JPH04146762A

JPH04146762A - 硬組織補綴材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPH04146762A
Application number: JP2270420A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Osawa; 孝明大澤
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1990-10-11
Filing date: 1990-10-11
Publication date: 1992-05-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、人工骨、人工関節あるいは人工歯根等の硬組
織補綴材料およびその製造方法に関する。

さらに詳しくは、本発明は、生体親和性が高く、かつ生
体組織と強固に固着することが可能な硬組織補綴材料お
よびその製造方法に関する。

（従来の技術および問題点）人体内の骨、歯等の硬組織の変形や欠損を、人工材料を
用いて代替する治療は、歯科や整形外科等で広く行われ
ている。例えば、歯科においては、顎骨中に人工歯根を
埋入し、その上に人工歯を固定し、損歯の代替を行う。

また、整形外科においても、変形した関節を除去した後
、人工関節を補綴し、関節機能を再建することも極めて
繁雑に行われている。

このような治療においては、人工骨、人工関節あるいは
人工歯根等の硬組織補綴材料（以下、単に補綴材料とい
う）が生体骨に強固に支持、固定されることが必要であ
る。しかしながら、生体骨では、常に骨吸収と骨形成が
行われるため常に形状が一定しているとはいえず、また
力学的には粘弾性体であっである程度の弾性力を持って
いる。

そのような生体骨の中に、常に増減変化する機械的なス
トレスにさらされる人工物を補綴するのであるから、補
綴物と生体骨と間に緩みが生じるのは避けられない問題
であった。特に、従来より使用されている金属合金やア
ルミナセラミックスは、生体骨に比べて曲げ弾性率が著
しく大きいために、たわんだりねじれたりすることによ
り、生体骨との間にズレが生じるばかりか、局所的に応
力が集中するので、集中部において生体骨を破壊してし
まう虞れもあった。また、応力がまったくかからない部
位では、骨組織の吸収が起こり、従ってより緩みが増長
されることが危惧されるものであった。

生体骨と補綴材料の間の固着性を高める手法としては、
以下のような方法が知られている。

■生体骨と補綴材料の間に、メチルメタクリレート等の
セメントを充填する。充填されたセメントは、人工骨側
では、海綿骨の網状構造内に（いこみ、補綴材料側では
その凹凸部分にくいこんで硬化し、補綴材料を生体骨に
強固に固着する。

■補綴材料表面に、階段状の溝や、気孔状の凹凸を付け
て、当該溝、凹凸部分に新生骨を形成させ、楔効果によ
り固着を強固にする。

■生体骨の弾性に近似するプラスチック材料を用い、ス
トレスの集中を防止する。

しかしながら、■の方法では、セメントの毒性が心配さ
れるとともに、セメントの重合の際に発生する熱が周辺
の生体組織に悪影響を及ぼす、あるいはセメント内に残
留している低分子物質が生体内に流出し、悪影響を及ぼ
す虞れがある等の問題点を有する。さらには、セメント
の存在により骨組織を素置する細胞やセメントを素置す
る細胞が出現し、骨組織が破壊される虞れのあることが
指摘されており（人工股関節緩み例の病理組織学的およ
び生化学的検素：松野　丈夫他、整形外科ＭＯＯＫ　　
Ｎｏ、４５．１９８６．２４７〜２６８）、従って安全
性に問題のあるものであった。

また、■の方法は、セメントの充填による前述のような
危惧を伴わない方法であるが、補綴すべき部位により、
付与する溝、凹凸の形状が異なったり、また当該溝、凹
凸の存在により、補綴する手技に高度な熟練を要する等
の問題があった。

また、■の方法においては、プラスチックは生体親和性
が低いので、生体骨と人工骨との間にコラーゲン繊維が
成育し、このコラーゲン繊維の存在により、新生骨の形
成が阻害される。従って、強固な固着は不可能であると
いう問題があった。

