WO2007029602A1

WO2007029602A1 - 骨代替材料、該骨代替材料を含む医療用材料、及び該骨代替材料の製造方法

Info

Publication number: WO2007029602A1
Application number: PCT/JP2006/317274
Authority: WO
Inventors: Seishiro Ito; Mitsunobu Iwasaki
Original assignee: Kinki University
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2007-03-15
Also published as: JP4883603B2; JP2007068854A; US20090192628A1

Abstract

［課題］　　生体活性で生体親和性に優れるともに、優れた機械的強度を有する骨代替材料、該骨代替材料を含む医療用材料、及び該骨代替材料の製造方法を提供すること。［解決手段］　　チタン又はチタン合金、及び前記チタン又はチタン合金の陽極酸化皮膜からなる骨代替材料であって、前記チタン又はチタン合金の表面に、前記陽極酸化皮膜が形成されてなり、前記陽極酸化皮膜には、その表面及び／又は内部に無機化合物の微粒子が固着し、前記無機化合物が、少なくともリン及びカルシウムを含むことを特徴とする骨代替材料、該骨代替材料を含む医療用材料、及び該骨代替材料の製造方法とする。

Description

明細書

骨代替材料、該骨代替材料を含む医療用材料、及び該骨代替材料の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、骨代替材料、該骨代替材料を含む医療用材料、及び該骨代替材料の製造方法に関する。詳細には、チタン又はチタン合金、及び前記チタン又はチタン合金の陽極酸ィ匕皮膜からなる骨代替材料であって、前記チタン又はチタン合金の表面に前記陽極酸ィ匕皮膜が形成されてなり、前記陽極酸ィ匕皮膜には、その表面又は内部に無機化合物の微粒子が固着し、前記無機化合物が、少なくともリン及びカルシゥムを含むことを特徴とする骨代替材料に関する。

[0002] 現在、骨折、骨破壊および骨の縮腿などにより、骨の欠損を生じた場合は、患者自身の自家骨や他人力もの同種骨が移植されている。しかし、欠損部が大きくて自家骨で補えない場合や、同種骨が入手できない場合は、人工骨が用いられている。人工骨材料にはさまざまな金属が用いられており、中でもチタンやチタン合金は、軽量、無毒で、機械的特性にも優れるとともに生体内に留置しても生体と特異な反応を起こさないことから、骨代替材料として一般的に用いられている。し力しながら、チタンであるようなバイオメタルは、生体適合性が良ぐ高い耐食性と靭性を有する一方で、骨とは直接結合せず、生体活性を示さないという欠点をあわせもつ。

[0003] この欠点の解消法としては、チタン材表面上に生体活性なハイドロキシアパタイトをプラズマ溶射やレーザーアブレーシヨンなどで物理的にコーティングする、或いはチタン材を陽極酸ィ匕することにより、チタン材表面にリン酸イオン等を吸着した酸ィ匕チタン皮膜を形成させ、生体親和性を付与することが挙げられる。

[0004] 例えば、特許文献 1は、チタンの陽極酸ィ匕により、チタン表面に酸化チタン皮膜を形成させて生体親和性を付与した材料を開示している。特許文献 2は、アルカリ性浴中で陽極酸ィ匕を行うことにより、チタン表面にカルシウムとリン酸を含む酸ィ匕チタン皮膜を形成することで、生体親和性を向上させた材料を開示している。特許文献 3は、チタン (チタン合金)の陽極酸ィ匕により、カルシウム、リン又は硫黄のような添加成分を含む酸ィ匕チタン皮膜中を形成した材料を開示してヽる。

[0005] しカゝしながら、チタン材表面上に生体活性なハイドロキシアパタイトをプラズマ溶射などでコーティングしたものは、チタンとハイドロキシアパタイトの接着性が低い、また、複雑な形状には全面に均一な膜形成を行うことが困難であるという欠点がある。また、特許文献に記載の無機化合物を含む酸ィ匕チタン皮膜は、火花放電下で陽極酸化を行って、な、ので皮膜の膜厚が薄く形成されるために、その機械的特性に劣るとともに、十分な生体親和性が得られてヽなヽとヽぅ問題点がある。

[0006] 特許文献 1 :特開 2003— 190272号公報

特許文献 2：特開 2004— 531305号公報

特許文献 3：特開 2005 - 508862号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 本発明者は、上記問題に鑑み、チタン又はチタン合金の表面に、十分な機械強度をもたらすことが出来るほどの膜厚を有する酸ィ匕皮膜を形成し、該皮膜表面及び Z 又は内部にリン及びカルシウムを含む無機化合物の微粒子を固着させる方法を見出し、本発明に至った。

