(57)【要約】【課題】マグネシウム基材と当該マグネシウム基材の表面に設けられたいわゆる防食被膜とを有し、生体親和性、生体吸収性及び耐食性に優れるマグネシウム複合材料を提供すること、並びに、当該マグネシウム複合材料の簡便な製造方法を提供すること。【解決手段】マグネシウム系基材と、前記マグネシウム系基材の表面の少なくとも一部を被覆する生分解性ポリマー及び水酸化マグネシウムを含む複合被膜と、を有すること、を特徴とするマグネシウム複合材料。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム系基材と、前記マグネシウム系基材の表面の少なくとも一部を被覆する生分解性ポリマー及び水酸化マグネシウムを含む複合被膜と、を有すること、を特徴とするマグネシウム複合材料。
【請求項２】
前記生分解性ポリマーがＬ−アスパラギン酸であること、を特徴とする請求項１に記載のマグネシウム複合材料。
【請求項３】
水と生分解性ポリマーを含む溶液を調製する工程と、前記溶液にマグネシウム系基材を浸漬して加熱する工程と、を含むこと、を特徴とする、マグネシウム系基材と、前記マグネシウム系基材の表面の少なくとも一部を被覆する生分解性ポリマー及び水酸化マグネシウムを含む複合被膜と、を有するマグネシウム複合材料の製造方法。
【請求項４】
前記生分解性ポリマーがＬ−アスパラギン酸であること、と特徴とする請求項３に記載のマグネシウム複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム系基材の表面に生分解性ポリマー及び水酸化マグネシウムを含む複合被膜を有するマグネシウム複合基材、並びに、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医学の進歩によって、骨折の治療等の様々な場面で手術を行ってインプラント（金具等）を埋め込まれることがある。このインプラントは、回復すると改めて手術を行って取り除かれることが大半であるが、その基材には強度や高い耐食性を有するステンレス鋼やチタン等の軽金属が用いられることが多い。
【０００３】
ところが、ステンレスやチタン等では体内に埋植された後、体内に留置される場合と、除去手術が行われる場合とがある。前者の場合、永久的に残存することとなり、例えば後の疾病における治療に際しＭＲＩ等の画像診断を行う場合、アーチファクトを発生させて画像を乱してしまったり、迷入による他の合併症を引き起こしたりする可能性がある。また後者の場合、再手術が必要で患者に大きな負担となる。そこで、上述の課題を解決できる素材としてマグネシウムが予てから注目されている。マグネシウムは金属で十分な強度を有しており、かつ生体内で溶解しても必須元素のため無害であることから、インプラントへの適用が検討されている。
【０００４】
他方、人工インプラント等の生体材料には、骨組織との親和性に優れ，骨と直接的に結合するという理由から、ハイドロキシアパタイトも広く用いられているが、その強度補強のために、ハイドロキシアパタイトとともに種々の金属材料が組み合わせて用いられている。
【０００５】
したがって、インプラントには、人体にとって必須元素で有害性も少なく、その比強度もハイドロキシアパタイトの比強度を上回るマグネシウムを用いることができれば、極めて優れた生体材料が期待できる。
【０００６】
ここで、マグネシウムをインプラントの基材として使用するための研究開発は、従来から行われているところ、マグネシウムは反応性が高いため、体内での溶解速度を抑えなければ、患部が治癒する前に消失するという問題がある。
【０００７】
このような問題を解消するため、例えば基材の表面に防食被膜を形成して溶解速度を抑える方法（例えば特許文献１〜３）が種々提案されており、これらの方法によれば、すでに流通している金属材料の使用が可能であるため効率的であり、また、被膜の作製においては、材料及び処理条件等において多くの選択肢がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２０２７８２公報
【特許文献２】特開２００８−１２５６２２公報
【特許文献３】特開２０１６−１６８３０４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、工程数の多いゾルゲル法を用いており、加熱時間が長く加熱温度も高い。また、上記特許文献２の方法では、陽極酸化を施すために大掛かりな設備が必要となり、上記特許文献３の方法では、恒温槽に基材を１０日間程度浸漬しなければならない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、マグネシウム基材と当該マグネシウム基材の表面に設けられたいわゆる防食被膜とを有し、生体親和性、生体吸収性及び耐食性に優れるマグネシウム複合材料を提供すること、並びに、当該マグネシウム複合材料の簡便な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は上記目的を達成すべく、本発明者らは、生分解性ポリマーを含有した水溶液を用いてマグネシウム基材に３時間程度の水熱処理を施せば、マグネシウム基材の表面に水酸化マグネシウムと生分解性ポリマーからなる複合皮膜を形成でき、生体親和性、生体吸収性及び耐食性を有するマグネシウム複合材料を簡便に作製できることを見出し、本発明を完成するに至った
