JP2858126B2 - 生体インプラント材とその製法 - Google Patents
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- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
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- A61F2310/00592—Coating or prosthesis-covering structure made of ceramics or of ceramic-like compounds
- A61F2310/00796—Coating or prosthesis-covering structure made of a phosphorus-containing compound, e.g. hydroxy(l)apatite
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は疾病、災害などにより、骨機能や手足の関節
機能が失われた場合にこれらを修復するために用いられ
る整形外科用人工骨及び人工関節、あるいは老齢、疾病
などによって失われた歯牙を再建するために用いられる
人工歯根等を構成する生体インプラント材とその製法に
関するものである。
機能が失われた場合にこれらを修復するために用いられ
る整形外科用人工骨及び人工関節、あるいは老齢、疾病
などによって失われた歯牙を再建するために用いられる
人工歯根等を構成する生体インプラント材とその製法に
関するものである。
近年、インプラントロジーの発展は目覚ましいものが
あり、人工心臓、人工血管、人工肺など様々な人工臓器
が医療の世界で活躍している。
あり、人工心臓、人工血管、人工肺など様々な人工臓器
が医療の世界で活躍している。
特に整形外科の分野では、失われた関節機能を再建す
るための人工関節が広く用いられ、また、歯科医療の分
野では人工歯根が脚光を浴びている この様な、人工関節、人工骨、人工歯根などの骨内挿
入型の生体インプラント材は高強度を必要とするところ
から、従来よりステンレス鋼やコバルト−クロム合金な
どで作られてきた。しかしながら、金属材料は生体内に
おいて腐食を起こし、金属イオンが溶出して骨細胞に悪
影響を与えたり、極端な場合にはインプラント材が破折
するなどの問題があった。
るための人工関節が広く用いられ、また、歯科医療の分
野では人工歯根が脚光を浴びている この様な、人工関節、人工骨、人工歯根などの骨内挿
入型の生体インプラント材は高強度を必要とするところ
から、従来よりステンレス鋼やコバルト−クロム合金な
どで作られてきた。しかしながら、金属材料は生体内に
おいて腐食を起こし、金属イオンが溶出して骨細胞に悪
影響を与えたり、極端な場合にはインプラント材が破折
するなどの問題があった。
この金属製の生体インプラント材の組織親和性の問題
を解決すべくアルミナなどのセラミック材が導入され、
人工膝関節などに用いられてきた。セラミック材は骨組
織とのなじみが良く、生体内において、骨と一体化し、
すばらしい機能回復をなし得た例もあるが、歩行などの
荷重下に用いられた場合には、骨との固定が十分得られ
ず、ルースニング、レビジョンとなった症例も多い。こ
の様なセラミック製のインプラント材の骨内での固定性
の問題を解決すべく、セラミック製インプラント上へリ
ン酸カルシウム系材料をプラズマスプー法によりコーテ
ィングしたものが開発され特許にて開示されている。
（特許公告公報 昭59−46911） ヒドロキシアパタイトやトリカルシウムフォスフェイ
トなどのリン酸カルシウム系材料（以下、アパタイトと
いう）は、骨と化学的に結合することが知られており、
金属製のインプラント上に溶射法にてコーティングした
インプラント材も既に市販されている。上述の開示技術
