(57)【要約】【課題】本開示の態様は、抗菌作用、真核細胞増殖の改善、またはそれらの組み合わせを促進する表面エネルギーを提供する粒径を有する金属材料およびデバイスに関する。【解決手段】（ｉ）微生物の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを阻害するように、（ｉｉ）所定の真核細胞の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを促進するように、または（ｉｉｉ）所定の真核細胞の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを阻害するように構成された、４０ｎｍ〜３０μｍの平均結晶粒径を有する結晶粒を含む金属材料。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）微生物の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを阻害するように、（ｉｉ）所定の真核細胞の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを促進するように、または（ｉｉｉ）所定の真核細胞の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを阻害するように構成された、４０ｎｍ〜３０μｍの平均結晶粒径を有する結晶粒を含む金属材料。
【請求項２】
前記金属材料はステンレス鋼である請求項１に記載の金属材料。
【請求項３】
前記金属材料は、前記金属材料上での微生物の吸着または増殖を少なくとも５０％阻害する請求項１〜２のいずれかに記載の金属材料。
【請求項４】
前記金属材料は、炎症性細胞吸着または増殖を減少させ、細菌の吸着または増殖を減少させ、骨芽細胞の吸着または増殖を増加させ、内皮細胞の吸着または増殖を増加させ、またはそれらの組み合わせを増加させる請求項１〜２のいずれか１項に記載の金属材料。
【請求項５】
前記金属材料は、平均結晶粒径の異なる結晶粒を有する金属材料上で前記微生物を培養し、前記平均結晶粒径に対して培養後の前記微生物の数をプロットして得られた応答プロファイルから求められる、前記微生物の吸着または増殖を実質的に阻害するための平均結晶粒径を有する請求項１〜２のいずれかに記載の金属材料。
【請求項６】
前記材料が研磨され、ナノスケールで０．１ｎｍ〜１００μｍの表面粗さを有する請求項１〜２のいずれかに記載の金属材料。
【請求項７】
前記結晶粒の平均結晶粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項１〜２のいずれかに記載の金属材料。
【請求項８】
前記結晶粒の平均結晶粒径が１μｍ以上１０μｍ以下である請求項１〜２のいずれかに記載の金属材料。
【請求項９】
前記金属が３１６型ステンレス鋼である請求項２に記載の金属材料。
【請求項１０】
前記微生物がグラム陽性菌である請求項１〜２のいずれかに記載の金属材料。
【請求項１１】
前記微生物がグラム陰性菌である請求項１〜２のいずれかに記載の金属材料。
【請求項１２】
前記微生物が、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）、表皮ブドウ球菌（Staphylococcus epidermidis）、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（Methicillin-resistant Staphylococcus aureus）（ＭＲＳＡ）、大腸菌（E. coli）、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）のうちの１つである請求項１〜２のいずれかに記載の金属材料。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の材料から作製されたワイヤまたはロッド。
【請求項１４】
前記平均結晶粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項１３に記載のワイヤまたはロッド。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の材料から作製された医療デバイス。
【請求項１６】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の材料から作製された箔。
【請求項１７】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の材料から作製された器具。
【請求項１８】
２００ｎｍ〜１０μｍの平均結晶粒径を有する結晶粒を含む金属ワイヤであって、前記金属ワイヤは抗菌性を有する、金属ワイヤ。
【請求項１９】
２００ｎｍ〜１０μｍの平均結晶粒径を有する結晶粒を含む金属医療デバイスであって、前記医療デバイスは抗菌性を有する、金属医療デバイス。
【請求項２０】
