JPH0373157A - Composite product for medical treatment exhibiting bioactivity - Google Patents

Composite product for medical treatment exhibiting bioactivity

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JPH0373157A
JPH0373157A JP2121637A JP12163790A JPH0373157A JP H0373157 A JPH0373157 A JP H0373157A JP 2121637 A JP2121637 A JP 2121637A JP 12163790 A JP12163790 A JP 12163790A JP H0373157 A JPH0373157 A JP H0373157A
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JP
Japan
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coating layer
metal
glassy
layer
baking
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Pending
Application number
JP2121637A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukihiro Ebisawa
海老沢 幸弘
Koichiro Oura
大浦 好一郎
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Dental Prosthetics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain the bioactive composite product having a coating layer which has the excellent adhesive property to a base body and naturally forms an apatite layer in the body by constituting the above product of the glassy or crystallized glassy coating layer which is provided on the surface of the base body and exhibits bioactivity and incorporating the oxide component of the element constituting the above-mentioned base body into the glassy or crystallized glassy coating layer. CONSTITUTION:The metallic body 10 which is previously molded to a prescribed shape is provided with the glassy coating layer 20 by, for example, means for coating or baking. The glassy coating layer 20 dispersedly contains the metals or metal oxides 22 integrated by the heat treatment at the time of baking and a small quantity of the remaining metal ions 24. The composite product is integrated and combined with the in-vivo structure, such as bone, via the spontaneously generated apatite layer 30. The glassy or crystallized glassy coating layer 20 may be any if the apatite layer is formed thereon and is more specifically obtd. by using CaO and SiO2 as its essential component and adding a small amt. of the simple metal or oxide of the same metal components as the components of the metal to constitute the metal body 10 thereto and further adding B2O3, etc., thereto, and, for example, coating the mixture onto the metal body and baking the coating.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、生体活性を示す医療用複合製品およびその製
造方法、特に人工骨や人工歯根として有用な各種金属製
品および合金製品の表面にコーテイング材の被覆層を設
けた医療用複合製品およびその製造方法に関するもので
ある。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a bioactive medical composite product and a method for producing the same, particularly a coating on the surface of various metal products and alloy products useful as artificial bones and artificial tooth roots. The present invention relates to a medical composite product provided with a coating layer of material and a method for manufacturing the same.

(従来の技術) 従来、人工骨や人工歯根の材料としては、コバルトクロ
ム合金、ステンレス鋼、チタン合金などの耐食性合金や
、ポリメチルメタクリレート、シリコーン、高密度ポリ
エチレンなど生体内で比較的安定な高分子材料が用いら
れてきた。
(Prior technology) Conventionally, materials for artificial bones and artificial tooth roots have been made of corrosion-resistant alloys such as cobalt chromium alloys, stainless steel, and titanium alloys, as well as high-density materials that are relatively stable in vivo, such as polymethyl methacrylate, silicone, and high-density polyethylene. Molecular materials have been used.

これらのうち、金属材料は、機械的特性では優れた点を
有するものの、生体&Il織との親和性が劣ること、な
らびに、材料本体から溶出した金属イオンが人体に悪い
影響を与える恐れがあることなどの欠点を有している。
Among these materials, although metal materials have excellent mechanical properties, they have poor affinity with living organisms and tissue, and metal ions eluted from the material body may have a negative effect on the human body. It has drawbacks such as:

また、高分子材料は、摩耗などで生ずるモノマーなどが
、人体に悪い影響を与えることが指摘されている。
Furthermore, it has been pointed out that monomers generated from polymeric materials due to wear and the like have a negative effect on the human body.

これに対し、セラミック材料は一般に生体親和性に優れ
、(れから溶出jl、た成分が人体に悪い影響を与える
恐・れも少ない、−fのため、最近ではセラミンク材料
が多く使用きれるようになっできている。
On the other hand, ceramic materials generally have excellent biocompatibility, and there is little risk that the components eluted from them will have a negative effect on the human body. It is becoming.

し、かL7ながら、例えば、従来より人1:骨や人工歯
根の材料として使用され(いるアル代ナセラ柔ックスは
、機械的強度は優れているが、直接骨を化学結合し得な
屯、まために、周囲の管との間に何らかの固定が必要で
あり、長期的には、このような機械的固定のゆるみの問
題も存在し、−でいる。
However, for example, Al-Nasera Soft, which has traditionally been used as a material for bones and artificial tooth roots, has excellent mechanical strength but cannot be directly chemically bonded to bone. Therefore, some type of fixation is required between the tube and the surrounding tubes, and in the long term, there is also the problem of loosening of such mechanical fixation.

ご0)まうな状況の十で、今日、費と直接化学結合″4
ヘラ為・・り材料が精力的に探索されている。
0) In a reasonable situation, today, we will make a direct chemical bond with ``4''
Materials for spacing are being actively searched for.

その、L)な材料として、現在までのところ最も優れた
材料としえられているのは、M2O−CaO−310゜
11よOs系の結晶化ガラス(特公昭6210939号
)である。いわゆる虫体活性セラミック材料である。
The best L) material to date is M2O-CaO-310°11Os-based crystallized glass (Japanese Patent Publication No. 6210939). It is a so-called insect-activated ceramic material.

