WO2005004940A1 - 人工骨に好適な酸化チタン−有機高分子複合体 - Google Patents

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WO2005004940A1
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apatite
titanium oxide
organic polymer
artificial bone
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Tadashi Kokubo
Masakazu Kawashita
Takashi Nakamura
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Japan Science And Technology Agency
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A61L27/446—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with other specific inorganic fillers other than those covered by A61L27/443 or A61L27/46

Definitions

  • Titanium oxide-organic polymer composite suitable for artificial bone Titanium oxide-organic polymer composite suitable for artificial bone
  • the support is prepared by using a polyolefin, a polyester or a polyamide as a support, and directly treating the surface of the support with a titer solution and subsequently adding warm water or an acid to the room temperature to 9 to 9. Procedure for immersion in a solution at 5 ° C
  • the titanium oxide film having the ability to form an apatite having the same CaNOP atomic ratio as that of mammalian bone apatite in an aqueous solution that is supersaturated with the apatite or in the body fluid of the mammal.
  • the present invention relates to a titanium oxide-organic polymer composite material for artificial bone formed on a body surface.
  • EVOH ethylene-vinyl alcohol copolymer
  • a sample obtained by treating the substrate surface with IPTS and further treating with a calcium silicate solution forms an apatite on the surface even within 2 days in SBF, but the calcium silicate gel layer formed is Since it rapidly dissolves in SBF, it is difficult to control the formation of apatite on the surface of the sample, whereas the solubility of titania gel in SBF is much smaller than that of the calcium silicate gel layer. It has been reported that a titania gel layer having a Ti-OH group is excellent as a bioactive layer.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-325843 (Reference 2), especially, in the patent claims [0102] and [0013], there is an organic polymer.
  • the titania gel is treated with warm water or an aqueous acid solution to remove the same Ca / P atoms as the apatite of mammalian bone fluid from mammalian body fluids.
  • the invention of a titanium oxide-organic polymer composite material for human bone obtained by modifying a titanium oxide film having an activity to form a specific apatite has been reported.
  • Active titanium oxide film requires intermediate layer formation
  • it is essential to use a polymer containing a hydroxyl group and Z or a derivative thereof, a thiol group, an aldehyde group, or an amino group as a polymer constituting the base material that can be formed.
  • a polymer having the active group is used as a polymer constituting the base material, or a treatment for forming an intermediate layer that enables formation of a bioactive layer is performed. It required a and.
  • An object of the present invention is to provide a titanium oxide for artificial bone obtained using a polymer having no active group as a material constituting a base material of an artificial bone, and obtained without forming the intermediate layer.
  • One object is to provide an organic polymer composite.
  • polyolefins particularly polyethylene, particularly low-density polyethylene, polyester, and particularly polyolefin, which are widely used as a base polymer or an advantageous material for human bones.
  • polyolefins particularly polyethylene, particularly low-density polyethylene, polyester, and particularly polyolefin, which are widely used as a base polymer or an advantageous material for human bones.
  • the base material was obtained by adding a solution comprising an acidic alcohol and water to an alcohol solution of titanium tetraalkoxide described in Patent Document 1 reported by the present inventors.
  • a temperature of 0 ° C to 50 ° C is subjected to a titania solution treatment of dipping for several seconds to 1 week in a solution to form a titania gel on the surface of the substrate, and the substrate formed with the titania gel is heated to 50 ° C to 95 ° C.
  • the first aspect of the present invention is to provide (1) a method for preparing a base material composed of a polymer compound selected from the group consisting of polyolefin, polyester and nylon, by adding an acidic alcohol and water to an alcohol solution of titanate alkoxide;
  • the titania solution is immersed in the solution at a temperature of 0 ° C. to 50 ° C. for several seconds to one week to form a titania gel on the surface of the base material.
  • the titanium oxide monoorganic polymer for artificial bone according to (1) wherein the titanium tetraalkoxide is tetrisopropyl titanate, the alcohol is ethanol, and the acid is an inorganic acid.
  • the titania-treated solution maintains the titanium alkoxy and alcohol solution at a temperature of 0 ° C to 10 ° C, and particularly at the above temperature by ice-cold water.
  • the second aspect of the present invention is that (5) a base material made of a polymer compound selected from the group consisting of polyolefin, polyester and nylon is prepared by adding an acidic alcohol to an alcohol solution of titanate alkoxide; The titania gel is formed on the surface of the base material by subjecting the base material surface to a titania solution treatment by immersing in a solution obtained by adding a solution of water at a temperature of 0 ° C. to 50 ° C. for several seconds to one week.
  • the titanium oxide-organic polymer composite material for artificial bone was obtained by modifying the titanium oxide film to form an apatite with the same Ca / P atomic ratio as the animal bone apatite, and the composite material was used as the apatite. Dipping in a supersaturated aqueous solution It is a composite for artificial bone in which a pattern is formed.