前記金属医療デバイスが、前記金属医療デバイス上の微生物の吸着または増殖を少なくとも５０％阻害する、請求項１９に記載の金属医療デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は平成３１年３月２２日に出願された米国仮出願第６２／８２２，１３４号、及び平成３０年９月２８日に出願された日本特許出願第２０１８−１８３６８８号の優先権を主張し、これらの各々の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示の態様は、生物学的特性を有する金属材料および金属デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
米国では、年間約４００，０００件の血管カテーテル関連菌血症および真菌血症が発生していることが報告により示されている。このような感染症は命にかかわることがあり、一般に治療が困難である。コロニー形成を減少または予防するための殺菌作用は、典型的にはデバイスを抗生物質でコーティングすることによる。
【０００４】
あるいは、移植可能なデバイスにとっては真核細胞の接着および／または増殖を増加または減少させることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示の態様は、抗菌作用、真核細胞増殖の改善、またはそれらの組み合わせを促進する表面エネルギーを提供する粒径を有する金属材料およびデバイスに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の態様は（ｉ）微生物の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを阻害するように、（ｉｉ）所定の真核細胞の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを促進するように、または（ｉｉｉ）所定の真核細胞の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを阻害するように構成された、４０ｎｍ〜３０μｍの平均結晶粒径を有する結晶粒を含む金属材料に関する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、金属材料は金属材料上の微生物の吸着または増殖を少なくとも５０％阻害する。いくつかの実施形態では、微生物はグラム陽性菌である。いくつかの実施形態では、微生物はグラム陰性菌である。いくつかの実施形態において、微生物は、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）、表皮ブドウ球菌（Staphylococcus epidermidis）、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（Methicillin-resistant Staphylococcus aureus）(MRSA)、大腸菌（E. coli）、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）の１つである。
【０００８】
いくつかの実施形態では、金属材料は炎症性細胞の吸着または増殖を減少させ、細菌の吸着または増殖を減少させ、骨芽細胞の吸着または増殖を増加させ、内皮細胞の吸着または増殖を増加させ、またはそれらの組み合わせを増加させる。
【０００９】
いくつかの実施形態では金属材料は微生物の吸着または増殖を実質的に阻害するための平均結晶粒径を有し、これは異なる平均結晶粒径を有する結晶粒を有する金属材料上で微生物を培養し、平均結晶粒径に対して培養後の微生物の数をプロットして得られた応答プロファイルから決定される。
【００１０】
いくつかの実施態様において、結晶粒は、２００ｎｍ以上１０μｍ以下の平均結晶粒径を有する。いくつかの実施態様において、結晶粒は、６００ｎｍ以上１０μｍ以下の平均結晶粒径を有する。
【００１１】
いくつかの実施態様において、結晶粒は、１μｍ以上１０μｍ以下の平均結晶粒径を有する。いくつかの実施態様において、結晶粒は、４μｍ以上１０μｍ以下の平均結晶粒径を有する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、材料は研磨されており、０．１ｎｍ〜１００μｍのナノスケールの表面粗さを有する。
【００１３】
いくつかの実施態様において、金属材料は、ステンレス鋼であり得る。いくつかの実施態様において、金属材料は、３１６型ステンレス鋼とすることができる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、金属材料はワイヤまたはロッドである。いくつかの実施形態では、平均結晶粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ以下である。いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は、６００ｎｍから１０μｍである。
【００１５】
