WO2006109461A1 - 人工骨及びその製造方法 - Google Patents

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WO2006109461A1 PCT/JP2006/305664 JP2006305664W WO2006109461A1 WO 2006109461 A1 WO2006109461 A1 WO 2006109461A1 JP 2006305664 W JP2006305664 W JP 2006305664W WO 2006109461 A1 WO2006109461 A1 WO 2006109461A1
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titanium
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bone
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Tadashi Kokubo
Takehiro Shibuya
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Japan Science And Technology Agency
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    • Y10T428/249956—Void-containing component is inorganic

Definitions

  • the present invention relates to an artificial bone and a method for manufacturing the same.
  • the artificial bone produced by this method is a method for manufacturing the same.
  • Titanium is expected as a bone substitute material because it has excellent corrosion resistance in the body and is easily adapted to the living body.
  • the bone substitute material is desired to be a porous body because it is necessary to be embedded in a living body to form a bone or to bond with a surrounding bone.
  • the titanium porous body is generally obtained by mixing titanium powder with a pore-forming material if necessary, press-molding, and then sintering (Patent Document 1). It has been conventionally known that when a porous titanium body is brought into contact with an alkaline aqueous solution, an apatite forming ability is produced on the surface (Non-patent Documents 1 and 2). In addition, artificial bone manufactured by treating a porous titanium body obtained by plasma spraying with alkali in the same way and immersing it in warm water can form bones even in places where living bones do not exist. ! / Speak (Patent Document 2).
  • Patent Document 1 JP-A-2002-285203
  • Patent Document 2 WO2004Z062705A1
  • Non-patent literature l J. Mater. Res., Vol. 17, No. 10, Oct 2002
  • Non-patent document 2 Biomaterials 25 (2004) 443-450
  • the object of the present invention is excellent in bone formation ability and its reliability in vivo.
  • the object is to provide an artificial bone having high mechanical strength.
  • the method for producing an artificial bone of the present invention comprises:
  • the porosity is X (%) and the average pore diameter is Y (m)
  • the granule composed of titanium or titanium alloy powder and organic binder is mixed with the granular pore-forming material, pressed and fired.
  • the points on the XY coordinates shown in Fig. 1, A (46, 180), B (46, 520), C (50, 52 0), D (72, 220) and E (72, 180) Obtaining a porous body having a porosity and an average pore diameter in a region surrounded by a connecting straight line;
  • the molded body since the granule composed of the metal powder and the organic binder is compression-molded, the molded body has a group of primary particles having a maximum particle size of 180 m or less and the organic binder. A large number of granules that are also compressed are compressed together with the pore-forming material. That is, as shown in FIG. 2, adjacent granules 1 have a large number of primary particle 2 contacts, and a large pore-forming material 3 exists between the condyles.
  • the surface in the pores is eroded by the alkaline aqueous solution to become active irregularities, and then the alkaline component is almost completely removed, so that the surface has an amorphous acid / titanium phase or crystalline property.
  • Lower anatase phase By heating this at 60 ° C or higher and 650 ° C or lower, it is modified to anatase-friendly surface with high crystallinity and excellent bone formation ability. If the heating temperature is less than 60 ° C, the modification will be insufficient, and if it exceeds 650 ° C, a large amount of rutile phase will be formed which is inferior to the anatase phase.
  • the artificial bone obtained in this way has a titanium or titanium alloy force, and when the porosity is X (%) and the average porosity is Y (/ zm), the point on the XY coordinate is A (46 , 180), B (46, 520), C (50, 20), D (72, 220), and E (72, 180).
  • a porous body
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the porosity and average pore diameter of a porous body applied to the present invention, where black circles are examples, and black triangles are comparative examples.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the present invention.
  • a pore-forming material is composed of titanium or titanium alloy powder having a maximum particle size of 180 ⁇ m or less and granules having a particle size in the range of 0.1 to 2 Omm, which is the same as the organic binder. It is preferable to produce it by compounding, press-molding, and firing.
  • the titanium or titanium alloy powder preferably has an oxygen content of 0.30% by weight or less. Such a powder is active because there is less oxygen on the particle surface, and the bonding between the primary particles tends to proceed in the firing process. Therefore, higher mechanical strength can be obtained.
  • the organic binder is not particularly limited, and may be polyacetal, polypropylene, polyethylene or the like.
  • a so-called gas atomization method in which a metal is pulverized or sprayed with a molten metal in an inert gas atmosphere can be mentioned.
  • the pore-forming material is a compound that is solid at room temperature and sublimes or decomposes below 200 ° C (for example, ammonium bicarbonate, oxalic acid anhydride, oxalic acid dihydrate), and any of these and waxes. And a mixture thereof. This is because they do not remain in the porous body after sublimation and decomposition.
  • osteoconductivity a phenomenon in which a living bone enters into the pores of a human bone and is combined with the artificial bone when the artificial bone is embedded in a place where the living bone exists.
  • bone inducing ability a phenomenon in which a living bone is formed in the pores of an artificial bone when the artificial bone is embedded in muscle.
