(57)【要約】本発明の目的は、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体を焼結する方法を提供することである。本発明の方法は、その焼結が、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて実施されることを特徴とする。本発明の他の目的は、デバイスを、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体を用いて被覆する方法および少なくとも２つのデバイスを付着するための方法である。これらすべての方法は、電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて焼結する工程を使用する。
2004522546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の焼結方法であって、該焼結が、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて実施されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーが、レーザー照射、赤外線照射、紫外線照射、可視光照射、Ｘ線照射、マイクロ波照射および超音波照射からなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体から本質的になるデバイスの製造のための請求項１記載の方法の使用。
【請求項４】
デバイスを、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体により被覆する方法であって、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の少なくとも１つの層が、デバイスの表面上に堆積され、かつ、各層が、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて焼結され、その後、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の別の層が、任意に堆積されることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記デバイスの表面上に堆積される生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の層の厚さが、１μｍ〜４０００μｍ、好ましくは１０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは２０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーが、レーザー照射、赤外線照射、紫外線照射、可視光照射、Ｘ線照射、マイクロ波照射および超音波照射からなる群から選択されることを特徴とする請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
少なくとも２つのデバイスの付着方法であって、該少なくとも２つのデバイス間の結合が、該結合の位置に存在する生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体を、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて焼結することによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記デバイスの少なくとも１つが、請求項４、５または６にしたがって被覆されていることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記デバイスの少なくとも１つが、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体から製造されることを特徴とする請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
前記局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーが、レーザー照射、赤外線照射、紫外線照射、可視光照射、Ｘ線照射、マイクロ波照射および超音波照射からなる群から選択されることを特徴とする請求項７、８または９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の目的は、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の焼結方法、デバイスの、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体での被覆方法、および少なくとも２つのデバイスの付着方法を提供することである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の目的は、生体活性ガラスおよび生体活性ガラス複合体の種々のデバイスの製造方法を提供することである。このデバイスは、たとえば、患者自身の組織（たとえば、骨）によって吸収または置換される移植物であり得る。すなわち、生体活性ガラス製の移植物を付着するための、歯用薬剤において使用されるセメントおよび接着剤は、それらは吸収されないので、使用され得ない。さらに、セメントは、移植物を殺菌するのに必要な高温下では崩壊するので、これにより、セメントの機械的性質は失われる。本発明の別の目的は、デバイスの生物学的活性に影響しない製造方法を提供することである。
