JPH06165817A - 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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JPH06165817A
JPH06165817A JP43A JP34350092A JPH06165817A JP H06165817 A JPH06165817 A JP H06165817A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 34350092 A JP34350092 A JP 34350092A JP H06165817 A JPH06165817 A JP H06165817A
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JP
Japan
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coating layer
glass powder
core material
composite implant
glass
Prior art date
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JP43A
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English (en)
Inventor
Satoshi Yoshihara
聡 吉原
Takehiro Shibuya
武宏 渋谷
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Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い生体活性を示し、且つ、機械的強度の高
い被覆層を有する生体活性複合インプラント材を得る。 【構成】 金属等の芯材上に、生体活性を示す被覆層が
形成されてなる生体活性複合インプラント材であって、
該被覆層が (a)CaO及びSiO2 を主成分とするガラス又は結
晶化ガラス粉末30〜90重量%と、 (b)一般式1: 【化1】 で表される繰り返し単位、及び/又は一般式2: 【化2】 で表される繰り返し単位を有する重合体10〜70重量
%とからなる複合材料であることを特徴とする。

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、高強度のインプラント材として
銀、タンタル、チタン等の金属材料や、チタン合金、ス
テンレス合金、コバルト−クロム合金、ニッケル−クロ
ム合金等の合金材料や、或はアルミナ、ジルコニア等の
セラミックス材料が用いられているが、これらの材料は
機械的強度は高いものの、生体骨と化学的に結合せず、
長期に亙る生体内への埋入中にずれや緩みを生じるとい
う問題がある。一方、生体骨と化学的に結合する材料と
して、合成アパタイト、生体活性ガラス、生体活性結晶
化ガラス等が開発されているが、これらの生体活性材料
は前記した金属等の高強度材料に比べて機械的強度が低
いという欠点を有している。
【0003】このような事情から、金属等の高強度材料
からなる芯材上に直接生体活性材料を被覆してなる複合
インプラント材が提案されている。しかしながら芯材に
直接生体活性材料が被覆されてなるインプラント材は、
被覆層が剥がれ易いという欠点がある。そこでこのよう
な欠点を解消するものとして、被覆層を有機重合体と生
体活性材料との複合材料で形成してなる複合インプラン
ト材が提案されている。例えば特開昭60−48751
号には、金属芯材上に、ポリメチルメタクリレート等の
有機重合体と燐酸カルシウムセラミックス粉末との複合
材料からなる被覆層を有する生体活性複合インプラント
材が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記特開
昭60−48751号の複合インプラント材は、生体活
性が低いため、生体骨との結合に長期間を要し、また被
覆層の機械的強度が低いため、被覆層が破壊され易いと
いう欠点がある。
【0005】本発明の目的は、高い生体活性を示し、且
つ、機械的強度の高い被覆層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。
【0006】
【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、CaOとSiO2を主成分として含むガ
ラス又は結晶化ガラス粉末と、一般式1:
【0007】
【化3】
【0008】で表される繰り返し単位、及び/又は一般
式2:
【0009】
【化4】
【0010】で表される繰り返し単位を有する重合体と
の複合材料を被覆層に用いることにより、上記目的が達
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。
【0011】即ち、本発明の生体活性複合インプラント
材は、金属、合金又はセラミックスからなる芯材上に、
生体活性を示す被覆層が形成されてなる生体活性複合イ
