JP2018075045A - Medical-purpose implant material using high-purity magnesium and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高純度マグネシウム素材を用いたインプラント、及びその製造方法に関する。特に、生分解性を備えた高純度マグネシウム、及び該高純度マグネシウムの強度をインプラントに適した強度の素材にする製造方法に関する。 The present invention relates to an implant using a high-purity magnesium material and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to high-purity magnesium having biodegradability and a manufacturing method for making the strength of the high-purity magnesium a material having a strength suitable for an implant.
従来、骨の損傷部分又は骨折部分等の接合術又は再建術において骨の固定、補綴等に用いられるインプラントの材料としては、強度等の機械的性質及び加工性に優れた金属材料が用いられてきた。特に、生体適合性が良く、強度の強いステンレス、タンタル、チタン又はチタン合金が用いられている。 Conventionally, a metal material excellent in mechanical properties such as strength and workability has been used as an implant material used for bone fixation, prosthesis or the like in jointing or reconstruction of a damaged or fractured portion of a bone. It was In particular, stainless steel, tantalum, titanium, or titanium alloy having high biocompatibility and high strength is used.
しかしながら、上記金属製のボーンプレートやステントは、治療後も長期、もしくは半永久的に体内に留置することから生じるリスクが問題となっている。具体的には、長期にわたり留置しておくとインプラントが骨に代わって荷重を支持することになり、骨量が減少したり骨が脆弱化する虞がある。また、成長期の小児に前記インプラントを用いると骨の成長を阻害することが懸念される。 However, the above-mentioned metal bone plates and stents have a risk of being left in the body for a long time or semipermanently after treatment. Specifically, if it is left for a long period of time, the implant will support the load instead of the bone, and there is a risk that the bone mass will be reduced or the bone will be weakened. In addition, there is a concern that bone growth may be inhibited when the implant is used in a growing child.
そこで、骨の損傷又は骨折の治療後に再手術によりボーンプレートを抜去することが行われている。しかし、再手術を行うことは患者の負担が大きいことから、再手術を行う必要のないボーンプレートの開発が望まれている。 Therefore, the bone plate is removed by re-operation after treatment of bone damage or fracture. However, since it is a burden on the patient to perform reoperation, it is desired to develop a bone plate that does not require reoperation.
また、ステントの場合は、ステント血栓症のリスクやステント本体の血管壁に対してメカニカルストレスが生じるために慢性的な炎症が起こる可能性が指摘されている。また、バイパス手術やＣＴ撮影の邪魔になるという問題もある。そのため、一定期間後に分解される素材の使用が望まれていた。 In the case of a stent, the possibility of chronic inflammation due to the risk of stent thrombosis and mechanical stress on the blood vessel wall of the stent body has been pointed out. In addition, there is a problem that it obstructs bypass surgery and CT imaging. Therefore, it has been desired to use a material that is decomposed after a certain period.
このような再手術等を必要としない生分解性のある素材として、ポリ乳酸や９９．９９質量％以上の高純度マグネシウム材料を用いるインプラントが提案されている（特許文献１、２）。しかしながら、ポリ乳酸も高純度マグネシウムも強度が低いという問題点がある。特に、ポリ乳酸は生分解性はよいものの強度が弱い。そのため骨折の治療に使用されるボーンプレートのように強度が必要とされる医療用部材に用いると荷重を支えきれず、また、ステントに用いた場合には拡張した血管を支えきれないという問題が生ずる。また、高純度マグネシウムも、金属としてはやわらかいため、強度、特に引張強度の点で問題があった。 As biodegradable materials that do not require such re-operation, implants using polylactic acid or a high-purity magnesium material of 99.99% by mass or more have been proposed (Patent Documents 1 and 2). However, both polylactic acid and high-purity magnesium have a problem of low strength. In particular, polylactic acid is good in biodegradability but weak in strength. Therefore, there is a problem that the load cannot be supported when used for a medical member that requires strength, such as a bone plate used for the treatment of a fracture, and the expanded blood vessel cannot be supported when used for a stent. Arise. Further, high-purity magnesium has a problem in terms of strength, particularly tensile strength because it is soft as a metal.
高純度マグネシウムを使用して、生分解性の特性はそのままに、すでに汎用されているチタンやチタン合金製のインプラントと強度面で遜色のないインプラントを提供することを課題とする。そのために安定して高純度マグネシウムを精製すること、さらにその強度をボーンプレート、ステント等のインプラントとした場合にも十分に耐えられる強度とする高純度マグネシウム素材を製造することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a titanium or titanium alloy implant that is already widely used and an implant that is inferior in terms of strength, while maintaining high biodegradability and using high-purity magnesium. Therefore, it is an object to stably purify high-purity magnesium and to produce a high-purity magnesium material having sufficient strength to withstand the strength of implants such as bone plates and stents.
