(57)【要約】      （修正有）【課題】インプラント材の行うことによりオッセオインテグレーションの阻害要因を除去し、インプラントの細胞接着及び細胞増殖を改善することができる生体インプラント及びその使用方法の提供。【解決手段】チタンを基材とする生体インプラントにおいて、オッセオインテグレーションの阻害要因となる有機汚染物を除去するために真空紫外線および紫外線により、オゾンを発生させ、有機汚染物、特に炭素を分解・酸化して除去し、清浄な面が得られた生体インプラントで、真空紫外線および紫外線の照射は、手術前に行うことで、生体インプラントが製造直後の新品であっても、長期保管した後の古い生体インプラントであっても同様に有機汚染物、特に炭素濃度の少ない清浄な面がえられ、超親水性を備えた活性化した状態で生体内に埋め込まれ、一層のオッセオインテグレーションを促進する効果を得る方法。前記生体インプラントの炭素濃度は１８ａｔｍ％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンを原材料とした、人間の体内に埋植される人工骨または、口腔内の骨に埋入される人工歯根である生体インプラントにおいて、
前記生体インプラントの炭素濃度が１８ａｔｍ％以下であること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項２】
請求項１に記載の生体インプラントにおいて、
少なくとも前記生体インプラントの炭素の原子濃度がチタンの原子濃度より少ないこと、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項３】
請求項１または２に記載の生体インプラントにおいて、
少なくとも波長が２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射して、前記生体インプラント表面の有機化合物が分解除去されていること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項４】
請求項３に記載の生体インプラントにおいて、
波長が２００ｎｍ以下の真空紫外線に加えて、さらに、波長が２５０〜２６０ｎｍの紫外線を同時に照射して、前記生体インプラント表面の有機化合物が分解除去されていること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項５】
請求項３に記載の生体インプラントにおいて、
波長が２００ｎｍ以下の真空紫外線は、光源としてエキシマランプを使用すること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項６】
請求項５に記載の生体インプラントにおいて、
前記エキシマランプは、窒素雰囲気において前記生体インプラントに照射すること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項７】
請求項４に記載の生体インプラントにおいて、
波長が２００ｎｍ以下の真空紫外線と波長が２５０〜２６０ｎｍの紫外線を同時に照射する光源は、低圧紫外線ランプであること、
特徴とする生体インプラント。
【請求項８】
請求項５に記載の生体インプラントにおいて、
光源のランプと前記生体インプラントの距離を３ｍｍ以下にして平行に配置され、均一な強度の光が前記生体インプラントの表面に照射されるように、前記生体インプラントが回転しながら光源からの光に照射され、
前記生体インプラント表面は照射時間が１時間以上であること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項９】
請求項７に記載の生体インプラントにおいて、
光源のランプと前記生体インプラントの距離を８ｍｍ以下にして平行に配置され、均一な強度の光が前記生体インプラントの表面に照射されるように、前記生体インプラントが回転しながら光源からの光に照射され、
前記生体インプラント表面は照射時間が１時間以上であること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項１０】
請求項１または２記載の生体インプラントにおいて、
表面が酸化チタンで被膜された前記生体インプラントに対して、波長が２５０〜３９０ｎｍに発光スペクトルを持つ紫外線を照射して、前記生体インプラント表面の有機化合物を光触媒作用により分解除去されていること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項１１】
請求項１０記載の生体インプラントにおいて、
波長が２５０〜３００ｎｍに発光スペクトルを持つ紫外線は、光源として高圧紫外線ランプを使用すること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項１２】
請求項１１記載の生体インプラントにおいて、
前記生体インプラント表面は照射時間が１時間以上であること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項１３】
請求項５、７または１１に記載の生体インプラントにおいて、
前記生体インプラントは、製造直後であっても長期保管後であっても手術前に、少なくとも真空紫外線または紫外線が照射されること、
を特徴とする生体インプラント。
【請求項１４】
請求項５、７または１１に記載の生体インプラントにおいて、
前記生体インプラントに対する水の接触角は、１０度以下であること、
を特徴とする生体インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工骨や人工歯根等の人工生体材料に係り、オッセオインテグレーションの阻害要因となる不純物、特に有機物及び炭素成分を低減した生体インプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
