JPH0397466A - 生体活性水酸アパタイト膜のコーティング法 - Google Patents

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、骨修復材料、体内埋め込み式医療器具器材、
医療用品、各種人工臓器などの生体中で使用される材料
のコーティング法に関するものである。

更に、詳しくは本発明は、無機材料、金属材料、有機材
料を問わず、生体内で使用されるすべての材料の表面に
、骨と類似した構造と組成を有する生体活性な水酸アパ
タイト膜のコーティング法に関するものである。

（従来の技術） 水酸アパタイトを基材にコーティングする方法としては
、プラズマ溶射法を用いたもの（特開昭６２−３４５５
９号公報、特開昭６３−１６０６６３号公報）や、Ｃａ
とＰを含んだ溶液または化合物を基材表面に塗布し、こ
れを焼結させる方法（特開昭６２−２３１６６９号公報
、特開昭６３−２４９５２号公報、特開昭６３−４６１
６５号公報）が一般的である。

この他にスパッタリング法（特開昭５８−１０９０４９
号公報）や、フレーム溶射法（日本セラミソクス協会　
１９８８第１回秋期シンポジウム講演予稿集　４０１〜
４０２ページ）、ガラスフリットによる焼付け法（第９
回バイオマテリアル学会大会予稿集　１９８７　　６ペ
ージ）、電気泳動法（日本セラミックス協会　１９８８
第１回秋期シンポジウム講演予稿集　４１７〜４１８ぺ
−ジ）などがあり、さらには、本発明の発明者らによる
水溶液とガラスを用いる方法が提案されている（特願平
１−７４８２９号）。

（発明が解決しようとする問題点） 」二記した水酸アパタイトを基材にコーティングする方
法のうち、プラズマ溶射法、フレーム溶射法は、複雉で
高価な装置を必要とすること、また緻密な膜を作りにく
いこと、さらには原料の水酸アパタイトが一旦高温で溶
融されるので、生体内のアパタイトと異なる種類のアパ
タイトの膜が形或されることになるという問題がある。

また、スパッタリング法は、複雑で高価な装置を必要と
すること、原料の水酸アパタイトが一旦高エネルギーで
分解されるので、生体内のアパタイトと異なる種類のア
パタイトの膜が形或されることになるという問題がある
。

また、焼結法や、ガラスフリット法は、８５０℃前後の
熱処理を必要とするため、耐熱性の高い基材にしか適用
できないこと、さらにこの場合も原料の水酸アパタイト
が一旦高温で加熱処理されるので、生体内のアパタイト
と異なる種類のアパタイトの膜が形戒されることになる
という問題がある。

また、電気泳動法は、基材自身を電極として用いるため
、良導性の金属基材にしか適用できないこと、原料に焼
結アパタイトを用いるため、生体内のアパタイトと異な
る種類のアパタイトの膜が形威されることになるという
問題がある。

また、ガラスと水溶液を利用する方法は、膜厚が１〜２
μｍと薄いため、生体内に埋人した場合、アパタイト膜
が骨に吸収されてしまい、骨と結合させるという用途に
は使用できないという問題がある。

本発明者らはさきに、ガラス中にアパタイトとウォラス
トナイトを析出させる方法によって、生体内で短期間に
骨と自然に強く化学的に結合する生体活性を有し、しか
も長期にわたって高い機械的強度を保つ結晶化ガラスを
開発した。本発明者らはこの生活活性を支配する因子を
追及する過程で、セラミックスが骨と結合する際に重要
な役割を果たすのは、焼結法やガラス結晶化法によりつ
くられたセラミックス中に存在するアパタイト相ではな
く、それらが体内に埋人されたとき周囲の体液と反応し
て新しく作る骨類似のアパタイト相であることを明らか
にした。さらにこのアパタイト相は、それらｆｔと結合
するセラミックスを細胞を含まず無機イオン濃度だけを
ヒトの体液に等しくした水溶液に浸漬しただけでも作ら
れることを見出した。

本発明者らはこれらの知見をもとに、種々の基材の表面
にアパタイトの核を形威させた後、体液に近いイオン濃
度を有する水溶液中に浸漬させることにより、基材表面
に骨類似のアパタイト相を形成させ得ることに着目し、
鋭意研究の結果、予見どうりに生体活性水酸アパタイト
の膜が得られることを可能とした。

したがって、この発明は、無機材料、金属材料、有機材
料を問わず、すべての基材の上に、加熱処理を行うこと
なく、生体内の骨と類似の生体活性アパタイトの膜を極
めて簡便にコーティングできる方法を提供するものであ
る。