一方、生体骨の弾性に近似するプラスチック材料の表面
に、リン酸カルシウムを主成分とする繊維の集合体をポ
リメチルメタアクリレートによって接合した補綴材料が
開示されている。（特開昭６３−２７００４９号公報）この補綴材料は、基材を生体骨の弾性に近似するプラス
チック材料で構成することによって、ストレスの集中を
防止し、しかもその表面に無機化合物を接合することに
より、生体骨との親和性を発揮させようとしたものであ
る。

しかしながら、この補綴材料は、プラスチック材料と無
機化合物の接合に際して、バインダーとしてポリメチル
メタアクリレートを用いている。

前述のように、ポリメチルメタアクリレートは、生体に
対する毒性が心配されるとともに、残留している低分子
物質が生体内に流出し、悪影響を及ぼす虞れがあり、ま
た骨組織の素置を惹起する虞れがある等の問題を有する
ものであり、従ってこの補綴材料は、安全性が十分であ
るとはいえないものであった。

（発明が解決しようとする課題）従って、本発明は、生体骨に近似した弾性を有するとと
もに、十分な生体骨との親和性を有し、しかも安全性に
優れた硬組織補綴材料を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）前記の課題は、弾性を有するプラスチック材料よりなる
基材の表面に、生体と親和性を有する無機化合物を、バ
インダーを介在させることなく直接固着せしめたことを
特徴とする硬組織補綴材料によって達成される。

前記プラスチック材料の曲げ弾性率は、３〜１００ＧＰ
ａであることが好ましい。

また、前記無機化合物の固着層の厚さは、２０〜１００
０μｍであることが好ましい。

また、本発明は、弾性を有するプラスチック材料よりな
る基材の表面に、生体と親和性を有する無機化合物を、
プラズマ溶射あるいはスパッタリングにより固着させる
ことを特徴とする硬組織補綴材料の製造方法を示すもの
である。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に用いられるプラスチック材料の材質としては、
生体に対して悪影響を及ぼさず、しかも適度な強度と生
体骨に近似した弾性を有するものが好ましい。特に、繊
維強化プラスチックが好ましく、例えば、ポリエーテル
エーテルケトン、ポリイミド、ポリフェニレンサルフィ
ド、ポリエーテルサルフォン等のガラス繊維や炭素繊維
の複合体が好適である。プラスチックの曲げ弾性率は、
補綴箇所により異なるが、通常、３〜１００ＧＰａ、特
に１０〜１００ＧＰａ程度が好ましい。また、重合度は
、前記弾性率により適宜決定すればよい。

また、当該プラスチック材料には、必要に応じて、チタ
ン、タングステン、モリブデン等の金属あるいはリン酸
カルシウム、アルミナセラミックス等のセラミックスが
配合されていてもよい。また、上記金属は、無電解めっ
き法、溶融めっき法、電気めっき法、浸漬めっき法等の
公知の手法により、プラスチック表面に被覆されていて
もよい。

このようなプラスチック材料よりなる基材（以下、プラ
スチック基材という）表面（場合によっては、金属めっ
きが施されたプラスチック基材表面）には、生体と親和
性を有する無機化合物がバインダーを介することなく直
接固着されている。

無機化合物としては、ハイドロキシアパタイトやリン酸
三カルシウム等のリン酸カルシウム系セラミックス、ア
ルミナセラミックス、ジルコニアセラミックス等、ある
いはこれらを含むガラス等の無機物質があげられる。

上記した無機化合物のなかでも、特にリン酸カルシウム
系セラミックスが好適である。このリン酸カルシウム系
セラミックスのＣａ　／　Ｐ原子量比としては、１．３
〜２．０程度が好ましい。

