(57)【要約】マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる母材を埋植後所定期間にわたって急速に分解されないように維持することができる。マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる母材（２）の表面に、セラミックス皮膜（３）を備え、該セラミックス皮膜（３）に含まれる−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素の総含有量が、埋植先の生体組織の治癒期間にわたって、母材（２）が所望の機械的強度を保持可能な値以下に設定されている生体用インプラント（１）を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる母材の表面に、セラミックス皮膜を備え、
該セラミックス皮膜に含まれる−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素の総含有量が、埋植先の生体組織の治癒期間にわたって、前記母材が所望の機械的強度を保持可能な値以下に設定されている生体用インプラント。
【請求項２】
前記所望の機械的強度は、埋植前の機械的強度に対して８５％以上の機械的強度である請求項１に記載の生体用インプラント。
【請求項３】
前記総含有量が１０９ｐｐｍ以下である請求項２に記載の生体用インプラント。
【請求項４】
前記総含有量が９９ｐｐｍ以下である請求項３に記載の生体用インプラント。
【請求項５】
前記総含有量が６２ｐｐｍ以下である請求項４に記載の生体用インプラント。
【請求項６】
前記セラミックス皮膜が、第１主成分および第２主成分として酸素およびマグネシウムを含有する請求項１から請求項５のいずれかに記載の生体用インプラント。
【請求項７】
前記金属元素が、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｂから選ばれる少なくとも１種類の金属元素である請求項１から請求項６のいずれかに記載の生体用インプラント。
【請求項８】
前記セラミックス皮膜が、母材を成形した後の皮膜生成処理工程において生成されたものである請求項１から請求項７のいずれかに記載の生体用インプラント。
【請求項９】
前記皮膜生成処理工程が湿式処理である請求項８に記載の生体用インプラント。
【請求項１０】
前記皮膜生成処理工程が陽極酸化処理である請求項９に記載の生体用インプラント。
【請求項１１】
前記皮膜生成処理工程が化成処理である請求項９に記載の生体用インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体用インプラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生分解性マグネシウム系合金からなる母材や、母材の表面を被覆するコーティング層に添加する微量の不純物元素の濃度を調節することにより、生分解速度をコントロールする生体用インプラントが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１で添加される微量元素は、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、珪素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）のうちから選択されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９６４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記微量元素は、その標準電極電位がマグネシウムよりも高電位かつ水素よりも低電位の元素であるため、生体組織に埋植すると体液と反応してイオン化し、溶出し易い。微量元素がイオン化して溶出すると、その周囲に存在している母材のマグネシウムまたはマグネシウム合金がイオン化されてしまうという問題がある。すなわち、母材がマグネシウムにより構成されている場合に、母材自体の体液との反応による溶出に加えて、イオン化した微量元素との反応によってもマグネシウムの溶出が促進されてしまうという不都合がある。【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる母材を埋植後所定期間にわたって急速に分解されないように維持することができる生体用インプラントを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる母材の表面に、セラミックス皮膜を備え、該セラミックス皮膜に含まれる−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素の総含有量が、埋植先の生体組織の治癒期間にわたって、前記母材が所望の機械的強度を保持可能な値以下に設定されている生体用インプラントを提供する。【０００７】
本態様によれば、生体用インプラントが生体組織に埋植されると、母材の表面に備えられたセラミックス皮膜が生体組織に接触し、体液との反応によって分解して、含有している金属元素がイオン化する。金属イオンの内、−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有するものは母材のマグネシウムまたはマグネシウム合金の分解を促進するが、本態様においては、その総含有量を十分に低く抑えることにより、埋植先の生体組織が治癒するまでの間、母材の機械的強度を所望の値に保持することができる。これにより、患部が治癒するまで生体用インプラントによって支持し続けることができる。【０００８】
上記態様においては、前記所望の機械的強度は、埋植前の機械的強度に対して８５％以上の機械的強度であってもよい。
このようにすることで、患部が治癒するまで生体用インプラントの機械的強度を十分に確保することができ、患部を支持し続けることができる。【０００９】
上記態様においては、前記総含有量が１０９ｐｐｍ以下であることが好ましい。