もセラミック製インプラント表面へアパタイト又は、ア
パタイトとセラミック粉末の混合物を溶射したり、ある
いはセラミック層を溶射し、さらにその上にアパタイト
層を溶射したものである。
を解決すべくアルミナなどのセラミック材が導入され、
人工膝関節などに用いられてきた。セラミック材は骨組
織とのなじみが良く、生体内において、骨と一体化し、
すばらしい機能回復をなし得た例もあるが、歩行などの
荷重下に用いられた場合には、骨との固定が十分得られ
ず、ルースニング、レビジョンとなった症例も多い。こ
の様なセラミック製のインプラント材の骨内での固定性
の問題を解決すべく、セラミック製インプラント上へリ
ン酸カルシウム系材料をプラズマスプー法によりコーテ
ィングしたものが開発され特許にて開示されている。
（特許公告公報 昭59−46911） ヒドロキシアパタイトやトリカルシウムフォスフェイ
トなどのリン酸カルシウム系材料（以下、アパタイトと
いう）は、骨と化学的に結合することが知られており、
金属製のインプラント上に溶射法にてコーティングした
インプラント材も既に市販されている。上述の開示技術
もセラミック製インプラント表面へアパタイト又は、ア
パタイトとセラミック粉末の混合物を溶射したり、ある
いはセラミック層を溶射し、さらにその上にアパタイト
層を溶射したものである。
ところが、上述の技術は有効な技術ではあるが、実際
の使用上、大きな問題点がある。その１つは、溶射され
たアパタイト層の下地芯体への付着力の問題点である。
一般に溶射法は下地をサンドブラストにて粗面化するこ
とによって、溶射層の付着力を確保している。即ち溶射
層の下地への付着力は、機械的なアンカリングのみに依
存しており、ある程度の面粗さがなければ、溶射層は付
着しない。人工関節や人工骨はアルミナ、ジルコニアな
どの高強度のセラミック材でもって製作されるが、これ
らのセラミック材は、高強度であると同時に極めて固い
材料であり、これらの表面をサンドブラストによって、
粗面化することは困難である。又、実際に無理やりサン
ドブラストをおこなっても、十分な面粗度は得られず、
その上にアパタイト層の溶射を行っても、インプラント
材として使用に耐える付着力は得られない。
の使用上、大きな問題点がある。その１つは、溶射され
たアパタイト層の下地芯体への付着力の問題点である。
一般に溶射法は下地をサンドブラストにて粗面化するこ
とによって、溶射層の付着力を確保している。即ち溶射
層の下地への付着力は、機械的なアンカリングのみに依
存しており、ある程度の面粗さがなければ、溶射層は付
着しない。人工関節や人工骨はアルミナ、ジルコニアな
どの高強度のセラミック材でもって製作されるが、これ
らのセラミック材は、高強度であると同時に極めて固い
材料であり、これらの表面をサンドブラストによって、
粗面化することは困難である。又、実際に無理やりサン
ドブラストをおこなっても、十分な面粗度は得られず、
その上にアパタイト層の溶射を行っても、インプラント
材として使用に耐える付着力は得られない。
一方、セラミック材は脆性材料であり、キズに対して
鋭敏であり、小さなキズでも、その強度は大きく低下す
る。延性材料である金属素材に対してはサンドブラスト
は有効な粗面化の方法であるが、セラミック材に対して
は、強度低下をもたらす危険な方法となる。サンドブラ
スト以外の粗面化法も同様である。実際例として、単結
晶アルミナの抗折強度は小さなキズや粗面化によって1/
2以下に低下することが知られている。上述の開示技術
の第２の問題点はこの様なセラミック基体の強度が低下
するという不都合がある。
鋭敏であり、小さなキズでも、その強度は大きく低下す
る。延性材料である金属素材に対してはサンドブラスト
は有効な粗面化の方法であるが、セラミック材に対して
は、強度低下をもたらす危険な方法となる。サンドブラ
スト以外の粗面化法も同様である。実際例として、単結
晶アルミナの抗折強度は小さなキズや粗面化によって1/
