
<Composition of expanded titanium material>
The bone regenerative medical material according to the present invention is a polyurethane foam intermediate containing titanium powder by mixing and reacting a prepolymer having a terminal isocyanate group and a slurry obtained by suspending titanium powder in an aqueous dispersion medium. The intermediate body is manufactured by subjecting the intermediate body to heat treatment, and degreasing and sintering the intermediate body, and is composed of a foamed titanium material containing open cells in which a plurality of bubbles are connected to each other. ing. In the bone regenerative medical material of the present invention, it is preferable that these pores are continuous. The bone regenerative medical material according to the best mode is a foamed titanium material, and basically has a hollow hole and a hollow part inside the material. Therefore, the inducibility and implantation of various cells including anchorage-dependent cells such as osteoblasts are excellent, and the cell growth is remarkably high. Moreover, it is preferable that the titanium foam material is formed into a sheet shape having a thickness of 0.1 to 10 mm.

平均流量細孔径が20〜80μm(好適には30〜70μm)であることが好適である。
平均流量細孔径は、ハーフドライ法(ASTM E1294−89)にて測定する。平均流量細孔径が小さいほど多孔体の表面積が大きくなり、骨の生体細胞が着床する機会が増えるという効果を奏する。製造プロセス的にウレタンフォームのセル径が小さくなるほどフォームの表面積が大きくなり、当該フォームを焼成すると、焼成後のチタン多孔体の平均流量細孔径が小さくなる。
The average flow pore size is preferably 20 to 80 μm (preferably 30 to 70 μm).
The average flow pore size is measured by the half dry method (ASTM E1294-89). The smaller the average flow pore size, the larger the surface area of the porous body, and the more the chance that the living cells of the bone are implanted increases. As the cell diameter of the urethane foam decreases in the manufacturing process, the surface area of the foam increases, and when the foam is fired, the average flow pore diameter of the titanium porous body after firing becomes small.

空孔の最大細孔径が80〜180μm(好適には100〜160μm)であることが好適である。最大細孔径は、バブルポイント法(ASTM F316−86, JIS K 3832)にて測定する。即ち、当該測定法により値が得られるということは、連続気泡の物体であることが前提である。更に、最大細孔径の値は、発泡体の中における細孔の連通の程度を反映する値とも解釈できる。発泡チタン材料内部に必要十分な量の物質を注入・充填する事が細胞による組織形成促進には好都合であるが、発泡チタン材料を構成するチタン多孔体は、最大細孔径が前記の範囲であることにより、連続気泡構造を有していることが明らかで有り、注入物質を可能な限り構造体内部に均質に注入させることができる。これにより、構造体の内側にまで注入する物質を充填させることができ、各種細胞の優れた誘導性および着床性を維持することができる。   The maximum pore diameter of the pores is preferably 80 to 180 μm (preferably 100 to 160 μm). The maximum pore diameter is measured by a bubble point method (ASTM F316-86, JIS K3832). That is, the fact that a value can be obtained by the measurement method is based on the assumption that the object is an open-celled object. Further, the value of the maximum pore diameter can be interpreted as a value reflecting the degree of pore communication in the foam. Injecting and filling a necessary and sufficient amount of substance into the expanded titanium material is convenient for promoting tissue formation by cells, but the porous titanium material constituting the expanded titanium material has a maximum pore diameter in the above range. Thus, it is clear that the structure has an open cell structure, and the injected substance can be injected as homogeneously as possible inside the structure. Thereby, the substance to be injected can be filled up to the inside of the structure, and excellent inductivity and implantation of various cells can be maintained.

発泡チタン材料内に設けられた中空孔、中空部は単純な一本の孔ではなく、枝分かれした曲がりくねったチャネルとなっているため、中空孔、中空部を介することで治療に必要十分量の細胞成長物質等の成長因子を構造体内に均一に拡散分布させ、また、骨を再生・成長させることができる。   The hollow holes and hollow parts provided in the expanded titanium material are not simple single holes, but are branched and winding channels. Therefore, a sufficient amount of cells necessary for treatment can be obtained through the hollow holes and hollow parts. Growth factors such as growth substances can be uniformly diffused and distributed in the structure, and bones can be regenerated and grown.

上述の発泡チタン材料は、使用部位に合わせた形状を持つ構造体を有することが好適である。使用部位によってそれにかかる力学的強度、細胞分布の必要度などで構造体の形状と、それを構成する素材の選択と空隙率の適正な設定を行うことが好適である。特に限定されないが、力学的強度の設計は、一般的に、前歯部では耐強度を小さく、臼歯では耐強度を大きくすることが好適である。大臼歯での咬合の場合、垂直に60kg、最大100kgといわれており、特に限定されないが、これに耐えうる強度であることが好適である。但し、前記の荷重には、発泡チタン材料の内部に骨が充填されたときに耐えることができればよい。また、骨で充実された場合、発泡チタンは、骨よりも強くなる。   It is preferable that the above-mentioned foamed titanium material has a structure having a shape matched to a use site. It is preferable to appropriately set the shape of the structure, the material constituting the structure, and the porosity according to the mechanical strength applied to the site to be used and the necessity of cell distribution. Although not particularly limited, it is generally preferable that the mechanical strength is designed to have low strength at the front teeth and high strength at the molars. In the case of occlusion with a molar, it is said to be 60 kg vertically and a maximum of 100 kg, and although it is not particularly limited, it is preferable that the strength can withstand this. However, it is only necessary to be able to withstand the load when the inside of the expanded titanium material is filled with bone. Also, when filled with bone, titanium foam is stronger than bone.

尚、発泡チタン材料の引張強度は、特に限定されないが、2MPa以上が好適である。引張強度の上限は特に限定されないが、例えば、300MPa以下である。また、発泡チタン材料の引張伸びは、特に限定されないが、0.5%以上が好適である。引張伸びの上限は、特に限定されないが、例えば、40%以下である。圧縮強度(25%)は、特に限定されないが、2〜300MPaが好適である。曲げ強度は、特に限定されないが、2〜300MPaが好適である。曲げ弾性率は、特に限定されないが、100〜10,000MPaが好適である。尚、これらの数値の測定方法は実施例記載の方法による。   The tensile strength of the foamed titanium material is not particularly limited, but is preferably 2 MPa or more. Although the upper limit of tensile strength is not specifically limited, For example, it is 300 MPa or less. Further, the tensile elongation of the foamed titanium material is not particularly limited, but 0.5% or more is preferable. Although the upper limit of tensile elongation is not specifically limited, For example, it is 40% or less. The compressive strength (25%) is not particularly limited, but is preferably 2 to 300 MPa. The bending strength is not particularly limited, but is preferably 2 to 300 MPa. The bending elastic modulus is not particularly limited, but 100 to 10,000 MPa is preferable. In addition, the measuring method of these numerical values is based on the method of an Example description.

なお、発泡チタン材料内部への注入物質として、リン酸カルシウム、セラミックスアパタイトのいずれかを該構造体の少なくとも一部に含む事で、骨細胞との親和性を高めることができ、好都合である。   In addition, it is advantageous that the affinity for bone cells can be increased by including at least a part of calcium phosphate or ceramic apatite as a substance to be injected into the expanded titanium material.

前記発泡チタン材料の内部に生理機能を持つ物質を注入することが好適である。ここで、当該物質としては、各種細胞、骨髄細胞、骨髄液、骨髄液から分離された幹細胞、臍帯血由来細胞、末梢血由来細胞、組織細切片、各種蛋白、脂質、多糖類、酵素、抗生物質、抗菌物質、ホルモン、サイトカイン、血液凝固促進剤、細胞成長因子、遺伝子操作された細胞からの抽出物、遺伝子操作された細胞から産生される物質、血管内皮細胞増殖因子(VEGF)、platelet-inducedgrowthfactor(PIGF)、治療効果因子ベータ1(TGF.beta.1)、酸性繊維芽細胞(aFGF)、塩基性繊維芽細胞(bFGF)、治療効果因子アルファ(TGF.alph.)、上皮細胞増殖因子、オステオネクチン、アンティオポエチン(ANG1)、ANG2、血小板由来増殖因子AB、血小板由来増殖因子BB、骨形成蛋白質(BMP)、肝細胞増殖因子(HGF)、細胞外マトリックス、コラーゲンあるいはそれらのいずれかの複合体もしくは誘導体、等のグループから選ばれた少なくとも一つ以上が挙げられる。   It is preferable to inject a substance having a physiological function inside the titanium foam material. Here, the substances include various cells, bone marrow cells, bone marrow fluid, stem cells separated from bone marrow fluid, cord blood-derived cells, peripheral blood-derived cells, tissue subsections, various proteins, lipids, polysaccharides, enzymes, antibiotics Substances, antibacterial substances, hormones, cytokines, blood coagulation promoters, cell growth factors, extracts from genetically engineered cells, substances produced from genetically engineered cells, vascular endothelial growth factor (VEGF), platelet- inducedgrowthfactor (PIGF), therapeutic effect factor beta 1 (TGF.beta.1), acidic fibroblasts (aFGF), basic fibroblasts (bFGF), therapeutic effect factor alpha (TGF.alpha.), epidermal growth factor , Osteonectin, antipoietin (ANG1), ANG2, platelet-derived growth factor AB, platelet-derived growth factor BB, bone morphogenetic protein (BMP), hepatocytes殖因Ko (HGF), extracellular matrix, collagen or any complex or derivative thereof, at least one can be cited selected from the group of an equal.

《発泡チタン材料の製造方法》
以下、本発明の発泡チタン材料(発泡チタン焼結体)の製造方法について、好適実施形態に基づいて詳細に説明する。本実施形態では、いわゆる「発泡チタン」と呼ばれる多孔質のチタン材料を製造する方法について説明する。
<< Production Method of Titanium Foam Material >>
Hereinafter, the manufacturing method of the foamed titanium material (foamed titanium sintered body) of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments. In the present embodiment, a method for producing a porous titanium material called “titanium foam” will be described.

発泡チタン材料の製造方法は、末端がイソシアネート基を有するプレポリマーと、水系分散媒にチタン粉末を懸濁してなるスラリーとを混合させ、反応させることにより、チタン粉末を含有するポリウレタン発泡中間体を得る中間体製造工程と、発泡チタン材料の中間体に対して熱処理を施すことにより、この中間体を脱脂して脱脂体を得る脱脂工程と、脱脂体を焼結させる焼結工程とを有する。これにより、本最良形態に係る発泡チタン材料が得られる。以下、各工程について順次説明する。   A method for producing a foamed titanium material is obtained by mixing and reacting a prepolymer having an isocyanate group at the terminal and a slurry obtained by suspending titanium powder in an aqueous dispersion medium, thereby reacting a polyurethane foam intermediate containing titanium powder. The intermediate manufacturing process to be obtained, the degreasing process of degreasing the intermediate to obtain a degreased body by subjecting the intermediate of the foamed titanium material to heat treatment, and the sintering process of sintering the degreased body. Thereby, the foamed titanium material according to the best mode is obtained. Hereinafter, each process will be described sequentially.

中間体製造工程
まず、発泡チタン材料の中間体の原料として、プレポリマーとスラリーとを使用する。このうち、プレポリマーは、末端にイソシアネート基を有するものである。
Intermediate production process First, a prepolymer and a slurry are used as raw materials for an intermediate of a foamed titanium material. Among these, a prepolymer has an isocyanate group at the terminal.

このようなプレポリマーは、末端にイソシアネート基を有するプレポリマーであれば、いかなるものでもよいが、例えば、ポリオールと化学当量を超えるポリイソシアネート(多官能イソシアネート)と反応により生成するものが使用可能である。このようなプレポリマーは、優れた反応性と、優れた機械的特性(柔軟性及び弾力性)とを併せ持つものとなる。したがって、中間体製造工程において、プレポリマーとスラリー中に含まれる水分との反応性を高めることができ、機械的特性に優れたポリウレタン発泡中間体が得られ、最終的に、機械的特性に優れた発泡チタン材料が得られる。   Such a prepolymer may be any prepolymer having an isocyanate group at the terminal, but for example, a prepolymer produced by reaction with a polyisocyanate (polyfunctional isocyanate) exceeding a chemical equivalent with a polyol can be used. is there. Such a prepolymer has both excellent reactivity and excellent mechanical properties (flexibility and elasticity). Therefore, in the intermediate production process, the reactivity between the prepolymer and the moisture contained in the slurry can be increased, and a polyurethane foam intermediate having excellent mechanical properties can be obtained. Finally, excellent mechanical properties can be obtained. A foamed titanium material is obtained.

