JP6470978B2 - Manufacturing method of biological implant - Google Patents
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Description
本発明は、生体インプラント(人工骨、デンタルインプラント、歯科材料、再生医療用材料等)に関する。より詳細には、本発明は、PEEKを含む樹脂製の生体インプラントであって、少なくとも表層部が多孔質であり、骨伝導能に優れた生体インプラントに関する。 The present invention relates to a biological implant (artificial bone, dental implant, dental material, regenerative medical material, etc.). More specifically, the present invention relates to a biomedical implant made of resin containing PEEK, wherein at least the surface layer portion is porous and has excellent osteoconductivity.
従来、外科、整形外科、歯科の医療分野において、疾病、事故、手術等によって生じた骨の欠損部及び空隙に対して、これを補填するために人工骨やデンタルインプラントなどの生体インプラントが用いられている。この生体インプラントは、その埋入後、患者の自家骨組織と早期に結合することが、その骨などの欠損部の早期修復の観点からして、何よりも重要である。 Conventionally, in the fields of surgery, orthopedics, and dentistry, biological implants such as artificial bones and dental implants have been used to compensate for bone defects and voids caused by diseases, accidents, and surgery. ing. From the viewpoint of early repair of a defect such as the bone, it is most important that the living body implant is bonded to the patient's own bone tissue at an early stage after the implantation.
このような生体インプラント(人工骨)の材料としては、従来、金属製インプラントとともに多孔質のリン酸カルシウム系セラミックが用いられている。この多孔質のリン酸カルシウム系セラミックは、その気孔中に新生した骨芽細胞が入り込んで成長するため、患者の自家骨組織と一体化しやすく、結合力に優れ、骨伝導能が高い。ここで骨伝導能とは、患者の自家骨組織と一体化しやすいことと、それとの結合力に優れることをいう。特許文献1では、リン酸カルシウム系の多孔質セラミックからなる人工骨において、その表面のうち、自家骨組織との接合面をなす部分の表面粗さが、特定の範囲に含まれることを特徴とする人工骨が記載されている。 As a material for such a living body implant (artificial bone), a porous calcium phosphate ceramic is conventionally used together with a metal implant. This porous calcium phosphate-based ceramic grows with the introduction of new osteoblasts in the pores. Therefore, it is easy to integrate with the patient's own bone tissue, has excellent binding force, and has high osteoconductivity. Here, osteoconductivity means that it is easy to integrate with the patient's own bone tissue and that it has excellent binding power. In Patent Document 1, in an artificial bone made of a calcium phosphate-based porous ceramic, the surface roughness of a portion forming a joint surface with an autologous bone tissue is included in a specific range. The bone is listed.
特許文献2では、主成分がカルボキシル基もしくはその誘導体を有する多糖類またはカルボキシル基もしくはその誘導体が導入された多糖類である固形体あるいはゲル状体である人工骨用高分子材料が、疑似体液中でヒドロキシアパタイトを生成し、人工骨として使用できることが記載されている。 In Patent Document 2, a polymer material for artificial bone, which is a solid or gel-like body whose main component is a polysaccharide having a carboxyl group or a derivative thereof, or a polysaccharide into which a carboxyl group or a derivative thereof has been introduced, is contained in a simulated body fluid. It is described that hydroxyapatite can be produced and used as an artificial bone.
また、特許文献3では、隣り合う椎体どうしの間に配置され、椎体どうしの間に露出される露出側に開口部が形成されたインプラントと、開口部を介して挿入されてインプラントに取り付けられる生体適合性材料から構成され、特有の形状を有する人工骨が、椎体の骨組織から成長してくる新生骨との接合にかかる時間を短縮できることが記載されている。 Moreover, in patent document 3, it arrange | positions between adjacent vertebral bodies, the implant in which the opening part was formed in the exposed side exposed between vertebral bodies, and it inserts through an opening part and attaches to an implant It is described that an artificial bone made of a biocompatible material and having a specific shape can shorten the time required for joining with a new bone growing from bone tissue of a vertebral body.
人工骨やデンタルインプラントなどの生体インプラントの材料としては、上記の金属製インプラントやリン酸カルシウム系セラミック以外にも樹脂からなるものも使用されている。熱可塑性樹脂からなるものとしては、優れた耐熱性、耐疲労性、耐摩耗性、寸法安定性、耐薬品性を有し、生体安全性や生体親和性も兼ね備えた材料として、軽量なPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)が使用されている。 In addition to the above metal implants and calcium phosphate ceramics, materials made of resins are also used as materials for biological implants such as artificial bones and dental implants. As a material made of a thermoplastic resin, it has excellent heat resistance, fatigue resistance, wear resistance, dimensional stability, chemical resistance, and is a lightweight PEEK ( Polyetheretherketone) is used.
PEEKは、生体インプラントの材料として以下の点が優れている。手術中や治癒過程の追跡に医師は、画像診断をすることが多いが、金属製インプラントは、X線撮影でアーチファクトが生じるなど限界がある。一方、PEEKは、X線透過性が高いためモニタリングが容易である。また、金属に比べて弾性が皮質骨に近く、骨の大きさによっては金属よりも高い弾性を示すため骨に対する応力遮蔽効果が抑えられ、骨がより健全な状態で長く保持できる。 PEEK has the following advantages as a material for living body implants. Doctors often perform image diagnosis during surgery or following the healing process, but metal implants have limitations such as the occurrence of artifacts in X-ray imaging. PEEK, on the other hand, is easy to monitor because of its high X-ray transparency. In addition, the elasticity is close to that of cortical bone as compared to metal, and depending on the size of the bone, the elasticity is higher than that of metal.
本発明者らは、現在、生体インプラントとして使用されているPEEKは、気孔を有さず、多孔質ではないため、上述のリン酸カルシウム系セラミックやヒドロキシアパタイト材のように、生体骨が進入しにくく、骨伝導能に問題があることを見出した。 The present inventors are currently using PEEK as a living body implant because it does not have pores and is not porous, like the above-mentioned calcium phosphate ceramics and hydroxyapatite materials, it is difficult for living bones to enter, We found that there was a problem with bone conduction ability.
従って、本発明の目的は、優れた耐熱性、耐疲労性、耐摩耗性、寸法安定性、耐薬品性を有し、生体安全性や生体親和性も兼ね備え、骨伝導能に優れた人工骨やデンタルインプラントなどの生体インプラントを提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is an artificial bone having excellent heat resistance, fatigue resistance, wear resistance, dimensional stability, chemical resistance, biosafety and biocompatibility, and excellent osteoconductivity. It is to provide biological implants such as dental implants.
そこで、本発明者らが、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、PEEKを含む樹脂製の生体インプラントであって、表層部の少なくとも一部がPEEKの多孔質によって形成され、前記多孔質の平均気孔径を1〜300μmとすることで、骨伝導能に優れた人工骨やデンタルインプラントなどの生体インプラントが得られることを見出し、本発明を完成した。 Accordingly, as a result of intensive studies by the present inventors to achieve the above object, a resinous bioimplant containing PEEK, in which at least a part of the surface layer portion is formed by the porous PEEK, the porous It has been found that by setting the average pore diameter to 1 to 300 μm, biological implants such as artificial bones and dental implants excellent in osteoconductivity can be obtained, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の生体インプラントは、PEEKを含む樹脂製の生体インプラントであって、表層部の少なくとも一部がPEEKを含む多孔質によって形成され、前記多孔質の平均気孔径が1〜300μmであることを特徴とする。 That is, the living body implant of the present invention is a resinous living body implant containing PEEK, and at least a part of the surface layer portion is formed of a porous material containing PEEK, and the average pore diameter of the porous material is 1 to 300 μm. It is characterized by that.
また、本発明の生体インプラントは、前記多孔質の気孔率が15〜70%であることが好ましい。 In the living body implant of the present invention, the porous porosity is preferably 15 to 70%.
また、本発明の生体インプラントは、少なくとも前記多孔質部分の表面からの深さが2μmであることが好ましい。 In the living body implant of the present invention, it is preferable that the depth from the surface of at least the porous portion is 2 μm.
また、本発明の生体インプラントは、親水化処理がされていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the biological implant of the present invention is subjected to a hydrophilic treatment.
また、本発明の生体インプラントは、PEEKファイバーから形成された不織布をプレス成形により形成する工程を必須の工程として含む製造方法により得られた生体インプラントであることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the biological implant of this invention is a biological implant obtained by the manufacturing method which includes the process of forming the nonwoven fabric formed from the PEEK fiber by press molding as an essential process.
また、本発明の生体インプラントは、前記PEEKファイバーの結晶化度が30%以下であることが好ましい。 In the living body implant of the present invention, the crystallinity of the PEEK fiber is preferably 30% or less.
また、本発明の生体インプラントは、人工骨又はデンタルインプラントであることが好ましい。 Moreover, the living body implant of the present invention is preferably an artificial bone or a dental implant.
本発明の生体インプラントは、少なくとも表層部が多孔質であり、特定の大きさの気孔径を有するため、表層部の気孔中に新生した骨芽細胞が入り込んで成長し、患者の自家骨組織などと一体化しやすく、骨伝導能に優れる。また、本発明の生体インプラントは、PEEKを含むため、優れた耐熱性、耐疲労性、耐摩耗性、寸法安定性、耐薬品性を有し、生体安全性や生体親和性も兼ね備えており、人工骨やデンタルインプラントなどとして好適である。 The living body implant of the present invention is porous at least at the surface layer portion and has a pore size of a specific size, so that new bone osteoblasts enter and grow in the pores of the surface layer portion, etc. It is easy to integrate with and has excellent bone conductivity. Moreover, since the biological implant of the present invention contains PEEK, it has excellent heat resistance, fatigue resistance, wear resistance, dimensional stability, chemical resistance, and also has biological safety and biocompatibility. It is suitable for artificial bones and dental implants.
