WO1992014422A1 - Composite bio-implant and production method therefor - Google Patents

Description

明 細 書

発明の名称

複合生体ィ ンブラ ン トおよびその製造方法

発明の背景

技術分野

本発明は人工歯根、 人工歯冠、 人工骨、 人工関節等の生体活 性イ ンブラ ン トに関するものであ り、 さ らに詳し く は、 金属基 体上にセラ ミ ッ クス層を設けたィ ンブラ ン トであ り 、 セラ ミ ッ クス層が剥離するこ とがな く 、 所望の形状、 表面性状、 表面精 度を持つ複合イ ンブラ ン ト と、 このイ ンブラ ン ト を金属基体の 高塑性を用いて簡単に効率よ く 製造する方法に関する ものであ る。

本発明の生体イ ンブラ ン ト は、 人工歯根、 人工歯冠、 人工 骨、 人工関節等の他、 骨充填材、 人工血管等の生体組織内や体 腔内等に移植する生体代替体ないし補充体と してのィ ンプラ ン ト ゃ、 透析用シャ ン 卜 、 各種経皮端子、 ペースメーカー、 生体 電極、 その他各種生体内留置用医療用具ないし機器に好適に ffi いられるので、 これらを全て包含する ものである。 背景の技術

複合イ ンプラ ン ト と しては、 金属に ヒ ドロキシアパタイ ト を プラズマ溶射したもの （特公昭 5 8 — 3 9 5 3 3号公報） 、 会 属表面を酸化し燐酸カルシウムを被覆したもの （特公平 2 — 6 5 3 7号、 特公平 2 - 1 4 0 6 0号、 特公平 2 - 1 4 0 6 1 号、 特公平 2 — 1 8 1 0 2号） 、 傾斜構造と したもの （特開昭 6 3 - 1 4 7 4 5 5号公報） 等が提案されている。

しかしながら、 これらのイ ンプラン トは金属基体とセラミ ツ クスとの接合が材料界面での化学反応のみによって行なわれて いるので、 接合強度が弱く 、 セラ ミ ッ クスが欠けたり剥離する おそれがあった。 またひとたび、 欠けや剥離が生じた場合には セラ ミ ツ クス層が大き く剥離する可能性があり大きな問題があ つた。

さ らに、 人工歯根用イ ンプラ ン 卜等では、 生体骨への固定、 新生骨の生成の点でイ ンプラ ン 卜の表面性、 粗さをコ ン ト ロー 凡 するこ とが重要である。 しかし、 従来の製法では、 強度を保 ちつつ、 所望の表面性を得るこ とは困難であった。 発明の目的

、癸明の主たる目的は、 従来のイ ンプラ ン トがもつ欠点を解 消し、 すぐれた強度と表面性をもち、 すぐれた初期固定力、 す なわち、 生体適合性 （biocompatibility) 、 生体親和性 （bio- affinity) 、 よ り好ま し く は生体活性 （bioactivity ) を有す るイ ンブラ ン ト と、 その製造方法とを提供するこ とであり 、 特 に金属基体上のセラミ ッ クスが高い剥離強度を有し、 割れや力 ケの問題の無い新規なイ ンプラ ン ト と、 その製造方法とを提供 する こ とを目的とする。

このよ う な目的は金属芯体に、 生体適合性セラ ミ ッ クスの粒 子を、 金属の塑性を利用 して埋め込み、 物理的、 化学的な接合 を起こ させ、 強度、 生体適合性をかねそなえたイ ンプラ ン トに よ っ て達成さ れ、 本発明は、 よ り 具体的に は下記 （ 1 ) 〜 ( 2 2 ) の構成をもつ。

( 1 ) 基体の表層部にセラ ミ ッ クス粒子が埋め込まれている 複合生体イ ンプラ ン ト 。

( 2 ) 前記金属が融点の 7 0 %以下の温度において、 5 0 % 以上の延性を示す上記 （ 1 ) の複合生体イ ンプラ ン ト 。

( 3 ) 前記セラ ミ ッ クス粒子が生体適合性を示す上記 （ 1 ) ま たは （ 2 ) の複合生体イ ンブラ ン ト。

( 4 ) 前記セラ ミ ッ クス粒子が生体親和性を示す上記 （ 1 ) ない し （ 3 ) のいずれかの複合生体イ ンプラ ン ト。

( 5 ) 前記セラ ミ ッ クス粒子の平均粒径が l 〜 5 0 0 0 w m である上記 （ 1 ) ないし （ 4 ) のいずれかの複合生体イ ンブラ ン 卜 。

( 6 ) 前記セラ ミ ッ クス粒子の平均形状係数が 2以下である 上記 （ 1 ) な レヽ し （ 5 ) のいずれかの複合生体イ ンプラ ン

( 7 ) 前記セラ ミ ッ クス粒子の前記金属基体への埋め込み 率がセラ ミ ッ クス粒径の 1 0 %以上である上記 （ 1 ) ないし

( 6 ) のいずれかの複合生体イ ンプラ ン ト。

( 8 ) 前記セラミ ッ クス粒子による金属基体の生体接触面被 覆率が 2 0 %以上である上記 （ 1 ) ないし （ 7 ) のいずれかの 複合生 イ ンブラ ン ト。

( 9 ) 前記セラ ミ ッ クス粒子の熱膨張係数は金属基体の熱膨 張係数の 0 . 5〜 ： L . 5倍以下である上記 （ 1 ) ないし （ 6 ) Oいずれかの複合生体ィ ンプラ ン 卜 。

( 1 0 ) 前記金属基体の表層部に前記セラミ ッ クス粒子が埋 め込まれた埋め込み層を有し、 この埋め込み層の上に生体適合 セラ ミ ッ クス材料の被覆層が設けられている上記 （ 1 ) ない し ί 9 ) のいずれかの複合生体イ ンプラ ン 卜。

f 1 1 ) 前記複合イ ンブラ ン トの外表面の表面粗さ R aが 1

〜 2 0 0 0 At m である上記 （ 1 ) なレヽし （ 1 0 ) のいずれかの 複合生体イ ンプラ ン 卜。

( 1 2 ) 前記セラ ミ ッ クス粒子を埋め込んだ埋め込み層と、 前記被覆層の全厚が 1 〜 5 0 0 0 μ ηι である上記 （ 1 0 ) また は （ 1 1 ) の複合生体イ ンプラ ン ト 。

( 1 3 ) 前記セラ ミ ッ クス被覆層が多孔性であるこ とを特徴 とする上記 （ 1 0 ) ないし （ 1 2 ) のいずれかの複合生体イ ン プラ ン ト 。

( 1 4 ) 前記セラ ミ ッ クス被覆層が平均孔径 1 0 〜 1 0 0 m 、 気孔率 1 0〜 7 0 %の多孔性である上記 （ 1 3 ) の複合 生体イ ンプラ ン 卜 。

( 1 5 ) 前記粒子または被覆層を構成するセラ ミ ッ クスが、 アル力 リ土類金属酸化物およびアル力 リ金属酸化物の少な く と も一種以上と、 S i 0 ₂ とを有する組成からな り 、 燐を含有す る水溶液中で表面に燐酸カルシウム系化合物を析出する生体活 性非燐酸カルシウ ム系焼結セラ ミ ッ クス材料である上記 （ 1 ) ない し （ 1 4 ) のいずれかの複合生体イ ンブラ ン ト。

( 1 6 ) 前記粒子と前記被覆層とを構成するセラ ミ ッ クスが 実質的に同種のセラ ミ ッ クスである上記 （ 1 ) ないし （ 1 5 ) のいずれかの複合生体ィ ンブラ ン ト 。

( 1 7 ) 前記セラ ミ ッ クス材料が実質的に燐を含有しない上 言己 （ 1 5 ) または （ 1 6 ) の複合生体イ ンプラ ン 卜。

( 1 8 ) 前記セラ ミ ッ クス材料が、 アルカ リ土類金属酸化物 の少な く と も一種以上と 、 S i 0 ₂ を含有する組成であ り 、 S i 0 2 と アルカ リ土類金属酸化物の含有量の重量比が 1 ： 4 〜 6 ： 1 である上記 （ 1 5 ) ないし （ 1 7 ) のいずれかの複合 生体ィ ンプラ ン ト 。

( 1 9 ) 前記アルカ リ土類金属酸化物が C a 0および M _g 0 の少な く と も一種以上である上記 （ 1 8 ) の複合生体イ ンブラ ン 卜 。