ポリイソシアネートは、1分子中にイソシアネート基(−NCO)を2個以上有する化合物である。一方、ポリオールは、1分子中に活性水素基(水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基等)を2個以上有する化合物である。これらポリイソシアネートとポリオールとを混合すると、ポリイソシアネート中のイソシアネート基とポリオール中の活性水素基とが反応して、プレポリマーが形成される。   Polyisocyanate is a compound having two or more isocyanate groups (—NCO) in one molecule. On the other hand, polyol is a compound having two or more active hydrogen groups (hydroxyl group, amino group, thiol group, carboxyl group, etc.) in one molecule. When these polyisocyanate and polyol are mixed, the isocyanate group in the polyisocyanate reacts with the active hydrogen group in the polyol to form a prepolymer.

ここで、本発明で用いられるポリイソシアネートとしては、例えば、トルエンジイソシアネート(TDI)、トリフェニル−メタン−4,4’,4”−トリイソシアネート、ベンゼン−1,3,5−トリイソシアネート、トルエン−2,4,6−トリイソシアネート、ジフェニル−2,4,4’−トリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、キシレンジイソシアネート、クロロフェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート、キシレン−α,α’ジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレン−ジイソシアネート、3,3’−ジメトキシ−4,4’−スルホニルビス(フェニルイソシアネート)、4,4’−メチレンジ−オルソ−トリイソシアネート、エチレンジイソシアネート、エチレンジイソチオシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサンジイソシアネート等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   Here, examples of the polyisocyanate used in the present invention include toluene diisocyanate (TDI), triphenyl-methane-4,4 ′, 4 ″ -triisocyanate, benzene-1,3,5-triisocyanate, toluene- 2,4,6-triisocyanate, diphenyl-2,4,4′-triisocyanate, hexamethylene diisocyanate (HDI), xylene diisocyanate, chlorophenylene diisocyanate, diphenylmethane-4,4′-diisocyanate, naphthalene-1,5- Diisocyanate, xylene-α, α ′ diisocyanate, 3,3′-dimethyl-4,4′-biphenylene-diisocyanate, 3,3′-dimethoxy-4,4′-sulfonylbis (phenyl isocyanate), 4,4′- Methylenedio Luso-triisocyanate, ethylene diisocyanate, ethylene diisothiocyanate, trimethylene diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4′-diisocyanate, isophorone diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethyl-1,6- Hexane diisocyanate and the like can be mentioned, and one or more of these can be used in combination.

尚、これらのポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネートと脂肪族系ポリイソシアネートとに分けられる。
また、これらの中でも、ポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネートであるのが好ましい。芳香族系ポリイソシアネートは、反応性が特に高く、ポリオールと反応することによって機械的特性に優れた化合物が得られる。このため、発泡チタン材料の中間体の機械的特性及び保形性を高めることができ、最終的に、機械的強度及び寸法精度に優れた発泡チタン材料が得られる。また、芳香族系ポリイソシアネートは、安価で入手が容易であるという利点も有する。
These polyisocyanates are classified into aromatic polyisocyanates and aliphatic polyisocyanates.
Of these, the polyisocyanate is preferably an aromatic polyisocyanate. Aromatic polyisocyanates are particularly highly reactive, and compounds having excellent mechanical properties can be obtained by reacting with polyols. For this reason, the mechanical characteristics and shape retention of the intermediate body of a foam titanium material can be improved, and finally the foam titanium material excellent in mechanical strength and dimensional accuracy is obtained. Aromatic polyisocyanates also have the advantage of being inexpensive and readily available.

また、本発明で用いられるポリオールとしては、例えば、ポリオキシエチンジオール、ポリオキシエチレントリオール、ポリオキシエチレンテトロール、ポリオキシエチレンヘキソール、ポリオキシエチレンオクトールのようなポリエーテル系ポリオール、ポリ(ブチレンアジペート)ジオールのようなアジペート系ポリオール、ポリ−ε−カプロラクトンジオールのようなカプロラクトン系ポリオール等のポリエステル系ポリオール、ポリ(ヘキサメチレンカーボネート)ジオールのようなポリカーボネート系ポリオール等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   Examples of the polyol used in the present invention include polyether-based polyols such as polyoxyethine diol, polyoxyethylene triol, polyoxyethylene tetrol, polyoxyethylene hexol, polyoxyethylene octol, poly ( Butylene adipate) diol such as adipate polyol, polyester polyol such as caprolactone polyol such as poly-ε-caprolactone diol, polycarbonate polyol such as poly (hexamethylene carbonate) diol, etc. These may be used alone or in combination of two or more.

また、これらの中でも、ポリオールは、エチレンオキサイドユニットを少なくとも50モル%、より好ましくは60モル%含むポリエーテル系ポリオールであるのが好ましい。ポリエーテル系ポリオールは、エーテル鎖を含んでいるため屈曲性に富み、低温特性に優れている。また、エチレンオキサイドユニットを少なくとも50モル%を含むポリエーテル系ポリオールは、親水性のエチレンオキサイドユニットを含むため、得られるプレポリマーは親水性を示し、多量の水分を含むスラリーとの混合が容易となり、また水との反応及び発泡安定性に優れる。エチレンオキサイドユニットが60モル%であれば、より親水性となるのでより好ましい。更に、ポリエーテル系ポリオールは、酸化による分子鎖の切断が起き易いことから、熱分解によって容易に除去することができる。これにより、速やかな脱脂が可能な発泡チタン材料の中間体を得ることができる。
また、このようなポリオールの重量平均分子量は、特に限定されないが、200〜20000程度であるのが好ましく、600〜6000程度であるのがより好ましい。
Among these, the polyol is preferably a polyether-based polyol containing at least 50 mol%, more preferably 60 mol%, of an ethylene oxide unit. Since the polyether polyol contains an ether chain, it is rich in flexibility and excellent in low temperature characteristics. In addition, polyether polyols containing at least 50 mol% of ethylene oxide units contain hydrophilic ethylene oxide units, so that the resulting prepolymer is hydrophilic and can be easily mixed with a slurry containing a large amount of moisture. Moreover, it is excellent in reaction with water and foaming stability. If the ethylene oxide unit is 60 mol%, it is more preferable because it becomes more hydrophilic. Furthermore, the polyether-based polyol can be easily removed by thermal decomposition because the molecular chain is easily broken by oxidation. Thereby, the intermediate body of the foaming titanium material in which quick degreasing is possible can be obtained.
Moreover, the weight average molecular weight of such a polyol is not particularly limited, but is preferably about 200 to 20000, and more preferably about 600 to 6000.

さらに、発泡チタン材料の中間体が三次元網目構造の発泡体を構成できるようにするため、前記イソシアネート基末端プレポリマーの製造には、架橋剤として、多官能性であってかつイソシアネート基と反応性を有するものを使用してもよい。そのような架橋剤として、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリレン−2,4,6−トリアミン、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、ヒドラジントリエタノールアミン、ベンゼン−1,2,4−トリカルボン酸、ニトリロトリ酢酸、クエン酸、4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)等が挙げられ、更にいわゆるポリオールを使用してイソシアネート基と反応させてもよい。それらの中でも、グリセリン、トリメチロールプロパンが好ましいものである。   Furthermore, in order to allow the intermediate of the foamed titanium material to form a foam having a three-dimensional network structure, the production of the isocyanate group-terminated prepolymer is a multifunctional and reactive with isocyanate group as a crosslinking agent. Those having properties may be used. As such crosslinking agents, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, polyethyleneimine, glycerin, trimethylolpropane, tolylene-2,4,6-triamine, ethylenediamine, trimethylenediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine , Hexamethylenediamine, ethanolamine, diethanolamine, hydrazine triethanolamine, benzene-1,2,4-tricarboxylic acid, nitrilotriacetic acid, citric acid, 4,4′-methylenebis (o-chloroaniline), and the like. So-called polyols may be used to react with isocyanate groups. Among these, glycerin and trimethylolpropane are preferable.

また、プレポリマーにおいて、ポリイソシアネート中のイソシアネート基のモル数は、ポリオール中の活性水素基のモル数に対して、1.1〜10倍程度であるのが好ましく、1.5〜5倍程度であるのがより好ましい。これにより、プレポリマー中において活性水素基よりイソシアネート基が確実に過剰な状態となる。その結果、プレポリマーは、イソシアネート基を末端に有するプレポリマーとすることができ、中間体製造工程において、スラリー中の水に対して確実に反応することができる。尚、ポリオール中の活性水素基としては、前述したように、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基等が挙げられる。このようなポリイソシアネートとポリオールとを反応させることによりプレポリマーが作製されるが、この反応は、イソシアネート基が空気中の水分と反応しないようにするため不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましく、具体的には、窒素ガス、アルゴンガス雰囲気下で行うのが好ましい。   In the prepolymer, the number of moles of isocyanate groups in the polyisocyanate is preferably about 1.1 to 10 times, and about 1.5 to 5 times the number of moles of active hydrogen groups in the polyol. It is more preferable that This ensures that the isocyanate group is in excess of the active hydrogen group in the prepolymer. As a result, the prepolymer can be a prepolymer having an isocyanate group at the terminal, and can reliably react with water in the slurry in the intermediate production process. As described above, examples of the active hydrogen group in the polyol include a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, and a carboxyl group. A prepolymer is produced by reacting such a polyisocyanate and a polyol, but this reaction is preferably performed in an inert gas atmosphere so that the isocyanate group does not react with moisture in the air, Specifically, it is preferably performed in an atmosphere of nitrogen gas or argon gas.

また、ポリイソシアネートとポリオールとの混合・反応は、ポリイソシアネートとポリオールとを各種混合機、各種攪拌機等に投入し、混合・攪拌することによって行われる。   The mixing / reaction of the polyisocyanate and the polyol is carried out by charging the polyisocyanate and the polyol into various mixers, various stirrers and the like, and mixing and stirring them.

尚、ポリイソシアネートとポリオールとを混合する際の温度は、特に限定されないものの、好ましくは、40〜140℃程度、より好ましくは、50〜120℃程度とされる。また、混合時間は、特に限定されないが、好ましくは0.1〜10時間程度、より好ましくは1〜5時間程度とされる。
以上のようにしてプレポリマーが得られる。
In addition, although the temperature at the time of mixing polyisocyanate and a polyol is not specifically limited, Preferably, it is about 40-140 degreeC, More preferably, it is about 50-120 degreeC. The mixing time is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 10 hours, more preferably about 1 to 5 hours.
A prepolymer is obtained as described above.

尚、本発明で用いられるプレポリマーは、前述したように、末端イソシアネート基を有していればよいが、このイソシアネート基の割合(NCO%)は、プレポリマーの全質量を基準として、3〜26質量%程度であるのが好ましく、5〜15質量%程度であるのがより好ましい。これにより、プレポリマーは、中間体製造工程においてスラリーと接触した際に、スラリー中の水に対する十分な反応性を有するものとなる。また、このプレポリマーとスラリー中の水との反応により生成する発泡チタン材料の中間体は、適度な機械的強度と柔軟性とを併せ持つものとなり、最終的に、高い機械的強度と高い空孔率とを両立させた発泡チタン材料が得られる。   The prepolymer used in the present invention may have a terminal isocyanate group as described above, but the ratio of this isocyanate group (NCO%) is 3 to 3 on the basis of the total mass of the prepolymer. It is preferably about 26% by mass, and more preferably about 5-15% by mass. Thereby, a prepolymer will have sufficient reactivity with respect to the water in a slurry, when it contacts with a slurry in an intermediate body manufacturing process. Moreover, the intermediate of the expanded titanium material produced by the reaction between this prepolymer and the water in the slurry has both moderate mechanical strength and flexibility, and finally high mechanical strength and high porosity. A foamed titanium material that achieves both a good rate is obtained.

一方、スラリーは、チタン粉末と水とを含む液体、換言すれば、水系分散媒にチタン粉末を懸濁(分散)してなる分散液である。
このうち、チタン粉末は、最終的に発泡チタン材料を構成するチタン材料の原料となる粉末である。またここで、チタンとは、純チタンのみならず、酸化チタン、チタン合金も含まれる。
On the other hand, the slurry is a liquid containing titanium powder and water, in other words, a dispersion obtained by suspending (dispersing) titanium powder in an aqueous dispersion medium.
Among these, the titanium powder is a powder that finally becomes a raw material of the titanium material constituting the foamed titanium material. Here, titanium includes not only pure titanium but also titanium oxide and titanium alloys.

