JPS62503011A - 埋設体のコ−ティング - 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】 埋設体のコーティング 本発明は例えば複雑骨折あるいは骨組がん後の人工物として人体に埋設され骨と しての機能を想定される埋設体の生物学的に両立しうる多孔性のコーティングに 関する。

Ｔ１合金製の埋設物のそのようなコーティングＶｉテ」えばＤＥ−Ａ−２５１３ ６７８から昶られており、これはＴ１、Ｔｉｅ、またはＡ、１．Ｏ，かもなり、 例えばフレームスプレーによ）埋設体の特定の部分に単層としてつくられる。

西ドイツだけでも整形外科手術により毎年５００００件を越える腰椎が扱われて いる。それには主として２つの技術が埋設体を人骨に接続するために使用された 。旧来の接続技術によれば埋設体は、２つの成分の重合化によシ短時間で硬化す る一般にペースト法とされた粉末と液体の混訃物である骨用セメントを用いて手 術中に直接に挿入された骨組さ中に直接に固着される。実際には、特定時間の使 用後の埋設物の共通したゆるみが生じ、これを解決するためにＭ２の接続技術の 開発が促進されたのであシ、」それを用いて材料と表示形状を適切に選ぶことに よシ骨組識がその埋設体のまわりに直接に成長させることが出来る。そのような セメントを用いない相互固定法の手術的な興味は永い間埋設材料の巨視的な形お よび機械的な剛性寿命に果申して区だ。広ａ、囲の異った材料が生呉的に検討さ れ、特殊ｆｘ会金、プラスチックあるいはセメントで埋設物が製造され、少くと も動物実験がなされた。

埋設物の良好な機１目が多くは表面と、それを囲む生物組鐘との間の化学的およ び機能的相互作用に依序するのであることが段々わかってきた。

表面の微視的形態学的品質はこれに対して重要でおる。

これは、埋設物と骨あるいはべりスチウムとの間の相互作用に影響し、そしてそ れ故継続的な互成長が開始したかどうかを決定し、あるいはしばしば炎症を起さ せる抗体反応が生じこれがその除去を必要とさせる。

表面形態に関しては現代の埋設技術はいまでも２つの面を有する。一方について は人体または骨と両立しうる材料からなる埋設物を互成長に好結果をおよぼすよ うに物殊な表面構造をもつように製造することである。このように例えば金属埋 設物を用いる表面構造は埋設物の大型儲に向うにつれて密度が高くなる接続支持 体を有する開放孔をもつスポンジ状礪造となるように骨に合せて変形されていた 。このように体液には埋設物と人体組織間の境界部を通シ流れて栄養吻質を供給 しそしてそれにより互成長を促進する理想的な可能性が与えられている。

他方、埋設物の表面形態はコーティング技術により望ましい方向に影Ｖを受ける 。例えば、表面に直接にＴ１スプレー層を設けて被覆された埋設物は骨と共に成 長してセメントを用いずに安定性を達成することが知られている。この層の多孔 度が高くなシ、その表面がよシ徂くなりそしてコーティング材料がより生物学的 により活性であればそれだけこの内部成長は良好になる。Ｔｉｅ、はこぶのない 接続組織層が形成されないように骨の成長をｄす。

更に置換プロセスが骨の成分に対する生理学的類似性によって生じるようにする だめの試みが埋設物の組込みを促進するだめの例えばハイトロキシルアパタイト のような燐灰石物質群からなる材料を用いて今日なされている。たしかに、埋設 物の急速で少くとも始めには安定した内部成長の利点はアパタイト層の分離また は不安定反応領域へのそのＶ＝により生じる給米のゆるみの問題という欠点に対 して重みのあることである。

本発明の目的は分離した骨に理想的な互成長を生じさせるだけでなく連続した機 械的負荷にも拘らず骨組織に長期間の支持を保・′証、する前述のコーティング を製造することである。更にこれは固定用のバルク材料を安定性の理由から選ぶ ことが出来そしてそれ自体は特別の組識両立性を有する必要のないように支持材 料から完全に独立したすべての埋設物に対し同じ表面形態をもたらすべきである 。

