JPH1052484A - 人工生体材料及びその製造方法 - Google Patents
人工生体材料及びその製造方法Info
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- JPH1052484A JPH1052484A JP8231508A JP23150896A JPH1052484A JP H1052484 A JPH1052484 A JP H1052484A JP 8231508 A JP8231508 A JP 8231508A JP 23150896 A JP23150896 A JP 23150896A JP H1052484 A JPH1052484 A JP H1052484A
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- Japan
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- apatite
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 骨組織と早期に、しかも安定して結合するこ
とが可能な人工生体材料を提供する。 【解決手段】 基材上にシリカゲル及び／又はシリカか
らなる被覆層を有し、該被覆層の表面にＲ−Ｏ−Ｓｉ系
化合物（Ｒ＝アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元
素）が形成されてなることを特徴とする。このような生
体材料は、基材にシリカゲルを塗布し、アルカリ金属イ
オン及び／又はアルカリ土類金属イオンを含む溶液中に
浸漬した後、乾燥、焼成することにより製造できる。
とが可能な人工生体材料を提供する。 【解決手段】 基材上にシリカゲル及び／又はシリカか
らなる被覆層を有し、該被覆層の表面にＲ−Ｏ−Ｓｉ系
化合物（Ｒ＝アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元
素）が形成されてなることを特徴とする。このような生
体材料は、基材にシリカゲルを塗布し、アルカリ金属イ
オン及び／又はアルカリ土類金属イオンを含む溶液中に
浸漬した後、乾燥、焼成することにより製造できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人工骨、人工関節、人
工股関節、人工歯根等のインプラント材料として有用な
人工生体材料とその製造方法に関するものである。
工股関節、人工歯根等のインプラント材料として有用な
人工生体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、高強度な人工生体材料として、チ
タン、ステンレス等の金属材料や、アルミナ、ジルコニ
ア等のセラミックス材料が知られている。ところがこれ
らの材料は、機械的強度や耐久性に優れる一方で、生体
との親和性に乏しく、骨組織との固着に長期間を要した
り、或いは全く固着しないといった問題がある。
タン、ステンレス等の金属材料や、アルミナ、ジルコニ
ア等のセラミックス材料が知られている。ところがこれ
らの材料は、機械的強度や耐久性に優れる一方で、生体
との親和性に乏しく、骨組織との固着に長期間を要した
り、或いは全く固着しないといった問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】人工生体材料が骨と化
学的に結合するためには、表面にシリカゲルやチタニア
ゲルを有するか、或いは生体内に埋入したときにこれら
のゲルが生成する必要がある。つまり材料表面にシリカ
ゲル等が存在すると、ゲル表面のＳｉ−ＯＨ基等を核と
してアパタイトが析出し、このアパタイト層を介して骨
と結合することができる。
学的に結合するためには、表面にシリカゲルやチタニア
ゲルを有するか、或いは生体内に埋入したときにこれら
のゲルが生成する必要がある。つまり材料表面にシリカ
ゲル等が存在すると、ゲル表面のＳｉ−ＯＨ基等を核と
してアパタイトが析出し、このアパタイト層を介して骨
と結合することができる。
【０００４】そこで本出願人は特開平６−２３０３０号
において、基材上にシリカゲルやチタニアゲルからなる
被覆層を有する人工生体材料を提案している。しかしな
がら上記特開平６−２３０３０号の材料は、骨組織との
結合に時間がかかり、またゲルの状態によってはアパタ
イト層の形成が困難で骨と結合し難い場合がある。
において、基材上にシリカゲルやチタニアゲルからなる
被覆層を有する人工生体材料を提案している。しかしな
がら上記特開平６−２３０３０号の材料は、骨組織との
結合に時間がかかり、またゲルの状態によってはアパタ
イト層の形成が困難で骨と結合し難い場合がある。
【０００５】本発明の目的は、骨組織と早期に、しかも
安定して結合することが可能な人工生体材料を提供する
ことである。
安定して結合することが可能な人工生体材料を提供する
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者等は種々の検討
を行った結果、被覆層の表面にＲ−Ｏ−Ｓｉ系化合物が
