(57)【要約】本発明によって、無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物で、その少なくとも一部がコーティングされている用具が提供される。好ましくは、本発明によって、摩擦減少フィルムを有し、医学または歯学に使用する、金属でできている用具、例えばアーチワイヤー、ニードルまたはカテーテルが提供され、並びに摩擦減少フィルムを有するこのような用具のコーティング方法が提供される。
2008540021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物によって少なくとも部分的にコーティングされている、医学または歯学に使用する用具。
【請求項２】
細長い形状をしている、請求項１の用具。
【請求項３】
ワイヤーまたはチューブの形状をしている、請求項２の用具。
【請求項４】
横断面が円形または長方形である、請求項１または請求項２の用具。
【請求項５】
コーティングされていない用具と比較して、該ナノ粒子または該ナノ粒子を含む複合物が、該用具と、隣接した物体、表面または組織との間の摩擦を減少させる、請求項１〜３のいずれか一つの用具。
【請求項６】
前記複合物が、Ｎｉ−Ｐ−ＩＦ−ナノ粒子、Ｃｏ−Ｐ−ＩＦ−ナノ粒子、Ｃｏ−Ｂ−ＩＦ−ナノ粒子、Ｎｉ−Ｂ−ＩＦ−ナノ粒子、ＩＦ−ナノ粒子を含む金属膜、ＩＦ−ナノ粒子を含むポリウレタン、ポリプロピレンもしくはエポキシ、またはＩＦ−ナノ粒子を含むゾルゲルガラスから選択される、請求項１〜５のいずれか一つの用具。
【請求項７】
前記ＩＦ−ナノ粒子が金属カルコゲニドまたは金属ジカルコゲニドでできている、請求項１〜６のいずれか一つの用具。
【請求項８】
前記ＩＦナノ粒子がＴｉＳ２、ＴｉＳｅ２、ＴｉＴｅ２、ＷＳ２、ＷＳｅ２、ＷＴｅ２、ＭｏＳ２、ＭｏＳｅ２、ＭｏＴｅ２、ＳｎＳ２、ＳｎＳｅ２、ＳｎＴｅ２、ＲｕＳ２、ＲｕＳｅ２、ＲｕＴｅ２、ＧａＳ、ＧａＳｅ、ＧａＴｅ、ＩｎＳ、ＩｎＳｅ、ＨｆＳ２、ＺｒＳ２、ＶＳ２、ＲｅＳ２またはＮｂＳ２でできている、請求項１〜６の用具。
【請求項９】
前記複合物が
（ｉ）Ｎｉ−Ｐ、Ｃｏ−Ｐ、Ｃｏ−ＢまたはＮｉ−Ｂ、並びに
（ｉｉ）ＩＦ−ＷＳ２ナノ粒子またはＩＦ−ＭｏＳ２ナノ粒子
を含む、請求項６の用具。
【請求項１０】
前記ＩＦ−ナノ粒子がＩＦ−ＷＳ２ナノ粒子またはＩＦ−ＭｏＳ２ナノ粒子である、請求項６の用具。
【請求項１１】
前記コーティングが生体適合性を有する、請求項１〜１０のいずれか一つの用具。
【請求項１２】
前記コーティングが０．３ミクロンと５０ミクロンの間の厚さを有する、請求項１〜１１のいずれか一つの用具。
【請求項１３】
前記コーティングが１ミクロンと１０ミクロンの間の厚さを有する、請求項１２の用具。
【請求項１４】
歯科インプラント、歯科矯正ワイヤー、歯科矯正ブラケット、バンド、接着されたもしくはバンド付き歯科矯正アタッチメント、口蓋エキスパンダー、移動機能性天然もしくは人工ヒト関節、人工股関節、組織貫通性用具、腹腔鏡手術に用いられるフィード経口チューブおよびフィード経鼻チューブから選択される、請求項１〜１３のいずれか一つの用具。
【請求項１５】
歯科矯正アーチワイヤーとして形成される、請求項１４の用具。
【請求項１６】
ニードルまたはカテーテルとして形成される、請求項１４の用具。
【請求項１７】
スクリュー型歯科インプラントとして形成される、請求項１４の用具。
【請求項１８】
金属、ゴム、ガラスまたはプラスチックでできている、請求項１〜１４のいずれか一つの用具。
【請求項１９】
医学または歯学に使用する用具と、隣接した表面、組織または物体との間の摩擦を減少させる方法であって、無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物によって、該用具の表面の少なくとも一部をコーティングすることを特徴とする方法。
【請求項２０】
歯科用具と、他の用具または歯との間の摩擦を減少させる方法であって、前記用具が歯科インプラント、歯科矯正ワイヤー、歯科矯正ブラケット、バンド、接着されたもしくはバンド付き歯科矯正アタッチメント、口蓋エキスパンダーから選択され、該方法が摩擦減少フィルムによって、該用具の表面の少なくとも一部をコーティングすることを特徴とし、前記フィルムが無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物によって、該ワイヤーの表面の少なくとも一部をコーティングすることを特徴とする、生体適合性層による歯科矯正用ワイヤーのコーティング方法。
【請求項２２】
摩擦減少フィルムによる医学または歯学に使用する用具のコーティング方法であって：
（ｉ）メッキ液の中にＩＦ−ナノ粒子を分散させて、前記メッキ液中に均一に分散したＩＦ−ナノ粒子を得；
（ｉｉ）該用具を前記メッキ液に接触させ、無電解析出または電気化学的析出を通して、前記用具の一つ以上の表面上に前記ナノ粒子を析出させ、それによってＩＦ−ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物を含む摩擦減少フィルムでその表面の少なくとも一部がコーティングされた用具を得ることを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記接触の前に、前記用具を表面前処理方法に付すことを特徴とする、請求項２２の方法。
【請求項２４】
該表面前処理方法がエッチング酸性溶液によって行われる、請求項２３の方法。
【請求項２５】
前記酸性溶液がＨＦである、請求項２４の方法。
【請求項２６】
前記接触の前に、一つ以上の別の析出段階を含んで、該用具と該外側の摩擦減少フィルムとの間に中間層を形成することを特徴とする、請求項２２の方法。
【請求項２７】
そのコーティングされた用具を高温で焼き鈍すことをさらに特徴とする、請求項２２〜２６のいずれか一つの方法。
【請求項２８】
前記用具が金属でできており、前記コーティングにＮｉ−Ｐ、Ｃｏ−Ｂ、Ｎｉ−ＢもしくはＣｏ−ＰおよびＩＦ−ナノ粒子の複合物を含む摩擦減少フィルムが含まれる、請求項２０〜２７のいずれか一つの方法。
【請求項２９】
前記摩擦減少フィルムが０．３ミクロンと５０ミクロンの間の厚さを有する、請求項２０〜２８のいずれか一つの方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯科用具および医療用具、例えば歯科矯正アーチワイヤー、ブラケット、カテーテル、インプラントおよびニードルの分野に関する。より具体的には、本発明は摩擦減少コーティングを有する、歯科用具および一般に医学に使用する用具に関する。
【０００２】
引用文献リスト
以下の引例は、本発明の背景を理解するために適当であると考えられる：
Chen et al, Adv. Eng. Mat. 4(9):686-690 (2002)；
L. Rapoport et al, Wear 255:785-793 (2003)；
Redlich et al., Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 124, 69-73 (2003)；
Tenne R. et al, Nature 360: 444-445 (1992)；
米国特許番号5,288,230；
米国特許番号5,454,716；
米国特許番号5,958,358；および
米国特許番号6,299,438。
【０００３】
（背景技術）
低摩擦コーティングを有する多くの用具、中でも医学および歯学、例えば歯科矯正学に用いられる用具が現在生産されている。歯科矯正学は、異常な位置にある歯の位置に変化をもたらすことを目指す歯科専門分野である。これは歯における持続的な力学的負荷（歯科矯正力）を加えることによって成し遂げられ、それは歯の周りの歯根膜（ＰＤＬ）および歯槽骨に影響を及ぼす。その加えられた力は、ＰＤＬおよび骨の再形成をもたらし、歯の移動を可能とする。該歯科矯正治療は、最近数十年間に非常に普及してきており、また成人は美的理由および機能的理由からもこの治療を求め始めている。
【０００４】
