(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーを照射するレーザー照射部と、
生体親和性セラミックスからなるターゲットと、
ターゲットがレーザーの照射線上に位置し、レーザーの照射によってターゲットから飛散した原子、分子、クラスター、ドロップレットが硬組織に堆積されるように、レーザー照射部及びターゲットを保持するターゲット保持部と、
を備え、患者から硬組織を取り出すことなく、当該硬組織に大気中で薄膜を形成するための薄膜形成装置。
【請求項２】
レーザー照射部、ターゲット、及びターゲット保持部の少なくとも何れか一つを冷却する冷却部を備える、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
レーザー照射部が、Er-YAGレーザー、Er-Cr;YSGGレーザー、Nd-YAGレーザー、半導体レーザーのうちの何れか一つからなる、請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
生体親和性セラミックスが、第一リン酸カルシウム、第二リン酸カルシウム、リン酸八カルシウム、リン酸三カルシウム、リン酸四カルシウム、オクタリン酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト、炭酸アパタイト、フッ化アパタイト、生体アパタイト及びこれらの混合物からなる群れより選択されるリン酸カルシウム化合物である、請求項１から３までのいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記硬組織が患者の口腔内の歯である、請求項１から４までのいずれかに記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、骨や歯などの硬組織に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、形成した薄膜が、硬組織表面でイオン化して再石灰化することによって、硬組織の再生を助ける薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エナメル質は、歯の歯冠の最表層にある生体で最も硬い硬組織であり、ハイドロキシアパタイトの結晶の塊が密に詰まったエナメル小柱と呼ばれる基本構造から構成されている。また、エナメル質は、エナメル芽細胞等の働きによって形成されるが、このエナメル芽細胞は歯の萌出時に消滅してしまうため、う歯などによってエナメル質が喪失しても、エナメル質が自然に再生されることはない。
【０００３】
そこで、従来から、患部にレジンを塗布することにより、エナメル質を修復する治療法が行われている。ただ、この治療法は、ハイドロキシアパタイト（以下、HApと省略する。）とエナメル質とを一体化して再生する方法ではないので、半永久的な治療ではなく、時間が経つとレジンの剥離や、使用する有機物によるアレルギー反応が生じるなどの問題点があった。
【０００４】
これらの問題点を解決するため、HApの粉体や微粒子をエナメル質表面に付着させる方法が試みられている。ただ、HApをエナメル質表面に付着させようとしても、セラミックス同士でありその面粗度の大きさのため、一体化することは非常に困難であった。
【０００５】
そのため、セラミックスとエナメル質とを一体化できる方法として、エナメル質と同じ成分の人工合成したHApの粉体を高速で歯質表面に噴射する方法（特許文献１を参照。）、HAp粉末と強酸水溶液とを混合し歯科用ペーストとして塗布する方法（特許文献２を参照。）などが検討されている。
【０００６】
しかし、これらの方法は、高速に加速された粒子や強酸水溶液を使用するため、口腔内組織を傷つけるなど、生体に侵襲を与えるという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２００８２０号公報
【特許文献２】特許３３４０２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明は生体を侵襲せずに、エナメル質などの硬組織の再生を助けることができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の薄膜形成装置は、レーザーアブレーション法により硬組織表面にカルシウム（Ca)とリン（P)を含む薄膜を形成する。その後、硬組織に形成された薄膜に含まれるカルシウム（Ca)やリン（P)が体液や唾液などによりイオン化し、再石灰化することによって、エナメル質などの硬組織が非侵襲で再生する。すなわち、この発明の薄膜形成装置は、レーザーアブレーション法によって硬組織に薄膜を形成することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の薄膜形成装置を使用することによって、硬組織を非侵襲で再生することができるため、患者に苦痛を与えずに硬組織を再生できる。そのため、従来は、苦痛を恐れて治療を避けていた患者が治療を受け易くなり、ひいては国民の健康の向上に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、この発明の薄膜形成装置の模式図である。