存在していると、上記目的が達成できることを見いだ
し、本発明として提案するものである。
を行った結果、被覆層の表面にＲ−Ｏ−Ｓｉ系化合物が
存在していると、上記目的が達成できることを見いだ
し、本発明として提案するものである。
【０００７】即ち、本発明の人工生体材料は、基材上に
シリカゲル及び／又はシリカからなる被覆層を有し、該
被覆層の表面にＲ−Ｏ−Ｓｉ系化合物（Ｒ＝アルカリ金
属元素又はアルカリ土類金属元素）が形成されてなるこ
とを特徴とする。
シリカゲル及び／又はシリカからなる被覆層を有し、該
被覆層の表面にＲ−Ｏ−Ｓｉ系化合物（Ｒ＝アルカリ金
属元素又はアルカリ土類金属元素）が形成されてなるこ
とを特徴とする。
【０００８】また本発明の人工生体材料の製造方法は、
基材にシリカゲルを塗布し、アルカリ金属イオン及び／
又はアルカリ土類金属イオンを含む溶液中に浸漬した
後、乾燥、焼成することを特徴とする。
基材にシリカゲルを塗布し、アルカリ金属イオン及び／
又はアルカリ土類金属イオンを含む溶液中に浸漬した
後、乾燥、焼成することを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明の人工生体材料を生体内に埋入すると、
被覆層表面に形成されたＲ−Ｏ−Ｓｉ系化合物が体液と
反応して、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イ
オンを溶出し、体液中からヒドロニウムイオン（Ｈ
3Ｏ+）を取り込む。その結果、材料近傍の体液のｐＨが
上昇して、アパタイトに対する過飽和度が大きくなり、
アパタイトが析出し易い環境となる。またこの反応によ
って被覆層表面にＳｉ−ＯＨ基が生じ、これが核となっ
てアパタイトが材料表面に析出し、このアパタイト層を
介して材料と骨が化学的に結合する。
被覆層表面に形成されたＲ−Ｏ−Ｓｉ系化合物が体液と
反応して、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イ
オンを溶出し、体液中からヒドロニウムイオン（Ｈ
3Ｏ+）を取り込む。その結果、材料近傍の体液のｐＨが
上昇して、アパタイトに対する過飽和度が大きくなり、
アパタイトが析出し易い環境となる。またこの反応によ
って被覆層表面にＳｉ−ＯＨ基が生じ、これが核となっ
てアパタイトが材料表面に析出し、このアパタイト層を
介して材料と骨が化学的に結合する。
【００１０】本発明において、基材はアルミナ、ジルコ
ニア等のセラミックス材料、チタン等の金属材料のよう
な高強度材料を使用することが好ましい。
ニア等のセラミックス材料、チタン等の金属材料のよう
な高強度材料を使用することが好ましい。
【００１１】被覆層は、シリカゲル、シリカ又はこれら
が併存している場合の何れでもよいが、アパタイトの核
となるシリカゲルの割合が多いほど有利である。
が併存している場合の何れでもよいが、アパタイトの核
となるシリカゲルの割合が多いほど有利である。
【００１２】被覆層表面に形成されるＲ−Ｏ−Ｓｉ系化
合物は、Ｒが例えばＮａ、Ｋ、Ｃａ等のアルカリ金属元
素又はアルカリ土類金属元素であるが、特にＲがＣａの
場合が最も好ましい。つまりＣａイオンはアパタイトの
成分であるため、これが溶出することによって、材料近
傍におけるアパタイトの過飽和度がさらに上昇し、アパ
タイトが非常に析出し易い環境となるためである。
合物は、Ｒが例えばＮａ、Ｋ、Ｃａ等のアルカリ金属元
素又はアルカリ土類金属元素であるが、特にＲがＣａの
場合が最も好ましい。つまりＣａイオンはアパタイトの
成分であるため、これが溶出することによって、材料近
傍におけるアパタイトの過飽和度がさらに上昇し、アパ
タイトが非常に析出し易い環境となるためである。
【００１３】次に、本発明の人工生体材料を製造する方
法を以下に述べる。
法を以下に述べる。
【００１４】まず、所望の形状に成形した基材を用意す
る。
る。
【００１５】次いで基材の表面にシリカゲルを塗布す
る。塗布するに当たっては、珪素のアルコキシドである
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ
イソプロポキシシラン等のアルコール溶液に、触媒とし
て塩酸、硝酸、酢酸或いはアンモニア水溶液を混合、撹
拌してシリカゾルを作製し、次いでこのゾルをスプレー
コーティング、ディップコーティング等の方法で基材に
塗布すればよい。
る。塗布するに当たっては、珪素のアルコキシドである
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ
イソプロポキシシラン等のアルコール溶液に、触媒とし
て塩酸、硝酸、酢酸或いはアンモニア水溶液を混合、撹
拌してシリカゾルを作製し、次いでこのゾルをスプレー
コーティング、ディップコーティング等の方法で基材に
塗布すればよい。
【００１６】続いて基材をアルカリ金属イオンやアルカ
リ土類金属イオンを含む溶液に浸漬し、シリカゲル中に
これらのイオンを担持させる。アルカリ金属イオンやア
ルカリ土類金属イオンを含む溶液としては、例えばＣａ
Ｃｌ2 、Ｃａ（ＮＯ3 ）2 、Ｃａ（ＣＨ3 ＣＯ2 ）2 等