  • Titanium oxide-organic polymer composite material for artificial bone is preferably made of tetraethyl titanate as a titanium tetraalkoxide and alcohol. And a composite for artificial bone which forms an apatite according to the above (5), which is obtained by using ethanol as an acid and an inorganic acid as an acid.
  • Titanium oxide-organic polymer composites for artificial bone are low density polyethylene as the polyolefin, polyethylene terephthalate as the polyester, and 6-nylon as the nylon.
  • Fig. 1 shows a sample (S) with a platinum wire (Pt) fused to one corner of the sample substrate, immersed in a titaure solution (TS) and lifted (PU) at a predetermined speed. This is to explain the step of processing.
  • Fig. 2 shows the sample (T.S.S) treated in the process of Fig. 1
  • FIG. 3 shows polyethylene (PE), polyester (PET), nylon 6 (Ny1on6) and ethylene-butyl alcohol copolymer treated with the titania solution and hot water of Example 1.
  • (EVOH, comparative example) Shows the TF-XRD (thin film X-ray diffraction) pattern after immersing the base material sample in SBF.
  • ⁇ is the formed apatite
  • ⁇ is the anatase and / or plutoskite structure
  • ⁇ is PE or EVOH
  • the country is PET or Ny1on detection pattern.
  • Fig. 4 shows the FE-SEM (field emission scanning electron microscope) showing the titania solution-treated hot water treated sample of Example 1 and the apatite formation characteristics after immersion in SBF (2 days and 7 days). This is a photograph.
  • Figure 5 shows the scottiness of the apatite-forming sample obtained in Example 1.
  • 1 shows a FE-SEM (field emission scanning electron microscope) photograph after a peeling test using a pu (registered trademark). The present invention will be described in more detail.
  • a polymer compound selected from the group consisting of polyolefin, polyester and nylon can be used. Particularly preferred are low density polyethylene (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), polyethylene terephthalate (PET, manufactured by Toyo Kasei Co., Ltd.) and 6-nylon (Scientific Polymer Products, Co. Ltd.). You can do it. And the sample (S) in order to confirm the usefulness of the artificial bone, was used to produce the substrate 1 0 XIOX l mm 3.
  • the substrate may be of various structures such as a block, a sheet, a fiber, a tape, a filament, a thread, and the like. (Including three-dimensional woven fabric), non-woven fabric, slapper, etc., can be formed into a shape with improved properties as a reinforcing artificial bone.
  • Fig. 1 shows the steps of the titanium treatment.
  • a platinum wire (Pt) was fused to one corner of the sample substrate (S) prepared in A. above.
  • the prepared titanium two ⁇ solution 0 to 5 0 ° C, for example, 2 5 ° seconds between ⁇ 1 week in C, and for example, for 24 hours, the sample p then immersed and 0.1 to the sample: I It was raised at a speed of 0 cm, for example, 2 cm. Drying was carried out at a constant temperature drier (in the air, DK-600, manufactured by Yamato Corporation) at a heating temperature of 30 to 150 ° C. for 24 hours.
  • a constant temperature drier in the air, DK-600, manufactured by Yamato Corporation
  • the titer-gel is treated with warm water or an aqueous acid solution to form a titer-film having a Ti—OH group in the anatase microcrystal, and the acid concentration is not more than pH 7.
  • Hot water or acid to room temperature to 95 ° C solution The conditions of the immersion treatment can be adopted as preferable. That is, it is important to select and combine the above conditions.
  • Fig. 2 the case where treatment was performed using an HC1 aqueous solution as an inorganic acid solution was shown (Fig. 2).
  • Fig. 2 the hot water treatment of immersing the B. Handling samples in a 0. 1 M hydrochloric acid aqueous solution 8 0 D C 8 days.
  • EDX Energy dispersive X-ray spectroscopy
  • HORIBA Ltd., product name: EMA X-700.
  • XPS X-ray photoelectron spectrometer
  • the samples are immersed in 30 mL of SBF adjusted to ⁇ 7.40 and a temperature of 36.5 ° C. for various periods up to a maximum of 7. Remove the sample from the solution, wash gently with ultrapure water, and dry at room temperature.
  • Example of aqueous solution supersaturated with respect to apatite (simulated body fluid: SBF, having an inorganic ion concentration approximately equal to that of human plasma.
  • SBF simulated body fluid
  • Table 1 shows the results of the “Solutions able to reproduce in vivo surface-structure changes in bioactive glass-ceramic AW”, J. Biomed, Mater. Res. 24, 721-734 (1996)].
  • the raw materials in Table 2 below were used for preparing a titania solution.
  • a solution containing T i PT (3.8687g) and a half amount of C 2 H 5 OH (2.9 g) was prepared, and the solution was cooled on ice to 0 to 10 ° C while cooling.
  • a solution consisting of the remaining half of ethanol (2.9 g), water (0.2450 g) and nitric acid (0.0858 g) was added to the solution, and the mixture was hydrolyzed to prepare a tita gel solution. did.
