JPWO2011024216A1 - 医療用部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抗菌性に優れ、かつ抗菌性の持続性に富み、さらにかつ生体親和性にも富む、医療用部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】基材に、酸性電解浴またはアルカリ性電解浴中で、周波数：50〜10000 Hzのパルス状電流を印加して電解処理を行う陽極酸化処理を施して、該基材表面に、好ましくは５×10４個/mm２以上の微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜を形成したのち、該皮膜にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸させるヨウ素含浸処理を行う。なお、ヨウ素化合物としては、ポリビニルピロリドンヨード、β−シクロデキストリンアイオダイン、またはヨウ化銀とすることが好ましい。また、基材は、金属材料で、しかも生体親和性を有するTiまたはTi合金、ステンレス鋼、Co−Cr合金のうちのいずれかとすることが好ましい。なお、陽極酸化処理に代えて、薬品処理、熱加工処理、機械加工処理のいずれかあるいはそれらの組合せ等で皮膜を形成してもよい。これにより、優れた抗菌性、しかも優れた抗菌性の持続性を有し、かつ生体親和性にも富む、医療用部品を、容易にしかも安価に製造できるという効果を奏する。【選択図】図１

Description

本発明は、医療用部品に係り、とくに、人工骨、人工関節等のように生体に埋込まれて使用される医療用部品の抗菌性向上に関する。

近年の医療技術の進歩により、欠損や、機能が低下あるいは喪失した人体等の生体の骨、関節等を修復、あるいは代替するインプラントを、生体内に移植する技術が臨床で多用されるようになってきた。このような技術で使用されるインプラントに要求される特性としては、代替される前の生体の一部と同等の強度を具備するとともに、まず生体との適合性、すなわち、生体親和性を有することが求められる。このような特性を有する生体適合金属材料としては、チタン、チタン合金、ステンレス鋼、Co−Cr合金等が挙げられている。しかし、これらの金属材料は、生活活性を示さず、骨と化学的に結合しないために、長時間に亘る使用中にずれや緩みを生じるという問題があった。

このような問題に対し、例えば特許文献１には、過酸化水素含有ペーストを基材である金属の表面に接触させて、基材表面を金属酸化物に変換する酸化膜の形成方法が記載されている。この技術によれば、酸化膜が短時間で形成でき、しかも生体との適合性も良好であるとしている。
また、上記した問題とは別に、これらのインプラントを生体内に移植した際には、患部の化膿といった感染症がかなりの確度で発生するという問題がある。

このような問題に対しては、優れた抗菌性を示すことが広く知られているCu、Agをインプラントの材料として使用することが考えられている。例えば非特許文献１には、優れた抗菌性を示すことが知られているAgを、インプラント（純銀製）として、動物（ハムスター）に移植する実験を行った結果が報告されている。その結果によれば、銀製インプラントでは、チタンやステンレス鋼に比べて、激しい炎症やむくみなどが生じ、生体親和性に劣り、インプラント用材料にAgを使用することは慎重に判断すべきであるとしている。

また、非特許文献２には、Agコーティングした創外固定ピンを使用した場合の、ピン感染の防止についての実験結果が報告されている。その結果によれば、Agコーティングによる細菌の十分な減少は認められず、Agコーティングした創外固定ピンの生体内への移植により血液中のAgレベルの上昇が認められたとしている。

特開2008−6164号公報

C.N.Kraft,et al.：Jounal of Biomedical Materials Research Part Ａ,Vol.49（1999）Issue2,Pages 192-199 A.Masse, et al.：Jounal of Biomedical Materials Research PartＢ：AppliedBiomaterials，Vol.53（2000）Issue 5,Pages 600-604

このような従来技術の問題に鑑みて、本発明は、生体内に移植しても各種細菌等による感染症を長期にわたり防止できる、抗菌性に優れ、かつ抗菌性の持続性に富み、さらにかつ生体親和性にも富む、医療用部品およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、抗菌性を有する物質として、ヨウ素およびヨウ素化合物に着目した。ヨウ素は、殺菌性、抗菌性を有し、消毒薬としても使用されており、生体への毒性は少ないと言われている。そこで、本発明者らは、このようなヨウ素およびヨウ素化合物を、インプラントの感染症防止のために、インプラントの基材表面に含浸させることに思い至った。ヨウ素およびヨウ素化合物をインプラントの基材表面に含浸させ、ヨウ素を徐々に放出することができれば、インプラント自体の殺菌ができるとともに、その後の、抗菌性の継続に極めて有効であることに想到した。そして更なる検討を加えた結果、例えば、所定範囲の周波数のパルス状電流を使用し特定組成の電解液中で、基材を陽極酸化をさせると、基材表面に微細な孔を多数有する酸化皮膜が形成され、しかも該微細な孔には、ヨウ素およびヨウ素化合物を含浸させることができ、抗菌性の継続性向上に極めて有効な孔であることを知見した。

まず、本発明者らが行った基礎的な実験について説明する。
Ti合金（質量％で、６％Al−４％Ｖ−残部Ti；JIS 60種合金）を基材として、円盤状試験片（板厚：1.5mm）を作製した。これら試験片に、脱脂処理を施したのち、陽極酸化処理を施した。陽極酸化処理は、硫酸（35g/l）−りん酸（25g/l）−過酸化水素水（10g/l）混合浴の酸性電解液（液温：室温）中で、定電圧（150Ｖ）で５min間電解する処理とした。印加電流は、初期電流密度:８Ａ/dm^２としたが、定電圧電解のため、時間経過とともに順次電流値は低減していった。なお、電流は、周波数：50〜10000Hzのパルス状電流とした。なお、印加電流を直流（ＤＣ）とした場合も実施した。

