JPH04367665A - 生体活性物質のコーティング法 - Google Patents
生体活性物質のコーティング法Info
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- JPH04367665A JPH04367665A JP3169439A JP16943991A JPH04367665A JP H04367665 A JPH04367665 A JP H04367665A JP 3169439 A JP3169439 A JP 3169439A JP 16943991 A JP16943991 A JP 16943991A JP H04367665 A JPH04367665 A JP H04367665A
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- Materials For Medical Uses (AREA)
- Prostheses (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人工骨や人工歯根等に
代表されるインプラント部材を製作することを目的とし
て、基材に生体活性物質をコーティングする方法に関す
るものである。
代表されるインプラント部材を製作することを目的とし
て、基材に生体活性物質をコーティングする方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】損傷又は欠損して失なわれた骨や関節，
歯根等の機能を回復又は修復するために、人工骨や人工
関節，人工歯根等のインプラント部材を使用することが
ある。これらのインプラント部材は骨等の代りに生体内
で使用されるものであるから、毒性がなく、強度が高く
、しかも生体親和性の高いものである必要がある。
歯根等の機能を回復又は修復するために、人工骨や人工
関節，人工歯根等のインプラント部材を使用することが
ある。これらのインプラント部材は骨等の代りに生体内
で使用されるものであるから、毒性がなく、強度が高く
、しかも生体親和性の高いものである必要がある。
【０００３】ＴｉやＴｉ系合金等の金属は安全性が高く
高強度を有するため、股関節等強度の必要とされる所に
使用されているが、生体組織、特に新生骨組織との親和
性が低いという欠点を有している。
高強度を有するため、股関節等強度の必要とされる所に
使用されているが、生体組織、特に新生骨組織との親和
性が低いという欠点を有している。
【０００４】そこで親和性の低い部材に優れた親和性を
与える方法として、生体活性物質である燐酸カルシウム
系ガラスを基材上にコーティングする方法が開発された
。コーティングする方法としてプラズマ溶射法、或は粉
末ガラスのスラリーを塗布した後熱処理を行なう方法が
一般に用いられている。また従来よりインプラント部材
の表面を粗面化、より好ましくは奥へ向かって末広がり
に拡大する凹部を設け、凹部内で新生骨が形成されるこ
とによるアンカー効果によってインプラント部材と生体
との接合力を高める方法も利用されている。
与える方法として、生体活性物質である燐酸カルシウム
系ガラスを基材上にコーティングする方法が開発された
。コーティングする方法としてプラズマ溶射法、或は粉
末ガラスのスラリーを塗布した後熱処理を行なう方法が
一般に用いられている。また従来よりインプラント部材
の表面を粗面化、より好ましくは奥へ向かって末広がり
に拡大する凹部を設け、凹部内で新生骨が形成されるこ
とによるアンカー効果によってインプラント部材と生体
との接合力を高める方法も利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】基材をコーティングし
た生体活性物質に体液が接すると、イオンの放出が起こ
ってアパタイトが形成され、ひいては新生骨の発育が促
される。しかしイオンの放出が速すぎると体液のｐＨ等
に急激な変化をきたし、生体組織に悪影響を及ぼし骨の
新生を阻害する。そこで新生骨の発育に適当な放出速度
を得ることを目的として、燐酸カルシウム系ガラスに熱
処理を行ないその一部を結晶化させることにより安定化
を計ることが行なわれている。この時の熱処理温度は生
体活性ガラスの種類によって異なるが、例えば反応性に
富んだＣａＳｉＯ３（ウォラストナイト）を析出させる
系のガラスでは１０５０℃が標準熱処理温度であり、１
０００℃以上でないと十分に結晶が析出しない。
た生体活性物質に体液が接すると、イオンの放出が起こ
ってアパタイトが形成され、ひいては新生骨の発育が促
される。しかしイオンの放出が速すぎると体液のｐＨ等
に急激な変化をきたし、生体組織に悪影響を及ぼし骨の
新生を阻害する。そこで新生骨の発育に適当な放出速度
を得ることを目的として、燐酸カルシウム系ガラスに熱
処理を行ないその一部を結晶化させることにより安定化
を計ることが行なわれている。この時の熱処理温度は生
