JP2002320667A - Material buried in living body and its manufacturing method - Google Patents
Material buried in living body and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、生体内に埋め込ま
れる材料に関する。[0001] The present invention relates to a material to be implanted in a living body.
【０００２】[0002]
【従来の技術】生体内埋込材料は、金属やセラミックで
製作される。セラミック製の埋込材料は、生体との親和
性が充分あるが、脆くて充分な強度とするのに難しい欠
点がある。このような欠点を解消するために、金属製の
埋込材料が開発されている。金属製の埋込材料としてス
テンレス、コバルト合金、チタン、チタン合金が使用さ
れる。これ等の金属製の埋込材料は、セラミックよりも
強靭な物性を有する。また、チタンやチタン合金は、セ
ラミックやステンレスに比較すると生体に対する親和性
も優れている。チタン等の金属製埋込材料は、生体との
なじみをさらに改善するために、表面に、物理的あるい
は化学的方法で凹凸を設ける技術が開発されている。さ
らに、凹凸のある表面に物理、あるいは化学的な方法
で、アパタイト層を付与するなど表面処理をする技術も
開発されている。2. Description of the Related Art An implantable material in a living body is made of metal or ceramic. Ceramic implants have good compatibility with living organisms, but have the drawback of being brittle and difficult to achieve sufficient strength. In order to eliminate such disadvantages, metal embedding materials have been developed. Stainless steel, cobalt alloy, titanium, and titanium alloy are used as metal embedding materials. These metal embedding materials have stronger physical properties than ceramic. Titanium and titanium alloys also have better affinity for living organisms than ceramics and stainless steels. For a metal embedding material such as titanium, in order to further improve the familiarity with a living body, a technique of forming irregularities on a surface by a physical or chemical method has been developed. Further, a technique for performing a surface treatment such as applying an apatite layer to a surface having irregularities by a physical or chemical method has been developed.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】金属表面のアパタイト
層は、生体内での親和性を改善する。ただ、この構造の
生体内埋込材料は、金属とは異なる組成のアパタイト層
を金属表面にしっかりと付着するのが難しい。このた
め、生体内に埋め込みした状態で、アパタイト層が金属
表面から剥離しやすい欠点がある。The apatite layer on the metal surface improves the affinity in vivo. However, it is difficult for the implantable material of this structure to firmly adhere the apatite layer having a composition different from that of the metal to the metal surface. For this reason, there is a disadvantage that the apatite layer is easily peeled off from the metal surface in the state of being embedded in the living body.
【０００４】生体内埋込材料には、機械的強度と生体親
和性と無毒性が特に重要な物性として要求される。これ
等の物性をより好ましい状態で満足する埋込材料とし
て、チタン又はチタン合金が使用される。ただ、チタン
又はチタン合金製の埋込材料も理想的なものでは決して
ない。とくに、生体親和性が充分でなく、生体内に埋め
込みして生体と一体になるまでに相当に時間がかかる。
たとえば、人工歯を固定するための生体内埋込材料とし
て、顎骨に埋め込まれるチタン製の人工歯根インプラン
トが使用される。このインプラントは、骨に埋め込みさ
れた後、骨と一体に結合するまでに約３〜６カ月かか
る。このため、インプラントを生体内に埋め込みして３
カ月後に、インプラントに人工歯を固定する必要があ
る。インプラントは、生体親和性を改善して一体化され
る期間を短縮できる。したがって、インプラントを埋め
込みした後、できる限り短い期間で人工歯を固定するた
めには、埋込材料の生体親和性を改善することが大切で
ある。歯科材料に限らず、生体に埋め込まれる埋込材料
は、生体との親和性をより改善して、速やかに生体と一
体化させることが大切である。[0004] A material to be implanted in a living body is required to have mechanical strength, biocompatibility and non-toxicity as particularly important physical properties. Titanium or a titanium alloy is used as an embedding material that satisfies these properties in a more preferable state. However, an embedding material made of titanium or a titanium alloy is by no means ideal. In particular, the biocompatibility is not sufficient, and it takes a considerable amount of time to be embedded in a living body and become integrated with the living body.
For example, an artificial root implant made of titanium and implanted in the jaw bone is used as an implantable material for fixing an artificial tooth in a living body. This implant takes about 3 to 6 months after being implanted into the bone before it is united with the bone. For this reason, implants must be implanted in vivo
After a month, it is necessary to fix the artificial tooth to the implant. Implants can improve biocompatibility and reduce integration time. Therefore, in order to fix the artificial tooth in as short a time as possible after implanting, it is important to improve the biocompatibility of the implanted material. It is important that not only the dental material but also the implant material to be implanted in the living body should be further improved in affinity with the living body and be quickly integrated with the living body.
【０００５】本発明は、このことを実現することを目的
に開発されたものである。本発明の重要な目的は、機械
的強度を保持しながら、生体親和性と無毒性を理想的な
状態に改善できる生体内埋込材料とその製造方法を提供
することにある。[0005] The present invention has been developed to achieve this. An important object of the present invention is to provide a bioimplantable material capable of improving biocompatibility and nontoxicity to an ideal state while maintaining mechanical strength, and a method for producing the same.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の生体内埋込材料
は、金属粉末２を、無数の微細な空隙３があり、かつ無
数の微細な空隙３を表面に連通させる多孔質状態に焼結
してなる金属焼結体１である。According to the present invention, there is provided an implantable material for a living body, wherein the metal powder 2 is fired in a porous state in which there are countless fine voids 3 and the countless fine voids 3 communicate with the surface. This is a metal sintered body 1 formed by bonding.
