JP2018164733A - 結晶リン酸カルシウムコーティングを有する整形外科用インプラントとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 整形外科用インプラントを提供すること。【解決手段】 金属表面と、金属表面の少なくとも一部分に配置されたリン酸カルシウム層とを有する整形外科用インプラントが、開示される。リン酸カルシウム層は、少なくとも一方向に約１００ｎｍ未満の平均結晶子径を有し、インビトロで２時間超にわたって溶解する。このリン酸カルシウム層は実質的に炭酸塩を含まない。このコーティングは、チタン酸ナトリウム表面上に形成され、高い剪断強度と引張強度を有する。このコーティングは、不活性条件下で、溶液堆積ヒドロキシアパタイトプロセスにより形成される。溶液のｐＨ変動は、コーティング形成中に、０．１ｐＨ単位／時未満である。【選択図】 図１

Description

（関連出願の相互参照）
同時係属の米国特許出願第１５／４７２，１８６号「ＯＲＴＨＯＰＥＤＩＣ ＩＭＰＬＡＮＴ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＥ ＧＡＬＬＩＵＭ−ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＨＹＤＲＯＸＹＡＰＡＴＩＴＥ ＣＯＡＴＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」（代理人整理番号第２６５２８０−２５９１０４、ＤＳＰ５２９８ＵＳＮＰ）に対して相互参照が行われ、これは参照により本明細書に組み込まれる。

（発明の分野）
本発明は、概してリン酸カルシウムコーティングに関するものであり、より具体的には、溶液堆積リン酸カルシウムコーティングを有する整形外科用インプラントと、その製造方法に関する。

骨の修復にはしばしば、治癒プロセス中に、欠如した骨の置換又は骨の支持を行うための整形外科用インプラントの使用を伴う。典型的には、そのような整形外科用インプラントを骨誘導性材料でコーティングして、骨成長又は生物学的固定を促すことが望ましい。

ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）は骨及び歯に見られる天然起源の鉱物である。研究によりＨＡは骨誘導性であることが示されており、この理由から整形外科用インプラントにはＨＡがコーティングされている。リン酸八カルシウムも骨誘導性であることが報告されている。ＣａＰ及びＨＡでインプラントをコーティングするための様々なプロセスが知られている。インプラントをコーティングするのに用いられるプロセスの１つが、プラズマスプレーである。このプロセスでは、キャリアーガスを用いてＨＡ粉末を高温のトーチへ供給する。ＨＡ粉末は部分的に融解し、これが高速度で基材に衝突し、ここで急速に冷やされて室温になる。このプロセスは、ＨＡと、他のリン酸カルシウム相と、非晶質リン酸カルシウムとの混合物を生じる。これらの相は生体内での溶解度に大きな差がある。その結果、プラズマスプレーヒドロキシアパタイト（ＰＳＨＡ）フィルムは生体内で均一に溶解又は分解しない。この不均一分解により、インプラント近傍に粒子が生じることがあり、これによって炎症カスケードが引き起こされ、骨溶解に至ることがある。この粒子は更に、関節表面に入り込むことがあり、摩耗の増大をもたらし得る。最後に、このプロセスは「見通し線」プロセスであるため、セメントレスインプラントの多孔性構造をコーティングするのにはあまり適していない。ＰＳＨＡプロセス又は後処理方法を適用して、生体内で長い吸収時間を有する高結晶性のコーティングをもたらすことができる。この属性は、比較的厚く安定したコーティングが長期間のうちに剥離する懸念を生じさせる。

生物学的固定のためにＨＡコーティングを生成する他の方法としては、スパッタリング、蒸着、化学蒸着などの物理的方法が挙げられる。これらの物理的方法は、生物学的アパタイトのナノ結晶度と大きな表面積を再生するものではないため、結果として得られるコーティングは均一に溶解できず、粒子を放出する可能性がある。

ＨＡコーティングを製造する溶液（又は懸濁液）方法も試みられている。例えば、Ｚｉｔｅｌｌｉ、Ｊｏｓｅｐｈ Ｐ．ａｎｄ Ｈｉｇｈａｍ，Ｐａｕｌ（２０００）「Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ Ｏｎｔｏ Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ Ｐｏｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅｓ：Ｐｅｒｉ−Ａｐａｔｉｔｅ ＨＡ」は、スラリー又は細かく分割されたＨＡ粒子を作製することを伴うプロセスについて記述しており、この中にインプラントを入れ、スラリー粒子の付着によりコーティングされる。大きな表面積の微小結晶性コーティングが作製されるが、この基材に対する接着力は低い。

電気化学的支援による溶液堆積も開発されている。このプロセスでは、インプラントを水溶液中に吊した状態で、水を加水分解するのに必要な電圧を超える電圧を、インプラントに印加する。このプロセスにより、インプラント表面にリン酸カルシウムの堆積が生じる。典型的に、堆積したフィルムは、リン酸カルシウム（ＣａＰ）相の混合物であり、後処理を行ってこのフィルムを純粋なＨＡ相に変換する必要がある。不良な接着力もこれらのフィルムで懸念となる。最後に、不規則な粒子を伴う多孔性インプラントに対する電気化学的電流を制御するのは難しく、このプロセスの規模を拡大するのは困難になる。

バイオミメティックプロセスも開発されている。これらのプロセスは、体液濃度に似せた溶液を採用し、典型的には体温近くで実施される。これらのプロセスは、骨様のアパタイトを生じ得るが、数マイクロメートルの厚さのフィルムを作製するのに数日又は数週間を必要とする。そのような方法に伴う速度を高める試みは、インプラント表面上の結晶成長に比べて、再現性のあるｐＨ制御、堆積速度、及び生長速度において、複雑な状況をもたらす。高速度で形成されたフィルムは、非晶質材料を含むことが見出されている。更に、堆積速度が制御されていないため、標的のコーティング重量又は厚さを達成するのが困難である。

上述のように、ヒドロキシアパタイトコーティングを整形外科用インプラントに適用することで、骨誘導性を高めることができるが、この際に用いる方法は、迅速であるが特定の好ましくない又は予測不能な特性を有するコーティングをもたらす方法か、あるいは、より好ましい生成物が得られるが形成に数日間かかり得る方法のいずれかである。

必要とされているのは、迅速に形成することができ、かつ、粒子を生じることなく数週間にわたって均一に分解する性質を備える微小構造を有する、コンフォーマルなリン酸カルシウムコーティングである。

本発明のいくつかの実施形態は、下記に列挙された項目に記述される。
１．金属表面と、金属表面の少なくとも一部分の上に堆積されたリン酸カルシウム層とを含む整形外科用インプラントであって、リン酸カルシウム層が［００１］方向に約１００ｎｍ未満の平均結晶子径を有する、整形外科用インプラント。
２．金属表面と、金属表面の少なくとも一部分の上に堆積されたリン酸カルシウム層とを含む整形外科用インプラントであって、リン酸カルシウム層は、ＸＲＤを行った際に、（００２）ＸＲＤピーク及び（１１２）ＸＲＤピークを生成し、（００２）ＸＲＤピークが（１１２）ＸＲＤピークの１．５〜１０倍の強度を有する、整形外科用インプラント。
３．金属表面と、金属表面の少なくとも一部分の上に堆積されたリン酸カルシウム層とを含む整形外科用インプラントであって、リン酸カルシウム層がインビトロで２時間超連続的に溶解する、整形外科用インプラント。
４．金属表面と、金属表面の少なくとも一部分の上に堆積されたリン酸カルシウム層とを含む整形外科用インプラントであって、リン酸カルシウム層が、赤外分光法で測定した際に、炭酸塩を実質的に含まない、整形外科用インプラント。
５．コーティングが［００１］方向に約１０〜約１００ｎｍの平均結晶子径を有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
６．リン酸カルシウム層が［００１］方向に約１５ｎｍ〜約７０ｎｍの平均結晶子径を有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
７．リン酸カルシウム層が［００１］方向に約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの平均結晶子径を有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
８．リン酸カルシウム層が、ＸＲＤを行った際に、（００２）ＸＲＤピーク及び（１１２）ＸＲＤピークを生成し、（００２）ＸＲＤピークが（１１２）ＸＲＤピークの１．５〜１０倍の強度を有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
９．リン酸カルシウム層が、ＸＲＤを行った際に、（００２）ＸＲＤピーク及び（１１２）ＸＲＤピークを生成し、（００２）ＸＲＤピークが（１１２）ＸＲＤピークの２〜５倍の強度を有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
１０．リン酸カルシウム層がインビトロで２時間超にわたって溶解する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
１１．リン酸カルシウム層がインビトロで５時間超にわたって溶解する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
１２．リン酸カルシウム層がインビトロで２４時間超にわたって溶解する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
１３．リン酸カルシウム層が６週間以内に生体内で再吸収される、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
１４．リン酸カルシウム層が、約０重量％〜約５重量％の炭酸塩を含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
１５．リン酸カルシウム層が、赤外分光法で測定した際に、炭酸塩を実質的に含まない、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
１６．コーティングが金属表面に接触している、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
１７．金属表面が金属酸化物を含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
１８．金属表面がチタンを含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
１９．金属表面がコバルトクロム合金を含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
２０．金属表面が酸化チタンを含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
２１．金属表面がチタン酸塩を含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
２２．金属表面がチタン酸ナトリウムを含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
２３．金属表面が多孔性金属酸化物表面を含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
２４．金属表面が、水酸化物で処理されたチタン表面である、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
２５．水酸化物が１Ｍ以上の濃度を有する、第２４項に記載の整形外科用インプラント。
２６．水酸化物が２Ｍ以上の濃度を有する、第２４項又は第２５項に記載の整形外科用インプラント。
２７．水酸化物が水酸化ナトリウムである、第２４〜２６項のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
２８．水酸化物が水酸化カリウムである、第２４〜２７項のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
２９．チタン表面が、水酸化物で処理された後に、熱処理されていない、第２４〜２８項のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
３０．金属表面が約５０ｎｍ超の厚さを有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
３１．金属表面が、約５０ｎｍ〜約１μｍの厚さを有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
３２．金属表面が、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
３３．リン酸カルシウム層がヒドロキシアパタイトを含み、ヒドロキシアパタイトが約９０％超の結晶度を有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
３４．リン酸カルシウム層がヒドロキシアパタイトを含み、ヒドロキシアパタイトが約７０重量％〜約１００重量％の結晶度を有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
３５．リン酸カルシウム層の有する、結晶ヒドロキシアパタイトの相純度が９０％超である、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
３６．リン酸カルシウム層が約２０ＭＰａ〜約８０ＭＰａの剪断強度を有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
３７．リン酸カルシウム層が、ＡＳＴＭ Ｆ１１４７に従い測定されたときに約５０ＭＰａ〜約１００ＭＰａの引張強度を有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
３８．リン酸カルシウム層が、着色料が存在しないとき、透明又は半透明である、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
３９．リン酸カルシウム層のＣａ／Ｐ比が１〜２である、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
４０．リン酸カルシウム層が、約１５ｍ^２／ｇ〜約２００ｍ^２／ｇの表面積を有する、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
４１．リン酸カルシウム層が、生理学的条件下で粒子を放出しない、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
４２．リン酸カルシウム層がアパタイトを含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
４３．リン酸カルシウム層がヒドロキシアパタイトを含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
４４．リン酸カルシウム層が、カルシウム欠損ヒドロキシアパタイトを含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
４２．患者の治療方法であって、方法が、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラントを患者に投与する工程を含む、方法。

更に、本発明のいくつかの実施形態は、下記に列挙された項目に記述される。
１．リン酸カルシウムを含む骨誘導性組成物であって、リン酸カルシウムが、［００１］方向に約１００ｎｍ未満の平均結晶子径を有する、骨誘導性組成物。
２．リン酸カルシウムを含む骨誘導性組成物であって、リン酸カルシウムが、ＸＲＤを行った際に、（００２）ＸＲＤピーク及び（１１２）ＸＲＤピークを生成し、（００２）ＸＲＤピークが（１１２）ＸＲＤピークの１．５〜１０倍の強度を有する、骨誘導性組成物。
３．リン酸カルシウムを含む骨誘導性組成物であって、リン酸カルシウムが、インビトロで２時間超連続的に溶解する、骨誘導性組成物。
４．リン酸カルシウムを含む骨誘導性組成物であって、リン酸カルシウムが、赤外分光法で測定した際に、炭酸塩を実質的に含まない、骨誘導性組成物。
５．リン酸カルシウムが［００１］方向に約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの平均結晶子径を有する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
６．リン酸カルシウムが［００１］方向に約１５ｎｍ〜約７０ｎｍの平均結晶子径を有する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
７．リン酸カルシウムが［００１］方向に約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの平均結晶子径を有する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
８．リン酸カルシウムが、ＸＲＤを行った際に、（００２）ＸＲＤピーク及び（１１２）ＸＲＤピークを生成し、（００２）ＸＲＤピークが（１１２）ＸＲＤピークの１．５〜１０倍の強度を有する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
９．リン酸カルシウムが、ＸＲＤを行った際に、（００２）ＸＲＤピーク及び（１１２）ＸＲＤピークを生成し、（００２）ＸＲＤピークが（１１２）ＸＲＤピークの２〜５倍の強度を有する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
１０．リン酸カルシウムがインビトロで２時間超にわたって溶解する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
１１．リン酸カルシウムがインビトロで５時間超にわたって溶解する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
１２．リン酸カルシウムがインビトロで２４時間超にわたって溶解する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
１３．リン酸カルシウム層が６週間以内に生体内で再吸収される、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
１４．リン酸カルシウムが、約０重量％〜約５重量％の炭酸塩を含む、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
１５．リン酸カルシウムが、赤外分光法で測定した際に、炭酸塩を実質的に含まない、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
１６．リン酸カルシウムが金属表面に接触している、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
１７．金属表面が金属酸化物を含む、第１６項に記載の骨誘導性組成物。
１８．金属表面がチタンを含む、第１６項又は第１７項に記載の骨誘導性組成物。
１９．金属表面がコバルトクロム合金を含む、第１６〜１８項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
２０．金属表面が酸化チタンを含む、第１６〜１９項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
２１．金属表面がチタン酸塩を含む、第１６〜２０項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
２２．金属表面がチタン酸ナトリウムを含む、第１６〜２１項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
２３．金属表面が多孔性金属酸化物表面を含む、第１６〜２２項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
２４．金属表面が、水酸化物で処理されたチタン表面である、第１６〜２３項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
２５．水酸化物が１Ｍ以上の濃度を有する、第２４項に記載の骨誘導性組成物。
２６．水酸化物が２Ｍ以上の濃度を有する、第２４項又は第２５項に記載の骨誘導性組成物。
２７．水酸化物が水酸化ナトリウムである、第２４〜２６項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
２８．水酸化物が水酸化カリウムである、第２４〜２７項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
２９．チタン表面が、水酸化物で処理された後に、熱処理されていない、第２４〜２８項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
３０．金属表面が約５０ｎｍ超の厚さを有する、第２４〜２９項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
３１．金属表面が、約５０ｎｍ〜約１μｍの厚さを有する、第２４〜３０項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
３２．金属表面が、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有する、第２４〜３１項のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
３３．リン酸カルシウムがヒドロキシアパタイトを含み、ヒドロキシアパタイトが約９０％超の結晶度を有する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
３４．リン酸カルシウムがヒドロキシアパタイトを含み、ヒドロキシアパタイトが約７０重量％〜約１００重量％の結晶度を有する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
３５．リン酸カルシウムの有する、結晶ヒドロキシアパタイトの相純度が９０％超である、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
３６．リン酸カルシウムが、ＡＳＴＭ Ｆ１０４４に従い測定されたときに約２０ＭＰａ〜約８０ＭＰａの剪断強度を有する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
３７．リン酸カルシウムが、ＡＳＴＭ Ｆ１１４７に従い測定されたときに約５０ＭＰａ〜約１００ＭＰａの引張強度を有する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
３８．リン酸カルシウムが、着色料が存在しないとき、透明又は半透明である、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
３９．リン酸カルシウムのＣａ／Ｐ比が１〜２である、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
４０．リン酸カルシウムが、約１５ｍ^２／ｇ〜約２００ｍ^２／ｇの表面積を有する、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
４１．リン酸カルシウムが、生理学的条件下で粒子を放出しない、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
４２．リン酸カルシウム層がアパタイトを含む、前述のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
４３．リン酸カルシウム層がヒドロキシアパタイトを含む、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。
４４．リン酸カルシウム層がカルシウム欠損ヒドロキシアパタイトを含む、前述のいずれか一項に記載の骨誘導性組成物。

