(57)【要約】【課題】従来のハイドロキシアパタイトやストロンチウム置換アパタイトよりも優れた骨誘導能によって骨形成を促進させ、顎骨及び細胞との付着又は接着を向上することができるセラミック薄膜及び該薄膜を被覆層として有する骨組織インプラント及びその製造方法を提供する。【解決する手段】本発明による骨形成促進物質含有のリン酸塩セラミック薄膜は、骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含むリン酸塩型セラミック薄膜であって、骨形成促進物質として含まれる前記元素を、前記リン酸塩型セラミック薄膜のカチオンを構成する全元素量に対して２０原子％を超えて、さらに好ましくは４０〜８０原子％の範囲で含有し、且つ、前記カチオンを構成する残余の元素がカルシウムであることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含むリン酸塩型セラミック薄膜であって、骨形成促進物質として含まれる前記元素を、前記リン酸塩型セラミック薄膜のカチオンを構成する全元素量に対して２０原子％を超えて含有し、且つ、前記カチオンを構成する残余の元素がカルシウムであることを特徴とする骨形成促進物質含有のリン酸塩セラミック薄膜。
【請求項２】
骨形成促進物質として含まれる前記元素の含有量が、前記リン酸塩型セラミック薄膜のカチオンを構成する全元素量に対して４０〜９０原子％であることを特徴とする請求項１に記載の骨形成促進物質の含有リン酸塩型セラミックの薄膜。
【請求項３】
骨形成促進物質として含まれる前記元素が、ストロンチウムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜。
【請求項４】
骨形成促進物質として含まれる前記元素に、さらに抗菌作用を有する元素を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜。
【請求項５】
前記抗菌作用を有する元素が、銀、銅及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素からなることを特徴とする請求項４に記載の骨形成促進物質含有リン酸塩型セラミックの薄膜。
【請求項６】
前記抗菌作用を有する元素の含有量は、前記リン酸塩鉱物薄膜のカチオンを構成する全元素量に対して１０原子％以下であることを特徴とする請求項５に記載の骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜。
【請求項７】
１００ｍｍ２の面積を有する基板上に前記リン酸塩型セラミック薄膜が成膜されたサンプルの５個を収納した容器を１ｄｉｓｈとしたときに、マウス由来の骨芽細胞を用いて１×１０４ｃｅｌｌｓ／ｄｉｓｈで播種し、３７℃２１日間培養を行った後の骨形成面積が、平均値で２５ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜を表面層として有する骨組織インプラント。
【請求項９】
前記表面層の厚さが０．１〜５μｍであることを特徴とする請求項８に記載の骨組織インプラント。
【請求項１０】
前記表面層の厚さが１〜２μｍであることを特徴とする請求項９に記載の骨組織インプラント。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれかに記載の骨組織インプラントを製造する方法であって、次の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）、すなわち
（Ａ）骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含有するアパタイト粉末、
（Ｂ）骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素及び抗菌作用を有する元素を含有するアパタイト粉末、
（Ｃ）骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含有するアパタイト粉末と、カルシウムを含有するアパタイト粉末とを混合した粉末、
（Ｄ）骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含有するアパタイト粉末と、カルシウムを含有する化合物及び抗菌作用を有する元素を含有する化合物を用いて溶液法で作製した、カルシウム及び抗菌作用を有する元素を含有するアパタイト粉末とを混合した粉末、及び
（Ｅ）骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素及び抗菌作用を有する元素を含有するアパタイト粉末と、カルシウムを含有するアパタイト粉末とを混合した粉末、
からなる群から選ばれる何れか一つの粉末を用いてスパッタリング装置によってインプラントの表面上にスパッタ処理を行ってリン酸塩型セラミック薄膜を形成する工程、及び前記リン酸塩型セラミック薄膜を水熱処理を行う工程を有することを特徴とする骨組織インプラントの製造方法。
【請求項１２】
請求項８〜１０の何れかに記載の骨組織インプラントを製造する方法であって、骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含むアパタイト粉末と、カルシウムを含有させる場合には、カルシウムを含むアパタイト粉末とを混合した粉末をスパッタリング装置によってインプラントの表面上にスパッタ処理を行ってリン酸塩型セラミック薄膜を形成する工程、及び前記リン酸塩型セラミック薄膜を水熱処理を行う工程を有し、さらに、抗菌作用を有する元素を含有させる場合には、前記のリン酸塩型セラミック薄膜の水熱処理を行う工程の前又はその工程の後に、前記抗菌作用を有する元素を含む溶液を用いて、前記リン酸塩型セラミック薄膜に前記抗菌作用を有する元素を吸着させる工程を行うことを特徴とする骨組織インプラントの製造方法。
【請求項１３】
前記抗菌作用を有する元素が、銀、銅及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素からなることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の骨組織インプラントの製造方法。
【請求項１４】
前記水熱処理は、ストロンチウムイオン、マグネシウムイオン及び亜鉛イオンからなる群の少なくとも１つのカチオンを含むアルカリ水溶液中又は該アルカリ水溶液と共存した状態で行われることを特徴とする請求項１１〜１３の何れかに記載の骨組織インプラントの製造方法。
【請求項１５】