【０００７】金属粉末２は、チタン、チタン合金、ジル
コニウム、ジルコニウム合金のいずれかとすることがで
きる。金属焼結体１の気孔率は、５〜６０％とすること
ができる。The metal powder 2 can be any of titanium, a titanium alloy, zirconium, and a zirconium alloy. The porosity of the metal sintered body 1 can be 5 to 60%.
【０００８】金属焼結体１は、空隙表面にカルシウムを
付着することができる。金属焼結体１は、チタン又はチ
タン合金の焼結体として、空隙表面にカルシウムとチタ
ンの化合物（又は合金）を付着することができる。金属
焼結体１は、空隙表面にリン酸カルシウム、あるいはア
パタイトを付着することもできる。The metal sintered body 1 can adhere calcium to the surface of the void. The metal sintered body 1 can adhere a compound (or alloy) of calcium and titanium to the void surface as a sintered body of titanium or a titanium alloy. In the metal sintered body 1, calcium phosphate or apatite can be attached to the surface of the void.
【０００９】焼結されたチタン又はチタン合金は、空隙
表面にアルカリ金属とアルカリ土類金属元素の少なくと
もひとつを付着することができる。金属焼結体１は、空
隙表面にリン酸カルシウムとタンパク質を付着すること
ができる。さらに、金属焼結体１は、空隙表面にリン酸
カルシウムとタンパク質と医療用薬剤とを付着すること
ができる。[0009] The sintered titanium or titanium alloy can adhere at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal element to the surface of the void. The metal sintered body 1 can attach calcium phosphate and protein to the surface of the void. Further, the metal sintered body 1 can adhere calcium phosphate, a protein, and a medical agent to the surface of the void.
【００１０】金属焼結体１は、人工歯根とすることがで
きる。金属焼結体１は、生体内埋込用薬物徐放材料とす
ることができる。金属焼結体１は、医薬品実験装置材料
とすることができる。The metal sintered body 1 can be used as an artificial tooth root. The metal sintered body 1 can be a sustained-release drug material for implantation in a living body. The metal sintered body 1 can be used as a drug experimental device material.
【００１１】本発明の生体内埋込材料の製造方法は、金
属粉末２を、無数の微細な空隙３があり、かつ無数の微
細な空隙３を表面に連通させる多孔質状態に焼結して金
属焼結体１とする。In the method for producing an implantable material in a living body according to the present invention, the metal powder 2 is sintered into a porous state in which there are countless fine voids 3 and the countless fine voids 3 communicate with the surface. This is referred to as a metal sintered body 1.
【００１２】本発明の製造方法は、金属粉末２を放電プ
ラズマ焼結法で焼結することができる。金属粉末２に
は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム
合金のいずれかを使用することができる。In the manufacturing method of the present invention, the metal powder 2 can be sintered by a spark plasma sintering method. As the metal powder 2, any of titanium, a titanium alloy, zirconium, and a zirconium alloy can be used.
【００１３】本発明の製造方法は、表面にカルシウムを
付着している金属粉末２を焼結することができる。金属
粉末２とカルシウムを含む粉末とを混合して焼結するこ
ともできる。さらに、本発明の製造方法は、焼結した金
属焼結体１の空隙３に、カルシウムを含浸させることが
できる。According to the production method of the present invention, the metal powder 2 having calcium adhered to the surface can be sintered. The metal powder 2 and a powder containing calcium can be mixed and sintered. Further, according to the production method of the present invention, the voids 3 of the sintered metal sintered body 1 can be impregnated with calcium.
【００１４】焼結する金属粉末２は、平均粒径が０．０
１〜５ｍｍであるものを使用することができる。さら
に、本発明の製造方法は、焼結した金属焼結体１の空隙
３に、リン酸カルシウム、あるいはアパタイトを付着さ
せることができる。The metal powder 2 to be sintered has an average particle size of 0.0
What is 1-5 mm can be used. Further, according to the production method of the present invention, calcium phosphate or apatite can be attached to the voids 3 of the sintered metal sintered body 1.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための生体内埋込材料とその製
造方法を例示するものであって、本発明は生体内埋込材
料とその製造方法を下記のものに特定しない。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the examples described below are intended to exemplify an implantable material in vivo and a method for producing the same for embodying the technical idea of the present invention. Not specified below.
【００１６】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決す
るための手段の欄」に示される部材に付記している。た
だ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に
特定するものでは決してない。Further, in this specification, in order to make it easier to understand the claims, the numbers corresponding to the members shown in the embodiments will be referred to as “claims” and “ In the column of “means”. However, the members described in the claims are not limited to the members of the embodiments.
