(57)【要約】【課題】衝撃吸収性を有し、生体内に強固に固定可能なインプラント及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のインプラントは、基材と、この基材上に形成され、高分子からなるとともに、カルシウムイオンを吸着可能な官能基を表面に有する膜と、この膜上に形成され、リン酸カルシウムからなる層とを備えることを特徴とする。本発明の製造方法は、高分子からなるとともに、カルシウムイオンを吸着可能な官能基を表面に有する膜を基材上に形成させた後、それをカルシウムイオン溶液に浸漬し、さらにリン酸イオン溶液に浸漬することを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、この基材上に形成され、高分子からなるとともに、カルシウムイオンを吸着可能な官能基を表面に有する膜と、この膜上に形成され、リン酸カルシウムからなる層とを備えることを特徴とするインプラント。
【請求項２】
前記基材が、チタン又はチタン合金からなる請求項１に記載のインプラント。
【請求項３】
前記基材が、表面に水酸基を有する請求項１又は２に記載のインプラント。
【請求項４】
前記高分子が、エチレン／ビニルアルコール共重合体である請求項１〜３のいずれかに記載のインプラント。
【請求項５】
前記官能基が、カルボキシル基である請求項１〜４のいずれかに記載のインプラント。
【請求項６】
前記リン酸カルシウムが、ハイドロキシアパタイトである請求項１〜５のいずれかに記載のインプラント。
【請求項７】
高分子からなるとともに、カルシウムイオンを吸着可能な官能基を表面に有する膜を基材上に形成させた後、それをカルシウムイオン溶液に浸漬し、さらにリン酸イオン溶液に浸漬することを特徴とするインプラントの製造方法。
【請求項８】
前記基材が、チタン又はチタン合金からなる請求項７に記載のインプラントの製造方法。
【請求項９】
前記基材の表面に水酸基を導入した後、前記膜を形成させる請求項７又は８に記載のインプラントの製造方法。
【請求項１０】
前記基材を過酸化水素水又はアルカリ性液に浸漬することによって、水酸基を導入する請求項９に記載のインプラントの製造方法。
【請求項１１】
前記高分子が、エチレン／ビニルアルコール共重合体である請求項７〜１０のいずれかに記載のインプラントの製造方法。
【請求項１２】
前記官能基が、カルボキシル基である請求項７〜１１のいずれかに記載のインプラントの製造方法。
【請求項１３】
前記基材上に前記高分子からなる層を形成させた後、その表面を酸化させることによって、前記膜を形成させる請求項７〜１２のいずれかに記載のインプラントの製造方法。
【請求項１４】
前記高分子を溶媒に溶解し、それを前記基材上に塗布してから乾燥させることによって、前記高分子からなる層を形成させる請求項１３に記載のインプラントの製造方法。
【請求項１５】
前記高分子からなる層の表面をオゾンガスにより酸化させる請求項１３又は１４に記載のインプラントの製造方法。
【請求項１６】
前記基材をリン酸イオン溶液に浸漬した後、さらにカルシウムイオン溶液への浸漬処理及びリン酸イオン溶液への浸漬処理を交互に繰り返す請求項７〜１５のいずれかに記載のインプラントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工歯根、人工骨及び人工関節等の骨結合型インプラントに属する。また本発明は、インプラントの製造方法に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、歯根や骨に欠損あるいは損傷が生じたとき、人工歯根や人工骨といったインプラントを生体内に埋入することによって治療が施されている。
【０００３】
