JPH0670974A - 生体活性複合インプラント材の製造方法 - Google Patents

生体活性複合インプラント材の製造方法

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JPH0670974A
JPH0670974A JP4253730A JP25373092A JPH0670974A JP H0670974 A JPH0670974 A JP H0670974A JP 4253730 A JP4253730 A JP 4253730A JP 25373092 A JP25373092 A JP 25373092A JP H0670974 A JPH0670974 A JP H0670974A
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JP
Japan
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core material
metal compound
metal
coating layer
layer
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JP4253730A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Gotou
竜哉 後藤
Kiyoyuki Okunaga
清行 奥長
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】 芯材に被覆層を強固に結合させることが可能
な生体活性複合インプラント材の製造方法を提供する。 【構成】 まず芯材としてチタン金属又はチタン合金を
用意する。次いで芯材表面に、芯材に含まれる金属成分
と被覆層に含まれる金属成分とを有する金属化合物層を
形成する。その後、形成された金属化合物層上に生体活
性ガラスからなる被覆層を形成することによって生体活
性複合インプラント材を得る。

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、人工股関節、
人工歯根等、生体代替材料として有用な生体活性複合イ
ンプラント材の製造方法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インプラント材と
して、チタン金属やチタン合金からなるものが知られて
いる。これらのインプラント材は、生体親和性に優れ、
しかも高い機械的強度を有しており、大腿骨、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、これら材料の表面
に、CaO−SiO2 −P25 −MgO系ガラス等の
生体活性ガラスからなる被覆層が形成された生体活性複
合インプラント材が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記した複合
インプラント材は、通常チタン金属やチタン合金からな
る芯材表面に、生体活性ガラス粉末を含むスラリーを刷
毛塗り、ディッピング、吹き付け等の方法によって塗布
した後、熱処理して作製される。
【0005】しかしながらこのような方法によって作製
された従来の複合インプラント材は、芯材と被覆層との
結合力が弱く、その界面で剥離が生じ易いという欠点を
有している。
【0006】本発明の目的は、芯材に被覆層を強固に結
合させることが可能な生体活性複合インプラント材の製
造方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の生体活性複合イ
ンプラント材の製造方法は、チタン金属又はチタン合金
からなる芯材と生体活性ガラスからなる被覆層とを有す
る生体活性複合インプラント材の製造方法において、予
め芯材表面に、芯材に含まれる金属成分と被覆層に含ま
れる金属成分とを有する金属化合物層を形成した後、該
金属化合物層上に被覆層を形成することを特徴とする。
【0008】
【作用】以下、本発明の生体活性複合インプラント材の
製造方法を各工程毎に詳細に説明する。
【0009】第一の工程として、芯材として、所望の形
状に成形されたチタン金属又はチタン合金を用意する。
なおチタン合金としては、例えばTi−6Al−4Vの
ようなTiを主成分とし、Al、Sn、Cr、Zr、M
o、Ni、Pd、Ta、Nb、V等を添加した合金が使
用できる。
【0010】第二の工程として、芯材(チタン金属又は
チタン合金)に含まれる金属成分と被覆層(生体活性ガ
ラス)に含まれる金属成分とを有する金属化合物層を芯
材上に形成する。金属化合物層を形成する方法としては
種々あるが、次の方法が容易で、しかも芯材との結合力
が強い金属化合物層を形成できるために最も好ましい。
【0011】まず生体活性ガラスに含まれる金属成分の
窒化物、ホウ化物、炭化物、炭酸化物、珪素化合物、燐
化合物若しくは有機金属化合物、又はこれらの混合物の
溶液、懸濁液、ゾル或はゲルを芯材上に塗布する。次い
で芯材と、前記溶液、懸濁液、ゾル或はゲルとが反応し
て金属化合物が生成するのに十分な条件で熱処理するこ
とによって金属化合物層を形成する。例えば生体活性ガ
ラスとして後述するCaO−SiO2 −P25 −Mg
O系ガラスを使用する場合、シリコンやリン等の金属成
分を含む金属アルコキシド溶液を調製し、この溶液の中
に芯材を浸漬し、引き上げて乾燥させた後、800〜9
50℃で0.25〜1時間熱処理することによって、T
i−Si系合金、Ti−P系合金又はAl−P系合金、
或はこれらの化合物からなる金属化合物層を形成するこ
とができる。なお熱処理は、チタン金属やチタン合金の