人が骨腫瘍や外傷などによって大きな骨欠損が生じるとその補填が必要であり、最も適しているのは自家骨移植であることは言うまでも無く、ゴールデンスタンダードとして古くから行われてきている。自家骨移植は、必要な移植骨片を患者自身の腸骨などから採取して、骨欠損部に移植する。患者自身の骨を移植するため、移植片自体が骨芽細胞などの骨形成細胞を含んでおり、骨形成能も備わっているだけでなく、必要な力学的特性も備わっている。
【０００３】
しかしながら、自分の骨の一部を採取する必要があり、大きさや形状が極めて限定されたものとなってしまうため、代替品としての人工骨が開発されてきた。この人工骨に求められる特性は、構造支持体としての充分な強度、骨組織との高い親和性、骨形成を促進する活性等である。
【０００４】
構造支持体としての強度は、緻密な材料を使用することが望ましいが、骨親和性を向上させるために微細な小空隙である気孔を多数設けて、埋植後に気孔内に新生骨を形成させて一体化し、局所的なメカニカルストレスの程度に応じて必要な強度を得るようにしている。骨親和性は、生体に埋植後、異物反応を生じさせないで骨と直接結合する「骨伝導能」と呼ばれている性質であり、気孔を設ける他に、リン酸カルシウム系セラミックスとしてハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）やβ−リン酸３カルシウム（β−ＴＣＰ）が使用され、骨形成を促進させている。人工骨材料としてのチタンまたはチタン合金は、表面に微細な凹凸を設けるために、エッチング加工やプラズマ照射が行われ、表面の酸化被膜（酸化チタン）の機能である超親水性による骨親和性の向上が図られている（例えば特許文献１、２等参照）。
【０００５】
歯科分野においても虫歯や歯周病により喪失した歯の機能再獲得のために、金属やセラミックス等の人工材料により置換して喪失した口腔機能を補う手段としては、義歯を歯根に埋めたり、完全に歯根まで喪失した場合は、健康な歯にブリッジをかけ義歯を置いたり等の治療手段がある。さらに現在、この歯科置換医療の先端的治療法の一つとして、口腔インプラント治療が実施されている。口腔インプラント治療とは、喪失歯部位の顎骨にチタン製人工歯根を植立する手段である。
【０００６】
これらの生体インプラントのうち、チタン材は、１９５２年スウェーデンのペル・イングヴァール・ブローネマルクが、チタンと骨が完全に結合する事を偶然発見し、その後、チタンがある一定の条件で骨に埋入された場合、チタンに対する骨の拒否反応は全くといってよいほど起こらず、そればかりかチタンの表面を覆う酸化膜を通して強い結合が生まれることを明らかにしたことから始まる。結合組織を介在することなくチタンと骨が直接結合する骨結合方式は、骨を表すラテン語のオス（ｏｓ）と結合を表す英語のインテグレーション（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が組み合わされ、オッセオインテグレーション（ｏｓｓｅｏｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれている。
【０００７】
オッセオインテグレーションは、骨と金属が直接結合する現象であり、チタン表面の酸化膜と骨との接触面に働く力が生体の分子を酸化膜へと結合させ、骨性癒着を生じさせる（例えば非特許文献１等参照）。
【０００８】
インプラントの成功は、いかにオッセオインテグレーションを獲得するかが重要であり、インプラントの表面性状についてもさまざまな提案があり以下に述べる。
【０００９】
生骨に埋め込まれるインプラントの親水性を向上させる方法としては、インプラント表面を、非毒性塩を含む溶液に暴露することによって、インプラント表面に非毒性の塩残留物を付着させて、インプラントを乾燥させる（特許文献３参照）。
【００１０】
骨に少なくとも部分的に挿入するための親水性表面を有する金属インプラント、特に歯科インプラント及びこのインプラントの製造方法であり、オッセオインテグレーション特性の改良のため、少なくともいくつかの領域において、弱アルカリ溶液中で短時間処理することで、優れた親水性表面が得られる。このオッセオインテグレーション特性は、前処理である、材料除去による機械的表面変性、化学的表面変性後、又は処理無しで、少なくとも骨又は軟組織にさらされる表面の部分を、アルカリ溶液中で化学的に変性する方法により得ることができる（特許文献４参照）。
【００１１】
チタンまたはチタン合金から作製されたインプラントに関し、表面が粗面化され、インプラントが水酸化状態において、高エネルギー紫外線で処理されていることにより、親水性表面として、骨中への移植に適した骨親和性インプラントとすることができる（特許文献５参照）。
【００１２】
インプラントへの紫外線照射は、さまざまな目的で行われており、代表的には殺菌作用を目的としたものがあり、さらにはインプラントのオッセオインテグレーション機能を向上させるために、例えば次の提案がある。
【００１３】
インプラントの製造方法は、基材を熱処理することによってその表面に酸化チタン皮膜を形成してから、該酸化チタン皮膜に紫外線を照射する。これによって、酸化チタン皮膜の表面にヒドロキシアパタイトが形成しやすくなり、生体親和性に優れたインプラントを提供することができる。通常のチタン製インプラントに紫外線を照射しただけでは十分でなく、表面に酸化チタン皮膜を形成した場合に、紫外線照射によるアパタイト形成能が大幅に改善される。酸化チタン皮膜が、基材を熱処理することによってその表面に形成されたものであり、剥離することが無い。熱処理の温度は２５０〜７９０℃であることが好ましい。加熱温度が２５０℃未満では酸化チタン皮膜が十分に形成されないし、紫外線を照射してもアパタイト形成能が改善されないおそれがある（特許文献６参照）。
【００１４】