このような無機化合物は、プラスチック基材表面に部分
的に固着していてもよいが、プラスチック基材表面に被
膜層として存在することが好ましい。

無機化合物の被膜層の厚さとしては、２０〜１０００μ
ｍが好適である。２０μｍ以下であると、生体親和性が
不十分になり、コラーゲン繊維の成育を十分阻止できな
い。また、１０００μｍ以上であると、プラスチック基
材そのものの弾性が損なわれてしまうからである。

次に、本発明の硬組織補綴材料の製造方法を説明する。

まず、プラスチック基材を所望の形状に成形加工する。

次いで、必要に応じて、チタン、タングステン、モリブ
デン等の金属めっきを施した後、当該プラスチック基材
表面に無機化合物を固着させることにより本発明の硬組
織補綴材料を得ることができる。

無機化合物をプラスチック基材へ固着する方法としては
、前述のような厚さの無機化合物被膜を形成できる方法
ならば特に限定されず、例えば、プラズマ溶射法、真空
蒸着（ＰＶＤ）法、化学蒸着（ＣＶＤ）法、スパッタリ
ング法等があげられ、特にプラズマ溶射法またはスパッ
タリング法が好適である。

プラズマ溶射法は、固着させるべき無機化合物の粉末を
、プラズマトーチ内の高温プラズマガス中に落下させ、
このプラズマガスを高速で噴流させてプラスチック基材
に衝突させることにより、無機化合物被膜を形成させる
方法である。用いられる原料無機化合物粉末の粒度とし
ては、１０〜２００μ程度が好適である。

一方、スパッタリング法は、減圧容器中でＡｒ３のグロ
ー放電を起こし、このＡｒ’″を無機化合物からなるタ
ーゲットに衝突させて、はじき出された無機化合物原子
をプラスチック基材に固着させる方法である。

このようなプラズマ溶射法やスパッタリング法の処理条
件は、無機化合物被膜の厚さが所望の厚さになるように
適宜決定してやればよい。ただし、固着された無機化合
物が変性したり、プラスチック基材が変形しないように
条件を設定することが必要である。

また、このようなプラズマ溶射法やスパッタリング法で
得られた無機化合物被膜の原子組成は、原料無機化合物
の原子組成と若干変化する場合があるが、本発明の効果
を逸脱するほどの原子組成の変化は通常起こり得ない。

次に実施例および比較例を示して本発明をさらに詳細に
説明する。

〈実施例１〉曲げ弾性率１５０Ｐａの３０％カーボンファイバー人り
ポリエーテルエーテルケトン（三井東圧社製）を、直径
３ｍｍφ、長さ６０ｍｍの棒状に成形加工した。次いで
、Ｃａ　／　Ｐ原子量比が１゜６６のハイドロキシアパ
タイト粉末（平均粒径１５μｍ）をプラズマ溶射装置（
プラズマダイン社製）を用いて、成形加工品の表面に吹
き付け、補綴材料１を作製した。ハイドロキシアパタイ
ト被膜層の厚さは５０μｍ、Ｃａ／Ｐ原子量比は１゜８
０であった。なお、Ｃａ　／　Ｐ原子量比は、ＥＳＣＡ
分析装置（日本電子社製）を用いて測定を行った。

得られた補綴材料１を、２匹の白色家兎の膝より大腿骨
骨髄腔に挿入し、４週間後、及び１２力月後にそれぞれ
大腿骨ごと補綴材料１を取り出し、ホルマリン固定を行
った。次いでポリメチルメタアクリレート樹脂に包埋さ
せ、サンプル１ａ、１ｂとした。

〈実施例２〉曲げ弾性率４ＧＰａのポリエーテルサルフォン（三井東
圧社製）を直径３ｍｍφ、長さ６０ｍｍの棒状に成形加
工した。次いで、アルミナセラミックスをターゲットに
してスパッタリングを行い、成形加工品の表面にアルミ
ナセラミックス被膜を形成し、補綴材料２を作製した。