更に、本発明のいくつかの実施形態は、下記に列挙された項目に記述される。
１．リン酸カルシウムコーティングを形成する方法であって、方法が、カルシウムイオンとリン酸イオンとを含む過飽和溶液に金属表面を接触させる工程と、コーティング工程中に過飽和溶液に接触する空気の量を減らす工程とを含む、方法。
２．リン酸カルシウムコーティングを形成する方法であって、方法が、カルシウムイオンとリン酸イオンとを含む過飽和溶液に金属表面を接触させる工程を含み、接触工程中に溶液のｐＨの変動が０．１ｐＨ単位／時未満である、方法。
３．リン酸カルシウムコーティングを形成する方法であって、方法が、カルシウムイオンとリン酸イオンとを含む過飽和溶液に金属表面を接触させる工程を含み、結晶質リン酸カルシウムが金属表面に、０．１μｍ／ｈ〜３μｍ／ｈの速度で形成される、方法。
４．金属表面が金属酸化物表面である、前述のいずれか一項に記載の方法。
５．リン酸カルシウムコーティングが、金属表面を含む整形外科用インプラント上に形成される、前述のいずれか一項に記載の方法。
６．コーティング工程中に過飽和溶液に接触する空気の量を減らす工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
７．接触工程中に、過飽和溶液のｐＨの変動が０．１ｐＨ単位／時未満である、前述のいずれか一項に記載の方法。
８．接触工程中に、ｐＨが、０．１５ｐＨ単位未満である所定値分低下させる工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
９．結晶質リン酸カルシウムが金属表面に、０．１μｍ／ｈ〜２μｍ／ｈの速度で形成される、前述のいずれか一項に記載の方法。
１０．リン酸カルシウムがカルシウムアパタイトである、前述のいずれか一項に記載の方法。
１１．リン酸カルシウムがヒドロキシアパタイトである、前述のいずれか一項に記載の方法。
１２．リン酸カルシウムがカルシウム欠損ヒドロキシアパタイトである、前述のいずれか一項に記載の方法。
１３．過飽和溶液のｐＨが約７．５〜約７．９である、前述のいずれか一項に記載の方法。
１４．過飽和溶液のカルシウム濃度が約１．４ｍＭ〜約１．８ｍＭである、前述のいずれか一項に記載の方法。
１５．過飽和溶液のリン酸塩濃度が約２ｍＭ〜約２．３ｍＭである、前述のいずれか一項に記載の方法。
１６．リン酸カルシウムがリン酸八カルシウムである、第１〜９項のいずれか一項に記載の方法。
１７．過飽和溶液のｐＨが約６．９〜約７．１である、第１６項に記載の方法。
１８．過飽和溶液のカルシウム濃度が約０．５ｍＭ〜約１．４ｍＭである、第１６項又は第１７項に記載の方法。
１９．過飽和溶液のリン酸塩濃度が約０．１ｍＭ〜約０．９ｍＭである、第１６〜１８項のいずれか一項に記載の方法。
２０．形成工程に伴うギブズ自由エネルギー変化が、形成工程の開始時に、約８ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．４ｋＪ／ｍｏｌである、前述のいずれか一項に記載の方法。
２１．コーティングが、単位表面積当たりの速度約０．０１ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜０．０３約ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２で形成される、前述のいずれか一項に記載の方法。
２２．約０．５時間〜約１２時間後に、過飽和溶液から金属表面を除去する工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
２３．除去工程後に、金属表面を、金属表面に接触していなかった追加量の過飽和溶液に接触させる工程を更に含む、第２２項に記載の方法。
２４．過飽和溶液の温度が約４５℃〜約５０℃である、前述のいずれか一項に記載の方法。
２５．過飽和溶液の温度が約４６．５℃〜４７．５℃である、前述のいずれか一項に記載の方法。
２６．過飽和溶液が更に塩及び緩衝液を含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
２７．塩が塩化ナトリウムであり、かつ緩衝液がトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンである、第２６項に記載の方法。
２８．接触工程中に、過飽和溶液を攪拌する工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
２９．不均質結晶成長が金属表面で起こり、かつ均質結晶成長が起こらない、前述のいずれか一項に記載の方法。
３０．金属表面を形成するために、インプラント本体上にチタン層を形成する工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
３１．金属表面を塩基に接触させることにより、金属表面を活性化する工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
３２．塩基が水酸化物アニオンである、第３１項に記載の方法。
３３．金属表面が二酸化チタン表面である、前述のいずれか一項に記載の方法。
３４．金属表面が活性化された金属表面である、前述のいずれか一項に記載の方法。
３５．金属表面がチタン酸塩を含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
３６．プロセスが、不活性雰囲気条件下で起こる、前述のいずれか一項に記載の方法。
３７．プロセスが、アルゴン雰囲気下で起こる、前述のいずれか一項に記載の方法。
３８．カルシウム溶液をリン酸塩溶液に加えて過飽和（supersatured）溶液を形成する工程を更に含み、リン酸塩溶液は塩化ナトリウム及び緩衝液を含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
３９．カルシウム溶液とリン酸塩溶液とが約１５℃〜約３５℃で混合される、前述のいずれか一項に記載の方法。
４０．リン酸カルシウムコーティングが、接触工程の後に、結晶度を高めるための更なる処理が行われない、前述のいずれか一項に記載の方法。
４１．方法が、金属表面のリン酸カルシウムコーティングの量に関して検証される、前述のいずれか一項に記載の方法。
４２．リン酸カルシウムコーティングが主に不均質核生成により形成され、これによって過飽和溶液は、接触工程中に、目に見える濁りがないままである、前述のいずれか一項に記載の方法。
４３．リン酸カルシウムコーティングが、接触工程中にわたって実質的に持続的な速度で形成される、前述のいずれか一項に記載の方法。
４４．カルシウムイオンとリン酸イオンの量に基づいて、リン酸カルシウムコーティングの量を決定する工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
４５．少なくとも２つの堆積シーケンスが採用されている、前述のいずれか一項に記載の方法。
４６．過飽和（supersatured）溶液のｐＨに基づいて、リン酸カルシウムコーティングの量を決定する工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
４７．接触工程の持続時間に基づいて、リン酸カルシウムコーティングの量を決定する（deteriming）工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
４８．接触工程中に、過飽和溶液のｐＨの変動が約０．０１〜約０．２ｐＨ単位／時である、前述のいずれか一項に記載の方法。
４９．コーティングが、単位表面積当たりの速度約０．０１ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜０．０３約ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２で形成される、前述のいずれか一項に記載の方法。
５０．過飽和溶液の初期ｐＨが約７．５〜約７．９であり、過飽和溶液の温度が約３８℃〜約６０℃である、前述のいずれか一項に記載の方法。
５１．表面のひび割れを軽減するため、コーティングをリン酸塩溶液中で加熱する工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
５２．表面のひび割れを軽減するため、コーティングを超臨界流体に接触させる工程を更に含む、前述のいずれか一項に記載の方法。
５３．前述のいずれか一項に記載の方法により形成された、骨誘導性組成物。
５４．前述のいずれか一項に記載の方法により形成された、骨誘導性組成物を含む整形外科用インプラント。

本発明の上述の並びに他の目的、特徴及び利点は、以下の説明文及び添付図面から明らかとなるであろう。

結晶質及び非晶質の、厚さ５０ｎｍ〜５００ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ_２）コーティングされた基材の上に形成された、ヒドロキシアパタイトコーティング重量を示すグラフである。 水酸化物で処理した後の、厚さ２００ｎｍの非晶質ＴｉＯ_２コーティングの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 水酸化物で処理されていない、厚さ２００ｎｍの結晶質ＴｉＯ_２コーティングのＳＥＭ画像である。 見通し角Ｘ線回折（ＸＲＤ）スペクトルオーバーレイであり、水酸化物処理ありの場合となしの場合の厚さ２００ｎｍの非晶質ＴｉＯ_２コーティング、及び、水酸化物処理ありの場合となしの場合の厚さ５００ｎｍの非晶質ＴｉＯ_２コーティングの、スペクトルを示す。 見通し角ＸＲＤスペクトルオーバーレイであり、水酸化物処理ありの場合となしの場合の厚さ２００ｎｍの結晶質ＴｉＯ_２コーティング、及び、水酸化物処理ありの場合となしの場合の厚さ５００ｎｍの結晶質ＴｉＯ_２コーティングの、スペクトルを示す。 ＣｏＣｒＭｏコア上に電着塗装されたチタン層のＳＥＭ画像である。 フルスケールのコーティング容器の画像である。 倍率１５０００倍でのＳｏＤＨＡコーティングのＳＥＭ画像である。 倍率１００倍でのＳｏＤＨＡコーティングのＳＥＭ画像である。 倍率４００倍でのＳｏＤＨＡコーティングのＳＥＭ画像である。 それぞれの堆積プロセスの経過にわたる、ｐＨと、ヒドロキシアパタイト析出物及びリン酸八カルシウム（ＯＣＰ）析出物の重量との関係を示すグラフである。 溶液堆積ヒドロキシアパタイト（ＳｏＤＨＡ）プロセスについて、様々な表面積での堆積速度を示すグラフである。 ４７℃及び４８℃で形成されたＯＣＰフィルムの堆積に伴う、コーティング速度と自由エネルギーの変化との関係を示すグラフである。 図７に示すフルスケール堆積システムにおけるＳｏＤＨＡプロセスにより作製された５つのサンプルのＣａ／Ｐ比を示すグラフである。 図１４に説明されている５つのサンプルにおけるヒドロキシアパタイトの結晶度を示すグラフである。 図１４に説明されている５つのサンプルにおける、ＳｏＤＨＡプロセスにより形成された材料中の結晶質ヒドロキシアパタイトのパーセンテージを示すグラフである。 図１４に説明されている５つのサンプルにおける、ＳｏＤＨＡプロセスにより形成された材料中の結晶質ヒドロキシアパタイトの引張強度を示すグラフである。 図１４に説明されている５つのサンプルにおける、ＳｏＤＨＡプロセスにより形成された材料中の結晶質ヒドロキシアパタイトの剪断強度を示すグラフである。 本明細書に記述されるＸＲＤ特性評価研究に使用される股関節ステムクーポン器具を示す。 コーティングされた場合のＳｏＤＨＡ ＨＡディスクのＸＲＤスキャンを重ね合わせたものである。 図１８Ａの重ね合わせたＸＲＤスキャンの、２θ＝２５°〜２７°を示す。 水晶粉末と混合したＳｏＤＨＡ ＨＡ削り粉末の複数のＸＲＤスキャンを示す。 ＳｏＤＨＡ ＨＡ−水晶粉末混合物について実施された結晶学的定量の、代表的なリートベルト法によるＸＲＤスキャンを示す。 ＳｏＤＨＡ ＨＡ削り粉末の平均された代表的なＸＲＤスキャンを示す。 溶液堆積リン酸八カルシウム（ＳｏＤＯＣＰ）ＯＣＰ削り粉末の複数のＸＲＤスキャンを示す。 ＳｏＤＨＡ ＨＡ削り粉末のフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）スペクトルを示す。 ＳｏＤＨＡ ＨＡサンプルの溶解速度を示すグラフである。 米国国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）標準のＨＡサンプルの溶解速度を示すグラフである。 加熱時に識別可能な発熱性ピークが示されていない、ＳｏＤＨＡ削り粉末のＤＳＣトレースを示す。 内部に２つのインプラントを有するイヌ上腕骨近位側の画像である。 内部にインプラントを有するイヌ大腿骨遠位側の画像である。 試験対象におけるＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）プラズマスプレーＨＡコーティングされたインプラントの画像である。 試験対象におけるＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡコーティングされたインプラントの画像である。 プラズマスプレーＨＡコーティングされたインプラント及びＳｏＤＨＡ ＨＡコーティングされたインプラントにおける、植え込み前及び植え込みから６週間後の、残留コーティング面積を示すグラフである。 後処理なしの炉乾燥ＳｏＤＨＡコーティングの、倍率１０００倍でのＳＥＭ画像である。 熱水処理されたＳｏＤＨＡコーティングの、倍率１０００倍でのＳＥＭ画像である。 後処理なしの炉乾燥ＳｏＤＨＡコーティングと、熱水処理されたＳｏＤＨＡコーティングの、重ね合わせたＸＲＤスキャンを示す。 ひび割れ密度定量法を表わす代表的な画像を示す。 ひび割れ密度定量法を表わす代表的な画像を示す。

本発明には様々な改変及び代替的形態が考えられるが、その特定の実施形態を図面に例として示し、本明細書に詳細に記載する。ただし、本発明を開示される特定の形態に限定することを何ら意図するものではなく、その逆に、添付の特許請求の範囲において定義される発明の趣旨並びに範囲に包含されるすべての改変物、均等物及び代替物を網羅することを意図するものであることが理解されるべきである。

本発明はリン酸カルシウムコーティングされた整形外科用インプラント、例えばヒドロキシアパタイト（ＨＡ）及びリン酸八カルシウム（ＯＣＰ）でコーティングされた整形外科用インプラントと、その製造方法に関するものである。本明細書に記述されるリン酸カルシウムコーティングは、均一性の高い微小構造を有する。このインプラントが人体又は動物の体内に使用されると、リン酸カルシウムコーティングが、粒子を放出することなく、長期間にわたって均一に分解する。いくつかの実施形態において、この期間は６週間以下である。本明細書に記述されるコーティングは更に、例えば従来のコーティングよりも高い引張強度などの、有利な接着及び／又は密着特性を有する。加えて、本明細書に記述されるリン酸カルシウムコーティングは、制御されながらも迅速な成長プロセスにより基材上に迅速に形成することができ、これにより、プロセス診断を利用した検証を実施することができ、これによって、部品のコーティング重量を測定する必要なしに、部品のバッチの合計コーティング重量を測定することが可能になる。

溶液堆積セラミックコーティングは、乾燥中にひび割れを起こしやすい場合がある。コーティング厚さが増加すると、この作用は悪化することがある。いくつかの例において、溶液堆積ヒドロキシアパタイト（ＳｏＤＨＡ）コーティングでは、形成後に乾燥する際に、ひび割れが観察されることがある。本明細書に記述される、乾燥時のひび割れを軽減するための２つの例示的な独立した方法には、（１）有機溶媒交換と超臨界溶媒抽出、及び（２）熱水処理による再析出ひび割れ修復、が挙げられる。有機溶媒交換と再析出ひび割れ修復は、互いに独立に、又は組み合わせて実施可能であることが理解されよう。

本明細書に記述される組成物及び方法は、生存性改善のための整形外科用インプラントのセメントレス固定を改善し、かつ、セメントレスインプラントの使用を、セメント使用インプラントが現在の治療標準となっている手順にも拡大することができる。これにより、手術時間が短縮され、医療コストが削減されることが、当業者には理解されよう。

リン酸カルシウムコーティング
リン酸カルシウムコーティングはＨＡ又はＯＣＰを含み得る。本明細書で使用されるとき、ＨＡは、カルシウム欠損ヒドロキシアパタイト（ＣＤＨＡ）を含むがこれに限定されない。いくつかの実施形態において、本明細書に記述されるＨＡは、非化学量論的であり、例えばＣＤＨＡである。ＨＡは、式Ｃａ_１０−ｘ（ＰＯ_４）_６−ｘ（ＨＰＯ_４）_ｘ（ＯＨ）_２−ｘで表わされるものであり、式中、ｘは約０〜約２、又は約０．１〜約２である。本明細書に記述される式は、化学量論的当量を記述することが理解されよう。いくつかの実施形態において、ＨＡは式Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２で表わされるものである。いくつかの実施形態において、ＯＣＰはＣａ_８Ｈ_２（ＰＯ_４）_６・５（Ｈ_２Ｏ）で表わされるものである。ＨＡコーティングは、特徴的なカルシウム対リン比（Ｃａ／Ｐ比）を有する。このＣａ／Ｐ比は、約１〜約２、約１．２〜約２、約１．３〜約２、約１．３９〜約２、約１〜約１．８、約１．２〜約１．８、約１．３〜約１．８、約１．３９〜約１．８、約１〜約１．７、約１．２〜約１．７、約１．３〜約１．７、約１．３９〜約１．７、約１〜約１．６４９、約１．２〜約１．６４９、約１．３〜約１．６４９、約１．３９〜約１．６４９、又は約１．５〜約１．６７であり得る。ＯＣＰ、ＣＤＨＡ、又はこれらの混合物は、ＨＡコーティングが形成され得る溶液の、カルシウム及びリンの濃度、ならびにｐＨを調節することにより、改変することができることが理解されよう。

下記に詳しく記述されるように、このＨＡ及びＯＣＰコーティングは過飽和溶液から形成可能であり、この過飽和溶液は、コーティングプロセスの間、溶液中の均質な核生成により、実質的に濁りがないままである。いくつかの実施形態において、このＨＡ及びＯＣＰコーティングは炭酸塩を含んでおらず、これにより、コーティング形成中のｐＨ調節が支援される。理論に束縛されるものではないが、均質な核生成により実質的に濁りがない溶液から堆積することは、予測可能なコーティング速度で、高い結晶度、均質な微小構造、及び強化された生体適合性を備えて堆積されるＨＡコーティングに、役割を果たしていると考えられる。いくつかの実施形態において、このコーティングの炭酸塩の重量％は、約０％〜約２５％、約０％〜約２０％、約０％〜約１５％、約０％〜約１０％、約０％〜約５％、約０％〜約３％、約０％〜約２％、約０％〜約１％、約０％〜約０．１％、約０．１％〜約２５％、約０．１％〜約２０％、約０．１％〜約１５％、約０．１％〜約１０％、約０．１％〜約５％、約０．１％〜約３％、約０．１％〜約２％、約０．１％〜約１％、約１％〜約２５％、約１％〜約２０％、約１％〜約１５％、約１％〜約１０％、約１％〜約５％、約１％〜約３％、約１％〜約２％、約２％〜約２５％、約２％〜約２０％、約２％〜約１５％、約２％〜約１０％、約２％〜約５％、又は約２％〜約３％である。いくつかの実施形態において、コーティング中の炭酸塩の濃度は、赤外分光法などの分光測定法により測定される。このコーティングは実質的に炭酸塩を含まなくてよい。本明細書で使用されるとき、「実質的に炭酸塩を含まない」コーティングとは、赤外分光法で測定したときに、１５００ｃｍ^−１〜１３００ｃｍ^−１の間に識別可能な炭酸塩ピークを有さないコーティングを指す。

本明細書に記述されるＨＡ又はＯＣＰコーティングの、結晶質ＨＡ又はＯＣＰの重量％は、約５０％〜約１００％、約６０％〜約１００％、約７０％〜約１００％、約８０％〜約１００％、約９０％〜約１００％、約５０％〜約９９％、約６０％〜約９９％、約７０％〜約９９％、約８０％〜約９９％、約９０％〜約９９％、約５０％〜約９５％、約６０％〜約９５％、約７０％〜約９５％、約８０％〜約９５％、又は約９０％〜約９５％である。理論に束縛されるものではないが、このコーティングは不均質核生成により形成され、これにより、主に結晶質ＨＡ又はＯＣＰを含むコーティングが得られると考えられる。

ＨＡコーティングのＨＡ成分、あるいは、ＯＣＰコーティングのＯＣＰ成分は、例えば示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で測定されるとき、高い結晶度を有する。この結晶度は、約５０％超、約８０％超、約９０％超、約９５％超、約９６％超、約９７％超、約８０％〜約９９．９％、約９０％〜約９９．９％、約９５％〜約９９．９％、約９６％〜約９９．９％、又は約９７％〜約９９．９％である。

ＨＡコーティングのＨＡ成分、あるいは、ＯＣＰコーティングのＯＣＰ成分は、その主に含まれる相において、高い結晶質相純度を有する。この結晶質相純度は、約８０％超、約９０％超、約９５％超、約９６％超、約９７％超、約８０％〜約９９．９％、約９０％〜約９９．９％、約９５％〜約９９．９％、約９６％〜約９９．９％、又は約９７％〜約９９．９％である。この、ＨＡコーティングにおけるＨＡ成分の高い結晶度及び高い結晶質相純度は、粒子放出を回避しつつ、生体内における生体適合性と均一な分解を強化する。いくつかの実施形態において、結晶度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定される。

ＨＡコーティングのＨＡ成分、あるいは、ＯＣＰコーティングのＯＣＰ成分は、非晶質含有量が少ないか、又は含まない。この非晶質含有量は、約２０％未満、約１５％未満、約１０％未満、約５％未満、約４％未満、約３％未満、約０．１％〜約３％、約０．１％〜約５％、約０．１％〜約１０％、又は約０．１％〜約２０％である。非晶質含有量は、検出限界を下回ることがある。いくつかの実施形態において、非晶質含有量は示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定される。

ＨＡコーティングの結晶構造は、Ｘ線分光法、例えば粉末Ｘ線回折分光法を用いて特性評価することができる。ＨＡコーティングは、粉末Ｘ線回折により特性評価されるとき、いくつかの特徴的な２θ回折角を呈する。カッコ内に示される数字は、各ピークに伴うミラー指数である。ＨＡコーティングのＸ線スペクトルは、約２６±２°（００２）、約２８±２°（１０２）、約３２±２°（１１２）、約５０±２°（２１３）、及び約５３±２°（００４）又は約２６±０．５°（００２）、約２８±０．５°（１０２）、約３２±０．５°（１１２）、約５０±０．５°（２１３）、約５３±０．５°（００４）を含む２θ回折角を呈し得る。ＨＡコーティングのＸ線スペクトルは、約２６±１°（００２）、約２８±１°（１０２）、約３２±１°（１１２）、約５０±１°（２１３）、及び約５３±１°（００４）を含む２θ回折角を呈し得る。ＨＡコーティングのＸ線スペクトルは、約２５．５８±０．１°、約２８．１３±０．１°、約３１．７５±０．１°、３２．１７±０．１°、約４９±０．１°、及び約５３±０．１°を含む２θ回折角を呈し得る。本明細書に述べられる回折角は、機器の変動により規則的にシフトすることがあることが理解されよう。

