JPH10179718A - 生体インプラント材料及びその製造方法 - Google Patents

生体インプラント材料及びその製造方法

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JPH10179718A
JPH10179718A JP8357040A JP35704096A JPH10179718A JP H10179718 A JPH10179718 A JP H10179718A JP 8357040 A JP8357040 A JP 8357040A JP 35704096 A JP35704096 A JP 35704096A JP H10179718 A JPH10179718 A JP H10179718A
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JP
Japan
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ions
titanium
implant material
phase
substrate
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JP8357040A
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English (en)
Inventor
Tadashi Kokubo
正 小久保
Seiji Ijiri
成二 井尻
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】 【課題】 機械的強度が高く、短期間で骨と結合し、し
かも生体内で長期にわたって安定な生体インプラント材
料とその製造方法を提供する。 【解決手段】 チタン系金属からなる基体の表面に、チ
タニア相とアルカリチタネート相を有する被膜が形成さ
れてなり、該被膜中にカルシウムイオンが含有されてい
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は生体インプラント材料と
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、骨の代替材料として種々の生体イ
ンプラント材料が提案されている。例えば、ステンレス
合金、チタンやチタン合金等のチタン系金属等の高強度
材料や、アパタイト焼結体、生体活性ガラス、生体活性
結晶化ガラス等の生体活性材料が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ステンレス合金やチタ
ン系金属等の高強度材料は、高い機械的強度を有するも
のの、骨と結合するのに長期間を要する。またアパタイ
ト焼結体、生体活性ガラス、生体活性結晶化ガラス等の
生体活性材料は骨と短期間で結合するが、強度的に不十
分であり、適用箇所が制限される。そこで高強度材料の
表面に、プラズマ溶射や焼き付けによって生体活性材料
からなる被膜を形成したインプラント材料も提案されて
いるが、この材料においても長期の生体内への埋入中に
基材と被膜との界面で剥離が生じることがある。
【0004】本発明の目的は、機械的強度が高く、短期
間で骨と結合し、しかも生体内で長期にわたって安定な
生体インプラント材料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】本発明の生体インプラン
ト材料は、チタン系金属からなる基材の表面に、チタニ
ア相とアルカリチタネート相を有する被膜が形成されて
なり、該被膜中にCaイオンが含有されていることを特
徴とする。
【0006】また本発明の第一の生体インプラント材料
の製造方法は、チタン系金属からなる基材をアルカリ溶
液中に浸漬し、焼成した後、Caイオンを含む溶液又は
溶融塩中に浸漬することを特徴とする。
【0007】本発明の第二の生体インプラント材料の製
造方法は、チタン系金属からなる基材をアルカリ溶液中
に浸漬し、Caイオンを含む溶液又は溶融塩中に浸漬し
た後、焼成することを特徴とする。
【0008】本発明の第三の生体インプラント材料の製
造方法は、チタン系金属からなる基材をアルカリ溶液中
に浸漬し、焼成した後、Caイオンをイオン注入するこ
とを特徴とする。
【0009】本発明の第四の生体インプラント材料の製
造方法は、チタン系金属からなる基材をアルカリ溶液中
に浸漬し、Caイオンをイオン注入した後、焼成するこ
とを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の生体インプラント材料において、被膜
はチタニア相とアルカリチタネート相を有する。またこ
れら以外にチタニアゲル相やアルカリチタネートゲル相
が存在していても差し支えない。インプラント材料が体