前記インプラントが、チタン又はチタン合金を含むことを特徴とする請求項１１〜１４の何れかに記載の骨組織インプラントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨組織内への埋め込みのために使用するインプラントの表面処理に適用できる骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜及び該薄膜を表面層として有する骨組織インプラントとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科インプラントには、生体適合性、抗菌性又は骨形成促進性の付与のために様々な表面処理が施されたものが検討されている。その一つに生体適合性に優れたハイドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２；ＨＡ）をコーティングする方法があり、例えば、ＨＡがスパッタリング法又はプラズマ溶射法によりコーティングされた歯科インプラントは、コーティングの無いものに比べ、速やかに周囲に骨形成が起こり、早期に高い骨結合強度が得られるという特徴がある。
【０００３】
しかしながら、この歯科インプラントは、骨量や骨質が不十分な状態、例えば、骨密度の低い高齢者等には適用できない場合があり、骨誘導能の優れた材料が求められている。従来から、骨形成促進物質としては、前記のＨＡに含まれるカルシウムやホスフェート以外にも様々な元素又は化合物が知られているが、近年、ストロンチウムが、積極的に骨形成に作用し骨芽細胞の活性の促進するだけでなく、破骨細胞の活動を抑える効果を有するものとして注目されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ストロンチウム置換アパタイトからなる生理活性型セラミック被覆を有する移植用物品（インプラント）が提案されている。同様に、特許文献２には、カルシウムリン酸塩粉末とストロンチウムリン酸塩粉末とを混合することによって生成された生体適合性のストロンチウム置換アパタイトセラミックが提案されている。これらの特許文献に開示されているストロンチウム置換アパタイト被膜は、骨形成促進物質として含まれるストロンチウムが、ストロンチウム及びカルシウムを加えた元素量に対して、モル％で３３モル％以下又は１０モル％以下である。
【０００５】
一方、抗菌剤を含むコーティング層を表面に形成することも医療用インプラントの分野では周知又は公知であり、例えば、特許文献３には、生物活性物質として骨形成形成物質及び抗菌剤を含むコーティング層を有する医療用インプラントが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５８２４９号公報
【特許文献２】米国特許第５４４１５３６号公報
【特許文献３】特表２０１１−５１２９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１及び２に記載のストロンチウム置換アパタイト被膜は、骨形成促進物質としてストロンチウムを含むものの、従来のＨＡ被膜と比べて、骨誘導能について顕著な効果が認められないため、適用がほとんど進んでいないというのが現状である。
【０００８】
また、前記特許文献３に記載の抗菌剤を含むコーティング層も、抗菌性については効果が認められるものの、骨量や骨質が不十分な状態における骨誘導能の向上に対しては従来のＨＡ被膜より大幅な向上を図ることができなかった。このように、ハイドロキシアパタイト被膜や従来のストロンチウム置換アパタイト被膜の構成及び組成では、骨誘導能の向上という効果に対して十分な効果が得られておらず、一層の改良及び改善が強く求められている。
【０００９】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、骨量や骨質が不十分な状態において適用可能なインプラント用材料の開発という技術課題に対して、従来以上の骨誘導能を有することによって骨形成を促進させ、顎骨及び細胞との付着又は接着を向上することができるセラミック薄膜及び該薄膜を被覆層として有する骨組織インプラント及びその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】
【００１０】
本発明は、骨形成促進物質として含まれる元素の中で、カルシウム以外に、骨誘導能を有する所定の金属元素を、従来のストロンチウム置換アパタイト被膜等と比べて、より高い含有量で含有させたリン酸塩型セラミック薄膜によって上記の課題を解決できることを見出して本発明に到った。
【００１１】
すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
［１］本発明は、骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含むリン酸塩型セラミック薄膜であって、骨形成促進物質として含まれる前記元素を、前記リン酸塩型セラミック薄膜のカチオンを構成する全元素量に対して２０原子％を超えて含有し、且つ、前記カチオンを構成する残余の元素がカルシウムであることを特徴とする骨形成促進物質含有のリン酸塩セラミック薄膜を提供する。
［２］本発明は、骨形成促進物質として含まれる前記元素の含有量が、前記リン酸塩型セラミック薄膜のカチオンを構成する全元素量に対して４０〜９０原子％であることを特徴とする前記［１］に記載の骨形成促進物質の含有リン酸塩型セラミックの薄膜を提供する。
［３］本発明は、骨形成促進物質として含まれる前記元素が、ストロンチウムであることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜を提供する。
［４］本発明は、骨形成促進物質として含まれる前記元素に、さらに抗菌作用を有する元素を含むことを特徴とする前記［１］〜［３］の何れかに記載の骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜を提供する。
［５］本発明は、前記抗菌作用を有する元素が、銀、銅及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素からなることを特徴とする前記［４］に記載の骨形成促進物質含有リン酸塩型セラミックの薄膜を提供する。
［６］本発明は、前記抗菌作用を有する元素の含有量が、前記リン酸塩鉱物薄膜のカチオンを構成する全元素量に対して１０原子％以下であることを特徴とする前記［５］に記載の骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜を提供する。
［７］本発明は、１００ｍｍ２の面積を有する基板上に前記リン酸塩型セラミック薄膜が成膜されたサンプルの５個を収納した容器を１ｄｉｓｈとしたときに、マウス由来の骨芽細胞を用いて１×１０４ｃｅｌｌｓ／ｄｉｓｈで播種し、３７℃２１日間培養を行った後の骨形成面積が、平均値で２５ｍｍ２以上であることを特徴とする前記［１］〜［６］の何れかに記載の骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜を提供する。
［８］本発明は、前記［１］〜［７］の何れかに記載の骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜を表面層として有する骨組織インプラントを提供する。
［９］本発明は、前記表面層の厚さが０．１〜５μｍであることを特徴とする前記［８］に記載の骨組織インプラントを提供する。
［１０］本発明は、前記表面層の厚さが１〜２μｍであることを特徴とする前記［９］に記載の骨組織インプラントを提供する。
