WO2007108329A1 - 生体適合性材料の製造方法 - Google Patents

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WO2007108329A1
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substrate
ion beam
apatite
molecule
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Inventor
Gikan Takaoka
Masakazu Kawashita
Original Assignee
Kyoto University
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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
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A61L27/30—Inorganic materials
    • A61L27/32—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a biocompatible material having an apatite film on the surface of a substrate such as an organic polymer material.
  • Patent Document 1 Since it is useful as a member such as a ligament, several production methods have been proposed so far.
  • a plasma discharge treatment or the like is performed to hydrophilize the surface of the base material to impart apatite-forming ability to the base material, and then a calcium solution that contains calcium ions and does not contain phosphate ions.
  • a method by alternately immersing in a phosphoric acid solution containing phosphate ions but no calcium ions is described.
  • Patent Document 1 JP 2000-327314 A
  • the present invention provides a novel method for producing a biocompatible material by forming an apatite film after effectively hydrophilizing the surface of a strong substrate such as an organic polymer material. Objective.
  • the method for producing a biocompatible material of the present invention made based on the above-mentioned findings is as follows. As described in 1, it is characterized by forming apatite film after irradiating the surface of the substrate with a cluster of gaseous or liquid substances containing oxygen atoms in the molecule at normal temperature and pressure and a mixed ion beam of monomers. To do.
  • the production method according to claim 2 is characterized in that, in the production method according to claim 1, the cluster and the monomer are the same substance.
  • the manufacturing method according to claim 3 is characterized in that, in the manufacturing method according to claim 2, the cluster and the monomer are both oxygen molecules.
  • the manufacturing method according to claim 4 is characterized in that in the manufacturing method according to claim 1, the base material is an organic polymer material.
  • the manufacturing method according to claim 5 is characterized in that, in the manufacturing method according to claim 1, the apatite film is formed using a solution supersaturated with respect to apatite.
  • the manufacturing method according to claim 6 is characterized in that, in the manufacturing method according to claim 5, a solution supersaturated with apatite is a simulated body fluid.
  • the manufacturing method according to claim 7 is the manufacturing method according to claim 1, wherein the surface of the base material is irradiated with a mixed ion beam and then subjected to a surface treatment with a calcium ion-containing aqueous solution. A film is formed.
  • the manufacturing method according to claim 8 is characterized in that, in the manufacturing method according to claim 7, the calcium ion-containing aqueous solution is a salted calcium aqueous solution.
  • the biocompatible material of the present invention is a group irradiated with a cluster of gaseous or liquid substances containing oxygen atoms in the molecule at normal temperature and pressure and a mixed ion beam of monomers.
  • An apatite film is formed on the surface of the material.
  • the method for imparting apatite-forming ability to the substrate of the present invention comprises a cluster of gaseous or liquid substances containing oxygen atoms in the molecule at normal temperature and atmospheric pressure, and a mixed ion beam of monomers as described in claim 10. To the surface of the substrate.
  • the living body implant material of the present invention has a cluster of gaseous or liquid substances containing oxygen atoms in the molecule at normal temperature and normal pressure, and a mixed ion beam of monomers on the surface of the substrate. It is characterized by being irradiated.
  • the biocompatible material can be obtained by forming an apatite film after effectively hydrophilizing the surface of a base material made of an organic polymer material or the like.
  • a novel manufacturing method is provided.
  • JP-A-10-66721 a surface treatment method for a medical article by irradiating gas cluster ions on the surface of a polymer or metal-forced medical article is proposed. Includes the hydrophilization and carbon dioxide and oxygen as substances constituting the cluster.
  • further surface treatment after the surface of the article is made hydrophilic by irradiating cluster ions of these substances.
  • JP-A-2004-149838 discloses that the surface of the substrate is irradiated with a mixed ion beam of cluster 1 and monomer.
  • the purpose is to form a carbon film having an arbitrary hardness under vacuum and reduced pressure on the substrate, and there is no description about the hydrophilization of the substrate surface.
