JPH05269192A - 心臓血管系移植具 - Google Patents

心臓血管系移植具

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JPH05269192A
JPH05269192A JP5016510A JP1651093A JPH05269192A JP H05269192 A JPH05269192 A JP H05269192A JP 5016510 A JP5016510 A JP 5016510A JP 1651093 A JP1651093 A JP 1651093A JP H05269192 A JPH05269192 A JP H05269192A
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zirconium
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ring
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James A Davidson
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ジルコニウム又はジルコニウム合金で作られ
た人工心臓弁の耐摩滅性と生体適合性の向上を目的とす
る。 【構成】 ジルコニウム又はジルコニウム合金で作られ
た人工心臓弁の表面に、濃藍色又は黒色の酸化ジルコニ
ウム、又は窒化ジルコニウムのコーチングが被覆され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、耐摩滅性と生体適合
性を増強するため窒化ジルコニウム、又は黒色もしくは
濃藍色酸化ジルコニウムで被覆されているジルコニウム
もしくはジルコニウム合金で作った心臓血管系移植具に
関する。より詳しくは、この発明は、摩滅を減少し生体
適合性を増強するため窒化ジルコニウム又は黒色もしく
は濃藍色酸化ジルコニウムの薄層を被覆したジルコニウ
ム又はジルコニウム合金で作った人工心臓弁と人工心臓
に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】心臓血
管系移植具には、装置が拒絶されないこと（心臓移植用
の心臓弁や移植片用の組織材料の場合に）や逆のトロン
ボケン形成（凝固）あるいは血行力学（血流）反応が避
けられることを保証するため特有の血流生体適合性要件
を必要とする。機械的な装置には、表面仕上げ、流動特
性、表面構造、摩滅や機械的完全さのような性質が装置
の成功に大きな役割をする。移植具が天然組織で作られ
（生体人工器官）とき、徐々なカルシウム沈着が起り、
移植具の脆化や引裂が生ずる。表面電荷が、これらの生
体人工器官の燐酸カルシウム蓄積物を形成する傾向に大
きな役割をすることが知られている。
【０００３】非生体人工器官（機械的なもの）が、熱分
解炭素コートのグラファイト、熱分解炭素コートのチタ
ン、ステンレス鋼、チタン合金、コバルト−クロム合
金、コバルト−ニッケル合金、ポリプロピレンでコート
したアルミナ、ポリ−４−フルオロエチレンのような材
料で作られている。心臓弁用のボールとディスクに用い
られる代表的な材料には、ナイロン、シリコン、中空チ
タン、テフロン、ポリアセタール、グラファイトや熱分
解炭素がある。人工心臓は、チタン、炭素強化繊維、ポ
リウレタン、バイオロン（Biolon，デュポン社製）、ヘ
モタン（Hemothane,サーンス／３Ｍ製）、ダクロン（Da
cron）、ポリスルホンや他の熱可塑性プラスチックの各
種組合せで作られる。心臓弁と人工心臓の両者でみられ
る最も顕著な問題の１つは血塊の形成である。この形成
を減少するため蛋白コーチングがしばしば使用されてい
る。
【０００４】また、血流の停滞した領域が血塊の形成に
関与することが見出されている。この停滞領域は、表面
平滑性を最適化し、血液が流れる断面の急な変化を減少
さすかまたは流れ干渉を減少さすかにより少なくでき
