JPS61201683A - 人工骨用複合材料 - Google Patents
人工骨用複合材料Info
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- JPS61201683A JPS61201683A JP60043927A JP4392785A JPS61201683A JP S61201683 A JPS61201683 A JP S61201683A JP 60043927 A JP60043927 A JP 60043927A JP 4392785 A JP4392785 A JP 4392785A JP S61201683 A JPS61201683 A JP S61201683A
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- A61F2310/00179—Ceramics or ceramic-like structures
- A61F2310/00185—Ceramics or ceramic-like structures based on metal oxides
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- A61F2310/00—Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
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- A61F2310/00592—Coating or prosthesis-covering structure made of ceramics or of ceramic-like compounds
- A61F2310/00796—Coating or prosthesis-covering structure made of a phosphorus-containing compound, e.g. hydroxy(l)apatite
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は人工骨用複合材料に関し、とくに人工骨として
の所要条件充足手段に関する。
の所要条件充足手段に関する。
人工骨材としては、（１）生体親和性が良＜ 、 （２
）骨と化学結合なつ＜ ！ＩＪ 、（３）力学的性質に
すぐれたものであることが望まれる。
）骨と化学結合なつ＜ ！ＩＪ 、（３）力学的性質に
すぐれたものであることが望まれる。
従来知られているアパタイト焼結体すなわち炭酸カルシ
ウム粉末を加熱し、これに燐酸水溶液を加えて結晶質の
アノ譬タイト粉末を合成し、加圧成形して焼きしめたア
パタイト焼結体は、生体親和性や骨との化学結合性にす
ぐれておシ、前記（１）と（２）の条件を満たす上、特
殊な手段を講じることによって（３）の条件すなわち力
学的性質もある程度改善されたものとなる。しかし未だ
十分な機械的強度を有するに至っていない。
ウム粉末を加熱し、これに燐酸水溶液を加えて結晶質の
アノ譬タイト粉末を合成し、加圧成形して焼きしめたア
パタイト焼結体は、生体親和性や骨との化学結合性にす
ぐれておシ、前記（１）と（２）の条件を満たす上、特
殊な手段を講じることによって（３）の条件すなわち力
学的性質もある程度改善されたものとなる。しかし未だ
十分な機械的強度を有するに至っていない。
現在使用されているアルミナは、生体組織とよくなじみ
、前記条件（１）を満たすと共に、機械的強度にもすぐ
れておシ前記条件（３）も満たし得るが、周囲の骨と化
学結合しないため前記条件（２）を満足しない。したが
ってアルミナ（サファイア）の表面に穴や凹凸を設け、
これに骨の一部を喰い込ませて両者を一体的に固定する
手段を講じているが、このような手段を講じても時間の
経過に伴って骨がやせたシ、変形したシして、固定状態
にゆるみが生じるおそれがあった。
、前記条件（１）を満たすと共に、機械的強度にもすぐ
れておシ前記条件（３）も満たし得るが、周囲の骨と化
学結合しないため前記条件（２）を満足しない。したが
