JP6222901B2 - 生体インプラント及び生体インプラントの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、生体インプラント及び生体インプラントの製造方法に関し、さらに詳しくは、生体活性物質が担持された多孔層のほぼ全体にわたって生体組織と迅速かつ強固な結合能力を発揮する生体インプラント及びその製造方法に関する。

骨が欠損した骨欠損部等に人工骨を移植する治療方法が、骨欠損部等に患者の正常な骨を移植する自家骨を移植する治療方法よりも患者の身体的な負担が小さく、自家骨を準備する際の問題点等が存在しない点で、近年注目されている。

このような人工骨の材料として水酸アパタイト等のバイオセラミックスは骨と化学的に結合する点で優秀な人工骨材料として知られている。しかし、バイオセラミックスは強度が小さく衝撃にも弱いという問題がある。

人工骨の材料として、非常に高強度な特性を有するチタン合金やコバルトクロム合金等の金属材料も知られている。しかし、これらの金属材料は、金属アレルギー等を引き起こす可能性があることに加えて、生体骨と比較して非常に大きな弾性率等を有しているから金属材料で形成された人工骨を骨欠損部等に移植したときに生体骨と金属材料との力学特性の違いによって応力遮蔽が起こって（ストレスシールディング）、周囲の骨が吸収され、脆くなってしまう可能性がある。

そこで、このような問題点を解消し得る、生体骨とよく似た力学特性を有する材料として、近年、エンジニアリングプラスチック等の樹脂が注目を集めている。例えば、高密度ポリエチレン樹脂は非常に低弾性でしなるので人工骨の材料として適しており、またポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）はその力学的特性が本来の骨と近く、生体適合性も優れていることから人工骨の材料として適している。

ところで、これらの樹脂は生体骨と直接結合することがないのでこれらの樹脂で成形された樹脂成形体の表面に生体活性物質を担持する方法等が提案されている。また、人工骨の生体活性能を強化・向上させるため樹脂成形体の表面又は構造全体を多孔質化する方法も提案されている。

例えば、特許文献１には、生体インプラントの基材として使用される表面発泡体の製造方法であって「プラスチックにより形成されて成る基材の表面に微小気孔を形成することにより微小気孔基材を得る工程１と、前記工程１で得られた微小気孔基材を、発泡剤を含有する溶液に浸漬することにより発泡剤保持基材を得る工程２と、前記工程２で得られた発泡剤保持基材を、プラスチックを膨潤させ、かつ、発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬することにより発泡基材を得る工程３と、前記工程３で得られた発泡基材を、膨潤したプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬する工程４と、を有することを特徴とする表面発泡体の製造方法」（請求項７）が記載されている。また、この特許文献１には「表面発泡体を、あらかじめ多量の生体活性物質を含む溶液に浸漬し、これを乾燥させることにより、生体活性物質を固定する」方法も記載されている（００７９欄）。

特許文献２にも「濃硫酸又は濃硝酸、クロム酸等の腐食性溶液に浸漬して多孔質層を形成する方法」（００２３欄及び実施例１）及び「表面に多孔質層を有する基材を生体活性物質の懸濁液中に超音波照射しながら浸漬すること」により生体活性物質を定着させる方法（００３１欄及び実施例１）が記載されている。

国際公開第２００９／０９５９６０号パンフレット 特開２００８−２４５７７５号公報

特許文献１及び特許文献２のように「腐食性溶液に浸漬して多孔質層を形成する方法」によれば、骨欠損部等に埋設されたときに生体組織を内部に容易に侵入させる多孔質層を表面に有する高い骨結合能を発揮する生体インプラントを製造できる。

ところで、生体インプラントにおいては、患者のさらなる負担軽減、埋設部位（適用部位）の多様化、回復状態等の観点から種々の特性が要求されている。例えば、患者のさらなる負担軽減、回復状態等に着眼すると生体インプラントには多孔層のほぼ全体にわたって生体組織とさらに迅速で強固な骨結合能を発揮することが望まれている。

したがって、この発明は、生体活性物質が担持された多孔層のほぼ全体にわたって生体組織と迅速かつ強固な結合能力を発揮する生体インプラント及びその製造方法を提供することを、目的とする。

この発明の発明者らは、生体インプラントの骨結合能について鋭意検討したところ、基材の表面に気孔を形成する工程を複数回実施すると生体組織の進入を阻害しうる狭小な連通部等の少ない連通気孔を中実基体の表面から深部まで形成できることを見出して、この発明を完成させた。

したがって、この発明に係る生体インプラントは、熱可塑性樹脂からなる実質部と、前記実質部の表面に配置され、平均気孔径が１０μｍ未満の小径気孔及び平均気孔径が１０〜２００μｍの大径気孔を有する多孔層と、前記多孔層の表面及び内壁面に担持された生体活性物質とを有する生体インプラントであって、前記大径気孔は前記多孔層の前記表面に連通する大径連通気孔を下記インキ進入試験における前記多孔層全体に対する面積割合で６０％以上含み、前記生体活性物質は、前記大径連通気孔を閉塞しないように前記多孔層の表面及び内壁面に担持されていることを特徴とする。
＜インキ進入試験＞
大過剰のアルコール系赤インキ中に浸漬させた前記生体インプラントに出力２００Ｗで周波数３８ｋＨｚの超音波を１５分間照射した後に前記生体インプラントを取り出して室温にて１２時間乾燥する。この生体インプラントの任意の断面を複数個所観察して得られる前記多孔層の観察画像それぞれにおいて前記アルコール系赤インキが進入した部分とそれ以外の部分とに二値化処理する。得られた処理画像それぞれにおける前記多孔層の全面積に対する前記アルコール系赤インキが進入した部分合計面積の面積割合［進入部分の合計面積／多孔層の全面積］（百分率）を算出し、これらの算術平均値を前記「面積割合」とする。

また、この発明に係る生体インプラントの製造方法は、熱可塑性樹脂からなる実質部と前記実質部の表面に配置され、平均気孔径が１０μｍ未満の小径気孔及び平均気孔径が１０〜２００μｍの大径気孔を有する多孔層と前記多孔層の表面又は内壁面に担持された生体活性物質とを有する生体インプラントを製造する方法であって、前記熱可塑性樹脂で中実に形成された中実基材の表面に気孔を形成する工程を複数回実施することを特徴とする。

この発明に係る生体インプラントは、大径気孔が多孔層の表面に連通する大径連通気孔をインキ試験における多孔層全体に対する面積割合で６０％以上含み、また、生体活性物質は、大径連通気孔を閉塞しないように多孔層の表面及び内壁面に担持されているから、骨欠損部等に埋設されたときに生体組織が大径連通気孔の深部まで進入しやすく、生体活性物質が担持された多孔層のほぼ全体にわたって生体組織と迅速かつ強固な結合能力を発揮する。

また、この発明に係る生体インプラントの製造方法は、前記熱可塑性樹脂で中実に形成された中実基材の表面に気孔を形成する工程を複数回実施するから、気孔を形成する工程で中実基材に形成される「生体組織の進入を阻害しうる狭小な連通部等」を次の気孔を形成する工程で効果的に浸食し、又は溶出させて、生体組織の進入を阻害しうる狭小な連通部等の少ない連通気孔を中実基体の表面から深部まで形成できる。

したがって、この発明によれば、生体活性物質が担持された多孔層のほぼ全体にわたって生体組織と迅速かつ強固な結合能力を発揮する生体インプラント及びその製造方法を提供できる。

図１は、この発明に係る生体インプラント一例である生体インプラントにおける任意の端面を示す模式図である。 図２は、従来の生体インプラントにおける任意の端面を示す模式図である。 図３は、この発明におけるインキ進入試験における層状の多孔層を抽出する方法を説明する説明図である。 図４は、この発明におけるインキ進入試験における略逆三角形の多孔層を抽出する方法を説明する説明図である。 図５は、実施例１で製造した生体インプラントにおける任意の断面を光学顕微鏡で観察したＳＥＭ画像である。 図６は、比較例１で製造した生体インプラントにおける任意の断面を光学顕微鏡で観察したＳＥＭ画像である。 図７は、実施例１及び比較例１で製造した生体インプラントを「インキ進入試験」したときの「多孔層の観察画像」を二値化処理して得られた画像である。

この発明に係る生体インプラントは、熱可塑性樹脂で形成された実質部と、実質部の表面の一部又は全面に配置された多孔層と、多孔層の表面及び内壁面の一部又は全面に担持された生体活性物質とを有し、多孔層に特定の連通気孔を有している。実質部は、その大部分が中実であれば一部が中空又は多孔質であってもよく、全体が中実であってもよい。この発明に係る生体インプラントは、埋設される骨欠損部等の形状及び使用方法に応じて適宜の形状に製造される。例えば、この発明に係る生体インプラントは、埋設又は補填される骨欠損部等の形状と同様の形状、又は、この形状に相当する形状例えば相似形等に成形され、また顆粒状若しくは粒状、粉末状、繊維状、ブロック状若しくはフィルム状等に成形される。