る。合成心臓弁や心臓移植具の材料選択は血塊の形成を
避けるため血液適合性の要件を加味する一方、心臓血管
系移植具は血流と摩滅耐性を最適化するようデザインす
る必要がある。
【０００５】血液生体適合性の要件に課せられた材料の
制限や血流を最適化する必要に課せられたデザイン上の
制限の他に、寿命の長いデザインである必要がある。こ
れは循環系装置の移植に第２の外科手術の必要となるこ
とを避けるため非常に望まれる要件である。さらに装置
が突然大変動すると殆んど患者の死をもたらすことにな
る。
【０００６】最も一般的な最近の心臓弁デザインには、
セントジュード（St. Jude）医療用傾斜ディスク二重尖
端（複葉）弁が含まれている。この弁には、円形のリン
グ様熱分解炭素の弁ハウジング又はフレームと、熱分解
炭素の半ディスクを含むか弁を開閉するためハウジング
内に軸を残す流量調節部がある。２つの葉片は、低いプ
ロフィルを有し水平軸に８５°開いている。
【０００７】他の一般的な心臓弁は、メドトロニック−
ホール（Medtronic-Hall）弁で、流量調節部材が固形の
チタンの環状ハウジング内の中心柱を旋回する熱分解炭
素を被覆した炭素製の単一傾斜ディスクである。第３で
あまり一般的ではないが、オムニサイエンス（Omniscie
nce)弁がありこれは、チタンハウジング内に流量調節部
材として単一の熱分解ディスクを有する。最後に、スタ
ー・エドワーズ（Starr-Edwards)ボール ケージ弁は、
コバルト−クロム合金ケージ内をスライドするシラステ
ィクボールを有する。このケージは、心臓組織に取付け
るため環状本体の一方側に固定されている。
【０００８】セントジュード弁とメドトロニック−ホー
ル弁は、デザインの観点から血行力学な性能を最適にす
るのに最も適していると思われる。しかし、耐用期間の
観点からみると、熱分解炭素の平滑でないコーチングに
関連したディスクの破壊、ボールケージの破壊、ディス
クの衝突、支柱摩滅、ディスク摩滅、ヒンジのこわれや
溶接のこわれの問題がある。
【０００９】より新しい心臓弁としてバルーア バイリ
ーフレット（Baruah Bileaflet）があり、これはセント
ジュードデザインに類似しているが８０°開き、純ジル
コニウム製である。この弁は、インドで始まり約２００
の移植でほぼ２年間よく作動している。
【００１０】この性能は、ジルコニウムの低弾性（約９
０ＣＰａ）とディスクがフレームと接触したとき得られ
る低い接触応力シビアリティファクター（contact stre
ss severity factor)(約０．２８×１０-7ｍのＣｃ）に
部分的によるものである。これに対し、熱分解品ではこ
の因子は約０．５４×１０-7ｍである。
【００１１】ジルコニウムは今日までよく用いられ接触
応力シビアリティーを減少するものであるが、ジルコニ
ウム金属は比較的柔かで擦過摩滅に感受性である。これ
は、部分的に、柔かな下層の金属のミクロ磨耗と摩滅を
開始する、硬くゆるく付着した天然に存在する酸化ジル
コニウムの受動膜（数ノナメータの厚み）によるもので
ある。
【００１２】しかし、この天然に存在する酸化ジルコニ
ウム受動膜は、血液とトロンボゲン形成的に適合的であ
りかつデザインは血行力学的観点から受け入れられるも
のである。従って、ジルコニウム製の複葉弁は、心臓弁
移植具に対する主要な要件、すなわち血液適合性と最少
の停滞流領域の少なくとも２つに合致するとみられる
が、柔かいジルコニウム合金の使用は、比較的高い擦過
摩滅となり、擦過摩滅により耐性の材料で作ったバルブ
より寿命が短かい予測をもたらすのである。
【００１３】ここに、生体適合性である、すなわち血塊
を誘因せずカルシウム沈着スケールを形成しない血液と
適合性である、すなわち弁か血塊が始まる停滞流領域を
最小用にデザインされ、かつ衝突による耐摩滅を保証す
るため低い接触応力激しさ因子の低弾性率を有し、さら
にミクロ摩耗に耐性である表面を有して耐用期間を長く
した金属製心臓弁の必要性があることが理解されよう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明による濃藍色も