本発明のインプラントとして用いる純度９９．９９％以上のマグネシウムは、Ｚｎが０．００１０〜０．００７０質量％の範囲であって、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎは検出限界以下であり、強度が１００Ｎ・ｍｍ以上であって、生体内に６ヶ月留置後の強度が３５Ｎ・ｍｍ以上であることを特徴とする。 Magnesium having a purity of 99.99% or more used as an implant of the present invention has a Zn content in the range of 0.0010 to 0.0070% by mass, Si, Al, and Mn are below the detection limit, and has a strength of 100 N · mm. It is above, and the intensity | strength after 6 months indwelling is 35 N * mm or more, It is characterized by the above-mentioned.
インプラントとして用いるマグネシウム素材としては９９．９９質量％以上、すなわち４Ｎ以上（Ｎ表記は連続する９の桁数を示す）の純度のマグネシウムであることが生分解性の点から望ましい。４Ｎ以上の高純度マグネシウムは耐食性に優れていることがすでに知られている。骨折の治療、血管の拡張といった治療目的で生体内に留置した場合に、少なくとも６ヶ月は生体内で十分な強度を備えていることが必要とされる。３Ｎ程度の純度のマグネシウムは耐食性が低いことが指摘されており、体内での吸収が早いため６ヶ月後には十分な強度を保つことができない。したがって、４Ｎ以上の純度の耐食性に優れたマグネシウムであることがボーンプレート、ステント等のインプラントの素材として要求される。 It is desirable from the viewpoint of biodegradability that the magnesium material used for the implant is 99.99% by mass or more, that is, magnesium having a purity of 4N or more (N notation indicates the number of consecutive 9 digits). It is already known that high purity magnesium of 4N or more is excellent in corrosion resistance. When placed in the living body for the purpose of treatment such as treatment of fractures and dilation of blood vessels, it is necessary to have sufficient strength in the living body for at least 6 months. Magnesium having a purity of about 3N has been pointed out to have low corrosion resistance, and since it is absorbed quickly in the body, sufficient strength cannot be maintained after 6 months. Therefore, magnesium having a purity of 4N or more and excellent corrosion resistance is required as a material for implants such as bone plates and stents.
しかしながら、高純度マグネシウムは強度が低く、真空蒸留により精製を行った状態のままでは荷重を十分に支える強度を得ることができない。本発明では、マグネシウム蒸留精製後の押出成形等の加工によって、ボーンプレートやステント等のインプラントとして用いた際に、十分な強度が得られ、生体内に６ヶ月留置後であっても３５Ｎ・ｍｍ以上の強度を得ることができた。また、生体内に６ヶ月留置後の強度が３５Ｎ・ｍｍ以上であれば、ボーンプレートとして用いた場合にも、治癒途上にある骨を支えるのに十分な強度である。 However, high-purity magnesium has a low strength, and it is not possible to obtain a strength that can sufficiently support the load if it is purified by vacuum distillation. In the present invention, sufficient strength is obtained when used as implants such as bone plates and stents by processing such as extrusion after magnesium distillation purification, and 35 N · mm even after 6 months in vivo. The above strength could be obtained. In addition, if the strength after being placed in a living body for 6 months is 35 N · mm or more, even when used as a bone plate, the strength is sufficient to support bones that are in the process of healing.
本発明のインプラントとして用いるマグネシウムの精製方法は、９９．９質量％以上９９．９９質量％未満の純度のマグネシウムをマグネシウム地金に対して０．４質量％以上〜１．２質量％以下のアルミニウムとともに蒸留精製することを特徴とする。 The method for refining magnesium used as the implant of the present invention is an aluminum having a purity of 99.9% by mass or more and less than 99.99% by mass with respect to magnesium ingot of 0.4% by mass to 1.2% by mass And purified by distillation.
マグネシウム素材を真空蒸留する際に、アルミニウム箔とともに真空蒸留することによって、安定して４Ｎ以上の高純度のマグネシウムインゴットが得られるとともに、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎの含有量が検出限界以下となる。また、これら以外の元素についても、融点及び蒸発温度の低いアルミニウム箔を一定濃度加えてに真空蒸留しているのにもかかわらず、アルミニウムが検出限界以下であることから、検出限界以下であることが推認される。Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎが検出限界以下であることにより、また、Ｚｎしか含まれないことにより、インプラントとして必要な耐食性を担保することができる。また、この方法によって精製することによって安定して高純度マグネシウムを精製することが可能となる。 When the magnesium material is vacuum distilled, by vacuum distillation together with the aluminum foil, a high-purity magnesium ingot of 4N or more is stably obtained, and the contents of Si, Al, and Mn are below the detection limit. In addition to these elements, aluminum is below the detection limit because aluminum is below the detection limit despite the fact that aluminum foil with a low melting point and low evaporation temperature is added at a constant concentration and vacuum distilled. Is inferred. Since Si, Al, and Mn are below the detection limit and only Zn is contained, the corrosion resistance necessary for the implant can be ensured. Moreover, it becomes possible to refine | purify highly pure magnesium stably by refine | purifying by this method.
