JPH0397466A - 生体活性水酸アパタイト膜のコーティング法 - Google Patents
生体活性水酸アパタイト膜のコーティング法Info
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- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
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。
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。
、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。
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)。
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。
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
。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
”+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。
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。
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。
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。
。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。
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。
しては、その素材や形状は限定されない。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
、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)
- (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)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)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)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。
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JP1234478A JPH0773600B2 (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | 生体活性水酸アパタイト膜のコーティング法 |
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