JPH0999054A - Bio-compatible material - Google Patents

Bio-compatible material

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JPH0999054A
JPH0999054A JP7261737A JP26173795A JPH0999054A JP H0999054 A JPH0999054 A JP H0999054A JP 7261737 A JP7261737 A JP 7261737A JP 26173795 A JP26173795 A JP 26173795A JP H0999054 A JPH0999054 A JP H0999054A
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JP
Japan
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polymer
bone
materials
bio
artificial
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Application number
JP7261737A
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Japanese (ja)
Inventor
Akiyoshi Ozaka
明義 尾坂
Chikara Otsuki
主税 大槻
Keizo Ota
惠三 太田
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OTA KK
Original Assignee
OTA KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bio-compatible material having dynamical properties necessary as a medical material and high bio-compatibility or bioactivity in combination. SOLUTION: This bio-compatible material has both of an org. chain (-C-C-) and a silanol group (-Si-OH) in its structure. Further, the material has calcium and vinyl group (-C=C-) in the structure. This bio-compatible material is effective as well even if a base body surface is coated with this material.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、形成外科、歯科お
よび整形外科の分野で使用される生体親和性に優れたイ
ンプラントに関するものである。より詳しくは、構造中
に有機鎖とシラノール基を共に含有することにより、高
い生体親和性もしくは生体活性を発現する材料に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an implant having excellent biocompatibility used in the fields of plastic surgery, dentistry and orthopedics. More specifically, the present invention relates to a material exhibiting high biocompatibility or bioactivity by containing both an organic chain and a silanol group in the structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】形成外科の領域では人工乳房、顔面補綴
材などの素材としてポリ塩化ビニル、シリコーンポリウ
レタンなどの有機高分子材料が用いられる。しかしこれ
らの材料には、しばしば埋入後異物反応による炎症を生
じる問題点がある。さらに生体組織と結合する性質はな
く、組織と一体化することはないため、長時間に亙る生
体内への埋入中にズレや緩みを生じる問題点がある。
2. Description of the Related Art In the field of plastic surgery, organic polymer materials such as polyvinyl chloride and silicone polyurethane are used as materials for artificial breasts, facial prostheses and the like. However, these materials often have the problem of causing inflammation due to foreign body reaction after implantation. Furthermore, since it has no property of binding to a living tissue and does not integrate with a tissue, there is a problem that a shift or a looseness occurs during implantation in a living body for a long time.

【0003】一方、整形外科の領域では人工股関節、人
工膝関節、骨接合材など、生体骨と接触する医療用材料
の素材としては、チタン、チタン合金などの金属材料が
用いられている。これら材料は、骨組織との結合性がな
いことに加え、その弾性係数が自然骨と大きく異なるた
めに骨との接合面に大きなストレスを生じ、それにより
緩みや剥離を生じる問題点がある。
On the other hand, in the field of orthopedic surgery, metal materials such as titanium and titanium alloys are used as materials for medical materials such as artificial hip joints, artificial knee joints, and bone cements that come into contact with living bones. These materials have a problem in that, in addition to not being able to bond to bone tissue, their elastic modulus is largely different from that of natural bone, so that large stress is generated at the joint surface with bone, resulting in loosening and peeling.

【0004】埋入後の炎症反応が小さく、組織結合性を
も示す材料として、生体活性ガラスやヒドロキシアパタ
イトなどの無機物質のあるものが知られている。これら
の中でも生体活性ガラスは、カルシウム及びリン酸イオ
ンを含む擬似体液中や生体内でその表面にアパタイト層
を形成する性質を有しており、かかるアパタイト層を介
して骨や軟組織と結合することにより生体組織と一体化
するので生体組織との結合性が必要とされる医療用材料
に好適である。しかし、これら生体活性ガラスは医用材
料として必要な機械的強度、靭性、柔軟性が不十分な問
題点がある。
[0004] As a material showing a small inflammatory reaction after implantation and also showing a tissue-binding property, there are known materials having an inorganic substance such as bioactive glass and hydroxyapatite. Among these, bioactive glass has the property of forming an apatite layer on its surface in a simulated body fluid containing calcium and phosphate ions or in vivo, and binds to bone or soft tissue through such an apatite layer. Therefore, it is suitable for a medical material that needs to be bonded to a living tissue because it is integrated with the living tissue. However, these bioactive glasses have problems of insufficient mechanical strength, toughness, and flexibility required as medical materials.