最も一般的な歯科矯正技術は、堅いワイヤー（「アーチワイヤー」とも呼ばれる）からなり、それは図１に示されるように、歯に接着されている特殊なアタッチメント（歯科矯正ブラケット）の中に組み込まれた溝に挿入される。アーチワイヤー技術における歯科矯正用具の基本原理は、あらゆる望ましい空間方向に移動が生じるように、歯に力学的な力を加えることである。該力は、数種類のアーチワイヤー、留め金(ligature)、ブラケットおよびバンドが含まれる様々な用具によって、治療の様々な段階に加えられる。
【０００５】
歯の矯正に用いられる用具間の摩擦は、歯の移動への障害として臨床医に認識されている。摩擦はワイヤーから歯に加えられる有効な力を減少させる。スライディングメカニクス(sliding mechanics)の場合、過度の摩擦（ワイヤーとブラケットの溝との間の角度によってもたらされる）は歯の移動を実質的に減速し、またはそれを停止させもする。歯の移動に抵抗し、アーチワイヤーに沿った歯の滑りに付随する摩擦力(frictional type force)は、滑り抵抗(resistance to sliding)（ＲＳ）と呼ばれている。
【０００６】
ＲＳに直接的および間接的に影響を及ぼしうる多数の要素が存在する：
１．  アーチワイヤー：サイズ、形、材料および表面。
２．  ブラケット：溝およびその縁の材料、サイズおよび形、溝の表面、並びにワイヤーと溝の間で形成される角度。
３．  溝におけるワイヤーの連結：弾性モジュール(elastic module)、金属ワイヤー留め金(metal wire ligature)およびセルフライゲーティングブラケット(self-ligating bracket)。
４．  口腔内の要素：唾液、歯垢および腐食。
５．  他の要素：歯の間の距離およびその加えられた力の方向。
【０００７】
長年にわたって、該摩擦を減少させる試みが研究者および製造業者によってなされてきた。異なった態様から該問題に取り組んだ：
１．  溝に比べてワイヤーのサイズを減少させるか、または円線(round wire)を使用することによって、摩擦はある程度減少したが、歯の移動の方向の制御を損なうワイヤーの歪みが生じた。
２．  摩擦係数を減少させようとする異なった金属（アーチワイヤーまたはブラケット）の使用。ニッケル−チタンワイヤーの使用は、その形状記憶特性のため、アーチの調節(arch alignment)に大きな利点を有するが、ステンレス鋼（ＳＳ）ワイヤーと比較して、これらのワイヤー上の摩擦はより大きい。
３．  ワイヤーを溝に連結する方法は、摩擦を減少させうる。これは０°の角度でのセルフライゲーティングブラケットに当てはまることが示されたが、一旦ワイヤーが溝の壁に接触すると、より大きな摩擦が記録された。
【０００８】
アーチワイヤー上に様々な物質の薄膜をコーティングすることが、摩擦を減少させ、その美的外観を改善する別の方法として、以前に提案されている。米国特許番号5,288,230には、ワイヤーからのニッケルおよびクロムの拡散に対する障壁として用い、また堅い摩擦減少表面も提供する、アーチワイヤーへのダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）のコーティングの適用が記載されている。米国特許番号5,454,716には、プラスチック−セラミック複合物のコーティングが記載され、それは美的には満足できるが、時間が経てば局所的に剥離しやすい。別の方法が米国特許番号6,299,438に記載され、最初に接着金属層(adhesion metal layer)でコーティングされた金属および／またはセラミックの歯科用具への、イリジウムまたは白金を含む摩擦減少コーティングの適用が含まれる。
【０００９】
歯学において一般に直面する別の摩擦の問題は、インプラントと、インプラントが挿入される骨壁との間の、スクリュー型歯科インプラントに関する。スクリュー型歯科インプラントは、２つの一般型で作られる。第一の型は、顎骨に予め穴あけされた穴(pre-drilled bore)の中に、タップを該穴に立てずに通すことができるセルフタッピングインプラント(self-tapping implant)である。第二の型は、穴にタップを立てる必要があるノンセルフタッピングインプラント(non-self-tapping implant)である。いずれの型においても、インプラントは、その外表面上に一つ以上の雄ねじ山がある円柱状の本体を一般に有する。これらの雄ねじは、穴の壁に切り込まれた雌ねじに対応してかみ合い、該穴におけるインプラントの最初の安定化を提供する。
【００１０】
歯科インプラントが直面する摩擦は、骨の中へのインプラントの侵入深さ、穴の直径、および穴の部位での骨の硬さに比例する。穴の中にインプラントを挿入するのに加えられなければならないトルクは、該摩擦に比例する。高トルクは、インプラント、穴にインプラントを入れるのに用いられる用具、および骨に負担をかける。さらに、インプラントを挿入するのに高トルクが必要である場合に、インプラント、用具、および骨への損傷の危険性がより高い。その結果、生きている顎骨の中に挿入するのに必要なトルクを最小化するスクリュー型歯科インプラントをデザインする継続的な必要性が存在する。
【００１１】
（発明の概要）
それは歯科矯正治療または他の医学的治療の間の摩擦力を減少させるのに臨床上有利である。歯科矯正学において、スムーズな歯の移動によって治療に必要な時間が減少し、それによって歯および周囲の組織における歯科矯正用具の取り付けの有害作用の危険性が減少しうる。医学においてもまた、低摩擦コーティングによる組織貫通性用具(tissue-penetrating device)のコーティングによって、組織の中への挿入手順の間、これらの医療用具に隣接した組織の損傷が減少しうる。
【００１２】
本発明は、無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物によって少なくとも部分的にコーティングされている、医学または歯学に使用する用具を提供する。本発明はさらに、無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物による、医学または歯学に使用する用具のコーティング方法を提供する。
【００１３】
第一のその態様において、本発明は、無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはＩＦ−ナノ粒子を含む複合物によって、その少なくとも一部がコーティングされている用具（好ましくは細長い形状をしている用具）をこのように提供する。無機フラーレン様（ＩＦ）粒子は自己潤滑性であり、そのためコーティングされていない用具と比較して、該用具と、隣接した物体、表面または組織との間の摩擦を減少させる。本発明の用具は、好ましくは金属、プラスチック、ゴムまたはガラスでできている。より好ましくは、該用具は金属でできている。
【００１４】
本発明の文脈の中で「細長い形状をしている用具」は、予め一つの軸（すなわち長さ）に沿って伸びているおり、一方、他の垂直な２つの軸（すなわち厚さおよび横断面）に沿ってより小さな寸法を有する用具である。本発明の好ましい態様において、その細長い形状をしている用具は、約１センチメートル以下、好ましくは約数ミリメートル以下の範囲にある横断面を有する。それでもなお、約１センチメートルより大きな横断面を有する細長い用具もまた、医学または歯学に用いられる限り、本発明の範囲内にある。これらに限らないが、細長い形状をしている用具の例は、ニードル、カテーテルおよびアーチワイヤーである。
【００１５】
本発明の好ましい態様において、そのコーティングされた用具は、歯学、例えば歯科矯正用具または歯科インプラントに用いられる。歯科矯正に使用するために、該用具は横断面が円形または長方形であって、ワイヤーまたは細長い中空管の形を有する。これらの使用において、本発明の用具の少なくとも一部は、無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはＩＦ−ナノ粒子を含む複合物を含む摩擦減少フィルムによってコーティングされている。
【００１６】
本明細書で用いられる用語「ワイヤー」には、例えば、歯科矯正学に用いられるアーチワイヤーが含まれる。本発明の文脈の中で、用語「無機フラーレン様（ＩＦ）粒子」または「無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子」は、遷移金属カルコゲニドおよび遷移金属ジカルコゲニドの中空ナノ粒子および非中空ナノ粒子に及び、それは単層または多層で構成されており、球、チューブ、入れ子状態の多面体（すなわちタマネギ状）などのような構造を有する。
