JPH08150199A - 生体インプラント材 - Google Patents
生体インプラント材Info
- Publication number
- JPH08150199A JPH08150199A JP6319331A JP31933194A JPH08150199A JP H08150199 A JPH08150199 A JP H08150199A JP 6319331 A JP6319331 A JP 6319331A JP 31933194 A JP31933194 A JP 31933194A JP H08150199 A JPH08150199 A JP H08150199A
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- metal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 チタン金属やチタン合金といったチタンを主
成分とする金属を基体として用い、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を提供する。 【構成】 チタンを主成分とする金属基体１の表面の一
部に生体活性ガラス３が付着しており、生体活性ガラス
３の付着部分を除いた金属基体１の表面にはケイ化チタ
ンを主成分とする被膜２が形成されている。なお生体活
性ガラス３は、チタンを主成分とする金属基体１の表面
に形成された凹部内に付着していることが好ましい。
成分とする金属を基体として用い、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を提供する。 【構成】 チタンを主成分とする金属基体１の表面の一
部に生体活性ガラス３が付着しており、生体活性ガラス
３の付着部分を除いた金属基体１の表面にはケイ化チタ
ンを主成分とする被膜２が形成されている。なお生体活
性ガラス３は、チタンを主成分とする金属基体１の表面
に形成された凹部内に付着していることが好ましい。
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
ト材と、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
ト材と、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より骨欠損部等を修復するための生
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。このようなインプラント材
は、生体親和性があり、しかも高い機械的強度を有して
いるため、大腿骨、股関節等の大きな荷重のかかる部位
に使用されている。
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。このようなインプラント材
は、生体親和性があり、しかも高い機械的強度を有して
いるため、大腿骨、股関節等の大きな荷重のかかる部位
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、骨を伝導する力が弱く、しかも表面
が骨と直接接合する状態でないため、短期間で骨と強固
に接合することは困難である。それゆえ長期間患者がベ
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、骨を伝導する力が弱く、しかも表面
が骨と直接接合する状態でないため、短期間で骨と強固
に接合することは困難である。それゆえ長期間患者がベ
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、チタン金属やチタン合金
といったチタンを主成分とする金属を基体として用い、
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
を提供することである。
といったチタンを主成分とする金属を基体として用い、
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
を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の生体活性インプ
ラント材は、チタンを主成分とする金属基体の表面の一
部に生体活性物質が付着しており、生体活性物質の付着
部分を除いた金属基体の表面にはケイ化チタンを主成分
とする被膜が形成されていることを特徴とする。
ラント材は、チタンを主成分とする金属基体の表面の一
部に生体活性物質が付着しており、生体活性物質の付着
部分を除いた金属基体の表面にはケイ化チタンを主成分
とする被膜が形成されていることを特徴とする。
【０００６】金属基体は、チタン金属やチタン合金から
なる。チタン合金としては、Ｔｉを主成分としてＡｌ、
Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、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。
なる。チタン合金としては、Ｔｉを主成分としてＡｌ、
Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、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。
【０００７】生体活性物質としては、例えば水酸化アパ
タイト［Ｃａ10（ＰＯ4 ）6 ・（ＯＨ）2 ］やβ−３Ｃ
ａＯ・Ｐ2 Ｏ5 等の燐酸カルシウム系セラミックス、バ
イオガラスやＳｉＯ2 とＣａＯを含有する生体活性ガラ
ス又は結晶化ガラス等が使用できる。なおＳｉＯ2 とＣ
ａＯを含有する生体活性ガラスや結晶化ガラスにおいて
は、特にＳｉＯ2 の含有量が２０〜６０重量％、ＣａＯ