しくは黒色酸化ジルコニウム又は窒化ジルコニウムの薄
層で被覆したジルコニウム又はジルコニウム合金心臓弁
は、生体適合性すなわち血液と適合性で、低下した接触
応力シビアリティー用の低い弾性率を有し、またその硬
い酸化物もしくは窒化物表面のためキャビテーション、
ミクロフェティグ及び衝撃誘因の摩滅に耐性の心臓弁を
提供するものである。薄い表面コーチングは、ジルコニ
ウムまたはジルコニウム合金心臓弁の表面をその場で酸
化または窒化して形成され、基層の金属と連続である。
そのため各種の金属基体上に各種の酸化物もしくは窒化
物を重ねコートする技術で見られるような金属基体とコ
ーチング間のシャープな境界線はない。
【００１５】ジルコニウムまたはジルコニウム合金のそ
の場で表面硬化した酸化物もしくは窒化物コーチング
は、弁の血液流動特性をさらに改良するためミラー仕上
に高度に研摩することができる。その上、酸化物もしく
は窒化物コート表面は、生体適合性と性能をさらに強化
する物質で被覆してもよい。例えば、弁の表面に血漿板
付着を少なくするためのホスファジル クロリド、又は
心臓弁、人工心臓、および他の心臓血管移植具の接触部
分間の摩擦と摩滅を少なくするための硼化又は銀ドープ
の硬化表面がある。
【００１６】硬表面層の厚みは、最適の残留圧縮応力と
酸化又は窒化中の最低の寸法変化もしくは変形用に約５
ミクロン以下が好ましい。固体の熱分解炭素構造物とは
異なり、金属基体上のジルコニウム酸化物もしくは窒化
物の表面層は、心臓弁又は他の循環器用移植具の強度と
展性を大きく改善する。加えて、その場で硬化さす方法
は、直径及び隅を含めて表面の全部分に比較的均一な硬
い表面層を作り、これは物理的もしくは化学的蒸着又は
イオン注入のような、熱分解炭素または他のセラミック
タイプの表層コーティングを作るのに用いられるサイト
タイプの方法とは異なる。
【００１７】ジルコニウムおよびジルコニウム合金の固
有の低モジュラス（約１３００万ｐｓｉ）が、循環系応
用によりフレッシキブルで寛大な構造物を与え、接触応
力レベル（弁閉鎖）を改良し、弁の能力は血液と自己整
合で血栓力学効果を減少する。ジルコニウム金属自体が
使用できるが、その合金も有用で多くの応用に好まし
い。ジルコニウム合金としては、酸化もしくは窒化環境
に付されたとき、約５ミクロン厚み以下のタイトな付着
性の硬い酸化物もしくは窒化物コーティングを形成でき
る全てのジルコニウム合金が含まれる。
【００１８】ジルコニウム合金が用いられた際、その酸
化物又は窒化物コーチングは、異なる程度合で、合金組
成分の酸化物又は窒化物を含有することが理解されよ
う。このようなコーチングも、この発明のその場で形成
されたジルコニウム又はジルコニウム合金酸化物又は窒
化物表面コーチングの範囲に包含されるものである。
【００１９】ジルコニウム酸化物及びジルコニウム窒化
物コーチングの生体適合性と血液適合性が付与されるの
で、これらの材料は他の循環系応用に使用できることが
期待される。例えば、表面硬化ジルコニウムワイヤは、
血管移植片用の有用な型に組み込める。さらに、心臓用
ポンプ、弁などの人工心臓の金属、カーボン及びポリマ
ー機械パーツをジルコニウム又はジルコニウム合金で作
ることができ、次いでその場での酸化又は窒化で被覆で
き、ジルコニウムの濃藍色もしくは黒色酸化物又は窒化
ジルコニウムをそれぞれ形成できる。
【００２０】
【実施例】この発明は、濃藍色又は黒色酸化ジルコニウ
ム又は窒化ジルコニウムの薄層を被覆してなるジルコニ
ウム又はジルコニウム合金弁を提供する。硬化表面を有
するこれらの弁は、生体適合性（血液適合性）であり、
減少した接触応力シビアリティー用の低弾性率を有す
る。その上、この弁の硬化表面はマイクロフレッチング
と衝撃誘因の摩滅に対し下の柔かなジルコニウム又はジ
ルコニウム合金基体より耐性である。従って心臓弁は、
生体適合性と寿命に関して明白な改良を与えるものであ
る。加えて、硬化した酸化物又は窒化物表面は、例え
ば、血小板付着を減少するホスファジルクロリド、結合