本発明のインプラントとして用いるマグネシウムの製造方法は、前記マグネシウムを用い、押出荷重３．５〜５．０トン/ｃｍ２、押出温度は２９０℃〜３５０℃、圧縮温度４００℃〜４５０℃の条件で押出成形をすることを特徴とする。 The manufacturing method of magnesium used as the implant of the present invention uses the magnesium, the extrusion load is 3.5 to 5.0 ton / cm 2 , the extrusion temperature is 290 ° C. to 350 ° C., and the compression temperature is 400 ° C. to 450 ° C. It is characterized by extrusion.
真空蒸留によって精製したマグネシウムインゴットは耐食性に優れているが、このまま用いると強度がやや低いという問題がある。そこで、真空蒸留後のマグネシウムを、上記範囲の条件で押出成形を行い、丸棒、角材などに成形後、インプラントを製造することによって、ボーンプレートやステント等のインプラントとして用いた場合であっても十分な強度のマグネシウム材料を得ることができる。 Magnesium ingots purified by vacuum distillation are excellent in corrosion resistance, but if used as they are, there is a problem that the strength is somewhat low. Therefore, magnesium after vacuum distillation is extruded under the conditions in the above range, and after molding into a round bar, square bar, etc., even if it is used as an implant such as a bone plate or stent, A sufficiently strong magnesium material can be obtained.
本発明のインプラントとして用いるマグネシウムの製造方法は、前記マグネシウムを用い、押出方向と直角の方向に型鍛造を行うことを特徴とする。 The manufacturing method of magnesium used as the implant of the present invention is characterized in that die forging is performed in the direction perpendicular to the extrusion direction using the magnesium.
押出装置により製造されたマグネシウムは、押出方向に組織が揃っており、このままインプラントを製造すると、その方向性が強度を低下させる一因となっている。これを取り除くために、押出方向と直角な方向に型鍛造を行い、組織としての方向性を無くすことにより、さらに十分な強度を備え、また、生体内での吸収速度も適切なマグネシウム素材を得ることができる。 Magnesium produced by an extrusion apparatus has a uniform structure in the extrusion direction, and when the implant is produced as it is, the directionality is a cause of reducing the strength. In order to remove this, die forging is performed in a direction perpendicular to the extrusion direction to eliminate the directionality of the structure, thereby obtaining a magnesium material with sufficient strength and appropriate absorption rate in vivo. be able to.
本発明のインプラントは、前記高純度マグネシウムを用いることを特徴とする。また、前記インプラントが、ボーンプレート、ステント、又は止血クリップであることを特徴とする。 The implant of the present invention is characterized by using the high-purity magnesium. The implant may be a bone plate, a stent, or a hemostatic clip.
本発明の方法によって、製造したマグネシウム部材を用いて作成したインプラントは強度も高く、また生分解性もよく生体内の吸収分解様式およびＺｎ以外の金属が検出限界以下であることからヒトでの臨床使用において安全性も高い。したがって、ボーンプレート、ステント、止血クリップとして用いた場合でも必要な強度を備えている。また、生体に吸収されることから、再手術によって取り除く必要がなく、患者の負担が少ない。 The implant produced using the magnesium member produced by the method of the present invention has high strength, is well biodegradable, and absorbs and decomposes in vivo, and metals other than Zn are below the detection limit. High safety in use. Therefore, it has the required strength even when used as a bone plate, stent, or hemostatic clip. Further, since it is absorbed by the living body, it is not necessary to remove it by re-operation, and the burden on the patient is small.
本発明の高純度マグネシウムを用いて製造したインプラントは、生体内で吸収されることから、抜去するために再手術の必要がない。また、生体内で吸収されるもののその吸収速度が比較的遅いことから骨折の治療に用いた場合でも、長期間荷重を支えるだけの十分な強度を得ることができる。 Since the implant manufactured using the high-purity magnesium of the present invention is absorbed in vivo, there is no need for re-operation for removal. Moreover, although it is absorbed in the living body, its absorption speed is relatively slow, so that it is possible to obtain a sufficient strength to support a load for a long period of time even when used for the treatment of a fracture.
