JPH03149059A - 生体運動時の応力緩和機能を有する硬組織代替用複合高分子材料 - Google Patents

生体運動時の応力緩和機能を有する硬組織代替用複合高分子材料

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JPH03149059A
JPH03149059A JP2251832A JP25183290A JPH03149059A JP H03149059 A JPH03149059 A JP H03149059A JP 2251832 A JP2251832 A JP 2251832A JP 25183290 A JP25183290 A JP 25183290A JP H03149059 A JPH03149059 A JP H03149059A
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stress
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polymeric material
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Yamahito Kogure
木暮 山人
Haruyuki Kawahara
川原 春幸
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、生体運動時の応力緩和機能を有する硬組織代
替用複合高分子材料に関する。
[従来の技術] 従来の人工骨および人工歯牙等硬組織の移植体材料は、
単に強度的に耐え、あるいは生体的環境において安定で
あるだけの物質例えばセラミック等が用いられており、
そのいずれもが形態補修の域を出ないものであって、硬
組織の必要としている弾性率や衝撃吸収力等の生体力学
的親和性を欠いている。このため、歩行、咬合等の生体
運動時の衝撃に対する緩衝作用等に欠点があり、強い違
和感に甘んじねばならず、同時に使用中にヒビや破断等
の何等かの障碍を被る虞れも大きい、例えば、第1図の
ように長管1にセラミック製人工lIM骨2を埋込んだ
場合、第2図の応力一ひずみ曲線に示すようにセラミッ
クと骨質との弾性率に大差があるため、生体運動時に生
じる長管1の動きにセラミック製膝蓋骨2が対応できず
生体力学的に障碍を生じ、そのために強い違和感があり
、かつ激しい運動に不安があり、長期使用に耐え得ない
等の問題を有している。
このような問題に対処するため、第1材料である芯材に
第2材料として多孔質重合材料を被覆した補綴装置が特
開昭51−124097号公報で提案され、また芯部で
繊維補強した熱硬化性樹脂を用い、表面層に繊維補強の
熱可塑性樹脂または炭素層を用いた医学工学用製作材料
が特開昭52−9.4698号公報で提案され、さらに
またアパタイト焼結体をカーボン、シリコンカーバイト
等で補強したプラスチック材料と組み合わせた複合イン
プラント材料が特開昭53−144194号公報で提案
されている。
[発明が解決しようとする課題] しかし、上記従来技術はそのいずれも静的状態において
単に強度的に耐え、生体環境内において安定であるだけ
であり、生体各部所あるいは年令を考慮せずかつ生体運
動時の応力緩和機能および衝撃吸収機能を有せず、違和
感があり長期使用に耐え得ないという問題がある。
そこで本発明は生体運動時の動的状態において応力緩和
機能を発揮し得る硬組織代替用複合高分子材料を提供す
ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明は所定応力までは応力とひずみがほぼ比例し所定
応力に達すると応力の伸びが抑制される骨、歯牙に近似
した応力・ひずみ曲線をもつポリカーボネート樹脂また
はポリアリレート樹脂またはポリエーテルサルホン樹脂
に、弾性率、耐摩耗性。せん断強さ等の生体力学的物性
の調和が可能なチタン酸カリウム類またはカルシウムま
たはフッ素を生体の年令または部所に応じて組み合わせ
て添加し、生体の年令または部所に対応する骨、歯牙に
近似した生体力学的物性と調和を有する高分子複合材料
を得るものである。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して説明する
緻密骨組織のもつ弾性率は10〜10才において長管(
大腿骨、脛骨、尺骨等をいう)で15o、ooo〜18
0,000kQ/cd、歯牙(象牙質)は60.000
〜130.OOOkO10i!、また軟骨組織の弾性率
は250〜3oohol−で、この範囲内におい生体各
部所あるいは年令によりそれぞれ弾性率が異なる。
また、骨、歯牙の応カーひずみ曲線は第2図に示すよう
に金属と同様な曲線的な特性を有し材料の強さの違いに
より勾配が変化する。
また、骨、歯牙、金属の応カーひすみ曲線はそのいずれ
もが肩部分にカーブを有し、このカーブは強靭性つまり
、たわみに強く脆くないことを示している。これに対し
セラミックは直線的で肩部分にカーブがなく、これは靭
性がなく衝撃的な外力が加わったときに破断し脆いこと
を示している。また、金属の応カーひすみ線図は曲線的
であり、骨代替材料として用いられてきているが生体内
環境において腐食等の問題が発生し安定でない。
そこで、第2図のように骨、歯牙の特性曲線に近い応カ
ーひすみ曲線をもつ生体適合性の優れた高分子化合物を
複合高分子材料の主成物とする。そして、このような応
カーひすみ曲線をもつ高分子化合物とは、 fti式%
式% で表されるポリカーボネート樹脂(平均分子星23.0
00〜25,000) 、または一般式で表されるポリ
アリレート樹脂(平均分子量25、Goo)−または一
般式 で表されるポリエーテルサルポン樹脂(平均分子量40
,000)である。
これらの高分子化合物は直鎖にフェニレン基を有する独
特の化学横遣式である点で一致し、これによって第2図
に示す通り骨、歯牙より勾配が小さいが、骨、歯牙に近
似し肩部分にカーブを有する応カーひずみ曲線が得られ
る。前記主成物にチタン酸カリウム類またはガラス類ま
たはカルシウムまたはフッ素を繊維、粒子、粉末または