アルミナセラミックス被膜層の厚さは０．１μｍであっ
た。次いで、実施例１と同様の操作によりサンプル２ａ
、２ｂを作製した。

〈比較例１〉曲げ弾性率４ＧＰａのポリエーテルエーテルケトン（三
井東圧社製）を、直径３ｍｍφ、長さ６０ｍｍの棒状に
成形加工し、補綴材料３を作製した。次いで、実施例１
と同様の操作によりサンプル３ａ、３ｂを作製した。

〈比較例４〉補綴材料基材として、曲げ弾性率１８６ＧＰａのステン
レス５ＵＳ３１６Ｌを用いる以外は実施例１と同様にし
て、補綴材料４およびサンプル４ａ、４ｂを作製した。

〈比較例５〉曲げ弾性率１５ＧＰａのポリエーテルエーテルケトン（
三井東圧社製）を、直径３ｍｍφ、長さ６０ｍｍの棒状
に成形加工した。次いで、Ｃａ／Ｐ原子量比が１．６６
のハイドロキシアパタイト粉末（平均粒径１５μｍ）を
白金るつぼ中にて１３００℃に昇温して溶融し、５０μ
の小孔を有する白金製口金より引き出して直径５０μの
繊維状に成形し、これを織ることによりリン酸カルシウ
ムからなる織布を作製した。次に、ポリメチルメタアク
リレートに硬化用触媒を加え、混線後、成形加工品の表
面に塗布し、さらにこの表面を織布で覆い、ポリメチル
メタアクリレートを乾燥させ、補綴材料５を作製した。

次いで、実施例１と同様の操作によりサンプル５ａ、５
ｂを作製した。

サンプル１ａ〜５ａおよび１ｂ〜５ｂを研磨し、病理観
察を行った。

その結果を表１に示す。

表１（成葉に続く）表より明らかなように、本発明に係る補綴材料１および
２では、補綴初期、補綴長期間後いずれの場合において
も骨組織と連続しており、また補綴長期間に新生骨の形
成が認められた。これに対し、無機化合物を被覆させな
い比較例１においては、骨組織との間にコラーゲン繊維
が成育し、このため、長期的には、新生骨の形成が阻害
されることが示された。また、基材としてステンレス５
ＵＳ３１６Ｌを用いた比較例２においては、生体骨との
物性的な相違に起因すると思われる局所的な骨組織の破
壊が見られた。また、無機化合物をセメントをバインダ
ーとして用いて被覆した比較例８においては、セメント
の存在に起因すると思われる、巨大禽食細胞および骨組
織貧食細胞の発現が見られ、安全性に問題があることが
示唆された。

（発明の効果）以上、詳述したように、本発明に係る硬組織補綴材料は
、弾性を有するプラスチック材料よりなる基材の表面に
、生体と親和性を有する無機化合物を、バインダーを介
在させることなく直接固着せしめたことを特徴とするの
で、生体に近似した弾性を有するとともに、十分な生体
骨との親和性を有するので、生体骨に強固に固着し、し
かも安全性に優れるという効果を奏する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）弾性を有するプラスチック材料よりなる基材の表
面に、生体と親和性を有する無機化合物を、バインダー
を介在させることなく直接固着せしめたことを特徴とす
る硬組織補綴材料。
（２）前記プラスチック材料の曲げ弾性率は、３〜１０
０ＧＰａである請求項１記載の硬組織補綴材料。
（３）前記無機化合物は、リン酸カルシウム系セラミッ
クス、アルミナセラミックス、ジルコニアセラミックス
、およびこれらの化合物を含むガラスからなる群より選
ばれたものである請求項１または２記載の硬組織補綴材
料。
（４）前記無機化合物の固着層の厚さが、２０〜１００
０μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の硬組織補
綴材料。
（５）弾性を有するプラスチック材料よりなる基材の表
面に、生体と親和性を有する無機化合物を、プラズマ溶
射あるいはスパッタリングにより固着させることを特徴
とする硬組織補綴材料の製造方法。