JPH06169981A - Artificial biomedical material such as artificial bone and its manufacture - Google Patents

Artificial biomedical material such as artificial bone and its manufacture

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JPH06169981A
JPH06169981A JP41A JP12057392A JPH06169981A JP H06169981 A JPH06169981 A JP H06169981A JP 41 A JP41 A JP 41A JP 12057392 A JP12057392 A JP 12057392A JP H06169981 A JPH06169981 A JP H06169981A
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Abstract

PURPOSE:To obtain an artificial biomedical material having high biological activity and improved mechanical strength by ion-implanting or applying silicon or a silicon compound to the surface of an artificial biomedical material body made of metal. CONSTITUTION:An artificial bone 3 which is, for example, used by interconnecting true bones 4, 4 has a nearly cylindrical artificial bone body 1 formed from titanium or titanium alloy, having joint protrusions 2, 2 on both ends. By applying silicon or a silicon compound to the surface of such body 1 by ion implantation, an artificial biomedical material having high a high biological activity and improved mechanical strength is obtained. Such ion implantation accelerates formation of nucleus to form apatite, thereby improving joining performance between the artificial bone 3 and the true bones 4, 4. The artificial bone can be prepared by a method wherein the surface of the body 1 is coated with silicon or silicon compound and the coating is held over the surface of the body by ion implantation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】本発明は、人工骨,人工歯根,人工関節等
の人工生体材料と、その人工生体材料の製造方法に関す
る。
[0001] The present invention relates to an artificial biomaterial such as an artificial bone, an artificial tooth root or an artificial joint, and a method for producing the artificial biomaterial.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、人工骨等の人工生体材料として
は、セラミック製のもの、チタンやチタン合金等の金属
製のもの、さらには有機高分子材料からなるもの等が開
発されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as artificial biomaterials such as artificial bones, those made of ceramics, those made of metals such as titanium and titanium alloys, and those made of organic polymer materials have been developed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、セラミック製
の生体材料は、生体活性、すなわち生体に対する親和性
が良い反面、機械的強度が弱いという欠点がある。
However, the biomaterial made of ceramic has a drawback that it is weak in mechanical strength while having good bioactivity, that is, affinity for the living body.

【0004】これに対して、金属製の生体材料は、機械
的強度(強さ,弾性率,耐磨耗性等)は良好であるが、
逆に生体活性はセラミック製のものに比べて劣り、また
耐食性も不良である。
On the other hand, the metallic biomaterial has good mechanical strength (strength, elastic modulus, abrasion resistance, etc.),
On the contrary, the bioactivity is inferior to that of ceramics and the corrosion resistance is also poor.

【0005】一方、有機高分子材料からなるものは、耐
食性は良好であるが、機械的強度に問題があるものもあ
り、また生体活性も一般に劣っている。
On the other hand, those made of organic polymer materials have good corrosion resistance, but have problems with mechanical strength, and generally have poor bioactivity.

【0006】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、生体活性に優れ、しかも機械的強
度の良好な人工生体材料を提供することを課題とするも
のである。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an artificial biomaterial having excellent bioactivity and good mechanical strength.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために、人工骨等の人工生体材料とその製
造方法としてなされたもので、人工生体材料としての特
徴は、金属製の人工生体材料本体1の表面に、珪素又は
珪素化合物をイオン注入又はコーティングしたことにあ
る。
The present invention has been made as an artificial biomaterial such as an artificial bone and a method for producing the same in order to solve such a problem. The characteristic of the artificial biomaterial is that it is made of metal. The surface of the artificial biomaterial main body 1 is ion-implanted or coated with silicon or a silicon compound.

【0008】また、人工生体材料の製造方法としての特
徴は、金属製の人工生体材料本体1の表面に、珪素又は
珪素化合物をイオン注入又はコーティングして製造する
ことにある。
A characteristic of the method for producing the artificial biomaterial is that the surface of the artificial biomaterial main body 1 made of metal is ion-implanted or coated with silicon or a silicon compound.