する移動パーツ間の摩擦と摩滅特性をさらに改良するた
め表面へのほう化又は銀ドーピングによって更に改質で
きる。
【００２１】その最も簡単が型では、合成心臓弁は、弁
を身体組織に取付けかつ血液をそれを通して流れる弁本
体と血流を流れさせかつ閉鎖する流量調節部材からな
る。例えば、図１はリング様ハウジングと弁支柱１２と
を含む弁本体を有する代表的なボール弁を示す。流量調
節部材、この例ではボール１４は、支柱１２を形成した
ケージ内にフィットしている。弁は図１に示すように上
から底にのみ流す。血流が逆流したとき、ボールは上方
に上り、リング様ハウジング１０の内部周辺に接触し、
血液が流れるリング内のスペースをブロックする。この
ように、普通の操作で、ボールは上方と下方に移動し、
リング様ハウジング１０及びまた支柱１２の内部周辺を
衝撃する。結果として衝撃による摩滅のしるしが、ボー
ルが通常の使用でこれらの部材に接触する点でのリング
様ハウジングの支柱と内部に現れるとみられる。このタ
イプの構成の心臓弁をこの発明では、ジルコニウム又は
ジルコニウム合金で作ったリング様ハウジング１０と支
柱１２を有する。これらの部材は、以下で説明するよう
に、酸化又は窒化され、濃藍色又は黒色の酸化ジルコニ
ウム又は窒化ジルコニウムの約５ミクロン以下の薄い表
面コーチングを形成させる。ボールが通常の流量調節機
能を行い、その間ハウジング１０の支柱と内周に衝突す
る際に、ボールは、低弾性の下層の金属基体を有する硬
化表面に衝突することになろう。しかし、硬化用に表面
を酸化又は窒化する結果、衝撃摩滅が明らかに減少する
であろう。さらにジルコニウムの弾性率は約９０Ｇｐａ
であるので、得られる接触応力シビアリティーファクタ
ーは約０．２８×１０-7ｍに相当する。この値は、約
０．５４×１０-7ｍの接触応力シビアリティーファクタ
ーを有する熱分解構造物と明白に対比されるものであ
る。
【００２２】図２はディスク型弁で、弁本体はリング様
ハウジング２０を含みこれに弁の一方側でケージを形成
する支柱２２が取り付けられている。流量調節部材、こ
の例ではディスク２４は、支柱２４で形成されたケージ
内に保持されている。弁は開放位置で示され、そのため
血液は図の上部から底部に流れる。血液が逆流した際に
は、ディスクが上方に移動し、リング構造物２０の底面
２６に接触しリング中の開口を閉鎖して血流を止める。
そのため、通常の運転では、ディスクは上方と下方に交
互に移動し、支柱で形成したケージとリング構造物２６
の底面に接触される。衝撃誘因の摩滅はディスクが支柱
とリング２６に接触する点で始まるとみられる。
【００２３】この発明の弁においては、支柱２２とリン
グ２０は低弾性率のジルコニウム又はジルコニウム合金
で形成される。次いで、この成分は、下記のように約５
ミクロン以下の厚みの表面コーチングを形成すべく酸化
又は窒化される。任意に、ディスク２４もジルコニウム
又はジルコニウム合金で作り、また表面を酸化又は窒化
してもよい。この硬化した酸化又は窒化表面が接触した
際に、衝撃誘因、キャビテージン又はフレッチング摩滅
は減少されるであろう。
【００２４】図３は、メトロニック−ホール型の傾斜デ
ィスク、単一先端（single cusp)弁を示す。この弁はデ
ィスク移動を調節するため支柱３４を取り付けたリング
様ハウジング３０を含む弁本体を有する。ディスク３２
は、ハウジング３０にディスク（葉形）に取りつけたヒ
ンジ部材で固定されている。このバルブの流量調節部材
は単一先端ディスク３２でリング様ハウジング３０の開
口を開閉するためヒンジに対して傾斜でき支柱３４で制
限されている。図３の弁は、図の上部から下部へ血液が
流れる開放位で示されている。逆流したとき、ディスク
３２は上方に傾斜し、リング様ハウジング３０の開口を
閉じる。支柱３４は、ハウジング３０に溶接されてディ
スク３２が弁の開口を開閉するため動くよう十分な力を
受け易い。同様に、ディスクのヒンジ部材は十分な力に
耐えるものである。そのため支柱又はヒンジの溶接部分
は弱まらない。その上、ディスクそれ自体は、閉鎖時に
