JP6294852B2 - Biological implant - Google Patents
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Description
この発明は、生体インプラントに関し、さらに詳しくは、緻密な実質部と、その表面に設けられたミクロ多孔層と、その表面に設けられた保護層とを備え、保護層が緻密な骨格部と保護層の外表面からミクロ多孔層の表面まで達する空隙とを有する生体インプラントに関する。 The present invention relates to a biological implant. More specifically, the present invention includes a dense substantial part, a microporous layer provided on the surface thereof, and a protective layer provided on the surface thereof. The invention relates to a bioimplant having a void extending from the outer surface of the layer to the surface of the microporous layer.
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すなわち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。 The treatment method in which an artificial bone is transplanted into a bone defect portion or the like in which the bone is deficient has a smaller physical burden on the patient than the treatment method in which a normal bone of the patient, that is, an autologous bone is transplanted into the bone defect portion or the like. In recent years, it has been attracting attention because there are no problems in preparation.
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。 Bioceramics such as hydroxyapatite are known as excellent artificial bone materials because they are chemically bonded to bone. However, bioceramics have a problem of low strength and weakness against impact.
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(ストレスシールディング)が起こって、周囲の骨に作用する応力が金属材料に吸収され、周囲の骨が脆くなってしまう可能性がある。 As materials for artificial bones, metal materials such as titanium alloys and cobalt chromium alloys having very high strength properties are also known. However, these metal materials have the possibility of causing metal allergies, etc., and also have an extremely large elastic modulus compared to living bones. When transplanted into a defect, etc., stress shielding (stress shielding) occurs due to the difference in mechanical properties between the living bone and the metal material, the stress acting on the surrounding bone is absorbed by the metal material, and the surrounding bone becomes brittle There is a possibility of becoming.
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撓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。 Therefore, in recent years, resins such as engineering plastics have attracted attention as materials that can solve such problems and have mechanical properties similar to those of living bones. For example, high-density polyethylene resin is very low elastic and flexible, making it suitable as a material for artificial bones. Polyetheretherketone (PEEK) is close to the original bone and has excellent biocompatibility. Therefore, it is suitable as a material for artificial bones.
ところで、人工骨にとってその構造が骨との結合能の面で重要な因子であることはよく知られており、生体内に埋設した際に、生体組織が内部に進入しやすいように、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。 By the way, it is well known that the structure of an artificial bone is an important factor in terms of the ability to bind to bone, and when it is embedded in a living body, it is resin molded so that the living tissue can easily enter the inside. A method of making the body surface or the entire structure porous has also been proposed.
例えば、特許文献1には、「実質部とその表面に形成されて成る小径気孔及び大径気孔を有する表面層とを備えて成る表面発泡体であって、前記表面発泡体はプラスチックにより形成されて成り、前記小径気孔及び大径気孔の一部は前記表面層の表面に開口する開気孔を形成しており、前記開気孔は平均開気孔径が5μm以下の小径開気孔と平均開気孔径が10〜200μmの大径開気孔とを有し、前記表面層の表面に開口する大径開気孔は、その内壁面に小径気孔及び大径気孔と連通する連通孔が形成されていることを特徴とする表面発泡体。」(請求項1)が記載されている。
For example,
特許文献2には、「プラスチックから成り、緻密な実質部と、その実質部の表面上に形成された多孔質の表面層とを備える生体インプラントであって、前記実質部は最表面に凹凸構造を有し、前記表面層は3次元的に気孔が連結して成り、前記凹凸構造の凹部に形成される前記表面層の厚みが、前記凹凸構造の凸部に形成される表面層の厚みの少なくとも2倍であることを特徴とする生体インプラント。」(請求項1)が記載されている。
特許文献3には、固形自由造形製作により形成された、組織操作のための多孔性デバイスが開示され、固形自由造形製作方法として、ステレオリソグラフィー、選択的レーザ焼結、弾道粒子造形製作方法、及び融合堆積モデリングが開示されている(請求項1及び62、0020欄等)。
特許文献1に開示されている表面発泡体は、プラスチックにより形成されて成る基材の表面を発泡させることにより、小径気孔及び大径気孔を有する表面層が形成されているので(特許文献1の請求項1及び請求項7等)、小径気孔及び大径気孔の外形を形成する骨格が細くなってしまい、緻密体と比較すると強度に劣る。したがって、特許文献1の表面発泡体を大きな荷重が集中的にかかる等の使用条件が厳しい部位に埋設した場合、表面層における気孔の一部がつぶれてしまい、表面層が生体骨との結合に寄与しないおそれがある。
Since the surface foam disclosed in
特許文献2に開示されている生体インプラントは、凹凸構造の表面上に気孔を有する表面層が形成されているので、椎体間等に打ち込んで使用する場合、凸部に形成された表面層の気孔がつぶれてしまうおそれがある。
Since the surface layer having pores is formed on the surface of the concavo-convex structure, the living body implant disclosed in
特許文献3に開示されている多孔性デバイスは、デバイス全体が多孔性であり、気孔をほとんど有さない緻密な部分がない。この多孔性デバイスは、強度があまり大きくないので、大きな荷重がかかる部位への使用に適さない。
The porous device disclosed in
この発明が解決しようとする課題は、生体内に埋設した場合に骨組織等の生体組織が進入し易い表面構造を有し、かつ荷重が集中的にかかる部位に埋設する場合及び椎体間等に打ち込んで埋設する場合でもその表面構造を維持することにより、骨との結合性を有する生体インプラントを提供することである。 Problems to be solved by the present invention include a surface structure in which a living tissue such as a bone tissue can easily enter when embedded in a living body, and a case where it is embedded in a site where a load is intensively applied and between vertebral bodies, etc. It is to provide a biological implant having connectivity with bones by maintaining the surface structure even when implanted by being embedded.
前記課題を解決するための手段は、
(1)エンジニアリングプラスチックからなる緻密な実質部と前記実質部の表面に設けられたミクロ多孔層と前記ミクロ多孔層の表面に設けられた保護層とを備え、前記保護層は、前記ミクロ多孔層の表面の一部に設けられた、エンジニアリングプラスチックからなり、気孔率が5%以下である緻密な骨格部と、前記保護層の外表面から前記ミクロ多孔層の表面まで達する空隙とを有し、前記ミクロ多孔層は、前記ミクロ多孔層の表面に開口するミクロ開気孔を有することを特徴とする生体インプラントである。
Means for solving the problems are as follows:
(1) A dense substantial portion made of engineering plastic, a microporous layer provided on the surface of the substantial portion, and a protective layer provided on the surface of the microporous layer, wherein the protective layer is the microporous layer provided at a part of the surface of, Ri Do from engineering plastics, organic and dense skeleton porosity Ru der 5%, and a gap extending from the outer surface of the protective layer to the surface of the microporous layer And the said microporous layer is a biological implant characterized by having the micro open pore opened on the surface of the said microporous layer.
前記(1)の好適な態様は、以下の通りである。
(2)前記保護層の空隙率は、10〜90%であることを特徴とする前記(1)に記載の生体インプラントである。
(3)前記ミクロ多孔層と前記保護層との界面の全面積Sに対する前記ミクロ多孔層の前記空隙に露出する露出面積Smの割合(Sm/S×100)は、10〜90%であることを特徴とする前記(1)又は前記(2)に記載の生体インプラントである。
(4)前記保護層の厚みは、100〜10000μmであることを特徴とする前記(1)〜前記(3)のいずれか一つに記載の生体インプラントである。
The preferred embodiment of (1) is as follows.
(2) The living body implant according to (1), wherein the protective layer has a porosity of 10 to 90%.
(3) The ratio (S m / S × 100) of the exposed area S m exposed in the voids of the micro porous layer to the total area S of the interface between the micro porous layer and the protective layer is 10 to 90%. The living body implant according to (1) or (2), wherein the living body implant is characterized.
(4) The living body implant according to any one of (1) to (3), wherein the protective layer has a thickness of 100 to 10,000 μm.
前記別の課題を解決するための手段は、
(5)前記(1)〜前記(4)のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法であって、前記保護層をラピッドプロトタイピングにより形成することを特徴とする生体インプラントの製造方法である。
Means for solving the another problem is as follows.
(5) The method for manufacturing a living body implant according to any one of (1) to (4), wherein the protective layer is formed by rapid prototyping. is there.
本発明に係る生体インプラントによると、生体内に埋設した場合に骨組織等の生体組織が進入し易い表面構造を有すると共に、荷重が集中的にかかる部位に埋設する場合及び椎体間等に打ち込んで埋設する場合でもその表面構造を維持することにより、骨との結合性を有する生体インプラントを提供することができる。 The living body implant according to the present invention has a surface structure in which a living tissue such as a bone tissue can easily enter when embedded in a living body, and is embedded in a portion where a load is intensively applied or between vertebral bodies. Even in the case of embedment in the living body, it is possible to provide a biological implant having connectivity with bone by maintaining the surface structure.
特に、本発明に係る生体インプラントは、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な実質部の表面に、ミクロ開気孔を有するミクロ多孔層と、自身の外表面からミクロ多孔層の表面まで達する空隙を有する保護層とを有するので、生体内に埋設した場合に骨組織等の生体組織が進入し易く、そこで新たな生体組織が形成され、生体インプラントの内部で生体組織が固定化されることにより、生体組織と生体インプラントとが強固に結合される。 In particular, the bioimplant according to the present invention includes a microporous layer having micro-open pores on the surface of a dense substantial portion made of engineering plastic, and a protective layer having a void reaching from the outer surface to the surface of the microporous layer. Therefore, when it is embedded in a living body, a living tissue such as a bone tissue can easily enter, and a new living tissue is formed there, and the living tissue is immobilized inside the living body implant. The implant is firmly bonded.
また、本発明に係る生体インプラントは、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な骨格部を有する保護層を備えるので、荷重が集中的にかかる部位に埋設する場合及び椎体間等に打ち込んで埋設する場合等に、骨格部によってミクロ多孔層が潰れるのを防止することができ、それによって骨との結合性を維持することができる。 In addition, the living body implant according to the present invention includes a protective layer having a dense skeleton made of engineering plastic, so when embedding in a site where a load is intensively applied or when implanting between vertebral bodies or the like. In addition, it is possible to prevent the microporous layer from being crushed by the skeleton portion, thereby maintaining the bonding property with the bone.
さらに、本発明に係る生体インプラントは、生体インプラント全体が多孔質に形成されているのではなく、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な実質部の表面に、前記ミクロ多孔層と前記保護層とが設けられているので、生体インプラント全体が多孔質構造である材料に比べて高い強度を有する。したがって、本発明に係る生体インプラントは、比較的高い強度が要求される部位に適用されることができる。 Furthermore, the bioimplant according to the present invention is not formed so that the whole bioimplant is porous, but the microporous layer and the protective layer are provided on the surface of a dense substantial portion made of engineering plastic. Therefore, the whole biological implant has higher strength than a material having a porous structure. Therefore, the biological implant according to the present invention can be applied to a site where a relatively high strength is required.
本発明に係る生体インプラントの製造方法によると、前記保護層をラピッドプロトタイピングにより形成するので、適用部位に応じた様々な構造を有する保護層を容易に形成することができる。 According to the method for manufacturing a living body implant according to the present invention, since the protective layer is formed by rapid prototyping, protective layers having various structures according to the application site can be easily formed.