  • FIG. 1 is a diagram showing the ion species dependence of the XPS spectrum of the surface of a substrate irradiated with a mixed ion beam of clusters and monomers in an example.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the contact angle of the substrate and the acceleration voltage one hour after irradiation with a mixed ion beam of clusters and monomers.
  • FIG. 3 is a diagram showing the change over time in the contact angle of the substrate when irradiated with a mixed ion beam of clusters and monomers.
  • FIG. 4 shows the results of a thin film X-ray diffraction measurement of a substrate having an apatite film on the surface of the present invention.
  • FIG. 5 shows the result of scanning electron microscope measurement of a substrate having an apatite film on the surface of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an example of a known cluster ion beam irradiation apparatus that can be used in the present invention.
  • the method for producing a biocompatible material of the present invention comprises a cluster of gaseous or liquid substances containing oxygen atoms in the molecule at normal temperature and pressure, and a mixed ion beam of monomers on the surface of the substrate. An apatite film is formed after irradiating the surface.
  • Gas or liquid substances containing oxygen atoms constituting the cluster in the molecule at normal temperature and pressure include oxygen (O 2 carbon dioxide (CO 2), water (H 0), alcohol (ROH: R is
  • R is as defined above). These may be used singly or in combination of a plurality of types.
  • Examples of monomers include neon (Ne), argon (Ar), and xenon (Xe) in addition to gaseous or liquid substances at room temperature and normal pressure that contain oxygen atoms constituting the cluster. . These can be used alone or in combination.
  • a typical example of the substrate is an organic polymer material.
  • the surface is irradiated with a monomer ion beam, and the high energy cuts a stable chemical bond (for example, carbon-carbon bond or carbon-hydrogen bond) on the surface.
  • the ion beam of a cluster of gas or liquid substance at room temperature and normal pressure containing oxygen atoms in the molecule, the chemical bond is broken and the surface of the substrate that has increased reactivity is reduced with low damage.
  • functional groups such as carboxyl groups (COOH) that induce nucleation of apatite can be efficiently introduced on the surface of the substrate.
  • the surface of the substrate can be effectively hydrophilized to impart apatite forming ability to the substrate.
  • the type of organic polymer material is not particularly limited, and examples thereof include polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutyl alcohol, ethylene butyl alcohol copolymer, polystrength prolatatone, poly-l-lactic acid, and nylon.
  • the present invention is not only effective for a substrate that also has organic polymer material strength, but the surface is made hydrophilic, or is easily made hydrophilic, such as a metal, metal oxide, or ceramic substrate.
  • titanium, zirconium, tantalum, niobium, etc. (these may be alloys), base materials that also have their acid strength, base materials made of silicon carbide, base materials containing silicon, etc.
  • the surface can be effectively hydrophilized.
  • the surface of the substrate is irradiated with a cluster of gaseous or liquid substances containing oxygen atoms in the molecule at normal temperature and pressure and a mixed ion beam of monomers.
  • the apatite forming ability can be imparted to the base material using, for example, a known cluster ion beam irradiation apparatus.
  • Fig. 6 is a schematic diagram of an example of a cluster ion beam irradiation apparatus.
  • the cluster ion beam irradiation device shown in Fig. 6 has a cluster generation chamber for generating a cluster as a basic configuration, and a differential pump for passing the generated cluster through a skimmer with a small aperture to make it a thin beam.
  • the ion beam irradiation chamber force that irradiates the target with the cluster ion beam in which the number of constituent molecules is selected by ionizing the formed cluster beam and performing mass separation.
  • the voltage (Va) is from lkV to: LOkV, and the cluster size distribution of 50 molecules to 8000 molecules is selected by selecting the number of constituent molecules of the ion beam in the ion beam irradiation chamber. As a result, a mixed ion beam having a monomer existence ratio (ion number ratio) of 1: 3 to 1:10 can be formed.
  • the number of ions (Dose) irradiated to the substrate may be about 1 ⁇ 10 14 ionsZcm 2 to 1 ⁇ 10 16 ionsZcm 2 . If the cluster and monomer are different materials, the system configuration can be introduced separately into the cluster generation chamber, and both should be ejected simultaneously from the nozzle.