［１１］本発明は、前記［８］〜［１０］の何れかに記載の骨組織インプラントを製造する方法であって、次の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）、すなわち
（Ａ）骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含むアパタイト粉末
（Ｂ）骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素及び抗菌作用を有する元素を含有するアパタイト粉末、
（Ｃ）骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含むアパタイト粉末と、カルシウムを含有するアパタイト粉末とを混合した粉末、
（Ｄ）骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含むアパタイト粉末と、カルシウムを含有する化合物及び抗菌作用を有する元素を含有する化合物を用いて溶液法で作製した、カルシウム及び抗菌作用を有する元素を含有するアパタイト粉末とを混合した粉末、及び
（Ｅ）骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素及び抗菌作用を有する元素を含有するアパタイト粉末と、カルシウムを含有するアパタイト粉末とを混合した粉末、
からなる群から選ばれる何れか一つの粉末を用いてスパッタリング装置によってインプラントの表面上にスパッタ処理を行ってリン酸塩型セラミック薄膜を形成する工程、及び前記リン酸塩型セラミック薄膜を水熱処理を行う工程を有することを特徴とする骨組織インプラントの製造方法を提供する。
［１２］本発明は、前記［８］〜［１０］のいずれかに記載の骨組織インプラントを製造する方法であって、骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含むアパタイト粉末と、カルシウムを含有させる場合には、カルシウムを含むアパタイト粉末とを混合した粉末をスパッタリング装置によってインプラントの表面上にスパッタ処理を行ってリン酸塩型セラミック薄膜を形成する工程、及び前記リン酸塩型セラミック薄膜を水熱処理を行う工程を有し、さらに、抗菌作用を有する元素を含有させる場合には、前記のリン酸塩型セラミック薄膜の水熱処理を行う工程の前又はその工程の後に、前記抗菌作用を有する元素を含む溶液を用いて、前記リン酸塩型セラミック薄膜に前記抗菌作用を有する元素を吸着させる工程を行うことを特徴とする骨組織インプラントの製造方法を提供する。
［１３］前記抗菌作用を有する元素が、銀、銅及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素からなることを特徴とする前記［１１］又は［１２］に記載の骨組織インプラントの製造方法を提供する。
［１４］本発明は、前記水熱処理が、ストロンチウムイオン、マグネシウムイオン及び亜鉛イオンからなる群の少なくとも１つのカチオンを含むアルカリ水溶液中又は該アルカリ水溶液と共存した状態で行われることを特徴とする前記［１１］〜［１３］の何れかに記載の骨組織インプラントの製造方法を提供する。
［１５］本発明は、前記インプラントが、チタン又はチタン合金を含むことを特徴とする前記［１１］〜［１４］の何れかに記載の骨組織インプラントの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、骨形成促進物質として十分な機能を発揮するストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を、リン酸塩型セラミック薄膜のカチオンを構成する全元素量に対して２０原子％を超えて、好ましくは４０〜９０原子％の範囲で多量に含有させたリン酸塩型セラミック薄膜をインプラント表面層として形成することによって、骨誘導能の効果が十分に得られるようになる。それによって、インプラント上での骨形成が促進されるため、顎骨及び細胞との付着又は接着を向上することができる。また、このようにして得られる骨組織インプラントは、従来から提供が難しいとされていた骨量や骨質が不十分な状態、例えば、骨密度の低い高齢者等にも使用が可能となり、インプラントによる治療の安全性の向上及びその適用範囲の拡大にも大きく貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のセラミック薄膜上に骨芽細胞を播種して行った石灰化による骨形成面積の測定方法を示す概略図である。
【図２】本発明のセラミック薄膜上に骨芽細胞を播種して行った石灰化による骨形成面積の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、従来のストロンチウム置換アパタイト被膜において期待したような骨誘導能が得られない理由について原材料の種類と組成及び製造の方法と条件について種々検討した結果、従来の被膜ではストロンチウム等の骨誘導能を有する元素がその性状と特性を十分に生かせる状態になかったことが分かり、あえて、前記骨誘導能を有する元素の含有量を従来よりも大幅に増やすことによって優れた骨誘導能が発現できるという従来にない新たな知見に基づいてなされたものである。前記特許文献１及び２に開示のストロンチウム置換アパタイト被膜はストロンチウムの含有量がカルシウムのそれと比べて非常に低く、ストロンチウムをあくまでカルシウムを改質するために微量の添加元素として使用するという技術思想に留まっている。それに対して、本発明は、ストロンチウムを始めとする骨形成促進物質をリン酸塩型セラミック被膜中に多量に含有させる点に大きな特徴を有する。
【００１５】
さらに、本発明は、骨形成促進物質として知られている様々な元素の中で、ストロンチウムと同様に、マグネシウム又は亜鉛の元素が優れた骨誘導能を有することを見出してなれたものである。骨形成促進物質としては、フッ化物、ケイ素、バナジウム又はリチウム等が周知又は公知であるものの、これらの元素はカルシウムと骨誘導能がほぼ同等か、又はカルシウムよりも劣るため、従来のハイドロキシアパタイト（ＨＡ）被膜を超える特性及び性能を実現することができない。本発明において使用する骨形成促進物質としては、ストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素からなるものであれば良く、それらの元素の１種又は２種以上を含有する。これら３種の元素の中では、ストロンチウムが最も優れた骨誘導能を有するため、骨形成促進物質として少なくとも１種はストロンチウムを含有することが好ましい。
【００１６】