この発明に係る生体インプラントは、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な実質部と前記実質部の表面に設けられたミクロ多孔層と前記ミクロ多孔層の表面に設けられた保護層とを備え、前記保護層は、前記ミクロ多孔層の表面の一部に設けられた、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な骨格部と、前記保護層の外表面から前記ミクロ多孔層の表面まで達する空隙とを有し、前記ミクロ多孔層は、前記ミクロ多孔層の表面に開口するミクロ開気孔を有する。 The biological implant according to the present invention comprises a dense substantial portion made of engineering plastic, a microporous layer provided on the surface of the substantial portion, and a protective layer provided on the surface of the microporous layer, A dense skeleton portion made of engineering plastic provided on a part of the surface of the microporous layer, and a void reaching from the outer surface of the protective layer to the surface of the microporous layer. Has micro-open pores that open to the surface of the microporous layer.
(第1の実施態様)
以下において、図1及び2を参照しつつ、この発明に係る生体インプラントを具体的に説明する。図1は、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の任意の断面を示す模式図である。図2は、図1に示す生体インプラントを上面から見たときの模式図である。図1及び2に示されるように、この実施態様の生体インプラント1は、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な実質部2と前記実質部2の表面に設けられたミクロ多孔層3と前記ミクロ多孔層3の表面に設けられた保護層4とを備える。
(First embodiment)
Hereinafter, the biological implant according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic view showing an arbitrary cross section of a biological implant which is an example of a biological implant according to the present invention. FIG. 2 is a schematic view of the biological implant shown in FIG. 1 when viewed from above. As shown in FIGS. 1 and 2, the living
生体インプラント1は、生体インプラント1全体が多孔質に形成されるのではなく、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な実質部2を有する。したがって、生体インプラント1は、生体インプラント全体が多孔質構造である材料に比べて高い強度を有する。そのため、生体インプラント1は、比較的高い強度が要求される部位に適用されることができる。
The living
実質部2を形成するエンジニアリングプラスチックは、生体骨又は歯に類似又は近似する力学特性を有するエンジニアリングプラスチックが好ましく、そのようなエンジニアリングプラスチックとして、例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン等の芳香族ポリエーテルケトン、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、ポリアミドイミド、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熱可塑性エンジニアリングプラスチック、フェノール、ユリア、メラミン、不飽和ポリエステル、エポキシ、ジアリルフタレート、シリコーン、ポリウレタン等の熱硬化性エンジニアリングプラスチックが挙げられる。エンジニアリングプラスチックは、一種単独で使用することもできるし、また、二種以上を併用することもできる。実質部2を形成する材料としては、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。
The engineering plastic forming the
実質部2を形成するエンジニアリングプラスチックは、繊維が混合された繊維強化エンジニアリングプラスチックであってもよい。前記繊維強化エンジニアリングプラスチック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。繊維は一種単独で又は二種以上の混合物を用いることができる。
The engineering plastic forming the
実質部2は、エンジニアリングプラスチックに加えて、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。
The
実質部2は緻密に形成されている。すなわち、実質部2は気孔を積極的に含有させることなく形成されている。この発明において、実質部2が緻密であるとは、気孔率が5%以下であることである。実質部2の気孔率は、実質部2の体積と質量とを測定することにより得られた測定密度と実質部2の理論密度とにより算出することができる。
The
保護層4は、ミクロ多孔層3の表面の一部に設けられた、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な骨格部5と、保護層4の外表面からミクロ多孔層3の表面まで達する空隙6とを有する。生体インプラント1は、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な骨格部5を有する保護層4を備えるので、荷重が集中的にかかる部位に埋設する場合及び椎体間等に打ち込んで埋設する場合等に、骨格部5によってミクロ多孔層3が潰れるのを防止することができ、それによって骨との結合性を維持することができる。また、生体インプラント1は、実質部2の表面にミクロ多孔層3と、自身の外表面からミクロ多孔層3の表面まで達する空隙6を有する保護層4とを備えるので、生体内に埋設した場合に骨組織等の生体組織が進入し易く、そこで新たな生体組織が形成され、生体インプラント1の内部で生体組織が固定化されることにより、生体組織と生体インプラント1とが強固に結合される。
The
骨格部5を形成するエンジニアリングプラスチックは、生体骨又は歯に類似又は近似する力学特性を有するエンジニアリングプラスチックが好ましく、そのようなエンジニアリングプラスチックとして、実質部2を形成する材料として挙げたエンジニアリングプラスチックを挙げることができる。
The engineering plastic forming the
骨格部5は緻密に形成されている。すなわち、骨格部5は気孔を積極的に含有させることなく形成されている。この発明において、骨格部5が緻密であるとは、気孔率が5%以下であることである。骨格部5の気孔率は、実質部2と同様に求めることができる。
The
空隙6は、保護層4の外表面すなわち生体インプラント1の外表面からミクロ多孔層3の表面まで達する空間であり、骨格部5と骨格部5との間に形成される空間である。空隙6の形状及び大きさは特に限定されないが、骨組織等の生体組織がミクロ多孔層3まで進入し易い幅を有するのが好ましい。
The void 6 is a space that extends from the outer surface of the
保護層4の構造は、生体インプラント1を生体内に埋設した場合にミクロ多孔層3が潰れるのを防止することができ、かつ骨組織等の生体組織がミクロ多孔層3まで進入可能な空隙6を有するように構成されている限り特に限定されない。図1及び図2に示す保護層4は、ミクロ多孔層3の表面に、繊維状の骨格部5が等間隔に配置されて縞模様を形成し、この縞模様の骨格部5の上にこれに直交するように繊維状の骨格部5が等間隔に配置されて縞模様を形成し、上面から見ると格子状の骨格部5が形成されている。図1及び図2に示す保護層4は、縞模様に配置された骨格部5が直交するように2層積層されて、上面から見て格子状に構成されているが、3層以上の縞模様の骨格部5が積層されて上面から見て格子状に構成されてもよいし、1層の縞模様の骨格部5のみで構成されてもよい。また、図3に示す生体インプラント101のように、保護層104の構造は、複数の柱状の骨格部105がミクロ多孔層103の表面に設けられて、網目状の空隙106が形成される構造であってもよい。この実施形態の保護層104は、複数の柱状の骨格部105が、千鳥状に配置されているが、柱状の骨格部がランダムに配置されてもよいし、碁盤目状に配置されてもよい。また、図4に示す生体インプラント201のように、保護層204の構造は、ミクロ多孔層203の表面に1本の繊維状の骨格部205が渦巻き状に配置され、渦巻き状の空隙206が形成される構造であってもよい。また、保護層は、互いに異なる構造を有する層が2層以上積層される構造であってもよい。例えば、保護層は、ミクロ多孔層の表面に渦巻き状に配置された骨格部の上に、縞模様に配置された骨格部が配置されていてもよい。
The structure of the
骨格部5は、ミクロ多孔層3の表面の一部に設けられ、骨格部5が設けられていないミクロ多孔層3の表面は空隙6に露出している。ミクロ多孔層3と保護層4との界面の全面積Sに対するミクロ多孔層3の空隙6に露出する露出面7の露出面積Smの割合(Sm/S×100)は、10〜90%であるのが好ましく、30〜70%であるのがより好ましい。骨組織等の生体組織は、空隙6を通ってミクロ多孔層3に達し、ミクロ多孔層3の表面すなわち露出面7に開口するミクロ開気孔から生体インプラント1の内部に進入する。したがって、露出面積Smの割合(Sm/S×100)が大きい程、生体インプラント1において生体組織が進入する面積が大きくなり、生体インプラント1と生体骨との結合性が向上する。また、露出面積Smの割合(Sm/S×100)が小さい程、骨格部5の割合が大きくなり、耐圧縮荷重性が向上するので、荷重が集中的にかかる部位に埋設する場合及び椎体間等に打ち込んで埋設する場合等に、骨格部5によりミクロ多孔層3が潰れるのをより一層防止することができる。露出面積Smの割合(Sm/S×100)が前記範囲内であると、椎体間等に打ち込んで埋設する場合等に生体インプラント1の表面構造を維持することにより生体骨との結合性を有する生体インプラント1を提供することができる。
The
保護層4の空隙率は、10〜90%であるのが好ましく、30〜70%であるのがより好ましい。保護層4の空隙率が10%未満であると、生体組織が進入する空間が小さくなり、生体インプラント1と生体骨との結合性が低下するおそれがある。また、保護層4の空隙率が大きくなる程、保護層4の強度が低下する傾向にあり、保護層4の空隙率が90%を超えると椎体間等に打ち込んで埋設する場合等にミクロ多孔層3が潰れるのを防止できないおそれがある。保護層4の空隙率が前記範囲内にあると、椎体間等に打ち込んで埋設する場合等に生体インプラント1の表面構造を維持することにより生体骨との結合性を有する生体インプラント1を提供することができる。
The porosity of the
保護層4の空隙率は、生体インプラント1から保護層4を切り出し、切り出した保護層4の体積と質量とを測定することにより密度を算出し、算出した密度と保護層の理論密度とにより算出することができる。
The porosity of the
保護層4の厚みは、100〜10000μmであるのが好ましい。保護層4の厚みが100μm未満であると、生体インプラント1を椎体間等に打ち込んで埋設する場合等にミクロ多孔層3が潰れるのを防止できず、ミクロ開気孔の一部が閉塞してしまうおそれがある。また、保護層4の厚みが大きくなる程、生体インプラント1全体の強度が低下する傾向にある。したがって、保護層4の厚みが前記範囲内にあると、所望の強度を維持することができると共に、椎体間等に打ち込んで埋設する場合等にミクロ多孔層3が潰れるのを防止することができ、その結果、生体骨との結合性を維持することができる。また、保護層4に過度に荷重がかかることにより保護層4がミクロ多孔層3に完全に埋没すると、ミクロ開気孔が閉塞されるおそれがある。したがって、保護層4がミクロ多孔層3に埋まったとしてもミクロ開気孔の閉塞を抑制することができるように、保護層4の厚みは、ミクロ多孔層3の厚みよりも厚い方が好ましい。
The thickness of the
図5に示されるように、ミクロ多孔層3は、実質部2の表面に設けられ、ミクロ多孔層3の表面のうち骨格部5が形成されていない表面は、保護層4の空隙6に露出して露出面7を形成する。ミクロ多孔層3は、複数のミクロ気孔31を有する。ミクロ気孔31は、平均気孔径が10μ未満の小径気孔32と平均気孔径が10μm〜200μmの大径気孔33とを有するのが好ましい。
As shown in FIG. 5, the
小径気孔32は、その存在位置によって、露出面7に開口する小径開気孔とミクロ多孔層3の内部に存在する小径内気孔とに分類され、またその存在状態によって、単独で独立に存在する小径気孔32である小径独立気孔と、小径気孔32同士が連通する又は大径気孔33に連通する小径気孔32である小径連通気孔に分類される。小径気孔32の平均気孔径が10μm未満である場合、小径開気孔の平均開気孔径、小径内気孔及び小径独立気孔の平均気孔径、並びに、小径連通気孔の連通部の径の平均である連通孔径は、それぞれ10μm未満である。
The small-diameter pores 32 are classified into small-diameter open pores that open on the exposed
大径気孔33は、その存在位置によって、露出面7に開口する大径開気孔とミクロ多孔層3の内部に存在する大径内気孔とに分類され、またその存在状態によって、単独で独立に存在する大径独立気孔と、大径開気孔に連通する大径連通気孔と、大径気孔同士は連通するが大径開気孔には連通しない大径連通閉気孔とに分類される。大径気孔33の平均気孔径が10〜200μmである場合、大径開気孔の平均開気孔径、大径内気孔及び大径独立気孔の平均気孔径、並びに、大径連通気孔及び大径連通閉気孔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である。
The large-diameter pores 33 are classified into large-diameter open pores that open on the exposed
ミクロ多孔層3は、複数のミクロ気孔31を有し、複数のミクロ気孔31のうちの一部はミクロ多孔層3の露出面7に開口するミクロ開気孔を形成する。ミクロ開気孔は、ミクロ開気孔の大きさの平均値である平均開気孔径が10μm未満の小径開気孔と平均開気孔径が10〜200μmの大径開気孔とを有するのが好ましい。また、ミクロ多孔層3は、複数の小径気孔32と複数の大径気孔33とにより多孔質構造に形成され、特に、複数の大径気孔33が連通してなる大径連通気孔によって網目構造になっているのが好ましい。ミクロ多孔層3が、前記平均開気孔径を有する小径開気孔と大径開気孔とを有し、また、網目構造になっていると、空隙6を通って進入した骨組織等の生体組織がミクロ多孔層3の内部まで進入し易くなり、生体組織と強固に結合し易くなる。
The
ミクロ多孔層3における小径開気孔の平均開気孔径及び大径開気孔の平均開気孔径は、生体インプラント1の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した画像を利用して、例えばインターセプト法により求めることができる。具体的には、大径開気孔の平均開気孔径については、まず、生体インプラント1の表面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。この画像上を横断するようにランダムに5本の直線を引き、直線上にある大径開気孔を測定対象として、直線と大径開気孔の重なっている部分の長さを全て測定し、これらの算術平均値を大径開気孔の平均開気孔径とする。一方、小径開気孔は、通常、大径開気孔と大径開気孔との間の骨格部分に存在するから、小径開気孔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倍で観察して得たSEM画像を用いて、インターセプト法により小径開気孔の平均開気孔径を求める。
The average open pore diameter of the small open pores and the average open pore size of the large open pores in the
なお、SEM画像で確認される大径開気孔又は小径開気孔が少数、例えば10個以内である場合、SEM画像上にある大径開気孔又は小径開気孔を測定対象として気孔の長径と短径とを全て測定し、これらの算術平均値から大径開気孔及び小径開気孔の平均開気孔径をそれぞれ求めることもできる。 In addition, when there are a small number of large-diameter open pores or small-diameter open pores confirmed in the SEM image, for example, 10 or less, the long-diameter and short-diameter pores with the large-diameter open pores or small-diameter open pores on the SEM image as measurement objects And the average open pore size of the large open pores and the small open pores can be obtained from these arithmetic average values.