  • the surface of the substrate irradiated with a cluster of gaseous or liquid substances containing oxygen atoms in the molecule at normal temperature and normal pressure and a mixed ion beam of monomers by the above method is effective. Since it is hydrophilic, an apatite film can be easily formed on the surface.
  • the apatite film formation method itself is a known method, such as a simulated body fluid (SBF) heated to about body temperature (36 ° C to 37 ° C) or a solution having a concentration up to about 5 times the same. What is necessary is just to employ
  • the surface treatment is performed with an aqueous solution containing calcium ions! ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Calcium ions that promote nucleation of apatite on the surface
  • the formation speed of the apatite film can be increased. It is desirable that the calcium ion-containing aqueous solution be heated to a body temperature (36 ° C. to 37 ° C.) that is desirable to have a calcium ion concentration of about 0.5M to 2M.
  • the surface treatment time is exemplified by about 10 hours to 2 days.
  • the calcium ion-containing aqueous solution it is desirable to use a calcium chloride aqueous solution that is not irritating based on the residual aqueous solution components when implanted in a living body.
  • Hydroxy-calcium aqueous solution can be used as a calcium ion-containing aqueous solution.
  • a hydroxy-calcium aqueous solution when used, when the aqueous solution component remains, when it is embedded in a living body, it induces stimulation based on its alkalinity. Care must be taken because it may cause inflammation.
  • the biocompatible material of the present invention thus produced can be used as a member such as an artificial joint or an artificial ligament when the base material is an organic polymer material. If the material is metal, metal oxide or ceramic, it can be used as artificial bone. It can also be used as a component for biosensors.
  • a cluster of gaseous or liquid substances containing oxygen atoms in the molecule at normal temperature and normal pressure, and a substrate irradiated with a mixed ion beam of monomers on the surface are provided with apatite-forming ability. Since apatite can be grown on the surface of a living body by being embedded in the living body, it can be used as a living body implanting material.
  • the surface of a polyethylene substrate (dimensions: 2 cm long x 2 cm wide x 1 mm thick) was irradiated with a mixed ion beam of oxygen molecule clusters and monomers under the following irradiation conditions.
  • the surface of the substrate was made hydrophilic.
  • the mixed ion beam formed under the above irradiation conditions has a cluster size distribution of 100 to 6000 molecules and a size peak of about 2000 molecules. 1: 5 mixed ion beam.
  • ion species dependence (b: Monomer + Cluster) of the XPS spectrum of the surface of the substrate irradiated with a mixed ion beam of clusters and monomers in the ionization irradiation chamber
  • the number of constituent molecules of the ion beam is selected.
  • Fig. 1 shows the ion species dependence (a: Cluster) when only a cluster ion beam from which monomer ions are eliminated is irradiated.
  • a carboxyl group one COOH
  • Fig. 2 shows the relationship between the contact angle of the substrate and the acceleration voltage (Monomer + Cluster) one hour after irradiation with the mixed ion beam of cluster and monomer.
  • Figure 2 also shows the contact angle (Cluster) 1 hour after the surface of the substrate is irradiated only with the cluster ion beam, and the contact 1 hour after the plasma discharge treatment under the general conditions.
  • the angle of the surface of the substrate is also shown with any surface treatment applied.
  • the contact angle is further reduced by irradiating a cluster ion-mixed ion beam compared to the case where only the cluster ion beam is irradiated or the case where the plasma discharge treatment is performed. I was able to make it (change the surface properties more).
  • Figure 3 shows the changes in the contact angle of the substrate over time when irradiated with a mixed ion beam of clusters and monomers. Figure 3 also shows the change over time in the contact angle of the substrate when the plasma discharge treatment is performed. As is clear from FIG. 3, the contact angle when plasma discharge treatment is performed is a force cluster that has returned to approximately 80% of the contact angle of the unirradiated substrate after 1 year.