以下、この発明に係る生体インプラントを具体的に説明する。この発明に係る生体インプラントの一例である生体インプラント１は、図１に示されるように、実質部３と多孔層４と生体活性物質５とを有している。

実質部３は、生体インプラントの基体となる部分であって、熱可塑性樹脂でその全体が中実に形成されている。この実質部３は適用される部位に応じて適宜の形状及び寸法等に成形される。

実質部３を形成する熱可塑性樹脂は生体骨に類似又は近似する力学特性を有しているのが好ましい。したがって、実質部３も熱可塑性樹脂と同様に生体骨に類似又は近似する力学特性を有している。生体骨に類似又は近似する力学特性としては、例えば１〜５０ＧＰａの弾性率、１００ＭＰａ以上の曲げ強度等が挙げられ、熱可塑性樹脂はこれら特性の少なくとも一方を有していればよい。

このような熱可塑性樹脂としては、例えば、繊維が混合されていない熱可塑性樹脂（繊維無含有熱可塑性樹脂とも称する。）、繊維が混合された繊維強化熱可塑性樹脂等が挙げられる。繊維無含有熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエステル、ポリフェニリンオキサイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、フッ素樹脂、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリメチルペンテン、ジアリルフタレート樹脂、ポリオキシメチレン、ポリ四フッ化エチレン等のエンジニアリングプラスチックが挙げられる。

繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックスとなる熱可塑性樹脂としては、前記エンジニアリングプラスチックに加えて、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ＥＶＡ樹脂、ＥＥＡ樹脂、４−メチルペンテン−１樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、メタクリル酸メチル樹脂、エチレン塩化ビニル共重合体、プロピレン塩化ビニル共重合体、塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリアビニルアセトアセタール、ポリフッ化エチレンプロピレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、メタクリル樹脂、ノリル樹脂、ポリアリルエーテルケトン、ポリケトンスルフィド、ポリスチレン、イソフタル酸系樹脂、ポリウレタン、アルキルベンゼン樹脂、ポリジフェニルエーテル等が挙げられる。

繊維強化熱可塑性樹脂に含有される繊維としては、例えば、カーボンナノチューブを含む炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維又は有機繊維が挙げられる。前記ガラス繊維としては、例えば、ホウケイ酸ガラス（Ｅガラス）の繊維状物、高強度ガラス（Ｓガラス）の繊維状物、高弾性ガラス（ＹＭ−３１Ａガラス）の繊維状物等が挙げられ、前記セラミック繊維としては、例えば、炭化ケイ素の繊維状物、窒化ケイ素の繊維状物、アルミナの繊維状物、チタン酸カリウムの繊維状物、炭化ホウ素の繊維状物、酸化マグネシウムの繊維状物、酸化亜鉛の繊維状物、ホウ酸アルミニウムの繊維状物、ホウ素の繊維状物等が挙げられ、前記金属繊維としては、例えば、タングステンの繊維状物、モリブデンの繊維状物、ステンレスの繊維状物、スチールの繊維状物、タンタルの繊維状物等が挙げられ、前記有機繊維としては、例えば、ポリビニルアルコールの繊維状物、ポリアミドの繊維状物、ポリエチレンテレフタレートの繊維状物、ポリエステルの繊維状物、アラミドの繊維状物等が挙げられる。繊維は１種単独で又は２種以上の混合物を用いることができる。

熱可塑性樹脂は、これらの中でも、力学特性が生体骨と近く、生体適合性の高いポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が特に好ましい。

実質部３は、熱可塑性樹脂に加えて、必要に応じて、帯電防止剤、酸化防止剤、ヒンダードアミン系化合物等の光安定剤、滑剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、無機充填剤、顔料等の着色料等の各種添加剤を含有していてもよい。

多孔層４は、実質部３の表面全面に配置又は積層され、平均気孔径が１０μｍ未満の小径気孔１０及び平均気孔径が１０〜２００μｍの大径気孔２０を有する多孔質構造になっている。この多孔層４は、実質部３の表面全面に配置されて実質部３を被覆してもよく、実質部３における生体骨との結合が必要な表面のみに、すなわち実質部３の表面の一部に配置されていてもよい。この発明に係る生体インプラントにおいて、多孔層は実質部の表面に別途形成されてもよく、実質部の一部を発泡して形成されることもできる。実質部３の一部を発泡して形成される多孔層４は「表面発泡層」とも称され、実質部３と多孔層４とを合わせて「表面発泡基材」と称されることもある。

多孔層４は、実質部３と同様の熱可塑性樹脂で、厚さが例えば１０〜１０００μｍ、好ましくは２０〜２００μｍの多孔質構造に形成されている。多孔層４の多孔質構造は、複数の小径気孔１０及び複数の大径気孔２０を有し、特に複数の大径気孔２０が連通してなる大径連通気孔２４によって網目構造になっているのが好ましい。

小径気孔１０は、存在位置によって、多孔層４の表面４ａに開口する小径開気孔１１と多孔層４の内部に存在する小径内気孔１２とに分類され、また存在状態によって、単独で独立に存在する小径独立気孔１３と、小径気孔１０同士が連通する又は大径気孔２０に連通する小径気孔１０である小径連通気孔１４とに分類される。この小径気孔１０は１０μｍ未満の平均気孔径を有している。したがって、小径開気孔１１の、表面４ａに開口する開口径の平均である平均開気孔径、小径内気孔１２及び小径独立気孔１３の平均気孔径、並びに、小径連通気孔１４の、連通部の径の平均である連通孔径は、それぞれ、１０μｍ未満であり、好ましくは５μｍ以下、特に好ましくは３μｍ以下である。

大径気孔２０は、存在位置によって、多孔層４の表面４ａに開口する大径開気孔２１と多孔層４の内部に存在する大径内気孔２２とに分類され、また存在状態によって、単独で独立に存在する大径独立気孔２３と、大径開気孔２１に連通する大径連通気孔２４と、大径気孔２０同士は連通するが大径開気孔２１には連通しない大径連通閉気孔２５とに分類される。この大径気孔２０は１０〜２００μｍの平均気孔径を有している。したがって、大径開気孔２１の、表面４ａに開口する開口径の平均である平均開気孔径、大径内気孔２２及び大径独立気孔２３の平均気孔径、並びに、大径連通気孔２４及び大径連通閉気孔２５の、連通部の径の平均である大径連通孔径は、それぞれ、１０〜２００μｍであり、好ましくは３０〜１５０μｍである。

小径開気孔１１の平均開気孔径及び大径開気孔２１の平均開気孔径は、多孔層４の表面４ａを走査型電子顕微鏡で観察した画像を利用して求めることができる。具体的には、大径開気孔２１の平均開気孔径は、多孔層４の表面４ａを走査型電子顕微鏡により、所定の倍率、例えば３００倍で観察したＳＥＭ画像を得る。このＳＥＭ画像の全視野における比較的大型の表面４ａの開気孔、例えば平均径が約１０μｍ以上の開気孔の長径と短径とを測定して、これらの算術平均値を大径開気孔２１の開気孔とする。このようにして算出された複数の開気孔を算術平均して大径開気孔２１の平均開気孔径とする。一方、小径開気孔１１の平均開気孔径は次のようにして求める。小径開気孔１１は、通常、大径開気孔２１と大径開気孔２１との間の骨格部分に存在する。小径開気孔１１の平均開気孔径を測定する場合には測定誤差を小さくするために走査型電子顕微鏡の倍率を上げるのが好ましい。例えば、走査型電子顕微鏡により、３０００倍で観察したＳＥＭ画像を得る。このＳＥＭ画像において骨格部分に形成されている小径開気孔１１の長径と短径とを測定する。すなわち先に測定した大径開気孔２１を除くすべての開気孔の長径と短径とを測定して、これらの算術平均値を小径開気孔の開気孔とする。このようにして算出された複数の開気孔を算術平均して、小径開気孔１１の平均開気孔径とする。

なお、ＳＥＭ画像で確認される大径開気孔２１又は小径開気孔１１が多数、例えば５０個以上である場合、ＳＥＭ画像上を横断するようにランダムに５本の直線を引き、この直線上にある大径開気孔２１又は小径開気孔１１を測定対象として前記方法に基づいて大径開気孔２１及び小径開気孔１１の平均開気孔径をそれぞれ求めることもできる。

小径内気孔１２及び小径独立気孔１３等の平均気孔径、並びに、大径内気孔２２及び大径独立気孔２３等の平均気孔径は、多孔層４の任意の断面を走査型電子顕微鏡で観察して前記平均開気孔径と同様に求めることができる。