【００１７】
「遷移金属」には、周期表におけるチタンから銅、ジルコニウムから銀、およびハフニウムから金のすべての金属が含まれる。好ましくは、遷移金属は、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、ＣｒおよびＲｕから選択される。本明細書に用いられる「カルコゲン」とは、Ｓ、ＳｅまたはＴｅをいう。金属カルコゲニドおよび金属ジカルコゲニドは、好ましくはＴｉＳ２、ＴｉＳｅ２、ＴｉＴｅ２、ＷＳ２、ＷＳｅ２、ＷＴｅ２、ＭｏＳ２、ＭｏＳｅ２、ＭｏＴｅ２、ＳｎＳ２、ＳｎＳｅ２、ＳｎＴｅ２、ＲｕＳ２、ＲｕＳｅ２、ＲｕＴｅ２、ＧａＳ、ＧａＳｅ、ＧａＴｅ、ＩｎＳ、ＩｎＳｅ、ＨｆＳ２、ＺｒＳ２、ＶＳ２、ＲｅＳ２およびＮｂＳ２から選択される。より好ましくは、金属カルコゲニドおよび金属ジカルコゲニドは、ＷＳ２およびＭｏＳ２から選択される。
【００１８】
無機フラーレン様ＷＳ２（ＩＦ−ＷＳ２）は、１９９２年にテネ(Tenne)および共同研究者によって最初に報告された[Tenne R. et al, Nature 360: 444-445 (1992)および米国特許番号5,958,358]。ある還元雰囲気下および硫化雰囲気下、高温で、酸化タングステンナノ粒子が折り重なり、タマネギに似ている層を有する入れ子状態のＷＳ２フラーレン様ナノ構造を形成しうることが示された。これらのナノ粒子のサイズは、１０ナノメートルから数１００ナノメートルの範囲にわたり、ＷＯ３前駆体のサイズに依存する。
【００１９】
驚いたことに、本発明者は、ＩＦ粒子が生体適合性を有することを発見している。その結果、その優れたトライボロジー特性を考慮し、血小板型の同じ粒子[L. Rapoport et al, Wear 255:785-793 (2003)]と比較して、これらの生体適合性ＩＦ粒子は、ヒトにおける生体系に用いられて、摩擦の問題を軽減しうる。その結果、本発明は、その態様の一つにおいて、無機フラーレン様（ＩＦ）粒子またはＩＦ粒子を含む複合物を含む摩擦減少フィルムによって、その少なくとも一部がコーティングされている生体適合性用具（好ましくは金属でできている）を提供する。
【００２０】
「生体適合性用具」は、遅延型であろうと即時型であろうと、著しく有害な生物学的（例えば、毒性、炎症性、発癌性、または免疫原性）宿主応答（例えば、異物反応、自己免疫疾患、壊死、アポトーシス）なしに、動物、特にヒトに用いられうる用具として、本明細書の目的のために定義される。
【００２１】
本発明の好ましい態様はまた、インプラントと穴の側壁との間の摩擦を減少させることによって、インプラントを挿入するのに必要なトルクを減少させる改良スクリュー型歯科インプラントも提供し、インプラントの少なくとも一部は、無機フラーレン様（ＩＦ）粒子またはＩＦ粒子を含む複合物を含む摩擦減少フィルムによってコーティングされている。
【００２２】
本明細書に用いられる用語「複合物(composite)」とは、２以上の構成要素でできている固形物質をいう。ある構成要素は通常、該物質にその引っ張り強さを与えるグラファイト繊維、ＢＮ−髭結晶(BN-whisker)およびＩＦ−ナノ粒子のような繊維または粒子であり、一方、別の構成要素（マトリックスと呼ばれる）、例えばＮｉ−Ｐ、ポリウレタンおよびエポキシは、該繊維または粒子をまとめる。これらに限らないが、本発明の複合物の例は、Ｎｉ−Ｐ−ＩＦ−ナノ粒子、Ｐｔ含有ＩＦ−ナノ粒子のようないずれの金属膜、ポリマー（例えばポリウレタンもしくはポリプロピレン）もしくはエポキシ含有ＩＦ−ナノ粒子、またはゾルゲルガラス含有ＩＦ−ナノ粒子である。
【００２３】
用語「摩擦減少フィルム(friction-reducing film)」とは、そのコーティングされていない用具の摩擦係数と比較した場合に、ボールオンフラット装置(ball-on-flat device)で測定されるように、少なくとも２０％まで用具の表面摩擦係数を減少させることができる用具のフィルムまたは層をいう。
【００２４】
摩擦減少フィルムによって少なくとも部分的にコーティングされている本発明の用具は歯学および医学に用いられ、すべての型およびサイズの歯科矯正アーチワイヤー、すべての型の歯科矯正ブラケット、歯科インプラント、バンド、すべての型の接着されたまたはバンド付き歯科矯正アタッチメント、並びに上下歯列(lower and upper dental dentition)を歯科矯正的に広げるのに用いられる口蓋エキスパンダー(palatal expander)から選択される。摩擦減少フィルムはまた、移動機能性天然または人工ヒト関節(mobile functioning native or artificial human joint)、例えば側頭下顎の間接、膝、足首、肘などにおいて、並びに人工股関節(hip replacement)においても摩擦を減少させるのに用いられうる。本発明の摩擦減少フィルムを有し、人の組織を貫通するコーティングニードルまたはコーティングカテーテルは、挿入手順の間に、これらの医療用具に隣接する組織の損傷を有意に減少させる。低摩擦医療機器の更なる使用は、フィード経口チューブ(feeding oral tube)およびフィード経鼻チューブ(feeding nasal tube)並びに腹腔鏡手術に用いられる様々なチューブである。該用具は、歯科用具および医療用具に使用するのに適したいずれの金属、例えばステンレス鋼、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、アルミナ、ジルコニア、ニッケル−チタン、金、銀、チタン、チタン−モリブデン合金（ＴＭＡ）、ベータ−チタン並びにこれらの混合または合金でできていてもよい。
【００２５】
摩擦減少フィルムには、生体適合性ＩＦ−ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物が含まれ、それは金属片、例えば結び付いて互いに協調して働く歯科用具の部品（例えば、アーチワイヤーおよびブラケット）がより容易に滑り合うことができるように、コーティングされた用具の表面摩擦を減少させることができ（コーティングされていない用具と比較して）、それによって歯科矯正医または歯科医師によるより容易かつ正確な調整が可能となる。好ましくは、該コーティングはまた、口内環境中で力学的摩耗に耐え、分解に抵抗するのに十分不活性である特性を有する。
【００２６】
ＩＦ−ナノ粒子の特性を利用して生体系における摩擦を減少させるために、本発明者は、医学または歯学に使用する用具と、隣接した表面、組織または物体との間の摩擦を減少させる方法であって、無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物によって、該用具の表面の少なくとも一部をコーティングすることによる方法を開発した。
【００２７】
その更なる態様によれば、本発明は、歯科用具と、他の用具または歯との間の摩擦を減少させる方法であって、前記用具が歯科インプラント、歯科矯正ワイヤー、歯科矯正ブラケット、バンド、接着されたもしくはバンド付き歯科矯正アタッチメント(band, bonded or banded orthodontic attachment)、口蓋エキスパンダーから選択され、該方法が摩擦減少フィルムによって、該用具の表面の少なくとも一部をコーティングすることを特徴とし、前記フィルムが無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物を含むことを特徴とする方法を提供する。
【００２８】
該方法は、平坦な基質(substrate)に比べて異なった形態が特徴のワイヤーおよび類似する管状構造のコーティングに適合させることが好ましいことに留意すべきである。
【００２９】
その別の態様によれば、本発明は、摩擦減少フィルムによる医学または歯学に使用する用具のコーティング方法であって：
（ｉ）メッキ液の中にＩＦ−ナノ粒子を分散させて、前記メッキ液中に均一に分散したＩＦ−ナノ粒子を得；
