JPS59146658A - 生物反応性材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に、医、歯および獣医の領域でヒトまたは
動物に、充填物および補綴のために用いる、新規な生物
反応性の材料を目的としている。

本発明による生物反応性の材料とは、金属の酸化物また
は塩または他のすべてのプリカーサ−の混合物の溶融で
生成する材料で、生きたｍｌ織、特に骨組織と生化学的
に反応しうるものとする。

以前から生物的に活性のおる、ガラス質およびビロトセ
ラミックが知られている。たとえば、４０から６０チの
８１０２およびＢ２Ｏ３，２５チのＮａ２（Ｌ、２５％
のＯａＯおよび７１のＰ２Ｏ５を含有する組成物が多く
の実験の対象となつブこ６．このような組成物では、骨
のこの結合は、ＣａおよびＰイオンに富む層で保護もれ
ているシリカゲルのような、大きい比表面積を生ずる微
細孔状の構造を材料表面に形成することによっている。

ナトリウｌ５、カルシウムおよびリン酸塩のイオンの選
択的拡散、材料の格子の部分的溶解が、材料の表面上で
骨をミネラル化さすような表面構造にみちびく主要な段
階である。

米国特ａ′Ｉ第２５０１４８８号オヨび第２２４６９１
５号明細書によると、ヒｒロキシアパタイトマたは同様
な結晶性のグループの他の化合物のような１、ｒｆラヌ
相および結晶相より形成される材料は、がラス相中に正
６角形結晶相の存在することが材料中でのアパタイトの
エビタギシ・−生同に有利であるという原理にもとづい
ている。

従来法によ、ると、生きた組織に接触する。目粗表面上
での同様な反応の原則が、だと女−はシリカケゞルのよ
うな大きな比表面積を生成させる媒体の形成にみちびく
。

欅々の４４料が、生理的媒体に接触する時に骨化する能
力を有している。、 しかしながら１．Ｔ、　ｏｆ　Ｂｉｏｍｏｄｊ、ｃ、　
Ｍｎｔｅｒ、　Ｒｅｒ＋。

Ｖｏｌ、　１２．５７−６５（１９７８）に記載されて
いる羊についての実験によると、従来からの使用材料で
生成した表面構造は、ぞれらの相別がおお・つている充
填物の長期間にわたる機械的強度を保証１−ないという
。生理的媒体のような侵１ｆｌｌｉ性の媒体中で、それ
らの表面構造は崩壊１〜、充填物のきわめて重大な侵蝕
をみちびく。

本発明は、環境媒体中へのイオンの選択的溶解のあとに
生成するクイ素−゛アルミニウノ、層を、生きた組織と
の接触により表面ｐ（−生成する、新規生物反応性材料
を目的としている。現在まで合成さ゛れたこと（りない
〔のような生物反応性相別は、それらを構成する種々の
金属酸化物を一定の割合に選択することにより得られる
。

本発明に準する生物反応性イ゛オ料ｄ１．２０から５０
＠量チの５１０２と、１５から２５重開、係のＯａＯと
、５から１ｏ車ｇｅｔ　％のＰ　２０５と１５から２５
重ｉ’７ｊ　％のＮａ２ｏと５から１５重量係のＡｌ２
Ｏ，、またｔま溶融により同じ割合の酸化物を与えるそ
れらの金属）０リカーザ・−とを溶融し７て社；られる
ものであることを特徴としでいる１、溶融とは、、５０
０’Ｃを超える温度においてガラヌ質１１Ｃ？造をうろ
ことを可能とするすべての方法を意味するとする。溶融
前の混合物は、粉末を混合するような既知の技術ま／こ
はケ゛ル法のような間接的技術でうろことができる。

金属性ブリカーザ・−とは、溶融により酸化物を−ｔｊ
えうるずべての金属性化合物を意味する。たとえば、水
酸化物、炭酸塩および硝酸塩の、本発明により、溶融に
より望む葎の酸化物をうるような相当する量を用いうる
。

本発明の目的とする生物反応性組成物は、格子形成イオ
ンを最低ある割合で含７ｈせねＶ」ならぬ。

つまシ、刊・組織と接触するときのクイ素−アルミこラ
ム層の形成および材料の長期間に及ぶ化学的安定性を保
ｄｉ１−する５１０２、Ａｌ２Ｏ３を含有せねばならな
い。

ガラスの格子の主型形ｂＱ　−ｆ　、Ａンである５ｉ０
２の含量は２０φ４・超え、ねばならない１．５１０２
含−計が５０チを超えると生物反応性＋４石の反応性は
著しく減少する。