小径連通気孔１４の連通孔径並びに大径連通気孔２４及び大径連通閉気孔２５の大径連通孔径は、上記と同様に所定の倍率で撮影したＳＥＭ画像から求めることができ、その他の方法として水銀ポロシメータを使用して求めることもできる。

この生体インプラント１において、大径気孔２０は、存在位置及び存在状態によって種々の大径気孔２０を含んでいるが、その中でも、生体活性物質５を担持した状態で、下記インキ進入試験における多孔層４全体に対する面積割合が６０％以上の大径連通気孔２４（大径開気孔２１を含む。）を含んでいる。このような面積割合を有する大径連通気孔２４は、隣接する大径気孔２０が連通してなる連通部の径が生体組織の進入を阻害するほど狭小ではなく比較的大きくなるから、骨欠損部等に埋設されたときに生体組織を大径開気孔２１から大径連通気孔２４の深部まで容易に浸入させることができる。したがって、このような大径連通気孔２４を含む大径気孔２０を有する多孔層４は、骨欠損部等に埋設されたときに生体組織が大径連通気孔２４の深部まで進入して生体活性物質が担持された多孔層４のほぼ全体にわたって生体組織と迅速かつ強固な結合能力を発揮する。このように生体インプラント１の多孔層４表面全体に担持された生体活性物質に生体組織が誘引されることで、多孔層４全体にわたって骨形成が起こり、周囲の骨と一体化するため、この生体インプラント１は強固な骨結合能を発揮する。

生体組織とより一層迅速かつ強固な骨結合能力を発揮する点で、大径気孔２０は好ましくは７０％以上の前記面積割合の大径連通気孔２４を有している。この生体インプラント１において、前記面積割合の上限値は１００％未満であるが、多孔層４の強度、製造可能性等を考慮すると、現実的には、９０％であり、８０％であるのが好ましい。

この発明に係る「インキ進入試験」は、この発明に係る生体インプラントが骨欠損部等に埋設されても生体組織が進入することのない大径独立気孔２３及び大径連通閉気孔２５等を除外して、多孔層４の表面４ａに連通する大径開気孔２１から生体組織が進入しやすい大径連通気孔２４を大径気孔２０全体に対する割合として求める、生体インプラント１の骨結合能を現実的かつ正確に評価できる方法であって、この発明の発明者らによって案出された評価方法である。

具体的には、この発明に係る生体インプラント１を大過剰、例えば、多孔層４の体積に対して５０倍のアルコール系赤インキ中に浸漬させた状態でインキごと出力２００Ｗ、周波数３８ｋＨｚの超音波を１５分間照射した後にアルコール系赤インキから取り出して室温で１２時間乾燥する。次いで、乾燥した生体インプラント１の任意の断面を光学顕微鏡で３００倍の倍率で複数個所観察して得られる多孔層４の観察画像を、定法によって、アルコール系赤インキが進入した部分とそれ以外の部分とに分類する「二値化処理」をする。具体的には、前記断面を観察して得られる全体観察画像から後述するようにして「多孔層４の観察画像」（カラー画像）を抽出する。抽出された「多孔層４の観察画像」をグレースケールに変換し、画像処理ソフト（商品名「Ｓｃｉｏｎ Ｉｍａｇｅ」（Ｓｃｉｏｎ社製））で二値化処理する。このようにして二値化処理して得られた処理画像における多孔層４の全面積に対するアルコール系赤インキが進入した部分の合計面積の面積割合［進入部分の合計面積／多孔層４の全面積］（百分率）を算出する。ここで、アルコール系赤インキが進入した部分を「大径連通気孔２４（大径開気孔２１を含む。）」と想定し、面積割合は例えば画像のピクセル数に基づいて［アルコール系赤インキが進入した部分の合計ピクセル数／多孔層４の合計ピクセル数］（百分率）として算出できる。このようにして算出した面積割合［進入部分の合計面積／多孔層４の全面積］の算術平均値を大径連通気孔２４の多孔層４全体に対する面積割合とする。

この「インキ進入試験」で用いるアルコール系赤インキは、インキ濃度０．１５ｇ／ｍＬ、界面張力１９．４ｍＮ／ｍであるアルコール溶液であって、例えば商品名「ホワイトボードマーカー専用補充インキ」（ＰＩＬＯＴ株式会社製）等が挙げられる。

この発明に係る「インキ進入試験」において、「多孔層４の観察画像」を抽出する方法を、図３及び図４を参照して、説明する。「多孔層４の観察画像」の一例を図３に模式的に示す。「多孔層４の観察画像」を抽出するには、前記断面におけるこの発明に係る生体インプラント１の観察画像（倍率を３００倍に設定する。）から任意に選択された３箇所Ｐ１〜Ｐ３の、実質部３及び多孔層４の境界画像における多孔層４の最低地点Ｌ１〜Ｌ３に近似する直線（換言すると、最低地点Ｌ１〜Ｌ３それぞれとの最短距離の合計が最小となる直線）であって、かつ多孔層４及び実質部３の境界と平行（換言すると、深さ方向Ｄに垂直）な第１仮想線Ｘ１を引く。ここで、多孔層４の最低地点Ｌ１〜Ｌ３は各箇所Ｐ１〜Ｐ３における小径気孔１０又は大径気孔２０の最も深い地点である。次いで、前記観察画像から任意に選択された３箇所Ｐ４〜Ｐ６（この例において、Ｐ４〜Ｐ６それぞれはＰ１〜Ｐ３と一致する。）の、多孔層４の輪郭線（多孔層４の表面４ａを山にたとえたときの稜線又は尾根に相当する。）近傍の表面画像それぞれにおける最高地点Ｈ１〜Ｈ３を近似する第２仮想線Ｘ２（換言すると、最高地点Ｈ１〜Ｈ３それぞれとの最短距離の合計が最小となる第２仮想線Ｘ２）を引く。このとき、第２仮想線Ｘ２を複数引くことができる場合は、例えば５０倍の低倍率で多孔層４の表面を観察したときの表面輪郭線（小径開気孔及び大径開気孔を除く。）に対して最も平行に近い線を第２仮想線Ｘ２とする。このようにして観察画像に引かれた第１仮想直線Ｘ１及び第２仮想直線Ｘ２で深さ方向Ｄに挟まれる領域として多孔層４を抽出する。

なお、多孔層４が層状ではない場合、例えば略逆三角形状である場合等にも、基本的には、前記図３の場合と同様にして、多孔層４Ａを抽出する。すなわち、図４に示されるように、まず、この発明に係る生体インプラント１の全体又は多孔層４Ａを観察（倍率を３００倍に設定する。）して得た全体観察画像又は多孔層４Ａを含む観察画像に、前記のようにして、多孔層４の最低地点に近似する２つの第１仮想線Ｘ１’及び第１仮想線Ｘ１’’を引き、次いで、多孔層４Ａの最高地点を通る仮想輪郭曲線Ｘ３を画像ソフト（例えば商品名「Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ」、Ａｄｏｂｅ社製）で引く。このようにして観察画像に引かれた第１仮想線Ｘ１’、第１仮想線Ｘ１’’及び仮想輪郭曲線Ｘ３で囲繞される領域を「多孔層４Ａの観察画像」として抽出する。なお、この発明に係る生体インプラント１が層状でない略逆三角形の多孔層４Ａを複数備えている場合には、そのうちの少なくとも１つの多孔層４Ａが前記面積割合の大径連通気孔２４を含む大径気孔２０を有していればよく、好ましくは２つ以上、特に好ましくはすべての多孔層４Ａが前記面積割合の大径連通気孔２４を含む大径気孔２０を有している。

この発明に係る生体インプラントの多孔層４は、前記面積割合の連通気孔すなわち大径連通気孔２４を有する大径気孔２０を有していればよく、小径気孔１０及び大径気孔２０は、球状、扁球状、長球状及び／又はこれらの形状が組み合わされてなる形状を有している。

このような大径気孔２０を有する多孔層４は、その表面に垂直な断面が例えば図１及び図５に示されている。具体的には、多孔層４のこの断面は、比較的不均一な形状及び径の複数の大径気孔２０が任意の方向に互いに隣接し、前記連通気孔径の範囲内であって比較的大きな連通気孔径で互いに連通する大径連通気孔２４を有する３次元網目構造になっている。そして、この大径連通気孔２４は、例えば、多孔層４の半分以上の深さまで、連通している。これに対して従来の生体インプラントは、その一例を挙げると、その表面に垂直な断面において、例えば、図２及び図６に示されるように、特に多孔層３１の深部に存在する大多数の大径気孔は、隔壁状構造の隔壁状連通部３４又は狭小連通部３３を有する偏平気孔であった。

このような大径連通気孔２４を有する３次元網目構造を有する多孔層４及び前記大径連通気孔２４の面積割合は、多孔層４を形成する際の「中実基材の表面に気孔を形成する工程」を複数回実施することで、形成又は調整できる。

