(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオセラミックス粉体を含有させた熱可塑性の生体内分解吸収性ポリマーからなるインプラント材料であって、その厚み方向に二等分する面又はこれと平行な面から両側の外側面に向かってバイオセラミックス粉体の含有濃度が二方向に漸増又は漸減していることを特徴とするバイオセラミックス粉体含有インプラント材料。
【請求項２】
バイオセラミックス粉体を含有させた熱可塑性の生体内分解吸収性ポリマーからなるインプラント材料であって、その中心軸又はこれと平行な軸から外周面又は全外側面に向かってバイオセラミックス粉体の含有濃度が３６０°全方向に漸増又は漸減していることを特徴とするバイオセラミックス粉体含有インプラント材料。
【請求項３】
鍛造成形によって得られたインプラント材料であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料。
【請求項４】
バイオセラミックス粉体の最大の含有濃度が４０〜７０重量％であり、最小の含有濃度が１０重量％以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料。
【請求項５】
バイオセラミックス粉体が、表面生体活性な焼成ハイドロキシアパタイト、バイオガラス系もしくは結晶化ガラス系の生体用ガラス、ジオプサイト、生体内吸収性の非焼成ハイドロキシアパタイト、ジカルシウムホスフェート、トリカルシウムホスフェート、テトラカルシウムホスフェート、オクタカルシウムホスフェート、カルサイトのいずれか一種の粉体又は二種以上の混合粉体であり、生体内分解吸収性ポリマーが、１０万〜７０万の初期の粘度平均分子量を有するポリ乳酸、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体、乳酸−グリコール酸共重合体、乳酸−カプロラクトン共重合体のいずれか一種のポリマー又は二種以上の混合ポリマーであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料。
【請求項６】
バイオセラミックス粉体の含有濃度が異なる熱可塑性の生体内分解吸収性ポリマーからなる顆粒を作製し、容器を二等分する面又はこれと平行な面から両側に向かって、又は、容器の中心軸又はこれと平行な軸から３６０°全方向に向かって、バイオセラミックス粉体の濃度勾配が生じるように該顆粒を容器に充填した後に加熱加圧して一体化することを特徴とするバイオセラミックス粉体含有インプラント材料の製造方法。
【請求項７】
バイオセラミックス粉体の含有濃度が異なる熱可塑性の生体内分解吸収性ポリマーからなる顆粒を作製し、容器を二等分する面又はこれと平行な面から両側に向かって、又は、容器の中心軸又はこれと平行な軸から３６０°全方向に向かって、バイオセラミックス粉体の濃度勾配が生じるように該顆粒を容器に充填した後に加熱加圧してブロックを作製し、該ブロックを閉鎖成形型の成形キャビティに冷間で圧入充填して塑性変形させることを特徴とするバイオセラミックス粉体含有インプラント材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い強度と生体骨に対する良好な結合性を併せ持ち、生体骨との置換が可能であって、骨接合材や骨補綴材、或は人工硬組織代替物の固定などの用途に適した生体内分解吸収性のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体内に埋込まれるインプラント材料には種々のものがあり、例えば骨接合材の用途には、従来から金属製やセラミックス製のプレート、ピン、スクリューなどが多用されている。
【０００３】
しかし、これらのインプラント材料は、その弾性率が生体骨よりも遥かに高いため、治癒後にストレス保護の現象によって周囲骨の強度を低下させるという問題があり、特に、金属製のインプラント材料は、金属イオンの溶出によって生体に悪影響を及ぼす恐れがあるため、骨折等が治癒した時点で早期にインプラント材料を体内から取出すべく再手術をしなければならないという問題があった。
【０００４】
このような事情から、生体内分解吸収性のインプラント材料の研究が行われるようになり、ポリ乳酸で成形した骨接合材（特開昭５９−９７６５４号）や、ポリ乳酸等の成形体を長軸方向に延伸して強度を上げる骨接合ピンの製造方法（特願昭６１−２１５０７７号）が提案された。そして、本出願人も、溶融成形後の粘度平均分子量が２０万以上のポリ乳酸等の成形体を延伸して強度を大幅に向上させた骨接合材を提供した（特願昭６２−３３３３３３号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のポリ乳酸等からなる骨接合用のインプラント材料は、いずれも生体骨との結合性がないため固定力の持続を図ることができず、術後に動きを回避できないような生体の部位によっては、インプラント材料の周囲に「ゆるみ」現象を生じて固定力が不足するという問題がある。また、このインプラント材料が吸収され、完全に骨孔が埋まるまでには５〜７年以上の長期間を要するので、再骨折の危惧をぬぐえないという問題が残されている。
【０００６】
生体骨との結合性をインプラント材料に付与する方法については、酸化カルシウムとシリカを主成分とするガラス粒子を擬似体液に浸漬し、その中にインプラント材料を浸漬して表面に骨類似のアパタイト層を形成させるバイオミメティク法や、リン酸基をもつモノマーをインプラント材料表面にグラフトしてリン酸カルシウムを形成させる表面グラフト法などが研究されているが、これらの方法はいずれも、インプラント材料の表面に形成されるアパタイト層やリン酸カルシウム層が極めて薄く、この薄い層を介して生体骨と表面的に結合させるだけのものであり、生体骨組織をインプラント材料の内部まで誘導して強固に結合させるものではないため、これらの方法を上記のインプラント材料に適用しても、実用に耐えるだけの強い結合力を得ることは困難であると思われる。