[0008] 即ち、本発明の課題は、生体活性で生体親和性に優れるともに、優れた機械的強度を有する骨代替材料及び該骨代替材料を含む医療用材料を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、生体活性で生体親和性に優れるともに、優れた機械的強度を有する骨代替材料の製造方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0009] 請求の範囲第 1項に係る発明は

チタン又はチタン合金、及び前記チタン又はチタン合金の陽極酸ィ匕皮膜からなる骨代替材料であって、

前記チタン又はチタン合金の表面に、前記陽極酸ィ匕皮膜が形成されてなり、前記陽極酸ィ匕皮膜には、その表面及び Z又は内部に無機化合物の微粒子が固着し、前記無機化合物が、少なくともリン及びカルシウムを含むことを特徴とする骨代替材料に関する。

請求の範囲第 2項に係る発明は

前記陽極酸ィ匕皮膜の膜厚が、 1〜： LOO mであることを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の骨代替材料に関する。

請求の範囲第 3項に係る発明は

前記無機化合物が、リン酸カルシウムであることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の骨代替材料に関する。

請求の範囲第 4項に係る発明は

前記無機化合物が、ハイドロキシアパタイト、フッ化アパタイト、リン酸三カルシウム（ Ca (PO ) )及び Z又はピロリン酸カルシウム (Ca P O )であることを特徴とする請

3 4 2 2 2 7

求の範囲第 1項乃至第 3項いずれかに記載の骨代替材料に関する。

請求の範囲第 5項に係る発明は

前記無機化合物の微粒子の粒径が、 ΙΟηπ！〜 10 mであることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 4項いずれかに記載の骨代替材料に関する。

請求の範囲第 6項に係る発明は

前記陽極酸ィ匕皮膜が、その表面に細孔部を形成してなることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 5項いずれかに記載の骨代替材料に関する。

請求の範囲第 7項に係る発明は

前記細孔部の開口部の直径が、 0. 1 m〜 10 mであることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 6項いずれかに記載の骨代替材料に関する。

請求の範囲第 8項に係る発明は

前記陽極酸ィ匕皮膜中の酸ィ匕チタンの結晶構造が、無定形、ルチル又はアナタースから選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 7項いずれかに記載の骨代替材料に関する。

請求の範囲第 9項に係る発明は

請求の範囲第 1項乃至第 8項いずれかに記載の骨代替材料を含む医療用材料に関する。請求の範囲第 10項に係る発明は

チタン又はチタン合金と、前記チタン又はチタン合金の表面に形成される前記チタン又はチタン合金の陽極酸ィ匕皮膜からなり、前記陽極酸ィ匕皮膜は、その表面又は内部に、少なくともリン及びカルシウムを含む無機化合物の微粒子を固着することを特徴とする骨代替材料の製造方法であって、

以下の工程 ( 1)及び (2)を含むことを特徴とする骨代替材料の製造方法に関する。

(1)電解浴に、少なくともリン及びカルシウムを含む無機化合物の微粒子を分散させる工程

(2)工程（1)で得られる電解浴中において、前記チタン又はチタン合金を陽極酸ィ匕する工程

請求の範囲第 11項に係る発明は

前記工程 (2)の陽極酸ィ匕する工程が火花放電下で行われることを特徴とする請求の範囲第 10項記載の骨代替材料の製造方法に関する。

請求の範囲第 12項に係る発明は

前記無機化合物が、リン酸カルシウムであることを特徴とする請求の範囲第 10項又は第 11項に記載の骨代替材料の製造方法に関する。

請求の範囲第 13項に係る発明は

3 4 2 2 2 7

求の範囲第 10項乃至第 12項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法に関する。請求の範囲第 14項に係る発明は

前記電解浴が、

リン酸及び錯化剤を含む酸性電解浴、又は、

アルカリ金属及び Z又はアルカリ土類金属の水酸化物、リン酸塩及び錯化剤を含むアルカリ性電解浴

のいずれかであることを特徴とする請求の範囲第 10項乃至第 13項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法に関する。

請求の範囲第 15項に係る発明は前記酸性電解浴に、さらに、リン酸塩及び Z又は無機酸を添加することを特徴とする請求の範囲第 14項記載の骨代替材料の製造方法に関する。

請求の範囲第 16項に係る発明は

前記リン酸が、

オルトリン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、メタリン酸、トリポリリン酸力も選択される一種以上であることを特徴とする請求の範囲第 14項又は第 15項に記載の骨代替材料の製造方法に関する。

請求の範囲第 17項に係る発明は

前記リン酸塩が、

オルトリン酸イオン、リン酸水素イオン、リン酸二水素イオン又はピロリン酸イオンから選択される一種と、

アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン又はアンモ-ゥムイオン力選択される一種で構成されるリン酸塩であることを特徴とする請求の範囲第 14項乃至第 16項いずれ力に記載の骨代替材料の製造方法に関する。