( 2 0 ) 上記 （ 1 ) の複合生体イ ンプラ ン 卜 を得るに際し、 前記金属基体の表層部に前記セラ ミ ッ クス粒子を配置し、 塑性 加工処理によ り前記セラミ ッ クス粒子を前記金属基体内に埋め 込む複合生体ィ ンブラ ン 卜の製造方法。

( 2 1 ) 前記塑性加工処理を 7 0 0〜 1 2 0 0 °C、 圧力 1 〜 5 0 0 M P aで行う上記 （ 2 0 ) に記載の複合生体イ ンプラン 卜の製造方法。

( 2 2 ) 前記金属基体の表層部に前記セラミ ッ クス粒子を配 置し、 前記塑性加工処理によ り前記セラ ミ ツ クス粒子を前記金 属基 it内に埋め込んだ後、 その上を生体適合性セラミ ッ クス材 料で被覆する上記 （ 2 0 ) または （ 2 1 ) の複合生体イ ンブラ ン 卜 の製造方法。 作用効果

： &発明では、 このよ う に高強度と高伸延性を有する高塑性の 金属を基体と し、 この表面にセラミ ッ クス粒子を、 金属塑性加 ニ^理によ り埋め込んでいる。 このため、 金属基体とセラミ ツ クスとは機械的嚙み合いによ り接合しており、 従来に無いきわ めて高い接合強度を有する。 すなわち、 セラミ ッ クス粒子は、 子自体が砕けない限 り金属基体から欠ける こ と はない。 ま た、 セラ ミ ッ クス粒子は個々に独立して金属基体と接合してお り 、 たとえ欠けが生じる場合でも、 セラミ ッ クス粒子が個別に 欠けるだけで、 従来のよ うに、 被覆層が 「面」 と して剥離する こ とはない。

また、 金属基体の表面にセラ ミ ッ クス粒子が埋め込まれてい るため、 接合と同時にイ ンプラ ン ト表面の凹凸化、 粗面化が図 られて、 ア ンカー効果による初期固定および新生骨の生成が促 進される。

さ らにまた、 セラ ミ ッ クス粒子を埋め込んだイ ンブラ ン ト表 面を生体セラ ミ ッ クスで被覆するこ と によ り 、 セラ ミ ッ クス粒 子間の隙間を埋めて金属成分の溶出が防止され、 よ り一層生体 適合性、 生体親和性、 生体活性を高めるこ とができる。 この場 合、 セラ ミ ッ クス粒子とセラ ミ ッ クス被覆層の材料を実質的に 同種のセラ ミ ッ クス材料とするこ とによ り 、 金属基体と機械的 に接合したセラ ミ ッ クス粒子と被覆層が一体化し、 極めて高い 接合強度が得られる。

さ らに また、 本発明でセラ ミ ッ クス粒子やセラ ミ ッ クス被覆 と して使用するセラ ミ ッ クス材料を燐酸カルシウム系焼結セラ ミ ッ クスを用いず、 アルカ リ土類金属酸化物またはアルカ リ金 属酸化物の少な く と も一種以上と S i 0 ₂ とを含有する組成の セ ラ ミ ッ クスを用いる場合には、 きわめて高い生体活性と共 に、 高強度を有するイ ンプラ ン 卜が得られる。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の複合生体イ ンプラ ン ト を歯根と したと きの 写真であり 、 表層部のセラミ ッ クス粒子の構造が表わされてお り 、 図 2 は、 その拡大写真である。 図 3、 図 4、 図 5、 図 6お よび図 7は、 歯根の表層部の断面顕微鏡写真であ り、 金属基体 にセラミ ッ クス粒子が埋め込まれた状態が表れる。 ただし、 図 7は図 6の拡大写真である。 図 8は、 好ま しいセラミ ッ クス材 料の組成を説明するための S i 0 ₂ — C a 0 — M _g 0三元状態 図である。 図 9および図 1 0は、 本発明の複合生体イ ンプラ ン 卜の製造方法を説明するための図であって、 このうち図 9が分 解斜視図、 図 1 0がー部を切断して示す正面図である。 図 1 1 および図 1 2 は、 本発明の複合生体ィ ンプラン トの剥離強度の ; 定法を説明するための図であって、 このうち図 1 1 が分解斜 視医、 図 1 2がー部を切断して示す正面図である。 具体的構成

^下、 本発明の具体的構成を詳細に説明する。 本発明のイ ン プラ ン ト は基体に高塑性金属を用い、 その表層部に金属塑性を j し てセラ ミ ッ クス粒子が埋め込まれている。

[金属基体]

二 こで闲ぃられる高塑性金属材料は、 生体に為害性がなく 、 一定以上強度、 例えば 5 0 0 M P a以上を有し、 " 高塑性" す なわち、 強度が著し く 劣化する温度、 例えば融点の 7 0 %以下 で六きな塑性を示すものであれば特に制限はない。 このう ち、 よ り一層金属とセラ ミ ッ クス粒子との接合を容易にする点で、 融点の 7 0 %以下の温度で、 圧力 5 0 M P aの条件で延性 5 0 %以上の高塑性金属材料、 よ り好ま し く は 2 0 0 %以上の超塑 性金属材料を使用するのが良い。

このよ う な超塑性金属材料と しては、 T i 、 T i - 6 A 1 - 4 V (数字は重量％ ) 、 T i 一 A l — S n 、 T i — P d 、 T i - M o , T i 一 Z r 、 T i 一 F e 、 T i 一 A l - V - M o - F e 、 T i 一 F e - N - 0 、 T i 一 C r 一 S i 、 T i - P d - C r のよ う な A l 、 V 、 F e 、 M o 、 C r 、 Z r 、 P d 、 N、 S i 、 N 、 0等の 1 種以上を総計 2 0重量％以下含有する T i 系台金、 Z n — 2 2 A 1 、 Z n — 2 1 . 5 A 1 - 0 . O l M g 合金 （ S P Z ) のよ う な A 1 系合金、 ステン レス鋼、 N i 系合 金等が好ま しい。 しかし、 生体適合性の点では、 純 T i (延性 約 2 0 0 %程度） 、 T i 系合金が好ま しい。 これら T i あるし、 は T i 系合金は、 一般に 8〜 ： I 0 X 1 0 _⁶°C一¹程度の熱膨張係 a をもつ

なお、 金属基体は後述の埋め込み加工で変形するため、 表面 は平坦であっても よいが、 予め、 その表面を粗面化しておいて も よ い。 すなわち、 J I S B 0 6 0 1 に規定された表面粗さ は、 測定下限から 3 0 0 M m の範囲であってよい。

[埋め込み加工]

発明のイ ンプラ ン トでは、 前記の高塑性金属基体の表層部 にセラ ミ ッ クス粒子を埋め込むこ と によ って作る こ とができ る。 この方法と しては、 金属基体とセラ ミ ッ クス粒子を接触さ せた状態で、 加熱 ， 加圧し、 金属の塑性変形を利用して埋め込 み接合させる 「金属塑性加工処理」 を用いるこ とができる。 な かでも、 前記超塑性金属材料による塑性 （超塑性） 加工処理が 好ま しい。

この金属塑性加工処理は、 通常のホッ トプレス （ H P ) 、 熱 m静水圧プレス （ H I P ) 、 温間静水圧プレス （ W I P ) 等に よ り 行なう こ とができ る。 イ ンプラ ン 卜 が単純形状の場合に は、 製造の容易さから H Pを用いるこ とが好ま し く 、 複雑形状 の場合には H I Pや W I Pを用いる。

プレス温度は、 通常 2 0 0〜 1 2 0 0 °Cの範囲であり、 基体 と なる金属材料の融点以下と する。 プレス圧力は、 通常 1 〜 5 0 0 M P a、 よ り好ま し く は 5〜 3 0 0 M P a、 さ らに好ま し く は 5〜 1 0 0 M P aの範囲であるこ とが好ま しい。 処理時 間は通常 1 〜 6 0 0分とする。 変形量は埋め込む粒子の寸法に もよるが、 一般に基体全体の真ひずみで 0. 1以上、 好ま し く は 1 〜 3程度である。

そ し て、 所定の形状に加工した金属基体に、 例えばグリ ス等 を塗布し、 この基体の必要箇所にセラミ ッ クス粒子を密に付着 させ、 この加工処理を施せばよい。 このよ うな処理によ り 、 図 1 および図 2の写真に示されるよ う な金属基体表面にセラ ミ ッ クス粒子が埋め込まれた人工歯根用ィ ンプラ ン 卜 が作製され [セラ ミ ッ クス粒子]