医療用インプラントの組織結合能力および／または強化された骨セメント−金属製インプラントの界面強度を強化するための医療用インプラントを処理する方法であり、医療用インプラントがナノ構造トポグラフィを有する表面を生成することを誘発するために医療用インプラントへ高エネルギー放射線を適用する。本療用インプラントは金属材料および／または非金属材料を含むことができ、任意でセメント組成物を含むことができる。ナノ構造トポグラフィは、ナノスフェア、ナノコーン、ナノピラミッドなどのナノ構築物、他のナノ構築物またはそれらの組み合わせを含むことができる。一部の実施形態では、ナノ構築物は、約１ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍまたは約２０ｎｍ〜約４０ｎｍの範囲内にあるサイズを有する（特許文献７参照）。
【００１５】
インプラント材の表面に光触媒活性及び生体親和性を有する金属酸化物層を備え、生体内に埋入した場合に骨芽細胞との接着面積を増大させることが可能とする。その結果インプラントの細胞接着及び細胞増殖を改善することができる。これにより、骨組織とインプラントを短期間でより確実に結合することが可能になる。また、光触媒活性により、インプラント表面に付着した細菌等を殺菌して感染巣の完全除去や無毒化が可能になる（特許文献８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−３２７０７９号文献
【特許文献２】特開２０１１−１１０３８８号文献
【特許文献３】特表２０１１−５１０７４２号文献
【特許文献４】特表２０１０−５０１２１２号文献
【特許文献５】特表２００５−５０５３５２号文献
【特許文献６】ＷＯ２００８／１４３２１９号文献
【特許文献７】特表２００８−５３２６４０号文献
【特許文献８】特開２００８−８０１０２号文献
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】吉成正雄「インプラント材料とその表面：その１．インプラント材としてのチタン」、歯科学報，１０３（５）：ｐ３１３−３１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
オッセオインテグレーションを原理としたオッセオインテグレーティドインプラントは、人間の有する機能を回復するための補綴治療であり、オッセオインテグレーションの成立と維持が長期的な成功に必須である。
【００１９】
このオッセオインテグレーションの促進のために従来から提案されているのは、インプラントの表面性状に関するものが多く、その目的は、骨とインプラントの密着性を向上させるための親水性向上と、紫外線照射による酸化チタンの光機能の向上であった。
【００２０】
しかしながら、特許文献１に示されているのは、インプラント材に光触媒活性及び生体親和性を有する金属酸化物を備えるインプラントであるが、従来から表面に酸化チタン層を備えたインプラントは存在し、酸化チタンがバンドギャップ以上のエネルギーを持つ紫外線照射により光触媒機能を発現することは広く知られた現象である。従って、インプラントの埋入直前に紫外線を照射して、親水性及び殺菌機能を主たる目的としており、積極的にインプラント自身の機能を向上させるものではなく、初期状態でのインプラント機能を向上させるものではなく、現状では、初期状態への機能回復がせいぜいである。
【００２１】
チタンを原材料とするインプラント材は、一口にチタンと言っても純粋なチタン材料で構成されているわけではなく、原材料そのものに不純物が含まれ、表面が複雑で微細な凹凸構造となっているために、製造後に洗浄しても充分に不純物を除去することは難しく、さらには保管時に保管雰囲気中の有機物や二酸化炭素等の付着が発生する。
【００２２】
本発明は、インプラント材そのものに着目して、インプラント材の改質を行うことにより、骨伝導能としてのオッセオインテグレーションの阻害要因を除去し、インプラントの細胞接着及び細胞増殖を改善することができる生体インプラント及びその使用方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、生体インプラントにおいて、インプラント材に混入している不純物や表面に付着している有機物等の有機化合物を除去して清浄な面とし、本来の機能を最大限に発揮させることが可能な生体インプラントであり、以下の手段により実現される。
【００２４】
本発明による生体インプラントは、チタンを原材料とした、人間の体内に埋植される人工骨または、口腔内の骨に埋入される人工歯根である生体インプラントにおいて、生体インプラントの炭素濃度が１８ａｔｍ％以下であり、少なくとも生体インプラントの炭素の原子濃度がチタンの原子濃度より少ないことを特徴としている。生体インプラントの炭素濃度は、より正確には生体インプランとの表面での濃度である。
【００２５】
このために光エネルギーを利用して、生体インプラント表面に付着している有機化合物を除去することにより、実現できる。
【００２６】
有機化合物の除去は、少なくとも波長が２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射して、生体インプラント表面の有機化合物を分解除去する。真空紫外線は酸素により吸収されるので、窒素雰囲気中で照射することで、酸素による真空紫外線の吸収を抑制することができる。
【００２７】
波長が２００ｎｍ以下の真空紫外線に加えて、さらに、波長が２５０〜２６０ｎｍの紫外線を同時に照射して、生体インプラント表面の有機化合物を分解除去してもよい。
【００２８】
波長が２００ｎｍ以下の真空紫外線は、光源としてキセノンエキシマランプを使用する。キセノンエキシマランプは、波長が１７２ｎｍのキセノンエキシマ光を発生する。また、低圧紫外線ランプは、波長が１８５ｎｍの真空紫外線と２５４ｎｍの紫外線を発生し、２つの波長の光を同時に照射することができる。
【００２９】
