JPH06154255A - インプラントの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 骨の形態に合わせてインプラントの形状調整
ができ、しかも骨組織との親和性を改良したインプラン
トの製造方法を提供する。 【構成】 インプラント本体と被覆層からなるインプラ
ントの製造方法において、チタン及び／またはチタン合
金からなるインプラント基材を埋め込もうとする骨の形
態に合わせて形状調整してインプラント本体を作製後、
インプラント本体を陽極酸化することによりインプラン
ト本体表面に被覆層を形成することを特徴とするインプ
ラントの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯科及び医科の医療分
野で使用されるインプラントの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の医療技術の進歩にはめざましいも
のがあり、高齢化社会の進展に伴いその技術の発展に大
きな期待が寄せられている。このような技術の一つとし
て人工歯根、人工骨、人工関節等の骨代替材料や骨補強
材料の技術があり、その利用は急速に広まっている。こ
れらの材料はインプラント材料と呼ばれており、その多
くは金属またはセラミックスにより構成されている。

【０００３】このうち実用化されている生体内インプラ
ントの金属材料には、ステンレス鋼、Ｎｉ−Ｃｒ合金、
Ｃｏ−Ｃｒ合金、チタン及びチタン合金（混合物）、貴
金属及びその合金（混合物）等があり、それぞれの用途
に応じて使用されている。その中でチタン及びチタン合
金（混合物）は耐蝕性、生体親和性、機械的性質等の点
で他の金属より優れており、その使用量が増加してい
る。

【０００４】ところで、特に人工歯根や人工骨等に使用
するインプラントは長期間生体内で安定に機能できるよ
うに、骨組織に埋植するとより多くの骨組織に被包さ
れ、また骨と材料が化学的に結合することが望まれてい
る。そこで、インプラントの表面を改質して骨組織親和
性を向上させる試みがなされている。例えば、チタンか
らなるインプラント本体表面に水酸化アパタイトに代表
されるリン酸カルシウム化合物等の生体活性（適合）材
料の粉末をプラズマ溶射法により被覆して骨と化学的に
結合させる方法 や インプラント本体表面にチタン粉
末をプラズマ溶射法で被覆して微小な凹凸を形成するこ
とにより、またはチタンやチタン合金のビーズを焼き付
けて被覆し多孔体にすることにより骨との物理的な絡み
合いによる維持力を得る方法等がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の手術で
は埋植する前に患者の骨の形態に合わせてインプラント
の形状を調整してから使用することが多いので、本体表
面に前記材料を被覆したインプラントは、形状調整の時
に曲げられ削られて被覆層が容易に剥離しまうという問
題を有していた。

【０００６】また、プラズマ溶射による前記表面改質の
方法は、いずれも操作が煩雑であり、特殊な装置を必要
とするので医療現場で実施することは非常に困難であっ
た。本発明は、かかる問題点を解決するためになされた
ものであり、骨の形態に合わせてインプラントの形状調
整ができ、しかも骨組織との親和性を改良した簡便なイ
ンプラントの製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「インプラント本体と被覆層からなるインプラントの
製造方法において、チタン及び／またはチタン合金から
なるインプラント基材を埋め込もうとする骨の形態に合
わせて形状調整してインプラント本体を作製後、インプ
ラント本体を陽極酸化することによりインプラント本体
表面に被覆層を形成することを特徴とするインプラント
の製造方法（請求項１）」を提供する。

【０００８】また、本発明は第二に「前記インプラント
本体をＰイオンもしくはリン酸イオンを含む電解質溶液
及び／またはカルシウムイオンを含む電解質溶液中で陽
極酸化することを特徴とする請求項１記載のインプラン
トの製造方法（請求項２）」を提供する。また、本発明
は第三に「前記電解質溶液に少なくともグリセロリン酸
塩を含むことを特徴とする請求項２記載のインプラント
の製造方法（請求項３）」を提供する。