【００１７】図１の拡大図に示す生体内埋込材料は、金
属粉末２を、無数の微細な空隙３があり、かつ無数の微
細な空隙３を表面に連通させる多孔質状態に焼結してい
る金属焼結体１である。金属粉末２は、チタン、チタン
合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金のいずれかであ
る。とくに、金属粉末をチタン又はチタン合金とする金
属焼結体の生体内埋込材料は、極めて優れた生体親和性
を有する。チタンまたはチタン合金は、ｃｐ−Ｔｉまた
はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金である。The bioimplant material shown in the enlarged view of FIG. 1 is obtained by sintering a metal powder 2 into a porous state having a myriad of fine voids 3 and communicating the myriad of fine voids 3 with the surface. The metal sintered body 1 is as follows. The metal powder 2 is any of titanium, a titanium alloy, zirconium, and a zirconium alloy. In particular, an implantable material of a metal sintered body in which the metal powder is titanium or a titanium alloy has extremely excellent biocompatibility. The titanium or titanium alloy is cp-Ti or Ti-6Al-4V alloy.
【００１８】金属粉末２は、放電プラズマ焼結法で焼結
される。放電プラズマ焼結法は、低い加熱温度で金属粉
末２の接点を速やかに効率よく焼結できる。ただ、金属
粉末２の焼結方法は、無数の空隙３があって、この空隙
３を表面に連通させる多孔質な状態で焼結できる全ての
方法で焼結できる。The metal powder 2 is sintered by a spark plasma sintering method. The spark plasma sintering method can quickly and efficiently sinter the contacts of the metal powder 2 at a low heating temperature. However, the method of sintering the metal powder 2 can be performed by any method capable of sintering in a porous state having an infinite number of voids 3 and communicating the voids 3 with the surface.
【００１９】生体内埋込材料は、気孔率を５〜６０％、
好ましくは１０〜５０％、さらに好ましくは２０〜４０
％とする金属焼結体である。気孔率の大きい生体内埋込
材料は、カルシウムやリン酸カルシウムを効率よく付着
させて、生体親和性を向上できる。ただ気孔率を大きく
することは、空隙３を多くして体内埋込材料の強度を低
下させる。金属焼結体１の気孔率は、金属粉末２を焼結
するときの圧力と温度で制御される。圧力と温度を高く
することは、金属焼結体１の空隙３を少なくして気孔率
を小さくする。反対に圧力と温度を低くすると、金属焼
結体１の空隙３が多くなって気孔率が大きくなる。生体
内埋込材料である金属焼結体１の気孔率は、生体親和性
と使用される用途に要求される強度を考慮して最適値に
設定される。The material to be implanted in a living body has a porosity of 5 to 60%,
Preferably 10 to 50%, more preferably 20 to 40
%. A bio-implant material having a high porosity can efficiently adhere calcium and calcium phosphate to improve biocompatibility. However, increasing the porosity increases the voids 3 and lowers the strength of the implantable material. The porosity of the metal sintered body 1 is controlled by the pressure and the temperature when the metal powder 2 is sintered. Increasing the pressure and the temperature reduces the voids 3 of the metal sintered body 1 and decreases the porosity. Conversely, when the pressure and the temperature are lowered, the voids 3 of the metal sintered body 1 increase and the porosity increases. The porosity of the metal sintered body 1, which is a material to be implanted in a living body, is set to an optimum value in consideration of biocompatibility and strength required for the intended use.
【００２０】金属焼結体１は、生体との親和性を向上さ
せるために、空隙表面にカルシウムを付着させる。金属
焼結体１は、カルシウムイオンを含む溶液に浸漬される
と、多孔質な空隙３にカルシウムイオンを含む溶液を吸
入する。その後、乾燥させると、金属焼結体１は、空隙
表面にカルシウムが付着される。チタン又はチタン合金
を焼結している金属焼結体は、空隙表面にカルシウムを
付着させて理想的な親和性を実現する。The metal sintered body 1 has calcium adhered to the surface of the void in order to improve the affinity with the living body. When the metal sintered body 1 is immersed in a solution containing calcium ions, the solution containing calcium ions is sucked into the porous voids 3. Thereafter, when the metal sintered body 1 is dried, calcium is attached to the surface of the void. A metal sintered body obtained by sintering titanium or a titanium alloy achieves ideal affinity by adhering calcium to the surface of the void.
【００２１】チタン又はチタン合金からなる金属焼結体
は、カルシウムを付着させる状態で焼成すると、空隙表
面にカルシウムとチタンの化合物が付着される。さら
に、チタン又はチタン合金とカルシウム化合物の粉末を
混合して焼結しても、金属焼結体は空隙表面にカルシウ
ムとチタンの化合物が付着される。さらに金属焼結体
は、カルシウムを付着している空隙表面に、リン酸カル
シウムを付着して親和性をより向上できる。また、金属
焼結体は、空隙表面にアパタイトを付着させても親和性
を向上できる。When a metal sintered body made of titanium or a titanium alloy is fired in a state where calcium is attached, a compound of calcium and titanium is attached to the surface of the void. Furthermore, even if the powder of titanium or a titanium alloy and a calcium compound are mixed and sintered, the compound of calcium and titanium adheres to the surface of the void in the metal sintered body. Further, the metal sintered body can further improve the affinity by attaching calcium phosphate to the surface of the void to which calcium is attached. Further, the affinity of the metal sintered body can be improved even when apatite is attached to the surface of the void.