この止うな生体活性材料の特徴は生体活性を示すアパタ
イト層を体内で自然に化成するこLにある。
The unique feature of this bioactive material is that it naturally forms a bioactive apatite layer within the body.

実際、この結晶化ガラスは・、機械的強度が高く、製造
も容易なため、骨代替材p、=し’t、かなりの部分に
用いられ始め−こおり、白日、それの改R1応用とし、
で材料表面に!1体病性゛メバタイl−1cJ e作る
ごとぐ、極めζ優れノj= 4L体親1和性芝付−リさ
れJ、7坐体活性材料を作る研究が続けられでいる。
In fact, this crystallized glass has high mechanical strength and is easy to manufacture, so it has begun to be used for a considerable amount of bone substitute materials. ,
on the surface of the material! Research is continuing to create 1 somatopathic ``mebatalytic'' materials, which are extremely superior.

この上・)な研究成呆の1つとしζ生体内7直接骨を化
学結合」゛る性質(本明11il書では、I’ 71体
活惟」Cヒ記ず)を41し5、しかも極め“C尚い機依
的強度杏示ず材料として、/f体活刊結品化ガラス6.
7パ・2ルコニア(ZrO)を分散さ七で強化し、た複
合材料([、]本−1りミックス協会、X988第を回
シンポ・ンウJ7f稿簗p、393)が得られている。
In addition, one of the achievements of this research is the property of "directly chemically bonding bones in the living body" (in the book of the present invention, I' 71 Physical activity, not written in C h). As a material with extremely high mechanical strength, fused glass6.
A composite material ([,] Book-1 Remix Association, X988th Annual Symposium J7f Paperback, p. 393) has been obtained by reinforcing ZrO with dispersed ZrO.

しかし、なから、これはポットプレス焼結法によっご製
造するkめ、例えば人工股関節のような大きな製品の製
作が困難である。
However, since this method is manufactured using the pot press sintering method, it is difficult to manufacture large products such as artificial hip joints.

一方、このようεこ材料表内に°7バタイト層を形成づ
゛る技術が実現されてから、周囲の骨と化学的に一体化
し得るとともに、より大きな応力であって(、、かも複
雑に作用づる紀・力に耐える材料が求めみれるよ・うに
なってきた。これを解決するため、最近、機械的強度が
高く、耐8j駈力に優れた金属材事1(ステンレス鋼、
チタン合金、etc、)が見直きれ”でおり、その表面
十に生体活性なアパタイト系のセラミックス(ガラスも
含む)を被覆する試みが数多く行われている。
On the other hand, since the technology of forming a 7° batite layer within the surface of the material has been realized, it has become possible to chemically integrate it with the surrounding bone, and it has become possible to create a layer of batite with greater stress (... There has been a growing demand for materials that can withstand the forces that are exerted over time.In order to solve this problem, metal materials 1 (stainless steel, stainless steel,
Titanium alloys, etc.) have been under review, and many attempts have been made to coat their surfaces with bioactive apatite ceramics (including glass).

例えば、I(eneh らは、316L糸ステンレス鋼
七に、。
For example, I (eneh et al. 316L thread stainless steel 7,

)しメームスプレーコーーーf4ングならびにとぶ漬は
法により、パイオガシス(hioglass)、一つま
り虫体活性なアパタイト系セラミックを被覆した材料を
提案している。それによれば、まず1.スプレーコーテ
ィングは余滴とガラス層と山間で簡単に剥離が生じてし
まった。モこで、どぶ漬は法により猿用の入社大腿骨を
作り、体内に理大して経過を見た。しかし、金製とガラ
ス層との間の密着力が最も弱く、最終的には剥離σ)心
配があるこ占がわかった。
) Meme Spray Co., Ltd. and Tobuzuke propose materials coated with hioglass, that is, insect-active apatite-based ceramics. According to it, first 1. The spray coating easily peeled off between the residual droplets and the glass layer. At Moko, Dobusuke made a femur bone for a monkey according to the law, and placed it inside his body to see how it progressed. However, it was found that the adhesion between the gold and glass layers was the weakest, and there was a concern that they would eventually peel off.

(発明が解決しよう乏する課題) ここに、本発明の目的は、基体本体との密着性に優れ、
しかも体内で自然にアパタイト層を生成する被iuiを
備えた塗体活性複合製品tその製造方法をV!供するこ
たである。
(Problems that cannot be solved by the invention) Herein, an object of the present invention is to provide a material that has excellent adhesion to the base body,
What's more, it is a coating active composite product with an IUI that naturally generates an apatite layer in the body.The manufacturing method is V! This is a kota to serve.