請求の範囲第 18項に係る発明は

前記工程（2)の陽極酸ィ匕する工程力電流密度 0. l〜5AZdm²で行われることを特徴とする請求の範囲第 10項乃至第 17項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法に関する。

請求の範囲第 19項に係る発明は

前記工程（2)の陽極酸ィ匕する工程力電圧 80〜300Vで行われることを特徴とする請求の範囲第 10項乃至第 18項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法に関する。

請求の範囲第 20項に係る発明は

前記工程（2)の陽極酸ィ匕する工程が、電解浴の温度 0〜100°Cで行われることを特徴とする請求の範囲第 10項乃至第 19項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法に関する。

発明の効果

本発明の骨代替材料及び該骨代替材料を含む医療用材料は、生体親和性及び生体活性に優れるともに、優れた機械的強度を有する。

詳細には、本発明の骨代替材料は、その表面及び z又は内部にリン及びカルシゥムを含む無機化合物の微粒子が固着しているため、リン及びカルシウムを含む無機化合物の特性である生体適合性および生体組織に対する密着性、接着性に優れる

。特に、前記無機化合物の微粒子は、陽極酸化皮膜表面及び Z又は内部に分散して固着するので、本発明の骨代替材料は、その生体親和性が安定して、ムラなく発揮される。

本発明の骨代替材料において、チタン又はチタン合金表面に形成される陽極酸化皮膜が十分な膜厚を有するため、優れた機械的特性を有するとともに、陽極酸化皮膜の強度及びチタン材に対する密着性が良好であることから、摩耗及び剥離する事がない。

本発明の骨代替材料が多孔質であるため、生体骨と結合させる場合、生体骨と人ェ骨との接合は非常に強固なものとなる。

[0012] 本明細書中の実施例に示すように、本発明の骨代替材料を SBF溶液 (疑似体液）に浸漬させた場合、その陽極酸ィ匕皮膜に固着する HAp微粒子の析出量が、浸漬日数とともに増加することから、本発明の骨代替材料は優れた生体活性を有することがゎカゝる。

本発明の骨代替材料の製造方法は、生体親和性及び生体活性に優れるともに、優れた機械的強度を有する骨代替材料を製造することができる。特に、本発明の骨代替材料の製造方法は、生体親和性を有する無機化合物の微粒子を電解浴中に分散させた後、チタン又はチタン合金を電解処理するだけであるため、簡易に実施できる。

即ち、本発明の骨代替材料、及び該骨代替材料を含む医療用材料により、患者のギプス着用日数の軽減、日常生活の自由度の向上など、高い QOL (クォリティー 'ォブ'ライフ）が実現できる。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の骨代替材料及び該骨代替材料を含む医療用材料について説明する。本発明の骨代替材料は、チタン又はチタン合金、及び前記チタン又はチタン合金の陽極酸ィ匕皮膜からなる骨代替材料である。

本発明に係るチタン合金は特に限定されず、軽量、無毒で、機械的特性に優れるものを選択することが望ましい。本発明に係るチタン又はチタン合金の形状は、用途に応じて適宜決定すればょヽ。

[0014] 本発明に係るチタン又はチタン合金の陽極酸ィ匕皮膜は、前記チタン又はチタン合金の表面に形成され、前記陽極酸化皮膜の表面及び Z又は内部には、無機化合物の微粒子が固着している。尚、前記無機化合物の微粒子とは、少なくともリン及び力ルシゥムを含む微粒子である。

[0015] 本発明に係るチタン又はチタン合金の陽極酸ィ匕皮膜が、チタン及びチタン合金の表面を占める面積は特に限定されず、用途、チタン又はチタン合金の種類、無機化合物の微粒子 (後に詳説する）に応じて適宜決定すればよ！ヽ。

本発明に係る少なくともリン及びカルシウムを含む無機化合物の微粒子としては、例えばリン酸カルシウムが挙げられ、好ましくは、ハイドロキシアパタイト、フッ化ァパタイト、リン酸三カルシウム（Ca (PO ) )及び

3 4 2 Z又はピロリン酸カルシウム（Ca P O )

2 2 7 の微粒子とされる。

[0016] 前記リン及びカルシウムを含む無機化合物の微粒子の粒径は、好ましくは ΙΟηπ！〜

10 mであり、より望ましくは 50nm〜l μ mである。 lOnm未満の場合、陽極酸化皮膜に十分に固着せず、を超える場合は、固着した無機化合物の微粒子がはがれやすいため、いずれの場合も好ましくない。

[0017] 本発明の骨代替材料について、以下図面を参照して説明する。

本発明の骨代替材料は、チタン又はチタン合金の表面に陽極酸ィ匕皮膜が形成されてなる。

前記陽極酸ィ匕皮膜は、好ましくは、多孔質であり、その表面に複数の細孔部を有する。この細孔部は、無機化合物の微粒子が固着するための表面積を増すためでだけではなぐ接着した生体骨との間でアンカー効果が期待できるため望ましい。