液状等の状態で所要添加率で組み合わせて添加して弾性
率等の生体力学的物性を近似させ硬組織と調和させる。
このように高分子化合物、添加物の種類、および添加物
の状態、割合等の種々の組み合わせにより所要の物性を
得ることができる。この場合、第2図に示すように所定
応力までは応力とひずみがほぼ比例し所定応力に達する
とひずみに対する応力の伸びが抑制される特性をもつ骨
および象牙質の応カーひすみ曲線に近似した曲線をもつ
前記高分子化合物に、例えば老人の場合にはチタン酸カ
リウム類およびガラス類を繊維または粒子の状態で複合
添加して比較的低い弾性率とし、青年の場合にはチタン
酸カリウム類またはガラス類またはフッ素を繊維または
粉末または液状の状態で複合添加して比較的高い弾性率
を得るようになし、また生体における動きの激しい部所
には高い弾性率、動きの少ない部所には低い弾性率が得
られるように樹脂、添加物の種類、および添加物状態、
割合等の組合わせを選択して所望の硬組織に応じた弾性
率、耐摩耗性。
粘弾性率、せん断率、曲げモーメント等の生体力学的物
性に調和させる。
第3図には上記の通りの複合高分子材料11により成形
した人工!I菩骨12を長管13に埋込んだ状態が示さ
れ、第4図には複合高分子材料11に金属材料14を補
強体として埋大して人工長骨15を成形したものが示さ
れ、第5図には人工肩甲骨16を成形したものが示され
ている。前記金属材料14は管状、板状等でよく複数の
透孔14aを散在させ、この透孔14aに充填する複合
高分子材料11により結合を強化してもよい、加えて、
レントゲン線不透過性をもたせてレントゲン検査を可能
にする。
試験例 表1に示す物性を有するポリカーボネート樹脂、ポリア
リレート樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂を用い、前記
ポリカーボネート樹脂に対しガラス繊維を、前記ポリア
リレート樹脂およびポリエーテルサルホン樹脂に対しチ
タン酸カリウムおよびガラス繊維をそれぞれ表−2に示
す含有量で添加して各複合高分子材料を得た。この結果
、ポリカーボネート樹脂を用いた複合高分子材料の引張
り強さは1400kg/cJ、弾性率は105,000
 kg/ oa、またポリアリレート樹脂を用いた複合
高分子材料の引張り強さは1280kH/Qil、弾性
率は103,000kg/cJ、またポリエーテルサル
ホン樹脂を用いた複合高分子材料の引張り強さは130
0hg/d、弾性率は107,000 hg/aaであ
った。前記各高分子複合材料の応カーひすみ実測値並び
にそのひずみに対する20才代の大腿骨(引張り強さ1
゜250 hg/aA、弾性率176.000 kg/
d)の応力値を対比すると表−3のようになり、第6図
に示すポリカーボネート樹脂を用いた複合高分子材料の
応カーひすみ曲線B、第7図に示すポリエーテルサルホ
ン樹脂を用いた複合高分子材料の応カーひずみ曲線Cお
よび第8図に示すポリアリレート樹脂を用いた複合高分
子材料の応カーひすみ曲線りはいずれも前記大腿骨の応
カーひすみ曲線Aに近似したものになった。
表−3 [発明の効果] 本発明は骨、歯牙等の硬組織移植体の分野において、単
に生体的環境で安定する基本的条件を満たし、かつある
程度の強度を有していればよいという従来の形態補修の
範囲に止まらず、新しく生体運動時の力学的物性に着目
し、それぞれの硬組織部分の代替用としてその硬組織と
調和するための所要生体力学的物性をもたせて、生体運
動時の応力緩和機能を有する硬組織代替用複合材料を提
供するから、かかる材料により成形された移植体は子供
から大人まで自然な調和感が運動時にも得られ長期間に
わたり障碍の虞れも無い優れた移植体となり、医療面に
おいて多大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示す断面図、第2図は応カーひすみ曲
線を示すグラフ、第3図〜第5図は本発明の実施例を示
す断面図、第6図〜第8図は各複合高分子材料と骨の応
カーひずみ特性を対比して示すグラフである。 11・・・複合高分子材料 12、15.16・・・人工骨 14・・・金属材料

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 所定応力までは応力とひずみがほぼ比例し 所定応力に達すると応力の伸びが抑制される骨、歯牙に
    近似した応力・ひずみ曲線をもつポリカーボネート樹脂
    またはポリアリレート樹脂またはポリエーテルサルホン
    樹脂に、弾性率、耐摩耗性、せん断強さ等の生体力学的
    物性の調和が可能なチタン酸カリウム類またはガラス類
    またはカルシウムまたはフッ素を生体の年令または部所
    に応じて組み合わせて添加し、生体の年令または部所に
    対応する骨、歯牙に近似した生体力学的物性と調和を有
    する高分子複合材料を得ることを特徴とする生体運動時
    の応力緩和機能を有する硬組織代替用複合高分子材料。
JP2251832A 1982-09-10 1990-09-25 生体運動時の応力緩和機能を有する硬組織代替用複合高分子材料 Granted JPH03149059A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51124097A (en) * 1975-04-11 1976-10-29 Glasrock Products Improved prosthetic device
JPS5294698A (en) * 1976-01-30 1977-08-09 Bosch Gmbh Robert Medical and technical material and method of producing same
JPS53144194A (en) * 1977-05-20 1978-12-15 Kureha Chemical Ind Co Ltd Compound implanted material and making method thereof

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