JPH04242659A - 生体インプラント材とその製法 - Google Patents
生体インプラント材とその製法Info
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- JPH04242659A JPH04242659A JP2416120A JP41612090A JPH04242659A JP H04242659 A JPH04242659 A JP H04242659A JP 2416120 A JP2416120 A JP 2416120A JP 41612090 A JP41612090 A JP 41612090A JP H04242659 A JPH04242659 A JP H04242659A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は疫病、災害などにより、
骨機能や手足の関節機能が失われた場合にこれらを修復
するために用いられる整形外科用人工骨及び人工関節、
あるいは老齢、疫病などによって失われた歯牙を復元す
るために用いられる人工歯根等を構成する生体インプラ
ント材とその製法に関するものである。
骨機能や手足の関節機能が失われた場合にこれらを修復
するために用いられる整形外科用人工骨及び人工関節、
あるいは老齢、疫病などによって失われた歯牙を復元す
るために用いられる人工歯根等を構成する生体インプラ
ント材とその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、インプラントロジーの発展は目覚
ましいものがあり、人工心臓、人工血管、人工肺など様
々な人工臓器が医療の世界で活躍している。 特に整
形外科の分野では、失われた関節機能を復元するための
人工関節が広く用いられ、また、歯科医療の分野では人
工歯根が脚光を浴びている。
ましいものがあり、人工心臓、人工血管、人工肺など様
々な人工臓器が医療の世界で活躍している。 特に整
形外科の分野では、失われた関節機能を復元するための
人工関節が広く用いられ、また、歯科医療の分野では人
工歯根が脚光を浴びている。
【０００３】この様な人工関節、人工骨、人工歯根など
の骨内挿入型の生体インプラント材は高強度を必要とす
るところから、従来よりステンレス綱やコバルト−クロ
ム合金などで作られてきた。
の骨内挿入型の生体インプラント材は高強度を必要とす
るところから、従来よりステンレス綱やコバルト−クロ
ム合金などで作られてきた。
【０００４】
【従来技術の課題】しかしながら、金属材料は生体内に
おいて腐食を起こし、金属イオンが溶出して骨細胞に悪
影響を与えたり、極端な場合にはインプラント材が破折
するなどの問題があった。この金属製の生体インプラン
ト材の生体組織親和性の問題を解決すべくアルミナなど
のセラミック材が導入され、人工膝関節などに用いられ
てきた。セラミック材は骨組織とのなじみが良く、生体
内において、骨と一体化し、すばらしい機能回復をなし
得た例もあるが、歩行などの荷重下に用いられた場合に
は、骨との固定が十分得られず、緩みが発生し，抜去再
手術となった症例も多い。
おいて腐食を起こし、金属イオンが溶出して骨細胞に悪
影響を与えたり、極端な場合にはインプラント材が破折
するなどの問題があった。この金属製の生体インプラン
ト材の生体組織親和性の問題を解決すべくアルミナなど
のセラミック材が導入され、人工膝関節などに用いられ
てきた。セラミック材は骨組織とのなじみが良く、生体
内において、骨と一体化し、すばらしい機能回復をなし
得た例もあるが、歩行などの荷重下に用いられた場合に
は、骨との固定が十分得られず、緩みが発生し，抜去再
手術となった症例も多い。
【０００５】このようなセラミック製のインプラント材
の骨内での固定性の問題を解決すべく、セラミック製イ
ンプラント上へリン酸カルシウム系材料をプラズマスプ
ー法によりコーティングしたものが開発されている（特
公 昭５９−４６９１１） 。ヒドロキシアパタイト
やトリカルシウムフォスフェイトなどのリン酸カルシウ
ム系材料 （以下、アパタイトという） は、骨と化学
的に結合することが知られており、金属製のインプラン
ト上に溶射法にてコーティングしたインプラント材も既
に市販されている。上述の開示技術もセラミック製イン
プラント表面へアパタイト又は、アパタイトとセラミッ
ク粉末の混合物を溶射したり、あるいはセラミック層を
溶射し、さらにその上にアパタイト層を溶射したもので
ある。
の骨内での固定性の問題を解決すべく、セラミック製イ
ンプラント上へリン酸カルシウム系材料をプラズマスプ
ー法によりコーティングしたものが開発されている（特
公 昭５９−４６９１１） 。ヒドロキシアパタイト
やトリカルシウムフォスフェイトなどのリン酸カルシウ
ム系材料 （以下、アパタイトという） は、骨と化学
的に結合することが知られており、金属製のインプラン
ト上に溶射法にてコーティングしたインプラント材も既
に市販されている。上述の開示技術もセラミック製イン
プラント表面へアパタイト又は、アパタイトとセラミッ