図 1は、チタン又はチタン合金表面が陽極酸ィ匕皮膜により皮膜されている様子を示す。図 1中（1)はチタン及びチタン合金、（2)は陽極酸ィ匕皮膜、（3)は細孔部を示す。図 2は、図 1の断面図であり、図 1と同じぐ図 2中（1)はチタン及びチタン合金、 (2) は陽極酸化皮膜、（3)は細孔部を示す。しかしながら、図 1及び図 2は、陽極酸化皮膜の構造を明確に示すことを目的とするため、本発明に係る無機化合物の微粒子は図面上では省略されている。尚、図 1〜3において、本発明にかかる陽極酸ィ匕皮膜は、チタン又はチタン合金の片側表面にのみ形成されている力特に限定されるものではない。即ち、本発明にかかる陽極酸ィ匕皮膜はチタン又はチタン合金の全表面に形成されてもよい。

[0018] 本発明に係る陽極酸化皮膜の膜厚は、好ましくは 1〜： LOO /z mであり、より望ましくは 10〜50 mである。： m未満の場合、固着した無機化合物の微粒子がはがれやすぐ十分な機械的強度を発揮できず、 100 mを超えるとチタン又はチタン合金板との密着性が劣るため、、ずれの場合も望ましくな、。

例えば、本発明に係る陽極酸化皮膜の膜厚が、 1 μ m〜100 mの場合、干渉膜などの薄膜とは異なり十分な膜厚を有するため、引つ力き試験などで皮膜が傷ついて下地のチタン板が露出するようなことはなぐ陽極酸化皮膜自体が十分な機械的強度を有しているという点に優れている。特に、 50 mを超えた場合には、極めて優れた機械的強度を有することとなる。さら〖こ、 10〜50 ;ζ ΐηの場合は、陽極酸化皮膜自体が十分な機械的強度を有していることに加え、皮膜の膜厚が適度であるため、陽極酸ィ匕皮膜とチタン又はチタン合金板との間での密着性が十分に形成されるので、剥がれ落ちるなどの問題がなヽと、う点で優れて、る。

[0019] 本発明の骨代替材料における陽極酸ィ匕皮膜中の細孔部の開口部の直径は、好ましくは 0. 1〜： LO /z m、より望ましくは 0. 5〜5 /ζ πιである。 0. 1 m未満では無機ィ匕合物の微粒子が細孔内に固着できず、また 10 mを超えると陽極酸ィ匕皮膜自体の機械的強度に劣るため、ずれの場合も好ましくな、。

[0020] 次に、図 3を参照する。図 3 (a)及び (b)は、本発明の骨代替材料、即ちチタン又はチタン合金表面が陽極酸ィ匕皮膜により皮膜されるとともに、前記陽極酸ィ匕皮膜の表面又は内部に無機化合物の微粒子が固着している骨代替材料を示す。

図 3 (a)においては、陽極酸ィ匕皮膜表面及び内部に無機化合物の微粒子が固着している。特に、本発明の骨代替材料において、無機化合物の微粒子が陽極酸化皮膜表面および内部に固着した場合、特に生体骨と接着しやすくなるため生体活性に優れる。

図 3 (b)は、本発明の骨代替材料において、陽極酸化皮膜表面、特に陽極酸化皮膜の細孔部内に規則正しく無機化合物の微粒子が固着している様子を示す。本発明の骨代替材料において、規則正しく無機化合物の微粒子が固着している場合、特に接着した生体骨との間でアンカー効果が期待できるので優れる。

[0021] 本発明に係る陽極酸化皮膜中の酸化チタンの結晶構造は、無定形、ルチル又はアナタース力選択される少なくとも一種であることが好ましぐこれらの結晶構造を有する場合、特に生体親和性に優れる。

[0022] 本発明の医療用材料は、本発明の骨代替材料が含まれてなる。本発明の医療用材料としては、例えば、生体材料、骨充填材料、歯材料、プロテーゼ等が挙げられる

[0023] 以下、本発明の骨代替材料の製造方法について説明する。

本発明の骨代替材料の製造方法は、以下の工程（1)及び (2)を含む。

(2)工程（1)で得られる電解浴中において、チタン又はチタン合金を陽極酸化する工程

[0024] まず、工程（1)について説明する。

工程（1)において、電解浴に無機化合物の微粒子を分散させる。

工程（1)で分散される無機化合物の微粒子は、少なくともリン及びカルシウムを含み、例えば、リン酸カルシウムが挙げられる。好ましくは、ハイドロキシアパタイト、フッ化アパタイト、リン酸三カルシウム（Ca (PO ) )及び