【０００７】
また、上記のポリ乳酸等のポリマーのみからなる骨接合用のインプラント材料は、強度の向上を図ってはいるが、まだ剛性が充分とは言い難いものである。即ち、生体骨のうちで強度の高い皮質骨は、その曲げ弾性率が部位によって異なるけれども、通常１０〜２０ＧＰａであり、この値は、一般的なプラスチックは勿論のこと、高強度の結晶性のポリ乳酸等のそれよりもかなり大きい。
【０００８】
弾性率を高くすること、つまり剛性を上げるためには、硬い粉体をマトリックスポリマーに多量に充填することが考えられ、その場合、粉体としてバイオセラミックス粉体を使用すると、その性質に由来して生体骨との結合性を付与することが可能となる。このように粉体の充填率が高いインプラント材料は、たしかに硬くて皮質骨に匹敵するだけの大きい剛性を有するが、その反面、マトリックスポリマーのポリマー特有の柔軟性とそれに伴う靱性が低下し、割れたり、欠けたり、ヒビが入ったりする脆さが現れるという欠点を有する。
【０００９】
そこで、本発明者らは、バイオセラミックス粉体を含まないか又は少量含む生体内分解吸収性のポリマー層と、バイオセラミックス粉体を多量に含む生体内分解吸収性のポリマー層とをラミネートしてなる骨接合用のインプラント材料を着想した。このものは、バイオセラミックス粉体を多量に含むポリマー層が、生体骨との結合性と高い剛性を有し、バイオセラミックス粉体を含まないか又は少量含むポリマー層が、ポリマー本来の靱性を有するため、生体骨との結合が可能で、剛性と靱性のバランスがとれた高強度の材料である。けれども、このようなラミネート材料は、双方のポリマー層がその界面で剥離して破壊しやすく、かかる界面剥離の現象は、生体内でストレスのかかった状況下においては不可避的に生ずるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、生体骨との結合性があり、皮質骨並みの高い剛性と靱性を併せ持ち、界面剥離の心配も全くない理想的な生体内分解吸収性のインプラント材料を提供することにある。そして、望ましくはインプラント材料の強度を一層高めることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係るバイオセラミックス粉体含有インプラント材料は、バイオセラミックス粉体を含有させた熱可塑性の生体内分解吸収性ポリマーからなるインプラント材料であって、その厚み方向に二等分する面又はこれと平行な面から両側の外側面に向かってバイオセラミックス粉体の含有濃度が二方向に漸増又は漸減していることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料は、バイオセラミックス粉体を含有させた熱可塑性の生体内分解吸収性ポリマーからなるインプラント材料であって、その中心軸又はこれと平行な軸から外周面又は全外側面に向かってバイオセラミックス粉体の含有濃度が３６０°全方向に漸増又は漸減していることを特徴とする。
【００１４】
そして、請求項３のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料は、上記請求項１又は請求項２のインプラント材料において、該インプラント材料が鍛造成形によって得られたものであることを特徴とし、
請求項４のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料は、上記請求項１ないし請求項３のインプラント材料において、バイオセラミックス粉体の最大の含有濃度が４０〜７０重量％であり、最小の含有濃度が１０重量％以下であることを特徴とし、
請求項５のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料は、上記請求項１ないし請求項４のインプラント材料において、バイオセラミックス粉体が、表面生体活性な焼成ハイドロキシアパタイト、バイオガラス系もしくは結晶化ガラス系の生体用ガラス、ジオプサイト、生体内吸収性の非焼成ハイドロキシアパタイト、ジカルシウムホスフェート、トリカルシウムホスフェート、テトラカルシウムホスフェート、オクタカルシウムホスフェート、カルサイトのいずれか一種の粉体又は二種以上の混合粉体であり、生体内分解吸収性ポリマーが、１０万〜７０万の初期の粘度平均分子量を有するポリ乳酸、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体、乳酸−グリコール酸共重合体、乳酸−カプロラクトン共重合体のいずれか一種のポリマー又は二種以上の混合ポリマーであることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項６に係るバイオセラミックス粉体含有インプラント材料の製造方法は、バイオセラミックス粉体の含有濃度が異なる熱可塑性の生体内分解吸収性ポリマーからなる顆粒を作製し、容器を二等分する面又はこれと平行な面から両側に向かって、又は、容器の中心軸又はこれと平行な軸から３６０°全方向に向かって、バイオセラミックス粉体の濃度勾配が生じるように該顆粒を容器に充填した後に加熱加圧して一体化することを特徴とし、