大径内気孔、大径独立気孔等の平均気孔径、並びに、小径内気孔及び小径独立気孔等の平均気孔径は、生体インプラント1の任意の断面を走査型電子顕微鏡で観察して前記平均気孔径と同様に求めることができる。
The average pore diameter of the large-diameter internal pore, the large-diameter independent pore, and the average pore diameter of the small-diameter internal pore and the small-diameter independent pore are determined by observing an arbitrary cross section of the
大径連通気孔及び大径連通閉気孔の連通孔径並びに小径連通気孔の連通孔径は、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。 The communication hole diameter of the large-diameter communication hole and the large-diameter communication closed hole and the communication hole diameter of the small-diameter communication hole can be obtained from SEM images taken at a predetermined magnification in the same manner as described above. As another method, a mercury porosimeter is used. You can ask for it.
ミクロ多孔層3の露出面積Smに対する大径開気孔の面積Sbの割合(Sb/Sm×100)は、10〜95%であるのが好ましい。前記割合(Sb/Sm×100)が前記範囲内にあると、生体インプラント1の内部に生体組織が進入し易くなるので、生体内に埋設した後に生体組織との強固な結合能力を発揮し、また、適用部位に応じた強度を確保することができる。
The ratio (S b / S m × 100) of the area S b of the large-diameter open pores to the exposed area S m of the
前記割合(Sb/Sm×100)は、ミクロ多孔層3の表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等を使用して、大径気孔33により形成される大径開気孔とそれ以外の部分とに2値化し、次いで、画像全体の面積に対する大径開気孔の面積割合を算出することにより求めることができる。なお、走査型電子顕微鏡は、大径開気孔の面積を測定するのに適度な倍率で表示する。
The ratio (S b / S m × 100) is determined by the large-diameter pores 33 using an image analysis software such as a Scion Image manufactured by Scion or the like, which is an image obtained by photographing the surface of the
ミクロ多孔層3の厚さは、適用される部位、生体インプラント1に要求される、生体組織との結合能及び強度等に応じて適宜設定されればよく、10〜1000μmの範囲内にあるのが好ましい。ミクロ多孔層3の厚さが前記範囲内にあると、空隙6を通って進入した生体組織の足場になり易く、生体組織との高い結合能力を発揮する。ミクロ多孔層3の厚さは、ミクロ多孔層3の任意の断面を走査型電子顕微鏡で観察して、得られたSEM画像におけるミクロ気孔31の最も深い地点から露出面7までの距離として求めることができ、その測定値をその測定点でのミクロ多孔層3の厚さとする。
The thickness of the
ミクロ多孔層3を形成する材料は、特に限定されず、プラスチック及びセラミック等を挙げることができる。プラスチックとしては、エンジニアリングプラスチック及び生体吸収性プラスチックを挙げることができる。
The material for forming the
エンジニアリングプラスチックとしては、生体骨又は歯に類似又は近似する力学特性を有するエンジニアリングプラスチックが好ましく、そのようなエンジニアリングプラスチックとして、実質部2を形成する材料として挙げたエンジニアリングプラスチックを挙げることができる。
The engineering plastic is preferably an engineering plastic having mechanical properties similar or close to those of living bones or teeth. Examples of the engineering plastic include the engineering plastics listed as materials for forming the
生体吸収性プラスチックは、生体インプラント1を生体内に埋設した後に、徐々に分解及び/又は生体に吸収され得るプラスチックである。生体吸収性プラスチックとしては、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ−ε−カプロラクトン及びポリブチルサクシネートの重合体、並びに、乳酸、グリコール酸、ε−カプロラクトン、及び、コハク酸とブタンジオールとを組合せてなる単量体からなる群より選択される少なくとも二種の単量体を共重合してなる共重合体等が挙げられる。生体吸収性プラスチックは、一種単独で使用することもできるし、また、二種以上を併用することもできる。なお、この発明において、ポリ乳酸には、ポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸及びポリ−DL−乳酸が含まれ、乳酸には、L−乳酸、D−乳酸及びDL−乳酸が含まれる。
The bioabsorbable plastic is a plastic that can be gradually decomposed and / or absorbed by the living body after the living
セラミックは、特に限定されず、生体活性を有するセラミック、及び生体活性ガラス等を挙げることができる。生体活性を有するセラミックとして、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のリン酸カルシウム化合物を挙げることができる。生体活性ガラスとして、SiO2−CaO−Na2O−P2O5系ガラス、SiO2−CaO−Na2O−P2O5−K2O−MgO系ガラス、SiO2−CaO−Al2O3−P2O5系ガラス、SiO2−CaO−MgO−P2O5系ガラス等を挙げることができる。 The ceramic is not particularly limited, and examples thereof include a bioactive ceramic and a bioactive glass. Examples of the bioactive ceramic include calcium hydrogen phosphate, calcium hydrogen phosphate hydrate, calcium dihydrogen phosphate, calcium dihydrogen phosphate hydrate, α-type tricalcium phosphate, β-type tricalcium phosphate , Calcium phosphate compounds such as dolomite, tetracalcium phosphate, octacalcium phosphate, hydroxyapatite, fluorapatite, carbonate apatite, and chlorapatite. As the bioactive glass, SiO 2 —CaO—Na 2 O—P 2 O 5 glass, SiO 2 —CaO—Na 2 O—P 2 O 5 —K 2 O—MgO glass, SiO 2 —CaO—Al 2 Examples thereof include O 3 —P 2 O 5 glass, SiO 2 —CaO—MgO—P 2 O 5 glass, and the like.
ミクロ多孔層3を形成する材料としては、これらの中でも、実質部2と同一のエンジニアリングプラスチックが好ましく、実質部2がポリエーテルエーテルケトン(PEEK)により形成される場合には、ミクロ多孔層3もまたPEEKにより形成されるのがより好ましい。
Among these, the material for forming the
ミクロ多孔層3は、実質部2の表面にミクロ多孔層3をコーティング等して後から形成するのではなく、後述するように、エンジニアリングプラスチックからなる中実基材の表面部に多数のミクロ気孔31を形成して多孔質構造にすることにより形成するのが好ましい。ミクロ多孔層3は、このように形成されることにより、ミクロ多孔層3と実質部2とが一体に形成され、実質部2からミクロ多孔層3が剥離し難くなる。
The
ミクロ多孔層3は、実質部2の全表面に設けられてもよく、実質部2の表面の一部すなわち生体骨との結合が必要な表面のみに設けられてもよい。
The
この生体インプラント1は、前述したように、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な実質部2と実質部2の表面に設けられたミクロ多孔層3とミクロ多孔層3の表面に設けられた保護層4とを備え、保護層4はミクロ多孔層3の表面の一部に設けられた、エンジニアリングプラスチックからなる緻密な骨格部5と、保護層4の外表面からミクロ多孔層3の表面まで達する空隙6とを有し、ミクロ多孔層3はミクロ多孔層3の表面に開口するミクロ開気孔を有するので、生体内に埋設した場合に骨組織等の生体組織が進入し易い表面構造を有すると共に、荷重が集中的にかかる部位に埋設する場合及び椎体間等に打ち込んで埋設する場合でもその表面構造を維持することにより、骨との結合性を有する生体インプラントを提供することができる。
As described above, the
この生体インプラント1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、骨接合材、人工椎体、椎体間スペーサ、椎体ケージ、人工歯根及び歯槽骨造骨材等として好適に用いられる。特に、この生体インプラント1は、荷重が集中的にかかる部位及び骨に形成された空間に打ち込んで埋設する生体インプラントとして好適に用いられる。したがって、この生体インプラント1は、椎体間スペーサとして好適である。
This
生体インプラント1は、所望の形状に製造され、又は適宜の形状に製造された後に適用される部位に合わせて所望の形状に切断、削る等して使用されてもよいし、予め適用される部位に合わせて所望の形状に製造されてもよい。前記所望の形状は、補填される部位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が挙げられ、具体的には、顆粒状、繊維状、ブロック状又はフィルム状等が挙げられる。
The living
次に、この生体インプラント1の製造方法の一実施例について説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the living
この生体インプラント1の製造方法は、実質部2の表面にミクロ多孔層3を有する表面発泡基材を形成する工程と、この表面発泡基材の表面に保護層4を形成する工程とを有する。
The manufacturing method of the
表面発泡基材を形成する工程は、エンジニアリングプラスチックを膨潤させる膨潤溶液に浸漬する膨潤工程、及びこのエンジニアリングプラスチックが溶出しない液で凝固及び洗浄する凝固工程を有し、エンジニアリングプラスチックからなる中実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第1工程と、第1工程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発泡剤保持工程、この発泡剤保持基材を、エンジニアリング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表面軟発泡基材を得る表面軟発泡工程と、及びこの表面軟発泡基材を、膨潤したエンジニアリングプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬することにより表面発泡基材を得る第2凝固工程を有し、微小気孔基材をさらに浸食して所望のミクロ気孔31を形成する第2工程とを有する。 The step of forming the surface foamed substrate includes a swelling step of immersing in a swelling solution that swells the engineering plastic, and a solidification step of solidifying and washing with a solution that does not elute the engineering plastic. A first step of obtaining a microporous substrate by forming micropores on the surface of the foam, and a foaming agent holding substrate by immersing the microporous substrate obtained in the first step in a solution containing a foaming agent A foaming agent holding step to obtain a surface soft foaming base material by immersing the foaming agent holding substrate in a foaming solution that swells the engineering plastic and foams the foaming agent, and this The surface foamed substrate is immersed in a coagulation solution that solidifies the swollen engineering plastic. A second coagulation step to obtain, and a second step of forming a desired micro pores 31 further erode the microvoided substrate.