生体活性物質５は、多孔層４の表面４ａ及び内壁面の全体又は一部に担持されていればよく、多孔層４の表面４ａ及び内壁面、すなわち大径開気孔２１及び大径連通気孔２４の内壁面並びに小径開気孔１１及び小径連通気孔１４の内壁面及び内部に担持されている。この発明に係る生体インプラントの一例である生体インプラント１は前記大径連通気孔２４を含む多孔層４を有しているから、生体活性物質５は、多孔層４の表面４ａ、大径開気孔２１及び小径開気孔１１の内壁面に加えて、多孔層４すなわち大径連通気孔２４の深部に存在する大径気孔２０の内壁面及びこの大径気孔２０に連通する小径連通気孔１４の内壁面にも、好適には一様に、担持されている。なお、生体活性物質５は、図１に示されるように、大径連通気孔２４を閉塞しないように多孔層４の表面４ａ及び内壁面に担持されている。

生体活性物質５は、生体との親和性が高く、生体骨を含む骨組織又は生体歯を含む歯組織（以下、骨組織という。）等の生体組織と化学的に反応する性質を有する物質であれば特に限定されず、例えば、リン酸カルシウム化合物、生体活性ガラス、炭酸カルシウム等が挙げられる。リン酸カルシウム化合物としては、例えば、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム水和物、リン酸二水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム水和物、α型リン酸三カルシウム、β型リン酸三カルシウム、ドロマイト、リン酸四カルシウム、リン酸八カルシウム、水酸アパタイト、フッ素アパタイト、炭酸アパタイト及び塩素アパタイト等が挙げられる。生体活性ガラスは、バイオガラス、結晶化ガラス（ガラスセラミックスとも称する。）等を含み、バイオガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｋ_２Ｏ−ＭｇＯ系ガラス、及び、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス等が挙げられ、結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス（アパタイトウォラストナイト結晶化ガラスとも称する。）、及び、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス等が挙げられる。これらのリン酸カルシウム化合物、バイオガラス及び結晶化ガラスは、例えば、「化学便覧 応用化学編 第６版」（日本化学会、平成１５年１月３０日発行、丸善株式会社）、「バイオセラミックスの開発と臨床」（青木秀希ら編著、１９８７年４月１０日、クインテッセンス出版株式会社）等に詳述されている。

生体活性物質５は、これらの中でも生体活性に優れる点で、リン酸カルシウム化合物及び生体活性ガラスの少なくとも１種であるのが好ましく、さらに、生体骨と組成や構造、性質が似ており体内環境における安定性が優れ体内で顕著な溶解性を示さない点で、水酸アパタイト又はリン酸三カルシウムが特に好ましい。

生体活性物質５は、多孔層４の表面４ａ等に膜状又は層状に担持されていてもよく、多孔層４の表面４ａ等に分散状態に担持されていてもよい。生体活性物質５が膜状又は層状に担持されている場合には、生体活性物質５の膜厚は、例えば、０．１〜１００μｍであるのが好ましく、０．５〜５０μｍであるのが特に好ましい。生体活性物質５が分散状態に担持されている場合に、生体活性物質５の形状は多孔層４の表面４ａ及び内壁面に担持可能な粒状、顆粒状、粉末状であればよく、また凝集物であってもよく、例えば、球状、楕円球状、針状、柱状、棒状、板状、多角形状等が挙げられる。このときの生体活性物５の粒子径は、例えば０．００１〜１０μｍであるのが好ましく、０．０１〜５μｍであるのが特に好ましい。なお、本明細書中に記載している「粒子」及び「粒子径」とは、特に付記がない場合はそれぞれ「一次粒子」及び「一次粒子径」のことであり、多孔層４に担持されている生体活性物質５が凝集物である場合は、その凝集物を構成している最小単位である一次粒子及びその径のことである。粒子径はインターセプト法により算出することができる。具体的には、走査型電子顕微鏡にて写真撮影を行い、少なくとも１５以上の粒子に交わる直線を引き、この直線と粒子とが交わっている部分の長さの平均値から算出することができる。球状粒子以外の形状である場合にはその面積換算直径を算出する。

このように、生体インプラント１は、大径気孔２０がインキ進入試験における多孔層４全体に対する面積割合が６０％以上の大径連通気孔２４を含んでいるから、骨欠損部等に埋設されたときに生体組織が大径連通気孔２４、すなわち多孔層４の深部まで進入しやすく、生体活性物質が担持された多孔層４のほぼ全体にわたって生体組織と迅速かつ強固な結合能力を発揮する。したがって、この発明に係る生体インプラントは骨欠損部等に埋設又は補填される生体インプラント、具体的には、骨補填材、人工関節部材、骨接合剤、人工椎体、椎体間スペーサ、椎体ケージ及び人口歯根等として好適に用いられ、特に迅速かつ強固な結合能力が要求される生体インプラントとして好適に用いられる。

この発明に係る生体インプラントは、例えば、この発明に係る生体インプラントの製造方法によって、製造できる。

この発明に係る生体インプラントの製造方法は、熱可塑性樹脂からなる実質部と、実質部の表面に配置され、平均気孔径が１０μｍ未満の小径気孔及び平均気孔径１０〜２００μｍの大径気孔を有する多孔層と、多孔層の表面又は内壁面に担持された生体活性物質とを有する生体インプラントを製造する方法であって、特に、前記多孔層が前記インキ進入試験における全体に対する面積割合が６０％以上の大径連通気孔を含む大径気孔を有する生体インプラントを製造できる方法である。

この発明に係る生体インプラントの製造方法は、熱可塑性樹脂で中実に形成された中実基材の表面に気孔を形成する工程を複数回実施することを特徴とする。

この発明に係る生体インプラントの製造方法において、気孔を形成する第１回目の工程、特に後述する第１サブ工程において膨潤した熱可塑性樹脂を凝固させる第２サブ工程で形成された気孔は、比較的密であるが故に、表面近傍に形成される気孔は隣接する気孔との連通性が高い、すなわち大きな連通径で連通される。しかし、これらの気孔のうち深部に形成される気孔ほど隣接する気孔との連通性が低下しやすくなる。この現象は気孔を形成する第１回目の工程の条件、例えば、熱可塑性樹脂を膨潤させる溶液の種類及び使用量、浸漬条件等を変更しても改善されにくい。このように、気孔を形成する工程を１回実施して製造された生体インプラントは例えば図２に示されるように多孔層の深部に生体組織の進入を阻害しうる狭小連通部３３又は隔壁状連通部３４を有する大径連通気孔３５等を有している。ところが、中実基材に気孔を形成する工程を複数回実施すると、後に詳述するように、生体組織の進入を阻害しうる狭小連通部又は隔壁状連通部の少ない大径連通気孔を多孔層の表面から深部近傍まで形成でき、この発明に係る生体インプラントを製造できる。この発明に係る生体インプラントの製造方法において、気孔を形成する工程で形成される気孔は０．１〜２００μｍの気孔径を有しているのがよく、その一部又は全部が生体インプラントの小径気孔及び／又は大径気孔になる。この発明に係る生体インプラントの製造方法において、気孔を形成する工程は、中実基材を熱可塑性樹脂を膨潤させる溶液に浸漬する第１サブ工程と、第１サブ工程後に膨潤した中実基材を純水で洗浄する第２サブ工程とを有しているのが好ましい。

この発明に係る生体インプラントの製造方法は、前記形成する工程を複数回実施した後に、気孔が形成された中実基材を生体活性物質の懸濁液に減圧下又は常圧下で浸漬又は浸漬攪拌して生体活性物質を気孔が形成された中実基材の表面又は気孔の内壁面に配置することができるが、前記形成する工程を複数回実施した後に気孔が形成された中実基材を生体活性物質の懸濁液に浸漬させた状態で超音波を照射して生体活性物質を配置するのが好ましい。この超音波を照射する工程を実施すると、生体活性物質が配置されにくい気孔、例えば中実基材の深部に形成された気孔等の内壁面まで生体活性物質を進入させることができる。

この発明に係る生体インプラントの製造方法は、形成された多孔層の表面及び内壁面に生体活性物質を強固に担持・固定できる点で、好ましくは、超音波を照射する工程の後に、熱可塑性樹脂のガラス転移温度−３０℃以上、融点未満の加熱温度に加熱する工程を実施する。このように、超音波を照射する工程で生体活性物質が表面又は内壁面に配置された状態でガラス転移温度−３０℃以上融点未満の加熱温度に加熱すると、熱可塑性樹脂の表面近傍の一部が軟化して生体活性物質とより一層強固に密着する。