【0009】これらの場合において、珪素又は珪素化合
物を人工生体材料本体1の表面にコーティングするとと
もに、そのコーティングされた珪素又は珪素化合物を人
工生体材料本体1の表面上に保持するためのイオンを注
入することが好ましい。
In these cases, the surface of the artificial biomaterial main body 1 is coated with silicon or a silicon compound, and ions for holding the coated silicon or silicon compound on the surface of the artificial biomaterial main body 1 are implanted. Preferably.

【0010】[0010]

【作用】一般に、骨の成分はCaO,P25からなるヒ
ドロキシアパタイト〔Ca10(PO4)6(OH)2〕で構成
されており、骨と人工骨の結合は、人工骨の表面に、骨
のアパタイトに似たアパタイトの薄い層が形成される事
により強く結合されると認められている。
In general, the bone component is composed of hydroxyapatite [Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ] composed of CaO and P 2 O 5 , and the bond between the bone and the artificial bone is the surface of the artificial bone. In addition, it is recognized that the formation of a thin layer of apatite, similar to that of bone, results in strong bonding.

【0011】そして、上記のようにチタン又はチタン合
金からなる人工骨本体1の表面に、Siイオンが注入さ
れ、或いはSiを含む化合物が注入,コーティングされ
ると、これらのイオンがアパタイト形成のための核形成
を促進することとなるのである。
When Si ions or a compound containing Si is injected and coated on the surface of the artificial bone body 1 made of titanium or titanium alloy as described above, these ions form apatite. It promotes the nucleation of.

【0012】さらに、上記のように珪素又は珪素化合物
のコーティングとイオン注入との双方を行った場合に
は、金属製の人工生体材料本体1の表面に対する珪素又
は珪素化合物の付着力が弱い場合にも、イオン注入によ
ってそのコーティングされた珪素又は珪素化合物が人工
生体材料本体1の表面に、より一層確実に保持されるこ
ととなるのである。
Furthermore, when both the coating of silicon or a silicon compound and the ion implantation are performed as described above, when the adhesion of silicon or a silicon compound to the surface of the metallic artificial biomaterial body 1 is weak. Also, the silicon or silicon compound coated by the ion implantation is more reliably held on the surface of the artificial biomaterial main body 1.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。実施例1 本実施例は、人工骨についての一実施例である。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Example 1 This example is an example of an artificial bone.

【0014】本実施例の人工骨3は、たとえば図1のよ
うに両端に接合突起部2,2を有する略円柱状で且つチ
タンからなる人工骨本体1に、Siイオンを注入した構
成からなるものである。
The artificial bone 3 of this embodiment has a structure in which Si ions are implanted into the artificial bone main body 1 made of titanium and having a substantially columnar shape having joint projections 2 and 2 at both ends as shown in FIG. It is a thing.

【0015】そして、このような人工骨3は、図2に示
すように真正の骨4,4間に接続して使用されるもので
ある。この場合、人工骨3が上記のようなチタンからな
るために機械的強度が優れたものとなり、しかも上記の
ようなSiイオンの注入によってアパタイト形成のため
の核形成が促進されることとなり、これによって人工骨
3と骨4,4との結合性が非常に良好となるのである。
The artificial bone 3 as described above is used by being connected between the authentic bones 4 and 4 as shown in FIG. In this case, since the artificial bone 3 is made of titanium as described above, the mechanical strength is excellent, and further, the implantation of Si ions as described above promotes nucleation for apatite formation. As a result, the bondability between the artificial bone 3 and the bones 4 and 4 becomes very good.

【0016】実施例2 本実施例は、上記実施例1の人工骨を製造する製造方法
についての実施例である。
Example 2 This example is an example of a manufacturing method for manufacturing the artificial bone of Example 1 described above.