液と接触すると、被膜中のアルカリチタネート相やアル
カリチタネートゲル相のアルカリイオンが体液中のヒド
ロニウムイオンと交換されてチタニアゲル相になり、ま
たこのイオン交換によってインプラント材料近傍の体液
のpHが上昇する。さらに被膜中に含まれるCaイオン
が溶出して体液中のアパタイトに対する過飽和度が高く
なる。材料近傍の体液のpHが高いとアパタイトが析出
し易くなり、またインプラント材料の表面にチタニアゲ
ルが存在するとこれが核となって骨類似のアパタイト層
が形成される。このため本発明のインプラント材料近傍
では、アパタイトが非常に析出し易い環境となり、早期
に骨類似のアパタイト層が形成され、この層を介して骨
と結合する。
【0011】また基材を構成するチタン系金属として
は、純チタンの他、Na、Mg、P、Nb、Zr、A
l、Sn、Pt、Ta、V等を添加したチタン合金が使
用できる。
【0012】なお、本発明の生体インプラント材料は、
骨との結合速度を速めるために、被膜上に予めアパタイ
ト層を形成しておいてもよい。
【0013】次に本発明の生体インプラント材料を製造
する方法を説明する。
【0014】まずチタン系金属を所望の形状に成形して
基材を作製する。
【0015】次に、基材をアルカリ溶液中に浸漬する。
チタン系金属の表面には通常チタニアの薄い膜が存在し
ており、アルカリ溶液と接触させると、これらが反応し
てアルカリチタネートゲルが生成する。またチタニアゲ
ルが生成することもある。このようにしてチタニア相や
チタニアゲル相と、アルカリチタネートゲル相を有する
被膜が基材表面に一体的に形成される。アルカリ溶液と
しては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水溶液
を使用する。アルカリ溶液の濃度、温度、浸漬時間等の
条件は、材料表面の被膜の形成具合によって決定すれば
よいが、濃度は2〜10mol/l、溶液の温度は25
〜90℃、浸漬時間は12〜48時間が適当である。
【0016】その後、基材をCaイオンを含む溶液又は
溶融塩中に浸漬するか、或いはCaイオンをイオン注入
することによって、被膜中にCaイオンを含有させる。
Caイオンを含む溶液を使用する場合、溶液として塩化
カルシウム、硝酸カルシウム等のCaイオンを含む水溶
液を使用することができる。Caイオンを含む溶融塩を
使用する場合、比較的低温で溶融するカルシウム塩、例
えば硝酸カルシウムやその水和物等を使用することがで
きる。Caイオンを注入する場合は、注入エネルギーや
注入量は、基材の組成や被膜の状態によって異なり、被
膜にヒビや割れが生じない範囲で最も優れた生体活性を
示す条件を選定する必要がある。
【0017】さらに本発明の方法においては、基材をア
ルカリ溶液中へ浸漬した後や、Caイオンを含む溶液や
溶融塩中へ浸漬したり、或いはCaイオンをイオン注入
した後に焼成する。これによりアルカリチタネートゲル
の一部又は全部を安定なアルカリチタネートに変質させ
て被膜の安定性を高めることができる。この場合の焼成
条件は、200℃〜基材の転移温度で4時間以内である
ことが望ましい。
【0018】また被膜の形成された基材を疑似体液中に
浸漬すると、被膜表面に予めアパタイト層を形成してお
くことができる。
【0019】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
【0020】(実施例1)まず基材として10×10×
1mmの大きさの純チタン板を用意した。次いで基材
を、10MのNaOH水溶液(60℃)5mlに24時
間浸漬し、蒸留水で洗浄後、乾燥させて、基材表面にチ
タニア相とナトリウムチタネートゲル相からなる被膜を
形成した。次いで基材を600℃で1時間焼成し、ナト
リウムチタネートゲル相の一部をナトリウムチタネート
相に変質させた。続いて、5MのCaCl2 水溶液(6
0℃)5mlに24時間浸漬し、被膜中にCaイオンを
含有させた。その後、蒸留水で洗浄し、乾燥させて試料
を得た。
【0021】得られた試料について、体液と同じイオン
濃度に調製した疑似体液中に浸漬し、アパタイト層の形
成に要する期間を調査し、骨との結合速度を評価した。
【0022】その結果、疑似体液への浸漬後10日以内
にアパタイト層が試料表面の全面に形成されているのが
確認された。
【0023】(実施例2)実施例1と同様にして、基材
表面にチタニア相とナトリウムチタネートゲル相からな
る被膜を形成した。次に5MのCaCl2 水溶液(60
℃)5mlに24時間浸漬することによって被膜中にC
aイオンを含有させた。続いて基材を600℃で1時間
焼成し、ナトリウムチタネートゲル相の一部をナトリウ
ムチタネート相に変質させた。その後、蒸留水で洗浄
し、乾燥させて試料を得た。
【0024】得られた試料について、実施例1と同様に
してアパタイト層の形成に要する期間を調査したとこ