体活性ガラスの種類によって異なるが、例えば反応性に
富んだＣａＳｉＯ３（ウォラストナイト）を析出させる
系のガラスでは１０５０℃が標準熱処理温度であり、１
０００℃以上でないと十分に結晶が析出しない。
【０００６】しかし金属の熱処理が変態点以上の温度で
実施されると、結晶相の変態によって強度が低下するた
め、変態点以下例えば純Ｔｉでは１０００℃以下、Ｔｉ
−６Ａｌ−４Ｖでは９８０℃以下で熱処理を行なう必要
がある。
実施されると、結晶相の変態によって強度が低下するた
め、変態点以下例えば純Ｔｉでは１０００℃以下、Ｔｉ
−６Ａｌ−４Ｖでは９８０℃以下で熱処理を行なう必要
がある。
【０００７】しかるに粉末状生体活性ガラスのスラリー
を塗布した後で熱処理を行なう前記方法では、１０００
℃以下で処理するという条件下では十分に結晶化されず
、従って基材の強度保持と生体活性ガラスの結晶化とい
う２つの目的を達成することができておらない。そこで
その対策として予め熱処理を施した結晶化ガラスをコー
ティングする方法も考えられるが、結晶化させた温度よ
りも低い温度で熱処理を行なったのでは焼結は進み難く
十分な接合力を有するコーティングを施すことができな
い。
を塗布した後で熱処理を行なう前記方法では、１０００
℃以下で処理するという条件下では十分に結晶化されず
、従って基材の強度保持と生体活性ガラスの結晶化とい
う２つの目的を達成することができておらない。そこで
その対策として予め熱処理を施した結晶化ガラスをコー
ティングする方法も考えられるが、結晶化させた温度よ
りも低い温度で熱処理を行なったのでは焼結は進み難く
十分な接合力を有するコーティングを施すことができな
い。
【０００８】一方プラズマ溶射法の場合にはコーティン
グする表面が粗面である場合の凹部、特にアンカー効果
が期待される奥に向って広がっている凹部内部へのコー
ティングがほとんど行なえないという欠点を有している
。従って凹部内では親和性の低い金属表面が広がってい
ることになるので新生骨の発育は促進されずアンカー効
果が十分に発揮されない。
グする表面が粗面である場合の凹部、特にアンカー効果
が期待される奥に向って広がっている凹部内部へのコー
ティングがほとんど行なえないという欠点を有している
。従って凹部内では親和性の低い金属表面が広がってい
ることになるので新生骨の発育は促進されずアンカー効
果が十分に発揮されない。
【０００９】本発明はこうした状況のもとになされたも
のであって、その目的は、基材の強度保持を図りつつ基
材と燐酸カルシウム系ガラスを焼結させ、しかも凹部内
部でも生体活性を十分に発揮させ得る方法を提供しよう
とするものである。
のであって、その目的は、基材の強度保持を図りつつ基
材と燐酸カルシウム系ガラスを焼結させ、しかも凹部内
部でも生体活性を十分に発揮させ得る方法を提供しよう
とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、燐酸カルシウム系の結晶化ガラス粉末、及び
これと同一又は略同一組成の燐酸カルシウム系非晶質ガ
ラス粉末を含む混合物スラリーに基材を浸漬してコーテ
ィングした後乾燥させ、更にコーティング材表面をレー
ザー加熱処理する点に要旨を有する生理活性物質のコー
ティング法である。
発明とは、燐酸カルシウム系の結晶化ガラス粉末、及び
これと同一又は略同一組成の燐酸カルシウム系非晶質ガ
ラス粉末を含む混合物スラリーに基材を浸漬してコーテ
ィングした後乾燥させ、更にコーティング材表面をレー
ザー加熱処理する点に要旨を有する生理活性物質のコー
ティング法である。
【００１１】
【作用】一度結晶化させたガラス粉末は結晶化時の温度
以下であればたとえ熱処理を行なっても融解せず、従っ
て焼結させることはできない。しかしそのガラス粉末と
同一又は略同一の組成の非晶質ガラス粉末を加えると非
晶質ガラスがバインダーの働きをするため焼結が可能と
なる。この現象を巧みに利用し、燐酸カルシウム系の結
晶化ガラス粉末、及びこれと同一又は略同一組成の燐酸
カルシウム系非晶質ガラス粉末を含む混合物スラリーに
基材を浸漬してコーティングした後乾燥させ、更に熱処
理を行なう様な構成を採用すればよいことを見出し、そ
の技術的意義が認められたので先に出願した（特願平１
−２８９０９２号）。
以下であればたとえ熱処理を行なっても融解せず、従っ
て焼結させることはできない。しかしそのガラス粉末と
同一又は略同一の組成の非晶質ガラス粉末を加えると非
晶質ガラスがバインダーの働きをするため焼結が可能と
なる。この現象を巧みに利用し、燐酸カルシウム系の結
晶化ガラス粉末、及びこれと同一又は略同一組成の燐酸
カルシウム系非晶質ガラス粉末を含む混合物スラリーに
基材を浸漬してコーティングした後乾燥させ、更に熱処
理を行なう様な構成を採用すればよいことを見出し、そ
の技術的意義が認められたので先に出願した（特願平１
−２８９０９２号）。
【００１２】上記構成によって当面の目標は達成された