  • the substrate obtained by hydrophilizing the surface obtained in step 1 was immersed in a 1M aqueous solution of calcium chloride at 36.5 ° C for 24 hours to introduce calcium ions into the surface of the substrate.
  • Fig. 4 shows the measurement results (unirradiated + CaCl + 1.5SBF) when step 2 and step 3 are performed without performing step 1, and step 3 without performing step 1 and step 2.
  • Step 3 was performed without performing Step 2.
  • an apatite film could be formed on the surface of the substrate, but the formation rate was slower than that in Example 1.
  • the present invention provides a novel method for producing a biocompatible material by forming an apatite film after effectively hydrophilizing the surface of a strong substrate such as an organic polymer material. It has industrial applicability in that it can.

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Abstract

　本発明の課題は、有機高分子材料などからなる基材の表面の親水化を効果的に行った後にアパタイト被膜を形成することによる生体適合性材料の新規な製造方法を提供することである。その解決手段としての本発明の生体適合性材料の製造方法は、酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体の物質のクラスターと、モノマーの混合イオンビームを基材の表面に照射した後、アパタイト被膜を形成することを特徴とする。

Description

生体適合性材料の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、有機高分子材料などカゝらなる基材の表面にアパタイト被膜を有する生 体適合性材料の製造方法に関する。
背景技術
[0002] 有機高分子材料カゝらなる基材の表面にアパタイト被膜 (ハイドロキシアパタイト: Ca
(PO ) (OH) を主成分とする被膜)を有する生体適合性材料は、人工関節や人工
0 4 6 2
靭帯などの部材として有用であることから、これまでにもいくつかの製造方法が提案さ れている。例えば、特許文献 1には、プラズマ放電処理などを行うことで基材の表面 を親水化して基材にアパタイト形成能を付与した後、カルシウムイオンを含みリン酸ィ オンを含まな 、カルシウム溶液と、リン酸イオンを含みカルシウムイオンを含まな 、リ ン酸溶液に交互に浸漬することによる方法が記載されている。しかしながら、化学的 に安定な有機高分子材料力 なる基材の表面の親水化を効果的に行うことは必ずし も容易なことではない。
特許文献 1 :特開 2000— 327314号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] そこで本発明は、有機高分子材料など力もなる基材の表面の親水化を効果的に行 つた後にアパタイト被膜を形成することによる生体適合性材料の新規な製造方法を 提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0004] 本発明者らは、上記の点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、酸素原子を分子中に 含む常温および常圧で気体または液体の物質のクラスターと、モノマーの混合イオン ビームを基材の表面に照射することで、基材の表面が効果的に親水化されて基材が アパタイト形成能を有するようになることを見出した。