リング様ハウジング３０の内面３８を衝撃する。そのた
め、摩滅がディスクの周囲とハウジング３０の内面３６
で生じうる。この発明の傾斜ディスク単一先端弁はジル
コニウム又はジルコニウム合金で作られ、その表面は約
５ミクロン以下の厚みのコーチングにするため、下記の
ように表面酸化又は窒化に付されている。使用したジル
コニウムタイプ金属の低弾性のため、溶接柱３４の寿命
は増大することが期待できる。さらに、硬化酸化物又は
窒化物コーチングは衝撃、キャビテーション又はフレッ
チング摩滅に対して感受性の少ない表面を提供し、その
ため、ヒンジ及びリング様ハウジング３０の内面とディ
スク３２の間のフィット共に長期間一体に残存すること
が期待できる。そのため、この発明は、メドトロニック
−ホール型弁の寿命と効率の明白な改良をする。
【００２５】図４はセントジュード又はバルーア型弁を
示し。その本体は内部リング４２を有する外部リング様
ハウジング４０を有し、内部リング４２は２つのフラン
ジ４４を有し、その各々は、葉片を取付けたヒンジを支
持する２つのスロットを含む。この弁の流量調節部材
は、ほぼ半ディスク状の２つの葉片４６からなり、正反
対端に取り付けられたヒンジ部材を有する。このヒンジ
部材は、内部リング４２のフランジ４４の開口又はスロ
ット内に適合し、その開口内で１８０°以下に回転でき
る。かくして運転時には、この流量調節部材は、血液が
上から下に流れるよう弁を開放した図４に示す位置にな
る。血液流が逆流し下から上に流れるときは、２つの葉
片４６がヒンジに対し旋回し、リング様弁本体の開口を
閉じる。結果として、マイクロフリッテング摩滅が開始
されうるヒンジ部材とスロットに対し十分な量の動きが
ある。その上２葉の半ディスクの流量調節部材４６は、
弁本体の内部リング４２に衝突できそれによってキャビ
テーデョン又は衝撃誘因摩滅が起る。この発明によるセ
ントジュート又はバルーア型の弁は、同じ構造を有する
かジルコニウム又はジルコニウム合金で作られている。
この弁は濃藍色又は黒色の酸化ジルコニウム又は窒化ジ
ルコニウムでの堅い外表面でコートされ、ヒンジ点でマ
イクロフレッティング摩滅に対し、流量調節部材が弁本
体に当る部位での衝撃摩滅に耐性である。そのため、こ
の発明の弁は、現在使用されているセントジュート又は
バルーア型の弁より寿命が長い。実際に、バルーア弁は
ジルコニウム又はジルコニウム合金で作られており、そ
れが比較的柔かで、酸化物又は窒化物コーチングがされ
ていないため、比較的に早くに摩滅される。
【００２６】金属合金の人工器官基体の所望の表面に連
続で有用な酸化ジルコニウム又は窒化ジルコニウムのコ
ーチングを形成するため、金属合金は、約８０〜１００
重量％、好ましくは約９５〜１０重量％のジルコニウム
を含有すべきである。ニオブ、タンタル及びチタンを共
合金成分として、また時にハフニウムを含んでもよい。
イットリウムもジルコニウムと合金にしてもよく、イッ
トリウムは合金の酸化中に、タフなイットリウム安定化
酸化ジルコニウムコーチングを形成する。このようなジ
ルコニウム及びジルコニウム合金は、金属学分野で公知
の常法で形成されるか、多くの適切な合金が市販で入手
しうる。この市販の合金にはジルカディン（Zircadyne)
７５、ジルカディン７０２とジルカアロイ（Zircalloy)
がある。
【００２７】基体のジルコニウム含有の金属合金は、人
工器官基体を得るのに望まれる形状と大きさに、常法に
より、練金属ストックから成形され加工される。次いで
基体は、その表面に密に付着し、拡散結合した酸化ジル
コニウムのコーチングの天然（その場での）形成を生ず
る工程条件に付される。これらの方法で、人工器官基体
の表面に、代表的には数ミクロン（１０-6メータ）以下
の厚みの薄く、硬く、密な濃藍色（blue-black）又は黒
色の低摩擦摩滅耐性の酸化ジルコニウムのフィルム又は
コーチングが理論的にできる。このコーチングの下に、
酸化工程からの拡散酸素が、下層にある基体金属の硬度
と強度を増大する。
【００２８】従来品の酸化チタン、例えば米国特許第