[生体インプラント]
本発明の生体インプラントは、人工骨、デンタルインプラント、歯科材料、再生医療用材料等のことである。前記生体インプラントは、PEEKを含む樹脂製の生体インプラントであって、表層部の少なくとも一部がPEEKを含む多孔質によって形成され、前記多孔質の平均気孔径が1〜300μmであることを特徴とする。前記平均気孔径は、好ましくは3〜280μmであり、より好ましくは5〜260μmであり、さらに好ましくは10〜240μmであり、特に好ましくは20〜220μmである。平均気孔径が上記範囲であるため、気孔中に新生した骨芽細胞が入り込んで成長しやすく、患者の自家骨組織と一体化しやすくなり、骨伝導能に優れる。前記平均気孔径は、電子顕微鏡写真を用いて実施例記載の方法にて測定される。なお、本発明の生体インプラントは、生体インプラントの製造方法によっても異なるが、生体インプラント全体が多孔質でできていてもよく、生体インプラントの表層部の一部のみが多孔質でできていてもよい。
[Bioimplant]
The biological implant of the present invention refers to artificial bones, dental implants, dental materials, regenerative medical materials, and the like. The bio-implant is a resin-made bio-implant containing PEEK, wherein at least a part of a surface layer portion is formed of a porous material containing PEEK, and the average pore diameter of the porous material is 1 to 300 μm. To do. The average pore diameter is preferably 3 to 280 μm, more preferably 5 to 260 μm, still more preferably 10 to 240 μm, and particularly preferably 20 to 220 μm. Since the average pore diameter is in the above range, the newly formed osteoblasts are easy to enter and grow in the pores, easily integrated with the patient's own bone tissue, and have excellent osteoconductivity. The average pore diameter is measured by the method described in Examples using an electron micrograph. Note that the living body implant of the present invention differs depending on the manufacturing method of the living body implant, but the entire living body implant may be made porous, or only a part of the surface layer portion of the living body implant may be made porous. .
前記多孔質の気孔率(空孔率)は、好ましくは15〜70%であり、より好ましくは20〜65%であり、さらに好ましくは25〜60%である。気孔率が上記範囲であると、気孔中に新生した骨芽細胞が入り込んで成長しやすく、患者の自家骨組織と一体化しやすくなり、骨伝導能に優れる。前記気孔率は、電子顕微鏡写真を用いて実施例記載の方法にて測定される。 The porous porosity (porosity) is preferably 15 to 70%, more preferably 20 to 65%, and further preferably 25 to 60%. When the porosity is within the above range, osteoblasts newly born in the pores are easy to grow and grow, easily integrate with the patient's own bone tissue, and have excellent osteoconductivity. The porosity is measured by the method described in Examples using an electron micrograph.
本発明の生体インプラントの少なくとも多孔質部分の表面からの深さは、好ましくは2μmであり、より好ましくは5μmであり、さらに好ましくは8μmである。多孔質部分の表面からの深さが上記の範囲であると、気孔中に新生した骨芽細胞が入り込んで成長しやすく、患者の自家骨組織と一体化しやすくなり、骨伝導能に優れる。生体インプラントの少なくとも多孔質部分の表面からの深さは、例えば、生体インプラントの断面の電子顕微鏡写真から測定することができる。 The depth from the surface of at least the porous portion of the biological implant of the present invention is preferably 2 μm, more preferably 5 μm, and even more preferably 8 μm. When the depth from the surface of the porous portion is within the above range, the osteoblasts newly born enter the pores and grow easily, and are easily integrated with the patient's own bone tissue, and are excellent in osteoconductivity. The depth from the surface of at least the porous portion of the biological implant can be measured, for example, from an electron micrograph of a cross section of the biological implant.
本発明の生体インプラントは、前記多孔質にPEEKを含めばよく、特に制限されないが、PEEKの配合量は、生体インプラント全体に対して、例えば、10重量%以上であり、好ましくは20重量%以上であり、より好ましくは30重量%以上であり、さらに好ましくは50重量%以上である。PEEK以外には、その他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、金属、セラミックなどを本願の効果を損なわない範囲で含むことができる。 The biological implant of the present invention may contain PEEK in the porous material, and is not particularly limited. However, the amount of PEEK blended is, for example, 10% by weight or more, preferably 20% by weight or more with respect to the whole biological implant. More preferably, it is 30% by weight or more, and more preferably 50% by weight or more. Other than PEEK, other thermoplastic resins, thermosetting resins, metals, ceramics, and the like can be included within a range that does not impair the effects of the present application.
前記多孔質のPEEKの割合は、特に制限されないが、前記多孔質全体に対して、例えば、60重量%以上であり、好ましくは70重量%以上であり、より好ましくは80重量%以上であり、さらに好ましくは90重量%以上であり、特に多孔質がPEEKのみからなることが好ましい。PEEK以外には、その他の熱可塑性樹脂や添加剤などを本願の効果を損なわない範囲で含むことができる。 The ratio of the porous PEEK is not particularly limited, but is, for example, 60% by weight or more, preferably 70% by weight or more, and more preferably 80% by weight or more based on the whole porous material. More preferably, it is 90% by weight or more, and it is particularly preferable that the porous material is composed only of PEEK. Other than PEEK, other thermoplastic resins, additives, and the like can be included within a range not impairing the effects of the present application.
[生体インプラントの製造方法]
本発明の生体インプラントの製造方法は、PEEKファイバーを製造し、PEEKファイバーから形成された不織布を製造する工程を含むことが好ましい。また、本発明の生体インプラントの製造方法は、PEEKファイバーから形成された不織布をプレス成形により形成する工程(プレス工程)を必須の工程として含むことが好ましい。
[Method for producing biological implant]
It is preferable that the manufacturing method of the biological implant of this invention includes the process of manufacturing PEEK fiber and manufacturing the nonwoven fabric formed from PEEK fiber. Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the biological implant of this invention includes the process (press process) of forming the nonwoven fabric formed from PEEK fiber by press molding as an essential process.
前記プレス工程にて、PEEKファイバーから形成された不織布を生体インプラント(例えば、人工骨)の形状の多孔質成形品とする。前記プレス工程は、例えば、PEEKファイバーから形成された不織布を束ねて金型等を用いて圧縮成形する方法や、すでに別の方法で成形された成形品(人工骨等の生体インプラント)の表面に対して、インサート成形等でPEEKファイバーから形成された不織布を圧縮成形する方法や、すでに別の方法で成形された成形品に設けられた孔にPEEKファイバーから形成された不織布を挿入し、挿入した不織布と一体化し、生体インプラントとする方法等が挙げられる。なお、前記不織布には、布状のものだけでなく、ファイバー状のもの(PEEKファイバー)が含まれていてもよい。 In the pressing step, a non-woven fabric formed from PEEK fibers is used as a porous molded product in the form of a biological implant (for example, artificial bone). In the pressing step, for example, a non-woven fabric formed from PEEK fibers is bundled and compression-molded using a mold or the like, or a molded product (bioimplant such as artificial bone) already molded by another method is used. In contrast, a non-woven fabric formed from PEEK fibers is inserted into a hole provided in a molded product that has already been formed by another method, such as a method of compression molding a non-woven fabric formed from PEEK fibers by insert molding or the like. The method etc. which are united with a nonwoven fabric and set as a biological implant are mentioned. The non-woven fabric may include not only a cloth-like material but also a fiber-like material (PEEK fiber).
前記プレス工程の圧縮成形における圧縮成形率は、好ましくは0.1〜5%であり、より好ましくは0.3〜3%である。圧縮成形率が上記範囲であると、前記多孔質の気孔率が15〜70%となりやすい。 The compression molding rate in the compression molding in the pressing step is preferably 0.1 to 5%, more preferably 0.3 to 3%. When the compression molding ratio is in the above range, the porosity of the porous body is likely to be 15 to 70%.
前記のPEEKファイバーから形成された不織布を束ねて金型等を用いて圧縮成形する方法では、例えば、以下の方法により多孔質成形品を得る。まず、生体インプラントの金型を準備し、その金型にPEEKファイバーから形成された不織布を、金型の厚みより圧縮する分だけ厚く、均一な厚みとなるように束ねて挿入する。次に、型を閉じて加熱後、圧縮成形する。そして、冷却後、型から多孔質成形品を取り出す。上記加熱の加熱温度は、通常100〜300℃程度であり、加熱時間は、通常1〜10分程度である。圧縮成形における圧縮成形率は、上記の記載の通りである。なお、挿入する不織布には、布状のものだけでなく、ファイバー状のもの(PEEKファイバー)が含まれていてもよい。 In the method of bundling the nonwoven fabric formed from the PEEK fiber and compression-molding it using a mold or the like, for example, a porous molded product is obtained by the following method. First, a mold for a biological implant is prepared, and a non-woven fabric formed from PEEK fibers is inserted into the mold in a bundle that is thicker than the mold and compressed to a uniform thickness. Next, the mold is closed, heated, and then compression molded. Then, after cooling, the porous molded product is taken out from the mold. The heating temperature for the heating is usually about 100 to 300 ° C., and the heating time is usually about 1 to 10 minutes. The compression molding rate in compression molding is as described above. In addition, the nonwoven fabric to be inserted may include not only a cloth-like material but also a fiber-like material (PEEK fiber).
さらに、本発明の生体インプラントの製造方法は、前記プレス工程により得られた多孔質成形品に対して、表面改質を目的として、親水化処理を行う工程を含んでもよい。前記親水化処理により、生体インプラントの表面にさらに微細な多孔質を形成させることができる。前記親水化処理には、例えば、プラズマ処理、プラズマ処理後のグラフト反応、コロナ放電処理、グロー放電処理、アルカリ溶液処理、酸溶液処理、酸化剤処理、シランカップリング処理、陽極酸化処理、粗面化処理などが含まれる。中でもプラズマ処理、プラズマ処理後のグラフト反応、コロナ放電処理が好ましい。 Furthermore, the manufacturing method of the biological implant of this invention may also include the process of performing a hydrophilization process for the purpose of surface modification | reformation with respect to the porous molded article obtained by the said press process. By the hydrophilization treatment, a finer porous structure can be formed on the surface of the biological implant. Examples of the hydrophilic treatment include plasma treatment, graft reaction after plasma treatment, corona discharge treatment, glow discharge treatment, alkaline solution treatment, acid solution treatment, oxidant treatment, silane coupling treatment, anodic oxidation treatment, and rough surface. Includes processing. Of these, plasma treatment, graft reaction after plasma treatment, and corona discharge treatment are preferable.