（ｉｉ）該用具を前記メッキ液に接触させ、無電解析出または電気化学的析出を通して、前記用具の一つ以上の表面上に前記ナノ粒子を析出させ、それによってＩＦ−ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物を含む摩擦減少フィルムでその表面の少なくとも一部がコーティングされた用具を得ることを特徴とする方法を提供する。
【００３０】
本発明の好ましい態様によれば、該方法は、用具をメッキ液に接触させる前に、該用具を表面前処理方法に付すことを特徴とする。好ましくは、該前処理方法はエッチング酸性溶液、例えばＨＦエッチング溶液によって行われる。本発明の別の好ましい態様によれば、該方法は、前記接触の前に、一つ以上の別の析出段階を含んで、該用具と該外側の摩擦減少フィルムとの間に中間層を形成することを特徴とする。
【００３１】
本発明の好ましい態様によれば、該方法は、そのコーティングされた用具を高温で焼き鈍すことをさらに特徴とする。好ましくは、該用具は金属ワイヤーである。より好ましくは、該ワイヤーは歯科矯正用具に用いられるワイヤーであって、通常はステンレス鋼、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、金、銀、並びにこれらの混合または合金でできている。本発明の好ましい態様において、該用具はまた、摩擦減少フィルムの析出前にＮｉ−Ｃｒおよび／またはＮｉの電子ビーム蒸着(e-beam deposition)にも付される。
【００３２】
摩擦減少フィルムは、金属基質上に金属コーティングを析出させるのに有用ないずれの技術、例えば無電解析出および電着、スパッタリング、化学蒸着、イオンビーム強化蒸着(ion beam enhanced deposition)、プラズマ支援蒸着(plasma-assisted vapor deposition)、陰極アーク蒸着(cathodic arc deposition)、イオン注入およびイオン蒸発が適用され、それは最も好ましくは無電解析出および電着でありうる。
【００３３】
無電解析出が適用される好ましい態様において、メッキ液にはＮｉまたはＣｏ、リン酸塩またはホウ酸塩、還元剤（例えばクエン酸）および界面活性剤が含まれ、本発明の方法によって得られる用具は、Ｎｉ−Ｐ、Ｃｏ−Ｐ、Ｎｉ−ＢもしくはＣｏ−ＢおよびＩＦ−ナノ粒子の複合物を含む摩擦減少フィルムでコーティングされている。本発明の別の態様において、該用具はポリマー（例えばポリウレタンもしくはポリプロピレン）またはエポキシコーティングでコーティングされている。
【００３４】
本発明の更なる態様において、ゾルゲルガラスコーティングが用具に適用される。本発明のある態様によれば、用具はＩＦ−ナノ粒子でコーティングされている。この態様を実施するために、ナノ粒子粉末（例えばＩＦ−ＷＳ２粉末）を布で１５分間磨き、次いで、ＩＦ−ＷＳ２の薄いコーティングが用具上にできるまで、用具をまた同布で磨いてもよく、それは自己潤滑性コーティングとして役立つ。
【００３５】
実施態様の詳細な説明
本発明は、無機フラーレン様（ＩＦ）ナノ粒子またはこのようなＩＦ−ナノ粒子を含む複合物を含む摩擦減少フィルムでその表面の少なくとも一部がコーティングされている、医学または歯学に使用する用具（好ましくは金属でできている用具）を提供する。例えば、該用具は、金属ワイヤーのような細長い形状をしている用具（例えば歯科矯正アーチワイヤー）または細長い形状をしている医療用具（例えばニードル、カテーテル）などでありうる。本発明によって、ＩＦ−ナノ粒子またはこのようなナノ粒子を含む複合物を含む摩擦減少フィルムによる用具のコーティング方法がさらに提供される。
【００３６】
該用具が歯科用具である場合、それには個人の口の中に一時的または永続的に取り付けられる金属用具が含まれうる。このような用具には、例えば、アーチワイヤーまたはスクリュー型歯科インプラントのような歯科矯正用具が含まれる。歯科矯正ワイヤーまたは歯科インプラントは、歯科用具に使用するのに適したいずれの金属、例えばステンレス鋼、チタン、チタン−モリブデン合金（ＴＭＡ）、ベータチタン、ニチノール、アルミナ、ジルコニア、ニッケル−チタン、並びにこれらの物質の合金および混合からなりうる。現在は、ベータチタン、ステンレス鋼およびニッケル−チタン合金が、好ましいアーチワイヤー材料である。
【００３７】
摩擦減少フィルムに有用な材料には、口内環境中で酸化物を形成しにくい、堅くて比較的不活性な金属、生体適合性ＩＦ−ナノ粒子およびこのようなナノ粒子を有する複合物が含まれる。本発明のコーティングされたワイヤーにはまた、ワイヤーと外側の摩擦減少フィルムとの間に一つ以上の別の中間層も含まれうる。中間層には、好ましくはＮｉおよびＮｉ−Ｃｒからなる群から選択される金属材料が含まれる。
【００３８】
摩擦減少フィルムの一つの適用方法は、複合物の無電解析出(composite electroless deposition)によって、ＩＦ−ナノ粒子をコーティングに組み入れることによるものである。無電解メッキは、優れた耐腐食性、耐摩耗性を有するコーティングの生産のため、最初に導入された前世紀の初め以来、好評を博してきた。無電解メッキは、酸化および還元の化学過程であり、それによって金属イオンは、還元剤を含む水溶液から、電流を伝達する必要のない触媒部位を有する表面上に還元される。用いられる様々な金属イオンの中でも、ニッケルおよびコバルトは、ニッケル リン（Ｎｉ−Ｐ）、コバルト リン（Ｃｏ−Ｐ）、または他の遷移金属を有するＣｏ−ＰもしくはＮｉ−Ｐの混合物、例えばＣｏ−Ｎｉ−Ｐ、Ｃｏ−Ｒｈ−Ｐ、Ｃｏ−Ｗ−ＰまたはＣｏ−Ｆｅ−Ｐとして析出される場合、耐腐食性、耐摩耗性において優位であることが示されている。ＩＦ−ＷＳ２ナノ粒子のＮｉ−Ｐマトリックスへの組み込みは、チェン(Chen)らによって報告されたものと類似する方法にで行われた[Chen et al, Adv. Eng. Mat. 4(9):686-690 (2002)]。
【００３９】
摩擦減少フィルムで用具をコーティングする別の方法は、電気化学析出によるものである。この方法においては、まず用具を表面前処理方法に付す。次の段階において、用具を金属溶液中に浸し、電流を流す。次いで、ＩＦ−ナノ粒子を含む類似の溶液を超音波処理によって調製し、用具をこの溶液中に浸し、電流を流す。あるいは、まず用具を金属溶液、例えばＣｒまたはＴｉに浸し、そのあと次の段階においてＩＦ−ナノ粒子を含有するＮｉ−ＰまたはＣｒの別の溶液中に浸す。
【００４０】
電気化学析出のための金属溶液は、いずれの金属溶液であってもよい。例えば、金属は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、またはその合金でありうる。本発明の好ましい態様において、用具をポリマー（例えばポリウレタンまたはポリプロピレン）またはエポキシコーティング剤でコーティングする。この態様において、該ポリマーを、非粘性ポリマーが得られるまで加熱し、次いでＩＦ−ナノ粒子を加える。次の段階において、用具を該ポリマーで塗装するか、または該ポリマー溶液中に浸す。次いで該ポリマーを硬化（照射）または架橋によって（例えばＵＶ光で）処理する。
【００４１】
更なる好ましい態様において、ゾルゲルガラスコーティングが用具に適用される。摩擦減少フィルムによって用具をコーティングする別の方法は、ナノ粒子粉末を布で数分間磨き、次いで、ナノ粒子のコーティングが用具上にできるまで、用具を同布で磨くことによって実施され、それは自己潤滑性コーティングとして役立つ。
【００４２】
ステンレス鋼（ＳＳ）歯科矯正ワイヤー上の無電解Ｎｉ−Ｐコーティング
図２は、ステンレス鋼ワイヤー上の、無電解Ｎｉ−Ｐの滑らかで均一なフィルムを示す。無電解析出によって類似のＮｉ−Ｐフィルムでコーティングされたステンレス鋼プレート上で行われる同一の試験とは対照的に、スコッチボンド試験(scotch bond test)によってコーティングのピーリングが引き起こされ、ワイヤー基質への不十分な接着が示された。同一のＳＳ組成を有するにもかかわらず、２つの基質のＳＥＭ画像によって、異なる顕微鏡的形態が示された。表面形態におけるこの違いが、プレートとは対照的に該ワイヤーによって示されるＮｉ−Ｐフィルムの不十分な接着に対する原因であると提案されている。
【００４３】
ＩＦ−ＷＳ２粒子を有するＮｉ−Ｐの無電解メッキ複合物
