(57)【要約】  外科インプラント基材および該基材に付着した薄膜コーティングを含む外科インプラント複合材料であって、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングの最外部は結晶質である、外科インプラント複合材料。外科インプラント複合材料と、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤の溶液の少なくとも一つとを含むキットであって、該溶液が該外科インプラント複合材料の上に該放出可能な薬剤を積むことができる、キット。薄膜コーティングを基材に付着させることを含む、複合材料を形成する方法。【選択図】図１
2010508942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科インプラント基材および該基材に付着した薄膜コーティングを含む外科インプラント複合材料であって、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングの最外部は結晶質である、外科インプラント複合材料。
【請求項２】
該薄膜コーティングは薄膜コーティング厚みの少なくとも一部を通じて組成に勾配があり、ここで該薄膜コーティングは該基材表面においては実質的に酸素を含まない、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項３】
該組成に勾配がある薄膜コーティングの一部の厚みが約７ｎｍより大きい、請求項２に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項４】
該組成に勾配がある薄膜コーティングの一部の厚みが約１５ｎｍより大きい、請求項２に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項５】
該組成に勾配がある薄膜コーティングの一部の厚みが約４０ｎｍより大きい、請求項２に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項６】
該勾配がある組成が、単調にまたは段階的に変化し、該基材から該薄膜コーティング表面に伸びる方向に酸素含有率が増加する、請求項２に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項７】
該勾配がある組成が、単調に変化し、該基材から該薄膜コーティング表面に伸びる方向に酸素含有率が線形、放物線、べき法則または指数関数的に増加する、請求項６に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項８】
該組成に勾配がある薄膜コーティングの一部が、該薄膜コーティング厚みの９９％から０．０１％を含む、請求項２に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項９】
該薄膜コーティングが、約３０μｍ未満の厚みを有する、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１０】
該薄膜コーティングが、約１μｍ未満の厚みを有する、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１１】
該薄膜コーティングが、約５００ｎｍ未満の厚みを有する、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１２】
該薄膜コーティングの表面が多孔性である、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１３】
ＭがＣ、Ｎ、Ａｇ、Ｉ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、ＨｆおよびＰからなる群から選択される、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１４】
該基材が金属製である、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１５】
該薄膜コーティングが、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤を積んでいる、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１６】
該放出可能な薬剤が、抗生物質、骨形態形成タンパク質、ペプチド、ビスフォスフォネート、オピオイド、アヘン剤、ビタミン、制がん薬、ヨウ素、もしくは銀、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１５に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１７】
該薄膜コーティングの上に生体模倣コーティングをさらに含む、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１８】
該生体模倣コーティングの厚みが約１００μｍ未満である、請求項１７に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１９】
該生体模倣コーティングの厚みが約５０μｍ未満である、請求項１７に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項２０】
該生体模倣コーティングがアパタイトまたはリン酸カルシウムを含む、請求項１７に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項２１】
該生体模倣コーティングがヒドロキシルアパタイトを含む、請求項１７に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項２２】
該生体模倣コーティングが、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤を積んでいる、請求項１７に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項２３】
該放出可能な薬剤が、抗生物質、骨形態形成タンパク質、ペプチド、ビスフォスフォネート、オピオイド、アヘン剤、ビタミン、制がん薬、ヨウ素、もしくは銀、またはそれらの組み合わせを含む、請求項２２に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項２４】
請求項１に記載の外科インプラント複合材料と、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤の溶液の少なくとも一つとを含むキットであって、該溶液と該外科インプラント複合材料の接触の際に、該溶液が該外科インプラント複合材料の上に該放出可能な薬剤を積むことができる、キット。
【請求項２５】
請求項１７に記載の外科インプラント複合材料と、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤の溶液の少なくとも一つとを含むキットであって、該溶液と該外科インプラント複合材料の接触の際に、該溶液が該外科インプラント複合材料の上に該放出可能な薬剤を積むことができる、キット。
【請求項２６】
薄膜コーティングを外科インプラント基材に付着させることを含む、外科インプラント複合材料を形成する方法であって、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングの最外部は結晶質である、方法。
【請求項２７】
該基材が金属製であり、該方法が該基材表面をクリーニングおよびスパッタエッチングして、該薄膜コーティングをそこに付着させる前にもとから存在する酸化物を除去することを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
該薄膜コーティングが、物理気相成長技術または化学気相成長技術によって付着される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