ンプラント材であって、該被覆層が、 (a)CaO及びSiO2 を主成分とするガラス又は結
晶化ガラス粉末 30〜90重量%と、 (b)一般式1:
【0012】
【化5】
【0013】で表される繰り返し単位、及び/又は 一般式2:
【0014】
【化6】
【0015】で表される繰り返し単位を有する重合体
10〜70重量%とからなる複合材料であることを特徴
とする。
【0016】
【作用】本発明の生体活性複合インプラント材におい
て、芯材には高強度で、しかも生体為害性のない金属、
合金又はセラミックスを使用する。金属材料としては
銀、タンタル、チタン等が使用でき、合金材料としては
チタン合金、ステンレス合金、コバルト−クロム合金、
ニッケル−クロム合金等が使用できる。またセラミック
ス材料としてはアルミナ、ジルコニア等を使用すること
ができる。
【0017】本発明の生体活性複合インプラント材にお
いて、被覆層を構成するガラス又は結晶化ガラス粉末
(以下、両者を併せてガラス粉末と称する)は、CaO
及びSiO2 を主成分として含有するものであり、体液
と接触すると、その表面からCa2+イオンを溶出すると
ともに、Ca2+イオンを溶出した部分にシリカゲル層と
呼ばれるSiO2 に富む層が形成され、水酸アパタイト
の核形成の基盤として機能する。次いで溶出したCa2+
イオンと体液中のPO4 3- イオンとが反応してガラス表
面のシリカゲル層上に水酸アパタイトが析出し、生体骨
との結合を可能にする。このようなガラス粉末として、
例えば重量%でCaO 20〜60%、SiO2 20〜
50%、P25 0〜30%、MgO0〜20%、Ca
2 0〜5%の組成を有するガラス又は結晶化ガラスを
使用することができる。なお被覆層中に含まれるガラス
粉末は、粒径が小さいほど被覆層の機械的強度を高める
ことができるために好ましく、特に44μm以下の粒径
を有することが望ましい。
【0018】ガラス粉末とともに被覆層を構成する有機
重合体は、一般式1及び/又は一般式2で表される繰り
返し単位からなり、これらの繰り返し単位が3次元的に
結合しているために機械的強度が極めて高い。また生体
為害性がなく、生体用材料として好適なものである。
【0019】また本発明において、被覆層はガラス粉末
30〜90重量%と有機重合体10〜70重量%との複
合材料であるが、これらの割合を上記のように限定した
理由は次の通りである。即ち、ガラス粉末が30重量%
未満の場合、即ち有機重合体が70重量%を越える場合
は生体活性を示すガラス量が少なくなるために、生体骨
と結合し難くなり、逆にガラス粉末が90重量%を越え
る場合、即ち有機重合体が10重量%未満の場合は被覆
層自身の機械的強度が低下する。
【0020】次に、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。
【0021】まず金属、合金又はセラミックスからなる
芯材を用意する。なお被覆層との結合力を高めるため
に、予め芯材表面に微細な凹凸を形成したり、シラン或
はチタネートカップリング剤を用いて処理しておくこと
が望ましい。
【0022】またCaO及びSiO2 を主成分とするガ
ラス粉末を用意する。ガラス粉末は、粒径が44μm以
下のものを使用することが望ましい。また予めガラス粉
末表面をシランカップリング剤で処理しておくと、有機
重合体と化学的に結合させることができ、より機械的強
度の高い被覆層を得ることができる。
【0023】さらに重合性有機単量体、重合開始剤等か
らなる硬化材を用意する。使用する単量体のうち、式1
で表される繰り返し単位の出発材料としては2,2−ビ
ス[4−(3メタクリロキシ−2−ハイドロキシプロボ
キシ)フェニル]プロパン(以下、Bis−GMAと略
す)を、また式2で表される繰り返し単位の出発材料と
しては、トリエチレングリコールジメタクリレート(以
下、TEG−DMAと略す)、ジエチレングコールジメ
タクリレート(以下、DEG−DMAと略す)、或はエ
チレングリコールジメタクリレート(以下、EG−DM
Aと略す)を用いる。なお得られる被覆層の機械的強度
と、硬化材の取り扱い易さの面から、前者の出発材料
(Bis−GMA)と後者の出発材料(TEG−DM
A、DEG−DMA及びEG−DMA)との割合が重量
比で10/90〜90/10の範囲にある硬化材を使用
することが望ましい。
【0024】次いでガラス粉末と硬化材とを混練してペ
ーストを作製し、芯材上に塗布した後、単量体を重合さ
せて生体活性複合インプラント材を得る。なお塗布の方
法としては、ディッピング法、スプレー法、スクリーン
印刷法、或は刷毛塗り等公知の方法を利用することがで
きる。
【0025】なお、このようにして得られた生体活性複
合インプラント材の被覆層表面にサンドブラスト等の処
理を施し、より多くのガラス粉末を露出させることによ
り、インプラント材の生体活性をさらに高めることが可
能である。
【0026】
【実施例】以下、本発明の生体活性複合インプラント材
の製造方法を実施例に基づいて説明する。表1及び表2
は本発明の実施例(試料No.1〜14)及び比較例
(試料No.15)を示すものである。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】試料No.1〜14は次のようにして調製