【0005】そのためチタンまたはチタン合金製インプ
ラント本体の表面に生体親和性に優れた生体活性ガラス
またはハイドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム
系セラミックスの被覆層を溶射または焼結により形成し
たチタンまたはチタン合金も提供されている。しかし上
記生体活性物質の被覆層は、チタンまたはチタン合金製
インプラントの表面に対する密着性が悪い。さらにこの
改善方法には複雑な製造工程が必要とされるにも拘ら
ず、上述の弾性係数が自然骨と大きく異なる問題点は解
決されていない。
Therefore, there is also provided titanium or titanium alloy in which a coating layer of calcium phosphate ceramics such as bioactive glass or hydroxyapatite having excellent biocompatibility is formed on the surface of the implant body made of titanium or titanium alloy by thermal spraying or sintering. There is. However, the coating layer of the bioactive substance has poor adhesion to the surface of the implant made of titanium or titanium alloy. Further, although the improvement method requires a complicated manufacturing process, the problem that the elastic modulus is significantly different from that of natural bone has not been solved.

【0006】また、高分子材料に生体活性を付与する手
法として、ポリメチルメタクリレート系セメントにヒド
ロキシアパタイトや結晶化ガラスなどを混合する方法が
提案されているが、生体活性を発現するには混合するヒ
ドロキシアパタイトや結晶化ガラスなどの割合を大きく
する必要があるため、有機高分子の靭性や強度などの力
学的物性を損なう恐れがある。
As a method of imparting bioactivity to a polymer material, a method of mixing hydroxyapatite or crystallized glass with polymethylmethacrylate cement has been proposed. Since it is necessary to increase the proportion of hydroxyapatite, crystallized glass, etc., the mechanical properties such as toughness and strength of the organic polymer may be impaired.

【0007】これらの物性は、むしろ上記金属材料や有
機高分子材料が持つ物性である。従って、金属材料や有
機高分子材料の力学的物性と、無機物質の生体活性を併
せ持つ材料の開発が望まれていた。
These physical properties are rather the physical properties of the above metal materials and organic polymer materials. Therefore, it has been desired to develop a material having both mechanical properties of metallic materials and organic polymer materials and bioactivity of inorganic materials.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、生活
活性材料、例えば生体修復材料に必要な力学的性質と、
高い生体親和性もしくは生体活性を併せ示すものを提供
することである。
It is an object of the present invention to provide the mechanical properties required for bioactive materials, such as bioremediation materials,
It is to provide a material that also exhibits high biocompatibility or bioactivity.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点の解決について鋭意検討した結果、ビニル基を有する
オルガノシロキサン化合物のビニル基を重合した後、シ
ロキサン基(Si-O-R、R:アルキル基、あるいは不飽和結
合やエーテル結合を含んでいる基でもよい)を加水分解
して、構造中に有機鎖とシラノール基を生成させて得た
高分子材料が、高い生体親和性を示すことを確認した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies on the solution of the above problems, the present inventors have found that after polymerizing a vinyl group of an organosiloxane compound having a vinyl group, a siloxane group (Si-OR, R: A polymer material obtained by hydrolyzing an alkyl group or a group containing an unsaturated bond or an ether bond) to generate an organic chain and a silanol group in the structure has high biocompatibility. It was confirmed.

【0010】さらに、シロキサン基の加水分解の際にカ
ルシウムを構造中に導入すると、得られた高分子材料が
生体活性をも発現することを確認した。
Further, it was confirmed that when calcium is introduced into the structure during hydrolysis of the siloxane group, the obtained polymer material also exhibits bioactivity.

【0011】すなわち本発明は、有機鎖とシラノール基
を共に含有することを特徴とする生体親和性材料であ
る。有機鎖は基本的にはビニル化合物の重合により得ら
れる飽和炭化水素鎖(-C-C-)であるが、構造中にビニル
基(-C=C-)、すなわち、不飽和炭化水素を含むようにし
てもよい。
That is, the present invention is a biocompatible material containing both an organic chain and a silanol group. The organic chain is basically a saturated hydrocarbon chain (-CC-) obtained by polymerizing a vinyl compound, but a vinyl group (-C = C-), that is, an unsaturated hydrocarbon is included in the structure. Good.