(課題を解決づるための丁8段) まず、本発明者らは、上述の目的達成のため、金属基体
とガラス質被覆層との間の密着性を高める4段とし、て
、従来のは・)ろうの技術に殆られる方法であるは材金
属と同し全屈のイオンをで↑有づるガラス質あるいは結
晶化ガラス質層を′4fi、it’ることに着目した。
(Step 8 for Solving the Problems) First, in order to achieve the above-mentioned object, the present inventors developed a four-step method that increases the adhesion between the metal substrate and the glassy coating layer, which is different from the conventional method.・) We focused on the method, which is mostly used in wax technology, to form a glassy or crystallized glassy layer with ions that have the same total bending as the metal material.

J、?taL、Sci、 22(1987)1228−
1234参照、しかしながら、このlj法に止れば、ガ
ラス質層へ金属酸化物(FelOz)を3重囲%配含し
たとこる。余滴基体に対する密着性はイ・十分で、しか
も得られた被覆層は生体活性とならなかった。
J.? taL, Sci, 22 (1987) 1228-
Refer to No. 1234. However, if this lj method is used, the metal oxide (FelOz) is contained in the glassy layer in an amount of 3%. The adhesion of the residual droplet to the substrate was satisfactory, and the resulting coating layer was not bioactive.

そこで、本発明者らはこれらの点に・つき検討を重ねた
結果、次のような知見を得た。
Therefore, the present inventors have repeatedly studied these points, and as a result, have obtained the following knowledge.

すなわち、Cab−3in!系ガラス質の場合、生体活
性は材料表面からCaとSiイオンが適N溶IHiるこ
とによ、7て達成される占考えられる。つまり、Caイ
オンは周囲の体液の過飽和度を高め、一方、Siイオン
は、゛7バタイト植生戒のサイトとなる1肋きを有する
。そして、その材料表面に生体活性アパタイト(ICa
+o(PO4)a(011)z) Wlをノも威し、そ
れを介して骨と結合するものと考えられる。
In other words, Cab-3in! In the case of a vitreous material, biological activity is thought to be achieved through appropriate N-dissolution IHi of Ca and Si ions from the material surface. In other words, Ca ions increase the degree of supersaturation of the surrounding body fluid, while Si ions have one rib that serves as a site for batite vegetation. Then, bioactive apatite (ICa) is deposited on the surface of the material.
+o(PO4)a(011)z) It is thought that it also affects Wl and connects to bone via it.

しかるに、それに少量の金属酸化物が加わると、Caと
Siイオンの適量の溶出が阻害され、アパタイト層がで
きにくくなるのである。
However, when a small amount of metal oxide is added to it, the elution of appropriate amounts of Ca and Si ions is inhibited, making it difficult to form an apatite layer.

しかし、金属酸化物を含有していても、微量成分の添加
および調整を行うことにより、骨と化学結合し得る程度
の適量のCaと54イオンの溶出を確保するとともにそ
れらのイオン溶出が過多とならず、また当該金属酸化物
成分が溶出しないようにすることができることが分かっ
た。すなわち、前述の金属酸化物を含有していても、N
azO2BtusおよびP2O,の各成分のいずれかま
たはそれらを適宜組み合わせて含有させること、あるい
は、加熱処理により当該酸化物を結晶化させることによ
り、適量のCaならびにSiイオンの溶出を得、その表
面に生体活性アパタイト層を生成させることができ、極
めて優れた生体親和性を有する医療複合製品を作る可能
性のあることを見い出し、本発明に至った。なお、かか
る原理は金属基体と金属酸化物の組み合わせに限らず、
セラミック質基体を使用する場合のその構成元素の酸化
物との組み合わせについても同様に云えることである。
However, even if metal oxides are contained, by adding and adjusting trace components, it is possible to ensure the elution of an appropriate amount of Ca and 54 ions that can chemically bond with bone, and to prevent the elution of excessive amounts of Ca and 54 ions. It was also found that the metal oxide component could be prevented from being eluted. In other words, even if it contains the metal oxide mentioned above, N
By containing either or a suitable combination of each component of azO2Btus and P2O, or by crystallizing the oxide by heat treatment, an appropriate amount of Ca and Si ions can be eluted, and living organisms can be deposited on the surface. We have discovered that it is possible to generate an active apatite layer and create a medical composite product with extremely excellent biocompatibility, leading to the present invention. Note that this principle is not limited to the combination of metal substrate and metal oxide;
The same can be said of the combination of constituent elements with oxides when a ceramic substrate is used.

よって、本発明の要旨とするところは、生体不活性な基
体本体と、該基体本体の表面に設けた生体活性を示すガ
ラス質被覆層とから成り、該ガラス質被覆層に前記基体
本体を構成する元素の酸化物成分を含有させたことを特
徴とする、生体活性を示す医療用複合製品である。
Therefore, the gist of the present invention is to consist of a biologically inert substrate body and a bioactive vitreous coating layer provided on the surface of the substrate body, and to form the substrate body in the vitreous coating layer. This is a medical composite product that exhibits biological activity, and is characterized by containing an oxide component of an element.