ク粉末の混合物を溶射したり、あるいはセラミック層を
溶射し、さらにその上にアパタイト層を溶射したもので
ある。
【０００６】ところが、上述の技術は有効な技術ではあ
るが、実際の使用上、大きな問題点がある。その１つは
溶射されたアパタイト層の下地芯体への付着力の問題点
である。一般に溶射法は下地をサンドブラストにて粗面
化することによって、溶射層の付着力を確保している。 即ち溶射層の下地への付着力は、機械的なアンカリング
のみに依存しており、ある程度の面粗さがなければ、溶
射層は付着しない。人工関節や人工骨はアルミナ、ジル
コニアなどの高強度のセラミック材でもって製作される
が、これらのセラミック材は、高強度であると同時に極
めて固い材料であり、これらの表面をサンドブラストに
よって、粗面化することは困難である。又、実際に無理
やりサンドブラストをおこなっても、十分な面粗度は得
られず、その上にアパタイト層の溶射を行っても、イン
プラント材として使用に耐える付着力は得られない。
るが、実際の使用上、大きな問題点がある。その１つは
溶射されたアパタイト層の下地芯体への付着力の問題点
である。一般に溶射法は下地をサンドブラストにて粗面
化することによって、溶射層の付着力を確保している。 即ち溶射層の下地への付着力は、機械的なアンカリング
のみに依存しており、ある程度の面粗さがなければ、溶
射層は付着しない。人工関節や人工骨はアルミナ、ジル
コニアなどの高強度のセラミック材でもって製作される
が、これらのセラミック材は、高強度であると同時に極
めて固い材料であり、これらの表面をサンドブラストに
よって、粗面化することは困難である。又、実際に無理
やりサンドブラストをおこなっても、十分な面粗度は得
られず、その上にアパタイト層の溶射を行っても、イン
プラント材として使用に耐える付着力は得られない。
【０００７】一方、セラミック材は脆性材料であり、キ
ズに対して鋭敏であり、小さなキズでも、その強度は大
きく低下する。延性材料である金属素材に対してはサン
ドブラストは有効な粗面化の方法であるが、セラミック
材に対しては、強度低下をもたらす危険な方法となる。 サンドブラスト以外の粗面化法も同様である。実際例と
して、単結晶アルミナの抗折強度は小さなキズや粗面化
によって１／２以下に低下することが知られている。上
述の開示技術の第２の問題点としてこの様なセラミック
基体の強度が低下するという不都合がある。
ズに対して鋭敏であり、小さなキズでも、その強度は大
きく低下する。延性材料である金属素材に対してはサン
ドブラストは有効な粗面化の方法であるが、セラミック
材に対しては、強度低下をもたらす危険な方法となる。 サンドブラスト以外の粗面化法も同様である。実際例と
して、単結晶アルミナの抗折強度は小さなキズや粗面化
によって１／２以下に低下することが知られている。上
述の開示技術の第２の問題点としてこの様なセラミック
基体の強度が低下するという不都合がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の２つの問
題点を克服すべく、セラミック基体と、アパタイト層の
中間ボンディング層としてチタン溶射層を設けて構成す
る。
題点を克服すべく、セラミック基体と、アパタイト層の
中間ボンディング層としてチタン溶射層を設けて構成す
る。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳述する。
実施例１
図１に示す如く、アルミナ、ジルコニアなどのセラミッ
ク基体Ａ上に、溝、小孔などの凹部Ｂを設け、その上に
アーク溶射法にてチタンを溶射する。チタン溶射は、減
圧プラズマ溶射やガスフレーム溶射でもよい。
ク基体Ａ上に、溝、小孔などの凹部Ｂを設け、その上に
アーク溶射法にてチタンを溶射する。チタン溶射は、減
圧プラズマ溶射やガスフレーム溶射でもよい。
【００１０】このチタン溶射層上にアパタイト溶射を行
い、さらに ６００℃〜１６００℃で焼成して、アパタ
イト層Ｄの付着力を強化する。即ち、焼成時にアパタイ
ト及びチタン両溶射層Ｄ，Ｃのアニーリングが行われ、
さらにセラミック基体Ａ層、チタン層Ｃ及びアパタイト
層Ｄ間にて拡散結合がおこり、チタン層Ｃ及びアパタイ
ト層Ｄの付着力を強固なものにするのである。この様に
して、アパタイト層Ｄの付着力は高められる。一方、セ
ラミック基体Ａを直接粗面化しないことから、セラミッ
ク基体Ａの強度低下はない。セラミック面上に設けた凹
部Ｂはチタン溶射層のアンカーであり、チタン層Ｃの固
定を強固にするものである。
い、さらに ６００℃〜１６００℃で焼成して、アパタ
イト層Ｄの付着力を強化する。即ち、焼成時にアパタイ
ト及びチタン両溶射層Ｄ，Ｃのアニーリングが行われ、
さらにセラミック基体Ａ層、チタン層Ｃ及びアパタイト
層Ｄ間にて拡散結合がおこり、チタン層Ｃ及びアパタイ
ト層Ｄの付着力を強固なものにするのである。この様に
して、アパタイト層Ｄの付着力は高められる。一方、セ
ラミック基体Ａを直接粗面化しないことから、セラミッ
ク基体Ａの強度低下はない。セラミック面上に設けた凹
