JPH07255833A - 生体インプラント材及びその製造方法 - Google Patents
生体インプラント材及びその製造方法Info
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- JPH07255833A JPH07255833A JP6079544A JP7954494A JPH07255833A JP H07255833 A JPH07255833 A JP H07255833A JP 6079544 A JP6079544 A JP 6079544A JP 7954494 A JP7954494 A JP 7954494A JP H07255833 A JPH07255833 A JP H07255833A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 チタン金属やチタン合金を芯材とし、短期間
で骨と接合することが可能な生体インプラント材と、そ
の製造方法を提供する。 【構成】 チタン金属やチタン合金の表面に、ケイ化チ
タンを主成分とし、厚みが５０μｍ以下の被覆層が形成
されてなることを特徴とする。このようなインプラント
材は、チタン金属やチタン合の表面に、Ｓｉを含む化合
物を塗布した後、熱処理することにより作製することが
できる。
で骨と接合することが可能な生体インプラント材と、そ
の製造方法を提供する。 【構成】 チタン金属やチタン合金の表面に、ケイ化チ
タンを主成分とし、厚みが５０μｍ以下の被覆層が形成
されてなることを特徴とする。このようなインプラント
材は、チタン金属やチタン合の表面に、Ｓｉを含む化合
物を塗布した後、熱処理することにより作製することが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人工骨、人工股関節、
人工歯根等の生体代替材料として有用な生体インプラン
ト材及びその製造方法に関するものである。
人工歯根等の生体代替材料として有用な生体インプラン
ト材及びそ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生体インプラント
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。このインプラント材は、生体親和性があり、
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。
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。このインプラント材は、生体親和性があり、
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
インプラント材は骨を誘導する力が弱いため、骨が材料
表面に到達してインプラント材と接合するのに時間がか
かる。このため長期間患者がベットから離れることがで
きず、患者の肉体的、精神的負担が大きいという問題を
有している。
インプラント材は骨を誘導する力が弱いため、骨が材料
表面に到達してインプラント材と接合するのに時間がか
かる。このため長期間患者がベットから離れることがで
きず、患者の肉体的、精神的負担が大きいという問題を
有している。
【０００４】本発明の目的は、チタン金属、チタン合金
等の金属体を基材として用い、短期間で骨と接合するこ
とが可能な生体インプラント材と、その製造方法を提供
することである。
等の金属体を基材として用い、短期間で骨と接合するこ
とが可能な生体インプラント材と、その製造方法を提供
することである。
【０００５】
【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、生体内に埋入した時にインプラント材の
表面にシリカゲルが生成するとより短期間で骨と接合す
ること、及びこのようなシリカゲルは金属体の表面にケ
イ化チタン層を設けておくことにより生成することを見
いだし本発明として提案するものである。
を行った結果、生体内に埋入した時にインプラント材の
表面にシリカゲルが生成するとより短期間で骨と接合す
ること、及びこのようなシリカゲルは金属体の表面にケ
イ化チタン層を設けておくことにより生成することを見
いだし本発明として提案するものである。
【０００６】即ち、本発明の生体インプラント材は、Ｔ
ｉを主成分とする金属体の表面に、ケイ化チタンを主成
分とする被覆層が形成されてなることを特徴とする。
ｉを主成分とする金属体の表面に、ケイ化チタンを主成
分とする被覆層が形成されてなることを特徴とする。
【０００７】Ｔｉを主成分とする金属体とは、チタン金
属及びチタン合金を意味する。チタン合金としては、Ｔ
ｉを主成分としてＡｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｔ等を添加した合金を使
用することができ、なかでもＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を
使用することが好ましい。
属及びチタン合金を意味する。チタン合金としては、Ｔ
ｉを主成分としてＡｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｔ等を添加した合金を使
用することができ、なかでもＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を
使用することが好ましい。
【０００８】被覆層の厚みは、５０μｍ以下であること
が望ましく、これより厚いと層内で破壊が生じ易くなる