【図２】図２は、この発明の薄膜形成装置を使用して、チタン基板上に薄膜を形成する様子を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）はチタン基板上に作製した薄膜の走査型電子顕微鏡（SEM）写真であり、図３（ｂ）はチタン基板上に堆積した粒子（ドロップレット）のエネルギー分散型X線解析装置（EDX）による元素マッピングの結果を示している。
【図４】図４は、EDXによる組成分析の結果を示している。なお、図４（ａ）は図３（ａ）の上側ドロップレットの組成分析結果を示し、図４（ｂ）は図３（ａ）の下側ドロップレットの組成分析結果を示している。
【図５】図５は、HApのターゲットにEr-YAGレーザーを照射して、エナメル質上へHAp薄膜を形成している様子を撮影した光学写真である。
【図６】図６は、図５の方法でHAp薄膜を成膜する前のエナメル表面状況の光学写真である。なお、図６（ａ）はHApの成膜前のエナメル質表面を示し、図６（ｂ）はHAp薄膜の成膜後のエナメル質表面を示している。
【図７】図７は、形状測定レーザマイクロスコープ（VK-X110）によって測定したエナメル質表面に堆積されたHAp薄膜の一部分の断面図を示している。図７（ａ）は断面の測定部位の範囲を示し、図７（ｂ）は測定部位におけるHAp薄膜の高さの分布を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明の薄膜形成装置は、硬組織表面に薄膜を形成する装置である。ここで、硬組織とは歯、骨であればよく、その種類は特に限定されない。また、図１に示すように、この発明の薄膜形成装置１は、レーザー照射部１１と、ターゲット１２、ターゲット保持部１３を備えている。そこで、以下にその詳細について説明する。
【００１３】
（１）レーザー照射部
レーザー照射部１１は、Er-YAGレーザー（波長2940nm程度）、Er-Cr;YSGGレーザー（波長2780nm程度）、Nd-YAGレーザー（波長1064nm）、半導体レーザー（波長655〜2000nm程度）などのレーザー照射装置である。なお、レーザー照射部は、ターゲット１２にレーザーを照射した時にターゲットを分解・剥離できる波長とエネルギーを持つものであれば、前述のレーザーに限定されるものではない。
【００１４】
また、レーザー照射部１１の形状は、ターゲット１２にレーザーを照射できるのであれば、図１に示す形状に限定されるものではない。例えば、レンズやミラーなどの公知の技術を使用してレーザーの方向を変えるものや、その出力を集中させるものであってもよい。なお、照射するレーザーの波長や出力は、ターゲットや治療対象である硬組織に応じて自由に設定すればよい。
【００１５】
（２）ターゲット
ターゲット１２は生体親和性セラミックスからなる。ここで、生体親和性セラミックスとは、リン酸カルシウム化合物であればよく、カルシウム(Ca)とリン（P）を含んだ混合物である。具体的には、第一リン酸カルシウム(MCPM)、第二リン酸カルシウム(DCPD)、リン酸八カルシウム、リン酸三カルシウム(α−TCP、β-TCP)、リン酸四カルシウム(TTCP)、オクタリン酸カルシウム（OCP）、ハイドロキシアパタイト(HAp)、炭酸アパタイト(CAp)、フッ化アパタイト(FAp)、生体アパタイトなどが例示できる。
【００１６】
また、生体アパタイトとは、[(Ca)10-a Ma][(PO4)6-b Zb][(OH)2-c Xc]の組成を持った鉱物群であり、具体的には、式中のMが例えばNa、Mg、Ba、K、Zn、Alに、Zが例えばSO4、CO3に、XがF、CO3に置き換わったものである。
【００１７】
（３）ターゲット保持部
ターゲット保持部１３は、ターゲット１２がレーザーＬの照射線上に位置し、レーザーＬの照射によりターゲット１２から飛散した原子、分子、クラスター、ドロップレットＰが硬組織（歯質Ｔ）に堆積されるように、ターゲット１２を保持するものである。なお、ターゲット保持部１３の形状は、この目的を達成できるのであれば、図１に記載の形状に限定されず、任意の形状を取ることができる。
【００１８】
