JPH0623030A - 人工生体材料 - Google Patents
人工生体材料Info
- Publication number
- JPH0623030A JPH0623030A JP4200523A JP20052392A JPH0623030A JP H0623030 A JPH0623030 A JP H0623030A JP 4200523 A JP4200523 A JP 4200523A JP 20052392 A JP20052392 A JP 20052392A JP H0623030 A JPH0623030 A JP H0623030A
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- Japan
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- artificial
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 基材表面に、ＯＨ基等の親水基を有する被覆
層が形成されてなることを特徴とする。なお被覆層は、
シリカゲル又はチタニアゲルからなることが好ましい。 【効果】 極めて高い生体活性を示すため、短期間で自
然骨と強固に結合することができる。このため初期固定
の際に治具を用いる必要がなく、人工骨として好適であ
る。また生体親和性にも優れているため、ペースメーカ
ー、血流センサ、各種カテーテルなど、生体埋め込み形
の機器、器具に応用することができる。
層が形成されてなることを特徴とする。なお被覆層は、
シリカゲル又はチタニアゲルからなることが好ましい。 【効果】 極めて高い生体活性を示すため、短期間で自
然骨と強固に結合することができる。このため初期固定
の際に治具を用いる必要がなく、人工骨として好適であ
る。また生体親和性にも優れているため、ペースメーカ
ー、血流センサ、各種カテーテルなど、生体埋め込み形
の機器、器具に応用することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人工骨等に使用される
人工生体材料に関するものである。
人工生体材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】骨欠損部等を修復する人工生体材料とし
て、従来より種々のものが知られているが、例えばチタ
ン、チタン合金、コバルト−クロム合金、ステンレス、
アルミナ、ジルコニア等からなる材料は、生体親和性に
優れ、しかも高い機械的強度を有しており、股関節等の
大きな負荷のかかる部位に使用されている。しかしなが
らこれらの材料は、生体活性を示さず自然骨と化学的に
結合しないため、長時間に亙る生体内への埋入中にズレ
や緩みを生じるという問題を有している。
て、従来より種々のものが知られているが、例えばチタ
ン、チタン合金、コバルト−クロム合金、ステンレス、
アルミナ、ジルコニア等からなる材料は、生体親和性に
優れ、しかも高い機械的強度を有しており、股関節等の
大きな負荷のかかる部位に使用されている。しかしなが
らこれらの材料は、生体活性を示さず自然骨と化学的に
結合しないため、長時間に亙る生体内への埋入中にズレ
や緩みを生じるという問題を有している。
【０００３】このような事情から、生体親和性だけでな
く、生体活性をも有する材料が求められており、例えば
アパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4 ）6 Ｏ）等の燐酸カルシウ
ム系結晶やＣａＯ−ＳｉＯ2 −ＭｇＯ−Ｐ2 Ｏ5 系結晶
化ガラス等の燐酸カルシウム系結晶化ガラスからなる人
工生体材料が提案されている。
く、生体活性をも有する材料が求められており、例えば
アパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4 ）6 Ｏ）等の燐酸カルシウ
ム系結晶やＣａＯ−ＳｉＯ2 −ＭｇＯ−Ｐ2 Ｏ5 系結晶
化ガラス等の燐酸カルシウム系結晶化ガラスからなる人
工生体材料が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
ような生体材料においても未だ生体活性が十分でなく、
自然骨と結合するのに長時間を要する。このため初期固
定の際、金属ワイヤ等の治具を用いる必要があるという
不都合がある。
ような生体材料においても未だ生体活性が十分でなく、
自然骨と結合するのに長時間を要する。このため初期固
定の際、金属ワイヤ等の治具を用いる必要があるという
不都合がある。
【０００５】本発明の目的は、高い生体活性を有し、自