【０００９】また、本発明は第四に「前記陽極酸化によ
りインプラント本体表面に被覆層を形成した後、水熱処
理して被覆層表面にリン酸カルシウム化合物を析出させ
ることを特徴とする請求項１乃至３記載のインプラント
の製造方法（請求項４）」を提供する。

【００１０】

【作用】本発明にかかる陽極酸化によりインプラント本
体表面に形成された被覆層は、インプラント本体材料
（例えばＴｉやＴｉ合金等）の酸化物（例えば酸化チタ
ン等）を主成分として、これにリン酸イオンやカルシウ
ムイオンがイオン結合していると考えられる。また、こ
れらのイオンは体内で容易に溶出して被覆層の周囲に骨
組織を作りやすくする作用があると考えられる。

【００１１】陽極酸化は、インプラント本体を電解質溶
液に浸漬してこれを陽極とし、また同じ電解質溶液に浸
漬した金属を陰極にして両極間に直流または交流の電圧
を印加することにより行われる。陽極酸化に際し、イン
プラントは通常の研磨法で研磨し、アルコール洗浄、水
洗等で表面を清浄にしておく。研磨できないものは酸洗
等により表面を清浄にする。陽極酸化する必要のない部
分には予めマスキング剤を塗布しておき、全体を処理し
た後にそれを除去してもよい。表面積を増大させて被覆
層との密着性を向上させるために、酸によるエッチング
処理またはサンドブラスト処理により表面を適度に粗に
しておいてもよい。この操作は大気中で自然に形成され
た酸化膜を除去し、活性なインプラント本体表面を露出
させ被覆層の付着強度を高める効果もある。以上の前処
理を行った後に陽極酸化を行う。

【００１２】陽極酸化に使用される電解質溶液は、導電
性を得るために少なくともＰの化合物を含んでいなけれ
ばならない。そして、この溶液にＣａの化合物を同時に
添加して陽極酸化することにより、ＣａとＰを取り込み
ながら酸化皮膜を成長させ、結果的にＣａとＰを含む被
覆層を形成することができる。リン酸イオンを含む電解
質溶液では、例えばリン酸カルシウム、グリセロリン酸
カルシウム、α−グリセロリン酸ナトリウム、β−グリ
セロリン酸ナトリウムの水溶液等が本発明に使用可能で
あり、またカルシウム化合物は、例えば塩化カルシウ
ム、硝酸カルシウム、酢酸カルシウム、乳酸カルシウ
ム、グリセロリン酸カルシウム、グリコン酸カルシウ
ム、クエン酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム等が
本発明に使用可能であるが、本発明は、これらに限定さ
れるものではない。

【００１３】前記リン酸イオンを含む電解質溶液のう
ち、少なくともグリセロリン酸塩を含む電解質溶液を使
用して被覆層を形成することが好ましい。グリセロリン
酸塩を用いると、前記カルシウム化合物を同時に溶解さ
せたときにも反応して沈殿を生じることがなく、高濃度
でＣａとＰを含む電解質を調整することができ、しかも
高電圧まで安定して陽極酸化できるからである。

【００１４】また、前記カルシウム化合物のうち、グリ
セロリン酸カルシウムと酢酸カルシウムは水への溶解度
が高く、生体に有害なイオンを含まないので好ましい。
更に、カルシウム化合物を電解質溶液に添加したリン酸
イオンとカルシウムイオンを含む電解質溶液を使用して
被覆層を形成することが好ましい。被覆層の周囲に骨組
織を作り易くする作用が特に大きいからである。尚、電
解質溶液の溶媒は水に限定されることなく有機溶媒や溶
融塩も使用できる。