[0005] 上記の知見に基づいてなされた本発明の生体適合性材料の製造方法は、請求項 1記載の通り、酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体の物質 のクラスターと、モノマーの混合イオンビームを基材の表面に照射した後、アパタイト 被膜を形成することを特徴とする。
また、請求項 2記載の製造方法は、請求項 1記載の製造方法において、クラスター とモノマーが同一の物質であることを特徴とする。
また、請求項 3記載の製造方法は、請求項 2記載の製造方法において、クラスター とモノマーが ヽずれも酸素分子であることを特徴とする。
また、請求項 4記載の製造方法は、請求項 1記載の製造方法において、基材が有 機高分子材料カゝらなることを特徴とする。
また、請求項 5記載の製造方法は、請求項 1記載の製造方法において、アパタイト に対して過飽和な溶液を用いてアパタイト被膜を形成することを特徴とする。
また、請求項 6記載の製造方法は、請求項 5記載の製造方法において、アパタイト に対して過飽和な溶液が擬似体液であることを特徴とする。
また、請求項 7記載の製造方法は、請求項 1記載の製造方法において、基材の表 面に対して混合イオンビームを照射した後にカルシウムイオン含有水溶液で表面処 理を行ってカゝらアパタイト被膜を形成することを特徴とする。
また、請求項 8記載の製造方法は、請求項 7記載の製造方法において、カルシウム イオン含有水溶液が塩ィ匕カルシウム水溶液であることを特徴とする。
また、本発明の生体適合性材料は、請求項 9記載の通り、酸素原子を分子中に含 む常温および常圧で気体または液体の物質のクラスターと、モノマーの混合イオンビ ームを照射した基材の表面にアパタイト被膜を形成してなることを特徴とする。
また、本発明の基材へのアパタイト形成能の付与方法は、請求項 10記載の通り、 酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体の物質のクラスターと、 モノマーの混合イオンビームを基材の表面に照射することを特徴とする。
また、本発明の生体埋込材料は、請求項 11記載の通り、酸素原子を分子中に含む 常温および常圧で気体または液体の物質のクラスターと、モノマーの混合イオンビー ムを基材の表面に照射してなることを特徴とする。
発明の効果 [0006] 本発明の生体適合性材料の製造方法によれば、有機高分子材料などからなる基 材の表面の親水化を効果的に行った後にアパタイト被膜を形成することによる生体 適合性材料の新規な製造方法が提供される。なお、特開平 10— 66721号公報では 、高分子または金属力 成形された医療用物品の表面にガスクラスターイオンを照射 することによる医療用物品の表面処理方法が提案されており、表面処理の概念に親 水化が含まれること、クラスターを構成する物質として二酸化炭素や酸素が記載され ている。し力しながら、これらの物質のクラスターイオンを照射することで物品表面の 親水化を行った後にさらに表面加工を行うことについての記載はない。また、クラスタ 一とモノマーの混合イオンビームを基材の表面に照射することは特開 2004— 1498 38号公報に記載されている。しかしながら、その目的は真空減圧下で任意の硬度を 有する炭素膜を基材上に形成することにあり、基材表面の親水化についての記載は ない。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1]実施例におけるクラスターとモノマーの混合イオンビームを照射した基板の表面 の XPSスペクトルのイオン種依存性を示す図である。
[図 2]同、クラスターとモノマーの混合イオンビームを照射してから 1時間後の基板の 接触角と加速電圧との関係を示す図である。
[図 3]同、クラスターとモノマーの混合イオンビームを照射した場合の基板の接触角の 経時的変化を示す図である。
[図 4]同、本発明の表面にアパタイト被膜を有する基板の薄膜 X線回折測定結果であ る。
[図 5]同、本発明の表面にアパタイト被膜を有する基板の走査電子顕微鏡測定結果 である。
[図 6]本発明において使用しうる公知のクラスターイオンビーム照射装置の一例の概 略構成図である。
発明を実施するための最良の形態
[0008] 本発明の生体適合性材料の製造方法は、酸素原子を分子中に含む常温および常 圧で気体または液体の物質のクラスターと、モノマーの混合イオンビームを基材の表 面に照射した後、アパタイト被膜を形成することを特徴とする。
[0009] クラスターを構成する酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体 の物質としては、酸素（O 二酸化炭素（CO )、水（H 0)、アルコール (ROH :Rは
