JPH04276257A - インプラント材料の製法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、骨や歯の補綴修復物と
して生体内に安全に埋込みでき且つそれが生体組織と結
合するインプラント材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、交通事故や骨腫瘍、虫歯等の疾患
により失われた骨や歯の補綴修復物として生体内に安全
に埋込みでき且つそれが生体組織と結合するインプラン
ト材料の開発が熱望されている。金属系インプラントは
これらの補綴物として充分な機械的特性を有しているが
、生物的な適合性は不充分である。これに対して、セラ
ミック系インプラントは、機械的特性は不充分であるが
、生物的安全性、適合性は高い。そこで、金属とセラミ
ックを複合させた種々の複合材料が、インプラント材料
として開発されてきている。例えば、プラズマスプレー
コーティングによりヒドロキシアパタイトをチタン上に
被覆したものが既に市販されている。また、金属基材上
に、水酸アパタイトの硝酸水溶液を塗布、焼成する方法
（特開６３ー２４９５２号）、基材表面にリン酸系カラ
ス材の微粉末のスラリーを被覆し、熱処理してバインダ
ー層を形成し、バインダー層の上にリン酸カルシウム微
粉末と解膠剤及び水とのスラリーを被覆熱処理する工程
からなる製造方法（特開６３ー１３４６７２号）、更に
は、ヒドロキシアパタイトと生体活性ガラス粉末を混合
、焼結したセラミックスも提案されている（特開６０ー
１８６４５５号）。また、本発明者等は、先に以下の生
体適合複合体とその製造方法を開発した。即ち、金属基
材上に、ヒドロキシアパタイトを分散したガラス層を有
し、ガラス層の表層が無数の空孔を有するとともにアパ
タイトが露出していることを特徴とする生体適合性複合
体。その製造方法として、ガラス粉末とヒドロキシアパ
タイトを混合分散し、金属基材上にコーティングし、焼
成後、表面のガラス層を酸で溶解エッチングし、無数の
空孔とアパタイトを露出せしめる複合体の製法である（
特開６３ー１０２７６２号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況に鑑み、インプラント材料の表面に、活性なヒドロ
キシアパタイトを生成させることにより、生体親和性に
優れ、早期に骨が再生しインプラント材との結合が早め
られる生体適合性複合体を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、リン酸
カルシウムを表面に有するインプラント材料を、細胞外
液の無機塩濃度と疑似した人工体液中に浸漬し、ヒドロ
キシアパタイトからなる針状結晶をインプラント材料の
表面に生成せしめることを特徴とするインプラント材料
の製造方法を提供するものである。

【０００５】以下、本発明を詳述する。本発明のインプ
ラント材のベース素材としては、基材上にリン酸カルシ
ウムとガラスとが公知の種々の方法で被覆されていても
よく、基材を用いず、リン酸カルシウムとガラスからな
りこれらが焼成され、切削加工して使用するものでもよ
い。また、基材上にリン酸カルシウムをプラズマスプレ
ー等溶射法により被覆したものでもよい。基材としては
、セラミックまたは金属、なかでもチタンまたはチタン
合金が好ましい。リン酸カルシウムとしては、ヒドロキ
シアパタイト〔Ｃａ１０（ＰＯ４　）６　（ＯＨ）２　
〕、α−リン酸三カルシウム〔α−ＴＣＰ：Ｃａ３　（
ＰＯ４　）２　〕、β−リン酸三カルシウム〔β−ＴＣ
Ｐ：Ｃａ３　（ＰＯ４　）２　〕、リン酸八カルシウム
〔ＯＣＰ：Ｃａ８　Ｈ２　（ＰＯ４　）６　・５　Ｈ２
　Ｏ）、ブルサイト〔Ｂｒｕｓｈｉｔｅ：ＣａＨＰＯ４
　・２Ｈ２　Ｏ）等が用いられ、ヒドロキシアパタイト
がとくに好ましい。これらのインプラント材の中で、本
発明に用いた場合特に好ましいものは、金属基材上に、
ヒドロキシアパタイトを分散したガラス層を有し、ガラ
ス層の表層が無数の空孔を有するとともにアパタイトが
露出していることを特徴とする生体適合性複合体（特開
６３ー１０２７６２号）である。