酸化アルミニウノ・の存在は、生物反応件利刺の表層構
造の侵蝕に対する抵抗性を強める。そのような役割を果
た［７うるためにＣＩｌ、Ａｌ２Ｏ３は少なくとも約６
重量％の絹、存在せねばならぬことかたＬ７かめられた
。１５重量係に：超えるほどにアルミニウム含量が犬と
なると、製）１′□、中に制御困英１（な現象を生ずる
、特に、脱力゛ラヌ質現象をおこし７ぞの結果生物反応
性材料の性質が変わる。

生物反、応性＋−」料をうるための１徂成物中に用いる
Ｐ２Ｏ５の量は５から１０料缶−チとする。との要素は
、材料の表面上での骨形成に寄−リーするが、との範囲
以」二に加えても特に有利でない。

アルル１１イオンおよび一アルカリ土金属イオンの含Ｍ
は、短期お・よび中期での拐オ・１の反応性を決定−）
る１、 ぞれでぞれらの含Ｒｉｄｌ、生理的媒体の血管ｐＦ生の
ような利用の鍾々のパラメーターに応じて注意して選ぶ
べきである。ＯａＯおよびＮａ２Ｏの１５力・ら２５重
ｆｐＣ％を含有し、ＯａＯはＭｇＯおよび（まだは）Ｏ
ａＦ２に代え、Ｎ　ａ　２０はに２０および（まだは）
Ｌｉ２０に代えうる。

インビ肋−での実験によると、生物反応性材料中にＯａ
ＯおよびＰ２Ｏ５が存在すると、材料の表面上での骨の
再生に有利である。さらに、ＣａＯおよびＰ２Ｏ５含聞
：との比率は、その現象がもつとよく現われるように選
ぶ。なるべくはその比率は６とする。

本発明によれば、生物反応性材料の新規組成物は１、さ
らに５かも２５重１目％のＢ２０！３を含有しうる。Ｂ
２Ｏ３の含量は、構成成分全体の融解温度を減少させそ
して本発明の材料の製造を容易にするように選択しうる
。

留意すべきこととして、Ｂ２Ｏ３の添加は最終的に得ら
れる材料の生理的特性に影響する。目的とする用途に応
じて、熱膨張係数、および、温度の関数としての粘性の
生成のような物理的特性は、材料中のＢ２Ｏ３の含量を
示した範囲内で変イしさすことにより調節しうる。

生きた組織の存在で生成するケイ素−アルミニウム層は
、特に興味ある触媒的性質を有する媒体を構成する。さ
らに、それは、アルカ１ノ媒イ木１コでシリカゲルより
ずっと大きい侵蝕抵抗性を有する。

それで、この材料の長期間に及んでの挙動をよりよく制
御することが可能となる。

実験によって、そのケイ素−アルミニウム層は１、ＰＨ
が１１の媒体中で安定であり、そのような条件で、厚さ
を一定に保つのにＯａ　−ＰＨで保護する必要のないこ
とが示された。このことは、ケイ酸塩格子にＡ１３＋イ
オンを添加することが、前者の侵蝕防止に有利に作用す
ることを示す。

本発明の有利な実施方式として、２５１］・ら３５瓜箪
チの５ｉ０２と、１５７！ｌ−ら２５　？Ｉｔ　’ｌ？
ｃ　％のＯａＯと、５から１０重量％のｐ　２　ｏ５と
、１５から２５１１のＮｅ、２０と、５から１２重ｉ％
のＡ、１２０３と１０＃−＝ら２０重量％のＢ２Ｏ３か
まだは溶融により相当量の０９゜化物を与えるそれらの
フ０レカーヤ一一との溶融により生物反応性材料をうる
。

場合により、主材料中の他の金属酸化物も存在しうるし
、または、主材料に少肝の他の金属酸化物を添加しうる
が、そうしても本発明範囲を逸脱しないものとする。そ
れらの酸化物は最終的に得られる材料の性質にほとんど
影響しない。

本発明の目的である生物反応性のある新規材料は、上記
定義のような溶融によっても、既知の類似のいずれの方
法によっても得られる。たとえは、粉末法では、１１ｏ
ｏから１４５０°Ｃまでのあいだの温度で溶融させうる
。ケ゛ル法では、ずっと低い温度、たとえば５００　’
Ｃをやや超える温度で６から１２時間かけて溶融させう
る。第１の方法においては、成分を、溶融に処するより
前に、数時間廻転ジャー中あらかじめ混合しておく。溶
融混合物は、その中で生成物を採取しようとする望む形
状のグラファイトの型の中に流し込むか、または、たと
えば望む粒度の粉末または粒子に、流し込Ａ７だあとで
粉砕する。