の含有量が２０〜５０重量％であるものを使用すること
が望ましい。
タイト［Ｃａ10（ＰＯ4 ）6 ・（ＯＨ）2 ］やβ−３Ｃ
ａＯ・Ｐ2 Ｏ5 等の燐酸カルシウム系セラミックス、バ
イオガラスやＳｉＯ2 とＣａＯを含有する生体活性ガラ
ス又は結晶化ガラス等が使用できる。なおＳｉＯ2 とＣ
ａＯを含有する生体活性ガラスや結晶化ガラスにおいて
は、特にＳｉＯ2 の含有量が２０〜６０重量％、ＣａＯ
の含有量が２０〜５０重量％であるものを使用すること
が望ましい。
【０００８】生体活性物質の付着部分以外の基体表面に
形成される被膜はケイ化チタンを主成分として含む。ケ
イ化チタンは、ＴｉとＳｉの量比がどのようなものであ
っても良く、例えばＴｉ5 Ｓｉ3 が使用できる。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、即ちＳｉの量比が多くなるように被膜を作製しても
良い。なお生体に対して為害性を示さないものであれ
ば、被膜中に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。また被膜の厚みは５
０μｍ以下であることが望ましく、これより厚いと被膜
内で破壊が生じ易くなる。
形成される被膜はケイ化チタンを主成分として含む。ケ
イ化チタンは、ＴｉとＳｉの量比がどのようなものであ
っても良く、例えばＴｉ5 Ｓｉ3 が使用できる。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、即ちＳｉの量比が多くなるように被膜を作製しても
良い。なお生体に対して為害性を示さないものであれ
ば、被膜中に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。また被膜の厚みは５
０μｍ以下であることが望ましく、これより厚いと被膜
内で破壊が生じ易くなる。
【０００９】本発明の生体インプラント材において、生
体活性物質の付着部分は、線状、網状、斑点状、或はこ
れらを組み合わせた種々のパターンにすることができ
る。パターンの例を図１に示す。生体活性物質が付着し
た部分の占める割合は、インプラント材の表面積の１０
〜５０％程度が適当である。
体活性物質の付着部分は、線状、網状、斑点状、或はこ
れらを組み合わせた種々のパターンにすることができ
る。パターンの例を図１に示す。生体活性物質が付着し
た部分の占める割合は、インプラント材の表面積の１０
〜５０％程度が適当である。
【００１０】なお、生体活性物質が金属基体表面に形成
された凹部内に付着していると、この部分の剥離が起こ
り難くなるため望ましい。またインプラント材の表面を
粗面化或いは多孔質化させておくと孔部に骨が侵入し、
骨と強固に接合することができる。インプラント材表面
を粗面化或いは多孔質化するためには、例えば金属基体
の表面に予めサンドブラストしたり、或いは基体と同種
の金属粉末からなる溶射層を形成しておけばよい。
された凹部内に付着していると、この部分の剥離が起こ
り難くなるため望ましい。またインプラント材の表面を
粗面化或いは多孔質化させておくと孔部に骨が侵入し、
骨と強固に接合することができる。インプラント材表面
を粗面化或いは多孔質化するためには、例えば金属基体
の表面に予めサンドブラストしたり、或いは基体と同種
の金属粉末からなる溶射層を形成しておけばよい。
【００１１】次に本発明の生体インプラント材の製造方
法について説明する。
法について説明する。
【００１２】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基体を準備す
る。なお金属基体の表面に、予めサンドブラストを施し
たり、基体と同種の金属粉末を溶射しておくと、得られ
るインプラント材の表面が粗面化或いは多孔質化するた
め、骨との接合強度を高めることができる。
チタン合金等のチタンを主成分とする金属基体を準備す
る。なお金属基体の表面に、予めサンドブラストを施し
たり、基体と同種の金属粉末を溶射しておくと、得られ
るインプラント材の表面が粗面化或いは多孔質化するた
め、骨との接合強度を高めることができる。
【００１３】次いでこの金属基体の表面にＳｉを含む化
合物を塗布する。Ｓｉを含む化合物としては、ＣａＯ−
ＳｉＯ2 −Ｐ2 Ｏ5 −ＭｇＯ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラス等のＳ
ｉＯ2含有ガラス、シリカゲル、或いは水ガラス等を使
用することができる。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基体を浸漬する等
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、その溶液中に金属基体を浸漬する等
の方法により塗布すれば良い。水ガラスを使用する場合
は、これをそのまま金属基体の表面に塗布すれば良い。
合物を塗布する。Ｓｉを含む化合物としては、ＣａＯ−
ＳｉＯ2 −Ｐ2 Ｏ5 −ＭｇＯ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラス等のＳ
ｉＯ2含有ガラス、シリカゲル、或いは水ガラス等を使
用することができる。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基体を浸漬する等
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、その溶液中に金属基体を浸漬する等
の方法により塗布すれば良い。水ガラスを使用する場合
は、これをそのまま金属基体の表面に塗布すれば良い。
【００１４】その後、金属基体を熱処理することによっ
て、塗布された化合物中のＳｉと金属基体中のＴｉとを
反応させてケイ化チタンを主成分とする被膜を形成す
る。このようにして形成された被膜は、熱膨張係数が金