無電解浴の準備：ＩＦ−ＷＳ２粒子（または他の望ましいＩＦ粒子）の、無電解Ｎｉメッキ液への混合を可能にするためには、無電解メッキ浴の中にナノ粒子を分散させることが必要であった。これは、超音波攪拌機により、また適当な界面活性剤の使用により、無電解浴（エンプレート Ｎｉ−４２５(Enplate Ni-425)、エンソン社(Enthone Inc.)の名で販売されている市販品として入手可能な溶液）中でＷＳ２ナノ粒子のディスパージョン(dispersion)を攪拌することによって成し遂げた。用いた一連の界面活性剤、すなわちアニオン性（ＳＤＳ−ドデシル硫酸ナトリウム）、カチオン性（ＣＴＡＢ−セチルトリメチルアンモニウムブロミド）および非イオン性（トリトン−ｘ）の中で、ＣＴＡＢが最良の結果を示しているようだった。
【００４４】
図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ２分の超音波処理(sonification)および１時間のメッキ活性(plating activity)の後、Ｎｉ−Ｐマトリックスの中で超音波分散した後の単一ＩＦ−ＷＳ２ナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。図３Ｃおよび図３Ｄは、層が目立った損傷なしに観察される、ＩＦの拡大ＴＥＭ画像を示す。
【００４５】
基質のピッティング(pitting)を引き起こし、その結果、ワイヤー基質へのコーティングの接着性を機械的に増強するために、まずワイヤーをＨＦ溶液で処理することによって無電解反応を行った。第二段階において、該ワイヤーを、基本的にＩＦ粒子、Ｎｉおよびリン酸を含有する市販品として入手可能なメッキ浴中で無電解コーティングに付して、ワイヤー表面への十分な接着力（スコッチボンド試験によって測定される十分な接着力）を有する複合物Ｎｉ−Ｐ−ＩＦ−ＷＳ２フィルムでコーティングされたワイヤーを得た。本発明の方法によって得られるＮｉ−Ｐ−ＩＦ−粒子フィルムの厚さは、約０．３ミクロンから約５０ミクロンの間、より好ましくは約１から約１０ミクロンの間である。
【００４６】
ＩＦ−ＷＳ２粒子を有するＣｏ−Ｐの無電解メッキ複合物
同様の方法で、本発明者は無電解メッキによって、ＩＦ−ＷＳ２粒子を有するＣｏ−Ｐの複合物フィルムを得た。メッキ液（ｐＨ６.８５）は、０．３Ｍ クエン酸ナトリウム（Ｎａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７）、０．１Ｍ 次リン酸ナトリウム(sodium hypophosphate)および０．１Ｍ 塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃ１）からなっていた。塩化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＣ１２）の濃度を０．１Ｍまで増加させた。ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）濃度を０．３Ｍまで増加させた。水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）濃度を１．２５Ｍまで増加させることによって、ｐＨを調整した。
【００４７】
ＩＦ−ＷＳ２粒子を、アニオン性界面活性剤、例えばＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）を用いることによってＣｏ無電解浴中に分散させた。ＩＦ粒子を有するＣｏ−ＰまたはＣｏの均一フィルム（メッキ液中の次リン酸ナトリウムの存在または非存在に依存する）を得た。
【００４８】
ＩＦ−ＷＳ２粒子を有するＣｏの電気化学メッキフィルム
ＩＦ−ＷＳ２粒子を有するＣｏのフィルムを、電気化学メッキによって得た。まずステンレス鋼プレート（５ｘ５ｍｍ２）をＨＦ（２０％）溶液中に２分間浸すことによって洗浄した。続いてプレートを水中で注意深くすすぎ、Ｎ２ガス気流下で乾燥した。次の段階において、プレートをＣｏＣｌ２（１Ｍ、４０ｍｌ）（および適宜４０ｍｌ ＮｉＣｌ２ １Ｍ）を含む溶液中に浸し、酢酸（０．２ｍｌ）を溶液に加えて、ｐＨを３．５にした。陽極としてＰｔゲージを用い、陰極として働くプレートに１ｍＡの電流をかけた。ステンレス鋼プレートをすすぎ、類似の溶液だが今度は３重量％のＩＦ−ＷＳ２を含有する溶液（超音波処理によって調製した）中に浸した。１ｍＡの電流を２０秒間かけた。黒いフィルムを得た。フィルムの全厚は約６ミクロンであった。
【００４９】
ＩＦ−ＷＳ２粒子を有するゾルゲルガラスコーティング
ジルコニアの母液(mother solution)を調製する。氷酢酸（３ｍｌ）をジルコニアテトラプロポキシド（Ｚｒ（ＯＣ３Ｈ７）４、ＴＰＯＺ）（１０ｍｌ）にゆっくり加え、３０分間攪拌する。次いでｎ−プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）（２０ｍｌ）を溶液に加え、それを室温で１５分間さらに攪拌する。溶液を、酢酸の５０％希釈脱イオン（ＤＩ）水溶液（４ｍｌ）で加水分解する。この段階の後、溶液を室温でさらに３０分間攪拌し、濾過し、４日間まで冷蔵庫中で保管する。溶液は透明で、その色は淡黄色である。
【００５０】
次の段階において、ＩＦ−ＷＳ２ナノ粒子のアルコール懸濁液をナノ粒子（１０ｍｇ）の超音波処理によって調製し、攪拌した母液に滴下して加える。その後、用具を懸濁液中に浸し、取り出して（浸漬被覆）乾燥後、４０℃で１時間焼き鈍す。最終段階は、不活性ガス雰囲気中、３００℃での用具の焼き鈍しである。
【００５１】
摩擦試験および摩耗試験
該試験を、０．２ｍｍ／秒の滑り速度および５０ｇｒの荷重でボールオンフラット装置を用いて行った。直径２ｍｍを有するベアリング球(bearing ball)を、計測装置(counter body)として用いた。パラフィン油の潤滑剤とともに乾燥摩擦(dry friction)および湿潤摩擦(wet friction)を、５０〜２００サイクルの間行った。顕微鏡写真の光学拡大率(optical magnification)はｘ２４０である。乾燥摩擦の１００サイクル後の、摩耗痕跡を有するＮｉ−Ｐ−ＩＦ−ＷＳ２コーティングの表面を図４に示す。
【００５２】
一定の液状媒体で、口内のコーティングの摩擦挙動をシミュレーションするために、マウスコート(Mouth Kote)（口腔湿潤剤(oral moisturizer)）の数滴を、鋼球とコーティングの間の界面に加えておいた。この実験において、用いた球は窒化ケイ素でできていた。図５Ａに示すように、球の表面上の腐食痕跡は観察されなかった。ヘキサンによる洗浄前には、窒化ケイ素の球の表面上にＩＦ粒子が観察される。図５Ｂの写真に示すように、洗浄後は球の表面上に摩耗痕跡および粒子は観察されなかった。
【００５３】
別の試験において、本発明者は、コーティングされていない歯科矯正ワイヤー基質の摩擦係数を、Ｎｉ−Ｐ−ＷＳ２の複合物でコーティングされたワイヤーのものと比較した。図６のグラフは、この試験の３０サイクルの結果を示し、ここから、第一サイクル後のコーティングされていないワイヤーの摩擦係数は０．１、コーティングされたワイヤーのものは０．０８であったが、３０サイクル後はコーティングされていないワイヤーの摩擦係数は０．２５、コーティングされたワイヤーのものは０．０５であったことが明らかである。
【００５４】
インストロン試験(Instron testing)
インストロンアセンブリ(Instron assembly)を用いることによって、口内の歯とワイヤー上のブラケットの移動をシミュレーションする条件で、コーティングされたワイヤーをコーティングされていないワイヤーと比較した。ブラケットとワイヤーの間の接触の３つの異なる角度で、試験を設定した。図６に示される結果から、インストロンにおいてワイヤーを試験する前に導入時間(run-in period)が必要であることは明らかであった。インストロンにワイヤーを連結する前に、ブラケットの溝の中でワイヤーの前後運動を繰り返すことによって、ワイヤーの導入時間を行った。インストロン試験のために、異なるブラケットを用いた。以下の表Ｉと、力とブラケットの変位との間の関係を示す図７〜９における比較のグラフ（ピークは、ワイヤー上でブラケットの移動を始めるのに必要な最大の力を示す（静止摩擦））に、データを示す。
表Ｉ：インストロン試験の概要
【表１】