ってアルミナ（サファイア）の表面に穴や凹凸を設け、
これに骨の一部を喰い込ませて両者を一体的に固定する
手段を講じているが、このような手段を講じても時間の
経過に伴って骨がやせたシ、変形したシして、固定状態
にゆるみが生じるおそれがあった。
一方、下記組成の材料は、前記（１） （２）の条件を
満たすが、（３）の条件すなわち力学的性質において劣
る難点がある。
満たすが、（３）の条件すなわち力学的性質において劣
る難点がある。
ｒ Ｎａ Ｏ−ＣａＯ−８１０２−Ｐ２Ｏ５系のガラス
」「Ｎａ ２０− Ｋ２Ｏ−ＭｇＯ−’ＣａＯ−Ｓ ｉ
ｏ ２− Ｐ ２０５ （ＣａＦ ２ ）系のガラスセ
ラミックス」 なお、現在、人工骨として望まれる前記三条性を満足す
るような各種セラミックスが研究されつつあシ、Ｚ ｒ
Ｏ２セラミ、クスも生体親和性がよいとの報告が、「第
１５回窯業教室、ｍ演会資料（バイオセラミ、クス）」
にて報告されている。
」「Ｎａ ２０− Ｋ２Ｏ−ＭｇＯ−’ＣａＯ−Ｓ ｉ
ｏ ２− Ｐ ２０５ （ＣａＦ ２ ）系のガラスセ
ラミックス」 なお、現在、人工骨として望まれる前記三条性を満足す
るような各種セラミックスが研究されつつあシ、Ｚ ｒ
Ｏ２セラミ、クスも生体親和性がよいとの報告が、「第
１５回窯業教室、ｍ演会資料（バイオセラミ、クス）」
にて報告されている。
なお、この種の材料に関する技術文献とじて次のものが
ある。
ある。
Ｑ Ｊ＊Ａｍ、Ｃ＠ｒａｍｉｃａＤｅｃ、６０ ４２
８〜４３５（１９７７）。
８〜４３５（１９７７）。
Ｏ特開昭５９−１１２９０８号公報。
そこで本発明は、従来使用されてきたアパタイト焼結体
や多結晶アルミナさらには単結晶サファイア等よシ機椋
的強度にすぐれ、しかも生体への埋入状態での機械的強
度の経年変化が少なく、たとえば人工歯根として使用し
た場合に径小化をはかり得、施術時における患者への苦
痛を軽減することができる上、生体親和性および化学的
結合性にもすぐれておシ、施術後におけるルーズニング
の発生を防止できる人工骨用複合材料を提供することを
目的とする。
や多結晶アルミナさらには単結晶サファイア等よシ機椋
的強度にすぐれ、しかも生体への埋入状態での機械的強
度の経年変化が少なく、たとえば人工歯根として使用し
た場合に径小化をはかり得、施術時における患者への苦
痛を軽減することができる上、生体親和性および化学的
結合性にもすぐれておシ、施術後におけるルーズニング
の発生を防止できる人工骨用複合材料を提供することを
目的とする。
本発明は上記問題を解決し目的を達成するために次のよ
うな手段を講じたことを特徴としている。すなわち本発
明の人工骨用複合材料は、Ａｔ２０ｓ −Ｚｒ０２（Ｙ
２Ｏ２）系の配向結晶の表面をレーザ光照射によりアモ
ルファス化または多結晶化し、かつその外側をバイオア
クティブな材料（バイオガラスまたはに＋ 、 Ｎ、＋
、 Ｃ，２＋ 、 ｙ１ｇ２＋等を多く含んだ物質）
で覆うようにしたことを特徴としている。
うな手段を講じたことを特徴としている。すなわち本発
明の人工骨用複合材料は、Ａｔ２０ｓ −Ｚｒ０２（Ｙ
２Ｏ２）系の配向結晶の表面をレーザ光照射によりアモ
ルファス化または多結晶化し、かつその外側をバイオア
クティブな材料（バイオガラスまたはに＋ 、 Ｎ、＋
、 Ｃ，２＋ 、 ｙ１ｇ２＋等を多く含んだ物質）
で覆うようにしたことを特徴としている。
従来のアルミナよシも高い曲げ強度を有するＡｔ２０３
− ＺｒＯ，（Ｙ２Ｏ，）系の配向結晶を用いておシ、
かつその表面がアモルファス化または多結晶化されるた
め、配向方向の強度が向上すると共に配向方向の化学的
耐久性が向上し、さらに生体に埋入した状態におゆる化
学的経年変化を受けたときの圧縮強度の低下を抑え得る
ものとなる。
− ＺｒＯ，（Ｙ２Ｏ，）系の配向結晶を用いておシ、
かつその表面がアモルファス化または多結晶化されるた
め、配向方向の強度が向上すると共に配向方向の化学的
耐久性が向上し、さらに生体に埋入した状態におゆる化
学的経年変化を受けたときの圧縮強度の低下を抑え得る
ものとなる。
またバイオアクティブな層によりて覆われることにより