前記プラズマ処理は、例えば、マイクロ波プラズマ処理装置を用いて、前記プレス工程により得られた多孔質成形品の表面に大気(エア)中でマイクロ波プラズマを照射することにより行う。マイクロ波プラズマ処理装置が、プラズマリアクタ直下をサンプルが等速度で通過するスキャン処理方式である場合、その送り速度は通常1〜20m/min程度である。(ガス)プラズマとしては、例えば、酸素、窒素、アルゴン、水素等を用いることができる。また、大気(エア)中以外に、窒素、アルゴン等の雰囲気下で行ってもよく、真空下で行ってもよい。マイクロ波プラズマ処理装置としては、例えば、株式会社ニッシン製マイクロ波プラズマ処理装置を用いることができる。 The plasma treatment is performed, for example, by irradiating the surface of the porous molded article obtained by the pressing step with microwave plasma in the air (air) using a microwave plasma processing apparatus. When the microwave plasma processing apparatus is a scan processing method in which the sample passes immediately below the plasma reactor at a constant speed, the feed speed is usually about 1 to 20 m / min. As the (gas) plasma, for example, oxygen, nitrogen, argon, hydrogen, or the like can be used. Further, in addition to the atmosphere (air), the process may be performed in an atmosphere such as nitrogen or argon, or may be performed in a vacuum. As the microwave plasma processing apparatus, for example, a microwave plasma processing apparatus manufactured by Nissin Co., Ltd. can be used.
前記のプラズマ処理後のグラフト反応は、例えば、前記プラズマ処理後の多孔質成形品を、窒素やアルゴン等の雰囲気下、アクリル酸メチルやアクリル酸エチル等のアクリル酸類に浸漬させ、作用させることにより行う。グラフト反応により、さらに多孔質成形品の表面を改質(親水化)することができる。使用するアクリル酸類は、トルエン等の有機溶媒で適度に薄めた溶液であってもよい。浸漬は、通常1〜48時間程度であり、常温下でもよく、30〜80℃程度の温度下で行ってもよい。 The graft reaction after the plasma treatment is performed, for example, by immersing the porous molded article after the plasma treatment in an acrylic acid such as methyl acrylate or ethyl acrylate under an atmosphere such as nitrogen or argon. Do. The surface of the porous molded product can be further modified (hydrophilized) by the graft reaction. The acrylic acid used may be a solution moderately diluted with an organic solvent such as toluene. Immersion is usually about 1 to 48 hours, may be performed at room temperature, or may be performed at a temperature of about 30 to 80 ° C.
前記コロナ放電処理は、例えば、コロナ放電表面処理装置を用いて、前記プレス工程により得られた多孔質成形品の表面に大気(エア)中でコロナ放電させたコロナ放電電子を照射することにより行う。コロナ放電表面処理装置が、コンベアー方式である場合、その送り速度は、通常1〜20m/min程度であり、コロナ放電の出力は、通常30〜500W程度である。コロナ放電表面処理装置としては、例えば、ウェッジ株式会社製コロナ放電表面処理装置を用いることができる。 The corona discharge treatment is performed, for example, by irradiating the surface of the porous molded article obtained by the pressing step with corona discharge electrons that have been corona discharged in the air (air) using a corona discharge surface treatment apparatus. . When the corona discharge surface treatment apparatus is a conveyor system, the feed rate is usually about 1 to 20 m / min, and the output of the corona discharge is usually about 30 to 500 W. As the corona discharge surface treatment apparatus, for example, a corona discharge surface treatment apparatus manufactured by Wedge Corporation can be used.
さらに、本発明の生体インプラントの製造方法は、前記プレス工程や親水化処理後、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、リン酸二水素カルシウム(Ca(H2PO4)2)、塩化カルシウム(CaCl2)などの水溶液に浸漬させ、Ca2+処理させてもよい。浸漬する時間は、好ましくは1〜30dayであり、より好ましくは3〜20dayである。このCa2+処理により、生体インプラントの多孔質にアパタイトが形成しやすくなり、優れた骨伝導能を得やすくなる。 Furthermore, the manufacturing method of the biological implant of the present invention includes calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), calcium dihydrogen phosphate (Ca (H 2 PO 4 ) 2 ), calcium chloride after the pressing step and the hydrophilization treatment. It may be immersed in an aqueous solution such as (CaCl 2 ) and Ca 2+ treated. The immersion time is preferably 1 to 30 days, and more preferably 3 to 20 days. By this Ca 2+ treatment, it becomes easy to form apatite in the porous body of the living body implant, and it becomes easy to obtain excellent osteoconductivity.
(PEEKファイバー)
前記PEEKファイバーは、繊維径の小さい繊維であることが好ましく、特に制限されないが、例えば、その直径は10μm以下(0.1〜10μm)である。上記PEEKファイバーの直径は、好ましくは0.5〜8μmであり、より好ましくは0.7〜6μmである。また、このような直径を有する繊維には、例えば、50〜1000nm程度の繊維径(直径)を有する繊維が含まれていてもよい。そして、PEEKファイバーの直径は、後述するPEEKファイバー製造方法の各種条件(例えば、高分子シートの厚さや高分子シートの送り速度、レーザー強度等)を適宜調整することにより、調整することができる。なお、PEEKファイバーの直径は、例えば、電子顕微鏡を用いて測定することができる。
(PEEK fiber)
The PEEK fiber is preferably a fiber having a small fiber diameter, and is not particularly limited. For example, the diameter is 10 μm or less (0.1 to 10 μm). The diameter of the PEEK fiber is preferably 0.5 to 8 μm, more preferably 0.7 to 6 μm. Moreover, the fiber which has a fiber diameter (diameter) of about 50-1000 nm may be contained in the fiber which has such a diameter, for example. The diameter of the PEEK fiber can be adjusted by appropriately adjusting various conditions (for example, the thickness of the polymer sheet, the feeding speed of the polymer sheet, and the laser intensity) of the PEEK fiber manufacturing method described later. The diameter of the PEEK fiber can be measured using, for example, an electron microscope.
前記PEEKファイバーの集合体としての平均繊維径(平均の直径)は、好ましくは10μm以下(0.1〜10μm)であり、より好ましくは0.5〜8μmであり、さらに好ましくは0.7〜6μmである。上記平均繊維径は、例えば、走査型電子顕微鏡を用いて繊維の形態を複数(例えば、10)撮影し、撮影した複数の画像から任意に1画像当たり10本程度の繊維径を画像処理ソフトなどで測定し、それらを平均することにより求めることができる。 The average fiber diameter (average diameter) as the PEEK fiber aggregate is preferably 10 μm or less (0.1 to 10 μm), more preferably 0.5 to 8 μm, and still more preferably 0.7 to 6 μm. The average fiber diameter is obtained by, for example, photographing a plurality of (for example, 10) fiber forms using a scanning electron microscope, and arbitrarily processing the diameter of about 10 fibers per image from the photographed images. It can be obtained by measuring with and averaging them.
前記PEEKファイバーは、好ましくは結晶化度が30%以下であり、より好ましくは29%以下であり、さらに好ましくは28%以下である。結晶化度が30%以下であると、加工性に優れ、不織布に容易に成形することができる。上記結晶化度は、例えば、X線回析法、DSC(示差走査熱量計)測定、密度法などにより求めることができる。なお、本願では結晶化度は、実施例に記載の方法によりDSC測定から求めた熱量から算出した。 The PEEK fiber preferably has a crystallinity of 30% or less, more preferably 29% or less, and still more preferably 28% or less. When the crystallinity is 30% or less, the processability is excellent and the nonwoven fabric can be easily formed. The crystallinity can be determined by, for example, an X-ray diffraction method, DSC (differential scanning calorimeter) measurement, density method, or the like. In the present application, the degree of crystallinity was calculated from the amount of heat obtained from DSC measurement by the method described in Examples.
前記PEEKファイバーのPEEKの割合は、特に制限されないが、前記PEEKファイバー全体に対して、例えば、60重量%以上であり、好ましくは70重量%以上であり、より好ましくは80重量%以上であり、さらに好ましくは90重量%以上であり、特にPEEKファイバーがPEEKのみからなることが好ましい。PEEK以外には、その他の熱可塑性樹脂や添加剤などを含むことができる。また、前記PEEKファイバーは、原料として高分子シートを用い、後述のPEEKファイバーの製造方法により得られることが好ましい。 The ratio of PEEK in the PEEK fiber is not particularly limited, but is, for example, 60% by weight or more, preferably 70% by weight or more, and more preferably 80% by weight or more based on the whole PEEK fiber. More preferably, it is 90% by weight or more, and it is particularly preferable that the PEEK fiber is composed only of PEEK. Other than PEEK, other thermoplastic resins and additives can be included. Moreover, it is preferable that the said PEEK fiber is obtained by the manufacturing method of the PEEK fiber mentioned later using a polymer sheet as a raw material.
前記高分子シートは、好ましくは結晶化度が25%以下であり、より好ましくは20%以下であり、さらに好ましくは15%以下である。上記結晶化度が25%以下であると、結晶化度の低いPEEKファイバーを得ることができる。高分子シートの結晶化度は、PEEKファイバーの結晶化度と同じ方法により求めることができる。 The polymer sheet preferably has a crystallinity of 25% or less, more preferably 20% or less, and even more preferably 15% or less. When the crystallinity is 25% or less, a PEEK fiber having a low crystallinity can be obtained. The crystallinity of the polymer sheet can be determined by the same method as the crystallinity of the PEEK fiber.