ＨＡコーティングのＸＲＤスペクトルは、特徴的な相対強度を有する。本明細書で使用されるとき、ＸＲＤスペクトルのピークの相対強度は、ピーク強度を、スペクトル中の最も強いピーク強度で割ったものを指す。（００２）、（２１１）、（１１２）、（２０２）、（２１３）、及び（００４）方向に伴うピークは、それぞれ、１００％、１５．５〜１６．５％、２７〜２８％、５０．５〜６０．５％、１９〜２０％、１６．５〜１７．５％、及び１４〜１５％の相対強度を有し得る。（００２）、（２１１）、（１１２）、（２０２）、（２１３）、及び（００４）方向に伴うピークのいずれか１つは、それぞれ、１００％、１０〜２０％、２３〜３３％、４０〜７０％、１５〜２５％、１２〜２２％、及び１０〜２０％の相対強度を有し得る。いくつかの実施形態において、ヒドロキシアパタイト層が有する（００２）ピーク：（２１１）ピークのＸＲＤ強度比は、約１超、約１．２５超、約１．５超、約１．７５超、約２．０超、約２．５超、約３．０超、約３．５超である。

このＨＡコーティングは更に、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光法を用いて特性評価することができる。このＨＡコーティングは、ＰＯ_４ ^３−の特徴である約１１００ｃｍ^−１のＦＴＩＲバンドを呈する。このＨＡコーティングは、炭酸塩の特徴である約１４００〜１５００ｃｍ^−１のＦＴＩＲバンドを欠いている。

本開示のＨＡコーティングは、Ｘ線回折又は走査型電子顕微鏡により測定したとき、小さな結晶子径をもたらす。いくつかの実施形態において、このＨＡコーティングはナノ結晶質である。［００２］方向の平均結晶子径は、約６０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約６５ｎｍ〜約７５ｎｍ、約６６ｎｍ〜約７３ｎｍ、又は約６８ｎｍ〜約６９ｎｍである。［２００］方向の平均結晶子径は、約１０ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１５ｎｍ〜約２５ｎｍ、約１６ｎｍ〜約２３ｎｍ、又は約１８ｎｍ〜約２２ｎｍである。［２１０］方向の平均結晶子径は、約４０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約４５ｎｍ〜約５５ｎｍ、約４６ｎｍ〜約５３ｎｍ、又は約４８ｎｍ〜約５２ｎｍである。いくつかの実施形態において、ＨＡフィルムは少なくとも一方向に、光の波長より小さい結晶子径を有し、この粒は、異なる屈折率を有する第２の非晶質又は結晶質相の存在なしに、互いに結合されている。そのような実施形態において、このフィルムは透明又は半透明である。

本開示のＨＡコーティングは、多孔性が高く、大きな表面積を有する。この表面積は、約５ｍ^２／ｇ〜約１００ｍ^２／ｇ、約１０ｍ^２／ｇ〜約７５ｍ^２／ｇ、約１０ｍ^２／ｇ〜約５０ｍ^２／ｇ、約１０ｍ^２／ｇ〜約２００ｍ^２／ｇ、約１０ｍ^２／ｇ〜約１５０ｍ^２／ｇ、約１０ｍ^２／ｇ〜約１００ｍ^２／ｇ、約５０ｍ^２／ｇ〜約２００ｍ^２／ｇ、約５０ｍ^２／ｇ〜約１５０ｍ^２／ｇ、又は約５０ｍ^２／ｇ〜約１００ｍ^２／ｇである。この表面積は、ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）法を用いて決定することができる。この表面積は、下記に詳しく記述されるように、これらのコーティング上に治療薬を吸着させる際に顕著な改善をもたらし得る。この増大された搭載能力を利用して、治療薬の用量及び遅延放出を調節することができ、これにより治療効果を高めることができる。

本明細書に記述されるコーティングは、ＡＳＴＭ Ｆ１９２６に記述されるカルシウム電極で測定されるとき、インビトロにおいて、実質的に持続的な速度で、又は長期間にわたって持続的な速度で、カルシウムを放出する。本明細書で使用されるとき、実質的に持続的な速度とは、毎時間で２０％未満の変動の速度である。本明細書で使用されるとき、持続的な速度とは、毎時間で５％未満の変動の速度である。このコーティングは、少なくとも約５時間、少なくとも約１０時間、少なくとも約１５時間、少なくとも約２０時間、約５時間〜約１００時間、約５時間〜約５０時間、約５時間〜約３０時間、約５時間〜約２５時間、約１０時間〜約１００時間、約１０時間〜約５０時間、約１０時間〜約３０時間、約１０時間〜約２５時間、約１５時間〜約１００時間、約１５時間〜約５０時間、約１５時間〜約３０時間、又は約１５時間〜約２５時間にわたり、実質的に持続的な速度でカルシウムを放出し得る。このコーティングは、少なくとも約５時間、少なくとも約１０時間、少なくとも約１５時間、少なくとも約２０時間、約５時間〜約１００時間、約５時間〜約５０時間、約５時間〜約３０時間、約５時間〜約２５時間、約１０時間〜約１００時間、約１０時間〜約５０時間、約１０時間〜約３０時間、約１０時間〜約２５時間、約１５時間〜約１００時間、約１５時間〜約５０時間、約１５時間〜約３０時間、又は約１５時間〜約２５時間にわたり、持続的な速度でカルシウムを放出し得る。

本明細書に記述されるＨＡ及びＯＣＰコーティングは、従来記述されてきたＨＡ及びＯＣＰコーティングに比べ、基材に対する高い接着性と高い密着性を有する。接着性及び密着性は、引張及び剪断のピーク応力値の測定により定量することができる。本明細書に記述されるコーティングは、整形外科用インプラントの表面から外向きに延出し得る。本明細書で使用されるとき、剪断応力は、バルク方向表面に平行な応力成分であり、引張応力はバルク方向表面から離れる応力成分である。

ＨＡ又はＯＣＰコーティングの剪断ピーク応力は、ＡＳＴＭ Ｆ１０４４により測定されるとき、約１０ＭＰａ〜約１５０ＭＰａ、約１０ＭＰａ〜約１００ＭＰａ、約１０ＭＰａ〜約７５ＭＰａ、約１０ＭＰａ〜約６５ＭＰａ、又は約２８．２ＭＰａ〜約６３．６ＭＰａである。引張ピーク応力は、ＡＳＴＭ Ｆ１１４７により測定されるとき、約２５ＭＰａ〜約１２０ＭＰａ、約４０ＭＰａ〜約１２０ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜約１２０ＭＰａ、約６０ＭＰａ〜約１２０ＭＰａ、約６８ＭＰａ〜約１２０ＭＰａ、２５ＭＰａ〜約１００ＭＰａ、約４０ＭＰａ〜約１００ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜約１００ＭＰａ、約６０ＭＰａ〜約１００ＭＰａ、約６８ＭＰａ〜約１００ＭＰａ、２５ＭＰａ〜約９５ＭＰａ、約４０ＭＰａ〜約９５ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜約９５ＭＰａ、約６０ＭＰａ〜約９５ＭＰａ、約６８ＭＰａ〜約９５ＭＰａ、２５ＭＰａ〜約９０ＭＰａ、約４０ＭＰａ〜約９０ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜約９０ＭＰａ、約６０ＭＰａ〜約９０ＭＰａ、又は約６８ＭＰａ〜約９０ＭＰａである。

ＨＡ又はＯＣＰコーティングは、整形外科用インプラントの表面から接着面までが測定されるとき、約１μｍ〜約５０μｍ、約１μｍ〜約２５μｍ、約１μｍ〜約２０μｍ、約１μｍ〜約１５μｍ、約１μｍ〜約１０μｍ、約１μｍ〜約８μｍ、約３μｍ〜約５０μｍ、約３μｍ〜約２５μｍ、約３μｍ〜約２０μｍ、約３μｍ〜約１５μｍ、約３μｍ〜約１０μｍ、約３μｍ〜約８μｍ、約５μｍ〜約５０μｍ、約５μｍ〜約２５μｍ、約５μｍ〜約２０μｍ、約５μｍ〜約１５μｍ、約５μｍ〜約１０μｍ、約５μｍ〜約８μｍ、又は約７μｍの平均厚さを有し得る。

Ｐｏｒｏｃｏａｔ又はＧｒｉｐｔｉｏｎなどの多孔性内部成長表面を適用した場合、ＨＡ又はＯＣＰコーティングは、約１〜約１００ｍｇ／ｃｍ^２、約１〜約７５ｍｇ／ｃｍ^２、約１〜約５０ｍｇ／ｃｍ^２、約１〜約２５ｍｇ／ｃｍ^２、約１〜約１２ｍｇ／ｃｍ^２、約５〜約１００ｍｇ／ｃｍ^２、約５〜約７５ｍｇ／ｃｍ^２、約５〜約５０ｍｇ／ｃｍ^２、約５〜約２５ｍｇ／ｃｍ^２、約５〜約１２ｍｇ／ｃｍ^２、約７〜約１５ｍｇ／ｃｍ^２、約７〜約１４ｍｇ／ｃｍ^２、約７〜約１２ｍｇ／ｃｍ^２、約９〜約１５ｍｇ／ｃｍ^２、約９〜約１４ｍｇ／ｃｍ^２、約９〜約１２ｍｇ／ｃｍ^２、約９〜約１１ｍｇ／ｃｍ^２、約９〜約１２ｍｇ／ｃｍ^２、又は約８〜約１２ｍｇ／ｃｍ^２の、単位表面積当たり重量を有し得る。

本明細書に記述されるＨＡ又はＯＣＰコーティングでコーティングされた整形外科用インプラントが、患者又は動物（例えばイヌ）に使用された場合、生体内での吸収速度は、そのＨＡ又はＯＣＰコーティングが約３〜約１５週間、約４〜約１５週間、約５〜約１５週間、約６〜約１５週間、約３〜約１４週間、約４〜約１４週間、約５〜約１４週間、約６〜約１４週間、約３〜約１２週間、約４〜約１２週間、約５〜約１２週間、約６〜約１２週間、約１〜約６週間、又は約６週間未満のうちに吸収されるような値となる。

いくつかの実施形態において、ＨＡ又はＯＣＰコーティングは更に、１つ以上の追加の治療薬を含む。このコーティングは、改善された骨伝導能、及び／又は抗炎症性材料の送達のための、追加材料を担ってもよい。

この治療薬には、タンパク質、脂肪、（リポ）多糖類、成長因子、細胞増殖抑制剤、ホルモン抗生物質、抗感染症薬、抗アレルギー剤、抗炎症剤、プロゲステロン剤、体液剤、解熱薬、及び栄養剤が挙げられ得る。治療薬は、骨伝導性物質、骨誘導性物質、又は骨伝導性と骨誘導性の両方である物質であり得る。

金属表面
本明細書に記述されるリン酸カルシウム層は、整形外科用インプラントの表面付近に配置される。この表面は金属表面であってよく、例えばチタン又はＣｏＣｒ合金表面、あるいは二酸化チタン（ＴｉＯ_２）表面であってよい。いくつかの実施形態において、金属層の外側表面は非晶質であり、金属層の残り部分は結晶質である。他の実施形態において、金属層全体が結晶質である。例えば、表面とリン酸カルシウムコーティングとの間の界面は活性化された層を含んでよく、ここからリン酸カルシウムコーティングが核生成して外向きに成長することができる。表面全体がＨＡでコーティングされてよく、あるいは、表面にマスキングが行われ、表面のうち所定の部分がＨＡでコーティングされてもよいことが理解されよう。

この表面は活性化された金属表面であってもよい。例えば、金属表面がチタン表面であるとき、この表面は活性化されてチタン酸塩の外側表面を形成し、これにより核生成が促進され、チタン表面とリン酸カルシウムコーティングとの間の接着が増大し得る。下記で詳しく記述されるように、チタン表面の活性化により更に、更なる熱処理なしに、そこから生じるリン酸カルシウム層の制御された結晶成長が促進される。いくつかの実施形態において、自然の酸化物、又はパッシベーションプロセスにより生成された酸化物は、水酸化物処理によりチタン酸塩に転換される。いくつかの実施形態において、このチタン酸塩はチタン酸ナトリウムである。あるいは、結晶質ＴｉＯ_２をインプラントコアに適用することができる。そのような結晶質フィルムは、更なる処理なしに、ＨＡ又はＯＣＰの核生成を誘発する。いくつかの実施形態において、インプラント表面は、チタン合金以外のものからなる。この場合、活性化は、ｎｍスケールの結晶質ＴｉＯｘフィルムをインプラント表面に付着させることにより達成され得る。あるいは、薄い非晶質ＴｉＯｘ層を付着させ、この非晶質フィルムを水酸化物処理することによりチタン酸塩に転換することができる。活性化の更なる方法としては、ＣＯＯＨ、ＮＨ_２、又はその他の荷電部分を含む表面を形成することが挙げられる。

いくつかの実施形態において、インプラントのコア全体がチタンである。他の実施形態において、チタンはインプラントコアの少なくとも一部分にコーティングされ、これが更に、本明細書に記述されるリン酸カルシウムコーティングでコーティングされる。このインプラントコアは、ＣｏＣｒＭｏ又はＰＥＥＫなどの材料を含み得る。

あるいは、このインプラントは任意の公的な材料を含み得、例えばシリコン系材料、セラミック系材料、又はポリマー系材料を含み得る。その他の想到される材料には、コバルト、クロム、鉄、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、及びこれらの合金（例えば、チタン合金及びタンタル合金）、並びにコバルト、コバルト−クロム合金、及びステンレス鋼が挙げられる。このインプラントは、生体適合性ポリマー、天然又は合成ポリマーを含んでよく、例えばポリエチレン（例えば超高分子量ポリエチレン又はポリエチレンオキシド）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、その他の多糖類、及び前述の任意のもののコポリマー（例えば、ポリ乳酸とポリグリコール酸のコポリマー）を含んでよく、これには、合成ポリマー（例えばポリＨＥＭＡ）からなる組織工学足場及び生物学的マクロ分子（例えばコラーゲン及びコンドロイチン硫酸）が挙げられる。

この金属又は金属酸化物層は、少なくとも約２５ｎｍ、少なくとも約３０ｎｍ、少なくとも約３５ｎｍ、少なくとも約４０ｎｍ、少なくとも約４５ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約６０ｎｍ、少なくとも約７０ｎｍ、少なくとも約８０ｎｍ、少なくとも約９０ｎｍ、又は少なくとも約１００ｎｍの厚さを有し得る。いくつかの実施形態において、この層は、約２５ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約４０ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約４５ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約２５ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１００ｎｍ、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約４５ｎｍ〜約１００ｎｍ、又は約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有し得る。１００ｎｍ未満のフィルムは、水酸化物処理の後、干渉色を呈さなくなることがある。好ましい層厚さは、整形外科用インプラントの望ましい色プロファイルに基づいて決定することができる。

チタン表面の結晶構造は、例えば粉末Ｘ線回折などのＸ線分光法を用いて特性評価することができる。このチタン表面は、粉末Ｘ線回折により特性評価されるとき、いくつかの特徴的な２θ回折角を呈する。チタンフィルムのＸ線スペクトルは、約２６°、約２８°、約３２°、約４９°、及び約５３°の２θ回折角を呈する。

この金属表面は、ＨＡコーティングでコーティングされる前に改変することができる。例えば、この金属表面は、生体適合性基材に対するアパタイトコーティングの接着性を促進するために、表面粗さに関して改変することができる。金属表面の粗さを改変するための可能な方法としては、酸エッチング又はグリットブラストが挙げられる。

酸化チタンの形成と活性化
上述のように、酸化チタン層は、整形外科補綴物表面に形成することができる。ＴｉＯ_２層形成の好ましいプロセスは、コンフォーマル（見通し外）であり、コアに対して強力に接着するフィルムを作製するものである。原子層堆積は、良好に接着しかつ均一な厚さの、非晶質フィルムと結晶質フィルムの両方を作製可能であることが示されている。ＴｉＯ_２フィルムのゾル・ゲルプロセス及び電着も利用することができる。

表面が形成され、又は他の方法で利用可能になった後、表面活性化を実施して、核生成とリン酸カルシウムの成長を促進することができる。酸化チタン表面に塩基条件を適用してこれを活性化することができる。いくつかの実施形態において、このチタン表面を、水酸化ナトリウムなどの水酸化物源で処理する。水酸化物処理は、金属に多孔性チタン酸塩表面を生成し、これが核生成及びリン酸カルシウムの成長を促進する。

溶液堆積ヒドロキシアパタイト（ＳｏＤＨＡ）プロセス
本明細書に記述されるリン酸カルシウムコーティングは、過飽和溶液からの堆積により、活性化された表面上に形成される。十分に最適化された過飽和値で、安定な核が形成され、活性表面から成長し、これによって、本明細書に記述されるリン酸カルシウムコーティングがもたらされる。理論に束縛されるものではないが、この成長は主に、下記で詳しく記述される条件下において、均質メカニズムではなく、不均質核生成メカニズムにより起こると考えられる。このプロセスは、例えば上述のコーティングのような、結晶質リン酸カルシウム生成物をもたらす。

カルシウム溶液及びリン酸溶液を調製し、希釈により望ましい濃度に調節する。このカルシウム溶液及びリン酸溶液を混合して、望ましいリン酸カルシウム生成物に関する、過飽和溶液がもたらされる。活性化された表面を有する整形外科用インプラント前駆体が、過飽和溶液に接触することにより、濁りを生じない溶液条件下で、再現性のある速度でのリン酸カルシウムコーティング形成がもたらされる。いくつかの実施形態において、この基材は結晶質ＴｉＯ_２フィルム表面を有し、これは必ずしも活性化されていない。いくつかの実施形態において、この基材は、例えば水酸化物などの塩基で処理された非晶質フィルム表面を有する。インプラントにマスキングが行われ、インプラントの選択された部分のみに堆積が可能になるようにできることが想到される。

溶液の濁りは、紫外線範囲を評価する光学センサーを用いて決定することができる。４３０ｎｍで動作するＯｐｔｅｋ ＡＳ１６Ｆプローブセンサーを利用して、溶液中の均質な核生成による濁りが検出された。理論に束縛されるものではないが、制御された速度でのコーティングは、主に、不均質核生成により生じると考えられる。

コーティング溶液の過飽和の度合は、溶液中のカルシウム及びリン酸イオンの活性と、溶液のｐＨに依存する。活性は更に、溶液の濃度、種形成、及びイオン強度に依存する。このカルシウムストック溶液及びリン酸ストック溶液を混合して、望ましいリン酸カルシウム生成物に関する、過飽和溶液がもたらされる。活性化された表面を有する整形外科用インプラントが、過飽和溶液に接触することにより、迅速な再現性のある速度でのリン酸カルシウムコーティング形成がもたらされる。

インプラントは、ＨＡ及びＯＣＰ相に関して過飽和した溶液中でコーティングされる。いくつかの実施形態において、この過飽和溶液は、Ｃａ（ＮＯ_３）、Ｋ_２ＨＰＯ_４、ＫＨ_２ＰＯ_４、ＮａＣｌ、及びトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（ＴＲＩＳ）緩衝液を含む。ＨＰＯ_４ ^２−／⁻Ｈ_２ＰＯ_４の比は、標的の溶液ｐＨを達成するよう選択することができる。当業者には理解されるように、ＮＯ_３及びＫ以外の他の対イオンも利用することができる。カルシウム及びリン酸塩濃縮液は、規定濃度で入手することができ、これを使用濃度まで希釈してから、混合して、最終的な過飽和溶液を作製することができる。