  • Each of the press-molded samples was immersed in 10 g of the titania gel solution maintained at 25 ° C. for 24 hours, and treated with the titaya solution. After the immersion, the sample was pulled up at a speed of 2 cmZ, dried in a drier at 80 ° C. for 1 day, and pressed to prepare a titanium solution-treated sample (S).
  • the titania solution-treated sample (S) was treated with 0.1 M hydrochloric acid in 1 OmL at 80 for 8 days. It was immersed for a while, and the apatite was modified into a titanium oxide layer capable of forming an apatite layer by contact with a supersaturated aqueous solution.
  • Fig. 3 shows that the sample treated with the titania gel solution and the subsequent hot water treatment without silane coupling agent (SC) treatment was immersed in the SBF for 7
  • titania hot Peaks attributed to anatase and Z or brookite were observed by water treatment. Seven days after the SBF immersion, peaks attributed to the apatite were observed in all samples.
  • Fig. 4 shows FE-SEM photographs of PE, PET, Ny1 on 6, and EVOH immersed in SBF for 2 or 7 days after performing titaure solution and subsequent hot water treatment without SC treatment. Is shown. A thin layer was formed by the one-temperature aqueous treatment of titania. According to EDX measurements, this layer contained titanium. This shows that the titania air layer can be formed on the sample surface by performing the direct titania-only treatment without the SC treatment. Two days after SBF immersion, a substantially uniform apatite layer was formed on the surface of PE, PET, and Ny1on6, but no apatite was formed on the surface of EVOH.
  • apatite was also formed on the surface of EVOH, but the amount was very small.
  • Fig. 5 shows the FE-SEM photograph of the sample surface after the peeling test using Scotch Tape (registered trademark). In the case of PE, PET and Nylon 6, the aperitite was not peeled off by the peeling test, but in the case of EVOH, the aperitite was peeled from the substrate.
  • the titanium oxide-organic polymer composite material of the present invention uses polyolefin, polyester, or nylon as a base material, and has been developed by the present inventors to form titania gel on the base material surface.

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Abstract