本発明者らは、真空蒸留法によってマグネシウムを精製する際に、アルミニウムを共存させることによって、高純度マグネシウムが得られることを見出した。具体的には市販の純度９９．９％質量以上９９．９９質量％未満のマグネシウムに、アルミニウム箔をマグネシウム地金に対して０．４質量％〜１．２質量％のアルミニウムになるよう加え、真空蒸留法により精製する。 The present inventors have found that high purity magnesium can be obtained by coexisting aluminum when purifying magnesium by a vacuum distillation method. Specifically, an aluminum foil is added to magnesium having a purity of 99.9% by mass or more and less than 99.99% by mass so that the aluminum foil becomes 0.4% by mass to 1.2% by mass with respect to the magnesium metal, Purify by vacuum distillation.
真空蒸留装置は一般的に用いられている真空蒸留装置を用いればよい。ここでは、非特許文献１に記載の自製の装置と基本的に同形の装置を用いて真空蒸留を行った。具体的には、原料となるマグネシウム及びアルミニウム箔を坩堝に収容し、１２０Ｐａ以下の減圧下、５６０℃以上の温度に加熱することにより溶融させる。大気圧（約１００ｋＰａ）下におけるマグネシウムの融点は６５０℃であり、沸点は１０９１℃であるが、１２０Ｐａ以下の減圧にすることにより融点及び沸点は低下する。減圧下でマグネシウム材料を５６０℃以上に加熱することによって溶融させ、さらに溶融されたマグネシウムを気化させることにより精製することができる。 What is necessary is just to use the vacuum distillation apparatus generally used for the vacuum distillation apparatus. Here, vacuum distillation was performed using an apparatus basically the same as the self-made apparatus described in Non-Patent Document 1. Specifically, magnesium and aluminum foil as raw materials are accommodated in a crucible and melted by heating to a temperature of 560 ° C. or higher under a reduced pressure of 120 Pa or lower. Magnesium has a melting point of 650 ° C. and a boiling point of 1091 ° C. under atmospheric pressure (about 100 kPa), but the melting point and boiling point are reduced by reducing the pressure to 120 Pa or less. The magnesium material can be melted by heating to 560 ° C. or higher under reduced pressure, and further purified by vaporizing the molten magnesium.
次に、気化させたマグネシウム蒸気を坩堝の上方に配設された凝縮器に凝縮させる。前記のように１２０Ｐａ以下の減圧下、５６０℃以上の温度に加熱する状態を１１時間から２０時間程度保持することにより、４Ｎ以上のマグネシウムを得ることができる。 Next, the vaporized magnesium vapor is condensed in a condenser disposed above the crucible. As described above, 4N or more of magnesium can be obtained by maintaining the state of heating to a temperature of 560 ° C. or more for about 11 to 20 hours under a reduced pressure of 120 Pa or less.
原料となるマグネシウム材料としては、市販のマグネシウム地金を用いることができる。マグネシウム地金は３Ｎ級マグネシウム材料であればよく、９９．９９質量％未満のマグネシウムと残部の不純物からなる。不純物としては、ベリリウム、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、銀、カドミウム、スズ、ランタン、セリウム、ネオジム、鉛、水銀、ナトリウム等が含まれる。 Commercially available magnesium ingots can be used as the raw material magnesium material. The magnesium metal may be a 3N grade magnesium material, and consists of less than 99.99% by mass of magnesium and the remaining impurities. Impurities include beryllium, aluminum, silicon, calcium, manganese, iron, nickel, copper, zinc, zirconium, silver, cadmium, tin, lanthanum, cerium, neodymium, lead, mercury, sodium and the like.
ここでは、マグネシウム９９．９３質量％、亜鉛０．００２５質量％、鉄０．００２４質量％、ケイ素０．００１６質量％、ニッケル０．０００５質量％、銅０．００１１質量％、アルミニウム０．０１５質量％、マンガン０．０１６質量％、ナトリウム０．００３質量％からなるマグネシウム地金を用いて精製を行った。 Here, 99.93% by mass of magnesium, 0.0025% by mass of zinc, 0.0024% by mass of iron, 0.0016% by mass of silicon, 0.0005% by mass of nickel, 0.0011% by mass of copper, and 0.015% by mass of aluminum Purification was performed using a magnesium metal consisting of 1%, 0.016% by mass of manganese and 0.003% by mass of sodium.
実施例１では上記マグネシウム材料に対して、０．６９質量％、実施例２では０．８１質量％のアルミニウム箔とともに真空蒸留を行った。実施例１、２ともに真空蒸留の条件は、１００Ｐａ以下の減圧下、温度６００℃、１２時間で行った。 In Example 1, it vacuum-distilled with 0.69 mass% with respect to the said magnesium material, and 0.82 mass% in Example 2 with the aluminum foil. In both Examples 1 and 2, the vacuum distillation was performed under a reduced pressure of 100 Pa or less at a temperature of 600 ° C. for 12 hours.