前記高分子シートは、繊維径の小さいファイバーを得やすい点から、溶融粘度が低いことが好ましく、例えば、400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の溶融粘度が、好ましくは800Pa・s以下(50〜800Pa・s)であり、より好ましくは600Pa・s以下であり、さらに好ましくは400Pa・s以下である。上記溶融粘度は、キャピラリーレオメーター(商品名「キャピログラフ 1D」、(株)東洋精機製作所製)により実施例に記載の方法で求めることができる。なお、シェアレート(せん断速度)もキャピラリーレオメーターを用いて測定することができる。 The polymer sheet preferably has a low melt viscosity from the viewpoint of easily obtaining a fiber having a small fiber diameter. For example, the polymer sheet is melted at a shear rate (shear rate) of 121.6 (1 / s) measured at 400 ° C. The viscosity is preferably 800 Pa · s or less (50 to 800 Pa · s), more preferably 600 Pa · s or less, and still more preferably 400 Pa · s or less. The melt viscosity can be determined by a capillary rheometer (trade name “Capillograph 1D”, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) according to the method described in Examples. The shear rate (shear rate) can also be measured using a capillary rheometer.
前記高分子シートは、例えば、チップ状のPEEKをTダイ押出成形機などで加熱溶融し、シート状にすることにより製造することができる。チップ状のPEEKとしては、市販品を用いることができ、商品名「VESTAKEEP 1000G」(ダイセル・エボニック(株)製)などを好適に用いることができる。なお、Tダイ押出成形機の加熱温度は、PEEKの融点以上であればよく、例えば、350〜400℃である。 The polymer sheet can be produced by, for example, heating and melting chip-like PEEK with a T-die extruder or the like to form a sheet. A commercially available product can be used as the chip-like PEEK, and a trade name “VESTAKEEP 1000G” (manufactured by Daicel-Evonik Co., Ltd.) can be preferably used. In addition, the heating temperature of a T-die extrusion molding machine should just be more than melting | fusing point of PEEK, for example, is 350-400 degreeC.
前記高分子シートは、ファイバーに用いられる各種の添加剤、例えば、赤外線吸収剤、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等)、難燃剤、帯電防止剤、着色剤、充填剤、滑剤、抗菌剤、防虫・防ダニ剤、防カビ剤、つや消し剤、蓄熱剤、香料、蛍光増白剤、湿潤剤、可塑剤、増粘剤、分散剤、発泡剤、界面活性剤等を含有してもよい。これらの添加剤は、単独で又は二種以上組み合わせて配合することができる。 The polymer sheet includes various additives used for fibers, such as infrared absorbers, stabilizers (antioxidants, ultraviolet absorbers, heat stabilizers, etc.), flame retardants, antistatic agents, colorants, fillers. , Lubricants, antibacterial agents, insect and acaricides, fungicides, matting agents, heat storage agents, fragrances, fluorescent brighteners, wetting agents, plasticizers, thickeners, dispersants, foaming agents, surfactants, etc. You may contain. These additives can be blended alone or in combination of two or more.
これらの添加剤のなかでは、界面活性剤を用いることが好ましい。高分子シートに高電圧を印加して電荷を注入する際、高分子シートは電気絶縁性が高く、電気抵抗の低くなる熱溶融部までに電荷を注入しにくい。しかし、界面活性剤を用いると、電気絶縁性の大きい高分子シートの表面の電気抵抗が低下し、熱溶融部まで十分に電荷を注入できる。また、界面活性剤などの付与は、高分子シートに高電圧を印加して電荷を注入する際、シートが複数成分で構成されている場合の相分離に有効である。 Of these additives, a surfactant is preferably used. When a charge is injected by applying a high voltage to the polymer sheet, the polymer sheet has high electrical insulation, and it is difficult to inject the charge to the heat melting portion where the electrical resistance is low. However, when a surfactant is used, the electric resistance of the surface of the polymer sheet having a large electrical insulation is lowered, and charges can be sufficiently injected up to the heat melting portion. Also, the application of a surfactant or the like is effective for phase separation when the sheet is composed of a plurality of components when a high voltage is applied to the polymer sheet to inject charges.
これらの添加剤は、それぞれ、高分子シートを構成する樹脂100重量部に対して、50重量部以下の割合で使用でき、好ましくは0.01〜30重量部、より好ましくは0.1〜5重量部の割合である。 Each of these additives can be used at a ratio of 50 parts by weight or less, preferably 0.01 to 30 parts by weight, more preferably 0.1 to 5 parts, per 100 parts by weight of the resin constituting the polymer sheet. It is the ratio of parts by weight.
前記高分子シートの厚さは、好ましくは0.01〜10mmであり、より好ましくは0.05〜5.0mmである。厚さが上記範囲であると、後述のPEEKファイバーの製造がしやすい。 The thickness of the polymer sheet is preferably 0.01 to 10 mm, more preferably 0.05 to 5.0 mm. When the thickness is in the above range, the PEEK fiber described later can be easily manufactured.
前記不織布は、前記PEEKファイバーを布状に集積させたものである。前記不織布の厚さは、用途に応じて適宜選択すればよく、0.0001〜100mm程度の範囲から選択できるが、好ましくは0.001〜50mm、より好ましくは0.01〜15mm、さらに好ましくは0.05〜1mmである。さらに、上記不織布の目付も、用途に応じて選択でき、好ましくは0.001〜100g/m2であり、より好ましくは0.05〜50g/m2、さらに好ましくは0.1〜10g/m2である。前記不織布は、後述する不織布の製造方法において、シートの送り速度やレーザー強度、また、捕集部材の移動速度等を調節することにより、製造する不織布の繊維径、厚み、目付等の形状を制御することができる。 The nonwoven fabric is obtained by accumulating the PEEK fibers in a cloth shape. What is necessary is just to select the thickness of the said nonwoven fabric suitably according to a use, Although it can select from the range of about 0.0001-100mm, Preferably it is 0.001-50mm, More preferably, it is 0.01-15mm, More preferably 0.05-1 mm. Further, the basis weight of the nonwoven fabric can be selected according to the intended use, preferably from 0.001 to 100 g / m 2, more preferably 0.05 to 50 g / m 2, more preferably 0.1 to 10 g / m 2 . In the nonwoven fabric manufacturing method described later, the nonwoven fabric is controlled in the fiber diameter, thickness, basis weight, and other shapes of the nonwoven fabric to be manufactured by adjusting the sheet feed rate and laser strength, and the moving speed of the collecting member. can do.
(PEEKファイバーの製造方法)
前記PEEKファイバーは、特に制限されないが、後述のレーザー溶融エレクトロスピニング法を用いて製造することが好ましい。レーザー溶融エレクトロスピニング法は、具体的には、以下の方法である。
(PEEK fiber manufacturing method)
The PEEK fiber is not particularly limited, but is preferably produced using a laser melting electrospinning method described later. Specifically, the laser melting electrospinning method is the following method.
前記PEEKファイバーの製造方法(レーザー溶融エレクトロスピニング法)について、図面を参照しながら説明する。図1は、PEEKファイバーの製造方法の一例を模式的に示す概略図である。PEEKファイバーの製造方法では、前記高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出される繊維を前記繊維捕集板方向に飛翔させ、前記繊維捕集板あるいは、前記帯状溶融部と前記繊維捕集板間に介在させた捕集部材上に捕集することにより、PEEKファイバーを得る。 A method for producing the PEEK fiber (laser melting electrospinning method) will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view schematically showing an example of a method for producing PEEK fiber. In the PEEK fiber manufacturing method, the polymer sheet is irradiated with a band-shaped laser beam to heat and melt the end of the polymer sheet in a linear shape, and a potential difference is generated between the melted band-shaped melted part and the fiber collecting plate. By forming a needle-like protrusion in the belt-like melted portion, and causing the fibers discharged from the needle-like protrusion to fly in the fiber collecting plate direction, the fiber collecting plate or the belt-like molten portion And PEEK fiber is obtained by collecting on a collecting member interposed between the fiber collecting plates.
前記PEEKファイバーの製造方法では、図1に示すように、レーザー発生源1から出射した断面がスポット状のレーザー光をビームエキスパンダー及びホモジナイザー2、コリーメンションレンズ3及びシリンドリカルレンズ群4からなる光路調節手段を介して断面が線状の帯状レーザー光5に変換した後、保持部材7に保持された高分子シート6の端部に形成される帯状溶融部6aに照射するとともに、高電圧発生装置10により電圧を印加し、帯状溶融部6aと高分子シート6の下側に配設された繊維捕集板8との間に電位差を生じさせる。また、サーモグラフィー9により帯状溶融部6aの温度を観測し、電圧や照射するレーザー光などの条件を最適化することができる。
In the PEEK fiber manufacturing method, as shown in FIG. 1, a laser beam having a spot-like cross section emitted from a laser generating source 1 is converted into an optical path adjusting means comprising a beam expander and homogenizer 2, a collimation lens 3 and a cylindrical lens group 4. After being converted into a strip-shaped
図1に示した例では、高分子シート6を保持する保持部材7が電極としての機能を兼ねており、高電圧発生装置10により、保持部材7に電圧が印加されると、高分子シート6の帯状レーザー光5の照射により形成される帯状溶融部6aに電荷が付与されることとなる。繊維捕集板8は、表面電気抵抗値が金属と同等程度を有するものである。その形状は例えば、板状、ローラー状、ベルト状、ネット状、鋸状、波状、針状、線状などが挙げられる。なお、光路調節手段は光学部品の集合体であり、ビームエキスパンダー及びホモジナイザー2、コリーメンションレンズ3、及びシリンドリカルレンズ群4などから構成されている。これらの光路調節手段を用いることにより、スポット状レーザー光を帯状レーザー光5に変換することができる。
In the example shown in FIG. 1, the holding member 7 that holds the polymer sheet 6 also functions as an electrode. When a voltage is applied to the holding member 7 by the high-
図1に示した例では、帯状レーザー光5の照射により、高分子シート6の帯状溶融部6aが加熱溶融されるとともに、この加熱溶融した部分に電荷が付与されることとなる。そして、図2に示すように電荷が付与された帯状溶融部6aには、その表面に電荷が集まり反発することによって、次第に複数の針状突出部(テーラーコーン)6bが形成され、電荷の反発力が表面張力を超えると、溶融した高分子シートは、テーラーコーン先端から静電引力により繊維捕集板8に向かって繊維として吐出され、即ち、針状突出部6bから繊維が形成され、繊維捕集板8方向に飛翔する。その結果、伸長した繊維は繊維捕集板8で捕集される。また、繊維捕集板8上に捕集部材を置くと、繊維は捕集部材上に捕集される。即ち、前記PEEKファイバーの製造方法では、繊維捕集板自身を繊維を捕集する部材としてもよく、繊維捕集板とは別に繊維捕集板上に捕集部材を載置してもよいのである。図2は、帯状溶融部6aに形成されるテーラーコーンの模式図である。
In the example shown in FIG. 1, the irradiation with the band-shaped
図2に示す上記テーラーコーンの数(テーラーコーンの間隔)は、高分子シート6の厚さを適宜変更することにより調整することができる。なお、テーラーコーンが発達するとは、テーラーコーンの高さ(図2中、h)が大きくなることを意味する。 The number of tailor cones shown in FIG. 2 (tailor cone spacing) can be adjusted by appropriately changing the thickness of the polymer sheet 6. The development of the tailor cone means that the height of the tailor cone (h in FIG. 2) increases.