第1工程では、エンジニアリングプラスチックからなる中実基材の表面部に、ミクロ気孔31における小径気孔32と同程度又はそれよりも小さい気孔を形成して微小気孔基材を得る。まず、中実基材を膨潤溶液に浸漬する膨潤工程を実施する。この膨潤溶液は、特に限定されないが、硫酸、硝酸、又はクロム酸等の酸性水溶液が挙げられる。この膨潤工程は、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、要求されるミクロ多孔層3の厚さ及び気孔径等に応じて適宜に設定される。例えば、膨潤溶液の濃度はミクロ多孔層3の気孔率及び厚さに影響し、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、中実基材の浸食させる部分が浸漬される程度であればよく、中実基材の全表面に気孔を形成させる場合には、中実基材全体を浸漬させることのできる量であるのがよい。浸漬時間は浸食量に応じて決定される。また、膨潤溶液の温度は通常常温程度に設定される。
In the first step, pores that are the same as or smaller than the small-diameter pores 32 in the micropores 31 are formed on the surface portion of the solid substrate made of engineering plastic to obtain a microporous substrate. First, the swelling process which immerses a solid base material in a swelling solution is implemented. Although this swelling solution is not specifically limited, Acid aqueous solution, such as a sulfuric acid, nitric acid, or chromic acid, is mentioned. In this swelling step, it is only necessary to appropriately set conditions that can swell the surface of the solid substrate, and the swelling step is appropriately set according to the required thickness and pore diameter of the
次いで、膨潤溶液から取り出した中実基材をエンジニアリングプラスチックが溶出しない液で凝固及び洗浄する凝固工程を実施する。凝固工程は中実基材を洗浄した液が中性になるまで中実基材を洗浄すると共に膨潤溶液でゲル状に軟化(場合によっては一部溶解する)したエンジニアリングプラスチックを凝固させて微小気孔基材とする。この凝固工程で使用される、エンジニアリングプラスチックが溶出しない液(凝固溶液)は、通常常温程度に設定され、表面が膨潤した中実基材が浸漬状態で静置又は撹拌状態で、若しくは脱泡処理をしつつ所定時間浸漬される。凝固溶液の種類や濃度、温度を適宜設定することにより、ミクロ多孔層3の気孔率及び厚さ等を調整することができる。エンジニアリングプラスチック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。
Next, a solidification step is performed in which the solid substrate taken out of the swelling solution is solidified and washed with a solution from which the engineering plastic does not elute. In the solidification process, the solid substrate is washed until the solution obtained by washing the solid substrate becomes neutral, and the engineering plastic that has been softened into a gel state with the swelling solution (in some cases, partially dissolved) is solidified to form micropores. A base material is used. The liquid that does not elute the engineering plastic used in this coagulation step (coagulation solution) is usually set to about room temperature, and the solid substrate with the swollen surface is left in the immersed state or stirred, or defoamed. It is immersed for a predetermined time while performing. By appropriately setting the type, concentration, and temperature of the coagulation solution, the porosity and thickness of the
この微小気孔基材における気孔が形成されている領域の厚さは、生体インプラント1のミクロ多孔層3と同等の厚さであればよい。また、微小気孔基材における気孔の気孔径は、第2工程において使用される発泡剤を気孔に進入させることのできる気孔径を有していればよく、発泡剤の種類により適宜設定される。気孔が形成されている領域の厚さ及び気孔の気孔径等は膨潤溶液に浸漬する時間、エンジニアリングプラスチックが溶出しない液に浸漬する時間、及び/又は温度等により調整することができる。
The thickness of the region where the pores are formed in the microporous substrate may be equal to the thickness of the
第1工程においては、所望により、得られた微小気孔基材を乾燥する工程を実施できる。乾燥は、エンジニアリングプラスチックが溶融等しない条件で実施すればよく、例えば、エンジニアリングプラスチックの融点未満、好ましくはガラス転移温度未満の温度で実施される。 In the first step, a step of drying the obtained microporous substrate can be performed as desired. The drying may be carried out under conditions where the engineering plastic does not melt or the like. For example, the drying is carried out at a temperature below the melting point of the engineering plastic, preferably below the glass transition temperature.
第2工程では、第1工程で得られた微小気孔基材を、再度浸食して所望のミクロ気孔31を形成する。まず、第1工程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して発泡剤保持基材を得る発泡剤保持工程を実施する。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1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。この発泡剤保持工程では、発泡剤保持基材の表面及び第1工程で形成された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微小気孔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、脱泡処理をしてもよい。浸漬時間は適宜に決定される。
In the second step, the microporous substrate obtained in the first step is eroded again to form the desired micropores 31. First, the foaming agent holding process which obtains a foaming agent holding base material by immersing the microporous base material obtained in the first step in a solution containing a foaming agent is performed. The foaming agent used in this step may be a foaming agent that foams with a foaming solution to be described later. Examples thereof include inorganic foaming agents such as carbonate and aluminum powder, and organic foaming agents such as azo compounds and isocyanate compounds. be able to. This foaming agent is preferably a substance that does not adversely affect the living body when the living
次いで、発泡剤保持基材をエンジニアリング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して表面軟発泡基材を得る表面軟発泡工程を実施する。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エンジニアリングプラスチック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。エンジニアリングプラスチックが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。この表面軟発泡工程は、エンジニアリングプラスチックを膨潤させ、かつ発泡剤を発泡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、脱泡処理をしてもよい。浸漬時間は適宜に決定される。 Next, a surface soft foaming step is performed in which the foaming agent holding base material is immersed in a foaming solution that swells the engineering plastic and foams the foaming agent to obtain a surface soft foaming base material. This step is usually performed without drying the foaming agent holding substrate, but the foaming agent holding substrate can also be dried. When the foaming agent holding substrate is immersed in a foaming solution, the swelling of the engineering plastic and the foaming of the foaming agent proceed almost simultaneously to obtain a surface soft foamed substrate. Any foaming solution may be used as long as it has the above-mentioned characteristics, and examples thereof include acidic aqueous solutions such as concentrated sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid. When the engineering plastic is PEEK and the foaming agent is carbonate, the foaming solution is preferably concentrated sulfuric acid having a concentration of 90% or more. In the surface soft foaming step, dipping conditions are set so that the engineering plastic can swell and the foaming agent can be foamed. The temperature of the foaming solution is usually set to about room temperature. The immersion state of the foaming agent holding substrate in the foaming solution may be left still, the foaming solution may be stirred, or defoaming may be performed. The immersion time is determined appropriately.
次いで、表面軟発泡基材を膨潤したエンジニアリングプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬して表面発泡基材を得る第2凝固工程を実施する。この第2凝固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して凝固されてもよく、凝固溶液への浸漬を複数回繰り返して凝固されてもよい。この工程で用いる凝固溶液は、エンジニアリングプラスチック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、エンジニアリングプラスチックが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。この第2凝固工程は、表面軟発泡基材を凝固できる条件で凝固溶液に浸漬される。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、脱泡処理をしてもよい。浸漬時間は適宜に決定される。 Next, a second solidification step is performed in which the surface soft foam base is immersed in a coagulation solution that solidifies the swollen engineering plastic to obtain a surface foam base. The surface soft foam base material taken out from the foaming solution in this second coagulation step may be solidified by flowing the coagulation solution after being immersed in the coagulation solution, and the coagulation solution is repeatedly solidified by repeating the immersion in the coagulation solution several times. Also good. The coagulation solution used in this step is a solution from which the engineering plastic does not elute, and includes, for example, an aqueous solution such as water and ethanol, a polar solution such as acetone, and the like, when the engineering plastic is PEEK. In addition, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid and other inorganic acid aqueous solutions having a concentration of less than 90%, water-soluble organic solvents, and the like can be mentioned. Examples of the water-soluble organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, ethylene glycol, diethylene glycol, trietylene glycol, propylene glycol, Alcohols such as dipropylene glycol, glycerin ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanole and their aqueous solutions, liquids such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinylpyrrolidone Mention may be made of polymers or their aqueous solutions and mixtures thereof. In the second coagulation step, the surface soft foam base material is immersed in a coagulation solution under conditions that allow coagulation. For example, the temperature of the coagulation solution is usually set to about room temperature. The immersion state of the surface soft foam base material in the coagulation solution may be left still, the coagulation solution may be stirred, or defoaming may be performed. The immersion time is determined appropriately.
第2工程においては、所望により、表面発泡基材を洗浄する洗浄工程を実施する。この洗浄工程は、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てもよい。この洗浄工程で用いる洗浄液はエンジニアリングプラスチック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。 In the second step, a cleaning step of cleaning the surface foamed substrate is performed as desired. This cleaning step is performed until the cleaning liquid that has cleaned the surface foamed substrate becomes neutral. In this cleaning step, the surface foamed substrate taken out from the coagulation solution may be cleaned by flowing the cleaning solution after being immersed in the cleaning solution, or may be cleaned by repeating the immersion in the cleaning solution a plurality of times. The cleaning liquid used in this cleaning step may be any liquid that does not elute the engineering plastic. Examples thereof include water and pure water. This cleaning step can be performed at room temperature, for example.
第1工程においては、所望により、得られた表面発泡基材を乾燥する乾燥工程を実施できる。乾燥は、エンジニアリングプラスチックが融解等しない条件で実施すればよく、例えば、エンジニアリングプラスチックの融点未満、好ましくはガラス転移温度未満の温度で実施される。このようにして表面発泡基材が製造される。 In the first step, a drying step of drying the obtained surface foamed substrate can be performed as desired. The drying may be performed under conditions where the engineering plastic does not melt, for example, at a temperature below the melting point of the engineering plastic, preferably below the glass transition temperature. In this way, a surface foamed substrate is produced.