然骨と早期に、且つ、強固に結合することが可能な人工
生体材料を提供することである。
然骨と早期に、且つ、強固に結合することが可能な人工
生体材料を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記目的を
達成するために種々の研究を行った結果、ＣａＯ−Ｓｉ
Ｏ2 −ＭｇＯ−Ｐ2 Ｏ5 系結晶化ガラス等の生体活性材
料が自然骨と結合する際、その表面にシリカゲル層が形
成され、このシリカゲル層の親水基（ＯＨ基）を介して
体液中のカルシウムイオンと燐酸イオンが反応し、自然
骨の無機質と類似のアパタイトが生成することに着目
し、本発明を提案するに至った。
達成するために種々の研究を行った結果、ＣａＯ−Ｓｉ
Ｏ2 −ＭｇＯ−Ｐ2 Ｏ5 系結晶化ガラス等の生体活性材
料が自然骨と結合する際、その表面にシリカゲル層が形
成され、このシリカゲル層の親水基（ＯＨ基）を介して
体液中のカルシウムイオンと燐酸イオンが反応し、自然
骨の無機質と類似のアパタイトが生成することに着目
し、本発明を提案するに至った。
【０００７】即ち、本発明の人工生体材料は、基材表面
に、親水基を有する被覆層が形成されてなることを特徴
とする。
に、親水基を有する被覆層が形成されてなることを特徴
とする。
【０００８】
【作用】本発明の人工生体材料は表面に親水基を有して
いるために、生体中に埋入すると、親水基を介して体液
中のカルシウムイオンと燐酸イオンが反応して材料表面
に生体類似のアパタイトが生成し易くなり、極めて短期
間のうちに自然骨と結合する。
いるために、生体中に埋入すると、親水基を介して体液
中のカルシウムイオンと燐酸イオンが反応して材料表面
に生体類似のアパタイトが生成し易くなり、極めて短期
間のうちに自然骨と結合する。
【０００９】本発明において、被覆層が有する親水基と
しては、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＮＨ3 基、ＣＯ3 基、Ｓ
Ｏ3 Ｈ基等が挙げられるが、特に自然骨に含まれるアパ
タイト（Ｃａ10（ＰＯ4 ）6 （ＯＨ）2 ）の親水基と同
じＯＨ基を有していると、自然骨との馴染みが良く、反
応が促進されるため好ましい。なおＯＨ基を有する被覆
層には、シリカゲルやチタニアゲルを使用することがで
きる。被覆層の厚みは０．１〜１０μｍ程度であること
が好ましい。
しては、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＮＨ3 基、ＣＯ3 基、Ｓ
Ｏ3 Ｈ基等が挙げられるが、特に自然骨に含まれるアパ
タイト（Ｃａ10（ＰＯ4 ）6 （ＯＨ）2 ）の親水基と同
じＯＨ基を有していると、自然骨との馴染みが良く、反
応が促進されるため好ましい。なおＯＨ基を有する被覆
層には、シリカゲルやチタニアゲルを使用することがで
きる。被覆層の厚みは０．１〜１０μｍ程度であること
が好ましい。
【００１０】また基材としては、生体為害性がないもの
であれば特に限定はない。例えばチタン、チタン合金、
コバルト−クロム合金、ステンレス、アルミナ、ジルコ
ニア等の生体不活性な高強度材料を使うと機械的強度の
高い生体材料が得られ、また燐酸カルシウム系結晶や燐
酸カルシウム系結晶化ガラス等の生体活性材料を使用す
ると、生体内で早期に固定できる生体材料が得られる。
なお基材は、強度の点から緻密体であることが望ましい
が、あまり負荷のかからない部位に適用する場合や、充
填材として使用する場合は多孔体であってもよい。
であれば特に限定はない。例えばチタン、チタン合金、
コバルト−クロム合金、ステンレス、アルミナ、ジルコ
ニア等の生体不活性な高強度材料を使うと機械的強度の
高い生体材料が得られ、また燐酸カルシウム系結晶や燐
酸カルシウム系結晶化ガラス等の生体活性材料を使用す
ると、生体内で早期に固定できる生体材料が得られる。
なお基材は、強度の点から緻密体であることが望ましい
が、あまり負荷のかからない部位に適用する場合や、充
填材として使用する場合は多孔体であってもよい。
【００１１】次に本発明の人工生体材料を製造する方法
を、ＯＨ基を有する被覆層、例えばシリカゲル層やチタ
ニアゲル層を形成する場合を例にとって説明する。この
場合、例えば以下に示すような方法を用いることができ
る。
を、ＯＨ基を有する被覆層、例えばシリカゲル層やチタ
ニアゲル層を形成する場合を例にとって説明する。この
場合、例えば以下に示すような方法を用いることができ
る。
【００１２】水ガラス（Ｎａ2 Ｏ・ＳｉＯ2 ・ｎＨ2
Ｏ）に塩酸、硝酸、硫酸などの水溶液を攪拌しながら混
合し、適当な粘度を示すようになった時点で基材を浸漬
