JPH09122223A - Organism implant material and manufacture thereof - Google Patents
Organism implant material and manufacture thereofInfo
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- JPH09122223A JPH09122223A JP7308284A JP30828495A JPH09122223A JP H09122223 A JPH09122223 A JP H09122223A JP 7308284 A JP7308284 A JP 7308284A JP 30828495 A JP30828495 A JP 30828495A JP H09122223 A JPH09122223 A JP H09122223A
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Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an artificial bone, an artificial hip joint,
The present invention relates to a bioimplant material useful as a biosubstitute material such as an artificial tooth root and a method for producing the bioimplant material.
【0002】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, as a bioimplant material for repairing a bone defect or the like, one made of titanium metal or titanium alloy has been known. Since such an implant material has biocompatibility and high mechanical strength, it is used in a portion to which a large load is applied, such as a femur or a hip joint.
【0003】[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、骨がイ
ンプラント材の表面に到達してから結合するのに時間が
かかる。このため長期間患者がベッドから離れることが
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。However, since the above-mentioned implant material has a weak force for guiding the bone, it takes time to bond the bone after reaching the surface of the implant material. For this reason, there is a problem that the patient cannot leave the bed for a long period of time, and the physical and mental burden on the patient is large.
【0004】また生体内で周囲の骨組織と反応し、骨と
化学的に結合するものとしてアパタイトやアパタイトを
析出する結晶化ガラス等の生体活性無機材料が知られて
いるが、これらの材料は機械的強度が低いという欠点を
有している。In addition, bioactive inorganic materials such as crystallized glass that precipitates apatite or apatite are known to react with surrounding bone tissue in the living body and chemically bond with the bone. It has the drawback of low mechanical strength.
【0005】本発明の目的は、機械的強度が高く、しか
も骨との結合性に優れた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。An object of the present invention is to provide a bioimplant material having high mechanical strength and excellent bondability with bone, and a method for producing the same.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく種々の研究を行った結果、生体内に生体イ
ンプラント材を埋入した時に、表面にシリカゲルが生成
すると短期間で骨と結合すること、またこのようなシリ
カゲルは金属体の表面にケイ化チタン層を形成すること
により生成すること、しかもその表層に生体活性無機材
料の成分元素をイオン注入しておくと骨との結合性がよ
り一層向上することを見いだし、本発明として提案する
ものである。Means for Solving the Problems As a result of various studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have found that silica gel is generated in a short period of time when a bioimplant material is implanted in a living body. It binds to bone, and such silica gel is produced by forming a titanium silicide layer on the surface of a metal body, and when the surface layer is ion-implanted with a component element of a bioactive inorganic material, it becomes bone. The present invention has been found to further improve the bondability of the above and is proposed as the present invention.
【0007】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
とする被膜が形成され、該被膜の表層に生体活性無機材
料の成分元素がイオン注入されてなることを特徴とす
る。That is, the bioimplant material of the present invention is
A coating film containing titanium silicide as a main component is formed on the surface of a metal body containing i as a main component, and a constituent element of a bioactive inorganic material is ion-implanted into the surface layer of the coating film.
【0008】また本発明の生体インプラント材の製造方
法は、Tiを主成分とする金属体の表面に、Siを含む
化合物を塗布し、熱処理した後、生体活性無機材料の成
分元素をイオン注入することを特徴とする。Further, in the method for producing a bioimplant material of the present invention, a compound containing Si is applied to the surface of a metal body containing Ti as a main component, heat treatment is performed, and then a component element of the bioactive inorganic material is ion-implanted. It is characterized by
【0009】本発明における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、Tiを主成分としてAl、Sn、Cr、Z
r、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。The metal body containing Ti as a main component in the present invention means titanium metal and titanium alloy. As a titanium alloy, Ti, as a main component, Al, Sn, Cr, Z
Alloys containing r, Mo, Ni, Pd, Ta, Nb, V, Pt, etc. can be used. Among them, Ti-6Al
It is preferable to use a -4V alloy.
【0010】また被膜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。
尚、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。この被膜の厚みは50μm以
下であることが望ましく、これより厚いと膜内で破壊が
生じやすくなるため好ましくない。The titanium silicide contained as the main component in the film may have any ratio of Ti to Si, and for example, Ti 5 Si 3 can be used. Further, the film may be formed such that the Ti content ratio of titanium silicide is smaller as the surface becomes closer, that is, the Si content ratio is increased.