以下に、この発明に係る生体インプラントの好適かつ具体的な製造方法（以下、この発明に係る一製造方法と称する。）を説明する。

この発明に係る一製造方法は、熱可塑性樹脂で中実に形成された中実基材の表面に気孔を形成する工程を複数回実施する方法である。

この発明に係る一製造方法は、具体的には、熱可塑性樹脂で中実に形成された中実基材を、この熱可塑性樹脂を膨潤させる溶液（以下、単に膨潤溶液と称することもある。）に浸漬する第１サブ工程及び熱可塑性樹脂が溶出しない液で凝固、洗浄する第２サブ工程を有し、基材の表面に気孔を形成する工程と、この工程で得られたミクロ多孔基材を膨潤溶液中に浸漬する第１サブ工程及び熱可塑性樹脂が溶出しない洗浄液で洗浄する第２サブ工程を有し、ミクロ多孔基材の表面をさらに浸食して連通状態を高くする工程と、この工程で得られたミクロ疎孔基材を発泡剤を含有する溶液に浸漬して発泡剤保持基材を得る工程と、発泡剤保持基材を熱可塑性樹脂を膨潤させ、かつ発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬して表面軟発泡基材を得る工程と、表面軟発泡基材を膨潤した熱可塑性樹脂を凝固させる凝固溶液に浸漬して表面発泡基材を得る工程と、気孔が形成された前記基材すなわち表面発泡基材を生体活性物質の懸濁液に浸漬させた状態で超音波を照射して生体活性物質付着基材を得る工程と、生体活性物質付着基材を熱可塑性樹脂のガラス転移温度−３０℃以上、融点未満の加熱温度に加熱して生体活性物質を担持固定する工程とを有する。

この発明に係る一製造方法においては、中実基材及び生体活性物質を準備する。中実基材は前記熱可塑性樹脂を用いて適宜の方法で任意形状又は所望形状に成形することによって作製される。作製された中実基材は所望によりその表面をサンドペーパー等で調整されてもよく、また、純水等で浸漬洗浄又は超音波洗浄されてもよい。生体活性物質は前記生体活性物質の市販品を用いることもできる。

この発明に係る一製造方法においては、準備した中実基材の表面に気孔を形成する第１回目の工程を実施してミクロ多孔基材を得る。この発明に係る一製造方法においては、まず、中実基材を膨潤溶液に浸漬する第１サブ工程を実施する。この膨潤溶液は、特に限定されないが、硫酸、硝酸、又はクロム酸等が挙げられる。この第１サブ工程は、中実基材の表面を膨潤できる条件が適宜に設定されればよく、通常、多孔層の厚さ、小径気孔及び大径気孔の各種径に応じて適宜に設定される。例えば、膨潤溶液の濃度は気孔率及び多孔層の厚みに影響し、通常、高いのが好ましく、濃硫酸又は濃硝酸を好適に用いることができる。膨潤溶液の使用量は中実基体の浸食させる部分が浸漬される程度であればよく、また膨潤溶液の温度は通常常温程度に設定される。膨潤溶液中での中実基体の浸漬状態は静置してもよく、膨潤溶液を攪拌してもよく、浸漬時間は浸食量に応じて決定される。

この発明に係る一製造方法においては、次いで、膨潤溶液から取り出した中実基材を熱可塑性樹脂が溶出しない液で洗浄する第２サブ工程を実施する。第２サブ工程は中実基体を洗浄した液が中性になるまで中実基体を洗浄すると共に熱可塑性樹脂を膨潤させる溶液でゲル状に軟化（場合によっては一部溶融する）した熱可塑性樹脂を凝固させてミクロ多孔基材とする。この発明に係る一製造方法において第２サブ工程を実施しないと、熱可塑性樹脂の膨潤は維持されたままである。第２サブ工程を実施せずに後述する第２回目の工程を実施しても、膨潤を維持している時間が延長されるだけで、第２回目の工程後に得られるミクロ多孔層の構造は、第１回目の第１サブ工程と第２サブ工程のみで得られるミクロ多孔層の構造と大きな違いはない。この第２工程において、熱可塑性樹脂を膨潤させる溶液から取り出した中実基材は熱可塑性樹脂が溶出しない液中に浸漬された後に熱可塑性樹脂が溶出しない液を流して洗浄されてもよく、熱可塑性樹脂が溶出しない液への浸漬を複数回繰り替えして、洗浄される。第２サブ工程で用いる熱可塑性樹脂が溶出しない液としては、例えば、水、エタノール等が挙げられる。この洗浄・凝固工程は例えば常温で実施できる。

この発明に係る一製造方法においては、所望により、得られたミクロ多孔基材を乾燥する工程を実施できる。乾燥は、熱可塑性樹脂が溶融等しない条件で実施すればよく、例えば、熱可塑性樹脂のガラス転移温度未満の温度で実施される。

この発明に係る一製造方法においては、気孔を形成する第１回目の工程で得られたミクロ多孔基材を、再度、気孔を形成する工程、すなわち第２回目の工程に付す。すなわち、この発明に係る一製造方法においては、ミクロ多孔基材を膨潤溶液中に再度浸漬する第３サブ工程を実施する。ミクロ多孔基材の表面をさらに浸食して連通状態を高くする第３サブ工程は、気孔を形成する第１回目の工程における第１サブ工程と基本的に同様にして、気孔を形成する第１回目の工程における第１サブ工程と同じ条件又は異なる条件、通常第１回目の第１サブ工程より穏やかな条件で実施される。第１回目の第１サブ工程より穏やかな条件として、例えば、膨潤溶液への浸漬時間を短くする条件等が挙げられる。

ミクロ多孔基材の表面をさらに浸食して連通状態を高くする第２回目の工程における第３サブ工程は、気孔を形成する第１回目の工程で既に気孔が形成された中実基材の表面をさらに浸食する工程である。この第３サブ工程では中実基材の表面は深さ方向よりも水平方向に前述の効果が広がりやすいから、気孔を形成する第１回目の工程で形成された比較的密な気孔を水平方向に拡大浸食して隣接する気孔と一体化させ、又は狭小連通部若しくは隔壁状連通部を拡大し、最終的に多孔層の深部まで高い連通状態を維持できるのではないかと、この発明の発明者らは推測している。

この発明に係る一製造方法においては、次いで、膨潤溶液から取り出したミクロ多孔基材を熱可塑性樹脂が溶出しない液で洗浄する第４サブ工程を実施する。この第４サブ工程は気孔を形成する第１回目の工程における第２サブ工程と基本的に同様にして実施される。前述した第２回目の第３サブ工程にて基材の侵食が起こり、気孔が拡大しているため、表面に連通状態の高い気孔、例えば、狭小連通部又は隔壁状連通部の少ない、比較的大きな連通気孔径で互いに連通する連通気孔を有するミクロ疎孔基材が得られる。

このミクロ疎孔基材における再浸食された領域、すなわち気孔が形成されている領域の厚さは、生体インプラントの多孔層と同等の厚さであればよく、例えば１０〜１０００μｍであるのが好ましい。この領域の厚さは膨潤溶液に浸漬する時間及び／又は温度等により調整できる。

この発明に係る一製造方法においては、所望により、得られたミクロ疎孔基材を乾燥する工程を実施できる。乾燥は、熱可塑性樹脂が溶融等しない条件で実施すればよく、例えば、熱可塑性樹脂のガラス転移温度未満の温度で実施される。

この発明に係る一製造方法においては、次いで、ミクロ疎孔基材を、発泡剤を含有する溶液に浸漬して発泡剤保持基材を得る工程を実施する。この工程で用いる発泡剤としては、後述する発泡溶液で発泡する発泡剤であればよく、例えば、炭酸塩、アルミニウム粉末等の無機系発泡剤、アゾ化合物、イソシアネート化合物等の有機系発泡剤を挙げることができる。この発泡剤は、生体インプラントを埋設したときに生体に悪影響を与えない物質であるのが好ましく、例えば、炭酸塩が挙げられ、より具体的には、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられる。この発泡剤を溶解する溶媒は特に限定されず、例えば水等が挙げられる。この発泡剤保持基材を得る工程では、発泡剤保持基材の表面及び気孔の内壁面に発泡剤を保持できる条件、例えば発泡剤の濃度及び溶液の使用量等が適宜に設定される。発泡剤を含有する溶液の温度は通常常温程度に設定される。発泡剤を含有する溶液中でのミクロ疎孔基材の浸漬状態は静置してもよく、発泡剤を含有する溶液を攪拌してもよく、浸漬時間は適宜に決定される。