、バイオ活性で、かつ機械的強度にすぐれたものとなる
。
、バイオ活性で、かつ機械的強度にすぐれたものとなる
。
以下、本発明の人工骨複合材料を得るための製造手段に
ついて説明する。
ついて説明する。
先ず、Ａｔ２０．− ｚｒｏ、（ｙ２ｏ、）の共晶組成
の融液を一方向から凝固させてＡｔ２０．− ｚｒｏ２
（ｙ２ｏ３）系の配向結晶（セラミ、クス）を作製する
。
の融液を一方向から凝固させてＡｔ２０．− ｚｒｏ２
（ｙ２ｏ３）系の配向結晶（セラミ、クス）を作製する
。
上記の如く作製した配向結晶の曲げ強度を次の如く測定
してみた。上記配向結晶から５×５Ｘ２Ｏ謳の大きさの
角柱状試料を５木切シ出し、その表面を研磨したのち、
それらの曲げ強度を三点加重法により測定した。次表は
その測定結果を示す表である。なお次表中、試料Ａが本
実施例の試料であシ、試料Ｂは比較のために示した単結
晶サファイア（Ｃ軸方向）の試料であシ、試料Ｃは人骨
の試料（Ｃ１１ｎ１ｃａｌ ０ｒｔｈｏｐａｅｄｌｃｓ
ａｎｄ Ｒｅ１ａｔ＠ｄ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ、 （７３
）２１０（１９７０）のデータ）である。
してみた。上記配向結晶から５×５Ｘ２Ｏ謳の大きさの
角柱状試料を５木切シ出し、その表面を研磨したのち、
それらの曲げ強度を三点加重法により測定した。次表は
その測定結果を示す表である。なお次表中、試料Ａが本
実施例の試料であシ、試料Ｂは比較のために示した単結
晶サファイア（Ｃ軸方向）の試料であシ、試料Ｃは人骨
の試料（Ｃ１１ｎ１ｃａｌ ０ｒｔｈｏｐａｅｄｌｃｓ
ａｎｄ Ｒｅ１ａｔ＠ｄ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ、 （７３
）２１０（１９７０）のデータ）である。
上表から明らかなように、試料Ａすなわち本実施例にお
けるｈｔ２ｏｓ −ｚ ｒｏｚ Ｃｒ２ｏｓ ）系の配
向結晶は、機械的性質において試料Ｂのサファイアよシ
も曲げ強度が大きく、人骨材料としてすぐれていること
が判る。
けるｈｔ２ｏｓ −ｚ ｒｏｚ Ｃｒ２ｏｓ ）系の配
向結晶は、機械的性質において試料Ｂのサファイアよシ
も曲げ強度が大きく、人骨材料としてすぐれていること
が判る。
ところで、配向結晶だけ、あるいは配向結晶にア／４’
タイト系材料を被覆したものでは、生体に埋入した状態
で経年変化させたときマ） ＩＪワックス化学的変化を
する場合がある。特にリン酸カルシウム系配向結晶は、
機械的強度の低下をきだす。また配向結晶は、配向軸に
対して垂直な方向には機械的強度が大きいが、軸方向に
は同じ強度を発揮することができず、かなり弱いとされ
ている。
タイト系材料を被覆したものでは、生体に埋入した状態
で経年変化させたときマ） ＩＪワックス化学的変化を
する場合がある。特にリン酸カルシウム系配向結晶は、
機械的強度の低下をきだす。また配向結晶は、配向軸に
対して垂直な方向には機械的強度が大きいが、軸方向に
は同じ強度を発揮することができず、かなり弱いとされ
ている。
そこで本実施例では、上記配向結晶に例えばノヤルス発
振させた炭酸ガスレーザからのレーザ光を照射し、第１
図（、）に示すように配向結晶１の配向端面部（図中上
下端面部）２ｍ、２ｂのみ、あるいは第１図（ｂ）に示
すように配向結晶１の全表面部３を溶融し、アモルファ
ス化または多結晶化した。その結果、多結晶アルミナ（
Ａｔ２０．）に比べて耐摩耗性のすぐれたものとなりた
０ 本実施例では、上記の如く配向結晶１の表面部をアモル
ファス化または多結晶化した試料の表面を、第２図（、
） （ｂ）に示す如く、８１０２− ＣａＯ−Ｂ２０３
−Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５系のＢ＠ｎｃｈガラス（バイオガ
ラス）ｔたはＣ＆を多く含むアノぐタイト類似層からな
る厚み２〜３μｍのバイオアクティブな層４で覆い、生
体活性化をはかった。
振させた炭酸ガスレーザからのレーザ光を照射し、第１
図（、）に示すように配向結晶１の配向端面部（図中上
下端面部）２ｍ、２ｂのみ、あるいは第１図（ｂ）に示