次いで、製造した表面発泡基材の表面に保護層4を形成する工程について説明する。保護層4の製造方法としては、ラピッドプロトライピングにより製造する方法及びメッシュ積層法等を挙げることができる。
Next, a process of forming the
ラピッドプロトタイピングは、積層造形法と称されることもあり、コンピュータに蓄積された3次元の立体情報から3次元の立体を輪切りにした情報に分割し、この情報に基づいて形成される層状の造形物を順次積層することにより、3次元の立体物を高速に製造する技術である。ラピットプロトタイピングによると、適用部位に応じた様々な構造を有する保護層4を、高速に簡易に形成することができる。ラピッドプロトタイピングとしては、例えば、熱溶解積層法、光造形法、粉末結合法、及びインクジェット法等を挙げることができる。熱溶解積層法は、加熱して溶かした熱可塑性樹脂を細いノズルの先から押し出すことにより、所望の造形体を形成する方法である。光造形法は、液体の光硬化樹脂にレーザ光線又は紫外線を3次元に照射することにより選択的に光硬化樹脂を硬化させて、所望の造形体を形成する方法である。粉末結合法は、樹脂及び金属等の粉末を敷き詰め、高出力のレーザ光線等で直接焼結して固めることにより、所望の造形体を形成する方法である。インクジェット法は、液体の材料を吹き付けて積層させることにより、所望の造形体を形成する方法である。
Rapid prototyping, sometimes referred to as additive manufacturing, divides the three-dimensional solid information stored in the computer into information obtained by cutting a three-dimensional solid into pieces, and is formed based on this information. This is a technique for manufacturing a three-dimensional three-dimensional object at a high speed by sequentially laminating shaped objects. According to rapid prototyping, the
ラピットプロトタイピングのうち、熱溶解積層法について以下に詳細に説明する。熱溶解積層法では、保護層4を形成するエンジニアリングプラスチックを造形装置の材料容器に投入し、投入したエンジニアリングプラスチックをノズルから押し出して、表面発泡基材のミクロ多孔層3の表面に適宜のパターンを描くことにより、骨格部5と空隙6とを有する保護層4を形成する。エンジニアリングプラスチックは、ノズルから押し出し易く成形し易い流動性となるように加熱され、例えば、エンジニアリングプラスチックの融点から分解温度までの温度範囲に加熱される。ノズルは1つであっても2つ以上であってもよい。保護層4の形成方法の一例として、まず、ノズル又は造形テーブルを可動しつつエンジニアリングプラスチックを押し出して、一筆書きのようにして、骨格部3となる繊維状のラインを描き、1層目の造形体をミクロ多孔層3の表面に形成する。例えば、図2に示す保護層4の場合には、ノズル又は造形テーブルを可動させて、ミクロ多孔層3の表面に、ノズルから押し出されて形成されるラインを一方から他方に向かって直線状に描き、この直線の端部で折り返して、先に描いた直線に平行でその直線から所定の間隔離れた位置に直線を描く。このような操作を繰り返して、例えば、直線状のライン同士が互いに所定の間隔で配列され、平面視略四角形の仮想空間の中にすべてのラインが収まるようにパターンを1本の線で描く。このとき、ラインの末端部が起点部の対角線上の位置になるようにする。2層目の造形体は、1層目の造形体の末端部を起点部として、1層目の造形体の上に1層目の造形体と同じパターンを90°回転させて描く。すなわち直線状のラインが1層目と2層目とで直交するように描く。このようにして、骨格部5となる縞状のラインがミクロ多孔層3の表面に溶着され、また骨格部5となる縞状のラインが互いに格子状に溶着されることにより保護層4が形成され、四角形盤状の表面多孔体が形成される。図2に示す生体インプラント1は、四角形盤状に形成された表面多孔体から円盤体を切り出すことにより得ることができる。ここでは、図2に示す保護層4のパターンについて説明したが、パターンは特に限定されず、適宜のパターンを設定することができ、各層が同じパターンであっても異なってもよい。また、ノズルから押出されるエンジニアリングプラスチックの太さを適宜設定することにより、形成される骨格部5の太さを調整することができ、また、ライン同士の間隔等を適宜設定することにより、空隙の幅及び保護層4の空隙率等を調整することができる。
Of rapid prototyping, the hot melt lamination method will be described in detail below. In the hot melt laminating method, the engineering plastic for forming the
メッシュ積層法は、あらかじめ製造しておいたエンジニアリングプラスチックからなるメッシュを表面発泡基材の上に積層することにより、生体インプラント1を製造する方法である。具体的には、あらかじめ製造しておいたエンジニアリングプラスチックからなるメッシュをミクロ多孔層3の表面に積層した後に、積層したメッシュを所定の温度で加熱してメッシュをミクロ多孔層3の表面に溶着させる。メッシュの網目模様は、特に限定されず、例えば、格子状、縞状、及び渦巻き状等を挙げることができ、複数のメッシュを積層する場合には、それぞれのメッシュの網目模様は同じであっても異なってもよい。積層されるメッシュが同じ網目模様である場合には、各メッシュを回転又は平行移動する等して、空隙6が保護層4の外表面からミクロ多孔層3の表面まで貫通する柱形状ではなく、複雑な経路となるように形成してもよい。メッシュの太さを適宜設定することにより、形成される骨格部5の太さを調整することができ、また、メッシュの目開きを適宜設定することにより、空隙の幅及び保護層4の空隙率等を調整することができる。
The mesh lamination method is a method for producing the
このようにして生体インプラント1となる表面多孔体が製造される。
In this way, the surface porous body to be the
生体インプラント1は、得られた状態のまま用いることができ、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1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。
The
生体インプラント1におけるミクロ多孔層3が生体吸収性プラスチックにより形成される場合には、例えば、次のようにして生体インプラント1となる表面多孔体を製造することができる。
When the
この生体インプラント1の製造方法は、実質部2の表面にミクロ多孔層3を形成する方法以外は、前述した生体インプラント1の製造方法と同じである。
まず、ミクロ多孔層3となる生体吸収性プラスチックからなる多孔質シートを形成する。多孔質シートの製造方法は、特に限定されないが、例えば、生体吸収性プラスチックからなる顆粒と可溶性物質からなる顆粒とを混合して顆粒混合物を得る混合工程と、顆粒混合物を加熱し、加圧して成形体を形成する成形工程と、成形体を可溶性物質が溶解する溶媒に浸漬して可溶性物質を溶出させる溶出工程とを有する。
The method for manufacturing the
First, a porous sheet made of a bioabsorbable plastic to be the
混合工程における混合方法は特に限定されず、ドライブレンド等により混合することができる。可溶性物質は、溶出工程で用いる溶媒に溶解する物質であればよく、生体に用いるインプラントであること及び製造時の環境等の観点から、溶媒は水であるのが好ましく、したがって、可溶性物質は水溶性物質であるのが好ましい。水溶性物質としては、塩類(塩化ナトリウム又は塩化カリウム及び硫酸ナトリウム等)、糖類(α、β又はγ−シクロデキストリン、デキストリン及びでんぷん等の多糖類、ショ糖、乳糖、マンニット等)、セルロース類(ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース等)、蛋白質、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリエチレンオキサイド、スルホン化ポリイソプレン、スルホン化ポリイソプレン共重合体等が挙げられる。生体吸収性プラスチックからなる顆粒及び可溶性物質からなる顆粒の平均粒径及びこれらの混合割合は、要求される気孔径及び気孔率等に応じて適宜設定される。 The mixing method in a mixing process is not specifically limited, It can mix by dry blend etc. The soluble substance may be any substance that dissolves in the solvent used in the elution step, and the solvent is preferably water from the viewpoint of the implant used in the living body and the environment at the time of production. Therefore, the soluble substance is water-soluble. Preferably, it is a sex substance. Examples of water-soluble substances include salts (such as sodium chloride or potassium chloride and sodium sulfate), saccharides (polysaccharides such as α, β or γ-cyclodextrin, dextrin and starch, sucrose, lactose, and mannitol), celluloses (Hydroxypropylcellulose, methylcellulose, etc.), protein, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, polyacrylate, polyethylene oxide, sulfonated polyisoprene, sulfonated polyisoprene copolymer and the like. The average particle size of the granules made of bioabsorbable plastic and the granules made of a soluble substance and the mixing ratio thereof are appropriately set according to the required pore size and porosity.
成形工程では、混合工程で得られた顆粒混合物を加熱し、金型プレス等により加圧して成形体を成形する。成形温度は、生体吸収性プラスチックの融点以上の温度であることが好ましい。成形圧力は、1〜20MPaであるのが好ましい。 In the molding step, the granule mixture obtained in the mixing step is heated and pressed by a mold press or the like to form a molded body. The molding temperature is preferably a temperature equal to or higher than the melting point of the bioabsorbable plastic. The molding pressure is preferably 1 to 20 MPa.
溶出工程では、成形体を可溶性物質が溶解する溶媒に浸漬して可溶性物質を溶出させ、多孔体とする。溶媒としては、前述したように、水を用いるのが好ましい。 In the elution step, the molded body is immersed in a solvent in which the soluble substance dissolves to elute the soluble substance to obtain a porous body. As described above, it is preferable to use water as the solvent.
多孔体は、適宜の厚さにスライスして多孔質シートとする。予め準備したエンジニアリングプラスチックからなる実質部2の表面に多孔質シートを接着させる方法は特に限定されないが、例えば、実質部2の表面に溶剤を塗布した後に、ここに所望の大きさに切り出した多孔質シートを貼付する方法、実質部2の表面に所望の大きさに切りだした多孔質シートを配置した後に、多孔質シートを加熱して実質部2の表面に溶着させる方法等を挙げることができる。このようにして、実質部2の表面にミクロ多孔層3が形成されてなる表面多孔質基材が製造される。なお、生体吸収性プラスチックからなる多孔体は、あらかじめ所望の大きさの多孔質シートに形成することにより、そのまま実質部2に貼付してもよい。表面多孔質基材の表面に保護層4を形成する方法は、前述した保護層4の製造方法を採用することができる。
The porous body is sliced to an appropriate thickness to obtain a porous sheet. The method for adhering the porous sheet to the surface of the
生体インプラント1におけるミクロ多孔層3がセラミックにより形成される場合には、例えば、次のようにして生体インプラント1となる表面多孔体を製造することができる。
When the
まず、エンジニアリングプラスチックからなる実質部2を準備する。次いで、実質部2の表面にセラミックからなるミクロ多孔層3を形成する。ミクロ多孔層3の形成方法としては、例えば、フレーム溶射、プラズマ溶射等の溶射法、並びに、スパッタリング、イオンプレーディング、イオンビーム蒸着、イオンミキシング法等の物理的蒸着法、加熱により実質部2の表面を溶解させた状態のエンジニアリングプラスチック(例えばPEEK)に、セラミック粉末を溶着させることによりミクロ多孔層3をコーティングする方法等を挙げることができる。セラミックとしては、前述したリン酸カルシウム化合物、生体活性ガラス等を挙げることができる。実質部2の表面にセラミックからなるミクロ多孔層3が形成されてなる表面多孔質基材の表面に保護層4を形成する方法は、前述した保護層4の製造方法を採用することができる。
First, the
(第2の実施態様)
この発明に係る生体インプラントの別の一例である生体インプラントについて説明する。この実施態様の生体インプラントは、ミクロ多孔層に生体活性物質及び/又は薬剤が担持されていること以外は、第1の実施態様の生体インプラント1と基本的に同様の構造を有する。
(Second Embodiment)
A biological implant which is another example of the biological implant according to the present invention will be described. The biological implant of this embodiment has a structure basically similar to that of the
この生体インプラントは、ミクロ多孔層の露出面及びミクロ気孔の内壁面の全体又は一部に、生体活性物質、薬剤、又は薬剤を担持した生体活性物質を担持している。生体活性物質と薬剤を担持した生体活性物質とは、ミクロ気孔の内壁面等に膜状又は層状に担持されていてもよく、分散状態に担持されていてもよい。生体活性物質等が膜状又は層状に担持されている場合には、生体活性物質等の膜厚は、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。生体活性物質等が分散状態に担持されている場合に、生体活性物質等の形状はミクロ多孔層の露出面及びミクロ気孔の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質等の粒子径は、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、ミクロ多孔層に担持されている生体活性物質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。 This bioimplant carries a bioactive substance, a drug, or a bioactive substance carrying a drug on all or a part of the exposed surface of the microporous layer and the inner wall surface of the micropore. The bioactive substance and the bioactive substance carrying the drug may be carried in the form of a film or layer on the inner wall surface of the micropores, or may be carried in a dispersed state. When the bioactive substance or the like is supported in a film or layer, the thickness of the bioactive substance or the like is preferably, for example, 0.1 to 100 μm, and particularly preferably 0.5 to 50 μm. preferable. When the bioactive substance or the like is supported in a dispersed state, the shape of the bioactive substance or the like may be granular, granular, or powdery that can be supported on the exposed surface of the microporous layer and the inner wall surface of the micropores. Aggregates may also be used, and examples thereof include a spherical shape, an elliptical spherical shape, a needle shape, a column shape, a rod shape, a plate shape, and a polygonal shape. In this case, the particle diameter of the bioactive substance or the like is preferably 0.001 to 10 μm, and particularly preferably 0.01 to 5 μm, for example. Note that “particle” and “particle diameter” described in the present specification are “primary particle” and “primary particle diameter”, respectively, unless otherwise specified, and are supported on the microporous layer. In the case where the bioactive substance is an aggregate, it is the primary particle that is the minimum unit constituting the aggregate and the diameter thereof. The particle diameter can be calculated by the intercept method. Specifically, a photograph can be taken with a scanning electron microscope, a straight line intersecting at least 15 particles can be drawn, and the average value of the length of the portion where the straight line and the particle intersect can be calculated. If the shape is other than spherical particles, the area-converted diameter is calculated.