この発明に係る一製造方法においては、次いで、発泡剤保持基材を熱可塑性樹脂を膨潤させ、かつ発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬して表面軟発泡基材を得る工程を実施する。この工程は、通常、発泡剤保持基材を乾燥させることなく実施されるが、発泡剤保持基材を乾燥することもできる。発泡剤保持基材を発泡溶液に浸漬すると熱可塑性樹脂の膨潤と発泡剤の発泡とがほぼ同時に進行して表面軟発泡基材が得られる。発泡溶液としては、前記特性を有するものであればよく、例えば、濃硫酸、塩酸及び硝酸等の酸性水溶液を挙げることができる。熱可塑性樹脂がＰＥＥＫで、発泡剤が炭酸塩である場合には、発泡溶液は濃度が９０％以上の濃硫酸が好ましい。この表面軟発泡基材を得る工程は、熱可塑性樹脂を膨潤させ、かつ発泡剤を発砲できる浸漬条件が設定される。発泡溶液の温度は通常常温程度に設定される。発泡溶液中での発泡剤保持基材の浸漬状態は静置してもよく、発泡溶液を攪拌してもよく、浸漬時間は適宜に決定される。

この発明に係る一製造方法においては、次いで、表面軟発泡基材を膨潤した熱可塑性樹脂を凝固させる凝固溶液に浸漬して表面発泡基材を得る工程を実施する。この表面発泡基材を得る工程において発泡溶液から取り出された表面軟発泡基材は、凝固溶液に浸漬された後に凝固溶液を流されてもよく、凝固溶液への浸漬を複数回繰り替えされてもよい。この工程で用いる凝固溶液は、熱可塑性樹脂が溶出しない液であって、例えば、水、エタノール等の水性溶液、アセトン等の極性溶液等が挙げられ、熱可塑性樹脂がＰＥＥＫである場合には、これらに加えて、濃度が９０％未満の硫酸、硝酸、リン酸、塩酸等の無機酸水溶液、水溶性有機溶剤等が挙げられる。水溶性有機溶剤としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド、テトラヒドロフラン、エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、トリエトレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、ジプロピレングリコ−ル、グリセリンエタノ−ル、プロパノ−ル、ブタノ−ル、ペンタノ−ル、ヘキサノ−ル等のアルコ−ル及びこれらの水溶液、ポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、ポリビニルピロリドン等液状高分子又はそれらの水溶液及びこれらの混合物を挙げることができる。この表面発泡基材を得る工程は、表面軟発泡基材を凝固できる条件で浸漬される。例えば、凝固溶液の温度は通常常温程度に設定される。凝固溶液中での表面軟発泡基材の浸漬状態は静置してもよく、凝固溶液を攪拌してもよく、浸漬時間は適宜に決定される。

このようにして実質部とその表面に配置された多孔層とを有する表面発泡基材を得ることができる。この表面発泡基材の実質部及び多孔層は生体インプラント１の実質部３及び多孔層４と生体活性物質５が配置されていない点以外は基本的に同様である。したがって、表面発泡基材の多孔層には生体インプラント１の多孔層４と基本的に同様に深部まで高い連通状態の大径連通気孔を有する大径気孔が形成されている。

この発明に係る一製造方法においては、所望により、表面発泡基材を洗浄する工程を実施する。この洗浄する工程は、表面発泡基材を洗浄した洗浄液が中性になるまで洗浄する。この洗浄する工程において、凝固溶液から取り出した表面発泡基材は洗浄液中に浸漬された後に洗浄液を流して洗浄されてもよく、洗浄液への浸漬を複数回繰り返して、洗浄される。この洗浄工程で用いる洗浄液は熱可塑性樹脂が溶出しない液であればよく、例えば、水、純水等が挙げられる。この洗浄工程は例えば常温で実施できる。

この発明に係る一製造方法においては、所望により、得られた表面発泡基材を乾燥する工程を実施できる。乾燥は、熱可塑性樹脂が溶融等しない条件で実施すればよく、例えば、熱可塑性樹脂のガラス転移温度未満の温度で実施される。

この発明に係る一製造方法においては、次いで、表面発泡基材すなわち気孔が形成された中実基材を生体活性物質の懸濁液に浸漬させた状態で超音波を照射する工程を実施する。この超音波を照射する工程を実施すると、気孔すなわち多孔層の深部まで進入した懸濁液によって生体活性物質が表面近傍の気孔に加えて深部の気孔の表面及び内壁面まで、好ましくは一様に、進入・配置され、生体活性物質付着基材を得ることができる。超音波は例えば超音波振動機、超音波ホモジナイザー等を用いて懸濁液ごと表面発泡基材に照射される。超音波を照射する条件は、気孔の気孔径、気孔率等に応じて適宜に設定され、例えば、周波数２０〜３８ｋＨｚで出力２００Ｗの超音波を８〜１５分照射する条件が採用される。この超音波を照射する工程において表面発泡基材は懸濁液に浸漬されていればよく、懸濁液に静置されてもよく、攪拌された懸濁液中に浸漬されてもよい。なお、この超音波を照射する工程は超音波を照射した後に懸濁液をしばらく攪拌してもよく、超音波を照射した後に生体活性物質付着基材を同種の溶媒に浸漬してしばらく攪拌してもよい。

この超音波を照射する工程における懸濁液の液温すなわち浸漬温度及び超音波の照射時間は特に限定されず、表面発泡基材に生体活性物質を配置する量に応じて適宜に調整されればよく、例えば、浸漬温度は表面発泡基材を形成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度−３０℃未満、具体的には溶媒の沸点以下の温度、照射時間は１分以上２４時間以下とすることができる。懸濁液に浸漬される表面発泡基材の体積は特に限定されないが懸濁液の液量が十分でないと配置される生体活性物質の配置量が少なくなることがあるので、懸濁液１００ｍＬに対して０．００１〜５０ｃｍ^３とすることができる。

この超音波を照射する工程で用いられる懸濁液は、前記生体活性物質の懸濁液であり、この生体活性物質を懸濁させる媒体は熱可塑性樹脂を溶解させない媒体であれば特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール、水、アセトン、ヘキサン等が挙げられる。生体活性物質は前記範囲の粒子径及び前記形状を有する粒子であるのが好ましい。この懸濁液は、生体活性物質を媒体中に投入して攪拌することによって、所望により例えば周波数２０〜３８ｋＨｚで出力２００Ｗの超音波を照射すること、又は、超音波ホモジナイザーで均質化すること等によって、生体活性物質を媒体中に均一に懸濁させて、調製される。このときの生体活性物質の投入量は生体活性物質を気孔に配置する量に応じて適宜に調整されればよく、例えば、媒体１００ｍＬに対して０．０１〜１００ｇとすることができる。また、超音波の照射時間は生体活性物質を均一に分散可能な時間に調整され、例えば、５〜１８０分とすることができる。

この発明に係る一製造方法においては、所望により、懸濁液から取り出した後に生体活性物質付着基材を洗浄することもできる。生体活性物質付着基材を洗浄する洗浄液は熱可塑性樹脂を溶解させない媒体であれば特に限定されず、例えば、水、懸濁液の媒体と同じ媒体が挙げられ、水又は純水であるのが好ましい。また、この洗浄する工程に次いで所望により、生体活性物質付着基材を乾燥することもできる。乾燥方法は、公知の乾燥方法を特に限定されることなく採用でき、例えば、風乾、送風乾燥、加熱乾燥等が挙げられる。この乾燥する工程において加熱する場合の加熱温度は熱可塑性樹脂のガラス転移温度未満である。

この発明に係る一製造方法においては、次いで、生体活性物質付着基材を熱可塑性樹脂のガラス転移温度−３０℃以上融点未満の加熱温度に加熱して生体活性物質を担持固定する工程を実施する。この生体活性物質を担持固定する工程を実施すると多孔層の表面及び内壁面により一層強固に生体活性物質を担持固定することができる。この工程における加熱温度は熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）−３０℃以上、すなわちガラス転移温度よりも３０℃低い温度（Ｔｇ−３０）℃以上、その熱可塑性樹脂の融点未満である。この温度範囲に生体活性物質付着基材を加熱すると生体活性物質付着基材の表面近傍及び内壁面近傍の一部が軟化して配置された生体活性物質を強固に担持、密着、固定する。加熱温度の下限は、（Ｔｇ−３０）℃であり、生体活性物質付着基材と生体活性物質とをさらに強固に密着させることができる点で、ガラス転移温度（Ｔｇ）以上であるのが好ましく、ガラス転移温度（Ｔｇ）＋４０℃であるのが特に好ましく、加熱温度の上限は熱可塑性樹脂の融点未満であり、中実基材と生体活性物質とをさらに強固に密着させることができる点でガラス転移温度（Ｔｇ）＋８０℃であるのが好ましい。なお、この発明において、熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は熱可塑性樹脂が複数のガラス転移温度を有している場合には最も低いガラス転移温度である。