他のすべての溶融技術、成型または流し込み、注入を、
生物活性材料の製造に用いうる。新規生物活性材料は、
特に医、由、獣医の分野で多くの用途がある。

本発明の目的である生物反応性材料は、ベースまたは被
覆の材料とし２て用いられる。ペースとは１本発明の目
的である生物反応性材料および他の材料、添加物を基礎
にして得られるすべての組成物をも意味するものとする
。後者には、たとえば、アルミナまたはヒドロキシ　ア
パタイトのような粉末セラミックがある。ペース材料は
種々の形状たとえば粉末、粒子、フレーク、ぜんいの形
状でありうる。それらはさらに多様な最終生成物の製造
に用いうる。医、歯および獣医の領域で応用しうる、あ
る形状の生成物、織物、トリコット、不織材料などであ
る。

たとえば流し込みおよび成型などの既知の技術を用いて
、これらの生物反応性材料より出発し７て、あらゆる充
填物または補綴物を製造しうる。

本発明の目的である生物活性材料は、充填物および（ま
だは）補綴用の物の被覆の材料としても用いられる。こ
れらは部分的または全体的に被覆する。充填した場合の
Ａ１３＋イオンの拡散を恐れることなしに酸化アルミニ
ウムの生成物を、被覆するのに特に適当であるが、他の
セラミック、金属またはガラスより成立つ生成物の被覆
にも用いうる。

この型の応用では、既知の被り技術のいずれも、たとえ
ば、プラズマ噴射のパイプによる沈着を用いうる。

本発明の生物反応性新規相和は、でん部の補綴の固定に
用いて特に有利である。これらの生物反応性材料を用い
て、オートブロック型補綴の形を用い、セメントを用い
ないでそれらを固定でき、そして、これらの生物反応性
材料は骨組織の再生に開力し、それと結合するので理想
的な生物的な結合が得られる。

本発明の新規生物反応性材料は、また、整形外科以外の
医療の領域で多くの応用がある。たとえば、耳小骨の代
わりに用いうる。

歯科の領域では、生物反応性材料を、歯冠固定のだめの
充填物の成分として用いうる。

獣医の領域では犬べ−・馬の整形外科以外に用いうる。

それらを生きた媒体中に充填すると、それらの材料は表
面に、１連の化学的選択的拡散を生じ、それは、骨の再
生に治利な媒体を形成する。

生理的媒体中でのこのような反応性は、まわりの骨と、
耐久性で機械的に安定な結合を形成する。

それで、それらの材料は、骨、または、骨形成の可能な
生理的媒体と接触する、充填物の補綴の固定に用いうる 本発明は、つぎの実施例でよりよく理解しうるであろう
。

例１ ２１重ｉ％の８１０２と、２４．５Ｍ最’１６のＯａ＋
）およびＮａ２Ｏと、６重量係のＰ２Ｏ５ど、９重量係
のＡｌ２Ｏ３と１５重舖係のＢ２Ｏ３との混代物を１６
５０？ °Ｃで６時間溶融させて生物反応性の材料とした。

３０］ｉ敞チの８１０２と、１５重量％のＢ２Ｏ３と、
２４．５重量係のＮａ２ＯおよびＯａＯと、６重量チの
”２０５を含有し、、　Ａ１．２０３は含有し、ない、
既知の従来法による組成物を対照組成物に用いた。

新しい材料をインビトロ−およびインビボ−で侵蝕試験
に処して、本発明による利点を証明した。

インビトロ−の試験の１部は、流して得た塊を砕きふる
いにかけ、粒度分布をセデイグラフイーで調節して得ら
れた４４μｍから１０４μｍの粉末について実施した。

別の試験は、ダイヤモンド付きの器具であらかじめ切断
し、そして磨いた平行６面体状の薄板について実施した
。試験では、粉末および薄板を、１日から８週間に及ん
で、ＰＨ７゜２緩衝水溶液および非緩衝水（脱塩水）中
にさらした。

結晶相の生成はＸ線廻折で追跡した。化学分析には、粉
末についてプラズマ分光光度計を用いた。

薄板表面上の抽々の元素の濃度プロフィールの分析には
、エレクトロミクロソゝンデを用いた。、窒素の吸着で
、粉末の比表面積の変化を追跡した。

比較のために用いた従来法による組成物および本発明に
よる組成物のインビトロ−での侵蝕の速度論的研究は、
これら２つの材料の表面の挙動のあいだに４１ミ本的差
のを）ることを示し／こ。