ポリオレフィン、ポリエステルおよびナイロンからなる群から選択される高分子化合物からなる基材を、チタンテトラアルコキシドのアルコール溶液に酸性のアルコールと水からなる溶液を加えて得られた温度0℃～50℃溶液に数秒間～1週間浸漬するチタニア溶液処理を施し前記基材表面にチタニアゲルを形成し、該チタニアゲルを形成した基材を50℃～95℃の温水または酸を加えた室温～95℃溶液に浸漬処理して、アパタイトに対して過飽和な水溶液中あるいは哺乳動物の体液から哺乳動物の骨のアパタイトと同じCa/P原子比のアパタイトを形成する活性を持つ酸化チタン膜に変性することにより得られる人工骨用酸化チタン-有機ポリマー複合材料。

Description

人工骨に好適な酸化チタンー有機高分子複合体 技術分野
本発明は、 支持体と してポ明リオレフイ ン、 ポリ エステルまたはポ リ アミ ドを用い、 前記支持体表面に直接チタ -ァ溶液処理およびこ れに続けて温水または酸を加えた室温〜 9 5 °Cの溶液に浸漬する処 書
理をして、 ァパタイ トに対して過飽和な水溶液中あるいは哺乳動物 の体液中において哺乳動物の骨のァパタイ ト と同じ C aノ P原子比 のァパタイ トの形成能を持つ酸化チタン膜を前記支持体表面に形成 した人工骨用酸化チタン一有機ポリ マー複合材料に関する。 背景技術
骨と しての強度を有し、 擬似体液 （ S B F ) 中でのアパタイ トの 形成能の高い、 換言すれば、 生体活性の高い層の形成に,なじみがあ るエステル基および/または水酸基を含有する有機ポリ マー、 例え ばエチレン一ビニルアルコール共重合体 （以下、 E V O H ) を用い て、 該ポリマーの表面に、 S B Fからァパタイ ト層を形成できる無 機材料の層を形成した人工骨用の複合材料の研究が盛んに行われて いる。
この様な中で、 基体材料の表面に生体活性の高い層が形成され易 くするための研究も されてきた。 特に前記生体活性の層の形成に有 利な官能性の基を持たない有機ポリ マーを使用する場合にはこのよ う な前記生体活性を付与した中間層の形成は必須のものと考えられ ていた。 また前記中間層の形成したものと して、 3 —イ ソシアナ一 トプロ ピル ト リ エ ト キシシラン 〔O C N ( C H 2 ) 3 S i ( O C 2 H 5 ) 3 ] (以下、 I P T S ) およびシリ カ溶液を反応させて変性した基板 材料が提案され、 更に、 前記表面に珪酸カルシウム （calcium sili cate) 溶液で処理するこ とが提案されていた。
前記技術に対し、 M. Uchida, H. - M. Kim, T. Kokubo, S. Fujiba yashi, T. Nakamura J. Biomed. Mater. Res. , 64A (2003) 164-17 0. (文献 1 ) には、 アナターゼのよ う な特定の構造を持つチタニア ゲル中の T i — O H基が S B F中において短期間内にァパタイ ト核 の形成を引き起こすこ と を報告している。 前記基材表面を I P T S 処理した上に、 更に珪酸カルシウム （calcium silicate) 溶液で処 理した試料が S B F中で 2 日以内でもその表面にァパタイ トを形成 するが、 形成された珪酸カルシゥムゲル層は急速に S B F中に溶解 すので試料の表面でのアパタイ トの形成を制御するのが困難であつ たのに対し、 チタニアゲルの S B Fへの溶解度は前記珪酸カルシゥ ムゲル層に比べて格段に小さいから、 T i 一 OH基を持つチタニア ゲル層は生体活性層と して優れているこ とが報告されている。
また、 特開 2 0 0 2 — 3 2 5 8 3 4号公報 （文献 2 ) 、 特に、 特 許請求の範囲、 〔 0 0 1 2〕 、 〔 0 0 1 3〕 には、 有機ポリ マーか ら実質的になる基材表面にチタ -ァゲルを形成後、 該チタニアゲル を温水あるいは酸水溶液処理するこ とによ り哺乳動物の体液から哺 乳動物の骨のァパタイ ト と同じ C a / P原子比のァパタイ トを形成 する活性を持つ酸化チタン膜に変性して得られた,人ェ骨用酸化チタ ン一有機ポリ マー複合材料の発明が報告されているが、 前記ァパタ ィ トを形成する活性を持つ酸化チタ ン膜を、 中間層の形成を要する こ となく 、 形成でき る基材を構成するポリ マーと しては、 水酸基お よび Zまたはその誘導体、 チオール基、 アルデヒ ド基、 アミ ノ基を 含有するものを使用するこ とが必須であるこ とを報告している 〔 0
0 1 3 ] o
従って、 前記人工骨の複合材料は、 基材を構成するポリ マーと し て前記活性な基を持つものを使用するか、 生体活性層の形成を可能 にする中間層を形成させる処理をするこ と を必要とする ものであつ た。
本発明の課題は、 人工骨の基材を構成する材料と して前記活性基 を有さないポリ マーを用い、 かつ、 前記中間層の形成するこ となく 得られた人工骨用の酸化チタン一有機高分子複合体を提供するこ と である。