ついで、陽極酸化処理を施された試験片に、水洗洗浄処理を施した後、該試験片を、ヨウ素化合物であるポリビニルピロリドンヨード（PVPI）を純水中に0.5質量％溶解させたヨウ素化合物水溶液中に浸漬し、試験片を陽極側、純Ti板を陰極側に配し、120Ｖの定電圧で５min間電解を行い、電気泳動させてヨウ素化合物を試験片表面の酸化皮膜中に含浸させるヨウ素含浸処理を施した。なお、ヨウ素含浸処理では、初期電流密度を0.2Ａ/dm^２程度とした。一部の試験片は、ヨウ素含浸処理を施さなかった。

まず、陽極酸化処理を施された試験片について、試験片表面に形成された酸化皮膜の表面状況を走査型電子顕微鏡（倍率：2500倍）を用いて観察した。各試験片について５視野以上観察し、各視野ごとの酸化皮膜に形成された孔の個数を測定し、算術平均して、各試験片の表面に形成された酸化皮膜の孔数とした。なお、各試験片の断面を観察し、形成された皮膜の厚さも走査型電子顕微鏡（倍率：2500倍）を用いて測定した。
また、陽極酸化処理を施された試験片および陽極酸化処理とヨウ素含浸処理とを施された試験片について、JIS Z 2801の規定に準拠して抗菌性試験をフィルム密着法で実施した。病原体は大腸菌（JCM 1649株）を用い、所定時間（24ｈ）経過後に残存するコロニー数を測定し、抗菌性を評価した。なお、試験回数は繰返し各２回とした。所定時間経過後に残存するコロニー数が少ないほど、抗菌性に優れると評価される。当初36000個/ml（3.6×10^４個/ml）であったコロニー数が、所定時間（24ｈ）経過後に、１ml中に10個未満となっている場合を評価（抗菌活性値）４とし、10個以上100個未満となっている場合を評価（抗菌活性値）３とし、100個以上1000個未満となっている場合を評価（抗菌活性値）２とし、1000個以上10000個未満となっている場合を評価（抗菌活性値）１とし、10000個以上である場合を評価（抗菌活性値）０とした。

得られた結果を表１に示す。

ヨウ素含浸処理を施さない陽極酸化処理のみの場合には、抗菌活性値は０であり、抗菌性の向上は認められない。また、陽極酸化処理を周波数：50 Hz以上のパルス状電流を付加して陽極酸化処理を行った場合に、直流を付加して陽極酸化処理を行った場合に、比べて抗菌性の向上が著しい。とくに800Hz以上、より好ましくは1000〜5000Hzのパルス状電流を付加して陽極酸化処理を行うことにより、抗菌性が顕著に向上することがわかる。これは、図１に示す形成された微細孔の密度と、陽極酸化処理で印加したパルス電流の周波数との関係から明らかである。図１から、印加したパルス電流の周波数を50Hz以上とすることにより、形成される微細孔の密度が５×10^４個／mm^２以上と顕著に増加していることがわかる。周波数が０、すなわち直流を印加した場合には、図３（ａ）に示すように、皮膜には溝状の凹凸が形成されているだけで、微細孔がほとんど形成されていない。これに対し、印加したパルス電流の周波数が50Hzの場合には、図３（ｂ）に示すように、皮膜には溝状の凹凸がなくなり、多くの微細孔が明瞭に形成されている。さらに、印加したパルス電流の周波数が1000Hzと高くなると、図３（ｃ）に示すように、さらに多くの微細孔が形成されるようになっている。表１と図１との比較から、とくに、少なくとも孔密度：５×10^４個／mm^２以上となる微細孔を有する皮膜を形成し、ヨウ素含浸処理を施した部品は、優れた抗菌性を保持できることを知見した。

また、図２に示すように、周波数が50Hz以上のパルス電流を印加して陽極酸化処理を施せば、多くの微細孔が形成され、かつ厚さ：３μm以上の皮膜を形成できることを知見した。
このようなことから、基材に、周波数が50Hz以上のパルス電流を印加して陽極酸化処理を施せば、基材には上記したような微細孔を多数含む、好ましくは３μm以上の厚さの皮膜を形成でき、その中にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸させることにより、基材の抗菌性が顕著に向上するという知見を得た。

本発明はかかる知見に基づき、さらに検討を加えて、完成されたものである。
すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）金属材料を基材とする医療用部品であって、前記基材の表面に、微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜を有し、該微細孔および／または微細凹凸にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸してなることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（２）（１）において、前記皮膜が、少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度で微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜であることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（３）（１）または（２）において、前記皮膜が、電気化学的処理、化学的処理、熱的および／または機械的処理のうちのいずれかまたはそれらの２種以上の組合せにより形成された皮膜であることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（４）（３）において、前記電気化学的処理が陽極酸化処理であり、前記化学的処理が薬品処理であり、前記熱的および／または機械的処理が加熱処理、熱加工処理および機械加工処理のうちのいずれかであることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（５）（１）ないし（４）のいずれかにおいて、前記ヨウ素化合物が、ポリビニルピロリドンヨード、β−シクロデキストリンアイオダイン、またはヨウ化銀であることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（６）（１）ないし（５）のいずれかにおいて、前記金属材料が、純金属であるTiまたはCoのいずれか、あるいは合金であるTi合金、Co合金、ステンレス鋼、Co−Cr合金のうちのいずれかであることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（７）金属材料を基材とする医療用部品であって、前記基材の表面に、陽極酸化処理を施して得た少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度で微細孔を有する皮膜を有し、該微細孔にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸してなることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（８）（７）において、前記ヨウ素化合物が、ポリビニルピロリドンヨード、β−シクロデキストリンアイオダイン、またはヨウ化銀であることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（９）（７）または（８）において、前記皮膜が、３μm以上の厚さを有することを特徴とする金属材料製医療用部品。
（１０）（７）ないし（９）のいずれかにおいて、前記基材が、TiまたはTi合金製、ステンレス鋼製、Co−Cr合金製のいずれかであることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（１１）金属材料を基材とし、該基材に電気化学的処理、化学的処理、熱的および／または機械的処理のうちのいずれかまたはそれらのうちの２種以上を組合せて施して、該基材表面に、少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度で微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜を形成したのち、該皮膜にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸させるヨウ素含浸処理を行い、医療用部品とすることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１２）（１１）において、前記電気化学的処理が陽極酸化処理であり、前記化学的処理が薬品処理であり、前記熱的および／または機械的処理が加熱処理、熱加工処理および機械加工処理のうちのいずれかであることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１３）（１２）において、前記陽極酸化処理が、電解液を酸性電解浴またはアルカリ性電解浴とし、該電解液中で、前記基材に、周波数：50〜10000 Hzのパルス状電流を印加して電解処理を行う処理であることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１４）（１２）において、前記薬品処理が、液温：30℃以上のアルカリ性浴または酸性浴を使用して、該アルカリ性浴または酸性浴に、前記基材を浸漬する処理であることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１５）（１２）において、前記機械加工処理が、ショットブラスト処理であることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１６）（１１）ないし（１５）のいずれかにおいて、前記ヨウ素化合物が、ポリビニルピロリドンヨード、β−シクロデキストリンアイオダイン、またはヨウ化銀であることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１７）（１１）ないし（１６）のいずれかにおいて、前記基材が、TiまたはTi合金、ステンレス鋼、Co−Cr合金のうちのいずれかであることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。

