(57)【要約】【解決手段】本発明による生体材料用の多孔体組成物は、チタン、ニッケル、鉄およびモリブデンからなる多孔質組成物に、０．１から３．０原子％のＡｌ（アルミ）を加えて製造され、生体組織や細胞の気孔内への成長を促進させる。Ｎｉ、Ｔｉ、ＦｅおよびＭｏにＡｌを添加することにより、液相の形成温度を低くすることができ、組成物の構成元素の拡散を促進させるとともに、構成元素の分布を均一にする。したがって、金属架橋内で１０−２μｍ〜１０μｍ範囲のサイズを有する微細気孔の分布が５％を超える程度に、多孔体内での微細気孔の割合が増加する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ、Ｔｉ、ＦｅおよびＭｏを含む生体材料用の多孔体組成物において、
上記組成物は、上記多孔体内に微細気孔の分布が増加するようにアルミをさらに含むことを特徴とする生体材料用の多孔体組成物。
【請求項２】
上記組成物内でのＮｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、ＭｏおよびＡｌの組成比が、それぞれ、Ｎｉ：４８．０から５２．０原子％、Ｔｉ：４０．０から５１．７８原子％、Ｆｅ：０．０２から３．０原子％、Ｍｏ：０．１から２．０原子％およびＡｌ：０．１から３．０原子％であることを特徴とする請求項１に記載の生体材料用の多孔体組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体材料に用いられるＴｉＮｉ多孔体の合金組成に関するものであり、より詳しくは、多孔体内の微細気孔の数を増やして細胞や生体組織の成長および活性化に有効な、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金物質とアルミ（Ａｌ）とを含む合金組成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｔｉ−Ｎｉを主成分とし、これにＦｅおよびＭｏが加えられた多孔体合金は、高温自伝合成法（ｓｅｌｆ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ  ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；以下、ＳＨＳと称する）によって製造され、多孔質の構造、優れた機械的性能、生体適応性、形状記憶効果や超弾性等の機能性のため、医療分野で生体材料として活用されつつある。
【０００３】
例えば、外科分野において、開放性損傷部位の二次感染を防ぐとともに生体組織の再生に有利な環境を提供するために、抗生剤を気孔に入れ込んだ多孔体を使用して有効な効果を得てきた。また、生体組織を代替するために試験管内で細胞を培養して生体に移植する組織工学分野にも、多孔質のＴｉＮｉベース合金が使われている。さらに、整形外科分野においても、多孔質のＴｉＮｉベース合金は、生体組織や細胞を培養するための培養器として役割をし生体に人工骨または骨代替物として移植される担体として使われている。多孔質の構造は、体液を通し気孔内への新しい骨組織の成長に有利な環境を提供して、移植物を自然にかつ信頼性よく固定させる。
【０００４】
気孔度、平均気孔サイズ、および気孔サイズの分布などの多孔体内の気孔の特性は、多孔体が多様な医療分野に生体材料として適用されるか否かを判断するうえで極めて重要である。これは、形状記憶特性、超弾性特性、耐疲労特性、機械的安定性等の物理的および機械的特性が気孔の特性によるからである。もし多孔質のＴｉＮｉベース合金が、担体として用いられる金属架橋内で１０−２μｍ〜１０μｍ範囲のサイズを有する微細気孔を含んでいれば、生体材料としての多孔体の適応性はさらに向上される。
【０００５】
多孔体の気孔の特性を構成する気孔サイズとその分布の調節は、多孔質の合金組成物の各成分の組成比とＳＨＳの工程変数に依存する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の医療用のＴｉ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏを含む多孔体は、金属架橋内で１０−２μｍ〜１０μｍ範囲のサイズを有する微細気孔の分布が５％未満であるといった問題がある。
【０００７】