It should be noted that the film may contain other compounds such as Al-P, Ti-B, and Ti-P as long as it is not harmful to the living body. The thickness of this coating is preferably 50 μm or less, and if it is larger than this, breakage easily occurs in the coating, which is not preferable.
【0011】ケイ化チタンを主成分とする被膜の表層に
は、生体活性無機材料の成分元素がイオン注入されてい
る。この表層部分は深部の方で上記成分の濃度が低く、
表面部に向かうに従ってその濃度が高くなり、表面部は
ケイ化チタンよりも骨組織に近いため、この層を形成す
ることによって骨と結合する期間を短縮することが可能
となる。The constituent element of the bioactive inorganic material is ion-implanted into the surface layer of the coating film containing titanium silicide as a main component. This surface layer has a low concentration of the above components in the deeper part,
The concentration increases toward the surface portion, and since the surface portion is closer to the bone tissue than titanium silicide, it is possible to shorten the period of bonding with bone by forming this layer.
【0012】生体活性無機材料の成分元素としては、例
えばCa、P、O、H等が挙げられるが、その他、生体
に対して有害とならない成分、例えばNa、K、Si等
の元素を必要に応じてイオン注入する事ができる。Examples of the constituent elements of the bioactive inorganic material include Ca, P, O and H. However, other constituents that are not harmful to the living body, such as Na, K and Si, are required. Ions can be implanted accordingly.
【0013】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。Next, a method for producing the bioimplant material of the present invention will be described.
【0014】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Tiを主成分とする金属体を準備する。
尚、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、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。このように金属体の表面に凹凸を設
けておくと、表面に凹凸を有する生体インプラント材を
得ることが可能となり、骨との結合力を増大させること
ができる。First, a titanium metal formed into a desired shape,
A metal body containing Ti as a main component such as a titanium alloy is prepared.
As the titanium alloy, for example, Ti such as Ti-6Al-4V is used as a main component, and Al, Sn, Cr, Zr, and M are used.
Alloys containing o, Ni, Pd, Ta, Nb, V, Pt and the like can be used. Further, it is desirable that the surface of the metal body is made uneven by a known method such as sandblasting or plasma spraying. By providing the surface of the metal body with irregularities in this way, it is possible to obtain a bioimplant material having irregularities on the surface, and it is possible to increase the binding force with bone.
【0015】次いでこの金属体の表面に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 O5 −CaO−MgO−B2 O3 系ガラス等のSi
O2含有ガラスやシリカゲル、或いは水ガラス等を使用
することができる。Then, a compound containing Si is applied to the surface of the metal body. As a compound containing Si, SiO 2 −
P 2 O 5 -CaO-MgO- B 2 O 3 system Si such as glass
O 2 -containing glass, silica gel, water glass or the like can be used.
【0016】尚、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
り塗布すれば良い。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良い。As a coating method, when SiO 2 -containing glass is used, the glass is made into a powder having a particle size of 45 μm or less, and this is kneaded with a binder and a solvent to form a slurry, and then a metal body is added to the slurry. Is applied by a method such as dipping. When silica gel is used, a metal alkoxide containing Si such as tetramethoxysilane,
It may be applied by mixing water, alcohol, hydrochloric acid or the like to prepare a silica sol solution, and then immersing the metal body in the solution. When water glass is used, it may be applied directly to the surface of the metal body.
【0017】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、熱膨張係数が金属体
と近似しており、また金属体中の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。
尚、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9
50℃を超えるとTiが転移して金属体が脆くなるため
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。Thereafter, the metal body is heat-treated to react Si in the applied compound with Ti in the metal body to form a coating film containing titanium silicide as a main component.
The film thus formed has a thermal expansion coefficient similar to that of a metal body, and Ti in the metal body is diffused in the film, so that peeling at the interface between the two hardly occurs.
The heat treatment is preferably performed at 600 to 950 ° C. This is because if it is lower than 600 ° C, Ti and Si do not react, and
This is because when the temperature exceeds 50 ° C., Ti is transferred and the metal body becomes brittle. The heat treatment is preferably performed in vacuum or in an inert gas so that a thick oxide film cannot be formed on the surface of titanium metal or titanium alloy.