請求項７に係るバイオセラミックス粉体含有インプラント材料の製造方法は、バイオセラミックス粉体の含有濃度が異なる熱可塑性の生体内分解吸収性ポリマーからなる顆粒を作製し、容器を二等分する面又はこれと平行な面から両側に向かって、又は、容器の中心軸又はこれと平行な軸から３６０°全方向に向かって、バイオセラミックス粉体の濃度勾配が生じるように該顆粒を容器に充填した後に加熱加圧してブロックを作製し、該ブロックを閉鎖成形型の成形キャビティに冷間で圧入充填して塑性変形させることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１のインプラント材料のうち、両側の外側面に向かってバイオセラミックス粉体の含有濃度が傾斜して漸増するインプラント材料は、バイオセラミックス粉体の含有濃度の高い両側の外側面に近い部分が皮質骨並みの大きい合成を有し、バイオセラミックス粉体の含有濃度の低い中間部が生体内分解吸収性ポリマー本体の靭性を有するので、全体として優れた初期強度を有する。従って、生体内に埋入した当初に割れたり欠けたりすることがなく、また、バイオセラミックス粉体の含有量が異なる複数の層をラミネートしたものではないので、界面剥離を生ずることも全くない。そして、生体内に埋入すると、バイオセラミックス粉体を高濃度で含んだ両側の外側面でポリマーの加水分解が進行し、その外側面から骨組織が内部へ形成されて生体骨と強固に結合し、加水分解の遅い中間部によって治癒に必要な期間、十分な強度が維持され、治癒後は中間部も加水分解されてインプラント材料中の生体内分解吸収性ポリマーが生体骨と置換して消失する。
【００２０】
そして、請求項１のインプラント材料のうち、両側の外側面に向かってバイオセラミックス粉体の含有濃度が傾斜して漸減するインプラント材料は、含有濃度の低い両側の外側面に近い部分が生体内分解吸収性ポリマー本来の靭性を示し、含有濃度の高い中間部が大きい剛性を有するので、全体として優れた初期強度を有する。そして、体内に埋入すると、バイオセラミックス粉体の含有濃度の高い中間部のポリマーが加水分解し、骨組織が中間部の内部へ優先的に導かれて生体骨と強固に結合し、加水分解の遅い外側面によって治療に必要な期間、充分な強度が維持され、最終的にインプラント材料中の生体内分解吸収性ポリマーが生体骨と置換して消失する。
【００２１】
また、請求項２のインプラント材料のうち、外周面又は全外側面に向かってバイオセラミックス粉体の含有濃度が傾斜して漸増するインプラント材料は、バイオセラミックス粉体の含有濃度の高い外周面又は全外側面に近い部分が大きい剛性を有し、バイオセラミックス粉体の含有濃度の低い中心部が生体内分解吸収性ポリマー本来の靭性を有するので、全体として優れた初期強度を有する。そして、生体内に埋入すると、バイオセラミックス粉体の含有濃度の高い外周面又は全外側面が生体骨と強固に結合し、加水分解の遅い中心部によって治癒期間中、充分な強度が維持され、最終的にインプラント材料中の生体内分解吸収性ポリマーが生体骨と置換して消失する。
【００２２】
そして、請求項２のインプラント材料のうち、外周面又は全外側面に向かってバイオセラミックス粉体の含有濃度が傾斜して漸減するインプラント材料は、バイオセラミックス粉体の含有濃度の低い外周面又は全外側面に近い部分で生体内分解吸収性ポリマー本来の靭性を有し、含有濃度の高い中心部で大きい剛性を有するので、全体として優れた初期強度を有する。そして、生体内に埋入すると、含有濃度の高い中心部が生体骨と強固に結合し、含有濃度の低い外周面又は全外側面に近い部分によって強度が維持され、最終的にはインプラント材料中の生体内分解吸収性ポリマーが生体骨と置換して消失する。
【００２３】
更に、請求項３のインプラント材料のように鍛造整形されていると、非鍛造整形のものに比べて密度が高くなり、表面硬度が向上する。なお、本発明にいう「鍛造」とは、生体内分解吸収性ポリマーからなる成形体を閉鎖成形型（有底の成形型）に冷間で圧入して塑性変形させることをいう。
【００２４】
また、請求項４のインプラント材料のように、バイオセラミックス粉体の最大の含有濃度が４０〜７０重量％であると、この高濃度部分の剛性が大幅に向上して皮質骨並みとなり、生体骨との結合性も向上する。そして、このインプラント材料のように、最小の含有濃度が１０重量％未満であると、この部分の生体内分解吸収性ポリマーの占める割合が大きいためポリマー本来の靭性が充分に発揮され、全体として優れた初期強度を有するものとなる。バイオセラミックス粉体の最大の含有濃度が７０重量％を越えると、高濃度部分の脆さが顕著となり、４０重量％より少ないと、剛性も生体骨との結合性も不充分となる。
【００２５】
そして、請求項５のインプラント材料のように、特定のバイオセラミックス粉体と、特定の初期の粘度平均分子量を有する生体内分解吸収性ポリマーを選択使用したものは、該粉体が骨組織の伝導形成能に優れるため生体骨との結合性が良好であり、且つ、該ポリマーが靭性に富み、直鎖状で圧縮配向しやすいため高強度のインプラント材料となる。
【００２６】
上述した請求項１、請求項２のインプラント材料は請求項６の製造方法によって、また請求項３のインプラント材料は請求項７の製造方法によって、それぞれ製造することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳述する。
【００２８】
図１は本発明に含まれない基本形態のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料Ａの断面図、図２ないし図４は同インプラント材料Ａの製造方法を説明する断面図である。
【００２９】
このバイオセラミックス粉体含有インプラント材料Ａは、バイオセラミックス粉体１を含有させた熱可塑性の生体内分解吸収性ポリマー２からなるプレート状のインプラント材料であって、図１に示すように、バイオセラミックス粉体１の含有濃度が傾斜していて、一方の外側面３において最も低く、この一方の外側面３から他方の外側面４に向かって一方向（厚み方向）に含有濃度が漸増し、他方の外側面４において含有濃度が最も高くなっている。
【００３０】