3 4 2 Z又はピロリン酸カルシウム（Ca

P o )が用いられる。この理由は、これらのリン酸カルシウムを用いることにより、本

2 2 7

発明の骨代替材料が生体骨との間で接着性が飛躍的に向上することが期待できる点で優れるからである。

[0025] 前記無機化合物の微粒子の、電解浴中に含まれる量は、電解浴の容積、チタン又はチタン合金の体積、電解浴に加えられる化合物の種類又は量によって適宜決定される。

[0026] 工程（1)に用いられる電解浴は、酸性電解浴又はアルカリ性電解浴のいずれかである。

本発明に係る酸性電解浴は、少なくともリン酸と錯化剤を含む。

前記リン酸としては、リン酸イオンを含むリン酸、即ち、オルトリン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、メタリン酸、トリポリリン酸等が挙げられる力このうちオルトリン酸、ピロリン酸、メタリン酸が好ましぐオルトリン酸がより望ましい。

前記錯化剤としては、過酸化水素、ケトン類、アミン類、グリコール類が挙げられ、好ましくは過酸ィ匕水素が用いられる。

[0027] 酸性電解浴には、さらに、リン酸塩及び Z又は無機酸を添加剤として任意に加えてちょい。

前記リン酸塩は、例えば、オルトリン酸イオン、リン酸水素イオン、リン酸二水素ィォン又はピロリン酸イオンカゝら選択される一種と、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン又はアンモ-ゥムイオン力選択される一種で構成されるリン酸塩が挙げられるが、好ましくは、アルカリ金属イオン、アンモ-ゥムイオン、より望ましくはナトリウムイオンとされる。

前記無機酸とは、硝酸、硫酸、塩酸、ホウ酸等が挙げられ、好ましくは、ホウ酸が用いられる。

[0028] 本発明に係るアルカリ性電解浴は、アルカリ金属及び Z又はアルカリ土類金属の水酸化物、リン酸塩及び錯化剤をそれぞれ一種以上含む。

前記アルカリ金属及び Z又はアルカリ土類金属の水酸ィ匕物としては、好ましくは水酸ィ匕ナトリウムが用いられる。

前記リン酸塩としては、例えば、オルトリン酸イオン、リン酸水素イオン、リン酸二水素イオン又はピロリン酸イオン力選択される一種と、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン又はアンモ-ゥムイオンカゝら選択される一種で構成されるリン酸塩が挙げられる力好ましくは、アルカリ金属イオン、アンモ-ゥムイオン、より望ましくはナトリゥムイオンとされる。

[0029] 本発明に係る酸性電解浴は、好ましくは pH5以下、より望ましくは、 pH3以下である。一方、アルカリ性電解浴は、 pH9以上、より望ましくは、 pHl l以上である。この理由は、 pH5を超え、 9未満である場合は、電解浴の伝導率が低いために火花放電による陽極酸ィ匕厚膜を形成できな、ため望ましくな、からである。

[0030] 電解浴中のリン酸、リン酸塩、錯化剤の濃度は好ましくは以下のように調整される。

酸性又はアルカリ性電解浴中にリン酸が含まれる場合、リン酸濃度は、好ましくは 0 . 01〜10Mで、より望ましくは 1〜5Mである。 0. 01M未満では、電解浴の電導率が低すぎるため火花放電は起こらず十分な膜厚を形成できない。また、 10Mを超えると、無機化合物の微粒子が電解浴中に溶解してしまうため、該微粒子が十分に陽極酸化皮膜中に固着されな、ため、、ずれの場合も好ましくな、。

[0031] 酸性又はアルカリ性電解浴中に錯化剤が含まれる場合、錯化剤濃度は、好ましく ίま 0. 001〜3Μで、より望ましく ίま 0. 01〜0. 5Μである。この理由 ίま 0. 001M未満では、十分な錯ィ匕能を発揮できないため、浴寿命が短い。また、 3Μを超えると、それ以上の錯ィ匕能が期待できな、ため好ましくな!/、。

[0032] 酸性又はアルカリ性電解浴中にリン酸塩が含まれる場合、リン酸塩濃度は、好ましく ίま 0. 001〜5Μ、より望ましく ίま 0. 01〜0. 5Μである。この理由 ίま、 0. 001M未満では電導率が低すぎるため火花放電は起こらず十分な膜厚を形成できず、また、 5 Μを超えると、陽極酸ィ匕皮膜の膜厚のムラが激しいため望ましくないからである。

[0033] 酸性又はアルカリ性電解浴中にアルカリ金属及び Ζ又はアルカリ土類金属の水酸化物が含まれる場合、アルカリ金属及び Ζ又はアルカリ土類金属の水酸化物の濃度は、好ましくは 0. 01〜5Μで、より好ましくは 0. 1〜： LMである。この理由は、 0. 01M 未満では、電導率が低すぎるため火花放電は起こらず十分な膜厚を形成できず、また、 5Μを超えると、陽極酸ィ匕皮膜の膜厚のムラが激しいため望ましくないからである