また、別の面からは、本発明の要旨とするところは、基
体本体を用意し、該基体本体の表面に該基体本体を構成
する元素の酸化物成分を含有させた生体活性を示すガラ
ス質被覆層を焼き付け、焼付時の熱処理温度を変更する
ことにより前記ガラス質被覆層内の前記酸化物成分の濃
度勾配を実現し、該ガラス質被覆層の生体活性の程度を
調整することを特徴とする、生体活性を示す医療用複合
製品の製造方法である。
In addition, from another aspect, the gist of the present invention is to prepare a substrate body, and to prepare a vitreous substance exhibiting bioactivity containing an oxide component of an element constituting the substrate body on the surface of the substrate body. By baking the coating layer and changing the heat treatment temperature during baking, a concentration gradient of the oxide component in the vitreous coating layer is realized, and the degree of bioactivity of the vitreous coating layer is adjusted. This is a method for producing a medical composite product that exhibits bioactivity.

ここに、本発明にいう「医療用複合製品」とは、人工骨
、人工関節、人工歯根、さらには体内埋入用発熱体、骨
折用固定棒、プレート等が例示されるが、いずれも基体
本体で所定の形状を与え、さらに表面被覆層として基地
本体の成分を含む生体活性被覆層を設けたものであれば
、いずれも本発明にかかる医療用複合製品に包含される
Here, the "medical composite products" referred to in the present invention include artificial bones, artificial joints, artificial tooth roots, heating elements for implantation in the body, fixation rods for fractures, plates, etc., but all of them have a base material. Any product that has a main body that has a predetermined shape and is further provided with a bioactive coating layer containing components of the base body as a surface coating layer is included in the medical composite product according to the present invention.

また、「基体本体」は、通常はコバルトクロム合金、ス
テンレス鋼、チタン合金などの耐食性合金から成る金属
基体がその優れた強度から好ましいが、必要によりアル
逅ナセラξツクス、ジルコニアセラミックスなどのセラ
ミック質基体を用いることもできる。
In addition, for the "base body", a metal base made of a corrosion-resistant alloy such as a cobalt chromium alloy, stainless steel, or a titanium alloy is usually preferable due to its excellent strength, but if necessary, a metal base made of a ceramic base such as aluminum ceramics or zirconia ceramics is preferable. A substrate can also be used.

(作用) 第1図は、本発明にかかる医療用複合製品の被覆構造の
模式的説明図である。なお、図示例にあっては基体本体
として金属本体の例をもって示す。
(Function) FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of the covering structure of the medical composite product according to the present invention. In the illustrated example, a metal body is used as the base body.

図中、予め所定形状に成形された金属本体10はガラス
質被覆層20が、例えば塗布、焼付の手段によって設け
られている。ガラス質被覆層20は上記焼付の際の熱処
理によって集積した金属または金属酸化物22と残った
少量の金属イオン24を分散して含有している。なお、
このガラス質被覆層20は後述するように多層構造とし
てもよい。
In the figure, a metal body 10 previously formed into a predetermined shape is provided with a glassy coating layer 20 by, for example, coating or baking. The glassy coating layer 20 contains a dispersed metal or metal oxide 22 accumulated by the heat treatment during the baking process and a small amount of remaining metal ions 24. In addition,
This glassy coating layer 20 may have a multilayer structure as described later.

ガラス質被覆層20の上にはアパタイト1i30が生成
しているが、これは生体内で自然に形成されるのであっ
て、本発明にかかる複合製品はこの自然発生したアパタ
イト層30を介して骨などの生体内組織と一体化して結
合するのである。
Apatite 1i30 is formed on the vitreous coating layer 20, and this is naturally formed in the body, and the composite product according to the present invention can absorb bone through this naturally generated apatite layer 30. It integrates and bonds with in-vivo tissues such as.

ガラス質あるいは結晶化ガラス質被覆層20は、生体活
性を呈するものであれば、つまりその上にアパタイト層
が生成するものであればいずれであってもよいが、より
特定的には、CaOおよびStO□を主成分とし、これ
に金属本体10を構成する金属と同じ会議成分の単体金
属あるいは酸化物を少量、一般には1〜60重量%程度
配合し、さらにB2O3、P2O3、モしてNa、0の
少なくとも一種を添加して構成した配合物を基体本体に
例えば塗布、焼付して得たものである。
The vitreous or crystallized vitreous coating layer 20 may be of any material as long as it exhibits bioactivity, that is, as long as an apatite layer is formed thereon, but more specifically, it may be made of CaO and StO□ is the main component, and a small amount of an elemental metal or oxide of the same composition as the metal constituting the metal body 10 is blended therein, generally about 1 to 60% by weight, and further B2O3, P2O3, Na, It is obtained by, for example, applying and baking a composition containing at least one of the following.