該薄膜コーティングが、スパッタリング技術によって付着される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
該薄膜コーティングに、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤を積むこと、をさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
該薄膜コーティングの上に生体模倣コーティングを形成すること、をさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
該生体模倣コーティングに、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤を積むこと、をさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
薄膜コーティングを基材に付着させることを含む、複合材料を形成する方法であって、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングは薄膜コーティング厚みの少なくとも一部を通じて組成に勾配があり、ここで該薄膜コーティングは該基材表面においては実質的に酸素を含まない、方法。
【請求項３４】
該薄膜コーティングの最外部は結晶質である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
金属製基材の表面をクリーニングおよびスパッタエッチングしてもとから存在する酸化物を除去すること、および該基材表面に薄膜コーティングを付着させることを含む、複合材料を形成する方法であって、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングの最外部は結晶質である、方法。
【請求項３６】
該薄膜コーティングの表面が多孔性である、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料、例えば外科インプラント複合材料、そのような複合材料を含むキット、およびそのような複合材料を製造する方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
金属インプラント、例えばチタン、チタン合金、ステンレス鋼およびＣｏ−Ｃｒ合金は、それらの機械的強度、生体適合性、化学的不活性および機械加工性のために、外科インプラントとして広く使用されている。金属インプラントの例は、歯科インプラント、内耳インプラント、有茎ネジ、脊椎インプラント、臀部インプラント、プレート、爪、腕および脚切断インプラント、およびそれに類するものを含む。非−再吸収性セラミックインプラントも、その機械的強度、生体適合性、化学的不活性および優れた審美性および高い磨耗耐性のために、使用される。非−再吸収性セラミックインプラントの例は、二酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムを含む。インプラント材料およびその用途を概説するために、Ｒａｔｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ；  Ａｎ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，  ２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ  （２００４）が参照される。
【０００３】
インプラントが身体中で使用される場合は常に、インプラントに対する一つの要求は、まわりの硬組織または軟組織と機械的に安定なユニットを形成することである。不安定なユニットは、効果の少ない働きをするかまたは、完全に機能することを中止する、および／または過剰な組織反応を誘発する。このことは、患者に苦痛を与えることがあり、そしてある場合には、たとえば、インプラントに対して組織がほとんどまたは全く成長しない、感染、および／または骨粗鬆症または他の病気のために脆弱な骨が形成される場合、不安定なインプラントを外科的に除去する必要なことがある。
【０００４】
いくつかの方法が、ホスト組織の成長が不十分なことによる不安定性を克服するために前記文献で提案されている。インプラント表面の粗さ、形態および／または化学的組成を、組織の成長を促すために、修正することができる。最先端の外科インプラントの表面修正を概説するために、Ｂｒｕｎｅｔｔｅ  ｅｔ  ａｌ，  Ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，  Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ  （２００１）  および  Ｅｌｌｉｎｇｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ，  Ｂｉｏ−Ｉｍｐｌａｎｔ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ，  ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ  （２００３）が参照される。インプラントの表面粗さは、表面の酸エッチングおよび／またはグリットブラストを通じて概ね制御される。米国特許Ｎｏ．  ６，４９１，７２３  およびＢｒｕｎｅｔｔｅ  ｅｔ  ａｌを参照のこと。１〜５マイクロメートルの粗さが骨の成長を促進することが証明されている。また、収束レーザーを用いた表面の加熱が、特定の場所で適当な表面粗さを創るために、提案されている。 
【０００５】
改善された表面粗さ、形態、およびチタンインプラントの修正された組成物の組み合わせが、インプラントの陽極酸化を通じて得られている。ＷＯ  ２００５／０５５８６０  および  米国特許  Ｎｏ．  ６，１８３，２５を参照のこと。陽極酸化は、数マイクロメートル厚の多孔性酸化チタン表面層をもたらす。Ｌｉｎ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  ｔｅｓｔ，  ｃｅｌｌ  ｂｅｈａｖｉｏｕｒ  ｔｅｓｔ，  ａｎｄ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ＴｉＯ２  ｌａｙｅｒｓ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，”  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ｐａｒｔ  Ａ，  ７８（３）：５１５−２２  （２００６  Ｓｅｐ  １）を参照のこと。この酸化物は、骨形態形成タンパク質およびペプチドのキャリアーとして使用して、インプラント上での骨形成を促進することが提案されている。スウェーデン特許ＳＥ  ５２３，０１２も参照のこと。ＴｉＯ２−ｘ膜（ｘは０〜０．３５）が、場合によりインプラントＨ、ＴａまたはＮｂを含み、血液に適合すること、およびこの種の材料はプラズマ浸漬イオンインプランテーションプロセスによって製造できることも示されている。米国特許公開Ｎｏ．  ２００３／０１７５４４４  Ａｌを参照すると、インプラント界面にあるＴｉＮから、表面にあるルチル構造を有するＴｉＯ２−ｘへの構造の変化について記載されている。ＴｉＮ層が加えられて、コーティングの機械的特性が増加する。コーティングへのＨ、ＴａまたはＮｂの添加も、スパッタリング法を用いて実施されることが提案されている。
【０００６】