部Ｂはチタン溶射層のアンカーであり、チタン層Ｃの固
定を強固にするものである。
【００１１】一方、チタン層表面Ｅは、最大面粗さ１０
μｍ 〜３００ μｍ の粗面であり、あえてアパタイ
ト溶射のためにサンドブラストする必要はない。またコ
ーティングするチタン層Ｃ及びアパタイト層Ｄの厚みも
重要であり、０．０１ｍｍ未満の厚みのチタン層では中
間層としての機能を十分発揮できないが、逆にインプラ
ント材としての寸法制約上、２ｍｍを超す厚みのチタン
層は不適当である。アパタイト層においては０．００５
ｍｍ以下の厚みでは十分な生体活性機能が発揮できな
い。一方１ｍｍを超す厚みでは、アパタイト溶射層内の
層内破壊がおきやすくなることから、インプラントとし
ては不適当となる。
μｍ 〜３００ μｍ の粗面であり、あえてアパタイ
ト溶射のためにサンドブラストする必要はない。またコ
ーティングするチタン層Ｃ及びアパタイト層Ｄの厚みも
重要であり、０．０１ｍｍ未満の厚みのチタン層では中
間層としての機能を十分発揮できないが、逆にインプラ
ント材としての寸法制約上、２ｍｍを超す厚みのチタン
層は不適当である。アパタイト層においては０．００５
ｍｍ以下の厚みでは十分な生体活性機能が発揮できな
い。一方１ｍｍを超す厚みでは、アパタイト溶射層内の
層内破壊がおきやすくなることから、インプラントとし
ては不適当となる。
【００１２】上記はアパタイト層としてヒドロキシアパ
タイトの例をあげたが、トリカルシウムフォスフェイト
などのリン酸カルシウム系材料であれば、いずれも同等
の効果が得られる。
タイトの例をあげたが、トリカルシウムフォスフェイト
などのリン酸カルシウム系材料であれば、いずれも同等
の効果が得られる。
【００１３】実施例２
図２に示すとおり，直径２３ｍｍ、厚さ１ｍｍの単結晶
アルミナ基体上に幅０．５ ｍｍ、深さ０．５ ｍ の
半円形の凹部Ｂを１ｍｍピッチにて設け、その面上にア
ーク溶射機にて純チタンを溶射した。さらにヒドロキシ
アパタイトをフレーム溶射法にてコーティングし、その
後に９００ ℃、２時間の真空焼成を行った。このチタ
ン層Ｃ１ の厚みは約３００ μｍ 、アパタイト層Ｄ
１ の厚みは約５０μｍ であった。
アルミナ基体上に幅０．５ ｍｍ、深さ０．５ ｍ の
半円形の凹部Ｂを１ｍｍピッチにて設け、その面上にア
ーク溶射機にて純チタンを溶射した。さらにヒドロキシ
アパタイトをフレーム溶射法にてコーティングし、その
後に９００ ℃、２時間の真空焼成を行った。このチタ
ン層Ｃ１ の厚みは約３００ μｍ 、アパタイト層Ｄ
１ の厚みは約５０μｍ であった。
【００１４】上記試料の表面における結晶の構造を電子
顕微鏡写真により観察したところ、チタン溶剤層を介し
たことによって単結晶アルミナ基体に対し、アパタイト
層が良好に密着していることが判った。 なお、比較
例として上記基体と同一の単結晶アルミナ基体上にチタ
ン溶射層のコーティングなしで、アパタイト溶射してア
パタイト層をコートしたが、溶射層の付着力はホコリが
付着した程度のつき具合であった。チタン層を溶射せず
にサンドブラストした後、アパタイト層を溶射したもの
についても同様で、指で触れるとハゲ落ちる程度の付着
力しか得られなかった。付着力試験結果を次の表１に示
す。
顕微鏡写真により観察したところ、チタン溶剤層を介し
たことによって単結晶アルミナ基体に対し、アパタイト
層が良好に密着していることが判った。 なお、比較
例として上記基体と同一の単結晶アルミナ基体上にチタ
ン溶射層のコーティングなしで、アパタイト溶射してア
パタイト層をコートしたが、溶射層の付着力はホコリが
付着した程度のつき具合であった。チタン層を溶射せず
にサンドブラストした後、アパタイト層を溶射したもの
についても同様で、指で触れるとハゲ落ちる程度の付着
力しか得られなかった。付着力試験結果を次の表１に示
す。
【００１５】
【表１】
（注記）
比較例による基体（１） ・・・チタン溶射層なしでサ
ンドブラストを行わず溶射したもの。 比較例による基体（２） ・・・チタン溶射層なしでサ
ンドブラストをして溶射したもの。
ンドブラストを行わず溶射したもの。 比較例による基体（２） ・・・チタン溶射層なしでサ
ンドブラストをして溶射したもの。
【００１６】実施例３
第３図に示したように，直径５０ｍｍ、肉厚３ｍｍのア
ルミナセラミック製人工骨頭の内面にクサビ形の凹部を
設け、純チタンをプラズマ溶射法にてを溶射し、引続き
ヒドロキシアパタイトを溶射した。チタン層Ｃ２ 、ア
パタイト層Ｄ２ の厚みは各々２００ μ、５０μであ
った。
ルミナセラミック製人工骨頭の内面にクサビ形の凹部を
設け、純チタンをプラズマ溶射法にてを溶射し、引続き
ヒドロキシアパタイトを溶射した。チタン層Ｃ２ 、ア
パタイト層Ｄ２ の厚みは各々２００ μ、５０μであ
った。
【００１７】動物実験の結果
多結晶アルミナ製人工骨の骨内埋入部に実施例１に述べ
た方法でチタン層及びアパタイト層をコーティングした
インプラント材をサルの大腿骨へ移植した。現在３ケ月
経過後観察中であるが、良好な固定性が確認している。
た方法でチタン層及びアパタイト層をコーティングした