ＨＡの形成に使用される溶液は、約０．５〜約１．５ｍＭ、約０．６〜約１．５ｍＭ、約０．７〜約１．５ｍＭ、約０．５〜約１．３ｍＭ、約０．６〜約１．３ｍＭ、約０．７〜約１．３ｍＭ、約０．５〜約１．１ｍＭ、約０．６〜約１．１ｍＭ、約０．７〜約１．１ｍＭ、約０．５〜約１．０５ｍＭ、約０．６〜約１．０５ｍＭ、約０．７〜約１．０５ｍＭ、又は約０．６２〜約１．０５ｍＭの濃度のカルシウムカチオンを含む。いくつかの実施形態において、このカルシウムイオンはＣａ^２＋である。

ＨＡの形成に使用される溶液は、約０．７５ｍＭ〜約１．７５ｍＭ、約１．０ｍＭ〜約１．７５ｍＭ、約１．２５ｍＭ〜約１．７５ｍＭ、約０．７５ｍＭ〜約１．５ｍＭ、約１．０ｍＭ〜約１．５ｍＭ、約１．２５ｍＭ〜約１．５ｍＭ、約０．７５ｍＭ〜約１．３５ｍＭ、約１．０ｍＭ〜約１．３５ｍＭ、約１．２５ｍＭ〜約１．３５ｍＭ、約０．７５ｍＭ〜約１．３ｍＭ、約１．０ｍＭ〜約１．３ｍＭ、又は約１．２５ｍＭ〜約１．３ｍＭの濃度のリン酸アニオンを含む。いくつかの実施形態において、リン酸イオンはＰＯ_４ ^３−、ＨＰＯ_４ ^２−、Ｈ_２ＰＯ_４ ⁻、又はこれらの組み合わせである。

ＨＡの形成に使用される溶液は、約７．５〜約８、約７．５５〜約８、約７．６〜約８、約７．６５〜約８、約７．５〜約７．９、約７．５５〜約７．９、約７．６〜約７．９、約７．６５〜約７．９、７．５〜約７．８５、約７．５５〜約７．８５、約７．６〜約７．８５、約７．６５〜約７．８５、７．５〜約７．８、約７．５５〜約７．８、約７．６〜約７．８、約７．６５〜約７．８、７．５〜約７．７５、約７．５５〜約７．７５、約７．６〜約７．７５、約７．６５〜約７．７５、７．５〜約７．７、約７．５５〜約７．７、約７．６〜約７．７、約７．６５〜約７．７、又は約７．６８４のｐＨを有する。このｐＨは、所与のコーティング繰り返しにおいて、コーティングプロセスの最初のｐＨであり得る。このｐＨは、溶液が２５℃のときのｐＨであり得る。

ＯＣＰの形成に使用される溶液は、約１．０〜約２．０ｍＭ、約１．０〜約１．９ｍＭ、約１．０〜約１．８ｍＭ、約１．２〜約２．０ｍＭ、約１．２〜約１．９ｍＭ、約１．２〜約１．８ｍＭ、約１．３〜約２．０ｍＭ、約１．３〜約１．９ｍＭ、約１．３〜約１．８ｍＭ、約１．４５〜約２．０ｍＭ、約１．４５〜約１．９ｍＭ、又は約１．４５〜約１．８ｍＭの濃度のカルシウムカチオンを含む。

ＯＣＰの形成に使用される溶液は、約１．５ｍＭ〜約２．６ｍＭ、約１．５ｍＭ〜約２．４ｍＭ、約１．５ｍＭ〜約２．２５ｍＭ、約１．７ｍＭ〜約２．６ｍＭ、約１．７ｍＭ〜約２．４ｍＭ、約１．７ｍＭ〜約２．２５ｍＭ、約２．０ｍＭ〜約２．６ｍＭ、約２．０ｍＭ〜約２．４ｍＭ、約２．０ｍＭ〜約２．２５ｍＭ、約２．２ｍＭ〜約２．６ｍＭ、約２．２ｍＭ〜約２．４ｍＭ、又は約２．２ｍＭ〜約２．２５ｍＭの濃度のリン酸アニオンを含む。

ＯＣＰの形成に使用される溶液は、約６．７５〜約７．２５、約６．７５〜約７．２０、約６．７５〜約７．１５、約６．７５〜約７．１、約６．７５〜約７．０５、約６．８〜約７．２５、約６．８〜約７．２０、約６．８〜約７．１５、約６．８〜約７．１、約６．８〜約７．０５、約６．８５〜約７．２５、約６．８５〜約７．２０、約６．８５〜約７．１５、約６．８５〜約７．１、約６．８５〜約７．０５、約６．９〜約７．２５、約６．９〜約７．２０、約６．９〜約７．１５、約６．９〜約７．１、約６．９〜約７．０５、約６．９５〜約７．２５、約６．９５〜約７．２０、約６．９５〜約７．１５、約６．９５〜約７．１、又は約６．９５〜約７．０５のｐＨを有する。このｐＨは、所与のコーティング繰り返しにおいて、コーティングプロセスの最初のｐＨであり得る。

いくつかの実施形態において、ｐＨを安定させるために、緩衝液がこの過飽和溶液に含まれる。いくつかの実施形態において、この緩衝液はトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（Ｔｒｉｓ）緩衝液である。Ｔｒｉｓの濃度は、約１ｍＭ〜約１０ｍＭ、約２ｍＭ〜約１０ｍＭ、約３ｍＭ〜約１０ｍＭ、１ｍＭ〜約８ｍＭ、約２ｍＭ〜約８ｍＭ、約３ｍＭ〜約８ｍＭ、１ｍＭ〜約６ｍＭ、約２ｍＭ〜約６ｍＭ、約３ｍＭ〜約６ｍＭ、又は約５ｍＭである。

イオン強度を高めるため、この過飽和溶液に塩が含まれ得る。いくつかの実施形態において、この塩は塩化ナトリウムである。塩の濃度は、約１００ｍＭ〜約２００ｍＭ、約１００ｍＭ〜約１７５ｍＭ、約１００ｍＭ〜約１６０ｍＭ、１２５ｍＭ〜約２００ｍＭ、約１２５ｍＭ〜約１７５ｍＭ、約１２５ｍＭ〜約１６０ｍＭ、１４０ｍＭ〜約２００ｍＭ、約１４０ｍＭ〜約１７５ｍＭ、又は約１４０ｍＭ〜約１６０ｍＭである。

コーティングプロセス中の溶液の温度は、約４０℃〜約５０℃、４２℃〜約５０℃、４４℃〜約５０℃、４６℃〜約５０℃、約４０℃〜約４８℃、４２℃〜約４８℃、４４℃〜約４８℃、４６℃〜約４８℃、４６．５℃〜約４７．５℃、又は約４７℃である。インプラントは、プロセス温度から０．５℃以内に維持され得る。

ＨＡは溶解度の低い塩であり、Ｋ_ｓｐは１０^−１２０の桁であるため、制御された不均質核生成が起こり得る「メタ安定ゾーン」が非常に狭い。驚くべきことに、この範囲が存在することが見出され、これによって、制御された様相で、比較的安定な過飽和溶液が、整形外科用インプラントの活性化された表面上に結晶質ＨＡを堆積させることが可能になる。この範囲を特定する際に、低い過飽和濃度では核生成速度が遅くなり、高い過飽和濃度では、制御されない迅速な核生成速度及び生長となり、基材上に不均一な成長をもたらすことが観察された。理論に束縛されるものではないが、過剰な過飽和の条件下でのコーティングは、主に均質な核生成及び生長により起こると考えられる。

様々な条件が、溶液安定性を高めることができる。いくつかの実施形態において、溶液は、堆積プロセスが生じる温度ではなく、室温で混合される。いくつかの実施形態において、カルシウムストック溶液を、ＮａＣｌ及びＴｒｉｓを含むリン酸塩ストック溶液に加える。いくつかの実施形態において、ストック溶液の温度は室温を下回らない。いくつかの実施形態において、この溶液は、粗い壁面ではなく滑らかな壁面を有する容器に収容される。

驚くべきことに、望ましい時間枠で、制御されたＨＡ結晶成長を可能にするような、過飽和溶液濃度の範囲、あるいは、ギブズ自由エネルギーの範囲を、特定することが可能であった。ＳｏＤＨＡプロセスに使用される溶液は、ＨＡの形成のためのｄＧが約７ｋＪ／ｍｏｌ〜約９ｋＪ／ｍｏｌ、７ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．８ｋＪ／ｍｏｌ、７ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．６ｋＪ／ｍｏｌ、７ｋＪ／ｍｏｌ〜約９．４ｋＪ／ｍｏｌ、７ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．２ｋＪ／ｍｏｌ、７．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約９ｋＪ／ｍｏｌ、７．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．８ｋＪ／ｍｏｌ、７．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．６ｋＪ／ｍｏｌ、７．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約９．４ｋＪ／ｍｏｌ、７．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．２ｋＪ／ｍｏｌ、７．４ｋＪ／ｍｏｌ〜約９ｋＪ／ｍｏｌ、７．４ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．８ｋＪ／ｍｏｌ、７．４ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．６ｋＪ／ｍｏｌ、７．４ｋＪ／ｍｏｌ〜約９．４ｋＪ／ｍｏｌ、７．４ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．２ｋＪ／ｍｏｌ、７．６ｋＪ／ｍｏｌ〜約９ｋＪ／ｍｏｌ、７．６ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．８ｋＪ／ｍｏｌ、７．６ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．６ｋＪ／ｍｏｌ、７．６ｋＪ／ｍｏｌ〜約９．４ｋＪ／ｍｏｌ、７．６ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．２ｋＪ／ｍｏｌ、７．８ｋＪ／ｍｏｌ〜約９ｋＪ／ｍｏｌ、７．８ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．８ｋＪ／ｍｏｌ、７．８ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．６ｋＪ／ｍｏｌ、７．８ｋＪ／ｍｏｌ〜約９．４ｋＪ／ｍｏｌ、７．８ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．２ｋＪ／ｍｏｌ、約８．０ｋＪ／ｍｏｌ〜約８．４ｋＪ／ｍｏｌ、約８ｋＪ／ｍｏｌ、約８．２ｋＪ／ｍｏｌ、又は約８．４ｋＪ／ｍｏｌとなるように構成された。

驚くべきことに、望ましい時間枠で、制御されたＯＣＰ結晶成長を可能にするような、過飽和溶液濃度の範囲、あるいは、ギブズ自由エネルギーの範囲を、特定することも可能であった。ＯＣＰプロセスに使用される溶液は、ＯＣＰの形成のためのｄＧが約２．５ｋＪ／ｍｏｌ〜約４ｋＪ／ｍｏｌ、約２．５ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．７ｋＪ／ｍｏｌ、約２．５ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．６ｋＪ／ｍｏｌ、約２．５ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．５ｋＪ／ｍｏｌ、約２．５ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．４５ｋＪ／ｍｏｌ、約２．７ｋＪ／ｍｏｌ〜約４ｋＪ／ｍｏｌ、約２．７ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．７ｋＪ／ｍｏｌ、約２．７ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．６ｋＪ／ｍｏｌ、約２．７ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．５ｋＪ／ｍｏｌ、約２．７ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．４５ｋＪ／ｍｏｌ、約２．９ｋＪ／ｍｏｌ〜約４ｋＪ／ｍｏｌ、約２．９ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．７ｋＪ／ｍｏｌ、約２．９ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．６ｋＪ／ｍｏｌ、約２．９ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．５ｋＪ／ｍｏｌ、約２．９ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．４５ｋＪ／ｍｏｌ、約３ｋＪ／ｍｏｌ〜約４ｋＪ／ｍｏｌ、約３ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．７ｋＪ／ｍｏｌ、約３ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．６ｋＪ／ｍｏｌ、約３ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．５ｋＪ／ｍｏｌ、約３ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．４５ｋＪ／ｍｏｌ、約３．１ｋＪ／ｍｏｌ〜約４ｋＪ／ｍｏｌ、約３．１ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．７ｋＪ／ｍｏｌ、約３．１ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．６ｋＪ／ｍｏｌ、約３．１ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．５ｋＪ／ｍｏｌ、約３．１ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．４５ｋＪ／ｍｏｌ、約３．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約４ｋＪ／ｍｏｌ、約３．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．７ｋＪ／ｍｏｌ、約３．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．６ｋＪ／ｍｏｌ、約３．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．５ｋＪ／ｍｏｌ、約３．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．４５ｋＪ／ｍｏｌ、又は約３．２ｋＪ／ｍｏｌ〜約３．４５ｋＪ／ｍｏｌとなるように構成された。

ＳｏＤＨＡ ＨＡプロセスのいくつかの実施形態について、ＯＣＰ及びＨＡの形成のためのｄＧと、ＨＡ及びＯＣＰ両方に関する溶液の相対的過飽和が、表１に列記されている。これらの代表的な値は、本明細書に開示される方法に伴う可能な値として限定するものではない。

下記に詳しく記述されるように、このＨＡ及びＯＣＰコーティングは過飽和溶液から形成可能であり、この過飽和溶液は、コーティングプロセスの間、溶液中の均質な核生成により、実質的に濁りがないままである。理論に束縛されるものではないが、均質な核生成により実質的に濁りがない溶液から堆積することは、予測可能なコーティング速度で、高い結晶度、均質な微小構造、及び強化された生体適合性を有して堆積されるＨＡ又はＯＣＰコーティングに、役割を果たしていると考えられる。

ＨＡ及びＯＣＰは溶解度の非常に低い塩であり、Ｋ_ｓｐ’ｓはそれぞれ、１０^−１２０及び１０^−９１の桁である。このように、ＨＡ及びＯＣＰは、制御された不均質核生成が起こり得る「メタ安定ゾーン」が非常に狭い。驚くべきことに、望ましい時間枠での制御されたＨＡ又はＯＣＰ結晶の不均質核生成と成長が可能な、過飽和レベル及び温度の範囲を特定することが可能であった。これらの過飽和値で、安定な核が形成され、活性表面から成長し、これによって、本明細書に記述されるリン酸カルシウムコーティングがもたらされる。

このＳｏＤＨＡプロセスは更に、基材と接触しているときに溶液を攪拌することを含む。ストック溶液の混合中に攪拌が少なすぎると、溶液を不安定化させることがある。ストック溶液の混合中に強い剪断攪拌を行うと、溶液を不安定化させることがある。攪拌は、かき混ぜにより行うことができる。

このプロセスは、過飽和溶液に接触している空気の量を低減することを含んでもよい。いくつかの実施形態において、このプロセスは、例えばアルゴン又は窒素雰囲気などの、不活性雰囲気条件下で実施することができる。この不活性雰囲気は、過飽和溶液中への二酸化炭素の溶け込みを制限する（二酸化炭素が溶け込むと、ＣａＰ堆積を起こさずにｐＨを変化させ、内部プロセス監視としてｐＨを使用する妨げとなり得る）。そのような条件下で、結果として得られるヒドロキシアパタイトコーティングは実質的に炭酸塩を含まない。

このプロセスは、制御されながらも比較的迅速なコーティング速度で起こる。コーティング速度は、コーティング質量又はコーティング厚さで記述することができる。コーティング溶液中の一定数のインプラントについて、大きな比表面積を有するインプラント（例えば、多孔性金属内部成長構造によりコーティングされたもの）で、より大きなコーティング重量が得られる。しかしながらコーティング厚さは、インプラントの比表面積とはほぼ独立している。最後に、質量に基づくコーティング速度と厚さに基づくコーティング速度は、図１２に見られるように、総表面積／コーティング溶液体積の関数である。

このプロセスは、厚さが約０．０１μｍ／ｈ〜約１０μｍ／ｈ、約０．０１μｍ／ｈ〜約５μｍ／ｈ、約０．０１μｍ／ｈ〜約４μｍ／ｈ、約０．０１μｍ／ｈ〜約３μｍ／ｈ、約０．０１μｍ／ｈ〜約２μｍ／ｈ、約０．０１μｍ／ｈ〜約１μｍ／ｈの約の速度、約０．１μｍ／ｈ〜約１０μｍ／ｈ、約０．１μｍ／ｈ〜約５μｍ／ｈ、約０．１μｍ／ｈ〜約４μｍ／ｈ、約０．１μｍ／ｈ〜約３μｍ／ｈ、約０．１μｍ／ｈ〜約２μｍ／ｈ、約０．１μｍ／ｈ〜約１μｍ／ｈの速度、約０．５μｍ／ｈ〜約１０μｍ／ｈ、約０．５μｍ／ｈ〜約５μｍ／ｈ、約０．５μｍ／ｈ〜約４μｍ／ｈ、約０．５μｍ／ｈ〜約３μｍ／ｈ、約０．５μｍ／ｈ〜約２μｍ／ｈ、又は約０．５μｍ／ｈ〜約１μｍ／ｈの速度で増加するようＨＡを堆積させる。

このプロセスは、約０．００５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０９ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、約０．００５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０２５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、０．００５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０２２５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、０．００５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０２ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、０．００５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０１７５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、約０．００５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０１５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、約０．００７５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０９ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、約０．００７５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０２５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、０．００７５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０２２５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、０．００７５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０２ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、０．００７５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０１７５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、約０．００７５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０１５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、約０．０２５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０９ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、約０．０１ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０２５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、０．０１ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０２２５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、０．０１ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０２ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、０．０１ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０１７５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２、又は約０．０１ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２〜約０．０２５ｍｇ／ｈｒ・ｍｍ^２の速度で、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ上にＨＡを堆積させる。

このコーティングプロセスは、「一定組成物」又は「可変組成物」プロセスであり得る。

一定組成物プロセスにおいては、インプラント上へのＣａＰの堆積により消費される反応物質が、コーティングプロセス全体にわたって、ほぼ連続的に堆積溶液に補充される。試薬の追加は、溶液からのＣａＰの析出に対応するｐＨの降下に基づいて実施される。よって、堆積溶液中に補充されるプロセス試薬の量は、インプラント上に堆積するＨＡの量の代用物となる。理論に束縛されるものではないが、「滴定液」（ＣＤＨＡの析出により引き起こされるｐＨの変化に対応して、堆積溶液に補充される溶液）の組成物を計算する式は下記のものであり得る：
・ＴＣａＮＯ３＝（Ｎｂ）（Ｗ_{ＣａＮＯ３}）＋（１０−ｘ）Ｃｅｆｆ
・ＴＰ＝（Ｎｂ）（Ｗ_ＰＯ４）＋６ Ｃｅｆｆ
・ＴＮａＣｌ＝（Ｎｂ）（Ｗ_ＮａＣｌ）−（２０−２ｘ）Ｃｅｆｆ
・ＴＫＯＨ＝（Ｎｂ）（Ｗ_ＫＯＨ）＋（１４−２ｘ）Ｃｅｆｆ
式中、Ｃｅｆｆは、追加された滴定液の１リットル当たりの析出したＣａＰのモル数に等しく、ｘはＣＤＨＡの非化学量論的係数であり、Ｎｂ＝溶液に滴定液を加えるビュレットの数、及びＷは過飽和溶液中の反応物質の濃度である。