属基体と近似しており、また金属基体中のＴｉが被膜中
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が転移して金属基体が
脆くなるためである。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あ
るい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と金属基体中のＴｉとを
反応させてケイ化チタンを主成分とする被膜を形成す
る。このようにして形成された被膜は、熱膨張係数が金
属基体と近似しており、また金属基体中のＴｉが被膜中
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が転移して金属基体が
脆くなるためである。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あ
るいは不活性ガス中で行うことが望ましい。
【００１５】次に、金属基体上に形成された被膜を部分
的に削り、所望のパターンを有するように金属基体表面
を露出させる。なお被膜とともに金属基体を削り、金属
基体に凹部を設けておくと、この後の工程で付着させる
生体活性物質が金属基体から剥離し難くなるため望まし
い。
的に削り、所望のパターンを有するように金属基体表面
を露出させる。なお被膜とともに金属基体を削り、金属
基体に凹部を設けておくと、この後の工程で付着させる
生体活性物質が金属基体から剥離し難くなるため望まし
い。
【００１６】続いて金属基体が露出した部分に、燐酸カ
ルシウム系セラミックス、生体活性ガラス等の生体活性
物質を付着させる。付着させる方法としては、塗布、溶
射、スパッタ等任意の方法を採用することができる。
ルシウム系セラミックス、生体活性ガラス等の生体活性
物質を付着させる。付着させる方法としては、塗布、溶
射、スパッタ等任意の方法を採用することができる。
【００１７】このようにしてチタンを主成分とする金属
基体の表面の一部に生体活性物質が付着しているととも
に、生体活性物質の付着部分を除いた金属基体の表面に
はケイ化チタンを主成分とする被膜が形成されてなる生
体インプラント材を作製することができる。
基体の表面の一部に生体活性物質が付着しているととも
に、生体活性物質の付着部分を除いた金属基体の表面に
はケイ化チタンを主成分とする被膜が形成されてなる生
体インプラント材を作製することができる。
【００１８】
【作用】本発明の生体インプラント材を生体内に埋入す
ると、表面に付着している生体活性物質により、新生骨
が早期に材料表面に誘導される。またケイ化チタンを主
成分とする被膜の表面が水和されてシリカゲルとなる。
このシリカゲルが核となってアパタイトが析出し、骨と
の接合が起こる。
ると、表面に付着している生体活性物質により、新生骨
が早期に材料表面に誘導される。またケイ化チタンを主
成分とする被膜の表面が水和されてシリカゲルとなる。
このシリカゲルが核となってアパタイトが析出し、骨と
の接合が起こる。
【００１９】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の生体インプ
ラント材を詳細に説明する。
ラント材を詳細に説明する。
【００２０】（実施例１）まず１０×１５×２t ｍｍの
大きさのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を、表面粗さがおおよ
そＲmax で１０μｍ程度となるようにサンドブラスト
し、表面が粗面化された金属基体を得た。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、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。
大きさのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を、表面粗さがおおよ
そＲmax で１０μｍ程度となるようにサンドブラスト
し、表面が粗面化された金属基体を得た。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、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。
【００２１】次にこのシリカゾル溶液に基体を浸漬し、
乾燥させることによって基体表面にシリカゲルを付着さ
せ、その後、２×１０-6Ｔｏｒｒの真空中で９００℃、
１時間の条件で熱処理した。
乾燥させることによって基体表面にシリカゲルを付着さ
せ、その後、２×１０-6Ｔｏｒｒの真空中で９００℃、
１時間の条件で熱処理した。
【００２２】こうして得られた材料の表面部分をＸ線回
折分析によって同定したところ、表面にＴｉ5 Ｓｉ3 が
生成していることが確認できた。また断面ＳＥＭ観察に
よってその厚みを測定したところ、１〜２μｍであっ
た。
折分析によって同定したところ、表面にＴｉ5 Ｓｉ3 が
生成していることが確認できた。また断面ＳＥＭ観察に
よってその厚みを測定したところ、１〜２μｍであっ
た。
【００２３】続いてこの材料の表面に、縦横それぞれ等
間隔に３本ずつ幅０．５ｍｍ、深さ０．１ｍｍの溝をダ
イヤモンドホイールを用いて形成した。
間隔に３本ずつ幅０．５ｍｍ、深さ０．１ｍｍの溝をダ
イヤモンドホイールを用いて形成した。
【００２４】その後、重量百分率でＳｉＯ2 ４４％、Ｃ
ａＯ３４％、Ｐ2 Ｏ5 ９％、ＭｇＯ１０％、Ｂ2 Ｏ3 ３
％の組成を有する生体活性ガラス粉末とエタノールを混
練して作製したペーストを溝内に塗布し、乾燥後、２×
１０-6Ｔｏｒｒの真空中、８５０℃で２分間焼成し、図
２に示すような試料を得た。なお図２（ａ）は試料の斜
視図、（ｂ）はその断面図を模式的に表したものであ