真空蒸留により精製された試料の成分分析の方法及び結果を以下に示す。真空蒸留によって精製したインゴットは筒状をしており、その成分は均質なわけではない。マグネシウム以外の不純物にも固有の融点、沸点があるため、蒸留の時期によって蒸留される成分が異なるからである。そこで、試料を横断する方向において中心部、中間部、周辺部から試料を採取しそれぞれ成分分析を行いその平均値を求めた。 A method and results of component analysis of a sample purified by vacuum distillation are shown below. The ingot purified by vacuum distillation has a cylindrical shape, and its components are not homogeneous. This is because impurities other than magnesium have inherent melting points and boiling points, and the components to be distilled differ depending on the time of distillation. Therefore, samples were collected from the central part, the intermediate part, and the peripheral part in the direction crossing the sample, and component analysis was performed to obtain the average value.
分析方法は以下のとおりである。得られた試料を酸で溶解し、ＩＣＰ質量分析法でＺｎ、Ｍｎ、酸可溶性Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）を分析した。酸溶解残渣はアルカリ溶解後、酸で溶解し、原子吸光分析法で酸不溶性Ａｌ（ｉｎｓｏｌ．Ａｌ）を分析した。また、Ｓｉはモリブドン酸青吸光光度法で測定した。成分分析の結果を表１に示す。なお、比較例としては、アルミニウム箔を加えずに精製した試料を分析した結果を示す。 The analysis method is as follows. The obtained sample was dissolved with an acid, and Zn, Mn, and acid-soluble Al (sol. Al) were analyzed by ICP mass spectrometry. The acid-dissolved residue was dissolved in an alkali, then dissolved in an acid, and acid-insoluble Al (insol. Al) was analyzed by atomic absorption spectrometry. Si was measured by molybdonate blue absorptiometry. The results of component analysis are shown in Table 1. In addition, as a comparative example, the result of having analyzed the sample refine | purified without adding aluminum foil is shown.
本発明の方法によれば、マグネシウムインゴットとして、Ｚｎが０．００１０〜０．００７０質量％の範囲であって、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ及び他の元素は検出限界以下（Ｓｉ、酸不溶性Ａｌは０．００１質量％未満、酸可溶性Ａｌ、Ｍｎは０．０００１質量％未満）の高純度マグネシウムが得られた。これに対し、比較例のマグネシウムインゴットでは、Ｚｎ及び酸不溶性Ａｌの含有量は本発明のマグネシウムと同等であるものの、Ｓｉ、酸可溶性Ａｌ、Ｍｎの含有量の高いインゴットが得られている。特に、酸可溶性アルミニウム、マンガンの含有量が高くなっている。 According to the method of the present invention, as magnesium ingot, Zn is in the range of 0.0010 to 0.0070% by mass, and Si, Al, Mn and other elements are below the detection limit (Si, acid insoluble Al is 0 High-purity magnesium was obtained (less than 0.001% by mass, acid-soluble Al, and Mn was less than 0.0001% by mass). On the other hand, in the magnesium ingot of the comparative example, although the contents of Zn and acid-insoluble Al are equivalent to the magnesium of the present invention, an ingot having a high content of Si, acid-soluble Al, and Mn is obtained. In particular, the contents of acid-soluble aluminum and manganese are high.
本発明のマグネシウムの精製方法でも、比較例の精製方法や、特許文献１に記載の精製方法であってもマグネシウムの純度は９９．９９質量％以上の純度、すなわち４Ｎ級の純度が得られる。しかしながら、不純物として含まれる元素の組成が異なっている。 Even with the magnesium purification method of the present invention and the purification method of Comparative Example and the purification method described in Patent Document 1, the purity of magnesium is 99.99% by mass or more, that is, 4N grade purity. However, the composition of elements contained as impurities is different.