前記課題を解決すべく 、 基材ポリ マーと して汎用され、 または人 ェ骨用と して有利な材料である、 ポリ オレフイ ン、 特にポリェチレ ン、 特に低密度ポリ エチレン、 ポリ エステル、 特にポリ エチレンテ レフタ レー ト、 またはナイロン、 特に 6 _ナイロ ンを用いて、 前記 中間層の形成を要するこ となく 人工骨用酸化チタン一有機ポリ マー 複合材料を得るこ とができないか、 前記基材構成材料から得た試料、 生理活性酸化チタン層形成用材料および酸化チタン—有機ポリ マー 複合材料形成条件などの組み合わせを、 多く の試行錯誤によ り検討 した。 後に説明する実施例と E V O Hを用いた比較例から理解され るよ う に、 前記基材ポリマー,特定のものを用いたた場合に驚く べき 結果得られた。 すなわち、 前記基材構成材料を前記本発明者らが報 告した特許文献 1 に記載の 「チタンテ トラアルコキシ ドのアルコー ル溶液に酸性のアルコールと水からなる溶液を加えて得られた 温度 0 °C〜 5 0 °C溶液に数秒間〜 1週間浸漬するチタニァ溶液処理 を施し前記基材表面にチタニアゲルを形成し、 該チタニアゲルを形 成した基材を 5 0 °C〜 9 5 °Cの温水または酸を加えた室温〜 9 5 °C 溶液に浸漬処理して」 基材表面に形成した酸化チタン層が高い生体 活性を持ち、 かつ接着テープを用いた剥離試験において、 高い耐剥 離性を持っているこ と を確認し、 前記課題を解決することができた。 発明の開示
本発明第 1 は、 （ 1 ) ポリ オレフイ ン、 ポリエステルおよびナイ ロ ンからなる群から選択される高分子化合物からなる基材に、 チタ ンテ トラアルコキシ ドのアルコール溶液に酸性のアルコールと水か らなる溶液を加えて得られた温度 0 °C〜 5 0 Ό溶液に数秒間〜 1週 間浸漬するチタニア溶液処理を施し前記基材表面にチタユアゲルを 形成し、 該チタユアゲルを形成した基材を 5 0で〜 9 5 °Cの温水ま たは酸を加えた室温〜 9 5 °C溶液に浸漬処理して、 ァパタイ トに対 して過飽和な水溶液中あるいは哺乳動物の体液から哺乳動物の骨の ァパタイ ト と同じ C a / P原子比のァパタイ トを形成する酸化チタ ン膜に変性するこ と によ り得られる人工骨用酸化チタン一有機ポリ マー複合材料である。 好ま しく は、 ( 2 ) チタンテ トラアルコキシ ドがチタン酸テ トライ ソプロ ピルであ り 、 アルコールがエタノール であり 、 酸が無機酸である前記 （ 1 ) に記載の人工骨用酸化チタン 一有機ポリ マー複合材料であり 、 よ り好ま しく は、 （ 3 ) ポリ オレ フィ ンが低密度ポリ エチレンであり 、 ポリエステルがポリエチレン テレフタ レー トであ り 、 そ してナイ ロ ンが 6 —ナイ ロンである前記 ( 1 ) または （ 2 ) に記載の人工骨用酸化チタン一有機ポリ マー複 合材料であり 、 一層好ま しく は、 （ 4 ) チタニア処理溶液がチタン アルコキシとアルコールの溶液を温度 0 °C〜 1 0 °Cに保持しなが ら、 特に氷冷水によ り前記温度に保持しながら酸性のアルコールと水か らなる溶液滴下して調製したものであるこ と前記 （ 1 ) 、 （ 2 ) ま たは （ 3 ) に記載の人工骨用酸化チタン一有機ポリ マー複合材料で ある。
本発明の第 2は、 （ 5 ) ポリ オレフイ ン、 ポリ エステルおよぴナ ィロンからなる群から選択される高分子化合物からなる基材に、 チ タンテ トラアルコキシ ドのアルコール溶液に酸性のアルコールと水 からなる溶液を加えて得られた温度 0 °C〜 5 0 °C溶液に数秒〜 1 週 間浸漬するチタニア溶液処理を施し前記基材表面にチタユアゲルを 形成し、 該チタニアゲルを形成した基材を 5 0 °C〜 9 5 °Cの温水ま たは酸を加えた室温〜 9 5 °C溶液に浸 ¾処理して、 ァパタイ トに対 して過飽和な水溶液中あるいは哺乳動物の体液から哺乳動物の骨の ァパタイ ト と 同 じ C a / P原子比のァパタイ トを形成する酸化チタ ン膜に変性し人工骨用酸化チタン一有機ポリ マー複合材料を得、 前 記複合材料をァパタイ トに対して過飽和な水溶液に浸漬してァパタ イ トを形成した人工骨用複合体であ り 、 好ま しく は、 （ 6 ) 人工骨 用酸化チタン一有機ポリ マー複合材料がチタンテ トラアルコキシ ド と してチタン酸テ トライ ソプロ ピルを、 アルコールと してエタ ノー ルをそ して酸と して無機酸を用いて得られたものである前記 （ 5 ) に記載のァパタイ トを形成し 人工骨用複合体であ り 、 よ り好ま し く は、 （ 7 ) 人工骨用酸化チタン—有機ポリ マー複合材料がポリ オ レフイ ンと して低密度ポリエチレンを、 ポリエステルと してポリェ チレンテレフタ レー トをそしてナイ ロンと して 6 —ナイ ロ ン用いて 得られたものである前記 （ 5 ) または （ 6 ) に記載のァパタイ トを 形成した人工骨用複合体であり 、 一層好ま しく は、 （ 8 ) 人工骨用 酸化チタン一有機ポリ マー複合材科がチタンテ ト ラアルコキシ ドと アルコールの溶液を温度 0 °C〜 1 0 °Cに保持しながら酸性のアルコ ルと水からなる溶液を滴下して調製した'チタニア処理溶液を用い て得られたものである前記 （ 5 ) 、 ( 6 ) または （ 7 ) に記載のァ パタイ トを形成した人工骨用複合体である。 図面の簡単な説明
第 1 図は、 試料基板の一つの角に白金線 （ P t ) を融着させた試料 ( S ) をチタユア溶液 （T . S ) に浸漬し、 所定の速度で引き上げ ( P . U) して処理する工程を説明するものである。
第 2図は、 第 1 図の行程で処理した試料 （T . S . S ) を温水 （W.