生体活性物質は、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(これらを総称して骨組織ということもある。)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。生体活性ガラスとしては、例えば、SiO2−CaO−Na2O−P2O5系ガラス、SiO2−CaO−Na2O−P2O5−K2O−MgO系ガラス、SiO2−CaO−Al2O3−P2O5系ガラス、SiO2−CaO−MgO−P2O5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−Al2O3−P2O5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、及び生体活性ガラスは、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。
A bioactive substance has a high affinity with a living body, and chemically reacts with a living tissue such as a bone tissue including a living bone or a tooth tissue including a living tooth (sometimes collectively referred to as a bone tissue). The substance is not particularly limited as long as it has a property, and examples thereof include a calcium phosphate compound, bioactive glass, and calcium carbonate. Examples of calcium phosphate compounds include calcium hydrogen phosphate, calcium hydrogen phosphate hydrate, calcium dihydrogen phosphate, calcium dihydrogen phosphate hydrate, α-type tricalcium phosphate, β-type tricalcium phosphate, dolomite , Tetracalcium phosphate, octacalcium phosphate, hydroxyapatite, fluorapatite, carbonate apatite, and chlorapatite. Examples of the bioactive glass include SiO 2 —CaO—Na 2 O—P 2 O 5 glass, SiO 2 —CaO—Na 2 O—P 2 O 5 —K 2 O—MgO glass, and SiO 2 —CaO. -Al 2 O 3 -P 2 O 5 -based glass, SiO 2 -CaO-MgO-P 2
生体活性物質は、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。 Among these, the bioactive substance is preferably at least one of a calcium phosphate compound and bioactive glass from the viewpoint of excellent bioactivity. Furthermore, the bioactive substance is similar in composition, structure and properties to the living bone, and is stable in the body environment. Hydroxyapatite or tricalcium phosphate is particularly preferred in that it is excellent and does not show significant solubility in the body.
薬剤は、この発明の生体インプラントに要求される機能により種々の薬剤を使用することができる。薬剤としては、例えば、抗炎症剤、抗生物質、抗血栓剤、抗腫瘍剤、抗凝血剤、血管細胞成長促進剤、血管細胞成長阻害剤、抗癌剤、血管拡張剤、及び骨形成誘導因子等を挙げることができる。骨形成誘導因子としては、骨組織からの抽出成分である各種の骨形成関連タンパク質を用いることができ、例えば、骨形成因子(BMP)、形質転換成長因子(TFG−β)、軟骨由来形成因子(CDMP)、骨誘導因子(OIF)、インスリン様成長因子(IGF)、血小板由来成長因子(PDFG)、繊維芽細胞増殖因子(FGF)等を挙げることができる。これらの薬剤は、相互に反応するものでなければ、これらの中から選択される2種以上の薬剤が表面層5に担持されてもよい。
Various drugs can be used depending on the functions required for the biological implant of the present invention. Examples of the drug include anti-inflammatory agents, antibiotics, antithrombotic agents, antitumor agents, anticoagulants, vascular cell growth promoters, vascular cell growth inhibitors, anticancer agents, vasodilators, and osteogenesis inducers. Can be mentioned. As an osteogenesis inducing factor, various osteogenesis-related proteins that are extracted from bone tissue can be used. For example, osteogenesis factor (BMP), transforming growth factor (TFG-β), cartilage-derived formation factor (CDMP), osteoinductive factor (OIF), insulin-like growth factor (IGF), platelet-derived growth factor (PDFG), fibroblast growth factor (FGF) and the like. As long as these drugs do not react with each other, two or more kinds of drugs selected from these may be supported on the
生体インプラントが生体活性物質を有していると、生体活性物質は骨との結合性や生体分子を吸着する性質を有するので、この生体インプラントが骨や皮膚等の生体組織との接合性が必要な部位に使用される場合に特に有効である。例えば、生体インプラントが人工骨として使用される場合には、骨と結合し易くなり、経皮デバイスとして使用される場合には、皮膚と密着し易くなる。さらに、生体インプラントが薬剤を有していると、薬剤が長期間に渡って放出されるので、その薬剤の種類に応じた効果が長期間に渡って得られる。生体インプラントが薬剤を担持した生体活性物質である薬剤層を有していると、上述した生体活性物質及び薬剤それぞれにより奏される効果の両方が得られる。なお、薬剤を放出し易くする場合には、薬剤は、ミクロ気孔の内壁面等に担持されるよりも生体活性物質に薬剤を担持させて、薬剤層としてミクロ気孔の内壁面等に担持された方がよい。また、生体活性物質及び/又は薬剤層は、ミクロ気孔の開気孔を閉塞しないようにミクロ多孔層の露出面及びミクロ気孔の内壁面に担持されているのが好ましい。 If the bioimplant has a bioactive substance, the bioactive substance has the property of binding to bone and adsorbing biomolecules, so this bioimplant needs to be bonded to living tissue such as bone and skin. This is particularly effective when used for various parts. For example, when a biological implant is used as an artificial bone, it becomes easy to bond with bone, and when used as a transdermal device, it becomes easy to adhere to the skin. Furthermore, when the biological implant has a drug, the drug is released over a long period of time, so that an effect corresponding to the type of the drug is obtained over a long period of time. When the bioimplant has a drug layer that is a bioactive substance carrying a drug, both of the effects exhibited by the above-described bioactive substance and drug can be obtained. In the case of facilitating the release of the drug, the drug is supported on the inner wall surface of the micropores as a drug layer by loading the drug on the bioactive substance rather than on the inner wall surface of the micropores. Better. The bioactive substance and / or drug layer is preferably supported on the exposed surface of the microporous layer and the inner wall surface of the micropore so as not to block the open pores of the micropore.
次に、第2の実施態様の生体インプラントの製造方法の一例を説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the biological implant of the 2nd embodiment is demonstrated.
第2の実施態様の生体インプラントは、ミクロ多孔層の露出面及びミクロ気孔の内壁面に生体活性物質及び/又は薬剤が担持されていること以外は、第1の実施態様の生体インプラント1と基本的に同じである。したがって、実質部とミクロ多孔層と保護層とを有する表面多孔体は、第1の実施態様の生体インプラントの製造方法と基本的に同様にして製造することができる。以下においては、この表面多孔体におけるミクロ多孔層の露出面及びミクロ気孔の内壁面に生体活性物質、薬剤、又は薬剤層を担持させる方法の一例を説明する。
The biological implant of the second embodiment is basically the same as the
第1の実施態様の生体インプラントの製造方法と同様にして製造した表面多孔体に生体活性物質を担持させる方法の一例を説明する。
まず、表面多孔体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超音波照射工程を実施する。この超音波照射工程を実施すると、保護層の空隙を通ってミクロ多孔層に到達した懸濁液によってミクロ多孔層の露出面だけでなくミクロ気孔の内壁面まで、好ましくは一様に、生体活性物質が進入及び配置された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前記懸濁液ごと表面多孔体に照射される。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5〜15分照射する条件が採用される。この超音波照射工程において表面多孔体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、この超音波照射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。この超音波照射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、表面多孔体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い。
An example of a method for supporting a bioactive substance on a porous surface body manufactured in the same manner as the manufacturing method of the biological implant of the first embodiment will be described.
First, an ultrasonic irradiation process is performed in which ultrasonic waves are applied in a state where the surface porous body is immersed in a suspension of a bioactive substance. When this ultrasonic irradiation step is carried out, the suspension that has reached the microporous layer through the voids of the protective layer preferably bioactivates not only the exposed surface of the microporous layer but also the inner wall surface of the micropores, preferably uniformly. A bioactive substance-adhering substrate into which the substance has entered and is arranged can be obtained. Ultrasonic waves are irradiated on the surface porous body together with the suspension using, for example, an ultrasonic vibrator, an ultrasonic homogenizer, or the like. Conditions for irradiating ultrasonic waves are appropriately set according to the pore diameter, porosity, etc. of the pores, and for example, conditions for irradiating ultrasonic waves with an output of 200 W at a frequency of 20 to 38 kHz for 5 to 15 minutes are employed. In this ultrasonic irradiation step, the surface porous body may be immersed in the suspension, may be left in the suspension, or may be immersed in the stirred suspension. In this ultrasonic irradiation step, the suspension may be stirred for a while after the ultrasonic irradiation, or the bioactive substance-adhering substrate may be immersed in the same type of solvent after the ultrasonic irradiation and stirred for a while. Good. The liquid temperature of the suspension in the ultrasonic irradiation step, that is, the immersion temperature and the ultrasonic irradiation time are not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the amount of the bioactive substance disposed on the surface porous body.
この超音波照射工程で用いられる懸濁液は、前述した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エンジニアリングプラスチック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。 The suspension used in the ultrasonic irradiation step is a suspension of the bioactive substance described above, and the medium in which the bioactive substance is suspended is not particularly limited as long as it does not dissolve the engineering plastic. , Alcohols such as methanol, ethanol and propanol, water, acetone, hexane and the like. The bioactive substance is preferably a particle having a particle diameter in the above range and the above shape.
この実施態様の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洗浄工程を実施することもできる。生体活性物質付着基材を洗浄する洗浄液はエンジニアリングプラスチック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乾燥工程を実施することもできる。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。 In the manufacturing method of this embodiment, if desired, a washing step of washing the bioactive substance-adhered substrate after taking out from the suspension can be performed. The cleaning liquid for cleaning the bioactive substance-adhering substrate is not particularly limited as long as it is a medium that does not dissolve the engineering plastic. Examples thereof include water and the same medium as a suspension medium, preferably water or pure water. . In addition, a drying step for drying the bioactive substance-adhering substrate can be performed as desired following this washing step. As the drying method, a known drying method can be adopted without any particular limitation, and examples thereof include air drying, air drying, and heat drying.
この実施態様の製造方法においては、次いで、生体活性物質付着基材を、ミクロ多孔層を形成するプラスチックのガラス転移温度−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固定化工程を実施するのが好ましい。この固定化工程を実施するとミクロ多孔層の露出面及びミクロ気孔の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。この固定化工程における加熱温度はプラスチックのガラス転移温度(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、そのプラスチックの融点未満である。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、加熱温度の上限はプラスチックの融点未満であり、表面多孔体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、プラスチックのガラス転移温度(Tg)はプラスチック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。 In the manufacturing method of this embodiment, the bioactive substance-adhering substrate is then heated to a glass transition temperature of the plastic forming the microporous layer at a heating temperature of −30 ° C. or higher and lower than the melting point to support and fix the bioactive substance. It is preferable to carry out an immobilization step. When this immobilization step is performed, the bioactive substance can be more firmly supported and fixed by the exposed surface of the microporous layer and the inner wall surface of the micropores. The heating temperature in this immobilization step is not less than the glass transition temperature (Tg) of the plastic of −30 ° C., that is, not less than 30 ° C. lower than the glass transition temperature (Tg−30) ° C. When the bioactive substance-adhering substrate is heated within this temperature range, a part of the bioactive substance-adhering substrate is softened, and the arranged bioactive substance is firmly supported, adhered, and fixed. The lower limit of the heating temperature is (Tg-30) ° C., and is preferably equal to or higher than the glass transition temperature (Tg) in that the bioactive substance-adhering substrate and the bioactive substance can be more firmly adhered to each other. The glass transition temperature (Tg) + 40 ° C. is particularly preferable. The upper limit of the heating temperature is less than the melting point of the plastic, and the glass transition temperature can be more firmly adhered to the surface porous body and the bioactive substance. (Tg) + 80 ° C. is preferable. In the present invention, the glass transition temperature (Tg) of the plastic is the lowest glass transition temperature when the plastic has a plurality of glass transition temperatures.