インプラント材をサルの大腿骨へ移植した。現在３ケ月
経過後観察中であるが、良好な固定性が確認している。
【００１８】
【発明の効果】上述のように本発明のインプラント材に
よればセラミック基体表面にチタン層を溶射し、そのチ
タン層に対して更に溶射法によってヒドロキシアパタイ
ト、トリカルシウムフォスフェイトなどのリン酸カルシ
ウム系材料を被着して構成したことからリン酸カルシウ
ム系材料が基体から剥離、脱落することなく、生体内に
おいて安定した優れた生体材をもたらすことができる。
よればセラミック基体表面にチタン層を溶射し、そのチ
タン層に対して更に溶射法によってヒドロキシアパタイ
ト、トリカルシウムフォスフェイトなどのリン酸カルシ
ウム系材料を被着して構成したことからリン酸カルシウ
ム系材料が基体から剥離、脱落することなく、生体内に
おいて安定した優れた生体材をもたらすことができる。
【図１】本発明実施例１による生体インプラント材の側
面図。
面図。
【図２】本発明実施例２による生体インプラント材の側
面図。
面図。
【図３】本発明実施例３による生体インプラント材の一
部中央側面図。
部中央側面図。
Ａ：セラミック基体
Ｂ：凹部
Ｃ：チタン層
Ｄ：アパタイト層
Ｅ：チタン層表面
Ｆ：アルミナセラミック人工骨頭
Claims (4)
- 【請求項１】人工骨、人工関節及び人工歯根などの生体
インプラントの基体を、アルミナ単結晶、多結晶アルミ
ナ、ジルコニアなどのセラミック材で構成し、この基体
の少なくとも骨との接合面に凹部を形成し、該凹部内を
含む接合面上に、チタン層を有し、さらにそのチタン層
上にヒドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム系材
料のコーティング層を被着して成ることを特徴とする生
体インプラント材。 - 【請求項２】チタン溶射層の厚みを０．０１〜２．００
ｍｍ、リン酸カルシウム系材料の厚みが０．００５ 〜
１ｍｍである特許請求範囲第１項記載の生体インプラン
ト材。 - 【請求項３】アルミナ単結晶、多結晶アルミナ、ジルコ
ニアなどのセラミック材から成る基体の少なくとも骨と
の接合面に凹部を形成し、該凹部を含む接合面上に厚み
が０．０１〜２．０ ｍｍのチタン層を溶射した後、該
チタン層にリン酸カルシウム系材料を溶射することを特
徴とする生体インプラント材の製法。 - 【請求項４】少なくとも骨との接合面に形成された凹部
は幅０．１ ｍｍ〜２０．０ｍｍ、深さ０．１ ｍｍ〜
１０．０ｍｍの任意の方向の複数本の溝、もしくは１個
または複数個の直径０．１ ｍｍ〜２０．０ｍｍ、深さ
０．１ ｍｍ〜１０．０ｍｍの円形のくぼみなどから成
る凹部であることを特徴とする特許請求項第１項及び第
２項の生体インプラント部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416120A JP2883214B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 生体インプラント材とその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416120A JP2883214B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 生体インプラント材とその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04242659A true JPH04242659A (ja) | 1992-08-31 |
| JP2883214B2 JP2883214B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=18524362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2416120A Expired - Fee Related JP2883214B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 生体インプラント材とその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2883214B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001046086A1 (de) * | 1999-12-21 | 2001-06-28 | Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering | Hydroxylapatitbeschichtung von aluminiumoxid-keramiken |
| US6534197B2 (en) * | 2000-03-27 | 2003-03-18 | Kyocera Corporation | Biomedical implant material and method of producing the same |
