JPH04231060A - 生体活性複合インプラント材 - Google Patents

生体活性複合インプラント材

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JPH04231060A
JPH04231060A JP2416108A JP41610890A JPH04231060A JP H04231060 A JPH04231060 A JP H04231060A JP 2416108 A JP2416108 A JP 2416108A JP 41610890 A JP41610890 A JP 41610890A JP H04231060 A JPH04231060 A JP H04231060A
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glass
bioactive
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implant material
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Tadashi Takahashi
忠 高橋
Shiyunsuke Komatsuya
俊介 小松谷
Takehiro Shibuya
武宏 渋谷
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Nippon Electric Glass Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は人工骨、人工関節、人工
歯根等の生体代替材料として有用な生体活性複合インプ
ラント材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、生体代替材料として生体内耐
蝕性に優れたチタンやチタン合金の表面に、中間ガラス
層を介してアパタイト等の生体活性物質をコーティング
した複合インプラント材が提案されている。例えば、チ
タン合金上に中間ガラス層を有し、該中間ガラス層上に
アパタイトを分散させたガラス層を有する複合インプラ
ント材が特開昭63−102762号に開示されている
【0003】ところでチタンあるいはチタン合金は、そ
の変態点900〜980℃で低温相から高温相への相転
移を起こし、その結果強度が劣化する。しかして芯体に
チタンあるいはチタン合金を用いる上記特開昭63−1
02762号に開示の複合インプラント材の場合、中間
層を芯体にコーティングする焼付温度が高温であるため
に、芯体であるチタンあるいはチタン合金に強度劣化を
生じる恐れがある。またアパタイトは自然骨の重要な無
機構成成分であるとともに生体活性物質として知られて
おり、上記特開昭63−102762号においては、ア
パタイトを最外層に分散させて用いている。しかしなが
ら人工骨等の生体代替材料が自然骨と速やかに結合する
為には、その表面にCa2+イオンと体液中に存在する
HPO42− イオンからなる生体類似のアパタイト層
が早期に形成されることが必要であるが、アパタイトは
生体内ではCa2+イオンを溶出せず、したがって生体
類似のアパタイト層を形成するのに長期間を必要とする
という問題がある。
【0004】このような事情に鑑み、本出願人は特願平
1−288537号において、900℃以下で焼き付け
が可能なホウケイ酸系ガラスを中間ガラス層に用いると
ともに、最外層に生体活性結晶化ガラスの粒子を分散し
て含み、生体類似のアパタイト層を早期に形成すること
が可能な生体活性複合インプラント材を提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
願平1−288537号に開示の生体活性複合インプラ
ント材は、芯体と中間ガラス層との結合力が不十分であ
るため、機械的強度がやや劣り、芯体と中間ガラス層の
界面で剥離が生じるおそれがある。
【0006】本発明の目的は、早期に生体組織と一体化
し、しかも高い機械的強度を有する生体活性複合インプ
ラント材を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、種々の研
究を行った結果、Nb又はTaよりなる金属層を、芯体
と中間ガラス層との間に介在させることにより上記目的
を達成できることを見いだし、本発明として提案するも
のである。
【0008】即ち、本発明の生体活性複合インプラント
材は、チタン又はチタン合金よりなる芯体と、該芯体上
に形成され、Nb又はTaよりなる金属層と、該金属層
上に形成され、ホウケイ酸系ガラスよりなる中間ガラス
層と、該中間ガラス層上に形成され、生体活性結晶化ガ
ラスと該ホウケイ酸系ガラスよりなる生体活性層とから
なることを特徴とする。
【0009】また本発明において、ホウケイ酸系ガラス
は、重量%でSiO2 60.0〜70.0%、B2 
O3 10.0〜15.0%、Al2 O3 2.0〜
10.0%、Li2 O  2.3〜8.0%、Na2
 O  1.0〜8.0%、K2 O  1.0〜8.
0%、Li2 O+Na2 O+K2 O  10.0
〜15.0%、ZrO2 1.0〜8.0%の組成を有
することを特徴とし、生体活性層は、生体活性結晶化ガ
ラス50〜90重量%とホウケイ酸系ガラス10〜50
重量%よりなることを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明において、金属層に用いられるNbやT
aはガラスとのなじみが良く、中間ガラス層と強固に結
合する。しかもチタン、チタン合金に対しても、金属同
士であるためにその結合力が強く、剥がれるおそれがな
い。
【0011】本発明の生体活性複合インプラント材の芯
体に使用するチタンあるいはチタン合金は、生体内耐蝕
性に優れており、他の金属のように金属イオンを溶出す
ることがなく、また生体とのなじみもよい。さらに金属
であるために加工性がよく、複雑形状の成形も容易であ
り、かつ高い強度を有する。
【0012】本発明の生体活性複合インプラント材の中
間ガラス層に用いるホウケイ酸系ガラスは、軟化点が低
いために900℃以下の焼付温度で金属層上に形成する
ことが可能であり、その結果芯体であるチタンあるいは
チタン合金の相転移による強度劣化を防ぐことができる
。以下に本発明のホウケイ酸系ガラスの組成を先記のよ
うに限定した理由を示す。
【0013】SiO2 はガラス網目形成成分であると
同時に、化学耐久性を向上させる成分であり、その含有
量は60.0〜70.0%である。SiO2 が70.