[0034] 次に、工程（2)について説明する。

工程（2)は、工程（1)で得られる電解浴中において、チタン又はチタン合金を陽極酸ィ匕する工程である。チタン又はチタン合金を陽極の電極として、直流にて火花放電発生電圧以上の電圧を印加することにより行われる陽極酸ィ匕により、チタン又はチタン合金表面に、その陽極酸化皮膜が形成され、本発明の骨代替材料が製造される。

本発明に係る無機化合物の微粒子が、陽極酸ィ匕皮膜の表面及び Z又は内部に入り込み固着するのは、この陽極酸ィ匕皮膜の形成工程において、火花発生と同時に局部的な発熱が生じ、この発熱が生じた箇所に電解浴中の無機化合物の微粒子が入り込む、又は固着すること〖こよるちのである。

[0035] 前記陽極酸ィ匕は、直流、交直重畳、又はパルス波を印加して行う、又はサイリスタ方式による直流電源を用いて、単相半波、三相半波、六相半波を印加して行う。前記のいずれの波形でも、火花放電が発生する電圧以上で行い、好ましくは、印加電圧が 100V以上、より望ましくは 150V以上で行う。

[0036] 前記陽極酸ィ匕における電流密度は、好ましくは 0. l〜5AZdm²、より望ましくは 0.

5〜3AZdm²の範囲である。この理由は、 0. lAZdm²未満では、十分な膜厚を形成できず、固着した無機化合物の微粒子がはがれやすぐまた、 5AZdm²を超えると、陽極酸化皮膜形成の速度が速すぎるため、緻密な膜ができにくぐ好ましくない力である。

[0037] 前記陽極酸化における電圧が 80〜300V、好ましくは 100〜250V、より好ましくは 150〜200Vの範囲である。この理由は、 50V未満では、火花放電が起こらないため膜が十分に形成されず、また、 300Vを超えると、陽極酸化皮膜形成の速度が速いため緻密な膜ができなヽからである。

[0038] 工程（2)における電解時間は 5〜240分、好ましくは 30〜 120分の範囲である。 5 分未満では、十分な膜厚とならないため固着した無機化合物の微粒子がはがれやすいため、また、 240分を超えると、膜厚が厚くなりすぎてチタン板との接着強度および機械的強度が低下するため、、ずれの場合も好ましくな、。

[0039] 工程（2)における電解浴の温度は、好ましくは 0〜100°C、 20〜40°Cがより望ましい。電解浴の温度が 0〜： LOO°Cである場合、電解液の管理が比較的容易であるため好ましい。

実施例 [0040] 以下、本発明について、実施例に基づき説明する。

(試験例 1)本発明の骨代替材料の生体親和性'生体活性に関する試験

<実施例 1の製造 >

添加剤として H BO、 H SOを加えた H PO— H O系電解浴 1L中に

3 3 2 4 3 4 2 2

ピロリン酸カルシウム（Ca P O ) 100gを分散させ、その浴中に純チタン板（3cm X 5

2 2 7

cm)を浸漬し、 2. OAZdm²の直流定電流電解で 200Vまで昇圧した後、定電圧電解に切り換えて 200Vに保持する方法で、電解浴温度は 17〜31°C、 60分間陽極酸化処理した。対極は試験片と同じチタン板、極間距離は 5. Ocmである。その後、水洗、乾燥した。これにより純チタン板表面に厚さ 55 mの陽極酸ィ匕皮膜が確認された。得られた骨代替材料を実施例 1とした。

[0041] <実施例 2の製造 >

0. 5molZL水酸化ナトリウムと 0. 05molZLリン酸三ナトリウムと 0. 05molZL過酸ィ匕水素との混合浴 1L中にハイドロキシアパタイトの微粒子 10gを分散させ、その浴中に純チタン板（3cm X 5cm)を浸漬し、直流 150Vで電解浴温度は 20〜30°C、 12 0分間陽極酸化処理した。対極は試験片と同じチタン板、極間距離は 5cmである。その後、水洗、乾燥した。これにより純チタン板表面に厚さ 15 mの陽極酸化皮膜が確認された。得られた骨代替材料を実施例 2とした。

[0042] <比較例 1の製造 >

電解浴中にハイドロキシアパタイトを添加しな、ことを除、ては、実施例 2と同様の工程により、チタン板に陽極酸ィ匕皮膜を形成した。得られた骨代替材料を比較例 1とした。

[0043] < SBF溶液 (疑似体液： Simulated Body Fluid)の調製 >

蒸留水 700mlに NaCl 7. 996g、 NaHCO 0. 35g、 KC1 0.