従来の人工歯根としては、チタンを材料としていて、スクリュー形状をなし、顎骨に物理的に固定させるタイプが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、骨との親和性が高いハイドロキシアパタイトをチタンにプラズマ蒸着することによって得られるもので、ハイドロキシアパタイト層を顎骨に癒着させるタイプが知られている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、天然歯では衝撃吸収機能を果たす歯根膜組織が存在するが、従来の人工歯根には衝撃吸収機能を果たす部材が存在しないため、咬合圧が顎骨に直接伝わる。そして、他の歯牙との力学的調和がとれなくなり、骨吸収といった生体反応が生じて人工歯根が動揺し、さらにはそれに伴う細菌感染などにより重篤な症状に到ることがある。
【０００５】
また、従来のハイドロキシアパタイトをプラズマ蒸着するタイプでは、ハイドロキシアパタイトの結晶化度が低く、チタンとの界面における接着強度が低い。そのため、ハイドロキシアパタイト層の溶出や剥離を引き起こし、その結果、人工歯根が顎骨に固着されないことがある。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３１３５２９号公報
【非特許文献１】Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｖｏｌｕｍｅ２３，２００２，ｐ．２５６９−２５７５
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌｕｍｅ６５，１９９７，ｐ．７３−７９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、衝撃吸収性を有し、生体内に強固に固定可能なインプラント及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のインプラントは、基材と、この基材上に形成され、高分子からなるとともに、カルシウムイオンを吸着可能な官能基を表面に有する膜と、この膜上に形成され、リン酸カルシウムからなる層とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のインプラントは高分子からなる膜を備えており、高分子は一般的に粘弾性を示すから本発明のインプラントは衝撃吸収性を有する。また膜はカルシウムイオンを吸着可能な官能基を有し、この膜上には骨との親和性が高いリン酸カルシウムからなる層が形成されている。そして、本発明のインプラントは、リン酸カルシウム層の溶出や剥離を起こさず、生体内に強固に固定される。
【００１０】
本発明において、基材の材料については特に限定されない。例えば、チタン又はチタン合金は、力学的特性及び生体適合性に優れているため、好適に使用可能である。また膜を強く固定するため、基材は表面に水酸基を有しているのが望ましい。基材の形状については、用途に応じて所望の形状を採用するとよい。例えば、本発明のインプラントを人工歯根として用いる場合には、歯根状をなす部分を有していればよい。
【００１１】
膜の構成材料となる高分子については、特に限定されないが、カルシウムイオンを吸着可能な官能基を有するもの、又は酸化等によりそれに変換できる官能基を有するものが好ましい。これらの高分子を構成材料とすると、カルシウムイオンを吸着可能な官能基を表面に有する膜が容易に得られる。例えば、水酸基を有する高分子が適しており、中でも汎用の溶媒に溶解しやすくて入手しやすいものが好ましい。具体的には、アルコール／水混合溶媒に溶けやすく、パッケージング材料として市販されていることから、エチレン／ビニルアルコール共重合体（ＥＶＡ）が望ましい。さらに、ポリビニルアルコールも望ましい。
【００１２】
膜の表面の官能基については、カルシウムイオンを吸着可能なものならば何でもよい。例えば、マイナス電荷を帯びている又は帯びうる官能基が適している。具体的には、カルボキシル基が好ましい。カルボキシル基は、水溶液中で電離してマイナスイオンとなり、２価の陽イオンであるカルシウムイオンとイオン結合を起こすことが可能である。また本発明のインプラントでは、膜の厚みを変えることで、衝撃吸収力を調節することができる。
本発明において、膜上の層を構成するリン酸カルシウムは、骨との親和性が特に優れたハイドロキシアパタイトが好ましい。
【００１３】
本発明のインプラントの製造方法は、高分子からなるとともに、カルシウムイオンを吸着可能な官能基を表面に有する膜を基材上に形成させた後、それをカルシウムイオン溶液に浸漬し、さらにリン酸イオン溶液に浸漬することを特徴とする。