ろ、疑似体液への浸漬後10日以内にアパタイト層が試
料表面の全面に形成されているのが確認された。
【0025】(実施例3)実施例1と同様にして、基材
表面にチタニア相とナトリウムチタネートゲル相とナト
リウムチタネート相からなる被膜を形成した。次いで、
600℃のCa(NO32 溶融塩中に1時間浸漬し、
被膜中にCaイオンを含有させた。その後、蒸留水で洗
浄し、乾燥させて試料を得た。
【0026】得られた試料について、実施例1と同様に
してアパタイト層の形成に要する期間を調査したとこ
ろ、疑似体液への浸漬後10日以内にアパタイト層が試
料表面の全面に形成されているのが確認された。
【0027】(実施例4)実施例1と同様にして、基材
表面にチタニア相、ナトリウムチタネートゲル相及びナ
トリウムチタネート相からなる被膜を形成した。次い
で、蒸留水で洗浄し、乾燥させた後、試料に注入エネル
ギー100keV、1.9×1017ions/cm2
条件でCaイオンの注入を行い、被膜中にCaイオンを
含有させた。
【0028】得られた試料について、実施例1と同様に
してアパタイト層の形成に要する期間を調査したとこ
ろ、疑似体液への浸漬後10日以内にアパタイト層が試
料表面の全面に形成されているのが確認された。
【0029】(実施例5)実施例2と同様にして、基材
表面にチタニア相及びアルカリチタネートゲル相からな
る被膜を形成した後、Caイオンの注入を行って被膜中
にCaイオンを含有させた。続いて基材を600℃で1
時間焼成し、ナトリウムチタネートゲル相の一部をナト
リウムチタネート相に変質させた。その後、蒸留水で洗
浄し、乾燥させて試料を得た。
【0030】得られた試料について、実施例1と同様に
してアパタイト層の形成に要する期間を調査したとこ
ろ、疑似体液への浸漬後10日以内にアパタイト層が試
料表面の全面に形成されているのが確認された。
【0031】(参考例1)まず基材として10×10×
1mmの大きさの純チタン板を用意した。次いで基材
を、10MのNaOH水溶液(60℃)5mlに24時
間浸漬し、蒸留水で洗浄後、乾燥させて、基材表面にチ
タニア相とナトリウムチタネートゲル相からなる被膜を
形成した試料を得た。
【0032】得られた試料について、実施例1と同様に
してアパタイト層の形成に要する期間を調査したとこ
ろ、疑似体液に浸漬して3週間経過したところでアパタ
イト層が試料表面の全面に形成されているのが確認され
た。
【0033】(参考例2)基材として10×10×1m
mの大きさの純チタン板を用意し、これを用いて実施例
1と同様にしてアパタイト層の形成に要する期間を調査
したところ、4週間経過してもアパタイト層の形成は確
認できなかった。
【0034】
【発明の効果】本発明の生体インプラント材料は、基材
がチタン系金属からなるために機械的強度が高い。また
被膜上に早期に骨類似のアパタイト層が形成されるた
め、短期間で骨と結合する。しかも被膜が基材と一体的
に形成されており、生体内で長期間にわたって安定であ
る。
【0035】また本発明の製造方法によれば、上記した
生体インプラント材料を容易に作製することが可能であ
る。また、プラズマ溶射装置のような高価な設備を使用
する必要もない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥長 清行 滋賀県大津市晴嵐二丁目7番1号 日本電 気硝子株式会社内 (72)発明者 渋谷 武宏 滋賀県大津市晴嵐二丁目7番1号 日本電 気硝子株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタン系金属からなる基材の表面に、チ
    タニア相とアルカリチタネート相を有する被膜が形成さ
    れてなり、該被膜中にCaイオンが含有されていること
    を特徴とする生体インプラント材料。
  2. 【請求項2】 チタン系金属からなる基材をアルカリ溶
    液中に浸漬し、焼成した後、Caイオンを含む溶液又は
    溶融塩中に浸漬することを特徴とする生体インプラント
    材料の製造方法。
  3. 【請求項3】 チタン系金属からなる基材をアルカリ溶
    液中に浸漬し、Caイオンを含む溶液又は溶融塩中に浸
    漬した後、焼成することを特徴とする生体インプラント
    材料の製造方法。
  4. 【請求項4】 チタン系金属からなる基材をアルカリ溶
    液中に浸漬し、焼成した後、Caイオンをイオン注入す
    ることを特徴とする生体インプラント材料の製造方法。
  5. 【請求項5】 チタン系金属からなる基材をアルカリ溶
    液中に浸漬し、Caイオンをイオン注入した後、焼成す
    ることを特徴とする生体インプラント材料の製造方法。
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