【０００６】本発明においては、インプラント材を、細
胞外液の無機塩濃度と疑似した人工体液中に浸漬するが
、この人工体液の組成としては、当業者にはあきらかで
あるが、表１の組成のものである。勿論、本発明の目的
をそこなわない限りにおいて、その各成分を変動せしめ
てもよい。

【０００７】

【表１】 かゝる疑似人工体液中に、リン酸カルシウムを表面に有
するインプラント材料を浸漬すると、リン酸カルシウム
が一旦疑似人工体液中にカルシウムイオン、リン酸イオ
ン等として溶出し、残存する分散粒子の上にヒドロキシ
アパタイトとして析出成長するものとおもわれる。

【０００８】リン酸カルシウムの生体中での相変化は、
以下のごときものといわれている。即ち、α−ＴＣＰ、
β−ＴＣＰは、水が存在すると、不安定であり、化１の
如く反応すると報告されている。

【０００９】

【化１】 また、リン酸八カルシウム、ヒドロキシアパタイト、ブ
ルサイト等は生体中では以下の化２の如く相変化すると
いわれている。

【００１０】

【化２】 即ち、生体中では、いずれのリン酸カルシウムも最終的
には、ヒドロキシアパタイトが生成する可能性が高いと
推定される。ただ、生体中のヒドロキシアパタイトは、
他の金属、例えば、ＭｇやＦｅ等によりＣａの一部が置
換されてＣａ／Ｐの比は１．５〜１．６となる。

【００１１】本発明において、インプラント表面にリン
酸カルシウムが新たに生成されるのは、当該表面付近に
ＣａとＰの濃度が高くなりその化学平衡に従ってリン酸
カルシウムを結晶点として析出生成してくるものである
。このさいのＣａとＰの供給源としては、インプラント
表面のリン酸カルシウムが一度溶解し、沈着するものと
考えられる。このＣａとＰの濃度上昇を促進するため、
ヒドロキシアパタイトよりも溶解度の大きい物質、例え
ば、α−リン酸三カルシウム〔α−ＴＣＰ〕、β−リン
酸三カルシウム〔β−ＴＣＰ〕、リン酸八カルシウム〔
ＯＣＰ〕、ブルサイト〔Ｂｒｕｓｈｉｔｅ〕等をインプ
ラント材の表面にコーテイングすることが好ましい。コ
ーテイングには、ゼラチン溶液中にこれらの粉末を分散
させインプラント材の表面に塗布してもよい。

【００１２】浸漬時間、温度は、特に制限なく、数時間
〜１０ケ月程度、０°Ｃ以下〜５０°Ｃ等、要は、リン
酸カルシウムが一度溶解し、沈着結晶成長する条件であ
ればよい。以下、更に本発明を詳述する。先に本発明者
が提案した特開昭６３ー１０２７６２号に従って、金属
基材上に、ヒドロキシアパタイトを分散したガラス層を
有し、ガラス層の表層が無数の空孔を有するとともにア
パタイトが露出している生体適合性複合体をつくり、こ
れを２枚重ね合わせ、人工体液中に浸漬放置した。重ね
合わさった部分はヒドロキシアパタイトにより強固に接
合された。一方、二枚が重ね合わさらず、隙間の部分に
おいては、双方に針状の結晶が観察される〔図４および
５参照〕。その結晶は、Ｘ線解析の結果、人工体液中で
新たに生成されたヒドロキシアパタイトである。一方、
犬の大腿骨に穴を穿ち同じ生体適合性複合体を埋め込み
、約３ケ月後、接合状態を同様に観察した。生体適合性
複合体は全体として骨と一体と成って強固に接合されて
おり、生体適合性複合体と骨とが未だ接合していない部
分、生体適合性複合体中に骨が成長し始めている部分も
一部存在する。未だ接合していない部分と生体適合性複
合体中に骨が成長し始めている部分では、ヒドロキシア
パタイトの針状結晶があらたに形成されており、これが
新生骨の成長に大いに寄与をしていることが伺われる。 また、生体内でヒドロキシアパタイトの針状結晶があら
たに形成されることから、生体適合性複合体を人工体液
中に浸漬し、予め生体外で、生体内で生成されるものと
同様の結晶形態を有するヒドロキシアパタイトの針状結
晶を形成せしめることにより、生体適合性複合体を生体
に埋め込んだ時に骨との結合をより一層容易ならしめる
ものである。