  • Titanium powder having an oxygen content of 0.12% by weight and a maximum particle size of 45 m produced by the gas atomization method and polyacetal (Diuracon M270 manufactured by Polyplastics Co., Ltd.) were kneaded at a volume ratio of 65:35. The volume ratio was calculated from each true density and weight. The lump obtained by kneading was pulverized and sieved to obtain granules having a particle size of 0.6 to 1.5 mm. Separately, the particle size of a mixture (porosity forming material) of 88% by volume of hydrogen carbonate ammonium powder and 12% by volume of paraffin wax was adjusted to 250 to 500 ⁇ m.
  • a mixture porosity forming material
  • the granule is mixed with the pore-forming material mixture at a volume ratio of 65:35, the mixed powder is filled in a mold, heated to 130 ° C, and the pressure of 80 MPa is adjusted. Formed.
  • the compact was placed in a vacuum furnace, degreased, and held at 1200 ° C. for 2 hours to produce a cylindrical titanium porous body having a diameter of 22 mm and a height of 18 mm.
  • the porosity was 49% when measured with a mercury porosimeter (manufactured by Micromeritec).
  • a test piece having a diameter of 6 mm and a height of 15 mm was cut out from the porous material, immersed in a 5M aqueous sodium hydroxide solution at 60 ° C for 24 hours, and then in distilled water at 40 ° C for 48 hours (every 12 hours). Replaced with fresh distilled water (the same in the following examples). After soaking, heated at 600 ° C for 1 hour (hereinafter referred to as “alkaline-hot water heat treatment”) o On the other hand, a 99% pure titanium plate In the same manner, Al force Lee warm water heat treatment was applied.
  • EDX energy dispersive X-ray analyzer
  • test piece cut out from a porous body and treated with alkali-warm water in the same manner as described above was taken out after being embedded in the back muscle of a mature beagle dog for 3 months.
  • this test piece was cut in the radial direction and the cross section was observed with a scanning electron microscope, bone was formed almost uniformly over the entire surface of the pores inside the test piece. That is, it was found that the bone inducing ability was excellent.
  • An oxygen content of 0.12% by weight produced by the gas atomization method and titanium powder having a maximum particle size of 45 m and polyacetal (same as above) were kneaded at a volume ratio of 65:35.
  • the volume ratio was calculated from each density and weight.
  • the lump obtained by kneading was pulverized and sieved to obtain granules having a particle diameter of 0.6 to 1.5 mm.
  • Fill the granule with mold, heat to 130 ° C, and adjust the pressure by adjusting the stroke amount of the press so that the volume after pressurization is 64% of that before pressurization. was formed.
  • the compact was placed in a vacuum furnace, degreased, and held at 1200 ° C for 2 hours. Thus, a cylindrical titanium porous body having a diameter of 22 mm and a height of 18 mm was produced.
  • the porosity of this porous material was 49% when measured with a mercury porosimeter.
  • the oxygen content of the porous material was analyzed by a non-dispersive infrared absorption method and found to be 0.21% by weight. Further, the compressive strength was 116 MPa, and it was deformed without any dropout of particles. The average pore diameter was 150 ⁇ .
  • the obtained porous body strength test piece was cut out and heated with alkaline warm water (however, distilled water was not replaced). After heat treatment, analysis was conducted by EDX in the same manner as in Example 1. Na ions were detected locally at a concentration of 0.4 to 1.2 at%. The bone conduction ability and the bone guidance ability were observed in the same manner as in Example 1. As for bone conduction ability, bones were formed on the entire outer periphery of the test piece, and pores without bone were observed near the center of the force. It was done. Due to the osteoinductive ability, bone was locally formed, and there was a part.
  • a porous titanium body was produced under the same conditions as in 1.
  • the porosity by the mercury porosimeter was 48%.
  • the compressive strength was 118 MPa, and it was deformed with no particles falling off.
  • the average pore diameter was 500 m.
  • the obtained porous body strength test piece was cut out, and after heat treatment with alkaline hot water, the osteoconductivity and osteoinductivity were observed in the same manner as in Example 1. As a result, both were excellent as in Example 1. Na ions were not detected.
  • Titanium powder having an oxygen content of 0.12% by weight and a maximum particle size of 180 m produced by the gas atomization method and polyacetal (same as above) were kneaded at a volume ratio of 70:30.
  • the lump obtained by kneading was pulverized and sieved to obtain granules having a particle size of 0.6 to 1.5 mm.
  • the particle size of hydrogen carbonate ammonia powder was adjusted to 500 to 1500 m.
  • the granules were mixed with the ammonium hydrogen carbonate powder in a volume ratio of 58:42, and the mixture was filled in a mold, heated to 130 ° C., and a pressure of 80 MPa was applied. Place the compact in a vacuum furnace and remove it. After the fat, it was held at 1250 ° C. for 2 hours to produce a cylindrical titanium porous body having a diameter of 22 mm and a height of 20 mm.
  • the porosity of the porous body by a mercury porosimeter was 67%.
  • the compressive strength was 32 MPa, and it was deformed with no particles falling off.
  • the average pore diameter was 500 m.