高純度マグネシウム、特に４Ｎ以上のマグネシウムは生分解性の点で優れているといわれている。本発明者らも３Ｎ級の純度の低いマグネシウムを疑似体液に浸漬させ、生体内での吸収を模した試験を行ったところ溶解が早く、数ヶ月で元の形状を留めなくなった。また、純度だけではなく、どのような不純物が含まれているかが生分解性や強度の点で重要である。Ｆｅ、Ｎｉ、及びＣｕは、マグネシウムの生体内での安定性に関与すると言われており、含有量が少ない方が安定となる。本発明のマグネシウム素材はこれら元素もほとんど含まれておらず、生体内での安定性の高いインプラントの製造が可能である。 High purity magnesium, especially 4N or more magnesium is said to be excellent in terms of biodegradability. The present inventors also immersed 3M grade low-purity magnesium in a simulated body fluid and conducted a test simulating absorption in a living body. As a result, dissolution was fast and the original shape could not be retained in several months. In addition to purity, what impurities are contained is important in terms of biodegradability and strength. Fe, Ni, and Cu are said to be involved in the stability of magnesium in vivo, and the smaller the content, the more stable. The magnesium material of the present invention contains almost none of these elements, and it is possible to produce an implant with high stability in vivo.
また、真空蒸留によって精製したマグネシウムインゴットをそのままボーンプレートの素材として用いると高い強度の素材を得ることができない。実際に、４Ｎ以上の高純度マグネシウムであっても、真空蒸留しただけのマグネシウムインゴットからインプラントを作製し生体内に埋め込むと６ヶ月後にはその形状を留めていない。そこで押出装置を用いて押出成形を行うことにより強度を高めた。ここでは押出装置（光栄製作所社製）を用いて丸棒又は角材の部材を成形し強度が向上するか検討した。丸棒、角材ともに、押出温度は２９０℃〜３５０℃、圧縮温度４００℃〜４５０℃で行った。 Further, if a magnesium ingot purified by vacuum distillation is used as it is as a material for bone plates, a high strength material cannot be obtained. Actually, even if it is high purity magnesium of 4N or more, when an implant is made from a magnesium ingot that has only been vacuum-distilled and embedded in a living body, the shape does not remain after six months. Therefore, the strength was increased by performing extrusion using an extrusion apparatus. Here, a round bar or a square member was formed using an extrusion apparatus (manufactured by Koei Seisakusho Co., Ltd.) to examine whether the strength was improved. For both round bars and square bars, the extrusion temperature was 290 ° C to 350 ° C and the compression temperature was 400 ° C to 450 ° C.
押出成形後の角材を用いＪＩＳ Ｔ ０３１１：２００９「金属製骨接合用品の曲げ試験方法」に基づいた曲げ強度試験を行った。具体的には３ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍの角材を作成し曲げ強度を１ｋＮ 試験機（インストロン社製、型式：Ｅ１０００）、２ｋＮ ロードセル（インストロン社製、型式：２５２７−１２９）により測定した。曲げ強度の測定は静的３点曲げ試験（ＪＩＳＴ０３１１：２００９「金属製骨接合用品の曲げ試験方法」）に準拠して行った。その結果、曲げ強度は１６３Ｎ・ｍｍであった。また、押出成形を行わないものの強度は５０Ｎ・ｍｍであった。すなわち、本発明の条件で押出成形を行うことにより、３倍以上曲げ強度の強い素材を得ることができる。 A bending strength test based on JIS T 0311: 2009 “Bending test method for metal osteosynthesis products” was performed using the extruded square. Specifically, a square material of 3 mm × 20 mm × 2 mm was prepared, and the bending strength was measured with a 1 kN tester (Instron, model: E1000), 2 kN load cell (Instron, model: 2527-129). The bending strength was measured in accordance with a static three-point bending test (JIST0311: 2009 “Bending test method for metal osteosynthesis products”). As a result, the bending strength was 163 N · mm. Further, the strength of the material not subjected to extrusion molding was 50 N · mm. That is, by performing extrusion molding under the conditions of the present invention, a material having a bending strength of 3 times or more can be obtained.
この強度はチタン、又はチタン合金の強度と比べると低い値ではあるものの、ポリ乳酸を主成分としてすでに販売されているラクトソーブ（商標、メディカルＵ＆Ａ社製）の強度と比較して１．５倍以上の強度を備えており、ボーンプレートとして用いても十分に荷重を支える強度である。 Although this strength is lower than the strength of titanium or titanium alloy, it is 1.5 times or more compared to the strength of lactosorb (trademark, manufactured by Medical U & A Co., Ltd.) that is already sold with polylactic acid as the main component. The strength is sufficient to support the load even when used as a bone plate.
この素材を用いてボーンプレートを作成し生体内に留置し、経時的に生分解により吸収されることによって減少する断面積の比率を求めた。厚さ１．５ｍｍの生体吸収性ボーンプレート及びスクリューを作成し、Ｗｉｓｔａｒ系雌性ラットの頭部に埋め込み１ヶ月、２ヶ月、６ヶ月後に取り出し、経時的に生体への吸収を測定した。 Using this material, a bone plate was prepared and placed in a living body, and the ratio of the cross-sectional area that decreased by being absorbed by biodegradation over time was determined. A bioabsorbable bone plate and a screw having a thickness of 1.5 mm were prepared, implanted into the head of a Wistar female rat, taken out after 1 month, 2 months, and 6 months, and the absorption into the living body was measured over time.