ため好ましくない。また被覆層中に主成分として含まれ
るケイ化チタンは、ＴｉとＳｉの量比がどのようなもの
であってもよく、例えばＴｉ5 Ｓｉ3 であってもよい。
また表面に近づくに従ってケイ化チタンのＴｉの量比が
少なく（Ｓｉの量比か多く）なるように被覆層を作製し
てもよい。なお生体に対して為害性を示さないものであ
れば、被覆層中にＡｌ−Ｐ、Ｔｉ−Ｂ、Ｔｉ−Ｐ等他の
化合物が含まれていても差し支えない。
が望ましく、これより厚いと層内で破壊が生じ易くなる
ため好ましくない。また被覆層中に主成分として含まれ
るケイ化チタンは、ＴｉとＳｉの量比がどのようなもの
であってもよく、例えばＴｉ5 Ｓｉ3 であってもよい。
また表面に近づくに従ってケイ化チタンのＴｉの量比が
少なく（Ｓｉの量比か多く）なるように被覆層を作製し
てもよい。なお生体に対して為害性を示さないものであ
れば、被覆層中にＡｌ−Ｐ、Ｔｉ−Ｂ、Ｔｉ−Ｐ等他の
化合物が含まれていても差し支えない。
【０００９】なお本発明の生体インプラント材は、表面
に凹凸を設けておくことが望ましい。これはインプラン
ト材表面の凹部内に骨が侵入し易くなり、その結果骨と
のより強固な接合が得られるためである。
に凹凸を設けておくことが望ましい。これはインプラン
ト材表面の凹部内に骨が侵入し易くなり、その結果骨と
のより強固な接合が得られるためである。
【００１０】次に本発明の生体インプラント材の製造方
法を説明する。
法を説明する。
【００１１】まず、所望の形状に成形されたチタン金
属、チタン合金等のチタンを主成分とする金属体を用意
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、Ｚ
ｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｔ等を添加
した合金が使用できる。また金属体は、サンドブラス
ト、プラズマ溶射等の既知の方法によって表面に凹凸を
つけておくことが望ましい。このように金属体表面に予
め凹凸をつけておくと、表面に凹凸を有するインプラン
ト材を得ることが可能になる。
属、チタン合金等のチタンを主成分とする金属体を用意
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、Ｚ
ｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｔ等を添加
した合金が使用できる。また金属体は、サンドブラス
ト、プラズマ溶射等の既知の方法によって表面に凹凸を
つけておくことが望ましい。このように金属体表面に予
め凹凸をつけておくと、表面に凹凸を有するインプラン
ト材を得ることが可能になる。
【００１２】次に、金属体の表面にＳｉを含む化合物を
塗布する。Ｓｉを含む化合物としては、ＳｉＯ2 −Ｐ2
Ｏ3 −ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラス等のＳｉＯ2
含有ガラスやシリカゲル、或は水ガラス等を使用するこ
とができる。
塗布する。Ｓｉを含む化合物としては、ＳｉＯ2 −Ｐ2
Ｏ3 −ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラス等のＳｉＯ2
含有ガラスやシリカゲル、或は水ガラス等を使用するこ
とができる。
【００１３】なお塗布の方法としては、ＳｉＯ2 含有ガ
ラスを使用する場合、ガラスを粒径４５μｍ以下の粉末
状にし、これをバインダー、溶媒と混練してスラリーと
し、次いでこのスラリー中に金属体を浸漬する等の方法
により塗布する。またシリカゲルを用いる場合は、テト
ラメトキシシラン等のＳｉを含む金属アルコキシドと、
水、アルコール、塩酸等を混合してシリカゾル溶液を作
製した後、その溶液中に金属体を浸漬する等の方法によ
り塗布すればよい。水ガラスを使用する場合は、これを
そのまま金属体の表面に塗布すればよい。
ラスを使用する場合、ガラスを粒径４５μｍ以下の粉末
状にし、これをバインダー、溶媒と混練してスラリーと
し、次いでこのスラリー中に金属体を浸漬する等の方法
により塗布する。またシリカゲルを用いる場合は、テト
ラメトキシシラン等のＳｉを含む金属アルコキシドと、
水、アルコール、塩酸等を混合してシリカゾル溶液を作
製した後、その溶液中に金属体を浸漬する等の方法によ
り塗布すればよい。水ガラスを使用する場合は、これを
そのまま金属体の表面に塗布すればよい。
【００１４】その後、金属体を熱処理することによっ
て、塗布された化合物中のＳｉと金属体中のＴｉとを反
応させてケイ化チタンを主成分とする被覆層を形成す
る。このようにして形成された被覆層は、熱膨張係数が
金属体と近似しており、また金属体中のＴｉが被覆層中
に拡散した状態であるため、両者の界面での剥離が起こ
り難い。なお熱処理は６００〜９５０℃で行うのが好ま
しい。これは６００℃より低いとＴｉとＳｉが反応せ
ず、また９５０℃を超えるとＴｉが転移して金属体が脆
くなり好ましくないためである。また熱処理は、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。
て、塗布された化合物中のＳｉと金属体中のＴｉとを反
応させてケイ化チタンを主成分とする被覆層を形成す
る。このようにして形成された被覆層は、熱膨張係数が
金属体と近似しており、また金属体中のＴｉが被覆層中
に拡散した状態であるため、両者の界面での剥離が起こ
り難い。なお熱処理は６００〜９５０℃で行うのが好ま
しい。これは６００℃より低いとＴｉとＳｉが反応せ
ず、また９５０℃を超えるとＴｉが転移して金属体が脆