この製造方法によると、上記の本発明のインプラントを容易に製造することができる。
【００１４】
基材が表面に水酸基を有しているインプラントを製造するには、膜を形成させる前に基材表面に水酸基を導入するとよい。水酸基を導入する方法としては、基材を過酸化水素水又はアルカリ性液に浸漬する方法がある。基材の材料がチタン又はチタン合金である場合には、例えば、基材を過酸化水素水に６０℃で２４時間浸漬することによって、水酸基を導入することができる。
【００１５】
カルシウムイオンを吸着可能な官能基を表面に有する膜を基材上に形成させるには、例えばカルシウムイオンを吸着可能な官能基を有する高分子を構成材料として用いて、基材上にその高分子の層を形成させるとよい。また、基材上に構成材料となる高分子からなる層を形成させた後、その層の表面を酸化させる方法でもよい。この方法では、構成材料の高分子はカルシウムイオンを吸着可能な官能基に、酸化により容易に変換できる官能基を有するのが望ましい。
【００１６】
高分子の層を形成させるには、高分子を溶媒に溶解し、それを基材上に塗布してから乾燥させるのが、簡単で好ましい。また、高分子の層の表面を酸化させるには、基材の形状に拘わらず均一に酸化するため、オゾンガスなどのガスによるのが好ましい。
【００１７】
例えば、高分子がエチレン／ビニルアルコール共重合体である場合には、これをイソプロパノールと水またはｎ−プロパノールと水の組成比が重量比で７０．３０の混合溶媒に溶解する。このとき、濃度は、１０〜１５ｗ／ｗ％が粘度の問題から適している。溶解した後、高分子溶液を基材上に塗布して乾燥させる。これにより、高分子がエチレン／ビニルアルコール共重合体からなる層が基材上に形成される。その後、オゾンガスにより酸化処理を施す。これにより、層の表面にカルボキシル基が生成される。
【００１８】
本発明のインプラントにおけるリン酸カルシウム層は、膜を基材上に形成させた後、それをカルシウムイオン溶液に浸漬し、さらにリン酸イオン溶液に浸漬することによって、形成される。この方法によると、リン酸カルシウム層の界面での接着強度が高くなる。また、この方法により形成されたリン酸カルシウム層は、生体に無害である。さらに、ハイドロキシアパタイトの結晶が容易に生成される。
【００１９】
カルシウムイオン溶液への浸漬処理及びリン酸イオン溶液への浸漬処理を交互に繰り返すのが望ましい。これによって、固定されるリン酸カルシウムの量が多くなる。好ましい浸漬回数は４回以上であり、より好ましくは６回以上、さらに好ましくは１０回以上である。カルシウムイオン溶液としては、例えば塩化カルシウム溶液があり、リン酸イオン溶液としては、例えばリン酸水素二ナトリウム溶液がある。
【００２０】
【実施例】
−実施例１−
１０×５０×０．２ｍｍの短冊状の純チタン板（ＪＩＳ  Ｈ４６００１、福田金属箔粉工業製）を３０ｗ／ｗ％過酸化水素水に６０℃で、２４時間浸漬した。続いて、エチレン／ビニルアルコール共重合体（ＥＶＡ、日本合成化学製、エチレン：ビニルアルコール＝４４：５６（ｍｏｌ／ｍｏｌ））０．０５ｇを接着剤として、二枚のチタン板を互いに接着させた。このとき、２００℃、２０ＭＰａで１０分ホットプレスを行うことで接着させ、また接着部分の幅が１０ｍｍ、ラップ長さが５ｍｍ、厚みが０．１ｍｍになるように０．１ｍｍのテフロンシートをスペーサーとして挟んだ。
【００２１】
次に、その試験片を引張試験機（島津オートグラフＤＳＳ２０００）を用いて、ロードセル１００ｋｇ、クロスヘッドスピード２ｍｍ／ｍｉｎの条件で平均せん断接着強さτ（τ＝Ｐｍａｘ／Ｌｂ、Ｐｍａｘは接着部が破壊するときの引張力、Ｌはラップ長さ、ｂは接着部の幅）を測定した。さらに、剥離接着強さを測定した。また比較として、過酸化水素水による浸漬処理を行わなかった純チタン板についても、同様に試験した。
【００２２】
その結果、過酸化水素水処理したチタン板では、処理しないチタン板に比べて、ＥＶＡとの接着強さが１．５倍であった。図１にその結果を示す。
【００２３】
−実施例２−