３，６４３，６５８号のものとことなり、この発明の濃
藍色又は黒色酸化ジルコニウムコーチングの形成に供給
された酸素は、有益な合金成分であり直接的な基体金属
硬度を改良し、これは酸化物付着強度と耐用性を改良と
また基体金属強度の改良になる。かくして、下層のジル
コニウム金属の疲れ強度を改良し、それによって人工器
官の寿命を延長することになる。これに対し、チタン合
金中の酸素は、明白に金属疲れ強度を減少する低強度の
α−相を安定化する傾向にある。
【００２９】空気、蒸気及び水酸化法が米国特許第２，
９８７，３５２号（ワトソン）に記載されてあり、その
記載をここに参照として入れる。空気酸化法は、高度に
配列した単斜晶系の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2)の堅く
付着した黒色ないし濃藍色の層を与える。酸化工程を過
剰に続けるとコーチングは白色化して金属基体から分離
するであろう。酸化工程は、空気、蒸気又は熱水中の何
れでも行うことができる。金属人工器官基体を酸素含有
雰囲気（空気）を有する炉で、代表的には７００〜１１
００°Ｆで約６時間加熱する。しかし、他の温度と時間
を採用することができる。より高い温度を使用すると白
色酸化物の形成を避けるため酸化時間を減少さすべきで
ある。
【００３０】約１〜約５ミクロン厚みの濃藍色酸化ジル
コニウム層を形成さすのが好ましい。例えば、１０００
°Ｆで３時間の空気酸化でジルカデン７０５を用い約３
〜４ミクロンの酸化物コーチングが形成される。酸化時
間をより長くし、酸化温度をより高くとすると、厚みが
増すが、コーチングの結合性を損うことになろう。例え
ば、１３００°Ｆで１時間は約１４ミクロン厚みの酸化
物コーチングを形成し、１０００°Ｆで２１時間では約
９ミクロン厚みの酸化物コーチングを形成するであろ
う。勿論、ごく薄い酸化物が表面に必要とされるので、
ごく小さな寸法変化、代表的には人工器官の厚みで１０
ミクロン以下が得られる。一般により薄いコーチング
（１〜４ミクロン）がより付着強度がよく、より好まし
い残留表面ストレスを有する。
【００３１】この発明の人工器官の濃藍色又は黒色酸化
ジルコニウムコーチングの厚みは、この発明と酸化チタ
ンコーチング又は米国特許第３，６４３，６５８号（ス
タイネマン）との区別を与えるものである。酸化チタン
フィルムは、高温（３５０℃）酸化でも又高電流密度陽
極酸化で作っても、薄い、粒末状でルーズな付着であ
る。これは各種の酸化チタンが酸化物が濃縮する程形成
されるからである。結果として、これらのフィルムは、
金属表面が体液にさらされる生体内でのフレチング条件
下で容易に除去され、金属イオンが体組織に放出される
ことになる。反対に、薄くて、結晶性でよりタイトに付
着する濃藍色又は黒色の酸化ジルコニウムフィルムは、
金属基体から容易に剥落又は分離せず、Ｔｉの多酸化物
と比較し、本質的に１つのＺｒＯ2 タイプの酸化物を形
成する。酸素の下層のジルコニウム合金への拡散か、酸
化ジルコニウムが容易にかつ密に付着できる天然中間層
を与える。このため、酸化ジルコニウムコーチングは体
液による腐食に対し優れた保護を与える。
【００３２】塩−浴法で合金人工器官の酸化ジルコニウ
ムコーチングに適用できる方法は、米国特許第４，６７
１，８２４号（この記載を参照としてここに入れる）に
記載されている。塩−浴法は、同様に、僅かにより摩耗
耐性の濃藍色又は黒色の酸化ジルコニウムコーチングを
与える。この方法は、溶融塩浴中でジルコニウムを酸化
しうる酸化化合物の存在を必要とする。溶融塩として
は、塩化物、硝酸塩、シアン化物などが挙げられる。酸
化化合物としては、炭酸ナトリウムが挙げられ、これは
約５重量％までの少量加えられる。炭酸ナトリウムの添
加は塩の溶融点を下げる。空気酸化でと同様に、酸化割
合は、溶融塩浴の温度に比例し、前記８２４特許では５
５０〜８００℃（１０２２〜１４７６°Ｆ）が好ましい
としている。しかし浴中の低い酸素レベルが、同じ時間
と温度で空気酸化法より薄いコーチングを与える。塩浴
処理を１２９０°Ｆで４時間行うと約７ミクロンの厚み