光源にエキシマランプを使用した場合は、真空紫外線の波長が１７２ｎｍと短く、酸素により吸収されるので、光源のランプと生体インプラントの距離は３ｍｍ以下として平行に配置し、均一な強度の光が生体インプラントの表面に照射されるように、生体インプラントが回転しながら光源からの光に照射され、生体インプラント表面は照射時間が１時間以上とする。生体インプラントは一般的には細長い形状であり、光源のランプと垂直方向に配置すると、距離による効果の差が大きいためである。また、回転させながら照射するのは、ランプの裏側となっている面にも均一に光が照射されるようにするためである。また、生体インプラント表面は照射時間を１時間以上とする。
【００３０】
光源に低圧紫外線ランプを使用した場合は、光源のランプと生体インプラントの距離を８ｍｍ以下にして平行に配置され、均一な強度の光が生体インプラントの表面に照射されるように、生体インプラントが回転しながら光源からの光を照射する。生体インプラント表面は照射時間を１時間以上とする。
【００３１】
一方、チタンを原材料とし表面が酸化チタン層で被膜されている生体インプラントは、酸化チタンに備わっている光触媒機能が利用でき、この光触媒作用で有機物を分解除去できる。このため、真空紫外線を含まない２５０〜３９０ｎｍの波長に発光スペクトルを有する紫外線でもよい。光源は例えば高圧紫外線ランプを使用し、１時間以上照射する。
【００３２】
生体インプラントは、製造直後であっても長期保管後であっても手術前に、少なくとも真空紫外線または紫外線が照射される。これは、製造直後の生体インプラントであっても、有機化合物が存在すること、また、長期保管後は、さらに大気中の有機化合物が付着するためである。
【００３３】
また、真空紫外線または紫外線の照射により、酸素からオゾンを生成し、高いエネルギーの活性酸素を生成し、表面エネルギーを増加させ親水性を高めるが、この表面状態での生体インプラントに対する水の接触角は、１０度以下であることが望ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、チタンを基材とする生体インプラントにおいて、オッセオインテグレーションの阻害要因となる有機汚染物を除去するために真空紫外線により、オゾンを発生させ、有機汚染物を分解・酸化し、最終的には二酸化炭素と水にまで反応させて汚れをガス化し、清浄な面が得られた生体インプラントである。また、紫外線照射による酸化チタンの光触媒機能を利用して、有機汚染物を分解除去することも可能である。
【００３５】
本発明により得られた生体インプラントは、有機汚染物の除去により改質され、特に炭素成分は製造初期であっても、従来２０〜４０ａｔｍ％以上含まれていたのに対して、１８％以下の濃度とすることができる。また、長期的な保管で、製造後に付着した大気中に含まれている有機汚染物質に対しても同様に清浄な面が得られるため、長期保管後であっても、製造初期における効果と同様の改質効果が得られる。
【００３６】
さらに、真空紫外線の照射により発生したオゾン、または紫外線照射による光触媒作用により、生体インプラントの表面が活性化して超親水性となるため、骨親和性に優れ、よりオッセオインテグレーションを促進する効果が得られる。
【００３７】
真空紫外線または紫外線の照射は、手術前に行うことで、生体インプラントが製造直後の新品であっても、長期保管した後の古い生体インプラントであっても同様に有機汚染物、特に炭素濃度の少ない清浄な面がえられ、超親水性を備えた活性化した状態で生体内に埋め込まれるので、一層のオッセオインテグレーションを促進する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明が適用される生体インプラントの一例としての歯科用インプラント
【図２】各種表面処理による形成された歯科用インプラントの表面拡大図
【図３】チタンへの骨性タンパク質の吸着メカニズムを説明する図
【図４】ＸＰＳ分析により得られた市販の歯科用インプラントの元素成分
【図５】分子の結合エネルギー
【図６】歯科用インプラントに対し、キセノンランプにより真空紫外線照射している状態を説明する図。
【図７】歯科用インプラントに対し、低圧紫外線ランプにより真空紫外線と紫外線を照射している状態を説明する図
【図８】製造後、約２週間の歯科用インプラントの元素成分
【図９】製造後、約２週間の歯科用インプラントに低圧紫外線ランプを照射した後の歯科用インプラントの元素成分
【図１０】新品歯科用インプラントの元素成分
【図１１】購入後、２年以上経過した長期保管の歯科用インプラントの元素成分
【図１２】酸化チタンの元素架橋状態を説明する図
【図１３】酸化チタンの酸素に水酸基が結合し親水化した状態を説明する図
【図１４】長期保管した歯科用インプラントに対して、真空紫外線ランプ照射前後の水との接触状態を示す図
【図１５】光触媒機能を備えた歯科用インプラントの高圧紫外線ランプ照射前の元素成分。
【図１６】光触媒機能を備えた歯科用インプラントの高圧紫外線ランプ照射後の元素成分。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の生体インプラントは、人間の体内に埋植される人工骨及び口腔内の骨に埋入される人工歯根を対象としている。ここでは、「生体インプラント」は、人工骨及び人工歯根を総称する名称として使用し、人工歯根は、「歯科用インプラント」と呼ぶこととする。本発明においては、人工骨及び歯科用インプラント（人工歯根）は同様の技術が適用でき、以下、歯科用インプラントについて説明する。
【００４０】
図１は、生体インプラントの一例として歯科用インプラントのフィクスチャー部の形状を示している。図１において、フィクスチャー部１０は、カラー部１２とフィクスチャー１４を示している。フィクスチャー１４には、埋入を補助するガイド突起１６が設けられている。歯槽骨へは根尖部１８から埋入され、埋入しやすいように根尖部１８はテーパ形状となっている。歯槽骨に埋入されたフィクスチャー１４には、オッセオインテグレーション作用により表面に生体組織が結合する。
【００４１】