本発明において、骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素は、リン酸塩型セラミック薄膜のカチオンを構成する全元素量に対して２０原子％を超えて含有することが必要であり、カチオンを構成する元素の残余はカルシウムである。ストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素の含有量が２０原子％以下では、従来のハイドロキシアパタイト（ＨＡ）被膜とほぼ同等の石灰化による骨生成が観測されるだけで、骨誘導能の大幅な向上に対してほとんど効果が得られない。骨誘導能の効果は、これらの元素の含有量が２０原子％を超えてから有意に現れてくるようになり、４０原子％以上で顕著にみられる。この効果は含有量が４０原子％以上で引き続き得られるが、その一方で、含有量が９０原子％を超えると、リン酸塩型セラミックの結晶性等が大きく変化して、リン酸塩型セラミック薄膜の水溶解性が高くなり、石灰化によって形成した骨がリン酸塩型セラミック薄膜の表面層の一部とともに脱離するという現象が起きる。それによって、見かけ上、骨誘導能の低下がみられる場合がある。したがって、本発明において、ストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素の含有量は、４０〜９０原子％の範囲に規定することが好ましい。
【００１７】
本発明において得られる骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜に含まれる各主のアパタイト化合物の同定は、例えば、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）によって行うことができる。ＸＲＤ結晶パターンにおいて、ストロンチウムアパタイト及びハイドロキシアパタイトに起因する代表的なピークは、それぞれ異なる結晶角で区別して観測される。ストロンチウムアパタイトとハイドロキシアパタイトとが混合して存在する薄膜では、両者のピークを示す結晶角の間で別のピークが観測されるようになり、ハイドロキシアパタイトに起因するピークからのシフトの程度によって両者の混合比率をある程度まで推定することが可能である。また、骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜を表面に形成するときに基板やインプラントを使用する場合は、その基板やインプラントに起因するピークがＸＲＤ結晶パターンにおいて同時に観測される。例えば、基板やインプラントとしてチタン又はチタン合金を使用する場合は、チタンに起因するピークが観測される。一方、マグネシウムアパタイト及び亜鉛アパタイトは、その含有量にも依存するが、ＸＲＤ法において明確なピークを観測することが難しい。したがって、ストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素の含有量の定量分析は、通常、次に述べる誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）によって行う。
【００１８】
誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）による元素の定量分析は、骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜を溶解した硝酸溶液を用いて行われ、ストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素の含有量を正確に求めることができる。例えば、ストロンチウムアパタイトとヒドロキシアパタイトとを含有するリン酸塩型セラミック薄膜の場合は、スロンチウム（Ｓｒ）とカルシウム（Ｃａ）が前記リン酸塩型セラミック薄膜のカチオンを構成する全元素として含まれるので、Ｓｒ比率であるＳｒ／（Ｃａ＋Ｓｒ）を計算して本発明のＳｒの含有量として規定する。本発明においては、ストロンチウムアパタイト及びヒドロキシアパタイトの仕込み量が、ＩＣＰ−ＡＥＳ法で求めた前記リン酸塩型セラミック薄膜のＳｒ比率とほぼ対応していることが確認された。したがって、Ｓｒの含有量は、両者の原料を仕込み量を変えることによって所望のＳｒ比率にするように調整することが容易である。
【００１９】
本発明において骨形成促進物質を含有するリン酸塩型セラミック薄膜の骨誘導能は、次のようにして評価する。まず、所定の面積を有する本発明のリン酸塩型セラミック薄膜上にマウス由来の骨芽細胞を播種し、所定の条件に従って培養した後、前記リン酸塩型セラミック薄膜をリン酸緩衝生理食塩水で洗浄し、次いで、その洗浄後の前記リン酸塩型セラミック薄膜面をＣＣＤカメラによって観測して得られる画像を画像解析することによって骨形成面積を測定する。リン酸塩型セラミック薄膜上に培養された骨芽細胞は白色を呈し、基板とは異なった色を示すことから、両者の色の違いから画像解析が可能となる。この骨形成面積が広いほど、優れた骨誘導能を有するリン酸塩型セラミック薄膜であることを意味する。ここで、リン酸塩型セラミック薄膜の面積がそれぞれ異なるもの同士で骨誘導能を比較する場合は、骨形成面積ではなく、初期の薄膜面積に対して骨形成が観測された面積の比率を用いて対比すれば良い。骨形成面積は、マウス由来の骨芽細胞の播種及び培養の条件によっても変わるため、リン酸塩型セラミック薄膜の種類又は組成の違いによる骨誘導能の比較は同じ条件で行うことが望ましい。
【００２０】
本発明で行う播種及び培養は、後に実施例において説明するように、例えば、１００ｍｍ２の面積を有する基板上に前記リン酸塩型セラミック薄膜が成膜されたサンプルの５個を収納した容器を１ｄｉｓｈとしたときに、リン酸塩型セラミック薄膜上に骨芽細胞を１×１０４ｃｅｌｌｓ／ｄｉｓｈで播種し、３７℃２１日間培養する条件を採用する。この条件は、簡易的な評価として一般的に採用されているだけでなく、リン酸塩型セラミック薄膜の骨誘導能の違いを明確に対比することができるため好適である。本発明による骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜は、この条件に従って測定した骨形成面積が５つの試験サンプルの平均値で２０ｍｍ２を超え、２５ｍｍ２以上を示すことが分かり、従来のハイドロキシアパタイト薄膜よりも高い値となることが特徴である。
【００２１】
本発明による骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜は、優れた骨誘導能に加えて、さらに抗菌作用を有する元素を含有させることによって抗菌性を付与することができる。
【００２２】
本発明で使用する抗菌剤は、有機系抗菌剤に比べて、安全性が高く、他にも抗菌性が広い範囲で発現でき、耐久性及び耐熱性に優れることから、無機系抗菌剤が好適である。その中でも、本発明のリン酸塩型セラミック薄膜との相性がよく、微量で強い殺菌性又は抗菌性を得ることができることから、金属、特に銀、銅及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を使用することがより好ましい。これらの金属は、本発明のリン酸塩型セラミック薄膜において、ストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素とカルシウムとから構成されるカチオンの一部を、銀イオン、銅イオン又は亜鉛イオンで置換してリン酸塩型セラミック薄膜の構成成分として取り込むことができる。なお、本発明のリン酸塩型セラミック薄膜において骨形成促進剤として亜鉛を含む場合は、亜鉛が抗菌剤としての機能も有するため、抗菌剤を添加しなくても良い。