この固定化工程において、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露出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。 In this immobilization step, the time for heating the bioactive substance-adhered substrate, that is, the time for maintaining the heating temperature may be a time that allows the vicinity of the exposed surface and the inner wall surface of the bioactive substance-attached substrate to be softened It is preferably 1 hour or longer, and particularly preferably 3 hours or longer, in that the bioactive substance-adhering substrate and the bioactive substance can be more firmly adhered to each other. The upper limit value of the heating time is not particularly limited, and even if it is significantly increased, improvement in the degree of adhesion of the bioactive substance cannot be expected. Therefore, considering economic or work efficiency, it can be set to, for example, 24 hours. As a heating method for the bioactive substance-adhering substrate, a known heating method can be appropriately employed. In this way, the bioactive substance disposed on the surface of the bioactive substance-adhering substrate can be immobilized.
このようにしてミクロ多孔層の露出面及びミクロ気孔の内壁面に生体活性物質が担持された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、また、第1の実施態様の生体インプラント1と同様に所望形状に成形又は整形して用いることもできる。
In this way, a bioimplant in which a bioactive substance is supported on the exposed surface of the microporous layer and the inner wall surface of the micropore is obtained. And this biological implant can be used with the obtained state, and can also be shape | molded or shaped and used for a desired shape similarly to the
次に、第1の実施態様の生体インプラントの製造方法と同様にして製造した表面多孔体に薬剤を担持させる方法の一例を説明する。
薬剤が担持された生体インプラントの製造方法は、所定時間薬剤を含む溶液に表面多孔体を浸漬する工程を有する。薬剤は、要求される機能により適宜選択することができ、例えば、前述した薬剤の中から少なくとも1つの薬剤を選択することができる。薬剤が、液体薬剤の場合には、そのままあるいは希釈した希釈液が用いられ、固体薬剤の場合には、適宜の溶剤に溶解又は懸濁させた薬液が用いられる。希釈液及び薬液の濃度は、使用する薬剤の有効濃度以上であって、生体に害を及ぼさない範囲で適宜調整される。表面多孔体を薬剤を含む溶液に浸漬する時間は、表面多孔体におけるミクロ多孔層に薬剤が担持される限り特に限定されず、10分以上浸漬するのが好ましい。
Next, an example of a method for supporting a drug on the surface porous body manufactured in the same manner as the manufacturing method of the biological implant of the first embodiment will be described.
The method for producing a biological implant carrying a drug has a step of immersing the porous surface in a solution containing the drug for a predetermined time. The drug can be appropriately selected depending on the required function. For example, at least one drug can be selected from the drugs described above. When the drug is a liquid drug, a diluted solution as it is or diluted is used. When the drug is a solid drug, a drug solution dissolved or suspended in an appropriate solvent is used. The concentration of the diluting solution and the chemical solution is appropriately adjusted in a range that is not less than the effective concentration of the drug to be used and does not harm the living body. The time for immersing the surface porous body in the solution containing the drug is not particularly limited as long as the drug is supported on the microporous layer in the surface porous body, and it is preferably immersed for 10 minutes or more.
表面多孔体に薬剤を担持させる際には、表面多孔体を薬剤を含む溶液に浸漬しながら脱泡処理をするのが好ましい。脱泡処理をすることにより、表面多孔体におけるミクロ気孔内まで薬剤を進入させることができる。また、表面多孔体を薬剤を含む溶液に浸漬させる時間も短縮することができる。 When the drug is supported on the surface porous body, it is preferable to perform a defoaming treatment while immersing the surface porous body in a solution containing the drug. By performing the defoaming treatment, the drug can enter into the micropores in the surface porous body. Moreover, the time for immersing the surface porous body in the solution containing the drug can also be shortened.
表面多孔体を薬剤を含む溶液から取り出した後には、常温にて十分に乾燥させるのが好ましい。 After taking out the surface porous body from the solution containing the drug, it is preferable to dry it sufficiently at room temperature.
次に、第1の実施態様の生体インプラントの製造方法と同様にして製造した表面多孔体に薬剤を含有する生体活性物質である薬剤層を担持させる方法の一例を説明する。
薬剤層が担持された生体インプラントの製造方法は、少なくとも10mMのカルシウムイオンを含むカルシウム溶液に表面多孔体を浸漬する工程と、少なくとも10mMのリン酸イオンを含むリン酸溶液に表面多孔体を浸漬する工程とを有する。カルシウム溶液及びリン酸溶液の少なくとも一方には薬剤が含まれている。また、表面多孔体は、カルシウム溶液及びリン酸溶液のいずれから先に浸漬されてもよい。以下においては、表面多孔体をカルシウム溶液に先に浸漬させた場合について説明する。
Next, an example of a method for supporting a drug layer, which is a bioactive substance containing a drug, on the surface porous body manufactured in the same manner as the method for manufacturing a biological implant of the first embodiment will be described.
A method for producing a biological implant carrying a drug layer includes a step of immersing a surface porous body in a calcium solution containing at least 10 mM calcium ions, and immersing the surface porous body in a phosphate solution containing at least 10 mM phosphate ions. Process. At least one of the calcium solution and the phosphoric acid solution contains a drug. Moreover, the surface porous body may be immersed first from any of the calcium solution and the phosphoric acid solution. Below, the case where a surface porous body is previously immersed in a calcium solution is demonstrated.
まず、表面多孔体を、少なくとも10mMのカルシウムイオンを含むカルシウム溶液に所定時間浸漬する。このカルシウム溶液は、少なくともカルシウムイオンを含んでいれば良く、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸イオン、ケイ酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、塩素イオン、水素イオンなどを含んでいても良いが、リン酸イオンは実質的に含まないほうが好ましい。カルシウム溶液としては、通常、水溶性が高く、人体に悪影響を与えない化合物の水溶液を挙げることができ、例えば、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、硝酸カルシウム、蟻酸カルシウム、酢酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム、酪酸カルシウム、乳酸カルシウム、およびこれらの混合溶液等が挙げられ、塩化カルシウムの水溶液が好ましい。 First, the surface porous body is immersed in a calcium solution containing at least 10 mM calcium ions for a predetermined time. This calcium solution may contain at least calcium ions, and may contain sodium ions, potassium ions, magnesium ions, carbonate ions, silicate ions, sulfate ions, nitrate ions, chlorine ions, hydrogen ions, and the like. It is preferable that phosphate ions are not substantially contained. Examples of calcium solutions include aqueous solutions of compounds that are usually highly water-soluble and do not adversely affect the human body. Examples include calcium chloride, calcium hydroxide, calcium nitrate, calcium formate, calcium acetate, calcium propionate, and butyric acid. Examples thereof include calcium, calcium lactate, and a mixed solution thereof, and an aqueous solution of calcium chloride is preferable.
カルシウム溶液に所定時間浸漬した後に、表面多孔体を、少なくとも10mMのリン酸イオンを含むリン酸溶液に浸漬する。このリン酸溶液は、少なくともリン酸イオンを含んでいればよく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸イオン、ケイ酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、塩素イオン、水素イオンなどを含んでいても良いが、カルシウムイオンは実質的に含まない方が好ましい。リン酸溶液としては、通常、水溶性が高く、人体に悪影響を与えない化合物の水溶液を挙げることができ、例えば、リン酸、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム、およびこれらの混合溶液等が挙げられ、リン酸水素二カリウムの水溶液が好ましい。 After being immersed in the calcium solution for a predetermined time, the surface porous body is immersed in a phosphate solution containing at least 10 mM phosphate ions. This phosphate solution only needs to contain at least phosphate ions, and may contain sodium ions, potassium ions, magnesium ions, carbonate ions, silicate ions, sulfate ions, nitrate ions, chlorine ions, hydrogen ions, and the like. Although it is good, it is preferable that calcium ions are not substantially contained. Examples of the phosphoric acid solution include aqueous solutions of compounds that are usually highly water-soluble and do not adversely affect the human body. For example, phosphoric acid, disodium hydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate , Potassium dihydrogen phosphate, and a mixed solution thereof, and an aqueous solution of dipotassium hydrogen phosphate is preferable.
薬剤は、カルシウム溶液及びリン酸溶液の少なくとも一方に含まれる。薬剤は、要求される機能により適宜選択することができ、例えば、前述した薬剤の中から少なくとも1つの薬剤を選択することができる。薬剤の濃度は、使用する薬剤の有効濃度以上であって、生体に害を及ぼさない範囲で適宜調整される。 The drug is contained in at least one of a calcium solution and a phosphoric acid solution. The drug can be appropriately selected depending on the required function. For example, at least one drug can be selected from the drugs described above. The concentration of the drug is appropriately adjusted as long as it is not less than the effective concentration of the drug to be used and does not harm the living body.
表面多孔体を、上記2種類の水溶液に浸漬する順序は、特に限定されないが、例えば生体活性物質として水酸アパタイトをミクロ多孔層の内部、すなわち多孔質構造内に生成させる場合は、水酸アパタイトの溶解度がより低いアルカリ域で生成反応が進むことが生成量の面から好ましく、そのため、後半に浸漬する溶液のpHがpH8〜10のアルカリ域であることが好ましい。 The order in which the surface porous body is immersed in the above two types of aqueous solutions is not particularly limited. For example, when hydroxyapatite is generated as a bioactive substance in the microporous layer, that is, in the porous structure, hydroxyapatite is used. From the viewpoint of the amount of production, it is preferable that the production reaction proceeds in an alkaline region where the solubility of is lower, and therefore the pH of the solution immersed in the latter half is preferably in the alkaline region of pH 8-10.
カルシウム溶液及びリン酸溶液に、表面多孔体を浸漬する時間は、1分以上浸漬するのが好ましく、3分以上浸漬するのが特に好ましい。前記範囲内であれば、十分にカルシウムイオン、リン酸イオン及び薬剤が表面多孔体の内部まで染み込み、表面多孔体のミクロ多孔層におけるミクロ気孔の内壁面に生体活性物質と薬剤とを共沈させることができる。また、生体活性物質の生成量を増やしたい場合には、各溶液に浸漬する操作を複数回繰り返しても良い。 The time for immersing the surface porous body in the calcium solution and the phosphoric acid solution is preferably immersed for 1 minute or more, particularly preferably 3 minutes or more. If it is within the above range, calcium ions, phosphate ions and the drug are sufficiently infiltrated into the surface porous body, and the bioactive substance and the drug are co-precipitated on the inner wall surface of the micropores in the microporous layer of the surface porous body. be able to. In addition, when it is desired to increase the production amount of the bioactive substance, the operation of immersing in each solution may be repeated a plurality of times.