ここで、本発明では、金属粉末を分散する分散媒として水を使用することから、用いる金属粉末として、水によるイオン化または酸化による変質が起こり難いことが好ましい。具体的には、例えばK、Ca、Na等イオン化傾向が比較的大きい金属より、イオン化傾向の比較的小さい金属材料で構成された金属粉末を用いることにより、この金属粉末が水と接触したとしても、金属粉末がイオン化し難く、その結果、金属粉末が酸化に伴って発熱するのを抑制し、その結果、プレポリマーとスラリーとの反応が不安定になるのを抑制することができる。この点、チタンはイオン化傾向が小さくアルミニウム程度であるので、好ましい。また、チタンは酸化物が非常に安定で侵されにくく、表面が酸化物の皮膜によって保護される空気中では、プラチナ(白金)や金とほぼ同等の強い耐蝕性を持つ。室温では酸や食塩水(海水)などとは殆ど反応しないため、チタンの水分散液を用いることは好ましい。したがって、チタンを水分散液として利用する際にも、酸化に伴ってチタン粉末の特性(化学的特性、機械的特性および電気的特性)が劣化するのを抑制することができ、目的とする特性を有するポリウレタン発泡中間体を得ることができる。   Here, in the present invention, since water is used as a dispersion medium for dispersing the metal powder, it is preferable that the metal powder to be used is not easily altered by ionization or oxidation by water. Specifically, even if the metal powder is made of a metal material having a relatively low ionization tendency rather than a metal having a relatively high ionization tendency such as K, Ca, Na, etc. The metal powder is less likely to be ionized, and as a result, the metal powder can be prevented from generating heat due to oxidation, and as a result, the reaction between the prepolymer and the slurry can be prevented from becoming unstable. In this respect, titanium is preferable because it has a small ionization tendency and is about the same as aluminum. Titanium has an extremely strong corrosion resistance equivalent to that of platinum (platinum) or gold in the air whose surface is protected by an oxide film because the oxide is very stable and hardly attacked. It is preferable to use an aqueous dispersion of titanium because it hardly reacts with acid or saline (seawater) at room temperature. Therefore, even when titanium is used as an aqueous dispersion, it is possible to suppress deterioration of the properties (chemical properties, mechanical properties and electrical properties) of the titanium powder due to oxidation, and the desired properties. A polyurethane foam intermediate having the following can be obtained.

尚、金属粉末を構成する金属材料には、特に、その比重が10以下であるものが好ましく、8以下であるものがより好ましい。このような比較的比重の軽い金属材料で構成された粉末であれば、スラリー中において水系分散媒に容易に懸濁することができる。これにより、金属粉末の分離・沈降が生じ難いスラリーを得ることができる。その結果、中間体製造工程において、プレポリマーとスラリーとを混合した際に、プレポリマーとスラリーとをムラなく混合することができ、全体が均質な発泡金属材料の中間体、ひいては発泡金属材料を得ることができる。また、全体が均質であることにより、金属粉末の粒子同士の接触機会が十分に多くなり、金属粉末が密につながったポリウレタン発泡中間体を得る事ができ、その後の焼結時に、融点が高くて加熱溶融しにくい金属であっても、粒子同士の接合されることが確保されやすくなるため、発泡金属材料の機械的強度を向上させることができる。この点、チタンの比重は、4.5であり、酸化チタンの比重は4.23であるため、上記要件を満たす。   The metal material constituting the metal powder preferably has a specific gravity of 10 or less, and more preferably 8 or less. If the powder is composed of such a metal material having a relatively low specific gravity, it can be easily suspended in the aqueous dispersion medium in the slurry. Thereby, it is possible to obtain a slurry in which separation / sedimentation of the metal powder hardly occurs. As a result, in the intermediate manufacturing process, when the prepolymer and the slurry are mixed, the prepolymer and the slurry can be mixed evenly, and the intermediate of the metal foam material that is homogeneous as a whole, and consequently the metal foam material, can be obtained. Can be obtained. In addition, since the whole is homogeneous, the opportunity for contact between the metal powder particles is sufficiently increased, and a polyurethane foam intermediate in which the metal powder is closely connected can be obtained, and the melting point is high during the subsequent sintering. Even if the metal is difficult to heat and melt, it is easy to ensure that the particles are bonded to each other, so that the mechanical strength of the metal foam material can be improved. In this respect, the specific gravity of titanium is 4.5 and the specific gravity of titanium oxide is 4.23, which satisfies the above requirements.

また、本発明に用いるチタン粉末の平均粒径は、0.5〜60μm程度であるのが好ましく、1〜30μm程度であるのがより好ましい。尚、チタン粉末の平均粒径は、レーザー回折・散乱法により測定する。平均粒径を前記範囲に設定されたチタン粉末であれば、スラリー中において水系分散媒に容易に懸濁することができる。これにより、チタン粉末の分離・沈降が特に生じ難いスラリーが得られる。その結果、中間体製造工程において、プレポリマーとスラリーとを混合した際に、プレポリマーとスラリーとをムラなく混合することができ、全体が均質な発泡チタン材料の中間体を得ることができる。また、機械的強度を高めつつ、より微細な三次元網目構造を構築可能な中間体を得ることができる。また、平均粒径を前記範囲に設定されたチタン粉末であれば、より微細な三次元網目構造を形成することができるので、表面積が特に大きく、かつ柔軟性および弾力性に特に優れたチタン粉末含有ポリウレタン発泡中間体を得ることができる。さらに、前記粉末の平均粒径を前記範囲に設定することにより、チタン粉末の粒子同士の接触機会がより多くなるので、本発明の発泡チタン材料の強度のさらなる向上を図ることができる。また、焼結後のチタン発泡材料の表面積を大きくすることができ、骨細胞が付着しやすくなる。なお、チタン粉末の平均粒径が前記下限値未満である場合、チタン粉末の取り扱いが極めて困難となるばかりか、粒子同士の凝集が顕在化し、均一なスラリーを得ることが難しくなる。一方、チタン粉末の平均粒径が前記上限値を上回る場合、スラリー中において、チタン粉末の著しく沈降しやすくなる。このため、やはり、均一なスラリーを得ることが難しくなる。   Moreover, it is preferable that the average particle diameter of the titanium powder used for this invention is about 0.5-60 micrometers, and it is more preferable that it is about 1-30 micrometers. The average particle size of the titanium powder is measured by a laser diffraction / scattering method. If the titanium powder has an average particle size set in the above range, it can be easily suspended in the aqueous dispersion medium in the slurry. As a result, a slurry in which separation and sedimentation of titanium powder is not particularly likely to occur can be obtained. As a result, when the prepolymer and the slurry are mixed in the intermediate production process, the prepolymer and the slurry can be mixed evenly, and an intermediate of a foamed titanium material that is homogeneous as a whole can be obtained. Moreover, the intermediate body which can construct | assemble a more fine three-dimensional network structure can be obtained, raising mechanical strength. In addition, if the titanium powder has an average particle diameter set in the above range, a finer three-dimensional network structure can be formed, so that the titanium powder has a particularly large surface area and is particularly excellent in flexibility and elasticity. A containing polyurethane foam intermediate can be obtained. Furthermore, by setting the average particle diameter of the powder within the above range, the number of opportunities for contact between the titanium powder particles increases, so that the strength of the expanded titanium material of the present invention can be further improved. Moreover, the surface area of the titanium foam material after sintering can be increased, and bone cells are easily attached. In addition, when the average particle diameter of titanium powder is less than the said lower limit, not only the handling of titanium powder becomes very difficult, but aggregation of particles becomes obvious and it becomes difficult to obtain a uniform slurry. On the other hand, when the average particle diameter of the titanium powder exceeds the upper limit value, the titanium powder is remarkably easily settled in the slurry. This again makes it difficult to obtain a uniform slurry.

このようなチタン粉末には、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法のようなアトマイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法等、いかなる方法で製造されたものでも用いることができるが、特にアトマイズ法により製造されたものが好ましく用いられる。アトマイズ法によれば、微細で粒度分布の狭い(粒径の揃った)チタン粉末が効率よく得られる。したがって、スラリーがアトマイズ法で製造されたチタン粉末を含んでいることにより、チタン粉末が均一に懸濁したスラリーが得られる。   For such titanium powder, water atomization method, gas atomization method, atomization method such as high-speed rotating water atomization method, reduction method, carbonyl method, pulverization method, etc. can be used. In particular, those produced by the atomizing method are preferably used. According to the atomization method, titanium powder having a fine and narrow particle size distribution (uniform particle size) can be obtained efficiently. Therefore, the slurry in which the titanium powder is uniformly suspended is obtained by including the titanium powder manufactured by the atomizing method.

また、アトマイズ法によれば、より球形に近い形状のチタン粉末を得ることができる。これにより、チタン粉末の流動性が向上し、スラリーは流動性の高いものとなる。その結果、プレポリマーとスラリーとを混合する際の作業性向上を図ることができ、全体が均質なポリウレタン発泡中間体を得ることができる。
具体的には、チタン粉末の各粒子のアスペクト比の平均値は、0.5〜1であるのが好ましく、0.7〜1であるのがより好ましい。これにより、チタン粉末の流動性が特に向上するとともに、各粒子間の充填性も特に高くなる。その結果、最終的に、発泡チタン材料の機械的特性を特に高めることができる。尚、各粒子のアスペクト比とは、各粒子の短径を長径で除した値である。
Moreover, according to the atomizing method, titanium powder having a more spherical shape can be obtained. Thereby, the fluidity | liquidity of titanium powder improves and a slurry becomes a thing with high fluidity | liquidity. As a result, it is possible to improve workability when mixing the prepolymer and the slurry, and to obtain a polyurethane foam intermediate that is homogeneous throughout.
Specifically, the average value of the aspect ratio of each particle of the titanium powder is preferably 0.5 to 1, and more preferably 0.7 to 1. Thereby, the fluidity of the titanium powder is particularly improved and the filling property between the particles is also particularly high. As a result, finally, the mechanical properties of the expanded titanium material can be particularly enhanced. The aspect ratio of each particle is a value obtained by dividing the minor axis of each particle by the major axis.

一方、水は、プレポリマー中のイソシアネート基と接触すると反応して、二酸化酸素等のガスを発生させる。このガスにより、プレポリマーとスラリーとの混合物が発泡し、外部空間と連通する空孔が混合物中に生成される。また、プレポリマーとスラリーとの反応によって生じる反応生成物の作用により、混合物が架橋する。
本発明に用いられる水としては、特に限定されず、純水、イオン交換水、水道水、RO水が挙げられる。
また、スラリー中には、チタン粉末と水以外に、その他の成分を含んでいてもよい。
具体的には、水エマルジョン等である。即ち、スラリーに、軟化点20〜100℃の樹脂を分散させた水エマルジョンとを混合してもよい。
On the other hand, water reacts with an isocyanate group in the prepolymer to generate a gas such as oxygen dioxide. This gas causes the mixture of the prepolymer and the slurry to foam, and voids communicating with the external space are generated in the mixture. In addition, the mixture is crosslinked by the action of the reaction product generated by the reaction between the prepolymer and the slurry.
It does not specifically limit as water used for this invention, Pure water, ion-exchange water, tap water, RO water is mentioned.
In addition to the titanium powder and water, the slurry may contain other components.
Specifically, it is a water emulsion or the like. That is, the slurry may be mixed with a water emulsion in which a resin having a softening point of 20 to 100 ° C. is dispersed.

水エマルジョンに含まれる樹脂としては、具体的にはアクリル酸エステル重合体、ポリエステル、ポリエチレン等を挙げることができる。特に、アクリル酸エステル重合体は、水エマルジョンに含まれる樹脂として好適なものである。これらの樹脂を含むことにより、エマルジョン中の樹脂によって金属粉末がポリウレタン発泡体の骨格から脱落し難くなり、金属粉末の粉落ちを防ぐことができる。さらに、樹脂は、樹脂を分散させた水エマルジョンとしてポリウレタン原料に含まれているため、樹脂がポリウレタン原料に均一に分散し易く、金属粉末をポリウレタン発泡体の骨格に樹脂で効果的に固定することができる。   Specific examples of the resin contained in the water emulsion include acrylic acid ester polymer, polyester, and polyethylene. In particular, the acrylate polymer is suitable as a resin contained in the water emulsion. By including these resins, it becomes difficult for the metal powder to fall off from the skeleton of the polyurethane foam by the resin in the emulsion, and the metal powder can be prevented from falling off. Furthermore, since the resin is contained in the polyurethane raw material as a water emulsion in which the resin is dispersed, the resin is easily uniformly dispersed in the polyurethane raw material, and the metal powder is effectively fixed to the polyurethane foam skeleton with the resin. Can do.