【００２３】
上記の銀、銅及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素の含有量は、本発明のリン酸塩鉱物薄膜のカチオンを構成する全元素量に対して１０原子％以下であることが好ましい。これらの元素の含有量が１０原子％を超えると、結果的に、骨形成促進剤として機能するストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素の含有量が少なくなるため、骨誘導能の向上を図ることが難しくなる。また、銀イオン、銅イオン又は亜鉛イオンによる抗菌作用は含有量が１０原子％を超えると飽和する傾向にあり、それ以上の抗菌効果の向上は期待できない。本発明において、特に骨誘導能の向上を優先する場合は、銀、銅及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素の含有量を５原子％以下とすることがより好ましい。
【００２４】
以上のようにして得られる骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜を、インプラントの表面に形成することによって骨組織インプラントを得ることができる。本発明における骨組織インプラントとしては、人工関節等の人工骨又は人工歯根が挙げられる。本発明において好ましい骨組織インプラントは人工歯根である。
【００２５】
骨組織インプラントのために使用される材質としては、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル等の金属又はそれらの合金を使用する。これらの金属又は合金は、骨組織と比較的強い結合を形成することができ、骨組織自体と同等の強度、又はそれよりも強い結合を形成することができる。これらの金属又は合金の中で、チタン又はチタン合金は、生体適合性に優れ、使用実績があることから、本発明で使用するインプラントとして好適である。
【００２６】
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル等の金属又はそれらの合金は、酸化されて表面が薄い酸化物層で覆われることがある。例えば、チタン製のインプラントは、少量のＴｉ２Ｏ３、ＴｉＯ及びＴｉ３Ｏ４を微量含む二酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる表面層が形成され、本発明のリン酸塩型セラミック薄膜や骨組織との間の結合が高まることがある。
【００２７】
インプラント用材質として使用する上記の金属は、本発明による骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜との密着性又は接着性を上げるために、前記リン酸塩型セラミック薄膜を形成する前に、表面を粗面加工しても良い。表面の粗さを増すことによって、インプラントと前記リン酸塩型セラミック薄膜との接触及び付着面積が大きくなり、両者の付着強度又は接着強度を高める効果が得られる。表面の粗さは、例えば、プラズマ溶射、ショット材による機械的ブラスト加工、又は酸等によるエッチング等の公知又は周知の方法で加工され、表面祖化条件を調整することによって所望の表面粗さに形成することができる。
【００２８】
インプラント上に表面層として形成する本発明のリン酸塩型セラミック薄膜は、厚さが０．１〜５μｍで形成することが好ましく、さらに１〜２μｍがより好ましい。この厚さが０．１μｍ未満であると、骨誘導能による骨形成が促進されず、インプラントと骨組織との接合強度が向上しない。また、この厚さが５μｍを超えると、本発明による骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜を深さ方向に均一に形成することが困難になる。薄膜の性状や特性は組成の不均一性によって精密に制御できなくなるため、インプラントと前記リン酸塩型セラミック薄膜との接合強度の低下を招く場合がある。加えて、本発明のリン酸塩型セラミック薄膜を厚く形成することは、工程的にも長時間を要し、製造コストの増加が避けられない。本発明においては、この厚さを１〜２μｍの範囲に規定することによって、骨誘導能の十分な発現と製造コストの低下を同時に達成することができる。
【００２９】
次に、本発明による骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜及び該薄膜を表面層として有する骨組織インプラントの製造方法を説明する。
【００３０】
本発明の骨組織インプラントの製造方法は、大きく分けて、スパッタリング法によるコーティング工程と熱水処理工程との２つの工程からなる。すなわち、インプラント用金属又は合金の表面上に、骨形成促進物質であるストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素とリン酸との化合物からなる紛体と、必要に応じてハイドロキシアパタイト粉末、若しくはハイドロキシアパタイト粉末の構成元素であるカルシウムを含有する化合物及び抗菌作用を有する元素を含有する化合物を用いて溶液法で作製した、カルシウム及び抗菌作用を有する元素を含有する粉末とを、骨形成促進物質である前記の元素の含有量が所望の比率になるように混合した混合物をスパッタリング法によってコーティングしてリン酸塩型セラミック薄膜を形成するコーティング工程、及び前記コーティング工程の後にアルカリ水溶液で熱水処理する熱水処理工程である。
【００３１】
ここで、構成元素としてカルシウムを含まないリン酸塩型セラミック薄膜に抗菌作用を持たせる場合は、骨形成促進物質であるストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含有する化合物及び抗菌作用を有する元素を含有する化合物を用いて溶液法で作製した、ストロンチウム、マグネシウム又は亜鉛と抗菌作用を有する元素とを所望の比率で含有するアパタイト粉末をスパッタリング時のターゲットとして用いることができる。前記のストロンチウム、マグネシウム又は亜鉛と抗菌作用を有する元素とを所望の比率で含有する粉末は、カルシウムを含有するハイドロキシアパタイト粉末と混合することによって、カルシウムを含有するリン酸塩型セラミック薄膜を形成するための別のターゲット材料として用いても良い。
【００３２】