り、また図中、１は金属基体、２はケイ化チタンを主成
分とする被膜、３は生体活性ガラスをそれぞれ示してい
る。
ａＯ３４％、Ｐ2 Ｏ5 ９％、ＭｇＯ１０％、Ｂ2 Ｏ3 ３
％の組成を有する生体活性ガラス粉末とエタノールを混
練して作製したペーストを溝内に塗布し、乾燥後、２×
１０-6Ｔｏｒｒの真空中、８５０℃で２分間焼成し、図
２に示すような試料を得た。なお図２（ａ）は試料の斜
視図、（ｂ）はその断面図を模式的に表したものであ
り、また図中、１は金属基体、２はケイ化チタンを主成
分とする被膜、３は生体活性ガラスをそれぞれ示してい
る。
【００２５】こうして作製した試料を家兎（１６匹）の
脛骨に埋入し、８週間後と２４週間後に８匹づつ屠殺し
て試料と骨との引き剥がし強度を測定し、その平均値を
求めたところ、８週間後では４．５±１．０ｋｇ、２４
週間後では４．６±０．９ｋｇであった。
脛骨に埋入し、８週間後と２４週間後に８匹づつ屠殺し
て試料と骨との引き剥がし強度を測定し、その平均値を
求めたところ、８週間後では４．５±１．０ｋｇ、２４
週間後では４．６±０．９ｋｇであった。
【００２６】（実施例２）実施例１と同様にして用意し
た基体の表面に、チタン粉末をプラズマ溶射して溶射層
を形成した。なおプラズマ溶射は、アルゴンガスで置換
した減圧雰囲気中で行った。また溶射層の厚さは５０μ
ｍであった。
た基体の表面に、チタン粉末をプラズマ溶射して溶射層
を形成した。なおプラズマ溶射は、アルゴンガスで置換
した減圧雰囲気中で行った。また溶射層の厚さは５０μ
ｍであった。
【００２７】次いで、実施例１と同様にしてケイ化チタ
ンを主成分とする被膜を形成し、さらに実施例１と同じ
方法で生体活性ガラスを付着させた。
ンを主成分とする被膜を形成し、さらに実施例１と同じ
方法で生体活性ガラスを付着させた。
【００２８】このようにして作製した試料について家兎
の脛骨に埋入し、引き剥がし強度を測定したところ、８
週間後では７．３±２．０ｋｇ、２４週間後では７．５
±２．５ｋｇであった。
の脛骨に埋入し、引き剥がし強度を測定したところ、８
週間後では７．３±２．０ｋｇ、２４週間後では７．５
±２．５ｋｇであった。
【００２９】（比較例）実施例１と同様にして用意した
チタン合金からなる金属基体を用い、骨との引き剥がし
強度を測定したところ、８週間後では０．２±０．５ｋ
ｇ、２４週間後では２．６±１．３ｋｇであり、骨との
接合が非常に遅く、また接合強度も低かった。
チタン合金からなる金属基体を用い、骨との引き剥がし
強度を測定したところ、８週間後では０．２±０．５ｋ
ｇ、２４週間後では２．６±１．３ｋｇであり、骨との
接合が非常に遅く、また接合強度も低かった。
【００３０】
【発明の効果】以上のように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ため、術後初期の固
定が良好である。それゆえ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。
材は、骨と短期間で強固に接合するため、術後初期の固
定が良好である。それゆえ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。
【図１】金属基体上に付着させる生体活性物質の付着パ
ターンを示す説明図である。
ターンを示す説明図である。
【図２】本発明の一実施例を示す説明図であり、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）は断面図をそれぞれ示している。
はその斜視図、（ｂ）は断面図をそれぞれ示している。
【符号の説明】 １ 金属基体 ２ ケイ化チタンを主成分とする被膜 ３ 生体活性ガラス
Claims (2)
- 【請求項１】 チタンを主成分とする金属基体の表面の
一部に生体活性物質が付着しており、生体活性物質の付
着部分を除いた金属基体の表面にはケイ化チタンを主成
分とする被膜が形成されていることを特徴とする生体イ
ンプラント材。 - 【請求項２】 生体活性物質が、チタンを主成分とする
金属基体の表面に形成された凹部内に付着していること
を特徴とする請求項１の生体インプラント材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6319331A JPH08150199A (ja) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | 生体インプラント材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6319331A JPH08150199A (ja) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | 生体インプラント材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08150199A true JPH08150199A (ja) | 1996-06-11 |
Family
ID=18108995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6319331A Pending JPH08150199A (ja) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | 生体インプラント材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08150199A (ja) |
-
1994
- 1994-11-28 JP JP6319331A patent/JPH08150199A/ja active Pending
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