上記テーラーコーンの数は、特に制限されないが、上記高分子シートの加熱溶融した部分の幅方向2cm当たり、好ましくは1〜100個であり、より好ましくは、1〜50個であり、さらに好ましくは、2〜10個である。テーラーコーンの数が、幅方向2cm当たり1〜100個であると、テーラーコーン同士の電気的な反発などによりファイバーの均整度が低下してしまうことがなく、適切な生産量を確保することができる。 The number of tailor cones is not particularly limited, but is preferably 1 to 100, more preferably 1 to 50, and still more preferably per 2 cm in the width direction of the heated and melted portion of the polymer sheet. 2 to 10 pieces. If the number of tailor cones is 1 to 100 per 2 cm in the width direction, the fiber leveling will not be reduced due to electrical repulsion between tailor cones, and an appropriate production amount can be secured. it can.
前記レーザー発生源としては、例えば、YAGレーザー、炭酸ガス(CO2)レーザー、アルゴンレーザー、エキシマレーザー、ヘリウム−カドミウムレーザー等が挙げられる。これらのなかでは、電源効率が高く、PEEKの溶融性が高い点から、炭酸ガスレーザーが好ましい。また、レーザー光の波長は、好ましくは200nm〜20μm、より好ましくは500nm〜18μm、さらに好ましくは5〜15μmである。 Examples of the laser generation source include a YAG laser, a carbon dioxide (CO 2 ) laser, an argon laser, an excimer laser, and a helium-cadmium laser. Of these, a carbon dioxide laser is preferred because of its high power efficiency and high PEEK meltability. The wavelength of the laser beam is preferably 200 nm to 20 μm, more preferably 500 nm to 18 μm, and still more preferably 5 to 15 μm.
また、前記PEEKファイバーの製造方法において、帯状レーザー光を照射する場合、そのレーザー光の厚さは、好ましくは0.5〜10mmである。レーザー光の厚さが、0.5mm未満では、テーラーコーンの形成が困難となる場合があり、10mmを超えると、溶融滞留時間が長くなり、材料の劣化を起こす場合がある。 Moreover, in the manufacturing method of the said PEEK fiber, when irradiating a strip | belt-shaped laser beam, the thickness of the laser beam becomes like this. Preferably it is 0.5-10 mm. If the thickness of the laser beam is less than 0.5 mm, it may be difficult to form a tailor cone. If the thickness is more than 10 mm, the melt residence time becomes long and the material may be deteriorated.
また、上記レーザー光の出力は、前記帯状溶融部の温度が高分子シートの融点以上であり、かつ、高分子シートの発火点以下の温度となる範囲に制御すればよいが、吐出させるPEEKファイバーの直径を小さくする観点からは高い方が好ましい。具体的なレーザー光の出力は、用いる高分子シートの物性値(融点、LOI値(限界酸素指数))や形状、高分子シートの送り速度等に応じて適宜選択できるが、好ましくは5〜100W/13cm程度であり、より好ましくは20〜60W/13cm、さらに好ましくは30〜50W/13cmである。上記レーザー光の出力は、レーザー発生源から出射したスポットビームの出力である。 The laser beam output may be controlled so that the temperature of the belt-shaped melted portion is not lower than the melting point of the polymer sheet and not higher than the ignition point of the polymer sheet. From the standpoint of reducing the diameter, a higher value is preferable. The specific output of the laser beam can be appropriately selected according to the physical properties (melting point, LOI value (limit oxygen index)) and shape of the polymer sheet to be used, the feeding speed of the polymer sheet, etc., but preferably 5 to 100 W. / 13 cm, more preferably 20 to 60 W / 13 cm, and still more preferably 30 to 50 W / 13 cm. The output of the laser beam is an output of a spot beam emitted from a laser generation source.
また、前記帯状溶融部の温度は、PEEKの融点(334℃)以上で、発火点以下の温度であれば特に限定されないが、通常300〜600℃程度であり、好ましくは350〜500℃である。 The temperature of the belt-like melted portion is not particularly limited as long as it is not lower than the melting point (334 ° C.) of PEEK and not higher than the ignition point, but is usually about 300 to 600 ° C., preferably 350 to 500 ° C. .
図1に示した前記PEEKファイバーの製造方法では、レーザー光は一方向のみから高分子シートの帯状溶融部(端部)に照射しているが、例えば反射ミラーを介してレーザー光を2方向から高分子シートの帯状溶融部(端部)に照射してもよい。高分子シートの厚さが厚くても、その端部をより均一に溶融させることができるからである。 In the method of manufacturing the PEEK fiber shown in FIG. 1, the laser beam is applied to the belt-shaped melted portion (end portion) of the polymer sheet from only one direction. For example, the laser beam is applied from two directions via a reflection mirror. You may irradiate the strip | belt-shaped fusion | melting part (edge part) of a polymer sheet. This is because even if the thickness of the polymer sheet is large, the end portion thereof can be melted more uniformly.
前記PEEKファイバーの製造方法において、上記高分子シートの端部と上記捕集部材との間に発生させる電位差は放電しない範囲で高電圧であるのが好ましく、要求される繊維径(直径)、電極と捕集部材との距離、レーザー光の照射量等に応じて適宜選択できるが、通常、0.1〜30kV/cm程度であり、好ましくは0.5〜20kV/cm、より好ましくは1〜10kV/cmである。 In the PEEK fiber manufacturing method, the potential difference generated between the end of the polymer sheet and the collecting member is preferably a high voltage within a range where no discharge occurs, and the required fiber diameter (diameter), electrode Although it can select suitably according to the distance with a collection member, the irradiation amount of a laser beam, etc., it is about 0.1-30 kV / cm normally, Preferably it is 0.5-20 kV / cm, More preferably, it is 1-. 10 kV / cm.
高分子シートの溶融部に電圧を印加する方法は、レーザー光の照射部(高分子シートの帯状溶融部)と電荷を付与するための電極部とを一致させる直接印加方法であってもよいが、簡便に装置を作製できる点、レーザー光を有効に熱エネルギーに変換できる点、レーザー光の反射方向を容易に制御でき、安全性が高い点等から、レーザー光の照射部と電荷を付与するための電極部とを別個の位置に設ける間接印加方法(特に、高分子シートの送り方向における下流側にレーザー光の照射部を設ける方法)が好ましい。特に、上記製造方法では、電極部よりも下流側で高分子シートに帯状レーザー光を照射するとともに、電極部とレーザー光照射部との距離(例えば、電極部の下端と、帯状レーザー光の上側外縁との距離)を特定の範囲(例えば、10mm以下程度)に調整するのが好ましい。この距離は、高分子シートの導電率、熱伝導率、ガラス転移点、レーザー光の照射量等に応じて選択でき、好ましくは0.5〜10mm、より好ましくは1〜8mm、さらに好ましくは1.5〜7mm、特に好ましくは2〜5mm程度である。両者の距離がこの範囲にあると、レーザー光照射部近傍での樹脂の分子運動性が高まり、溶融状態の樹脂に充分な電荷を付与できるため、生産性を向上できる。 The method of applying a voltage to the melted part of the polymer sheet may be a direct application method in which the laser light irradiation part (the belt-like melted part of the polymer sheet) and the electrode part for applying electric charge are matched. The laser beam irradiation part and the charge are given from the point that the device can be easily manufactured, the laser beam can be effectively converted into thermal energy, the reflection direction of the laser beam can be easily controlled, and the safety is high. An indirect application method (particularly, a method of providing a laser beam irradiation part on the downstream side in the feeding direction of the polymer sheet) is preferred in which the electrode part is provided at a separate position. In particular, in the above manufacturing method, the polymer sheet is irradiated with a band-shaped laser beam on the downstream side of the electrode unit, and the distance between the electrode unit and the laser beam irradiation unit (for example, the lower end of the electrode unit and the upper side of the band-shaped laser beam) It is preferable to adjust the distance to the outer edge to a specific range (for example, about 10 mm or less). This distance can be selected according to the electrical conductivity, thermal conductivity, glass transition point, laser beam irradiation amount, etc. of the polymer sheet, preferably 0.5 to 10 mm, more preferably 1 to 8 mm, and still more preferably 1. .About.5 to 7 mm, particularly preferably about 2 to 5 mm. When the distance between the two is in this range, the molecular mobility of the resin in the vicinity of the laser light irradiation portion is increased, and a sufficient charge can be imparted to the molten resin, so that productivity can be improved.