【００２２】さらに、金属焼結体１の空隙表面に付着さ
れる材料は、生体内埋込材料の用途によって最適なもの
を選択できる。たとえば、焼結されたチタン又はチタン
合金である金属焼結体は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｒｂ等のアルカ
リ金属や、ＢａやＳｒ等のアルカリ土類金属元素をひと
つまたは複数の組合せで付着させることができる。アル
カリ金属やアルカリ土類金属元素は、金属焼結体１のｐ
Ｈを調整して、親和性を向上させることができる。さら
にまた、金属焼結体１は、空隙表面にリン酸カルシウム
とタンパク質、あるいはリン酸カルシウムとタンパク質
と医療用薬剤を付着させることもできる。医療用薬剤を
付着している金属焼結体は、生体内埋込用の薬物徐放材
料として使用される。Further, an optimum material can be selected as the material to be attached to the void surface of the metal sintered body 1 depending on the use of the material to be implanted in a living body. For example, a sintered metal body made of sintered titanium or a titanium alloy may be made to adhere an alkali metal such as Li, Na, or Rb, or an alkaline earth metal element such as Ba or Sr in one or a plurality of combinations. it can. The alkali metal or alkaline earth metal element is used as the p of the metal sintered body 1.
H can be adjusted to improve affinity. Still further, the metal sintered body 1 can adhere calcium phosphate and a protein, or calcium phosphate, a protein and a medical agent to the surface of the void. The metal sintered body to which the medical agent is attached is used as a drug sustained-release material for implantation in a living body.
【００２３】本発明の生体内埋込材料は、人工歯根、薬
物徐放材料、医薬品実験装置材料等に使用されるが、こ
れ等の用途に最適な物質を空隙表面に付着する。The material for implantation in a living body of the present invention is used for artificial roots, sustained release materials for drugs, materials for experimental devices for pharmaceuticals, and the like, and a substance most suitable for these uses is attached to the surface of the void.
【００２４】[0024]
【実施例】［実施例１］金属焼結体は、図２に示すよう
に、以下の工程で製作される。焼結される金属粉末は、
チタン粉末である。金属粉末は、カルシウムイオンを付
着して生体親和性をより向上する。 ［焼結工程］金属粉末２が放電プラズマ焼結法で焼結さ
れる。金属粉末２は、１００メッシュの球形のチタン粉
末である。放電プラズマ焼結法は、炭素のダイス４にチ
タン粉末を填入し、加圧状態でプラズマ放電させて焼結
する。焼結された金属焼結体１は、図１に示すように、
無数の微細な空隙３があり、かつ無数の微細な空隙３を
表面に連通させる多孔質状態となる。[Example 1] As shown in FIG. 2, a metal sintered body is manufactured by the following steps. The metal powder to be sintered is
It is a titanium powder. The metal powder adheres calcium ions to further improve biocompatibility. [Sintering Step] The metal powder 2 is sintered by the spark plasma sintering method. The metal powder 2 is a spherical titanium powder of 100 mesh. In the spark plasma sintering method, titanium powder is charged into a carbon die 4 and plasma discharge is performed in a pressurized state to perform sintering. The sintered metal body 1 as shown in FIG.
There are innumerable fine voids 3 and a porous state in which innumerable fine voids 3 communicate with the surface.
【００２５】以上の工程で製作された金属焼結体１の気
孔率と圧縮強度を測定すると、気孔率が２８％、圧縮強
度が２．５×１０２ＭＰａとなる。ただし、気孔率
（％）は、チタンの密度を４．５３ｇ／ｃｍ３として、
焼結体の重量と体積から相対密度を算出して計算する。
圧縮強度（ＭＰａ）は、万能試験機（島津オートグラ
フ）を使用し、直径５ｍｍ、高さ１０ｍｍの試料をクロ
スヘッドの移動速度０．５ｍｍ／分で圧縮して測定す
る。When the porosity and compressive strength of the metal sintered body 1 manufactured in the above steps are measured, the porosity is 28% and the compressive strength is 2.5 × 10 2 MPa. However, the porosity (%) is determined by setting the density of titanium to 4.53 g / cm 3 .
The relative density is calculated from the weight and volume of the sintered body.
The compressive strength (MPa) is measured by using a universal testing machine (Shimadzu Autograph) by compressing a sample having a diameter of 5 mm and a height of 10 mm at a moving speed of a crosshead of 0.5 mm / min.
【００２６】［カルシウム付着工程］焼結された金属焼
結体１が、酸化カルシウム（ＣａＯ）の飽和水溶液が充
填された容器５に浸漬される。容器５がオートクレーブ
装置６に搬入されて、浸漬された金属焼結体１は、オー
トクレーブ装置６内において、温度１２１℃、圧力２０
２ｋＰａで水熱処理される。オートクレーブ装置６によ
る工程は、金属焼結体１の微細な空隙３に酸化カルシウ
ムの水溶液を速やかに含浸させる。ただ、金属焼結体
は、オートクレーブによらない大気圧下において、カル
シウム水溶液を空隙に浸透させることもできる。カルシ
ウム水溶液を含浸させた金属焼結体１は水溶液から取り
出され、カルシウム水溶液を乾燥させる。この工程で、
空隙表面までカルシウムを付着する金属焼結体１が得ら
れる。[Calcium Adhering Step] The sintered metal sintered body 1 is immersed in a container 5 filled with a saturated aqueous solution of calcium oxide (CaO). The container 5 is carried into the autoclave device 6, and the immersed metal sintered body 1 is heated in the autoclave device 6 at a temperature of 121 ° C. and a pressure of 20 ° C.