可変組成物プロセスでは、一定組成物プロセスにより達成されるような一定の高い推進力を維持するのではなく、析出の化学的推進力によって、高い推進力範囲を維持する量だけ初期条件から下がることが許される。溶液からＣａＰが析出することによりコーティング試薬のある程度の割合が消耗することによって推進力の下限に達すると、このコーティング溶液は廃棄され、新しいコーティング溶液が堆積プロセス容器に追加される。可変組成物プロセスの一実施形態は、溶液ｐＨの変化と、コーティング溶液から析出するＣａＰの量及び組成（the amount and composition of CaP）との間の、定量的関係を利用する。この関係は、コーティング溶液をいつ廃棄して新しい溶液と交換すべきかを判定し、また、ＣａＰコーティング重量が達した所定のプロセスエンドポイントを判定するのに、使用することができる。緩衝液の量は、ＣａＰ析出に伴うｐＨ低減を少なくし、同時に、内部プロセス診断の際にｐＨ変化を使用できるように、選択される。いくつかの実施形態において、このｐＨ測定は、連続的ではなく間欠的に行うことができる。コーティング速度は、堆積シーケンス回数が少ないほど、またコーティングシーケンスの数が多いほど、増大する。いくつかの実施形態において、ＨＡ及びＯＣＰコーティング溶液は炭酸塩を含んでおらず、このことは、コーティング形成中のプロセス監視又は制御としてｐＨを使用するのに役立ち得る。

理論に束縛されるものではないが、この反応は、表２に示す化学量論により進行すると考えられる。

表２に示すように、リン酸カルシウムの析出は、カルシウム及びリン酸濃度の低下と、ｐＨの低下とを伴う。これらの濃度及びｐＨの変化は、反応の進行と共に過飽和の程度を低減し、堆積速度の低下を伴う。

ｐＨと析出量の関係は、異なる溶液量に拡大することができる。このｐＨ変化と析出相量の関係は、予測可能な析出量が確実に形成されるようにするプロセスモニターとして利用することができる。過飽和溶液のｐＨは、生じているコーティングの程度を判定するために監視され得る。いくつかの実施形態において、カルシウム濃度、リン酸塩濃度、及びｐＨのうち１つ以上が所定レベルまで低下するまでの間、基材は溶液に接触している。

ＳｏＤＯＣＰとＳｏＤＨＡの核生成速度、成長速度、及び相対的推進力は、リン酸カルシウムが析出するにつれて変化するが、析出が進行する際にこれらの値の変化を最小限に抑えるプロセスが開発された。この、インプラントをコーティングするために使用されるプロセスは、可変組成物プロセスであった。本明細書で使用されるとき、可変組成物プロセスとは、プロセスの過程にわたって熱力学的変数の変化が許容されるプロセスを指す。本明細書に記述される可変組成物プロセスにおいて、インプラントは複数の溶液バッチによりコーティングされてよく、これによりイオン濃度とｐＨが、各繰り返し手順中に所定のレベルまでしか低下しないようにできる。濃度変化の度合を低減するため、複数の連続的堆積が使用され、各堆積シーケンスは、整形外科用インプラントを新しい溶液に接触させることが含まれた。堆積に伴うｐＨ変化は、この溶液を緩衝液（例えばＴＲＩＳ緩衝液）で緩衝することにより低減され得る。

いくつかの実施形態において、３回シーケンスの堆積が実施された。３回シーケンスの堆積プロセスについて、各堆積シーケンス中の濃度変化は、１回の堆積シーケンスの場合に比べて、３分の２に低減される。いくつかの実施形態において、１回のみの堆積シーケンスが実施される。いくつかの実施形態において、２回又は３回の堆積シーケンスが実施される。１〜１０回、２〜１０回、３〜１０回、１〜５回、２〜５回、又は３〜５回の堆積シーケンスが実施され得る。いくつかの実施形態において、採用される堆積シーケンスの回数は、インプラントの表面積と、コーティング容器の体積との比に依存する。インプラント表面積／体積の比が大きいほど、コーティングシーケンスの回数が多くなり、シーケンスが短くなり得る。表面積／体積比が小さいほど、シーケンスの回数が少なくなり、シーケンス当たりの持続時間が長くなり得る。ｐＨ緩衝と溶液の更新を組み合わせることにより、熱力学的推進力の変化を最小限に抑え、堆積プロセス全体にわたって同じリン酸カルシウム相が確実に作製されるようにするのに役立ち得る。

本発明の方法による、溶液堆積組成物との合計接触時間は、典型的に約３０分間以上である。合計接触時間は好ましくは約８時間以下である。より好ましくは、この生体適合性基材は、約１分間〜約２時間、約１分間〜約１時間、約１分間〜約３０分間、約５分間〜約２時間、約５分間〜約１時間、約５分間〜約３０分間、約２時間以下、約１時間以下、又は約３０分間以下の、複数のシーケンス接触時間の対象となる。一般に、合計接触時間が長いほど、またコーティングシーケンスが短いほど、より厚い生理活性ヒドロキシアパタイトコーティングがもたらされる。加えて、この接触時間は、どの回においても、コーティングされる生理活性基材の数に依存する。

いくつかの実施形態において、析出物重量とｐＨ変化の関係を使用して、ＳｏＤＨＡプロセスの進行が監視される。付加的な実施形態において、析出物重量と、カルシウム及び／又はリン酸塩濃度の変化との関係を使用して、ＳｏＤＨＡプロセスの進行が監視されてもよい。他の実施形態において、このプロセスは、所定量の時間とｐＨにわたって実施され、カルシウム濃度とリン酸濃度は監視されない。

同様に、いくつかの実施形態において、析出物重量とｐＨ変化の関係を使用して、ＳｏＤＯＣＰプロセスの進行が監視される。付加的な実施形態において、析出物重量と、カルシウム及び／又はリン酸塩濃度の変化との関係を使用して、ＳｏＯＣＰプロセスの進行が監視されてもよい。他の実施形態において、このプロセスは、所定量の時間とｐＨにわたって実施され、カルシウム濃度とリン酸濃度は監視されない。

いくつかの実施形態において、ＳｏＤＨＡコーティングを乾燥させるのに超臨界流体が採用され得る。このプロセスは、コーティングに含まれる水を、有機溶媒で置き換えた後、超臨界流体で抽出することを含む。ＳｏＤＨＡコーティング形成の後、有機溶媒交換を実施する。これは、コーティングされた物品を所定時間にわたって有機溶媒に浸すことにより行われる。コーティング中の有機溶媒の置換の後、このコーティングされた物品を容器に入れ、ここに超臨界流体を導入する。次に、超臨界流体の臨界温度より上の温度に維持しながら、容器を大気圧まで減圧する。このようにして超臨界流体が超臨界状態から気体へと直接減圧され、これによって、ひび割れの原因となり得る液体毛管力の形成を回避する。

いくつかの実施形態において、この有機溶媒はアルコールである。例えば、この有機溶媒はメタノール、エタノール、又はイソプロパノールであってもよい。いくつかの実施形態において、この超臨界流体は超臨界ＣＯ_２（ｓｃＣＯ_２）である。

加えて、いくつかの実施形態において、このＳｏＤＨＡコーティングは熱水再析出条件に曝すことができる。ＳｏＤＨＡコーティング形成後、このコーティングは、リン酸溶液中に入れて加熱され得る。この熱水処理は、約５０℃〜約３５０℃、約６０℃〜約３５０℃、約７０℃〜約３５０℃、約８０℃〜約３５０℃、約５０℃〜約１５０℃、約６０℃〜約１５０℃、約７０℃〜約１５０℃、約８０℃〜約１５０℃、約５０℃〜約９９℃、約６０℃〜約９９℃、約７０℃〜約９９℃、約８０℃〜約９９℃、約５０℃〜約９５℃、約６０℃〜約９５℃、約７０℃〜約９５℃、約８０℃〜約９５℃、約５０℃〜約９０℃、約６０℃〜約９０℃、約７０℃〜約９０℃、約８０℃〜約９０℃、約５０℃〜約８５℃、約６０℃〜約８５℃、約７０℃〜約８５℃、約８０℃〜約８５℃、約５０℃〜約８０℃、約６０℃〜約８０℃、又は約７０℃〜約８０℃の温度で実施され得る。このコーティングは、約１５分間〜約２４時間、約１５分間〜約４時間、約１５分間〜約３時間、約１５分間〜約２時間、約３０分間〜約２４時間、約３０分間〜約４時間、約３０分間〜約３時間、約３０分間〜約２時間、約１時間〜約２４時間、約１時間〜約４時間、約１時間〜約３時間、約１時間〜約２時間、又は約２時間、加熱され得る。

本明細書に記述される方法は、基材上に成長する材料の量を最大化し、かつ、懸濁液中で均一に析出する材料による表面上への固結量を最小限に抑える。加えて、これらの方法は、制御された予測可能な堆積速度をもたらし、高い接着性と密着性を備えたフィルムを生成し、かつ、粒子を放出せずに均一に分解する均一な微小構造を生成する。予測可能な堆積速度によって、標的のフィルム厚さを容易に達成することができる。この方法は更に、多孔性構造に好適な被覆を提供し、様々なインプラント形状に好適である。

定義
本明細書で使用されるとき、生成物の相対的過飽和（Ｓ）は、式Ｓ＝［ＩＡＰ／Ｋ_ｓｐ］^１／ｖで表わされ、式中、ＩＡＰはこの生成物のイオン活性であり、Ｋ_ｓｐはこの生成物の溶解度定数であり、ｖはこの生成物の単位式におけるイオンの数である。

本明細書で使用されるとき、相変化に伴うギブズ自由エネルギー変化（ｄＧ）は、式ｄＧ＝ＲＴ／ｖ^＊ｌｎ［ＩＡＰ／Ｋ_ｓｐ］で表わされ、式中、Ｒは普遍気体定数であり、Ｔは絶対温度であり、Ｋ_ｓｐはこの生成物の溶解度定数であり、ｖはこの生成物の単位式におけるイオンの数である。

本明細書で使用されるとき、相対的過飽和Ｓは、（ＩＡＰ／Ｋｓｐ）^１／ｖに等しい。

本明細書で使用されるとき、均質な析出又は均質核生成とは、異物表面が関与しない、過飽和溶液からの固体相の核生成を指し、濁った過飽和コーティング溶液をもたらす。

本明細書で使用されるとき、不均質な析出又は不均質核生成とは、堆積プロセス中に実質的に濁りのない過飽和溶液からの、不純物相上の固体相の核生成を指す。

本明細書で使用されるとき、「リン酸八カルシウム」又は「ＯＣＰ」は、式Ｃａ_８（ＨＰＯ_４）_２（ＰＯ_４）_４を有するリン酸カルシウムを指す。

本明細書で使用されるとき、過飽和とは、溶質が平衡を超えて濃縮されている溶液を指す。濃度が飽和点を上回るとき、この溶液は過飽和と呼ばれる。

本明細書で使用されるとき、溶解研究を参照し、インビトロとは、ＡＳＴＭ Ｆ１９２６に記述されるように、ｐＨ ７．４でのＴｒｉｓ緩衝食塩水溶液中を指す。

実施例１−ＴｉＯ_２フィルムの原子層堆積によるＣｏＣｒの活性化
Ｂｅｎｅｑ（Ｈｅｌｓｉｎｋｉ、Ｆｉｎｌａｎｄ）によるＣｏＣｒグリットブラスト表面上に、原子層堆積によってＴｉＯ_２フィルムが調製された。このフィルムはＴｉＣｌ_４及びＨ_２Ｏ前駆体から作製された。非晶質フィルムは９０℃で作製され、結晶質（鋭錐石＋金紅石）フィルムは２００℃で作製された。フィルムは、実施例３に記述される方法に従い、水酸化物で活性化された（４時間、５Ｍ ＮａＯＨ、６０℃）。５００、２００、１００、及び５０ｎｍの非晶質フィルム（５００Ａ、２００Ａ、１００Ａ、及び５０Ａ）並びに５００及び２００ｎｍの結晶質フィルム（５００℃、２００℃）が、ＳｏＤＨＡ法により、実施例５及び６に詳しく記述される公称濃度を用いて、ヒドロキシアパタイトコーティングを形成する能力について評価された。

サンプルのＨＡコーティング重量は、図１に示すように、約６ｍｇ〜約８ｍｇの範囲であった。非晶質フィルムと結晶質フィルムの両方が、強塩基による活性化の後、ＨＡの核生成が可能であった。コーティング実験により、堆積した結晶質酸化チタンとして堆積が生じたが、これは、ＮａＯＨエッチングされた非晶質又は結晶質酸化チタンで観察されるよりも低い速度であったことが示された。

ＨＡコーティング前の、厚さ２００ｎｍの活性化された非晶質フィルムの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を、図２に示す。ＨＡコーティング前の、厚さ２００ｎｍの活性化された結晶質フィルムの、ＳＥＭ画像を、図３に示す。非晶質フィルムでは、特徴的なチタン酸塩の形状が明らかであった。厚さ１００ｎｍを超えて調製されたフィルムは、水酸化物処理後に干渉色を示した。

ＮａＯＨでの活性化前と活性化後の、厚さ２００ｎｍ及び５００ｎｍの、非晶質及び結晶質チタンコーティングについて、見通し角Ｘ線回折（ＸＲＤ）スペクトルが取得された。非晶質フィルムのＸＲＤスペクトルを図４に示す。結晶質フィルムのＸＲＤスペクトルを図５に示す。

実施例２−ＣｏＣｒ合金上のＴｉＯ_２フィルムの電解形成
０．０５Ｍ ＴｉＣｌ_４及び０．２５Ｍ Ｈ_２Ｏ_２の、メタノール／水（３／１体積％）混合溶媒中の電解質溶液を調製した。この溶液のｐＨを、０．９〜１．０に固定した。化学薬品はすべてＡＣＳグレードであった。電解質溶液を調製するために、ＴｉＣｌ_４を溶媒にゆっくりと加え、次いでＨ_２Ｏ_２を加えた。Ｈ_２Ｏ_２の添加中に、透明から濃いオレンジ色の急激な色変化が観察された。これはペルオキソ錯体の形成を示す。調整及びｐＨ測定後、電解液を約４℃で保管し、必要に応じてｐＨを調節した。望ましい電荷密度まで、定電流で電着を行った。温度は低温槽により０℃に固定した。自作のＬａｂｖｉｅｗプログラム（Ｘａｎｔｒｅｘ ＸＤＣ ３００−２０電源を制御する）を構築して、電流電荷密度を制御しながら、電圧−時間曲線を記録した。印加される電荷密度は２．５Ｃ／ｃｍ^２〜４０ＣＣ／ｃｍ^２の範囲に固定された。電流密度は−５０ｍＡ／ｃｍ^２〜−５０ｍＡ／ｃｍ^２の間で変化した。

メタノール／水（３：１体積％）混合溶媒中の０．０５Ｍ ＴｉＣｌ_４、０．５Ｍ Ｈ_２Ｏ_２溶液（ｐＨ＝０．９７）で、良好なフィルム均質性が得られた。−１．１Ｖ、１時間、６０℃で、良好な成長が生じた。図６は、ＣｏＣｒＭｏ基材上でのこれらの条件下で電着したチタンコーティングを示すＳＥＭ画像である。

実施例３：チタン表面の活性化
多孔性金属コーティングでコーティングされた直径２．５４センチメートル（１インチ）のＴｉ６−４ディスクを、下記の工程でクリーニングし、活性化した。逆浸透（ＲＯ）水及びアルカリ洗剤の入った容器内にディスクをセットし、超音波発生機で１５分間×２回洗浄した。次に、ＲＯ水のみの入った容器にディスクをセットし、超音波発生機で１５分間×２回洗浄した。４枚のディスクを５００ｍＬのビーカーに入れ、２００ｍＬの５Ｍ ＮａＯＨを加えた。ディスクを二次格納容器に入れ、ビーカーの上にゆるいキャップをかぶせた。ビーカーの温度を６０℃に設定し、４時間保持した。ディスク（desks）をビーカーから取り出し、超音波発生機を用いてＲＯ水で１５分間×４回すすいだ。ディスクを６０℃の炉に入れて一晩乾燥させた。本明細書に開示される方法において、ＣａＰの核生成と成長を促進する傾向に対する、この活性化層の熱処理の影響は見られなかった。下記に報告される実施例は、活性化表面の熱処理なしで実施された。コーティング実験により、結晶質チタンとして堆積が生じたが、これは、ＮａＯＨエッチングされた非晶質チタンで観察されるよりも低い速度であったことが示された。

実施例４：ストック溶液の調製
１Ｌ容器中での直径２．５４センチメートル（１インチ）のディスクのＨＡコーティングのための濃縮溶液及びストック溶液が、下記の工程で調製された。

３６ｍＭ Ｃａ溶液を調製した。きれいな２リットル瓶を取得し、磁気攪拌棒を瓶の中に入れた。８．５０１９４ｇのＣａ（ＮＯ_３）を計り取り、この２リットル瓶に入れた。瓶をアルゴンで３〜５分間パージした。１０００ｍＬの脱イオン（ＤＩ）水（電気抵抗１８ＭΩ以上）を瓶に加えた。この瓶を攪拌プレート上に置き、Ｃａ（ＮＯ_３）が完全に溶解するまで、その内容物を攪拌した。この溶液を、０．２２μｍ細胞培養減圧フィルター（Ｃｏｒｎｉｎｇ、漏斗容積１０００ｍＬ；受容器：９０ｍｍ；孔径：０．２２μｍ；ＰＥＳ、Ｎｏ．：４３１０９８）を用いて濾過した。

４０ｍＭリン酸塩（Ｐ_ｉ）溶液を調製した。きれいな２リットル瓶を取得し、磁気攪拌棒を瓶の中に入れた。５．４４４ｇのＫＨ_２ＰＯ_４を計り取り、この２リットル瓶に入れた。１９．０３８７ｇのＴｒｉｓと、２７３．６７５ｇのＮａＣｌを計り取り、瓶に加えた。瓶をアルゴンで３〜５分間パージした。１８ＭΩ以上のＤＩ水８９８．１ｍＬを加えた。手動ピペットを使って、５．８ｍＬの６Ｎ ＨＣｌを瓶に加えた。この瓶を攪拌プレート上に置き、Ｔｒｉｓ、ＮａＣｌ、及びＫＨ_２ＰＯ_４が完全に溶解するまで攪拌した。溶液の最終体積は１Ｌであり、溶液のｐＨは２５℃で約８．２３であった。必要に応じて、ＨＣｌ又はＮａＯＨを使用して、ｐＨをこの値に調節することができる。この溶液を、０．２２μｍ細胞培養減圧フィルター（Ｃｏｒｎｉｎｇ、漏斗容積１０００ｍＬ；受容器：９０ｍｍ；孔径：０．２２μｍ；ＰＥＳ、Ｎｏ．：４３１０９８）を用いて濾過した。

４９５．３ｍＬの２．０７８７ｍＭ Ｃａストック溶液を調製した。前に調製した３６ｍＭカルシウム溶液を攪拌プレート上に置き、５分間攪拌した。きれいな１リットル瓶を、アルゴンでパージした。２８．６ｍＬの３６ｍＭカルシウム溶液を、ピペットを用いて加えた。１８ＭΩ以上のＤＩ水４６６．７ｍＬを加えた。