2以下に低下することが知られている。上述の開示技術
の第２の問題点はこの様なセラミック基体の強度が低下
するという不都合がある。
本発明は上述の２つの問題点を克服し、アパタイト層
をコーティングしたセラミック製インプラントを実用に
供するために開発されたもので、セラミック基体と、ア
パタイト層の中間ボンディング層としてガラス層を設け
ることにより、２つの問題点を同時に解決する。
をコーティングしたセラミック製インプラントを実用に
供するために開発されたもので、セラミック基体と、ア
パタイト層の中間ボンディング層としてガラス層を設け
ることにより、２つの問題点を同時に解決する。
アルミナ、ジルコニアなどのセラミック基体上に、ガ
ラススラリーを塗布し、900℃〜1300℃で焼成してガラ
ス層をコーティングする。このガラス層をサンドブラス
トで粗面化した後、アパタイト溶射を行い、さらに600
℃〜1100℃で焼成して、アパタイト層の付着力を強化す
る。即ち、焼成時にガラス層はアパタイト層内の気孔に
一部侵入して、ガラス層とアパタイト層の付着力を強固
なものにするのである。この様にして、アパタイト層の
付着力は高められる。一方、セラミック基体を直接粗面
化しないことから、セラミック基体の強度低下はない。
むしろ、後述のデータを示す如く、抗折強度はより高く
なる。さらに、本発明はリン酸カルシウム系材料をセラ
ミック材表面にコーティングするにあたり、シリカ系の
ガラス層を介して、且つ、ガラス層表面を粗面化したと
ころに溶射コーティングを行うもので、シリカ系のガラ
スは、いずれのセラミックとも反応しないので反応によ
り基材強度を低下せしめることがなく、また、生体内で
のイオン溶出速度も極めて遅いので溶射層との密着力が
低下しにくいという特徴を有する。また、リン酸カルシ
ウム系材料は、前記ガラス層が平滑であればほとんど付
着しないが、本願発明ではガラス層を粗面化して機械的
なアンカリングを与えることにより、前記溶射層とガラ
ス層の密着が可能となる。また、本願発明の如き、溶射
法によるコーティングの場合、被膜にムラが生じず、異
常粒成長も起こらず、良好なコーティングが確実に行う
ことができる。
ラススラリーを塗布し、900℃〜1300℃で焼成してガラ
ス層をコーティングする。このガラス層をサンドブラス
トで粗面化した後、アパタイト溶射を行い、さらに600
℃〜1100℃で焼成して、アパタイト層の付着力を強化す
る。即ち、焼成時にガラス層はアパタイト層内の気孔に
一部侵入して、ガラス層とアパタイト層の付着力を強固
なものにするのである。この様にして、アパタイト層の
付着力は高められる。一方、セラミック基体を直接粗面
化しないことから、セラミック基体の強度低下はない。
むしろ、後述のデータを示す如く、抗折強度はより高く
なる。さらに、本発明はリン酸カルシウム系材料をセラ
ミック材表面にコーティングするにあたり、シリカ系の
ガラス層を介して、且つ、ガラス層表面を粗面化したと
ころに溶射コーティングを行うもので、シリカ系のガラ
スは、いずれのセラミックとも反応しないので反応によ
り基材強度を低下せしめることがなく、また、生体内で
のイオン溶出速度も極めて遅いので溶射層との密着力が
低下しにくいという特徴を有する。また、リン酸カルシ
ウム系材料は、前記ガラス層が平滑であればほとんど付
着しないが、本願発明ではガラス層を粗面化して機械的
なアンカリングを与えることにより、前記溶射層とガラ
ス層の密着が可能となる。また、本願発明の如き、溶射
法によるコーティングの場合、被膜にムラが生じず、異
常粒成長も起こらず、良好なコーティングが確実に行う
ことができる。
本発明において、注意すべき点はガラス層を構成する
ガラスの熱膨張係数である。セラミック基体への十分な
付着力を得るためには、熱膨張係数は3.0×10-6/℃〜1
2.0×10-6/℃の範囲のものであることが望ましい。特に
アルミナセラミックに対しては4.0×10-6/℃〜9.0×10
