(57)【要約】【課題】本発明は、生体内に埋め込まれて使用される人工生体材料（インプラント材料）に関する。詳しくは人工骨、人工関節、人工歯根等の人工生体材料として、有用なコロイダルシリカ粒子付着型人工生体材料とその製造法に関する。【解決手段】生体内に埋め込まれて使用される材料であって、その材料表面にコロイダルシリカ粒子を付着させた人工生体材料、及び前記材料を、コロイダルシリカ粒子の懸濁液に接触させ、温度１〜１１５℃にて乾燥させることからなる前記人工生体材料の製造方法を提供する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内に埋め込まれて使用される材料であって、該材料表面にコロイダルシリカ粒子を付着させた人工生体材料。
【請求項２】
前記コロイダルシリカ粒子の平均粒径が、４〜１００ｎｍである請求項１に記載の人工生体材料。
【請求項３】
前記材料が、チタン又はチタン合金である請求項１に記載の人工生体材料。
【請求項４】
請求項１に記載の人工生体材料からなる、歯科治療に使用される歯欠損部用充填材料。
【請求項５】
請求項１に記載の人工生体材料からなる、整形外科治療に使用される人工骨又は人工関節。
【請求項６】
前記材料を、コロイダルシリカ粒子の懸濁液に接触させ、温度１〜１１５℃にて乾燥させることからなる請求項１に記載された人工生体材料の製造方法。
【請求項７】
前記コロイダルシリカ粒子の懸濁液のシリカ濃度が０．０１〜４０質量％である請求項６に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体内に埋め込まれて使用される人工生体材料（インプラント材料）に関する。
詳しくは人工骨、人工関節、人工歯根等の人工生体材料として、有用なコロイダルシリカ粒子付着型人工生体材料とその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、骨の欠損部分の代替などでチタン製の人工生体材料が使われている。チタンは人体内においてその表面にリン酸カルシウムが形成（以下石灰化という）されるため、骨組織との親和性が良いことが知られている。
石灰化を促進する手段としては、チタン金属表面のアルカリ処理が知られている。また、チタン金属表面をサンドペーパーにて研磨する方法もある。促進の原因は、ケイ素（Ｓｉ）がチタン表層に移行し、緻密な結晶を形成することによって石灰化が促進されると考えられている。他方、ケイ素またはチタンのアルコキシドを強酸などの処理をして、チタン表面にシリカゲル被膜層などを形成させることにより石灰化が促進されることが知られ、その改良方法が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
しかしながら、この処理では、シリカゲルの被膜層の形成において、高温加熱（４００〜１０００℃）処理を行うため、シリカゲル被膜層の収縮・剥離が促進される。そのため、石灰化能が弱くなり、再現性に乏しく、煩雑な処理となる問題がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−０５２４８４号公報（特許請求の範囲、発明の詳細な説明）
【特許文献２】
特開平１０−０５２４８３号公報（特許請求の範囲、発明の詳細な説明）
【特許文献３】
特開平０６−１６９９８１号公報（特許請求の範囲、発明の詳細な説明）
【特許文献４】
特開平０６−０２３０３０公報（特許請求の範囲、発明の詳細な説明）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、石灰化能に優れ、かつ、チタン表面に対して研磨、熱、アルカリ、強酸などの煩雑な処理を必要とせずに製造し得る人工生体材料及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は鋭意努力した結果、コロイダルシリカ粒子が、研磨、熱、アルカリ、強酸などの処理をせずにチタン表面に効率的に付着し、その結果得られる人工生体材料が優れた石灰化促進能を有することを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明の人工生体材料は、材料表面にコロイダルシリカ粒子を有することを特徴とする。本発明を以下に述べる。
発明の第一観点は、生体内に埋め込まれて使用される材料であって、その材料、好ましくはチタン又はチタン合金の表面にコロイダルシリカ粒子、好ましくは平均粒径が４〜１００ｎｍであるコロイダルシリカ粒子を付着させた人工生体材料である。