した。
【0030】まず、表に示す材料を10×15×2mm
の大きさに成形した後、サンドブラストして表面に凹凸
をつけ、次いで洗浄、脱脂を行うことによって芯材を作
成した。さらにアルミナ、ジルコニア、SUS316L
からなる芯材については、シランカップリング剤を1重
量%添加した酢酸溶液に浸漬し、80℃で加熱した後、
120℃で2時間乾燥させた。またチタン、チタン合金
(Ti−6Al−4V)からなる芯材については、チタ
ネートカップリング剤を用いて上記と同様にして表面を
処理した。
【0031】また重量%でCaO 47.0%、SiO
2 35.5%、P25 17.0%、CaF2 0.5%
の組成を有するガラスとなるように調合したガラス原料
を1500℃で2時間溶融し、ガラス化した後、ロール
成形した。次いでこのガラス成形体をボールミルにて粉
砕した後、分級し、最大粒径が44μm以下のガラス粉
末Aを得た。また上記と同様にして作製したガラス成形
体を1050℃で4時間焼成して結晶化させた後、ボー
ルミルを用いて粉砕し、分級して最大粒径が4μm以下
の結晶化ガラス粉末Bを得た。さらにガラス粉末Aと結
晶化ガラス粉末Bを、シランカップリング剤を1重量%
含む酢酸水溶液に入れて攪拌し、その後120℃で2時
間乾燥させることにより、表面にシラン処理を施したガ
ラス粉末a及び結晶化ガラス粉末bを得た。
【0032】また表に示す割合で重合性有機単量体を混
合し、さらに重合開始剤として過酸化ベンゾイル(以
下、BPOと略す)を添加して硬化材を得た。
【0033】次にこの硬化材とガラス粉末或は結晶化ガ
ラス粉末とを混練してペーストを作製した後、芯材を浸
漬し、芯材表面にペーストを付着させた。その後、15
0℃で加熱重合させることによって、芯材上に、CaO
及びSiO2 を主成分として含有するガラス粉末と、一
般式1:
【0034】
【化7】
【0035】で表される繰り返し単位、及び/又は一般
式2:
【0036】
【化8】
【0037】で表される繰り返し単位を有する有機重合
体とからなる被覆層が形成された試料を得た。
【0038】また試料No.15は次のようにして作製
した。まずSUS316Lを用い、上記と同様にして芯
材を用意した。また水酸アパタイト(1050℃仮焼
物、平均粒径2μm)粉末50重量%と、メチルメタク
リレート50重量%とを攪拌、混合し、さらにBPOを
添加してペーストを作製した。次いでペースト中に芯材
を浸漬し、表面にペーストを付着させた後、80℃で加
熱重合させて試料を得た。
【0039】なお各試料は、さらに被覆層表面をサンド
ブラストして表面に多数のガラス粉末又は水酸アパタイ
ト粉末を露出させた。
【0040】このようにして作製した各試料を、兎の脛
骨に埋入して術後の経過を観察した。
【0041】その結果、表から明らかなように本発明の
実施例である試料No.1〜14は、何れも8週間後に
生体骨との結合が認められた。さらに埋入部位を取り出
し、骨との引き剥がし強度を測定したところ、6〜10
kg/cm2の値を示した。また何れの試料も破壊は生
体骨内部から生じていた。
【0042】これに対して比較例である試料No.15
は、生体骨との結合が認められたものの、引き剥がし強
度が3kg/cm2 と低かった。また破壊は生体骨と被
覆層の界面、及び被覆層内部で生じているのが認められ
た。
【0043】なお本実施例では重合開始剤としてBPO
を用い、加熱して単量体を重合させて被覆層を形成した
が、被覆層を形成する方法はこれに限られるものではな
く、カンファーキノン等の重合開始剤を用いて光重合さ
せる方法や、重合開始剤とともにジメチル−P−トルイ
ジン等の重合促進剤を用い、常温で重合させる方法等種
々の方法を使用することが可能である。
【0044】
【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、高い生体活性を示し、しかも機
械的強度が高い被覆層を有する。それゆえ人工骨、人工
歯根、人工関節等の生体代替材料として好適である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属、合金又はセラミックスからなる芯
    材上に、生体活性を示す被覆層が形成されてなる生体活
    性複合インプラント材であって、該被覆層が、 (a)CaO及びSiO2 を主成分とするガラス又は結
    晶化ガラス粉末 30〜90重量%と、 (b)一般式1: 【化1】 で表される繰り返し単位、及び/又は 一般式2: 【化2】 で表される繰り返し単位を有する重合体 10〜70重
    量%とからなる複合材料であることを特徴とする生体活
    性複合インプラント材。
JP43A 1992-11-30 1992-11-30 生体活性複合インプラント材 Pending JPH06165817A (ja)

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Cited By (4)

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