【０００３】
このような製造方法の例は、特許刊行物米国特許第５，４９０，９６２号明細書に開示される。この刊行物は、固体自由組み立て方法（solid free-form fabrication methods）による医学デバイスの製造方法を示す。この方法の一例は、選択的レーザー焼結（SLS）である。この方法は、生体適合ポリマーおよび生物学的活性剤の混合を焼結する工程からなる。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の焼結方法に関する。この方法において、焼結は、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて実施される。本発明はまた、デバイスを、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体を用いて被覆する方法に関する。この方法は、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の少なくとも１つの層が、デバイスの表面上に堆積され、かつ、各層が、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて焼結され、その後、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の別の層が、任意に堆積されることを特徴とする。
【０００５】
本発明はさらに、少なくとも２つのデバイスの付着方法に関する。この方法において、前記少なくとも２つのデバイスの間の結合が、該結合の位置に存在する生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体を、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて焼結することによって形成されることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の焼結方法に関する。この方法は、焼結が、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて実施されることを特徴とする。
【０００７】
生体活性物質によって、特定の生物学的活性を誘導するように設計されている物質を意味する。
【０００８】
本発明によるすべての方法において、電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーは、局所化され得るエネルギー（たとえば、種々のレーザー照射、赤外線照射、紫外線照射、Ｘ線照射、マイクロ波照射、超音波照射、ガンマ線照射、放射線、電子ビーム照射、音波、圧力波および粒子ビーム照射）から選択され得る。電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーの選択は、使用する生体活性ガラス系によって決定されることは明らかである。
【０００９】
照射および／または波動は、好ましくは、インパルスとして用いられる。インパルスの頻度、強度および前進速度は、得られるべき結果によって変化され得る。
【００１０】
局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いる利点は、焼結が局所的に促され得ることである。焼結はまた、短期間／狭い表面領域で実施され得る。そして、ある場合には、先行技術にくらべて、低い真空を用いることが可能である。これは、たとえば、チタニウムベースのデバイスが、生体活性ガラスで被覆または別のデバイスに付着されることが必要である場合に有利である。チタニウムは、高温で非常に速く酸化される。したがって、焼結時間は、最小化することが必要である。本発明の別の利点は、フィルターを用いることによって、または照射および／または波動のスキャニングによって、規定されたパターンが、焼結されるデバイスまたは被覆上に作製され得る。本発明のなお別の利点は、使用された物質の熱膨脹率が重要でないことである。
【００１１】
物質を、電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて焼結する利点は、温度上昇が避けられ、したがって、有機またはその他の温度感受性成分の分解が避けられることである。この物質の、組織における分解速度はまた、適正に容易に制御可能である。
【００１２】
本発明による生体活性ガラス複合体は、種々の物質（たとえば、ポリマー、金属またはセラミックス）を含み得る。デバイスが分解することが必要である方法においては、たとえば、バイオポリマーを使用するのが好ましい。再生可能な原料ベースのポリマー（たとえば、セルロース）または生分解性の合成ポリマー（たとえば、ポリラクチド）のいずれも、「バイオポリマー」によって意味される。本明細書の文脈において、用語「生分解性（生分解可能な）」は、哺乳動物の体内に挿入された場合、移植が長期化すると、それが分解されることを意味する。生体物質によって、医学デバイスにおいて使用される生存不可能な物質であって、生物学的系と相互作用する物質が意図される。
【００１３】
複合体において使用される添加剤または補強剤は、種々の形態（たとえば、繊維、編まれたもしくは編まれていないマット、粒子または中空粒子）であり得る。これらの添加剤または補強剤はまた、多孔性物質でも緻密な物質でもよい。そして、これらは、好ましくは生体適合性であることが明らかである。生体適合性によって、物質の、特定の適用において適切な宿主反応を果たす能力を意味する。