フィクスチャー表面には、タンパク質の吸着、細胞の接着、伸展、配列、増殖を促進するために、微細な凹凸や溝が設けられ、コンタクトガイダンスの役割を果たし、生体親和性を向上させている。
【００４２】
図２は、本発明に用いられるフィクスチャー表面近傍の断面を示した図である。図２（Ａ）は、ブラスト処理した歯科用インプラントの表面状態を示している。ブラスト処理は、微粉末を空気圧により歯科用インプラント表面に高速で吹き付け、粗面処理する方法である。図２（Ｂ）は、化学的なエッチング処理を施した歯科用インプラントの表面状態である。エッチング処理は、塩酸、硫酸、硝酸などの強酸により歯科用インプラントの表面を化学的に腐食させる方法である。図２（Ｃ）は、機械的な放電加工により処理した歯科用インプラントの表面状態である。放電加工は、ワイヤ先端と歯科用インプラントの表面間に高圧を印加して放電し、表面加工する。
【００４３】
このように生体親和性のために付与される微細な表面の凹凸、溝や空孔は、一方では製造過程において有機化合物が付着あるいは吸着して汚染物となり、洗浄しても除去することは極めて難しく、オッセオインテグレーションの阻害要因となる。また、もともとの素材に含まれる不純物も存在する。さらには、長期的に保管している場合は、大気中に含まれる有機化合物の付着、吸着も生じる。
【００４４】
オッセオインテグレーションを最大限有効に機能させるためには、歯科用インプラントの表面にチタン以外の不純物や有機化合物がない清浄な状態であることが必要であり、分子レベルでの生体反応である。
【００４５】
オッセオインテグレーションは、アナターゼ型酸化物あるいはチタニアゲルといった反応性に優れたチタン表面の形成により、リン酸カルシウムの析出や骨性タンパクであるオステオカルシンやオステオポンチンの吸着が大きいためと考えられている。骨性タンパクがチタンに吸着するメカニズムは、非特許文献１によれば、次のように考えられている。
【００４６】
図３はチタンの骨性たんぱく質の吸着メカニズム２０を説明する図を示し、非特許文献１からの引用である。図５を参照しながらオッセオインテグレーションの獲得プロセスを説明する。
【００４７】
歯科用インプラント材としてのチタン２２の表面は酸化チタン２４で皮膜されているが、表面の酸化チタン２４と骨性タンパク質２６は、ｐＨが７付近では、ともに負に帯電しており、カルシウム３０などの２価の正イオンの存在により両者が引きあう。また、チタン表面に吸着したヒドロキシル基２８は、正の電荷を持つことから、負の電荷を持つ骨性タンパク質２６が吸着すると考えられる。歯科用インプラント材であるチタン２２の表面でのオッセオインテグレーションは、酸化チタン２４を介して、界面での中間層の形成により行われている。
【００４８】
中間層は、チタン製の歯科用インプラント埋入初期は、骨芽細胞から生成されたオステオカルシン３２やオステオポンチン３４が、カルシウム３０やヒドロキシル基２８を介してチタン界面に吸着する。そして、これらの骨性タンパク２６は骨芽細胞の遊走性を高めて、骨芽細胞のインテグリと結合し、「チタン−酸化チタン−水酸化チタン−カルシウム−骨性タンパク−コラーゲン繊維−骨」の層構造となる。この層構造は、時間の経過とともに、「チタン−酸化チタン−水酸化チタン−タンパク多糖複合体−類骨（石灰化前の骨組織）−骨」の構造となり、オッセオインテグレーションが獲得される。
【００４９】
オッセオインテグレーショのメカニズムである、「チタン−酸化チタン−水酸化チタン−カルシウム−骨性タンパク−コラーゲン繊維−骨」の層との関係から、理想的な表面状態は、元素組成として、チタンと酸素以外はオッセオインテグレーショの獲得には寄与せず、その他の元素は汚染物として、オッセオインテグレーショの獲得、促進にとっては阻害要因となることがわかる。勿論、チタンと酸素以外の元素が存在したとしても、それがオッセオインテグレーショ獲得のための補助的な促進用として存在する場合は、不純物あるいは汚染物とはしない。
【００５０】
上記の観点から、現在市販されている歯科用インプラントについての実情を知るために、Ｘ線を使用した光電子分光法ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により、元素の組成を調査した。
【００５１】
図４は、ＸＰＳ分析により得られた市販インプラントの元素成分である。調査した歯科用インプラントは、国内外製メーカから市販されているサンプルＡからサンプルＩまでの９種類であり、いずれも購入後間もない“新品”状態である。元素濃度は、原子数の割合（ａｔｍ％）で示している。
【００５２】
検出された元素は、チタンＮと酸素Ｏ以外では、炭素Ｃの割合が最も多く２０〜４０ａｔｍ％含まれている。その他の元素としては、窒素Ｎ、リンＰ、シリコンＳｉ等が検出されている。このうち、リンＰは、骨や歯を構成するリン酸カルシウムできたハイドロキシアパタイトの成分でもありオッセオイオテグレーションを大きく阻害する要因とはならないものと考えられる。また、シリコンＳｉは、酸化シリコンＳｉＯ２として蓄水性を示すため、超親水性機能を持続するために積極的に混入されている場合もあり、汚染物としてオッセオイオテグレーションを阻害する要因と考えることはできないものと思われる。窒素Ｎ及びその他の物質は少量であり、オッセオイオテグレーションを積極的に阻害する物質ではないことから、結局、炭素がオッセオイオテグレーションを阻害する要因として除去しなければならない物質であるということができる。
【００５３】
炭素濃度はいずれのサンプルにおいてもチタン濃度より高く、最も炭素濃度の低いサンプルＢにおいても、チタン濃度１６．５１ａｔｍ％に対して、炭素濃度が１９．３８ａｔｍ％であり、多くは、炭素濃度はチタン濃度の１．５〜２倍程度であった。
【００５４】
新品状態における歯科用インプラントのＸＰＳ分析結果から、オッセオイオテグレーションを阻害する要因を除去し、インプラント手術の成功確率を高めるためには、新品状態であっても炭素量を低減させなければならないことが明らかとなった。