2008540021.tif 000003
結果または力はＮ±ＳＤの中にある。
【００５５】
乾燥状態および湿潤状態で、最も大きい角度の１０°を試験した。インストロン装置に起こりうる損傷のため、マウスコート潤滑液(lubrication fluid)の代わりにＤＩ水を用いた。ブラケットの溝に残っている残存ナノ粒子の効果を調査するために、角度５°および１０°を逆順で繰り返した。
【００５６】
インストロンの結果は、試験した異なる角度での滑り摩擦抵抗(friction resistance to sliding)における実質的な減少を示す。０°の角度で、摩擦の減少は１７％であった。コーティングされていないワイヤーと比較して、角度が５°になると、減少の割合は４６％に上がり、１０°の角度によって５４％の摩擦の減少が示された。理論にとらわれなければ、この減少が達成されるメカニズムは、ラポポート(Rapoport)らによって提案された理論で説明されうる[Rapoport et al., Wear 255, 785-793 (2003)]。第一段階で、溝とワイヤーの間の角度がない場合に、ＩＦ−ナノ粒子はスペーサーとして作用し、接触する荒い部分の数を減少させ、より低い摩擦係数をもたらす。角度が大きくなると、溝の端での負荷が増加し、コーティングされていないワイヤーにおいてより高い摩擦レベルを引き起こす。おそらく、この時点でコーティングされたワイヤーにおいてナノ粒子の剥離が起こり、滑りのドライ潤滑(dry lubrication)が生じる。この時点でより高い負荷によって、密接に接触している荒い部分が生じ、唾液がワイヤーと溝の間のギャップからしぼり出される結果となり、接触している物質のドライ潤滑特性によるが、滑りを与える。その２つの物質がステンレス鋼である場合、コーティングされていないワイヤーと同様に、摩擦係数はより大きい。ＩＦ粒子が高い負荷の下で該界面にある場合は、これらのシートの中で滑りが生じ、摩擦係数を減少させる。
【００５７】
結論
ＳＳプレート上で行われた試験によって、無電解Ｎｉ−Ｐマトリックスおよびこのマトリックスの中に分散されたＩＦ−ＷＳ２ナノ粒子の複合物コーティングが生じた。動摩擦係数は、ステンレス鋼基質についての０．６から、そのコーティングされた基質についての０．０６まで減少した。トライボロジー試験と比較して、歯科矯正ワイヤーに対するプレート基質の結果は、たとえこれらが同一のステンレス鋼基質でできているとしても、歯科矯正ワイヤーが最初の低い動摩擦係数（０．１）を有することを示す。おそらくこれは、製造者によってなされた仕上げの工程に起因するものであり、ＳＥＭ画像に見られる異なった表面形態から明らかである。低い摩擦係数にもかかわらず、アーチワイヤーに沿って歯を動かすのに必要とされる歯科矯正力は、この移動の間に発生する摩擦力のため、生体での要求よりもさらに高い。負荷が増加する場合に、ワイヤーの摩擦係数は劇的に増加し、それはまさに歯科矯正ワイヤーを（ブラケットを傾けることによって）現実的な条件で用いる場合であった。このため、ワイヤーの摩擦係数の減少を達成することが望ましい。複合物Ｎｉ−Ｐ−ＩＦ−ＷＳ２によるワイヤーのコーティングによって、導入時間後に摩擦係数が０．０５まで減少した。コーティングされていないワイヤーを周期的に試験した場合、摩擦係数は０．２５まで上昇した。これは、歯科矯正移動に必要とされる力が、コーティングされていないワイヤーについては時間とともに増加し、コーティングされたものについては時間とともに減少することを意味しうる。
【００５８】
歯科矯正の歯の移動中に発生する実際の型の力をシミュレーションするために、インストロン試験を行った。インストロンは、ブラケットについてのワイヤーにおける傾きをシミュレーションし、その結果、全負荷がブラケットの小領域（角の領域）に働き、より大きな摩擦が生じる。これらの試験は、コーティングされたワイヤーについての摩擦の減少、すなわちワイヤーと溝の間の角度の増加で述べた減少をもたらす。１０°の角度で、ブラケットをアーチワイヤーに沿って動かすのに必要な力は、コーティングされたワイヤーについては５４％低かった。歯科矯正治療中に直面するティップ型(tipping type)およびアップライト型(uprighting type)の移動のため、この型の潤滑は最も望ましく、なぜなら滑り抵抗の主な問題は、臨界接触角(critical contact angle)よりも大きな角度で見られるからである。
【００５９】
代用唾液(saliva substitute)を用いた湿潤状態におけるトライボロジーの試験によって、鍛鋼球(tempered steel ball)で試験したコーティングされたＳＳプレートおよびコーティングされていないＳＳプレートの両方について、摩擦係数の増加が生じた。ＤＩ水およびＳＳブラケットを用いて、湿潤状態でインストロンにおいてワイヤーを試験した場合に、力（摩擦）における減少が記録された。この違いは、鍛鋼球のテスターに発生した腐食、および異なった型の液体が使用されたという事実に起因する。インストロンにおいてワイヤーおよびブラケットで観察された減少は、ＤＩ水の潤滑の潜在能力(lubrication potential)、および該試験の短い継続時間に起因する。
【００６０】
歯科矯正アーチワイヤー基質をコーティングするためにここで開発した方法は、ＳＳプレートと比べ、ワイヤーへのコーティングの不十分な接着力を克服することを目標とした。無電解工程のイニシエーターとして、電子ビーム蒸着(e-beam evaporation)によるＮｉまたはＮｉ−Ｃｒ＋Ｎｉの使用は十分ではなかった。ＨＦによる基質のエッチングの調節段階は、ワイヤーへのコーティングの保持を増大させるのに必要であった。ＳＳプレートと歯科矯正ワイヤーの間の相違の理由は、おそらく仕上げの工程およびワイヤーの柔軟性によるものであり、それはコーティングとワイヤーの間の結合力に影響を及ぼしうる。
【００６１】
本発明のコーティングは、他の歯科矯正材料にも同様に適用されうる。例えば、セルフライゲーティングブラケットは、コーティングが使用される場合により一層低い摩擦レベルを示すはずである。さらに、このコーティングは、顎関節症または人工股関節置換のように摩擦が問題となる他の生体系に利用されうる。
【００６２】
実験研究
ステンレス鋼（３０４）でできている歯科矯正アーチワイヤーにおいて実験を行った。無電解メッキ工程を開始するためには、基質表面の準備が必要である。第一段階は、アセトンによる脱脂に続いてプロパノールで脱脂し、水ですすいで窒素フロー下で乾燥する。次いで、ワイヤーをプラズマアッシュアー(plasma asher)（マーチ(March)）において５分間処理し、純ニッケルフィルム（１００ｎｍ）を電子ビーム蒸着（エドワード オート ３０６(Edwards Auto 306)）によって蒸着する。
【００６３】
市販品の（エンプレート Ｎｉ−４２５、エンソン社）無電解メッキＮｉ−Ｐ溶液を、歯科矯正ワイヤー（エスディーエス オームコ(sds Ormco)、カリフォルニア、０．０１９ｘ０．０２５インチ 長方形ステンレス鋼アーチワイヤー）をコーティングするために本実験に用い、該コーティングは、簡単なスコッチボンド試験で試験したように不十分な接着を有しているようだった。この問題を克服するため、純Ｎｉフィルムの代わりに、８０〜２０％ ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）の薄膜を、電子ビーム蒸着によって蒸着した。しかしながら、無電解反応をこのフィルム上で開始することはできなかった。この困難を克服し、無電解メッキを開始するため、純Ｎｉ層をＮｉ−Ｃｒフィルム上に電子ビーム蒸着し、メッキを達成した。該３層コーティングは、スコッチボンドおよびワイヤーの屈曲によって試験した十分な接着力を有しているようだった。
【００６４】