この発明の薄膜形成装置１は、レーザー照射部１１、ターゲット１２、ターゲット保持部１３のほか、図１に示すように、空気Ａを噴出してターゲット１２を冷却する冷却部１４を備えていてもよい。なお、冷却部は、図１に示すターゲット１２を冷却するもののほか、レーザー照射部１１、ターゲット保持部１３を冷却するものであってもよい。
【００１９】
薄膜形成装置１が冷却部１４を備えることによって、レーザー照射に伴う温度上昇によるターゲット１２の破壊、薄膜形成装置１の接触による硬組織付近の火傷、を防ぐことができる。なお、冷却部としては、レーザー照射部１１、ターゲット１２、ターゲット保持部１３を冷却できるのであれば、公知の冷却装置、例えば、空冷装置、水冷装置、ペルチエ素子のような熱電素子などを特に限定することなく使用できる。
【００２０】
以下、実施例によりこの発明を説明するが、この発明は以下の実施例により如何なる意味においても限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
この発明の薄膜形成装置が、大気中でリン（P）とカルシウム(Ca)を含む薄膜を形成できることを実証した。具体的には、図２に示す薄膜形成装置１を使用して、以下に示すような手順によって、チタン基板上に薄膜を形成し、その組成を調べた。
【００２２】
まず、Er-YAGレーザー（パワー350mJ、パルス速度10pps）１１を高密度HApターゲット（ペンタックス製、商品名セルヤード）１２に10秒間照射して原子、分子、クラスター、ドロップレットＰを発生させて、それらをチタン基板Ｔｉ（φ16mm）上に堆積させ、薄膜を形成した。
【００２３】
つぎに、薄膜を走査型電子顕微鏡（SEM）により観察し、チタン板上に堆積した粒子（ドロップレット）をエネルギー分散型X線分析装置（EDX）により元素分析した。その結果を図３及び図４に示す。
【００２４】
なお、図３（ａ）は薄膜の走査型電子顕微鏡（SEM）写真であり、図３（ｂ）はEDX元素マッピングの結果である。また、図４は図３（ａ）に示す各粒子をEDXにより組成分析した結果である。ここで、図４（ａ）は、図３（ａ）の上側ドロップレットを組成分析した結果であり、図４（ｂ）は図３（ａ）の下側ドロップレットを組成分析した結果である。
【００２５】
図３及び図４から、ドロップレットがカルシウムとリンとを含んでいることが確認できた。この結果は、この発明の薄膜形成装置によって、リン酸カルシウム化合物の薄膜が形成できることを示している。
【実施例２】
【００２６】
この発明の薄膜形成装置が、大気中でリン（P）とカルシウム(Ca)を含む薄膜をエナメル質上に形成できることを実証した。具体的には、図５に示す薄膜形成装置を使用して、以下に示すような手順によって、エナメル質上に薄膜を形成することを示した。
【００２７】
まず、Er-YAGレーザー（パワー200mJ、パルス速度10pps）を生体アパタイトバルク体ターゲット（株式会社エクセラ  天然アパタイト粉末をプレス成型）に5分間照射して原子、分子、クラスター、ドロップレットを発生させて、それらをエナメル質上に堆積させ、薄膜を形成した。
【００２８】
つぎに、生体アパタイトバルク体ターゲットにレーザー照射前と照射後のエナメル質表面を観察した。その結果を図６に示す。
【００２９】
なお、図６（ａ）は生体アパタイトバルク体ターゲットにレーザー照射前の写真であり、図６（ｂ）は照射後の結果である。
【００３０】
図６から、生体アパタイトバルク体ターゲットにレーザー照射後はエナメル質表面に白い堆積物が見られ、ターゲットから飛散した原子や、分子、クラスター、ドロップレットがエナメル質表面に堆積していることが確認できた。この結果は、この発明の薄膜形成装置によって、エナメル質上にリン酸カルシウム化合物の薄膜が形成できることを示している。
【００３１】
また、図７は、形状測定レーザマイクロスコープ（VK-X110）によって測定したエナメル質表面に形成されたHAp薄膜の一部分の断面の測定結果である。
【００３２】
なお、図７（ａ）は断面の測定部位の範囲を示し、図７（ｂ）は測定部位におけるHAp薄膜の高さの分布を示している。図７（ｂ）より、最大高さ約10μm以下のHAp薄膜が堆積したことが分かる。
【符号の説明】
【００３３】
１    薄膜形成装置
１１  レーザー照射部
１２  ターゲット
１３  ターゲット保持部
【図１】
0005858527.tif 000002
【図２】
0005858527.tif 000003
【図３】
0005858527.tif 000004
【図４】
0005858527.tif 000005
【図５】
0005858527.tif 000006
【図６】
0005858527.tif 000007
【図７】
0005858527.tif 000008