５００ｍＬの２．５６９０ｍＭ Ｐ_ｉストック溶液を調製した。前に調製した４０ｍＭリン酸塩溶液を攪拌プレート上に置き、５分間攪拌した。きれいな１リットル瓶を、アルゴンでパージした。３２．１１２ｍＬの４０ｍＭリン酸塩溶液を、ピペットを用いて加えた。１８ＭΩ以上のＤＩ水４６７．８８８ｍＬを加えた。

１．７７９２ｍＭ Ｃａ溶液を調製した。前に調製した３６ｍＭカルシウム溶液を攪拌プレート上に置き、５分間攪拌した。きれいな１リットル瓶を、アルゴンでパージした。３６ｍＭカルシウム溶液と、１８ＭΩ ＤＩ水とを混合して、望ましい濃度を得た。

５００ｍＬの２．２２６２ｍＭ Ｐ_ｉ溶液を調製した。前に調製した４０ｍＭリン酸塩溶液を攪拌プレート上に置き、５分間攪拌した。きれいな１リットル瓶を、アルゴンでパージした。４０ｍＭリン酸塩溶液と、１８ＭΩ ＤＩ水とを混合して、望ましい濃度を得た。

実施例５：１Ｌ容器での溶液堆積によるＨＡコーティング
直径２．５４センチメートル（１インチ）の多孔性金属コーティングされたチタンクーポンをコーティングした。１Ｌジャケット容器のカバーを提供して、堆積プロセス中にアルゴン被覆ガスを可能にした。実施例４により調製された５００ｍＬの２．５６９ｍＭリン酸塩ストック溶液を１Ｌジャケット容器に加え、この容器を攪拌棒プレート上に置いた。撹拌棒を２００ｒｐｍで作動させた。次に、実施例４により調製された４９５．３ｍＬの２．０７８７ｍＭ Ｃａストック溶液をこの容器に注いだ。ＮａＣｌ希釈に伴う体積増大により、２５℃での合計体積は１Ｌであった。この溶液のｐＨは７．６８であり、計算されたｄＧ（ＯＣＰ）は約３．２５、ｄＧ（ＨＡ）は約８．２４であった。ＯＣＰ及びＨＡの相対的ＳＳは、コーティングプロセスの開始時において、それぞれ約３．３及び２２．５であった。加熱した水浴をジャケット容器に循環させ、この溶液を４７℃まで温めた。温度は０．５℃範囲内に制御された。温度センサーは、ＮＩＳＴ追跡可能ＲＴＤで較正した。エッチングされた（活性化された）ディスクを固定具に配置し、１Ｌジャケット容器中に吊されるようにした。コーティング後、ディスクをＤＩ水の第１容器に移し、１分間浸した。次に、ディスクをＤＩ水の第１容器から第２容器に移し、１分間浸した。次に、ディスクをＤＩ水の第２容器から第３容器に移し、１分間浸した。浸した後、ディスクを６ウェルトレイに移し、６０℃の炉で６０分間乾燥させた。

実施例６：フルスケールプロセスの検証
実施例５に示される公称プロセスを、図７に示す「フルスケール」システムを用いて繰り返した。このフルスケールシステムは、１つ以上のコーティングシーケンスの１回のコーティング作業で、最大で４０個の臼蓋、又は１６本の股関節ステムをコーティングするよう設計されている。一連のコーティング作業は、標準ＤｅＰｕｙ ＴｒｉＬｏｃｋ ＢＰＳ股関節ステム、又は直径２．５４センチメートル（１インチ）のクーポン（図１９に示す）を受容するよう改変された股関節ステムの両方を利用して、公称規模と、プロセス限界を超える、及び下回る値で行われた。プロセス限界は、Ｃａ及びリン酸塩濃度が±２％、ｐＨ単位が±０．０６として定義された。コーティングは、実施例に記述されるように、様々な方法で特性評価された。

実施例７：溶液堆積によるＯＣＰコーティング
実施例５に記述される１Ｌプロセスを繰り返したが、ただし下記の変更を行った。１．０２８４ｍＭ Ｃａ溶液の代わりに１．７７７９ｍＭ Ｃａ溶液を使用し、１．２７３０ｍＭ Ｐ_ｉ溶液の代わりに２．２２６２ｍＭ Ｐ_ｉ溶液を使用した。Ｐ_ｉ溶液のｐＨは、Ｃａ及びＰ_ｉ溶液を合わせた後に結果として得られる溶液がｐＨ ７．０００となるようにした。異なる体積時間を用いてコーティングプロセスを繰り返し、この実験のコーティング重量が図１１に示されている。サンプルは、実施例１１に記述されるようにＸＲＤにより特性評価された。

実施例８：プロセスモニターとしてのｄｐＨの使用
公称値での実施例５に記述されるＳｏＤＨＡプロセス、Ｔｒｉｓなしでの公称値での実施例５に記述されるＳｏＤＨＡプロセス、５ｍＭありの公称値での実施例５に記述されるＳｏＤＨＡプロセス、実施例７に記述されるＯＣＰプロセス、及び、５ｍＭ Ｔｒｉｓありの実施例７に記述されるＯＣＰプロセスについて、ｐＨ及び析出質量が監視された。ｐＨと析出量の関係は、例えばＭｉｃｒｏｍａｔｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｓｏｆｔｗａｒｅ（９２０２ Ｌｉｔｚｓｉｎｇｅｒ Ｒｏａｄ、Ｓａｉｎｔ Ｌｏｕｉｓ、Ｍｉｓｓｏｕｒｉ ６３１４４）から販売される溶液熱力学ソフトウェア「Ｃｈｅｍｉｓｔ」バージョン１．０．３を使用して、異なる溶液量及び緩衝液強度に拡大することができる。このｐＨ変化と析出相量の関係は、標的の析出量が形成されることを確認するプロセスモニターとして利用することができる。析出したＣａＰ相の量の関数として、反応物質の濃度及び活性を計算するよう、表２にまとめられている関係に基づいて、スプレッドシートカルキュレーターが構築された。このカルキュレーターによりモデル化され得るＣａＰ相には、化学量論的ＨＡ、化学量論的ＯＣＰ、非化学量論的ＣＤＨＡ、及びＨＡ又はＣＤＨＡとＯＣＰとの混合物が挙げられる。析出したＣａＰ相の各増分について、減少した反応物質濃度がＣｈｅｍｉｓｔに入力され、Ｃｈｅｍｉｓｔが緩衝液タイプ及び分析のレベルに基づいてシステムｐＨを計算する。図１１は、次の式からなるＣａＰの析出した合計ｍｇの関数としての、予測ｐＨ対実験値のプロットを示す。
１）式Ｃａ_１０−ｘ（ＰＯ_４）_６−ｘ（ＨＰＯ_４）_ｘ（ＯＨ）_２−ｘのＣＤＨＡであり、式中ｘ＝１．０以下、
ａ）ＴＲＩＳ緩衝液なし
ｂ）５ｍＭ ＴＲＩＳ緩衝液あり
２）８０％ ＯＣＰと２０％ ＣＤＨＡの混合物であり、式中ｘ＝１．５であり、５ｍＭ ＴＲＩＳあり。

このプロットの実験値は、実施例５及び７により調製されたサンプルから得たものである。

実施例９：ＨＡコーティングの特性評価
図８は、倍率１５０００倍でのＳｏＤＨＡ ＨＡコーティングされた平坦なチタンディスクの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。図９及び１０は、それぞれ倍率１００倍及び４００倍での、ＳｏＤＨＡ ＨＡコーティングされた多孔性内部成長構造（Gription）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。ＨＡコーティングはディスク表面にわたって連続的であったことがわかる。

図１２は、一定のｄＧ、温度、及び攪拌度合での、堆積速度（ｍｇ／ｈｒ）に対する様々な表面積（ｍｍ^２）を有する基材の効果を示す。材料は、実施例５に記述される公称条件を用いて、フルスケール堆積システムにおいて公称値でＨＡコーティングされた。表面積が増加するとコーティング速度が低下することがわかる。この傾向を利用して、所与の基材について、表面積に基づいてコーティング時間を推定することができる。

バルクＨＡ及びＯＣＰの密度は、約３．１ｇ／ｃｍ^３で同様である。実施例５により公称値で調製された、平坦クーポン上に７ｍｇの、ＨＡの堆積は、表面積５．０７ｃｍ^２、厚さ約７マイクロメートルを有し、これは実際の密度約１．９７ｇ／ｃｍ^３、多孔性約３６％に対応している。

図１３は、実施例７によるＯＣＰフィルム形成に関する、様々な初期ｄＧ値でのコーティング速度を示すプロットである。ｄＧとコーティング速度の間の相関関係は、４８℃よりも４７℃において増加していることがわかる。理論に束縛されるものではないが、この傾向は、インプラント上ではなく溶液中での析出により、高ｄＧ値で堆積速度が低下する結果であると考えられる。

実施例１０：フルスケールプロセスの特性評価
公称及びプロセス限界値で実施例５によるフルスケールシステムプロセスにより調製されたコーティングは、下記の特性を満たした。
コーティング重量：投影表面積当たり０．０８〜０．１２ｍｇ／ｍｍ^２
リートベルト解析による結晶質ＨＡ％：７０％超
非晶質リン酸カルシウム％：ＤＳＣによる検出限界未満（実施例１４に記述される）。

ＸＲＤ結晶子径パラメーター：
１／β（２００）１．６３＋−０．１３
１／β（００２）４．１５＋−０．１０
１／β（２１０）１．５＋−０．１０
ＡＳＴＭ Ｆ１１４７により測定される引張接着（グリットブラスト平坦面）：６８ＭＰａ超、Ｃａ／Ｐ比：１．３９〜１．６５

図１４〜１８は、公称条件及びプロセス限界条件で評価された、フルスケールシステムから得られたデータをまとめたものである。すべての場合において、エラーバーはデータの３標準偏差に等しい。

図１４は、公称及びプロセス限界での、実施例６によるフルスケールシステムにおける堆積により調製された、ＨＡコーティングされた材料のＣａ／Ｐ比を示す。Ｃａ／Ｐ比は、湿潤化学的方法により決定された。「ＮＩＳＴ」は、米国国立標準技術研究所標準のヒドロキシアパタイトを指す。

図１５は、公称及びプロセス限界での、実施例６によるフルスケールシステムにおける堆積により調製された、ＨＡコーティングされた材料の、ＸＲＤにより測定されたコーティングの結晶度を示す。結晶度は、コーティング上で選択された回折ピーク下の面積に基づいて測定され、高結晶質のＮＩＳＴ標準の同じピーク下の面積と比較した。報告されていない材料残部は、ＰＳＨＡ堆積中に見られるように、非晶質ではなかった。１００％未満の結晶度値は、フィルムの細かい粒度を反映し、粒界が乱れている事実を示し、回折ピーク面積にはあまり寄与しない。非晶質含有量はＤＳＣにより測定される。

図１６は、実施例６によるフルスケールシステムにおける堆積により調製された、ＨＡコーティングされた基材における、すべての結晶質材料のうち、結晶質材料としてのＨＡのパーセンテージを示す。換言すれば、フィルムの相純度の測定値である。

図１７は、実施例６によるフルスケールシステムにおける堆積により調製されたＨＡフィルムの、ＡＳＴＭ Ｆ１１４７により測定された引張接着を示す。

図１８は、実施例６によるフルスケールシステムにおける堆積により調製されたＨＡフィルムの、ＡＳＴＭ Ｆ１０４４により測定された剪断接着を示す。

実施例１１−ＸＲＤ特性評価
この実施例では、実施例６によるフルスケールシステムにおける堆積により調製されたＳｏＤＨＡ ＨＡと、実施例７により調製されたＳｏＤＯＣＰコーティングが、ＸＲＤにより特性評価された。公称条件を使用して両方のコーティングを調製した。

チタンディスク（直径１インチ）を、図１９に示す固定具で処理した。これらの固定具は、Ｄｅｐｕｙ Ｔｒｉ−Ｌｏｃｋ ＢＰＳサイズ７及び８の股関節ステムインプラントから作製したものであり、ディスクは、ステンレス鋼製の固定ネジで陥凹穴内に保持される。

ディスク（及び固定具）は、実施例３に従って活性化されたが、ただし、フルスケールプロセス器具でのコーティングの前に、４５℃で４時間、２．５Ｎ ＮａＯＨを用いた。合計１６枚の平坦ディスクを、２回の２時間コーティングシーケンスを用いて、８つの固定具でコーティングした。

コーティングされたディスクとして４枚を分析した。重ね合わせたＸＲＤプロット（図２０Ａ及び２０Ｂ）は、ＨＡコーティングが相純粋のＨＡ（Ｘ線装置の検出限界内）であること、及びこのＨＡコーティングが（００２）結晶方向で高度にテクスチャ化されていることを示す。図２０Ｂは、２５〜２７°の２θのピークを示す。コーティングされたＳｏＤＨＡ ＨＡディスクの、重ね合わせたＸＲＤスキャンは、背景と共に測定され、この背景はＰａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｘ’Ｐｅｒｔソフトウェアを用いて計算され除去された。これらの観察結果は更に、より激しい６０℃での５Ｎ ＮａＯＨ曝露下で活性化されたディスクの結果と一貫していることがわかる。

図２１Ａに示すように、リートベルト解析を用いた粉末ＸＲＤにより、ＳｏＤＨＡ ＨＡ削り粉末が解析された。コーティングされたＨＡ材料をＴｉ基材まで削り取る際、粉末中に過剰なＴｉ混入が生じないように、注意が必要である。コーティングされた平坦基材それぞれについて、粉末の量が比較的小量（６〜８ｍｇ）であるため、６つの基材を削り、約１５ｍｇのＳｏＤＨＡ粉末を得ることが望ましかった。ＳｏＤＨＡの質量と、内部標準として混合された水晶標準の質量が、表３に示されている。ＳｏＤＨＡ ＨＡについてコンパイルしたＸＲＤスキャン（１粉末、３回繰り返し）が、図２１Ａに示されている。

表４の結果は、測定された結晶質ＨＡ含有量が８０．２８％であることを示している。無作為な向きの粉末中での、４．７２°２θにある１００％強度のリン酸八カルシウム（ＯＣＰ）ピーク（０１０）は、ＳｏＤＨＡ ＨＡ粉末のＸＲＤトレースのいずれにも見られなかったことに注意されたい。よって、ＳｏＤＨＡ ＨＡ削り粉末中にはＯＣＰはほとんど、又は全くないこと、及び、リートベルトモデルにより計算されるＯＣＰがある場合は、３°近くの２θ角度での、ＸＲＤ背景曲線のアーチファクトである可能性が高いことが結論付けられる（図２１Ｂ）。

表５は、ＨＡサンプルでＸＲＤを用いて測定された、様々なピークの相対強度と共に、測定された２θ°値を示す。背景はＰａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｘ’Ｐｅｒｔソフトウェアを用いて計算され除去された。標準ＨＡ粉末（ＰＤＦ番号０９−０４３２）に対するＸＲＤピーク指標が、参照のため挿入されている。各ピークの相対強度が、スキャン中の最も強いピークに対するパーセンテージとして計算された。コーティングには好ましい向きがあるため、ＮＩＳＴ ＳＲＭデータに公開されているすべてのピークが、コーティングされたＳｏＤＨＡ ＨＡコーティング中に観察されるわけではないことに注意されたい。また、無作為な向きの粉末における１００％強度ピークは３１．７６°２θにある（２１１）ピークであり（公開ＮＩＳＴデータＳＲＭ ２９１０ａ）、一方、コーティングされたＳｏＤＨＡ ＨＡディスクで観察される１００％強度ピークは、２５．８９°２θにある（００２）ピーク（及び、５３．１４°２θにある（００４）ピークも）（図２２）であることに注意されたい。（００２）ピークの強度増大は、（００２）面に対して垂直方向に高度に方向付けられている結晶であることを示す。

ＳｏＤＨＡサンプルは、表６に示す平均結晶子径を有することが測定された。

ＯＣＰコーティングのＸＲＤスペクトル重ね合わせを図２３に示す。表７は、背景を計算し除去した後の、各ピークの相対強度と共に、２θ°測定値を示す。各ピークの相対強度が、スキャン中の最も強いピークに対するパーセンテージとして計算された。

無作為な向きの粉末における１００％強度ピークは４．７２°２θにある（０１０）ピークであり（公開ＪＣＰＤＳ ００−０２６−１０５６データ）、一方、コーティングされたＳｏＤＨＡ ＯＣＰディスクで観察される１００％強度ピークは、２６．００°２θにある（００２）ピークであることに注意されたい。（００２）ピーク（及び、５３．５°２θの（００４）ピークも）の強度増大は、（００２）面に高度に方向付けられている結晶であることを示す。

実施例１２−ＦＴＩＲ特性評価
実施例５により調製されたＳｏＤＨＡ ＨＡのＦＴＩＲスペクトルが取得された。このＦＴＩＲスペクトルを図２４に示す。

実施例１３−溶解
ＳｏＤＨＡコーティングと、ＮＩＳＴヒドロキシアパタイト参照材料の溶解速度が測定された。これは、ｐＨ ７．４のＴｒｉｓ緩衝食塩水溶液にサンプルを入れ、カルシウム濃度の変化を測定することにより測定された。図２５は、ＳｏＤＨＡ ＨＡコーティングの溶解結果を示し、図２６はＮＩＳＴ標準の溶解結果を示す。ＮＩＳＴサンプルは２時間未満後にカルシウム放出が停止したが、ＳｏＤＨＡサンプルはカルシウムを２０時間超にわたって放出し、明確な溶解プラトーは見られなかった。

実施例１４−示差走査熱量測定（ＤＳＣ）
示差走査熱量測定（ＤＳＣ）はこれまで、プラズマスプレーされたヒドロキシアパタイト材料において、非晶質リン酸カルシウム相の熱再結晶を直接観察し定量的に測定するのに研究されてきた。非晶質リン酸カルシウムは、様々な温度（５００℃〜７５０℃の範囲内）で起こる一連の発熱反応によって再結晶し、プラズマスプレーパラメーター（例えばプラズマ出力、供給速度、コーティング厚さなど）の変化に依存して異なる強度を有することが報告されている。反応は、約５００〜５５０℃の発熱ピーク（材料中のヒドロキシル基豊富な非晶質領域の結晶化）、約６００〜６５０℃の発熱ピーク（ヒドロキシルイオンがヒドロキシル基涸渇領域に拡散）、及び約７２０〜７５０℃の発熱ピーク（オキシアパタイト相の結晶化）に見られる。

この例において、ＤＳＣは、７２５℃まで加熱した際の不純物及び／又は非晶質相の結果として、ヒドロキシアパタイト／リン酸カルシウム材料中に生じ得る何らかの相転移（例えば再結晶化）を観察するのに使用される。

実施例５により調製された溶液堆積ＳｏＤＨＡ ＨＡ粉末は、平坦なＴｉ６４証明クーポンから削り取られた。各粉末材料を、ＤＳＣを用いて最低３回試験された。Ｐｙｒｉｓ ＤＳＣ解析ソフトウェアを使用して、全粉末サンプルについてピーク面積とピーク位置（５５０〜７１０℃）を測定し、結果として得られる再結晶エネルギー（Ｊ／ｇ）を計算した。