ラットに麻酔剤を投与し、十分な麻酔深度に達したラットを動物固定板に腹臥位の状態で四肢を固定した。頭皮切開後、頭蓋骨骨膜下を剥離して頭蓋骨を露出した。露出した頭蓋骨の上にアセトン洗浄した本インプラント製品を留置した。その後、可及的に骨膜で被覆した。切開創を縫合閉鎖した後、ラットを覚醒させ、飼育ケージにて1ケージあたり1匹、飼育した。 An anesthetic was administered to the rats, and the limbs were fixed to the animal fixing plate in a prone position on the rats that had reached a sufficient depth of anesthesia. After the scalp incision, the skull was exposed by peeling off the subperiosteum. The implant product washed with acetone was placed on the exposed skull. Then, it was covered with periosteum as much as possible. After the incision wound was closed with sutures, the rats were awakened and reared in a breeding cage, one per cage.
埋入後、１、２、６ヶ月後に各群のラットから、埋入したインプランを取り出し、写真撮影、重量検査を行い吸収具合の測定を行った。インプラント埋入直後、摘出直前を含め、各月末に被験ラットの全身および手術部位の状態を確認した。確認には、視診、触診、体重測定、超音波検査を行った。また、血液生化学検査等の生化学検査、尿中の***金属検査や摘出後に病理学的検査を行い、インプラントが生体組織等に悪影響を与えていないか確認を行った。 Implanted implants were taken out from each group of rats one, two, and six months after implantation, and the degree of absorption was measured by taking a photograph and weighing. At the end of each month, including immediately after implant placement and immediately before excision, the condition of the whole body of the test rat and the surgical site were confirmed. For confirmation, visual inspection, palpation, weight measurement, and ultrasonic examination were performed. In addition, biochemical tests such as blood biochemical tests, urinary excretion metal tests and pathological examinations after excision were performed to confirm whether the implant had any adverse effects on living tissues or the like.
図１はラットに埋入後６ヶ月後に摘出した本発明のインプラントの断面のＳＥＭ写真である。６ヶ月後であってもインプラントの形状を留めており、写真に示すように周辺部において吸収が見られる程度である。 FIG. 1 is a SEM photograph of a cross section of an implant of the present invention extracted 6 months after implantation in a rat. Even after 6 months, the shape of the implant is retained, and as shown in the photograph, absorption is observed at the periphery.
図２は生体内に留置したボーンプレートの切断面をＳＥＭによる形態観察を行うとともに断面積を測定し、生体内留置前のプレートと経時的に生分解により吸収され残存した断面積の比率を示している。本発明の高純度マグネシウムからなるインプラントを用いた場合には、６ヶ月後であっても７０％以上は生体内に残存し体内における吸収速度が遅いことが見出された。このことは、尿中に***されたＭｇ量の推移からも一致している。残存している断面積の比率から６ヶ月後の強度を計算により求めると３５Ｎ・ｍｍ以上の強度となる。骨折等、骨の損傷の治癒を考慮に入れると、６ヶ月後に３５Ｎ・ｍｍの強度かつ７０％以上残存していれば十分な強度を備えていると考えられる。また、いずれの時点における血液生化学検査等によっても異常は認められなかった。 Fig. 2 shows the ratio of the cross-sectional area of the bone plate that was placed in the living body and the cross-sectional area measured by SEM and the cross-sectional area was measured. ing. When using the implant made of high purity magnesium of the present invention, it was found that 70% or more remains in the living body even after 6 months and the absorption rate in the body is slow. This is consistent with the transition of the amount of Mg excreted in urine. When the strength after 6 months is calculated from the ratio of the remaining cross-sectional area, the strength is 35 N · mm or more. Taking into account the healing of bone damage such as fractures, it is considered that the strength of 35 N · mm and 70% or more remain sufficient after 6 months. In addition, no abnormalities were observed by blood biochemical tests at any time point.
さらに、ＳＥＭ観察時に併せてＥＤＸ分析を行った。吸収分解様式として体内にて金属表面にＭｇＯを形成しており、金属表面から非常に緩徐に吸収・排せつされることを見出した。 Furthermore, EDX analysis was performed together with the SEM observation. It has been found that MgO is formed on the metal surface in the body as an absorption decomposition mode, and is absorbed and excreted very slowly from the metal surface.