また、前記高分子シートの端部(テーラーコーンの先端部)と前記捕集部材との距離は特に限定されず、通常、5mm以上であればよいが、効率良く直径の小さいファイバーを製造するためには、好ましくは10〜300mmであり、より好ましくは15〜200mmであり、さらに好ましくは50〜150mmであり、特に好ましくは80〜120mmである。 In addition, the distance between the end of the polymer sheet (the tip of the tailor cone) and the collecting member is not particularly limited, and is usually 5 mm or more, but for efficiently producing a fiber having a small diameter. Is preferably 10 to 300 mm, more preferably 15 to 200 mm, still more preferably 50 to 150 mm, and particularly preferably 80 to 120 mm.
前記高分子シートを連続的に送り出す場合、その送り速度は特に限定されないが、好ましくは2〜20mm/minであり、より好ましくは3〜15mm/minであり、さらに好ましくは4〜10mm/minである。速度を速くすれば生産性が高まるが、速すぎると、レーザー光照射部近傍での高分子シートが充分溶融しないのでファイバーを製造しにくい。一方、速度が遅いと、高分子シートが分解したり、生産性が低くなる。 When the polymer sheet is continuously fed out, the feeding speed is not particularly limited, but is preferably 2 to 20 mm / min, more preferably 3 to 15 mm / min, and further preferably 4 to 10 mm / min. is there. Increasing the speed increases the productivity, but if the speed is too high, the polymer sheet in the vicinity of the laser light irradiation part does not melt sufficiently, so that it is difficult to manufacture the fiber. On the other hand, when the speed is low, the polymer sheet is decomposed or the productivity is lowered.
また、前記製造方法において、前記高分子シートの端部と前記捕集部材との間の空間は、不活性ガス雰囲気であってもよい。この空間を不活性ガス雰囲気とすることにより、繊維の発火を抑制できるため、レーザー光の出力を高めることができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、炭酸ガス等が挙げられる。これらのうち、通常、窒素ガスを使用する。また、上記不活性ガスの使用により、帯状溶融部における酸化反応を抑制することができる。 Moreover, in the said manufacturing method, an inert gas atmosphere may be sufficient as the space between the edge part of the said polymer sheet and the said collection member. By making this space an inert gas atmosphere, the firing of the fibers can be suppressed, so that the output of the laser light can be increased. Examples of the inert gas include nitrogen gas, helium gas, argon gas, carbon dioxide gas, and the like. Of these, nitrogen gas is usually used. In addition, the use of the inert gas can suppress the oxidation reaction in the belt-like melted portion.
また、上記空間は加熱してもよい。これにより、得られるファイバーの直径を小さくすることができる。即ち、空間の空気又は不活性ガスを加熱することにより、形成されつつある繊維の急激な温度低下を抑制することができ、これにより、繊維の伸長又は延伸を促進し、より極細な繊維が得られるのである。加熱方法としては、例えば、ヒーター(ハロゲンヒーター等)を用いた方法や、レーザー光を照射する方法等が挙げられる。加熱温度は、例えば、50℃以上の温度から樹脂の発火点未満までの温度範囲から選択できるが、紡糸性の点から、PEEKの融点未満の温度が好ましい。 The space may be heated. Thereby, the diameter of the obtained fiber can be made small. That is, by heating the air or inert gas in the space, it is possible to suppress a rapid temperature drop of the fiber being formed, thereby promoting the elongation or stretching of the fiber and obtaining a finer fiber. It is done. Examples of the heating method include a method using a heater (such as a halogen heater) and a method of irradiating a laser beam. The heating temperature can be selected from, for example, a temperature range from 50 ° C. or higher to less than the ignition point of the resin, but from the viewpoint of spinnability, a temperature lower than the melting point of PEEK is preferable.
(PEEKファイバーから形成された不織布の製造方法)
次に、PEEKファイバーから形成された不織布を製造する方法の一例について説明する。以下のPEEKファイバーから形成された不織布の製造方法では、上述のPEEKファイバーの製造方法において、繊維捕集板方向に飛翔させた繊維の捕集位置を経時的に移動させつつ、前記PEEKファイバーの製造方法を連続的に行い、これらを布状に集積させて不織布を得る。以下に示す方法により、PEEKファイバーから形成された不織布を製造してもよく、前記PEEKファイバーの製造方法で得られたPEEKファイバーを他の方法で不織布としてもよい。
(Method for producing non-woven fabric formed from PEEK fiber)
Next, an example of a method for producing a nonwoven fabric formed from PEEK fibers will be described. In the manufacturing method of the nonwoven fabric formed from the following PEEK fiber, in the above-mentioned manufacturing method of PEEK fiber, the manufacturing position of the PEEK fiber is moved while moving the collection position of the fibers flying in the fiber collecting plate direction. The method is continuously performed, and these are accumulated in a cloth shape to obtain a nonwoven fabric. The nonwoven fabric formed from PEEK fiber may be manufactured by the method shown below, and the PEEK fiber obtained by the manufacturing method of the PEEK fiber may be converted into a nonwoven fabric by another method.
ここで、繊維捕集板方向に飛翔させた繊維の捕集位置を経時的に移動させる方法としては、例えば、(1)捕集部材(繊維捕集板自身が捕集部材として機能する場合は繊維捕集板)を移動させる方法、(2)高分子シートの保持位置を移動させる方法、(3)テーラーコーンから捕集部材に向かって、飛翔中の繊維に力学的、磁力的又は電気的な力を作用させる方法、例えば、飛翔中の繊維にエアーを吹き付ける方法、(4)上記(1)〜(3)の方法を選択的に組合せる方法等を用いることができる。 Here, as a method for moving the collection position of the fibers flying in the fiber collection plate direction with time, for example, (1) a collection member (when the fiber collection plate itself functions as a collection member) (2) a method of moving the holding position of the polymer sheet, (3) a mechanical, magnetic or electrical force on the flying fiber from the tailor cone toward the collecting member. For example, a method of applying a strong force, for example, a method of blowing air to a fiber in flight, (4) a method of selectively combining the methods (1) to (3), and the like can be used.
これらのなかでは、装置の構成の簡略化が容易で、製造する不織布の形状(厚さや目付等)を制御しやすい点で、上記(1)の方法、即ち、捕集部材を移動させる方法が望ましい。以下、上記(1)の方法を用いる場合を例に、PEEKファイバーから形成された不織布の製造方法について、詳述する。 Among these, the method of (1) above, that is, the method of moving the collecting member is easy in that the configuration of the apparatus is easy and the shape (thickness, basis weight, etc.) of the nonwoven fabric to be manufactured can be easily controlled. desirable. Hereinafter, the method for producing a non-woven fabric formed from PEEK fibers will be described in detail by taking the case of using the method (1) as an example.
上記(1)の方法を用いたPEEKファイバーから形成された不織布の製造方法では、図1に示したPEEKファイバーの製造方法において、繊維捕集板8上に捕集部材を載置しておき、この捕集部材を高分子シート6の幅方法に垂直な方向(図中、右方向又は左方向)に移動させつつ、前記PEEKファイバーの製造方法を連続的に行う。ここで、捕集部材の移動速度は、一定であってもよいし、経時的に変化してもよく、さらには、移動と停止とを繰り返してもよい。なお、前記PEEKファイバーの製造方法を連続的に行うには、既に説明したように、ファイバーの製造工程の進行に伴って、高分子シート6を繊維捕集板8側(捕集部材側)に連続的に送り出せばよい。なお、高分子シートを連続的に送り出す速度(送り速度)は、前記PEEKファイバーの製造方法で記載した通りである。 In the manufacturing method of the nonwoven fabric formed from the PEEK fiber using the method of (1) above, in the PEEK fiber manufacturing method shown in FIG. 1, a collecting member is placed on the fiber collecting plate 8. The PEEK fiber manufacturing method is continuously performed while moving the collecting member in a direction perpendicular to the width method of the polymer sheet 6 (right direction or left direction in the figure). Here, the moving speed of the collecting member may be constant, may change with time, and may be repeatedly moved and stopped. In order to continuously perform the PEEK fiber manufacturing method, as described above, the polymer sheet 6 is moved to the fiber collecting plate 8 side (collecting member side) as the fiber manufacturing process proceeds. What is necessary is just to send out continuously. In addition, the speed | rate (feed speed) which sends out a polymer sheet continuously is as having described with the manufacturing method of the said PEEK fiber.
また、繊維捕集板8上の捕集部材の移動速度は特に限定されず、製造する繊維シートの目付等を考慮して適宜決定すればよいが、通常10〜2000mm/min程度である。例えば、目付1000g/m2の高分子シートの送り速度が0.5mm/minである場合、捕集部材の移動速度を1000mm/min程度に設定することにより、目付0.5g/m2程度の不織布を連続的に製造することができる。 Moreover, the moving speed of the collecting member on the fiber collecting plate 8 is not particularly limited, and may be appropriately determined in consideration of the basis weight of the fiber sheet to be manufactured, but is usually about 10 to 2000 mm / min. For example, when the feeding speed of the polymer sheet having a basis weight of 1000 g / m 2 is 0.5 mm / min, by setting the moving speed of the collecting member to about 1000 mm / min, the basis weight is about 0.5 g / m 2 . Nonwoven fabrics can be produced continuously.