Hydrothermal treatment is performed at 2 kPa. In the process using the autoclave device 6, the fine voids 3 of the metal sintered body 1 are rapidly impregnated with an aqueous solution of calcium oxide. However, in the metal sintered body, a calcium aqueous solution can be allowed to permeate the voids under the atmospheric pressure without using an autoclave. The metal sintered body 1 impregnated with the calcium aqueous solution is taken out of the aqueous solution, and the calcium aqueous solution is dried. In this process,
The metal sintered body 1 to which calcium adheres to the void surface is obtained.
【００２７】［リン酸カルシウムの付着工程］以上の工
程で製作された金属焼結体１は、以下の工程でさらにリ
ン酸カルシウムを付着させる。この工程は、カルシウム
が付着された金属焼結体１を、有機成分を含まない下記
のイオン濃度の疑似体液７に浸漬する。疑似体液７に浸
漬された金属焼結体１は、リン酸カルシウムの結晶が析
出される。リン酸カルシウムは、金属焼結体１の表面と
内部の空隙表面に析出される。 疑似体液のイオン濃度 Ｎａ＋ １．４２×１０−１ｍｏｌ／Ｌ Ｋ＋ ５．８１×１０−３ｍｏｌ／Ｌ Ｍｇ２＋ ８．１１×１０−４ｍｏｌ／Ｌ Ｃａ２＋ １．２６×１０−３ｍｏｌ／Ｌ Ｃｌ− １．４５×１０−１ｍｏｌ／Ｌ ＨＰＯ４ ２− ７．７８×１０−４ｍｏｌ／Ｌ ＳＯ４ ２− ８．１１×１０−４ｍｏｌ／Ｌ ＣＯ３ ２− ４．１７×１０−３ｍｏｌ／Ｌ[Calcium Phosphate Attachment Step] In the metal sintered body 1 manufactured in the above steps, calcium phosphate is further adhered in the following steps. In this step, the metal sintered body 1 to which calcium is attached is immersed in a simulated body fluid 7 containing no organic component and having the following ion concentration. Crystals of calcium phosphate are deposited on the metal sintered body 1 immersed in the simulated body fluid 7. Calcium phosphate is deposited on the surface of the metal sintered body 1 and on the surface of the internal void. Ion concentration of simulated body fluid Na + 1.42 × 10 −1 mol / L K + 5.81 × 10 −3 mol / L Mg 2+ 8.11 × 10 −4 mol / L Ca 2+ 1.26 × 10 −3 mol / L Cl - 1.45 × 10 -1 mol / L HPO 4 2- 7.78 × 10 -4 mol / L SO 4 2- 8.11 × 10 -4 mol / L CO 3 2- 4.17 × 10 −3 mol / L
【００２８】疑似体液７に浸漬した金属焼結体１に析出
するリン酸カルシウム結晶の量を、７日、２８日後に測
定して、その析出速度を調べると、カルシウムを付着し
ている金属焼結体は、カルシウムを付着してしない金属
焼結体よりもリン酸カルシウムがより多く付与される。
リン酸カルシウムが付着された金属焼結体１は、疑似体
液７から取り出されて乾燥される。The amount of calcium phosphate crystals precipitated on the metal sintered body 1 immersed in the simulated body fluid 7 was measured after 7 days and 28 days, and the precipitation rate was examined. Provides more calcium phosphate than a metal sintered body without calcium attached.
The metal sintered body 1 to which calcium phosphate is attached is taken out of the simulated body fluid 7 and dried.
【００２９】［タンパク付着工程］リン酸カルシウムを
付着させた金属焼結体１が、タンパク含有液（アルブミ
ン濃度１．４ｍｇ／ｍＬ）に６時間浸漬する。金属焼結
体１をタンパク含有液８から出して乾燥し、ＲＩＰＡ緩
衝液に浸漬し、１５時間裏返させた後、タンパクの溶出
量をＢｒａｄｆｏｒｄ法にて測定した。その結果、大量
のタンパクが金属焼結体１に含浸されていたことが確認
された。[Protein Adhering Step] The metal sintered body 1 to which calcium phosphate is adhered is immersed in a protein-containing liquid (albumin concentration: 1.4 mg / mL) for 6 hours. The metal sintered body 1 was taken out of the protein-containing liquid 8, dried, immersed in a RIPA buffer, and turned over for 15 hours, and then the elution amount of the protein was measured by the Bradford method. As a result, it was confirmed that the metal sintered body 1 was impregnated with a large amount of protein.
【００３０】［実施例２］金属粉末を球形のチタン粉末
から削片状粉末とする以外、実施例１と同様にして金属
焼結体を製作する。この金属焼結体は、実施例１で製作
される金属焼結体と同じように大量のタンパクが含浸さ
れ、生体内埋込材料として好ましい物性を示す。ただ
し、この金属焼結体の焼結後における気孔率は２４％、
圧縮強度は５×１０２ＭＰａとなる。Example 2 A metal sintered body is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the metal powder is changed from spherical titanium powder to chip-shaped powder. This metal sintered body is impregnated with a large amount of protein in the same manner as the metal sintered body manufactured in Example 1, and exhibits preferable physical properties as an implantable material in a living body. However, the porosity of this metal sintered body after sintering is 24%,
The compressive strength is 5 × 10 2 MPa.