このようにすることで、生体組織への埋植後９０日経過しても約８５％以上の機械的強度を維持することができる。【００１０】
上記態様においては、前記総含有量が９９ｐｐｍ以下であることが好ましい。
このようにすることで、生体組織への埋植後９０日経過しても約９０％以上の機械的強度を維持することができる。【００１１】
さらに、上記態様においては、前記総含有量が６２ｐｐｍ以下であることが好ましい。
このようにすることで、生体組織への埋植後９０日経過しても約９５％以上の機械的強度を維持することができる。【００１２】
上記態様においては、前記セラミックス皮膜が、第１主成分および第２主成分としてマグネシウムおよび酸素を含有してもよい。
また、上記態様においては、前記金属元素が、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｂから選ばれる少なくとも１種類の金属元素であってもよい。【００１３】
上記態様においては、前記セラミックス皮膜が、母材を成形した後の皮膜生成処理工程において生成されたものであってもよい。
このようにすることで、セラミックス皮膜として、成形加工時に形成される皮膜や大気接触による自然酸化によって形成されるものを除き、母材の成形後の皮膜生成処理により、特定金属元素の含有量を低減させたセラミックス皮膜を形成することができる。【００１４】
上記態様においては、前記皮膜生成処理工程が湿式処理であってもよい。
このようにすることで、皮膜生成処理工程において母材を浸漬する薬液中の金属元素含有量を制御することにより、−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素の含有量を精度よく制御することができる。【００１５】
上記態様においては、前記皮膜生成処理工程が陽極酸化処理であってもよい。
このようにすることで、生成されるセラミックス皮膜と母材との接着強度を向上することができ、物理的な皮膜剥がれを防止して耐食性を向上することができる。【００１６】
上記態様においては、前記皮膜生成処理工程が化成処理であってもよい。
このようにすることで、酸処理等の化成処理において使用する薬液として高純度のものを使用することができ、製造管理し易く、より安定的に耐食性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる母材を埋植後所定期間にわたって急速に分解されないように維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る生体用インプラントの部分的な正面図と、そのＤ部詳細を示す拡大断面図である。
【図２】図１の生体用インプラントの３つの試料に備えられたセラミックス皮膜に含有される金属元素の種類、標準電極電位および含有量を表形式で示す図である。
【図３】図２の試料のセラミックス皮膜に含有される、−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素の総含有量を表形式で示す図である。
【図４】図２の試料を擬似体液に浸漬したときの経過時間と強度との関係をグラフにより示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に係る生体用インプラント１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体用インプラント１は、図１に示されるようにマグネシウムまたはマグネシウム合金からなる母材２と、該母材２の表面に形成されたセラミックス皮膜３とを備えている。
【００２０】
セラミックス皮膜３は、−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する元素の総含有量が所定量以下に抑えられた材質からなる。上記元素の総含有量が増えていくと、体液に接触してイオン化した元素が、母材２のマグネシウムまたはマグネシウム合金のイオン化を促進してしまう。すなわち、上記元素の総含有量が増えれば増えるほど、母材２が腐食され易く、機械的強度が低下していく。したがって、本実施形態においては、上記元素の総含有量を、埋植後所定期間にわたって母材２が所望の機械的強度を保持可能な値以下に設定している。
【００２１】
具体的には、本実施形態においては、生体組織として骨組織の骨折部に埋植する生体用インプラント１を例に挙げて、骨折部が治癒するまでの期間、すなわち、骨折部の自家骨が修復されるまでの期間にわたって、母材２が埋植直後の機械的強度の８５％以上の機械的強度を保持していることができる総含有量に設定している。
【００２２】
骨折部の自家骨が修復されるまでの期間は、個体差はあるものの、Ｇｕｒｌｔによれば約９０日程度を要する。すなわち、生体用インプラント１の機械的強度は、骨折部が治癒するまでの約９０日間は、急激に低下することは好ましくなく、８５％以上の機械的強度を保持していることが望まれる。
【００２３】
文献「Y. Shikinami, et al. Biomaterials 20 (1999)
859-877」によれば、ポリ乳酸製の骨接合材料を擬似体液（ＰＢＳ）に浸漬した場合の曲げ強度試験の結果、約９０日後に初期強度から１６％低下したことが報告されている。上記文献からポリ乳酸の初期曲げ強度は２７０ＭＰａと報告されている。一方、マグネシウム合金によれば初期曲げ強度は４００ＭＰａ以上であり、少なくともポリ乳酸と同等の分解速度、すなわち、埋植初期から１５％以下の機械的強度の低下であれば、ポリ乳酸よりも高い初期曲げ強度を有している分、ポリ乳酸製の既存の骨接合材が使用されている治療範囲以上の、荷重負荷への耐久が求められる骨接合治療にも適用することができる。
【００２４】
本実施形態においては、セラミックス皮膜３は、酸素とマグネシウムとを第１主成分および第２主成分とし、母材２の成形加工後に行われる陽極酸化処理によって生成された陽極酸化皮膜である。
【００２５】
このように構成された本実施形態に係る生体用インプラント１によれば、生体組織の患部として、例えば、骨組織の骨折部に埋植されると、母材２の表面に設けられているセラミックス皮膜３が、まず体液と接触し、母材２を構成しているマグネシウムまたはマグネシウム合金の腐食を抑制するように保護する。セラミックス皮膜３も−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素を微量に含有しているので、これらの金属元素が体液との間で分解されてイオン化する。