【0012】ここで出発原料に用いるオルガノシロキサ
ン化合物は、ビニル基とシロキサン基を含有し、ビニル
基の重合後にシロキサン基が加水分解するものであれば
何でもよい。例えば、ビニルトリメトキシシラン、メタ
クリロキシメチルトリエトキシシラン、メタクリロキシ
メチルトリメトキシシラン、3−ブテニルトリエトキシ
シラン、アリルトリメトキシシラン、トリエトキシシリ
ルエチレン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイ
ソプロポキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニ
ルトリフェノキシシラン、ビニルトリ-t-ブトキシシラ
ン、ビニルメチルジエトキシシラン等である。
The organosiloxane compound used as the starting material here may be any one as long as it contains a vinyl group and a siloxane group, and the siloxane group is hydrolyzed after the polymerization of the vinyl group. For example, vinyltrimethoxysilane, methacryloxymethyltriethoxysilane, methacryloxymethyltrimethoxysilane, 3-butenyltriethoxysilane, allyltrimethoxysilane, triethoxysilylethylene, vinyltriethoxysilane, vinyltriisopropoxysilane, Vinyltrimethoxysilane, vinyltriphenoxysilane, vinyltri-t-butoxysilane, vinylmethyldiethoxysilane and the like.

【0013】オルガノシロキサン化合物のビニル基の重
合はラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合のいず
れでもよい。
Polymerization of the vinyl group of the organosiloxane compound may be radical polymerization, anionic polymerization or cationic polymerization.

【0014】シロキサン基の加水分解には、重合後のオ
ルガノシロキサン化合物と水を共に溶かす溶媒中で室温
〜90℃に加温して行う。溶媒としては、重合後のオルガ
ノシロキサン化合物と水が共に可溶なものであれば何で
もよいが、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラ
ンなどが望ましい。
The siloxane group is hydrolyzed by heating at room temperature to 90 ° C. in a solvent in which both the organosiloxane compound after polymerization and water are dissolved. Any solvent may be used as long as it can dissolve both the organosiloxane compound after polymerization and water, but methanol, ethanol, tetrahydrofuran or the like is preferable.

【0015】シロキサン基の加水分解の際、テトラエト
キシシランを添加することにより、シラノール基の濃度
を調整することも可能である。また溶媒に可溶なカルシ
ウム化合物を添加することで、カルシウムを含有する材
料も得られる。この際添加するカルシウム化合物として
は塩化カルシウム、硝酸カルシウム、酢酸カルシウムな
どが適している。
When hydrolyzing the siloxane group, it is possible to adjust the concentration of the silanol group by adding tetraethoxysilane. A material containing calcium can also be obtained by adding a calcium compound soluble in the solvent. Calcium chloride, calcium nitrate, calcium acetate and the like are suitable as the calcium compound added at this time.

【0016】上記条件により得られた溶液を密封下室温
〜80℃で保持すると、ゲル状物質が生成する。そのゲル
状物質をさらに室温〜80℃で乾燥すると、バルク状材料
が得られる。
When the solution obtained under the above conditions is kept sealed at room temperature to 80 ° C., a gel substance is produced. When the gel-like substance is further dried at room temperature to 80 ° C, a bulk material is obtained.

【0017】この溶液を各種基体に被覆した後、20〜80
℃で加熱処理すると、上記材料を被覆した各種材料が得
られる。基体としては、金属、プラスチック、セラミッ
クなど広範囲な材料が利用でき、例えば、チタン、チタ
ン合金、コバルト-クロム合金、ステンレススチール、
ポリメチルメタクリレート、アルミナ、ジルコニア、リ
ン酸カルシウム系、結晶化ガラスなど生体為毒性のない
ものであればよく、特に限定されるものでない。
After coating this solution on various substrates, 20 to 80
When heat-treated at ℃, various materials coated with the above materials are obtained. A wide range of materials such as metals, plastics, and ceramics can be used for the substrate, and examples include titanium, titanium alloys, cobalt-chromium alloys, stainless steel,
Polymethyl methacrylate, alumina, zirconia, calcium phosphate-based, crystallized glass and the like may be used as long as they are not biotoxic and are not particularly limited.