上記のようにバイオセラミックス粉体１の含有濃度に勾配があるため、このインプラント材料Ａは、中間部から他方の外側面４に至る含有濃度の高い部分が大きい剛性を有し、中間部から一方の外側面３に至る含有濃度の低い部分が生体内分解吸収性ポリマー２の本来の靱性を有している。従って、全体として剛性と靱性のバランスがとれた高強度のインプラント材料となっている。
【００３１】
このインプラント材料Ａは、生体内で体液と接触すると、材料表面から生体内分解吸収性ポリマー２の加水分解が進行するが、その場合、バイオセラミックス粉体１の含有濃度が高い他方の外側面４（以下、高濃度側面という）は、含有濃度の低い一方の外側面３（以下、低濃度側面という）に比べて、生体内分解吸収性ポリマーの割合が少ない分、見掛け上の加水分解が速く進行し、しかも、高濃度側面４に多量に含まれる生体活性なバイオセラミックス粉体１が骨組織の伝導形成能を有するため、高濃度側面４の生体骨との結合性は良好である。
【００３２】
インプラント材料Ａの高濃度側面４におけるバイオセラミックス粉体１の含有濃度、つまりバイオセラミックス粉体１の最大の含有濃度は、４０〜７０重量％の範囲内とすることが望ましく、この範囲内であれば、高濃度側面４と生体骨との結合性が大幅に向上し、インプラント材料Ａの中間部から高濃度側面４に至る部分の剛性も大幅に向上して皮質骨並みとなる。最大含有濃度が７０重量％を越えると、高濃度側面４と生体骨との結合性は更に大きくなるが、高濃度側面４や該面に近い表層部分の脆さが顕著となるので、結合力（固定力）は却って低下するようになる。また、最大含有濃度が４０重量％未満の場合は、インプラント材料Ａの中間部から高濃度側面４に至る部分の剛性も、高濃度側面４と生体骨との結合性も不充分となる。バイオセラミックス粉体１の最大含有濃度の更に好ましい範囲は、５０〜６０重量％である。
【００３３】
一方、インプラント材料Ａの低濃度側面３におけるバイオセラミックス粉体１の含有濃度、つまりバイオセラミックス粉体１の最低の含有濃度は、１０重量％以下とすることが望ましい。最低の含有濃度が１０重量％を越えると、インプラント材料Ａの中間部から低濃度側面３に至る部分の生体内分解吸収性ポリマー２の占める割合が減少して、ポリマー本来の靱性が充分に発揮されなくなり、見掛け上の加水分解も速くなるので、インプラント材料Ａの初期強度の低下や、生体内での強度維持期間の短縮を招く恐れが生ずる。
【００３４】
更に、このインプラント材料Ａは、生体内分解吸収性ポリマーが結晶性のポリ乳酸であるときは、後述するような鍛造成形を用いることによって両側から圧縮されて結晶化し、生体内分解吸収性ポリマーの分子鎖（結晶）が、インプラント材料Ａを厚み方向に二等分する面Ｐに向かって両側から斜め下方に配向している形態がつくられる。そのため、このインプラント材料Ａは、非鍛造のものに比べると密度や表面硬度が大きくなっており、分子鎖（結晶）の配向と材料の圧縮による緻密化のために強度が大幅に向上している。しかも分子鎖（結晶）の配向方向が上記のように面Ｐに向かって斜め下方の方向であり、面Ｐに沿う方向とこれに直角な方向との間における分子鎖（結晶）配向の異方性が単なる機械方向への一軸配向と比較して少ないため、あらゆる方向の外力に対して総体的に大きい強度を有する強度的に異方性の少ないインプラント材料Ａとなっている。
【００３５】
なお、このインプラント材料Ａでは、生体内分解吸収性ポリマーの分子鎖（結晶）が厚み方向に二等分する面Ｐに向かって配向しているが、この二等分する面Ｐと平行な面に向かって分子鎖（結晶）が両側から斜め下方に配向しているインプラント材料も好ましく用いられる。
【００３６】
生体内分解吸収性ポリマー２としては、無毒性で加水分解により生体内に吸収される熱可塑性ポリマーであれば全て使用可能であるが、その中でも、高分子量で強度や靱性が大きく、初期の粘度平均分子量が１０万〜７０万、好ましくは１５万〜６０万程度の結晶性のポリ乳酸（ポリ−Ｌ−乳酸、ポリ−Ｄ−乳酸、ポリ−Ｄ／Ｌ−乳酸）、乳酸−グリコール酸共重合体、乳酸−カプロラクトン共重合体などが好適であり、これらは単独で又は二種以上混合して使用される。上記のポリ−Ｌ−乳酸、ポリ−Ｄ−乳酸などは生体内での安全性が既に実証されたポリマーであり、しかも、結晶性の直鎖状ポリマーであるため、上述のように圧縮・配向させることによって強度を更に向上させることができる。
【００３７】
また、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体も好適であり、この共重合体を使用すると、得られるインプラント材料を非晶質とすることができ、曲げ強度が２００ＭＰａ以下で事足り、分解吸収が１年程度と早いインプラント材料を得る場合に好都合である。特に、Ｌ−乳酸又はＤ−乳酸の占める割合が略２０〜略８０モル％である共重合体を使用すると、結晶化度が約５％以下のインプラント材料を容易に得ることができるので好ましい。この非晶質インプラント材料の生体内分解吸収性ポリマーとしては、上記の共重合体の他にポリ−Ｌ−乳酸やポリ−Ｄ−乳酸などの本来結晶性の乳酸ポリマーも使用でき、この場合は該乳酸ポリマーに急冷操作を施すことにより非晶質化することができる。この非晶質インプラント材料は、鍛造成形により圧縮されて密度が上がり、強度が向上する。Ｌ−乳酸とＤ−乳酸のラセミ混合体からなるポリＤ，Ｌ−乳酸は本質的に非晶性であるが、Ｄ−体あるいはＬ−体の連続するセグメント間でステレオコンプレックス（立体複合体）を形成するので、冷間で鍛造するなどの強制的加工をすることにより、分子間、分子内での相互作用により強度の向上がある。この事実は非晶化のために急冷処理したポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸の間にも認められる。また、バイオセラミックス粉体と生体内分解吸収性ポリマー間のアンカリングにより脆性が解消されて粘弾性のある材料となる。