本開示のいくつかの態様は、本明細書に記載される金属材料から作製される医療デバイスに関する。
【００１６】
本開示のいくつかの態様は、本明細書に記載される金属材料から作製される箔に関する。
【００１７】
本開示のいくつかの態様は、本明細書に記載される金属材料から作製される器具に関する。
【００１８】
本開示のいくつかの態様は、２００ｎｍ〜１０μｍの平均結晶粒径を有する結晶粒を含む金属ワイヤに関し、金属ワイヤは抗菌性を有する。いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は、６００ｎｍから１０μｍである。
【００１９】
本開示のいくつかの態様は２００ｎｍ〜１０μｍの平均結晶粒径を有する結晶粒を含む金属医療デバイスを含むことに関し、医療デバイスは、抗菌性を有する。いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は、６００ｎｍから１０μｍである。
【００２０】
いくつかの実施形態では、金属医療デバイスが金属医療デバイス上での微生物の吸着または増殖を少なくとも５０％阻害する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
図１Ａは、いくつかの実施形態による、グラム陽性菌(黄色ブドウ球菌（S. aureus）、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（Methicillin-resistant Staphylococcus aureus）、表皮ブドウ球菌（S. epidermidis）)の応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）を、結晶粒の平均結晶粒径に対してプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００２２】
図１Ｂは、いくつかの実施形態による、グラム陰性菌（大腸菌（E. coli）、緑膿菌（P. aeruginosa））の応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）を、結晶粒の平均結晶粒径に対してプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００２３】
図２Ａは、いくつかの実施形態による、結晶粒の研磨または非研磨の平均結晶粒径に対してグラム陽性菌ＭＲＳＡの応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００２４】
図２Ｂは、いくつかの実施形態による、グラム陰性菌である緑膿菌（P. aeruginosa）の応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）を、結晶粒の平均研磨または未研磨結晶粒径に対してプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００２５】
図３Ａは、いくつかの実施形態による、結晶粒の平均未研磨結晶粒径に対して骨芽細胞の生存率をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００２６】
図３Ｂは、いくつかの実施形態による、結晶粒の平均研磨結晶粒径に対して骨芽細胞の生存率をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００２７】
図４Ａは、いくつかの実施形態による、結晶粒の平均結晶粒径に対して黄色ブドウ球菌の応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００２８】
図４Ｂは、いくつかの実施形態による、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）の応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）を、結晶粒の平均結晶粒径に対してプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００２９】
図４Ｃは、いくつかの実施形態による、結晶粒の平均結晶粒径に対する大腸菌の応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００３０】
図４Ｄは、いくつかの実施形態による、緑膿菌（P. aeruginosa）細菌の応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）を、結晶粒の平均結晶粒径に対してプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００３１】
図５Ａは、いくつかの実施形態による、３１６型ステンレス鋼の結晶粒の平均結晶粒径に対して、黄色ブドウ球菌の表面積に対して正規化された応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００３２】