【0017】先ず、処理すべき材料として、上記実施例
1のような略円柱状の人工骨本体1を準備する。
First, as a material to be treated, a substantially columnar artificial bone body 1 as in Example 1 is prepared.

【0018】次に、このような人工骨本体1にSiイオ
ンを注入する。このSiイオンの注入は、図3に示すよ
うなイオン注入のための装置によって行う。すなわち、
この装置について説明すると、イオンを生成するイオン
生成部5と、生成したイオンビームを引き出す引出電極
6と、引き出したイオンを成形加速する電極群7と、所
望のSiイオンのみを選別して取り出す質量分離装置8
と、取り出したイオンを任意のエネルギーで加速するた
めの加速電極群9と、注入すべき人工骨本体1(図3に
おいては図示せず)を収容したチャンバー10とで構成さ
れたものである。尚、このような構成からなるイオン注
入装置は、真空排気装置(図示せず)により高真空に保
持されている。
Next, Si ions are implanted into the artificial bone body 1 thus constructed. This Si ion implantation is performed by an ion implantation apparatus as shown in FIG. That is,
This device will be described. An ion generation unit 5 that generates ions, an extraction electrode 6 that extracts the generated ion beam, an electrode group 7 that accelerates the formation of the extracted ions, and a mass that selectively extracts only desired Si ions. Separator 8
And an acceleration electrode group 9 for accelerating the extracted ions with arbitrary energy, and a chamber 10 containing an artificial bone body 1 (not shown in FIG. 3) to be injected. The ion implantation apparatus having such a structure is maintained at a high vacuum by a vacuum exhaust device (not shown).

【0019】そして、このような装置により、イオン注
入を行う操作について説明すると、先ず前記真空内にお
いて、イオン生成部5にてSiイオンを発生させた後、
引出電極6によってイオンを引出し、質量分離装置8に
導く。そして、必要なSiイオンのみを分離して取り出
し、その後、その取り出されたイオンを加速電極群9で
加速してチャンバー10に導き、前記チャンバー10内に収
容された人工骨本体1に照射することによって、その人
工骨本体1にイオン注入を行うのである。
The operation of ion implantation with such an apparatus will be described. First, in the vacuum, after the Si ions are generated in the ion generating section 5,
Ions are extracted by the extraction electrode 6 and guided to the mass separation device 8. Then, only the necessary Si ions are separated and taken out, and thereafter, the taken out ions are accelerated by the acceleration electrode group 9 to be guided to the chamber 10, and the artificial bone main body 1 housed in the chamber 10 is irradiated with the ions. Thus, ion implantation is performed on the artificial bone body 1.

【0020】実施例3 本実施例は、コーティングとイオン注入の双方の手段に
よって人工骨を製造する実施例である。
Example 3 This example is an example of manufacturing an artificial bone by means of both coating and ion implantation.

【0021】すなわち、先ずSiを、チタンからなる人
工骨本体1の表面にコーティングする。
That is, first, the surface of the artificial bone body 1 made of titanium is coated with Si.

【0022】次に、そのSiがコーティングされた人工
骨本体1の表面に、Arイオンを注入する。
Next, Ar ions are implanted into the surface of the artificial bone body 1 coated with Si.

【0023】このようなArイオンの注入によって、コ
ーティングされたSiが人工骨本体1の表面から離脱す
ることなく確実に保持されることとなるのである。
By such implantation of Ar ions, the coated Si can be securely held without being separated from the surface of the artificial bone body 1.

【0024】尚、Arイオンの注入は、上記実施例2と
同様にして行う。
Implantation of Ar ions is performed in the same manner as in the second embodiment.

【0025】その他の実施例 尚、上記実施例1,2では、珪素イオンを注入すること
によって人工骨本体1に具備させたが、注入以外にコー
ティングによって具備させてもよい。
[0025] Other embodiments In the above embodiments 1 and 2, were provided in the artificial bone body 1 by implanting silicon ions, it may be provided with a coating in addition to injection.