-6/℃が最適である。
ガラスの熱膨張係数である。セラミック基体への十分な
付着力を得るためには、熱膨張係数は3.0×10-6/℃〜1
2.0×10-6/℃の範囲のものであることが望ましい。特に
アルミナセラミックに対しては4.0×10-6/℃〜9.0×10
-6/℃が最適である。
また、コーティングするガラス層及びアパタイト層の
厚みも重要であり、0.01mm未満の厚みのガラス層では中
間層としての機能を十分発揮できないが、逆にインプラ
ント材としての寸法制約上、2mmを超す厚みのガラス層
は不適当である。アパタイト層においては、0.005mm以
下の厚みではガラス層の侵入で、ガラス中に埋没してし
まう。一方、1mmを超す厚みでは、溶射層内の層内破壊
がおきやすくなることから、インプラントとしては不適
当となる。
厚みも重要であり、0.01mm未満の厚みのガラス層では中
間層としての機能を十分発揮できないが、逆にインプラ
ント材としての寸法制約上、2mmを超す厚みのガラス層
は不適当である。アパタイト層においては、0.005mm以
下の厚みではガラス層の侵入で、ガラス中に埋没してし
まう。一方、1mmを超す厚みでは、溶射層内の層内破壊
がおきやすくなることから、インプラントとしては不適
当となる。
上記はアパタイト層としてヒドロキシアパタイトの例
をあげたが、トリカルシウムフォスフェイトなどのリン
酸カルシウム系材料であれば、いずれも同様の効果が得
られる。
をあげたが、トリカルシウムフォスフェイトなどのリン
酸カルシウム系材料であれば、いずれも同様の効果が得
られる。
以下、本発明を実施例により詳述する。
（実施例１） 直径23mm、厚さ1mmの単結晶アルミナ基体上にシリカ
系ガラススラリーを塗布し、十分乾燥させた後、1100
℃、２時間焼成した。このガラス層の表面にアルミナ粒
子を用いたサンドブラスト処理を行い、十分洗浄し、乾
燥させた。さらにヒドロキシアパタイトをフレーム溶射
法にてコーティングし、しかる後に900℃、２時間の焼
成を行った。ガラス層の厚みは約20μｍ、アパタイト層
の厚みは約10μｍであった。
系ガラススラリーを塗布し、十分乾燥させた後、1100
℃、２時間焼成した。このガラス層の表面にアルミナ粒
子を用いたサンドブラスト処理を行い、十分洗浄し、乾
燥させた。さらにヒドロキシアパタイトをフレーム溶射
法にてコーティングし、しかる後に900℃、２時間の焼
成を行った。ガラス層の厚みは約20μｍ、アパタイト層
の厚みは約10μｍであった。
上記試料の表面における結晶の構造を電子顕微鏡写真
により観察したところ、ガラス層を介したことによって
単結晶アルミナ基体に対し、アパタイト層が良好に密着
していることが判った。
により観察したところ、ガラス層を介したことによって
単結晶アルミナ基体に対し、アパタイト層が良好に密着
していることが判った。
なお、比較例として上記基体と同一の単結晶アルミナ
基体上にガラス層のコーティングなしで、アパタイト溶
射してアパタイト層をコートしたが、溶射層の付着力は
ホコリが付着した程度のつき具合であった。ガラス層を
コーティングせずにサンドブラストした後、アパタイト
層を溶射したものについても同様で、指で触れるとハゲ
落ちる程度の付着力しか得られなかった。付着力試験結
果を次の第１表に示す。
基体上にガラス層のコーティングなしで、アパタイト溶
射してアパタイト層をコートしたが、溶射層の付着力は
ホコリが付着した程度のつき具合であった。ガラス層を
コーティングせずにサンドブラストした後、アパタイト
層を溶射したものについても同様で、指で触れるとハゲ
落ちる程度の付着力しか得られなかった。付着力試験結
果を次の第１表に示す。
（実施例２） 5mm×5mm×40mmの多結晶アルミナ基体の５×40の一面
***部に、実施例１と同じ方法にてガラス層及びプラ
ズマ溶射法によりアパタイト層をコーティングした基体