本発明によれば、抗菌性に優れ、かつ抗菌性の持続性に富み、さらにかつ生体親和性にも富む、医療用部品を、容易にしかも安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明になる医療用部品を、生体内に移植するインプラント等として使用すれば、生体内に移植した際に大きな問題となっている感染症を、長期にわたって防止できるという効果もある。

陽極酸化処理において形成される皮膜の孔密度と印加パルス電流の周波数との関係を示すグラフである。 陽極酸化処理において形成される皮膜の厚さと印加パルス電流の周波数との関係を示すグラフである。 陽極酸化処理で形成された皮膜の表面状況を示す走査型電子顕微鏡組織写真である。

本発明は、金属材料を基材とする医療用部品であり、基材の表面に、微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜を有する。なお、ここでいう「微細孔および／または微細凹凸」とは、人工的に、熱的処理、機械的処理、電気化学的処理、あるいは化学的処理を、またはそれらの組合せ処理を施されて、表面形状が基材の初期状態から変化した状態をいうものとする。そして、「微細孔」とは、面積換算で円相当直径が１〜10μm程度の円形または多角形状の孔をいうものとする。また、「微細凹凸」とは、これら孔が変形あるいは合体して数μm〜数百μm程度の深さの凹凸（表面粗さＲａ：数μm〜数百μm程度）が存在する状態を言うものとする。

基材の表面に形成される皮膜は、上記したような微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜であればよく、その形成方法はとくに限定されないが、電気化学的処理、化学的処理、熱的および／または機械的処理のうちのいずれかの処理、またはそれらのうちの２種以上を組合せた処理により形成された皮膜とすることが好ましい。電気化学的処理としては陽極酸化処理が、化学的処理としては薬品処理が、熱的処理としては加熱処理が、熱的および機械的処理としては熱加工処理が、機械的処理としては機械加工処理が、それぞれ好ましい。これらの処理であれば、所望の密度を有する微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜を容易に形成できる。なお、微細孔および／または微細凹凸の所望の密度としては、少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度とすることが好ましい。基材表面に、このような所望の密度の微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜を形成することにより、部品の抗菌性、殺菌性を向上させるヨウ素およびヨウ素化合物を、安定して十分に含浸させることが可能となる。

そして、皮膜の微細孔または微細凹凸には、ヨウ素またはヨウ素化合物が含浸される。ヨウ素は、抗菌性、殺菌性を有しているため、本発明では、皮膜の微細孔または微細凹凸に含浸したヨウ素の作用またはヨウ素化合物から徐放されるヨウ素の作用により、部品の抗菌性、殺菌性が向上する。とくにヨウ素またはヨウ素化合物を、皮膜の微細孔または微細凹凸に含浸させることにより、平面に塗布した場合に比べ、ヨウ素またはヨウ素化合物を保持可能な表面が多くなり、部品内に多量に保持できるとともに、ヨウ素またはヨウ素化合物からのヨウ素の放出が緩やかにかつ長期にわたり継続するという利点がある。これにより、部品の抗菌性、殺菌性が長期にわたり保持可能となる。

なお、含浸させるヨウ素化合物としては、無機化合物であるヨウ化銀、ヨウ化カリ、ヨウ化ニッケル、ヨウ化鉄、ヨウ化錫等が、
また、有機化合物としては、鎖状飽和炭化水素およびその誘導体であるヨー化メチル、ヨー化エチル、ヨー化プロピル、ヨー化ブチル、ヨー化イソプロピル等が、
また、鎖状不飽和炭化水素およびその誘導体であるヨー化ビニル、ヨー化アニル、ヨー化クロチル、ヨー化プロパルギル、ヨー化フェニルアセチレン等が、
また、芳香族炭化水素およびその誘導体であるヨー化ベンゼン、ヨー化ベンジル、ヨー化ベンゾイル、ヨー化フェナシル、ヨー化キシリレン、ヨー化フタレイン、ヨー化ヒドロキノン、シクロデキストリン−ヨウ素包摂体等が、
また、複素化合物であるヨー化トリメチルスルホニウム、ヨー化トリフェニルスルホニウム等が、
また、複素化合物ポリマーであるポリビニルピロリドンヨード、ポリビニルフタルイミドヨード等が、
例示できる。