こ こ で用いられるセラ ミ ッ クス粒子は、 通常、 平均粒径 1 〜 5 0 0 0 m 、 好ま し く は 1 0〜 2 0 0 0 m 、 さ らに好ま し く は、 3 0〜 3 0 0 μ ιη の範囲のものを用いる。 この範囲であ る と塑性埋め込みが容易となる。 また粒径が大きすぎる と、 塑 性埋め込みが困難と な り やす く 、 また粒子同士の隙間が大き く な り 、 粒子自体が大きいので、 イ ンプラ ン 卜 自体大きいものに なって し ま う 。 また、 粒径が小さすぎる と、 埋め込み加工が困 難と なる。 そ して、 上記粒径範囲のセラ ミ ッ クス粒子を用いる と 、 後述の好ま しい表面粗度を有するイ ンプラ ン 卜を作るこ と ができる。

セラ ミ ッ クス粒子の粒度分布は、 でき るだけ均一であるこ と が好ま し い。 セラ ミ ッ クス粒子の粒径が均一な場合は、 各粒子 の埋め込み深さ （埋め込み率） の均一性が図られ、 接合強度の 均一性が図られるからである。 但し、 比較的大きな粒子を用い る場合には、 同時に小さな粒子を併用 し、 2つ以上の粒度分布 を持つ粒子を使用するこ と もできる。 この場合には、 大きな粒 子間の隙間に小さな粒子が入り 、 埋め込まれ、 セラ ミ ッ クス層 の面方向での均一性が図られる。

ま た、 セラ ミ ッ クス粒子の形状と しては、 平均形状係数が 2 以下、 好ま し く は 1 . 5以下であるものが好ま しい。 即ち、 形 ^係数が大き く なるほど、 形状が不定型で、 基体上にセラミ ツ クス粒子が偏在しやすく 、 隙間が生じやすい。 このため、 形状 係数は 1 に近いほうが好ま しい。 なお、 形状係数は粒子の最短 径を最長径で除した値であり、 無作為に抽出した 1 0 0個程度 の粒子から平均形状係数を算出すればよい。

さ らに、 セラ ミ ッ クス粒子が球形である と、 プレス時に粒子 同士が滑り合い、 むらがなく 、 面方向に均一なセラミ ッ クス層 を形成しやすく好ま しい。 また、 生体組織へのイ ンプラ ン 卜の 移 f直後においても、 セラ ミ ッ クス層に極端な鋭角部分が無いた め、 生体に無用な剌激を与えず、 骨の吸収が生じに く い。 浚 に、 骨等の生体硬組織へのイ ンプラ ン 卜のア ンカ一効果を高 ぬ、 よ り一層強い固定化を図る場合には、 セラミ ッ クス粒子に 角 § を有する粒子を用いる方が好ま しい。

さ らに、 セラ ミ ッ クス粒子の熱膨張係数 a i は、 金属基体の 然膨張係数 α , の 0 . 5〜 1 . 5倍であるこ とが好ま しい。 こ の と き、 埋め込み加工時のセラ ミ ッ クス粒子の破損や脱落が防 二される。

発明に用いるセラ ミ ッ クス粒子は、 焼結体を粉砕した り 、 噴霧熱分解法や転動造粒法や流動層で造粒したのち焼結した り 、 溶液等の液相合成法で得た粒子を焼結したり 、 噴霧焙焼焼 結、 転動層、 流動層焼結を行った り して製造すればよい。 [埋め込み層]

セラ ミ ッ クス粒子の埋め込み深さ、 即ち埋め込み率は、 粒径 の 1 0 〜 ： 1 0 0 %の範囲が好ま し く 、 よ り 好ま し く は 4 0〜 7 0 %の範囲である。 人工歯根等のイ ンプラン トは移植後継続 的に応力が加わるため、 埋め込み率が小さいと、 粒子の欠落の 恐れがあ り 、 他方、 埋め込み率が大きすぎる と、 セラ ミ ッ クス の間に金属部分の露出部が増えた り 、 イ ンプラ ン トのアンカ一 効杲の低下が生じる。 なお、 埋め込み率は、 顕微鏡視野下、 断 面を観察し、 無作為に抽出した例えば 1 0 0個の埋め込み粒子 の埋め込み長の基体法線方向の粒子長に対する比から算出すれ ばよい。

さ らに、 イ ンブラ ン トが生体硬組織等に接触する部分 （生体 接触面） の内、 セラ ミ ッ クスで被覆されている面積の比率 （セ ラ ミ ッ クス粒子の被覆率） は、 好ま し く は 2 0 %以上、 よ り好 ま し く は 4 0 %以上、 さ らに好ま し く は 7 0 %〜 1 0 0 %であ る こ と が好ま しい。 生体親和性や生体活性の点では、 生体接触 面は全て生体セ ラ ミ ッ ク スで形成さ れて いる こ と が好ま し い o

なお、 セラ ミ ッ クス粒子の埋め込み加工によ り セラ ミ ッ クス 粒子は実質的に変形せず、 金属基体に変形を生じる。 表層での 変形量は前記の埋め込み率に対応し、 粒径の 1 0 %程度以上で ある。 なお、 セラ ミ ッ クス粒子は、 埋め込み加工によ り実質的 に変形しないので、 通常、 埋め込まれた粒子一層分から埋め込 み層が形成されるこ とになる。

ま た、 セラ ミ ッ クス粒子の埋め込み層の厚さは、 通常 1 〜

5 0 0 μ m 、 好ま し く は 5〜 1 2 0 m の範囲とする。 埋め込 み体の形成する層 （埋め込み層） の厚さは、 顕微鏡写真から、 凹凸表層をもつ基体の凸部の包絡線と、 埋め込んだ粒子の上部 の包絡線との差から、 算出すればよい。 埋め込み層が薄すぎる と ア ン カ一効果が小さ く な り 、 後のセラ ミ ッ クス被覆層を設け た時の剥離強度が低下する。 また厚すぎる と剥離しやすく なつ ノ

ヽ O ₀

セラ ミ ッ クス層粒子の埋め込み層の表面粗さ （ J I S B 0 6 0 1 の R a ) は 1 〜 2 0 0 0 μ πι が好ま し く 、 特に 1 0〜 3 0 0 m が好ま しい。 平滑すぎる と、 表面が滑りやすく ア ン カー効果がえられに く く 、 また粗れていすぎると、 骨との接触 面が少なく なり、 結合速度が遅く 成る。

二のよ うに、 セラミ ッ クス粒子は、 機械的なかしめ構造によ り 金属基体中に強固に接合する他、 界面では固相接合も生じて いる と考えられる。

[セラ ミ ツ クス被覆]

セラ ミ ッ クス粒子の埋め込みでは、 充分な被覆ができない場 合、 あるいは金属基体面を完全にセラミ ッ クスで被覆したい場 合には、 セラミ ッ クス粒子の埋め込み層の上にさらにセラ ミ ッ クスの被覆層を設けるこ とができる。

このセラ ミ ッ クス被覆層は、 セラ ミ ッ クス粉末にバイ ンダ一 を混ぜてペース 卜化し これを塗布し焼成する塗布法、 あるいは 溶射法、 さ らには蒸着、 スパッ タ等の気相成膜法等の公知の方 法を用いて形成する こ とができ る。

このセラ ミ ッ クス被覆層は、 その下部に金属基体と強固に結 合したセラ ミ ッ クス粒子の埋め込み層が存在し、 これとセラ ミ ッ クス同士で結合しているために従来に無い強い接合強度をも たせる こ とが可能となる。

この場合、 このセラ ミ ッ クス被覆層に用いる材料は、 セラミ ッ クス粒子と結合一体化させ接合強度を高めるために、 前記セ ラ ミ ッ クス粒子と実質的に同種のセラ ミ ッ クス材料 （主要成分 が同一のセラ ミ ッ クス材料） を用いるこ とが好ま し く 、 よ り好 ま し く は同一組成の材料を用いる。 この場合、 主要成分が同一 である と は、 3 0重量％、 特に 2 0重量％、 さ らには 1 0重量 %以上含まれる成分が含まれてお り 、 その成分の量比が 1ノ 3 〜 3、 特に 1 Z 2〜 2程度のものを包含する。