し、引き上げ、更に水に浸漬してＮａ+ イオンを溶出す
ることによって、基材表面にシリカゲル層を形成する。
Ｏ）に塩酸、硝酸、硫酸などの水溶液を攪拌しながら混
合し、適当な粘度を示すようになった時点で基材を浸漬
し、引き上げ、更に水に浸漬してＮａ+ イオンを溶出す
ることによって、基材表面にシリカゲル層を形成する。
【００１３】ケイ素（又はチタン）のアルコキシドで
あるテトラメトキシシラン（チタネート）、テトラエト
キシシラン（チタネート）、テトラプロキシシラン（チ
タネート）、テトライソプロポキシシラン（チタネー
ト）或はテトラブトキシシラン（チタネート）のアルコ
ール溶液に、触媒として塩酸、硝酸、硫酸、酢酸或はア
ンモニアを含む水を混合し、ケイ素（チタン）のアルコ
キシドの加水分解、重合反応を進行させ、適当な粘度を
示すようになった段階で基材を浸漬し、引き上げること
により、基材表面にシリカゲル層（チタニアゲル層）を
形成する。
あるテトラメトキシシラン（チタネート）、テトラエト
キシシラン（チタネート）、テトラプロキシシラン（チ
タネート）、テトライソプロポキシシラン（チタネー
ト）或はテトラブトキシシラン（チタネート）のアルコ
ール溶液に、触媒として塩酸、硝酸、硫酸、酢酸或はア
ンモニアを含む水を混合し、ケイ素（チタン）のアルコ
キシドの加水分解、重合反応を進行させ、適当な粘度を
示すようになった段階で基材を浸漬し、引き上げること
により、基材表面にシリカゲル層（チタニアゲル層）を
形成する。
【００１４】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
【００１５】（実施例１）表１及び表２は、生体不活性
な高強度材料を基材として使用した場合の実施例（試料
Ｎｏ．１〜６）及び比較例（試料Ｎｏ．７）を示してい
る。
な高強度材料を基材として使用した場合の実施例（試料
Ｎｏ．１〜６）及び比較例（試料Ｎｏ．７）を示してい
る。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】試料Ｎｏ．１及び試料Ｎｏ．３〜６は次の
ようにして作製した。まず表に示す材料からなる１０×
１５×２ｍｍの大きさの基材を用意した。次いでテトラ
プロキシシランのエタノール溶液に触媒として塩酸水溶
液を混合し、ケイ素のアルコキシドの加水分解、重合反
応を進行させ、適当な粘度を示すようになった段階で基
材を浸漬し、引き上げる。この操作を繰り返すことによ
り、厚さが０．１μｍになるようにシリカゲルをコーテ
ィングし、さらにこれを乾燥することによって、親水基
（ＯＨ基）を有する被覆層（シリカゲル層）を基材表面
に形成した。
ようにして作製した。まず表に示す材料からなる１０×
１５×２ｍｍの大きさの基材を用意した。次いでテトラ
プロキシシランのエタノール溶液に触媒として塩酸水溶
液を混合し、ケイ素のアルコキシドの加水分解、重合反
応を進行させ、適当な粘度を示すようになった段階で基
材を浸漬し、引き上げる。この操作を繰り返すことによ
り、厚さが０．１μｍになるようにシリカゲルをコーテ
ィングし、さらにこれを乾燥することによって、親水基
（ＯＨ基）を有する被覆層（シリカゲル層）を基材表面
に形成した。
【００１９】試料Ｎｏ．２は次のようにして作製した。
まずチタン合金からなる１０×１５×２ｍｍの大きさの
基材を用意し、次いでテトラプロキシシランの代わりに
テトラプロキシチタネートを用い、他は上記と同様にし
て基材表面に厚さが０．１μｍになるようにチタニアゲ
ルをコーティングした。さらにこれを乾燥させることに
よって、親水基（ＯＨ基）を有する被覆層（チタニアゲ
ル層）を基材表面に形成した。
まずチタン合金からなる１０×１５×２ｍｍの大きさの
基材を用意し、次いでテトラプロキシシランの代わりに
テトラプロキシチタネートを用い、他は上記と同様にし
て基材表面に厚さが０．１μｍになるようにチタニアゲ
ルをコーティングした。さらにこれを乾燥させることに
よって、親水基（ＯＨ基）を有する被覆層（チタニアゲ
ル層）を基材表面に形成した。
【００２０】また試料Ｎｏ．７は、試料Ｎｏ．１で基材
として用いたのと同じものであり、被覆層が形成されて
いないチタンである。
として用いたのと同じものであり、被覆層が形成されて
いないチタンである。
【００２１】このようにして得られた各試料を兎の脛骨
に人為的に形成した欠損部に埋入し、術後の経過を観察
したところ、実施例である試料Ｎｏ．１〜６は術後８週
間で骨との結合がみられた。さらに埋入部位を取り出し
て自然骨と試料との引き剥がし試験を行ったところ、５
〜７ｋｇ／ｃｍ2 の値を示した。一方試料Ｎｏ．７は生