新規生物反応性材料の表面の反応性は、従来法による組
成物よりずっと大きい。変型作用のあるイオンＣａ＋＋
＋　Ｎａ４はよりすみやかに拡散する。

先ず、酸化アルミニウムが、生物反応性材料のがラス相
の格子の形成にあづかる。

本発明の新規材料よりのＱａ＋″およびＮａ″−イオン
の漏出は、比表面積（ｍ”／、ｐ）の大きい、特にアリ
カリ侵蝕に抵抗性のシリカ−゛ｙルミニウムケ゛ルの形
成にみちびく。表面中のシリカ−アルミナ層は、それ自
体の存在で、変型作用のあるイオンの拡散現象を阻害す
る保護を形成する。

他方、以丁に示すインビボ−の試験は、単純な機構によ
り、新規材料が、それの接触する骨組織と顕著な化学結
合を形成することを示す。

上記した組成に相当する種々の酸化物または種種の炭酸
塩より、１３５０”Ｃで６時間溶融し、グラファイトの
平行６′面体状の型に流し込Ｘ７で、充填物を調製した
。

このように得られた生成物は切断して、インビドローで
試験したのと同じ充填物としだ。これらは、ダイヤモン
ド付き器具で磨き、酸化エチレンで消毒した。これらの
充填物は、１５０ｇのＳｐｒａｇｕｅ　ＤａｗｌθｙＭ
ラット中に植え込んだ。動物は麻酔した。右後足の内側
の脛骨のまわシの筋肉を除き、電気ドリルで、脛骨の外
部皮質を横切ってくぼみを作り、充填物をそのくぼみに
さし込んだ。切開部を縫合した。充填６０日後に、骨へ
の固定を評価した。動物を殺して脛骨を取り出し接着し
た組織を取った。同時に、充填物の近くの部分について
、受は入れた骨の、充填物除去のあとの骨の組織片を調
べ、凍結乾燥後エレクトロミクロゾンデで調べだ。１ケ
月後に殺した動物よシ取り出した充填物は、脛骨中への
切れ込みが、ミネラル化した骨で完全に充たされている
とと、そして、充填物上への骨生成が、充填物を完全に
固定していることを示した。

皮質−充填物の境界面を分析してみると、本発明の新規
材料の表面に生成したケイ素−アルミニウム障壁を示し
、この障壁は、コラーケ゛ン巨犬分子およびムコ多糖類
に透過性で、骨のミネラル化への触媒媒体となった。

同様な実験を従来法による組成物について行なった。明
らかに、結果は、大部分の場合において、材料は侵蝕を
受け、遠からず、全部の材料は崩壊した。

例２ 上記例１の組成の生物反応性制料でおおわれたチタン合
金より充填物を製造した。

６０から１００μｍの粒度の粉末を合成し、６００μｍ
の被覆の形状として被覆に用いた。

例１に記載と同じ、インビトロ−およびインビボ−試験
した。

得られた結果は、例１のようで、骨再生性および腐蝕抗
性について類似の結果を得た。

代理人　浅　　村　　　皓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　２′０から５０重量％の８１：０２と、１５か
   ら２５１ｉ量チのＣａＯとぐ５から１ｏ重景％　ＯＰ２
   ０！。 と、１５から２５重量’＄　０；）　Ｎａ２Ｏと、３が
   ら１５重量−のＡｌ２Ｏ３または溶融によニジ相当する
   量の酸化物を与える金属プリヵーザーとの混合物を溶融
   することを０徴とする、生物反応Ｉｎ料。 （２）　　ＯａＯを部分的にＭｇＯおよび（または）　
   ０ａＦ２−で、そして、Ｎａ２Ｏをに２０および（また
   は）　Ｌｔ２゜でおき代えうろことを特徴とする、上記
   （１）項記載の生物反応性材料。 物反応性材料。 （４）２５から５５重量％の５１０２と、１５から２５
   重量％のＯａＯと、５から１０重量％のＰ２Ｏ５と、１
   ５から２５重量”チのＮａ、２０と、５から１２重量％
   のＡ’１２０３と、５から２５重量％のＢ２Ｏ３、また
   は、相癲量の酸化物を与える金属プリカーサ−との混合
   物を溶融することを特徴とする、生物反応性材料。　　
   　　　　・ （５）　　医、歯、獣医の領域において、充填物および
   補綴のペース材料また社被櫨材料として用いることを特
   徴とする、上記（１）から（４）項までのいずれかに記
   載の生物反応性材料。・