2 2 2
炭素数 1〜10のアルキル基を示す）、ケトン (R CO :Rは前記と同義）、エーテル (R
2 2
0 :Rは前記と同義)などが挙げられる。これらは単一で用いてもよいし複数種類を混 合して用いてもよい。
[0010] モノマーとしては、クラスターを構成する酸素原子を分子中に含む常温および常圧 で気体または液体の物質の他、ネオン (Ne)、アルゴン (Ar)、キセノン (Xe)などが挙 げられる。これらも単一で用いてもょ 、し複数種類を混合して用いてもょ 、。
[0011] 基材としては、代表的には有機高分子材料カゝらなるものが挙げられる。基材が有機 高分子材料からなる場合、その表面にモノマーのイオンビームを照射することで、そ の高いエネルギーにより表面の安定な化学結合 (例えば炭素 炭素結合や炭素 水素結合など）が切断されるとともに、酸素原子を分子中に含む常温および常圧で 気体または液体の物質のクラスターのイオンビームを照射することで、化学結合が切 断されて反応性が高まった基材の表面に低損傷で多量の酸素原子が供給されること により、基材の表面にアパタイトの核形成を誘起するカルボキシル基（ COOH)な どの官能基を効率的に導入することができる。よって、基材の表面を効果的に親水化 して基材にアパタイト形成能を付与することができる。有機高分子材料の種類は特段 限定されるものではなぐポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、 ポリビュルアルコール、エチレン ビュルアルコール共重合体、ポリ力プロラタトン、ポ リ一 L 乳酸、ナイロンなどが例示される。なお、本発明は、有機高分子材料力もなる 基材に対してのみ効果を有するわけではなぐ表面が親水化された、或いは、親水 化されやすい金属，金属酸化物，セラミックカゝらなる基材、例えば、チタン、ジルコ二 ゥム、タンタル、ニオブなど (これらは合金であってもよい)やその酸ィ匕物力もなる基材 、珪素カゝらなる基材、珪素を含む基材などに対しても効果的に表面の親水化を行うこ とがでさる。
[0012] 本発明における、酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体の 物質のクラスターと、モノマーの混合イオンビームを基材の表面に照射することによる 基材へのアパタイト形成能の付与は、例えば、公知のクラスターイオンビーム照射装 置を用いて行うことができる。図 6はクラスターイオンビーム照射装置の一例の概略構 成図である。図 6に示すクラスターイオンビーム照射装置は、基本構成としてクラスタ 一を生成するためのクラスター生成室、生成したクラスターを小さい開孔を有するスキ マーを通過させて細いビーム状にするための差動排気室、形成されたクラスタービー ムをイオン化し、質量分離を行うことで構成分子数が選別されたクラスターイオンビー ムをターゲットに照射するイオンィ匕照射室力もなる。クラスターとモノマーを同一の物 質としてこのようなクラスターイオンビーム照射装置を用いて基材の表面にクラスター とモノマーの混合イオンビームを照射する場合、原料物質をノズル力 噴出させる際 のガス圧（Inlet)を 2500Torr〜5000Torr、イオン化電子電圧 (Ve)を 200V〜500 V、イオン化電子電流（Ie)を 50mA〜400mA、イオン電流密度（lion)を 0. 1 μ Α, cm2〜5 AZcm2、加速電圧（Va)を lkV〜： LOkVといった条件を採用し、イオンィ匕 照射室にぉ 、てイオンビームの構成分子数を選別しな ヽことで、 50分子〜 8000分 子のクラスターサイズ分布を有するクラスターと、モノマーの存在割合 (イオン個数割 合)が 1： 3〜1： 10の混合イオンビームを形成することができる。基材に対して照射す るイオン個数（Dose)は、 1 X 1014ionsZcm2〜l X 1016ionsZcm2程度でよい。な お、クラスターとモノマーを異なる物質とする場合には、装置構成を別々にクラスター 生成室に導入できるようにした上で、両者をノズルから同時に噴出させるようにすれ ばよい。
[0013] 上記のような方法で、酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体 の物質のクラスターと、モノマーの混合イオンビームを表面に照射した基材は、表面 が効果的に親水化されているので、その表面にアパタイト被膜を容易に形成すること ができる。アパタイト被膜の形成方法自体は公知の方法、例えば、体温程度（36°C 〜37°C)に加温した擬似体液（SBF : Simulated Body Fluid)やその 5倍程度ま での濃度を有する溶液などのアパタイトに対して過飽和な溶液に、基材を一定時間（ 例えば 1日〜2週間）浸漬する方法などを採用すればよい。