インプラントの化学組成を仕立てることを通じて骨の形成を促進する方法は、本質的にヒドロキシルアパタイト（ＨＡ）またはリン酸カルシウムからなるセラミック層を伴う金属またはセラミック外科インプラントでできたコーティングを含むことがほとんどである。Ｙａｎｇ  ｅｔ  ａｌ，  “Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｎ  ｃａｌｃｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｃｏａｔｉｎｇｓ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ  −  ａｎ  ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  ｔｏ  ｐｌａｓｍａ  ｓｐｒａｙｉｎｇ，”  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，  ２６：３２７−３３７  （２００５）を参照のこと。ＨＡは一般的に使用される生物活性セラミック材料であり、それを使用することは骨への優れた親和性が前提となっている。この特性は、ＨＡが生きている動物の骨や歯の主成分であるという事実による。本文脈において、生物活性とは、インプラント表面に生物学的に活性なヒドロキシルアパタイト層を形成することによって、組織にインプラントを界面結合することと定義される。Ｄｕｃｈｅｙｎｅ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｂｉｏｃｅｒａｍｉｃｓ：  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｖｅｒｓｕｓ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｂｅｈａｖｉｏｕｒ，”  Ａｎｎａｌｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ５２３  （Ｊｕｎｅ  １０，  １９８８）。生物活性材料は、骨形成を促進し、および骨への安定な結合を形成することが証明されている。Ｈｅｎｃｈ，  “Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ：  ａ  ｆｏｒｅｃａｓｔ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｆｕｔｕｒｅ，”  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，  １９：１４１９−１４２３９  （１９９８）。生物活性材料は、体液と接触すると、生体内の表面にＨＡの層を自発的に形成することができる。合成的に製造されたＨＡも生物活性特性を有し、そしてインプラントされると、その表面に炭素リッチのＨＡの新しい層が形成される。生体内および生体外の両方で、材料の生物活性が予測が可能である。Ｋｏｋｕｂｏ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｈｏｗ  ｕｓｅｆｕｌ  ｉｓ  ＳＢＦ  ｉｎ  ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｂｏｎｅ  ｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ，”  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，  ２７：２９０７−２９１５  （２００６）。
【０００７】
ＨＡおよびリン酸カルシウムに加えて、多数の他の材料系が生物活性であることが示されている。例えば、ウォラストナイト（ケイ酸カルシウム）について、Ｄｅ  Ａｚａ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ｐｓｅｕｄｏｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ  ｉｎ  ｈｕｍａｎ  ｓａｌｉｖａ，”  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｄｅｎｔｉｓｔｒｙ，  ２７：１０７−１１３  （１９９９）を参照のこと；  バイオガラスについて、  Ｈｅｎｃｈ  ｅｔ  ａｌ；  および  ルチル  （二酸化チタン）およびアナターゼ  （二酸化チタン）について、  Ｋｉｍ，  “Ｃｅｒａｍｉｃ  ｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  ｒｅｌａｔｅｄ  ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ  ｓｔｒａｔｅｇｙ，”  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｏｐｉｎｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  ＆  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ７：２８９−２９９  （２００３）を参照のこと。チタンインプラントの生物活性を得るための他の方法は、Ｎａ−Ｆ（米国特許Ｎｏ．  ５，５７１，１８８を参照のこと）およびＮａＯＨ（Ｍａ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅ  ｂｉｏａｃｔｉｖｅ  ａｐａｔｉｔｅ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｏｎ  ｔｉｔａｎｉｕｍ，”  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  １４：６１９−６２３  （２００３）を参照のこと。）での化学処理を通じてのものである。
【０００８】
要約すれば、骨の成長を促進する表面組成物を得るために提案されている技術は以下のものを含む：
【０００９】
１．ＨＡまたはリン酸カルシウムまたは他の生物活性材料で表面をコーティングする。しかしながら、コーティングプロセスでの難点は、低いコーティング付着性またはコーティング安定性をもたらす。米国特許Ｎｏ．  ５，４８０，４３８を参照のこと。たいていの場合、複合酸化物系の薄膜を付着させることが技術的に困難であることによる。
【００１０】
２．ＮａＯＨまたはＮａ−Ｆを伴ったＴｉの化学的処理。その後、これらの表面は直接的にまたは、模擬体液もしくはリン酸緩衝生理食塩水に浸した後にインプラントされて、表面にＨＡ層を形成することができる；しかしながら、この化学的処理はＴｉ金属に対してのみ好適である。
【００１１】
３．結晶質のアナターゼまたはルチルを形成するためのＴｉの熱処理。これは後でインプラントされてもよい。しかしながら、結晶質の酸化チタンを得るには、処理温度が４００℃を超えることが必要であり、結果としてインプラントの化学的強度の低下をもたらす。また、この処理はＴｉ金属に対してのみ好適である。
【００１２】
４．アナターゼまたはルチルまたはそれらの混合物を形成するためのＴｉの陽極酸化。
【００１３】
薬剤（ドラッグ）は再吸収性ポリマーにカプセル化することができ、それはその後金属製のインプラントにコートされて、インプラント表面からのドラッグデリバリーを可能にすることも提案されている。ＷＯ  ２００６／１０７３３６を参照のこと。この放出カイネティクスはポリマー組成物、厚みおよび薬剤負荷を通じて調整される。アミド架橋を介してインプラントに生体分子を固定する方法も記載されている。米国特許２００６／０１９３９６８を参照のこと。
【００１４】
これらの種々の方法は、汎用性および／または耐久性の観点、および／または他の点で制限がある。したがって、基材のタイプまたは粗さに関係しない、インプラント用途を改善するためのインプラント表面修正がひきつづき求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明は、複合材料、例えば外科インプラント複合材料、を対象とする。これらは、先行技術の種々の不利益を克服する。そして本発明は、そのような複合材料を含むキット、およびそのような複合材料を製造する方法を対象とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
一実施態様において、本発明は、外科インプラント基材および該基材に付着した薄膜コーティングを含む外科インプラント複合材料であって、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングの最外部は結晶質である、外科インプラント複合材料を対象とする。
【００１７】