上記のスパッタリング法によるコーテイング工程は、例えば、次のようにして行われる。まず、骨形成促進物質であるストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素とリン酸との化合物からなる紛体と、カルシウム及び抗菌作用を有する元素の少なくとも何れかを含有させる場合には、それぞれカルシウムを含むアパタイト粉末、若しくはカルシウムを含有する化合物及び抗菌剤である銀、銅及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含有する化合物を用いて溶液法で作製した、カルシウム及び抗菌作用を有する元素を含有する粉末とを混合した粉末をターゲットとし、該ターゲットをスパッタリング装置の真空チャンバー内に設けられたターゲット支持部に装着する。また、構成元素としてカルシウムを含まないリン酸塩型セラミック薄膜に抗菌作用を持たせる場合は、ターゲットとして、ストロンチウム、マグネシウム又は亜鉛と抗菌作用を有する元素とを所望の比率で含有する粉末を使用する。次いで、真空チャンバーを真空ポンプ等の装置を有する排気部により排気し、所定の真空度を達成する。ガス導入部からアルゴンガス等の不活性ガスを真空チャンバー内に導入しながら、基板又はインプラントとターゲット間に直流高電圧を印加し、イオン化したアルゴン（Ａｒ）をターゲットに衝突させる。ターゲットを構成する原子あるいは分子は、アルゴンイオンの衝突によって高いエネルギーを持って蒸発し、基板又はインプラントに衝突し成膜される。このようにして、基板又はインプラントには、ほぼ均一の厚さを有する薄膜槽が形成され、基板又はインプラントと強固に接合又は接着した層となる。基板又はインプラントは、薄膜層を形成しようとする部分だけを露出させ、それ以外の部分を覆った状態でスパッタリングを行うことで、所望の箇所だけをスパッタコーティングすることができる。
【００３３】
上記のスパッタリング装置は、基板又はインプラントの表面に３次元的かつ均一にターゲットを構成する原子あるいは分子を被覆するために、被覆体である前記の基板又はインプラントを回転させる機構を設けてもよい。
【００３４】
本発明による骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜は、上記で述べたコーティング工程の後にアルカリ水溶液で水熱処理する水熱処理工程を経ることによって、前記リン酸塩型セラミック被膜の結晶性を向上させることができる。特に、前記リン酸塩型セラミック被膜を構成するカチオンとしてカルシウムを併用する場合には、低い結晶性を改善するために、この水熱処理工程が必須となる。骨形成促進物質としてストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素だけを含む薄膜において、例えばストロンチウムだけを含む薄膜は、水熱処理工程を行わなくても結晶性を示す。さらに、水熱処理工程を行うことによって被膜へ接着する細胞数が増加するという挙動が明確に観測されるため、本発明ではコーティング工程の後に水熱処理工程を行う。水熱処理工程は、結晶性の向上だけでなく、コーティング時に生成したＣａＯ等の他の結晶相を除去する効果等があり、それが接着細胞数の増加に寄与したものと考えている。本発明においては、リン酸塩型セラミック薄膜の結晶性を高くするだけでなく、接着細胞数の増加によっても、骨誘導能を高めて骨形成の促進効果があるため、熱水処理工程を採用することが好ましい。
【００３５】
本発明の製造方法で行う水熱処理工程は、１００℃以上１５０℃以下で、３時間以上２４時間の条件で行う。その場合、処理容器としてオートクレーブ等の耐圧密閉式容器を使用することによって、水熱処理を安定した条件で行うことができる。
【００３６】
また、上記の水熱処理工程は、骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜の溶解度を下げるために、アルカリ水溶液中又はアルカリ水溶液の共存下で行うことが好ましい。酸性では薄膜の溶解度が高く、中性の精製水でも溶解しやすく、薄膜の剥離又は脱離が起こりやすくなる。水熱処理におけるアルカリ水溶液は、ｐＨ９〜ｐＨ１１に調整されるが、好ましくはｐＨ９．５〜ｐＨ１０．５である。これらのアルカリ溶液は、通常、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮＨ４ＯＨ等のアルカリを適宜添加することによって調整できるが、本発明においては、ストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を含むアルカリ化合物を使用することが好ましい。例えば、骨形成促進物質としてストロンチウムを含むリン酸塩型セラミック薄膜の場合は、水熱処理工程においてアルカリ化合物としてＳｒ（ＯＨ）２を使用することによって薄膜中に含まれるストロンチウムの脱離を抑える効果が得られ、均一な組成を有するリン酸塩型セラミック薄膜を安定的に形成することができる。また、前記リン酸塩型セラミック薄膜中のストロンチウム比率を、原料の仕込み比率によって、ほぼ所望の値に制御できるという利点もある。特に、ストロンチウム比率が４０原子％以上と高いリン酸塩型セラミック薄膜の作製においては、水熱処理時にＳｒ（ＯＨ）２を含む水溶液を使用することによって、薄膜中のストロンチウム比率を高精度に制御することが可能になる。具体的にストロンチウム比率が４０原子％及び４５原子％である薄膜を作製する際に、水熱処理時にＮａＯＨ単独の水溶液を使用した場合は、水熱後のストロンチウム比率がそれぞれ３７．９原子％及び３８．４原子％と低くなった。また、ストロンチウム比率の１００原子％をＮａＯＨ単独の水溶液で水熱処理すると、薄膜の消失がみられることがある。それに対して、Ｓｒ（ＯＨ）２水溶液を使用する場合は、ストロンチウム比率が４０原子％及び４５原子％に限らず、８０原子％以上であっても水熱処理によるストロンチウム比率の低下がみられず、所望のストロンチウム比率を有する薄膜を作製することができた。一方、骨形成促進物質としてマグネシウム又は亜鉛を含むリン酸塩型セラミック薄膜を形成する場合は、水熱処理工程において使用するアルカリ化合物として、Ｍｇ（ＯＨ）２又はＺｎ（ＯＨ）２等が挙げられる。これらの化合物は水に難溶性であるので、水への溶解性を高めるため、水溶液の温度を上げたり、他のアルカリ化合物と混合して使用しても良い。また、前記の水酸化物以外にも、酸化物（ＳｒＯ、ＭｇＯ又はＺｎＯ）を他のアルカリ化合物と併用して使用することもできる。
【００３７】
本発明の骨組織インプラントの製造方法において抗菌作用を有する元素を含有させる場合には、上記で述べた抗菌作用を有する元素を含有する化合物を用いる代わりに、抗菌作用を有する元素を含む溶液を用いて、本発明のリン酸塩型セラミック薄膜に前記抗菌作用を有する元素を吸着させる工程を採用しても良い。ここで、抗菌作用を有する元素を含む溶液としては、銀、銅及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素からなるナノ粒子を含む溶液が好ましく、それらの中で、吸着状態での抗菌作用を最も高くすることができる銀ナノ粒子がより好ましい。ナノ粒子を含む溶液を用いることによって、本発明のリン酸塩型セラミック薄膜の細孔中に、抗菌作用を有する元素を迅速に浸透させることができるだけでなく、均一な定着を行うことができる。ナノ粒子の粒子径は、平均一次粒子径で４〜１００ｎｍの範囲である。平均一次粒子径が４ｎｍ未満では、ナノ粒子の凝集が起こりやすく溶液の取り扱い性が劣り、また、１００ｎｍを超えると、ナノ粒子の含浸性と均一性が悪くなる。抗菌作用を有する元素の吸着工程は、前記のリン酸塩型セラミック薄膜の水熱処理を行う工程の前及びその工程の後のどちらで行っても良い。その中で、吸着工程は水熱処理工程の後に行うことが、本発明のリン酸塩型セラミック薄膜に吸着させたナノ粒子の脱離を少なくできるため好ましい。