【0018】得られたバルク状材料および被覆材料は、
表面にSi-OH基が確認され、もしくは、カルシウムイ
オン及びリン酸イオンを含む擬似体液中や体内で表面に
アパタイト層を形成する。従ってこれらの手法で得られ
た生体親和性材料は生体内で生体親和性を示し、もしく
は、表面に形成されたアパタイト層を介して生体組織と
密着もしくは一体化する。
The obtained bulk material and coating material are
Si—OH groups are confirmed on the surface, or an apatite layer is formed on the surface in a simulated body fluid containing calcium ions and phosphate ions or in the body. Therefore, the biocompatible material obtained by these methods exhibits biocompatibility in the living body, or adheres or integrates with the biological tissue via the apatite layer formed on the surface.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の方法によれば、医用材料
として必要な機械的強度、靭性、柔軟性と生体親和性も
しくは生体活性を併せ示す生体親和性材料を得ることが
可能である。さらにより過酷な力学的条件を要求される
部位についても、物理的性質の優れた金属材料や有機高
分子材料の表面に、100℃以下の低温で高い生体親和性
もしくは生体活性が付与できるので、特に骨や軟組織と
の接合性が要求される組織置換用材料として好適に用い
られる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION According to the method of the present invention, it is possible to obtain a biocompatible material exhibiting both mechanical strength, toughness, flexibility and biocompatibility or bioactivity required as a medical material. Even for parts that require even more severe mechanical conditions, the surface of metal materials and organic polymer materials with excellent physical properties can be given high biocompatibility or bioactivity at a low temperature of 100 ° C or less, In particular, it is preferably used as a tissue replacement material that requires bondability with bone or soft tissue.

【0020】特に人工股関節用ステム材の骨接合部分に
おいては、人工骨材料表面から力学的性質を段階的・傾
斜的に変化させることが望まれるので、本発明の生体親
和性高分子材料をポリメチルメタクリレート系高分子を
表面に有する人工骨材料の表面に厚く被覆することによ
り、この様な要求を満たすことができる。図5は人工骨
表面の概念図である。図6は、本発明の生体親和性高分
子材料を力学的機能の傾斜させた人工股関節に適用した
例を示す図である。
Particularly in the bone-joint part of the stem material for artificial hip joints, it is desired to change the mechanical properties from the surface of the artificial bone material in a stepwise and inclined manner. Such requirements can be met by thickly coating the surface of the artificial bone material having the methyl methacrylate polymer on the surface. FIG. 5 is a conceptual diagram of the artificial bone surface. FIG. 6 is a diagram showing an example in which the biocompatible polymer material of the present invention is applied to an artificial hip joint having a tilted mechanical function.

【0021】本発明でいう生体親和性材料の形状は柱
状、板状、ブロック状、シート状、繊維状、ペレット状
など任意の形状のものが使用できる。例えば、人工股関
節用ステム材、骨補填材、人工椎体、人工椎間板、骨プ
レート、骨スクリュー、人工顔面補綴材、人工乳房など
に用いることができる。
The shape of the biocompatible material referred to in the present invention may be any shape such as columnar shape, plate shape, block shape, sheet shape, fiber shape and pellet shape. For example, it can be used for a stem material for artificial hip joints, a bone filling material, an artificial vertebral body, an artificial intervertebral disc, a bone plate, a bone screw, an artificial facial prosthesis material, an artificial breast and the like.

【0022】[0022]

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。図1に実施例1〜4の合成手順の概略図を示す。な
お、本発明は、実施例に限定されるものではない。
The present invention will be described below in detail with reference to examples. FIG. 1 shows a schematic diagram of the synthesis procedure of Examples 1 to 4. The present invention is not limited to the embodiments.