【0026】また、該実施例では珪素のイオンを使用し
たが、珪素イオンに限らず、珪素を含む化合物を使用し
てもよい。
Although silicon ions are used in this embodiment, compounds containing silicon may be used instead of silicon ions.

【0027】さらに、上記実施例3では、Siのコーテ
ィング後にArイオンを注入したが、このコーティング
とイオン注入は同時に行ってもよい。
Furthermore, in the third embodiment, Ar ions are implanted after Si coating, but this coating and ion implantation may be performed simultaneously.

【0028】また、該実施例3ではArイオンを注入し
たが、Ar以外のイオンを注入することも可能であり、
要はコーティングされた珪素が人工骨本体1から離脱さ
せないようなイオンが注入されればよいのである。
Although Ar ions are implanted in the third embodiment, ions other than Ar can be implanted.
The point is that ions should be implanted so that the coated silicon does not separate from the artificial bone body 1.

【0029】さらに、該実施例では人工骨本体1として
チタンを使用したが、人工骨本体1の材料はチタンに限
らず、たとえばチタン合金を使用してもよく、さらには
チタン以外の金属を使用することも可能である。
Further, although titanium is used as the artificial bone main body 1 in the embodiment, the material of the artificial bone main body 1 is not limited to titanium, and for example, a titanium alloy may be used, and a metal other than titanium is used. It is also possible to do so.

【0030】さらに、人工骨本体1の形状も上記実施例
のような形状に限定されるものではなく、使用される人
体の部位に応じて任意に変更可能である。
Further, the shape of the artificial bone main body 1 is not limited to the shape as in the above embodiment, but can be arbitrarily changed according to the part of the human body to be used.

【0031】さらに、イオン注入の条件や注入されるイ
オンの数,打ち込み深さ等も問うものではなく、人工骨
本体1の大きさ,表面積等に応じて任意に変更可能であ
る。
Furthermore, the conditions of ion implantation, the number of ions to be implanted, the implantation depth, etc. do not matter, and can be arbitrarily changed according to the size, surface area, etc. of the artificial bone body 1.

【0032】さらに、上記実施例では、イオン注入又は
コーティングする対象物として人工骨を使用したが、人
工骨以外にたとえば人工関節や人工歯根に本発明を適用
することも可能であり、要は人工生体材料であれば適用
可能である。
Further, in the above-mentioned embodiment, the artificial bone was used as the object to be ion-implanted or coated. However, the present invention can be applied to, for example, an artificial joint or an artificial tooth root other than the artificial bone. Any biomaterial can be applied.

【0033】[0033]

【発明の効果】叙上のように、本発明は金属製の人工生
体材料本体の表面に、珪素又は珪素化合物をイオン注入
又はコーティングしたものであるため、これらのイオン
等がヒドロキシアパタイト形成のための核形成を促進す
ることとなり、従って、人工生体材料の表面に、人体の
骨等のアパタイトに似たアパタイトの薄い層が形成され
ることとなり、よって、このような人工生体材料と人体
の骨等の部分との結合が非常に強固となる。
As described above, according to the present invention, since the surface of the main body of artificial biomaterial made of metal is ion-implanted or coated with silicon or a silicon compound, these ions or the like are used for forming hydroxyapatite. Therefore, a thin layer of apatite similar to apatite such as human bone is formed on the surface of the artificial biomaterial, and thus, the artificial biomaterial and the bone of human body are formed. The bond with such parts becomes very strong.

【0034】この結果、機械的強度を備えたチタン等の
金属製の生体材料でありながら、生体活性が著しく良好
な人工生体材料を提供することが可能になるという顕著
な効果を有するに至った。
As a result, it has become possible to provide a prominent effect that it is possible to provide an artificial biomaterial having a remarkably good bioactivity, which is a biomaterial made of metal such as titanium having mechanical strength. .