図５Ｂは、いくつかの実施形態による、３１６型ステンレス鋼の結晶粒の平均結晶粒径に対して、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌の表面積に対して正規化された応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００３３】
図５Ｃは、いくつかの実施形態による、３１６型ステンレス鋼の結晶粒の平均結晶粒径に関して、大腸菌細菌の表面積に対して正規化された応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００３４】
図５Ｄは、いくつかの実施形態による、３１６型ステンレス鋼の結晶粒の平均結晶粒径に対して緑膿菌の表面積に対して正規化された応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００３５】
図６Ａは、いくつかの実施形態による、３０４型ステンレス鋼の結晶粒の平均結晶粒径に対して、黄色ブドウ球菌の表面積に対して正規化された応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００３６】
図６Ｂは、いくつかの実施形態による、３０４型ステンレス鋼の結晶粒の平均結晶粒径に対して、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌の表面積に対して正規化された応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００３７】
図６Ｃは、いくつかの実施形態による、３０４型ステンレス鋼の結晶粒の平均結晶粒径に対して、大腸菌の表面積に対して正規化された応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００３８】
図６Ｄは、いくつかの実施形態による、３０４型ステンレス鋼の結晶粒の平均結晶粒径に対して緑膿菌の表面積に対して正規化された応答量（ＣＦＵ／ｍｌ）および表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００３９】
図７Ａ〜７Ｃは、いくつかの実施形態による、異なる粒径を有する３０４型ステンレス鋼金属サンプル上で増殖させた場合のヒト皮膚線維芽細胞の生存率パーセントを示す。
【００４０】
図８Ａ〜８Ｃは、いくつかの実施形態による、異なる粒径を有する３１６型ステンレス鋼金属サンプル上で増殖させた場合のヒト皮膚線維芽細胞の生存率パーセントを示す。
【００４１】
図９Ａは、いくつかの実施形態による、３０４型ステンレス鋼の結晶粒の平均結晶粒径に対して、ヒト真皮線維芽細胞の表面積に対して正規化された応答量（細胞数）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００４２】
図９Ｂは、いくつかの実施形態による、３１６型ステンレス鋼の結晶粒の平均結晶粒径に対して、ヒト真皮線維芽細胞の表面積に対して正規化された応答量（細胞数）をプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【００４３】
図１０は、いくつかの実施形態による研磨方法の概略図である。
【００４４】
図１１は、いくつかの実施形態による、チタン合金上での細胞増殖アッセイにおけるヒト胎児骨芽細胞の生存率パーセントを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
結晶粒を微細化した金属材料は、粗大結晶粒を有する金属材料に比べて強度、靭性、耐食性などの特性に優れている。そのため、金属材料は、鋼板や医療デバイス等の様々な産業用途に広く用いられている。
【００４６】
本開示のいくつかの態様は、０．０１〜２０μｍ、０．０４〜２０μｍ、０．０５〜３０μｍ、０．１〜３０μｍ、０．５〜３０μｍ、１〜３０μｍ、２〜３０μｍ、３〜３０μｍ、４〜３０μｍ、５〜３０μｍ、６〜３０μｍ、７〜３０μｍ、８〜３０μｍ、９〜３０μｍ、１０〜３０μｍ、１５〜３０μｍ、２０〜３０μｍ、１５〜３０μｍ、１６〜３０μｍ、１７〜３０μｍ、１８〜３０μｍ、１９〜３０μｍ、０．１〜２０μｍ、０．５〜２０μｍ、１〜２０μｍ、２〜２０μｍ、３〜２０μｍ、４〜２０μｍ、５〜２０μｍ、６〜２０μｍ、７〜２０μｍ、８〜２０μｍ、９〜２０μｍ、１０〜２０μｍ、１１〜２０μｍ、１２〜２０μｍ、１３〜２０μｍ、１４〜２０μｍ、１５〜２０μｍ、１６〜２０μｍ、１７〜２０μｍ、１８〜２０μｍ、１９〜２０μｍ、０．１〜１０μｍ、０．５〜１０μｍ、１〜１０μｍ、２〜１０μｍ、３〜１０μｍ、４〜１０μｍ、５〜１０μｍ、６〜１０μｍ、７〜１０μｍ、８μｍ〜１０μｍ、９μｍ〜１０μｍ、１μｍ〜２μｍ、２μｍ〜３μｍ、３μｍ〜４μｍ、４μｍ〜５μｍ、５μｍ〜６μｍ、６μｍ〜７μｍ、７μｍ〜８μｍ、８μｍ〜９μｍ、約０．０１μｍ、約０．０２μｍ、約０．０３μｍ、約０．０４μｍ、約０．０５μｍ、約０．０６μｍ、約０．０７μｍ、約０．０８μｍ、約０．０９μｍ、約０．１μｍ、約０．２μｍ、約０．３μｍ、約０．４μｍ、約０．５μｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍ、約１１μｍ、約１２μｍ、約１３μｍ、約１４μｍ、約１５μｍ、約１６μｍ、約１７μｍ、約１８μｍ、約１９μｍ、約２０μｍ、約２１μｍ、約２２μｍ、約２３μｍ、約２５μｍ、約２６μｍ、約２７μｍ、約２８μｍ、約２９μｍ、約３０μｍ又はそれ以上、またはそれらの間の任意の範囲の平均結晶粒径を有するように加工された金属材料に関する。。