【0023】実施例1 出発原料としてビニルトリメトキシシラン(H2C=CHSi(OC
H3)3)を用い、重合開始剤として過酸化ジ-t-ブチルを加
え、120℃で4時間ビニル基をラジカル重合した。この
溶液にビニルトリメトキシシラン:エタノール:蒸留水
を1:8:3のモル比で配合し、80℃で1時間還流しな
がら、加水分解させた。得られた溶液をスチレン製ケー
ス(30×30×10mm)に入れ、これを40℃で3日間保持し、
ゲル体を得た。得られたゲル体を40℃で7日間乾燥さ
せ、高分子バルク体を得た。
Example 1 Vinyltrimethoxysilane (H 2 C = CHSi (OC
Using H 3 ) 3 ), di-t-butyl peroxide was added as a polymerization initiator, and the vinyl group was radically polymerized at 120 ° C. for 4 hours. Vinyltrimethoxysilane: ethanol: distilled water was added to this solution at a molar ratio of 1: 8: 3, and hydrolyzed under reflux at 80 ° C. for 1 hour. The resulting solution was placed in a styrene case (30 × 30 × 10 mm) and kept at 40 ° C. for 3 days,
A gel was obtained. The obtained gel body was dried at 40 ° C. for 7 days to obtain a polymer bulk body.

【0024】表1に示す各種のイオンを表1に示す濃度
で含有する水溶液を文献[大槻ら、ジャーナル・オブ・
ノンクリスタリン・ソリッヅ(Journal of Non-Crystal
lineSolids)、第143巻、第84〜92頁(1992年)参照]に
記載の方法に従って調製し、トリス(ヒドロキシメチル)
アミノメタンの水溶液と塩酸を用いてpHを7.25に調整
した(以下、これを擬似体液と略称する)。上記高分子バ
ルク体を擬似体液に浸漬して生体との親和性を観察し
た。結果を他の実施例と共に表2に列挙する。高分子バ
ルク体の表面にSi-OH基が確認されて生体親和性が認
められる結果となっている。
Aqueous solutions containing the various ions shown in Table 1 at the concentrations shown in Table 1 were used as a reference [Otsuki et al., Journal of.
Journal of Non-Crystal
lineSolids), Vol. 143, pp. 84-92 (1992)], and tris (hydroxymethyl).
The pH was adjusted to 7.25 using an aqueous solution of aminomethane and hydrochloric acid (hereinafter, this is abbreviated as simulated body fluid). The above-mentioned bulk polymer body was immersed in a simulated body fluid to observe its affinity with a living body. The results are listed in Table 2 along with other examples. The result is that Si—OH groups are confirmed on the surface of the polymer bulk body and biocompatibility is recognized.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】実施例2 出発原料としてビニルトリメトキシシラン(H2C=CHSi(OC
H3)3)を用い、重合開始剤として過酸化ジ- t-ブチルを
加え、120℃で4時間ビニル基をラジカル重合した。こ
の溶液にビニルトリメトキシシラン:エタノール:蒸留
水:酢酸カルシウムを1:8:3:0.05のモル比で配合
し、80℃で1時間還流しながら、加水分解させた。得ら
れた溶液をスチレン製ケース(30×30×10mm)に入れ、こ
れを40℃で3日間保持し、ゲル体を得た。得られたゲル
体を40℃で7日間乾燥させ、高分子バルク体を得た。
Example 2 Vinyltrimethoxysilane (H 2 C = CHSi (OC
Using H 3 ) 3 ), di-t-butyl peroxide was added as a polymerization initiator, and the vinyl group was radically polymerized at 120 ° C. for 4 hours. Vinyltrimethoxysilane: ethanol: distilled water: calcium acetate was added to this solution at a molar ratio of 1: 8: 3: 0.05 and hydrolyzed under reflux at 80 ° C. for 1 hour. The obtained solution was put in a styrene case (30 × 30 × 10 mm) and kept at 40 ° C. for 3 days to obtain a gel body. The obtained gel body was dried at 40 ° C. for 7 days to obtain a polymer bulk body.