【００１４】
本発明はまた、デバイスを生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体を用いて被覆する方法に関する。この方法は、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の少なくとも１つの層が、デバイスの表面上に堆積され、かつ、各層が、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて焼結され、その後、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の別の層が、最終的に堆積されることを特徴とする
被覆される表面は、任意に、デバイスと被覆との間の接触表面を増やすために、粗くされ得る。同じ電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーは、前記のように使用され得る。
【００１５】
生体活性ガラス層が本発明により処理されると、ガラスが溶融し、それによって、その下にあるデバイスの表面に、強固付着したミクロスフェアを形成する。互いに密接して位置される生体活性ガラスの小さなミクロスフェアが被覆を形成し、そして、その結果、生体活性ガラスの非常に薄い層が生じる。厚い被覆は、好ましくは、この処理を十分な回数繰返すことによって得られる。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、デバイスの表面上に１度で堆積される生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の層の厚さは、１μｍ〜４０００μｍであり、好ましくは１０μｍ〜５００μｍであり、より好ましくは２０μｍ〜１００μｍである。
【００１７】
本発明の別の実施形態によれば、デバイスの表面上に堆積される生体活性ガラスの平均粒子サイズは、１０μｍ〜２０００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜４００μｍであり、より好ましくは３０μｍ〜３００μｍである。この粒子が、任意の所望の形態（すなわち、たとえば、球形、立方体または繊維形態）であるか、粉砕によって製造されることは当業者には明らかである。
【００１８】
歯移植物、股関節（hip）移植物、膝移植物、ミニプレート（mini plates）、外固定ピン、ステント（たとえば、血管の修復に用いるため）、または任意の他の金属移植物、ポリマー移植物、セラミックス移植物または有機移植物は、生体活性ガラス層を用いて被覆され得る。この被覆は組織内で分解するが、その間に、組織と移植物との間の良好な接着が形成される（すなわち、被覆物は吸収され、かつ患者自身の組織と置き換えられる）。
【００１９】
本発明はさらに、少なくとも２つのデバイスの付着方法に関する。この方法は、その少なくとも２つのデバイス間の結合が、その結合の位置に存在する生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体を、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて焼結することによって形成されることを特徴とする。このようなデバイスは、任意の公知の物質（たとえば、金属、ポリマーまたはセラミックス）からなり得る。本発明の実施形態によれば、少なくとも１つのデバイスは、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体を用いて被覆または製造されている。この方法の異なる実施形態を、以下でさらに議論する。
【００２０】
本発明の方法はまた、物質（たとえば、粒子形態の２つの異なる物質）の、互いの単純な付着に使用され得ること（ここで、得られる物質が、粒子形態およびマトリクスを形成する生体活性ガラスの２つの物質の組成物である）は、当業者には明らかである。この異なる物質はまた、異なる種類の生体活性ガラスであり得、したがって、そのデバイスの異なる部分上に、異なる生物学的活性を有するデバイスを形成することが可能である。
【００２１】
本発明はまた、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の生物学的活性を変更するために使用され得る。ここで、生体活性ガラスまたは生体活性ガラス複合体の表面の少なくとも一部が、局所化した電磁エネルギーおよび／または音響エネルギーを用いて照射される。
【００２２】
本発明のデバイスは種々の形態（たとえば、粒子、板、フィルム、膜、管、中空粒子、被覆、球形、半球形またはモノリス）であり得、そして、このデバイスは、種々の用途を有し得る。
【００２３】
本発明はさらに、本発明のいくつかの実施形態を示す以下の図において例証される。
【００２４】
図１において、本質的に球形の生体活性ガラス粒子１の層６は、デバイス２の表面上に堆積される。ついで、この層は、矢印４によって示される方向に、ＣＯ2レーザービーム３を用いてスキャンされ、そして、本発明の第１の実施形態にしたがって、そのレーザービームの効果の下で、焼結された被覆５がデバイス２の表面上に形成される。
【００２５】