のであるが、本発明者らの研究によると、熱処理条件に
よっては生体活性物質から基材への酸素の拡散（基材の
酸化）が若干生じることは避けられず、これによって基
材強度の劣化を引き起こし、基材は切欠き感受性に敏感
となって耐衝撃性が著しく低下することがあることも分
かった。そこで本発明者らは、基材の強度保持を図りつ
つ、基材と燐酸カルシウム系ガラスを焼結させる手段に
ついて別の観点から更に検討した。
のであるが、本発明者らの研究によると、熱処理条件に
よっては生体活性物質から基材への酸素の拡散（基材の
酸化）が若干生じることは避けられず、これによって基
材強度の劣化を引き起こし、基材は切欠き感受性に敏感
となって耐衝撃性が著しく低下することがあることも分
かった。そこで本発明者らは、基材の強度保持を図りつ
つ、基材と燐酸カルシウム系ガラスを焼結させる手段に
ついて別の観点から更に検討した。
【００１３】その結果、基材上に生体活性物質をコーテ
ィングしたインプラント材表面をレーザ加熱する構成を
採用すれば良いことを見出し、本発明を完成した。即ち
レーザ加熱を採用した場合には、その照射条件を適当に
設定することによって特定深度部分（表面からの特定深
さまでの部分）を急速加熱することができ、基材本体の
加熱を最小限に抑えつつ、ほぼ生体活性物質のみを加熱
することができることが分かった。その為、生体活性物
質中の酸素が基材に拡散する前に生体活性物質を焼結さ
せることができ、生体活性物質中の酸素の基材への拡散
による基材強度の劣化が生じない。
ィングしたインプラント材表面をレーザ加熱する構成を
採用すれば良いことを見出し、本発明を完成した。即ち
レーザ加熱を採用した場合には、その照射条件を適当に
設定することによって特定深度部分（表面からの特定深
さまでの部分）を急速加熱することができ、基材本体の
加熱を最小限に抑えつつ、ほぼ生体活性物質のみを加熱
することができることが分かった。その為、生体活性物
質中の酸素が基材に拡散する前に生体活性物質を焼結さ
せることができ、生体活性物質中の酸素の基材への拡散
による基材強度の劣化が生じない。
【００１４】本発明に利用される基材としてはＴｉやＴ
ｉ系合金，ステンレス鋼等の金属或はセラミックス等の
様に毒性が無くインプラント部材に適したものを、単独
あるいは組み合せて使用することができる。その表面は
平滑でもよいが粗面化されている方がより好ましい。粗
面化の方法は特に限定されるものではないが、例えば金
属材料を使用した時には同種の金属材料によって形成さ
れた微細な粉粒体又は線条体をプラズマ溶射法や加圧溶
着法によって接合することにより、基材表面に微細な凹
凸を形成することができる。尚新生骨の形成によってア
ンカー効果を発揮させるときには凹部の直径はおよそ１
００〜４００μｍの大きさとし、奥へ向かって末広がり
に拡大する形状に成形することが好ましい。
ｉ系合金，ステンレス鋼等の金属或はセラミックス等の
様に毒性が無くインプラント部材に適したものを、単独
あるいは組み合せて使用することができる。その表面は
平滑でもよいが粗面化されている方がより好ましい。粗
面化の方法は特に限定されるものではないが、例えば金
属材料を使用した時には同種の金属材料によって形成さ
れた微細な粉粒体又は線条体をプラズマ溶射法や加圧溶
着法によって接合することにより、基材表面に微細な凹
凸を形成することができる。尚新生骨の形成によってア
ンカー効果を発揮させるときには凹部の直径はおよそ１
００〜４００μｍの大きさとし、奥へ向かって末広がり
に拡大する形状に成形することが好ましい。
【００１５】本発明に使用する燐酸カルシウム系ガラス
はインプラント部材に使用できるものであればよく、例
えば次の様な組成：（ＣａＯ４５％，Ｐ２Ｏ５１６％，
ＳｉＯ２３５％、残部Ｂ２Ｏ５，Ｎａ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ、
場合によりＭｇＯ）より成るガラス等を溶製後粉砕して
利用する。こうして作製した生体活性ガラス粉末の一部
を１０００〜１２００℃にて熱処理を行ない結晶化させ
る。原料組成や熱処理温度により析出する結晶は異なる
が、一般に１０５０℃付近で処理するとアパタイト或は
ウォラストナイトが析出し、１１５０℃付近で処理する
とβＴＣＰやアパタイト或はウォラスナイトが析出する
ので、目的に応じて処理温度を決定することができる。 また２種以上の温度で連続処理を行なったり、２種以上
の温度で個別に処理した後混合することもできる。
はインプラント部材に使用できるものであればよく、例
えば次の様な組成：（ＣａＯ４５％，Ｐ２Ｏ５１６％，
ＳｉＯ２３５％、残部Ｂ２Ｏ５，Ｎａ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ、
場合によりＭｇＯ）より成るガラス等を溶製後粉砕して
利用する。こうして作製した生体活性ガラス粉末の一部
を１０００〜１２００℃にて熱処理を行ない結晶化させ
