JPH05103829A - 生体活性層のコーテイング方法 - Google Patents
生体活性層のコーテイング方法Info
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- JPH05103829A JPH05103829A JP3293649A JP29364991A JPH05103829A JP H05103829 A JPH05103829 A JP H05103829A JP 3293649 A JP3293649 A JP 3293649A JP 29364991 A JP29364991 A JP 29364991A JP H05103829 A JPH05103829 A JP H05103829A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 緻密で均一なアパタイト層を如何なる形状、
材質の基材の表面上にも強固に結合させて形成する。 【構成】 板状、棒状、繊維状、粒状など各種の形状の
金属、セラミックスなどの基材に液状のシリカヒドロゾ
ル又はゲルをコーティングし、乾燥後、加熱処理してシ
リカゲルを基材に結合させ、その後、アパタイトに対し
て過飽和となる量のカルシウムとリン酸イオンを含む１
０〜６０℃の水溶液(疑似体液)に浸漬することにより、
基材表面に生体活性なアパタイト層をコーティングする
ことを特徴としている。人工骨、生体埋込治療材料、生
体埋込医療機器、器具などの生体親和性複合材料として
適している。
材質の基材の表面上にも強固に結合させて形成する。 【構成】 板状、棒状、繊維状、粒状など各種の形状の
金属、セラミックスなどの基材に液状のシリカヒドロゾ
ル又はゲルをコーティングし、乾燥後、加熱処理してシ
リカゲルを基材に結合させ、その後、アパタイトに対し
て過飽和となる量のカルシウムとリン酸イオンを含む１
０〜６０℃の水溶液(疑似体液)に浸漬することにより、
基材表面に生体活性なアパタイト層をコーティングする
ことを特徴としている。人工骨、生体埋込治療材料、生
体埋込医療機器、器具などの生体親和性複合材料として
適している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は人工骨、生体埋込治療材
料、生体埋込医療機器、器具などに利用されるアパタイ
ト層被覆材料に関し、より詳細には、金属、セラミック
スなどの基材にアパタイト層をコーティングする方法に
関する。
料、生体埋込医療機器、器具などに利用されるアパタイ
ト層被覆材料に関し、より詳細には、金属、セラミック
スなどの基材にアパタイト層をコーティングする方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
ペースメーカー、人口関節、血流センサ、各種カテーテ
ルなど、生体組み込み形の機器、器具が実用化されるに
つれ、生体親和性が問題となっている。そのため、それ
ら機器、器具の基材表面にアパタイト皮膜を形成する試
みがなされている。
ペースメーカー、人口関節、血流センサ、各種カテーテ
ルなど、生体組み込み形の機器、器具が実用化されるに
つれ、生体親和性が問題となっている。そのため、それ
ら機器、器具の基材表面にアパタイト皮膜を形成する試
みがなされている。
【０００３】従来、このような基材表面にアパタイト層
をコーティングする方法としては、主にプラズマ溶射法
が用いられており、またアパタイトペーストを塗布し焼
成する方法なども用いられていた。しかし、このような
方法は、１０００℃程度に温度を上げる必要があり、基
材の変質などの問題から、適応できない場合があった。
また、複雑な形状のものに均一なアパタイト層を形成さ
せることが困難なこと、緻密なアパタイト層を得ること
が困難なこと、生体内のアパタイトと組成や構造の異な
るアパタイトの層しか得ることができないこと、大型で
高価な装置を必要とすること、等々の問題点もあった。
をコーティングする方法としては、主にプラズマ溶射法
が用いられており、またアパタイトペーストを塗布し焼
成する方法なども用いられていた。しかし、このような
方法は、１０００℃程度に温度を上げる必要があり、基
材の変質などの問題から、適応できない場合があった。
また、複雑な形状のものに均一なアパタイト層を形成さ
せることが困難なこと、緻密なアパタイト層を得ること
が困難なこと、生体内のアパタイトと組成や構造の異な
るアパタイトの層しか得ることができないこと、大型で
高価な装置を必要とすること、等々の問題点もあった。
【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、緻密で均一なアパタイト層を如何なる形状、材質の