【００１２】
即ち、本発明は、
マグネシウム系基材と、前記マグネシウム系基材の表面の少なくとも一部を被覆する生分解性ポリマー及び水酸化マグネシウムを含む複合被膜と、を有すること、を特徴とするマグネシウム複合材料、
を提供するものである。
【００１３】
ここで、本発明における「マグネシウム系基材」とは、マグネシウムのみで構成される基材（不可避不純物は含まれていてもよい。）及びマグネシウムを含む合金で構成される基材を含む概念である。
【００１４】
上記の構成を有する本発明のマグネシウム複合材料は、生体親和性、生体吸収性及び耐食性を有し、簡便な方法で作製することができる。
【００１５】
また、本発明のマグネシウム複合材料においては、前記生分解性ポリマーがＬ−アスパラギン酸であること、が好ましい。
【００１６】
このような構成を有する本発明のマグネシウム複合材料は、生分解性ポリマーであるＬアスパラギン酸が分解することなく複合被膜内に存在するため、より生体親和性、生体吸収性及び耐食性に優れる。
【００１７】
また、本発明は、
水と生分解性ポリマーを含む溶液を調製する工程と、前記溶液にマグネシウム基材を浸漬して加熱する工程と、を含むこと、を特徴とする、マグネシウム基材と、前記マグネシウム基材の表面の少なくとも一部を被覆する生分解性ポリマー及び水酸化マグネシウムを含む複合被膜と、を有するマグネシウム複合材料の製造方法、
も提供する。
【００１８】
上記の構成を有する本発明のマグネシウム複合材料の製造方法によれば、生体親和性、生体吸収性及び耐食性を有するマグネシウム複合材料を、簡便な方法で確実に作製することができる。
【００１９】
このような本発明のマグネシウム複合材料の製造方法においては、前記生分解性ポリマーがＬ−アスパラギン酸であること、が好ましい。
【００２０】
上記の構成を有する本発明のマグネシウム複合材料の製造方法によれば、生分解性ポリマーであるＬアスパラギン酸が分解することなく複合被膜内に存在するため、より生体親和性、生体吸収性及び耐食性に優れるマグネシウム複合材料をより確実に作製することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、マグネシウム基材と当該マグネシウム基材の表面に設けられたいわゆる防食被膜とを有し、生体親和性、生体吸収性及び耐食性に優れるマグネシウム複合材料を提供すること、並びに、当該マグネシウム複合材料の簡便な製造方法を提供することにを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例において複合材料からのマグネシウムの溶解速度を測定する方法を概念的に説明するための図である。
【図２】複合材料からのマグネシウムの溶解速度の測定結果を示すグラフである。
【図３】ＴＧ／ＤＴＡ（熱重量・示差熱）分析の測定結果を示すグラフである。
【図４】元素分析により得られた元素マッピングを示す図である。
【図５】元素分析により得られた元素構成表である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のマグネシウム複合材料及びその製造方法の代表的な実施形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【００２４】
［マグネシウム複合材料］
本発明のマグネシウム複合材料は、マグネシウム系基材と、前記マグネシウム系基材の表面の少なくとも一部を被覆する生分解性ポリマー及び水酸化マグネシウムを含む複合被膜と、を有すること、を特徴とする。
【００２５】
マグネシウム系基材とは、上記のとおり、マグネシウムのみで構成される基材（不可避不純物が含まれていてもよい純マグネシウム基材）及びマグネシウムを含む合金で構成される基材を含む概念である。
【００２６】
マグネシウム合金の場合は、成形性、機械的強度及び延性等を向上させることができ、例えば、Ｍｇ−Ａｌ系合金、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系合金、Ｍｇ−希土類元素系合金、及びＭｇ−Ｚｎ−希土類元素系合金等を挙げることができる。
【００２７】
当該マグネシウム系基材の形状については、最終的に得られるマグネシウム複合材料の用途等に応じて種々の形状であってよく、例えば、板状、球状、塊状、棒状及び線状等、更には、骨等の生体部位の全体又は一部に相当する形状であってもよい。また、マグネシウム系基材の寸法についても、用途等に応じて適宜調整すればよい。
【００２８】
本発明のマグネシウム複合材料においては、上記のマグネシウム系基材の表面の少なくとも一部に、生分解性ポリマー及び水酸化マグネシウムを含み、防食性を有する複合被膜が形成されている。
【００２９】
この複合被膜には、水酸化マグネシウムと生分解性ポリマーが含まれている。水酸化マグネシウムは、複合材料の製造工程においてマグネシウム系基材を構成するマグネシウムが酸化して水と作用することによって生成される。複合被膜内においては、水酸化マグネシウムと生分解性ポリマーは、混合し、均一に分散している。
【００３０】
複合被膜に含まれる水酸化マグネシウムと生分解性ポリマーとの含有比については、本発明の効果を損なわない範囲で種々の範囲であってよいが、例えば、被膜に含まれる有機物成分が、４０〜５０％という含有比であるのが好ましい。