すように配向結晶１の全表面部３を溶融し、アモルファ
ス化または多結晶化した。その結果、多結晶アルミナ（
Ａｔ２０．）に比べて耐摩耗性のすぐれたものとなりた
０ 本実施例では、上記の如く配向結晶１の表面部をアモル
ファス化または多結晶化した試料の表面を、第２図（、
） （ｂ）に示す如く、８１０２− ＣａＯ−Ｂ２０３
−Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５系のＢ＠ｎｃｈガラス（バイオガ
ラス）ｔたはＣ＆を多く含むアノぐタイト類似層からな
る厚み２〜３μｍのバイオアクティブな層４で覆い、生
体活性化をはかった。
なお上記試料の外表面は、第３図（、） （ｂ）に示す
ように、溝５あるいは凹凸部６，７等を形成したもので
あってもよい。
ように、溝５あるいは凹凸部６，７等を形成したもので
あってもよい。
上記の如く作製した試料の生体親和性、化学的結合性を
検討すぺく、家兎の頭蓋骨に歯科医用電気エンジンにフ
ィシャーぺを取付けた工具を用いて幅約２ｓｕ＊、深さ
２ｕの溝をつくシ、そこに直径２ｍ、長さ５１Ｅｉｌの
上記試料を置いて埋入縫合した。そして３週間、６週間
、９週間経過した各時点で上記試料を頭蓋骨ごと切シ取
シ２．５％ゲルタール固定、アルコール脱水し、臨界点
乾燥を打ない走査形電子顕微鏡にて観察した。
検討すぺく、家兎の頭蓋骨に歯科医用電気エンジンにフ
ィシャーぺを取付けた工具を用いて幅約２ｓｕ＊、深さ
２ｕの溝をつくシ、そこに直径２ｍ、長さ５１Ｅｉｌの
上記試料を置いて埋入縫合した。そして３週間、６週間
、９週間経過した各時点で上記試料を頭蓋骨ごと切シ取
シ２．５％ゲルタール固定、アルコール脱水し、臨界点
乾燥を打ない走査形電子顕微鏡にて観察した。
３週間埋入した試料の表面には、水酸アミ４タイトおよ
びこれに付着するコラーゲン繊維網が認められた。また
６週間埋入したものには、試料と接していたことを推測
させるコラ−ダン繊維束の網状跡およびコラ−ダン繊維
と生体のアパタイトによる板状構造物が形成されていた
。
びこれに付着するコラーゲン繊維網が認められた。また
６週間埋入したものには、試料と接していたことを推測
させるコラ−ダン繊維束の網状跡およびコラ−ダン繊維
と生体のアパタイトによる板状構造物が形成されていた
。
さらに９週間埋入した試料は骨の再生により動揺を生じ
ないものとなっていた。
ないものとなっていた。
上記したように、Ａｔ２０５− Ｚ ｒｏ ２ （Ｙ２
Ｏ３）系の配向結晶１の表面をレーザ光により溶融後、
バイオアクティブな層４で被覆した複合材料は、特に機
械的強度にすぐれ、かつ生体親和性および化学的結合性
にもすぐれた材料であシ、人工骨用として大変好ましい
ものであることが確認された。
Ｏ３）系の配向結晶１の表面をレーザ光により溶融後、
バイオアクティブな層４で被覆した複合材料は、特に機
械的強度にすぐれ、かつ生体親和性および化学的結合性
にもすぐれた材料であシ、人工骨用として大変好ましい
ものであることが確認された。
以上説明したように本発明の人工骨用複合材料は、Ａｔ
２０３−２ｒＯ□（Ｙ２Ｏ２）系の配向結晶の表面がレ
ーザ光照射によりアモルファス化または多結晶化され、
かつその外側がバイオアクティブな材料で被覆されてな
ることを特徴としている。
２０３−２ｒＯ□（Ｙ２Ｏ２）系の配向結晶の表面がレ
ーザ光照射によりアモルファス化または多結晶化され、
かつその外側がバイオアクティブな材料で被覆されてな
ることを特徴としている。
したがって本発明によれば、配向方向の強度および化学
的耐久性が向上し、かつバイオ活性で機械的強度も大な
るものとなる。その結果、従来使用されてきたアパタイ
ト焼結体や多結晶アルミナさらには単結晶サファイア等
よシ機械的強度にすぐれ、しかも生体への埋入状態での
機械的強度の経年変化が少なく、たとえば人工歯根とし
て使用した場合に径小化をはかり得、施術時における患
者への苦痛を軽減することができる上、生体親和性ｉよ
び化学的結合性にもすぐれておシ、施術後におけるルー
ズニングの発生を防止できるといった効果を奏する人工
骨用複合材料を提供できる。
的耐久性が向上し、かつバイオ活性で機械的強度も大な