くなり好ましくないためである。また熱処理は、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。
【００１５】なおＳｉＯ2 含有ガラスを用いて被覆層を
形成する場合、熱処理すると表面がケイ化チタンを含ま
ないガラス層で覆われることがある。このような場合は
酸処理等によって表面のガラス層を除去し、ケイ化チタ
ンを主成分とする層を露出させることが必要である。
形成する場合、熱処理すると表面がケイ化チタンを含ま
ないガラス層で覆われることがある。このような場合は
酸処理等によって表面のガラス層を除去し、ケイ化チタ
ンを主成分とする層を露出させることが必要である。
【００１６】
【作用】本発明の生体インプラント材は生体内に埋入す
ると、被覆層の表面が酸化されてＳｉＯ2 を含む非常に
薄い酸化膜が生成する。そしてこれがさらに水和されて
シリカゲルとなり、骨と短期間に接合することができ
る。また金属体表面に形成されたケイ化チタン層が中間
層的な役割を果たすため、生成するシリカゲルとインプ
ラント材との結合力が強い。
ると、被覆層の表面が酸化されてＳｉＯ2 を含む非常に
薄い酸化膜が生成する。そしてこれがさらに水和されて
シリカゲルとなり、骨と短期間に接合することができ
る。また金属体表面に形成されたケイ化チタン層が中間
層的な役割を果たすため、生成するシリカゲルとインプ
ラント材との結合力が強い。
【００１７】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１、
２）及び比較例（試料Ｎｏ．３）を示している。
２）及び比較例（試料Ｎｏ．３）を示している。
【００２０】試料Ｎｏ．１は次のようにして調製した。
【００２１】まず基材として１０×１５×２t ｍｍの大
きさのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を用意した。次にこの基
材の表面をサンドブラストして表面に凹凸を形成した。
なお基材の表面粗さを測定したところ、Ｒa （中心線平
均粗さ）は１．３１μｍであった。またＳｉＯ2 −Ｐ2
Ｏ3 −ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｂ2 Ｏ3 系の組成を有するガラ
ス粉末（最大粒径４５μｍ以下）１００重量部と、イソ
ブチルメタクリレート２．５重量部と、ターピネオール
４７．５重量部とを混練してスラリーを作製した。
きさのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を用意した。次にこの基
材の表面をサンドブラストして表面に凹凸を形成した。
なお基材の表面粗さを測定したところ、Ｒa （中心線平
均粗さ）は１．３１μｍであった。またＳｉＯ2 −Ｐ2
Ｏ3 −ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｂ2 Ｏ3 系の組成を有するガラ
ス粉末（最大粒径４５μｍ以下）１００重量部と、イソ
ブチルメタクリレート２．５重量部と、ターピネオール
４７．５重量部とを混練してスラリーを作製した。
【００２２】次にこのスラリーに基材を浸漬し、乾燥さ
せることによって基材表面にガラス粉末を付着させた。
せることによって基材表面にガラス粉末を付着させた。
【００２３】その後、基材を２×１０-6Ｔｏｒｒの真空
中、９００℃の温度で２分間熱処理し、さらに５％塩酸
に１晩浸漬することによって表面を覆っているガラス層
を除去して試料を得た。
中、９００℃の温度で２分間熱処理し、さらに５％塩酸
に１晩浸漬することによって表面を覆っているガラス層
を除去して試料を得た。
【００２４】試料Ｎｏ．２は次のようにして調製した。
【００２５】まず試料Ｎｏ．１と同様にして表面に凹凸
が形成されたチタン金属からなる基材（Ｒa １．４３μ
ｍ）を用意した。またテトラメトキシシラン、水、メタ
ノール、ジメチルフォルムアミド及びアンモニアをモル
比で１：１０：２．２：１：３．７×１０-4の割合で混
合してシリカゾル溶液を作製した。
が形成されたチタン金属からなる基材（Ｒa １．４３μ
ｍ）を用意した。またテトラメトキシシラン、水、メタ
ノール、ジメチルフォルムアミド及びアンモニアをモル
比で１：１０：２．２：１：３．７×１０-4の割合で混
合してシリカゾル溶液を作製した。
【００２６】次に、このシリカゾル溶液に基材を浸漬
し、乾燥させることによって基材表面にシリカゲルを付
着させた。
し、乾燥させることによって基材表面にシリカゲルを付
着させた。
【００２７】その後、基材を２×１０-6Ｔｏｒｒの真空
中、９００℃の温度で２分間熱処理して試料を得た。
中、９００℃の温度で２分間熱処理して試料を得た。
【００２８】また試料Ｎｏ．３は、基材として１０×１
５×２t ｍｍの大きさのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を用
い、試料Ｎｏ．１と同様にしてサンドブラストのみ施し
たもの（Ｒa １．７１μｍ）である。
５×２t ｍｍの大きさのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を用
い、試料Ｎｏ．１と同様にしてサンドブラストのみ施し
たもの（Ｒa １．７１μｍ）である。
【００２９】このようにして各試料を８個づつ用意し、
以下の評価を行った。
以下の評価を行った。
【００３０】まず試料Ｎｏ．１及び２の表面部分をＸ線
回折分析によって同定したところ、両試料とも表面には
Ｔｉ5 Ｓｉ3 を主成分とする被覆層が形成されており、