【００３１】［実施例３］実施例１と２は、金属粉末を
焼結した金属焼結体にカルシウムを付着する。この実施
例は、以下の工程で示すように、カルシウムを金属粉末
に付着し、カルシウムが付着された金属粉末を焼結す
る。焼結された金属焼結体に実施例１と同じ処理をする
と、多量のタンパクが含浸されるので、この金属焼結体
も生体内埋込材料として好ましい物性を示す。この金属
焼結体の焼結後における気孔率は３０％、圧縮強度は１
×１０２ＭＰａとなる。[Embodiment 3] In Embodiments 1 and 2, calcium is adhered to a metal sintered body obtained by sintering a metal powder. In this embodiment, as shown in the following steps, calcium is adhered to a metal powder, and the calcium-adhered metal powder is sintered. When the same treatment as in Example 1 is applied to the sintered metal sintered body, a large amount of protein is impregnated. Therefore, this metal sintered body also exhibits preferable physical properties as a material for implantation in a living body. The sintered body has a porosity of 30% and a compressive strength of 1 after sintering.
× 10 2 MPa.
【００３２】［カルシウム付着工程］金属粉末が酸化カ
ルシウム（ＣａＯ）の飽和水溶液に浸漬される。金属粉
末は１００メッシュの球形のチタン粉末である。金属粉
末を浸漬する酸化カルシウムの水溶液を充填している容
器が、オートクレーブ装置に搬入される。オートクレー
ブ装置は、温度１２１℃、圧力２０２ｋＰａで金属粉末
を水熱処理して、表面にカルシウムを付着させる。 ［焼結工程］カルシウムを付着している金属粉末が放電
プラズマ焼結法で焼結される。放電プラズマ焼結法は、
炭素のダイスにチタン粉末を填入し、加圧状態でプラズ
マ放電させて焼結する。焼結された金属焼結体は、無数
の微細な空隙があり、かつ無数の微細な空隙を表面に連
通させる多孔質状態であり、さらに、空隙表面にカルシ
ウムが付着された状態にある。[Calcium adhering step] The metal powder is immersed in a saturated aqueous solution of calcium oxide (CaO). The metal powder is a spherical titanium powder of 100 mesh. A container filled with an aqueous solution of calcium oxide in which metal powder is immersed is carried into an autoclave device. The autoclave device performs hydrothermal treatment on the metal powder at a temperature of 121 ° C. and a pressure of 202 kPa to attach calcium to the surface. [Sintering Step] The metal powder to which calcium is adhered is sintered by spark plasma sintering. Spark plasma sintering is
Titanium powder is charged into a carbon die and subjected to plasma discharge in a pressurized state for sintering. The sintered metal sintered body has a myriad of fine voids, is in a porous state in which the myriad fine voids communicate with the surface, and is in a state where calcium is attached to the void surface.
【００３３】［実施例４］金属粉末を球形のチタン粉末
から削片状粉末とする以外、実施例３と同様にして金属
焼結体を製作する。この金属焼結体も、実施例１で製作
される金属焼結体と同じように大量のタンパクが含浸さ
れて、生体内埋込材料として好ましい物性を示す。この
金属焼結体の焼結後における気孔率は３２％、圧縮強度
は３×１０ ２ＭＰａとなる。Example 4 Metal powder was used as spherical titanium powder
From Example 3 except that metal powder
Produce a sintered body. This metal sintered body was also manufactured in Example 1.
Large amounts of protein are impregnated in the same way
As a result, it exhibits favorable physical properties as a material for implantation in a living body. this
Porosity of sintered metal after sintering is 32%, compressive strength
Is 3 × 10 2MPa.
【００３４】［実施例５］実施例１は、金属粉末を焼結
した金属焼結体にカルシウムを付着する。この実施例
は、以下の工程で示すように、酸化カルシウムと金属粉
末を混合して焼結する。焼結された金属焼結体に実施例
１と同じ処理をすると、多量のタンパクが含浸されるの
で、この金属焼結体も生体内埋込材料として好ましい物
性を示す。この金属焼結体の焼結後における気孔率は３
０％、圧縮強度は１．２×１０２ＭＰａとなる。Example 5 In Example 1, calcium is adhered to a metal sintered body obtained by sintering a metal powder. In this embodiment, calcium oxide and metal powder are mixed and sintered as shown in the following steps. When the same treatment as in Example 1 is performed on the sintered metal sintered body, a large amount of protein is impregnated. Therefore, the metal sintered body also exhibits preferable physical properties as a material for implantation in a living body. The porosity of this metal sintered body after sintering is 3
0%, and the compressive strength is 1.2 × 10 2 MPa.
【００３５】［焼結工程］金属粉末と酸化カルシウム
（ＣａＯ）の粉末を混合して放電プラズマ焼結法で焼結
する。酸化カルシウムの混合量は１〜５重量％とする。
金属粉末は、１００メッシュの球形のチタン粉末であ
る。放電プラズマ焼結法は、炭素のダイスにチタン粉末
と酸化カルシウム粉末の混合物を填入し、加圧状態でプ
ラズマ放電させて焼結する。焼結された金属焼結体は、
無数の微細な空隙があり、かつ無数の微細な空隙を表面
に連通させる多孔質状態となる。[Sintering Step] A metal powder and a powder of calcium oxide (CaO) are mixed and sintered by a discharge plasma sintering method. The mixing amount of calcium oxide is 1 to 5% by weight.