の酸化物コーチングを作る。塩浴中の残留不純物が処理
した移植具表面に残り塩床結果に逆作用をする。これら
のあるものは研磨と洗浄で除去できるが、他の要素での
汚染の可能性が少ないガス（空気）酸化／窒化方法が好
ましい。
【００３３】炉中流動床での空気酸化法又は塩浴酸化法
の何れが用いられても、酸化ジルコニウムコーチング硬
度においては全く類似である。例えば錬ジルカダイン７
０５（Ｚｎ，１２〜３重量％のＮｂ）の人工器官基体の
表面が酸化すると、表面硬度は、元の金属表面２００ヌ
ープ硬度以上のドラスチックな増加を示す。塩浴又は空
気酸化法後での黒藍色酸化ジルコニウムの表面硬度は約
１７００〜２０００ヌープ硬度である。
【００３４】この発明の酸化物コーチングを形成する方
法として、その場での空気酸化が好ましい。これは、表
面汚染の可能性が最小であり、酸素の金属基体への拡散
を許し、それによって固い密着酸化物コーチングが形成
され、またジルコニウム金属を増強するからである。上
記の説明は、主に人工器官での濃藍色又は黒色酸化ジル
コニウムコーチングでなされたが、窒化ジルコニウムコ
ーチングも、反対面の摩滅を減少し、体液による下層の
基体の腐食を防止するのに効果的である。
【００３５】空気が酸素より約倍の窒素を含有しても、
上記のように空気中でジルコニウム又はジルコニウム合
金を加熱すると窒化物コーチングに優先して酸化物コー
チングが形成される。これは、熱力学的平衡が窒化反応
より酸化反応が優先するからである。従って、窒化物コ
ーチングを形成するには、平衡が窒化反応に有利にする
必要がある。これは、酸素を排除し、気相環境（空気酸
化に類似）が用いられた際の空気又は酸素の代りに窒素
又はアンモニア雰囲気で行うことにより容易に達せられ
る。
【００３６】約５ミクロン厚みの窒化ジルコニウムコー
チングの形成には、ジルコニウム又はジルコニウム合金
人工器官を窒素雰囲気中約８００℃で約１時間加熱すべ
きである。酸素の除去（又は酸素分圧の適当な減少）又
は温度の上昇を別にすると、窒化ジルコニウムコーチン
グの形成条件は、濃藍色又は黒色酸化ジルコニウムコー
チングの形成に必要な条件とあまり異なるものではな
い。しかし必要な調整は当業者にとって明らかであろ
う。
【００３７】窒化物コーチングの形成に塩浴法を用いる
際には、酸素供給塩を窒素供給塩、例えばシアン化物塩
に置換すべきである。この置換により、酸化物コーチン
グ形成に必要な条件と類似の条件下で窒化物コーチング
を得ることができる。この変更は、必要により当業者が
容易に決定しうる事項である。
【００３８】上記の代りに、酸化ジルコニウム又は窒化
ジルコニウムを、標準の物理的又は化学的蒸着法（イオ
ン補助蒸着も含む）を用いてジルコニウム又はジルコニ
ウム合金表面に堆積することができる。このような環境
を作る技術は公知である。
【００３９】ジルコニウム又はジルコニウム合金基体で
の酸化ジルコニウム又は窒化ジルコニウム表面層がどの
ようにして形成されるのに関係なく、表面の摩擦及び摩
滅（摩擦学）観点で、銀ドープ又は硼化（boronation）
技術の使用によってさらに改善できる。ジルコニア（Ｚ
ｒＯ2)セラミック表面にイオンビームを使っての銀の蒸
着膜を形成により摩擦学的挙動を改善できる。イオンビ
ーム硬質銀蒸着源を備えた真空チャンバー内で室温で、
約３ミクロン厚みまでの銀膜の蒸着ができる。アルゴン
と酸素ガスの混合物をイオン源に供給してイオンフラク
スを形成させる。銀蒸着の１つのパラメターは、イオン
電流密度が２５ミクロアンペア／cm2 で加速電圧が１Ｋ
ｅＶである。銀膜が、このイオンボンバードで完全に堆
積されるか、ボンバードで部分的に形成され残りの厚み
は真空蒸着により達せられる。イオンボンバードは銀膜
の酸化ジルコニウム又は窒化ジルコニウム基体への付着
を改善する。既存の金属に心臓血管用移植具へ銀膜を同
様に堆積すると摩擦学的挙動を改良することができる。
【００４０】酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム又は