この生体活性物質を担持固定する工程において、生体活性物質付着基材を加熱する時間すなわち前記加熱温度に保持する時間は、生体活性物質付着基材の表面近傍及び内壁面近傍を軟化可能な時間であればよく、生体活性物質付着基材と生体活性物質とをさらに強固に密着させることができる点で１時間以上であるのが好ましく、３時間以上であるのが特に好ましい。加熱する時間の上限値は、特に限定されず、大幅に長くしても生体活性物質の密着度の向上は見込めないので経済的又は作業効率等を考慮すると、例えば２４時間とすることができる。生体活性物質付着基材の加熱方法は公知の加熱方法を適宜に採用できる。このようにして生体活性物質付着基材の表面に配置された生体活性物質を固定化することができる。

このようにして生体インプラントが得られる。そして、この生体インプラントは得られた状態のまま用いることができるし、また所望形状に成形又は整形して用いることもできる。得られた状態のままで生体インプラントを用いる場合には中実基材の準備時に所望形状に成形されているのが好ましい。中実基材又は生体インプラントを所望形状に成形又は整形する工程は、公知の成形方法等によって、熱可塑性樹脂又は生体インプラントを、生体内の適用部位に適合する形状、粒子状、繊維状、ブロック状、フィルム状等に成形する。生体内の適用部位に適合する形状は、具体的には、骨欠損部又は歯欠損部等の形状と同様の形状、骨欠損部又は歯欠損部等の形状に相当する形状、例えば、相似形等が挙げられる。

このようにしてこの発明に係る一製造方法が実施され、この発明に係る生体インプラントが製造される。

この発明に係る一製造方法において、生体インプラントの多孔層を規定する大径開気孔径、小径開気孔径、気孔率等は、発泡剤の種類及び濃度、発泡剤を含有する溶液の種類及び濃度、発泡剤を含有する溶液への浸漬時間、凝固溶液の種類及び濃度、凝固溶液への浸漬時間、各工程における温度等を適宜選択することにより調整することができる。

これらの中でも特に、凝固溶液の種類、凝固溶液の濃度及び凝固溶液への浸漬時間から選択される少なくとも１つを変化させることにより、前述の多孔層の大径開気孔、小径開気孔、気孔率等を調整できる。これらのパラメータを変化させることにより、熱可塑性樹脂の凝固速度を制御することができる。凝固溶液の種類及び濃度としては、水、又は、膨潤した熱可塑性樹脂を凝固させるのに水よりも長時間を要する低凝固溶液の少なくとも１つを適宜選択するのが好ましい。表面発泡基材を形成する材料がＰＥＥＫである場合には、低凝固溶液として濃度が９０％未満の硫酸を挙げることができる。例えば、熱可塑性樹脂であるＰＥＥＫを低凝固溶液としての濃度が８６％の硫酸に浸漬させると、水に浸漬する場合に比べて緩やかにＰＥＥＫが凝固する。なお、表面軟発泡基材の低凝固溶液への浸漬時間の違いによる表面の構造の変化については国際公開第２００９／０９５９６０号パンフレットに詳細に記載されている。

この発明に係る生体インプラントの製造方法は、前記の通り、気孔を形成する工程を複数回実施することを特徴とするから、特に大径気孔の連通状態に関して、深部まで高い連通状態を有する大径連通気孔を形成できる。したがって、この発明によれば、熱可塑性樹脂の凝固速度が高くても深部まで連通する連通気孔を有する生体インプラント及びその製造方法を提供できる。

また、この発明に係る生体インプラントの製造方法は、気孔を形成する工程を複数回実施することを特徴とするから、多孔層の厚さを厚くしても深部まで高い連通状態を有する大径連通気孔を形成できる。したがって、この発明によれば、多孔層が例えば２００μｍ以上の肉厚であっても深部まで連通する連通気孔を有する生体インプラント及びその製造方法を提供できる。

この発明に係る生体インプラント及び生体インプラントの製造方法は、前記した例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、この発明に係る生体インプラントの製造方法においては気孔を形成する工程を３回以上実施することができ、作業性等を考慮すると気孔を形成する工程の実施回数は３回以下にするのがよい。

（実施例１）
ポリエーテルエーテルケトン（ガラス転移温度１４３℃、融点３４０℃、弾性率４．２ＧＰａ、曲げ強度１７０ＭＰａ）で形成された円盤体（直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、Ｖｉｃｔｒｅｘ製４５０Ｇ）の表面をサンドペーパー（＃１０００）で研磨した後に、純水中に浸漬させて超音波照射して洗浄し、中実基材を準備した。

この中実基材を常温下で３０ｍＬの濃硫酸（濃度：９８％）に５分間浸漬して、気孔を形成する第１回目の工程における第１サブ工程を実施した。次いで、濃硫酸から取り出した中実基材を常温下で１０００ｍＬの純水に５分間浸漬し、その後純水のｐＨが中性になるまで繰り返し洗浄して、気孔を形成する第１回目の工程における第２サブ工程を実施し、８０℃で１２時間乾燥して、気孔を形成する第１回目の工程を実施した。このようにしてミクロ多孔基材を得た。

次いで、ミクロ多孔基材を常温下で３０ｍＬの濃硫酸（濃度：９８％）に３分間浸漬して、気孔を形成する第２回目の工程における第３サブ工程を実施した。次いで、濃硫酸から取り出したミクロ多孔基材を常温下で１０００ｍＬの純水に５分間浸漬し、その後純水のｐＨが中性になるまで繰り返し洗浄して、気孔を形成する第２回目の工程における第４サブ工程を実施して、気孔を形成する第２回目の工程を実施した。このようにしてミクロ疎孔基材を得た。

このミクロ疎孔基材を常温下で１００ｍＬの炭酸カリウム水溶液（濃度：３Ｍ）に４時間浸漬して、ミクロ疎孔基材の表面及び気孔内に炭酸カリウムを保持させた発泡剤保持基材を得た。

次いで、この発泡剤保持基材を常温下で濃硫酸（濃度：９５％）３０ｍＬに１分間浸漬してＰＥＥＫを膨潤させると共に炭酸カリウムを発泡させて表面軟発泡基材を得た。

得られた表面軟発泡基材を常温下で３０ｍＬの希硫酸（濃度：８６％）に浸漬して凝固させた後に、希硫酸（濃度：８６％）から取り出して常温下で１０００ｍＬの純水に１０分間浸漬し、その後純水のｐＨが中性になるまで繰り返し洗浄し、８０℃で１２時間乾燥して表面発泡基材を得た。

一方、Ｃａ／Ｐ比が１．６７となる配合量のリン酸水素カルシウム二水和物（関東化学株式会社製）と炭酸カルシウム（キシダ化学株式会社製）とを、ポットを用い水中で粉砕混合した後、９００℃で仮焼して水酸アパタイト粒子（粒子形状：球状、粒子径０．０５〜０．５μｍ）を得た（メカノケミカル合成法）。得られた水酸アパタイト粒子３．０ｇをエタノール２００ｍＬに投入して、周波数２０ｋＨｚで出力２００Ｗの超音波ホモジナイザーで１０分処理して、水酸アパタイトのエタノール懸濁液を調製した。

表面発泡基材をエタノール中で３０分脱泡処理を行い、常温下で２００ｍＬのエタノール懸濁液に浸漬した状態で、周波数３８ｋＨｚで出力２００Ｗの超音波を超音波洗浄機で懸濁液ごと表面発泡基材に１５分間にわたって照射した。その後、超音波照射を停止して表面発泡基材を浸漬させたまま懸濁液を４５分間攪拌し、純水で洗浄して生体活性物質付着基材を得た。

次いで、この生体活性物質付着基材を２２０℃で３時間加熱した後に常温まで降温して実施例１の生体インプラントを製造した。

（実施例２）
前記「気孔を形成する第２回目の工程における第３サブ工程」の濃硫酸浸漬時間を１分に変更したこと以外は実施例１と基本的に同様にして実施例３の生体インプラントを製造した。

（実施例３）
前記「超音波を照射する工程」に代えて常温、常圧下で２００ｍＬのエタノール懸濁液に表面発泡基材を浸漬して超音波を照射することなく生体活性物質を固定したこと以外は実施例１と基本的に同様にして実施例３の生体インプラントを製造した。

（比較例１）
前記「気孔を形成する第２回目の工程（第３サブ工程及び第４サブ工程）」を実施しなかったこと以外は実施例１と基本的に同様にして比較例１の生体インプラントを製造した。

（比較例２）
前記「超音波を照射する工程」に代えて常温、常圧下で２００ｍＬのエタノール懸濁液に表面発泡基材を６０分間浸漬して超音波を照射することなく生体活性物質を固定したこと以外は比較例１と基本的に同様にして比較例２の生体インプラントを製造した。

（比較例３）
前記「気孔を形成する第１回目の工程における第１サブ工程」の濃硫酸浸漬時間を８分に変更し、前記「気孔を形成する第２回目の工程（第３サブ工程及び第４サブ工程）」を実施しなかったこと以外は実施例１と基本的に同様にして比較例３の生体インプラントを製造した。