コーティングされたＴｉ証明クーポンから削られたＳｏＤＨＡ粉末のＤＳＣ解析を図２７に示す。これには、加熱による識別可能な発熱ピークは示されていない。

関心領域、すなわち５５０℃〜７１０℃において、ＳｏＤＨＡ削り粉末について生成されたＤＳＣ加熱曲線には、発熱ピークは見られなかった。このことは、ガラス状非晶質相が、あったとしてもごくわずかであることを示す。ＤＳＣ曲線に基づき、試験されたＳｏＤＨＡ粉末中のガラス状非晶質材料は２重量％未満であった。また、ＤＳＣを用いて解析されたＳｏＤＨＡ粉末は、試験後に灰色であった。このことは、少量のチタンが削り取り時に基材から除去され、これがＤＳＣ試験中に酸化したものであることを示す。

実施例１５−イヌ研究
イヌ研究の目的は、市販されているチタン製多孔性インプラントに堆積させたときのリン酸カルシウムコーティングのインプラント固定に対する影響を評価することである。この固定性能は、骨インプラント界面の押し抜き強度の試験と、骨の内部成長、骨の付加生長、及び隙間領域の骨の治癒の組織形態計測的分析とにより評価された。この研究において、リン酸カルシウムコーティングの性能が、コーティングされていない多孔性インプラント、及び、同じ多孔性インプラントを、市販のプラズマスプレーヒドロキシアパタイトコーティングでコーティングしたものと、比較された。

インプラントは、９匹の大型の、骨格が成熟した、雑種血統のハウンド種イヌの海綿骨内に形成された、円筒形の欠損内に配置された。イヌの骨構造はヒトの骨に非常に類似しているため、イヌが試験のモデルとして選択された。本研究に選択されたインプラントの部位は、大きな海綿骨体積を提供する。合計９匹のイヌが本研究に参加した。ＶＢＦ（Ｍａｄｉｓｏｎ、ＧＡ）から取得したイヌは、Ａｎｔｅｃｈ、Ｉｎｃ．から購入された。イヌの血統は雑種であった。９匹のイヌは、参加時に年齢約１〜３歳であり、体重は２５〜３１ｋｇであった。本研究に参加したすべてのイヌのうち、１匹がメス、残りはすべて未去勢のオスであった。９匹すべてがＶＢＦに到着時に健康であると見られた。手術前のＳＪＴＲＩでの検査により、明らかな異常は見られなかった。

インプラント固定に対するこれらのコーティングの影響は、１ｍｍ隙間、及び直列又は精密接合の両方において評価された。これらは、ヒトにおける関節全置換術において遭遇するインプラント対宿主骨接合シナリオの範囲を表わすものである。１匹当たり４つの欠損を海綿骨内に形成して、直径６ｍｍインプラントの多孔性コーティング表面と宿主骨との間に、直列及び放射方向に１ｍｍの隙間で接合する、横並びの領域を形成した。これらの欠損は、上腕骨近位側と大腿骨遠位側において、両側に形成された。１ｍｍ放射方向隙間接合で単独インプラントを配置するために、１匹当たり２つの追加の欠損が、両側上腕骨の第１欠損の遠位側、海綿骨内に形成された。これを行ったのは、本モデルにおいて横並びのインプラント埋入に好適な解剖学的部位の数が限られているためである。

下記の試験物品が使用された。
ＳｏＤＨＡ ＨＡコーティング（ＳｏＤＨＡコーティングのＨＡバージョン）を備えたＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）−長さ１０ｍｍ及び１１ｍｍ、直径６ｍｍ。
ＳｏＤＨＡ ＯＣＰコーティング（ＳｏＤＨＡコーティングのリン酸八カルシウムバージョン）を備えたＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）−長さ１０ｍｍ及び長さ１１ｍｍ、直径６ｍｍ
コーティングなしのＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）−長さ１０ｍｍ及び長さ１１ｍｍ、直径６ｍｍ
Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）プラズマスプレーＨＡ（プラズマスプレーＨＡコーティング）−長さ１０ｍｍ及び長さ１１ｍｍ、直径６ｍｍ

本研究の動物は、動物福祉法の要件に従って取り扱い、維持した。コンプライアンスは、「Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃａｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ａｎｉｍａｌｓ」、ＩＬＡＲ、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ Ｐｒｅｓｓ（１９９６年改訂）の標準に準拠することによって達成された。動物は、行動、外観、排尿、便通、呼吸、摂食、及び可動性について毎日評価された。

イヌはＡＲ０２０「Ｒｏｕｔｉｎｅ Ｃａｒｅ ｆｏｒ Ｄｏｇｓ」に従って飼育された。床面積約２平方メートル（約２４平方フィート）のステンレススチール製走路を備えたケージに入れた。床は、衛生管理のため除去可能なビニルコーティングされた拡張メッシュ床で持ち上げられていた。ケージは少なくとも１日１回、必要に応じてそれ以上、ホースで水洗いし、***物の蓄積を防いだ。動物は、毎日の清掃中にその場に留まり、動物が乾いた状態を保てるような手段がとられた場合がある。飼育施設に使用した洗浄剤又は消毒剤はすべて、ＵＳＤＡ「食品安全」として指定されたものであり、担当獣医により使用が認められたものである。

ケージ及び保持室の衛生管理は、２〜６週間ごとに（生物学的モニタリングに基づく頻度で）加圧洗浄機又はその他の認可された薬剤を使用して行われた。衛生管理時には動物はケージから他に移され、熱水又は消毒薬溶液に曝露するのを防いだ。消毒薬溶液が使用された場合は、ケージ及び室内の全ての表面を完全にすすいだ。

動物は、ＡＲ０４５「Ｑｕａｒａｎｔｉｎｅ、Ａｃｃｌｉｍａｔｉｏｎ、Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ｅｎｒｏｌｌｍｅｎｔ」に述べられているとおりに順応させた。ＡＲ０４５のセクション６．１．４には、「イヌはＵＳＤＡクラスＡ業者から入手し、約３日間順応のため保持する。検疫は不要である」と述べられている。ＡＲ０４５により、イヌは単一の業者から入手し、施設外で別個に飼育された。少なくとも２日間動物を保持して生理学的安定化を行ってから、外科的植え込み手順を行った。

ＡＲ０２０「Ｒｏｕｔｉｎｅ Ｃａｒｅ ｆｏｒ Ｄｏｇｓ」により、イヌには、ＵＳＤＡ及び全米研究評議会規定に従い体重と活動量に適切な量の給餌が行われた。すべての食餌はステンレス鋼製ボウルで与えられた。手術処置が予定されていないすべての動物に、少なくとも１日１回給餌された。手術処置が予定されている動物は、手術前の１２〜２４時間、絶食させた。本研究の妥当性に干渉すると見なされる周知の汚染物は存在しない。

本研究の動物は、ＡＲ０２０「Ｒｏｕｔｉｎｅ Ｃａｒｅ ｆｏｒ Ｄｏｇｓ」に従って、新鮮で清潔な水に自由にアクセスできた。本研究の妥当性に干渉すると見なされる周知の汚染物は存在しない。

手術処置を受けたすべての動物は、ＡＲ００６「Ｕｓｅ ｏｆ Ｓｅｄａｔｉｖｅｓ、Ａｎａｌｇｅｓｉｃｓ ａｎｄ Ａｎｅｓｔｈｅｔｉｃｓ」に準拠して麻酔薬が与えられた。植え込み時に、表８ａ〜８ｃに示す下記の薬剤が動物に投与された。

すべてのイヌの手術中に、心拍数、呼吸、酸素飽和度を測定するパルスオキシメトリー、呼気中二酸化炭素、体温、及び四肢誘導心電図記録のモニターが行われた。

同側前肢及び骨盤肢が手術のために準備され、無菌的にドレープ処理された。肩関節の頭外側に、肩峰突起から上腕骨近位側３分の１まで、１０ｃｍの皮膚切開を行った。出血は電気焼灼で制御された。表在性筋膜を、同じ面に沿って切開した。三角筋の肩峰突起の下を切り、可動化し、尾側に引き戻した。上腕骨近位側の頭外側の平らな表面にある小円筋から、粗面のすぐ遠位側で、電池式ドリルを使って、２．４ｍｍガイドピンを、骨表面に対して９０度からやや近位側の方向に向けて配置した。ピンの位置は蛍光透視検査で評価された。必要に応じて調節を行った。次にガイドピンのドリルガイドを利用して、第１のピンから１７ｍｍ遠位側に平行に、第２の２．４ｍｍガイドピンを配置した。次に深座ぐりの管状ドリルビットを利用して、近位側２．４ｍｍガイドピンの上から重ねてドリル穴開けをして、段のある又は深座ぐりの、直径６／８ｍｍ、長さ約２４ｍｍの円筒形欠損を形成した。次に８ｍｍ管状ドリルビットを利用して、遠位側２．４ｍｍガイドピンの上から重ねてドリル穴開けをして、深さ約１４ｍｍの欠損を形成した。ゆっくりしたドリル穴開け中に、食塩水洗浄を使用して、ドリルビット摩擦による熱壊死を回避した。各欠損に静かに洗浄を行い、骨破片を除去した。各欠損のすぐ周囲にある骨膜を１〜２ｍｍ切り戻して、試験物品埋入時に欠損内に持ち込まれるのを防いだ。

上腕骨の２つの欠損に、インプラントの外端が皮質表面のすぐ下に配置されるように、試験／対照物品を植え込んだ。最初に、直径６ｍｍのインプラントを、上腕骨上側の欠損の直径６ｍｍ部分に埋入して、インプラントと、骨欠損の円筒形壁との間に、直列又は精密接合を形成した。次に、最初に直径８ｍｍのチタン製スペーサーをインプラントの端に組み込んでから、第２の直径６ｍｍインプラントを、上腕骨上側の欠損の直径８ｍｍ部分に埋入した。直径８ｍｍのスペーサーを備えた直径６ｍｍのインプラントを、上腕骨近位側の直径８ｍｍの下側欠損内に埋入した。植え込まれたとき、これらのスペーサーは、インプラントの多孔性コーティングされた表面と骨欠損との間に、連続的な、放射方向に１ｍｍの隙間を形成した。これらのスペーサーは、放射方向隙間インプラントアセンブリの各端に長さ１ｍｍを追加する。更に、より厚い（２及び３ｍｍ）のスペーサーを、放射方向隙間インプラントのアセンブリ外側に使用して、機械的な支持のためにスペーサーを皮質骨に確実に接触させ、かつ必要に応じて術後の出血を制限する。試験物品を近位側及び遠位側の欠損内に埋入し、その位置を蛍光透視検査で記録した。

次にこの創傷を洗浄し、３層で閉じ、閉塞性の死腔をできる限り処理した。深層及び皮下層を３−０Ｖｉｃｒｙｌで閉じた。４−０Ｖｉｃｒｙｌを皮下パターンに使用して、閉鎖を完了した。

Ｉｏｂａｎバリヤードレープを配置し、無菌的な肢吊り下げ準備の後、同じ側の後膝の外側面に、上顆を中心として通って、８ｃｍ皮膚切開を行った。出血は電気焼灼で制御された。二頭筋筋膜を切開し、同じ面に沿って引き戻し、切開を関節包内に延長した。大腿骨の遠位外側表面の領域で、外側側副靱帯の起点のすぐ頭側かつ近位側の位置を特定した。２．４ｍｍガイドピンを、大腿骨の長手軸に対して９０度の角度で配置した。ガイドピンの位置を蛍光透視検査で評価し、必要に応じて調節した。次に６／８ｍｍの深座ぐりの管状ドリルビットを利用して、深さ２４ｍｍの、外側から内側へ円筒形の欠損を形成した。前述のように、ドリル穴開け中と穴開け後に、食塩水洗浄を行った。円筒形欠損のすぐ周囲にある骨膜を切除してから、試験物品埋入を行った。直径６ｍｍのインプラントを、欠損の直径６ｍｍ部分に埋入して、インプラントと、骨欠損の壁との間に、精密接合を形成した。直径８ｍｍのチタン製スペーサーをインプラントの各端に組み込んでから、第２の直径６ｍｍのインプラントを、欠損の直径８ｍｍ部分に埋入し、インプラントと欠損の壁との間に放射方向１ｍｍの隙間で接合する領域を形成した。試験物品埋入の後、インプラントの位置を蛍光透視検査で記録した。創傷洗浄の後、関節包を２−０ ＰＤＳで閉じ、深部筋膜を０−ＰＤＳで単結節パターンで閉じた。皮下及び表皮下層の縫合は、３−０ Ｖｉｃｒｙｌを用いて実施された。

片側に２か所のインプラント部位が形成された。図２８に示すように、上腕骨近位側で、ＳｏＤＨＡ ＨＡとＧｒｉｐｔｉｏｎが埋入された。上腕骨近位側では、上側（より近位側）及び下側（より遠位側）が、２つの欠損の相対的位置であり、それらの中心間は１７ｍｍ離間していた。図２９に示すように、大腿骨遠位側で、ＳｏＤＨＡ ＨＡとＰＳ ＨＡが埋入された。すべてのインプラントが正常に埋入された。

イヌは、反対側に反転され、無菌的処理と滅菌ドレープが行われた。反対側の前肢及び後肢において、同じ手順が繰り返された。

ＡＲＯ １１「Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ａｎｄ Ｄｏｃｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ Ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ Ｗｅｌｆａｒｅ」に準拠した方法で、動物は少なくとも１日１回観察された。具体的には、イヌには、獣医学形式の記録保持の現行標準に従って、一般健康評価が行われた。

感染のエビデンスは観察されなかった。数匹の動物が１つ以上の切開部裂開を起こした。これはおそらく、舐めたことによるものである。包帯及びエリザベスカラーを装着したが、動物たちは容易にこれらを取り外した。一部の動物たちが術後に１つ以上の切開部の周囲に水分蓄積を起こした。これらの動物から採取した液の分析と細菌培養を行い、漿液腫の一次鑑別診断により非化膿性の炎症であることがわかった。感染のエビデンスは観察されなかった。ＣＢＣ及び血清検査により、顕著な異常は見られず、全身性の感染プロセスのエビデンスはなかった。皮層を超えて広がる炎症は全体的に観察されず、Ｘ線撮像又は検死中にも骨の反応は観察されなかった。２匹の動物でインプラントからエンドキャップが外れたが、インプラントは無傷のままであり、ゆるみや遊走のエビデンスはなかった。このことは、初期植え込み部位での堅固な固定を示している。

すべての動物を６週間後に殺処分した。動物は、ＡＲ００７「Ｅｕｔｈａｎａｓｉａ ｏｆ Ａｎｉｍａｌｓ」に準拠し、また「Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ＡＶＭＡ Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｏｎ Ｅｕｔｈａｎａｓｉａ」（２００７年６月）に従って、５〜７ｍＬ（１８００ｍｇ〜２５２０ｍｇ）のＥｕｔｈａｓｏｌを使用して安楽死させた。

獣医病理学専門医により、インプラント部位の検死が実施された。植え込まれた上腕骨及び大腿骨が採取され、周囲の軟組織を除いて切除された。サンプルを、食塩水に浸したガーゼで包んだ。検死からすぐに、検体のそれぞれについて、前側／後側、長手方向及び横断方向で、生体外蛍光透視検査画像を撮影し、海綿骨内のインプラントを可視化した。インプラントが植え込まれた骨を検死時に切除し、ヒートシールで密封したプラスチック袋に入れ、氷水詰めでＨｉｓｔｉｏｎ、Ｉｎｃ．（Ｅｖｅｒｅｔｔ、ＷＡ）に送付し、実施例１６〜１７に記述されるように、組織学的評価又は機械的評価のための処理を行った。検体は食塩水に浸したガーゼで包み、組織学的分析のためにＨｉｓｔｉｏｎ、Ｉｎｃ．（Ｅｖｅｒｅｔｔ、ＷＡ）に送付した。

実施例１６−組織学的結果
リン酸カルシウムコーティングの性能が、コーティングされていない多孔性インプラント、及び、同じ多孔性インプラントを、市販のプラズマスプレーヒドロキシアパタイトコーティングでコーティングしたものと、比較された。蛍光透視画像により、すべてのインプラントが定位置にあったことが明らかになった。

この結果は、６週間のフォローアップ期間で、上腕骨近位側及び大腿骨遠位側において両側でコーティングあり及びなしの多孔性デバイスが正常に植え込まれたことと、整合していた。本研究の個体群で観察された術後合併症は、本研究又はそのデータの完全性に対して影響を及ぼさない。本研究は、海綿骨内の固定を改善するよう設計された様々なコーティングがありの場合となしの場合の多孔性インプラントの比較を可能にする動物モデルの利用において、奏功した。

残りの組織を必要に応じてトリミングし、１０％中性緩衝液ホルマリンで固定し、各インプラントの隙間部分を含む検体を、メチルメタクリレートに埋め込んだ。各検体から、Ｓｔｅｖｅｎｅｌ’ｓ Ｂｌｕｅ／ｖａｎ Ｇｉｅｓｏｎで染色した２つの研磨横断切片が作製され、定量的に評価されて、多孔性コーティング内の骨のパーセンテージと、隙間領域内の骨のパーセンテージが決定された。上腕骨上部近位側と大腿骨遠位側のみに配置された検体から、外周（外周に連続する内側表面を含む）に対する骨の付加生長と、合計付加生長（外周付加生長と、多孔性コーティングの隙間内の表面に対する付加生長とを含む）が測定された。両方の切片のデータを平均した。平均データを使用して、ＡＮＯＶＡ及びテューキー多重比較検定により群間の差を決定した。３つの異なる場所に埋入されたインプラントを別々に比較した。上腕骨上部近位側では、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡ及びＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＯＣＰインプラントを、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）多孔性コーティングインプラントと比較した。大腿骨遠位側では、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡインプラントを、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）プラズマスプレーＨＡインプラントと比較した。切片を位置によりグループ分けし、定性的に評価して、各インプラントタイプに対する細胞及び組織の反応を判定した。

各スライドについて、処置を知らない状態で、組織形態計測的分析を実施した。各インプラントの隙間と、付加的な量の周囲組織とを含んだ、低倍率のデジタル画像を各切片について撮影した。静的な組織形態計測的分析を行って、インプラント表面に対する骨の付加生長％、多孔性コーティング内の骨％、及び隙間領域内の骨％を決定した。内部成長は、合計空隙％として測定された。評価された追加のパラメーターとしては、平均コーティング厚さが含められた。ＳｏＤＨＡ ＨＡ隙間、ＳｏＤＨＡ ＨＡ直列、及びＧｒｉｐｔｉｏｎ直列インプラントについて、様々な検体に対して平均した結果を表９に示す。

この組織形態計測的結果は、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡインプラントについての、上腕骨上部近位側植え込み部位での、隙間及び多孔性コーティング表面への骨内部成長は（約１４％内部成長）、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＯＣＰに比べてより良好であり、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）多孔性コーティング対照群（約８％内部成長）に比べて顕著に良好であることを示している。外周、及び全体のインプラント外周に付加生長した骨のパーセンテージは、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡインプラント群（約１７．５％付加生長）の方が、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）多孔性コーティング群（約４．５％付加生長）に比べて顕著に良好であり、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡ群とＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＯＣＰ群との間では有意な差はなかった。