次の段階は、ＷＳ２の無機フラーレン様ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）をＮｉ−Ｐ層の中に組み入れるため、それを無電解メッキ液へ加えることであった。その目的のため、ＷＳ２（２００ｍｇ）を溶液（１００ｍｌ）に加え、マグネチックスターラーで分散した。しかしながら、この方法では適当な懸濁液を生じなかった。ＩＦ−ナノ粒子は急速に塊になり、沈殿した。メッキ浴中でＩＦ−ナノ粒子を懸濁するため、一連の界面活性剤、例えばトリトン−ｘ、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）およびセチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ）を試験した。ＣＴＡＢカチオン性界面活性剤によって最良の結果が与えられたが、塊になったナノ粒子の量はまだ非常に多かった。より安定な懸濁液を達成するため、超音波プローブ（ソニファイアー１５０、ブランソン−３０ワット出力）を、溶液中に１分間挿入した。これによって、長時間安定である均一分散溶液が生じた。透過型電子顕微鏡（モデル ＣＭ１２０、ＦＥＩ）（ＴＥＭ）分析によって、これらの条件下でＩＦ−ナノ粒子の集塊物がナノ粒子の損傷なしに懸濁しうることが示された。
【００６５】
この生じた溶液によって、ＳＳワイヤーをコーティングした。まず、ワイヤーを２０％ ＨＦで処理し、無電解浴中に挿入した。この場合に、Ｎｉ−Ｐ−ＩＦ−ＷＳ２のコーティングは完成した。Ｎｉ−Ｐ−ＩＦ−ＷＳ２の下にＮｉ−Ｃｒおよび／またはＮｉの層を有することによって、さらにコーティングの持続特性を改善した。次いで、ワイヤーを１時間、Ｎ２雰囲気中、４００℃で焼き鈍し、次いで上記のようにボールオンフラットテスターで試験し、コーティングされていないワイヤーと比較した。
【００６６】
アーチワイヤーを横切った歯の滑りが行われる場合に、歯科矯正治療中に起こる動きの型をシミュレーションするため、レートリヒ(Redlich)らによって記載されたシステムを利用した[Redlich et al., Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 124, 69-73 (2003)]。右上門歯(Upper right incisor)（０．０２２ｘ０．０２８）ＳＳ直線ワイヤーブラケット（ＧＡＣ、ＮＹ）を、ブラケット取り付け装置（図１０）によって、アルミニウムプレートにシアノアクリレート接着剤で接着した。この装置は、プレート上のブラケットの正確かつ類似の位置決めを保証する。次いで、装置の長軸に対して０°、５°および１０°で角をつけた３つの異なるＶ字形の刻み目(notch)を有する装置を通して、インストロン４５０２試験機のベース(base)にこれらのプレートを接続した（図１１）。角のある部分(Angulation)は、歯の移動中の、ワイヤーとブラケットの間の接触角を表す。１２ｃｍの部分の歯科矯正ワイヤー（コーティングされたものおよびコーティングされていないもの）の上部を、１０ニュートンのロードセル(load cell)に取り付け、下端を１５０ｇの重量につないだ。次いで、ワイヤーをブラケットの溝の中に挿入し、弾性モジュール(elastomeric module)（サニタイズシルバー(Sani-Ties Silvar)、ＧＡＣ）で、ブラケットのすべての４つのウイング(wing)に連結した（図１２）。
【００６７】
このセットアップにおいて、ブラケットが、１０ｍｍ／分の一定速度で５ｍｍの距離までワイヤーに沿って下がるようにインストロンを設定した。力が着実に増加しながら試験が始まり、ワイヤー上で移動が始まるときに最大値に達する。この最大値は静止摩擦を表し、それが本件の興味のある力である。
【００６８】
コーティングされていないワイヤーおよびコーティングされたワイヤーを、その３つの異なる角度で試験した。コーティングされたワイヤーにおける最初の試験によって高い摩擦レベルが生じ、それをブラケットにおいて繰り返したワイヤーの前後運動の導入時間によって克服した。口内で該移動が起こる場合、該界面における唾液をシミュレーションする試験の間、ブラケットおよびワイヤー上にＤＩ水が滴り落ちた湿潤状態において、最も大きな角度（１０°）で試験をさらに行った。試験を各群について５回繰り返し、インストロンのオペレーティングシステム上ですべてのデータを記録し、次いで分析し、プロットした。
【００６９】
生体適合性試験および結果
ＩＦ−ＷＳ２の毒性学試験によって、該物質が、ラットにおける経口投与で無毒性であると報告された。歯科矯正用具におけるＮｉの存在は公知であり、これらは使用が認可されている（Ｎｉに対してアレルギー反応を有する人々は除く）。
【００７０】
実験計画の条件：
表の置換（明らかではない）
１．  試験群の構成および投与量レベル：
【表２】
2008540021.tif 000004
【００７１】
２．  試験の原理：
潜在的な毒性に関する情報の不足のため、ガイドライン勧告(Guideline recommendation)に従って、本研究で適用された逐次手法は、最小限の動物を用いたステップワイズ法を表す。投与は連続して行い、試験群の投与間の時間間隔を、投与後の副作用がないことによって決定した。
【００７２】
３．  投与：
３．１  投与経路：
全動物を経管投与(oral gavage)（ＰＯ）投与に１回付した。
３．２  投与量レベル：
スポンサーによって提供されるように、試験項目を３００および２０００ｍｇ／ｋｇの２つの投与量レベルで投与した。
３．３  用量(Volume Dosage)：
すべての例において、用量は５ｍｌ／ｋｇであった。
【００７３】
４．  投与経路および投与量レベルについての正当化：
基質の毒性特性を評価するのに、通常は急性経口毒性を決定することが初期段階であるため、投与経路として経口経路を選択した。選択された初期投与量レベルは、スポンサーの具体的要求に基づき、各々のガイドラインに従った。
【００７４】
５．  観察および試験：
５．１  臨床徴候：
投与の後の最初の７〜８時間は連続的に動物を観察し、次いで最初の２４時間は周期的に観察した。臨床徴候を記録した。動物を計１４日間観察した。観察には、皮膚、毛皮(fur)、目、粘膜、分泌および排出（例えば下痢）の発生、並びに自律神経活動（例えば流涙、唾液分泌、立毛、瞳孔のサイズ、異常呼吸パターン）の観察が含まれた。観察した別の項目は、その歩調、姿勢および操作への応答、並びに奇異な行動、振戦、痙攣、睡眠および昏睡のいずれの存在についてのモニタリングであった。
【００７５】
５．２  体重：
動物の個々の体重の決定を、試験項目の投与の直前、投与後の２日および７日、並びに予定した検死前の調査の終わりに行った。
【００７６】
６．  検死手順および肉眼検査：
すべての試験動物を、十分詳細な肉眼検死(macroscopic necropsy)に付した。各々の動物について、すべての肉眼的病理変化(gross pathological change)を記録した。
【００７７】
データ評価：
評価には、試験項目への動物の曝露と、すべての異常（例えば：死亡率への影響、行動障害および臨床的異常、体重変化、肉眼的病変、およびいずれの他の毒性効果）の発生および重症度との間の関係がもしあるなら、それをモニタリングすることが含まれた。
【００７８】
動物の管理(ANIMAL CARE)および使用ステートメント(USE STATEMENT)：
結果：
１．  死亡率（表１）：
１４日の全観察期間を通して、いずれの動物においても死亡は発生しなかった。
２．  臨床徴候（表２）：
投与直後の期間または１４日の全観察期間で、無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ＝ＷＳ２）を用いて投与されたいずれの動物においても、投与への反応における目立った臨床徴候は、明らかではなかった。
【００７９】
３．  体重（表３〜５）：
すべての動物の体重増加は、正常な期待値の範囲内にあることが分かった。
４．  肉眼検査（表６）：
検死手順の間、いずれの動物においても病理変化は観察されなかった。
【００８０】
結論：
３００および２０００ｍｇ／ｋｇ ＰＯ（経口投与）の投与量レベルで死亡がなかったことを考慮して、試験項目の無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）を、ＧＨＳ（世界調和システム）（ｅ）による分類に従って、「カテゴリー５」または「未分類」に割り当てる。
【００８１】
表１：  無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）の単回経口投与後の、メスのスプラグ ドーレイ(Sprague-Dawley)（登録商標）ラットにおける、１４日の全観察期間を通して観察された死亡発生率（バッチ番号：ＨＰ６）：