また断面ＳＥＭによってその層の厚みを測定したところ
何れも１〜２μｍであった。なお確認のために試料Ｎ
ｏ．３についても評価したところ、Ｔｉ5 Ｓｉ3 を主成
分とする層は全く形成されていなかった。
回折分析によって同定したところ、両試料とも表面には
Ｔｉ5 Ｓｉ3 を主成分とする被覆層が形成されており、
また断面ＳＥＭによってその層の厚みを測定したところ
何れも１〜２μｍであった。なお確認のために試料Ｎ
ｏ．３についても評価したところ、Ｔｉ5 Ｓｉ3 を主成
分とする層は全く形成されていなかった。
【００３１】次に各試料を家兎の脛骨に埋入し、８週間
後及び２４週間後に屠殺して試料と骨との引き剥がし試
験を行った。各試料の引き剥がし強度の平均値を表１に
示す。
後及び２４週間後に屠殺して試料と骨との引き剥がし試
験を行った。各試料の引き剥がし強度の平均値を表１に
示す。
【００３２】表１から明らかなように、２４週間後の引
き剥がし強度は、各試料ともほぼ同等であったが、８週
間後の引き剥がし強度は試料Ｎｏ．１が２．２ｋｇ、試
料Ｎｏ．２が２．０ｋｇであったのに対して、試料Ｎ
ｏ．３は０．２ｋｇと殆ど接着していないことが分かっ
た。
き剥がし強度は、各試料ともほぼ同等であったが、８週
間後の引き剥がし強度は試料Ｎｏ．１が２．２ｋｇ、試
料Ｎｏ．２が２．０ｋｇであったのに対して、試料Ｎ
ｏ．３は０．２ｋｇと殆ど接着していないことが分かっ
た。
【００３３】これらの事実は、本発明の生体インプラン
ト材が短期間で骨と接合することを示している。
ト材が短期間で骨と接合することを示している。
【００３４】
【発明の効果】本発明の生体インプラント材は骨と短期
間で強固に接合することができるため、術後の初期の固
定が良好であり、患者がベットから早期に離れることが
でき、患者の肉体的、精神的負担を軽減することが可能
である。
間で強固に接合することができるため、術後の初期の固
定が良好であり、患者がベットから早期に離れることが
でき、患者の肉体的、精神的負担を軽減することが可能
である。
【００３５】また本発明の方法によれば、このようなイ
ンプラント材を容易に作製することができる。
ンプラント材を容易に作製することができる。
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｔｉを主成分とする金属体の表面に、ケ
イ化チタンを主成分とする被覆層が形成されてなること
を特徴とする生体インプラント材。 - 【請求項２】 被覆層の厚みが５０μｍ以下であること
を特徴とする請求項１の生体インプラント材。 - 【請求項３】 Ｔｉを主成分とする金属体の表面に、Ｓ
ｉを含む化合物を塗布した後、熱処理することを特徴と
する生体インプラント材の製造方法。 - 【請求項４】 Ｓｉを含む化合物として、ＳｉＯ2 含有
ガラス又はシリカゲルを使用することを特徴とする請求
項３の生体インプラント材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6079544A JPH07255833A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 生体インプラント材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6079544A JPH07255833A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 生体インプラント材及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07255833A true JPH07255833A (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=13692947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6079544A Pending JPH07255833A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 生体インプラント材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07255833A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100378428B1 (ko) * | 2000-10-28 | 2003-03-29 | 김성곤 | 다공성 생체 임플랜트재 및 그 제조 방법 |
| KR100393137B1 (ko) * | 2001-02-21 | 2003-07-31 | 한국기계연구원 | 임플란트 표면의 다공질층 형성방법 |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP6079544A patent/JPH07255833A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100378428B1 (ko) * | 2000-10-28 | 2003-03-29 | 김성곤 | 다공성 생체 임플랜트재 및 그 제조 방법 |
| KR100393137B1 (ko) * | 2001-02-21 | 2003-07-31 | 한국기계연구원 | 임플란트 표면의 다공질층 형성방법 |
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