体骨との結合が認められなかった。
に人為的に形成した欠損部に埋入し、術後の経過を観察
したところ、実施例である試料Ｎｏ．１〜６は術後８週
間で骨との結合がみられた。さらに埋入部位を取り出し
て自然骨と試料との引き剥がし試験を行ったところ、５
〜７ｋｇ／ｃｍ2 の値を示した。一方試料Ｎｏ．７は生
体骨との結合が認められなかった。
【００２２】（実施例２）表３は、生体活性材料を基材
として用いた場合の実施例（試料Ｎｏ．８、９）及び比
較例（試料Ｎｏ．１０）を示している。
として用いた場合の実施例（試料Ｎｏ．８、９）及び比
較例（試料Ｎｏ．１０）を示している。
【００２３】
【表３】
【００２４】試料Ｎｏ．８及び９は次のようにして作製
した。まずアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4 ）Ｏ）又はＣａ
Ｏ ４１．０％、ＳｉＯ2 ３７．５％、ＭｇＯ ５．０
％、Ｐ2 Ｏ5 １６．５％の組成を有する結晶化ガラスか
らなる１０×１５×２ｍｍの大きさの基材を用意した。
次いで試料Ｎｏ．１と同様にして厚さが０．１μｍにな
るようにシリカゲルをコーティングし、さらにこれを乾
燥することによって親水基（ＯＨ基）を有する被覆層
（シリカゲル層）を基材表面に形成した。
した。まずアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4 ）Ｏ）又はＣａ
Ｏ ４１．０％、ＳｉＯ2 ３７．５％、ＭｇＯ ５．０
％、Ｐ2 Ｏ5 １６．５％の組成を有する結晶化ガラスか
らなる１０×１５×２ｍｍの大きさの基材を用意した。
次いで試料Ｎｏ．１と同様にして厚さが０．１μｍにな
るようにシリカゲルをコーティングし、さらにこれを乾
燥することによって親水基（ＯＨ基）を有する被覆層
（シリカゲル層）を基材表面に形成した。
【００２５】また試料Ｎｏ．１０は、試料Ｎｏ．８で基
材として使用したのと同じものであり、被覆層が形成さ
れていないアパタイトである。
材として使用したのと同じものであり、被覆層が形成さ
れていないアパタイトである。
【００２６】次に各試料を実施例１と同様にして兎の脛
骨の欠損部に埋入し、術後の経過を観察したところ、試
料Ｎｏ．８及び９は、何れも術後４週間で骨との結合が
みられた。さらに埋入部位を取り出して自然骨と試料の
引き剥がし試験を行ったところ、試料Ｎｏ．８が７ｋｇ
／ｃｍ2 、試料Ｎｏ．９が８ｋｇ／ｃｍ2 の値を示し
た。一方試料Ｎｏ．１０は、術後４週間で骨との結合が
みられたものの、引き剥がし強度は、３ｋｇ／ｃｍ2 と
低かった。
骨の欠損部に埋入し、術後の経過を観察したところ、試
料Ｎｏ．８及び９は、何れも術後４週間で骨との結合が
みられた。さらに埋入部位を取り出して自然骨と試料の
引き剥がし試験を行ったところ、試料Ｎｏ．８が７ｋｇ
／ｃｍ2 、試料Ｎｏ．９が８ｋｇ／ｃｍ2 の値を示し
た。一方試料Ｎｏ．１０は、術後４週間で骨との結合が
みられたものの、引き剥がし強度は、３ｋｇ／ｃｍ2 と
低かった。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の人工生体材
料は、極めて高い生体活性を示すため、短期間で自然骨
と強固に結合することができる。このため初期固定の際
に治具を用いる必要がなく、人工骨として好適である。
料は、極めて高い生体活性を示すため、短期間で自然骨
と強固に結合することができる。このため初期固定の際
に治具を用いる必要がなく、人工骨として好適である。
【００２８】なお本発明の人工生体材料は生体親和性に
も優れているため、ペースメーカー、血流センサ、各種
カテーテルなど、生体埋め込み形の機器、器具に応用す
ることができる。
も優れているため、ペースメーカー、血流センサ、各種
カテーテルなど、生体埋め込み形の機器、器具に応用す
ることができる。
Claims (4)
- 【請求項１】 基材表面に、親水基を有する被覆層が形
成されてなることを特徴とする人工生体材料。 - 【請求項２】 親水基が、ＯＨ基であることを特徴とす
る請求項１の人工生体材料。 - 【請求項３】 被覆層が、シリカゲル又はチタニアゲル
からなることを特徴とする請求項１の人工生体材料。 - 【請求項４】 基材が、チタン、チタン合金、コバルト
−クロム合金、ステンレス、アルミナ、ジルコニア、燐
酸カルシウム系結晶、又は燐酸カルシウム系結晶化ガラ