【0018】次に被膜の表層に生体活性無機材料の成分
元素をイオン注入する。イオン注入法の特徴は、室温で
の添加が可能で、しかもイオン電流、時間の管理によっ
て注入量や添加深さが調節できることである。つまりイ
オン注入の総量は、電流×時間=電気量として決定さ
れ、濃度分布と深さは注入エネルギー(注入電圧)及び
注入する材料の種類により変化する。従って所望量の生
体活性無機成分が注入されるように注入条件を各々の元
素について設定することが必要である。Next, the constituent elements of the bioactive inorganic material are ion-implanted into the surface layer of the coating. The feature of the ion implantation method is that it can be added at room temperature and that the implantation amount and the addition depth can be adjusted by controlling the ion current and time. That is, the total amount of ion implantation is determined as current × time = electricity, and the concentration distribution and depth change depending on the implantation energy (implantation voltage) and the type of material to be implanted. Therefore, it is necessary to set the injection conditions for each element so that the desired amount of bioactive inorganic component is injected.
【0019】[0019]
【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、ケイ化チタンを主成分とする被膜の表面が酸化さ
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になり、骨と短期
間に結合する。また金属体表面の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生体イ
ンプラント材との間で高い結合力が得られる。When the biological implant material of the present invention is embedded in a living body, the surface of the coating film containing titanium silicide as the main component is oxidized to form a very thin oxide film containing SiO 2 . It is then further hydrated to silica gel, which binds to bone in a short period of time. In addition, since the titanium silicide layer on the surface of the metal body plays a role of an intermediate layer, a high bonding force can be obtained between the generated silica gel and the bioimplant material.
【0020】さらに被膜には生体活性無機材料の成分元
素がイオン注入されており、被膜の表層部分は表面に向
かうに従って生体活性無機成分が傾斜的に増加している
ため、骨との結合性がより一層向上することになる。Further, the constituent element of the bioactive inorganic material is ion-implanted into the coating, and the surface active portion of the coating has the bioactive inorganic component increasing in an inclined manner toward the surface. It will be further improved.
【0021】[0021]
【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。EXAMPLES Hereinafter, the bioimplant material of the present invention will be described in detail based on examples.
【0022】[0022]
【表1】 [Table 1]
【0023】表1は、本発明の実施例(試料No.1)
及び比較例(試料No.2〜4)の引き剥がし強度を示
すものである。Table 1 shows examples of the present invention (Sample No. 1).
And the peel strength of the comparative examples (Sample Nos. 2 to 4).
【0024】実施例であるNo.1の試料は、次のよう
にして作製した。The example No. The sample No. 1 was prepared as follows.
【0025】まず基材として10×15×2t mmの大
きさのTi−6Al−4V合金を準備し、この基材の表
面粗さがおおよそRmax で10μm程度となるようにサ
ンドブラストして表面に凹凸を形成した。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、アンモニアをモル比で1:10:2.2:1:3.
7×104 の割合で混合してシリカゾル溶液を作製し
た。First, a Ti-6Al-4V alloy having a size of 10 × 15 × 2 t mm was prepared as a base material, and the surface was sandblasted so that the surface roughness of the base material was about 10 μm at R max. The unevenness was formed on the surface. Further, tetramethoxysilane, water, methanol, dimethylformamide, and ammonia are used in a molar ratio of 1: 10: 2.2: 1: 3.
A silica sol solution was prepared by mixing at a ratio of 7 × 10 4 .
【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、その後、2×10-6Torrの真空中で900℃、
1時間の条件で熱処理した。Next, the substrate is dipped in this silica sol solution,
Silica gel is attached to the surface of the substrate by drying, and then 900 ° C. in a vacuum of 2 × 10 −6 Torr.
It heat-processed on the condition of 1 hour.
【0027】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、いずれも表面にTi5
Si3 が生成していることが確認できた。また断面SE
M観察によってその厚みを測定したところ、1〜2μm
であった。[0027] The surface portion of the resulting material was thus identified by X-ray diffraction analysis, Ti 5 to both surfaces
It was confirmed that Si 3 was generated. Cross section SE
When the thickness was measured by M observation, it was 1-2 μm.
Met.
【0028】さらにこの材料に注入エネルギー100k
eVでCa、P、O、Hの順に1.9×1017ions
/cm2 、1.1×1017ions/cm2 、5.0×
1017ions/cm2 、38×1017ions/cm
2 の各条件でイオン注入を行った。Further, an injection energy of 100 k is applied to this material.
eV: Ca, P, O, H in order of 1.9 × 10 17 ions
/ Cm 2 , 1.1 × 10 17 ions / cm 2 , 5.0 ×
10 17 ions / cm 2 , 38 × 10 17 ions / cm
Ion implantation was performed under each condition of 2 .