【００１５】陽極酸化により形成する被覆層の組成は、
電解質溶液の組成と印加電圧（電解電圧）によって決め
ることができる。一定電圧のもとでは、電解質溶液に含
まれるＣａとＰ化合物の割合と濃度によって、また電解
質溶液の組成が一定の時は、印加電圧によって被覆層に
含まれるＣａとＰの割合が変化する。従って、電解質溶
液の組成と印加電圧をそれぞれ変えることにより被覆層
を構成する原子の比率即ちＣａ／Ｔｉ比、Ｐ／Ｔｉ比、
Ｃａ／Ｐ比を自由に制御することができる。例えば、水
酸化アパタイトの理論Ｃａ／Ｐ比である1.67を保ちなが
ら、できるだけ多くＣａとＰを含ませることにより生体
活性の高い被覆層を形成できる。あるいは２、３種類の
異なる組成の電解質溶液を用い、その中で順次陽極酸化
することにより被覆層の組成を段階的に変化させたり、
陽極酸化している間に濃度の高いＣａとＰの化合物溶液
を添加することにより、被覆層組成を連続的に変化させ
ることもできる。

【００１６】また、必要に応じて陽極酸化の際に印加電
圧を高くして火花放電を起こさせ、被覆層表面に微小で
均一な凹凸を形成することが好ましい。この凹凸がある
と、平滑な被覆層表面と比較して早期に新生骨が形成さ
れ、また骨組織が微小な凹凸に沿って形成されることで
物理的絡み合いが形成されるからである。陽極酸化によ
る被覆層の厚さは印加電圧の大きさにより制御できる
が、例えば１〜２０μｍが好ましい。但し、本発明はこ
の範囲に限定されるものではない。

【００１７】陽極酸化処理を終えたインプラントは、蒸
留水中で超音波洗浄して表面を清浄化することが好まし
い。この状態で使用してもよいが、更に高圧水蒸気中で
水熱処理して被覆層表面にリン酸カルシウム化合物を析
出させることが好ましい。被覆層表面の周囲が、より多
くの骨組織で囲まれ、骨と化学的に結合するので、引き
抜きや回転等のインプラントにかかる外力に対する抵抗
力が増大するからである。

【００１８】水熱処理の温度範囲は１００〜５００°Ｃ
が好ましい。１００°Ｃより低いとリン酸カルシウム化
合物の結晶が生成せず、５００°Ｃより高いと装置が大
型になるのと、被覆層とインプラント本体の間の付着強
度が低下するからである。ＣａとＰを含む生体活性な被
覆層は、インプラント本体のチタン及び／またはチタン
合金の表面から析出してきたものであることから、本体
のチタン及び／またはチタン合金とは結晶の整合性が高
く、被覆層の付着強度が高い。更にこの陽極酸化被覆層
から析出してきた水酸化アパタイト等のリン酸カルシウ
ム化合物の層も同じ理由から付着強度が高い。従来のよ
うに、金属とは異種なセラミックス材料を外部から付着
させる方法と比較して生体内に安定性に優れ、長時間使
用しても被覆層の剥離や吸収等の不都合が生じない。

【００１９】また、骨と同様にＣａとＰを含む生体活性
な被覆層は、骨組織に対する親和性が良好である。従来
のチタン及びチタン合金からなるインプラントと比較し
て、より多くの骨組織に被包される。このようなインプ
ラントを製造する本発明によれば、インプラント本体を
電解質溶液に浸漬して陽極酸化するので、液が侵入しな
いような非常に細かい穴等を除いて、どのような形状を
していても電解質溶液と接触したインプラント本体表面
に均一に被覆でき、インプラント本体の形状を問うこと
もない。また、陽極酸化は直流または交流電圧を印加し
て行うので、対応した電源が必要であるが、他の方法の
装置と比較すると極めて簡単な装置である。また、操作
が容易であり、陽極酸化に要する時間が数十秒から長く
て数分と短時間であるので、医療現場において特に訓練
を受けていない人でも十分実行できる方法であるといえ
る。