The metal powder is a spherical titanium powder of 100 mesh. In the spark plasma sintering method, a mixture of a titanium powder and a calcium oxide powder is charged into a carbon die and subjected to plasma discharge in a pressurized state for sintering. The sintered metal body is
There are innumerable fine voids, and a porous state in which countless fine voids communicate with the surface.
【００３６】［実施例６］金属粉末を球形のチタン粉末
から削片状粉末とする以外、実施例５と同様にして金属
焼結体を製作する。この金属焼結体も、実施例１で製作
される金属焼結体と同じように大量のタンパクが含浸さ
れて、生体内埋込材料として好ましい物性を示す。この
金属焼結体の焼結後における気孔率は２８％、圧縮強度
は３×１０ ２ＭＰａとなる。Example 6 A metal powder was used as a spherical titanium powder
Metal powder in the same manner as in Example 5 except that
Produce a sintered body. This metal sintered body was also manufactured in Example 1.
Large amounts of protein are impregnated in the same way
As a result, it exhibits favorable physical properties as a material for implantation in a living body. this
Porosity of sintered metal after sintering is 28%, compressive strength
Is 3 × 10 2MPa.
【００３７】[0037]
【発明の効果】本発明の生体内埋込材料とその製造方法
は、機械的強度を保持しながら、生体親和性と無毒性を
理想的な状態に改善できる特長がある。それは、本発明
の生体内埋込材料とその製造方法が、金属粉末を、無数
の微細な空隙があり、かつ無数の微細な空隙を表面に連
通させる多孔質状態に焼結してなる金属焼結体としてい
るからである。この構造の生体内埋込材料は、無数の微
細な空隙を有する多孔質状態に焼結されているので、生
体親和性を高めることができる。しかも、金属粉末を焼
結しているので、生体内埋込材料として充分な機械的強
度を実現できる。さらにまた、金属粉末を焼結して金属
焼結体とするので、使用する金属粉末の種類や比率を種
々に変更して、生体内での親和性や無毒性をより理想的
に改善できる。The bioimplant and the method for producing the same according to the present invention have a feature that biocompatibility and nontoxicity can be improved to an ideal state while maintaining mechanical strength. That is, the in-vivo implantable material of the present invention and the method for producing the same are formed by sintering a metal powder into a porous state in which there are countless fine voids and the countless fine voids communicate with the surface. This is because they are united. Since the implantable material in a living body having this structure is sintered in a porous state having a myriad of fine voids, biocompatibility can be enhanced. In addition, since the metal powder is sintered, sufficient mechanical strength can be realized as an implantable material in a living body. Furthermore, since the metal powder is sintered into a metal sintered body, the type and ratio of the metal powder used can be changed in various ways, and the affinity and non-toxicity in a living body can be more ideally improved.
【００３８】さらに、本発明の生体内埋込材料とその製
造方法は、金属焼結体が無数の微細な空隙を有するの
で、この多孔質状態の空隙に生体親和性を高める物質を
付着させやすい特長がある。すなわち、本発明の生体内
埋込材料とその製造方法は、生体親和性を高める物質を
極めて簡単に付着させて、より理想的な生体内埋込材料
を実現できる。Further, in the implantable material in a living body and the method for producing the same according to the present invention, since the metal sintered body has a myriad of fine voids, it is easy to attach a substance that enhances biocompatibility to the porous voids. There are features. That is, the bioimplantable material of the present invention and the method for producing the same can extremely easily adhere a substance that enhances biocompatibility, thereby realizing a more ideal bioimplantable material.
【図１】本発明の実施例にかかる生体内埋込材料の拡大
断面図FIG. 1 is an enlarged sectional view of an implantable material in a living body according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例１の生体内埋込材料の製造工程
を示す概略図FIG. 2 is a schematic view showing a manufacturing process of the in-vivo implantable material according to the first embodiment of the present invention.
１…金属焼結体 ２…金属粉末 ３…空隙 ４…ダイス ５…容器 ６…オートクレーブ ７…疑似体液 ８…タンパク含有液 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sintered metal 2 ... Metal powder 3 ... Void 4 ... Dice 5 ... Container 6 ... Autoclave 7 ... Pseudo body fluid 8 ... Protein containing liquid
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｆ 3/26 Ｂ２２Ｆ 3/26 Ｃ Ｆ Ｃ２２Ｃ 1/04 Ｃ２２Ｃ 1/04 Ｃ Ｅ (72)発明者 今 政幸 徳島県徳島市丈六町八万免21−６ Ｆターム(参考） 4C059 AA02 AA08 4C081 AB03 AB04 AB05 BA16 BB01 BB06 BC02 CF022 CF032 CG02 CG03 CG08 DA01 DB04 DB05 DC03 DC14 EA04 EA06 EA15 4K018 AA06 EA21 FA32 FA42 KA22 KA70 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) B22F 3/26 B22F 3/26 C F C22C 1/04 C22C 1/04 CE (72) Inventor Masayuki Ima 21-6 F-term (Reference) 4C059 AA02 AA08 4C081 AB03 AB04 AB05 BA16 BB01 BB06 BC02 CF022 CF032 CG02 CG03 CG08 DA01 DB04 DB05 DC03 DC14 EA04 EA06 EA15 4K018 AA70 EA21 FA32
Claims (22)
あり、かつ無数の微細な空隙(3)を表面に連通させる多
孔質状態に焼結してなる金属焼結体(1)である生体内埋
込材料。1. A metal sintered body obtained by sintering a metal powder (2) into a porous state having countless minute voids (3) and communicating with countless minute voids (3) to the surface. (1) The implantable material in a living body.