ＥＶＡフィルムを、オゾンガス（流速０．５ｇ／ｈ）により６０℃で酸化処理した。酸化処理時間は、２時間及び６時間とした。これによって、ＥＶＡフィルム表面にカルボキシル基を導入することができた。水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定（逆滴定）することによってカルボキシル基を定量したところ、酸化処理時間が長い方が多く、６時間処理したＥＶＡフィルムでは０．１μｍｏｌ／ｃｍ２であった。
【００２４】
続いて、各種の酸化処理したＥＶＡフィルムを２００ｍＭ塩化カルシウム溶液（ｐＨ７．４、５０ｍＭ  ｔｒｉｓ−ＨＣｌ溶液）に２５℃で１２時間浸漬した。これにより、カルシウムイオンがＥＶＡフィルムの表面に吸着され、キレート反応のように静電的に固定化された。次に、得られたフィルムを１２０ｍＭリン酸水素二ナトリウム水溶液中に２５℃で１２時間浸漬することにより表面にリン酸カルシウムを析出させた。Ｘ線回折により確認したところ、そのリン酸カルシウムはハイドロキシアパタイトの結晶であった。
【００２５】
さらに、これらの塩化カルシウム溶液及びリン酸水素二ナトリウム水溶液による交互浸漬を所定回数繰り返し、ＥＶＡフィルム表面にハイドロキシアパタイト結晶を沈着させた。また比較のために、酸化処理しないままのＥＶＡフィルムを準備し、同様に浸漬処理を行った。
【００２６】
カルシウムの吸着量を市販の測定キットを用いて、ｏ−クレゾールフタレインコンプレキソン（ＯＣＰＣ）法によって定量した。具体的には、アルカリ条件下でＯＣＰＣとカルシウムとがキレート結合することによる発色を、５７０ｎｍの吸光度測定により調べた。また、リンの吸着量を市販の測定キットを用いて、モリブデンブルー法によって定量した。具体的には、モリブデン酸アンモニウムとリンとを結合させた後、硫酸第一鉄アンモニウムを加えて還元させたときに呈する青色を、７５０ｎｍの吸光度測定により調べた。
【００２７】
図２及び図３に、カルシウム及びリンの吸着量と交互浸漬回数との関係をそれぞれ示す。これらの図より、交互浸漬の回数およびＥＶＡフィルム表面のカルボキシル基量が多いほど、カルシウム、リン共に吸着量が増すことが分かった。オゾン処理の条件、交互浸漬の回数を変化させることにより、ＥＶＡフィルム表面へのハイドロキシアパタイトの固定化量をコントロールすることができることが明らかになった。
【００２８】
−実施例３−
チタンからなり歯根形状をなす基材を、３０ｗ／ｗ％過酸化水素水に６０℃で、２４時間浸漬し、基材表面に水酸基を導入した。次いで、ＥＶＡをｎ−プロパノールと水の混合溶媒（重量比７０：３０）に１０ｗ／ｗ％の濃度で溶解し、基材上に塗布して乾燥させた。続いて、オゾンガス（流速０．５ｇ／ｈ）によって、６０℃で６時間の酸化処理を施した。
【００２９】
次に、それを２００ｍＭ塩化カルシウム溶液（ｐＨ７．４、５０ｍＭ  ｔｒｉｓ−ＨＣｌ溶液）に２５℃で１２時間浸漬し、さらに１２０ｍＭリン酸水素二ナトリウム水溶液中に２５℃で１２時間浸漬した。そして、これらの交互浸漬を１０回繰り返し、ハイドロキシアパタイトが形成された人工歯根を作成した。
【００３０】
得られた人工歯根をビーグル犬の下顎骨に埋入したところ、３ヶ月後には顎骨との強固な固着が認められた。比較のために、既存のチタン製の人工歯根及びこれにＥＶＡを塗布しただけの人工歯根についても同様に試験したが、骨との固着は認められず、線維性組織に取り囲まれていた。この結果より、本発明のインプラントは、骨性癒着能に優れることが分かった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のインプラントは、衝撃吸収性を有し、生体内に強固に固定可能である。また本発明のインプラントの製造方法によると、そのようなインプラントを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接着性試験の結果を示すグラフである。
【図２】浸漬回数とカルシウム吸着量との関係を示すグラフである。
【図３】浸漬回数とリン吸着量との関係を示すグラフである。
【図１】
2004337549.tif 000002
【図２】
2004337549.tif 000003
【図３】
2004337549.tif 000004