本明細書を通じて、「結晶質」はＸ線回折測定において結晶質ピークを生じる全ての相または相の混合物を含むと捉えられるべきである。したがって、結晶質構造は、非晶質母材に組み込まれた粒結晶粒、例えば１ｎｍよりも大きい粒、からなる構造だけでなく、単結晶、多結晶、微結晶、ナノ結晶およびそれらの組み合わせも含むが、これらに限定されることはない。薄膜コーティングにおいて、ここで結晶質構造は非晶質母材に組み込まれた結晶粒でできた形態であり、このコーティング中の非晶質母材の部分は必ずしも定義されたようなＴｉＯ２−ｘＭｙではなく、例えば、ｘは２未満の上の方の値に限定されることはないが、概して０より大きい、すなわちｘ≧０である。そのような一実施態様において、薄膜コーティングの非晶質部分はＴｉＯ２−ｘＭｙで、ここで０＜ｘ＜３である。したがって、明らかなとおり、この薄膜コーティングの全体の組成が、全体組成ＴｉＯ２−ｘＭｙであり、ここでｘは２を超えることもある。
【００１８】
別の実施態様において、本発明は、本発明による外科インプラント複合材料と、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤の溶液の少なくとも一つとを含むキットであって、該溶液と該外科インプラント複合材料の接触の際に、該溶液が該外科インプラント複合材料の上に該放出可能な薬剤を積むことができる、キットも対象とする。
【００１９】
さらに別の実施態様では、本発明は、複合材料を形成する方法を対象とする。一実施態様では、外科インプラント複合材料を形成する方法は、薄膜コーティングを外科インプラント基材に付着させることを含み、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングの最外部は結晶質である。
【００２０】
別の実施態様において、複合材料を形成する方法は、薄膜コーティングを基材に付着させることを含み、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングは薄膜コーティング厚みの少なくとも一部を通じて組成に勾配があり、ここで該薄膜コーティングは該基材表面においては実質的に酸素を含まない。
【００２１】
さらに別の実施態様において、複合材料を形成する方法は、金属製基材の表面をクリーニングおよびスパッタエッチングしてもとから存在する酸化物を除去すること、および該基材表面に薄膜コーティングを付着させることを含み、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングの最外部は結晶質である。
【００２２】
本発明の追加的な実施態様は、その利点とともに、以下の詳細な説明の見解において明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
以下の詳細な説明はこれらの図面を考慮してより充分に理解されるだろう。
【００２４】
【図１】は、例５におけるサンプル１の勾配のあるコーティングのＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示しており、その基材にルチルが存在することを示し、そのＴｉのピークはＴｉ−ベースに起因するものである。
【００２５】
【図２】は、１８秒／サイクルでの３０スパッタリングサイクルからの、例５におけるサンプル１の勾配のあるコーティングについてのＸ線光電子分光（ＸＰＳ）酸素含有スペクトルを示しており、水平軸上のＮｏ．１は該表面に近接する酸素含有率に相当し、ここでその酸素勾配領域は５０ｎｍであり、一方この勾配の上部にあるＴｉＯ２層は２００ｎｍである。
【００２６】
【図３】は、例６に記載された複合材料の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示しており、例５のサンプル１の段階的な結晶質の酸化チタンコーティング上の、例６で形成されたヒドロキシルアパタイト（ＨＡ）を示す。
【００２７】
これらの図面で示された実施態様は、事実上説明に役立つものであり、特許請求の範囲によって定義される発明を限定するものではない。さらに、これらの図面および発明の個々の特徴は、詳細な説明を考慮してより完全に明確となり且つ理解されるだろう。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、複合材料、外科インプラント、キット、および複合材料を製造する方法を対象とする。以下の詳細な説明は、本発明を実施するための現在意図される最良の形態を示す。この説明は、限定的な意味で捉えられるものではなく、本発明の一般的な原理および本発明を実施するための最良の形態を説明する目的のためになされる。
【００２９】
本発明による複合材料は、基材および該基材に付着した薄膜コーティングを含む。該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１である。該薄膜コーティングは、該基材に対して高い付着性をを示し、それゆえに様々な用途での利用に有利である。
【００３０】
本発明の一実施態様において、該基材は外科インプラントを含む。外科インプラントは、例えば、耳科学、整形外科、骨または軟組織欠陥の歯科治療において、および心血管インプラント（ｃａｒｄｉｏ  ｖａｓｃｕｌａｒ  ｉｍｐｌａｎｔ）として、広く使用されており、そして本発明において用いられる外科インプラントは、当該技術分野で既知のあらゆるインプラントの形態をとることができる。基材、例えば外科インプラント基材は、あらゆる好適な材料から形成されてもよく、好適な材料とは、金属、例えば、チタン、チタン合金、ステンレス鋼、およびＣｏ―Ｃｒ合金、セラミック、例えば、二酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウム、ならびに高分子、を含むが、これらに限定はされない。したがって、本発明による複合材料は、多目的に使用でき、そこに採用され得る基材組成の多様さのために、外科インプラントを含むがこれに限定されることない様々な用途で使用されることができる。以下の説明において、外科インプラント基材が参照される。しかしながら、この基材は、他の用途において使用するのに好適なこともあり、したがって本説明は外科員プラント基材に利用する複合材料に限定されないことを、理解されるべきである。
【００３１】
基材表面に薄膜コーティングを付着させることによって、この外科インプラント基材はコーティングされる。このコーティングは、チタンおよび酸素、および随意的にＭを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、すなわち、（Ｍは）Ｔｉとともに、インプラント表面に良好な付着性を有する材料を提供する。例えば、Ｍは、Ａｇ、Ｉ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐ、Ｃ、Ｎまたは任意のそれらの組み合わせを含むが、これらに限定はされない。特定実施態様において、Ｍは窒素または炭素またはそれら二つの組み合わせである。ＴｉとＭの間の化学両論比は、ＴｉＯ２−ｘＭｙの範囲の中で変化することができ、ここでｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｙ≦１である。一実施態様において、Ｔｉはそれらの組み合わせの支配的部分である。
【００３２】
この薄膜コーティングは、任意の望ましい厚みに形成されることができる。この薄膜コーティングの厚みは、意図する複合材料用途に基づいて選択可能である。一実施態様において、この薄膜コーティングは、約１００μｍ未満、またはより具体的には、約５０μｍ未満の厚みを有する。より特定の実施態様においては、この薄膜コーティングは、約３０μｍ未満、またはより具体的には、約１０μｍ未満の厚みを有する。別の実施態様においては、この薄膜コーティングは、約１μｍ未満、またはより具体的には、約５００ｎｍ未満の厚みを有する。
【００３３】
一実施態様において、この薄膜コーティングは、該薄膜コーティング厚みの少なくとも一部を通じて組成に勾配を有する。特定の実施態様において、この薄膜コーティングは、該基材表面においては実質的に酸素を含まない。したがって、別の一実施態様において、該薄膜コーティングは、該基材表面においては実質的に純粋なＴｉ金属である。さらに、特定の一実施態様において、この勾配のある組成は、該基材から該薄膜コーティング表面に伸びる方向に酸素含有率が増加する。この勾配のある組成は、任意のやり方で変化することができ、例えば単調にまたは段階的に変化する。さらに、この勾配がある組成は、線形、放物線、平行または指数関数的に単調変化してもよい。