（問題点を解決するための手段） すなわち、この発明は、アパタイトの核を表而に有する
基材を、飽和濃度近くかもしくは飽和濃度を越える量の
水酸アパタイト成分を溶解した水溶液に浸漬することに
より、基材表面に骨類似の水酸アパタイトの膜を形成さ
せることを特徴とする生体活性水酸アパタイト膜のコー
ティング法である。

（実施の条件） 本発明のコーティング法を実施するにあたっては、以下
のように、水溶液中のイオン濃度、ｐＨ１温度について
条件を設定しておく必要がある。

前記水溶液の濃度は、アパタイトの構戊戒分であるＣａ
”＋イオンとＨＰＯ４”−イオンをその飽和濃度に近い
かもしくはこれを少し越えた量の濃度で含んでいること
を要する。

その例を第１表に示す。第１表中、試料番号１〜７はＣ
ａ２“イオンとＨＰＯ４”−イオンのみを含右する水溶
液である。試料番号８〜１３はＣａ２＋イオンとＨＰＯ
４’−イオンの他にＮａ”、Ｋ＋Ｍｇ２＋、ＣＩ−、Ｈ
ＣＯｓ−、ｓｏ．”一などを種々含有する水溶液である
。試料番号１４はヒトの血漿とほぼ等しいイオン濃度を
有するものである。これらはいずれもアパタイトの核を
その表面に有する基村上に水酸アパタイト膜の形威能力
を有するものである。ただし、Ｃａ″＋イオンまたはＨ
ＰＯ２−イオンの濃度が０．０１ｍＭ未満では膜形成能
力がきわめて低く、Ｃａ”＋イオンまたはＨＰＯ２−イ
オンの濃度がそれぞれ１０ｍＭ，５０ｍＭを越えると、
水溶液中いたるところに水酸アパタイトの沈殿が生じ、
目的の基村上には水酸アパタイトの膜が成膜されない。

したがって．溶質としてＣａ（！：Ｐを次のイオンに換
算して．Ｃａ”０．０１　〜１　０ｍＭ，ＨＰＯ．”　
０．０１　〜５０ｍＭの範囲で含有することが必要であ
る。水溶液の溶質として必須であるイオンはＣａ’＋イ
オンまたはＨ　Ｐ　Ｏ　．”−の２つであるが、それ以
外にＮａ”．Ｋ’、Ｍｇ２＋、ＣＩ−、Ｈ　Ｃ　Ｏ　３
−、ｓｏ．２−などのイオンを含んでいてもかまわない
。水溶液が長期間にわたって安定したイオン溶解状態を
保つためには、試料番号１４の疑似体液の組戊が最も望
ましい。

（以下、余白） 次に、水溶液のｐ　Ｈについて説明すると、水酸アパタ
イトは酸性域では不安定で、中性またはアルカリ性域で
安定に析出する。本発明の方法で水酸アパタイトをコー
ティングする場合、水溶液のｐ　Ｈは一般に第２表に示
すように、調整時と浸漬後で異なり、浸漬中にｐＨが大
きくなる方向に変化する。水酸アパタイト膜を生成させ
るためには、浸漬中にｐＨが７以上になることが必要で
ある。

そのためには調整時のｐＨは５以上でなければならない
。また、調整時のｐ　Ｈが９を越えると水酸アパタイト
の沈殿が水溶液中いたるところで自然発生的に起り、水
酸アパタイトの成膜ができなくなる。したがって水溶液
のｐＨは５〜９に限定される。水溶液のｐ　Ｈは調整時
から水酸アパタイト膜の生成終了まで変化しないことが
望ましく、そのためにはトリスヒドロキシメチルアミノ
メタン（　（ＣＨ２０Ｈ）ｓｃＮＨ＊））５０ｍＭと塩
酸（ＨＣｌ）４５ｍＭなどの緩衝剤を水溶液に加えてｐ
ト１を７〜９に保つことが有効である。

次に、水溶液の温度について説明する。水酸アパタイト
の溶解度は温度が上昇するにつれて低くなる。つまり、
水溶液の温度を低くすると、アパタイトの溶解度が大き
くなり、言い換えれば、過飽和度は小さくなり、イオン
濃度を小さくするのと同じこととなる。第３表のように
Ｏ℃未満になると膜厚の増加が急激に押えられるか水溶
液が凝固する。また温度を高くすると過飽和度は大きく
なるが７０℃を越えると膜の相が水酸アパタイトの単相
ではなくなる。したがって、水溶液の温度はＯ〜７０℃
に限定される。

（以下、余白） 本発明において、アパタイトの核を表面に有する基材と
しては、その素材や形状は限定されない。

すなわち、基材の材質は無機物、金属、有機物のいずれ
であってもかまわない。また基材の形状は平板に限らず
、凸面体、凹面体あるいはそれらの混じった複雑な形状
でもよい。