  • the obtained porous body strength test piece was cut out, and after heat treatment with alkaline hot water, the osteoconductivity and the osteoinductive ability were observed in the same manner as in Example 1. As a result, the bone conductivity was excellent as in Example 1. Inducibility was poor and powerful. Na ions were not detected.
  • the titanium porous body strength test piece obtained in Example 1 was cut out and observed for osteoconductivity and osteoinductivity without any alkaline hot water heating treatment. The penetration amount was poor, and the bonding force with the specimen was not recognized. No osteoinductive ability was observed.
  • the titanium porous body strength test piece obtained in Comparative Example 2 was cut out and observed for osteoconductivity and osteoinductivity without performing any alkaline hot water heating treatment. However, the binding force with the test piece was not recognized. No osteoinductive ability was observed.
  • Titanium alloy (T1-6A1-4V) powder having an oxygen content of 0.18% by weight and a maximum particle size of 180 m produced by the gas atomization method and polyacetal (same as above) were kneaded at a volume ratio of 65:35.
  • the lump obtained by kneading was pulverized and sieved to obtain granules having a particle size of 0.6 to 1.5 mm.
  • the particle size of hydrogen carbonate ammonia powder was adjusted to 500 to 1500 m.
  • the granules were mixed with the ammonium hydrogen carbonate powder at a volume ratio of 65:35, and the mixture was filled in a mold, heated to 130 ° C., and pressed at 80 MPa to form.
  • the compact was placed in a vacuum furnace, degreased, and held at 1380 ° C. for 2 hours to produce a cylindrical titanium alloy porous body having a diameter of 22 mm and a height of 18 mm.
  • the porosity by mercury porosimeter was 48%.
  • the compressive strength was 215 MPa, and it was deformed with no particles falling off.
  • the average pore diameter was 500 m.
  • a test piece having a diameter of 6 mm and a height of 15 mm was cut out from the porous body, immersed in a 5 M aqueous sodium hydroxide solution at 60 ° C for 24 hours, and then immersed in distilled water at 80 ° C for 48 hours. Heated at ° C for 1 hour.
  • Example 1 When the osteoconductivity was observed in the same manner as in Example 1, it was excellent as in Example 1.
  • a titanium alloy (Ti-6A1-4V) plate was similarly subjected to an alkali-warm water heat treatment, and then the crystal phase was analyzed using an X-ray diffractometer. As a result, a large amount of anatase was precipitated.
  • Titanium alloy (T1-6A1-4V) powder having an oxygen content of 0.21% by weight and a maximum particle size of 45 m produced by the gas atomization method and polyacetal (same as above) were kneaded at a volume ratio of 70:30.
  • the lump obtained by kneading was pulverized and sieved to obtain granules having a particle size of 0.3 to 0.65 mm.
  • a mixture (pore forming material) of 88% by volume of oxalic anhydride and 12% by volume of paraffin wax was adjusted to a particle size range of 250 to 500 ⁇ m.
  • the granule is mixed with the pore-forming material mixture at a volume ratio of 58:42, the mixed powder is filled in a mold, heated to 130 ° C, and the pressure of 80 MPa is adjusted. Formed.
  • the compact was placed in a vacuum furnace, degreased, and held at 1250 ° C. for 2 hours to produce a cylindrical titanium alloy porous body having a diameter of 22 mm and a height of 20 mm.
  • the porosity was 70% when measured with a mercury porosimeter.
  • the compressive strength was 105MPa, and it was deformed without any dropout of particles.
  • the average pore diameter was 200 m.
  • a test piece having a diameter of 6 mm and a height of 15 mm was cut out from the porous body, immersed in a 5 M aqueous sodium hydroxide solution at 60 ° C for 24 hours, and then immersed in distilled water at 40 ° C for 48 hours. Heated at ° C for 1 hour. When the osteoconductivity was observed in the same manner as in Example 1, it was excellent as in Example 1.
  • a test piece of the titanium alloy porous material obtained in Example 3 was cut out and observed for osteoconductivity without any alkali-warm water-heating treatment. The bond with the piece was unacceptable.
  • a test piece of the titanium alloy porous body obtained in Example 4 was cut out and alkali-warm water-added. Observation of osteoconductivity without performing any heat treatment revealed that the amount of living bone penetration was poor, and the binding force to the specimen was not recognized.
  • Titanium powder with an oxygen content of 0.12% by weight and a maximum particle size of 180 m produced by the gas atomization method and polyacetal were kneaded in a volume ratio of 65:35.
  • the lump obtained by kneading was pulverized and sieved to obtain granules having a particle size of 0.6 to 1.5 mm.
  • bicarbonate ammoxidation - were adjusted for particle size ⁇ beam powder 88 vol 0/0 and paraffin wax 12 vol 0/0 mixture of (pore-forming material) in two hundred fifty to fifty O / zm.
  • the granule was mixed with the pore-forming material mixture at a volume ratio of 58:42, the mixed powder was filled in a mold, heated to 130 ° C., and a pressure of 80 MPa was applied to form.
  • the compact was placed in a vacuum furnace, degreased, and held at 1200 ° C for 2 hours to obtain a porous titanium body.