発明の第二観点は、第一観点に記載された人工生体材料からなる、歯科治療に使用される歯欠損部用充填材料である。
発明の第三観点は、第一観点に記載された人工生体材料からなる、整形外科治療に使用される人工骨又は人工関節である。
発明の第四観点は、材料を、コロイダルシリカ粒子の懸濁液に、好ましくはシリカ濃度が０．０１〜４０質量％であるコロイダルシリカ粒子の懸濁液に接触させ、温度１〜１１５℃にて乾燥させることからなる第一観点に記載された人工生体材料の製造方法である。
【０００６】
本発明で使用されるコロイダルシリカ粒子は、４〜１００ｎｍの平均粒径を有するシリカ粒子である。
【０００７】
一般にコロイダルシリカと称される、コロイダルシリカ粒子の安定な懸濁液が販売されている。ここではコロイダルシリカ粒子は、市販のコロイダルシリカを用いるとコロイダルシリカ粒子のパウダーを分散させずに使用できて好ましい。
【０００８】
コロイダルシリカは、平均粒径により任意に選択することができる。また、安定な水性懸濁液の形態として、ナトリウム安定型コロイダルシリカ、アンモニア安定型コロイダルシリカ、酸性安定型コロイダルシリカが知られている。
【０００９】
例えば、ナトリウム安定型コロイダルシリカとしては、スノーテックス（登録商標）  ＸＳ（日産化学工業（株）製）：平均粒径４ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  Ｓ（日産化学工業（株）製）：平均粒径９ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  ３０（日産化学工業（株）製）：平均粒径１２ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  ５０（日産化学工業（株）製）：平均粒径２１ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  ＸＬ（日産化学工業（株）製）：平均粒径４５ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  ＹＬ（日産化学工業（株）製）：平均粒径６５ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  ＺＬ（日産化学工業（株）製）：平均粒径８５ｎｍなどが挙げられる。
【００１０】
同じく、アンモニア安定型コロイダルシリカとしては、スノーテックス（登録商標）  ＮＸＳ（日産化学工業（株）製）：平均粒径４ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  ＮＳ（日産化学工業（株）製）：平均粒径９ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  Ｎ（日産化学工業（株）製）：平均粒径１２ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  Ｎ−４０（日産化学工業（株）製）：平均粒径２１ｎｍなどが挙げられる。
【００１１】
そして、酸性安定型コロイダルシリカとしては、スノーテックス（登録商標）ＯＸＳ（日産化学工業（株）製）：平均粒径４ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  ＯＳ（日産化学工業（株）製）：平均粒径９ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  Ｏ（日産化学工業（株）製）：平均粒径１２ｎｍ、スノーテックス（登録商標）  Ｏ−４０（日産化学工業（株）製）：平均粒径２１ｎｍなどが挙げられる。
【００１２】
また、コロイダルシリカの安定な有機溶媒の懸濁液もあり使用することができる。有機溶媒型コロイダルシリカとしては、メタノール溶媒型としてＭＡ−ＳＴ（日産化学工業（株）製）：平均粒径１２ｎｍ、イソプロパノール溶媒型ＩＰＡ−ＳＴ（日産化学工業（株）製）：平均粒径１２ｎｍなどが挙げられる。
【００１３】
このコロイダルシリカ粒子（コロイダルシリカ）の平均粒径は、通常窒素吸着法により測定された比表面積より球状粒子に換算して得られる、窒素吸着法粒子径が採用されている。その平均粒径（Ｄｎｍ）は、比表面積Ｓｍ２／ｇと真比重ｄｇ／ｃｍ３とから、Ｄ＝６０００／（Ｓ×ｄ）の式によって与えられる。