（実施例） 以下、本発明を実施例にしたがって詳細に説明する。

実施例１． 基板にあらかじめガラスと水溶液を用いた方法でアパタ
イトの核、この場合は１μｍのアパタイト膜を形成させ
ておいた。このとき、基板としては第４表に示す各種の
ものを用い、ガラスには、Ｃａ０４９．９モル％、８　
１　０２３　５．５モル％、Ｐ．０．７．１モル％、Ｍ
ｇ０７．１モル％、ＣａＦ２０．４モル％の組成のもの
を用いた。そして第ｌ表に示した試料１４の水溶液を用
い、基板とガラスを１ｍｍの間隔をおいて対向させ、水
溶液のｐＨを７〜９に、水溶液の温度を３０〜５０’Ｃ
に調整しながら、基板の表面にアパタイト膜を形成した
。

次に、第１表に示した試料番号１４の組成からなる水溶
液を準備した。この水溶液は、塩化ナトリウム、炭酸ナ
トリウム、塩化カリウム、燐酸カリウム、塩化マグネシ
ウム、塩化カルシウムを秤量し、イオン交換水に溶解し
て作成した。この水溶液に緩衝剤としてトリスヒドロキ
シメチルアミノメタンと塩酸をそれぞれ５０ｍＭおよび
４５ｍＭ加え、水溶液のｐＨを７．２５に保った。

さらに、第１図に示すように、得られた水溶液を３　０
　ｍ　ｉ秤量し、ポリエチレン製の容器１に投入し、上
記した方法で表面にアパタイト膜を形成しておいた基板
をこの容器１の中に浸漬し、５０℃で恒温槽中に保持し
た。１日後水溶液の中から基板を取り出し、イオン交換
水で軽く洗浄し、約半日室温で乾燥させた。

得られた試料は基板の表面に生体活性水酸アパタイト膜
が形成されており、その膜厚は核としていたアパタイト
の厚み１μｍよりも２０〜３０倍厚くなっており、接着
強度も向上していた。さらに膜相、構造は第４表に示す
ような結果であった。

なお、アパタイトの核を表面に有する基材としては、上
記した実施例のほかに、従来技術の項で説明した既存の
アパタイトコーティング法で形成したものを基材として
利用でき、本発明の方法でその表面を極めて簡便に骨類
似アパタイト膜に改質することができる。

（以下、余白） 実施例２． 実施例１と同じ方法でアパタイトの核をその表面に有す
る基板と水溶液を準備した。なお、このとき基板として
はアルミナ焼結体を用いた。次いで、実施例１と同じよ
うに基板を水溶液中に浸漬し、５０℃で１日浸漬して水
溶液の量とその膜厚の関係を調べた。実験条件とその結
果を第５表に示した。第５表から水溶液の量を変化させ
ることにより膜厚のコントロールが可能なことが明らか
である。

第　　５　　表 （水溶液量による膜厚の違い） （発明の効果） 以上の実施例から明らかなように、本発明方法によれば
、アパタイトの核を表面に有する基材を、飽和濃度近く
かもしくは飽和濃度を越える量の水酸アパタイト成分を
溶解した水溶液に浸漬することにより、高温での加熱処
理を行うことなく、簡便に膜厚の厚い生体活性水酸アパ
タイト膜が得られ、得られた骨類似のアパタイト膜は骨
絹織との結合性に優れるだけでなく、表皮や筋肉等の軟
組織とも優れた親和性を示すという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施するための装置を示す断而
図である。 １はポリエチレン製の容器、２は擬似体液、３はアルミ
ナ焼結体基板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アパタイトの核を表面に有する基材を、飽和濃度
   近くかもしくは飽和濃度を越える量の水酸アパタイト成
   分を溶解した水溶液に浸漬することにより、基材表面に
   骨類似の水酸アパタイトの膜を形成させることを特徴と
   する生体活性水酸アパタイト膜のコーティング法。
2. （２）前記水溶液は、溶質としてＣａとＰを次のイオン
   に換算して、 Ｃａ＾２＾＋０．０１〜１０ｍＭ ＨＰＯ＿４＾２＾−０．０１〜５０ｍＭ の範囲で含有する請求項第１項に記載の生体活性水酸ア
   パタイト膜のコーティング法。
3. （３）前記水酸アパタイト成分を溶解した水溶液は、そ
   のｐＨが５〜９の範囲にある請求項第１項に記載の生体
   活性水酸アパタイト膜のコーティング法。
4. （４）前記水酸アパタイト成分を溶解した水溶液は、そ
   の温度が０〜７０℃の範囲にある請求項第１項に記載の
   生体活性水酸アパタイト膜のコーティング法。