なお、ここに1結晶化」とはガラス質被覆層の焼付時に
、あるいは焼付後に行う熱処理により生じるガラス質の
結晶化を言い、結晶化させることにより基体と親和性の
高い金属酸化物結晶と生体活性な結晶のコンボジントを
容易に得られるという利点が見(bれる。結晶化の温度
条件は*rJ、=同様であっζ、−旦焼付を11つでか
ら改めて結晶化処理を行ってもよいが、通常は焼イ・1
”に・りついて熱処理を行うことによっで結晶化が実現
される。もちろん、焼付処理によって部分的に結晶化は
進行する。
Note that "1 crystallization" here refers to the crystallization of glass that occurs during the baking of the glassy coating layer or due to the heat treatment performed after baking. The advantage is that active crystal combos can be easily obtained (b).The temperature conditions for crystallization are *rJ, = the same, ζ, - You may perform the crystallization process again after baking at 11. However, it is usually grilled.
Crystallization is achieved by applying heat treatment to the surface.Of course, crystallization progresses partially due to baking treatment.

次に、本発明の奸適態様において上述のようにガラス買
被1’W層20の組成を限定した理由を詳述する。
Next, the reason why the composition of the glass cover 1'W layer 20 is limited as described above in the clever embodiment of the present invention will be explained in detail.

本発明にかかるガラス質V攬層20は、鉄合金(例:ス
テンレス鋼)から金属本体を構成する場合、具体的には
、1〜60重四%Pe103を含自づるCaO−5i0
2系ガラス質であっ−ζ、これに合fil配合蛍が3 
=30mli%のB2O2、P、01、およびNano
の少なくよもト種を添加する。他にLi1O1K、Oな
とも添加して良いが1.その生体・活性に及ばず影響に
十分留意して1%以下とするのが好ましい。
When the metal body of the vitreous V-layer 20 according to the present invention is made of an iron alloy (e.g. stainless steel), specifically, the vitreous V-layer 20 contains CaO-5i0 containing 1 to 60% Pe103.
2 series glassy substance -ζ, and the fil combination fireflies are 3
=30mli% B2O2, P, 01, and Nano
Add at least wormwood seeds. In addition, Li1O1K and O may be added, but 1. It is preferable to limit the content to 1% or less, with sufficient consideration given to its influence on the living body and activity.

このように、ガラス賞被覆層がCaO−5if!を主成
分とし、これに8□01、P、05、およびNanoの
少なくとも一種を添加するのは生体活性を確保するため
ごある。
In this way, the glass coating layer is CaO-5if! is the main component, and at least one of 8□01, P, 05, and Nano is added thereto to ensure biological activity.

ここで、NazO18,0,あるいはP、0.り選んだ
理由は、それl’l身の少量の溶出が)A:体に対し書
=F14凡ることが無く、しかも、材料表面での7バタ
イト層の生成を促進する作用を有するからである。
Here, NazO18,0, or P,0. The reason for choosing it is that a small amount of elution will not cause any problems to the body, and it also has the effect of promoting the formation of a 7-batite layer on the material surface. be.

ただし、実用的には更に多量の金属酸化物成分を配合し
たガラスの方が望ましい。例えば、これをコーテイング
材として利用する場合は、約20%の金崩酸化物を含崩
さセると、基体金属とガラス質層との密着性が開りする
ことが知られている。
However, from a practical standpoint, a glass containing a larger amount of metal oxide component is more desirable. For example, when using this as a coating material, it is known that if about 20% of gold decomposition oxide is included, the adhesion between the base metal and the glassy layer will be improved.

あるいは、ハイパーサーミア用発熱体とL2て用いる場
合には、約40%以−Lの金属酸化物を含イ1させる必
要がある。しかし、そのようGご比較的多輩の全滅酸化
物を配合すると士述のようにNazOl[1,0゜ある
いはP2O,を配合しζも十分な生体活性’!確保で赤
ないことがある。
Alternatively, when used as a heating element for hyperthermia, it is necessary to contain about 40% or more of a metal oxide. However, when such a relatively large number of annihilated oxides are blended, NazOl [1,0° or P2O, as mentioned above] is blended, and ζ also has sufficient bioactivity! There are times when it is not red due to reservation.

そこで、このような問題を解決tべく、従来の結晶化ガ
ラス作製の手法に従がい、40%のFc40.。
Therefore, in order to solve this problem, we followed the conventional method of producing crystallized glass and produced 40% Fc40. .

を含むCaO−5i02ガラス(RJx、PxOs少量
含む)を、焼付後、酸化雰囲気の条件Fで、室温〜10
50゛Cで30〜300分間加熱処理することにより、
金属イオン同士が熱拡散により集積し“C,マグネタイ
ト(FezO4)微粒イを生威し、残ったFeイオンを
少量含む集体活性なガラス■トリックス中に、金属酸化
物粒子を分散し、た複合体が得られる。このような熱処
理ツノ法によれば、ガラスマトリソクス中のFぐイオン
の量によって生体活性の速度(例えば骨との結合速度)
タコントロールすることができる。
After baking, CaO-5i02 glass (containing a small amount of RJx, PxOs) was heated at room temperature to 10°C under oxidizing atmosphere condition F.
By heating at 50°C for 30 to 300 minutes,
Metal ions aggregate through thermal diffusion to produce fine C, magnetite (FezO4) particles, and metal oxide particles are dispersed in an active glass matrix containing a small amount of remaining Fe ions to form a composite. According to this heat-treated horn method, the rate of biological activity (for example, the rate of bonding with bone) is determined by the amount of F ion in the glass matrix.
can be controlled.