【００３８】
バイオセラミックス粉体１としては、表面生体活性な焼成ハイドロキシアパタイト、バイオガラス系もしくは結晶化ガラス系の生体用ガラス、ジオプサイト、生体内吸収性の非焼成ハイドロキシアパタイト、ジカルシウムホスフェート、トリカルシウムホスフェート、テトラカルシウムホスフェート、オクタカルシウムホスフェート、カルサイトのいずれか一種の粉体又は二種以上の混合粉体が好適に使用され、特に骨組織と置換して消失する非焼成ハイドロキシアパタイトの粉体は最適である。これらのバイオセラミックス粉体は、その粒径が０．２〜５０μｍで、該粉体の集合塊も５０μｍ以下のものが好適であり、より好ましくは１μｍ〜十数μｍの粒径を有するものが使用される。
【００３９】
以上のような構成のインプラント材料Ａは、例えば次の方法によって製造することができる。
【００４０】
まず、生体内分解吸収性ポリマーを溶剤に溶かした溶液中に、バイオセラミックス粉体を生体内分解吸収性ポリマーの非溶剤に懸濁させた懸濁液を加えて撹拌し、バイオセラミックス粉体を凝集させることなく均一に分散させる。そして、撹拌しながら更に非溶剤を加えて、生体内分解吸収性ポリマーとバイオセラミックス粉体を共沈させ、これを濾過、乾燥して、内部にバイオセラミックスが均一に分散している生体内分解吸収性ポリマーの顆粒を得る。その場合、ポリマーの溶液に対するバイオセラミックス粉体の懸濁液の添加量を種々変更し、バイオセラミックス粉体の含有割合がそれぞれ異なる数種類の顆粒を得るようにする。
【００４１】
次いで、図２に示すように箱型の容器６の内部に複数の仕切り材８を平行に配置して、複数の仕切り空間９ａ，９ｂ，９ｃを形成する。そして、一端側の仕切り空間９ａにはバイオセラミックス粉体の含有割合が最も低い顆粒１０ａを、中間の仕切り空間９ｂにはバイオセラミックス粉体の含有割合が中程度の顆粒１０ｂを、他端側の仕切り空間９ｃにはバイオセラミックス粉体の含有割合が高い顆粒１０ｃを、それぞれ充填する。
【００４２】
顆粒の充填が終わると、仕切り材８を引き上げる。このとき、例えば仕切り材８を振動させる等の手段を採用して、顆粒１０ａ，１０ｂ，１０ｃがそれぞれの境界部分で互いに入り混じるようにする。このようにすると、顆粒１０ａ，１０ｂが入り混じった境界部分のバイオセラミックス粉体の濃度は、該顆粒１０ａ，１０ｂのそれぞれのバイオセラミックス粉体の濃度の平均的な濃度となり、顆粒１０ｂ，１０ｃが入り混じった境界部分のバイオセラミックス粉体の濃度は、該顆粒１０ｂ，１０ｃのそれぞれのバイオセラミックス粉体の濃度の平均的な濃度となるので、全体として、バイオセラミックス粉体の濃度は一端側から他端側に向かって漸増するような勾配を持つことになる。
【００４３】
その場合、容器６内部の仕切り材８の枚数を増やして多数の仕切り空間９ａ，９ｂ，９ｃ，…を形成し、バイオセラミックス粉体の含有割合が少しづつ異なる顆粒を各仕切り空間に充填すると、バイオセラミックス粉体の濃度勾配をよりなめらかに傾斜させて設けやすくなる。
【００４４】
仕切り材８の除去が終わると、図３に示すように押圧部材１１で顆粒１０ａ，１０ｂ，１０ｃを上方から圧縮すると共に、熱を加えて生体内分解吸収性ポリマーを溶融させ、バイオセラミックス粉体が分散した厚肉板状の成形体であるブロック１０を得る。該ブロック１０は、バイオセラミックス粉体の濃度が一端側から他端側に向かって漸増した勾配を持つものであるが、ポリマーは結晶化しておらず、配向もしていないので、生体骨に匹敵する強度を有していない。しかし、強度をあまり必要としない部位への適用も種々あり、このような部位へはインプラント材料として使用可能である。強度を必要とするときは、次の鍛造工程へ進む。
【００４５】
即ち、図４に示すような成形型１２、即ち、横断面の開口面積が大きい広幅長方形の収容キャビティ１２ａと、横断面の開口面積が小さい狭幅長方形の有底の成形キャビティ１２ｃとの間に、両側内面（相対向する両長辺側の内面）が等しい傾斜角θの斜面とされた絞り部１２ｂを同軸的に設けると共に、加圧用の雄型１２ｄを収容キャビティ１２ａに挿入するようした成形型１２を使用し、上記のブロック１０を収容キャビティ１２ａに収容して、雄型１２ｄによりブロック１０を絞り部１２ｂを通して成形キャビティ１２ｃ内へ連続的又は断続的に圧入充填する。
【００４６】
このように鍛造すると、インプラント材料Ａは圧縮されて緻密質になると共に強度が向上し、図１に示すように、バイオセラミックス粉体１の含有濃度が低濃度側面３から高濃度側面４に向かって一方向に漸増したものとなる。
【００４７】
以上説明したインプラント材料Ａは、絞り部１２ｂの両側の傾斜角θを同じにしたために厚み方向に二等分する面に向かって圧縮されたが、絞り部１２ｂの両側の斜面の傾斜角θが互いに異なる成形型１２を使用すれば、この二等分する面から偏位した平行な面に向かって圧縮されたインプラント材料が得られる。
【００４８】
図５は本発明の一実施形態に係るバイオセラミックス粉体含有インプラント材料Ｂの断面図である。
【００４９】
このインプラント材料Ｂは、バイオセラミックス粉体１を含有させた生体内分解吸収性ポリマー２からなるプレート状のインプラント材料であって、鍛造により両側の外側面から圧縮されており、その厚み方向に二等分する面Ｐから両側の外側面３１，４１に向かってバイオセラミックス粉体１の含有濃度が二方向に漸増し、両側の外側面３１，４１において含有濃度が最大となり、上記の面Ｐを含む中間部において含有濃度が最低となっている点で、前述のインプラント材料Ａと異なっている。
【００５０】