次に、プレポリマーとスラリーとを混合する。これにより、前述したように、プレポリマー中のイソシアネート基とスラリー中の水とが反応して、二酸化炭素等のガスが発生するとともに、樹脂化反応も進行していく。このガスがプレポリマーとスラリーとの混合物から外部空間に抜け出ることにより、混合物中に気泡が生成される。この泡化反応とともに樹脂化反応が進行することにより、この混合物が発泡する。また、プレポリマーとスラリーとの反応によって生じる反応生成物(例えば、一級アミン等)の作用により、プレポリマーとスラリーとの混合物中に、(ウレタン結合)、ウレア(尿素)結合、ビュレット結合、(アロファネート結合)等が生成されるとともに、これらの結合が三次元的に架橋する。これにより、プレポリマーとスラリーとの混合物が架橋して三次元の網目構造を形成し、発泡チタン材料の中間体が製造される。   Next, the prepolymer and the slurry are mixed. Thereby, as mentioned above, the isocyanate group in the prepolymer and the water in the slurry react to generate a gas such as carbon dioxide, and the resinification reaction also proceeds. As this gas escapes from the mixture of prepolymer and slurry to the external space, bubbles are generated in the mixture. As the resinification reaction proceeds with the foaming reaction, the mixture foams. Further, due to the action of a reaction product (for example, primary amine) generated by the reaction between the prepolymer and the slurry, (urethane bond), urea (urea) bond, burette bond, ( Allophanate bonds) and the like are generated, and these bonds cross-link three-dimensionally. Thereby, the mixture of a prepolymer and a slurry bridge | crosslinks, a three-dimensional network structure is formed, and the intermediate body of a foaming titanium material is manufactured.

かかる発泡チタン材料の中間体は、図3に示すように、チタン粉末を含む樹脂材料が三次元の網目構造を構築し、いわゆるスポンジ状の形態をなすものとなる。また、ポリウレタン発泡中間体は、図3に示すように、網目構造の中に、チタン粉末の粒子を取り込んでいる。このため、ポリウレタン発泡中間体に外力を繰り返し加えたとしても、網目構造からチタン粉末の粒子が脱落することが確実に防止される。これにより、ポリウレタン発泡中間体は、次工程までの間に、チタン粉末の粒子同士がウレタンポリマー内部に緻密に連結された状態を維持することができる。そして、かかる網目構造を有する中間体を用いることにより、最終的に、チタン粉末の粒子同士が連結してなる三次元の網目構造を有し、等方性の機械的特性を有する優れた発泡チタン材料が得られる。
ここで、プレポリマーとスラリーとの混合は、プレポリマーとスラリーとを、各種混合機、各種攪拌機等に投入して行うことができる。
As shown in FIG. 3, the intermediate body of the foamed titanium material is a so-called sponge-like form in which a resin material containing titanium powder constructs a three-dimensional network structure. Further, as shown in FIG. 3, the polyurethane foam intermediate body incorporates titanium powder particles in a network structure. For this reason, even if an external force is repeatedly applied to the polyurethane foam intermediate, the titanium powder particles are reliably prevented from falling off from the network structure. Thereby, the polyurethane foam intermediate can maintain the state in which the particles of the titanium powder are closely connected to the inside of the urethane polymer until the next step. And by using the intermediate body which has such a network structure, it has the three-dimensional network structure which the particle | grains of titanium powder connected finally, and the excellent foamed titanium which has an isotropic mechanical characteristic A material is obtained.
Here, mixing of the prepolymer and the slurry can be performed by charging the prepolymer and the slurry into various mixers, various agitators, and the like.

プレポリマーとスラリーとを混合する際、プレポリマーとスラリーとの混合比は、プレポリマー中のイソシアネート基のモル数をnとし、スラリー中の水のモル数をnとしたとき、n/nが6.5〜390を満足する比率であるのが好ましく、20〜200を満足する比率であるのがより好ましい。プレポリマーとスラリーとの混合比を前記範囲内に設定することにより、イソシアネート基と水とが必要かつ十分に反応し、最終的に、柔軟性及び弾力性に優れ、機械的強度に優れた発泡チタン材料が得られる。 When mixing the prepolymer and the slurry, the mixing ratio of the prepolymer and the slurry is n 2 when the number of moles of isocyanate groups in the prepolymer is n 1 and the number of moles of water in the slurry is n 2. / N 1 is preferably a ratio satisfying 6.5 to 390, more preferably a ratio satisfying 20 to 200. By setting the mixing ratio of the prepolymer and the slurry within the above range, the isocyanate group and water react necessary and sufficiently, and finally, foaming with excellent flexibility and elasticity and excellent mechanical strength. A titanium material is obtained.

また、イソシアネート基は、チタン材料に対しても高い反応性を示す。これは、セラミックス材料やガラス材料等に比べて、チタン材料の表面には、より高密度で水酸基(OH基)が露出していることに起因するものであると考えられる。すなわち、チタン粉末の表面に水酸基が高密度に存在していると、プレポリマーとスラリーとを混合したときに、プレポリマーとチタン粉末との親和性が高くなる。このため、プレポリマーとスラリーとの反応によって生成される樹脂成分と、チタン粉末の粒子とが、強固に結び付き、これらの接着強度が特に高くなる。その結果、樹脂成分とチタン粉末との接着界面が剥離し難くなり、柔軟性および弾力性に優れたポリウレタン発泡中間体が得られる。   Moreover, an isocyanate group shows high reactivity also with respect to titanium material. This is considered to be caused by the fact that hydroxyl groups (OH groups) are exposed at a higher density on the surface of the titanium material than ceramic materials and glass materials. That is, when hydroxyl groups are present at a high density on the surface of the titanium powder, the affinity between the prepolymer and the titanium powder increases when the prepolymer and the slurry are mixed. For this reason, the resin component produced | generated by reaction of a prepolymer and a slurry and the particle | grains of titanium powder are tied together firmly, and these adhesive strength becomes especially high. As a result, the adhesive interface between the resin component and the titanium powder becomes difficult to peel, and a polyurethane foam intermediate having excellent flexibility and elasticity can be obtained.

さらに、イソシアネート基を有するプレポリマーとチタン粉末とを均一かつ十分に混合することができ、気泡がほぼ均一に分布してなるポリウレタン発泡中間体を得ることができる。そして、このように気泡がほぼ均一に分布してなるポリウレタン発泡中間体は、優れた弾力性を示すものとなる。   Furthermore, the prepolymer having an isocyanate group and the titanium powder can be mixed uniformly and sufficiently, and a polyurethane foam intermediate in which bubbles are almost uniformly distributed can be obtained. And the polyurethane foam intermediate body in which air bubbles are distributed almost uniformly in this way exhibits excellent elasticity.

また、プレポリマーとスラリーとを混合した混合物を作製する際、混合物の水を除く質量に対するチタン粉末の質量の割合は、50〜90質量%程度であるのが好ましく、70〜85質量%程度であるのがより好ましい。チタン粉末の割合が前記範囲内になるように、スラリー中のチタン粉末の割合を調整したり、プレポリマーとスラリーとの混合比を調整することにより、発泡チタン材料の中間体中において、チタン粉末の含有率が最適化される。これにより、発泡チタン材料の中間体は、成形後の保形性および機械的強度に優れたものとなる。その結果、かかる中間体を、後述する脱脂工程および焼結工程を経て得られる発泡チタン材料は、寸法精度および機械的強度に優れたものとなる。   Moreover, when preparing the mixture which mixed the prepolymer and the slurry, it is preferable that the ratio of the mass of the titanium powder to the mass excluding water of the mixture is about 50 to 90% by mass, and about 70 to 85% by mass. More preferably. In the intermediate of the expanded titanium material, the titanium powder is adjusted by adjusting the ratio of the titanium powder in the slurry or adjusting the mixing ratio of the prepolymer and the slurry so that the ratio of the titanium powder is within the above range. The content of is optimized. Thereby, the intermediate body of the foamed titanium material becomes excellent in shape retention and mechanical strength after molding. As a result, a foamed titanium material obtained by subjecting such an intermediate to a degreasing process and a sintering process described later is excellent in dimensional accuracy and mechanical strength.

なお、プレポリマーとスラリーとを混合する際の温度は、特に限定されないものの、好ましくは10〜140℃程度、より好ましくは15〜120℃程度とされる。
また、使用するプレポリマーは、ポリイソシアネートの一部とポリオールの一部とを反応させておき、本中間体製造工程において、残りのポリイソシアネートとポリオールとを反応させるようにしてもよい。
In addition, although the temperature at the time of mixing a prepolymer and slurry is not specifically limited, Preferably it is about 10-140 degreeC, More preferably, it is about 15-120 degreeC.
In addition, the prepolymer used may react part of the polyisocyanate with part of the polyol, and react the remaining polyisocyanate with the polyol in the intermediate production step.

また、この中間体製造工程では、プレポリマーとスラリーとを混合する際に、さらに界面活性剤を混合するのが好ましい。これにより、発泡チタン材料の中間体中に生成される空孔がより微細で均一なものとなる。すなわち、界面活性剤が整泡剤として機能する。
このような界面活性剤としては、いかなる界面活性剤をも用いることができるが、例えば、各種陰イオン(アニオン)性界面活性剤、各種陽イオン(カチオン)性界面活性剤、各種両性界面活性剤、各種非イオン(ノニオン)性界面活性剤等を用いることができる。
In this intermediate production process, it is preferable to further mix a surfactant when mixing the prepolymer and the slurry. Thereby, the void | hole produced | generated in the intermediate body of a foaming titanium material becomes a finer and uniform thing. That is, the surfactant functions as a foam stabilizer.
As such a surfactant, any surfactant can be used. For example, various anionic (anionic) surfactants, various cationic (cationic) surfactants, various amphoteric surfactants. Various nonionic (nonionic) surfactants can be used.

このうち、特に非イオン性界面活性剤が好ましく用いられる。具体的には、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステルのようなエステル型、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルのようなエーテル型の他、これらを組み合わせたエステル・エーテル型の各種非イオン性界面活性剤等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。   Of these, nonionic surfactants are particularly preferably used. Specific examples include ester types such as glycerin fatty acid esters, sorbitan fatty acid esters, and sucrose fatty acid esters, and ether types such as polyoxyethylene alkyl ether and polyoxyethylene alkyl phenyl ether, as well as esters and ethers combining these. Various types of nonionic surfactants and the like can be mentioned, and one or more of these can be used in combination.

さらに、界面活性剤は、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物系界面活性剤であるのが好ましい。これにより、界面活性剤の混合の有無や混合量を調整することによって、発泡チタン材料の中間体中に生成される空孔がさらに微細で均一なものとなる。
このようなポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物系界面活性剤としては、例えば、プルロニックL−62(BASF社製)等が挙げられる。
Further, the surfactant is preferably a polypropylene glycol ethylene oxide adduct surfactant. Thereby, by adjusting the presence or absence and mixing amount of the surfactant, the pores generated in the intermediate of the expanded titanium material become further fine and uniform.
Examples of such a polypropylene glycol ethylene oxide adduct surfactant include Pluronic L-62 (manufactured by BASF).

また、この中間体製造工程では、プレポリマーとスラリーとを混合する際に、さらにプレポリマーとスラリーとの反応を促進する触媒を混合するのが好ましい。これにより、プレポリマーとスラリーとの反応がより速やかに進むこととなり、反応に要する時間を短縮することができる。また、低温下であっても、プレポリマーとスラリーとを確実に反応させることができる。   Moreover, in this intermediate manufacturing process, when mixing the prepolymer and the slurry, it is preferable to further mix a catalyst that promotes the reaction between the prepolymer and the slurry. As a result, the reaction between the prepolymer and the slurry proceeds more rapidly, and the time required for the reaction can be shortened. Further, even at a low temperature, the prepolymer and the slurry can be reliably reacted.

さらに、中間体製造工程では、界面活性剤、触媒の他に、鎖延長剤、架橋剤、可塑剤、離型剤等の添加剤を混合してもよい。
なお、上記の界面活性剤、各種添加剤は、本中間体製造工程で混合してもよいが、あらかじめ、プレポリマー及びスラリーのいずれか一方または双方に添加しておいてもよい。
Furthermore, in the intermediate production process, additives such as a chain extender, a crosslinking agent, a plasticizer, and a release agent may be mixed in addition to the surfactant and the catalyst.
In addition, although said surfactant and various additives may be mixed in this intermediate body manufacturing process, you may add to any one or both of a prepolymer and a slurry previously.

また、本中間体製造工程により得られた発泡チタン材料の中間体を所望の形状に成形する場合には、成形型内において、プレポリマーとスラリーとを混合する。これにより、成形型内において中間体が得られる。次いで、成形された中間体を成形型から脱型する(離型する)。これにより、所望の大きさおよび形状に成形された発泡チタン材料の中間体を得ることができる。その結果、最終的に、様々な大きさや形状の発泡チタン材料を容易に得ることができる。   Moreover, when shape | molding the intermediate body of the foaming titanium material obtained by this intermediate body manufacturing process in a desired shape, a prepolymer and slurry are mixed in a shaping | molding die. Thereby, an intermediate is obtained in the mold. Next, the molded intermediate is removed from the mold (released). Thereby, the intermediate body of the foaming titanium material shape | molded by the desired magnitude | size and shape can be obtained. As a result, finally, foamed titanium materials of various sizes and shapes can be easily obtained.