3

224g、 K HPO 0. 174g、 MgCl - 6H O 0. 305g、 1M— H

2 4 2 2

CI 40ml、 CaCl 0. 278g、 Na SO 0. 071g、 (CH OH)

2 2 4 2

CNH 6. 057gを順に溶解させ、 1M— HC1で pHを 7. 40に調節した後、メスフラス

3 2

コに移し、蒸留水を加えて 1000mlに調製し、これを SBF溶液とした。

[0044] <試験方法 > SBF溶液を用いて、実施例 1、 2及び比較例 1について生体活性について調べた。

[0045] 実施例 1、 2及び 3を SBF溶液 (疑似体液、 Simulated Body Fluid)に 5日間浸漬させた後の、単位面積あたりの微粒子析出量を測定した。

<結果 >

実施例 1は、ハイドロキシアパタイト析出量を測定した結果、 0. 22mgZcm²で、実施例 2は、ハイドロキシアパタイト析出量を測定した結果、 0. 12mgZcm²であった。また、比較例 1は、ハイドロキシアパタイトの析出はほとんど認められな力つた。従って、本発明の骨代替材料 (実施例 1及び実施例 2)は、生体親和性とともに生体活性を備えていることがわかる。

[0046] く X線解析図（XRDパターン） (1) >

実施例 2及び比較例 1の X線解析図 (XRDパターン)を測定した。 XRDパターンを図 4に示す。比較例 1の測定結果により、ルチルおよびアナタースが析出しているのがわかる。一方、実施例 2の測定結果からは、これらの結晶とともに HApのピークが見られた。このことから本発明の骨代替材料 (実施例 2)は生体親和性を有することが明らかになった。

[0047] く X線解析図（XRDパターン） (2) >

上限電圧を 150Vとし、実施例 2を SBF溶液に 0日、 3日、 5日間と浸漬させた後の XRDパターンを図 5に示す。浸漬日数の増加とともに、 HApのピーク強度が著しく増加するのが確認された。即ち、本発明の骨代替材料は、生体親和性とともに、優れた生体活性を有することがわ力る。

[0048] 図 6中、（a)は比較例 1の SBF溶液浸漬前、（b)は比較例 1の SBF溶液浸漬 5日後、（c)は実施例 2の SBF溶液浸漬前、（d)は、実施例 2の SBF溶液浸漬 5日後の SE M写真である。この SEM写真から明らかなように、実施例 2を SBF溶液に 5日間浸漬させた皮膜の HAp微粒子の析出量は、浸漬日数とともに増加した。従って、本発明の骨代替材料は生体活性であることがわかる。

[0049] (試験例 2) SBF溶液浸漬後の HAp析出量の経時的変化に関する試験

実施例 2の工程において、上限電圧を 150V、 200Vと変化させた条件で、 0. 05 M-Na PO -0. 5M-NaOH-0. 05M- H O電解浴中で作製した陽極酸化皮膜材を、 SBF溶液に浸漬させた後の単位面積あたりの HAp析出量および HAp膜厚の増加量を図 7及び 8にそれぞれ示す。浸漬日数の増加にとともに、 HAp析出量および HAp膜厚は増加しているのがわ力る。

上限電圧条件 150Vで陽極酸ィ匕処理した皮膜の方が SBF浸漬時の HAp析出量および HAp膜厚の増加量は若干大きぐ 200Vに比べ生体活性が高いといえる。陽極酸化処理した皮膜の XRDパターンから、上限電圧条件 150Vで作製したものはアナタースのピークがルチルのものよりも大きかったのに対し、 200Vで作製したものはァナタースとルチルのピークが同等の大きさであった。従って、アナタースの方がルチルより高ヽアパタイト形成能を示すことがわかる。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の骨代替材料を示す斜視図である。（但し、本発明に係る無機化合物の微粒子は省略されている状態を示す。 )

[図 2]本発明の骨代替材料を示す断面図である。（但し、本発明に係る無機化合物の微粒子は省略されている状態を示す。 )

[図 3]本発明の骨代替材料の断面図である。

[図 4]本発明の実施例 2及び比較例 1に係る X線回折図形である。（a)はチタン、 (b) は比較例 1、（c)は実施例 2の XRDパターンである。尚、図面中、「R」はルチル、「A」はアナタース、「T」はチタン、「ΗΑρ」はハイドロキシアパタイトを示す。

[図 5]本発明の実施例 2に係る X線回折図形であり、 SBF溶液に 0日、 3日、 5日間浸漬させた後の X線回折図形である。

[図 6]実施例 2及び比較例 1に係る SEM写真である。図 6中（a)は比較例 1の SBF溶液浸漬前の陽極酸化チタン板、 (b)は比較例 1の SBF溶液浸漬 5日後の陽極酸化チタン板、（c)は実施例 2の SBF溶液浸漬前の陽極酸ィ匕チタン板、（d)は実施例 2の S BF溶液浸漬 5日後の陽極酸ィ匕チタン板の SEM写真である。