加えて、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡインプラントについての、上腕骨上部近位側植え込み部位での、隙間及び多孔性コーティング表面への骨内部成長は（約１４％内部成長）、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）プラズマスプレーＨＡ（約１２％内部成長）に比べてより良好であった。Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）プラズマスプレーＨＡ及びＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡインプラントの画像を、それぞれ図３０及び３１に示す。

更に、図３２に示すように、植え込みから６週間後の残留コーティング面積が、インプラント切片の定量的画像分析に基づいて測定された。Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）プラズマスプレーＨＡコーティングされた隙間サンプルとは対照的に、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡコーティングされたサンプルは、残留コーティング面積が実質上なかった。

定性分析では、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡ群の方が、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＯＣＰ及びＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）多孔性コーティング群に比べて、多孔性コーティング内に深く入り込む骨付加生長がより多く、後者では、金属基材に対する線維性組織の付加生長がかなりの量示された。全体的に、これらのデータにより、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡインプラントが上腕骨上部近位側部位では最良の性能を示した。

大腿骨遠位側に埋入されたＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡ及びＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）プラズマスプレーＨＡインプラントに比べると、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡは、この群の隙間及び多孔性コーティングへの骨内部成長の平均割合が最高であった。

定性的結果により、６週間で試験インプラントには残留ＨＡのエビデンスはほとんど又は全くなく、試験インプラントのいずれの周囲にも粒子のエビデンスがなく、炎症がなく、巨細胞（ＧＣ）もないことが示された。加えて、Ｘ線撮像の結果により、インプラントのいずれの周囲にも異常なＸ線透過性のエビデンスがないことが示された。全体として、これらのデータは、６週間にわたり試験コーティングの植え込みに伴う安全性問題がないというエビデンスを提供し、この試験ＨＡコーティングが６週間までにほぼなくなることを示唆する。

Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＨＡは、上腕骨上部近位側において、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ（商標）ＳｏＤＨＡ ＯＣＰとＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）多孔性コーティングのいずれよりも良好な性能を呈した（多孔性コーティング及び隙間領域における骨パーセンテージにおいて、並びに、多孔性外周及び全外周に対する骨付加生長のパーセンテージにおいて、後者群に比べて顕著により良好である）。定性的分析により、６週間までに、残留する試験ＨＡはほとんど又は全く示されなかった。インプラント周囲において炎症、ＧＣ、粒子、及びＸ線透過性がないことに基づいて、植え込みから６週間後のいずれかのインプラント部位で検出されるインプラント又は試験ＨＡコーティングに対する有害反応は存在しない。

実施例１７−機械的試験
実施例１５で得た切除サンプルである、埋め込まれていた骨から、合計厚さ９０ ５ｍｍの海綿骨ブロックを除去した。処理を促進するためにＸ線撮影を行った後、検体をトリミングして余分な骨（挿入部位及び／又はスペーサー付近での骨過形成を含む）を除去した。検体をトリミングして、すべての側面でインプラント周囲の骨が４ｍｍ以上残るようにした。各隙間接合インプラントの長手軸に対して垂直に、厚さ５ミリメートルのウエハを切断し、機械的試験に使用した。各直列接合インプラントの長手軸に対して垂直に、厚さ５ミリメートルのウエハを切断し、機械的試験に使用した。調製が終わったら、機械的試験検体を、食塩水に浸したガーゼで包み、−７０℃で凍結し、機械的試験のためにドライアイス詰めでＨｉｓｔｉｏｎ、Ｉｎｃ．（Ｅｖｅｒｅｔｔ、ＷＡ）に送付した。トリミングした検体それぞれの残り部分はＮＢＦで固定し、組織学評価に使用した。

組織学評価用の検体をトリミングしてから、インプラントの長手軸に対して垂直に切断した。隙間を含む関心領域（ＲＯＩ）から、互いに約２００〜４００μｍ離間した２枚の研磨横断切片が作製された。切片（ｎ＝１０８）をトルイジンブルー／パラゴン又は他の適切な染料で染色し、組織形態計測的評価を行った。

検体に対して１ｍｍ／分で、ピーク力の７５％低下になるまで、静的押し抜き試験を実施した。試験は、２．５ｋＮロードセルと直径４．０ｍｍピンを備えたＭＴＳ Ｓｉｎｔｅｃｈ ６５／Ｇ静的試験装置を使用して形成した。各検体は、カスタムのポッティング固定具にセメント固定された、植え込み済みのペグを含む、イヌの骨切片からなっていた。ＭＴＳ ＴｅｓｔＷｏｒｋｓ（改訂版４．０８Ｂ）ソフトウェアを使用して、ピーク負荷の７５％低下になるまで、毎分１．０ｍｍで圧縮付加を印加した。

各検体及びサンプルについて、力と変位を記録し、ピーク応力とピーク力でのエネルギーを計算した。表１０に、イヌの押し抜き試験がまとめられており、Ｇｒｉｐｔｉｏｎ、ＳｏＤＨＡ ＨＡ、ＳｏＤＨＡ ＯＣＰ（あるいはＳｏＤＯＣＰ ＯＣＰ）、及びプラズマスプレー（ＰＳ）ＨＡと、様々なインプラント位置について、平均応力と標準偏差応力を示す。隙間インプラントと直列インプラントの両方が示されている。

実施例１８−有機溶媒交換と超臨界ＣＯ_２溶媒抽出
実施例６の記述に従いＳｏＤＨＡコーティングを形成した後、コーティングされたＧｒｉｐｔｉｏｎ（商標）及びグリットブラストされた平坦なクーポンをＤＩ水ですすぐ。残った水性溶媒を、エタノールを用いて浸漬工程で３回交換する。研究で行った浸漬時間は１時間及び２０時間である。エタノールでの有機溶媒交換の後、クーポンをラック上に置き、１００ｍＬステンレス鋼製容器に挿入する。クーポンをエタノールで覆い、容器の上側エンドキャップを閉じる。ＣＯ_２流は、容器の上から下に向かって流れ出る方向である。容器を液体ＣＯ_２で１００ｂａｒに加圧し、室温下、気体ＣＯ_２流量約２リットル／分で、液体エタノールを液体ＣＯ_２で置換する。置換時間は約１／２時間である。エタノールを置換した後、容器を３８℃に加熱し、流量５リットル／分の気体で、超臨界ＣＯ_２を用いて、４時間乾燥させる。４時間の割当て乾燥時間の後、温度をＣＯ_２臨界温度の３２℃超に維持しながら、容器の圧力を大気圧まで下げる。この圧力降下は、ガス流量約１リットル／分で行い、約１／２時間かける。

実施例１９−ＳｏＤＨＡの熱水処理による再析出
実施例６により調製されたＳｏＤＨＡコーティングされたクーポンを、ＤＩ水から、実施例４により調製された１５ｍＬの４０ｍＭリン酸塩（Ｐｉ）シロップ、又は実施例４により調製された１５ｍＬの２．２２６２ｍＭｍＭ Ｐｉストック溶液の入ったガラス瓶へと、迅速に移した。このガラス瓶をキャップで密封した。ＳｏＤＨＡフィルムの熱水処理は、９０℃で２時間実施した。熱水処理の後、ＳｏＤＨＡコーティングされたクーポンを過剰量のＤＩ水で１分間すすぎ、６０℃の炉で１時間乾燥させた。

ＳｏＤＨＡ及び熱水処理ＳｏＤＨＡ（ＳｏＤＨＡ−ＨＴ）フィルムの表面形態を、走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ、Ｑｕａｎｔａ ６００ Ｆ）で調べた。ＳｏＤＨＡ及びＳｏＤＨＡ−ＨＴの走査型電子顕微鏡画像をそれぞれ図３３Ａと３３Ｂに示す。Ｘ線回折測定（Ｐｈｉｌｉｐｓ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ）により、４５ｋＶ、４０ｍＡでＣｕ Ｋα放射を使用して、ＳｏＤＨＡ及びＳｏＤＨＡ−ＨＴフィルムの相組成が同定された。図３４に示すように、ＳｏＤＨＡフィルム及びＳｏＤＨＡフィルム（Ｐｉストック溶液中、９０℃で２時間熱水処理）のＸＲＤパターンを、４°〜６０°（２θ）にわたり、０．０２°刻み、０．０１°／ｓで収集した。このＸＲＤ結果により、熱水処理は新たな相を導入しないことが明らかになった。

実施例２０−ひび割れ定量
実施例１８及び１９による後処理のひび割れ改善効果を、画像分析を用いて定量した。これは、所定の水平グリッド上で、ひび割れ交差の数を測定することにより行った。画像は倍率１０００倍でｍＦＥＩ Ｑｕａｎｔａ ６００ Ｆ ＳＥＭにより撮影され、これをＡｘｉｏ Ｖｉｓｉｏｎソフトウェア（ＡｘｉｏＶｉｓｉｏｎ ＳＥ６４、リリース４．９．１．０、Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ＧｍｂＨ販売）と２５本の水平グリッド線（長さ１９３．５μｍ、垂直方向に６μｍ離間）が画像のほぼ全体にわたって置かれた。次に、画像内のひび割れとグリッド線の交点を手作業でマークした。交点はオペレーターが手作業で選び、ソフトウェアによる誤差を排除した。所与の面積内の交点の数を、ＳｏＤＨＡコーティングの表面ひび割れ度合の定量測定値として使用した。この方法を表わす代表的な画像を図３５Ａ及び３５Ｂに示す。

最適化された熱水処理パラメーターでの公称ＳｏＤＨＡが、ひび割れが最小限であり、交点は５０未満であった。代表的な通常乾燥と後処理コーティングについての、ひび割れ交点の数及び交点密度を、表１１に示す。

図面及び上記の説明において本発明を詳細に例証及び説明してきたが、このような例証及び説明は、その性質上、あくまで例示的なものであって限定的なものとは見なすべきではなく、あくまで代表的な実施形態を示しかつ説明してきたのにすぎず、本発明の趣旨の範囲内に含まれるすべての変更及び改変は保護されることが望ましいことが理解される。

本明細書に記述されるＨＡ及びＯＣＰコーティングの様々な構造に基づく本発明の複数の利点が存在する。本発明のコーティングそれぞれの代替的な実施形態は、記載した特徴の全てを有していない場合もあるが、依然としてこのような特徴の利点の少なくともいくつかから恩恵を享受していることが留意される。当業者であれば、本発明の１つ以上の特徴を取り入れた、「特許請求の範囲」において定義される本発明の趣旨及び範囲に包含されるリン酸カルシウムコーティングを独自に実施することが容易に可能であろう。

〔実施の態様〕
（１） 金属表面と、前記金属表面の少なくとも一部分の上に堆積されたリン酸カルシウム層と、を含む整形外科用インプラントであって、前記リン酸カルシウム層は、ＸＲＤを行った際に、（００２）ＸＲＤピーク及び（１１２）ＸＲＤピークを生成し、前記（００２）ＸＲＤピークが前記（１１２）ＸＲＤピークの１．５〜１０倍の強度を有する、整形外科用インプラント。
（２） 前記リン酸カルシウム層がヒドロキシアパタイトを含む、実施態様１に記載の整形外科用インプラント。
（３） 前記リン酸カルシウム層が［００１］方向に約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの平均結晶子径を有する、実施態様２に記載の整形外科用インプラント。
（４） 前記リン酸カルシウム層がインビトロで２４時間超にわたって連続的に溶解する、実施態様２に記載の整形外科用インプラント。
（５） 前記リン酸カルシウム層が、約０重量％〜約５重量％の炭酸塩を含む、実施態様２に記載の整形外科用インプラント。

（６） 前記コーティングが前記金属表面に接触している、実施態様２に記載の整形外科用インプラント。
（７） 前記金属表面がチタン酸塩を含む、実施態様６に記載の整形外科用インプラント。
（８） 前記金属表面がチタン酸ナトリウムを含む、実施態様７に記載の整形外科用インプラント。
（９） 前記ヒドロキシアパタイトが、約７０重量％〜約１００重量％の結晶度を有する、実施態様２に記載の整形外科用インプラント。
（１０） 前記リン酸カルシウム層の有する、結晶ヒドロキシアパタイトの相純度が９０％超である、実施態様２に記載の整形外科用インプラント。

（１１） 前記リン酸カルシウム層が、ＡＳＴＭ Ｆ１０４４に従い測定されたときに約２０ＭＰａ〜約８０ＭＰａの剪断強度を有する、実施態様２に記載の整形外科用インプラント。
（１２） 前記リン酸カルシウム層が、ＡＳＴＭ Ｆ１１４７に従い測定されたときに約５０ＭＰａ〜約１００ＭＰａの引張強度を有する、実施態様２に記載の整形外科用インプラント。
（１３） 前記リン酸カルシウム層は、着色料が存在しないとき、透明又は半透明である、実施態様２に記載の整形外科用インプラント。
（１４） 前記リン酸カルシウム層が、約１５ｍ^２／ｇ〜約２００ｍ^２／ｇの表面積を有する、実施態様２に記載の整形外科用インプラント。
（１５） ヒドロキシアパタイトを含む骨誘導性組成物であって、前記ヒドロキシアパタイトが［００１］方向に約１００ｎｍ未満の平均結晶子径を有し、前記ヒドロキシアパタイトは、ＸＲＤを行った際に、（００２）ＸＲＤピーク及び（１１２）ＸＲＤピークを生成し、前記（００２）ＸＲＤピークが前記（１１２）ＸＲＤピークの１．５〜１０倍の強度を有する、骨誘導性組成物。

（１６） 前記リン酸カルシウムがインビトロで２４時間超にわたって連続的に溶解する、実施態様１５に記載の骨誘導性組成物。
（１７） リン酸カルシウムコーティングを形成する方法であって、前記方法が、カルシウムイオンとリン酸イオンとを含む過飽和溶液に表面を接触させる工程を含み、前記リン酸カルシウムコーティングが主に不均質核生成により形成され、これによって前記過飽和溶液は、前記接触工程中に、目に見える濁りがないままであり、かつ結晶質リン酸カルシウムが前記表面に、０．１μｍ／ｈ〜３μｍ／ｈの速度で形成される、方法。
（１８） 前記コーティング工程中に前記過飽和溶液に接触する空気の量を制限する工程を更に含む、実施態様１７に記載の方法。
（１９） 前記接触工程中に、前記溶液のｐＨの変動が０．１ｐＨ単位／時未満である、実施態様１７に記載の方法。
（２０） 前記カルシウムイオンと前記リン酸イオンの量に基づいて、前記リン酸カルシウムコーティングの量を決定する工程を更に含む、実施態様１９に記載の方法。

（２１） 前記形成工程に伴うギブズ自由エネルギー変化が、前記接触工程中に減少する、実施態様１８に記載の方法。
（２２） 少なくとも２つの堆積シーケンスが採用される、実施態様１７に記載の方法。
（２３） 前記堆積シーケンス時間が約３５分間以下である、実施態様２２に記載の方法。
（２４） 前記過飽和溶液のｐＨに基づいて、前記リン酸カルシウムコーティングの量を決定する工程を更に含む、実施態様１７に記載の方法。
（２５） 前記リン酸カルシウムがヒドロキシアパタイトであり、前記過飽和溶液の初期ｐＨが約７．５〜約７．９であり、前記過飽和溶液の温度が約３８℃〜約６０℃である、実施態様１７に記載の方法。

（２６） 前記リン酸カルシウムがヒドロキシアパタイトであり、前記過飽和溶液のカルシウム濃度が約０．９ｍＭ〜約１．４ｍＭである、実施態様１９に記載の方法。
（２７） 前記リン酸カルシウムがヒドロキシアパタイトであり、前記過飽和溶液のリン酸濃度が約１．０ｍＭ〜約１．５ｍＭである、実施態様１９に記載の方法。
（２８） 前記リン酸カルシウムがリン酸八カルシウムであり、前記過飽和溶液の初期ｐＨが約６．７〜約７．４であり、前記過飽和溶液の温度が約３８℃〜約６０℃である、実施態様１９に記載の方法。
（２９） 前記リン酸カルシウムがリン酸八カルシウムであり、前記過飽和溶液のカルシウム濃度が約１．５ｍＭ〜約２．２ｍＭである、実施態様１９に記載の方法。
（３０） 前記リン酸カルシウムがリン酸八カルシウムであり、前記過飽和溶液のリン酸濃度が約１．９ｍＭ〜約２．８ｍＭである、実施態様１９に記載の方法。

（３１） 前記表面が、金属、金属酸化物、ポリマー、及びセラミックからなる群から選択される材料を含む、実施態様１７に記載の方法。
（３２） 前記表面が、組織工学足場を含む、実施態様３１に記載の方法。
（３３） 表面のひび割れを軽減するため、前記コーティングをリン酸溶液中で加熱する工程を更に含む、実施態様１７に記載の方法。
（３４） 表面のひび割れを軽減するため、前記コーティングを超臨界流体に接触させる工程を更に含む、実施態様１７に記載の方法。

Claims (14)

1. 金属表面と、前記金属表面の少なくとも一部分の上に堆積されたリン酸カルシウム層と、を含む整形外科用インプラントであって、前記リン酸カルシウム層は、ＸＲＤを行った際に、（００２）ＸＲＤピーク及び（１１２）ＸＲＤピークを生成し、前記（００２）ＸＲＤピークが前記（１１２）ＸＲＤピークの１．５〜１０倍の強度を有する、整形外科用インプラント。
2. 前記リン酸カルシウム層がヒドロキシアパタイトを含む、請求項１に記載の整形外科用インプラント。
3. 前記リン酸カルシウム層が［００１］方向に約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの平均結晶子径を有する、請求項２に記載の整形外科用インプラント。
4. 前記リン酸カルシウム層がインビトロで２４時間超にわたって連続的に溶解する、請求項２に記載の整形外科用インプラント。
5. 前記リン酸カルシウム層が、約０重量％〜約５重量％の炭酸塩を含む、請求項２に記載の整形外科用インプラント。
6. 前記コーティングが前記金属表面に接触している、請求項２に記載の整形外科用インプラント。
7. 前記金属表面がチタン酸塩を含む、請求項６に記載の整形外科用インプラント。
8. 前記金属表面がチタン酸ナトリウムを含む、請求項７に記載の整形外科用インプラント。
9. 前記ヒドロキシアパタイトが、約７０重量％〜約１００重量％の結晶度を有する、請求項２に記載の整形外科用インプラント。
10. 前記リン酸カルシウム層の有する、結晶ヒドロキシアパタイトの相純度が９０％超である、請求項２に記載の整形外科用インプラント。
11. 前記リン酸カルシウム層が、ＡＳＴＭ Ｆ１０４４に従い測定されたときに約２０ＭＰａ〜約８０ＭＰａの剪断強度を有する、請求項２に記載の整形外科用インプラント。
12. 前記リン酸カルシウム層が、ＡＳＴＭ Ｆ１１４７に従い測定されたときに約５０ＭＰａ〜約１００ＭＰａの引張強度を有する、請求項２に記載の整形外科用インプラント。
13. 前記リン酸カルシウム層は、着色料が存在しないとき、透明又は半透明である、請求項２に記載の整形外科用インプラント。
14. 前記リン酸カルシウム層が、約１５ｍ^２／ｇ〜約２００ｍ^２／ｇの表面積を有する、請求項２に記載の整形外科用インプラント。

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