金属基体上に設けるセラ ミ ッ クス被覆層の厚みは、 埋め込 み層 と の全体で通常 l 〜 5 0 0 0 At m 、 好ま し く は 1 0〜 2 0 0 0 μ m , 更には 5 0〜 ； Ι Ο Ο Ο μπι が好ま しい。 これ力 s 薄すぎる と、 新生骨の生成が不十分とな り やすく 、 また厚すぎ る と剥離強度が低下しやすい。 なお、 この厚さは、 前記の金属 基体の表層凸部の包絡線から、 被覆層の表面包絡線までの厚さ と して計測される。 このよ う な場合、 被覆層の厚さを調整し、 セラ ミ ッ クス粒子埋め込み層が形成する凹凸の表面性を残すこ とが妤ま しい。 すなわち、 本発明のイ ンブラン トは、 セラミ ツ クス粒子埋め込み層が形成する粗面状表面ないし凹凸状の表面 をもつこ とが好ま し く 、 セラミ ッ クス被覆層を形成する場合に も、 この表面性を残すのが好ま しい。 この凹凸状のイ ンプラン ト表靣は、 生体硬組織への移植時において、 生体硬組織に対し ア ンカ一効果を果たし、 強固な初期固定を行う こ とができる。 また、 生体親和性セラミ ッ クス材料からなるこの凹凸形状は、 新生骨の誘導を促進し、 かつ新生骨が当該凹凸間に入り込み一 化するこ と によ って、 強固な最終固定を達成する。 この場合 3イ ンブラン ト外表面の平均表面粗さ R a ( J I S B 0 6 0 1 ) は、 1 〜 2 0 0 0 μ πι 、 好ま し く は 5〜； L O O Ai m の範 W.が好ま しい。

さ らに、 このセラミ ッ クス被覆層に空孔を設け、 多孔性にす る 二 とによ り 、 生体親和性を高め、 新生骨形成の促進を図るこ と ができ る。 すなわち、 イ ンプラ ン ト表面に形成された空孔 ：ニ、 骨芽細胞や栄養血管が入り込み新生骨の生成を進め治癒の 期化が図られる。 .

二 のセラ ミ ッ クス被覆層の空孔の平均粒径は 1 0〜 1 0 0 m が好ま し く 、 よ り好ま し く は 2 0〜 8 0 ΠΙ の範囲であ る。 気孔率は 1 0 ~ 7 0 %が好ま し く 、 よ り好ま し く は 2 0〜 6 0 の範囲である。 平均孔径が小さすぎる と、 孔内に細胞が入 れな く な り 、 治癒の早期化ができな く なる。 大きすぎる と、 強 度が低下する他、 細胞に と って空隙が大きすぎ、 その効果が低 下する。 また気孔率が小さすぎる と、 生体親和性の向上が充分 図られず、 大きすぎる と 、 強度が低下する。 なお、 空孔径、 気 孔率は顕微鏡または走査型電子顕微鏡で観察して算出する。

このセラ ミ ッ クス被服層に空孔を形成する方法と しては、 従 来知られた種々の方法を用いるこ とができ る。 例えば、 セラ ミ ッ クス材料粉末に、 所望の孔径 ， 気孔率に対応したセルロース 粒子や樹脂粒子等の熱分解物質を混合し、 さ らに溶剤、 樹脂バ イ ンダーを混ぜたペース ト を作り 、 これを、 イ ンプラ ン ト上に 塗布、 焼成する方法がある。 セラ ミ ッ クスペース ト の焼成時に 混合させた熱分解性物質粒子が、 分解消失し、 当該粒子に対応 した気孔が形成される。

こ こ で形成される気孔の構造は、 混合する熱分解物質の種類 によ り種々のものが得られる。 例えば、 樹脂粒子の場合には、 粒子形状のま まの比較的大きな気孔部分と、 分解消失時に出る 分解ガスが形成する細孔通路孔を形成する こ とができ る。 ま た、 結晶性セルロース等を用いる場合には、 全体に連通する不 定形の気孔通路を形成するこ とができる。 こ こで用いられる熱 分解性物質の粒子は、 通常、 平均粒径 1 0〜 1 0 0 m 、 好ま し く は 2 0〜 8 0 / ιη 、 混合量はセラミ ッ クスペース ト中 ；！ 0 〜了 0重量％、 好ま し く は 3 0〜 6 0重量％の範囲で用いられ 金属基体上に焼き付けられたセラ ミ ッ クスの被覆層では、 通 莴、 その平均結晶粒径が 0 . 0 0 1 〜 1 0 0 m の範囲である こ とが好ま しい。 また、 1 0 0 0で以上の焼成温度を有する材 料では、 0. 0 1 〜 5 0 /z m の範囲が好ま し く 、 0 . 1 〜 2 0 ffi の範囲が更に好ま しい。 他方、 低温焼成材料では 1 μ πι 以 下が好ま し く 、 0 . 1 At m 以下が更に好ま しい。 結晶粒径が小 さすぎる と製造が困難であり 、 他方大きすぎる と強度が低下す る ： なお、 結晶粒径は走査型電子顕微鏡 （ S E M) によ り測定 し た結晶粒子面積からこれを円と仮定してその平均直径を求め

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[セラ ミ ッ クス]

高塑性金属基体の表層部に埋め込むセラ ミ ッ クス粒子とセラ ミ ッ クス被覆層の材料と しては、 種々の材料が用いるこ とがで き るが、 例えばヒ ドロキシアパタイ ト （ H A P ) や燐酸三カル シ ゥ 厶 （ T C P ) 、 バイ オガラス等の燐酸カルシウム系のも O , 単結晶または多結晶のアルミナ系のもの、 ジルコニァ系の もの、 あるいはディ オプサイ ド等の各種の非燐酸カルシウム系 の主体活性セラ ミ ッ クス材料等が用いられる。

イ ンブラ ン トのうち生体代替体ないし補充体と しては、 生成 した新生骨がセラ ミ ッ クス材料と直接結合するいわゆる生体活 性を有するセラ ミ ッ クス材料が好ま しい。 この生体活性セラ ミ ッ クス材料と しては、 骨側から結合し得る燐酸カルシウム系セ ラ ミ ッ クスが知られてお り 、 特に H A Pや T C P またはフ ッ化 カルシウム （ F A P ) 等が好ま しい。

しかし、 生体活性を有しつつ、 強度が高く 、 しかも組織内に 留置した と きその表面に骨生成が可能で、 材料側および骨側ヌ 方から互いに結合を生じるディ オプサイ ド等の非燐酸カルシゥ ム系の生体活性セラ ミ ッ クス材料がよ り 好ま しい。 この材料 は、 アルカ リ土類金属酸化物およびアルカ リ金属酸化物の少な く と も一種以上と S i 0 2 を含有する組成からなる焼結セラ ミ ッ ク ス材料であ り 、 しかも基本成分と して燐を実質的に含有し ない非燐酸カ ルシウ ム系焼結セラ ミ ッ ク ス材料である。 そ し て、 こ の材料は、 非燐酸カルシウム系であ り ながら生体活性を 示し、 燐を含有する水溶液 （例えば体液、 凝似体液） と接触し た場合、 その接触面において燐酸カ ルシウム系化合物、 例えば 水酸アパタイ ト （ H A P ) を生成する こ とを特徴とする。

なお、 セラ ミ ッ クスは、 生体内留置用の医療用具ないし機器 では、 生体適合性ないし生体親和性を示すものでよいが、 この ものは例えば骨を材料と隙間な く 成長でき るものをいう。 生体 活性は、 こ の生体適合性の特殊例であるので、 この明細書で は、 生体適合性は生体活性を包含する もの とする。 生体適合性のセラ ミ ッ クス材料と しては、 アルミナ系、 ジル コニァ系、 シリ カ系、 力ルシア系、 マグネシア系、 チタニア系 等の酸化物系の他、 炭化物系、 窒化物系等のセラミ ッ クス材料 のほ とんどが使用可能であ り 、 生体内留置用の医療用具ないし 材器では、 埋め込みセラミ ッ クス粒子、 セラミ ッ クス被覆層双 方と も適用可能である。 また、 生体の硬組織の代替体ないし補 充体の場合、 セラミ ッ クス被覆層を設ける ときの埋め込みセラ ミ ッ クス粒子と しても適用可能であるが、 被覆層は生体活性を もつものが好適であり 、 粒子はこれと同種の材料であるこ と力 ^s 好ま しいので、 埋め込み粒子、 被覆層と も後述の生体活性セラ ミ ッ クスを用いるこ とが好ま しい。

{生体活性組成 }

発明に使用する生体活性セラ ミ ッ クス材料の代表的組成と し て 、 アルカ リ土類金属酸化物およびアルカ リ金属酸化物の 少な く と も一種以上と S i 0 ₂ とを重量比で 1 ： 4ないし 6 ： 1 の範囲に有るものであり 、 好ま し く は 1 ： 3 ないし 2 ： 1 の 範！;のものである。 この範囲外では、 生体親和性または強度が 下し て く る。