【００３４】
さらなる一実施態様において、この薄膜コーティングは、そのコーティングの最外部としてＴｉＯ２を含み、且つこの薄膜コーティングは、該薄膜コーティング厚みの少なくとも一部を通じて組成に勾配を有する。特定の実施態様において、この基材表面に隣接するコーティングは、実質的にＴｉであり、そしてこのコーティング組成は、コーティング表面に向かって酸素濃度が増加し、最終的に最外部として実質的にＴｉＯ２からなる組成に達する。しかしながら、一以上のＭ元素の示唆される量は、それらがコーティングの基材接着性に干渉しない限り許容され、そして概してそれらは、改善された基材付着性および／またはコーティング機能性、例えば生物活性、機械的安定性、表面構造、すなわち、多孔性、表面電荷、またはそれに類するもの、を提供するために含まれる。
【００３５】
薄膜コーティングが勾配のある組成を含む場合、その勾配のある組成は、該薄膜コーティング厚みの９９％から０．０１％を含む。より特定の実施態様において、その勾配のある組成が、該薄膜コーティングの厚みの約９０％未満を含んでもよい。さらなる一実施態様において、その勾配のある組成は、少なくとも該薄膜コーティングの厚みの約１０％を含んでもよい。特定の実施態様において、その勾配のある組成は、約７ｎｍより、より具体的には約１５ｎｍより、さらに具体的には約４０ｎｍより大きな厚みを有し、および／または約３０μｍ未満、より具体的には１μｍ未満、さらに具体的には約２００ｎｍ未満の厚みを有する。さらに特定の実施態様において、その勾配のある組成は、約４０ｎｍから２００ｎｍの厚みを有する。
【００３６】
一実施態様において、コーティングの最外部の相組成は、主に結晶質、例えばルチルまたはアナターゼまたはそれらの組み合わせである。この薄膜コーティングは、付着によって基材上に提供され、そしてその結晶性は付着方法を制御することによって、すなわち化学気相成長（ＣＶＤ）、すなわちレーザー化学気相成長または低温化学気相成長、物理気相成長（ＰＶＤ）、すなわちスパッタリング技術、原子層付着（ＡＬＤ）、またはイオンビーム補助付着を用いることによって、提供されてもよい。これらのコーティング技術は、均質にコーティングされた約２０マイクロメートル未満の表面粗さを有するコーティング表面の形成を可能にする。
【００３７】
一実施態様において、この薄膜コーティングは、基材を加熱しながら、アルゴンおよび酸素分圧中で、チタンの反応性マグネトロンスパッタリングを用いて基材に付着される。概してスパッタリング技術は、Ｓａｆｉ，  “Ｒｅｃｅｎｔ  ａｓｐｅｃｔｓ  ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ  ＤＣ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ：  ａ  ｒｅｖｉｅｗ，”  Ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎｄ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  １２７：２０３−２１９  （２０００），により開示されており、引用により本明細書に組み込まれる。薄い酸化チタン膜を付着させる技術は、Ｇｕｅｒｉｎ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｒｅａｃｔｉｖｅ−ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ，”  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａ，  １５（３）：７１２−７１５  （１９９７）；Ｂａｒｏｃｈ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ＴｉＯｘ  ｆｉｌｍｓ，”  Ｓｕｒｆａｃｅ  ＆  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  １９３：１０７−１１１  （２００５）；  Ｂａｒｎｅｓ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｔｈｅ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  ＴｉＯ２  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｂｙ  ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ，”  Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，  ４４６：２９−３６  （２００４）；  および  Ｂａｒｎｅｓ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｔｈｅ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ａｎａｔａｓｅ  ｂｙ  ＤＣ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ，”  Ｓｕｒｆａｃｅ  ＆  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  １９０：３２１−３３０  （２００５）により具体的に開示されており、引用により本明細書に組み込まれる。
【００３８】
特定の実施態様において、コーティング付着性を高めるために、薄膜コーティングを形成するための付着プロセスを実施する前に、従来型のクリーニングプロセスを用いて、基材が最初にクリーニングされる。さらに、この基材はまた、薄膜コーティングを付着する前に、例えば、金属製インプラントにもとからあった酸化物を除去するために、スパッタエッチングがされてもよい。概して、このようなスパッタエッチングは、セラミックおよび／または高分子インプラント基材を用いる複合材料の製造では利用されない。
【００３９】
必要に応じて、このコーティングは多孔性であってもよく、そして一実施態様において、０．１〜１００ｎｍの範囲のサイズの小孔を有する、ナノ多孔性であってもよい。コーティングの多孔性は、付着プロセス、例えば温度およびアルゴンと酸素の分圧、主にアルゴン圧力のそれを通じて制御され得る。
【００４０】
特定の実施態様において、薄膜コーティングを付着するための便利な方法は、スパッタリング技術によるものであり、ここで付着されるコーティングの二酸化チタン相は、基材の温度を介して、概して室温より高く４００℃以下の温度範囲を用いて、コーティング室の酸素フラックスと組み合わせて、制御される。コーティング室の酸素分圧は、例えば、約０．０１〜５Ｐａ、好ましくは約０．１〜１Ｐａの範囲である。アルゴンの圧力範囲は、０．１ｍＴｏｒｒより大きく３０ｍＴｏｒｒまでもよい。低温および高アルゴン圧力の使用は、高温および低アルゴン圧力を使用する場合と比べて、より多孔性の膜をもたらす。したがって、多孔度は、温度と圧力パラメータを調整することによって制御可能である。また、小孔の深さは、プロセスの適当な時点での反応条件を変化させることによって制御可能である。当業者は、前述の記載が当該技術分野で既知の多くの付着技術の一つであり、それを本発明による薄膜コーティングの形成において使用することができることを理解する。
【００４１】