基材表面上にも強固に結合させて形成することができる
アパタイト層コーティング方法を提供することを目的と
するものである。
し、緻密で均一なアパタイト層を如何なる形状、材質の
基材表面上にも強固に結合させて形成することができる
アパタイト層コーティング方法を提供することを目的と
するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かねてよ
り、生体活性なガラス及び結晶化ガラスと骨の結合機構
について詳細な研究を重ね、次のことを明らかにしてき
た。
り、生体活性なガラス及び結晶化ガラスと骨の結合機構
について詳細な研究を重ね、次のことを明らかにしてき
た。
【０００６】すなわち、（１）それらガラス及び結晶化
ガラスが骨と結合するのは、生体内でその表面に骨の無
機質によく似たアパタイトの薄層を形成するためであ
る。（２）このアパタイト層は生体の外でも人の体液に
近いイオン濃度を有する水溶液中でも形成される。
（３）その原因は、ガラス及び結晶化ガラスが先ず体内
でその表面に水和ケイ酸イオンを作り、それが体液中の
カルシウムとリン酸イオンと反応してアパタイトの核を
作り、その核が体液中の過飽和なカルシウムとリン酸イ
オンを取り込んで成長するためである。
ガラスが骨と結合するのは、生体内でその表面に骨の無
機質によく似たアパタイトの薄層を形成するためであ
る。（２）このアパタイト層は生体の外でも人の体液に
近いイオン濃度を有する水溶液中でも形成される。
（３）その原因は、ガラス及び結晶化ガラスが先ず体内
でその表面に水和ケイ酸イオンを作り、それが体液中の
カルシウムとリン酸イオンと反応してアパタイトの核を
作り、その核が体液中の過飽和なカルシウムとリン酸イ
オンを取り込んで成長するためである。
【０００７】これらの結果に基づくならば、シリカのヒ
ドロゲルを人の体液に近いイオン濃度を有する擬似体液
中に浸漬すれば、その表面に骨の無機質に似たアパタイ
トの層が形成されると考えられる。このことが事実であ
ることは実験により確かめられた。
ドロゲルを人の体液に近いイオン濃度を有する擬似体液
中に浸漬すれば、その表面に骨の無機質に似たアパタイ
トの層が形成されると考えられる。このことが事実であ
ることは実験により確かめられた。
【０００８】そこで、本発明者らは、この現象を、種々
の金属やセラミックスなどの基体表面に骨に似たアパタ
イトの緻密な層を均一に形成させる方法として利用する
方策について鋭意研究を重ねた結果、ここに本発明を完
成したものである。
の金属やセラミックスなどの基体表面に骨に似たアパタ
イトの緻密な層を均一に形成させる方法として利用する
方策について鋭意研究を重ねた結果、ここに本発明を完
成したものである。
【０００９】すなわち、本発明は、板状、棒状、繊維
状、粒状など各種の形状の金属、セラミックスなどの基
材に液状のシリカヒドロゾル又はゲルをコーティング
し、乾燥後、加熱処理してシリカゲルを基材に結合さ
せ、その後、アパタイトに対して過飽和となる量のカル
シウムとリン酸イオンを含む１０〜６０℃の水溶液に浸
漬することにより、基材表面に生体活性なアパタイト層
をコーティングすることを特徴とする生体活性層のコー
ティング方法を要旨とするものである。
状、粒状など各種の形状の金属、セラミックスなどの基
材に液状のシリカヒドロゾル又はゲルをコーティング
し、乾燥後、加熱処理してシリカゲルを基材に結合さ
せ、その後、アパタイトに対して過飽和となる量のカル
シウムとリン酸イオンを含む１０〜６０℃の水溶液に浸
漬することにより、基材表面に生体活性なアパタイト層
をコーティングすることを特徴とする生体活性層のコー
ティング方法を要旨とするものである。
【００１０】この方法によれば、各種材料の複雑な形状
のものにも微粒子にも、極めて容易に骨の無機質に似た
アパタイトの緻密で均一な層をコーティングすることが
できる。アパタイト層の厚さは水溶液中の浸漬時間が長
くなるにつれて大きくなり、またその大きくなる速度は
湿度が高くなるにつれて大きくなるので、任意の厚さの
アパタイト層を形成させることができる。このようなア
パタイト層で被覆された材料は、骨と結合するだけでな
く、材料同志でも結合し、また骨以外の生体組織とも良
い親和性を示すので、人工骨、生体埋込治療材料、生体
埋込医療機器、器具の材料として利用価値が高い。
のものにも微粒子にも、極めて容易に骨の無機質に似た
アパタイトの緻密で均一な層をコーティングすることが
できる。アパタイト層の厚さは水溶液中の浸漬時間が長
くなるにつれて大きくなり、またその大きくなる速度は
湿度が高くなるにつれて大きくなるので、任意の厚さの
アパタイト層を形成させることができる。このようなア
パタイト層で被覆された材料は、骨と結合するだけでな