と比較例基体としてガラス層及びアパタイト層のどちら
でもコーティングしていない基体を用いて、抗折強度を
測定した。試験方法にはJIS R−1601（ファインセラミ
ックスの曲げ強さの試験方法）を用いた。基体数は各５
個ずつである。この試験結果を第２表に示す。
***部に、実施例１と同じ方法にてガラス層及びプラ
ズマ溶射法によりアパタイト層をコーティングした基体
と比較例基体としてガラス層及びアパタイト層のどちら
でもコーティングしていない基体を用いて、抗折強度を
測定した。試験方法にはJIS R−1601（ファインセラミ
ックスの曲げ強さの試験方法）を用いた。基体数は各５
個ずつである。この試験結果を第２表に示す。
この第２表に示す如く、本発明によるインプラント材
では、コーティングを行っていない比較例基体に比べ約
35％抗折強度が高くなっている。これはガラス層の存在
によるものと考えられる。ガラス層をコーティングせず
にサンドブラストをを行い、基体に直ちにアパタイト層
を溶射をしたものでは、比較用基体よりもはるかに低い
抗折強度しか得られかった。なお、ジルコニアセラミッ
クにおいてもガラス層を介しその上にアパタイト層を溶
射したものでは実施例1,2と同様にアパタイト層の密着
強度は大きく抗折強度もすぐれていた。
では、コーティングを行っていない比較例基体に比べ約
35％抗折強度が高くなっている。これはガラス層の存在
によるものと考えられる。ガラス層をコーティングせず
にサンドブラストをを行い、基体に直ちにアパタイト層
を溶射をしたものでは、比較用基体よりもはるかに低い
抗折強度しか得られかった。なお、ジルコニアセラミッ
クにおいてもガラス層を介しその上にアパタイト層を溶
射したものでは実施例1,2と同様にアパタイト層の密着
強度は大きく抗折強度もすぐれていた。
単結晶アルミナ製人工歯根の骨内埋入部に実施例１に
述べた方法でガラス層及びアパタイト層をコーティング
した。このインプラント材をサルの下顎骨へ植立した。
現在３ケ月経過後観察中であるが、良好な固定性が確認
されている。
述べた方法でガラス層及びアパタイト層をコーティング
した。このインプラント材をサルの下顎骨へ植立した。
現在３ケ月経過後観察中であるが、良好な固定性が確認
されている。
叙上のように本発明のインプラント材によればセラミ
ック基体表面にガラス層をコーティングし、そのガラス
層に対して溶射法によってヒドロキシアパタイト、トリ
カルシウムフォスフェイトなどのリン酸カルシウム系材
料を被着して構成したことからリン酸カルシウム系材料
が基体から剥離、脱落することなく、基体の強度低下を
招来せず生体との適合性のよい、生体において安定した
すぐれた生体材をもたらすことができる。
ック基体表面にガラス層をコーティングし、そのガラス
層に対して溶射法によってヒドロキシアパタイト、トリ
カルシウムフォスフェイトなどのリン酸カルシウム系材
料を被着して構成したことからリン酸カルシウム系材料
が基体から剥離、脱落することなく、基体の強度低下を
招来せず生体との適合性のよい、生体において安定した
すぐれた生体材をもたらすことができる。
Claims (3)
- 【請求項１】人工骨、人工関節及び人工歯根などの生体
インプラントの基体を、アルミナ単結晶、多結晶、アル
ミナ、ジルコニアなどのセラミック材で構成し、この基
体の少なくとも骨との接合面にシリカ系のガラス層をコ
ーティングし、さらに粗面化した上記ガラス層上にヒド
ロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム系材料の溶射
層を具備して成ることを特徴とする生体インプラント
材。 - 【請求項２】ガラス層の厚みを0.01〜2mm、リン酸カル
シウム系材料の厚みが0.005〜1mmである特許請求範囲第
１項記載の生体インプラント材。 - 【請求項３】アルミナ単結晶、多結晶アルミナ、ジルコ
ニアなどのセラミック材から成る基体に厚みが0.01〜2.
