JP2010121153A - バイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属合金自体がバイオフィルム付着増殖抑制機能を持ち、抗菌機能の長期的な持続が期待できるバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金を提供する。
【解決手段】 バイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金であって、チタンに２０〜３０質量％の銀を添加したチタン銀合金であり、金属の表面特性を制御し、細菌及び菌体外多糖により形成されるバイオフィルムに対する付着増殖抑制機能を付与するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金に係り、特に、生体適合性の良好なチタンと銀を成分とする歯科用合金に関するものである。

従来の歯科治療では、歯科用インプラント、金属床義歯、クラウン、ブリッジ、インレーといった歯科補綴物の材料としてチタンが利用されている。このチタンは、骨と直接結合する、耐食性や生体適合性が優れており、構造材料としての信頼性が高い、といった特徴を有する。そのため、特に歯科用インプラントのインプラント体やアバットメントはチタン製が多い。

しかしながら、上記したチタンには、口腔内細菌とそれにより産生される菌体外多糖が付着増殖し、バイオフィルムを形成し易いという問題がある。このバイオフィルムは、う蝕、歯周病、インプラント周囲炎といった口腔内疾患の原因であるため、歯科治療における予後を悪化させる。

上記した歯科補綴物にバイオフィルムを付着し難くするため、表面に滑沢性、耐摩耗性を付与する歯科用コーティング剤が開示されている（下記特許文献１参照）。

また、金属表面を有する歯科補綴物に、電気化学反応により極性基を有する親水性有機化合物を直接的に固定し、抗菌性を付与する方法が提案されている（下記特許文献２参照）。

しかしながら、これらは歯ブラシや咬合による摩耗により、長時間使用すると剥がれ落ちてしまうなど耐久性に問題がある。

一方、非金属性の歯科材料では、プラークの付着を抑制するため殺菌作用を持つ抗菌剤を含有させる方法が開示されている（下記特許文献３〜９参照）。

しかしながら、歯科材料から抗菌剤が溶出することは、歯科材料特性の犠牲を余儀なくする。また、バイオフィルムを形成するのは口腔内常在菌であり、このバイオフィルムを形成する有害な細菌のみを殺菌することは難しく、このような殺菌による抗菌性では健全な口腔内常在菌叢への影響が懸念されるため好ましくない。

さらに、光触媒効果で抗菌性を示す二酸化チタンを含有する歯科材料が開示されている（下記特許文献１０及び１１参照）が、光触媒の利用は、口腔内で紫外線を確保できないことから、固定式の歯科補綴物への応用は難しいと考えられる。
特開平５−１５５７２９号公報 特開２００７−１８１５１５号公報 特許第２６９０３７１号公報 特開平６−００９７２５号公報 特開平７−２１５８１４号公報 特開平６−０１６５２１号公報 特開２００７−２７５５５３号公報 特開平７−１３８１２４号公報 特開２００４−１６８７４７号公報 特開２００７−２５４３００号公報 特開平２００１−２２０３０９号公報

上記したように、歯科補綴物にバイオフィルムを付着し難くするため表面処理を行う方法は、長期にわたる効果が期待できない。また、殺菌作用を持つ抗菌剤を歯科材料に含有させる方法では、抗菌剤の溶出が、歯科材料表面だけでなく、その周囲の健全な口腔内細菌叢へ影響してしまう。そのため、有害な細菌を殺菌するのではなく、細菌の付着増殖を抑制することが求められる。

本発明は、上記状況に鑑みて、金属合金自体がバイオフィルム付着増殖抑制機能を持ち、抗菌機能の長期的な持続が期待できるバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕チタンに銀を添加したチタン銀合金であり、金属の表面特性を制御し、細菌及び菌体外多糖により形成されるバイオフィルムに対する付着増殖抑制機能を付与するようにしたことを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金が２０〜３０質量％の銀を添加したチタンからなることを特徴とする。

〔３〕上記〔２〕記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金が２５質量％の銀を添加したチタンからなることを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金は金属間化合物を析出することができることを特徴とする。

〔５〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記細菌が口腔内細菌であり、前記チタン銀合金を歯科用補綴物として用いることを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金を生体適合性と抗菌性を要する整形外科分野のインプラント材料として用いることを特徴とする。

〔７〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金を生体適合性と抗菌性を要する医療用具、医療器具として用いることを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金を生体適合性と抗菌性を要する人体に触れる装身具や日用品として用いることを特徴とする。