く、材料同志でも結合し、また骨以外の生体組織とも良
い親和性を示すので、人工骨、生体埋込治療材料、生体
埋込医療機器、器具の材料として利用価値が高い。
【００１１】次に本発明を更に詳細に説明する。
【００１２】
【００１３】本発明は、基材にシリカゲル層をコーティ
ングする工程と、シリカゲルを基材に焼き付ける工程
と、シリカゲル層を焼き付けた基材をアパタイトに対し
て過飽和なカルシウムとリン酸イオンを含む水溶液に浸
漬する工程からなっている。
ングする工程と、シリカゲルを基材に焼き付ける工程
と、シリカゲル層を焼き付けた基材をアパタイトに対し
て過飽和なカルシウムとリン酸イオンを含む水溶液に浸
漬する工程からなっている。
【００１４】シリカゲル層をコーティングする方法とし
ては、次の〜のような方法があり、均一なゲル層が
得られる方法であれば、どの方法でも良い。
ては、次の〜のような方法があり、均一なゲル層が
得られる方法であれば、どの方法でも良い。
【００１５】水ガラス(Ｎa2Ｏ・ＳiＯ2・ｎＨ2Ｏ)に
塩酸、硝酸、硫酸などの水溶液を撹拌下で混合し、適当
な粘度を示すようになった時点で基材を浸漬し、引き上
げ、更に水に浸漬してＮa+イオンを溶出する。
塩酸、硝酸、硫酸などの水溶液を撹拌下で混合し、適当
な粘度を示すようになった時点で基材を浸漬し、引き上
げ、更に水に浸漬してＮa+イオンを溶出する。
【００１６】ケイ素のアルコキシドであるテトラメト
キシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロキシシ
ラン、テトライソプロポキシシラン或いはテトラブトキ
シシランのアルコール溶液に、触媒として塩酸、硝酸、
硫酸、酢酸或いはアンモニアを含む水を混合し、ケイ素
のアルコキシドの加水分解、重合反応を進行させ、適当
な粘度を示すようになった段階で基材を浸漬し、引き上
げる。
キシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロキシシ
ラン、テトライソプロポキシシラン或いはテトラブトキ
シシランのアルコール溶液に、触媒として塩酸、硝酸、
硫酸、酢酸或いはアンモニアを含む水を混合し、ケイ素
のアルコキシドの加水分解、重合反応を進行させ、適当
な粘度を示すようになった段階で基材を浸漬し、引き上
げる。
【００１７】ポリスチレンスルホン酸ナトリウムを１
規定硝酸水溶液に溶解し、この溶液にテトラメトキシシ
ランを滴下して加水分解反応を行わせ、適当な粘度を示
すようになった段階で基材を浸漬し、引き上げ、１規定
硝酸溶液に浸漬して有機高分子を洗い出す。
規定硝酸水溶液に溶解し、この溶液にテトラメトキシシ
ランを滴下して加水分解反応を行わせ、適当な粘度を示
すようになった段階で基材を浸漬し、引き上げ、１規定
硝酸溶液に浸漬して有機高分子を洗い出す。
【００１８】ポリエチレンオキシドを１規定硝酸水溶
液に溶解し、この溶液にテトラエトキシシランを加えて
加水分解反応を行わせ、適当な粘度になった段階で基材
を浸漬し、引き上げ、その後、蒸留水とエタノールで数
回洗浄して有機高分子を洗い出す。
液に溶解し、この溶液にテトラエトキシシランを加えて
加水分解反応を行わせ、適当な粘度になった段階で基材
を浸漬し、引き上げ、その後、蒸留水とエタノールで数
回洗浄して有機高分子を洗い出す。
【００１９】シリカゲル層を基材に焼き付ける熱処理
は、シリカゲルが基材に焼き付く程度に高く、しかし、
基材の成分がシリカゲル中に拡散してアパタイト形成を
妨害しない程度に低い温度域で行う必要がある。例え
ば、基材の材質にもよるが、３００℃〜９００℃であ
る。
は、シリカゲルが基材に焼き付く程度に高く、しかし、
基材の成分がシリカゲル中に拡散してアパタイト形成を
妨害しない程度に低い温度域で行う必要がある。例え
ば、基材の材質にもよるが、３００℃〜９００℃であ
る。
【００２０】シリカゲル層を焼き付けた基材を浸漬する
水溶液(疑似体液)は、アパタイトの溶解度に相当する
５.５×１０-118以上のイオン活動度積を有するカルシ
ウムとリン酸イオンを含み、しかも、アパタイトの自発
的核形成を生じない水溶液であれば良い。例えば、人の
体液に近いイオン濃度を有する下記(i)或いはその１.５
倍のイオン濃度を有する(ii)の水溶液が適当である。
水溶液(疑似体液)は、アパタイトの溶解度に相当する
５.５×１０-118以上のイオン活動度積を有するカルシ
ウムとリン酸イオンを含み、しかも、アパタイトの自発
的核形成を生じない水溶液であれば良い。例えば、人の
体液に近いイオン濃度を有する下記(i)或いはその１.５
倍のイオン濃度を有する(ii)の水溶液が適当である。
【００２１】（i）Ｎa+１４２.０、Ｋ+５.０、Ｃa2+２.