外科インプラント基材に薄膜コーティングを付着させる特定の方法において、コーティングの付着性は、Ｔｉ層、またはＴｉとＮまたは任意の他の好適な元素Ｍ（これはＴｉと組み合わせて基材に良好な付着性を与える）を含む層を最初に付着させることによって、増加させることができる。より特定の実施態様において、純粋なＴｉ金属が最初に外科インプラント基材に付着される。次に、酸素の分圧が徐々に増加されて、純粋なＴｉ金属またはインプラント表面と膜コーティングの間の界面でのＴｉＭｙ（ｙは１以下）から、薄膜コーティングの表面での所望の結晶性酸化チタン相に至る、勾配のあるコーティングを得る。別の実施態様において、この方法は、Ｔｉ（Ｏ２−ｘ，Ｃｙ１，Ｎｙ２）ここで０≦ｘ＜２、ｙ１＋ｙ２＝ｙ、且つ０≦ｙ≦１を形成するために、窒素および／または酸素圧力下での、元素Ｍ、例えばＣ、とＴｉとのコースパッタリングを含む。窒素および酸素の分圧、および炭素のスパッタ速度は、膜に任意の勾配構造を形成するために、制御可能である。さらに別の実施態様において、この薄膜コーティングは、Ｔｉ（Ｏ２−ｘ，Ｃｙ１，Ｎｙ２）（ここでｘ、ｙ１およびｙ２は上で定義されたものである）を形成するために、窒素および／または酸素圧力下でのＴｉ蒸発およびＣスパッタリングによって形成されてもよい。窒素および酸素の分圧および炭素のスパッタ速度は、その組成物の範囲内において膜中の任意の勾配構造を形成するために、制御可能である。
【００４２】
本発明の特定の実施態様において、薄膜酸化チタンコーティングは多孔性特性を伴って付着され、それゆえ所望の機能特性、例えば活性薬剤成分（ドラッグ）、生体分子、またはイオン、またはそれらに類するもの、またはそれらの組み合わせ、を有する放出可能な薬剤を積む（load）のに好適である。薄膜コーティングに積まれた放出可能な薬剤を含む外科インプラント複合材料は、目標とするおよび／または制御された生体内での薬剤の放出に有利である。外科インプラント基材上への多孔性酸化チタンコーティングは、当該技術分野で既知の任意の積載技術を介して、放出可能な薬剤、例えばドラッグ、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを積むことができる。そのような技術の例は、薄膜コーティングから生体内で後で配送するための放出可能な薬剤の希釈懸濁液に、このコーティングを浸す（ｓｏａｋｉｎｇ）または真空含浸（ｖａｃｕｕｍ  ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅ）することを含むが、これらに限定はされない。他の例は、吸収積載、溶液積載、蒸発積載（例えば、回転蒸発積載）、溶媒積載、空気懸濁コーティング技術、沈殿技術、スプレー凝固法、またはそれらの組み合わせを含む。この実施態様における使用に好適な放出可能な薬剤の特定の例は、抗生物質、例えばゲンタマイシン、例えば硫酸ゲンタマイシン、および他のアミノグリコシド、例えばアミカシン、カナミシン、ネオミシン、ネチルミシン、パロモミシン、ストレプトマイシン、トブラマイシン、およびアプラマイシン、骨形態形成タンパク質、ペプチド、ビスフォスフォネート、オピオイド、アヘン剤、ビタミン、制がん薬、ヨウ素、銀、それらの組み合わせ、およびこれに類するものを含むが、これらに限定はされない。当業者は、薄膜コーティングの多孔性は、そこからの放出可能な薬剤の所望の放出速度を提供するために、設定され得ることを理解する。
【００４３】
さらなる実施態様において、外科インプラント基材と薄膜コーティングとを含む複合材料は、薄膜コーティングの表面に提供された生体模倣コーティングをさらに含んでもよい。生体模倣コーティングは当該技術分野において既知であり、任意の好適な生体模倣コーティングがここで利用されてもよい。一実施態様において、生体模倣コーティングは、アパタイト、例えば、ヒドロキシルアパタイト（ＨＡ）、リン酸カルシウム、またはそれらに類するものを含む。生体模倣コーティングの厚みは、望まれる複合材料の用途に応じて選択されてもよい。一実施態様において、複合材料が外科インプラント基材を含み、生体模倣コーティングが約１００μｍ未満の厚みを有し、そしてより具体的には約５０μｍ未満の厚みを有する。さらなる実施態様において、生体模倣コーティングは約５μｍ未満の厚みを有する。複合材料は、当該技術分野で既知の好適なコーティング技術によって、生体模倣コーティングが備えられてもよい。
【００４４】
一実施態様において、外科インプラント基材と所望の薄膜コーティングとを含む複合材料は、ＨＡまたはブルッシャイト（ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ）または類似の材料の生体模倣付着のために、リン酸カルシウム緩衝溶液に浸けられる。この付着速度と構造は、溶液温度、組成および溶液強度を介して制御される。ブルッシャイトは、４．２以下のｐＨを有する緩衝溶液から付着され、ＨＡまたは不完全なＨＡが４．２以上のｐＨを有する緩衝溶液から付着される。特定の実施態様において、ＨＡは、模擬体液またはリン酸緩衝衛生生理食塩水を介して付着される。好ましくは、その溶液温度は９５℃以下であり、より具体的には、７０℃以下であり、より具体的には３７℃である。例えば、二酸化チタン薄膜でコートされたインプラント基材は、溶液中で数ヶ月までの期間、好ましくは７日まで、３７℃で漬けられる。
【００４５】
随意的に、生体模倣コーティングは、上述された当該技術分野で既知の積載技術のいずれかを介して、上述された所望の機能的特性を有する放出可能な薬剤を積むことが可能である。このように生体模倣コーティングを積むことは、目標とするおよび／または制御された生体内での薬剤の放出に有利である。一実施態様において、放出可能な薬剤は、生体模倣コーティングの形成と平行して積むことが可能である。
【００４６】
随意的に、この積んだコーティング、薄膜コーティングまたは生体模倣コーティングのいずれかは、放出薬剤の放出を延長するために放出可能なポリマーで順にコーティングされてもよい。再吸収性ポリマーは、任意の好適な技術、例えば溶解、コーティングされた基材への溶融またはスプレー、および乾燥または固化を介して、適用することができる。このポリマー層の厚みは、２００μｍ以下が好適であり、好ましくは５０μｍ以下である。このようなポリマーの例は、ポリ乳酸、フマル酸プロピレンおよびキトサンを含むが、これらに限定はされない。随意的に、シクロデキストリンは、さらに放出可能な薬剤の低速放出を得るために使用することができる。
【００４７】
本発明の別の態様において、キットが提供され、それは外科インプラント複合材料を含み、外科インプラント基材とここで説明した酸化チタンの薄膜コーティングとを含み、随意的に生体模倣コーティングを含み、所望の機能的特性、例えば活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子を有する放出可能な薬剤の溶液を一以上伴う。この溶液と該外科インプラント複合材料の接触の際に、該溶液が該外科インプラント複合材料の上に該放出可能な薬剤を積むことができる。したがって、インプランテーションの前に、特定の複合材料を、そのインプラントを予定した特定の患者の要求に応じて選択された放出可能な薬剤と組み合わせることができる。
【実施例】
【００４８】
本発明の複合材料および方法の種々の実施態様が以下の例で説明される。
【００４９】
例１
【００５０】
この例は、本発明による複合材料を実証する。セルフ−クリーニングガラス、例えば窓を提供するために、ガラスがまだ溶融状態の間に、非常に薄い層のＴｉＯ２がガラス表面に組み込まれ、ＴｉＯ２が窓から損耗しないようにされる。本発明の一実施態様では、この窓ガラスは、Ｔｉ酸化物勾配構造を有する薄膜コーティングを付着することによって、コーティングされ、その構造においては、付着性および耐摩耗性を促進するために、コーティングの酸素含有率がガラス表面に近いところでは外側の薄膜コーティング表面より低くなっている。セルフ−クリーニングガラスおよび他のタイプの光触媒用途に関して、ＴｉＯ２含有表面の最外部が結晶質であることが好ましい。
【００５１】
例２
【００５２】
光電池用途、例えば湿式および固体Ｇｒａ（ａは原文ではアーウムラウト）ｔｚｅｌ太陽電池の両方では、活性部品の一つは電荷収集電極基材に接続したＴｉＯ２含有層からなる。通常、この層はゾルゲルプロセスで形成される。本願発明の一実施態様では、この電極基材が、Ｔｉ酸化物勾配構造を有する薄膜コーティングを付着することによって、コーティングされ、その構造においては、付着性および耐摩耗性および／または電気輸送を促進するために、コーティングの酸素含有率が電極表面に近いほど薄膜コーティング表面より低くなっている。光電気化学太陽エネルギー変換に関して、ＴｉＯ２薄膜は、ナノ結晶質または多結晶質であることが有利である。
【００５３】
例３
【００５４】