【0027】表1に示す各種のイオンを表1に示す濃度
で含有する水溶液を文献[前記大槻ら掲載誌、第143
巻、第84〜92頁(1992年)参照]に記載の方法に従って調
製し、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンの水溶液
と塩酸を用いてpHを7.25に調整した(以下、これを擬
似体液と略称する)。
Aqueous solutions containing various ions shown in Table 1 at the concentrations shown in Table 1 were used as a reference [Otsuki et al., 143, above].
Vol., Pp. 84-92 (1992)] and adjusted the pH to 7.25 using an aqueous solution of tris (hydroxymethyl) aminomethane and hydrochloric acid (hereinafter, this is abbreviated as simulated body fluid). Yes).

【0028】上記で得た高分子バルク体から(15×10×
1mm)試験片を切り出し、擬似体液40ml中に36.5℃にて
浸漬した。一定時間おきに試験片を取り出し、フーリエ
変換赤外(FT-IR)反射スペクトルおよび薄膜X線回折パ
ターンを測定した。図2にFT-IR反射スペクトルを、図
3に薄膜X線回折パターンを示す。浸漬後1〜3日で、
FT-IR反射スペクトル上に、ヒドロキシアパタイトに対
応するピーク(1130cm-1、1040cm-1、610cm-1、570cm-1)
が認められた。また、X線回折パターンにおける2θ=2
6゜および32゜のピークからヒドロキシアパタイトの結
晶構造が確認された。以上のことから、本方法で合成し
た高分子表面にヒドロキシアパタイト層が形成されてい
ることが確認された。なおヒドロキシアパタイト層の厚
さは約10μmであった。図4に高分子バルク体の擬似体
液浸漬前と3日間浸漬した場合の走査型電子顕微鏡写真
を示す。浸漬後3日でヒドロキシアパタイトの結晶が表
面を覆っているのが明瞭に分かる。
From the polymer bulk body obtained above (15 × 10 ×
1 mm) test pieces were cut out and immersed in 40 ml of simulated body fluid at 36.5 ° C. The test piece was taken out at regular intervals and the Fourier transform infrared (FT-IR) reflection spectrum and the thin film X-ray diffraction pattern were measured. Fig. 2 shows the FT-IR reflection spectrum, and Fig. 3 shows the thin film X-ray diffraction pattern. 1-3 days after immersion,
Peaks corresponding to hydroxyapatite (1130cm- 1 , 1040cm- 1 , 610cm- 1 , 570cm- 1 ) on the FT-IR reflection spectrum
Was recognized. In addition, 2θ = 2 in the X-ray diffraction pattern
The crystal structure of hydroxyapatite was confirmed from the 6 ° and 32 ° peaks. From the above, it was confirmed that the hydroxyapatite layer was formed on the surface of the polymer synthesized by this method. The thickness of the hydroxyapatite layer was about 10 μm. FIG. 4 shows scanning electron micrographs of the polymer bulk body before immersion in the simulated body fluid and when immersed for 3 days. It can be clearly seen that the hydroxyapatite crystals cover the surface 3 days after the immersion.

【0029】実施例3 実施例2において、加水分解させる際にテトラエトキシ
シランを加え、ビニルトリメトキシシラン:エタノー
ル:蒸留水:酢酸カルシウム:テトラエトキシシランを
1:8:3:0.05:0.5のモル比で配合したこと以外
は、実施例2と同様の操作により、高分子バルク体を得
た。得られた高分子バルク体を擬似体液40ml中に36.5℃
で7日間浸漬した。FT-IR反射スペクトルおよび薄膜X
線回折パターンの測定により、高分子バルク体表面にヒ
ドロキシアパタイト層が形成されていることが確認され
た。
Example 3 In Example 2, tetraethoxysilane was added at the time of hydrolysis, and vinyltrimethoxysilane: ethanol: distilled water: calcium acetate: tetraethoxysilane was added in a molar ratio of 1: 8: 3: 0.05: 0.5. A polymer bulk body was obtained by the same operation as in Example 2 except that the compounding ratio was used. The bulk polymer obtained was added to 40 ml of simulated body fluid at 36.5 ° C.
And soaked for 7 days. FT-IR reflection spectrum and thin film X
By the measurement of the line diffraction pattern, it was confirmed that the hydroxyapatite layer was formed on the surface of the polymer bulk body.