W. T ) 処理する工程を説明するものである。
第 3 図は、 実施例 1 のチタニァ溶液処理一温水処理したポリェチレ ン （ P E ) 、 ポ リ エステル ( P E T) 、 ナイ ロ ン 6 ( N y 1 o n 6 ) 及ぴおよびエチレン—ビュルアルコール共重合体 （ E V O H、 比較 例） 基材の試料を S B F浸漬した後の T F— X R D (薄膜 X線回折） パターンを示す。 〇は形成されたァパタイ ト、 ◊はアナタース及び /又はプルツカイ ト構造、 拿は P E又は E V O H、 國は P E T又は N y 1 o n検出パターンである。
第 4図は、 実施例 1 のチタニア溶液処理一温水処理した試料、 およ ぴ S B F浸漬後 （ 2 日及び 7 日間） のアパタイ ト形成特性を示す F E— S EM (電界放出型走査型電子顕微鏡） 写真である。
第 5図は、 実施例 1 で得られたァパタイ ト形成試料のス コツチテー プ （登録商標） による剥離試験後の F E— S E M (電界放出型走査 型電子顕微鏡） 写真を示す。 本発明をよ り詳細に説明する。
A . 基板材料と しては、 ポリオレフ イ ン、 ポリ エステルおよびナ ィロ ンからなる群から選択される高分子化合物を用いることができ る。 特に低密度ポリエチレン （住友化学社製） 、 ポリエチレンテレ フタ レー ト （ P E T、 東洋化成社製） および 6 —ナイ ロ ン （Scient ific Polymer Products, Co. Ltd. ) を好まし ヽものと して挙げ、るこ とができる。 人工骨と しての有用性を確認するための試料 （ S ) と して、 1 0 X I O X l mm 3の基板を製造して用いた。
基材と しては、 プロ ック、 シー ト、 フ ァイバー、 テープ、 フィラメ ン ト、 糸など色々な構造の物で良く 、 更に、 前記材料を素材と して 二次加工品、 例えば、 織物 （三次元織物などを含む） 、 不織布、 ス ラーパーなどと して、 補強用人工骨と しての特性を改善した形状と することができる。
B . チタ -ァ膜を形成するためのチタニア処理 ；
チタ -ァ処理の工程を第 1図に示す。
前記 A. で調製した試料基板 （ S ) の一つの角に白金線 （ P t ) を融着させた。
チタ -ァ溶液は、 T i ( O i C 3 H 7 ) 4 (T i P T) と半量の C 2 H 5 O Hを含む 0〜 1 0 °Cに保持した溶液に、例えば氷冷により 0〜 1 0 °Cに保持する条件下で、残り半量の C 2 H 5 O Hと HN 03と H 2 Oを含む溶液をゆつ く り と滴下することによ り調製した。原料比は、 T i (O i C 3 H 7) 4 ： H 20 ： C 2 H c O H ： HN 03 = 1 . 0 : 0. 1〜： 1 0 : 1〜： L 0 0 : 0. 0 1〜： L 0 (モル比） で ある。
調製されたチタ二ァ溶液中に、 0〜 5 0 °C、 例えば 2 5 °Cで数秒 間〜 1週間、 例えば 2 4時間、 前記試料を浸漬した p その後、 試料 を 0. 1 〜： I 0 c m、 例えば 2 c mノ分の速度で引き上げた。 定温 乾燥器 （空気中、 ャマ ト社製、 D K— 6 0 0 ) 、 加熱温度 3 0〜 1 5 0 °Cで、 2 4時間かけて乾燥した。
C . 前記 B . で調製したチタユアゲル層にアパタイ ト形成能を付 与する処理 ；
この処理は、 チタ -ァゲルを温水あるいは酸水溶液処理するこ とに よ りアナターゼ微結晶中に T i — O H基を有するチタ -ァ膜を形成 させるもので、 酸濃度 p H 7以下おょぴ Zまたは期間 1時間〜 1 ケ 月および/または温度 3 0 °C〜 1 2 0 °C、 特に 5 0 °C〜 9 5 °Cの温 水または酸を加えた室温〜 9 5 °C溶液に浸漬処理の条件を好ま しい ものと して採用し得るものである。 すなわち、 前記各条件を選択 ， 組み合わせることが重要である。
ここでは無機酸溶液と して H C 1 水溶液を用いて処理した場合を示 した （第 2図） 。 例えば、 前記 B . の処理をした試料を 0. 1 M塩 酸水溶液で 8 0 DCで 8 日間浸漬する温水処理をした。
D . チタ -ァ溶液処理、 更に温水処理した種々の高分子の表面構 造変化を下記の測定機器類を使用して分析した。
1， 電界放出型走査型電子顕微鏡 （ F E— S E M) ； 日立製作所 社製、 製品名 S— 4 7 0 0。
2， エネルギー分散型 X線分光分析 （E D X) ；堀場製作所社製、 製品名 EMA X— 7 0 0 0。 3 , X線光電子分光器 （X P S : MT— 5 5 0 0 、 U L V A C — P H I C o . L t d . 製）