しかし、より向上した生体材料の特性を有し、気孔内への組織および細胞の成長度が増加する生体材料になるためには、微細気孔の分布が５％以上になるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の限界および短所による問題点を解決した生体材料用の多孔体組成物を提供することにある。本発明によると、チタン、ニッケル、鉄、およびモリブデンからなる多孔質組成物にＡｌ（アルミ）を加えて製造され、微細気孔の分布を増加させるとともに、気孔内への組織および細胞の成長度が増加され得る生体材料用の多孔体組成物を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の目的および効果は、ニッケル、チタン、鉄、およびモリブデンからなる多孔体組成物に、微細気孔の分布を増加させるためアルミをさらに加えることによって達成される。
【００１０】
ニッケル、チタン、鉄、およびモリブデン成分にアルミを加えることにより、各成分の組成比が変わり、このため微細気孔の分布が顕著に増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
明細書に統合されてあり明細書の一部を構成する添付図面は、実施例の詳細な説明とともに本発明の原理を説明する役割をする。
図１は、チタンおよびニッケルからなる生体材料用の多孔体組成物の表面に形成された気孔の構造を示す顕微鏡写真であり、
図２は、本発明の好ましい実施の形態により、チタン、ニッケル、鉄、モリブデン、およびアルミを含む生体材料用の多孔体組成物の表面に形成された気孔の構造を示す顕微鏡写真である。
【００１２】
以下、図２に例示された本発明の好ましい実施の形態を詳しく説明する。
【００１３】
本実施の形態において組成比は下記表１にまとめられている。表１に示されている成分比は本発明をそれに限定するためのものではなく、単に本発明の好ましい実施の形態を例示しているものにすぎないとのことが、当業者には明らかであろう。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
本発明のもっとも重要な特徴は、チタン、ニッケル、鉄、およびモリブデンに、アルミを加えることによる組成比の変化にある。好ましい組成比は、 上記表１に示されているように、ニッケル：４８．０〜５２．０原子％、鉄：０．０２〜３．０原子％、モリブデン：０．１〜２．０原子％、アルミ：０．１〜０．３原子％、およびチタン：４０．０〜５１．７８原子％である。
【００１６】
アルミを加えた理由およびその結果は実験的に証明されるが、これらをＳＨＳ工程とともに説明する。
【００１７】
ＳＨＳ工程は簡単であり、エネルギーの面でも大きな利点がある。すなわち、ＳＨＳ工程では、組成物を構成する各成分の粉末を適切な組成比で混合し成形する。次いで、成形体をその一端から点火する。成形体を高温で点火すると、成形体の表面が燃焼し、これが成形体の表面に沿って自ら伝播して多孔体を形成する。
【００１８】
ＳＨＳ工程において、多孔体の微細気孔は、成形体の表面にある不純物の気化により発生したガスと、高温での燃焼によって形成された液相の再配列過程により形成される。
【００１９】
原料粉末の燃焼が成形体の表面で生じ、この燃焼反応の伝播は組成物の各成分の拡散により制御される。合金成分、つまり本発明においてアルミの添加により、液相が形成される組成物の融点が変化し、かかる変化は液相が存在する領域およびその再配列に大きな影響を及ぼす。
【００２０】
すなわち、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、およびＭｏにＡｌが加えられると、融点つまり液相の形成温度が低くなり、燃焼により液相が形成され得る温度の範囲が広くなる。
【００２１】
また、液相が形成される温度範囲が広くなるに伴って、液相内で組成物の構成元素の拡散が増大され、構成元素の分布が均一になり、結果として多孔体内の１０−２μｍ〜１０μｍ範囲のサイズを有する微細気孔の割合が、金属架橋内で５％以上の分布となるまで増加する。
【００２２】
さらに、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、およびＭｏにＡｌを加えることにより構成元素の組成比が変化し、ＳＨＳ工程において初期点火温度がＮｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、およびＭｏからなる組成物の燃焼に必要な温度よりも低くなる。これは液相の形成される温度範囲が広くなることを間接的に証明する。