【００１４】
コロイダルシリカ粒子の平均粒径としては、４〜１００ｎｍである。コロイダルシリカ粒子の粒子径が小さい方がより付着力が強くなり好ましい。よって、好ましくは４〜５０ｎｍ、より好ましくは４〜２０ｎｍである。
【００１５】
本発明における生体内に埋め込まれて使用される材料としては、アルミナ、ジルコニア、ステンレス合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ合金、チタン、チタン合金などから選択することができる。なかでもチタン又はチタン合金が好ましい。
チタン合金としては、チタン（Ｔｉ）を主成分とするが、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｔなどを添加した合金を使用することができる。好ましくはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金が挙げられる。
【００１６】
次に、人工生体材料の製造方法について述べる。
形状として、線状、網状、斑点状、もしくはこれらの形状を組み合わせた種々のパターンを有する材料を用意する。
【００１７】
次いで、材料をコロイダルシリカ粒子の懸濁液（コロイダルシリカ）に接触させる。ここで、接触方法として、浸漬、塗布など公知の方法を用いることができる。
【００１８】
高濃度のコロイダルシリカでの接触処理後は、適宜水洗などで、過剰の付着コロイダルシリカ粒子を除くことが好ましい。
【００１９】
ここで、コロイダルシリカのシリカ（ＳｉＯ２）濃度としては、１０〜４０質量％のものが市販品より入手することができる。コロイダルシリカのシリカ濃度は、０．０１〜４０質量％に濃度調製して使用することができる。
【００２０】
ここで、接触処理後における水洗工程を入れる場合は、シリカ濃度１０〜４０質量％であり、接触処理後における水洗工程を除くことを希望する場合は、シリカ濃度０．０１〜１０質量％が挙げられる。
【００２１】
接触処理後の材料は、温度１〜１１５℃にて乾燥させることにより、容易に材料表面にコロイダルシリカ粒子を付着させることができる。乾燥においては、コロイダルシリカ粒子の付着水が除去される。
【００２２】
大気中での乾燥では、日本薬局方で室温と称される温度１〜３０℃、同様に常温と称される温度１５〜２５℃で行うことができる。恒温乾燥機を用いる乾燥では、３０〜１１５℃で行うことができる。
【００２３】
かように得られた本発明の人工生体材料は、歯科治療における歯欠損部用充填材料として、又は整形外科治療における人工骨又は人工関節器具として有益である。
【００２４】
【実施例】
実施例
ＪＩＳ２種純チタン板（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ）を３５ｍｍ径のプラスティックシャーレに入れコロイダルシリカ粒子の懸濁液（シリカ濃度２０質量％：スノーテックス（登録商標）  Ｏ、日産化学工業（株）製）２ｍｌを加えた。２４時間後、チタン板を取り出して水洗後乾燥させて本発明の人工生体材料となした。
比較例１〜４
コロイダルシリカにより処理されたチタン板（本発明の人工生体材料）の比較として、ＪＩＳ２種純チタン板（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ）を、無処理（比較例１）、耐水研磨紙（＃８００）（比較例２）及びアルミナ研磨紙（＃８００）（比較例３）の自動研磨装置による約２０分の研磨、並びに６０℃で２４時間の５Ｍ水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液処理（アルカリ処理）（比較例４）して比較例１ないし４の人工生体材料をそれぞれ作製した。
【００２５】
試験例１：石灰化量の定量試験
上述の実施例で得られた本発明の人工生体材料を３５ｍｍ径のプラスティックシャーレに入れ、これに０．５μＣｉ／ｍｌの４５Ｃａを含有したＭＥＭ液（シグマ・アルドリッチ社製）２ｍｌを加えて３７℃、５％ＣＯ２条件下に置いた。７日後、人工生体材料を取り出して温度２０℃で乾燥後、表面の４５Ｃａ量を測定した。その結果を図１に示す。
一方で、比較例１ないし４の人工生体材料を３５ｍｍ径のプラスティックシャーレにそれぞれ入れ、０．５μＣｉ／ｍｌの４５Ｃａを含有したＭＥＭ液（シグマ・アルドリッチ社製）２ｍｌを加えて３７℃、５％ＣＯ２条件下に置いた。７日後、人工生体材料を取り出して温度２０℃で乾燥後、表面の４５Ｃａ量を測定した。その結果を図１に示す。