この組成において、 アルカ リ土類金属酸化物およびアル力 リ 金属酸化物の含有量に対し、 S i 0 ₂ の含有量を増加させるこ とによ り 、 熱膨張係数を低下させるこ とができる。 そして、 こ れによ り前記のよう に金属基体との熱膨張係数との整合 （両者 の比が好ま し く は 0. 5〜 1 . 5 ) を図るのが好ま しい。 金属 基体とセラ ミ ッ クス材料の熱膨張係数が著し く 異なる と金属型 性加工処理時またはセラ ミ ッ クス被覆層の焼付け時にセラ ミ ッ クス部の破損を生じる恐れがある。 前記の金属基体上にセラミ ッ クス材を積層する場合、 S i 0₂ の含有量をセラ ミ ッ クス組 成全体に対し 3 0〜 7 5重量％の範囲、 好ま し く は 3 5〜 7 0 重量 ％ の範囲 で含有 さ せ る こ と に よ り 熱膨張係数 _α , を 6. 6 5 X 1 0 —⁶〜 1 2 . 3 5 X 1 0⁶ の範囲に調整する こ と ができ る。

こ の よ う な場合、 アルカ リ 土類金属酸化物 と しては、 主に C a O、 M g O、 S r O、 B a O等の中から 1種も し く は 2種 以上が選ばれ、 好ま し く は C a 0 、 M a 0 の中か ら選ばれ る。

( C a 0必須組成）

アルカ リ土類金属酸化物の中では、 析出する H A P成分を含 む C a 0を必須成分と したものが生体活性、 強度、 製造の容易 さの点で好ま しい。 特に、 セラ ミ ッ クス組成中に C a 0を 2 0 〜 9 0重量％ 、 特に 3 0〜 7 0重量％含有する のが好ま し い

ま た C a 0を必須成分と し、 その一部に M g 0、 S r 0、 B a O等の他のアルカ リ土類金属酸化物を用いるこ と もでき、 特に M g 0の含有は、 低温焼成化と共に熱膨張係数の調整に寄 与し好ま しい。 即ち、 x C a O · y M g 0 · 2 S i 0₂ で示さ れる組成において、 Xを増加させる と熱膨張係数が増大し、 3- を増加させる と熱膨張係数が減少する。 例えば、 C a 0 、 2 S i 0 ₂ 、 l / 2 C a O - l / 2 M g O - 2 S i 0 ₂ , M g 0 · 2 S i 0₂ の各組成では、 α】 はそれぞれ 1 0. O x 1 0 ~ 9. 5 x l 0 -⁶、 7. 5 X 1 0 -⁶となる。 これによ り 熱膨張係数の調整が可能である。 なお、 C a 0 と M g 0の重量 比は 1 ： 1 0〜 ： L 0 0 ： 0、 特に 1 ： 1 0〜 ； L 0. 1 が特に好 ま しい。

M g 0 の含有量は、 好ま し く は、 セ ラ ミ ッ クス組成中に 0 . 1 〜 6 0重量％の範囲で含有させる。 特に T i等の金属と O熱膨張係数の整合、 低温焼成化を図る場合には、 M g Oの含 有量は 0. 1 〜 3 5重量％の範囲が好ま し く 、 また C a Oを主 と する材料系では、 例えば C a 0 = 1 0〜 8 8重量％、 ： U g 0 = 2〜 3 5重量％、 S i 0₂ = 1 0〜8 0重量％、 好ま し く は C a 0 = 1 8〜4 7重量％、 M g 0 = 1 0〜 2 5重量 %、 3 1 0₂ = 3 7〜 6 8重量％の範囲が好ま しぃ。

( C a Oを含有しない組成系）

当初は、 セラ ミ ッ クス上での H A Pの生成については、 H A P成分を含む C a Oの存在が不可欠と考えられた。 しかし、 そ の後の研究によ り意外にも C a 0を含まない組成系においても H A Pの生成能があるこ とを発見した。 また、 この組成系にお いても従来の燐酸カルシウム系セラ ミ ッ クス以上の生体活性を 示すこ とが判かった。

即ち、 C a Oにかえて、 M g O、 S r O、 B a O等の他のァ ルカ リ土類金属酸化物および/またはアル力 リ金属酸化物の少 な く と も一種以上の金属酸化物を用いる こ と も可能であ り 、 こ の場合、 C a Oを実質的に含有しない組成とするこ と も可能で ある。 M g O、 S r O、 B a O等の他のアルカ リ土類金属酸化 物を用いる場合には、 その含有量は、 セラ ミ ッ クス組成中に 0.. 1 〜 9 0重量％範囲で用いられ、 合計量と してセラ ミ ッ ク ス組成中に 2 0〜 9 0重量％、 特に 3 0〜 7 0重量％含有する ものが好ま しい。

ま た、 上記アルカ リ土類金属酸化物にかえて、 またはその一 にアルカ リ 金属酸化物を用いるこ とができる。 この場合は、 主と し て N a ₂ 0、 K ₂ 0、 L i 2 0の中から 1種も し く は 2 種以上が選ばれ、 好ま し く は M g 0、 さ らには C a 0等への添 力!組成と して用いられる。

これらの場合のアル力 リ金属酸化物の含有量は、 セラ ミ ッ ク ス組成中に 0. 1 〜 9 0重量％の範囲で用いられ、 合計量と し てセラ ミ ッ クス組成中に 0. 1〜 7 0重量％、 特に 5 0重量以 下の範囲が強度、 生体活性、 熱膨張係数の整合の点で好ま し い

(組成領域例） 本発明で用いるセラミ ッ クス組成は、 アル力 リ土類金属酸化 物を含有する材料系では、 例えば、 ディ オプサイ ド （ Diopside ： ( C a , M g ) 0 - M g O — 2 S i 0 ₂ 特に 2 S i 0 ₂ — C a 0 - M g 0 ) 、 ゥ オ ラ 卜 ナイ 卜 （ Wollastonite: β - ( C a 、 g ) 0 - S i 0 ₂ 特に C a O — S i 0 ₂ ) 、 エー ラ イ 卜 （ alite: 3 C a O — S i O ) 、 ベラ イ 卜 （ belite: 2 C a O - S i 0 ₂ ) 、 ァーケルマナイ 卜 （ Akermanite: 2 C a O - M g O - 2 S i 0 ₂ ) 、 モ ンチセライ ト （ Monti- cellite: C a 0 - M g 0 - S i 0 ₂ ) 、 ホルス テ ラ イ ト ( Forsterite: 2 ( M g 、 C a ) 0 - S i 0 ₂ ) 、 プロ ト ニ ン ス 夕 タ イ ト （ Pro toenstati te ( ( M g 、 C a ) 0 — S i 0₂ ) ) 、 ト リ ジマイ ト （Tridymite: S i 0₂ ) などの領 域 （ field)に属するセラミ ッ クス材料を挙げるこ とができる。 これらは、 図 8の 3元状態図中に示される。

C a 0を必須とする材料系では、 好ま しいのはディ オプサイ 卜 、 ゥオラ 卜ナイ ト、 エーライ ト、 ベライ ト、 ァーケルマナイ 卜 、 モンチセライ トの各領域のものであ り 、 中でも特にに比較

S3 温で焼結し う るディ オプサイ ト領域のもの、 ゥォラ トナイ ト 領域のものを主体とするセラ ミ ッ クスは強度も高く 好ま し い。 また C a 0を含有しない材料系ではホルステライ ト領域の ものが好ま しい。 なお、 上記の好ま しい組成領域のセラ ミ ッ ク ス材料のみならず、 前記の他の化合物との混合物も用いるこ と ができる。

ア ルカ リ 金属酸化物を含有する材料系では、 S i 0

K 0 、 S 0 一 L i O — M g O 、 S 0 L 0 一

T i 0 ₂ 、 S i 0 2 - T i 0 2 一 C a O、 S i 0 ₂ - N a ₂ 0 系等の組成系の も の が あ る 。 特に低温焼成で き る の は 、 S i 0 ₂ - K ₂ 0、 S i 0 ₂ - N a 2 0系のものである。

本発明で用いるセラ ミ ッ クスには、 前記した成分の他に、 必 要に応じて所望の物性を損なわない程度の量、 通常は 5重量％ 以下の範囲で任意成分、 例えば T i 0 ₂ 、 Z n 0、 B ₂ 0 a 、 F e O 、 Z r 0 ₂ 等を配合する こ とができる。 特に T i 0 ₂ 等 金属基体材料の酸化物をセラ ミ ッ クス中に含有させるこ とによ り 金属基体の接合強度の向上を図る こ と も で き る 。 但 し 、 A 1 2 0 3 の含有は生体活性を低下する傾向があるので余り好 ま し く ない。