る。原料組成や熱処理温度により析出する結晶は異なる
が、一般に１０５０℃付近で処理するとアパタイト或は
ウォラストナイトが析出し、１１５０℃付近で処理する
とβＴＣＰやアパタイト或はウォラスナイトが析出する
ので、目的に応じて処理温度を決定することができる。 また２種以上の温度で連続処理を行なったり、２種以上
の温度で個別に処理した後混合することもできる。
【００１６】熱処理後の生体活性ガラス粉末は粉砕し粒
度を好ましくは３〜１０μｍとした後、同一又は略同一
組成の非晶質ガラスを目的とするイオン溶出速度に合わ
せて混合する。この時の混合割合によってイオンの溶出
速度を制御することが可能であるがイオンの溶出速度の
みならず、基材への接合強度が必要となるので、これを
維持するには１０％以上が望ましい。混合物の粒度は特
に限定されないが、好ましくはさらに粉砕して平均粒径
５μｍ以下とし、必要に応じてバインダーを加え水また
はアルコール等に懸濁しスラリー状にする。バインダー
も特に限定されないが、例えばアクリル系エマルジョン
やＰＶＡ，アラビアゴム等を使用することができる。粒
径を前述の如く小さくすることにより分散状態が安定し
、コーティング皮膜の再現性が高くなる。またガラス粉
末濃度やバインダー濃度の調節によって浸漬皮膜厚さを
自由に制御することができる。
度を好ましくは３〜１０μｍとした後、同一又は略同一
組成の非晶質ガラスを目的とするイオン溶出速度に合わ
せて混合する。この時の混合割合によってイオンの溶出
速度を制御することが可能であるがイオンの溶出速度の
みならず、基材への接合強度が必要となるので、これを
維持するには１０％以上が望ましい。混合物の粒度は特
に限定されないが、好ましくはさらに粉砕して平均粒径
５μｍ以下とし、必要に応じてバインダーを加え水また
はアルコール等に懸濁しスラリー状にする。バインダー
も特に限定されないが、例えばアクリル系エマルジョン
やＰＶＡ，アラビアゴム等を使用することができる。粒
径を前述の如く小さくすることにより分散状態が安定し
、コーティング皮膜の再現性が高くなる。またガラス粉
末濃度やバインダー濃度の調節によって浸漬皮膜厚さを
自由に制御することができる。
【００１７】スラリーに前記基材を浸漬させてコーティ
ングを施す工程においては基材の凹部内までコーティン
グすることができるが、この際減圧下で浸漬させた後、
基材をスラリーより取り出す前に加圧すれば、より確実
に内部までコーティングすることもできる。
ングを施す工程においては基材の凹部内までコーティン
グすることができるが、この際減圧下で浸漬させた後、
基材をスラリーより取り出す前に加圧すれば、より確実
に内部までコーティングすることもできる。
【００１８】尚コーティングを２回以上行なうことによ
り、皮膜層内の層厚さ方向にガラス組成を徐々に変更す
ることも可能である。この場合基材側に結晶化ガラスの
量を多くすると新生骨が形成された後のコーティング層
の安定化が期待できる。
り、皮膜層内の層厚さ方向にガラス組成を徐々に変更す
ることも可能である。この場合基材側に結晶化ガラスの
量を多くすると新生骨が形成された後のコーティング層
の安定化が期待できる。
【００１９】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定するものではなく
、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも
本発明の技術的範囲に含まれるものである。
明するが、下記実施例は本発明を限定するものではなく
、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも
本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２０】
【実施例】ＣａＯ４５％，Ｐ２Ｏ５１６％，ＳｉＯ２３
５％、残りＢ２Ｏ５，Ｎａ２Ｏを含有するガラスを溶製
した後粉砕して１０μｍ以下とした。この粉末の一部を
１０５０℃にて熱処理を行なった。この熱処理によって
アパタイトとウォラストナイトが析出した。得られた粉
末を平均粒径３μｍに粉砕し、これに非晶質ガラスを同
量混合し、更に平均粒径３μｍに粉砕した。混合粉末に
バインダーと純水を加えて５０ｗ／ｖ ％のスラリーと
し、該スラリーに多孔質Ｔｉ（またはＴｉ合金）表面を
有する人工関節テストピースを浸漬しコーティングした
後乾燥させ、ＣＯ２ガス５ＫＷレーザにてアルゴン雰囲
気中でコーティング表面を急速加熱処理した。
５％、残りＢ２Ｏ５，Ｎａ２Ｏを含有するガラスを溶製
した後粉砕して１０μｍ以下とした。この粉末の一部を
１０５０℃にて熱処理を行なった。この熱処理によって
アパタイトとウォラストナイトが析出した。得られた粉
末を平均粒径３μｍに粉砕し、これに非晶質ガラスを同
量混合し、更に平均粒径３μｍに粉砕した。混合粉末に
バインダーと純水を加えて５０ｗ／ｖ ％のスラリーと