結  果
チタン板の無処理（比較例１）においては、石灰化が殆ど認められなかった。また、チタン板の耐水研磨紙による研磨（比較例２）、アルミナ研磨紙による研磨（比較例３）およびアルカリ処理（比較例４）により得られた人工生体材料においては石灰化は認められるものの、十分ではなかった。これに対して、チタン板のコロイダルシリカ処理により得られた本発明の人工生体材料（実施例）では、強力な石灰化作用が認められ、アルカリ処理のおよそ３倍のカルシウム形成がみられた。
【００２６】
試験例２：チタン表面粒子の電子顕微鏡観察および結合状態
ＪＩＳ  ２種純チタン板（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ）を３５ｍｍ径のプラスティックシャーレに入れコロイダルシリカ（シリカ濃度２０質量％：スノーテックス（登録商標）  Ｏ、日産化学工業（株）製）２ｍｌを加えた。２４時間後、チタン板を取り出して水洗後乾燥させて本発明の人工生体材料となした後、該人工生体材料を３５ｍｍ径のプラスティックシャーレに入れ、これに０．５μＣｉ／ｍｌの４５Ｃａを含有したＭＥＭ液（シグマ・アルドリッチ社製）２ｍｌを加えて３７℃、５％ＣＯ２条件下で培養した。７日後、人工生体材料を取り出して温度２０℃で乾燥させ、その表面を電解放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）にて観察した。その撮影写真を図２に示す。次に、コロイダルシリカ粒子のチタン板への結合状態を確認する為に、人工生体材料を超音波洗浄処理した後、ＦＥ−ＳＥＭで観察した。
（１）チタン表面粒子の電子顕微鏡観察
コロイダルシリカ処理後のチタン表層には、コロイダルシリカ粒子の表面付着が認められた。さらに、大きさ数μｍ程度の顆粒状石灰化物が高密度に認められた（図２参照。）。
（２）チタン表面粒子の結合状態
このチタン表層に結合したコロイダルシリカ粒子は、超音波洗浄処理によっても剥がれるなどの影響は見られなかった。
【００２７】
試験例３：コロイダルシリカによる石灰化作用の処理時間の検討
ＪＩＳ２種純チタン板（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ）を３５ｍｍ径のプラスティックシャーレに入れコロイダルシリカ（シリカ濃度２０質量％：スノーテックス（登録商標）  Ｏ、日産化学工業（株）製）２ｍｌを加えた。６時間後及び２４時間後においてそれぞれ、チタン板を取り出して水洗後乾燥させ、０．５μＣｉ／ｍｌの４５Ｃａを含有したＭＥＭ液（シグマ・アルドリッチ社製）２ｍｌを加えて３７℃、５％ＣＯ２条件下で培養した。２４時間後、チタン板を取り出して温度２０℃で乾燥後、その表面の４５Ｃａ量を測定した。結果を図３に示す。
図３から、チタン板をコロイダルシリカにより６時間の短時間処理をしても、２４時間の処理をしたと同様の石灰化効果が認められた（図３参照。）。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の人工生体材料は、生体内に埋没すると速やかにリン酸カルシウムの付着が起こる。ここでチタン板等へのコロイダルシリカ粒子の結合様式が付着によるため、従来のシリカゲル被覆層と比較して、骨組織との結合時にずれや剥離などが生じず、強固な生体融和が起こる。
よって、本発明の人工生体材料は、骨組織と短期間でかつ再現性よく結合することができるため、患者の負担を軽減する人工骨、人工関節、人工歯根等の人工生体材料として有用である。また、本発明の方法によれば、これらの人工生体材料を容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各々、無処理、耐水研磨紙、アルミナ研磨紙、アルカリ処理及びコロイダルシリカ処理されたチタン表面に付着したカルシウム量を示したグラフである。
【図２】コロイダルシリカが付着され、及び石灰化物が形成されたチタン表面を電子顕微鏡にて撮影した写真である。
【図３】コロイダルシリカによる処理を６時間及び２４時間行った後のチタン板に付着したカルシウム量を示したグラフである。
【図１】
2005013261.tif 000002
【図２】
2005013261.tif 000003
【図３】
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