なお、中間体の成形に用いる成形型は、キャビティの一部が開放されたものでもよいが、キャビティが閉空間になった成形型であれば、形成すべき形状の中間体を確実に得ることができる。また、プレポリマーの発泡に伴って、プレポリマーとスラリーとの混合物の体積が増大する。しかしながら、キャビティが閉空間になっているため、中間体は、周囲から圧縮されるような圧力が付与された状態で架橋する。これにより、中間体の密度がやや増大する。したがって、キャビティの容積を適宜設定することにより、最終的に発泡チタン材料の密度および空孔率を調整しやすくなる。   Note that the mold used for molding the intermediate body may be a mold in which a part of the cavity is opened. However, if the mold has a closed cavity, it is possible to reliably obtain the intermediate body to be formed. Can do. Further, the volume of the mixture of the prepolymer and the slurry increases with the foaming of the prepolymer. However, since the cavity is a closed space, the intermediate body crosslinks in a state where a pressure is applied so as to be compressed from the surroundings. This slightly increases the density of the intermediate. Therefore, by appropriately setting the volume of the cavity, it becomes easier to finally adjust the density and porosity of the titanium foam material.

なお、発泡チタン材料の中間体を成形する場合、その成形寸法は、後述する脱脂工程および焼結工程における中間体の収縮分を見込んで決定される。
また、必要に応じて、発泡チタン材料の中間体を乾燥させる。これにより、中間体中に残存した水分を除去する。
この乾燥は、中間体に対して、加熱する方法、ガスを噴射する方法、赤外線を照射する方法等により行うことができる。
In addition, when shape | molding the intermediate body of a titanium foam material, the shaping | molding dimension is determined considering the shrinkage | contraction part of the intermediate body in the degreasing process and sintering process mentioned later.
Moreover, the intermediate body of a foaming titanium material is dried as needed. Thereby, the water | moisture content which remained in the intermediate body is removed.
This drying can be performed by a method of heating the intermediate, a method of injecting gas, a method of irradiating infrared rays, or the like.

このうち、中間体を加熱する場合、その加熱条件は、温度30〜100℃×0.1時間〜2週間程度であるのが好ましく、温度50〜80℃×0.2時間〜3日間程度であるのがより好ましい。また、加熱雰囲気は、特に限定されないが、不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気であるのが好ましい。
また、ガスを噴射する場合、用いるガスは、不活性ガスまたは還元性ガスであるのが好ましい。
Among these, when the intermediate is heated, the heating condition is preferably a temperature of 30 to 100 ° C. × 0.1 hour to 2 weeks, and a temperature of 50 to 80 ° C. × 0.2 hours to 3 days. More preferably. The heating atmosphere is not particularly limited, but is preferably an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere.
Moreover, when injecting gas, it is preferable that the gas to be used is an inert gas or a reducing gas.

また、発泡チタン材料の中間体を乾燥させる前または乾燥させた後に、必要に応じて、中間体に切削、切断、切り出し、研削、研磨等の後加工を施してもよい。中間体は、後述する中間体を脱脂してなる脱脂体や、脱脂体を焼結してなる発泡チタン材料に比べて柔軟性、靭性に優れるとともに、硬度が低い。このため、中間体に後加工を施すことにより、脱脂体や発泡チタン材料に後加工を施す場合に比べて、所望の形状への加工を容易かつ高精度に行うことができる。   Further, before or after the intermediate body of the expanded titanium material is dried, the intermediate body may be subjected to post-processing such as cutting, cutting, cutting, grinding, and polishing, as necessary. The intermediate is superior in flexibility and toughness and has low hardness as compared with a degreased body obtained by degreasing an intermediate described later and a foamed titanium material obtained by sintering the degreased body. For this reason, by performing post-processing on the intermediate body, it is possible to easily and highly accurately process the desired shape as compared with the case of performing post-processing on the degreased body and the foamed titanium material.

例えば、中間体の成形に用いる成形型が、キャビティの一部が開放されたものである場合、プレポリマーが発泡した際に、この開放された部分からプレポリマーとスラリーとの混合物があふれ出るおそれがある。そこで、このあふれ出た部分を後加工によって除去することにより、形成すべき形状の中間体を容易に得ることができる。
なお、発泡チタン材料の中間体の見かけ密度は、チタン粉末の構成材料によって若干異なるが、300〜800kg/m程度であるのが好ましく、500〜700kg/m程度であるのがより好ましい。
For example, when the mold used for molding the intermediate is a cavity in which a part of the cavity is opened, when the prepolymer is foamed, the mixture of the prepolymer and the slurry may overflow from the opened part. There is. Therefore, by removing the overflowed portion by post-processing, an intermediate body having a shape to be formed can be easily obtained.
Incidentally, the apparent density of the intermediate foam titanium material is slightly different depending constituent material of the titanium powder is preferably in the range of about 300~800kg / m 3, more preferably about 500~700kg / m 3.

また、このようにして製造された発泡チタン材料の中間体において、チタン粉末の含有率は、50〜90質量%程度であるのが好ましい。これにより、中間体は、保形性を維持するのに必要な樹脂成分を含むとともに、チタン粉末の含有率も十分に高いので、焼結性が高いものとなる。したがって、このような中間体を後述する脱脂・焼成工程に供することにより、短時間での脱脂・焼結が可能であるとともに、構造部材として十分な機械的強度を有する発泡チタン材料が得られる。   Moreover, in the intermediate body of the expanded titanium material thus manufactured, the content of titanium powder is preferably about 50 to 90% by mass. As a result, the intermediate includes a resin component necessary for maintaining the shape retaining property, and the content of the titanium powder is sufficiently high, so that the sinterability is high. Therefore, by subjecting such an intermediate to a degreasing and firing step described later, a foamed titanium material that can be degreased and sintered in a short time and has sufficient mechanical strength as a structural member can be obtained.

脱脂工程
次に、発泡チタン材料の中間体に熱処理を施す。これにより、中間体が脱脂され、脱脂体が得られる。
この脱脂における熱処理条件は、温度300〜700℃×0.1〜20時間程度であるのが好ましく、温度400〜600℃×1〜5時間程度であるのがより好ましい。これにより、チタン粉末を焼結させることなく、中間体中から樹脂成分(有機成分)を確実に分解・除去することができる。その結果、脱脂体中に樹脂成分が残留するのを確実に防止することができ、発泡チタン材料中に樹脂成分が残留するのを確実に防止することができる。
Degreasing process Next, heat treatment is applied to the intermediate of the expanded titanium material. Thereby, an intermediate is degreased and a degreased body is obtained.
The heat treatment conditions in this degreasing are preferably about 300 to 700 ° C. for about 0.1 to 20 hours, more preferably about 400 to 600 ° C. for about 1 to 5 hours. Thereby, the resin component (organic component) can be reliably decomposed and removed from the intermediate without sintering the titanium powder. As a result, the resin component can be reliably prevented from remaining in the degreased body, and the resin component can be reliably prevented from remaining in the foamed titanium material.

すなわち、脱脂における熱処理条件が前記下限値を下回った場合、中間体の脱脂が不十分になるおそれがある。一方、脱脂における熱処理条件が前記上限値を上回った場合、中間体中のチタン粉末が焼結してしまうおそれがある。
なお、脱脂工程は、複数回に分けて行うようにしてもよい。その場合、徐々に熱処理温度を上げるようにすれば、より脱脂を促進させることができる。
また、熱処理を行なう際の雰囲気は、いかなる雰囲気であってもよいが、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気であるのが好ましい。不活性ガス雰囲気によれば、チタン粉末が酸化してしまうのを確実に防止しつつ、中間体中の樹脂成分を分解・除去することができ、中間体の脱脂が確実になされる。
That is, when the heat treatment conditions in the degreasing are below the lower limit, the intermediate may be insufficiently degreased. On the other hand, when the heat treatment conditions in degreasing exceed the upper limit, the titanium powder in the intermediate may be sintered.
In addition, you may make it perform a degreasing process in multiple steps. In that case, degreasing can be further promoted by gradually increasing the heat treatment temperature.
The atmosphere for performing the heat treatment may be any atmosphere, but is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas. According to the inert gas atmosphere, it is possible to decompose and remove the resin component in the intermediate while reliably preventing the titanium powder from being oxidized, and the intermediate is reliably degreased.

焼結工程
次に、脱脂体に熱処理を施す。これにより、脱脂体中のチタン粉末が焼結し、焼結体となり、発泡チタン材料(本発明の発泡チタン材料)が得られる。
図3は、本発明の発泡チタン材料の走査型電子顕微鏡による観察像の一例、および、この観察像を模式的に示す図である。
Sintering step Next, the degreased body is heat treated. Thereby, the titanium powder in the degreased body is sintered to form a sintered body, and a foamed titanium material (foamed titanium material of the present invention) is obtained.
FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of an observation image of the foamed titanium material of the present invention by a scanning electron microscope, and this observation image.

発泡チタン材料では、チタン粉末の粒子同士が焼結によって相互に拡散し、図3に示すように、チタン粉末の粒子同士が連結(ネッキング)している。また、連結された粒子は、立体的(三次元)に広がる網目構造を構築している。このような網目構造を有する発泡チタン材料では、いかなる方向から外力を加えたとしても、立体的に広がる網目構造が応力の局所集中を防止することができる。これにより、発泡チタン材料は、低密度(軽量)であるにもかかわらず、チタン材料に特有の高い機械的特性と、導電性および熱伝導性とを示す材料となる。   In the foamed titanium material, particles of titanium powder diffuse to each other by sintering, and the particles of titanium powder are connected (necked) as shown in FIG. Moreover, the connected particle | grains are constructing the network structure which spreads in three dimensions (three dimensions). In the foamed titanium material having such a network structure, the network structure spreading in three dimensions can prevent local concentration of stress regardless of the external force applied from any direction. As a result, the foamed titanium material becomes a material exhibiting high mechanical characteristics, conductivity and thermal conductivity unique to the titanium material, despite its low density (light weight).

また、この発泡チタン材料が有する網目構造の間には空隙部が形成されている。この空隙部は、複数のものが互いに連結されており、いわゆる「連続空孔」となっている。すなわち、本発明の発泡チタン材料の製造方法によれば、かかる連続空孔を有し、表面積が極めて大きく、かつ、通気性および通液性に優れた発泡チタン材料を効率よく作成することができる。   In addition, voids are formed between the network structures of the expanded titanium material. A plurality of the voids are connected to each other, forming a so-called “continuous hole”. That is, according to the method for producing a foamed titanium material of the present invention, it is possible to efficiently produce a foamed titanium material having such continuous pores, an extremely large surface area, and excellent air permeability and liquid permeability. .

さらに、空隙部の形状は、球形状または球形状に類似した形状をなしている。このため、網目構造は、必然的に等方性の高い構造、換言すれば、異方性の低い構造をとることとなる。その結果、発泡チタン材料の機械的特性における等方性がより高くなる。
この焼結における熱処理条件は、チタン粉末の構造材料に応じて若干異なるものの、温度800〜1500℃×0.1〜20時間程度であるのが好ましく、温度1100〜1500℃×1〜5時間程度であるのがより好ましい。これにより、チタン粉末を確実に焼結させるとともに、過焼結を防止することができる。
Furthermore, the shape of the gap is a spherical shape or a shape similar to a spherical shape. For this reason, the network structure necessarily has a highly isotropic structure, in other words, a structure having low anisotropy. As a result, the isotropy in mechanical properties of the foamed titanium material becomes higher.
Although the heat treatment conditions in this sintering differ slightly depending on the structural material of the titanium powder, the temperature is preferably about 800 to 1500 ° C. × 0.1 to 20 hours, and the temperature is about 1100 to 1500 ° C. × 1 to 5 hours. It is more preferable that Thereby, it is possible to reliably sinter the titanium powder and to prevent oversintering.