表面に厚い酸化物膜ができないように、真空中又は不活
性ガス中で行うことが望ましい。
【0012】このようにして形成された金属化合物層
は、元素が芯材と互いに拡散し合っているために、芯材
との結合力が強い。しかも被覆層に含まれる金属成分を
含むために、被覆層とも馴染みが良く強固に結合するこ
とができる。
【0013】なお上記以外にも、以下に示すような方法
を利用することも可能である。
【0014】芯材に含まれる金属成分の窒化物、ホウ
化物、炭化物、炭酸化物、珪素化合物、燐化合物若しく
は有機金属化合物、又はこれらの混合物の溶液、懸濁
液、ゾル或はゲルを用意する。また同様に生体活性ガラ
スに含まれる金属成分の化合物の溶液、懸濁液、ゾル或
はゲルを用意する。次いでこれらを芯材上に塗布し、両
者が反応して金属化合物が生成するのに十分な条件で熱
処理することによって金属化合物層を形成する。
【0015】芯材上に、生体活性ガラスに含まれる金
属成分又はその化合物をイオンプレーティング、スパッ
タ等の方法を用いて蒸着させた後、これら蒸着物と芯材
が反応して金属化合物が生成するのに十分な条件で熱処
理して金属化合物層を形成する。
【0016】芯材上に、芯材に含まれる金属成分と生
体活性ガラスに含まれる金属成分とを有する金属化合物
をイオンプレーティング、スパッタ等の方法で蒸着させ
て金属化合物層を形成する。
【0017】第三の工程として、形成された金属化合物
層上に生体活性ガラスからなる被覆層を形成する。生体
活性ガラスとしては、CaOとSiO2 を主成分として
含有するものが好ましく、例えばCaO 25〜41
%、SiO2 35〜55%、P25 5〜15%、Mg
O 1〜20%、B23 0〜10%の組成を有するガ
ラスが使用できる。なおCaOとSiO2 を主成分とし
て含有するガラスが好ましい理由は以下の通りである。
即ち、この種のガラスを生体内に埋入すると、表面から
Ca2+イオンが溶出する。またCa2+イオンが溶出した
部分はシリカゲル層と呼ばれるSiO2 を主成分とする
層に変質する。次いで溶出したCa2+イオンと体液中の
HPO4 2- イオンとが反応し、前記シリカゲル層上で生
体類似のアパタイト結晶が析出して生体骨と強固に結合
するためである。
【0018】被覆層を形成する方法としては、まず粉末
状のガラスと、イソブチルメタクリレート、ポリビニル
ブチラール、エチルセルロース等の非水系バインダと、
アルコール、エーテル、エステル等の溶剤とを混練して
スラリーとし、このスラリーを刷毛塗り、ディッピン
グ、吹き付け等の方法で金属化合物層上に塗布する。そ
の後、ガラスが軟化融着、或は軟化融着するとともに結
晶化する温度で熱処理することにより、金属化合物層と
強固に結合した被覆層が形成される。例えば上記組成を
有するガラスを使用した場合、650〜800℃で熱処
理すると非晶質ガラスの被覆層を得ることができ、80
0〜950℃で熱処理するとアパタイトを析出した結晶
化ガラスの被覆層を得ることができる。
【0019】
【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及び比較例に基づいて説明する。
【0020】(実施例1)まず、チタン金属からなる1
0×15×1mmの大きさの芯材と、重量%でCaO
36.0%、SiO2 43.6%、P25 9.2%、
MgO 11.2%の組成を有するガラス粉末(平均粒
径2μm)を用意した。またシリコンエトキシド(Si
(OC25 ))に水、アルコール、塩酸を加えて加水
分解し、液体状のシリカゲルを得た。なおガラス粉末は
イソブチルメタクリレート及びテルピネオールと混練し
てスラリー状にした。
【0021】次いで芯材表面にシリカゲルを塗布し、真
空中、950℃で1時間熱処理して金属化合物層を形成
した。X線回析の結果、金属化合物層はTi5 Si3
あった。
【0022】さらに金属化合物層上にスラリーを塗布
し、乾燥、脱脂後、真空中、850℃で1時間熱処理
し、アパタイト(Ca10(PO46 O)を主結晶とし
て析出した結晶化ガラスからなる被覆層を形成し、試料
を得た。
【0023】このようにして得られた試料について、芯
材と被覆層とのせん断強度と、骨との接着性について評
価したところ、せん断強度は30MPaの値を示した。
また埋入4週間で骨との接着が認められた。
【0024】なおせん断強度は、図1に示すように、2
枚の試料1、2を接着剤3を用いて接着し、強度試験機
に固定後、圧縮せん断力Aをかけることによって測定し
た。なお図中1a、2aは芯材、1b、2bは金属化合
物層、1c、2cは被覆層を示している。また骨との接
着性の評価は、家兎の脛骨に一定期間埋入後、埋入部位
を取り出し、骨と材料の引きはがし試験を行って接着の
有無を確認した。
【0025】(実施例2)エトキシシランの代わりにリ
ンメトキシド(P(OCH3 ))を用い、他は実施例1
と同様にして金属化合物層を形成した。X線回折の結
果、金属化合物層はTiP及びAlPからなる化合物で
あった。
【0026】さらに実施例1と同様にしてスラリーを塗
布し、真空中、800℃で1時間熱処理してガラスから
なる被覆層を形成し、試料を得た。
【0027】得られた試料について、せん断強度を測定
したところ、25MPaの値を示した。また埋入後4週
間で骨との接着が認められた。
【0028】(実施例3)チタン金属の代わりにチタン
合金(Ti−6Al−4V)を芯材として用い、他は実
施例1と同様にして金属化合物層を形成した。X線回折
の結果、金属化合物層はTi5 Si3 であった。
【0029】さらに実施例1と同様にしてスラリーを塗
布し、真空中、950℃で1時間熱処理して結晶化ガラ
スからなる被覆層を形成し、試料を得た。