但し、このインプラント材料Ｂも、前述のインプラント材料Ａと同様に、バイオセラミックス粉体１の最大の含有濃度（両側の外側面３１，４１における含有濃度）が４０〜７０重量％の範囲に設定され、最低の含有濃度（中間部における含有濃度）が１０重量％以下に設定されている。そして、生体内分解吸収性ポリマーとして結晶性ポリマーを使用すれば、該ポリマーの結晶が面Ｐに向かって斜め下方に配向した結晶質のインプラント材料となり、非晶性のポリマーを使用するか結晶性ポリマーを急冷操作すれば非晶質のインプラント材料となる。
【００５１】
このようなインプラント材料Ｂは、前述したインプラント材料Ａの製造方法において、容器６内の中央の仕切り空間９ｂにバイオセラミックス粉体の含有割合が低い生体内分解吸収性ポリマーの顆粒１０ａを充填し、両側端の仕切り空間９ａ，９ｃにバイオセラミックス粉体の含有割合が高い顆粒１０ｃを充填するように変更を加えることによってブロックを得、このブロックを成形型に圧入充填することによって製造することができる。
【００５２】
この実施形態のインプラント材料Ｂは、バイオセラミックス粉体１の含有濃度が高い両側の外側面３１，４１及びその表層部分が大きい剛性を有し、バイオセラミックス粉体１の含有濃度の低い中間部が生体内分解吸収性ポリマー２の本来の靱性を有しているため、全体として強度が大きい。そして、生体内に埋入すると、見掛け上の加水分解が速い両側の外側面３１，４１から骨組織が形成されて生体骨と強固に結合し、加水分解が遅い中間部によって治癒に必要な期間、充分な強度が維持され、治癒後は中間部も加水分解されてインプラント材料中の生体内分解吸収性ポリマーが生体骨と置換して消失する。
【００５３】
なお、上記の製造方法において、顆粒１０ａ，１０ｂ，１０ｃを容器６に充填し、加熱圧縮して得たブロックは、バイオセラミックス粉体が中間部より両側の外側面に向かって漸増したものであって、生体骨に匹敵する強度はないが、強度をあまり必要としない部位へのインプラント材料として使用することはできる。更に、上記製造方法において、容器６内の中央の仕切り空間９ｂにバイオセラミックス粉体の濃度の高い顆粒１０ｃを充填し、両側端の仕切り空間９ａ，９ｃにバイオセラミックス粉体濃度の低い顆粒１０ａを充填してブロックを得、これを成形型に圧入充填することにより、バイオセラミックス粉体の濃度が二方向に漸減している板状のインプラント材料を得ることもできる。
【００５４】
既述したインプラント材料Ａ，Ｂは、いずれも平らなプレート状に形成されているが、生体内の埋入部位に適合するように、例えば湾曲したプレート状に形成してもよく、また、厚みの大きいブロック形状に形成してもよいことは言うまでもない。
【００５５】
図６は本発明の他の実施形態に係るバイオセラミックス粉体含有インプラント材料Ｃの縦断斜視図、図７、図８は同インプラント材料Ｃの製造方法を説明する斜視図と縦断斜視図である。
【００５６】
このインプラント材料Ｃは、バイオセラミックス粉体１を含有させた生体内分解吸収性ポリマー２からなる円柱状のインプラント材料であって、その中心軸Ｌから外周面１５に向かってバイオセラミックス粉体１の含有濃度が３６０°全方向に漸増している。従って、バイオセラミックス粉体２の含有濃度は、インプラント材料Ｃの中心軸Ｌを含む中心部で最も低く、外周面１５において最大となっており、中心部における最低の含有濃度が１０重量％以下、外周面における最大の含有濃度が４０〜７０重量％の範囲に設定されている。そして、生体内分解吸収性ポリマーとして結晶性ポリマーを使用すれば結晶が中心軸Ｌに向かって斜め下方に配向したインプラント材料となり、非晶性のポリマーを使用するか結晶性ポリマーを急冷操作すれば非晶質のインプラント材料となる。
【００５７】
このようなインプラント材料Ｃは、例えば次の方法で製造することができる。即ち、図７に示すような円筒型容器６０の内部に複数の円筒状の仕切り材８を同心円状に配置して、複数の仕切り空間９０ａ，９０ｂ，９０ｃを形成する。そして、中心部の仕切り空間９０ａには、既述したバイオセラミックス粉体の含有割合が最も低い顆粒１０ａを、中間の仕切り空間９０ｂにはバイオセラミックス粉体の含有割合が中程度の顆粒１０ｂを、外周部の仕切り空間９０ｃにはバイオセラミックス粉体の含有割合が高い顆粒１０ｃをそれぞれ充填し、顆粒１０ａ，１０ｂ，１０ｃがそれぞれの境界部分で互いに入り混じるように仕切り材８を引き上げてから、既述したように顆粒１０ａ，１０ｂ，１０ｃを加熱圧縮して円柱状ブロック１００を得る。
【００５８】
次いで、図８に示すような成形型１２０、即ち、横断面の開口面積が大きい大径円筒形の収容キャビティ１２０ａと、横断面の開口面積が小さい小径円筒形の有底の成形キャビティ１２０ｃとの間に、内周面が下窄まりのテーパー面とされた絞り部１２０ｂを同軸的に設けると共に、加圧用の雄型１２０ｄを収容キャビティ１２０ａに挿入するようした成形型１２０を使用し、上記の円柱状ブロック１００を収容キャビティ１２０ａに収容して、雄型１２０ｄによりブロック１００を生体内分解吸収性ポリマーの結晶化温度で絞り部１２０ｂを通して成形キャビティ１２０ｃ内へ連続的又は断続的に圧入充填する。このように圧入充填すると、上述の如き分子鎖（結晶）配向及び圧縮状態を維持したインプラント材料Ｃが得られる。
【００５９】
このようなインプラント材料Ｃは、バイオセラミックス粉体１の含有濃度の高い外周部が大きい剛性を有し、含有濃度の低い中心部が生体内分解吸収性ポリマー本来２の靱性を有しているため、全体として強度が大きい。そして、このインプラント材料Ｃを例えば生体骨の髄腔などに埋入すると、骨組織がバイオセラミックス粉体１の含有濃度の高い外周面１５に形成されて生体骨と強固に結合し、加水分解の遅い中心部によって治癒期間中、充分な強度が維持され、最終的にインプラント材料Ｃ中の生体内分解吸収性ポリマーが生体骨と置換して消失する。
【００６０】