スであることを特徴とする請求項１の人工生体材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4200523A JPH0623030A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 人工生体材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4200523A JPH0623030A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 人工生体材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0623030A true JPH0623030A (ja) | 1994-02-01 |
Family
ID=16425732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4200523A Pending JPH0623030A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 人工生体材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0623030A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001032228A1 (en) * | 1999-11-02 | 2001-05-10 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Hard tissue repairing material |
| JP2002186663A (ja) * | 2000-10-10 | 2002-07-02 | Tadashi Kokubo | 硬組織修復材料及びその製造方法 |
| EP1197234A3 (en) * | 2000-10-10 | 2003-01-29 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Hard tissue repairing materials and the process for producing the same |
| JP2009148581A (ja) * | 2000-07-26 | 2009-07-09 | Straumann Holding Ag | 表面を修飾したインプラント |
-
1992
- 1992-07-03 JP JP4200523A patent/JPH0623030A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001032228A1 (en) * | 1999-11-02 | 2001-05-10 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Hard tissue repairing material |
| US7611781B1 (en) | 1999-11-02 | 2009-11-03 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Hard tissue repairing material |
| JP2009148581A (ja) * | 2000-07-26 | 2009-07-09 | Straumann Holding Ag | 表面を修飾したインプラント |
| US7662190B2 (en) | 2000-07-26 | 2010-02-16 | Straumann Holding Ag | Surface-modified implants |
| JP2002186663A (ja) * | 2000-10-10 | 2002-07-02 | Tadashi Kokubo | 硬組織修復材料及びその製造方法 |
| EP1197234A3 (en) * | 2000-10-10 | 2003-01-29 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Hard tissue repairing materials and the process for producing the same |
| US6569547B2 (en) | 2000-10-10 | 2003-05-27 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Hard tissue repairing materials and the process for producing the same |
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