[0014] なお、基材の表面に対して混合イオンビームを照射した後にカルシウムイオン含有 水溶液で表面処理を行！ヽ、アパタイトの核形成を促進するカルシウムイオンを表面に 導入してカゝらアパタイト被膜を形成することで、アパタイト被膜の形成速度を速めるこ とができる。カルシウムイオン含有水溶液は、カルシウムイオン濃度が 0. 5M〜2M程 度であることが望ましぐ体温程度（36°C〜37°C)に加温して用いることが望ましい。 表面処理時間は、 10時間〜 2日程度が例示される。カルシウムイオン含有水溶液と しては、生体に埋め込んだ際に水溶液成分の残留に基づく刺激性がない塩化カル シゥム水溶液を用いることが望まし 、。カルシウムイオン含有水溶液として水酸ィ匕カ ルシゥム水溶液を用いることもできる力 水酸ィ匕カルシウム水溶液を用いた場合は、 水溶液成分が残留すると生体に埋め込んだ際にそのアルカリ性に基づく刺激を誘発 して炎症を惹起する恐れがあるので注意を要する。
[0015] このようにして製造された本発明の生体適合性材料は、基材の材質を有機高分子 材料とした場合には人工関節や人工靭帯などの部材として用いることができる他、基 材の材質を金属，金属酸化物，セラミックとした場合には人工骨などとして用いること ができる。また、バイオセンサーなどの構成部材などとして用いることもできる。さらに 、酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体の物質のクラスターと 、モノマーの混合イオンビームを表面に照射した基材は、アパタイト形成能が付与さ れているので、それ自体を生体に埋め込むことで生体内でその表面にアパタイトを成 長させることができることから生体埋込材料として用いることができる。
実施例
[0016] 以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、本発明は以下の記載に何 ら限定して解釈されるものではな 、。
[0017] 実施例 1 :
(工程 1)
図 6に示したクラスターイオンビーム照射装置を用いて、ポリエチレン基板 (寸法：縦 2cm X横 2cm X厚さ 1mm)の表面に酸素分子のクラスターとモノマーの混合イオン ビームを下記の照射条件で照射し、基板の表面を親水化した。
Inlet 4000Torr
Ve 300V
Ie 300mA lion 0. 5〜0. 8 μ A/cm
Va 3〜9kV
Dose 1 X 10 ions/ cm
TOF法で調べた結果、以上の照射条件で形成される混合イオンビームは、 100分 子〜 6000分子のクラスターサイズ分布を有しサイズピークが約 2000分子のクラスタ 一と、モノマーの存在割合が約 1： 5の混合イオンビームであった。
[0018] クラスターとモノマーの混合イオンビームを照射した基板の表面の XPSスペクトルの イオン種依存性 (b： Monomer + Cluster)を、イオン化照射室にぉ 、てイオンビーム の構成分子数を選別することでモノマーイオンを排したクラスターイオンビームのみを 照射した場合のイオン種依存性 (a : Cluster)とともに図 1に示す。図 1から明らかなよ うに、クラスターとモノマーの混合イオンビームを照射することで、基板の表面にカル ボキシル基（一COOH)を導入できることがわかった。
[0019] クラスターとモノマーの混合イオンビームを照射してから 1時間後の基板の接触角と 加速電圧との関係（Monomer + Cluster)を図 2に示す。また、図 2には、基板の表 面に対してクラスターイオンビームのみを照射してから 1時間後の接触角（Cluster) 、一般的な条件でプラズマ放電処理を行ってから 1時間後の接触角（Plasma)、何ら の表面処理も施して 、な 、基板 (未照射基板：以下同じ)の接触角（unirradiated) もあわせて示す。図 2から明らかなように、クラスターイオンビームのみを照射した場 合や、プラズマ放電処理を行った場合に比較して、クラスターとモノマーの混合ィォ ンビームを照射することで、接触角をより低下させる (表面の性状をより変化させる)こ とができることがわ力つた。クラスターとモノマーの混合イオンビームを照射した場合 の基板の接触角の経時的変化を図 3に示す。また、図 3には、プラズマ放電処理を行 つた場合の基板の接触角の経時的変化もあわせて示す。図 3から明らかなように、プ ラズマ放電処理を行った場合の接触角は、 1年経過後に未照射基板の接触角の約 8 0%まで戻ってしまった力 クラスターとモノマーの混合イオンビームを照射した場合 の接触角は、 1年経過後も照射直後とほぼ同じであった。この結果から、クラスターと モノマーの混合イオンビームを照射することで表面が親水化された基板は、その状態 で長時間安定に維持できることから、すぐさま次のアパタイト被膜の形成工程を行わ なくてはならな!、と!/、つた制約がな 、、生産性に融通が利くものであることがわ力つた