他の金属の心臓血管用移植具の表面の摩擦挙動を改善す
る他の方法としては、これらの表面に硼化処理を適用す
ること例えば標準イオンプランテーションや蒸着法を使
用する市販で入手しうる硼化物蒸着、ボロンイオンプラ
ンテーション、又はスパッター蒸着があり、また空気中
で同時にボロンタイプのコーチングを形成することが挙
げられる。硼酸（Ｈ3ＢＯ3)表面膜はセラミック基体の
摩擦・摩滅をさらに減少できる自己補充型固形滑性をえ
る。このフィルムは、セラミック（酸化ジルコニウム）
状のＢ2Ｏ3 表面（各種常法で堆積）と身体の水との反
応で形成され、滑性の硼酸を生ずる。ボロン（Ｂ）、Ｈ
3ＰＯ3 又はＢ2Ｏ3 表面層を心臓血管移植具表面に堆積
できる常法としては、真空蒸着（イオンボンバードを併
用するか又は併用せず）又は移植具表面上に薄層を単に
オーブン中で形成することが挙げられる。Ｈ3ＰＯ3 の
自己滑性桟序は、原子のシートをアーティキュレーショ
ン中に互にスライドさせるユニークな層状の三斜晶の結
晶構造によるものとみられ、これにより基体の摩滅・摩
擦を最小にする。
【００４１】この発明を好ましい具体例を用いて説明し
たがこれによりこの発明は限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】スター・エドワーズ弁に類似のボール弁の略図
を示す。
【図２】ディスク弁の略図を示す。
【図３】メドトロニック・ホール弁に類似の傾斜ディス
ク単一先端弁の略図を示す。
【図４】セントジュード又はバールア型の傾斜ディスク
複先端又は複葉弁の略図を示す。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）弁を患者の身体組織に取付けるた
    めの、血液を流動しうる開口を有するジルコニウム又は
    ジルコニウム含有合金製の弁本体、 （ｂ）弁本体と接触することにより弁本体の開口を閉じ
    るべく弁本体に対して移動でき、それによって開口を経
    る血流を閉鎖するジルコニウム又はジルコニウム含有合
    金製の流量調節部材、 （ｃ）弁本体に取付けられ、前記流量調節部材を弁本体
    の開口にきわめて接近して制止するための手段、および （ｄ）窒化ジルコニウム、濃藍色酸化ジルコニウム、黒
    色酸化ジルコニウムからなるコーチングの群から選択さ
    れ、弁が使用される際に衝突接触と擦過摩滅の対象とな
    る、流量調節部材と弁本体の少なくとも表面部分に形成
    された約１〜５ミクロンのその場で形成されたコーチン
    グからなる生体適合性と耐摩滅性増強の人工心臓弁。
  2. 【請求項２】 弁本体がリングからなり、かつ流量調節
    部材が前記リング中の開口を閉じ、それにより血流を閉
    鎖するディスクである請求の範囲第１項の弁。
  3. 【請求項３】 弁本体が血流用の開口を有するリング
    で、流量調節部材が血流を閉鎖するためリングの正反対
    側に取付けた支柱を旋回しうる複葉片からなる請求の範
    囲第１項の弁。
  4. 【請求項４】 弁本体がリングの一方側の周辺に取付け
    たケージを備える血流用開口を有するリングからなり、
    流量調節部材が血流用開口より大きな直径を有する球体
    で、ケージ内に移動可能に位置し球体がリングに接触し
    た際に弁本体の開口を経る血流を閉鎖できるものである
    請求の範囲第１項の弁。
  5. 【請求項５】 弁本体が血流用開口を有するリングから
    なり、ケージがそのリングの一つの側の周辺に取付けら
    れており、流量が開口の直径より大きい直径を有し、ケ
    ージ内に移動可能に位置しディスクがリングと接触した
    際に弁本体の開口を経る血流を閉鎖できるディスクであ
    る請求の範囲第１項の弁。
  6. 【請求項６】 弁の全表面が濃藍色又は黒色酸化ジルコ
    ニウムで被覆されている請求の範囲第１項の弁。
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