（インキ進入試験）
製造した各生体インプラントを前記のようにしてインキ進入試験して大径連通気孔の多孔層全体に対する面積割合を算出（それぞれ４検体の算術平均値）した。その結果を第１表に示す。実施例１の生体インプラントを「インキ進入試験」したときの「多孔層の観察画像」を抽出した後に二値化処理して得られた画像を図７（ａ）に、比較例１の生体インプラントを「インキ進入試験」したときの「多孔層の観察画像」を抽出した後に二値化処理して得られた画像を図７（ｂ）に示す。前記結果及び図７より、実施例１の生体インプラント１は多孔層４と実質部３との境界近傍まで生体組織の進入を阻害しうる狭小連通部若しくは隔壁状連通部の少ない、比較的大きな連通気孔径で互いに連通する大径連通気孔２４を有していたのに対して、比較例１の生体インプラントは例えば図２に示されるように多孔層４Ｂと実質部３Ｂとの境界近傍に狭小連通部３３又は隔壁状連通部３４で連通した大径連通気孔３５を有していた。

（表面気孔率の評価）
製造した各生体インプラントにおける多孔層４の最表面を投影した場合の大径開気孔２１の気孔率は、多孔層４の表面を走査型電子顕微鏡により撮影した写真（３００倍）を画像解析ソフト（例えば、Ｓｃｉｏｎ社製 ＳｃｉｏｎＩｍａｇｅ）を使用して、大径気孔２０により形成される大径開気孔２１とそれ以外の部分とに２値化し、次いで、写真全体の面積に対する大径開気孔２１の面積割合を算出することにより求めた。

（断面気孔率の評価）
製造した各生体インプラントにおける多孔層４の断面における大径気孔２０の気孔率は、多孔層４の表面に直交する断面を走査型電子顕微鏡により撮影した画像を画像解析ソフト（例えば、Ｓｃｉｏｎ社製 Ｓｃｉｏｎ Ｉｍａｇｅ）を使用して、「表面気孔率の評価」と基本的に同様にして、大径気孔２０の面積を算出することにより求めた。具体的には、画像全体の面積に対する大径気孔２０の面積割合から前記断面における大径気孔２０の気孔率（面積割合×１００）を算出した。

（ＨＡＰ付着評価）
製造した各生体インプラントにおけるＨＡＰ付着の評価は、多孔層４の表面に直交する断面における気孔深部の内壁面を走査型電子顕微鏡により任意の倍率（３００〜１０００倍）で観察することで、ＨＡＰの付着状態を判断した。評価は、気孔の内壁面にＨＡＰが全体的に付着していた場合を「○」、ＨＡＰが最表面にのみ付着しており、深部への付着がほとんどなかった場合を「△」、ＨＡＰがほとんど付着していなかった場合を「×」とした。その結果を第１表に示す。

（骨結合能の評価）
実施例１及び比較例１で製造した各生体インプラントを３７℃環境下で疑似体液に１４日間浸漬した後に取り出して純水で洗浄した後、１２０℃で３時間乾燥した。その後、アパタイト被膜の析出状態を観察した。その結果、実施例１の生体インプラント１は多孔層４と実質部３との境界近傍の気孔の内壁面まで厚さのあるアパタイト被膜が析出していたのに対して、比較例１の生体インプラントは多孔層４Ａの表面又は表面近傍の気孔の内壁面にアパタイト被膜が析出し、多孔層４Ａと実質部３Ａとの境界近傍の気孔の内壁面にはアパタイト被膜がほとんど析出していなかった。この結果から、実施例１の生体インプラント１は、多孔層のほぼ全体にわたって生体組織と迅速かつ強固な結合能力を発揮することが容易に推測される。

なお、この擬似体液浸漬試験は、人の血漿とほぼ等しい無機イオン濃度を有し、アパタイトに対して過飽和な溶液である擬似体液に試験体を浸漬し、試験体表面におけるアパタイト形成能を評価する試験であり、詳細は、大槻ら「Ｍｅｃｈａｎｉｚｍ ｏｆ ａｐａｔｉｔｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｎ ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｐ_２Ｏ_５ ｇｌａｓｓｅｓ ｉｎ ａ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｏｄｙ ｆｌｕｉｄ」、ジャーナル オブ ノン−クリスタリン ソリッド（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ）、第１４３巻、８４〜９２頁、１９９２年の論文に記載されている。

（総合評価）
製造した各生体インプラントを、前記「インキ進入試験」及び前記「ＨＡＰ付着評価」「骨結合能の評価」に基づいて、総合評価した。総合評価は、「インキ進入試験」が良好（６０％以上）で多孔層４のほぼ全体にわたって生体組織と強固な結合能力を発揮すると推測されるものを「○」、さらに「ＨＡＰ付着評価」が良好で生体組織との迅速な結合が推測されるものを「◎」とした。また、「インキ進入試験」において生体組織の進入を阻害しうる狭小連通部３３又は隔壁状連通部３４が確認され、多孔層４の最表面近傍でしか生体組織と結合せずに、強固な結合能力を十分に発揮しない可能性があると判断したものを「△」とした。

１、３０ 生体インプラント
３、３Ａ、３Ｂ 実質部
４、４Ａ、４Ｂ、３１ 多孔層
４ａ 表面
５ 生体活性物質
１０ 小径気孔
１１ 小径開気孔
１２ 小径内気孔
１３ 小径独立気孔
１４ 小径連通気孔
２０、３２ 大径気孔
２１ 大径開気孔
２２ 大径内気孔
２３ 大径独立気孔
２４、３５ 大径連通気孔
２５ 大径連通閉気孔
３３ 狭小連通部
３４ 隔壁状連通部

Claims (11)

1. 熱可塑性樹脂からなる実質部と、前記実質部の表面に配置され、平均気孔径が１０μｍ未満の小径気孔及び平均気孔径が１０〜２００μｍの大径気孔を有する多孔層と、前記多孔層の表面及び内壁面に担持された生体活性物質とを有する生体インプラントであって、
   前記大径気孔は、前記多孔層の前記表面に連通する大径連通気孔を下記インキ進入試験における前記多孔層全体に対する面積割合で６０％以上含み、
   前記生体活性物質は、前記大径連通気孔を閉塞しないように前記多孔層の表面及び内壁面に担持されていることを特徴とする生体インプラント。
   ＜インキ進入試験＞
   大過剰のアルコール系赤インキ中に浸漬させた前記生体インプラントに出力２００Ｗで周波数３８ｋＨｚの超音波を１５分間照射した後に前記生体インプラントを取り出して室温にて１２時間乾燥する。この生体インプラントの任意の断面を複数個所観察して得られる前記多孔層の観察画像それぞれにおいて前記アルコール系赤インキが進入した部分とそれ以外の部分とに二値化処理する。得られた処理画像それぞれにおける前記多孔層の全面積に対する前記アルコール系赤インキが進入した部分合計面積の面積割合［進入部分の合計面積／多孔層の全面積］（百分率）を算出し、これらの算術平均値を前記「面積割合」とする。
2. 前記小径気孔は、その内壁面又は内部に前記生体活性物質を担持していることを特徴とする請求項１に記載の生体インプラント。
3. 前記熱可塑性樹脂は、エンジニアリングプラスチックであることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体インプラント。
4. 前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体インプラント。
5. 前記生体活性物質は、リン酸カルシウム化合物及び生体活性ガラスの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体インプラント。
6. 前記生体活性物質は、水酸アパタイトであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体インプラント。
7. 前記生体活性物質は、リン酸三カルシウムである請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体インプラント。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の生体インプラントを製造する方法であって、
   前記熱可塑性樹脂で中実に形成された中実基材の表面に気孔を形成する工程と、
   前記気孔を形成する工程で得られたミクロ疎孔基材を、発泡剤を含有する溶液に浸漬して発泡剤保持基材を得る工程と、
   前記発泡剤保持基材を、熱可塑性樹脂を膨潤させ、かつ発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬して表面発泡基材を得る工程と、
   を有し、
   前記気孔を形成する工程を複数回実施することを特徴とする生体インプラントの製造方法。
9. 前記、気孔を形成する工程は、前記熱可塑性樹脂を膨潤させる溶液中に浸漬する第１サブ工程と、前記熱可塑性樹脂が溶出しない液で洗浄する第２サブ工程とを有することを特徴とする請求項８に記載の生体インプラントの製造方法。
10. 前記表面発泡基材を、前記生体活性物質の懸濁液に浸漬させた状態で超音波を照射する工程を有する請求項８又は９に記載の生体インプラントの製造方法。
11. 前記超音波を照射する工程の後に、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度−３０℃以上、融点未満の加熱温度に加熱する工程を有することを特徴とする請求項１０に記載の生体インプラントの製造方法。

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