【００１３】

【実施例１】アルミナホウケイ酸ガラスを１４００°Ｃ
から水中に急冷し、フリットを作製した。湿式法により
、高純度水酸化カルシウムの水溶液（ｐＨ１２〜１３）
にＨ３　ＰＯ４　水溶液を滴下し沈澱物を得、仮焼、焼
成を経て、ヒドロキシアパタイト（以下、ＨＡという）
を合成した。フリット、ＨＡいずれも２００メッシュ通
過の粉末を種々の割合（０〜９０％）で混合し、コーテ
イング用ＨＡ／ガラス混合体を調合した。

【００１４】チタン棒を脱脂、ブラスト、熱処理してそ
の表面に酸化膜を形成せしめた。このチタン棒上にガラ
スあるいはＨＡの含有量の少ないＨＡ／ガラス混合体（
スリップ）を、電気炉中で９００°、３分間焼付けた。 次に、ＨＦとＨＮＯ３　の混合溶液でエッチング処理を
行う。ＨＡの含有量が３０％、５０％、７０％であるＨ
Ａ／ガラス混合体（スリップ）を上記手順で順次積層し
た。これにより、ＨＡを分散したガラス層を有し、ガラ
ス層の表層が無数の空孔を有するとともにアパタイトが
露出している生体適合性複合体を得た。

【００１５】得られた生体適合性複合体を犬の大腿骨に
埋め込み、３ケ月後、骨から取り出し、その表面を電解
放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で観察した。骨
と生体適合性複合体との隙間が小さい部分では、骨が生
体適合性複合体の中まで成長しておりこれにより、骨と
生体適合性複合体が強固に接合している。その近傍は、
骨が生体適合性複合体の中まで成長している部分とＨＡ
の新たな針状結晶が共存しており、それに連なる、骨と
生体適合性複合体との隙間が大きい部分では、生体適合
性複合体の表面（図１）とそれに相対している骨表面（
図２）の両方に、ＨＡの針状結晶が形成されている。

【００１６】

【実施例２】カマボコ状のチタン基材をもちいて、実施
例１と同様におこない、カマボコ状の生体適合性複合体
を得た。カマボコ状の２つを背中合わせに重ね合わせ、
前記の成分からなる人工体液中に３ケ月間、浸漬した。 背中合わせに重ね合わさった２つを引き剥がし、互いに
強固に接合されていた部分では、生体中で生成されたＨ
Ａ結晶（図１および２）と同様の形状を有するＨＡ結晶
が生成され（図３）、２つが重ね合わさらず離れている
部分は、双方から成長初期過程のＨＡ針状結晶がみられ
た（図４および５）。

【００１７】浸漬を６ケ月間に延長したところ、ＨＡに
よる接合部分が増え、ＨＡの針状結晶も大きく成長して
いた。

【００１８】

【発明の効果】本発明により、インプラント材料の表面
に、リン酸カルシウム、特に、活性なヒドロキシアパタ
イトを生成させることにより、生体親和性に優れ、早期
に骨が再生しインプラント材との結合が早められる生体
適合性複合体が簡便に製造しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生体適合性複合体を製造する元の生体
適合性複合体を犬の大腿骨に埋め込んだ場合の結晶構造
の成長を表わす電解放射型走査電子顕微鏡写真である。

【図２】本発明の生体適合性複合体を製造する元の生体
適合性複合体を犬の大腿骨に埋め込んだ場合の結晶構造
の成長を表わす電解放射型走査電子顕微鏡写真である。

【図３】本発明によって得られた生体適合性複合体の結
晶構造を表わす電解放射型走査電子顕微鏡写真である。

【図４】本発明によって得られた生体適合性複合体の結
晶構造を表わす電解放射型走査電子顕微鏡写真である。

【図５】本発明によって得られた生体適合性複合体の結
晶構造を表わす電解放射型走査電子顕微鏡写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　リン酸カルシウムを表面に有するイン
   プラント材料を、細胞外液の無機塩濃度と疑似した人工
   体液中に浸漬し、インプラント材料の表面にヒドロキシ
   アパタイトを析出生成せしめることを特徴とするインプ
   ラント材料の製造方法。