し、該スラリーに多孔質Ｔｉ（またはＴｉ合金）表面を
有する人工関節テストピースを浸漬しコーティングした
後乾燥させ、ＣＯ２ガス５ＫＷレーザにてアルゴン雰囲
気中でコーティング表面を急速加熱処理した。
【００２１】得られた各サンプルはレーザ加熱処理前の
多孔質Ｔｉ（またはＴｉ合金）基材とほぼ同様の機械的
強度を有し、またこれを擬似体液中で振盪しながら３７
℃に保持したところ、４日目に表面にアパタイト微結晶
が析出した。これは結晶化ガラス単体で行なった結果と
同じであった。更に各サンプルを動物実験した所、熱処
理サンプルに比べて遜色ない結果が得られた。
多孔質Ｔｉ（またはＴｉ合金）基材とほぼ同様の機械的
強度を有し、またこれを擬似体液中で振盪しながら３７
℃に保持したところ、４日目に表面にアパタイト微結晶
が析出した。これは結晶化ガラス単体で行なった結果と
同じであった。更に各サンプルを動物実験した所、熱処
理サンプルに比べて遜色ない結果が得られた。
【００２２】次に本発明者らは、得られたサンプルにつ
いてレーザ加熱前・後の基材の酸素分析を行なった。そ
の結果を表１に示す。尚表１には、通常の熱処理を行な
った基材の酸素分析値についても示した。
いてレーザ加熱前・後の基材の酸素分析を行なった。そ
の結果を表１に示す。尚表１には、通常の熱処理を行な
った基材の酸素分析値についても示した。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１から明らかな様に、本発明で処理した
ものは、酸素拡散による基材中酸素濃度の上昇はほとん
ど認められなかった。
ものは、酸素拡散による基材中酸素濃度の上昇はほとん
ど認められなかった。
【００２５】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、基
材への熱影響を最小限に抑えて基材の強度を損なうこと
なく、基材と燐酸カルシウム系ガラスを強固に焼結させ
ることができ、凹部内部まで生体活性ガラスがコーティ
ングされたインプラント材を作ることが可能となった。
材への熱影響を最小限に抑えて基材の強度を損なうこと
なく、基材と燐酸カルシウム系ガラスを強固に焼結させ
ることができ、凹部内部まで生体活性ガラスがコーティ
ングされたインプラント材を作ることが可能となった。
Claims (1)
- 【請求項１】 燐酸カルシウム系の結晶化ガラス粉末
、及びこれと同一又は略同一組成の燐酸カルシウム系非
晶質ガラス粉末を含む混合物スラリーに基材を浸漬して
コーティングした後乾燥させ、更にコーティング材表面
をレーザー加熱処理することを特徴とする生体活性物質
のコーティング法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3169439A JPH04367665A (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 生体活性物質のコーティング法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3169439A JPH04367665A (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 生体活性物質のコーティング法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04367665A true JPH04367665A (ja) | 1992-12-18 |
Family
ID=15886627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3169439A Withdrawn JPH04367665A (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 生体活性物質のコーティング法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04367665A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100424910B1 (ko) * | 2001-04-27 | 2004-03-27 | 홍국선 | 생체활성 세라믹의 코팅방법 |
-
1991
- 1991-06-13 JP JP3169439A patent/JPH04367665A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100424910B1 (ko) * | 2001-04-27 | 2004-03-27 | 홍국선 | 생체활성 세라믹의 코팅방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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