【００２６】
この場合において、本実施形態に係る生体用インプラント１によれば、上記元素の総含有量が制限されているので、イオン化した金属元素によって母材２のマグネシウムまたはマグネシウム合金のイオン化が促進されないように制限される。その結果、母材２が腐食により分解されても、その速度は、埋植後９０日経過しても、機械的強度が、埋植直後から１５％以下の範囲で低下する程度に制限され、生体用インプラント１によって骨折部にかかる荷重がしっかりと支持される。
【００２７】
埋植後９０日を経過することで、骨折部は十分に自家骨で修復されるので、その後は、マグネシウムまたはマグネシウム合金インプラントは分解が進行して急速に強度が低下してもよい。また、マグネシウムまたはマグネシウム合金のヤング率は自家骨のヤング率に近いため、仮に中長期的に自家骨と共存していても、インプラントによる自家骨への物理的な負荷は低い。したがって、インプラントによる再骨折等の不具合は起き難いので、緩やかに分解が進行し、安全に骨組織を修復することができる。
【００２８】
また、セラミックス皮膜３を陽極酸化処理によって構成することにより、生成された陽極酸化皮膜からなるセラミックス皮膜３は母材２と化学的反応によって強固に結合し物理的に剥離し難くなっている。その結果、耐食性が向上され、埋植後における剥離を防止することができる。
【００２９】
ここで、３つの試料Ａ，Ｂ，Ｃおよび母材２についてＪＩＳ  Ｋ  ０１１６によるＩＣＰ発光分光分析を行った。各試料Ａ，Ｂ，Ｃの分析結果について、母材２の分析結果との差（試料分析結果−母材分析結果）を、検出された金属元素とその標準電極電位と併せて図２に示す。
３つの試料Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれＡＳＴＭ規格におけるＷＥ４３を母材２として、アンモニウムイオンおよびリン酸イオンを含む溶液を用いて陽極酸化処理を行って得られたものであり、混入元素とその量を制御するために電極材料を純マグネシウムとし、溶液の純度を変更することにより作成した。ここで、ＷＥ４３はＭｇ−Ｙ−ＲＥ−Ｚｒ合金である。
【００３０】
また、各試料Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、標準電極電位が−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の金属元素の総含有量を図３に示す。具体的には、これらの金属元素は、図２の破線で囲まれた範囲のＮｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｂから選ばれる少なくとも１種類の金属元素である。
【００３１】
さらに、各試料Ａ，Ｂ，Ｃを擬似体液（ＰＢＳ（−）溶液：３７．０℃）に浸漬したときの経過時間と機械的強度との関係を図４に示す。機械的強度としては、浸漬したときからの経過時間３０日、６０日および９０日においてＪＩＳ  Ｚ  ２２４８による３点曲げ試験を行い曲げ強度を測定した。
【００３２】
その結果、−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素の総含有量は、試料Ａが６２．２５ｐｐｍと最も小さく、９０日経過後の曲げ強度も４％程度の低下に留まっている。試料Ｂの総含有量は９９．３５ｐｐｍであり、曲げ強度の低下は９％程度となっている。さらに、試料Ｃの総含有量は１０９．６１ｐｐｍと最も大きく、曲げ強度の低下は１３％程度となっている。
【００３３】
すなわち、これらのことから、−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素の総含有量を１０９ｐｐｍ以下にすることにより、埋植初期から９０日経過後の曲げ強度を８５％以上にすることができ、総含有量を９９ｐｐｍにすることにより、埋植初期から９０日経過後の曲げ強度を９０％以上にすることができ、総含有量を１０９ｐｐｍにすることにより、埋植初期から９０日経過後の曲げ強度を９５％以上にすることができることが分かる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、母材２としてＷＥ４３を採用したが、これに代えて、ＡＳＴＭ規格において、ＡＥ４２，ＡＭ６０，ＡＳ４１，ＡＺ３１，ＥＺ３３，Ｍ１，ＱＥ２２，ＺＥ４１，ＺＫ５１に分類されている合金のいずれかを採用してもよい。
これらの合金は、−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素の総含有量が比較的少ないものである。これらの合金に、本実施形態のように皮膜生成処理を行っても、合金由来の−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素が、形成するセラミックス皮膜に混入する量が抑制され、耐食性が高い生体用インプラントを作製できるという特徴がある。
【００３５】
また、本実施形態においては、セラミックス皮膜３として、陽極酸化処理により生成される陽極酸化皮膜を例示したが、これに代えて、化成処理により生成される皮膜を採用してもよい。
例えば、純マグネシウムからなる母材２を高純度（５ｍｏｌ／Ｌ）のリン酸溶液に浸漬することにより、母材２の表面にリン酸マグネシウムの結晶相を形成してもよい。この場合、−２．３５Ｖ以上０Ｖ以下の標準電極電位を有する金属元素の総含有量は３９．６ｐｐｍであり、ＰＢＳに浸漬後９０日経過後の３点曲げ強度は、浸漬直後の９５．２％に維持されていた。
【符号の説明】
【００３６】
１  生体用インプラント
２  母材
３  セラミックス皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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