  • the porosity by mercury porosimeter was 70% and the average pore diameter was 200 ⁇ m.
  • the compressive strength is 40 MPa, and the obtained porous body strength test piece deformed in a state where no particles fall off was cut out, and after heat treatment with alkaline hot water, osteoconductivity and osteoinductivity were observed in the same manner as in Example 1. However, both were excellent as in Example 1.
  • Example 5 The same titanium powder as used in Example 5 was filled in a mold, and molding was performed by raising the pressure of 80 MPa at room temperature. The molded body collapsed easily when grasped by hand.
  • Example 5 The same titanium powder as used in Example 5 was mixed with paraffin wax at a volume ratio of 95: 5, the mixed powder was filled in a mold, heated to 50 ° C, and a pressure of 80 MPa was applied. did.
  • the compact was placed in a vacuum furnace, degreased, and held at 1200 ° C for 2 hours to produce a cylindrical titanium porous body having a diameter of 23 mm and a height of 19 mm.
  • the porosity was about 30%.
  • the compressive strength was 105 MPa, and particles dropped out during deformation.
  • Example 5 The same titanium powder and hydrogen carbonate ammonium powder as used in Example 5 The mixture was mixed at a volume ratio, the mixed powder was filled in a mold, heated to 130 ° C, and molded by applying a pressure of 80 Mpa. The compact was placed in a vacuum furnace, degreased and held at 1200 ° C for 2 hours to produce a cylindrical titanium porous body having a diameter of 23 mm and a height of 19 mm. The porosity was 78%. The compressive strength was 25 MPa, and particle dropout occurred during deformation.
  • a 99% pure titanium plate was soaked in 60 ° C 5M aqueous sodium hydroxide solution for 24 hours, followed by replacement with 80 ° C distilled water for 48 hours (every 12 hours with new distilled water at 80 ° C). .) Soaked. When the crystal phase was analyzed using an X-ray diffractometer, a large amount of anatase was precipitated.

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Abstract

生体内における骨形成能力及びその信頼性に優れ機械的強度の高い人工骨を提供する。 チタン又はチタン合金粉末、及びポリアセタールなどの有機バインダーからなる直径０．６～１．５ｍｍの顆粒を炭酸水素アンモニウムなどの粒状の気孔形成材と配合し、加圧成形し、１２００°Cで焼成し、得られた多孔体をアルカリ水溶液と接触させた後、アルカリ水溶液との接触時間よりも長い時間３５°C以上の水と接触させ、１００°C以上６５０°C以下、好ましくは２００°C以上６００°C以下で加熱することを特徴とする。

Description

明 細 書
人工骨及びその製造方法
技術分野
[0001] この発明は、人工骨及びその製造方法に関する。この方法で製造される人工骨は