含浸させるヨウ素化合物としては、上記したヨウ素化合物のうち、複素化合物ポリマーであるポリビニルピロリドンヨード、あるいは芳香族炭化水素およびその誘導体であるβ−シクロデキストリンアイオダイン、または無機化合物であるヨウ化銀とすることが人体への安全性、環境保全、生体親和性の観点から好ましい。
本発明で基材として使用する金属材料は、医療部品用として好適であればその種類は限定されないが、純金属であればTiまたはCo、合金であれば、Ti合金、Co合金、ステンレス鋼、Co−Cr合金とすることが好ましい。部品を生体に移植することを考慮すれば、TiおよびTi合金、ステンレス鋼またはCo−Cr合金とすることがより好ましい。なお、Tiとしては、JISに規定されるJIS１種、JIS２種の純Tiが、またTi合金としては、JISに規定されるJIS 60種（６％Al−４％Ｖ−Ti合金）、JIS 61種（３％Al−２％Ｖ−Ti合金）、15−３−３合金、JIS
11種、JIS 12種等のチタン合金がいずれも適用可能である。また、ステンレス鋼としては、非磁性という観点からオーステナイト系ステンレス鋼であるSUS 302、SUS
304、SUS 316、SUS 316L、SUS 317J4L、SUS 329J1、SUS 329J3L等が好ましい。また、Co−Cr合金としては63.0％Cr−6.0％Mo−2.0％Ni−0.25％Ｃ−残部Cr組成のステライト２０合金が、強度、耐食性の観点から好ましい。

次に、本発明医療用部品の製造方法について説明する。
上記した金属材料の一つからなる基材を、好ましくは、所定の形状に加工したのち、脱脂処理を施し、ついで、電気化学的処理、化学的処理、熱的および／または機械的処理のうちのいずれかの処理、またはそれらのうちの２種以上を組合せた処理を施し、基材表面に皮膜を形成する。電気化学的処理としては陽極酸化処理が、化学的処理としては薬品処理が、熱的処理としては加熱処理が、熱的および機械的処理としては熱加工処理が、機械的処理としては機械加工処理が、それぞれ好ましい。以下、陽極酸化処理を施し、基材表面に皮膜を形成する場合を例に説明する。本発明は、陽極酸化処理に限定されないことは言うまでもない。

陽極酸化処理は、所定の形状に加工した基材を電解液中に浸漬して基材を陽極側として電流を印加し電解する処理である。使用する電解液は、基板の種類に応じて、酸性電解浴またはアルカリ性電解浴とする。
酸性電解浴としては、硫酸−水混合浴（例えば、硫酸濃度：５〜30質量％、好ましくは10〜25質量％）、硫酸−りん酸−水混合浴（例えば、硫酸35g/l、りん酸25g/l）、硫酸−りん酸−過酸化水素水−水混合浴（例えば、硫酸35g/l、りん酸25g/l、過酸化水素水10g/l）、硫酸−りん酸−アスコルビン酸−水混合浴（例えば、硫酸35g/l、りん酸25g/l、アスコルビン酸10g/l）、塩酸−過酸化水素水−ホルマリン−水混合浴（例えば、塩酸40％、過酸化水素水２％、ホルマリン10％）が例示できる。

また、アルカリ性電解浴としては、水酸化カリウム−フッ化カリウム−りん酸ナトリウム−水酸化アルミニウム−水混合浴（例えば、水酸化カリウム165g/l、フッ化カリウム35g/l、りん酸ナトリウム35g/l、水酸化アルミニウム35g/l）が例示できる。
基材がTiおよびTi合金、あるいはステンレス鋼の場合には、酸性電解浴を、Co−Cr合金の場合には、アルカリ性電解浴を使用することが好ましい。

電解に際して、印加する電流は、周波数が50Hz以上好ましくは10000Hz以下のパルス状電流とする。印加する電流を、周波数が50Hz以上であるパルス状電流とすることにより、少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度で微細孔および／または微細凹凸を含む皮膜を形成することができる。印加する電流が直流電流（ＤＣ）であると、図３（ａ）に示すように、微細孔および／または微細凹凸を含まない皮膜しか形成できない。このような皮膜では、皮膜中にヨウ素およびヨウ素化合物を十分に含浸させることができず、部品に十分なる抗菌性を付与することができなくなる。なお、10000Hzを超える周波数のパルス状電流を発生させるためには、大掛かりな設備を必要とし、設備費が高価となり、製造コストの高騰を招く。このようなことから、本発明では陽極酸化処理で印加する電流は、50〜10000Hzのパルス状電流とすることが好ましい。なお、形成される微細孔数の観点から、より好ましい周波数は1000〜5000Hzである。

電気化学的処理としての陽極酸化処理に代えて、化学的処理としての薬品処理、熱的処理としての加熱処理、熱的および機械的処理としての熱加工処理、機械的処理としては機械加工処理のうちのいずれか、あるいはそれらのうちの２種以上を組み合わせた処理としてもよい。
薬品処理としては、高温のアルカリ系浴、あるいは酸性浴を使用して、基材を浸漬し、基材表面に微細孔および／または微細凹凸を有する化成処理皮膜を形成する方法が例示できる。高温でのアルカリ系浴として、例えば、140℃の水酸化ナトリウム−硝酸カリウム−水混合浴（例えば、水酸化ナトリウム60重量部、硝酸カリウム40重量部、水500重量部）を使用し、その浴中に10min間浸漬する方法が、あるいは酸性浴として、例えば、30℃のシュウ酸−過酸化水素−水混合浴（例えば、シュウ酸（100g/l）25質量％、過酸化水素（30％）3.5質量％）を使用し、30min間浸漬する方法等が例示できる。この処理は、基材を、例えばSUS304等のステレス鋼とした場合に適用することが好ましい。

また、加熱処理としては、基材を大気雰囲気中で加熱（加熱温度：600〜800℃、好ましくは700℃×１時間）し、基材表面に皮膜（酸化皮膜）を形成する方法が例示できる。また、熱加工処理としては、電子ビーム、レーザビームを基材表面に照射する方法が例示できる。また、機械加工処理としては、ショット、ブラストを用いる方法が例示できる。これらの処理においては、所望の表面形状を有する微細凹凸、あるいは微細孔を有する皮膜が形成されるように、予め検討して処理条件を決定することが肝要となる。なお、これらの処理は、基材を例えば、ステンレス鋼、Co−Cr合金とした場合に適用することが好ましい。