すなわち、焼結における熱処理条件が前記下限値を下回った場合、脱脂体の焼結が不十分になり、機械的強度が低下するおそれがある。一方、熱処理温度が1500℃超になると、高温によって熱処理装置(焼成炉等)が著しく劣化するおそれがある。また、1500℃超の高温下では、脱脂に伴って発生するガス(例えば、アミン系ガス)の活性が特に高くなり、このガスによって発泡チタン材料や熱処理装置に変質・劣化をもたらすおそれがある。特に、本発明の発泡チタン材料の製造方法においては、脱脂体中に多量の樹脂成分が残存するおそれがあるため、焼結工程の際に、この樹脂成分が分解されて発生するガスが多量にかつ長時間にわたって放出されることとなる。このガスは、焼成炉等の熱処理装置の内部に付着したり、装置の劣化を促進したりするおそれがあるため、これらの問題を最小限にする観点から、脱脂体に対する熱処理は1500℃以下で行うことが好ましい。さらに、焼結における熱処理条件が前記上限値(1500℃)を上回った場合、チタン粉末の構成材料によっては、脱脂体の焼結が進み過ぎてしまい、脱脂体が三次元の網目構造を維持できずに崩壊してしまうおそれがある。
なお、焼結工程は、複数回に分けて行うようにしてもよい。
That is, when the heat treatment conditions in sintering are lower than the lower limit, sintering of the degreased body becomes insufficient and the mechanical strength may be reduced. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 1500 ° C., the heat treatment apparatus (such as a firing furnace) may be significantly deteriorated due to the high temperature. Further, at a high temperature exceeding 1500 ° C., the activity of a gas (for example, amine-based gas) generated with degreasing becomes particularly high, and this gas may cause alteration or deterioration of the foamed titanium material or the heat treatment apparatus. In particular, in the method for producing a foamed titanium material of the present invention, a large amount of resin component may remain in the degreased body, so that a large amount of gas is generated by decomposition of this resin component during the sintering process. And it will be released for a long time. Since this gas may adhere to the inside of a heat treatment apparatus such as a firing furnace or accelerate the deterioration of the apparatus, the heat treatment on the degreased body is performed at 1500 ° C. or less from the viewpoint of minimizing these problems. Preferably it is done. Furthermore, when the heat treatment conditions in the sintering exceed the upper limit (1500 ° C.), depending on the titanium powder constituent material, sintering of the degreased body proceeds excessively, and the degreased body can maintain a three-dimensional network structure. There is a risk of collapse.
In addition, you may make it perform a sintering process in multiple times.

また、熱処理を行う際の雰囲気は、いかなる雰囲気であってもよいが、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧してなる減圧雰囲気(真空雰囲気)等の非酸化性雰囲気であるのが好ましい。非酸化性雰囲気によれば、チタン粉末の酸化を確実に防止しつつ、チタン粉末を焼結させることができる。
尚、水素ガスのような還元性ガス雰囲気によれば、水素脆性の危険があり、焼結は進行するが強度的に脆くなる可能性がある。
The atmosphere for performing the heat treatment may be any atmosphere, but it may be an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas or a non-reduced atmosphere (vacuum atmosphere) formed by decompressing these atmospheres. An oxidizing atmosphere is preferred. According to the non-oxidizing atmosphere, the titanium powder can be sintered while reliably preventing the titanium powder from being oxidized.
Note that a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas has a risk of hydrogen embrittlement, and sintering proceeds but may become brittle in strength.

また、脱脂工程および焼結工程は、途中で温度を低下させることなく、連続して行なうようにしてもよい。
また、前述したように、発泡チタン材料は、チタン粉末の粒子同士が連結したことにより構築されているが、チタン材料は、一般に、セラミックス材料やガラス材料等の脆性材料に比べて、優れた靭性を有している。一方、セラミックス材料やガラス材料等の脆性材料では、靭性が低いため、仮にこれらの脆性材料の粉末を用いて発泡材料を製造したとしても、そのような発泡材料は非常に脆いものとなる。したがって、発泡材料中の三次元の網目構造のうち、一部が破壊すると、その衝撃が他の網目構造に容易に伝搬してしまい、破壊が連鎖的に進展することとなる。その結果、脆性材料の粉末を用いた発泡材料は、機械的特性が著しく低いものとなる。
Moreover, you may make it perform a degreasing process and a sintering process continuously, without reducing temperature on the way.
In addition, as described above, the expanded titanium material is constructed by connecting particles of titanium powder, but the titanium material generally has superior toughness compared to brittle materials such as ceramic materials and glass materials. have. On the other hand, since brittle materials such as ceramic materials and glass materials have low toughness, even if foam materials are produced using powders of these brittle materials, such foam materials are very brittle. Therefore, when a part of the three-dimensional network structure in the foamed material breaks, the impact easily propagates to another network structure, and the breakage progresses in a chain. As a result, the foam material using the powder of the brittle material has extremely low mechanical properties.

これに対し、本発明の発泡チタン材料では、三次元の網目構造のうち、一部の網目構造が破断したとしても、チタン材料が有する優れた靭性によって、破壊の影響が他の網目構造に及ぶことが確実に防止される。したがって、発泡チタン材料は、機械的特性に優れたものとなる。
このような発泡チタン材料の圧縮強度は、チタン粉末の構成材料や空孔率等に応じて若干異なるものの、1MPa以上であるのが好ましく、2MPa以上であるのがより好ましい。このような発泡チタン材料は、構造部材として十分な機械的強度を有するものとなる。また、本発明の発泡チタン材料の製造方法によれば、かかる高強度の発泡チタン材料を容易かつ確実に製造することができる。
On the other hand, in the foamed titanium material of the present invention, even if a part of the three-dimensional network structure breaks, the excellent toughness of the titanium material affects the other network structure due to the excellent toughness of the titanium material. Is reliably prevented. Accordingly, the foamed titanium material has excellent mechanical properties.
The compressive strength of such a foamed titanium material is preferably 1 MPa or more, more preferably 2 MPa or more, although it varies slightly depending on the constituent material and porosity of the titanium powder. Such a foamed titanium material has sufficient mechanical strength as a structural member. Moreover, according to the manufacturing method of the foamed titanium material of the present invention, such a high strength expanded titanium material can be manufactured easily and reliably.

また、発泡チタン材料の空孔率は、70〜99.5%程度であるのが好ましく、80〜99%程度であるのがより好ましい。これにより、発泡チタン材料における表面積の増大と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
なお、発泡金属材料の密度は、この空孔率と、発泡金属材料の作製に用いられた金属粉末の組成とから算出することができ、例えば、金属粉末としてSUS−316L(真密度:7950kg/m)の粉末を用いて作製された空孔率88.3%の発泡金属材料の場合、発泡金属材料の見かけ密度は、930kg/m{=7950×(1−0.883)}となる。
The porosity of the foamed titanium material is preferably about 70 to 99.5%, more preferably about 80 to 99%. Thereby, coexistence with the increase in the surface area in a foaming titanium material and the improvement of mechanical strength can be aimed at.
The density of the foam metal material can be calculated from the porosity and the composition of the metal powder used to produce the foam metal material. For example, SUS-316L (true density: 7950 kg / In the case of a foam metal material having a porosity of 88.3% and produced using a powder of m 3 ), the apparent density of the foam metal material is 930 kg / m 3 {= 7950 × (1−0.883)}. Become.

以上、本発明の発泡チタン材料の製造方法および発泡チタン材料について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の発泡チタン材料の製造方法では、必要に応じて、任意の工程を追加することもできる。
As mentioned above, although the manufacturing method of the foaming titanium material and foaming titanium material of this invention were demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to this.
For example, in the method for producing a foamed titanium material of the present invention, an optional step can be added as necessary.

人工歯根
本発明に係る骨再生医療材料は、人工歯根に使用することができる。図1に示す本発明の人工歯根100は、基材101と、その基材の外周に設けられた発泡チタン材料からなるチタン多孔シート層102と、とからなる。尚、人工歯根は、当該人工歯根と螺合可能なアバットメント200及び人工歯300と組み合わせて使用する。
Bone regeneration medical materials according to the dental implant present invention can be used in the artificial tooth root. An artificial tooth root 100 according to the present invention shown in FIG. 1 includes a base material 101 and a titanium porous sheet layer 102 made of a foamed titanium material provided on the outer periphery of the base material. The artificial tooth root is used in combination with the abutment 200 and the artificial tooth 300 that can be screwed with the artificial tooth root.

基材101は、円柱状の金属製ロッドであり、その直径が1〜5mm、長さが5〜20mmのものである。この金属基材は生体適合性の高い金属からなり、特に、チタン、チタン合金、金、金合金が挙げられる。この基材の外側面には、螺旋状溝を形成してチタン多孔シート層102と強固に固定することが好適である。また、基材の上部101aには、アバットメント200と螺合するための、螺合孔101bが形成されている。この基材の上部101aが歯茎から突出し、アバットメント200及び人工歯300と係合する。   The base material 101 is a columnar metal rod having a diameter of 1 to 5 mm and a length of 5 to 20 mm. This metal substrate is made of a metal having high biocompatibility, and in particular, titanium, titanium alloy, gold, and gold alloy can be mentioned. It is preferable to form a helical groove on the outer surface of the base material and firmly fix it to the titanium porous sheet layer 102. A screwing hole 101b for screwing with the abutment 200 is formed in the upper part 101a of the base material. The upper part 101a of the base material protrudes from the gums and engages the abutment 200 and the artificial tooth 300.

チタン多孔シート層102は、円柱状の発泡チタン材料の中心に孔を空けてチタンロッドを挿入し、真空焼結することにより形成される。このチタン多孔シートは、本最良形態に係る発泡チタン材料である。このような発泡チタン材料は骨芽細胞が好んで定着する三次元構造を有しており、この発泡チタン材料からなるチタン多孔シート層102は骨芽細胞を誘導する硬組織形成誘導層として働く。
つまり、チタン多孔シート層に誘導される骨芽細胞は、チタン多孔シート層(発泡チタン材料)内において分化誘導され、硬組織層を形成する。ここで硬組織層を形成する骨芽細胞とチタン多孔シート層(発泡チタンシート)とは三次元的に物理的結合をするため、人工歯根と生体とを強固に結合する。
The titanium porous sheet layer 102 is formed by making a hole in the center of a cylindrical foamed titanium material, inserting a titanium rod, and vacuum sintering. This titanium porous sheet is a foamed titanium material according to the best mode. Such a foamed titanium material has a three-dimensional structure in which osteoblasts are preferably fixed, and the titanium porous sheet layer 102 made of the foamed titanium material functions as a hard tissue formation inducing layer for inducing osteoblasts.
That is, osteoblasts induced in the titanium porous sheet layer are induced to differentiate in the titanium porous sheet layer (foamed titanium material) to form a hard tissue layer. Here, the osteoblasts forming the hard tissue layer and the titanium porous sheet layer (foamed titanium sheet) are three-dimensionally physically bonded, and thus firmly bond the artificial tooth root and the living body.

人工歯根100は次のようにして製造する。
円柱形又はテーパ形の発泡チタン材料に、ドリルでネジ式またはフラットの孔を開け、底にネジ式又はフラットのチタンロッドを挿入した後、適切な材料の鋳型中で、強く圧接下で真空焼結する。なお、発泡チタン材料は、前記中間体製造工程の段階で型を用いて、あらかじめ円柱形又はテーパ形の中心に孔を有する発泡チタン材料に成形しておいてもよいし、基材の周辺に発泡チタン材料中間体を形成して、その後、脱脂工程及び焼結工程を経た後に真空焼結してもよい。尚、真空焼結は周知の方法により行なうことが可能である。更に、通常の最高真空下で行なうことが好適である。
The artificial tooth root 100 is manufactured as follows.
After drilling a screw-type or flat hole in a cylindrical or tapered foamed titanium material and inserting a screw-type or flat titanium rod in the bottom, vacuum baking is performed under strong pressure in a mold of an appropriate material. Conclude. In addition, the foamed titanium material may be formed into a foamed titanium material having a hole in the center of a columnar shape or a taper shape in advance by using a mold at the stage of the intermediate manufacturing process, or around the base material. A foamed titanium material intermediate may be formed and then vacuum-sintered after passing through a degreasing process and a sintering process. The vacuum sintering can be performed by a known method. Furthermore, it is preferable to carry out under a normal maximum vacuum.

また、チタン多孔シート層102、に骨形成タンパク質(BMP)および線維芽細胞増殖因子(FGF)などのサイトカインを含む溶液に浸らせることにより、これらのサイトカインを担持させてもよい。さらに、吸収性高分子膜の外周に炭酸アパタイトを含む溶液を用いて、炭酸アパタイトを担持させてもよい。これらの担持方法は特に限定されるものではない。   Alternatively, these cytokines may be supported by immersing the porous titanium sheet layer 102 in a solution containing cytokines such as bone morphogenetic protein (BMP) and fibroblast growth factor (FGF). Furthermore, the carbonate apatite may be supported by using a solution containing carbonate apatite on the outer periphery of the absorbent polymer film. These supporting methods are not particularly limited.

(実施例1)
ポリエチレングリコール(第一工業製薬製、平均分子量1000)2モル、トリメチロールプロパン1モル、及び2,4−及び2,6−トルエンジイソシアネートの80/20の混合物(日本ポリウレタン工業社製、T−80)7.7モルを混合した後、混合物を2時間攪拌し、NCO%が11%のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを作製した。
Example 1
2 mol of polyethylene glycol (Daiichi Kogyo Seiyaku, average molecular weight 1000), 1 mol of trimethylolpropane, and 80/20 mixture of 2,4- and 2,6-toluene diisocyanate (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., T-80 ) After mixing 7.7 moles, the mixture was stirred for 2 hours to make an isocyanate-terminated polyurethane prepolymer with 11% NCO%.