0%より多いと軟化点が高くなり、60.0%より少な
いと化学耐久性が低下する。
【0014】B2 O3 はガラス網目形成成分である
と同時に軟化点を下げる働きをし、その含有量は10.
0〜15.0%である。B2 O3 が15.0%より
多いと化学耐久性が低下し、10.0%より少ないと軟
化点が高くなる。
【0015】Al2 O3 は化学耐久性を向上させる
成分であり、その含有量は2.0〜10.0%である。 Al2 O3 が10.0%より多いと軟化点が高くな
り、2.0%より少ないと化学耐久性が低下する。
【0016】Li2 Oは軟化点を下げる成分であり、
その含有量は2.3〜8.0%である。Li2 Oが8
.0%より多いと化学耐久性が低下し、2.3%より少
ないと軟化点が高くなる。
【0017】Na2 O、 K2 Oはガラスの溶融を
促進する成分であり、その含有量はそれぞれ1.0〜8
.0%である。Na2 OとK2 Oがそれぞれ8.0
%より多くなると化学耐久性が低下し、それぞれ1.0
%より少ないとガラスの溶融性が悪くなる。
【0018】またLi2 OとNa2 OとK2 Oは
ガラスに適切な熱膨張係数を与えるために合量で10.
0〜15.0%含有する。即ちこれらの成分が合量で1
5.0%より多いと熱膨張係数が高くなりすぎ、10.
0%より少ないと熱膨張係数が低くなりすぎるのである
【0019】ZrO2 は化学耐久性を向上させる成分
であり、その含有量は1.0〜8.0%である。ZrO
2 が8.0%より多いとガラスの溶融性が悪くなり、
1.0%より少ないと化学耐久性が低下する。
【0020】また本発明においては上記成分以外にも化
学耐久性を良くするためにCaO、MgOをそれぞれ5
.0%まで、また軟化点を下げるためにF2 を2.0
%まで添加することが可能である。
【0021】本発明の生体活性複合インプラント材の生
体活性層は、粒子状の生体活性結晶化ガラスを前記した
ホウケイ酸系ガラス中に分散して含む。該生体活性結晶
化ガラスはアパタイト(Ca10(PO4 )6O)、
ウォラストナイト(CaO・SiO2 )、ディオプサ
イド(CaO・MgO・2SiO2 )等の結晶を折出
するSiO2 22.0〜50.0%、P2 O5 8
.0〜30.0%、CaO  20.0〜53.0%、
MgO  1.0〜16.0%、Al2 O3 0〜9
.0%、F2 0.1〜2.0%、B2O3 0〜5.
0%からなる結晶化ガラスや、少なくとも90%以上が
SiO2 40.0〜60.0%、CaO  30.0
〜45.0%、MgO  1.0〜17.0%からなり
、ウォラストナイトを主結晶として折出する結晶化ガラ
スを用いることが好ましい。これらの生体活性結晶化ガ
ラスは、ガラスマトリックス相やウォラストナイト結晶
中からCa2+イオンが溶出し、これが体液中のHPO
42− イオンとともに生体類似のアパタイト層を早期
に形成して外表面を覆う結果、良好な生体活性が得られ
、自然骨との結合が容易になる。
【0022】また本発明の生体活性複合インプラント材
は、最外層の生体活性結晶化ガラスの含有量を重量%で
50〜90%と限定しているが、その理由は該生体活性
結晶化ガラスが90%より多いと中間ガラス層に焼き付
けることが困難になり、50%より少ないと良好な生体
活性が得られず、生体組織との接合強度が不足すること
による。
【0023】以下に、本発明の生体活性複合インプラン
ト材の製造方法を説明する。
【0024】まず、芯体となるチタンあるいはチタン合
金を所定形状に成形し、その表面にサンドブラスト、洗
浄、脱脂等の処理を行った後、Nb又はTaをスパッタ
、プラズマ溶射、メッキ等を用いて芯体上にコーティン
グし、金属層を形成する。この金属層の厚さは0.01
〜500μmであることが好ましい。次いで、ホウケイ
酸系ガラスを粉末にして金属層上に塗布して焼成し、中
間ガラス層を形成する。さらに、該ホウケイ酸系ガラス
粉末と、粒子状にした生体活性結晶化ガラスを適当な割
合で混合し、中間ガラス層上に塗布して焼成し、生体活
性層を形成する。なお最外層の表面にエッチングや研磨
等を施し、より多くの生体活性結晶化ガラスの粒子を露
出させると、さらに良好な生体活性を得ることができる
【0025】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の生体活性複
合インプラント材を説明する。
【0026】表1は本発明の中間ガラス層に用いるホウ
ケイ酸系ガラスの実施例(試料No. A〜C)、表2
は本発明の生体活性層に粒子として含まれる生体活性結
晶化ガラスの実施例(試料No. a〜c)をそれぞれ
示すものである。なお表中の各成分の含有量は重量%で
示される。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】中間ガラス層に用いるホウケイ酸系ガラス
(試料No. A〜C)は次のように調製した。