この目的は本発明によればまずチタンのペース層を任意の材料からなる埋設物に 与えそしてその上に中間層を設けそしてその上に生物学的に活性な材料からなる 薄い非常に密度の高いコーティング層を設けることによシ解決される。

このベース層は第１の非常に密度の高い層と第２の、注意深く調整した多孔度を もつ非常に狙い層からなる。中間層はチタンのベース層とコーティング層の材料 の混合物からなる。中間層とコーティング層はペース層内の第２層の徂面度と多 孔度がコーティング層の表面に維持されるように形成される。

しかしながらこの埋設物のコーティングは特別な応用に対しては二重層または単 層で構成してもよい。

これら層が真空プラズマスプレー（ｖｐｓ　）によるごとくしてプラズマスプレ ーによってつくられると好都合である。ＶＰＳ技術を用いてつくられるコーティ ングは衛生的理由で選ばれるが、周知の改良された付着条件および層の物質の点 でも望ましい。

非常に小さい埋設物についてはチタンのベース層用のスプレー粉末の粒子寸法は 約１００μｍからせいぜい約２５０μｍまでであるとよい。

ベース層の内の第１層のみが溶融スプレー粉末粒子を含み、第２層は非溶融スプ レー粉末粒子を含むようにするとよい。

中間層はチタンベース層の材料からコーティング層の材料まで変化するようにす ることが出来る。

Ｔｉｅ、はコーティング層材料として特に有利である。中間層はその場合にはＴ １とＴｉｅ、の混合物からなり、コーティングＭ！′ｉ′密にスプレーされたｊ ４ＴｉＯ，層である。

コーティング層の生物学的に活性の材料は好ましくはハイトロキシルアパタイト である燐灰石群の一つとすることが出来る。

コーティング層の厚さは約５０μ扉、中間層とコーティング層の厚さの和が約２ ００μ扉でちるとよい。

埋設体の表面を好適にはＡＩ、Ｏ，でコーティングをつくる前にサンドブラスト して粗面化するようにするとよい。

金属埋設物の場合にはその表面を移転される電気アークによりスパッタリングプ ロセスでコーティングをつくる直前に乾燥させて吸着ガスと薄い酸化膜を除去す るようにするとよい。

図面には埋設体１が示されており、その表面２は好適にはＡｌ　、Ｏ、を用いて サンドブラストにより粗面化され、そしてそれが金属である場合にはチタンのベ ース層３でコーティングする直前に電気アークを用いてスパッタリングプロセス によって乾燥させる。このようにコーティングの適正な付着力が保証されると同 時に不活性ガスプラズマフレームによυ初期滅菌が行われる。

チタンのベース層６が次に、完全にＴ１スプレー粉末粒子が融けて非常に密な第 １層６１がつくられるようなプラズマフレームエネルギーを用いて付着される。

このフレームエネルギーはＴ１スプレー粉末の微小粒子部分のみが融け、それよ り大径の粒子６６は融けずに非常に多孔度の高い、極めて粗い面をもつペース層 乙の第２層６２が大きな孔６４とクランク３５をもってつくられるようにいくつ かのコーティング層後には低下させることが出来る。融けないスプレー粉末粒子 ６３はそれ放下の溶融粒子によシ安定して結合される。

埋設物によってチタンのベース層６の多孔度と粗さは粒子寸法の分布および選ば れたフレームエネルギーにより設定出来る。非常に小さい埋設物については約６ ０μｍという粒子寸法の限界が守られるべきでちり、−万大きい埋設物のコーテ ィングについては、骨が孔とクラックに成長して入シ込むことが出来るようにか なり大きい祖さおよび大きい孔寸法を、スプレー粉末な子寸法を１００−２５０ μｍにすることによりつくるとよい。

次に中間層４がチタンのベース層６につくられるのであシ、それは例えばハイト ロキシルアパタイトのような生物学的に活性の材料とチタンの混合物からなシ、 基本的に純生物学的活性物質からなる次のコーティング層５のだめの薄い接着層 として作用する。中間層４とコーティング層５はそれ故チタンベース層６の設定 された多孔度と粗さがコーティング層５の表面５１においでも維持されるように つくられる。その表面形態は次のコーティングを通じて生物学的活性材料からな る新しくつくられた表面５１へど移される。