金属本体と同種の金属のイオンを例えば酸化物の形態で
配合するのは、基体金属との密着性を増強するためごあ
り、−力、利用目的に応じて必要量は変化するが、余り
多量に配合するとガラス質被履層自体の生体′活性が失
われる。−・般に、本発明にあって金X酸化物そして1
〜60瑣置%程度に制限する。
The purpose of blending ions of the same type of metal as the metal body, for example in the form of an oxide, is to enhance the adhesion with the base metal. If it is added to the vitreous layer itself, the biological activity of the vitreous underlayer itself will be lost. - Generally, in the present invention, gold X oxide and 1
Limited to ~60%.

このような金属本体と金属イオンとQ)llみ合わせは
、チタン合金とチタン酸化物(Tie、)、ステンレス
鋼よ鉄酸化物(pesoa、、FezO3)、りIff
ム酸化物ccrzoa) 、、アルミニウムと鉛酸化物
(PbO)などが挙げられるが、このこと「]体は、既
に一般に知られζいる。
Such combinations of metal bodies and metal ions include titanium alloys and titanium oxides (Tie), stainless steels and iron oxides (pesoa, FezO3), and Iff
Aluminum oxide (ccrzoa), aluminum and lead oxide (PbO), etc., are already generally known.

なお、基体本体がアルミナ、ジルコニアなどのセラミッ
ク質である場合には、基体本体と元素との組み合ね七は
、例えばアルミナ−アルミJ〜、ジルコニア−ジルコニ
アである。
When the base body is made of ceramic such as alumina or zirconia, the combination of the base body and the elements is, for example, alumina-aluminum J~ or zirconia-zirconia.

ここで、本発明にかかる医療用複合製品の製造方法につ
いてさらに詳述する。
Here, the method for manufacturing a medical composite product according to the present invention will be described in further detail.

まr、人1骨あるいは人11!■根などの医療製品とし
Cのl」駒形状に基体4体4.底形づるゆこれは従来法
と同様にして行えばよく、本発明にあっても特定の手段
、形態に制限されるものではない。
Well, 1 human bone or 11 human bones! ■ Medical products such as roots, and 4 base pieces in the shape of a piece 4. The bottom shape may be formed in the same manner as in the conventional method, and the present invention is not limited to specific means or forms.

このようにして用意した基体本体に、必要により脱脂、
洗浄、乾燥などの予備処理を行ってから、止述のような
配合割合で調整された被覆m酸物をその表面に塗布する
。その場合の被覆層形成手段は特に制限されず、例えば
スプレーコーティング法あるいはとぶ漬は法によって1
.記配合物を塗布し次いで焼(=1を行えばよい。
The base body prepared in this way may be degreased and
After performing preliminary treatments such as washing and drying, a coating acid compound adjusted in the proportions described above is applied to the surface. In that case, the means for forming the coating layer is not particularly limited, and for example, spray coating or dipping may be used depending on the method.
.. The above formulation may be applied and then baked (=1).

このときの焼付温度は950〜1100°Cが望ましい
The baking temperature at this time is preferably 950 to 1100°C.

これは、この範囲より低い温度であると、Na、 B。At temperatures below this range, Na, B.

あるいはPなどのイオン、金属イオンの熱拡散が十分に
行われず、生体活性が得られないからである。一方、1
100°C超であると基体本体とガラス質層との間に生
成する酸化物層が厚くなり、剥離し易くなる。金属イオ
ンの熱拡散状況については、鉄の場合、メスバウアース
ペクトル、VSM等によって予め確認し最適な焼付温度
を求めておけばよい。
Another reason is that ions such as P and metal ions are not thermally diffused sufficiently, and biological activity cannot be obtained. On the other hand, 1
If the temperature exceeds 100°C, the oxide layer formed between the base body and the glassy layer becomes thick and easily peels off. Regarding the thermal diffusion state of metal ions, in the case of iron, it is sufficient to check the optimum baking temperature in advance by checking the Mössbauer spectrum, VSM, etc.

前述のように、この被覆層の焼付に際しては、焼付時あ
るいはその後にさらに熱処理を行うことにより結晶化を
図り、前記ガラス質被覆層内の前記酸化物成分の濃度勾
配を実現してガラスマトリックス内の元素単体もしくは
その酸化物の含有量を調整し、基体との密着性と該ガラ
ス質被覆層の生体活性の程度を調整することができる。
As mentioned above, when baking this coating layer, crystallization is achieved by further heat treatment during or after baking, and a concentration gradient of the oxide component in the glassy coating layer is realized, so that the concentration gradient of the oxide component within the glass matrix is achieved. By adjusting the content of the element or its oxide, the adhesion to the substrate and the degree of bioactivity of the vitreous coating layer can be adjusted.

具体的には、熱拡散による分相の現象を利用するのであ
る。
Specifically, it utilizes the phenomenon of phase separation caused by thermal diffusion.