図3は、上述の図1に示すPEEKファイバーの製造方法を含む、不織布製造装置の一例を模式的に示す断面図である。図3に示す装置(不織布製造装置)は、レーザー発生源11と、光路調節部材12と、高分子シート6を連続的に送り出せる高分子シート送り装置13と、高分子シート6を保持する保持部材16、高分子シート6に電荷を付与する電極17、繊維を捕集するための捕集部材22、電極17と高分子シート6の帯状溶融部(端部)6a及び捕集部材22を介して対向配置された繊維捕集板14、及び、加熱装置15が配設された筐体23と、電極17、繊維捕集板14のそれぞれに電圧を印加する高電圧発生装置20a、20bと、捕集部材22を移動させるためのプーリー21を備えている。なお、上記光路調節部材12は、上述のように光学部品の集合体であり、図1に示すビームエキスパンダー及びホモジナイザー2、コリーメンションレンズ3、及びシリンドリカルレンズ群4などから構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a nonwoven fabric manufacturing apparatus including the method of manufacturing the PEEK fiber shown in FIG. The apparatus (nonwoven fabric manufacturing apparatus) shown in FIG. 3 has a laser source 11, an optical
図3において、レーザー発生源11から出射し、光路調節部材12を介した帯状レーザー光5は、筐体23内に導入され、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aに照射される。筐体23の上部には、モータとモータの回転運動を直線運動に変換する機構とを備えた高分子シート送り装置13が取り付けられており、高分子シート6は、この高分子シート送り装置13に取り付けられ、連続的に筐体23内へ送り出されることとなる。一方、高分子シート6の下部は、電極17が取り付けられた保持部材16により保持されている。高分子シート6と電極17とは常に接触しているため、電極17に電圧が印加されると、高分子シート6に電荷が付与されることとなる。
In FIG. 3, the belt-shaped
電極17と対になる繊維捕集板14(電極17と対をなす電極として機能する)は、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6a及び捕集部材22を介して対向する位置に配設されている。そのため、電極17及び繊維捕集板14に電圧が印加された場合には、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aと捕集部材22との間には電位差が生じることとなる。電極17、繊維捕集板14への電圧の印加は、それぞれに接続された高電圧発生装置20a、20bにより行われる。なお、この不織布製造装置では、電極17が正電極であり、繊維捕集板14が負電極であるが、逆の場合でもよい。捕集部材22は、プーリー21とコンベアベルトとからなるベルトコンベアであり、コンベアベルト自体が、捕集部材22に相当する。そのため、プーリー21の駆動に伴って、捕集部材22(コンベアベルト)は所定の方向(例えば、図中、右方向)に移動する。
The
図3に示す不織布製造装置は、加熱装置15を備えており、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aから捕集部材22に向かって吐出され、伸長した繊維を加熱することができる。また、筐体23内には、レーザー光吸収板19及び熱吸収板18が備えられている。
The nonwoven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3 includes a heating device 15, and can heat the stretched fibers that are discharged from the belt-shaped melted portion (end portion) 6 a of the polymer sheet 6 toward the collecting
図3に示す不織布製造装置では、電極17及び繊維捕集板14の両方に電圧を印加した状態で、高分子シート送り装置13及び保持部材16により高分子シート6を送りつつ、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aに帯状レーザー光5を照射することにより、既に説明したように、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aにテーラーコーンが形成され、このテーラーコーンより繊維が吐出され、繊維捕集板14に飛翔し、その結果、伸長した繊維が捕集部材22で捕集されることとなる。そして、高分子シート6を連続的に送りつつ(連続的に繊維を吐出させつつ)、捕集部材22を移動させることにより、捕集部材22上に不織布を製造することができるのである。
In the nonwoven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the polymer sheet 6 is fed while the polymer sheet 6 is fed by the polymer
図3に示す不織布製造装置において、捕集部材22はシート状の部材である。この装置において、捕集部材22はシート状であれば特に限定されないが、紙、フィルム、各種織物、不織布、メッシュ等である。また、捕集部材が、金属あるいは表面電気抵抗値が金属と同等程度を有するシートあるいはベルトであってもよい。
In the nonwoven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the
図3に示す不織布製造装置において、電極17、繊維捕集板14の材料は、導電性材料(通常、金属成分)であればよく、例えば、クロム等の第6族元素、白金等の第10族元素、銅や銀等の第11族元素、亜鉛等の第12族元素、アルミニウム等の第13族元素等の金属単体や合金(アルミニウム合金やステンレス合金等)、又はこれらの金属を含む化合物(酸化銀、酸化アルミニウム等の金属酸化物等)等が挙げられる。これらの金属成分は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの金属成分のうち、銅、銀、アルミニウム、ステンレス合金等が特に好ましい。繊維捕集板14の形状は特に限定されないが、板状、ローラー状、ベルト状、ネット状、鋸状、波状、針状、線状などが挙げられる。これらの形状のうち板状、ローラー状が特に好ましい。レーザー光吸収板19としては、例えば、黒体を塗装した金属や多孔質セラミック等が挙げられる。熱吸収板18としては、例えば、黒色のセラミック等が挙げられる。このような装置を用いることにより、前記不織布を効率よく製造することができる。
In the nonwoven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the electrode 17 and the
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
(高分子シートの作製)
PEEK[ダイセル・エボニック社製、商品名「VESTAKEEP 1000G」]のチップ状試料をラボプラストミルTダイ押出成形装置((株)東洋精機製作所製)にて、ダイス幅150mm、リップ幅0.4mmのTダイを用いて、押出温度345〜360℃でシート状に押出し、引き取りロール温度140℃、巻き取り速度1.0〜2.0m/minで巻き取って、厚さ0.1mmの高分子シートを作製した。
作製した高分子シートの以下の方法で測定した溶融粘度(400℃)は、151Pa・sであり、高分子シートの結晶化度は、12.7%であった。高分子シートの結晶化度は、以下の不織布を形成するPEEKファイバーの結晶化度と同じ方法で求めた。
(Production of polymer sheet)
A chip sample of PEEK [manufactured by Daicel-Evonik Co., Ltd., trade name “VESTAKEEP 1000G”] is manufactured with a lab plast mill T die extrusion apparatus (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) with a die width of 150 mm and a lip width of 0.4 mm. A T-die is used to extrude into a sheet at an extrusion temperature of 345 to 360 ° C., and is taken up at a take-up roll temperature of 140 ° C. and a winding speed of 1.0 to 2.0 m / min. Was made.
The produced polymer sheet had a melt viscosity (400 ° C.) measured by the following method of 151 Pa · s, and the polymer sheet had a crystallinity of 12.7%. The crystallinity of the polymer sheet was determined by the same method as the crystallinity of the PEEK fiber forming the following nonwoven fabric.
(高分子シートの溶融粘度(400℃)の測定方法)
高分子シートの400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の溶融粘度は、キャピラリーレオメーター(商品名「キャピログラフ 1D」、(株)東洋精機製作所製)にて、キャピラリー径1mm、長さ10mmの冶具を用いて測定した。
(Measurement method of melt viscosity (400 ° C) of polymer sheet)
The melt viscosity at a shear rate (shear rate) of 121.6 (1 / s) measured at 400 ° C. of the polymer sheet was measured with a capillary rheometer (trade name “Capillograph 1D”, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) The measurement was performed using a jig having a capillary diameter of 1 mm and a length of 10 mm.
次に、上記の方法で作製した高分子シートを用いて、以下の方法によりPEEKファイバーから形成された不織布を製造した。 Next, the nonwoven fabric formed from PEEK fiber was manufactured with the following method using the polymer sheet produced by said method.
(PEEKファイバーから形成された不織布の製造)
図3に概要を示す不織布製造装置により、PEEKファイバーから形成された不織布を製造した。
図3に示した装置のレーザー発生源11として、CO2レーザー(ユニバーサルレーザーシステムズ社製、波長10.6μm、出力45W、空冷型、ビーム径φ4mm)を使用した。図3に示した装置の光路調整部材12として、倍率2.5倍のビームエキスパンダーと、ホモジナイザー(入射ビーム径φ12mm(設計値)、出射ビーム径φ12mm(設計値))と、コリーメンションレンズ(入射ビーム径φ12mm(設計値)、出射ビーム径φ12mm(設計値))と、シリンドリカルレンズ(平凹レンズ、f−30mm)及びシリンドリカルレンズ(平凸レンズ、f−300mm)とをこの順で所定の位置に配置したものを使用した。これらの光路調整部材を介することにより、スポット状のレーザー光を幅約150mm、厚さ約1.4mmの帯状レーザー光5に変換して高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aに照射した。このときのレーザー光の出力は61W/13cm、高分子シートの送り速度は、6mm/minであり、電極17と繊維捕集板14の間の電位差は、6kV/cmであった。
これにより、繊維径(直径)が0.7μmであるPEEKファイバーから形成される不織布が得られた。不織布を形成するPEEKファイバーの以下の測定方法での結晶化度は、24.0%であった。
(Manufacture of non-woven fabric formed from PEEK fiber)
The nonwoven fabric formed from PEEK fiber was manufactured with the nonwoven fabric manufacturing apparatus shown in FIG.
As the laser source 11 of the apparatus shown in FIG. 3, a CO 2 laser (Universal Laser Systems, wavelength 10.6 μm, output 45 W, air-cooled type, beam diameter φ4 mm) was used. As the optical
Thereby, the nonwoven fabric formed from the PEEK fiber whose fiber diameter (diameter) is 0.7 micrometer was obtained. The degree of crystallinity of the PEEK fiber forming the nonwoven fabric by the following measurement method was 24.0%.
(不織布を形成するPEEKファイバーの結晶化度の測定方法)
不織布を形成するPEEKファイバーの結晶化度は、DSC測定から求めた熱量から算出した。
DSC測定は、示差走査熱量計(DSC−Q2000/TA社製)を用い、基準材料はアルミナを用い、窒素雰囲気下、温度範囲は0〜420℃、昇温速度20℃/minの条件で行った。
DSC測定で求めた熱量から、以下の式を用いて結晶化度を求めた。
結晶化度(%)={(試料の融解熱[J/g])−(試料の再結晶化熱[J/g])}/完全結晶の融解熱(130[J/g])×100
(Measurement method of crystallinity of PEEK fiber forming nonwoven fabric)
The degree of crystallinity of the PEEK fiber forming the nonwoven fabric was calculated from the amount of heat obtained from DSC measurement.
DSC measurement is performed using a differential scanning calorimeter (DSC-Q2000 / TA), using alumina as a reference material, under a nitrogen atmosphere, in a temperature range of 0 to 420 ° C., and at a rate of temperature increase of 20 ° C./min. It was.