4 , 薄膜 X線回折計 （T F — X R D : R I N T 2 5 0 0、 （株） R i g a k u製）
5 , チタユア薄膜の剥離強度測定 ； 住友 3 Μ社製、 製品名ス コ ッ チテープ （登録商標） による基板表面に形成されたァパタイ トの接 着強度の測定
Ε . 擬似体液 （ S B F ) 中への浸漬によるァパタイ ト形成能の試 験 ；
試料を、 ρ Η 7 . 4 0および温度 3 6 . 5 °Cに調整された 3 0 m Lの S B Fに、 最長 7間までの種々 の期間浸漬する。 試料は該溶液 から取り出し、 超純水によ り静かに洗浄後、 室温にて乾燥する。
アパタイ トに対して過飽和な水溶液の一例 （擬似体液 ： S B F 、 ヒ 卜の血漿とほぼ等しい無機イオン濃度を有する。 〔T. Kokubo, H. K usitani, S. Sakka, T. Kitsugi and T. Yamamuro, Solutions able to reproduce in vivo surface-structure changes in bioactive gla ss - ceramic A-W" , J. Biomed, Mater. Res.24, 721-734 (1996) ] を表 1 に示す。
0
表 1
Figure imgf000012_0001
実施例
以下本発明を実施例によって更に詳細に説明する。 これは本発明の 有用性を更に明確にすることを意図するものであって、 本発明を限 定するものではない。
実施例 1
試料の作成 ；
圧力 9 O k g f / c m2、 時間 1 0分で、 それぞれの樹脂の温度、 ポ リ エチレン （ P E ) では 1 8 0 °C、 ポ リ エチレンテ レフタ レ一 ト ( P T ) では 2 7 0 °C、 ナイ ロ ン 6 ( N - 6 ) では 2 3 0 °C、 比較例 のエチレン一 ビニルアルコール共重合体 （ E V O H ) では 2 1 0 °C の条件において加圧プレス して有機高分子基板を作製した。
下記の表 2の原料をチタニア溶液の調製に用いた。 T i P T ( 3. 8 6 8 7 g ) と半量の C 2 H 5 O H ( 2 , 9 g ) を含 む溶液を調製し、 該溶液を 0〜 1 0 °cに氷冷しながら、 該溶液に残 り の半量のエタノール （ 2. 9 g ) 、 水 （ 0. 2 4 5 0 g ) および 硝酸 （ 0. 0 8 5 8 g ) からなる溶液を加えて加水分解しチタユア ゲル溶液を調製した。
2 5 °Cに保持した前記のチタユアゲル溶液 1 0 g 中に前記プレス 成形した各試料を 2 4時間浸漬し、 チタユア溶液処理をした。 前記 浸漬後、 試料を 2 c mZ分の速度で引き上げ、 乾燥器中、 8 0 °Cで 1 日間乾燥させに前記プレス成形しチタエア溶液処理試料 （ S ) を作 成した。
表 2
チタニア溶液作製時の各成分のモル比
Figure imgf000013_0001
前記チタニア溶液処理試料 （ S ) のチタニアゲル層にァパタイ ト 形成能を付与するために、 前記チタ -ァ溶液処理試料 （ S ) を 0. 1 M塩酸水溶液 1 O m Lに 8 0でで 8 日 間浸漬し、 アパタイ トに対 して過飽和な水溶液との接触によ り アパタイ ト層形成能を有する酸 化チタン層に変性した。
第 3 図に、 シランカップリ ング剤 （ S C ) 処理するこ となく 、 前 記チタニアゲル溶液処理及びそれに続く 温水処理を施した試料を前 記 S B Fに 7 |3間浸漬した？ £、 P E T、 E V O H及びナイ ロ ン一 6の薄膜 X線回折パターンを示す。 P Eの場合には、 チタニア一温 水処理によ り アナタース及ぴ Z又はブルッカイ トに帰属される ピー クが観察された。 S B F浸漬 7 日後には、 いずれの試料においても ァパタイ 卜に帰属されるピークが観察された。
第 4図に、 S C処理するこ となく 、 チタユア溶液及びそれに続く 温水処理を施した後、 S B Fに 2 日 または 7 日間浸漬された P E、 P E T、 N y 1 o n 6および E V O Hの F E— S E M写真を示す。 チタニア一温水溶液処理によ り 、 薄層が形成されていた。 E D X測 定によれば、 この層はチタンを含んでいた。 これよ り 、 S C処理を 施さなく と も、 直接チタニア一温永処理するこ と によ り 、 試料表面 にチタエア層を形成させるこ とができるこ とが分かる。 S B F浸漬 2 日後には、 P E、 P E T及び N y 1 o n 6の表面には、 ほぼ均一 なァパタイ ト層が形成されていたが、 E V O Hの表面には、 ァパタ イ トは形成されていなかった。 3 8 ?浸漬 7 後には、 E V O H表 面にもァパタイ トが形成したが、 その量はきわめて少なかった。 第 5図に、 スコッチテ一プ （登録商標） による引き剥がし試験後 の試料表面の F E— S EM写真を示す。 P E、 P E T及ぴ N y l o n 6 の場合には、 引き剥がし試験によってもァパタイ トは剥離しな かったが、 E V O Hの場合には、 ァパタイ トは基板から剥離した。 産業上の利用可能性