本発明によれば、歯科補綴物への口腔内細菌及び菌体外多糖の付着を抑制することが可能となり、バイオフィルムの付着及び増殖を抑制することができる。

また、歯科用材料として用いる金属合金自体にバイオフィルム付着増殖抑制機能を付加し、抗菌機能を長期的に持続することができる。

特に、チタン銀合金の場合は、銀含有量２０〜３０質量％、なかんずく、銀含有量２５質量％付近でバイオフィルム付着抑制能と機械的特性（硬度、引っ張り強さ、耐力、伸び）に優れている。

本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金は、チタンに２０〜３０質量％の銀を添加したチタン銀合金であり、金属の表面特性を制御し、細菌及び菌体外多糖により形成されるバイオフィルムに対する付着増殖抑制機能を付与するようにした。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

なお、本明細書では、便宜上菌の学名を通常用いられるイタリック体ではなく普通の書体で表記する。

まず、本発明にかかるチタン銀合金の特徴について説明する。

図１は本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金を含むチタン銀合金の銀添加量〔質量（ｍａｓｓ）％〕と強さ（ＭＰａ）の関係を示す特性図、図２は銀添加量〔質量（ｍａｓｓ）％〕と伸び（％）の関係を示す特性図である。

チタン銀合金に含まれる銀添加量を変えて引張試験を行い、図１に示すように引張強さと耐力を測定した。銀添加量２０質量％〜３０質量％の場合に、金属間化合物の析出によって、機械的性質（引張強さ、耐力）の突出した部分が見出され、特に、銀添加量２５質量％では、引張強さ約６９０ＭＰａ、耐力４９０ＭＰａで最大値を示した。

同様に、チタン銀合金の引張試験を行い、図２に示すようにチタン銀合金の伸びを測定した。その結果、チタン銀合金の伸びは銀添加量の増加と共に低下した。ＩＳＯ（国際標準化機構）で定められた歯科用合金として必要な最低限の伸びは２％であり、銀添加量２７．５質量％まではその基準を満たしている。

図３は本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金を含むチタン銀合金の銀添加量〔質量（ｍａｓｓ）％〕とビッカース硬さの関係を示す特性図である。

チタン合金の銀添加量を変えてその硬さを測定した結果、銀添加量が多くなるにつれてビッカース硬さは大きくなった。銀添加量２５質量％で約２４０、３０質量％で約２６０の硬さであり、かかる銀添加量２０質量％〜３０質量％のチタン銀合金の硬さは歯科用として好適である。

図４は本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金であるチタン銀合金（銀添加量２５質量％）のバイオフィルム付着試験を示す模式図、図５は図４における「強い付着の量」の状態を示す図であり、図５（ａ）は純チタンの場合、図５（ｂ）はチタン銀合金の場合を示している。

図４（ａ）に示すように、比較例としての純チタンと本発明に係るチタン銀合金（銀添加量２５質量％）とを板状に成形した純チタン１とチタン銀合金２を用意した。

まず、これらの板状の純チタン１とチタン銀合金２を滅菌した。滅菌した各試料１，２を、スクロース含有複合液体培地４の入った容器３に浸漬し〔図４（ｂ）〕、Ｓ．ｍｕｔａｎｓ（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｍｕｔａｎｓ）またはＳ．ｓｏｂｒｉｎｕｓ（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｓｏｂｒｉｎｕｓ）５を加え嫌気培養した〔図４（ｃ）〕。

そこで、１２時間培養後、各試料表面に付着したバイオフィルム量を濁度から推定した〔図４（ｄ）〕。なお、各試料を水中で軽く振蘯し、剥離したバイオフィルム量を「弱い付着量」とし、図５に示すように、ヘラ６を用いて機械的に剥離させたバイオフィルム量を「強い付着量」とした。

そのようにした結果、Ｓ. ｓｏｂｒｉｎｕｓ４における銀添加量２５質量％のチタン銀合金２への「強い付着量」〔図５（ｂ）〕は、純チタン１への「強い付着量」〔図５（ａ）〕の１１％に減少した。

図６はＳ．ｓｏｂｒｉｎｕｓにおける付着抑制試験結果を示す図（その１）であり、チタン（Ｔｉ）への弱い付着量を基準としたときの各試料の弱い付着量の割合を示している。

この図では、横軸に各試料の組成を、縦軸に弱い付着の割合（％ ｖｓ Ｔｉ）を示している。チタン銀合金の場合、銀添加量１０質量％で平均値１８５．９，標準偏差３１．９、２５質量％で平均値２１４．３，標準偏差５１．３、銀（Ａｇ）のみの場合平均値１５４．４，標準偏差１５．０、金銀パラジウム合金（金パラ）の場合平均値１４９．５，標準偏差６．７である。