図２において、図１に示される実施形態にしたがって被覆されたデバイス２はさらに、生体活性ガラスの第２の層で被覆される。生体活性ガラス粒子１の第２の層７は、被覆５の第１の層上に堆積され、ついで、第２の層７は、矢印４によって示される方向に、ＣＯ2レーザービーム３を用いてスキャンされる。したがって、焼結された生体活性ガラスの、図１に示される第１の実施形態における層よりも厚い層８が得られる。
【００２６】
図３は、本発明の第３の実施形態にしたがう、２つのデバイスの互いの付着を示す。付着される第１のデバイスは、図２において示される本発明の第２の実施形態にしたがい被覆されたデバイス２である。付着される第２のデバイス９は、生体活性ガラスから製造される。ＣＯ2レーザービーム３は、まず、２つのデバイスの接点１０ａに指向される。ここで、固体結合が、レーザービームの影響の下で形成される。ついで、ＣＯ2レーザービーム３は、固体結合を形成するように接点１０ｂに指向される（図示せず）。デバイス２および９は、それによって互いに付着される。
【００２７】
図４において、本発明の第４の実施形態にしたがう２つのデバイスの付着が例証される。第１のデバイス１１は、第２のデバイス１３が付着されるスロット１２を含む。第２のデバイス１３がスロット１２に位置されると、ついで、隙間が生体活性ガラス１４によって充填され、そして、赤外線照射１５を用いて焼結される。
【００２８】
図５は、本発明の第５の実施形態にしたがう２つのデバイスの付着を例証する。第１のデバイス１１は、第２のデバイス１６が付着されるスロット１２を含む。この実施形態において、スロット１２の表面１８は、生体活性ガラスが、部分的にのみ焼結されるような様式で生体活性ガラスにより被覆されている。いったん、焼結が完了すると、第２のデバイス１６はその最終位置にあり、かつこの実施形態において、焼結は紫外線照射１７を用いて実施される。
【００２９】
図６において、本発明の第６の実施形態にしたがう２つのデバイスの付着が例証される。第１のデバイス１１は、第２のデバイス１９が付着されるスロット１２を含む。第２のデバイス１９は、生体活性ガラス粒子２０および補強繊維２１からなる。補強繊維２１は、すべて互いに平行に、かつ、図の平面に対して垂直に位置されている。デバイス１９の表面は、生体活性ガラスから本質的になる。デバイス１９はスロット１２に位置され、かつ結合は、Ｘ線照射２２を用いて作製される。
【００３０】
図７において、本発明の第７の実施形態にしたがう２つのデバイスの付着が例証される。第１のデバイス１１は、第２のデバイス２３が付着されるスロット１２を含む。この第２のデバイス２３は、図１に示されるように生体活性ガラスで被覆されており、そして、いったん、デバイス２３がスロット１２に位置されると、残りの隙間が生体活性ガラスの粉砕粒子２４で充填される。結合は、マイクロ波照射２５の作用の下で形成される。
【００３１】
図８は、生体活性ガラスの生物学的活性の変更を示す。予め焼結したデバイス２６の表面の所望の部分が超音波照射２７を用いて処理される。この実施形態において、表面の部分ＡおよびＢは、表面の部分Ｂおよび対応する部分Ａ上を、方向２８に、超音波照射２７を用いてスキャンすることによって処理される。同じデバイス２６の表面の部分ＣおよびＤは、表面の部分Ｃおよび対応する部分Ｄ上を、方向３０に、赤外線照射２９を用いて処理される。この方法において、表面の部分ＡおよびＢと、表面の部分ＣおよびＤとで、異なる生物学的活性が得られる。
【００３２】
図９は、本発明にしたがう２つのデバイスの付着の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。この画像の異なる部分は、文字Ａ〜Ｄによって目印を付けた。ここで、部分Ａは、ブロブ（blobs）の形態の焼結した生体活性ガラスによって被覆され、部分Ｂは生体活性ガラス製のデバイスであり、部分Ｃは非焼結生体活性ガラス粉末（直径４５〜９０μｍ）によって被覆され、そして部分Ｄは、２つのデバイスの付着点である。
【００３３】
図１０は、本発明にしたがい焼結された生体活性ガラスのＳＥＭ後方散乱画像を示す。白ドットは、カルシウムホスフェートの形成を示す。これは、生体活性ガラスの体液との反応のためであり、これによって、生体活性ガラスの生体活性を示す。このカルシウムホスフェートは、骨無機物に類似する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態によるデバイスの被覆を例証する。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態によるデバイスの被覆を例証する。
【図３】図３は、本発明の第３の実施形態による２つのデバイスの付着を例証する。
【図４】図４は、本発明の第４の実施形態による２つのデバイスの付着を例証する。
【図５】図５は、本発明の第５の実施形態による２つのデバイスの付着を例証する。
【図６】図６は、本発明の第６の実施形態による２つのデバイスの付着を例証する。
【図７】図７は、本発明の第７の実施形態による２つのデバイスの付着を例証する。
【図８】図８は、生体活性ガラスの生物学的活性の変更を例証する。
【図９】図９は、本発明にしたがい焼結された生体活性ガラスの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。
【図１０】図１０は、本発明にしたがい焼結された生体活性ガラスのＳＥＭ後方散乱画像を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004522546.tif 000018
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