【0030】得られた試料について、せん断強度を測定
したところ、30MPaの値を示した。また埋入後4週
間で骨との接着が認められた。
【0031】(実施例4)まず実施例1で用いたのと同
様のチタン金属からなる芯材と、スラリー状にしたガラ
ス粉末を用意した。またチタンエトキシド(Ti(OC
34 )及びシリコンメトキシドを用意し、それぞれ
水、アルコール、塩酸を加えて加水分解し、液体状のチ
タニアゲル及びシリカゲルを用意した。
【0032】次に芯材上にチタニアゲルを塗布し、さら
にその上にシリカゲルを塗布した後、真空中、950℃
で1時間熱処理して金属化合物層を形成した。X線回析
の結果、金属化合物層は主としてTi5 Si3 からなる
化合物であった。
【0033】さらに金属化合物層上にスラリーを塗布
し、実施例1と同様にして被覆層を形成し、試料を得
た。
【0034】このようにして得られた試料について、せ
ん断強度を測定したところ、30MPaの値を示た。ま
た4週間で骨との接着が認められた。
【0035】(実施例5)まず実施例1で用いたのと同
様のチタン金属からなる芯材と、スラリー状にしたガラ
ス粉末を用意した。
【0036】次に芯材表面に、スパッタ法を利用してS
iC2 膜を形成した後、950℃で1時間、真空中で熱
処理して金属化合物層を形成した。X線回折の結果、金
属化合物層は主としてTi5 Si3 からなる化合物であ
った。
【0037】さらに中間層上にスラリーを塗布し、実施
例1と同様にして被覆層を形成し、試料を得た。
【0038】このようにして得られた試料について、せ
ん断強度を測定したところ、30MPaの値を示た。ま
た4週間で骨との接着が認められた。
【0039】(実施例6)まず実施例1で用いたのと同
様のチタン金属からなる芯材と、スラリー状にしたガラ
ス粉末を用意した。
【0040】次に芯材表面にスパッタ法を利用して、ま
ずTiO2 膜を形成し、さらにその上にSiO2 膜を形
成した後、950℃で1時間、真空中で熱処理して金属
化合物層を形成した。X線回折の結果、金属化合物層は
主としてTi5 Si3 からなる化合物であった。
【0041】さらに金属化合物層上にスラリーを塗布
し、実施例1と同様にして被覆層を形成し、試料を得
た。
【0042】このようにして得られた試料について、せ
ん断強度を測定したところ、30MPaの値を示た。ま
た4週間で骨との接着が認められた。
【0043】(比較例)チタン金属からなり、10×1
5×1mmの大きさの芯材表面に、実施例1で用いたス
ラリーを塗布し、真空中、850℃で1時間熱処理して
アパタイトを主結晶とした結晶化ガラスからなる被覆層
を形成し、試料を得た。
【0044】このようにして得られた試料は、埋入後4
週間で骨と接着した。しかしながら芯材と被覆層との界
面におけるせん断強度は20MPaであり、Ti5 Si
3 からなる金属化合物層が形成された実施例1と比較す
ると10MPaも低い値であった。
【0045】
【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の製造方法によれば、芯材及び被覆
層に含まれる成分を有する金属化合物層を芯材上に形成
し、さらにその上に被覆層を形成するために、芯材と被
覆層とを金属化合物層によって強固に結合させることが
できる。それゆえ被覆層が剥離し難い生体活性複合イン
プラント材を作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】芯材と被覆層とのせん断強度を測定するせん断
強度試験の説明図である。
【符号の説明】
1、2 試料 1a、2a 芯材 1b、2b 金属化合物層 1c、2c 被覆層 3 接着剤 A 圧縮せん断力

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタン金属又はチタン合金からなる芯材
    と生体活性ガラスからなる被覆層とを有する生体活性複
    合インプラント材の製造方法において、予め芯材表面
    に、芯材に含まれる金属成分と被覆層に含まれる金属成
    分とを有する金属化合物層を形成した後、該金属化合物
    層上に被覆層を形成することを特徴とする生体活性複合
    インプラント材の製造方法。
JP4253730A 1992-08-27 1992-08-27 生体活性複合インプラント材の製造方法 Pending JPH0670974A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012011878A1 (en) * 2010-07-22 2012-01-26 Institut "Jožef Stefan" Implant having a multilayered coating and a process for preparing thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012011878A1 (en) * 2010-07-22 2012-01-26 Institut "Jožef Stefan" Implant having a multilayered coating and a process for preparing thereof
US10322001B2 (en) 2010-07-22 2019-06-18 Institut Jozef Stefan Implant having a multilayered coating and a process for preparing thereof

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