の可溶性の塩の水溶液が使用できる。なお塩の陰イオン
は、Ｃｌ- 、ＮＯ3 -のように反応副生成物が揮発するも
の（ＨＣｌ、ＨＮＯ3等）であればよい。またアルカリ
金属イオンやアルカリ土類金属イオンの濃度は、溶液に
よって異なり、例えばＣａＣｌ2 水溶液の場合、０．１
〜５．０ｍｏｌ／ｌ程度が好適である。
リ土類金属イオンを含む溶液に浸漬し、シリカゲル中に
これらのイオンを担持させる。アルカリ金属イオンやア
ルカリ土類金属イオンを含む溶液としては、例えばＣａ
Ｃｌ2 、Ｃａ（ＮＯ3 ）2 、Ｃａ（ＣＨ3 ＣＯ2 ）2 等
の可溶性の塩の水溶液が使用できる。なお塩の陰イオン
は、Ｃｌ- 、ＮＯ3 -のように反応副生成物が揮発するも
の（ＨＣｌ、ＨＮＯ3等）であればよい。またアルカリ
金属イオンやアルカリ土類金属イオンの濃度は、溶液に
よって異なり、例えばＣａＣｌ2 水溶液の場合、０．１
〜５．０ｍｏｌ／ｌ程度が好適である。
【００１７】その後、基材を焼成することにより、アル
カリ金属イオンやアルカリ土類金属イオンとシリカゲル
とを反応させ、Ｒ−Ｏ−Ｓｉ系化合物を被覆層上に生成
させる。このとき、例えばＲがアルカリ金属元素の場
合、以下のような反応が起こっている。
カリ金属イオンやアルカリ土類金属イオンとシリカゲル
とを反応させ、Ｒ−Ｏ−Ｓｉ系化合物を被覆層上に生成
させる。このとき、例えばＲがアルカリ金属元素の場
合、以下のような反応が起こっている。
【００１８】
【化１】
【００１９】なお焼成条件を調整することにより、被覆
層をシリカゲル、シリカ又はこれらの併存状態にするこ
とができるが、アパタイトの核となるシリカゲルの割合
が多くなるようにすることが望ましい。好適な焼成条件
は５００〜１０００℃で０．５〜２時間程度である。
層をシリカゲル、シリカ又はこれらの併存状態にするこ
とができるが、アパタイトの核となるシリカゲルの割合
が多くなるようにすることが望ましい。好適な焼成条件
は５００〜１０００℃で０．５〜２時間程度である。
【００２０】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の人工生体材
料を説明する。
料を説明する。
【００２１】表１〜３は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１
〜１０）及び比較例（試料Ｎｏ．１１及び１２）を示し
ている。
〜１０）及び比較例（試料Ｎｏ．１１及び１２）を示し
ている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】試料Ｎｏ．１〜９は次のようにして作製し
た。まず、表に示す基材（１０×２０×２ｍｍ）を、テ
トラエトキシシラン、水、エタノール、塩酸、ポリエチ
レングリコール（Ｍ．Ｗ．１１０００）をモル比１：
５：７：０．１：０．００５の混合割合で調製したシリ
カゾルに浸漬した。次いで基材を引き上げ、乾燥後、４
００℃で０．５時間焼成してシリカゲル層を形成した。
続いて表に示す溶液に基材を浸漬し、シリカゲルに水溶
液を十分含浸させた後、取り出して乾燥させた。その
後、５００℃で１時間焼成することによって、表面にＲ
−Ｏ−Ｓｉ系化合物が形成された試料を得た。試料Ｎ
ｏ．１０は、上記と同様にしてシリカゲル層を形成し、
表に示す溶液に浸漬し、乾燥させた後、１０００℃で１
時間焼成して作製した。
た。まず、表に示す基材（１０×２０×２ｍｍ）を、テ
トラエトキシシラン、水、エタノール、塩酸、ポリエチ
レングリコール（Ｍ．Ｗ．１１０００）をモル比１：
５：７：０．１：０．００５の混合割合で調製したシリ
カゾルに浸漬した。次いで基材を引き上げ、乾燥後、４
００℃で０．５時間焼成してシリカゲル層を形成した。
続いて表に示す溶液に基材を浸漬し、シリカゲルに水溶
液を十分含浸させた後、取り出して乾燥させた。その
後、５００℃で１時間焼成することによって、表面にＲ
−Ｏ−Ｓｉ系化合物が形成された試料を得た。試料Ｎ
ｏ．１０は、上記と同様にしてシリカゲル層を形成し、
表に示す溶液に浸漬し、乾燥させた後、１０００℃で１
時間焼成して作製した。
【００２６】比較例である試料Ｎｏ．１１は、基材を水
溶液に含浸させず、他は試料Ｎｏ．１と同様にして作製
した。
溶液に含浸させず、他は試料Ｎｏ．１と同様にして作製
した。
【００２７】また試料Ｎｏ．１２は、基材を水溶液に含
浸させた後の焼成を行わず、他は試料Ｎｏ．１と同様に
して作製した。
浸させた後の焼成を行わず、他は試料Ｎｏ．１と同様に
して作製した。
【００２８】次に、各試料について、ｐＨ６．４の生理
食塩水に浸漬したときのｐＨの変化及びアパタイトの形
成能を評価した。結果を各表に示す。
食塩水に浸漬したときのｐＨの変化及びアパタイトの形
成能を評価した。結果を各表に示す。
【００２９】表から明らかなように、本発明の実施例で
ある試料Ｎｏ．１〜１０は、生理食塩水に浸漬すると、
そのｐＨが７．５以上となった。また７日後までにアパ
タイトが材料表面に析出した。これに対して比較例であ
る試料Ｎｏ．１１及び試料Ｎｏ．１２は、生理食塩水に
浸漬すると、そのｐＨが何れも５．５に下がってしまっ