次にガスアトマイズ法により製造されたチタン粉末を用意した。なお、このチタン粉末は、平均粒径は23μm、比重4.6であった。さらに、純水100重量部中にチタン粉末600重量部と水エマルジョン樹脂(日本ゼオン(株)製、LX852)100重量部を混合してなるスラリーを得た。高さ200mm×縦200mm×横200mmのキャビティを有する成形型内にプレポリマーとスラリー、プルロニックL−62(ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、BASF製)とを混合し、攪拌した。これにより、混合物が発泡するとともに架橋した。その後、架橋物を成形型内から取り出し、立方体形状の発泡金属焼結体の中間体を得た。なお、プレポリマー、チタン粉末、純水、水エマルジョン樹脂、L−62の混合比は重量比で100:600:100:100:1とした。   Next, titanium powder produced by the gas atomization method was prepared. The titanium powder had an average particle size of 23 μm and a specific gravity of 4.6. Furthermore, a slurry obtained by mixing 600 parts by weight of titanium powder and 100 parts by weight of a water emulsion resin (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., LX852) in 100 parts by weight of pure water was obtained. A prepolymer, a slurry, and Pluronic L-62 (polypropylene glycol ethylene oxide adduct, manufactured by BASF) were mixed and stirred in a mold having a cavity having a height of 200 mm × length of 200 mm × width of 200 mm. This allowed the mixture to foam and crosslink. Thereafter, the cross-linked product was taken out from the mold, and an intermediate body of the cubic shaped metal foam sintered body was obtained. The mixing ratio of the prepolymer, titanium powder, pure water, water emulsion resin, and L-62 was 100: 600: 100: 100: 1 by weight.

これにより得られた中間体を乾燥炉に入れ、温度70℃で2日間乾燥させた。乾燥後の中間体の密度をJIS K 6400に規定の方法に従って測定したところ、密度は452kg/mであった。なお、このときの写真を図2に示す(SEM、300倍)。セル骨格の断面は、内側に窪んだ三角形の断面形状をしている。プレポリマー混合物が発泡する際に各セル(空孔)の気泡が押し合って、残りの(合成により生じたウレタン)樹脂成分がセル骨格を形成するため、三角形の断面形状となる。 The intermediate thus obtained was put in a drying furnace and dried at a temperature of 70 ° C. for 2 days. When the density of the intermediate after drying was measured according to the method specified in JIS K 6400, the density was 452 kg / m 3 . In addition, the photograph at this time is shown in FIG. 2 (SEM, 300 times). The cross section of the cell skeleton has a triangular cross section that is recessed inward. When the prepolymer mixture is foamed, bubbles in each cell (hole) are pressed against each other, and the remaining (urethane generated by synthesis) resin component forms a cell skeleton, resulting in a triangular cross-sectional shape.

次に、中間体を脱脂焼結炉内に入れ、以下の脱脂条件で脱脂を行なった。これにより、脱脂体を得た。
<脱脂条件>
・脱脂温度: 500℃
・脱脂時間: 昇温 0.5℃/min 保持1時間
・脱脂雰囲気: 窒素
Next, the intermediate was placed in a degreasing sintering furnace and degreased under the following degreasing conditions. This obtained the defatted body.
<Degreasing conditions>
・ Degreasing temperature: 500 ° C
・ Degreasing time: Temperature rise 0.5 ° C./min Holding time 1 hour

続いて、脱脂体を以下の焼結条件で焼結させた。これにより、発泡金属焼結体を得た。
<焼結条件>
・焼結温度: 1135℃
・焼結時間: 2時間
・焼結雰囲気: 真空
Subsequently, the degreased body was sintered under the following sintering conditions. Thereby, the metal foam sintered body was obtained.
<Sintering conditions>
・ Sintering temperature: 1135 ° C
・ Sintering time: 2 hours ・ Sintering atmosphere: Vacuum

上記の方法により焼結されたチタン発泡体の断面写真を図3に示す{SEM、(a)100倍、(b)300倍}。チタン粒子が、六方最密充填、または、立方最密充填のように菱面体充填に近い形態で、各チタン粒子が連なった状態で、結合していることがわかる。中間体におけるセル骨格の断面形状である三角形に近い形でチタン粒子がつながっている。これは、(1)チタンの溶融温度が非常に高温であり、かつ、(2)チタンの高濃度なスラリーからチタンを良分散させて、発泡させることによりチタン含有ウレタン発泡体(中間体)を得ることができたためである。 The cross-sectional photograph of the titanium foam sintered by the above method is shown in FIG. 3 {SEM, (a) 100 times, (b) 300 times}. It can be seen that the titanium particles are bonded in a state where the titanium particles are connected in a form close to rhombohedral filling such as hexagonal close-packed packing or cubic close-packed packing. Titanium particles are connected in a shape close to a triangle, which is the cross-sectional shape of the cell skeleton in the intermediate. This is because (1) the melting temperature of titanium is very high, and (2) the titanium-containing urethane foam (intermediate body) is formed by well dispersing and foaming titanium from a high-concentration slurry of titanium. It was because it was able to be obtained.

このように、中間体のセル骨格の断面形状が窪んだ略三角形であり、セル骨格が三角柱状となっているため、チタン粒子がウレタンフォームのセル骨格の形状に合わせて敷き詰められた構造となり、上記のようなチタン粒子の粒々を連ねてなる焼結体のセル構造を得ることができる。
これにより、焼結体のセル骨格形状(略三角形)およびそのセル骨格表面が粒子形状に起因する凹凸をしているため、骨の生態細胞が付着しやすい表面構造となっている。
以上より、骨細胞の成長性に優れるという効果をもたらす。
Thus, the cross-sectional shape of the cell skeleton of the intermediate body is a substantially triangular shape, and the cell skeleton has a triangular prism shape, so that the titanium particles are spread according to the shape of the cell skeleton of the urethane foam, It is possible to obtain a cell structure of a sintered body in which the titanium particles as described above are connected.
Thereby, since the cell skeleton shape (substantially triangular) of the sintered body and the surface of the cell skeleton are uneven due to the particle shape, the surface structure is easy for bone ecological cells to adhere to.
From the above, it brings about the effect of excellent bone cell growth.

また参考までに、以下に焼結後のチタン発泡体の強度物性を示す。これにより、人工歯根として使用可能な程度の強度を有する。   For reference, the strength properties of the sintered titanium foam are shown below. Thereby, it has the intensity | strength of the grade which can be used as an artificial tooth root.

〈条 件〉 試験環境温度・湿度:23℃50%RH
圧縮試験:試験片10×10×1.6mmt 圧縮速度1mm/min 4000Nまで圧縮
引張試験:試験片5.5×53×1.6mmt 速度1mm/min つかみ具間距離40mm
曲げ試験:試験片13 or 5.5×53×1.6mmt 速度2mm/min 支点間距離40mm 治具先端R5mm、 (※各試験N=3にて測定。)
<Conditions> Test environment temperature and humidity: 23 ° C 50% RH
Compression test: Test piece 10 × 10 × 1.6 mmt Compression speed 1 mm / min Up to 4000 N Compression tensile test: Test piece 5.5 × 53 × 1.6 mmt Speed 1 mm / min Distance between grips 40 mm
Bending test: Test piece 13 or 5.5 × 53 × 1.6 mmt Speed 2 mm / min Distance between fulcrums 40 mm Jig tip R5 mm (* measured in each test N = 3)

また、自動細孔径分布測定器(POROUS MATERIALS社製、Perm−Prometer)を用いて、バブルポイント法(ASTM F316−86, JIS K 3832)及びハーフドライ法(ASTM E1294−89)に基づいて、最大細孔径及び平均流量細孔径を測定した。
最大細孔径: 127.7ミクロン
平均流量細孔径: 53.9ミクロン
In addition, using an automatic pore size distribution measuring instrument (Perm-Prometer manufactured by POROUS MATERIALS), based on the bubble point method (ASTM F316-86, JIS K 3832) and the half dry method (ASTM E1294-89), the maximum The pore diameter and average flow pore diameter were measured.
Maximum pore size: 127.7 microns Average flow pore size: 53.9 microns

(実施例2)
L−62に代えて、Brij58(添加量も同じ)を使用した以外は、実施例1と同
じにして、発泡金属焼結体を得た。(プレポリマー、チタン粉末、純水、水エマルジョン樹脂、Brij58の混合比を重量比で100:600:100:100:1とした。)なお、Brij58とは、ICI Americas.Inc製のポリエチレングリコールモノセチルエーテルである。最大細孔径は、176.8ミクロン、平均流量細孔径は、77.3ミクロンであった。
(Example 2)
A foam metal sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that Brij58 (addition amount was the same) was used instead of L-62. (The mixing ratio of prepolymer, titanium powder, pure water, water emulsion resin, and Brij58 was set to 100: 600: 100: 100: 1 by weight.) Brij58 is an ICI Americas. It is a polyethylene glycol monocetyl ether manufactured by Inc. The maximum pore size was 176.8 microns and the average flow pore size was 77.3 microns.

(実施例3)
プレポリマー、チタン粉末、純水、水エマルジョン樹脂、L−62の混合比を重量比で100:600:70:70:0.5とする以外は、実施例1と同じに方法より、発泡金属焼結体を得た。最大細孔径は、83.4ミクロン、平均流量細孔径は、22.4ミクロンであった。
Example 3
Foam metal by the same method as in Example 1 except that the mixing ratio of prepolymer, titanium powder, pure water, water emulsion resin, and L-62 is 100: 600: 70: 70: 0.5 by weight. A sintered body was obtained. The maximum pore size was 83.4 microns and the average flow pore size was 22.4 microns.

(比較例)
繊維多孔体
繊維径: 50μm、 密度(目付け): 900g/m
厚み: 1.5mm、 空孔率 : 87%
最大細孔径: 202.6ミクロン
平均流量細孔径: 106.4ミクロン
(Comparative example)
Fiber porous body fiber diameter: 50 μm, density (weight): 900 g / m 2 ,
Thickness: 1.5mm, porosity: 87%
Maximum pore size: 202.6 microns Average flow pore size: 106.4 microns

200倍のSEM写真を図4に示す。チタン繊維の繊維断面が円形でなく、四角形となっており、工夫されている。また、気孔率という数値自体は、本発明から得られるチタン発泡体と近似した値をとっている。
しかし、上記の電顕写真によれば、空隙が非常にルーズにつながっていて、表面形状も凹凸が少ない。よって、骨細胞が着床しにくいものと思われる。
A 200 times SEM photograph is shown in FIG. The cross section of the titanium fiber is not circular but rectangular, and is devised. Moreover, the numerical value itself called porosity has taken the value approximated with the titanium foam obtained from this invention.
However, according to the above electron micrograph, the voids are very loose and the surface shape is less uneven. Therefore, it seems that bone cells are difficult to be implanted.

(参考例)
金属粉末を、平均粒径4.0μmのセラミックス粉末(アルミナ)に置き換えた以外は、前記実施例と同様にして、発泡セラミックス焼結体を得た。
(Reference example)
A foamed ceramic sintered body was obtained in the same manner as in the above example except that the metal powder was replaced with ceramic powder (alumina) having an average particle size of 4.0 μm.

《発泡金属焼結体の評価》
実施例で得られた発泡金属焼結体の圧縮強度を測定したところ、人工歯根として使用可能な程度の優れた強度を有していた。ここで、実施例で得られた発泡金属焼結体の走査型電子顕微鏡による外観写真を図3に示す。
<< Evaluation of sintered metal foam >>
When the compressive strength of the metal foam sintered body obtained in the example was measured, it had excellent strength that could be used as an artificial tooth root. Here, the external appearance photograph by the scanning electron microscope of the foam metal sintered compact obtained in the Example is shown in FIG.

これらの図から明らかなように、実施例で得られた発泡金属焼結体では、立体的(三次元)にネットワークのように広がる網目構造が観察された。また、網目構造の間には、多数の空隙部が形成されていた。また、隣接する空隙部が連結されていることが認められた。さらに、各空隙部の形状は、それぞれ球形状またはそれに類似した形状をなしていた。
このような本発明に特徴的な網目構造が観察されたが、この網目構造を形成するセル骨格の形状は、骨の形成・成長の向上の一因になっているものと考えられる。
As is clear from these figures, in the metal foam sintered body obtained in the example, a network structure spreading like a network three-dimensionally (three dimensions) was observed. In addition, a large number of voids were formed between the network structures. Moreover, it was recognized that the adjacent space | gap part is connected. Further, the shape of each gap portion has a spherical shape or a shape similar thereto.
Such a network structure characteristic of the present invention was observed. The shape of the cell skeleton forming this network structure is considered to contribute to the improvement of bone formation and growth.