(セラ ミ ッ クスの低温焼成化）

本発明では、 セラ ミ ッ クス粒子を埋め込んだイ ンブラ ン ト上 にセラ ミ ッ クス被覆層を焼き付け法等で積層する際、 基体材料 の融点以下にセラ ミ ッ クスの焼成温度を抑える こ とが好ま し い。

例えば、 主な金属材料の溶融温度 と しては金属チタ ンでは

1 6 6 8 。C、 T i 一 6 A 1 — 4 V合金では 1 6 5 0。C、 ステン レス鋼では 1 4 0 0 。C、 ニッ ケル合金では 1 3 0 0。Cである 従って、 セラ ミ ッ クスの焼成温度は 1 2 0 0 ^eC以下、 好ま し く は 1 0 0 0 。C以下にするこ とが好ま しい。

低温焼成化の方法と しては、 組成を調整する方法のほか、 原 料粉末の微細化等によ りセラミ ッ クスの活性度を高める方法、 セラ ミ ッ クス粉末に低融点のガラスフ リ ツ トを混合して焼成温 度を低下する方法が有効である。 これらは別個に用いるこ と も できるが、 相互組合わせて実施するのが好ま しい。

セラ ミ ッ クスの活性度を高める方法と しては、 原料粉末の微 細化を行なう方法、 セラミ ッ クスの原料粉の表面を酸処理し活 性化する方法等がある。 セラミ ッ クスの原料粉末粉径は B E T 値粒度で、 通常 0 . l m ²/g以上であるが、 特に低温焼成が必要 で微細化する場合には、 5 m ^z /g以上、 更には 1 0〜 2 0 0 m ²/g の範囲にするのが好ま しい。 粒径が大き く B E T値が小さすぎ る と低温焼成化が図られ難く 、 逆に粒径が小さ く B E T値が大 きすぎる と製造が通常困難となるためである。 また、 活性を高 めるうえでは、 セラ ミ ツ クス材料粉末が微細であると と もに、 均一であるこ とがよ り好ま しい。

上記のよ うな材料粉末を焼成前に塩酸等で酸処理し、 表面の 活性を高めるこ とを行なっても良い。

また他にも、 低融点ガラスフ リ ツ 卜をセラミ ツ クス粉末に混 合してマ ト リ ッ クス状態にし、 焼成温度を低下させる方法も有 効である。 この方法は、 セラミ ッ クス粉末を低融点ガラスフ リ ッ ト を水等の溶媒で混合してペース ト化し、 これを基体に塗 布、 焼成して密着するものである。 しかし、 ガラスの添加は焼 成温度の低下には有効であるが、 生体活性を低下させる傾向が あるので、 生体活性の点では上記セラ ミ ッ クスの活性度を高め る方法がよ り好ま しい。

この場合の焼成温度は、 ガラスの軟化温度以上で通常 4 0 0 〜 1 0 0 0 °Cで行なう。 ガラスと しては、 例えば、 シリ カ系、 ホ ウ酸塩系、 ケィ酸塩系、 ホウケィ酸塩系、 リ ン酸塩系等のも のが挙げられ、 特にホウケィ酸塩系ガラスは処理温度が適当な ので好ま しい。 ガラスの配合量は、 被覆材料全量に対し通常 5 〜 8 0重量％、 好ま し く は 1 5〜 6 0重量％の割合で配合され る。 この配合量が上記範囲未満では、 被着性が低下し、 これを 超える と生体活性を低下させる。

(セラ ミ ッ クス材料の合成方法）

本発明に用いるセラ ミ ッ クス材料の粉末は、 上記のとお り 、 乾式合成法、 湿式合成法等によ り合成するこ とができるが、 微 細で均一な粉末を生成する為には、 噴霧熱分解法、 共沈法や沈 澱法等の液相合成法、 アルコキシ ド法、 ゾルゲル法等の方法を 用いるのが好ま しい。

即ち、 噴霧熱分解法は、 所望組成に調整したセラ ミ ッ クス成 分イ オ ンを含む水溶液をガス ま たは超音波振動子によ り 霧化 し、 これを加熱し合成を行なう ものであ り 、 球状、 中空の微細 粒子を得るこ とができる。 また、 得られた中空粒子を更に粉砕 し 、 B E T値を高めるこ と も好ま しい。

共沈法は、 各セラミ ッ クス成分イ オ ンを水溶液状態で均一混 合した後、 溶解度の差を利用 して化学的に混合成分を同時に固 相と して析出させるものであ り 、 成分純度が高く 、 6 0 ra ²/g以 上の微粒子を得るこ とできる。

アルコキシ ド法は、 C aアルコキシ ドゃ S i アルコキシ ド等 を混合し、 各セラ ミ ッ クス成分を含むアルコキシ ド溶液を用意 し 、 これを加水分解反応させて合成するものであり 、 高純度で B E T値の大きい微細粒子を得るこ とができる。

ゾルゲル法は、 所望成分を水溶液で混合しゾル状態と し、 そ れを脱水しゲル化し、 仮焼き して酸化物とするものである。

(被覆方法）

金属基体へのセラミ ッ クス被覆層の積層方法と しては、 例え ば、 焼付け法、 溶射法、 またはスパッ タ法等の気相成膜法等を いるこ とができる。

燒付け法は、 前記のセラ ミ ツ クス材料粉末に有機樹脂等のバ イ ン ダ成分やアルコール類の溶媒成分を混合し、 ペース ト化 、 このペース ト を金属基体上に塗布し、 焼成して焼き付けを 行う。 これによ り 、 強固な接合が可能になる。 この場合の焼成 ;1度は、 5 0 0 ^eC以上で金属基体の溶融温度以下、 好ま し く は S 0 0〜 1 5 5 0 ° (：、 よ り好ま し く は 1 4 0 0 ^eC以下、 特に軟 化点の低い金属基体に対しては 1 2 0 0で以下とするこ とが好 ま しい。

溶射法は、 ガス、 プラズマ等でセラ ミ ッ クス材料粒を溶解 し、 噴霧状態で基体の上に付着させるものである。

なお、 従来の H A P材料を溶射法で積層する場合には、 高温 加熱時に T C Pへの転化が生じやすい と いう 問題点があっ た が、 本発明の特に好ま しい生体活性材料系では材料の転化は生 じに く く 有利である。

なお、 中間層、 金属基体の表面を酸化処理し、 金属酸化膜を 設けるこ とによつてもできる。

また、 前記のとお り 強度を損なわない範囲で、 このセラ ミ ツ クス層の一部または全部を独立気孔および連続気孔を有する多 孔質体にする こ と もでき る。 この場合予め焼き付けた緻密質セ ラ ミ ッ クス層の上に多孔質層を形成しても良い。 これによ り 、 前記の とお り 、 骨芽細胞の保持および骨芽細胞、 血液等の流通 を ί足し、 新生骨の生成、 結合を促進するこ とができる。 実施例

以下、 本発明を実施例を示し説明する。

実施例 1

超塑性金属材料と して、 融点の 7 0 %の温度 （ 1 0 0 0 °C ) での延性が 2 0 0 %以上をしめす金属純 T i を用い、 図 1 の形 状に成形し人工歯根基体と した。 人工歯根基体の寸法は、 長さ 1 3 . 5 mm、 歯根部直径 （下部直径） 2 . 7 ram、 歯頸部直径 (上部直径） 3 . 7 mmと し、 基体表面をブラス ト処理によ り粗 面化した （ R a 3 5 iLt m ) 。

埋め込みセ ラ ミ ッ ク ス粒子は、 次の よ う に し て得た。 C a C 0 a 3 6 . 0重量％、 S i 0 ₂ 4 6 . 0重量％ぉよび M g 0 1 8 . 0重量％を、 常法によ り混合し、 1 0 0 0 °Cで仮 焼したのち、 粉砕、 成形し、 次いで 1 2 8 0 °Cで焼成した。 こ の ものをアルミナ乳鉢で粉砕しふるいによ り分級して平均粒 径 2 5 0 3 0 0 /x m の緻密なディ オプサイ ド （ C a O . 2 S i 0 ₂ . M g 0 ) 粒子を得た。 こ こで得られたディ オプサ イ ド粒子の圧縮強度は 2 0 0 M P aであ り 、 熱膨張率は 1 0 X 1 0 — ^S°C であ り 、 T i 金属基体の熱膨張率は 9 . 7 X 1 0 -^ε °C - ^:であるので、 その 1 . 0倍である。