[0020] (工程 2)
工程 1で得られた表面を親水化した基板を、 36. 5°Cの 1M塩ィ匕カルシウム水溶液 に 24時間浸漬し、カルシウムイオンを基板の表面に導入した。
[0021] (工程 3)
工程 2で得られた親水化された表面にカルシウムイオンを導入した基板を、 36. 5 °Cの擬似体液の 1. 5倍の濃度の溶液（1. 5SBF:下記の表 1を参照）に 1週間浸漬 することで基板の表面にアパタイト被膜を形成した。
[0022] [表 1]
Figure imgf000010_0001
[0023] 上記の工程 1〜工程 3で得られた、本発明の表面にアパタイト被膜を有する基板の 薄膜 X線回折 (TF—XRD)測定結果を図 4に示す (Va = 3, 6, 9kV + CaCl + 1. 5
2
SBF)。また、図 4には、比較例として、工程 1を行わずに工程 2と工程 3を行った場合 の測定結果（unirradiated +CaCl + 1. 5SBF)、工程 1と工程 2を行わずに工程 3
2
のみを行った場合の測定結果 (unirradiated+ 1. 5SBF)、未照射基板自体の測定 結果 (unirradiated)もあわせて示す。図 4から明らかなように、基板に対して工程 1 〜工程 3を行うことで、その表面にアパタイト被膜を形成できることがゎカゝつた。図 5に 本発明の表面にアパタイト被膜を有する基板の走査電子顕微鏡 (SEM)測定結果を 示す。
[0024] 実施例 2 :
実施例 1における工程 1を実施した後、工程 2を実施せずに工程 3を実施した。その 結果、基材の表面にアパタイト被膜を形成できたが、その形成速度は実施例 1の場 合に比較して遅力つた。
産業上の利用可能性
[0025] 本発明は、有機高分子材料など力もなる基材の表面の親水化を効果的に行った後 にアパタイト被膜を形成することによる生体適合性材料の新規な製造方法を提供す ることができる点において産業上の利用可能性を有する。

Claims

請求の範囲
[I] 酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体の物質のクラスターと
、モノマーの混合イオンビームを基材の表面に照射した後、アパタイト被膜を形成す ることを特徴とする生体適合性材料の製造方法。
[2] クラスターとモノマーが同一の物質であることを特徴とする請求項 1記載の製造方法
[3] クラスターとモノマーカ^、ずれも酸素分子であることを特徴とする請求項 2記載の製 造方法。
[4] 基材が有機高分子材料からなることを特徴とする請求項 1記載の製造方法。
[5] アパタイトに対して過飽和な溶液を用いてアパタイト被膜を形成することを特徴とす る請求項 1記載の製造方法。
[6] アパタイトに対して過飽和な溶液が擬似体液であることを特徴とする請求項 5記載 の製造方法。
[7] 基材の表面に対して混合イオンビームを照射した後にカルシウムイオン含有水溶 液で表面処理を行ってからアパタイト被膜を形成することを特徴とする請求項 1記載 の製造方法。
[8] カルシウムイオン含有水溶液が塩ィ匕カルシウム水溶液であることを特徴とする請求 項 7記載の製造方法。
[9] 酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体の物質のクラスターと 、モノマーの混合イオンビームを照射した基材の表面にアパタイト被膜を形成してな ることを特徴とする生体適合性材料。
[10] 酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体の物質のクラスターと 、モノマーの混合イオンビームを基材の表面に照射することを特徴とする基材へのァ ノ《タイト形成能の付与方法。
[II] 酸素原子を分子中に含む常温および常圧で気体または液体の物質のクラスターと 、モノマーの混合イオンビームを基材の表面に照射してなることを特徴とする生体埋 込材料。
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