この実施形態のインプラント材料Ｃは中心軸Ｌに向かって圧縮されているが、中心軸Ｌと平行な軸に向かって圧縮されていてもよい。このようなインプラント材料は、前記の製造方法において絞り部１２０ｂのテーパー面の傾斜角をテーパー面の全周に亘って漸次変化させた成形型１２０を使用し、前記と同様に円柱状ブロック１００を圧入充填することによって製造することができる。
【００６１】
更に、前記製造方法において、容器６０内の中心部の仕切り空間９０ａにバイオセラミックス粉体の含有濃度が高い顆粒１０ｃを、中間の仕切り空間９０ｂに含有濃度が中程度の顆粒１０ｂを、外周部の仕切り空間９０ｃに含有濃度の低い顆粒１０ａを充填してブロックを得、これを成形型に圧入充填することにより、バイオセラミックス粉体濃度が中心軸から外周面に向かって漸減しているインプラント材料を得ることもできる。
【００６２】
図９は本発明の更に他の実施形態に係るスクリュー状のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料Ｄを示す断面図である。
【００６３】
このインプラント材料Ｄは、前記の圧縮配向された円柱状のインプラント材料Ｃの外周面を切削加工することにより、ネジ溝１６と頭部１７を形成し、更に該頭部１７に六角レンチ穴１８を形成して、スクリューとしたものである。
【００６４】
このようなスクリュー状のインプラント材料Ｄは、プレート状のインプラント材料Ａを生体骨に固定するために使用されたり、生体骨の骨折部分に直接ねじ込んで骨折部分を接合固定するために使用されるが、ネジ溝１６がバイオセラミックス粉体１の含有濃度の高い外周面に形成されているため、生体骨と強固に結合して固定力を維持することができる。しかも、切削加工によりネジ溝１６を形成すると、該ネジ溝１６の切削面が適度な凹凸粗面になると共にバイオセラミックス粉体１が露出し、加水分解が適度に進行して骨組織の伝導形成能が向上するため、より短い期間で生体骨と強固に結合できる利点がある。
【００６５】
以上説明したインプラント材料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはいずれも、バイオセラミックス粉体の含有濃度の高い部分が大きい剛性を有し、且つ含有濃度の低い部分がポリマー本来の靱性を有するので、全体として充分大きい強度を有するインプラント材料となる。そして、その製造方法も鍛造成形だけでなく、公知の方法が採用でき、例えば、既述した顆粒のブロックをホットプレス等で加熱圧縮成形することにより製造することもできる。
【００６６】
以下、本発明の更に具体的な実施例を説明する。
【００６７】
［実施例１］
粘度平均分子量が４０万のポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＬＡ）をジクロロメタンに５重量％溶かした溶液中に、最大粒径３１μｍ、最小粒径０．２μｍ、平均粒径１．８４μｍの非焼成ハイドロキシアパタイト（ＨＡ）のエチルアルコール懸濁液を加えて撹拌し、ＨＡを二次凝集させることなく均一に分散させた。そして、撹拌しながら更にエチルアルコールを加えてＰＬＬＡとＨＡを共沈させ、これを濾過、乾燥して、内部にＨＡが５５重量％の割合で均一に分散しているＰＬＬＡの顆粒を得た。更に、ＰＬＬＡ溶液に対するＨＡ懸濁液の添加量を変更し、内部にＨＡが３０重量％の割合で均一に分散しているＰＬＬＡの顆粒と、内部にＨＡが５重量％の割合で均一に分散しているＰＬＬＡの顆粒を得た。
【００６８】
箱型容器（縦３０ｍｍ、横１５ｍｍ、深さ１００ｍｍ）の内部を、２ｍｍ角の網目を有する２枚のネットで三つの空間に仕切り、一側端の空間にはＨＡを５重量％含んだ顆粒を、中央の空間にはＨＡを３０重量％含んだ顆粒を、他側端の空間にはＨＡを５５重量％含んだ顆粒を充填した。そして、各顆粒が境界部分で互いに入り混じるようにネットを引き上げてから、１８５℃に加熱して、顆粒を押圧部材で２００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力下に圧縮し、縦３０ｍｍ、横１５ｍｍ、高さ５５ｍｍの厚肉板状のブロックを得た。
【００６９】
このブロックを、成形型の収容キャビティ（縦３０ｍｍ、横１５ｍｍ、深さ６５ｍｍ）に入れて、１０５℃に加熱し、該成形型の絞り部（両側の斜面の傾斜角：１５°）を通して成形キャビティ（縦３０ｍｍ、横７ｍｍ、深さ１２０ｍｍ）に圧入することにより、プレート状のインプラント材料（縦３０ｍｍ、横７ｍｍ、長さ１２０ｍｍ）を作製した。
【００７０】
このインプラント材料は、一方の外側面から他方の外側面に向かってＨＡの含有濃度が５重量％から５５重量％まで漸増し、その変形度Ｒ（ブロックの断面積／インプラント材料の断面積）が２．１である圧縮材料であって、ＰＬＬＡの分子鎖（結晶）が二等分面に向かって両側から斜め下方に配向しているものである。
【００７１】
このインプラント材料について曲げ強度、曲げ弾性率、引張り強度を測定した結果を、下記の表１に示す。尚、曲げ試験方法はＪＩＳ  Ｋ−７２０３（１９８２）、引張り試験方法はＪＩＳ  Ｋ−７１１３（１９８１）に基づいて行ったものである。
【００７２】
［実施例２］
実施例１で得たＨＡをそれぞれ５重量％、３０重量％、５５重量％含むＰＬＬＡの顆粒を、箱型容器（縦３０ｍｍ、横７ｍｍ、深さ１００ｍｍ）のネットで仕切られた３つの空間に充填し、実施例１と同じ条件で加熱して圧縮し、縦３０ｍｍ、横７ｍｍ、長さ５５ｍｍのプレート状のインプラント材料を作製した。このインプラント材料は、実施例１のインプラント材料と同様に、一方の外側面から他方の外側面に向かってＨＡの含有濃度が５重量％から５５重量％まで漸増しているが、分子鎖（結晶）が配向していない材料である。
【００７３】
このインプラント材料について、実施例１と同様に曲げ強度、曲げ弾性率、引張り強度を測定した結果を、下記の表１に示す。
【００７４】
［実施例３］