生物学的活性材料からなるこの薄い層は貫装でらる。中間Ｎ４とコーティング層 ５の厚さの和は２００μｍを越えることがなく、コーティング層５の厚さは約５ ０μｍである。これは中間層４によりチタンのベース層に緊密に結合する。

本発明による埋設体コーティングの主な利点は骨と生物学的活性材料との間の急 速で安定した内部成長である。設定された表面の多孔度と、１．１１さけ更に安 定性を高め、そして体液循壇罷力により栄養物質の補給を保証する。最も重要な 点は、生物学的活性物質の分解の場合に真空プラズマスプレープロセスでつくら れる薄いＴ１０．の表面不Ｍ１１！７悪化を含むチタン表面が人体組成に対し反 応パートナ−として作用するから高い確率をもって長期間安定性が確実に生じる ということである。促進した分解により骨吻質は、チタンと生物学的活性材料の 混合物としての中間層４の形成によシＴ１０３表面との結合を形成するように強 制される。

埋設物の表面の寸法増加は本発明によるコーティングの池の利点をもたらすもの である。このように支持体の表面は滑らかとすることが出来、それ故製造が容易 になる。

層形成材料を選ぶことによりコーティングされた補綴慄は安全に滅菌されそして それは必要な回数だけ行うことが出来る。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．適当な材料からなる埋設体（１）上のコーテイングのチタンのベース層（３ ）が第１の非常に密な層（３１）と注意深く設定された多孔度を有する第２の非 常に粗い層（３２）とから成ること、中間層（４）がチタンのベース層（３）に 続き、そしてその次に生物学的活性物質からなる薄い非常に密なコーテイング層 （５）に続くこと、中間層（４）がチタンのベース屑（３）とコーテイング層（ ５）の材料の混合物からなること、および中間層（４）とコーテイング層（５） はチタンのベース層（３）の第２層（３２）の粗さと多孔度がコーテイング層（ ５）の表面（５１）に維持されるように形成されること、を特徴とする埋設体の 多孔性の生物学的に両立しうるコーテイング。 ２．前記層（３、４、５）はプラズマスプレーにより形成されることを特徴とす る請求の範囲第１項のコーテイング。 ３．前記層（３、４、５）が真空プラズマスプレーにより形成されることを特徴 とする請求の範囲第１項または第２項のコーテイング。 ４．前記チタンのベース層（３）用のスプレー粉末の粒子寸法がせいぜい約６０ μｍであることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項のコーテイング。 ５．前記チタンのベース層（３）用スプレー粉末の粒子寸法は１００μｍとせい ぜい約２５０μｍとの間であることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項 のコーテイング。 ６．前記第１層（３１）は溶融スプレー粉末粒子からなり、第２層（３２）は非 溶融スプレー粉末粒子（３３）からなることを特徴とする請求の範囲第２項ない し第５項の１のコーテイング。 ７．前記中間層（４）はチタンのベース層（３）の材料からコーテイング層（５ ）の材料まで変化する材料からなることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第 ６項の１のコーテイング。 ８．前記コーテイング層（５）の材料がＴｉＯ２であることを特徴とする請求の 範囲第１項ないし第７項の１のコーテイング。 ９．前記コーテイング層（５）の材料は隣灰石群からの材料であることを特徴と する請求の範囲第１項ないし第８項の１のコーテイング。 １０．前記コーテイング層（５）はハイドロキシルアパタイトからなることを特 徴とする請求の範囲第９項のコーテイング。 １１．前記コーテイング層（５）の厚さは約５０μｍであり、中間層（４）とコ ーテイング層（５）の厚さの和は約２００μｍであることを特徴とする請求の範 囲第１項ないし第１０項の１のコーテイング。 １２．前記埋設物（１）の表面（２）はコーテイング（３、４、５）の形成前に Ａｌ２Ｏ３よによりサンドプラストされることを特徴とする請求の範囲第１項な いし第１１項の１のコーテイング。 １３．前記埋設物（１）の表面（２）は移転された電気アークのもとでスパツタ リングプロセスによるコーテイング（３、４、５）の形成直前に乾燥されて吸収 したガスおよび薄い酸化物膜を除かれることを特徴とする請求の範囲第２項ない し第１２項の１のコーテイング。