上記から明らかなように、純チタンよりもチタン銀合金の方がバイオフィルムは取れやすいといえる。

図７はＳ．ｓｏｂｒｉｎｕｓにおける付着抑制試験結果を示す図（その２）であり、チタン（Ｔｉ）への強い付着量を基準としたときの各試料の強い付着量の割合を示している。

チタン銀合金の場合、銀添加量質量１０％で平均値６６．１，標準偏差６．７、２５質量％で平均値１８．９，標準偏差１１．１、銀（Ａｇ）のみの場合平均値１２．０，標準偏差１１．９、金銀パラジウム合金（金パラ）の場合平均値２８．６，標準偏差７．５である。

上記から明らかなように、純チタンよりもチタン銀合金の方が強い付着量が少ないといえる。

図８はＳ．ｍｕｔａｎｓにおける付着抑制試験結果を示す図（その１）であり、チタン（Ｔｉ）への弱い付着量を基準としたときの各試料の弱い付着量の割合を示している。

チタン銀合金の場合、銀添加量１０質量％で平均値８５．６，標準偏差５６．６、２０質量％で平均値１４８．１，標準偏差５５．３、２２．５質量％で平均値１３９．３，標準偏差１１．８、２５質量％で平均値１３６．３，標準偏差２９．１、２７．５質量％で平均値１１９．４，標準偏差２１．８、３０質量％で平均値１３０．８，標準偏差４３．６、銀（Ａｇ）のみの場合平均値１０７．１，標準偏差２０．３、金銀パラジウム合金（金パラ）の場合平均値９５．５，標準偏差２２．６である。

Ｓ．ｍｕｔａｎｓの場合でも、Ｓ．ｓｏｂｒｉｎｕｓの場合と同様に、純チタンよりもチタン銀合金（銀添加量１０質量％の場合を除く）の方がバイオフィルムは取れやすい結果となった。

図９はＳ．ｍｕｔａｎｓにおける付着抑制試験結果を示す図（その２）であり、チタン（Ｔｉ）への強い付着量を基準としたときの各試料の強い付着量の割合を示している。

チタン銀合金の場合、銀添加量１０質量％で平均値１１３．１，標準偏差１９．１、２０質量％で平均値６８．７，標準偏差１．３、２２．５質量％で平均値７２．４，標準偏差１４．８、２５質量％で平均値６３．９，標準偏差２．４、２７．５質量％で平均値８７．４，標準偏差１．９、３０質量％で平均値７６．１，標準偏差１．９、銀（Ａｇ）のみの場合平均値９６．５，標準偏差１６．５、金銀パラジウム合金（金パラ）の場合平均値１０７．４，標準偏差４１．８である。

Ｓ．ｍｕｔａｎｓでも同様に、純チタンよりもチタン銀合金（特に、銀添加量２０質量％〜２５質量％）の方が強い付着量が少ない。

上記各試験により検証された点をまとめると図１０のように表すことができる。

これらの結果から、チタンに銀を添加することで、金属の表面特性を制御し、バイオフィルムを形成する口腔内細菌と菌体外多糖に対する付着抑制機能を付与できることが実証できた。

このように、銀添加量２０質量％〜３０質量％の組成のチタン銀合金において、バイオフィルム付着増殖抑制能と機械的特性（硬度、引っ張り強さ、耐力、伸び）が優れており、特に、２５質量％の銀添加量でこれらが最も優れているといえる。この銀添加量２０質量％〜３０質量％のチタン銀合金をバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金として歯科補綴物に用いることで、歯科補綴物への口腔内細菌と菌体外多糖の付着を抑制し、バイオフィルムの形成を抑制することができる。

本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金は、以下のような特徴を備えている。

（１）従来のような殺菌による抗菌性ではなく、安全性を考慮し、バイオフィルム付着増殖抑制機能による抗菌性を金属合金自体に付与するようにした。そのため、抗菌剤の溶出による健全な口腔内細菌への影響を防ぎ、安全な歯科用合金として利用することができる。

（２）時間経過に伴い抗菌性が減弱しやすい表面処理ではなく、金属合金自体がバイオフィルム付着増殖抑制機能を持ち、さらに高い機械的特性を持つので、従来のように摩耗により機能が低下することがなく、口腔内で永続的に機能し得る。

このように、本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金は、生体適合性の良好なチタンと銀を成分とする歯科用合金であり、口腔内細菌を殺菌せずにバイオフィルムの付着及び増殖を抑制する機能を持つ歯科用材料として用いることができる。