、生体になじみやすぐ且つ骨を形成する能力に優れ、骨代替材料として好適に利 用されうる。
背景技術
[0002] チタンは、体内における耐食性に優れ、生体になじみやすいことから、骨代替材料 として期待されている。骨代替材料は、生体内に埋め込まれて骨を形成したり周囲の 骨と結合したりする必要性から多孔体であることが望まれる。チタン多孔体は、一般 にチタン粉末を必要により気孔形成材と混合し、加圧成形した後、焼結することによ つて得られる（特許文献 1)。チタン多孔体は、これをアルカリ水溶液と接触させると表 面にアパタイト形成能力が生じることが従来より知られている (非特許文献 1 &2)。ま た、プラズマ溶射にて得られたチタン多孔体を同様にアルカリ処理し、温水に浸ける ことによって製造された人工骨は、生体骨の存在しない場所においても骨を形成しう ることがされて!/ヽる（特許文献 2)。
[0003] 特許文献 1 :特開 2002— 285203
特許文献 2： WO2004Z062705A1
非特許文献 l :J.Mater.Res.， Vol.17, No.10, Oct 2002
非特許文献 2： Biomaterials 25(2004)443-450
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかし、上記従来の人工骨においては、変形する程の大きな圧縮力が加わった場 合に粒子が脱落することがある。そして、たとえ生体親和性に優れた材料力もなつて いても、脱落した粒子が生体内に分散すると、生体はこれを異物とみなして拒絶反応 を起こすにも関わらず体外に完全に取り出しにくいので、治療が困難となる。
それ故、この発明の課題は、生体内における骨形成能力及びその信頼性に優れ 機械的強度の高い人工骨を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0005] その課題を解決するために、この発明の人工骨の製造方法は、
気孔率を X(%)、平均気孔径を Y( m)とするとき、チタン又はチタン合金粉末及 び有機バインダーからなる顆粒を粒状の気孔形成材と配合し、加圧成形し、焼成す ることにより、図 1に示される XY座標上の点、 A (46、 180)、 B (46、 520)、 C (50、 52 0)、 D (72、 220)及び E (72、 180)を結ぶ直線で囲まれる領域内の気孔率及び平 均気孔径を有する多孔体を得る工程と、
前記多孔体をアルカリ水溶液と接触させる工程と、
その後、多孔体のアルカリ濃度が 0. 3at%以下となるまで多孔体を水と接触させる 工程と、
次いで 60°C以上 650°C以下で加熱する工程と
を備えることを特徴とする。
[0006] この発明の製造方法によれば、金属粉末と有機ノインダ一とからなる顆粒が加圧 成形されているので、成形体は最大粒径 180 m以下の一次粒子の群と有機バイン ダ一力もなる多数の顆粒が気孔形成材とともに圧縮されたものである。即ち、図 2に 示すように、隣り合う顆粒 1同士は多数の一次粒子 2同士の接点を有するとともに、顆 粒間には大きな気孔形成材 3が存在している。従って、これを焼成すると、気孔形成 材の抜けた跡が連通気孔となるとともに、顆粒 1内の一次粒子 2同士だけでなく顆粒 1間の多数の一次粒子 2同士が互いに結合する。その結果、気孔率の高い割に焼結 体の機械的強度が高ぐ圧縮荷重を受けても粒子が脱落しない。しかも気孔が連通 しているので、水溶液が流通しやすい。
[0007] 従って、気孔内の表面がアルカリ水溶液に浸食されて活性な凹凸状となり、続いてァ ルカリ分をほぼ完全に除去することにより、表面が非晶質酸ィ匕チタン相もしくは結晶 性の低いアナターゼ相となる。これを 60°C以上 650°C以下で加熱することにより、結 晶性が高く骨形成能力に優れたアナターゼ相力 なる面に改質される。加熱温度が 60°Cに満たないと改質が不十分となり、 650°Cを超えるとアナターゼ相よりも骨形成 能力に劣るルチル相が多量に形成される。アルカリ分をほぼ完全に除去するために は、多孔体をアルカリ水溶液と接触させた時間よりも長 ヽ時間 35°C以上の水と接触 させ、しかもその間に少なくとも 1回以上新 、水と交換する方法を採るのが望ま ヽ 。アナターゼへの改質のための加熱は、その前工程における水との接触中に行って も良い。すなわち、アルカリ分を除去するために接触させる水の温度を 60°C以上とす ることにより、アルカリ分除去とアナターゼへの改質とを同時に進行させることができる
[0008] こうして得られた人工骨は、チタン又はチタン合金力 なり、気孔率を X(%)、平均 気孑し径を Y( /z m)とするとき、 XY座標上の点、 A (46、 180)、 B (46、 520)、 C (50、 5 20)、 D (72、 220)及び E (72、 180)を結ぶ直線で囲まれる領域内の気孔率及び平 均気孔径を有する多孔体と、
多孔体の孔内面に形成されたアナターゼ相からなる皮膜と
を備えることを特徴とする。
発明の効果
[0009] 生体内における骨形成能力及びその信頼性に優れ機械的強度の高い人工骨が 得られる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]この発明に適用する多孔体の気孔率と平均気孔径との関係を示す図であり、図 中の黒丸は実施例、黒三角は比較例である。
[図 2]この発明の作用を説明する図である。
符号の説明
[0011] 1 顆粒
2 一次粒子
3 気孔形成材