【００４７】
金属材料は、均一な平均結晶粒径を有することができることを理解されたい。いくつかの実施形態では、金属が約１μｍ±２０％、約２μｍ±２０％、約３μｍ±２０％、約４μｍ±２０％、約５μｍ±２０％、約６μｍ±２０％、約７μｍ±２０％、約８μｍ±２０％、約９μｍ±２０％、約１０μｍ±２０％、またはそれらの間の任意の範囲の平均粒径を含む。いくつかの実施形態において、金属は、約１０μｍ±４０％、約１１μｍ±４０％、約１２μｍ±４０％、約１３μｍ±４０％、約１４μｍ±４０％、約１５μｍ±４０％、約１６μｍ±４０％、約１７μｍ±４０％、約１８μｍ±４０％、約１９μｍ±４０％、約２０μｍ±４０％、約２１μｍ±４０％、約２２μｍ±４０％、約２３μｍ±４０％、約２５μｍ±４０％、約２６μｍ±４０％、約２７±４０％、約２８μｍ±４０％、約２９μｍ±４０％、約３０μｍ±４０％またはその間の任意の範囲の平均粒径を含む。
【００４８】
いくつかの態様では、金属が約０．２２μｍ〜約２２μｍの範囲の平均結晶粒径、例えば０．２２〜２１．５０μｍを有する３０４ステンレス鋼金属である。いくつかの実施形態では、３０４ステンレス鋼金属が表６に記載される組成を有する。
【００４９】
いくつかの態様では、金属が約０．１６μｍ〜約１７μｍの範囲の平均結晶粒径、例えば０．１６μｍ〜１６．５０μｍを有する３１６ステンレス鋼金属である。いくつかの実施形態では、３１６ステンレス鋼金属が表４に記載される組成を有する。
【００５０】
いくつかの態様において、金属は、約０．８μｍ〜約９μｍの範囲の結晶粒径、例えば０．８〜８．８０μｍを有するチタン又はチタン合金である。いくつかの実施態様において、チタン合金は、βチタン（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ）、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ又はこれらの組合せである。
【００５１】
いくつかの実施形態では、金属材料は細胞接着、細胞増殖、またはそれらの組み合わせを制御するような結晶粒径を調整するように処理することができる。いくつかの実施形態では、金属材料またはデバイスが細菌の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを阻害するために、平均粒径を有することができる。いくつかの実施形態では、金属材料またはデバイスが所定の真核細胞の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを増加させるための平均粒径を有することができる。いくつかの実施形態では、金属材料またはデバイスが所定の真核細胞の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを阻害する平均粒径を有することができる。いくつかの実施形態では、金属材料またはデバイスが（ｉ）細菌の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを阻害するための平均粒径、（ｉｉ）所定の真核細胞の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを促進するための平均粒径、および（ｉｉｉ）所定の真核細胞の接着、増殖、またはそれらの組み合わせを阻害するための平均粒径を有することができる。
【００５２】
（抗菌性を有する金属材料）
本明細書で使用される「抗菌性」という用語は微生物（例えば、細菌および真菌生物）の増殖または再生または接着を予防または減少させる、または微生物を殺す特性を指す。
【００５３】
本発明における「細菌および真菌生物」とは、全ての球形、棒状およびらせん状の細菌を含むが、これらに限定されない、細菌および真菌の全ての属および種を意味する。細菌の非限定的な例としては、ブドウ球菌（例えば、表皮ブドウ球菌（Staphylococcus epidermidis）、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）)、エンテロコッカス・フェカーリス（Enterrococcus faecalis）、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）、大腸菌（Escherichia coli）、クロストリジウム・ディフィシル（Clostridioides difficile）などのグラム陽性菌およびグラム陰性桿菌が挙げられる。真菌生物の非限定的な例は、カンジダ・アルビカンス（Candida albicans）、カンジダ・クルセイ（Candida krusei）、カンジダ・パラプシローシス（Candida parapsilosis）、カンジダ属（Candida spp）、カンジダ・プソイドトロピカリス（Candida pseudotropicalis）、カンジダ・グラブラータ（Candida glabrata）、カンジダ・ルシタニエ（Candida lusitaniae）、およびカンジダ・トロピカリス（Candida tropicalis）を含む。