次に、 図 9 に示されるよ うに、 T i 製の基体 2表面に高真空 グリ スを塗布し、 これによ り前記ディ オプサイ ドのセラミ ツ クス粒子 3 0 を側部および底部の全面に密に付着させ、 アルミ ナ製の金型によ り一軸方向にホッ トプレスをおこない、 金属基 体を半径方向に延展させるこ とによ り 、 塑性加工を行った。 金 型は、 図 9および図 1 0 に示されるよう に、 筒状体 5内に配置 した割型 4の上下に、 上パンチ 6 1 、 下パンチ 6 5を配置し、 これをブレス手段 6 7によ り押圧する構成である。 プレスは、 まずサンプル 1 0を金型内に固定し 9 5 0 °Cで 1 時間加熱し、 次いで、 加熱状態のま ま 1 5 M P aで 3 0分間加圧した。 これ によ り 、 大略、 図 1 、 図 2の写真に示されるよ う な人工歯根サ ンプルが得られた。 なお、 この写真は後述の実施例 5の表面写 真である。 この実施例 1 で得られたサンプルの断面写真は図 5 に示される。

実施例 2

埋め込みセラ ミ ッ クス粒子の平均粒径を 1 2 5〜 1 5 0 w m に替えた以外は、 実施例 1 と同様にして人工歯根サンプルを作 製した。

実施例 3

埋め込みセラ ミ ッ クス粒子をウォ ラス トナイ 卜に変えた以外 は、 実施例 1 と同様にして人工歯根サンプルを作製した。 ゥ ォ ラ ス ト ナ イ ト 粒子は、 C a C 0 ₃ 5 7 . 0重量％、 S i 0 a 4 3 . 0重量％および M g 0 0重量％を、 バイ ンダ、 溶剤を加 え混合し 1 0 0 0 °Cで仮焼したのち、 粉砕、 成形し、 次いで 1 4 0 0 °Cで焼成した。 このものをアルミナ乳鉢で粉砕しふる いによ り 分級して平均粒径 2 5 0〜 3 0 0 μ m の緻密なゥ オ ラ ス ト ナイ ト （ C a 0 ♦ S i 0 ) 粒子を得た。 こ こで得られたゥ ォ ラスナイ ト粒子の圧縮強度は 1 8 0 M P aであり 、 熱膨張率 は 1 1 X 1 0 — ⁶ °C 金属基体の熱膨張率の 1 . 1 倍であ る。 実施例 4

埋め込みセラ ミ ッ クス粒子をヒ ドロキシァパタイ 卜に変えた 以外は、 実施例 1 と 同様に し て人工歯根サ ンプルを作成し た。

ヒ ドロキシァパタイ ト粒子は、 加水分解法によ り合成したヒ ドロキシァパタイ トを成形し、 1 3 0 0 で焼成したのち、 粉 碎、 分級して平均粒径 2 5 0 3 0 0 ra の緻密なヒ ドロキシ ァパタイ 卜粒子を得た。 こ こで得られたヒ ドロキシァパタイ ト S子の圧縮強度は 8 0 M P aであ り 、 熱膨張率は 1 2 X 1 0 _⁶ °C—^:であるので、 金属基体の熱膨張率の 1 . 3倍である。

実施例 5

超塑性金属材料と して、 融点の 7 0 %の温度 （ 7 5 0 C ) で の延性が 2 0 0 %以上をしめす T i - 6 A 1 一 4 V合金棒 （熱 ^張係数は 1 2 X 1 0 -⁶°C -¹) を実施例 1 と同様の金属基体に 成形し 、 同様に表面を粗面化処理した （ R a 2 0 jam )

実施例 1 と同一の組成のディ オプサイ ド粉末にバイ ンダ、 溶 剤を加え、 転動造粒法によ り造粒し、 次いで 1 2 8 0 °Cで焼成 し た。 これを分級 し平均粒径 1 2 5 1 5 0 / m 、 形状係 数 1 . 5以下の略球状で緻密なディ オプサイ ド （ C a 0 · 2 S i 0₂ * M g O ) 粒子を得た。 こ こで得られたディ オプサ ィ ド粒子の圧縮強度は 2 2 0 M P aであり 、 熱膨張率は 1 O x 1 0— ⁶°C であり 、 金属基体の熱膨張率の 0. 8 3倍である。 これを、 実施例 1 と同様に塑性加工を施しサンプルを得た。 得 られたサンプルの表面写真を図 1 および図 2 に、 その断面写真 を図 3 および図 4 に示す。

実施例 6

実施例 1 で得た人工歯根サンプルの表面に埋め込み粒子と同 一組成のディ ォプサイ ドをプラズマ溶射して膜厚 2 0 11 m の被 覆層を形成して被覆率 1 0 0 %の人工歯根サンプルを得た。

実施例 7

実施例 1 で得た人工歯根サンプルの表面に低温焼成化ディ ォ プサイ ド材料ペース 卜 を塗布した。 塗布後 C I Pによ り被覆層 を顆粒間に押し込んだ後、 これを焼き付けて膜厚 2 0 /X m の被 覆層を形成して被覆率 1 0 0 %の人工歯根サンプルを得た。 低 温焼成化デ ィ オプサイ ド材料は、 C a 0 2 5 . 9 % 、

S i 0 2 5 5 . 5重量％、 M g 0 1 8 . 6 %の組成のディ ォ プサ イ ド を アル コ キ シ ド法に よ り 比表面積 （ B E T値） 1 5 0 m ² /g以上の均一微粉体と したものであ り 、 これにバイ ン ダ、 溶剤を混合してペース ト化した。 焼成温度は 9 5 0 °C と し た。

得られたサ ンプルの断面写真を図 6 に、 その拡大写真を図 7 に示す。

実施例 8

実施例 4で得た ヒ ドロキシァパタイ ト粒子埋め込み人工歯根 サンブルの表面を同組成のヒ ドロキシァパタイ 卜でプラズマ溶 射して膜厚 2 0 0 μ m の被覆層を形成して被覆率 1 0 0 %の人 ェ歯根サンプルを得た。

実施例 9

実施例 7で用いた低温焼成化ディ ォプサイ ド材料ペース 卜 に、 平均粒径 5 0 Ai m の結晶性セルロースを 4 0重量％混合し たものを、 実施例 1 で得た人工歯根サンプルの表面に、 低温焼 成化ディ オプサイ ド材料ペース ト を塗布、 焼き付けて膜厚 2 0 0 m の被覆層を形成した。 この該被覆層は、 焼き付けに 際し結晶性セルロースが熱分解 · 焼失して平均孔径 5 0 m 、 気孔率約 4 0 %の連続気孔を有し、 これによ り表面に多孔体被 覆層を有する人工歯根サンプルを得た。

比較例 1 1

実施例 5で用いた金属基体上に、 セラミ ッ クス粒子の超塑性 埋め込みをせずに実施例 5 と同一材料 · 条件でプラズマ溶射し て膜厚 2 0 0 m の被覆層を形成して被覆率 1 0 0 %の人工歯 根サンプルを得た。

比較例 1 2

実施例 8に用いた金属基体上に、 セラ ミ ツ クス粒子の超塑性 埋め込みをせずに実施例 8 と同一材料 · 条件でプラズマ溶射し て膜厚 2 0 0 a m の被覆層を形成して被覆率 1 0 0 %の人工歯 枴サンブルを得た。 前記実施例 1 〜 9および比較例 1 1 〜 1 2 の各人工歯根サン プルについて、 セラ ミ ッ クスの形成状態、 接合強度、 生体活性 試験を行った。

セラ ミ ッ クスの形成状態については、 各サンプルの埋め込み 層あ る いは被覆層の R a を J I S B 0 6 0 1 に従い測定 し た。 また、 セラ ミ ッ ク粒子の埋め込み率、 埋め込み層厚さ、 被 覆率、 埋め込み層被覆層全厚は、 断面顕微鏡写真から、 前記の 方法で算出した。

また、 剥離強度については、 図 1 1 および図 1 2 に示される よ う に、 サンプル 1 をエポキシ樹脂 8中にその両端面を露出し て埋め込み、 上パンチ 7 1 、 下パンチ 7 5間でサンプル 1 を押 圧し、 樹脂 8中に残存する埋め込みセラ ミ ッ クス粒子や面状に 剥離する被覆層が生じるに至る剥離開始押圧力を測定して剥離 強度と した。 なお、 埋め込み層を介して被覆層を設けた実施例 6〜 1 0 のサンプルでは、 比較例 1 1 、 1 2のサンプルと比較 して、 剥離開始押圧力でのきわめて小さい面積の剥離領域でし か剥離しなかった。 また、 埋め込み層のみを設けた実施例 1 〜 5 のサンプルでは、 個々の粒子ごと に剥離して、 剥離開始押圧 力での個々の剥離領域はきわめて小さかった。 これらの結果を 表 1 に示す。 . 例比較