第2の実施態様の生体インプラントは、各種用途を有し、例えば、生体組織と結合することが必要とされる医療用材料に好適に利用することができ、特に人工骨、人工歯根、歯槽骨造骨用インプラント及び経皮デバイス等に利用することができる。人工骨としては、例えば、骨補填材、人工関節、骨接合材、人工椎体、椎体間スペーサ、椎体ケージとして適用することができる。歯槽骨造骨用インプラントは、やせた歯槽骨を補填するようにして埋設される。経皮デバイスは、体外から体内に皮膚を貫通し、栄養補給、薬液注入及び血液循環等を担う医療機器であり、あらゆる人工臓器に付随している。 The biological implant of the second embodiment has various uses, and can be suitably used for, for example, a medical material that is required to be combined with a biological tissue. In particular, an artificial bone, an artificial tooth root, and an alveolar bone It can be used for bone-forming implants and transdermal devices. The artificial bone can be applied as, for example, a bone filling material, an artificial joint, an osteosynthesis material, an artificial vertebral body, an intervertebral body spacer, or a vertebral body cage. The alveolar bone-forming implant is embedded so as to compensate for the thin alveolar bone. A transdermal device is a medical device that penetrates the skin from the outside of the body into the body and is responsible for nutritional supplementation, drug solution injection, blood circulation, and the like, and is associated with any artificial organ.
この発明に係る生体インプラントは、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。 The biological implant according to the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be made within a range in which the object of the present invention can be achieved.
(実施例1)
ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)(ガラス転移温度143℃、融点340℃、弾性率4.2GPa、曲げ強度170MPa)で形成された四角形盤状体(厚さ2mm、Victrex製450G)の表面をサンドペーパー(♯1000)で研磨して中実基材を準備した。
Example 1
The surface of a square board (
この中実基材を常温下で濃硫酸(濃度:98%)に5分間浸漬して、中実基材を膨潤する膨潤工程を実施した。次いで、濃硫酸から取り出した中実基材を純水に5分間浸漬した。その後、純水のpHが中性になるまで繰り返し洗浄して、表面が膨潤した中実基材を凝固及び洗浄する凝固工程を実施した。このようにして、微小気孔基材を得た。 The solid substrate was immersed in concentrated sulfuric acid (concentration: 98%) at room temperature for 5 minutes to perform a swelling process for swelling the solid substrate. Subsequently, the solid base material taken out from the concentrated sulfuric acid was immersed in pure water for 5 minutes. Thereafter, the solid water was repeatedly washed until the pH of the pure water became neutral, and a solid substrate having a swollen surface was solidified and washed. In this way, a microporous substrate was obtained.
次いで、微小気孔基材を常温下で炭酸カリウム水溶液(濃度:3M)に4時間浸漬して、微小気孔基材の表面及び気孔内に炭酸カリウムを保持させる発泡剤保持工程を実施し、発泡剤保持基材を得た。 Next, a foaming agent holding step is performed in which the microporous substrate is immersed in an aqueous potassium carbonate solution (concentration: 3M) at room temperature for 4 hours to hold potassium carbonate on the surface of the microporous substrate and in the pores. A holding substrate was obtained.
次いで、この発泡剤保持基材を常温下で濃硫酸(濃度:95%)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る表面軟発泡工程を実施し、表面軟発泡基材を得た。 Next, this foaming agent holding base material is immersed in concentrated sulfuric acid (concentration: 95%) at room temperature for 1 minute to swell PEEK and foam potassium carbonate, and perform a surface soft foaming step. Obtained.
得られた表面軟発泡基材を常温下で希硫酸(濃度:86%)に5分間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純水に10分間浸漬する第2凝固工程を実施した。次いで、純水のpHが中性になるまで繰り返し洗浄する洗浄工程を実施した。次いで、80℃で12時間乾燥する乾燥工程を実施して、PEEKからなる実質部の表面にPEEKからなるミクロ多孔層が形成されてなる表面発泡基材を得た。 The obtained soft surface foamed base material was solidified by dipping in dilute sulfuric acid (concentration: 86%) for 5 minutes at room temperature, and then taken out from dilute sulfuric acid (concentration: 86%) for 10 minutes in pure water at room temperature. A second solidification step for immersion was performed. Next, a cleaning process was repeatedly performed until the pH of pure water was neutralized. Subsequently, the drying process which dries for 12 hours at 80 degreeC was implemented, and the surface foaming base material by which the microporous layer which consists of PEEK was formed in the surface of the substantial part which consists of PEEK was obtained.
得られた表面発泡基材におけるミクロ多孔層が形成されている側の面に、直接造形装置(IMC−1703、株式会社井元製作所製)を用いて、保護層を形成した。具体的には、PEEKの粉末(ダイセル・エボニック株式会社製、Vestakeep)を材料容器に投入して420℃に加熱し、これをノズル(直径0.3mm)から押し出して、PEEKからなる複数のラインが互いにピッチ1.0mmで縞状に配列された1層目の造形体をミクロ多孔層の表面に形成した。この1層目の造形体の上に1層目の造形体と同じパターンを90°回転させて描いた2層目の造形体を形成することにより、平面視格子状の保護層が表面発泡基材の片面に形成された表面発泡体を得た。次いで、四角形盤状の表面発泡体から直径10mmの円盤体を切り出すことにより、図1及び図2に示す構造を有する生体インプラント試験体1を得た。
A protective layer was formed on the surface of the obtained surface foamed substrate on which the microporous layer was formed using a direct modeling apparatus (IMC-1703, manufactured by Imoto Seisakusho Co., Ltd.). Specifically, PEEK powder (Daicel Evonik Co., Ltd., Vestakeep) is charged into a material container and heated to 420 ° C., and this is extruded from a nozzle (diameter 0.3 mm) to form a plurality of PEEK lines. Were formed on the surface of the microporous layer. The first shaped bodies were arranged in stripes with a pitch of 1.0 mm. By forming a second-layer shaped body in which the same pattern as the first-layer shaped body is rotated by 90 ° on the first-layer shaped body, the protective layer having a lattice shape in a plan view is formed on the surface foaming group. A surface foam formed on one side of the material was obtained. Subsequently, the biological
生体インプラント試験体1をエポキシ樹脂に埋め込んで固定した後、円盤体の軸線を含む方向に切断して切断面を研磨し、研磨面をデジタルマイクロスコープで観察し、保護層の厚みを測定したところ、700μmであった。
After the living
エポキシ樹脂で固定した生体インプラント試験体1を、ミクロ多孔層と保護層との界面からわずかに保護層側のところで切断し、ミクロ多孔層と保護層との界面の面積Sとミクロ多孔層の露出面積Smとを測定した。露出面積の割合(Sm/S×100)は、50%であった。
The living
生体インプラント試験体1における保護層4の体積を測定し、また、生体インプラント試験体1から保護層を切り出し、切り出した保護層の質量を測定することにより、密度を算出し、算出した密度と保護層の理論密度(1.30g/cm3)とにより、保護層の空隙率を算出したところ、50%であった。
The volume of the
生体インプラント試験体1におけるミクロ多孔層の表面を走査型電子顕微鏡により撮影(300倍)した画像を画像解析ソフト(Scion社製 Scion Image)を使用して、大径気孔により形成される大径開気孔とそれ以外の部分とに2値化し、次いで、画像全体の露出面積に対する大径開気孔の面積の割合を算出したところ、78%であった。また、ミクロ多孔層の表面に開口する大径開気孔及び小径開気孔の平均開気孔径を、前述したようにインターセプト法により測定したところ、大径開気孔の平均開気孔径は73μmであり、小径開気孔の平均開気孔径は2μmであった。
An image obtained by photographing the surface of the microporous layer in the
生体インプラント試験体1をミクロ多孔層の厚み方向に切断し、切断面を走査型電子顕微鏡で観察して、得られたSEM画像におけるミクロ気孔の最も深い地点から露出面までの距離をミクロ多孔層の厚みとして測定したところ、ミクロ多孔層の厚みは、50〜100μmの範囲にあった。
The
(比較例1)
実施例1と同様にして表面発泡基材を形成し、これを生体インプラント試験体2とした。
(Comparative Example 1)
A surface foamed substrate was formed in the same manner as in Example 1, and this was used as a
(打ち込み試験)
実施例1の生体インプラント試験体1よりわずかに小さい空間を有する被打込み材を準備した。被打込み材における空間は、生体インプラント試験体1の直径より大きい幅を有し、生体インプラント試験体1の厚みより0.1mm小さい高さを有する。生体インプラント試験体1をこの空間にハンマーを用いて打ち込み、打込み前後の生体インプラント試験体1の表面状態をデジタルマイクロスコープにより観察した。打込む前の生体インプラント試験体1の表面の拡大写真(300倍)を図6に、打込んだ後の生体インプラント試験体1の表面の拡大写真(300倍)を図7に示す。
(Injection test)
An implantable material having a space slightly smaller than the living
図6及び図7に示すように、生体インプラント試験体1におけるミクロ多孔層の構造は、打込み前後で変化がなく、打込みによりミクロ気孔が潰れなかった。生体インプラント試験体1は、ミクロ多孔層の上に保護層が設けられているので、保護層によりミクロ多孔層が保護されてミクロ気孔が潰れるのが防止されたことが分かる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the structure of the microporous layer in the biological
比較例1の生体インプラント試験体2についても、実施例1と同様に生体インプラント試験体2よりわずかに小さい空間を有する被打込み材を準備して、この空間に生体インプラント試験体2を打ち込み、打込み前後の生体インプラント試験体2の表面状態をデジタルマイクロスコープにより観察した。打込む前の生体インプラント試験体2の表面の拡大写真(300倍)を図8に、打込んだ後の生体インプラント試験体2の表面の拡大写真(300倍)を図9に示す。
For the living body
図8及び図9に示すように、打込みによりミクロ開気孔の一部が潰れており、ミクロ開気孔の一部が打込み後に閉塞されていた。生体インプラント試験体2は、ミクロ多孔層の上に保護層が設けられていないので、被打込み材の空間に打込む際にミクロ多孔層が空間を形成する内壁により圧縮されて、ミクロ開気孔の一部が潰れたことが分かる。
As shown in FIGS. 8 and 9, a part of the micro-open holes was crushed by the driving, and a part of the micro-open holes was closed after the driving. Since the
1、101、201 生体インプラント
2 実質部
3、103、203 ミクロ多孔層
4、104、204 保護層
5、105、205 骨格部
6、106、206 空隙
7 露出面
31 ミクロ気孔
32 小径気孔
33 大径気孔
1, 101, 201
Claims (5)
前記保護層は、前記ミクロ多孔層の表面の一部に設けられた、エンジニアリングプラスチックからなり、気孔率が5%以下である緻密な骨格部と、前記保護層の外表面から前記ミクロ多孔層の表面まで達する空隙とを有し、
前記ミクロ多孔層は、前記ミクロ多孔層の表面に開口するミクロ開気孔を有することを特徴とする生体インプラント。 A dense substantial part made of engineering plastic, a microporous layer provided on the surface of the substantial part, and a protective layer provided on the surface of the microporous layer,
The protective layer, the microporous layer disposed on part of the surface of, Ri Do from engineering plastics, and dense skeleton porosity Ru der 5%, the microporosity from the outer surface of the protective layer A void reaching the surface of the layer,
The bioimplant, wherein the microporous layer has microopen pores that open to the surface of the microporous layer.
前記保護層をラピッドプロトタイピングにより形成することを特徴とする生体インプラントの製造方法。 It is a manufacturing method of the living body implant according to any one of claims 1 to 4,
A method for producing a biological implant, wherein the protective layer is formed by rapid prototyping.
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