本発明では、陽極酸化処理等の処理を施し基材表面に、微細孔または微細凹凸を有する皮膜を形成したのち、該皮膜に、ヨウ素またはヨウ素化合物を含浸させるヨウ素含浸処理を行う。
ヨウ素含浸処理は、陽極酸化処理等を施された基材を水洗したのち、ヨウ素またはヨウ素化合物水溶液に浸漬し、基材を陽極として、直流を印加して、定電圧であるいは定電流密度で電解を行うことができる。電解処理に用いる水溶液は、ヨウ素またはヨウ素化合物を0.1〜1.0質量％含有する水溶液とすることが好ましい。ヨウ素またはヨウ素化合物の濃度が0.1質量％未満では、皮膜に含浸されるヨウ素分が少なく、所望の抗菌性を発揮できなくなる。一方、1.0質量％を超えて添加しても、効果が飽和し、経済的に不利となる。なお、より好ましくは0.3〜0.5質量％である。

また、水溶液中に添加するヨウ素化合物としては、上記したヨウ素化合物がいずれも好適であるが、なかでも、ポリビニルピロリドンヨード（PVPI）、β−シクロデキストリンアイオダイン（BCDI）、ヨウ化銀が生体親和性の観点から好ましい。
なお、ヨウ素含浸処理では、定電圧電解処理は、100〜200Ｖの範囲の一定の電圧で１〜10minとすることが好ましい。定電流密度電解処理では、0.05〜10Ａ/dm^２の範囲の一定の電流密度で１〜10minとすることが好ましい。

以下、実施例に基づいて、本発明についてさらに詳細に説明する。

（実施例１）
Ti合金（質量％で、６％Al−４％Ｖ−残部Ti；JIS 60種合金）、ステンレス鋼（SUS304）を基材とし、in vitro試験用試験片として円盤（板厚：2.0mm）を、in vivo試験用試験片としてウサギ用創外固定ピンを作製した。
なお、これら試験片のうち、Ti合金製試験片については、脱脂処理を施したのち、陽極酸化処理を施した。陽極酸化処理は、硫酸（35g/l）−りん酸（25g/l）−過酸化水素水（10g/l）混合浴の酸性電解液（液温：室温）中で、定電圧（150Ｖ）で５min間電解する処理とした。印加電流は、初期電流密度:８Ａ/dm^２としたが、定電圧電解のため、時間経過とともに順次電流値は低減していった。なお、電流は、周波数：1000Hzのパルス状電流とした。陽極酸化処理を施さない場合を比較例とした。

まず、陽極酸化処理を行った試験片（Ti合金製試験片）について、各試験片の表面に形成された酸化皮膜の表面状況を走査型電子顕微鏡（倍率：2500倍）を用いて各５視野以上観察し、各視野ごとの酸化皮膜に形成された孔の個数を測定し、各視野の測定値を算術平均し、各試験片の表面に形成された酸化皮膜の孔数とした。また、試験片断面を走査型電子顕微鏡（倍率：2500倍）で各５視野観察し、表面に形成された酸化皮膜の平均厚さを求めた。

ついで、陽極酸化処理を行った試験片（Ti合金製試験片）に1分間の水洗洗浄処理を施した。水洗処理後、試験片を、ヨウ素化合物であるポリビニルピロリドンヨード（PVPI）を純水中に0.5質量％溶解させたヨウ素化合物水溶液中に浸漬し、試験片を陽極側、純Ti板を陰極側に配し、120Ｖの定電圧電解を行うヨウ素含浸処理を施した。なお、ヨウ素含浸処理は、初期電流密度を0.2Ａ/dm^２程度として電気泳動を行い、ヨウ素化合物を試験片表面の酸化皮膜中に含浸させる処理とした。

なお、陽極酸化処理を行わなかった試験片については、脱脂処理および、1分間の水洗洗浄処理を施し、試験に供した。
つぎに、得られた試験片（円盤）の一部を用いて、in vitro試験として、JIS Z 2801の規定に準拠して抗菌性試験を実施した。病原体は黄色ブドウ球菌（ATCC 25923）、大腸菌（MG 1455）を用いた。試験回数は繰返し各15回とした。所定時間経過後に残存するコロニー数が少ないほど、抗菌性に優れるとされる。

また、得られた試験片（半円板）を用いて、in vitro試験として、ラット線維芽細胞株Ｖ79を用いて、コロニー形成法で細胞毒性の評価を行った。試験片をシャーレーの培養液中に浸漬し、その上にＶ79を接種し、コロニーの形成を確認することで評価した。
また、得られたウサギ用創外固定ピンを用いて、in vivo試験として、６匹の日本白色家兎を使用し、両側の大腿骨にピンを刺入した。14日後、組織学的分析を行うために兎を安楽死させ、ピン刺入部周囲組織の炎症と感染の程度を観察し、その程度を点数化して、評価した。評価項目は、ピン刺入部の炎症、ピン周囲の膿瘍、骨髄炎、ピン先端周辺の炎症とした。点数は、ピンによる炎症や膿瘍形成が重症である場合は２、軽度である場合を１とし、骨髄炎が膿瘍を形成している場合を２、軽度である場合を１とし、その他の場合は０として、各評価項目の合計点で評価した。各評価項目の合計点が低いほど、炎症、感染が少ないとされる。また、同時に、ピン表面の類骨形成を確認することで骨伝導能の評価を行った。