【実施例】
【００３８】
次に実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
＜実施例１〜４、比較例１〜２＞
［試料作製］
骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜をスパッタリング法で成膜するために使用するターゲットとして、溶液法で作製し８００℃で焼成したストロンチウム含有のリン酸塩化合物［Ｓｒ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２：ＳｒＡｐ］粉末、ハイドロキシアパタイト［Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２：ＨＡ］粉末［（株）太平化学産業製］、及びＳｒＡｐとＨＡ粉末とをＳｒ比率［Ｓｒ／（Ｓｒ＋Ｃａ）］がそれぞれ２０、４０、６０、８０原子％となるように混合させた粉末を用いて、ＳｒＡｐ薄膜、ＨＡ薄膜及びＳｒとＣａとを含む薄膜を作製した。成膜は、基板としてチタン（Ｔｉ）板［（株）ニコラ］を用いて、スパッタリング装置ＳＰＦ−２１０ＨＤ［キャノンアネルバ（株）］によって行った。スパッタリング条件は、ガス圧力０．５Ｐａ、放電電力１００Ｗとし、膜厚１．０μｍの薄膜を作製した。さらに、薄膜の結晶性の向上を図るために水熱処理を行った。水熱処理を行う際、ＳｒＡｐ薄膜及びＳｒとＣａとを含む薄膜の場合はステンレス容器を用いてＳｒ（ＯＨ）２水溶液中で行い、ＨＡ薄膜の場合は同じ容器を用いてＮａＯＨ水溶液中で行った。両者の水溶液とも、ｐＨを９．５に調整した。水熱処理の条件は、どれも温度が１２０℃、圧力が０．２０Ｍｐａであり、処理時間は２４時間である。
【００４０】
試料は水熱処理を施した薄膜中のＳｒ比率が０原子％、２０原子％、４０原子％、６０原子％、８０原子％及び１００原子％をそれぞれＳｒ０、Ｓｒ２０、Ｓｒ４０、Ｓｒ６０、Ｓｒ８０及びＳｒ１００として、下記に示すように薄膜の各種測定と評価を行った。ここで、Ｓｒ０及びＳｒ２０を、それぞれ比較例１及び２とし、Ｓｒ４０、Ｓｒ６０、Ｓｒ８０及びＳｒ１００を、それぞれ実施例１、２、３及び４とする。また、薄膜を成膜していないＴｉ基板単独についても細胞接着試験を実施し、その試料を参考例１とする。
【００４１】
［薄膜評価方法］
（１）作製した薄膜は、Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ２０００［（株）リガク］を用いてＸＲＤ測定を行い、生成物の同定及び膜の結晶性を評価した。
（２）作製した薄膜のＳｒ比率は、誘導結合プラズマ原子発光分析装置［ＩＣＰ−ＡＥＳ：ＩＣＰＳ−７５１０、（株）島津製作所］によって測定をして求めた。
【００４２】
［骨形成面積の測定方法］
作製した薄膜に、図１に示すような手順で骨芽細胞を播種して培養を行った石灰化による骨形成面積を測定した。骨形成面積は各薄膜の骨誘導能を反映する物理量であり、測定値が大きい薄膜ほど骨誘導能が高いことを意味する。図１に示すように、まず、新鮮なラット初代培養系骨芽細胞を用い、Ｔｉ基板に成膜したリン酸塩セラミック薄膜１の上に前記骨芽細胞を播種した。ここで、播種は、３５ｍｍ角の容器を１ｄｉｓｈとして用い、その容器内にリン酸塩セラミック薄膜１のサンプル板５枚を入れ、１×１０４ｃｅｌｌｓ／ｄｉｓｈの細胞個数で行った。サンプル板１枚は、形状が１０×１０ｍｍの正方形で、１００ｍｍ２の面積を有する。次いで、α−ＭＥＭ（Ｇｉｂｃｏ）を用い、３７℃で２１日間培養を行った。培養後の薄膜はリン酸緩衝生理食塩水で洗浄してから、試料をＣＣＤカメラで撮影し、スキャンして得られた画像２を用い、画像解析して石灰化による骨形成面積を算出した。図１に示す画像２において、白色部分が培養後に観測された骨形成部分に相当する。ここで、骨形成面積の測定は５枚のサンプル板の平均値として表す。
【００４３】
水熱処理後の各薄膜のＸＲＤ測定結果によれば、Ｓｒ０及びＳｒ１００にそれぞれ相当するＨＡ及びＳｒＡｐの代表的なピークが観測された。Ｓｒ２０−Ｓｒ８０では、Ｓｒ比率ともにピークが低角側にシフトしておりＳｒ固溶が確認された。これは、Ｃａよりも原子半径の大きいＳｒがＨＡ結晶内に入り、面間隔が拡がったためと考えられる。
【００４４】
また、ＩＣＰ測定から算出した薄膜中のＳｒ比率［Ｓｒ／（Ｓｒ＋Ｃａ）］を、ターゲットの原料仕込み量から計算したＳｒ比率と比較すると、誤差３％以内でほぼ一致した。この結果から、ターゲット中のＳｒ比率を変えることにより、Ｓｒ比率の異なる薄膜の作製が可能であり、Ｓｒ比率がほぼ制御できることが分かる。
【００４５】
図２に骨芽細胞を用いて石灰化した骨形成面積の測定結果を示す。骨形成面積は、Ｓｒ比率が２０原子％を超えてから上昇する傾向にあり、４０原子％以降で大幅な上昇がみられ、６０原子％で最大に達している。Ｓｒ比率が４０原子％以上（実施例１〜４）では、骨形成面積が平均値で２５ｍｍ２以上と高い値を有している。それに対して、Ｓｒ比率が２０原子％以下（比較例１及び２）では、Ｔｉ基板単独（参考例１）と比べて骨形成面積の増加はみられるものの、骨形成面積の平均値は２０ｍｍ２未満であり、実施例１〜４の薄膜と比べて小さな値を示している。このように、Ｓｒを従来よりも多く含有する本発明のリン酸塩セラミック薄膜は、骨芽細胞活性化に対して高い効果を有することが分かる。
【００４６】
図２に示すように、Ｓｒ比率が１００原子％（実施例４）においても２５ｍｍ２以上と高い骨形成面積が得られている。しかしながら、Ｓｒ比率が９０原子％を超える場合には、リン酸塩型セラミックの結晶性等が大きく変化して、リン酸塩型セラミック薄膜の水溶解性が高くなり、石灰化によって形成した骨がリン酸塩型セラミック薄膜の表面層の一部とともに脱離するという現象が起きやすい。それによって、見かけ上、骨形成面積の測定値が２５ｍｍ２以下となり、骨誘導能の低下がみられる場合がある。したがって、本発明においては、Ｓｒ比率を４０〜９０原子％の範囲に規定することが好ましい。
【００４７】
これまで、骨量の増大には成長因子（ＢＭＰ）のような生体分子との複合化が注目されてきたが、ＢＭＰが生体由来である点とコストの面で実用化が困難であった。本発明のようにストロンチウムのような無機物質が骨増強に有効であれば、既存のＨＡコーティングシステムの原料にストロンチウム源を混合することにより、比較的低コストで骨組織インプラントを得ることが期待できる。
【００４８】
＜実施例５＞
骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜をスパッタリング法で成膜するために使用するターゲットとして、実施例１〜４で使用したものと同じＳｒＡｐ粉末と、硝酸カルシウム４水和物［Ｃａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ］、及び抗菌剤成分として硝酸銀（ＡｇＮＯ３）を用いて溶液法で作製し８００℃で焼成して得られるＣａ及びＡｇを含有する粉末［（Ｃａ＋Ａｇ）粉末］とを含み、それぞれの元素の比率が、Ｓｒ：Ｃａ：Ａｇ＝６０原子％：３５原子％：５原子％となるように混合させた粉末を用いて、ＳｒとＣａとＡｇとを含む薄膜を作製した。成膜は、実施例１〜４と同じスパッタリング装置によって同じスパッタリング条件で行い、膜厚１．０μｍの薄膜を作製した。さらに、薄膜の結晶性の向上を図るために水熱処理を行った。水熱処理条件は実施例１〜４の場合と同じである。