【0030】表1の組成になるように二酸化珪素、ホウ
酸、酸化アルミニウム、炭酸リチウム等のガラス原料を
秤量混合し、白金坩堝にいれて1300〜1600度で
3時間溶融した。この溶融ガラスを水砕やロール成形等
で粉砕しやすいように成形した後、ボールミルにて粉砕
し、200メッシュのふるいで分級した。
【0031】生体活性層に分散して含まれる生体活性結
晶化ガラス(試料No. a〜c)は次のように調製し
た。
【0032】表2に示すような組成となるようにガラス
原料を調合し、白金坩堝にいれて1400〜1600度
で3時間溶融した。この溶融ガラスを水砕やロール成形
等で成形しボールミルにて粉砕した。粉砕したガラスを
200メッシュのふるいで分級した後、電気炉中で1時
間に30〜300℃の速度で昇温し、1000〜120
0℃で焼成した。この焼成物をボールミルで粉砕し、1
45メッシュのふるいで分級した。
【0033】このようにして得られた試料を用いて作製
した生体活性複合インプラント材の実施例(試料No.
 1〜4)及び比較例(試料No. 5)を表3に示す
【0034】
【表3】
【0035】表3の実施例及び比較例の各試料は次のよ
うにして作製した。
【0036】(実施例)15×10×10mmの大きさ
のTi−6Al−4V合金に30〜150番のアランダ
ムをサンドブラストし、洗浄及び脱脂を行った。このチ
タン合金に、プラスマ溶射によって厚さ0.1〜100
μmのNb又はTaよりなる金属層を形成した。次いで
金属層上に、ホウケイ酸系ガラス粉末を塗布し、表3の
焼付温度で焼成して中間ガラス層を形成した。さらに中
間ガラス層上に、該ホウケイ酸系ガラスと生体活性物質
の混合粉末を塗付し、表3の焼付温度で焼成して生体活
性層を形成し、試料を得た。
【0037】(比較例)Nb又はTaよりなる金属層を
形成せず、その他は実施例(試料No. 1)とまった
く同様にして試料を得た。
【0038】このようにして作製した各試料をそれぞれ
2個づつ用意し、両生体活性層同士を接着剤(エポキシ
樹脂)で貼り合わせた後、オートグラフを用いてせん断
強度を測定したところ、表3から明らかなように、実施
例である試料No. 1〜4の各試料は350〜450
kg/cm2 と高い値を示した。一方、金属層を有さ
ず、その他の条件が試料No. 1とまったく同様の比
較例である試料No. 5は、250kg/cm2 と
試料No. 1に比べ、170kg/cm2 も低かっ
た。なお、破壊はすべて金属とガラスの界面で発生した
【0039】また、実施例の各試料について、試料表面
を1000番の耐水研磨紙で研磨し、洗浄滅菌したもの
を兎の大腿骨に埋入し、術後の経過を観察したところ、
8週間後、すべての試料において自然骨との結合が認め
られた。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の生体活性
複合インプラント材は、生体組織と早期に結合し、しか
も高い機械的強度を有するため、インプラント材として
好適である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  チタン又はチタン合金よりなる芯体と
    、該芯体上に形成され、Nb又はTaよりなる金属層と
    、該金属層上に形成され、ホウケイ酸系ガラスよりなる
    中間ガラス層と、該中間ガラス層上に形成され、生体活
    性結晶化ガラスと該ホウケイ酸系ガラスよりなる生体活
    性層とからなることを特徴とする生体活性複合インプラ
    ント材。
  2. 【請求項2】  ホウケイ酸系ガラスが、重量%でSi
    O2 60.0〜70.0%、B2 O3 10.0〜
    15.0%、Al2 O3 2.0〜10.0%、Li
    2 O  2.3〜8.0%、Na2 O  1.0〜
    8.0%、K2 O  1.0〜8.0%、Li2 O
    +Na2 O+K2 O  10.0〜15.0%、Z
    rO2 1.0〜8.0%の組成を有することを特徴と
    する請求項1の生体活性複合インプラント材。
  3. 【請求項3】  生体活性層が、生体活性結晶化ガラス
    50〜90重量%とホウケイ酸系ガラス10〜50重量
    %よりなることを特徴とする請求項1の生体活性複合イ
    ンプラント材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0716049A2 (de) * 1994-12-05 1996-06-12 Schott Glaswerke Bariumfreies Dentalglas mit guter Röntgenabsorption
JP7292572B1 (ja) * 2022-12-15 2023-06-19 諒 大槻 人工歯牙製造方法

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