５、Ｍg2+１.５、Ｃl-１４８.８、ＨＣＯ3 -４.２、ＨＰ
Ｏ4 2-１.０、ＳＯ4 2-０.５mＭで、トリス緩衝剤でｐＨ
を７.４にしたもの。 （ii）Ｎa+２１３.０、Ｋ+７.５、Ｃa2+３.８、Ｍg2+
２.３、Ｃl-２２３.３、ＨＣＯ3 -６.３、ＨＰＯ4 2-１.
５、ＳＯ4 2-０.７５mＭで、トリス緩衝剤でｐＨを７.４
にしたもの。
５、Ｍg2+１.５、Ｃl-１４８.８、ＨＣＯ3 -４.２、ＨＰ
Ｏ4 2-１.０、ＳＯ4 2-０.５mＭで、トリス緩衝剤でｐＨ
を７.４にしたもの。 （ii）Ｎa+２１３.０、Ｋ+７.５、Ｃa2+３.８、Ｍg2+
２.３、Ｃl-２２３.３、ＨＣＯ3 -６.３、ＨＰＯ4 2-１.
５、ＳＯ4 2-０.７５mＭで、トリス緩衝剤でｐＨを７.４
にしたもの。
【００２２】液の温度は１０〜６０℃であれば良い。１
０℃未満ではアパタイト層の成長速度が極めて小さく、
また６０℃を超えると、アパタイト以外の相が析出する
ので好ましくない。アパタイト層の厚さは浸漬時間が長
くなるにつれて大きくなる。
０℃未満ではアパタイト層の成長速度が極めて小さく、
また６０℃を超えると、アパタイト以外の相が析出する
ので好ましくない。アパタイト層の厚さは浸漬時間が長
くなるにつれて大きくなる。
【００２３】基材としては、金属、セラミックスなど如
何なる材質も可能である。また、その形状も板状、棒
状、繊維状、粒状など複雑な形状を始めとする如何なる
形状のものも可能である。
何なる材質も可能である。また、その形状も板状、棒
状、繊維状、粒状など複雑な形状を始めとする如何なる
形状のものも可能である。
【００２４】例えば、チタン金属や焼結アルミナ、アル
ミナ単結晶、焼結ジルコニウムなど高い機械的強度を示
し、しかも生体内で化学的に安定な材料上にアパタイト
層をコーティングしたものは、大きな荷重をも荷なえ、
しかも骨にしっかり固定される人工骨として有用であ
る。セラミックスファイバーなどの表面にアパタイト層
を形成することもできる。
ミナ単結晶、焼結ジルコニウムなど高い機械的強度を示
し、しかも生体内で化学的に安定な材料上にアパタイト
層をコーティングしたものは、大きな荷重をも荷なえ、
しかも骨にしっかり固定される人工骨として有用であ
る。セラミックスファイバーなどの表面にアパタイト層
を形成することもできる。
【００２５】また、マグネタイト粒子にアパタイト層を
コーティングしたものは、生体活性とフェリ磁性を併せ
示すので、例えば、肝臓癌に連なっている肝臓動脈から
注入された時、肝臓癌の所で互いに結合して固まり、交
流磁場の下に置かれるとヒステリシス損によって発熱し
て癌を局部的に加熱して治療する作用を示す。
コーティングしたものは、生体活性とフェリ磁性を併せ
示すので、例えば、肝臓癌に連なっている肝臓動脈から
注入された時、肝臓癌の所で互いに結合して固まり、交
流磁場の下に置かれるとヒステリシス損によって発熱し
て癌を局部的に加熱して治療する作用を示す。
【００２６】心臓のペースメーカーのケースやそのリー
ド線のアパタイト層をコーティングしたものは、長期に
亘って生体組織と良い親和性を示す。
ド線のアパタイト層をコーティングしたものは、長期に
亘って生体組織と良い親和性を示す。
【００２７】次に本発明の一実施例を示す。本発明はこ
の実施例のみに限定されないことは云うまでもない。
の実施例のみに限定されないことは云うまでもない。
【００２８】
【実施例１】基材として板状のチタン金属を用い、その
表面に、上記の方法によってシリカゲル層を０.１μm
の厚さにコーティングした。次いで、６００℃の温度で
加熱処理した後、上記(i)のカルシウム及びリン酸イオ
ンを含む水溶液(温度３６.５℃)に浸漬した。基材表面
には緻密なアパタイト層(厚さ１０μm)が生成された。
表面に、上記の方法によってシリカゲル層を０.１μm
の厚さにコーティングした。次いで、６００℃の温度で
加熱処理した後、上記(i)のカルシウム及びリン酸イオ
ンを含む水溶液(温度３６.５℃)に浸漬した。基材表面
には緻密なアパタイト層(厚さ１０μm)が生成された。
【００２９】
【実施例２】基材としてマグネタイト粒子(平均粒径３
０μm)を用い、その表面に、上記の方法によってシリ
カゲル層を０.１μmの厚さにコーティングした。次い
で、５００℃の温度で加熱処理した後、上記(ii)のカル
シウム及びリン酸イオンを含む水溶液(温度６０℃)に浸
漬した。基材表面には緻密なアパタイト層(厚さ１０μ
m)が生成された。
０μm)を用い、その表面に、上記の方法によってシリ
カゲル層を０.１μmの厚さにコーティングした。次い
で、５００℃の温度で加熱処理した後、上記(ii)のカル
シウム及びリン酸イオンを含む水溶液(温度６０℃)に浸
漬した。基材表面には緻密なアパタイト層(厚さ１０μ
m)が生成された。
【００３０】
【実施例３】基材として焼結アルミナを用い、その表面
に、上記の方法によってシリカゲル層を０.１μmの厚
さにコーティングした。次いで、９００℃の温度で加熱
処理した後、上記(i)のカルシウム及びリン酸イオンを