【００２０】以下実施例によって本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００２１】

【実施例１】骨の欠損部や空隙を埋めるのに使用する骨
内インプラントを以下のようにして製造した。チタンか
らなるインプラント基材の形状を埋植部位に収まるよう
に削って調整してインプラント本体を作製した後、細い
チタン製ワイヤーでインプラント本体を結んで全体をグ
リセロリン酸カルシウムを含む電解質溶液に浸漬してこ
れを陽極とし、また同じ電解質溶液に浸漬したチタンを
陰極にして両極間に直流または交流の電圧を印加して陽
極酸化することによりインプラント本体表面に約１０μ
ｍの厚さの被覆層を形成した。尚、チタン以外のワイヤ
ーを使用した時は陽極酸化ができなかった。このように
して製造した骨内インプラントは生体内で長期間安定に
機能した。

【００２２】

【実施例２】ブレードタイプの歯科インプラントを以下
のようにして製造した。ブレードタイプの歯科インプラ
ントは患者の顎骨の形態に合わせて、まっすぐなものを
少し曲げてから埋植することがあり、この場合は顎骨と
接する部分だけに約１０μｍの厚さの被覆層を形成す
る。

【００２３】そこで、顎骨と接する部分以外の歯科イン
プラント本体表面をマスキング剤（ターコ５９８０−１
Ａ、化工機商事株式会社）で覆ってから、実施例１と同
様に陽極酸化を行った。その結果、歯肉と接する部分は
本体のチタン表面のままであり、歯槽骨内に埋まる部分
だけに被覆層が形成されていた。このようにして製造し
た歯科インプラントは生体内で長期間安定に機能した。

【００２４】

【実施例３】チタンからなるインプラント基材の形状を
埋植部位に収まるように削って調整してインプラント本
体を形成し、β−グリセロリン酸ナトリウムと酢酸カル
シウムを含む電解質溶液中で陽極酸化してインプラント
本体表面にリン酸イオンとカルシウムイオンを含む約１
０μｍの厚さの被覆層を形成した。その後、オートクレ
ーブ中において３００°Ｃで水熱処理して被覆層表面に
厚さ約２μｍの水酸化アパタイト層を形成することによ
り本実施例のインプラントを製造した。

【００２５】このインプラントを兎の大腿骨に２カ月間
埋め込んでから調べたところ、骨と直接結合しているこ
とが確認できた。また、この水酸化アパタイト層は灰白
色をしており、本体のチタンの金属色と比較して患者に
与える清潔感が大きかった。

【００２６】

【比較例】プラズマ溶射法により水酸化アパタイトの粉
末をチタン製ブレードタイプインプラント本体に約５０
μｍの厚さで被覆したものは、少し曲げただけで容易に
被覆層が剥離した。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、骨の形態に合わせてインプラントの形状調整がで
き、しかも骨組織との親和性を改良したインプラントが
製造できる利点がある。 以 上

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インプラント本体と被覆層からなるイン
   プラントの製造方法において、チタン及び／またはチタ
   ン合金からなるインプラント基材を埋め込もうとする骨
   の形態に合わせて形状調整してインプラント本体を作製
   後、インプラント本体を陽極酸化することによりインプ
   ラント本体表面に被覆層を形成することを特徴とするイ
   ンプラントの製造方法。
2. 【請求項２】 前記インプラント本体をＰイオンもしく
   はリン酸イオンを含む電解質溶液及び／またはカルシウ
   ムイオンを含む電解質溶液中で陽極酸化することを特徴
   とする請求項１記載のインプラントの製造方法。
3. 【請求項３】 前記電解質溶液に少なくともグリセロリ
   ン酸塩を含むことを特徴とする請求項２記載のインプラ
   ントの製造方法。
4. 【請求項４】 前記陽極酸化によりインプラント本体表
   面に被覆層を形成した後、水熱処理して被覆層表面にリ
   ン酸カルシウム化合物を析出させることを特徴とする請
   求項１乃至３記載のインプラントの製造方法。