すなわち、本発明を歯科用インプラント、クラウン、ブリッジ、金属床義歯に適用すれば、バイオフィルムに起因する口腔内疾患を抑制できるので、歯科補綴物の寿命を延ばし、金属材料を用いたあらゆる歯科治療の予後が向上する。特に歯科用インプラントは生体内外にまたがって用いられることから細菌感染の発生する可能性が高いが、本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金を用いることで、術後成績の向上に大きく貢献することができる。

なお、チタン銀合金は、本発明のバイオフィルム付着増殖抑制機能に加え、良好な生体適合性、快削性、優れた機械的性質を併せ持つため、歯科用合金に限らず様々な製品に利用できる。例えば、ボーンプレート等の骨折固定材料、人工関節や人工骨といった整形外科分野のインプラント材料としても有効である。

さらに、チタン銀合金は生体適合性と抗菌性の両方が必要なあらゆる医療用・歯科用の装置部品、器械、器具類への応用が可能である。

また、優れた機械的性質と清潔さの必要なメガネフレームにもチタン銀合金は最適である。

その他、腕時計、指輪、ピアスといった肌に直接触れる装飾品にも純チタンが広く利用されているが、生体適合性ばかりでなく、汚れ難く清潔なことが求められるこれらの装飾品にもチタン銀合金が最適である。

さらに、バイオフィルムの付着し難いチタン銀合金は、汚れを嫌う各種調理器具、食器類への応用も考えられる。

このように、チタン銀合金は、その特性を生かして様々な製品に利用することができ、この他にも生体適合性とバイオフィルム付着抑制が必要なあらゆる分野に適用が可能であり、応用は枚挙のいとまがない。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金は、金属合金自体がバイオフィルム付着増殖抑制機能を持つため、長期的な抗菌機能の持続が期待できる歯科補綴物に利用することができる。

本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金を含むチタン銀合金の銀添加量〔質量（ｍａｓｓ）％〕と強さ（ＭＰａ）の関係を示す特性図である。 本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金を含むチタン銀合金の銀添加量〔質量（ｍａｓｓ）％〕と伸び（％）の関係を示す特性図である。 本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金を含むチタン銀合金の銀添加量〔質量（ｍａｓｓ）％〕とビッカース硬さの関係を示す特性図である。 本発明のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金であるチタン銀合金（銀添加量２５質量％）のバイオフィルム付着試験を示す模式図である。 図４における「強い付着の量」の状態を示す図である。 Ｓ．ｓｏｂｒｉｎｕｓにおける付着抑制試験結果を示す図（その１）である。 Ｓ．ｓｏｂｒｉｎｕｓにおける付着抑制試験結果を示す図（その２）である。 Ｓ．ｍｕｔａｎｓにおける付着抑制試験結果を示す図（その１）である。 Ｓ．ｍｕｔａｎｓにおける付着抑制試験結果を示す図（その２）である。 各試料の特性一覧を示す図である。

符号の説明

１ 板状の純チタン
２ 板状のチタン銀合金（銀添加量２５質量％）
３ 容器
４ スクロース含有複合液体培地
５ Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｍｕｔａｎｓまたはＳｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｓｏｂｒｉｎｕｓ
６ ヘラ

Claims (8)

1. チタンに銀を添加したチタン銀合金であり、金属の表面特性を制御し、細菌及び菌体外多糖により形成されるバイオフィルムに対する付着増殖抑制機能を付与するようにしたことを特徴とするバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金。
2. 請求項１記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金が２０〜３０質量％の銀を添加したチタンからなることを特徴とするバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金。
3. 請求項２記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金が２５質量％の銀を添加したチタンからなることを特徴とするバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金。
4. 請求項１記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金は金属間化合物を析出することができることを特徴とするバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金。
5. 請求項１、２又は３記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記細菌が口腔内細菌であり、前記チタン銀合金を歯科用補綴物として用いることを特徴とするバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金。
6. 請求項１、２又は３記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金を生体適合性と抗菌性を要する整形外科分野のインプラント材料として用いることを特徴とするバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金。
7. 請求項１、２又は３記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金を生体適合性と抗菌性を要する医療用具、医療器具として用いることを特徴とするバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金。
8. 請求項１、２又は３記載のバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金において、前記チタン銀合金を生体適合性と抗菌性を要する人体に触れる装身具や日用品として用いることを特徴とするバイオフィルム抑制型抗菌性チタン合金。

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