【００４９】
このようにして作製した薄膜を、実施例１〜４と同じ方法と条件でラットの骨芽細胞を播種して培養を行った石灰化による骨形成面積を測定した。その結果、石灰化した骨形成面積は、５個の試料の平均値で２７ｍｍ２の値が測定され、実施例２とほぼ同等の骨誘導能を有することが確認された。
【００５０】
また、本実施例の薄膜の抗菌性を評価するために、模擬的に大腸菌による抗菌力試験を行った。Ｔｉ基板の成膜された本実施例の薄膜を、Ｔｉ基板とともにリン酸緩衝生理食塩水に入れ、大腸菌の菌液を添加して大腸菌に対する抗菌力を測定した結果、初期に数多く存在していた大腸菌が室温で２４時間放置後には菌数測定の検出限界値以下となり、大腸菌が検出されなくなった。このように、本実施例の薄膜は、優れた抗菌性を有することが確認された。
【００５１】
抗菌剤としてＡｇ以外にも、Ｃｕ又はＺｎを５原子％含有する薄膜をＴｉ基板上に成膜して、上記と同様の方法と条件で骨形成面積の測定及び抗菌力試験を行った。ここで、Ｃｕ又はＺｎを薄膜に含有させる場合は、原料としてそれぞれ硝酸銅又は硝酸亜鉛の粉末を用い、上記と同じ方法で（Ｃａ＋Ｃｕ）粉末又は（Ｃａ＋Ｚｎ）粉末を作製し、ＳｒＡｐ粉末と混合させた粉末をターゲットとして用いてスパッタリング処理を行う。Ｓｒ、Ｃａ及びＣｕ（又はＺｎ）の比率は、上記のＡｇを含む薄膜と同じになるように調整した。その結果、石灰化による骨形成面積及び室温で２４時間放置後の菌数は、上記のＡｇを含む薄膜とほぼ同じ結果が得られることが確認できた。
【００５２】
＜実施例６＞
骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜をスパッタリング法で成膜するために使用するターゲットとして、実施例２で使用したものと同じＳｒＡｐ粉末及びＨＡ粉末を用いて、Ｓｒ比率が６０原子％のＳｒとＣａとを含む薄膜を作製した。成膜は、実施例２と同じスパッタリング装置によって同じスパッタリング条件で行い、膜厚１．０μｍの薄膜を作製した。さらに、薄膜の結晶性の向上を図るために水熱処理を行った。水熱処理条件は実施例２の場合と同じである。その後、抗菌剤として平均一次粒子径が６０ｎｍの銀ナノ粒子を分散した希薄クエン酸緩衝溶液を用いて、該希薄クエン酸緩衝溶液中に水熱処理後のＳｒとＣａとを含む前記薄膜を入れて、室温で２４時間撹拌しながら銀ナノ粒子の吸着を行い、次いで、２００℃で乾燥を行った。乾燥後の薄膜は、ＩＣＰ−ＡＥＳによる定量分析を行ったときに、Ｓｒ、Ｃａ及びＡｇのそれぞれの元素の比率がＳｒ：Ｃａ：Ａｇ＝５７原子％：３８原子％：５原子％となるように調整して作製した。
【００５３】
このようにして作製した薄膜を、実施例５と同じ方法と条件で石灰化による骨形成面積の測定及び大腸菌による抗菌力試験を行った。その結果、実施例５とほぼ同等の骨誘導能と抗菌性を有することが確認された。
【００５４】
＜実施例７＞
骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜をスパッタリング法で成膜するために使用するターゲットとして、実施例１〜４で使用したものと同じＳｒＡｐ粉末と、ＨＡ粉末と、溶液法で作製し８００℃で焼成したマグネシウム含有のリン酸塩化合物［Ｍｇ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２：ＭｇＡｐ］粉末とを、Ｓｒ：Ｍｇ：Ｃａ＝５５原子％：５原子％：４０原子％の比率になるように混合させた粉末を用いて、Ｓｒ、Ｍｇ及びＣａを含む薄膜を作製した。成膜は、実施例１〜４と同じスパッタ装置によって同じスパッタリング条件で行い、膜厚１．０μｍの薄膜を作製した。さらに、薄膜の結晶性の向上を図るために水熱処理を行った。水熱処理を行う際、ステンレス容器を用いてＳｒ（ＯＨ）２水溶液中に微量のＭｇ（ＯＨ）２を混合して行い、水溶液のｐＨは約９．５に調整した。水熱処理の条件は、実施例１〜４の場合と同じである。
【００５５】
このようにして作製した薄膜を、実施例１〜４と同じ方法と条件でラットの骨芽細胞を播種して培養を行った後の石灰化による骨形成面積を測定した。その結果、石灰化した骨形成面積は、５個の試料の平均値で２９ｍｍ２の値が測定され、実施例２と同等又はそれ以上の骨誘導能を有することが確認された。
【００５６】
＜実施例８＞
骨形成促進物質含有のリン酸塩型セラミック薄膜をスパッタリング法で成膜するために使用するターゲットとして、実施例１〜４で使用したものと同じＳｒＡｐ粉末と、ＨＡ粉末と、溶液法で作製し８００℃で焼成した亜鉛含有のリン酸塩化合物［Ｚｎ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２：ＺｎＡｐ］粉末とを、Ｓｒ：Ｚｎ：Ｃａ＝５９．５原子％：０．５原子％：４０原子％の比率になるように混合させた粉末を用いて、Ｓｒ、Ｚｎ及びＣａを含む薄膜を作製した。成膜は、実施例１〜４と同じスパッタ装置によって同じスパッタリング条件で行い、膜厚１．０μｍの薄膜を作製した。さらに、薄膜の結晶性の向上を図るために水熱処理を行った。水熱処理を行う際、ステンレス容器を用いてＳｒ（ＯＨ）２水溶液中に極微量のＺｎ（ＯＨ）２を混合して行い、水溶液のｐＨは約９．５に調整した。水熱処理の条件は、実施例１〜４と同じである。
【００５７】
このようにして作製した薄膜を、実施例１〜４と同じ方法と条件でラットの骨芽細胞を播種して培養を行った後の石灰化による骨形成面積を測定した。その結果、石灰化した骨形成面積は、５個の試料の平均値で２８ｍｍ２の値が測定され、実施例２とほぼ同等の骨誘導能を有することが確認された。
【００５８】
以上のように、骨形成促進物質として十分な機能を発揮するストロンチウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群の少なくとも１つの元素を、従来のストロンチウム置換アパタイト被膜等よりも多く含有させたリン酸塩型セラミック薄膜をインプラント表面層として形成することによって、骨誘導能の効果が十分に得られる。それによって、インプラント上での骨形成が促進されるため、顎骨及び細胞との付着又は接着を向上することができる。このようにして得られる骨組織インプラントは、従来から提供が難しいとされていた骨量や骨質が不十分な状態、例えば、骨密度の低い高齢者等にも使用が可能となり、インプラントによる治療の安全性の向上及びその適用範囲の拡大にも大きく貢献する。また、本発明の骨組織インプラントは、人工関節等の人工骨又は人工歯根だけでなく、骨再生の促進が必要される様々な分野のインプラントへの適用が可能であり、その有用性は極めて高い。
【符号の説明】
【００５９】
１…リン酸塩セラミック獏膜、２…石灰化による骨形成後の画像。
【図１】
2015136469.tif 000003
【図２】
2015136469.tif 000004