【0030】実施例4 実施例2と同様の操作により加水分解させて得られた溶
液を、ポリメチルメタクリレート板(15×10×1mm)に塗
布し、これを40℃で7日間保持してゲル化と乾燥させる
ことにより高分子被覆ポリメチルメタクリレート板を得
た。得られた高分子被覆ポリメチルメタクリレート板を
擬似体液40ml中に36.5℃で7日間浸漬した。FT-IR反射
スペクトルおよび薄膜X線回折パターンの測定により、
ポリメチルメタクリレート板表面にヒドロキシアパタイ
ト層が形成されていることが確認された。
Example 4 The solution obtained by hydrolysis in the same manner as in Example 2 was applied to a polymethylmethacrylate plate (15 × 10 × 1 mm), and this was kept at 40 ° C. for 7 days for gelation. Polymerization and drying gave a polymer-coated polymethylmethacrylate plate. The obtained polymer-coated polymethylmethacrylate plate was immersed in 40 ml of simulated body fluid at 36.5 ° C for 7 days. By measuring the FT-IR reflection spectrum and the thin film X-ray diffraction pattern,
It was confirmed that a hydroxyapatite layer was formed on the surface of the polymethylmethacrylate plate.

【0031】実施例1〜3記載の高分子バルク体及び実
施例4記載の高分子被覆体の生体親和性につき、表3に
示す評価方法で性能対比をした。その結果を表2に示
す。実施例1は構造中にシラノール基があることで生体
親和性が確認できた。なお、比較例として未被覆シリコ
ーンやPMMA等を用いて性能対比をした。
The biocompatibility of the polymer bulk bodies described in Examples 1 to 3 and the polymer coated bodies described in Example 4 were compared by the evaluation method shown in Table 3. The results are shown in Table 2. In Example 1, biocompatibility was confirmed by the presence of silanol groups in the structure. As a comparative example, performance comparison was performed using uncoated silicone or PMMA.

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】[0033]

【表3】 [Table 3]

【0034】実施例5 図5は人工関節の代表例としての人工股関節の概念図で
ある。このように、大腿骨1の骨折には表面処理したチ
タン又はチタン合金製インプラント合金2を用いるが、
この金属表面に更に実施例2で得られた溶液を塗布し、
実施例4と同様な方法で、適度な厚さに(1μm〜10mmの
間で厚くも薄くも任意に設定できる)高分子被覆膜3を
形成したものを用いると、骨境界での力学特性が金属が
直接接触するよりも骨又は骨髄に近い弾性値を示し、骨
に与えるストレスの少ない材料が提供できるようになっ
た。
Embodiment 5 FIG. 5 is a conceptual diagram of an artificial hip joint as a representative example of the artificial joint. Thus, the surface-treated titanium or titanium alloy implant alloy 2 is used for the fracture of the femur 1,
The metal surface was further coated with the solution obtained in Example 2,
In the same manner as in Example 4, when the polymer coating film 3 having an appropriate thickness (which can be arbitrarily set to be thick or thin between 1 μm and 10 mm) was used, the mechanical characteristics at the bone boundary were used. Has an elasticity value closer to that of bone or bone marrow than that of metal in direct contact, and it has become possible to provide a material having less stress on bone.