得られた結果を表２に示す。

本発明例（試験片No.A1）は、５×10^４個/mm^２以上の多数の微細孔を有する酸化皮膜が形成されていることがわかる。
また、本発明例（試験片No.A1）では、コロニー形成が著しく抑制され、抗菌試験開始時に約2000個であった黄色ブドウ球菌が、24時間後に平均で0.07個に減少し、また、抗菌試験開始時に約2000個であった大腸菌が、24時間後に平均で０個となっており、抗菌性に優れていることがわかる。一方、比較例では、24時間後に観察されたコロニー数は、黄色ブドウ球菌で、181個（試験片No.A2）、347個（試験片No.A3）で、大腸菌で、1281個（試験片No.A2）、1600個（試験片No.A3）である。これらの差は、統計的にも優位差ありといえる。

また、本発明例は、炎症、感染に対する評価の合計点が比較例に比して著しく低く、比較例に比して、炎症、感染が少ないといえる。また、この比較例との差は、統計的にも優位であり、本発明例はピン感染を減少させ、抗菌性、生体親和性に優れていることになる。また、本発明例は、チタンと同様に類骨の形成が良好であり、十分な骨伝導能を有しているといえる。

さらに、本発明例は、比較例と同様に、ラット線維芽細胞株Ｖ79のコロニー形成が良好であり、細胞毒性がないことが確認できた。
（実施例２）
ステンレス鋼（SUS 304）を基材とし、抗菌試験用の円盤試験片（板厚：２mm）を作製した。これら試験片に、酸洗洗浄処理を施したのち、陽極酸化処理または薬品処理を施した。酸洗洗浄処理は、液温：40℃の硝酸（５％）−ふっ酸（３％）混合水溶液中で、３min浸漬する処理とした。また、陽極酸化処理は、塩酸（47質量％）−過酸化水素水（２質量％）−ホルマリン（10質量％）−水混合浴の酸性電解液（液温：室温）中で、試験片を陽極に、純Ti板を陰極として、定電圧（100Ｖ）で15min間電解する処理とした。なお、印加電流は、周波数：3000Hzのパルス状電流とした。初期電流値は3.5Ａ/dm^２であった。薬品処理は、高温の酸性浴である、液温：30℃のシュウ酸（25質量％）−過酸化水素（3.5質量％）−蒸留水混合浴中に30min間浸漬する処理とした。

陽極酸化処理または薬品処理を行った試験片について、各試験片の表面に形成された皮膜（酸化皮膜）の表面状況を走査型電子顕微鏡（倍率：2500倍）を用いて各５視野以上観察し、各視野ごとの皮膜に形成された孔の個数を測定し、各視野の測定値を算術平均し、各試験片の表面に形成された皮膜の孔数とした。また、試験片断面を走査型電子顕微鏡（倍率：2500倍）で各５視野観察し、表面に形成された皮膜の平均厚さを求めた。

ついで、これら処理を施された試験片の一部について、水洗洗浄処理を施した後、試験片を、ヨウ素化合物であるポリビニルピロリドンヨード（PVPI）を純水中に0.5質量％溶解させたヨウ素化合物水溶液中に浸漬し、試験片を陽極側、純Ti板を陰極側に配し、120Ｖの定電圧直流で５min間電解を行い、電気泳動させてヨウ素化合物を試験片表面の酸化皮膜中に含浸させるヨウ素含浸処理を施した。なお、ヨウ素含浸処理では、初期電流密度を0.2Ａ/dm^２程度を示した。

陽極酸化処理または薬品処理ままの試験片、および、陽極酸化処理または薬品処理後にヨウ素含浸処理を施した試験片について、JIS Z 2801の規定に準拠して抗菌性試験を、フィルム密着法で実施した。病原体は大腸菌（JCM
1649株）を用い、所定時間（24ｈ）経過後に残存するコロニー数を測定し、抗菌性を評価した。所定時間経過後に残存するコロニー数が少ないほど、抗菌性に優れると評価される。当初42000個/ml（4.2×10^４個/ml）であったコロニー数が、所定時間（24ｈ）経過後に、１ml中に10個未満となっている場合を評価（抗菌活性値）４とし、10個以上100個未満となっている場合を評価（抗菌活性値）３とし、100個以上1000個未満となっている場合を評価（抗菌活性値）２とし、1000個以上10000個未満となっている場合を評価（抗菌活性値）１とし、10000個以上である場合を評価（抗菌活性値）０とした。

得られた結果を表３に示す。

本発明例はいずれも、抗菌活性値は４を示し、優れた抗菌性を保持していることがわかる。ヨウ素含浸処理を施さない比較例は、抗菌活性値は０で、全く抗菌性を示さない。
（実施例３）
Co−Cr合金（質量％で、63.0％Co−6.0％Mo−2.0％Ni−0.25％Ｃ−残部Cr）を基材とし、抗菌試験用の円盤試験片（板厚：5.0mm）を作製した。これら試験片に、酸洗洗浄処理を施したのち、陽極酸化処理を施した。

陽極酸化処理は、水酸化カリウム（165g/l）−フッ化カリウム（35g/l）−りん酸ナトリウム（35g/l）−水酸化アルミニウム（35g/l）−水混合浴のアルカリ性電解液（液温：室温）中で、試験片を陽極に、純Ti板を陰極として、直流で定電圧（150Ｖ）で15min間電解する処理とした。なお、印加電流は、周波数：5000Hzのパルス状電流とした。初期電流値は８Ａ/dm^２であった。

得られた試験片について、実施例２と同様に、各試験片の表面に形成された皮膜（酸化皮膜）の表面状況を走査型電子顕微鏡（倍率：2500倍）を用いて観察し、各試験片の表面に形成された皮膜の孔数、および皮膜の平均厚さを求めた。
ついで、これら処理を施された試験片の一部について、水洗洗浄処理を施した後、試験片を、ヨウ素化合物であるポリビニルピロリドンヨード（PVPI）を純水中に0.5質量％溶解させたヨウ素化合物水溶液中に浸漬し、試験片を陽極側、純Ti板を陰極側に配し、150Ｖの定電圧直流で５min間電解を行い、電気泳動させてヨウ素化合物を試験片表面の酸化皮膜中に含浸させるヨウ素含浸処理を施した。なお、ヨウ素含浸処理では、初期電流密度を0.2Ａ/dm^２程度となった。