エレクトロクロミック素子において、ＴｉＯ２は、イオン（および付随電子）インターカレーションの際に色を変化させる活性エレクトロクロミック層として使用されてもよい。このような用途において、ＴｉＯ２は通常、透明な導電性基材に付着される。本発明の一実施態様では、エレクトロクロミック素子における導電材が、Ｔｉ酸化物勾配構造を有する薄膜コーティングを付着することによって、コーティングされ、その構造においては、付着性を促進するために、コーティングの酸素含有率が基材に近いほど、イオン伝達性電解質側の薄膜コーティング表面より低くなっている。このタイプの用途では、コーティングの低酸素含有率部を充分に低く保ち、光透過性の損失を防ぐことが重要である。エレクトロクロミック用途に関して、Ｔｉ酸化物薄膜コーティングは、非晶質またはアナターゼであることが有利である。
【００５５】
例４
【００５６】
一例において、スパッタで付着させたナノ結晶ルチルＴｉＯ２の薄膜コーティングを有するが、勾配構造は有しない外科インプラント基材が、模擬体液に７日間６０℃の温度で浸けられ、そこにヒドロキシルアパタイト（ＨＡ）の生体模倣コーティングを形成した。次に、活性物質、例えばゲンタマイシンがその表面に形成されたＨＡ生体模倣層に浸けられる。別の例では、ＨＡが、３７℃の模擬体液中に基材を４８時間だけ貯蔵する間に、ＴｉＯ２薄膜コーティング上に核を形成することが可能である。この後、活性物質、例えばゲンタマイシンが模擬体液と混合されて、ＨＡと共沈および／または共晶（ｃｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅ）することが可能である。さらに別の例では、ＨＡの薄膜がＴｉＯ２薄膜コーティング上に形成されることが可能であり、その後で複合材料が、望ましい厚みＨＡ含有生体模倣層が形成されるまで、二つの別の溶液に交互に浸けられる。ここで、一つの溶液が活性物質を含み、そしてもう一方の溶液が模擬体液を含んでいる。
【００５７】
例５
【００５８】
基材に酸化チタンコーティングを付着させるために、一連の試験を行った。特に、段階的な二酸化チタン薄膜を、反応性ＤＣマグネトロンスパッタリングユニット（Ｂａｌｚｅ  ＵＴＴ４００）で調製した。これらの試験におけるコーティングを、以下で説明するスパッタリング条件を用いてグレード２Ｔｉインプラントに付着させた。作業チャンバーにターボ分子ポンプ（ＴＭＵ５２１Ｐ）を搭載した。このチャンバーは、バッキング後で約１０−７ｍｂａｒのベース圧力であった。アルゴンと酸素を、マスフローコントローラー（Ｂｒｏｎｋｈｏｒｓｔ  Ｈｉ−Ｔｅｃ）で制御される異なるノズルからチャンバーにスプレーした。チャンバー内の圧力は、チャンバーとポンプの間に搭載した手動バルブによって調整し、キャパシタンスダイアフラムゲージ（モデルＣＭＨ−０１Ｓ０７）によって測定した。サンプルホルダーを回転させた。高純度チタンターゲット（９９．９％、２インチ直径×０．２５インチ厚み、Ｐｌａｓｍａｔｅｒｉａｌより購入）を薄膜を付着させるために使用した。反応性スパッタリングのために、高純度アルゴン（９９．９９７％）および酸素（９９．９９７％）を使用した。スパッタリング条件は次のとおり：９００ｍＡの電流、３３０Ｗの効率、２０ｍＴｏｒｒの圧力、０〜４ｍｌ／分の酸素ガス流（勾配構造を形成するまで）、および１００ｍｌ／分のアルゴンガス流。
【００５９】
第一の試験（試験１）を、１０ｎｍ厚みの高純度チタンの層を最初に付着させることによって実施した。この高純度チタン層の表面に、酸素ガス流を徐々に０から定常値まで増加させながら、５０ｎｍの第二層を形成し、結果物のＴｉ酸化物層に酸素含有率の勾配をもたらした。酸素流がＴｉＯ２を生成するほど充分に高いときは、２００ｎｍ厚みのＴｉＯ２層を形成するまで、その流れに一定に保った。これらの工程の間の基材温度は３５０℃で一定に保った。結果として得た材料をサンプル１と称する。
【００６０】
第二の試験（試験２）では、上記と同様のコーティングを、基材を加熱せずに付着させて、サンプル２を形成した。
【００６１】
第三の試験（試験３）では、Ｔｉ層とその上のＴｉＯ２層だけを形成し、その間に勾配構造をつくらないことも行った。これらの工程の間の基材温度は、サンプル３を形成するまで３５０℃で一定に保った。
【００６２】
層組成に関するＸ線回折（結晶相の検出）、膜厚みの断面調査のための走査型電子顕微鏡（ＬＥＯ４４０）、および勾配構造検出のためのＸＰＳを用いて、得られたコーティングの特性を明らかにした。コーティング付着性は、Ｒｏｃｋｗｅｌｌ  Ｃ  インデントを用いて測定した。
【００６３】
試験１および２からもたらされたサンプル１および２におけるコーティングは、約２６０ｎｍ厚みであり、一方試験３からもたらされたサンプル３は約２１０ｎｍ厚みであった。コーティングの最外部は３５０℃で付着させ、サンプル１および３はナノ結晶質であった。図１に示すとおり、サンプル１はルチル相ＴｉＯ２を含んでいた。サンプル３の勾配のないコーティングについてのスペクトルも同様であった。加熱しないで付着させた、サンプル２のコーティングは、非晶質であり、Ｔｉ基材からのピークだけが検出可能であった。
【００６４】
勾配のあるコーティングのＸＰＳ分析は、試験１および２のサンプル１および２で製造したコーティング中の勾配領域は、約５０ｎｍであり、これは図２に示されたサンプル１のＸＰＳから明らかである。
【００６５】
Ｒｏｃｋｗｅｌｌ  Ｃ  インデントを用いた基材付着性試験は、サンプル１の基材を加熱して付着した勾配のあるコーティングが最も高い付着性を有することを示した。
【００６６】
これらの試験は、３５０℃で付着し、酸素含有率の勾配を有する酸化チタン含有コーティング（サンプル１）がナノ結晶質であり、勾配のない酸化チタン含有コーティング（サンプル３）や室温で付着し勾配を有する酸化チタン含有コーティング（サンプル２）と比べて、高い付着性を有することを示した。
【００６７】
例６
【００６８】
例５のサンプル１〜３を、Ｋｏｋｕｂｏ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｈｏｗ  ｕｓｅｆｕｌ  ｉｓ  ＳＢＦ  ｉｎ  ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｂｏｎｅ  ｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ？，”  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，  ２７：２９０７−２９１５  （２００６）の方法にしたがって、生体外でのそれらの生物活性について試験をした。
【００６９】
模擬体液（ＳＢＦ）またはリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）中に骨生物活性材料を浸すことは、表面に生体模倣ＨＡコーティングの形成をもたらす。したがって、例５の酸化チタンをコーティングしたインプラントを、以下の手順で、２０ｋＨｚの共鳴で、超音波洗浄した：アセトン、エタノールおよび最後に脱イオン水バスにそれぞれ５分間。続いて直ぐにコーティングしたＴｉインプラントを、ファルコンチューブ内の予熱した３７℃の４０ｍｌのリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ  Ｄｕｌｂｅｃｃｏ’ｓ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｓａｌｉｎｅ，  Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙ  Ｌｔｄ）に浸けた。ＨＡの存在を、薄膜Ｘ線回折および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて検出した。
【００７０】
ＰＢＳ溶液中での７日後に、均質な多孔性生体模倣ヒドロキシルアパタイト層が、図３に示されるように、サンプル１およびサンプル３のナノ結晶質二酸化チタン表面上に形成された。室温で付着したサンプル２のコーティングは、表面上に生体模倣ヒドロキシルアパタイト層を示さなかった。
【００７１】
したがって、この結晶質コーティングは生物活性であり、生体模倣ＨＡコーティングが形成された。この非晶質コーティングは生物活性ではなかった。