0mmのシリカ系のガラス層をコーティングした後、該ガ
ラス層をサンドブラスト等の方法により粗面化した上
に、リン酸カルシウム系材料を溶射することを特徴とす
る生体インプラント材の製法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1170950A JP2858126B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 生体インプラント材とその製法 |
| DE4020598A DE4020598C2 (de) | 1989-06-30 | 1990-06-28 | Implantatprothese und Verfahren zum Herstellen derselben |
| US08/127,422 US5397362A (en) | 1989-06-30 | 1993-09-27 | Implant prosthesis and method for producing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1170950A JP2858126B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 生体インプラント材とその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0332675A JPH0332675A (ja) | 1991-02-13 |
| JP2858126B2 true JP2858126B2 (ja) | 1999-02-17 |
Family
ID=15914384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1170950A Expired - Fee Related JP2858126B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 生体インプラント材とその製法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5397362A (ja) |
| JP (1) | JP2858126B2 (ja) |
| DE (1) | DE4020598C2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2688139B1 (fr) * | 1992-03-06 | 1995-06-23 | Zimmer Sa | Nouveau revetement pour systeme prothetique. |
| JPH06105900A (ja) * | 1992-09-22 | 1994-04-19 | Mitsubishi Materials Corp | 生体活性セラミックス被覆インプラント |
| DE4326841A1 (de) * | 1993-08-10 | 1995-02-16 | Becker Verfahrenstech | Implantat-Bausatz |
| DE4419838C2 (de) * | 1994-06-07 | 1998-06-10 | Stephan Ahne | Funktionsbeschichtetes Bauteil, Verfahren zur Herstellung und Verwendung |
| USD386583S (en) * | 1996-01-02 | 1997-11-18 | Acufex Microsurgical, Inc. | Proximal end of a surgical suture slotted knot pusher |
| DE19652872C2 (de) * | 1996-12-18 | 2000-07-06 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Steigerung der Randschichtfestigkeit an Oberflächen von aus sprödharten Werkstoffen gefertigten Werkstücken |
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| US6977095B1 (en) | 1997-10-01 | 2005-12-20 | Wright Medical Technology Inc. | Process for producing rigid reticulated articles |
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| US6736849B2 (en) | 1998-03-11 | 2004-05-18 | Depuy Products, Inc. | Surface-mineralized spinal implants |
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| US7250550B2 (en) * | 2004-10-22 | 2007-07-31 | Wright Medical Technology, Inc. | Synthetic bone substitute material |
| US8025903B2 (en) * | 2005-09-09 | 2011-09-27 | Wright Medical Technology, Inc. | Composite bone graft substitute cement and articles produced therefrom |
| BRPI0617086B8 (pt) | 2005-09-09 | 2021-06-22 | Agnovos Healtcare Llc | cimento composto substituto de enxerto ósseo e artigos dele originados |
| EP1825830B1 (en) | 2006-02-28 | 2011-07-20 | Straumann Holding AG | Two-stage implant with a hydroxylated soft tissue contact surface |
| ATE516769T1 (de) | 2006-02-28 | 2011-08-15 | Straumann Holding Ag | Einteiliges implantat mit hydroxylierter kontaktoberfläche für weiches gewebe |
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| WO2012126448A1 (de) * | 2011-03-21 | 2012-09-27 | Zm Präzisionsdentaltechnik Gmbh | Verfahren zur herstellung einer strukturierten beschichtung auf keramischen implantaten |
| FR3013598A1 (fr) * | 2013-11-25 | 2015-05-29 | Iceram | Compensateur universel de la matiere osseuse, destine a la chirurgie orthopedique |
| CN107988574A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-04 | 上海英佛曼纳米科技股份有限公司 | 一种具有耐磨损耐龟裂纳米涂层的冷轧酸轧机拉矫辊 |
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|---|---|---|---|---|
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| GB1581063A (en) * | 1977-01-27 | 1980-12-10 | Univ Florida | Bioglass coated a12o3 ceramics |
| US4103002A (en) * | 1977-02-08 | 1978-07-25 | Board Of Regents, University Of Florida | Bioglass coated A1203 ceramics |
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| DE3885261T2 (de) * | 1987-12-21 | 1994-04-21 | Asahi Optical Co Ltd | Verfahren zur Herstellung eines mit Apatit beschichteten Substrats. |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP1170950A patent/JP2858126B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-06-28 DE DE4020598A patent/DE4020598C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-09-27 US US08/127,422 patent/US5397362A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| DE4020598A1 (de) | 1991-01-03 |
| JPH0332675A (ja) | 1991-02-13 |
| DE4020598C2 (de) | 1994-01-05 |
| US5397362A (en) | 1995-03-14 |
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|---|---|---|---|
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