ジルコニウム、ジルコニウム合金のいずれかである請求
項１に記載される生体内埋込材料。2. The method according to claim 1, wherein the metal powder (2) is titanium, a titanium alloy,
The bioimplant according to claim 1, wherein the material is one of zirconium and a zirconium alloy.
ある請求項１に記載される生体内埋込材料。3. The implantable material according to claim 1, wherein the porosity of the metal sintered body (1) is 5 to 60%.
ムを付着している請求項１に記載される生体内埋込材
料。4. The in-vivo implant material according to claim 1, wherein the metal sintered body (1) has calcium adhered to the surface of the void.
の焼結体で、この金属焼結体(1)が空隙表面にカルシウ
ムとチタンの化合物（又は合金）を付着している請求項
１に記載される生体内埋込材料。5. The metal sintered body (1) is a sintered body of titanium or a titanium alloy, and the metal sintered body (1) has a compound (or alloy) of calcium and titanium adhered to the surface of a void. Item 14. An in vivo implantable material according to item 1.
ルシウムを付着している請求項１に記載される生体内埋
込材料。6. The in-vivo implant material according to claim 1, wherein the metal sintered body (1) has calcium phosphate adhered to the surface of the void.
トを付着している請求項１に記載される生体内埋込材
料。7. The bioimplant according to claim 1, wherein the metal sintered body (1) has apatite adhered to the surface of the void.
隙表面にアルカリ金属とアルカリ土類金属元素の少なく
ともひとつを付着している請求項１に記載される生体内
埋込材料。8. The bioimplant according to claim 1, wherein the sintered titanium or titanium alloy has at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal element attached to the surface of the void.
ルシウムとタンパク質を付着している請求項１に記載さ
れる生体内埋込材料。9. The in-vivo implant material according to claim 1, wherein the metal sintered body (1) has calcium phosphate and a protein adhered to the surface of the void.
カルシウムとタンパク質と医療用薬剤とを付着している
請求項９に記載される生体内埋込材料。10. The in-vivo implant material according to claim 9, wherein the metal sintered body (1) has calcium phosphate, a protein, and a medical agent adhered to the surface of the void.
項１に記載される生体内埋込材料。11. The implantable material according to claim 1, wherein the metal sintered body is an artificial tooth root.
放材料である請求項１に記載される生体内埋込材料。12. The implantable biomaterial according to claim 1, wherein the metal sintered body (1) is a sustained-release drug implantable biomaterial.
である請求項１に記載される生体内埋込材料。13. The in-vivo implantable material according to claim 1, wherein the metal sintered body (1) is a material for a pharmaceutical experiment device.
があり、かつ無数の微細な空隙(3)を表面に連通させる
多孔質状態に焼結して金属焼結体(1)とすることを特徴
とする生体内埋込材料の製造方法。14. Metal powder (2) is innumerably fine voids (3)
And producing a sintered metal body (1) by sintering into a porous state in which innumerable fine voids (3) communicate with the surface.
焼結する請求項１４に記載される生体内埋込材料の製造
方法。15. The method according to claim 14, wherein the metal powder (2) is sintered by a spark plasma sintering method.
金、ジルコニウム、ジルコニウム合金のいずれかを使用
する請求項１４に記載される生体内埋込材料の製造方
法。16. The method according to claim 14, wherein any one of titanium, a titanium alloy, zirconium, and a zirconium alloy is used as the metal powder (2).
粉末(2)を焼結する請求項１４に記載される生体内埋込
材料の製造方法。17. The method according to claim 14, wherein the metal powder (2) having calcium adhered to the surface is sintered.
とを混合して焼結する請求項１４に記載される生体内埋
込材料の製造方法。18. The method according to claim 14, wherein the metal powder (2) and the powder containing calcium are mixed and sintered.
ルシウムを含浸させる請求項１４に記載される生体内埋
込材料の製造方法。19. The method according to claim 14, wherein the voids (3) of the sintered metal sintered body (1) are impregnated with calcium.
０．０１〜５ｍｍであるものを使用する請求項１４に記
載される生体内埋込材料の製造方法。20. The method according to claim 14, wherein the metal powder (2) to be sintered has an average particle size of 0.01 to 5 mm.
ン酸カルシウムを付着させる請求項１４に記載される生
体内埋込材料の製造方法。21. The method according to claim 14, wherein calcium phosphate is attached to the voids (3) of the sintered metal sintered body (1).
パタイトを付着させる請求項１４に記載される生体内埋
込材料の製造方法。22. The method according to claim 14, wherein apatite is attached to the voids (3) of the sintered metal sintered body (1).
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|---|---|---|---|
| JP2001128226A JP2002320667A (en) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | Material buried in living body and its manufacturing method |
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