発明を実施するための最良の形態
[0012] 多孔体としては、最大粒径 180 μ m以下のチタン又はチタン合金粉末と、有機バイ ンダ一とカゝらなる粒径 0. 1〜2. Ommの範囲の顆粒を気孔形成材と配合し、加圧成 形した後、焼成することによって製造されたものが好まし!/、。 前記チタン又はチタン合金粉末としては、その酸素含有量が 0. 30重量％以下で あるものが好ましい。このような粉末は、粒子表面の酸素が少ないので活性であり、焼 成工程で一次粒子間の結合が進みやすい。従って、一層高い機械的強度が得られ る。
有機ノインダ一は特に限定されず、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレンな どであってよい。酸素含有量 0. 30重量％以下の金属粉末を得る手段としては、不 活性ガス雰囲気中で金属を粉砕するか又は金属の溶湯を噴霧する、所謂ガスアトマ ィズ方が挙げられる。気孔形成材としては、常温で固体であって 200°C以下で昇華も しくは分解する化合物（例えば炭酸水素アンモニゥム、シユウ酸無水物、シユウ酸二 水和物）や、これらのいずれかとワックス類との混合物が挙げられる。これらは昇華' 分解後に多孔体内に残らな 、からである。
実施例
[0013] 以下、この明細書において、生体骨が存在する所に人工骨を埋め込んだ場合に人 ェ骨の気孔内に生体骨が進入し人工骨と結合する現象を骨伝導能という。また、筋 肉内に人工骨を埋め込んだ場合に人工骨の気孔内に生体骨が形成される現象を骨 誘導能という。
[0014] 実施例 1
ガスアトマイズ法により製造した酸素含有量 0. 12重量％、最大粒径 45 mのチタ ン粉末とポリアセタール (株式会社ポリプラスチック製ジユラコン M270)を 65： 35の体 積比で混練した。体積比は各々の真密度と重量カゝら算出した。混練して得られた塊 を粉砕し、篩いにかけて 0. 6〜1. 5mmの粒径の顆粒を得た。別途、炭酸水素アン モ -ゥム粉末 88体積％及びパラフィンワックス 12体積％の混合物 (気孔形成材)を 2 50〜500 μ mに粒度調整した。
[0015] そして、前記顆粒を前記気孔形成材混合物と 65： 35の体積比で混合し、この混合 粉末を金型に充填し、 130°Cに加熱すると共に 80MPaの圧力をカ卩えることにより、成 形した。成形体を真空炉内に置き、脱脂後、 1200°Cで 2時間保持することにより、直 径 22mm X高さ 18mmの円柱状のチタン多孔体を製造した。気孔率を水銀ポロシメ ータ（マイクロメリテック社製)で測定すると 49%であった。多孔体から直径 6mm X高 さ 10mmの試験片を切り出し、圧縮速度 ImmZ分で圧縮したところ、圧縮強度は 11 6MPaであり、粒子の脱落は無い状態で変形した。 CT断面を観察したところ、平均 気孔径は 200 μ mであった。
[0016] 多孔体から直径 6mm X高さ 15mmの試験片を切り出し、 60°Cの 5M水酸化ナトリ ゥム水溶液に 24時間浸け、続いて 40°Cの蒸留水に 48時間（12時間毎に新しい蒸 留水と交換した。以下の実施例も同じ。）浸けた後、 600°Cで 1時間加熱した (以下、「 アルカリ—温水 加熱処理」という。 ) o一方、純度 99%のチタン板にも同様にアル力 リー温水 加熱処理を施した。試験片を加速電圧 15kV、測定元素 =0、 Na、 Ti、 X 線強度 1500〜2500cps、取り込み時間 lOOOlive timeの条件でエネルギー分散型 X線分析装置（EDX)にて分析したところ、表面から 0、 1、 2、 3mmのいずれの深さ においても Naイオンは検出されなかった。また、チタン板を X線回折装置にかけて結 晶相を分析したところ、多量のアナターゼと少量のルチルが析出して 、た。
[0017] この試験片を成熟した白色家兎の脛骨に埋め込み 8週間放置したところ、多孔体 は脛骨と直接結合していた。試験片を骨と共に取り出し、その半径方向に沿って切 断し、断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、表面から中心部に向力つて旺盛に し力も均一に生体骨が進入し試験片と結合していた。即ち、骨伝導能に優れているこ とが半 ljつた。
また上記と同様に多孔体力 切り出してアルカリ—温水 加熱処理した試験片を、 成熟したビーグル犬の背部筋肉に 3ヶ月間埋め込んだ後に取り出した。この試験片 を半径方向に切断し、断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、試験片内部の気 孔表面に沿って、ほぼ均一に全面にわたって骨が形成されていた。即ち、骨誘導能 に優れていることが判った。
[0018] 比較例 1
ガスアトマイズ法により製造した酸素含有量 0. 12重量％、最大粒径 45 mのチタ ン粉末とポリアセタール（同上）を 65： 35の体積比で混練した。体積比は各々の真密 度と重量から算出した。混練して得られた塊を粉砕し、篩いにかけて 0. 6〜1. 5mm の粒径の顆粒を得た。顆粒を金型に充填し、 130°Cに加熱すると共に加圧前に対し て加圧後の体積が 64%となるようにプレス機のストローク量を調整して圧力をカ卩える ことにより、成形した。成形体を真空炉内に置き、脱脂後、 1200°Cで 2時間保持する こと〖こより、直径 22mm X高さ 18mmの円柱状のチタン多孔体を製造した。