【0035】実施例6 図6は、図5に示した例の金属2の表面にポリメチルメ
タクリレート(PMMA)4を被覆し、その表面に実施例3で
得られた溶液を塗布して高分子被覆膜3を形成した該金
属表面近傍の断面図である。適度な厚さに高分子被覆膜
3を形成したものを用いると、骨境界での力学特性が骨
に近い弾性値を示し、力学的機能を傾斜させる効果を得
ることができ、骨に与えるストレスの少ない材料が提供
できるようになった。
Example 6 FIG. 6 shows a polymer obtained by coating the surface of metal 2 of the example shown in FIG. 5 with polymethylmethacrylate (PMMA) 4 and applying the solution obtained in Example 3 to the surface. FIG. 4 is a cross-sectional view of the vicinity of the metal surface on which a coating film 3 is formed. When the polymer coating film 3 having an appropriate thickness is used, the mechanical properties at the bone boundary exhibit an elasticity value close to that of the bone, and it is possible to obtain the effect of inclining the mechanical function and giving it to the bone. We can now provide materials with less stress.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、機械的強度、靭性、柔
軟性と生体親和性もしくは生体活性を併せ示す生体親和
性材料を得ることができるので、特に骨や軟組織との接
合性が要求される組織置換用材料として好適に用いられ
る。さらにより過酷な力学的条件を要求される部位につ
いても、機械的性質の異なる種々の有機高分子および金
属材料に、100℃以下の低温できわめて簡便な手法で高
い生体親和性もしくは生体活性を付与することができる
ので、特に組織との高い接合性が要求される人工骨用材
料として好適に用いられる医療産業上優れた効果を奏す
るものである。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, a biocompatible material having a combination of mechanical strength, toughness, flexibility and biocompatibility or bioactivity can be obtained. It is preferably used as a tissue replacement material. Even for sites that require more severe mechanical conditions, various organic polymers and metal materials with different mechanical properties can be given a high biocompatibility or bioactivity at a low temperature of 100 ° C or less by a very simple method. Therefore, it has an excellent effect in the medical industry, which is preferably used as a material for artificial bones, which is particularly required to have high bondability with a tissue.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の生体親和性材料の合成手順の概略図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram of a synthetic procedure of a biocompatible material of the present invention.

【図2】実施例2の高分子バルク体の擬似体液浸漬後の
FT-IR反射スペクトル(時間は擬似体液浸漬時間、◆はア
パタイトの存在を示す)である。
FIG. 2 shows the polymer bulk body of Example 2 after immersion in simulated body fluid.
FT-IR reflection spectrum (time is simulated body fluid immersion time, ◆ indicates the presence of apatite).

【図3】実施例1の高分子バルク体の擬似体液浸漬後の
薄膜X線回折パターン(時間は擬似体液浸漬時間、○は
アパタイトの存在を示す)である。
FIG. 3 is a thin film X-ray diffraction pattern of a polymer bulk body of Example 1 after immersion in a simulated body fluid (time indicates simulated body fluid immersion time, o indicates presence of apatite).

【図4】実施例1の高分子バルク体の擬似体液浸漬前と
浸漬後の走査型電子顕微鏡写真(0h:擬似体液浸漬前、
3day:擬似体液3日間浸漬後)である。
FIG. 4 Scanning electron micrographs of the polymer bulk body of Example 1 before and after the immersion in the simulated body fluid (0h: before immersion in the simulated body fluid,
3day: Immersion of simulated body fluid for 3 days).

【図5】人工骨表面の概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram of an artificial bone surface.

【図6】本発明の生体親和性材料を力学的機能の傾斜さ
せた人工股関節に適用した例を示す要部断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of essential parts showing an example in which the biocompatible material of the present invention is applied to an artificial hip joint having a tilted mechanical function.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 大腿骨 2 インプラント合金 3 高分子被覆膜 4 ポリメチルメタクリレート 1 Femur 2 Implant alloy 3 Polymer coating 4 Polymethylmethacrylate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】有機鎖(-C-C-)とシラノール基(-Si-OH)を
共に構造中に有することを特徴とする生体親和性材料。
1. A biocompatible material having an organic chain (-CC-) and a silanol group (-Si-OH) in its structure.
【請求項2】請求項1に記載の材料において、構造中に
カルシウムを含むことを特徴とする生体親和性材料。
2. The biocompatible material according to claim 1, wherein the structure contains calcium.
【請求項3】請求項1または2に記載の材料において、
構造中にビニル基(-C=C-)を含むことを特徴とする生体
親和性材料。
3. The material according to claim 1 or 2, wherein
A biocompatible material having a vinyl group (-C = C-) in its structure.
【請求項4】請求項1、2または3に記載の材料を、基
体表面に被覆して得られる生体親和性材料。
4. A biocompatible material obtained by coating the surface of a substrate with the material according to claim 1, 2 or 3.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030022425A (en) * 2001-08-03 2003-03-17 한국화학연구원 A preparation method of bioactive and biodegradable organic/inorganic composite
WO2006062128A1 (en) * 2004-12-07 2006-06-15 National University Corporation NARA Institute of Science and Technology Composite material having calcium phosphate compound layer and use thereof

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