The crystallinity was determined from the amount of heat determined by DSC measurement using the following formula.
Crystallinity (%) = {(heat of fusion of sample [J / g]) − (heat of recrystallization of sample [J / g])} / heat of fusion of complete crystal (130 [J / g]) × 100
実施例1
上記方法で得られたPEEKファイバーから形成された不織布を金型(幅10mm、長さ30mm、厚さ1mm)に成形後の厚みが1mmとなるように束ねて挿入し、型閉じ後、200℃で5分間加熱し、プレス(圧縮成形)することにより多孔質成形品を得た。得られた多孔質成形品にプラズマ処理(表面改質処理)を行い、生体インプラント(人工骨用材料)を得た。プラズマ処理は、株式会社ニッシン製マイクロ波プラズマ処理装置を用い、真空引き後、ガスプラズマとして窒素ガスを用い、送り速度3m/minで処理を行った。
Example 1
The nonwoven fabric formed from the PEEK fiber obtained by the above method was inserted into a mold (
実施例2
実施例1と同様にプレス(圧縮成形)することにより多孔質成形品を得た。得られた多孔質成形品をエア中でコロナ処理(表面改質処理)を行い生体インプラント(人工骨用材料)とした。コロナ処理は、ウェッジ株式会社製コロナ放電表面処理装置を用い、コロナ放電の出力200W、送り速度3m/minで行った。
Example 2
A porous molded product was obtained by pressing (compression molding) in the same manner as in Example 1. The obtained porous molded article was subjected to corona treatment (surface modification treatment) in air to obtain a biological implant (artificial bone material). The corona treatment was performed using a corona discharge surface treatment apparatus manufactured by Wedge Corporation at a corona discharge output of 200 W and a feed rate of 3 m / min.
実施例3
実施例1と同様にプレス(圧縮成形)することにより多孔質成形品を得た。得られた多孔質成形品にプラズマ処理(表面改質処理)後、アクリル酸メチルでグラフト化した。その後、1mol/lの水酸化カルシウム(Ca(OH)2)水溶液を60℃で6時間作用させ、生体インプラント(人工骨用材料)とした。プラズマ処理は、株式会社ニッシン製マイクロ波プラズマ処理装置を用い、真空引き後、ガスプラズマとして窒素ガスを用い、送り速度3m/minで処理を行った。グラフト化は、アルゴン雰囲気下、30%アクリル酸メチル-トルエン溶液中60℃で12時間作用させた。
Example 3
A porous molded product was obtained by pressing (compression molding) in the same manner as in Example 1. The obtained porous molded article was subjected to plasma treatment (surface modification treatment) and then grafted with methyl acrylate. Thereafter, a 1 mol / l aqueous solution of calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) was allowed to act at 60 ° C. for 6 hours to obtain a biological implant (artificial bone material). The plasma treatment was performed at a feed rate of 3 m / min using a nitrogen plasma as a gas plasma after evacuation using a microwave plasma treatment apparatus manufactured by Nissin Co., Ltd. Grafting was effected in a 30% methyl acrylate-toluene solution at 60 ° C. for 12 hours under an argon atmosphere.
実施例4
実施例1と同様にプレス(圧縮成形)することにより多孔質成形品(生体インプラント)を得た。得られた多孔質成形品にプラズマ処理(表面改質処理)を行い、その後、0.3mmol/lのリン酸二水素カルシウム(Ca(H2PO4)2)と0.7mmol/lの塩化カルシウム(CaCl2)を混合した水溶液を60℃で6時間作用させ、生体インプラント(人工骨用材料)とした。プラズマ処理は、株式会社ニッシン製マイクロ波プラズマ処理装置を用い、真空引き後、ガスプラズマとして窒素ガスを用い、送り速度3m/minで処理を行った。
Example 4
A porous molded article (biological implant) was obtained by pressing (compression molding) in the same manner as in Example 1. The obtained porous molded article is subjected to plasma treatment (surface modification treatment), and then 0.3 mmol / l calcium dihydrogen phosphate (Ca (H 2 PO 4 ) 2 ) and 0.7 mmol / l chloride. An aqueous solution mixed with calcium (CaCl 2 ) was allowed to act at 60 ° C. for 6 hours to obtain a biological implant (artificial bone material). The plasma treatment was performed at a feed rate of 3 m / min using a nitrogen plasma as a gas plasma after evacuation using a microwave plasma treatment apparatus manufactured by Nissin Co., Ltd.
比較例1
作製した高分子フィルムをそのまま用い、高分子フィルムの表面にプラズマ処理を行ったものをサンプルとした。プラズマ処理は、株式会社ニッシン製マイクロ波プラズマ処理装置を用い、真空引き後、ガスプラズマとして窒素ガスを用い、送り速度3m/minで処理を行った。
Comparative Example 1
The produced polymer film was used as it was, and a sample obtained by subjecting the surface of the polymer film to plasma treatment was used as a sample. The plasma treatment was performed at a feed rate of 3 m / min using a nitrogen plasma as a gas plasma after evacuation using a microwave plasma treatment apparatus manufactured by Nissin Co., Ltd.
(生体インプラント(人工骨用材料)の評価方法)
上記の実施例1〜4及び比較例1の生体インプラント(人工骨用材料)を疑似体液(SBS)中に36.5℃にて1週間浸漬した後、アパタイトの形成を目視及び電子顕微鏡(SEM)にて表面形状の変化を観察することにより確認した。アパタイトの形成が確認されたとき(○;骨伝導能が良い)とし、アパタイトの形成が確認されなかったとき(×;骨伝導能が悪い)とした。疑似体液(SBS)は、J.Am.Ceram.Soc.,78,1769−1774(1995)の記載をもとに作製した。
(Evaluation method of biological implants (artificial bone materials))
After the biological implants (artificial bone materials) of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were immersed in simulated body fluid (SBS) at 36.5 ° C. for 1 week, the formation of apatite was observed visually and by an electron microscope (SEM). ) By observing changes in the surface shape. When the formation of apatite was confirmed (◯; bone conduction ability was good), and when the formation of apatite was not confirmed (x; bone conduction ability was bad). Simulated body fluid (SBS) Am. Ceram. Soc. , 78, 1769-1774 (1995).
(多孔質の平均気孔径の測定)
上記の実施例1〜4及び比較例1の生体インプラント(人工骨用材料)について、生体インプラントの多孔質部分の断面を切り出し、その断面の電子顕微鏡写真から任意の30点以上の気孔についてその面積を測定し、その平均値を平均気孔面積Saveとした。気孔が真円であると仮定し、下記式を用いて平均気孔面積から気孔径に換算した値を平均気孔径とした。ここでπは円周率を表す。
平均気孔径[μm]=2・(Save/π)1/2
(Measurement of porous average pore diameter)
About the living body implant (artificial bone material) of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 above, the cross section of the porous portion of the living body implant is cut out, and the area of any 30 or more pores from the electron micrograph of the section And the average value was defined as the average pore area Save . Assuming that the pores are perfect circles, the value obtained by converting the average pore area into the pore diameter using the following formula was defined as the average pore diameter. Here, π represents a circumference ratio.
Average pore diameter [μm] = 2 · (S ave / π) 1/2
(多孔質の気孔率の測定)
上記の実施例1〜4及び比較例1の生体インプラント(人工骨用材料)について、生体インプラントの多孔質の気孔率を下記式より算出した。
生体インプラントの表層部の一部又は全部を切り出し、その体積及び重量を測定した。
下記式において、Vは生体インプラントの多孔質(表層部)の体積[cm3]、Wは生体インプラントの多孔質の重量[g]、ρは密度[g/cm3]を示す。PEEKの密度は1.27[g/cm3]とした。
気孔率[%]=100−100・W/(ρ・V)
(Measurement of porous porosity)
About the biological implant (material for artificial bone) of said Examples 1-4 and the comparative example 1, the porous porosity of the biological implant was computed from the following formula.
A part or all of the surface layer portion of the biological implant was cut out, and the volume and weight thereof were measured.
In the following formula, V represents the volume (cm 3 ) of the porous (surface layer part) of the biological implant, W represents the weight (g) of the porous of the biological implant, and ρ represents the density [g / cm 3 ]. The density of PEEK was 1.27 [g / cm 3 ].
Porosity [%] = 100-100 · W / (ρ · V)
1 レーザー発生源
2 ビームエキスパンダー及びホモジナイザー
3 コリーメンションレンズ
4 シリンドリカルレンズ群
5 帯状レーザー光
6 高分子シート
6a 帯状溶融部
6b 針状突出部
7 保持部材
8 繊維捕集板
9 サーモグラフィー
10 高電圧発生装置
11 レーザー発生源
12 光路調整部材
13 高分子シート送り装置
14 繊維捕集板
15 加熱装置
16 保持部材
17 電極
18 熱吸収板
19 レーザー光吸収板
20a 高電圧発生装置
20b 高電圧発生装置
21 プーリー
22 捕集部材
23 筐体
h テーラーコーンの高さ
w 幅方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser generating source 2 Beam expander and homogenizer 3 Collimation lens 4
Claims (5)
生体インプラントの表層部の少なくとも一部がPEEKを含む多孔質によって形成され、前記多孔質の平均気孔径が1〜300μmである生体インプラントを得る、生体インプラントの製造方法。 A process of obtaining PEEK fibers having an average fiber diameter of 0.1 to 10 μm by laser melting electrospinning and obtaining a nonwoven fabric formed from PEEK fibers, and pressing the nonwoven fabric to form a porous molded article in the form of a biological implant A method for producing a biological implant, comprising the steps of obtaining, and a step of hydrophilizing the porous molded article, as essential steps.
A method for producing a living body implant, wherein a living body implant having at least a part of a surface layer portion of the living body implant formed of a porous material containing PEEK and having an average pore diameter of 1 to 300 μm is obtained.
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