【００３１】
ここで、複合被膜に含まれる生分解性ポリマーとしては、本発明の効果を損なわない範囲で種々のものを使用可能であるが、例えば、Ｌ−アスパラギン酸、ポリεカプロラクトン、ポリエチレンアジペート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリグリコール酸等が挙げられ、なかでも製造工程においても分解することなく複合被膜内に存在し続けて生体親和性、生体吸収性及び耐食性に優れる複合材料が得られる、という観点から、Ｌ−アスパラギン酸を用いるのが好ましい。
【００３２】
また、複合被膜の厚みについては、得られる複合材料の用途等に応じて本発明の効果を損なわない範囲で適宜決定することができるが、被膜の割れや剥離を生じない範囲という観点から、例えば８０〜２００μｍであればよく、更には、１５０〜１７０μｍであるのが好ましい。
【００３３】
［マグネシウム複合材料の製造方法］
次に、上記の本発明のマグネシウム複合材料の製造方法は、水と生分解性ポリマーを含む溶液を調製する工程と、前記溶液にマグネシウム系基材を浸漬して加熱する工程と、を含むこと、を特徴とする。
【００３４】
まず、最初の工程で、水と生分解性ポリマーを含む溶液を調製する。ここでは必要に応じて有機溶剤を混合してもよい。生分解性ポリマーとしては、上記したものを用いればよく、有機溶剤としては、生分解性ポリマーの種類によって本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択すればよく、例えばアセトン、エタノール、メタノール等が挙げられる。
【００３５】
また、上記の溶液における水、有機溶剤及び生分解性ポリマーの含有比については、溶解速度や得られる複合被膜の厚さ等によって適宜調整すればよい。なかでも、水及び有機溶剤の混合液２０ｍｌ（有機溶剤を含まない場合もある。）に対する生分解性ポリマーの量は、溶解速度を確実に低減させ、また、複合被膜の厚みを確保するという観点から、２０〜１００ｍｇであればよい。溶解速度をより確実に低減させ、かつ複合被膜の厚みをより確実に確保するという観点からは６０〜１００ｍｇであるのが好ましく、８０〜１００ｍｇであるのが特に好ましい。
【００３６】
次に、上記溶液にマグネシウム系基材を浸漬し、上記溶液を加熱することによって、マグネシウム系基材の表面の少なくとも一部（複合被膜を形成したい箇所）に複合被膜を形成する（水熱合成処理）。このとき、複合被膜を形成したい箇所が上記溶液に確実に浸されるようにする。
【００３７】
加熱温度及び加熱時間としては、複合被膜が形成される条件で調整すればよく、例えば
１５０〜１６０℃及び２〜４時間であればよく、１６０℃及び３時間であるのが好ましい。
【００３８】
以上、本発明のマグネシウム複合材料及びその製造方法について説明したが、以下にその実施例を用いてより詳細に説明する。
【実施例】
【００３９】
［複合被膜の生成］
純粋１０ｍｌと、L−アスパラギン酸（生分解性ポリマー）２０ｍｇ、４０ｍｇ、６０ｍｇ、８０ｍｇ又は１００ｍｇと、アセトン（有機溶媒）１０ｍｌとを含む溶液を調製した。この溶液に、厚さ１ｍｍ、幅２０ｍｍ及び長さ２０ｍｍの純マグネシウム基板を浸漬し、加熱して１６０℃で３時間保持し、水熱合成処理を行った。これにより、複合被膜を形成させた。
【００４０】
［評価試験］
（１）溶解速度
図１に示す方法で、腐食電流密度からマグネシウムの溶解速度を測定した。その結果を図２に示した。図２に示すように、Ｌ−アスパラギン酸２０ｍｇを溶解している溶液を用いて成膜した場合０．０３６３ｍｍ／ｙｅａｒ程度溶解していくのに対し、Ｌ−アスパラギン酸１００ｍｇ溶解している溶液を用いて成膜した場合には、０．００２６ｍｍ／ｙｅａｒ程度と大きく低減させることが可能となる。
【００４１】
（２）ＴＧ／ＤＴＡ（熱重量・示差熱）分析
水熱処理によって生体分解性ポリマーが変質したか確認するために、ＴＧ／ＤＴＡ（熱重量・示差熱）分析を行った。具体的には、（株）島津製作所製の熱分析装置（ＤＴＧ-６０Ｈ）を用い、試料と基準物質の温度を一定の割合で変化させながら、試料と基準物質との温度差（ＤＴＡ信号）及び試料の重量（ＴＧ信号）を測定した。結果を図３に示した。図３から、２３０℃あたりより、重量の減少、吸熱反応が発生し、Ｌ−アスパラギン酸の分解が始まることが示唆された。したがって、それ以下の温度では、Ｌ−アスパラギン酸は、分解されず存在することが示された。
【００４２】
（３）元素分析
日本電子（株）製のＦＥ-ＳＥＭ（ＪＳＭ-７６１０Ｆ）を用い、複合被膜の中心部の組成を分析した。得られた元素マッピングを図４に示し、元素構成表を図５に示した。これらから、複合被膜中に窒素（Ｎ）が一定量含有されていることがわかる。これは、水熱合成処理中に溶液に含有されているＬ−アスパラギン酸が成膜の過程で取り込まれた結果、検出されたものであって、前述のＴＧ／ＤＴＡ分析の結果から、Ｌ−アスパラギン酸は、分解等が行われることなくそのまま複合被膜に取り込まれていることがわかった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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