| JP2007229446A (ja) * | 2006-01-05 | 2007-09-13 | Howmedica Osteonics Corp | 医療用インプラント部品を製造するための方法及びそのような部品 |
| US7611781B1 (en) | 1999-11-02 | 2009-11-03 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Hard tissue repairing material |
| US9044528B2 (en) | 2008-12-01 | 2015-06-02 | Ucl Business Plc | Article and method of surface treatment of an article |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2389899B1 (en) | 2010-05-24 | 2015-04-29 | Episurf IP Management AB | Method of manufacturing a surgical kit for cartilage repair in a joint |
| EP2389904B1 (en) | 2010-05-24 | 2013-07-24 | Episurf IP Management AB | Surgical kit for cartilage repair comprising implant and a set of tools |
| EP2389901B8 (en) * | 2010-05-24 | 2013-05-15 | Episurf IP Management AB | An implant for cartilage repair |
| EP2389905B1 (en) | 2010-05-24 | 2012-05-23 | Episurf Medical AB | Method of designing a surgical kit for cartilage repair in a joint |
| SE543241C2 (en) | 2018-04-27 | 2020-10-27 | Episurf Ip Man Ab | An implant for cartilage and / or bone repair |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2416120A patent/JP2883214B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| US7611781B1 (en) | 1999-11-02 | 2009-11-03 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Hard tissue repairing material |
| WO2001046086A1 (de) * | 1999-12-21 | 2001-06-28 | Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering | Hydroxylapatitbeschichtung von aluminiumoxid-keramiken |
| US20080152783A1 (en) * | 1999-12-21 | 2008-06-26 | Hans Andersch | Aluminum oxide ceramics with hydroxyapatite |
| US9216929B2 (en) * | 1999-12-21 | 2015-12-22 | Ceram Tec Gmbh | Aluminum oxide ceramics with hydroxyapatite |
| US6534197B2 (en) * | 2000-03-27 | 2003-03-18 | Kyocera Corporation | Biomedical implant material and method of producing the same |
| JP2007229446A (ja) * | 2006-01-05 | 2007-09-13 | Howmedica Osteonics Corp | 医療用インプラント部品を製造するための方法及びそのような部品 |
| US9044528B2 (en) | 2008-12-01 | 2015-06-02 | Ucl Business Plc | Article and method of surface treatment of an article |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2883214B2 (ja) | 1999-04-19 |
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