[0019] この多孔体の気孔率を水銀ポロシメータで測定すると 49%であった。また、多孔体 の酸素含有量を非分散型赤外吸収法により分析したところ、 0. 21重量％であった。 また、圧縮強度は 116MPaであり、粒子の脱落は無い状態で変形した。平均気孔径 は、 150 πιであった。
得られた多孔体力 試験片を切り出し、アルカリ 温水 (但し、蒸留水は交換しなか つた。 )—加熱処理の後に実施例 1と同様に EDXにて分析したところ、表面からの距 離に関係なく局所的に 0. 4〜1. 2at%の濃度で Naイオンが検出された。実施例 1と 同様に骨伝導能及び骨誘導能を観察したところ、骨伝導能に関しては試験片の外 周部一面に骨が形成されていた力 中心部近傍では骨の入っていない気孔も観察さ れた。骨誘導能にっ 、ては局所的に骨が形成されて 、な 、部分が存在した。
[0020] 実施例 2—
実施例 1におけるチタン粉末及び炭酸水素アンモニゥム粉末に代えて最大粒径が 180 μ mのチタン粉末及び 500〜1500 μ mに粒度調整した炭酸水素アンモ-ゥム 粉末を用いたこと以外は、実施例 1と同一条件でチタン多孔体を製造した。水銀ポロ シメータによる気孔率は 48%であった。また、圧縮強度は 118MPaであり、粒子の脱 落は無い状態で変形した。平均気孔径は 500 mであった。
得られた多孔体力 試験片を切り出し、アルカリ 温水 加熱処理の後に実施例 1 と同様に骨伝導能及び骨誘導能を観察したところ、いずれも実施例 1と同様に優れ ていた。 Naイオンは検出されな力つた。
[0021] 比較例 2—
ガスアトマイズ法により製造した酸素含有量 0. 12重量％、最大粒径 180 mのチ タン粉末とポリアセタール（同上）を 70： 30の体積比で混練した。混練して得られた塊 を粉砕し、篩いにかけて 0. 6〜1. 5mmの粒径の顆粒を得た。また別途、炭酸水素 アンモ-ゥム粉末を 500〜 1500 mに粒度調整した。前記顆粒をこの炭酸水素アン モ-ゥム粉末と 58 :42の体積比で混合し、混合物を金型に充填し、 130°Cに加熱す ると共に 80MPaの圧力を加えることにより、成形した。成形体を真空炉内に置き、脱 脂後、 1250°Cで 2時間保持することにより、直径 22mm X高さ 20mmの円柱状のチ タン多孔体を製造した。
[0022] この多孔体の水銀ポロシメータによる気孔率は 67%であった。また、圧縮強度は 3 2MPaであり、粒子の脱落は無い状態で変形した。平均気孔径は 500 mであった 。得られた多孔体力 試験片を切り出し、アルカリ 温水 加熱処理の後に実施例 1 と同様に骨伝導能及び骨誘導能を観察したところ、骨伝導能については実施例 1と 同様に優れていた力 骨誘導能は乏し力つた。 Naイオンは検出されな力つた。
[0023] 比較例 3—
実施例 1で得られたチタン多孔体力ゝら試験片を切り出し、アルカリ 温水 加熱処 理のいずれも行わずに、骨伝導能及び骨誘導能を観察したところ、骨伝導能に関し ては生体骨の進入量が乏しぐし力も試験片との結合は認められな力つた。骨誘導能 は全く認められなかった。
比較例 4
比較例 2で得られたチタン多孔体力 試験片を切り出し、アルカリ 温水 加熱処 理のいずれも行わずに、骨伝導能及び骨誘導能を観察したところ、骨伝導能に関し ては生体骨の進入量が乏しぐし力も試験片との結合は認められな力つた。骨誘導能 は全く認められなかった。
[0024] 実施例 3—
ガスアトマイズ法により製造した酸素含有量 0. 18重量％、最大粒径 180 mのチ タン合金 (T1-6A1-4V)粉末とポリアセタール（同上）を 65： 35の体積比で混練し た。混練して得られた塊を粉砕し、篩いにかけて 0. 6〜1. 5mmの粒径の顆粒を得 た。また別途、炭酸水素アンモ-ゥム粉末を 500〜 1500 mに粒度調整した。前記 顆粒をこの炭酸水素アンモ-ゥム粉末と 65： 35の体積比で混合し、混合物を金型に 充填し、 130°Cに加熱すると共に 80MPaの圧力を加えることにより、成形した。成形 体を真空炉内に置き、脱脂後、 1380°Cで 2時間保持することにより、直径 22mm X 高さ 18mmの円柱状のチタン合金多孔体を製造した。水銀ポロシメータによる気孔 率は 48%であった。また、圧縮強度は 215MPaであり、粒子の脱落は無い状態で変 形した。平均気孔径は 500 mであった。 [0025] 多孔体から直径 6mm X高さ 15mmの試験片を切り出し、 60°Cの 5M水酸化ナトリ ゥム水溶液に 24時間浸け、続いて 80°Cの蒸留水に 48時間浸けた後、 500°Cで 1時 間加熱した。実施例 1と同様に骨伝導能を観察したところ、実施例 1と同様に優れて いた。一方、チタン合金 (Ti— 6A1— 4V)板にも同様にアルカリ—温水一加熱処理を 施した後、 X線回折装置にかけて結晶相を分析したところ、多量のアナターゼが析出 していた。
[0026] 実施例 4
ガスアトマイズ法により製造した酸素含有量 0. 21重量％、最大粒径 45 mのチタ ン合金 (T1-6A1-4V)粉末とポリアセタール（同上）を 70： 30の体積比で混練した。 混練して得られた塊を粉砕し、篩いにかけて 0. 3〜0. 65mmの粒径の顆粒を得た。 また別途、シユウ酸無水物 88体積％及びパラフィンワックス 12体積％の混合物 (気 孔形成材）を粒度 250〜500 μ mの範囲に調整した。