【0029】比較例であるNo.2の試料は、実施例と
同様のTi−6Al−4V合金を使用したものであり、
No.3の試料は、実施例と同様にTi−6Al−4V
合金の表面をサンドブラストした後、実施例と同じ条件
でシリカゾル溶液に浸漬、乾燥させた後、熱処理したも
のである。さらにNo.4の試料は、実施例と同様のT
i−6Al−4V合金の表面をサンドブラストした後、
実施例と同じ条件でイオン注入を行ったものである。No. 1 which is a comparative example. Sample No. 2 uses the same Ti-6Al-4V alloy as in the example,
No. Sample No. 3 is Ti-6Al-4V as in the example.
After the surface of the alloy was sandblasted, it was immersed in a silica sol solution under the same conditions as in Example, dried, and then heat treated. Furthermore, No. Sample No. 4 has the same T
After sandblasting the surface of the i-6Al-4V alloy,
Ion implantation was performed under the same conditions as in the example.
【0030】こうして作製した各試料を家兎(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、各試料と骨との引き剥がし強度を測定し、その平均
値を表1に示した。Each sample thus prepared was used as a rabbit (16 animals)
The specimens were placed in the tibia of No. 1, and 8 weeks and 24 weeks later, 8 animals were sacrificed, the peel strength between each sample and the bone was measured, and the average value thereof is shown in Table 1.
【0031】表1から明らかなように、No.1の試料
の引き剥がし強度は、8週間後で4.0±1.0kg、
24週間後で4.5±0.9kgであり、比較例の各試
料に比べて高い値を示した。このことは、本発明の生体
インプラント材が短期間で骨と強固に結合することを示
している。As is apparent from Table 1, No. The peel strength of the sample No. 1 was 4.0 ± 1.0 kg after 8 weeks,
It was 4.5 ± 0.9 kg after 24 weeks, which was higher than that of each sample of Comparative Example. This indicates that the bioimplant material of the present invention firmly binds to bone in a short period of time.
【0032】[0032]
【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、生体親和性に優れ、機械的強度が高い。このため
骨と短期間で強固に結合する。また長期間埋入したり、
大きな外力が加わっても基材から被膜が剥離し難い。そ
れゆえ人工骨、人工股関節、人工歯根等の生体代替材料
として好適である。As described above, the bioimplant material of the present invention has excellent biocompatibility and high mechanical strength. Therefore, it is firmly bonded to the bone in a short period of time. It can be placed for a long time,
Even if a large external force is applied, it is difficult for the coating to peel from the base material. Therefore, it is suitable as a biosubstitute material for artificial bones, artificial hip joints, artificial tooth roots and the like.
Claims (2)
イ化チタンを主成分とする被膜が形成され、該被膜の表
層には生体活性無機材料の成分元素がイオン注入されて
なることを特徴とする生体インプラント材。1. A coating containing titanium silicide as a main component is formed on the surface of a metal body containing Ti as a main component, and the surface element of the coating is ion-implanted with a component element of a bioactive inorganic material. A bioimplant material characterized by:
iを含む化合物を塗布し、熱処理した後、生体活性無機
材料の成分元素をイオン注入することを特徴とする生体
インプラント材の製造方法。2. S is formed on the surface of a metal body containing Ti as a main component.
A method for producing a bioimplant material, which comprises applying a compound containing i, heat-treating it, and then ion-implanting a component element of the bioactive inorganic material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7308284A JPH09122223A (en) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | Organism implant material and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7308284A JPH09122223A (en) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | Organism implant material and manufacture thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09122223A true JPH09122223A (en) | 1997-05-13 |
Family
ID=17979186
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7308284A Pending JPH09122223A (en) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | Organism implant material and manufacture thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09122223A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100402919B1 (en) * | 2001-10-15 | 2003-10-22 | 한국과학기술연구원 | An electrochemical surface treating method for implants comprising metallic titanium or titanium alloys |
JP2007526777A (en) * | 2003-11-13 | 2007-09-20 | ライフノバ バイオメディカル ソシエダッド アノニマ | Method of manufacturing intraosseous implant or medical prosthesis by ion implantation, and intraosseous implant or medical prosthesis manufactured thereby |
-
1995
- 1995-10-31 JP JP7308284A patent/JPH09122223A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100402919B1 (en) * | 2001-10-15 | 2003-10-22 | 한국과학기술연구원 | An electrochemical surface treating method for implants comprising metallic titanium or titanium alloys |
JP2007526777A (en) * | 2003-11-13 | 2007-09-20 | ライフノバ バイオメディカル ソシエダッド アノニマ | Method of manufacturing intraosseous implant or medical prosthesis by ion implantation, and intraosseous implant or medical prosthesis manufactured thereby |
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