本発の酸化チタン—有機ポリ マー複合材料は、 基材材料と してポ リ オレフイ ン、 ポリ エステル又はナイ ロンを用い、 本発明者らが開 発した、 基材表面にチタニアゲルを形成するチタユア溶液による処 理、 および前記形成されたチタユアゲルに 5 0で〜 9 5 °Cの温水ま たは酸を加えた室温〜 9 5 °C溶液での浸漬処理によ り 、 前記形成さ 04406
1 3
れたチタニアゲルをァパタイ 卜に対して過飽和な水溶液において、 あるいは、 哺乳動物の体液から哺乳動物の骨のァパタイ トと同じ C a Z P原子比のァパタイ トを形成する活性を持つ酸化チタン膜に変 性することによ り、 基材表面を S C処理のよ うな前処理を要するこ となく 、 基材表面にァパタイ ト形成活性を持ち、 酸化チタン膜と基 材との結合強度が優れた人工骨材料を提供するものであり、 産業上 の利用可能性を有する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ポリ オレフイ ン、 ポリエステルおよびナイロンからなる群から 選択される高分子化合物からなる基材に、 チタンテ トラアルコキシ ドのアルコール溶液に酸性のアルコールと水からなる溶液を加えて 得られた温度 0 °C〜 5 0 °C溶液に数秒〜 1 週間浸漬するチタニア溶 液処理を施し前記基材表面にチタニアゲルを形成し、 該チタニアゲ ルを形成した基材を 5 0 °C〜 9 5 °Cの温水または酸を加えた室温〜 9 5 °C溶液に浸漬処理して、 ァパタイ トに対して過飽和な水溶液中 あるいは哺乳動物の体液から哺乳動物の骨のァパタイ ト と同じ C a Z P原子比のァパタイ トを形成する酸化チタン膜に変性するこ とに よ り得られる人工骨用酸化チタン—有機ポリ マ一複合材料。
2 . チタンテ ト ラアルコキシ ドがチタン酸テ トライ ソプロ ピルであ り 、 アルコールがエタノールであり 、 酸が無機酸である請求の範囲 1 に記載の人工骨用酸化チタン一有機ポリ マー複合材料。
3 . ポリ オレフイ ンが低密度ポリエチレンであり 、 ポリエステルが ポリ エチレンテレフタ レ一 トであり 、 そしてナイ ロンが 6 —ナイ 口 ンである請求の範囲 1 または 2 に記載の人工骨用酸化チタン一有機 ポリ マー複合材料。
4 . チタ -ァ処理溶液がチタンテ ト ラアルコキシ ドとアルコールの 溶液を温度 0 °C〜 1 0 °Cに保持しながら酸性のアルコールと水から なる溶液を滴下して調製したものであるこ と請求の範囲 1 、 2 また は 3 に記載の人工骨用酸化チタン一有機ポリマー複合材料。
5 . ポリ オレフイ ン、 ポリ エステルおよびナイロンからなる群から 選択される高分子化合物からなる基材に、 チタンテ トラアルコキシ ドのアルコール溶液に酸性のアルコールと水からなる溶液を加えて 得られた温度 0 °C〜 5 0 °C溶液に数秒〜 1 週間浸漬するチタユア溶 液処理を施し前記基材表面にチタ -ァゲルを形成し、 該チタニアゲ ルを形成した基材を 5 0 °C〜 9 5 °Cの温水または酸を加えた室温〜
9 5 °C溶液に浸漬処理して、 ァパタイ トに対して過飽和な水溶液中 あるいは哺乳動物の体液から哺乳動物の骨のァパタイ ト と同じ C a Z P原子比のァパタイ トを形成する酸化チタン膜に変性し人工骨用 酸化チタン一有機ポリ マー複合材料を得、 前記複合材料をァパタイ トに対して過飽和な水溶液に浸漬してァパタイ トを形成した人工骨 用複合体。
6 . 人工骨用酸化チタン一有機ポリ マー複合材料がチタンテ トラァ ルコキシドと してチタン酸テ トライ ソプロ ピルを、 アルコールと し てエタ ノールをそして酸と して無機酸を用いて得られたものである 請求の範囲 5 に記載のァパタイ トを形成した人工骨用複合体。
7 . 人工骨用酸化チタン一有機ポリ マー複合材料がポリ オレフイ ン と して低密度ポリ エチレンを、 ポリ エステルと してポリ エチレンテ レフタ レー トをそ してナイ ロンと して 6 —ナイ口 ン用いて得られた ものである請求の範囲 5 または 6 に記載のアパタイ トを形成した人 ェ骨用複合体。
8 . 人工骨用酸化チタン一有機ポリ マー複合材料がチタンテ ト ラァ ルコキシドとアルコールの溶液を温度 0 °C〜 1 0 °Cに保持しながら 酸性のアルコールと水からなる溶液を滴下して調製したチタユア処 理溶液を用いて得られたものである請求の範囲 5 、 6 または 7 に記 載のアバタイ トを形成した人工骨用複合体。
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