さらに、基体本体表面へのガラス質層のコーティングを
、数回に分けて行ってもよく、その場合、基体表面に遠
い程、つまり上層はど基体本体と同種金属の金属単体も
しくはその酸化物成分の含有量を減らしたほうが、生体
活性が得られ易い、なお、この場合には必ずしもNan
o、 BtusあるいはP 205の配合を必要とせず
に、ガラス質表面の生体活性を確保することができるが
、Caおよびslイオンの溶出が過多となり、−旦生成
したアパタイト層が剥離しやすい。
Furthermore, the coating of the glassy layer on the surface of the substrate body may be carried out in several parts. It is easier to obtain biological activity by reducing the content of Nan.
Although the biological activity of the glassy surface can be ensured without the need to incorporate o, Btus, or P 205, the elution of Ca and sl ions becomes excessive, and the apatite layer formed is likely to peel off.

なお、ガラス質被覆層をこのように複層構造とした場合
の焼付温度は、好ましくは950〜1100″Cの範囲
とする。
In addition, when the glassy coating layer has a multilayer structure as described above, the baking temperature is preferably in the range of 950 to 1100''C.

このようにして本発明にしたがって得られる生体活性を
示す医療用複合製品にあっては、生体内におけるアパタ
イト層の生成は著しく速やかに行われる。例えば、ステ
ンレス鋼の金属本体にガラス質被覆層が形成される場合
、CaO5lOzを主成分とし、これに3重量%Fe1
03を配合し、さらに合計配合量が3〜30重量%のN
aミオを添加すると、焼付後得られたガラス質被覆層は
、生体内と同様な環境下において、わずか2日でその表
面にアパタイト層が生成し得ることが分かった。 B、
(hおよびP!0.に比較してNa、0を添加した場合
が最も早くアパタイト層が生成し得る。
In the bioactive medical composite product thus obtained according to the present invention, the formation of an apatite layer in vivo occurs extremely rapidly. For example, when a glassy coating layer is formed on a stainless steel metal body, the main component is CaO5lOz and 3% by weight of Fe1.
03, and a total amount of 3 to 30% by weight of N.
It was found that when a-myo was added, an apatite layer could be formed on the surface of the glassy coating layer obtained after baking in just two days under an environment similar to that in vivo. B,
(Compared to h and P!0., an apatite layer can be formed fastest when Na, 0 is added.

本発明にかかる複合製品の用途としては、前述のような
人工歯根、人工骨の他に、温熱療法用の発熱体としても
使用できる。すなわち、電磁誘導により金属あるいは金
属酸化物が発熱し、しかも周囲のアパタイト層は生体親
和性に優れているため、体内における長期の埋入も可能
である。
The composite product according to the present invention can be used not only as an artificial tooth root and an artificial bone as described above, but also as a heating element for thermotherapy. That is, the metal or metal oxide generates heat due to electromagnetic induction, and the surrounding apatite layer has excellent biocompatibility, so long-term implantation in the body is possible.

次に、本発明をその実施例によってさらに具体的に説明
する。
Next, the present invention will be explained in more detail with reference to examples thereof.

実施例1 第1表の示す組成のガラス質セラミック材料をステンレ
ス鋼板表面に塗布し、1000°Cで60分間焼付した
。ガラス質被覆層は一部結晶化が見られた。
Example 1 A vitreous ceramic material having the composition shown in Table 1 was applied to the surface of a stainless steel plate and baked at 1000°C for 60 minutes. Crystallization was observed in some parts of the glassy coating layer.

このようにして得られた複合製品は、擬似体液に浸漬し
て表面にアパタイト層が生成するか否かを観察した。
The thus obtained composite product was immersed in a simulated body fluid to observe whether an apatite layer was formed on the surface.

金属面とその上のガラス質あるいは結晶化ガラス質被覆
層の密着性は、引き離しテストによって評価し、同じく
第1表にその結果を示す。
The adhesion between the metal surface and the vitreous or crystallized glass coating layer thereon was evaluated by a pull-off test, and the results are also shown in Table 1.

!111表 (重量%) 実施例2 次に本例では実施例1を繰り返したが、重量比でl:l
のCaO−3jOt 100に対して、NazG配合量
5重量比を基本&[l威として、添加する鉄酸化物(F
ears)の添加量を変化させ、そのときのガラス質あ
るいは結晶化ガラス質被覆層の密着性の変化およびアパ
タイト層の生成の有無を調べた。結果は第2表にまとめ
て示す。
! Table 111 (% by weight) Example 2 In this example, Example 1 was then repeated, but with a weight ratio of 1:1.
The iron oxide (F
The amount of addition of vitreous (ears) was varied, and the changes in the adhesion of the glassy or crystallized glass coating layer and the presence or absence of the formation of an apatite layer were investigated. The results are summarized in Table 2.

第2表 第3表 実施g43 次に本例では実施例2を繰り返し5たが、NazOに代
えてB□Os+PJs含計配合鼠4m1it%使用した
Table 2 Table 3 Example g43 Next, in this example, Example 2 was repeated, but NazO was replaced with B□Os+PJs at a total content of 4 ml and 1 it%.