【００５５】
このため、表面の炭素量を低減する手段として、真空紫外光を照射することを考案した。真空紫外線は波長が２００ｎｍ以下の光であり、有機化合物の分解に効果的である。有機化合物は、真空紫外線の照射により、分子間の結合エネルギーよりも高いエネルギーを与えると、結合を解離して、同時に発生する原子状活性酸素［Ｏ］により有機化合物を酸化により揮発させ除去する。
【００５６】
真空紫外線を照射する光源としては、エキシマランプがある。エキシマランプは、キセノンガスが封入ており、キセノンエキシマランプとも言われている。エキシマ光は、波長が１７２ｎｍと短く、モルあたりのエネルギーが高い。エネルギーＥと波長λの関係は、次式で表される。
【００５７】
（数１）
Ｅ＝Ｎｈｃ／λ×１０−３  ＫＪ／ｍｏｌ  ・・・・  （１）
【００５８】
ここで、ｈはプランク定数（６．６２６×１０−３４Ｊ・ｓｅｃ）、ｃは光速（２．９９８×１０８ｍ／ｓｅｃ）、Ｎはアボガドロ定数（６．０２２×１０２３ｍｏｌ−１）、λは波長（ｍ）である。
【００５９】
（１）式から、波長が１７２ｎｍのエキシマ光のモルあたりのエネルギーは、６９９ｋＪ／ｍｏｌとなる。
【００６０】
真空紫外線を照射する光源としては、低圧紫外線ランプもある。低圧紫外線ランプから発生する光は、波長が１８５ｎｍと２５４ｎｍであり、波長１８５ｎｍの真空紫外線は、６５１ｋＪ／ｍｏｌを有している。
【００６１】
図５は、分子の結合エネルギーを示している。図５に示した分子の結合はほとんどが６５１ｋＪ／ｍｏｌであり、真空紫外線の照射により、解離することがわかる。結合エネルギーが高いのは、Ｃ≡ＮとＣ≡Ｃ結合であり、この結合を有する有機化合物は残存することとなる。
【００６２】
図６は、エキシマランプ４０を歯科用インプラント１０に照射したときの有機化合物が解離して分解する状態を概念的に示した図である。波長が１７２ｎｍの真空紫外線は、酸素Ｏ２から直接、原子状活性酸素［Ｏ］を生成する。また、同時にオゾンＯ３をも生成し、さらに生成したオゾンＯ３から酸素とＯ２と原子状活性酸素［Ｏ］を生成する。このように、エキシマ光は２つの経路で原子状活性酸素［Ｏ］を生成するため、有機化合物の分解除去を早めることができる。
【００６３】
波長が１７２ｎｍの真空紫外線は光子のエネルギーが強く、モルあたりのエネルギーが６９９ｋＪ／ｍｏｌであり、一般的にＣｍＨｎＯｋで示した有機化合物をｍＣ、ｎＨ、ｋＯに解離する。この解離した有機物ｍＣ、ｎＨ、ｋＯに、酸化力の強い原子状活性酸素［Ｏ］が反応して、二酸化炭素ＣＯ２や水Ｈ２Ｏのような揮発性物質を生成し、揮発により除去される。
【００６４】
波長が１７２ｎｍのエキシマ光は、大気中の酸素に吸収され易く、光源から１ｍｍ離れた位置では、約２０％のエネルギーが吸収され、３ｍｍ離れた位置で、約５０％のエネルギーが吸収される。８ｍｍの間隔では約９０％程度のエネルギーが失われる。従って、エキシマランプ４０に対して歯科用インプラント１０は平行に置き、エキシマランプ４０に対して歯科用インプラント１０表面間距離Ｌ１は、３ｍｍ以内とすることが望ましく、少なくとも８ｍｍ以内にしなければならない。さらに、歯科用インプラント１０は数ｍｍの径を有する立体形状であるため、光強度の影響は大きく、図５で示した矢印記号のように、表面に均一にエキシマ光が照射されるように、回転しながらの照射が望ましい。歯科用インプラント１０を回転しながら照射できない場合は、角度を変えて静置し、表面全体にエキシマ光が照射されるように、繰り返し行う。照射時間は、いずれの場合も表面に照射されている時間がトータルで１時間以上は必要であり、被照射物の汚染状況によっては数時間の照射が必要な場合もある。
【００６５】
なお、酸素の影響を少なくするために、窒素雰囲気中で照射してもよい。窒素雰囲気中といっても酸素は存在し、僅かな酸素量で原子状活性酸素［Ｏ］は生成可能である。
【００６６】
図７は、低圧紫外線ランプ４２を歯科用インプラント１０に照射したときの有機化合物が解離して分解する状態を概念的に示した図である。低圧紫外線ランプ４２は、波長が１８５の真空紫外線と、波長が２５４ｎｍの紫外線を発光する。波長１８５の真空紫外線は、空気中の酸素Ｏ２に吸収され、オゾンＯ３を生成する。このオゾンＯ３に波長２５４ｎｍの紫外線が吸収されると、原子状活性酸素［Ｏ］を生成する。また、波長１８５の真空紫外線は、エキシマ光と同様に光子のエネルギーが強く、モルあたりのエネルギーが６５１ｋＪ／ｍｏｌであり、一般的にＣｍＨｎＯｋで示した有機化合物をｍＣ、ｎＨ、ｋＯに解離する。この解離した有機物ｍＣ、ｎＨ、ｋＯに、酸化力の強い原子状活性酸素［Ｏ］が反応して、二酸化炭素ＣＯ２や水Ｈ２Ｏのような揮発性物質を生成し、揮発により除去される。
【００６７】
低圧紫外線ランプ４２から発生する真空紫外線は波長が１８５ｎｍであり、大気中の酸素による吸収は、波長１７２ｎｍのエキシマ光より少なく、低圧紫外線ランプ４２から２０ｍｍの位置であっても光強度の減衰は、約２０％である。従って、立体形状である歯科用インプラントには適しているが、それでも均一で高精度な清浄表面を得るためには、低圧紫外線ランプ４２に対して歯科用インプラント１０は平行に置き、低圧紫外線ランプ４２に対して歯科用インプラント１０表面間距離Ｌ２は、２０ｍｍ以内とし、歯科用インプラント１０を回転させながらの照射が望ましい。歯科用インプラント１０を回転しながら照射できない場合は、角度を変えて静置し、表面全体に低圧紫外線ランプ４２が照射されるように、繰り返し行う。照射時間は、いずれの場合も表面に照射されている時間がトータルで１時間以上は必要であり、被照射物の汚染状況によっては数時間の照射が必要な場合もある。
【００６８】