粘度平均分子量が４０万のポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＬＡ）とＨＡを用いて、実施例１と同じ方法と条件で加熱して圧縮し、中央にＨＡを５重量％、両端にＨＡを５５重量％含んだ縦３０ｍｍ、横１５ｍｍ、高さ５５ｍｍの厚肉板状のブロックを得た。
【００７５】
このブロックを実施例１と同様のサイズの収容キャビティおよび成形キャビティを有する成形型にて加熱、圧入することにより、プレート状のインプラント材料（縦３０ｍｍ、横７ｍｍ、長さ１２０ｍｍ）を作製した。
【００７６】
このインプラント材料について曲げ強度、曲げ弾性率、引張り強度を測定した結果を下記の表１に示す。その結果、曲げ強度は生体骨の強度を上回る高強度であり、特に曲げ弾性率は生体骨の値と同程度の値を示し、曲げ応力による折損も生じなかった。
【００７７】
［実施例４］
実施例１のＰＬＬＡに代えてＬ−乳酸とＤ−乳酸のランダム共重合体（ＰＤＬＬＡ、Ｄ／Ｌのモル比＝５０／５０）を用い、ブロックを造るときの温度と圧力を１３０℃と１５０ｋｇ／ｃｍ２  に変更し、鍛造の際の加熱温度を７０℃に変更した以外は、実施例１と同様の方法でインプラント材料を得た。このインプラント材料は、非晶質であって、一方の外側面から他方の外側面に向かってＨＡの含有濃度が５重量％から５５重量％まで漸増した圧縮材料である。
【００７８】
このインプラント材料について曲げ強度、曲げ弾性率、引張り強度を測定した結果を下記の表１に示す。
【００７９】
【表１】
0003571560.tif 000002
【００８０】
この表１を見ると、成形型への圧入（鍛造）によって得られた実施例１及び実施例３のインプラント材料は、圧縮によって得られた実施例２のインプラント材料に比べて、曲げ強度、曲げ弾性率、引張り強度がいずれも高く、分子鎖（結晶）の配向によりインプラント材料の強度が顕著に向上している。そして、実施例１及び実施例３のインプラント材料の曲げ強度はいずれも、生体骨の曲げ強度（約２００ＭＰａ）よりも高く、２５０ＭＰａを越えており、強度が要求される部位に十分使用できるものであることが判る。また、実施例２のインプラント材料は、強度があまり高くないといっても、曲げ強度が１５０ＭＰａであるから、あまり強度が要求されない部位には十分使用することができる。また、非晶質である実施例４のインプラント材料は、鍛造成形により強度が向上して曲げ強度が１６０ＭＰａと高く、強度をあまり必要とせずにインプラント材料の早期の分解、消失を必要とする部位には十分使用できる。
【００８１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料は、大きい剛性と生体内分解吸収性ポリマー本来の靱性とを併せ持つ高強度の材料であって、生体内で生体骨と強固に結合でき、ラミネート材料のように剥離する恐れがなく、治癒に必要な期間、充分な強度を維持し、その後は生体骨と置換して消失するので再手術の必要もないといった顕著な効果を奏する。また、鍛造により圧縮して緻密化したインプラント材料は、強度が更に向上するといった効果を奏する。そして、これらのインプラント材料は、本発明の製造方法によって容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に含まれない基本形態のバイオセラミックス粉体含有インプラント材料Ａの断面図である。
【図２】同インプラント材料Ａの製造方法を説明するもので、容器内の複数の仕切り空間に、バイオセラミックス粉体の含有割合が異なる生体内分解吸収性ポリマーの顆粒を充填したところを示す断面図である。
【図３】同インプラント材料Ａの製造方法を説明するもので、容器内のバイオセラミックス粉体の含有割合が異なる生体内分解吸収性ポリマーの顆粒を圧縮、固結してブロックを形成しているところを示す断面図である。
【図４】同インプラント材料Ａの製造方法を説明するもので、ブロックを成形型の収容キャビティに収容したところを示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るバイオセラミックス粉体含有インプラント材料Ｂの断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るバイオセラミックス粉体含有インプラント材料Ｃの縦断斜視図である。
【図７】同インプラント材料Ｃの製造方法を説明するもので、容器内の複数の仕切り空間に、バイオセラミックス粉体の含有割合が異なる生体内分解吸収性ポリマーの顆粒を充填したところを示す斜視図である。
【図８】同インプラント材料Ｃの製造方法を説明するもので、円柱状ブロックを成形型の収容キャビティに収容したところを示す縦断斜視図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態に係るバイオセラミックス粉体含有インプラント材料Ｄの断面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  インプラント材料
１  バイオセラミックス粉体
２  生体内分解吸収性ポリマー
３  一方の外側面（低濃度側面）
４  他方の外側面（高濃度側面）
１５  外周面
３１，４１  両側の外側面
Ｐ  インプラント材料を厚み方向に二等分する面
Ｌ  インプラント材料の中心軸
【図１】
0003571560.tif 000003
【図２】
0003571560.tif 000004
【図３】
0003571560.tif 000005
【図４】
0003571560.tif 000006
【図５】
0003571560.tif 000007
【図６】
0003571560.tif 000008
【図７】
0003571560.tif 000009
【図８】
0003571560.tif 000010
【図９】
0003571560.tif 000011