含む水溶液(温度５０℃)に浸漬した。基材表面には緻密
なアパタイト層(厚さ１０μm)が生成された。
に、上記の方法によってシリカゲル層を０.１μmの厚
さにコーティングした。次いで、９００℃の温度で加熱
処理した後、上記(i)のカルシウム及びリン酸イオンを
含む水溶液(温度５０℃)に浸漬した。基材表面には緻密
なアパタイト層(厚さ１０μm)が生成された。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
緻密で均一なアパタイト層を、複雑な形状を始めとする
如何なる形状、或いは金属、セラミックスなどの基材を
も生体活性にすることができる。特にペースメーカー、
人工関節、血流センサ、各種カテーテルなど、生体組み
込み形の機器、器具などの生体適合性複合材料として有
用である。
緻密で均一なアパタイト層を、複雑な形状を始めとする
如何なる形状、或いは金属、セラミックスなどの基材を
も生体活性にすることができる。特にペースメーカー、
人工関節、血流センサ、各種カテーテルなど、生体組み
込み形の機器、器具などの生体適合性複合材料として有
用である。
Claims (1)
- 【請求項１】 板状、棒状、繊維状、粒状など各種の形
状の金属、セラミックスなどの基材に液状のシリカヒド
ロゾル又はゲルをコーティングし、乾燥後、加熱処理し
てシリカゲルを基材に結合させ、その後、アパタイトに
対して過飽和となる量のカルシウムとリン酸イオンを含
む１０〜６０℃の水溶液に浸漬することにより、基材表
面に生体活性なアパタイト層をコーティングすることを
特徴とする生体活性層のコーティング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3293649A JP3062969B2 (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 生体活性層のコーティング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3293649A JP3062969B2 (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 生体活性層のコーティング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05103829A true JPH05103829A (ja) | 1993-04-27 |
| JP3062969B2 JP3062969B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=17797449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3293649A Expired - Fee Related JP3062969B2 (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 生体活性層のコーティング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3062969B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994026872A1 (en) * | 1993-05-18 | 1994-11-24 | Millenium Biologix Inc. | Assessment of bone cell activity |
| JP2001294411A (ja) * | 2000-04-06 | 2001-10-23 | Takeshi Yao | アパタイト構造体、及びアパタイトパターン形成方法 |
| JP2005013261A (ja) * | 2003-06-23 | 2005-01-20 | Kikuji Yamashita | 人工生体材料及びその製造方法 |
| WO2007010623A1 (ja) | 2005-07-22 | 2007-01-25 | Phg Corporation | 新規なポリペプチド及びその製造方法 |
| JP2011072617A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Olympus Corp | 移植材とその製造方法 |
| JP5321469B2 (ja) * | 2007-12-10 | 2013-10-23 | 日立化成株式会社 | 粉末及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-10-14 JP JP3293649A patent/JP3062969B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3062969B2 (ja) | 2000-07-12 |
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