チタン製の歯科用インプラントは、その表面が酸化チタンで被膜されているため、多くの歯科用インプラントは、光触媒機能を備えている。光触媒機能は紫外線の照射により電子を励起して有機汚染物を分解除去し、架橋酸素は水と反応して塩基性水酸基になると考えられる。この光触媒機能を利用することで、歯科用インプラント表面の有機汚染物を分解除去することが可能である。酸化チタンは、バンドギャップエネルギーがルチル型結晶構造の場合は３．０ｅＶ、アナターゼ型結晶構造の場合は３．２ｅＶである。光触媒機能はアナターゼ型結晶構造のほうが高く、歯科用インプラントの表面もアナターゼ型結晶構造を有する酸化チタンが多い。このため、波長が３９０ｎｍ以下の紫外線でよく、光触媒機能を利用する場合は、真空紫外線は必要としない。
【００６９】
真空紫外線は、分子結合の解離に対してエネルギー的には可能であるが、それぞれの結合によって吸収波長が決まっているので、吸収しない光が当たっても解離させることが困難なこともあり、かえってエネルギーの低い２００〜３９０ｎｍの紫外光を照射した方がこれらの解離は起こり易い場合もある。これは、解離よりもむしろ原子状の酸素との反応による分解の方が確実に起こるからである。
【００７０】
波長が２５０〜３９０ｎｍに発光スペクトルを有する光源としては、高圧紫外線ランプがあり、高圧紫外線ランプは、波長４００ｎｍより長波長側の可視光領域にも発光スペクトルを持っている。このため、可視光領域まで光触媒機能を改善した酸化チタン層に対しても有効な光源となる。さらに、高圧紫外線ランプの発する波長は、真空紫外線に対して長波長であるために酸素に対する光の吸収が極めて少なく、光源と被照射対である歯科用インプラントとの距離が実用的はほとんど制約を受けない利点がある。
（実施例１）
【００７１】
本発明による真空紫外線による炭素濃度の低減効果を調べるために、市販されている陽極酸化タイプの歯科用インプラントを用意した。この歯科用インプラントは、製造から約１０日経過した“新品”である。真空紫外線の光源は、波長が１８５ｎｍと２５４ｎｍに強い線スペクトル強度を有する低圧紫外線ランプ（ウシオ電機製低圧ＵＶランプ：形式「ＵＬＯ−６ＤＱ」）を使用した。低圧紫外線ランプの照射条件は、低圧紫外線ランプから約８ｍｍの位置に歯科用インプラントを光源に水平に置き、低圧紫外線ランプを約１時間照射した。この条件において、低圧紫外線ランプの照射前後の元素成分をＸＰＳにより分析し、比較した。
【００７２】
図８は、低圧紫外線ランプ照射前の歯科用インプラントのＸＰＳ分析結果を示している。光電子名（ＮＡＭＥ）は、元素成分に主量子数（ｎ＝１、２、３、・・）と軌道角運動量（ｓ、ｐ、ｄ）で表し、それぞれの元素成分に対して、ピーク結合エネルギー（Ｐｅａｋ  ＢＥ）、半値幅（ＦＷＨＭ）、元素エリア（Ａｒｅａ）及び原子濃度（ａｔｍ％）を示している。チタン（Ｔｉ２ｐ３）の濃度は１６．５１ａｔｍ％、酸素（Ｏ１ｓ）の濃度は５６．２８ａｔｍ％、炭素（Ｃ１ｓ）の濃度は１９．３３ａｔｍ％であった。その他、微量のリン（Ｐ２ｐ）、カリウム（Ｋ２ｐ３）、窒素（Ｎ１ｓ）、フッ素（Ｆ１ｓ）が検出された。
【００７３】
図９は、低圧紫外線ランプ照射後の歯科用インプラントのＸＰＳ分析結果を示している。低圧紫外線ランプ照射前と比較すると、元素濃度が大きく変化したのが炭素であることがわかる。低圧紫外線ランプ照射前の炭素濃度は１９．３３ａｔｍ％であったのに対して、低圧紫外線ランプ照射後は１１．３６ａｔｍ％へと大幅に減少している。また、チタン濃度１７．６１ａｔｍ％より低い濃度が得られており、オッセオインテグレーションの阻害要因となる炭素を減少させることができた。その他の元素は、炭素量の減少に伴う濃度変動であると考えられる。また、照射後は新たな元素としてシリコン（Ｓｉ２ｐ）が検出されたが、大気中に存在していた微量のシリコンが付着したと考えられる。
【００７４】
この結果、真空紫外線を照射することで炭素濃度をチタン濃度より低くすることができ、炭素濃度も１１．３６ａｔｍ％と大幅に改善されることが実証された。
（実施例２）
【００７５】
一般に、歯科用インプラントは“新品”状態での使用が推奨されているが、これはオッセオインテグレーション機能が低下するためであるとされているが、これまで原因が明らかにされていなかった。
【００７６】
そこで、購入後、２年以上経過した長期保管の歯科用インプラントと、この歯科用インプラントと同じメーカから市販されている同じ型格の歯科用インプラントを“新品”として準備し、それぞれをＸＰＳ分析して元素成分を得た。
【００７７】
図１０は、新品の歯科用インプラントの成分分析結果である。チタン（Ｔｉ２ｐ３）の濃度は１４．９６ａｔｍ％、酸素（Ｏ１ｓ）の濃度は５４．２４ａｔｍ％、炭素（Ｃ１ｓ）の濃度は２１．２２ａｔｍ％であった。その他、微量のリン（Ｐ２ｐ）、カリウム（Ｋ２ｐ３）、窒素（Ｎ１ｓ）が検出された。
【００７８】
図１１は、長期保管後の歯科用インプラントのＸＰＳ分析結果である。新品の歯科用インプラントに対して最も顕著な相違は炭素濃度であり、新品では２１．２２ａｔｍ％であったのに対して、長期保管後は、２７．７０ａｔｍ％と、約６．４ａｔｍ％の増加となっている。その他の成分はほとんど変わっていない。
【００７９】
長期保管によるオッセオインテグレーションの阻害要因を、この炭素濃度の増加だと仮定すると、炭素濃度２１．２２ａｔｍ％と２７．７０ａｔｍ％の間に閾値が存在するはずであるが、市販の歯科用インプラントを調べた図４での結果では炭素濃度が２０〜４０ａｔｍ％であり、保管時における炭素の吸着が主要因とは考え難い。
【００８０】
例え、表面に後発的に吸着した炭素だとしても、炭素濃度は本発明による真空紫外線の照射により充分に除去可能であり、光源との距離や照射時間をパラメータとした照射条件に依存して、炭素濃度１０ａｔｍ％以下とする結果も得られている。
【００８１】
むしろ、長期保管によるオッセオインテグレーションの阻害要因は生体親和性に影響する超親水性に求めることができるものと考えられる。
【００８２】