添加する鉄酸化物(PezO,)の添加量占、そのとき
のガラス質あるいは結晶化ガラスa′4!1覆層の密着
性の変化およびアパタイト層の4威のを無を調べた。結
果は第3表にまとめで示す。
The amount of iron oxide (PezO) added, changes in the adhesion of the vitreous or crystallized glass a'4!1 covering layer, and the effects of the apatite layer were investigated. The results are summarized in Table 3.

実施VA4 金属本体としてチタン基合金(Ti−6八Q−、l V
合金)を使用し、酸化鉄に代えて酸化チタンを使用した
点を除いて、実施例1を繰り返した。
Implementation VA4 Titanium-based alloy (Ti-68Q-, l V
Example 1 was repeated, except that titanium oxide was used instead of iron oxide.

同様の結果を得た。Obtained similar results.

実施例5 本例ではガラス質被覆層の焼付温度と金属酸化物の濃度
勾配との相関を示す。
Example 5 This example shows the correlation between the baking temperature of the glassy coating layer and the metal oxide concentration gradient.

実施例2に準してガラス質被覆層を設け、そのときの焼
付温度を種々変更した。各焼付温度にお!Jるマトリッ
クス内での金属酸化物の濃度変化を定性的に第2図にグ
ラフで示す。
A vitreous coating layer was provided in accordance with Example 2, and the baking temperature was varied. For each baking temperature! The variation in metal oxide concentration within the matrix is qualitatively illustrated graphically in FIG.

最初は均−組成の被y!!層を設けたが、焼(=1後に
は焼付温度に応じてマトリックス内の金属酸化物濃度が
減じる傾向がみられる。
At first, the uniform composition is covered by y! ! However, after baking (=1), there is a tendency for the metal oxide concentration in the matrix to decrease depending on the baking temperature.

(発明の効果) このように、本発明によれば、基体本体と山密着性に優
・れ、かつ生体活性を星する医療用複合製品が得られる
のであって、基体の機械的強度が十分に′発揮されるば
かりでなく、極めて優れた生体親和性を有し、特に電峨
誘擺用発熱体として利用する場会には1、その効率的発
熱が珂能になるなど、その作用効果は顕薯である。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a medical composite product that has excellent adhesion to the base body and has excellent bioactivity, and the base has sufficient mechanical strength. Not only does it have excellent biocompatibility, but it is especially suitable for use as a heating element for electric induction. is a manifestation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明にかかる次療用複1)・製品の融覆構
造の略式説明図;および 第2図は、ガラス質の焼(4温度を金i酸化物のマトリ
ックス内濃度変化との相関を定性的に示すグラフである
。 金属基体  20; ガラス質被覆層 金属酸化物 金属イオン アバタ・fl・層
Fig. 1 is a schematic explanatory diagram of the melting and covering structure of the next-therapeutic product according to the present invention; and Fig. 2 is a schematic illustration of the melting structure of the vitreous sintering product (1) and Fig. 2 shows the changes in the concentration of gold-i oxide in the matrix. It is a graph qualitatively showing the correlation between: Metal substrate 20; Glassy coating layer Metal oxide Metal ion avatar/fl/layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)生体不活性な基体本体と、該基体本体の表面に設
けた生体活性を示すガラス質あるいは結晶化ガラス質被
覆層とから成り、該ガラス質あるいは結晶化ガラス質被
覆層に前記基体本体を構成する元素の酸化物成分を含有
させたことを特徴とする、生体活性を示す医療用複合製
品。
(1) Consisting of a biologically inert substrate body and a bioactive vitreous or crystallized glass coating layer provided on the surface of the substrate body, the glassy or crystallized glass coating layer is coated with the substrate body. A medical composite product exhibiting biological activity, characterized by containing an oxide component of the elements that constitute the.
(2)基体本体を用意し、該基体本体の表面に該基体本
体を構成する元素の酸化物成分を含有させた生体活性を
示すガラス質あるいは結晶化ガラス質被覆層を焼き付け
、焼付時の熱処理温度を変更することにより前記ガラス
質被覆層内の前記酸化物成分の濃度勾配を実現し、基体
との密着性と該ガラス質被覆層の生体活性の程度を調整
することを特徴とする、生体活性を示す医療用複合製品
の製造方法。
(2) Prepare a substrate body, bake a biologically active vitreous or crystallized glass coating layer containing an oxide component of the element constituting the substrate body on the surface of the substrate body, and heat treatment during baking. A biological method characterized by realizing a concentration gradient of the oxide component in the vitreous coating layer by changing the temperature and adjusting the adhesion with the substrate and the degree of bioactivity of the vitreous coating layer. A method for producing an active medical composite product.
JP2121637A 1989-05-11 1990-05-11 Composite product for medical treatment exhibiting bioactivity Pending JPH0373157A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995013100A1 (en) * 1993-11-09 1995-05-18 The Foundation For The Promotion Of Ion Engineering Bone substitute material and process for producing the same
JP4712790B2 (en) * 2004-03-04 2011-06-29 フューチャーメディカルシステム・ソシエテ・アノニム Pressure transmission connector for endoscopy system

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