【００２３】
望ましくは、本発明による組成物においてアルミの組成比は、０．１から３．０原子％である。
【００２４】
アルミの組成比が０．１原子％より小さいと、アルミの添加による多孔体内での微細気孔の分布の増加効果が生じず、むしろ微細気孔の分布が減少され得る。
【００２５】
アルミの組成比が３．０原子％より大きいと、液相が形成されすぎて微細気孔が十分に形成されず、多孔体の気孔度が劣ることがある。
【００２６】
したがって、アルミを０．１原子％未満か３．０原子％を超えて加えるのは望ましくない。
【００２７】
なお、本発明による多孔体組成物において、チタンおよびニッケルを使う理由は、チタンとニッケルとの混合粉末が人体の骨が有する弾性に類似な弾性の超弾性を組成物に与えるからである。また、これらは本発明の組成物が人体の骨組織への優れた生体適応性を有させ、この組成物が歯牙用の移植物等のような生体材料として使われるようにする。
【００２８】
また、モリブデン（Ｍｏ）はチタンおよびニッケル粉末とともに合成工程において相の安定性を向上させる。
【００２９】
本発明による生体材料用の多孔体組成物は、ＳＨＳ工程により１０−２μｍ〜１０μｍ範囲のサイズを有する微細気孔がの一定の割合まで形成されるように用意される。
【００３０】
すなわち、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、およびＡｌ粉末を、上記表１に示されている組成比、つまり原料粉末の重さを測定して、Ｎｉ：４８．０〜５２．０原子％、Ｆｅ：０．０２〜３．０原子％、Ｍｏ：０．１〜２．０原子％、Ａｌ：０．１〜３．０原子％、およびＴｉ：４０．０〜５１．７８原子％となるように用意した。各原料粉末の重さは±０．１ｍｇの誤差範囲内で測定し、組成物全体の重さは±１０ｍｇの誤差範囲内で用意した。
【００３１】
原料粉末は、粉末混合器内で、不活性アルゴンガス雰囲気下、６から８時間、乾式混合した。
【００３２】
混合粉末を、真空乾燥機内で３５０から３６０Ｋの温度で約７時間乾燥した。このような温度で６から８時間乾燥させると、混合物にある水分が十分除去され、安定した点火および燃焼が可能になる。次いで、混合粉末をタッピングにより固化した。
【００３３】
固化した混合粉末をステーンレススチール材の円筒形反応器に入れ、反応器には不活性ガス（アルゴンガス）を流した。アルゴンガスを一定した圧力で供給し、混合粉末を炉内で点火機にパワーを供給することによって加熱した。
【００３４】
加熱工程が終わると、反応器を炉から取り出し水で冷却した。この間、不活性Ａｒガスは持続的に供給される。
【００３５】
かかる工程により製造された多孔体は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、およびＭｏのみの合金から製造された従来の多孔体に比べて、１０−２μｍ〜１０μｍの微細気孔の割合が５％以上を占める気孔構造を有した。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
多孔質Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金にアルミを加えた本発明の合金組成物は、１０−２μｍ〜１０μｍの微細気孔の割合が５％以上に増加し、ゆえに多孔体内で細胞や生体組織の成長を促進させる。したがって、本発明による合金組成物は、生体材料として利用でき多様な医療分野に適用されうる。
【００３７】
当業者には、本発明の精神と範囲を逸脱せず本発明の多様な修正や変形ができるとのことが明らかであろう。本発明は、添付された特許請求の範囲に属する多様な変形例と均等物に及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、チタンおよびニッケルからなる生体材料用の多孔体組成物の表面に形成された気孔の構造を示す顕微鏡写真である。
【図２】図２は、本発明の好ましい実施の形態により、チタン、ニッケル、鉄、モリブデン、およびアルミを含む生体材料用の多孔体組成物の表面に形成された気孔の構造を示す顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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