た。またアパタイトの析出が確認できたのは１４日後で
あり、実施例に比べてアパタイトの形成能が劣ってい
た。
ある試料Ｎｏ．１〜１０は、生理食塩水に浸漬すると、
そのｐＨが７．５以上となった。また７日後までにアパ
タイトが材料表面に析出した。これに対して比較例であ
る試料Ｎｏ．１１及び試料Ｎｏ．１２は、生理食塩水に
浸漬すると、そのｐＨが何れも５．５に下がってしまっ
た。またアパタイトの析出が確認できたのは１４日後で
あり、実施例に比べてアパタイトの形成能が劣ってい
た。
【００３０】なお生理食塩水に浸漬したときのｐＨの変
化は、各試料を２個ずつ使用し、３７℃の生理食塩水
（ｐＨ６．４）５０ｍｌに５日間浸漬した後のｐＨを測
定し、平均を求めたものである。またアパタイトの形成
能は、次のようにして評価した。まず、各試料を３個ず
つ用意し、これらを生体の体液と同じイオン濃度を有す
るように調製した疑似体液中に浸漬した。その後、３，
５，７，１４日目に試料をＳＥＭ観察し、アパタイトの
析出に要する平均日数を求めた。
化は、各試料を２個ずつ使用し、３７℃の生理食塩水
（ｐＨ６．４）５０ｍｌに５日間浸漬した後のｐＨを測
定し、平均を求めたものである。またアパタイトの形成
能は、次のようにして評価した。まず、各試料を３個ず
つ用意し、これらを生体の体液と同じイオン濃度を有す
るように調製した疑似体液中に浸漬した。その後、３，
５，７，１４日目に試料をＳＥＭ観察し、アパタイトの
析出に要する平均日数を求めた。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の人工生体
材料は、生体内に埋入すると、材料表面にアパタイト層
が早期に形成されるため、骨組織と短期間に結合するこ
とが可能である。それゆえ、人工骨、人工関節、人工股
関節、人工歯根等の特に高強度が要求されるインプラン
ト材料として好適である。
材料は、生体内に埋入すると、材料表面にアパタイト層
が早期に形成されるため、骨組織と短期間に結合するこ
とが可能である。それゆえ、人工骨、人工関節、人工股
関節、人工歯根等の特に高強度が要求されるインプラン
ト材料として好適である。
Claims (6)
- 【請求項１】 基材上にシリカゲル及び／又はシリカか
らなる被覆層を有し、該被覆層の表面にＲ−Ｏ−Ｓｉ系
化合物（Ｒ＝アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元
素）が形成されてなることを特徴とする人工生体材料。 - 【請求項２】 Ｒが、Ｃａであることを特徴とする請求
項１の人工生体材料。 - 【請求項３】 基材が、アルミナ、ジルコニア、ステン
レス合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ合金、チタン又
はチタン合金からなることを特徴とする請求項１の人工
生体材料。 - 【請求項４】 基材にシリカゲルを塗布し、アルカリ金
属イオン及び／又はアルカリ土類金属イオンを含む溶液
中に浸漬した後、焼成することを特徴とする人工生体材
料の製造方法。 - 【請求項５】 溶液として、Ｃａイオンを含む溶液を使
用することを特徴とする請求項４の人工生体材料の製造
方法。 - 【請求項６】 基材として、アルミナ、ジルコニア、ス
テンレス合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ合金、チタ
ン又はチタン合金を使用することを特徴とする請求項４
の人工生体材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8231508A JPH1052484A (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 人工生体材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8231508A JPH1052484A (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 人工生体材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1052484A true JPH1052484A (ja) | 1998-02-24 |
Family
ID=16924596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8231508A Pending JPH1052484A (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 人工生体材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1052484A (ja) |
-
1996
- 1996-08-12 JP JP8231508A patent/JPH1052484A/ja active Pending
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