陽極酸化処理ままの試験片、および、陽極酸化処理後にヨウ素含浸処理を施した試験片について、実施例２と同様に、JIS Z 2801の規定に準拠して抗菌性試験を、フィルム密着法で実施し、抗菌性を評価した。なお、評価の方法は実施例２と同様とした。
得られた結果を表４に示す。

本発明例は、抗菌活性値は４を示し、優れた抗菌性を保持していることがわかる。ヨウ素含浸処理を施さない比較例は、抗菌活性値は０で、全く抗菌性を示さない。
（実施例４）
ステンレス鋼（SUS 304）を基材とし、抗菌試験用の円盤試験片（板厚：２mm）を作製した。これら試験片に、まず、機械的処理の機械加工処理であるショットブラスト処理を施した。ショットブラスト処理は、４種のアルミナショットを順次使用して行なった。第１段階の処理では、メッシュ＃60のアルミナショットを使用し、圧力：3.5kg/cm^２で約２分間打ち残しのないように丁寧に全方向からショットした。ついで、第２段階として、メッシュ＃60ショット面を、メッシュ＃100のアルミナショットを使用し、第１段階と同じ圧力、時間内で、均一にショットされるように丁寧にショットした。第３段階として、メッシュ＃100ショット面を、メッシュ＃150のアルミナショットを使用し、第１、２段階と同じ圧力、時間で過不足がないように丁寧にショットした。そして、第４段階として、メッシュ＃150ショット面を、メッシュ＃200のアルミナショットを使用し、同じ圧力、時間でショットした。これにより、試験片の表面に、マクロな凹凸を付与した。なお、ショットブラスト処理を施した後の状態での表面粗さは、JIS B 0601−1994の規定に準拠して測定すると、算術平均粗さＲａが２μm、最大高さＲｙが55μm、十点平均粗さＲｚが3.5μmであった。

ついで、上記したような表面性状を有する試験片に、さらに化学的処理である薬品処理を施した。薬品処理は、上記した試験片を、液温：60℃の硫酸（50ｇ）−しゅう酸（50ｇ）−水（400ｇ）混合浴に、１時間浸漬する処理とした。これにより、ショットブラスト面を化学的に酸化して、表面に酸化皮膜を有するミクロなエッチング面とした。このときの表面粗さは、算術平均粗さＲａが2.5μm、最大高さＲｙが65μm、十点平均粗さＲｚが4.3μmであった。

得られた試験片について、実施例２と同様に、各試験片の表面に形成された皮膜（酸化皮膜）の表面状況を走査型電子顕微鏡（倍率：2500倍）を用いて観察し、各試験片の表面に形成された皮膜の微細凹凸の個数を求めた。
ついで、これら処理を施された試験片の一部について、水洗洗浄処理を十分に施した後、試験片を、ヨウ素化合物であるβ−シクロデキストリンアイオダイン（BCDI）を純水中に0.5質量％溶解させたヨウ素化合物水溶液（液温：25℃）中に浸漬し、試験片を陽極側、純Ti板を陰極側に配し、150Ｖの定電圧直流で３min間電解を行い、電気泳動させてヨウ素化合物を試験片表面の酸化皮膜の微細凹凸に電着（含浸）させるヨウ素含浸処理を施した。なお、ヨウ素含浸処理では、初期電流密度を12Ａ/dm^２程度としたが、時間の経過とともに漸次低減した。

機械加工処理−薬品処理ままの試験片、および、機械加工処理−薬品処理後にヨウ素含浸処理を施した試験片について、実施例２と同様に、JIS Z 2801の規定に準拠した抗菌性試験を、大腸菌（JCM 1649株）を用いてフィルム密着法で実施し、抗菌性を評価した。なお、試験開始時のコロニー数は、56000個/ml（5.6×10^４個/ml）であった。評価の方法は実施例２と同様とした。