るものとなる。その結果、従来使用されてきたアパタイ
ト焼結体や多結晶アルミナさらには単結晶サファイア等
よシ機械的強度にすぐれ、しかも生体への埋入状態での
機械的強度の経年変化が少なく、たとえば人工歯根とし
て使用した場合に径小化をはかり得、施術時における患
者への苦痛を軽減することができる上、生体親和性ｉよ
び化学的結合性にもすぐれておシ、施術後におけるルー
ズニングの発生を防止できるといった効果を奏する人工
骨用複合材料を提供できる。
第１図（ａ） （ｂ）および第２図（ａ） （ｂ）は本
発明の一実施例を示す図で、第１図（、） （ｂ）は配
向結晶の表層部を溶融してアモルファス化または多結晶
化した状態を示す断面図、第２図（ａ） （ｂ）は第１
図（、） （ｂ）に示した試料の外側をバイオアクティ
ブな層で覆った状態を示す断面図である。第３図（、）
（ｂ）は本発明の他の実施例を示す図で試料の表面に
溝あるいは凹凸部を形成した例を示す側面図である。 １・・・配向結晶、２ｍ、２ｂおよび３・・・アモルフ
ァス化または多結晶化された端面部および全表面部、４
・・・バイオアクティブな層、５・・・溝、６．７・−
・凹凸部。 出願人代理人 弁理士 坪 井 淳 第１図 （ａ） （ｂ） ａ （ａ） （ｂ） ｂ 第３区 （ａ）（ｂ） 昭和 ・東・Ｉ・１５０ 特許−宮宇賀道部 殿 １、事件の表示 特願昭６０−４３９２７号 ２、発明の名称 人工骨用複合材料 ３、補正をする者 事件との関係特許出願人 名称（０３７） オリンパス光学工業株式会社４、代理
人 願書に最初に添付した明細書の浄書・別紙のとおり（内
容に変更なし）
発明の一実施例を示す図で、第１図（、） （ｂ）は配
向結晶の表層部を溶融してアモルファス化または多結晶
化した状態を示す断面図、第２図（ａ） （ｂ）は第１
図（、） （ｂ）に示した試料の外側をバイオアクティ
ブな層で覆った状態を示す断面図である。第３図（、）
（ｂ）は本発明の他の実施例を示す図で試料の表面に
溝あるいは凹凸部を形成した例を示す側面図である。 １・・・配向結晶、２ｍ、２ｂおよび３・・・アモルフ
ァス化または多結晶化された端面部および全表面部、４
・・・バイオアクティブな層、５・・・溝、６．７・−
・凹凸部。 出願人代理人 弁理士 坪 井 淳 第１図 （ａ） （ｂ） ａ （ａ） （ｂ） ｂ 第３区 （ａ）（ｂ） 昭和 ・東・Ｉ・１５０ 特許−宮宇賀道部 殿 １、事件の表示 特願昭６０−４３９２７号 ２、発明の名称 人工骨用複合材料 ３、補正をする者 事件との関係特許出願人 名称（０３７） オリンパス光学工業株式会社４、代理
人 願書に最初に添付した明細書の浄書・別紙のとおり（内
容に変更なし）
Claims (4)
- （１）Ａｌ＿２Ｏ＿３−ＺｒＯ＿２（Ｙ＿２Ｏ＿３）系
の配向結晶の表面がレーザ光照射によりアモルファス化
または多結晶化され、その外側がバイオアクティブな材
料で被覆されてなることを特徴とする人工骨用複合材料
。 - （２）Ａｌ＿２Ｏ＿３−ＺｒＯ＿２（Ｙ＿２Ｏ＿３）系
の配向結晶は、共晶組成の融液を一方向から凝固させて
結晶化させたものであることを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載の人工骨用複合材料。 - （３）レーザ光は炭酸ガスレーザ光であることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載の人工骨用複合材料
。 - （４）バイオアクティブな材料は、バイオガラスおよび
カルシウムを多く含んだリン酸材料であることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載の人工骨用複合材料
。
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| JP60043927A JPS61201683A (ja) | 1985-03-06 | 1985-03-06 | 人工骨用複合材料 |
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