【表３】
2008540021.tif 000005
【００８２】
表２：  無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）の単回経口投与後の、メスのスプラグ ドーレイ（登録商標）ラットにおける、１４日の全観察期間を通して観察された個々の臨床徴候：
【表４】
2008540021.tif 000006
【００８３】
表３：  無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）の単回経口投与後の、メスのスプラグ ドーレイ（登録商標）ラットにおける、体重の個体および群平均（±ＳＤ）の値：
【表５】
2008540021.tif 000007
【００８４】
表４：  無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）の単回経口投与後の、メスのスプラグ ドーレイ（登録商標）ラットにおける、体重増加（ｇ）の個体および群平均（±ＳＤ）の値（バッチ番号：ＨＰ６）：
【表６】
2008540021.tif 000008
【００８５】
表５：  無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）の単回経口投与後の、メスのスプラグ ドーレイ（登録商標）ラットにおける、体重増加率（％）の個体および群平均（±ＳＤ）の値（バッチ番号：ＨＰ６）：
【表７】
2008540021.tif 000009
【００８６】
表６：  無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）の単回経口投与後の、メスのスプラグ ドーレイ（登録商標）ラットにおける、個体の肉眼検死(Gross Necropsy)の所見（バッチ番号：ＨＰ６）：
【表８】
2008540021.tif 000010
【００８７】
要約：
１．  試験項目の無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）（バッチ番号ＨＰ６）の起こりうる急性毒性を、２００１年１２月１７日に承認された、化学物質の試験についてのＯＥＣＤガイドライン、４節、Ｎｏ．４２３、「急性経口毒性−急性毒性等級法」によって推奨される試験手順に基づいて評価した。
２．  無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）（バッチ番号ＨＰ６）を、ｎ＝６のメスのスプラグ ドーレイ（登録商標）（ＳＤ（登録商標））ラットの２つの群に、各々３００および２０００ｍｇ／ｋｇの投与量レベルで、連続的に投与した。
【００８８】
３．  投与後の１４日の全期間中に動物を観察した。
４．  すべての動物の体重増加は、正常な期待値（ｂ）の範囲内にあることが分かった。
【００８９】
５．  １４日の全調査期間を通して、いずれの動物においても死亡は発生しなかった。
６．  投与直後の時間または１４日の全観察期間を通して、いずれの動物においても、処置への反応における有害な徴候は、明らかではなかった。
【００９０】
７．  検死(necropsy inspection)によって、いずれの動物においても、肉眼的病理所見は示されなかった。
８．  ３００および２０００ｍｇ／ｋｇ ＰＯ（経口投与）の投与量レベルで死亡がなかったことを考慮して、試験項目の無機フラーレン様ＷＳ２ナノ粒子（ＩＦ−ＷＳ２）（バッチ番号ＨＰ６）を、ＧＨＳ（世界調和システム）（ｃ）による分類に従って、「カテゴリー５」または「未分類」に割り当てる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
本発明を理解し、それが実際にはどのように行われうるかを理解するために、添付図面を参照して、これらに限らないが実施例のみによって、好ましい態様が今から記載される：
【図１】図１は、固定した歯科矯正用具の歯科矯正セットアップを説明する写真である。
【図２】図２は、ＳＳワイヤー上のＮｉ−ＰコーティングのＳＥＭ画像（拡大率 ｘ１２０００）である。
【００９２】
【図３Ａ】図３Ａは、２分の超音波処理(sonification)の後、Ｎｉ−Ｐマトリックスの中で超音波分散した後の単一ＩＦ−ＷＳ２ナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、１時間のメッキ活性の後、Ｎｉ−Ｐマトリックスの中で超音波分散した後の単一ＩＦ−ＷＳ２ナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、層が明らかに損傷なく観察される、ＩＦの拡大ＴＥＭ画像を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、層が明らかに損傷なく観察される、ＩＦの拡大ＴＥＭ画像を示す。
【図４】図４は、１００サイクルの乾燥摩擦後の、Ｎｉ−Ｐ−ＩＦ−ＷＳ２フィルムの表面の光学顕微鏡写真である。
【００９３】
【図５】図５は、マウスコート液を用いた、Ｎｉ−Ｐ−ＩＦコーティングによる、摩擦後のＳｉ３Ｎ４球の表面の光学顕微鏡写真を示す（Ａ）洗浄前、（Ｂ）洗浄後。
【図６】図６は、Ｎｉ−Ｐ−ＷＳ２複合物でコーティングされたワイヤーと比較して、歯科矯正ワイヤーの摩擦係数 対 サイクル数を示すグラフである。
【００９４】
【図７Ａ】図７Ａは、ブラケットとワイヤーの間の０°の接触角でとった、コーティングされていないＳＳワイヤーにおける、力（Ｎ） 対 変位（ｍｍ）のグラフであり；平均の力は１．３２Ｎ（標準偏差（ＳＤ）＝０．１２）である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ブラケットとワイヤーの間の０°の接触角でとり、同一のブラケットにおいて試験した、コーティングされたワイヤーにおける、力（Ｎ） 対 変位（ｍｍ）のグラフであり；平均の力は１．１０Ｎ（ＳＤ＝０．０６）である。
【００９５】
【図８Ａ】図８Ａは、ブラケットとワイヤーの間の５°の接触角でとった、コーティングされていないＳＳワイヤーにおける、力（Ｎ） 対 変位（ｍｍ）のグラフであり；平均の力は２．９５Ｎ（ＳＤ＝０．０９）である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ブラケットとワイヤーの間の５°の接触角でとり、同一のブラケットにおいて試験した、コーティングされたワイヤーにおける、力（Ｎ） 対 変位（ｍｍ）のグラフであり；平均の力は１．５８Ｎ（ＳＤ＝０．２５）である。
【００９６】
【図９Ａ】図９Ａは、ブラケットとワイヤーの間の１０°の接触角で、乾燥状態で試験した、コーティングされていないＳＳワイヤーにおける、力（Ｎ） 対 変位（ｍｍ）のグラフであり；平均の力は４Ｎ（ＳＤ＝０．１９）である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、ブラケットとワイヤーの間の１０°の接触角で、湿潤状態で試験した、コーティングされていないＳＳワイヤーにおける、力（Ｎ） 対 変位（ｍｍ）のグラフであり；平均の力は３．３５Ｎ（ＳＤ＝０．２１）である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、ブラケットとワイヤーの間の１０°の接触角で、同一の湿潤ブラケットにおいて試験した、コーティングされたワイヤーにおける、力（Ｎ） 対 変位（ｍｍ）のグラフであり；平均の力は１．５７Ｎ（ＳＤ＝０．２３）である。
【００９７】
【図１０】図１０は、ブラケット取り付け装置の写真である。
【図１１】図１１は、１０°の角度の溝の中にねじ止めした(screwed)アルミニウムプレートを有する角形成装置(angulation device)の写真である。
【図１２】図１２は、ブラケットの溝の中に挿入され、弾性モジュールによって連結された、歯科矯正ワイヤーを示す写真である。ワイヤーの上部をロードセルに接続し、下部を１５０ｇの重量に接続した。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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