【0035】さらに、珪素又は珪素化合物のコーティン
グとイオン注入との双方を行った場合には、そのイオン
注入によってコーティングされた珪素又は珪素化合物が
人工生体材料本体の表面に確実に保持されることとな
り、その結果、珪素又は珪素化合物が人工生体材料本体
から不用意に離脱することもなく、これら珪素等の保持
効果が一層向上することとなる。
Furthermore, when both the coating of silicon or a silicon compound and the ion implantation are performed, the silicon or silicon compound coated by the ion implantation is reliably held on the surface of the artificial biomaterial body. As a result, silicon or a silicon compound does not inadvertently separate from the main body of the artificial biomaterial, and the effect of retaining these silicon and the like is further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】一実施例としての人工骨を示し、(イ)は正面
図、(ロ)は(イ)のA−A線断面図。
FIG. 1 shows an artificial bone as one example, (a) is a front view, and (b) is a sectional view taken along the line AA of (a).

【図2】人工骨を他の骨部に接続した状態を示す概略正
面図。
FIG. 2 is a schematic front view showing a state in which the artificial bone is connected to another bone part.

【図3】Siイオンを人工骨に注入するためのイオン注
入装置の概略図。
FIG. 3 is a schematic view of an ion implantation apparatus for implanting Si ions into artificial bone.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…人工骨本体 3…人工骨 1 ... Artificial bone body 3 ... Artificial bone

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畠 宏太郎 京都市西京区大原野西境谷町3丁目8− 106 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kotaro Hatake 3-8-106, Nishi-Sakaitani-cho, Oharano Nishigyo-ku, Kyoto

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属製の人工生体材料本体1の表面に、
珪素又は珪素化合物がイオン注入又はコーティングされ
てなることを特徴とする人工骨等の人工生体材料。
1. The surface of the artificial biomaterial main body 1 made of metal,
An artificial biomaterial such as an artificial bone, which is obtained by ion implantation or coating of silicon or a silicon compound.
【請求項2】 金属製の人工生体材料本体1の表面に、
珪素又は珪素化合物がコーティングされ、且つそのコー
ティングされた珪素又は珪素化合物を前記人工生体材料
本体1の表面上に保持するためのイオンが、該人工生体
材料本体1の表面に注入されてなることを特徴とする人
工骨等の人工生体材料。
2. The surface of the artificial biomaterial main body 1 made of metal,
Ions coated with silicon or a silicon compound, and ions for holding the coated silicon or silicon compound on the surface of the artificial biomaterial body 1 are injected into the surface of the artificial biomaterial body 1. A characteristic artificial biomaterial such as artificial bone.
【請求項3】 前記人工生体材料本体1を構成する金属
が、チタン又はチタン合金である請求項1又は請求項2
記載の人工骨等の人工生体材料。
3. The metal constituting the artificial biomaterial main body 1 is titanium or titanium alloy.
An artificial biomaterial such as the described artificial bone.
【請求項4】 金属製の人工生体材料本体1の表面に、
珪素又は珪素化合物をイオン注入又はコーティングして
製造することを特徴とする人工骨等の人工生体材料の製
造方法。
4. The surface of the artificial biomaterial main body 1 made of metal,
A method for producing an artificial biomaterial such as an artificial bone, which is produced by ion implantation or coating of silicon or a silicon compound.
【請求項5】 金属製の人工生体材料本体1の表面に、
珪素又は珪素化合物をコーティングするとともに、その
コーティングされた珪素又は珪素化合物を前記人工生体
材料本体1の表面上に保持するためのイオンを、該人工
生体材料本体1の表面に注入して製造することを特徴と
する人工骨等の人工生体材料の製造方法。
5. The surface of the artificial biomaterial main body 1 made of metal,
Manufacturing by coating silicon or a silicon compound, and injecting ions for holding the coated silicon or silicon compound on the surface of the artificial biomaterial main body 1 into the surface of the artificial biomaterial main body 1. A method for producing an artificial biomaterial such as an artificial bone characterized by:
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