《ラット頭蓋骨埋植試験》
生後12週間のウィスター系オスのラットを、ネンブタール腹腔内注射(0.71 ml/kg body weight)による完全麻酔下にて、頭部皮下を切開し、頭蓋骨の骨膜下に、厚さ1.5 mm 直径4 mmの円盤状に成型した発泡チタンを骨面に平行に埋植した。対象として、比較例1の繊維多孔体(厚さ0.5 mm,4 mmの円盤)を埋植した。埋植6週後に、エーテル深麻酔にて安楽死させ、頭蓋骨を摘出し10%中性ホルマリン固定した。
固定試料は、通法にしたがってエタノール系列脱水した。次にリゴラック(昭和高分子)で包埋してブロックを作製し、0.4−0.5 mmの厚さに切断後,150 μmの厚さまで研磨した。さらに薄片の両面にリゴラックを5 μmの厚さにコートし片面を80 μmの厚さまで研磨した。耐水研磨紙(#1200)で最終研磨し、Coleのヘマトキシリン・エオジン(HE)染色を行い、光学顕微鏡にて観察した。同様に、実施例1〜3の金属発泡材料についても、試験を行なった。
《Rat skull implantation test》
A 12-week old Wistar male rat was incised subcutaneously in the head under complete anesthesia by intraperitoneal injection of Nembutal (0.71 ml / kg body weight), and a thickness of 1.5 mm was placed under the periosteum of the skull. mm Titanium foam molded into a disk shape with a diameter of 4 mm was implanted parallel to the bone surface. As a target, the fiber porous body of Comparative Example 1 (thickness disks of 0.5 mm and 4 mm) was embedded. Six weeks after implantation, the mice were euthanized by deep ether anesthesia, and the skull was removed and fixed with 10% neutral formalin.
The fixed sample was dehydrated in ethanol series according to a conventional method. Next, a block was prepared by embedding with Rigolac (Showa High Polymer), cut to a thickness of 0.4-0.5 mm, and then polished to a thickness of 150 μm. Further, Rigolac was coated on both sides of the thin piece to a thickness of 5 μm, and one side was polished to a thickness of 80 μm. After final polishing with water-resistant abrasive paper (# 1200), Cole's hematoxylin and eosin (HE) staining was performed and observed with an optical microscope. Similarly, the metal foam materials of Examples 1 to 3 were also tested.

培養試験の結果を図5及び6に示す。図6は、比較例1の繊維多孔体であり、図5は、実施例1の金属発泡体をラットの頭蓋骨の骨膜下に埋植後6週間の組織像の様子を示す。幾何学的構造の効果により、発泡チタン焼結体には骨が内部成長するが、比較例の繊維多孔体には骨が当該繊維多孔体内部に入らないことを明らかに示している。図5に示すように、発泡チタンの拡大像では、融合したチタン粒子(平均直径30 μm)が形成する立体空間、すなわちチタン粒子が形成する壁に囲まれた立体空間の大きさは縦、横、高さの広がりは200〜400ミクロンになっており、この最適空間に誘導されて骨が立ち登って内部成長(Ingrowth)していることが明瞭である。尚、図5及び6は、黒色で現れた部分が発泡チタンの骨格であり(図中1、カラー写真では黒色で現れる)、当該発泡チタン骨格よりも明るい部分が空孔部分であり(図中2、カラー写真では灰色で現れる)、当該気泡部分よりも暗い色であり黒色よりも明るい部分が骨部分である(図中3、カラー写真では赤色で現れる)。実施例2、3の試験においても、骨の内部成長が見られた。   The results of the culture test are shown in FIGS. FIG. 6 shows a fiber porous body of Comparative Example 1, and FIG. 5 shows a state of a tissue image 6 weeks after implantation of the metal foam of Example 1 under the periosteum of a rat skull. Due to the effect of the geometric structure, bone is ingrowth in the foamed titanium sintered body, but the fiber porous body of the comparative example clearly shows that the bone does not enter the fiber porous body. As shown in FIG. 5, in the enlarged image of titanium foam, the size of the three-dimensional space formed by the fused titanium particles (average diameter 30 μm), that is, the three-dimensional space surrounded by the walls formed by the titanium particles, is vertical and horizontal. The spread of the height is 200 to 400 microns, and it is clear that the bone is standing up and ingrowth in the optimum space. In FIGS. 5 and 6, the part that appears in black is a titanium foam skeleton (1 in the figure, appears in black in the color photograph), and the part brighter than the titanium foam skeleton is a pore part (in the figure). 2, appearing in gray in a color photograph), and a portion darker than the bubble portion and brighter than black is a bone portion (3 in the figure, appearing red in the color photograph). In the tests of Examples 2 and 3, bone ingrowth was also observed.

Claims (12)

活性水素を有するポリオールとポリイソシアネートとを反応させてなる末端イソシアネート基を有するプレポリマーと、水系分散媒にチタン粉末を懸濁してなるスラリーとを混合させ、反応させることにより、チタン粉末を含有するポリウレタン発泡中間体を得た後、
前記中間体に熱処理を施し、前記中間体を脱脂および焼結させることによって製造されたものであり、
複数の気泡が互いに連結してなる連続気泡を含む、前記チタン粉末が焼結してなる発泡チタン焼成体材料で構成されたものであり、前記発泡チタン焼成体材料の平均流量細孔径が20〜80μmであることを特徴とする骨再生医療材料。
It contains titanium powder by mixing and reacting a prepolymer having a terminal isocyanate group obtained by reacting a polyol having active hydrogen with a polyisocyanate and a slurry obtained by suspending titanium powder in an aqueous dispersion medium. After obtaining the polyurethane foam intermediate,
It is manufactured by subjecting the intermediate to heat treatment, and degreasing and sintering the intermediate,
It is composed of a foamed titanium fired body material obtained by sintering the titanium powder , including open cells in which a plurality of bubbles are connected to each other , and the foamed titanium fired body material has an average flow pore size of 20 to 20 Bone regenerative medical material characterized by being 80 μm .
前記発泡チタン焼成体材料の最大細孔径が80〜180μmであることを特徴とする、請求項1に記載の骨再生医療材料。 The bone regenerative medical material according to claim 1, wherein the foamed titanium fired body material has a maximum pore diameter of 80 to 180 µm. 前記発泡チタン焼成体材料のセル骨格形状が略三角形であり、セル骨格表面が粒子形状に凹凸していることを特徴とする、請求項1又は2に記載の骨再生医療材料。The bone regenerative medical material according to claim 1 or 2, wherein the cell skeleton shape of the titanium foam fired body material is substantially triangular, and the cell skeleton surface is uneven in a particle shape. 前記発泡チタン焼成体材料は、前記チタン粉末の粒子同士が連結し、三次元の網目構造を構築してなるものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の骨再生医療材料。 The bone regenerative medicine according to any one of claims 1 to 3, wherein the titanium foam fired body material is formed by connecting particles of the titanium powder to form a three-dimensional network structure. material. 前記スラリーは、水を分散媒とし、該分散媒に平均粒径0.5〜30μmの前記チタン粉末を懸濁してなるものであり、
前記プレポリマー中の前記イソシアネート基の含有率は、3〜26質量%であり、
前記プレポリマー中のポリオールは、エチレンオキサイドユニットを少なくとも60モル%含むポリエーテル系ポリオールであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の骨再生医療材料。
The slurry comprises water as a dispersion medium, and the titanium powder having an average particle size of 0.5 to 30 μm is suspended in the dispersion medium.
The content of the isocyanate group in the prepolymer is 3 to 26% by mass,
The bone regenerative medical material according to any one of claims 1 to 4, wherein the polyol in the prepolymer is a polyether-based polyol containing at least 60 mol% of ethylene oxide units.
前記チタン粉末は、アトマイズ法により製造されたものであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の骨再生医療材料。   The bone regenerative medical material according to any one of claims 1 to 5, wherein the titanium powder is manufactured by an atomizing method. 前記発泡チタン焼成体材料が厚さ0.1〜10mmのシート形状に成形されており、前記発泡チタン焼成体材料の外周にセラミックスアパタイトがコートされている
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の骨再生医療材料。
7. The titanium foam fired body material is formed into a sheet shape having a thickness of 0.1 to 10 mm, and ceramic apatite is coated on an outer periphery of the foamed titanium fired body material. The bone regenerative medical material according to any one of the above.
前記発泡チタン焼成体材料の内部に注入する物質は生理機能を持ち、
各種細胞、骨髄細胞、骨髄液、骨髄液から分離された幹細胞、臍帯血由来細胞、末梢血由来細胞、組織細切片、各種蛋白、脂質、多糖類、酵素、抗生物質、抗菌物質、ホルモン、サイトカイン、血液凝固促進剤、細胞成長因子、遺伝子操作された細胞からの抽出物、遺伝子操作された細胞から産生される物質、血管内皮細胞増殖因子(VEGF),platelet-inducedgrowthfactor(PIGF)、治療効果因子ベータ1(TGF.beta.1)、酸性繊維芽細胞(aFGF)、塩基性繊維芽細胞(bFGF)、治療効果因子アルファ(TGF.alph.)、上皮細胞増殖因子、オステオネクチン、アンティオポエチン(ANG1)、ANG2、血小板由来増殖因子AB、血小板由来増殖因子BB、骨形成蛋白質(BMP)、肝細胞増殖因子(HGF)、細胞外マトリックス、コラーゲンあるいはそれらのいずれかの複合体もしくは誘導体、等のグループから選ばれた少なくとも一つ以上であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の骨再生医療材料。
The substance injected into the fired titanium foam material has a physiological function,
Various cells, bone marrow cells, bone marrow fluid, stem cells isolated from bone marrow fluid, cord blood-derived cells, peripheral blood-derived cells, tissue subsections, various proteins, lipids, polysaccharides, enzymes, antibiotics, antibacterial substances, hormones, cytokines , Blood coagulation promoters, cell growth factors, extracts from genetically engineered cells, substances produced from genetically engineered cells, vascular endothelial growth factor (VEGF), platelet-induced growth factor (PIGF), therapeutic effect factors Beta 1 (TGF.beta.1), acidic fibroblasts (aFGF), basic fibroblasts (bFGF), therapeutic effect factor alpha (TGF.alph.), Epithelial cell growth factor, osteonectin, antipoietin ( ANG1), ANG2, platelet-derived growth factor AB, platelet-derived growth factor BB, bone morphogenetic protein (BMP), hepatocyte growth factor (HGF), extracellular matrix Helix, collagen or bone regeneration medicine material according to any one of claims 1 to 7, characterized in that either a complex or derivative thereof, at least one selected from the group of an equal.
基材と、
その基材の外周にチタン粉末を焼成・連結することによって形成された、請求項1ないし8のいずれかに記載された骨再生医療材料からなるチタン多孔シート層を備えている人工骨類再生材。
A substrate;
An artificial bone regenerative material comprising a titanium porous sheet layer made of a bone regenerative medical material according to any one of claims 1 to 8, formed by firing and connecting titanium powder to the outer periphery of the base material. .
前記人工骨類再生材が人工歯根であることを特徴とする請求項9に記載の人工骨類再生材。   The artificial bone regeneration material according to claim 9, wherein the artificial bone regeneration material is an artificial tooth root. 活性水素を有するポリオールとポリイソシアネートとを反応させてなる末端がイソシアネート基を有するプレポリマーと、水系分散媒にチタン粉末を懸濁してなるスラリーとを混合させ、反応させることにより、チタン粉末を含有するポリウレタン発泡中間体を得る中間体製造工程と、発泡チタン材料の中間体に対して熱処理を施すことにより、この中間体を脱脂して脱脂体を得る脱脂工程と、脱脂体を焼結させる焼結工程とを有することを特徴とする骨再生医療材料の製造方法。Contains titanium powder by mixing and reacting a prepolymer having an isocyanate group at the end obtained by reacting a polyol having active hydrogen with a polyisocyanate and a slurry obtained by suspending titanium powder in an aqueous dispersion medium. An intermediate manufacturing process for obtaining a polyurethane foam intermediate to be performed, a degreasing process for degreasing the intermediate by subjecting the intermediate of the titanium foam material to heat treatment, and a sintering for sintering the degreased body. A method for producing a bone regenerative medical material, comprising a ligation step. 前記発泡チタン材料の平均流量細孔径が20〜80μmであることを特徴とする請求項11に記載の骨再生医療材料の製造方法。The method for producing a bone regenerative medical material according to claim 11, wherein the foamed titanium material has an average flow pore size of 20 to 80 µm.
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