得られた結果を表５に示す。

本発明例は、抗菌活性値は４を示し、優れた抗菌性を保持していることがわかる。ヨウ素含浸処理を施さない比較例は、抗菌活性値は０で、全く抗菌性を示さない。

本発明はかかる知見に基づき、さらに検討を加えて、完成されたものである。
すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）金属材料を基材とする医療用部品であって、前記基材の表面に、面積換算で円相当直径が１〜10μmの円形または多角形状の孔である微細孔および／または該微細孔が変形あるいは合体して表面粗さRa：２μm以上の凹凸が存在する状態である微細凹凸を有する皮膜を有し、該微細孔および／または微細凹凸にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸してなることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（２）（１）において、前記皮膜が、少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度で前記微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜であることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（３）（１）または（２）において、前記皮膜が、電気化学的処理、化学的処理、熱的および／または機械的処理のうちのいずれかまたはそれらの２種以上の組合せにより形成された皮膜であることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（４）（３）において、前記電気化学的処理が陽極酸化処理であり、前記化学的処理が薬品処理であり、前記熱的および／または機械的処理が加熱処理、熱加工処理および機械加工処理のうちのいずれかであることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（５）（１）ないし（４）のいずれかにおいて、前記ヨウ素化合物が、ポリビニルピロリドンヨード、β−シクロデキストリンアイオダイン、またはヨウ化銀であることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（６）（１）ないし（５）のいずれかにおいて、前記金属材料が、純金属であるTiまたはCoのいずれか、あるいは合金であるTi合金、Co合金、ステンレス鋼、Co−Cr合金のうちのいずれかであることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（７）金属材料を基材とする医療用部品であって、前記基材の表面に、陽極酸化処理を施して得た少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度で面積換算で円相当直径が１〜10μmの円形または多角形状の孔である微細孔を有する皮膜を有し、該微細孔にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸してなることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（８）（７）において、前記ヨウ素化合物が、ポリビニルピロリドンヨード、β−シクロデキストリンアイオダイン、またはヨウ化銀であることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（９）（７）または（８）において、前記皮膜が、３μm以上の厚さを有することを特徴とする金属材料製医療用部品。
（１０）（７）ないし（９）のいずれかにおいて、前記基材が、TiまたはTi合金製、ステンレス鋼製、Co−Cr合金製のいずれかであることを特徴とする金属材料製医療用部品。
（１１）金属材料を基材とし、該基材に電気化学的処理、化学的処理、熱的および／または機械的処理のうちのいずれかまたはそれらのうちの２種以上を組合せて施して、該基材表面に、少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度で、面積換算で円相当直径が１〜10μmの円形または多角形状の孔である微細孔および／または該微細孔が変形あるいは合体して表面粗さRa：２μm以上の凹凸が存在する状態である微細凹凸を有する皮膜を形成したのち、該皮膜にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸させるヨウ素含浸処理を行い、医療用部品とすることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１２）（１１）において、前記電気化学的処理が陽極酸化処理であり、前記化学的処理が薬品処理であり、前記熱的および／または機械的処理が加熱処理、熱加工処理および機械加工処理のうちのいずれかであることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１３）（１２）において、前記陽極酸化処理が、電解液を酸性電解浴またはアルカリ性電解浴とし、該電解液中で、前記基材に、周波数：50〜10000 Hzのパルス状電流を印加して電解処理を行う処理であることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１４）（１２）において、前記薬品処理が、液温：30℃以上のアルカリ性浴または酸性浴を使用して、該アルカリ性浴または酸性浴に、前記基材を浸漬する処理であることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１５）（１２）において、前記機械加工処理が、ショットブラスト処理であることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１６）（１１）ないし（１５）のいずれかにおいて、前記ヨウ素化合物が、ポリビニルピロリドンヨード、β−シクロデキストリンアイオダイン、またはヨウ化銀であることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
（１７）（１１）ないし（１６）のいずれかにおいて、前記基材が、TiまたはTi合金、ステンレス鋼、Co−Cr合金のうちのいずれかであることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。

Claims (17)

1. 金属材料を基材とする医療用部品であって、前記基材の表面に、微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜を有し、該微細孔および／または微細凹凸にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸してなることを特徴とする金属材料製医療用部品。
2. 前記皮膜が、少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度で微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜であることを特徴とする請求項１に記載の金属材料製医療用部品。
3. 前記皮膜が、電気化学的処理、化学的処理、熱的および／または機械的処理のうちのいずれかまたはそれらの２種以上の組合せにより形成された皮膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属材料製医療用部品。
4. 前記電気化学的処理が陽極酸化処理であり、前記化学的処理が薬品処理であり、前記熱的および／または機械的処理が加熱処理、熱加工処理および機械加工処理のうちのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の金属材料製医療用部品。
5. 前記ヨウ素化合物が、ポリビニルピロリドンヨード、β−シクロデキストリンアイオダイン、またはヨウ化銀であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の金属材料製医療用部品。
6. 前記金属材料が、純金属であるTiまたはCoのいずれか、あるいは合金であるTi合金、Co合金、ステンレス鋼、Co−Cr合金のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の金属材料製医療用部品。
7. 金属材料を基材とする医療用部品であって、前記基材の表面に、陽極酸化処理を施して得た少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度で微細孔を有する皮膜を有し、該微細孔にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸してなることを特徴とする金属材料製医療用部品。
8. 前記ヨウ素化合物が、ポリビニルピロリドンヨード、β−シクロデキストリンアイオダイン、またはヨウ化銀であることを特徴とする請求項７に記載の金属材料製医療用部品。
9. 前記皮膜が、３μm以上の厚さを有することを特徴とする請求項７または８に記載の金属材料製医療用部品。
10. 前記基材が、TiまたはTi合金製、ステンレス鋼製、Co−Cr合金製のいずれかであることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の金属材料製医療用部品。
11. 金属材料を基材とし、該基材に電気化学的処理、化学的処理、熱的および／または機械的処理のうちのいずれかまたはそれらのうちの２種以上を組合せて施して、該基材表面に、少なくとも５×10^４個／mm^２以上の密度で微細孔および／または微細凹凸を有する皮膜を形成したのち、該皮膜にヨウ素またはヨウ素化合物を含浸させるヨウ素含浸処理を行い、医療用部品とすることを特徴とする金属材料製医療用部品の製造方法。
12. 前記電気化学的処理が陽極酸化処理であり、前記化学的処理が薬品処理であり、前記熱的および／または機械的処理が加熱処理、熱加工処理および機械加工処理のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載の金属材料製医療用部品の製造方法。
13. 前記陽極酸化処理が、電解液を酸性電解浴またはアルカリ性電解浴とし、該電解液中で、前記基材に、周波数：50〜10000 Hzのパルス状電流を印加して電解処理を行う処理であることを特徴とする請求項１２に記載の金属材料製医療用部品の製造方法。
14. 前記薬品処理が、液温：30℃以上のアルカリ性浴または酸性浴を使用して、該アルカリ性浴または酸性浴に、前記基材を浸漬する処理であることを特徴とする請求項１２に記載の金属材料製医療用部品の製造方法。
15. 前記機械加工処理が、ショットブラスト処理であることを特徴とする請求項１２に記載の金属材料製医療用部品の製造方法。
16. 前記ヨウ素化合物が、ポリビニルピロリドンヨード、β−シクロデキストリンアイオダイン、またはヨウ化銀であることを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれかに記載の金属材料製医療用部品の製造方法。
17. 前記基材が、TiまたはTi合金、ステンレス鋼、Co−Cr合金のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１１ないし１６のいずれかに記載の金属材料製医療用部品の製造方法。