押出装置を用いて成形を行い強度を高めることを確認したが、さらに強度及び生分解性を向上させるために、押出素材の押出方向の組織の方向性を無くす必要がある。押出装置を用いて成形した丸棒又は角材の部材を用いて、押出方向と直角な方向に型鍛造を行い、組織としての方向性を無くすことを行った。 Although it was confirmed that the strength was increased by molding using an extrusion apparatus, it is necessary to eliminate the directionality of the structure in the extrusion direction of the extruded material in order to further improve the strength and biodegradability. Using a round bar or a square member formed using an extrusion apparatus, die forging was performed in a direction perpendicular to the extrusion direction to eliminate the directionality as a structure.
具体的には、丸棒又は角材を一定の長さに切断し、鍛造により押出方向に沿って金型に材料を押し込む。押し込まれた材料は押出方向と直角な方向に流れるように金型を製造する。これにより、押出方向の組織の方向性が直角方向に広がり、方向性はなくなる。 Specifically, a round bar or square bar is cut into a certain length, and the material is pushed into the mold along the extrusion direction by forging. The mold is manufactured so that the pushed material flows in a direction perpendicular to the extrusion direction. Thereby, the directionality of the structure | tissue of an extrusion direction spreads in a right angle direction, and directionality is lose | eliminated.
その後この材料から厚み３〜５ｍｍの板材を鍛造により製造し、その板材から切り出した３ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍの角材を作成して、前記の試験方法で曲げ強度を測定したところ、２５０Ｎ・ｍｍであった。これは、ポリ乳酸を主成分としてすでに販売されているスーパーフィクソーブ（商標、メディカルＵ＆Ａ社製）の強度と比較してほぼ同等の強度を備えている。したがって、ボーンプレートとして用いても、荷重を支える十分な強度を備えている。 After that, a plate material having a thickness of 3 to 5 mm was produced from this material by forging, a 3 mm × 20 mm × 2 mm square material cut out from the plate material was prepared, and the bending strength was measured by the above test method, and it was 250 N · mm. It was. This has almost the same strength as SuperFixsorb (trademark, manufactured by Medical U & A Co.) already sold with polylactic acid as a main component. Therefore, even if it is used as a bone plate, it has sufficient strength to support the load.
本発明の精製方法、製造方法によれば、ボーンプレート、ステントとしても十分な強度を備え、また、臨床使用において生体内での吸収速度も適切なマグネシウム素材を得ることができる。 According to the purification method and the production method of the present invention, a magnesium material having sufficient strength as a bone plate and a stent and having an appropriate absorption rate in vivo in clinical use can be obtained.
Claims (6)
Ｚｎが０．００１０〜０．００７０質量％の範囲であって、
Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎは検出限界以下であり、
強度が１００Ｎ・ｍｍ以上であって、
生体内に６ヶ月留置後の強度が３５Ｎ・ｍｍ以上であることを特徴とする高純度マグネシウム。 Magnesium with a purity of 99.99% or more used as an implant,
Zn is in the range of 0.0010 to 0.0070 mass%,
Si, Al and Mn are below the detection limit,
The strength is 100 N · mm or more,
High-purity magnesium characterized by having a strength of 35 N · mm or more after 6 months in vivo.
９９．９質量％以上９９．９９質量％未満の純度のマグネシウムを
０．４質量％以上〜１．２質量％以下のアルミニウムとともに蒸留精製することを特徴とするマグネシウムの精製方法。 A method for purifying magnesium used as an implant,
A method for purifying magnesium, comprising purifying magnesium having a purity of 99.9% by mass or more and less than 99.99% by mass together with 0.4% by mass to 1.2% by mass of aluminum.
請求項２に記載の方法で精製されたマグネシウムを用い、
押出荷重３．５〜５．０トン/ｃｍ２、押出温度は２９０℃〜３５０℃、圧縮温度４００℃〜４５０℃の条件で押出成形をすることを特徴とするマグネシウムの製造方法。 A method for producing magnesium used as an implant,
Using the magnesium purified by the method according to claim 2,
A method for producing magnesium, characterized by performing extrusion molding under conditions of an extrusion load of 3.5 to 5.0 ton / cm 2 , an extrusion temperature of 290 ° C. to 350 ° C., and a compression temperature of 400 ° C. to 450 ° C.
請求項３記載の方法で製造されたマグネシウムを用い、
押出方向と直角の方向に型鍛造を行うことを特徴とするマグネシウムの製造方法。 A method for producing magnesium used as an implant,
Using magnesium produced by the method of claim 3,
A method for producing magnesium, comprising performing die forging in a direction perpendicular to an extrusion direction.
ボーンプレート、ステント、又は止血クリップであることを特徴とする請求項５に記載のインプラント。
The implant is
6. Implant according to claim 5, characterized in that it is a bone plate, a stent or a hemostatic clip.
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