[図 7]試験例 2の SBF溶液浸漬後の HAp析出量の経時的変化に関する試験における、単位面積あたりの HAp析出量を示す図である。

[図 8]試験例 2の SBF溶液浸漬後の HAp析出量の経時的変化に関する試験における、単位面積あたりの HAp膜厚の増加量を示す図である。符号の説明

1····チタン又はチタン合金

2·…陽極酸化皮膜

3····細孔部

4· · ··リン及びカルシウムを含む無機化合物の微粒子

Claims

請求の範囲

[1] チタン又はチタン合金、及び前記チタン又はチタン合金の陽極酸ィ匕皮膜からなる骨代替材料であって、

前記チタン又はチタン合金の表面に、前記陽極酸ィ匕皮膜が形成されてなり、前記陽極酸ィ匕皮膜には、その表面及び Z又は内部に無機化合物の微粒子が固着し、

前記無機化合物が、少なくともリン及びカルシウムを含むことを特徴とする骨代替材料。

[2] 前記陽極酸ィ匕皮膜の膜厚が、 1〜： LOO/z mであることを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の骨代替材料。

[3] 前記無機化合物が、リン酸カルシウムであることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の骨代替材料。

[4] 前記無機化合物が、ハイドロキシアパタイト、フッ化アパタイト、リン酸三カルシウム（

Ca (PO ) )及び Z又はピロリン酸カルシウム (Ca P O )であることを特徴とする請

3 4 2 2 2 7

求の範囲第 1項乃至第 3項いずれかに記載の骨代替材料。

[5] 前記無機化合物の微粒子の粒径が、 ΙΟηπ！〜 10 μ mであることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 4項いずれかに記載の骨代替材料。

[6] 前記陽極酸ィ匕皮膜が、その表面に細孔部を形成してなることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 5項いずれかに記載の骨代替材料。

[7] 前記細孔部の開口部の直径が、 0. 1 m〜 10 mであることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 6項いずれかに記載の骨代替材料。

[8] 前記陽極酸ィ匕皮膜中の酸ィ匕チタンの結晶構造が、無定形、ルチル又はアナタース力選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 7項いずれかに記載の骨代替材料。

[9] 請求の範囲第 1項乃至第 8項いずれかに記載の骨代替材料を含む医療用材料。

[10] チタン又はチタン合金と、前記チタン又はチタン合金の表面に形成される前記チタン又はチタン合金の陽極酸ィ匕皮膜からなり、前記陽極酸ィ匕皮膜は、その表面又は内部に、少なくともリン及びカルシウムを含む無機化合物の微粒子を固着することを特徴とする骨代替材料の製造方法であって、

以下の工程 ( 1)及び (2)を含むことを特徴とする骨代替材料の製造方法。

[11] 前記工程 (2)の陽極酸ィ匕する工程が火花放電下で行われることを特徴とする請求の範囲第 10項記載の骨代替材料の製造方法。

[12] 前記無機化合物が、リン酸カルシウムであることを特徴とする請求の範囲第 10項又は第 11項に記載の骨代替材料の製造方法。

[13] 前記無機化合物が、ハイドロキシアパタイト、フッ化アパタイト、リン酸三カルシウム（

3 4 2 2 2 7

求の範囲第 10項乃至第 12項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法。

[14] 前記電解浴が、

リン酸及び錯化剤を含む酸性電解浴、又は、

のいずれかであることを特徴とする請求の範囲第 10項乃至第 13項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法。

[15] 前記酸性電解浴に、さらに、リン酸塩及び Z又は無機酸を添加することを特徴とする請求の範囲第 14項記載の骨代替材料の製造方法。

[16] 前記リン酸が、

オルトリン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、メタリン酸、トリポリリン酸力も選択される一種以上であることを特徴とする請求の範囲第 14項又は第 15項に記載の骨代替材料の製造方法。

[17] 前記リン酸塩が、

オルトリン酸イオン、リン酸水素イオン、リン酸二水素イオン又はピロリン酸イオンから選択される一種と、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン又はアンモ-ゥムイオン力選択される一種で構成されるリン酸塩であることを特徴とする請求の範囲第 14項乃至第 16項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法。

[18] 前記工程（2)の陽極酸ィ匕する工程力電流密度 0. l〜5AZdm²で行われることを特徴とする請求の範囲第 10項乃至第 17項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法。

[19] 前記工程（2)の陽極酸ィ匕する工程力電圧 80〜300Vで行われることを特徴とする請求の範囲第 10項乃至第 18項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法。

[20] 前記工程（2)の陽極酸ィ匕する工程が、電解浴の温度 0〜100°Cで行われることを特徴とする請求の範囲第 10項乃至第 19項いずれかに記載の骨代替材料の製造方法。