U l し^,つ ·νク セラミ ク ^め j人み セラ ック

セ 埋め込み Ψ-均麵

U H 拉 rfflめ込み-卞； m^ 被 被 剥 ラ Γ ^;- . 被 曆全^

ミ ( n m 粗さ H a ( ) 組 ' ） ( n m ) (

(um ) (um )

成ッ

I ディオプサイクド 2「")〜3()0 Γ, Π 90 50 70 4 2 デ ίすプサ f l:' l 2 ~l 50 70 40 25 65 5 ウォラス卜ナイ 250~300 55 l 30 80 70 4

4 HAP 250-300 50 l 40

施 85 70 3 5 デ 才プサイド l 25~l 50 75 40 20 65 6 例 0 ディオプサイド 250-300 65 90 ディオプサイド I I 0 I 5 I 00 4 7 ディオプサイド 250-300 65 90 ディオプサイド 90 40 I 00 5

8 H AP 250~300 50 l 40 HAP 300 25 I 00 3

9 ディオプサイド 250〜300 65 90 ディオプサイド 250 35 I 00

(多孔体） 3 ディオプサイド 200 I 5 I 00 2 HAP 200 20 I 00 I

表 1 から明らかなよ う に、 本発明のサンプルでは金属基体と セラ ミ ッ クス と の接合が極めて強固である こ とがわかる。 ま た、 上記のとお り 、 比較例 1 1 、 1 2 の溶射層のみのものは、 接合強度も弱く 、 面剥離が生じる。 これに対し本発明の埋め込 セラ ミ ッ クス粒子は、 粒子自体が砕ける以外には剥離するこ と がな く 、 特に ヒ ドロキシルアパタイ ト に比べセラ ミ ッ クス自体 の強度の高いディ オプサイ ド、 ウ ォ ラス トナイ トの場合よ り高 い接合強度を有している。

一方、 生体活性試験では、 各サンプルを擬似体液に 3週間浸 し、 表面上に ヒ ドロキシアパタイ ト （ H A P ) が析出するか否 かの有無を判定した。 この結果、 実施例 1 〜 3 、 5〜 7、 9の サンプルでは H A Pの析出が認められた。 また、 各実施例のサ ンプルは金属イ オ ンの溶出が認められなかった。

また、 実施例 1 〜 3 、 5 〜 7 、 9の人工歯根サンプルを家兎 の顎骨に欠損を作り それぞれ埋め込みした。 1 2週間後に顎骨 を り 出し標本を作り 断面を観察した と こ ろ新生骨はディ オプ サイ ドゃウ ォ ラス 卜ナイ 卜の凸凹表面や気孔内に入り込み直接 結台を し一体化していた。 また、 金属基体とセラ ミ ッ クス粒子 との剥離も認められなかった。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 基体の表層部にセラミ ッ クス粒子が埋め込まれている複 合生体イ ンプラ ン ト。

2 . 前記金属が融点の 7 0 %以下の温度において、 5 0 %以 上の延性を示す請求の範囲 1 の複合生体イ ンプラン ト。

3 . 前記セラミ ッ クス粒子が生体適合性を示す請求の範園 1 または 2の複合生体イ ンプラ ン ト。

4 . 前記セラ ミ ッ クス粒子が生体親和性を示す請求の範囲 1 ないし 3 のいずれかの複合生体ィ ンプラ ン 卜。

δ - 前記セラ ミ ッ クス粒子の平均粒径が 1 〜 5 0 0 0 μ ιη で ある請求の範囲 1 ないし 4 のいずれかの複合生体ィ ンプラ ン k

6 . 前記セラ ミ ッ クス粒子の平均形状係数が 2以下である請 求の範囲 1 ないし 5のいずれかの複合生体ィ ンブラン 卜。

7 - 前記セラミ ッ クス粒子の前記金属基体への埋め込み が セラ ミ ッ クス粒径の 1 0 %以上である請求の範囲 1 ないし 6の いずれかの複合生体ィ ンプラ ン ト 。

S . 前記セラミ ッ クス粒子による金属基体の生体接触面被覆 ^が 2 0 %以上である請求の範囲 1 ないし 7のいずれかの複合 生 itイ ンブラ ン ト 。

9 - 前記セラ ミ ツ クス粒子の熱膨張係数は金属基体の熱膨張 新たな用紙 係数の 0 . 5〜 1 . 5倍以下である請求の範囲 1 ないし 6のい ずれかの複合生体ィ ンプラ ン ト 。

1 0 . 前記金属基体の表層部に前記セラ ミ ッ クス粒子が埋め 込まれた埋め込み層を有し、 こ の埋め込み層の上に生体適合性 セラ ミ ッ クス材料の被覆層が設けられている請求の範囲 1 ない し 9 のいずれかの複合生体ィ ンプラ ン 卜。

1 1 . 前記複合イ ンプラ ン ト の外表面の表面粗さ R aが 1 〜 2 0 0 0 m である請求の範囲 1 ないし 1 0のいずれかの複合 生体イ ンプラ ン ト 。

1 2 . 前記セラ ミ ッ クス粒子を埋め込んだ埋め込み層と、 前 記被覆層の全厚が 1 ~ 5 0 0 0 m である請求の範囲 1 0 また は 1 1 の複合生体イ ンプラ ン ト 。

1 3 . 前記セラ ミ ッ クス被覆層が多孔性であるこ と を特徴と する請求の範囲 1 0 ないし 1 2 のいずれかの複合生体イ ンブラ ン 卜 。

1 4 . 前記セ ラ ミ ッ ク ス被覆層が平均孔径 1 0 〜 1 0 0 IX 、 気孔率 1 0〜 7 0 %の多孔性である請求の範囲 1 3 の複 合生体イ ンプラ ン ト 。

1 5 . 前記粒子または被覆層を構成するセラ ミ ッ クスが、 ァ ルカ リ土類金属酸化物およびアルカ リ金属酸化物の少な く と も 一種以上と 、 S i 0 ₂ とを有する組成からな り 、 燐を含有する 水溶液中で表面に燐酸カルシウム系化合物を析出する生体活性 新たな用紙 非燐酸カルシウム系焼結セラ ミ ッ クス材料である請求の範囲 1 ないし 1 4 のいずれかの複合生体ィ ンプラ ン 卜。

1 6 . 前記粒子と前記被覆層とを構成するセラミ ッ クスが実 質的に同種のセラミ ヅ クスである請求の範囲 1 ないし 1 5のい ずれかの複合生体ィ ンプラ ン 卜。

1 7 . 前記セラミ ッ クス材料が実質的に燐を含有しない請求 の範囲 1 5 または 1 6の複合生体イ ンプラ ン 卜。

I S . 前記セラ ミ ッ クス材料が、 アルカ リ土類金属酸化物の 少な く と も一種以上 と 、 S i 0 ₂ を含有する組成であ り 、 S i 0 3 とアルカ リ土類金属酸化物の含有量の重量比が 1 ： 4 〜 6 ： 1 である請求の範囲 1 5ないし 1 7のいずれかの複合生 イ ンプラ ン ト。

1 9 . 前記アルカ リ土類金属酸化物が C a 0および M g 0の な く と も一種以上である請求の範囲 1 8の複合生体イ ンブラ ン 卜

2 0 . 請求の範囲 1 の複合生体イ ンプラ ン トを得るに際し、 f 記金属基体の表層部に前記セラミ ッ クス粒子を配置し、 塑性 ぉニ二' 理によ り前記セラミ ッ クス粒子を前記金属基体内に埋め 込む複合主体ィ ンプラ ン 卜 の製造方法。

2 1 . 前記塑性加工処理を 7 0 0〜 1 2 0 0 、 圧力 1 〜 δ 0 0 M P aで行う請求の範囲 2 0に記載の複合生体ィ ンプラ ン トの製造方法。

新たな用紙

2 2 . 前記金属基体の表層部に前記セラ ミ ッ クス粒子を配置 し、 前記塑性加工処理によ り前記セラ ミ ッ クス粒子を前記金属 基体内に埋め込んだ後、 その上を生体適合性セラ ミ ッ クス材料 で被覆する請求の範囲 2 0 または 2 1 の複合生体イ ンプラ ン ト の製造方法。

新たな用紙