[0027] そして、前記顆粒を前記気孔形成材混合物と 58： 42の体積比で混合し、この混合 粉末を金型に充填し、 130°Cに加熱すると共に 80MPaの圧力をカ卩えることにより、成 形した。成形体を真空炉内に置き、脱脂後、 1250°Cで 2時間保持することにより、直 径 22mm X高さ 20mmの円柱状のチタン合金多孔体を製造した。気孔率を水銀ポ ロシメータで測定すると 70%であった。また、圧縮強度は 105MPaであり、粒子の脱 落は無い状態で変形した。平均気孔径は 200 mであった。
[0028] 多孔体から直径 6mm X高さ 15mmの試験片を切り出し、 60°Cの 5M水酸化ナトリ ゥム水溶液に 24時間浸け、続いて 40°Cの蒸留水に 48時間浸けた後、 500°Cで 1時 間加熱した。実施例 1と同様に骨伝導能を観察したところ、実施例 1と同様に優れて いた。
[0029] 比較例 5—
実施例 3で得られたチタン合金多孔体力ゝら試験片を切り出し、アルカリ—温水—加 熱処理のいずれも行わずに、骨伝導能を観察したところ、生体骨の進入量が乏しぐ し力も試験片との結合は認められな力つた。
[0030] 比較例 6—
実施例 4で得られたチタン合金多孔体力ゝら試験片を切り出し、アルカリ—温水—加 熱処理のいずれも行わずに、骨伝導能を観察したところ、生体骨の進入量が乏しぐ し力も試験片との結合は認められな力つた。
[0031] 実施例 5—
ガスアトマイズ法により製造した酸素含有量 0. 12重量％、最大粒径 180 mのチ タン粉末とポリアセタールを 65： 35の体積比で混練した。混練して得られた塊を粉砕 し、篩にかけて 0. 6〜1. 5mmの粒径の顆粒を得た。別途、炭酸水素アンモ-ゥム 粉末 88体積0 /0及びパラフィンワックス 12体積0 /0の混合物 (気孔形成材)を 250〜50 O /z mに粒度調整した。
そして、前記顆粒を前記気孔形成材混合物と 58 :42の体積比で混合し、この混合 粉末を金型に充満して 130°Cに加熱するとともに 80MPaの圧力を加えることにより、 成形した。成形体を真空炉内に置き、脱脂後、 1200°Cで 2時間保持することにより、 チタン多孔体を得た。水銀ポロシメーターによる気孔率は 70%、平均気孔径は 200 μ mであった。また、圧縮強度は 40MPaであり、粒子の脱落はない状態で変形した 得られた多孔体力 試験片を切り出し、アルカリ 温水 加熱処理の後に実施例 1 と同様に骨伝導能及び骨誘導能を観察したところ、いずれも実施例 1と同様に優れ ていた。
[0032] 比較例 7—
実施例 5で用いたものと同じチタン粉末を金型に充填し、常温で 80Mpaの圧力を カロえることにより、成形した。成形体は、手でつかむと容易に崩れた。
比較例 8—
実施例 5で用いたものと同じチタン粉末をパラフィンワックスと 95： 5の体積比で混合 し、混合粉末を金型に充填し、 50°Cに加熱するとともに 80Mpaの圧力を加えること により、成形した。成形体を真空炉内に置き、脱脂後、 1200°Cで 2時間保持すること により、直径 23mm X高さ 19mmの円柱状のチタン多孔体を製造した。気孔率は約 30%であった。圧縮強度は 105MPaであり、変形途中で粒子脱落が生じた。
比較例 9
実施例 5で用いたものと同じチタン粉末と炭酸水素アンモ-ゥム粉末とを 58 :42の 体積比で混合し混合粉末を金型に充填し、 130°Cに加熱するとともに 80Mpaの圧 力を加えることにより、成形した。成形体を真空炉内に置き、脱脂後、 1200°Cで 2時 間保持することにより、直径 23mm X高さ 19mmの円柱状のチタン多孔体を製造し た。気孔率は 78%であった。圧縮強度は 25MPaであり、変形途中で粒子脱落が生 じた。
一参考例一
純度 99%のチタン板を、 60°Cの 5M水酸ィ匕ナトリウム水溶液に 24時間浸け、続い て 80°Cの蒸留水に 48時間（12時間毎に 80°Cの新しい蒸留水と交換した。）浸けた。 X線回折装置にかけて結晶相を分析したところ、多量のアナターゼが析出していた。

Claims

請求の範囲
[1] チタン又はチタン合金力もなり、気孔率を X(%)、平均気孔径を Y( m)とするとき 、 XY座標上の点 A (46、 180)、 B (46、 520)、 C (50、 520)、 D (72、 220)及び E ( 72、 180)を結ぶ直線で囲まれる領域内の気孔率及び平均気孔径を有する多孔体 と、
多孔体の孔内面に形成されたアナターゼ相からなる皮膜と
を備えることを特徴とする人工骨。
[2] 気孔率を X(%)、平均気孔径を Y m)とするとき、チタン又はチタン合金粉末及 び有機バインダーからなる顆粒を粒状の気孔形成材と配合し、加圧成形し、焼成す ることにより、 XY座標上の点、 A (46、 180)、 B (46、 520)、 C (50、 520)、 D (72、 22 0)及び E (72、 180)を結ぶ直線で囲まれる領域内の気孔率及び平均気孔径を有す る多孔体を得る工程と、
前記多孔体をアルカリ水溶液と接触させる工程と、
その後、多孔体のアルカリ濃度が 0. 3at%以下となるまで多孔体を水と接触させる 工程と、
次いで 60°C以上 650°C以下で加熱する工程と
を備えることを特徴とする人工骨の製造方法。
[3] 前記気孔形成材が、炭酸水素アンモニゥム及びシユウ酸のうちから選ばれる一種 以上である請求項 2に記載の製造方法。
[4] 前記加熱を前記水と接触させている間に行う請求項 2又は 3に記載の製造方法。
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