オッセオインテグレーショのメカニズムである、「チタン−酸化チタン−水酸化チタン−カルシウム−骨性タンパク−コラーゲン繊維−骨」の層は、超親水性を有することが必要である。しかしながら、酸化チタンの安定な状態は、チタンと酸素が結合した状態である。超親水性を発生するためにチタンと酸素の結合から、酸素と水酸基が結合した状態である。
【００８３】
図１２は、酸化チタンが安定な状態となっている場合の分子結合の概略を示している。酸化チタンとＴｉＯ２の表面は、チタンＴｉとチタンＴｉを酸素Ｏが架橋酸素として架橋した安定な状態である。この安定な状態で長期的には保管されている。このとき、酸化チタン表面は疎水性である。
【００８４】
図１３は、酸化チタン表面の架橋酸素が離脱して、空気中の水分と結合して水酸基ＯＨが生成した状態であり、この水酸基ＯＨが生成した部分が親水部となる。酸素ＯがチタンＴｉを架橋する架橋酸素から離脱させるためには、紫外線を照射することで実現できる。酸化チタンに水酸基が生成した状態で水が接触すると、二次元的な毛細管現象により親水部に広がり、超親水性を示す。この現象は、本発明による炭素濃度を減少させるための真空紫外線を照射しても発生する。超親水性の機能は、水との接触角が１０度以下であることが望ましい。
【００８５】
歯科用インプラントは、製造時には最終的には滅菌のため、紫外線やガンマ線を照射して、水酸基ＯＨが表面に存在しているが、時間の経過ともに酸素から水酸基が離脱し、酸素はチタンと架橋し、親水部と疎水部が混在した状態となり、長期的な保管では親水部がほとんど存在しなくなる。
【００８６】
図１４は、約２年間保管した歯科用インプラントの真空紫外線照射前後の水との接触角を調べた結果である。真空紫外線は、低圧紫外線ランプ（ウシオ電機製低圧ＵＶランプ：形式「ＵＬＯ−６ＤＱ」）であり、歯科用インプラント低圧紫外線ランプから約８ｍｍの位置に水平に置き、約１時間照射した。
【００８７】
図１４（Ａ）は、約２年間保管した歯科用インプラントに水滴を落下させた状態である。ほとんど親水性は示さず、水滴のままの状態である。これは、歯科用インプラントの表面に存在する酸化チタンのチタンＴｉとチタンＴｉを酸素Ｏが架橋酸素として架橋し、材料的には安定した状態であるためと考えられる。
【００８８】
一方、図１４（Ｂ）は、水滴が表面に広く広がり、水との接触角は１０度以下で、ほとんど測定できない状態まで広がっている。これは、真空紫外線の照射により、架橋酸素が離脱して、空気中の水分と結合して水酸基ＯＨが生成した状態となり、超親水性を示しているものと考えられる。
（実施例３）
【００８９】
光触媒機能を備えた歯科用インプラントに対して、紫外線照射による炭素濃度の低減効果を調べるために、市販されている歯科用インプラントにおいて、メチレンブルーで光触媒機能を確認したサンプルを用意した。光源として、波長が２５０ｎｍ以上の長波長に幅広い発光スペクトルを有する高圧紫外線ランプ（ウシオ電機製低圧ＵＶランプ：形式「ＵＭ−１０２」）を使用した。高圧紫外線ランプの照射条件は、高圧紫外線ランプから約３０ｍｍの位置に歯科用インプラントを置き、約８時間照射した。この条件において、高圧紫外線ランプの照射前後の元素成分をＸＰＳにより分析し、比較した。
【００９０】
図１５は、高圧紫外線ランプ照射前の歯科用インプラントのＸＰＳによる成分分析結果である。チタン（Ｔｉ２ｐ３）の濃度は２１．４５ａｔｍ％、酸素（Ｏ１ｓ）の濃度は５２．６６ａｔｍ％、炭素（Ｃ１ｓ）の濃度は２３．０７ａｔｍ％であった。その他、微量のシリコン（Ｓｉ２ｐ）と窒素（Ｎ１ｓ）が検出された。
【００９１】
図１６は、高圧紫外線ランプの照射後の歯科用インプラントのＸＰＳによる成分分析結果である。高圧紫外線ランプ照射前の歯科用インプラントに対して、炭素濃度が２３．０７ａｔｍ％から、９．７８ａｔｍ％と著しく減少した。その他の成分はほとんど変わらなかったが、僅かにイオウ（Ｓ２ｐ）が検出された。大気中に暴露されているときに付着したものと考えられる。
【００９２】
この結果より、表面の酸化チタン膜に光触媒機能を備えた歯科用インプラントは、真空紫外線を照射することなく、紫外線の照射で光触媒機能を発現し、この作用で有機汚染物を分解除去して、炭素濃度の低減を図れることが実証できた。
【００９３】
以上の結果から、本発明による炭素濃度低減のために照射した真空紫外線または紫外線の照射により、歯科用インプラント表面は超親水性となり、オッセオインテグレーションの阻害要因が除去されるだけでなく、生体親和性が向上することがわかる。このため、新品であっても長期保管品であっても同様の効果が得られる。従って、歯科用インプラントを歯槽骨に埋入する手術を行う前に、少なくとも真空紫外線または紫外線を照射することで、新品であっても長期保管品であっても同様にオッセオインテグレーションが促進され、治療期間の短縮及び手術の成功確率を一層高めることができる。
【００９４】
なお、低圧紫外線ランプは、低圧水銀ランプあるいは低圧水銀灯とも呼ばれ、高圧紫外線ランプは、高圧水銀ランプあるいは高圧水銀灯とも呼ばれており、低圧紫外線ランプおよび高圧紫外線ランプと記載している場合は、これらの名称も含む概念である。
【００９５】
以上、本発明の実施例を歯科用インプラントについて説明したが、本発明は生体内に埋植される人工骨に対しても有効であり、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。
【符号の説明】
【００９６】
１０  フィクスチャー部
１２  フィクスチャー
１４  カラー部
１６  ガイド突起
１８  根尖部
２０  チタンの骨性たんぱく質の吸着メカニズム
２２  チタン
２４  酸化チタン
２６  骨性タンパク質
２８  ヒドロキシル基
３０  カルシウム
３２  オステオカルシン
３４  オステオポンチン
４０  エキシマランプ
４２  低圧紫外線ランプ
【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図１４】
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