【００７２】
例７
【００７３】
一連の薬剤積載試験を、例６のＨＡコーティングした結晶質酸化チタンコーティングで実施した。具体的には、積載する薬剤は、抗生物質薬剤の硫酸ゲンタマイシン（ＧＳ）を使用し、ヒドロキシルアパタイト層（ＨＡ）に組み込んだ。全ての試験を、３７℃のファルコンチューブ中で行った。二つの浸漬手順を試験した：
【００７４】
例６のＨＡコーティングを水−ＧＳ溶液に３日間浸けた（試験４）。
【００７５】
例６のＨＡコーティングをＰＢＳ−ＧＳ溶液に７日間浸けた（試験５）。これは、ＧＳおよびＨＡの両方を共沈および／または共晶を可能とした。
【００７６】
第二の一連の試験では、エタノールを該溶液（１０ｗｔ％）を加えて、ＧＳの溶解度を下げた。これらの試験を、試験６および７とする。
【００７７】
インプラントからのＧＳの放出を、黄色ブドウ球菌、表皮ブドウ球菌、および緑膿菌バクテリアを用いて調査した。全ての菌を、３７℃のＭｕｌｌｅｒ−Ｈｉｎｔｏｎ  （Ｄｉｆｃｏ）寒天プレート上で一晩成長させた。例４〜７で得たサンプル４〜７をそれぞれ、その寒天プレートに置き、それらのサンプルの周りで死滅したバクテリアの半径を、時間の関数として測定した。
【００７８】
全てのサンプルが２４時間以上の抗菌作用を示し、サンプル６および７はサンプル４および５よりも広い作用範囲を示した。またサンプル６および７はサンプル４および５よりも長い放出期間を示した。
【００７９】
これらの試験で、例４および５に記載したＨＡ／結晶質コーティングからの薬剤放出が低速であることが示された。
【００８０】
例８
【００８１】
一つの例において、外科インプラント基材の表面に高純度Ｔｉの薄い層（２０ｎｍ）をスパッタコーティングした。この層の表面に、酸素含有率を０から２まで増やしながらＴｉ酸化物層をスパッタ付着させた。結果として得られた勾配のある層の厚みは７０ｎｍであった。最外の生物活性コーティングとして、ナノ結晶質ＴｉＯ２の層をスパッタした（１００ｎｍ）。このコーティングしたインプラント表面をＰＢＳに浸け、生体模倣ＨＡ層を形成した。得られた材料を、パックし、シールしそしてガンマ放射を用いて殺菌した。殺菌したインプラントを、アモキシシリンを含有する液体溶液に１５分間浸けた。この薬剤の効果を、バクテリアを伴う標準寒天プレートを用いて生体外で調査した。この（薬剤に）浸けたインプラントは、２４時間以上の抗菌作用を示した。この結果は、このインプラントの延長された抗菌作用が、インプランテーションの直前に多孔性生体模倣ＨＡ層を含むインプラントを浸けることによって得られること、を示した。
【００８２】
ここで記載された特定の説明および実施態様は、実際は例示にすぎず、特許請求の範囲によって定義される本発明を限定することを意図するものではない。さらなる実施態様および例は、本明細書を参照した当業者には明らかであり、本願発明の範囲内である。
【図１】
2010508942.tif 000003
【図２】
2010508942.tif 000004
【図３】
2010508942.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月9日(2009.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科インプラント基材および該基材に付着した薄膜コーティングを含む外科インプラント複合材料であって、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングの最外部は結晶質である、外科インプラント複合材料。
【請求項２】
該薄膜コーティングは薄膜コーティング厚みの少なくとも一部を通じて組成に勾配があり、ここで該薄膜コーティングは該基材表面においては実質的に酸素を含まない、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項３】
該組成に勾配がある薄膜コーティングの一部の厚みが約７ｎｍより大きい、請求項２に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項４】
該勾配がある組成が、該基材から該薄膜コーティング表面に伸びる方向に酸素含有率が増加する、請求項２に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項５】
該薄膜コーティングが、約３０μｍ未満の厚みを有する、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項６】
ＭがＣ、Ｎ、Ａｇ、Ｉ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、ＨｆおよびＰからなる群から選択される、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項７】
該基材が金属製である、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項８】
該薄膜コーティングが、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤を積んでいる、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項９】
該薄膜コーティングの上に、アパタイトまたはリン酸カルシウムを含む生体模倣コーティングをさらに含み、該生体模倣コーティングの厚みが約１００μｍ未満である、請求項１に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１０】
該生体模倣コーティングがヒドロキシルアパタイトを含む、請求項９に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１１】
該生体模倣コーティングが、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤を積んでいる、請求項９に記載の外科インプラント複合材料。
【請求項１２】
請求項１に記載の外科インプラント複合材料と、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤の溶液の少なくとも一つとを含むキットであって、該溶液と該外科インプラント複合材料の接触の際に、該溶液が該外科インプラント複合材料の上に該放出可能な薬剤を積むことができる、キット。
【請求項１３】
請求項９に記載の外科インプラント複合材料と、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤の溶液の少なくとも一つとを含むキットであって、該溶液と該外科インプラント複合材料の接触の際に、該溶液が該外科インプラント複合材料の上に該放出可能な薬剤を積むことができる、キット。
【請求項１４】
物理気相成長技術または化学気相成長技術によって薄膜コーティングを外科インプラント基材に付着させることを含む、外科インプラント複合材料を形成する方法であって、該薄膜コーティングがＴｉＯ２−ｘＭｙを含み、ここでＭは該コーティングの該基材に対する付着性に不利な影響を与えない一又は複数の元素であり、ｙは全てのＭ元素のモル数の合計であり、０≦ｘ≦２且つ０≦ｙ≦１であり、ここで該薄膜コーティングの最外部は結晶質である、方法。
【請求項１５】
該薄膜コーティングに、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤を積むこと、をさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
該薄膜コーティングの上に生体模倣コーティングを形成すること、をさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
該生体模倣コーティングに、活性薬剤成分、イオンもしくは生体分子、またはそれらの組み合わせを含む放出可能な薬剤を積むこと、をさらに含む請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2010508942.tif 000006
2010508942.tif 000007
2010508942.tif 000008