【００５４】
いくつかの実施形態において、細菌は限定されるわけではないが、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）、表皮ブドウ球菌（Staphylococcus epidermidis）、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（Methicillin-resistant Staphylococcus aureus）(MRSA)などを含むグラム陽性菌である。いくつかの実施形態では、細菌が緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）、大腸菌（E. Coli）、クレブシエラ・ニューモニエ（Klebsiella pneumoniae）、レジオネラ・ニューモフィラ（Legionella pneumophila）、プロテウス・ミラビリス（Proteus mirabilis）、エンテロバクター・クロアカエ（Enterobacter cloacae）、セラチア・マルセセンス（Serratia marcescens）、ヘリコバクター・ピロリ（Helicobacter pylori）、サルモネラ・エンテリチディス（Salmonella enteritidis）、およびサルモネラ・チフス（Salmonella typhi）を含むがこれらに限定されないグラム陰性菌である。
【００５５】
本発明の態様は耐性ブドウ球菌、ＭＤＲグラム陰性菌(MDR緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）など）に対する防御を含むがこれらに限定されない、金属材料に対する有効な広域スペクトル抗感染防御を提供するための金属材料および方法を提供する。
【００５６】
本発明の態様は、改善された抗菌性を有する金属材料を提供する。いくつかの実施形態において、金属材料は、医療デバイスにおいて使用され得る。いくつかの実施形態では、金属材料は外科用器具、血管ステント、内視鏡器具、カテーテル部品、ガイドワイヤ、キルシュナーワイヤ（Ｋワイヤ）、ピン、ねじなど、または埋め込み型医療デバイスにおいて使用され得る。いくつかの実施形態では、金属材料は外科用器具に使用することができる。いくつかの実施形態では、金属材料はバイオセンサに使用することができる。いくつかの実施形態では、金属材料は台所用品に使用することができる。いくつかの実施形態では、金属材料は実験ツールで使用することができる。いくつかの実施形態では、金属材料はキルシュナーワイヤに使用することができる。
【００５７】
医療デバイスの非限定的な例には、末梢に挿入可能な中心静脈カテーテル、透析カテーテル、長期トンネル中心静脈カテーテル、末梢静脈カテーテル、単一管腔および複数管腔の短期中心静脈カテーテル、動脈カテーテル、肺動脈スワンガンツカテーテルなどの血管カテーテル、尿カテーテル、他の長期尿デバイス、組織結合尿デバイス、腎ステント、陰茎プロテーゼ、血管グラフト、血管アクセスポート、創傷ドレーンチューブ、水頭シャント、心室ドレナージカテーテル、神経カテーテルおよび硬膜外カテーテル、神経刺激装置、腹膜透析カテーテル、ペースメーカーカプセル、人工尿細管、小型または一時的な関節置換、拡張器、心臓弁、整形外科用補綴物、脊椎ハードウェア、手術部位修復メッシュ（例、ヘルニアメッシュ）、気管内チューブ、胆管ステント、胃腸管、結腸直腸管インプラント、男性および女性の生殖インプラント、美容用または再建用インプラント、整形外科用ドラム、整形外科用インプラント（例、関節（膝、腰、肘、肩、足首）、プロテーゼ、外部固定ピン、髄内ロッドおよび釘、脊椎インプラント）、心臓ペースメーカー、除細動器、電子機器リード、アダプター、リードエクステンション、埋め込み型注入デバイス、埋め込み型パルスジェネレーター、埋め込み型生理学的モニタリングデバイス、埋め込み型パルスジェネレーターまたは埋め込み型注入デバイスを皮下に配置するためのデバイス、および移植可能な注入装置または微生物の侵入を受ける可能性のある他の医療および留置装置を補充するためのデバイス（例：補充針およびポートアクセスカニューレ）が含まれる。
【００５８】
いくつかの実施形態ではデバイスがステンレス鋼デバイスであり、高速外科用ドリル、椎体形成術および脊椎形成術デバイス、最小侵襲性外科用器具および内視鏡デバイス、整形外科用インプラント、ならびに外科用器具のために使用され得るが、これらに限定されない。
【００５９】
いくつかの実施形態ではデバイスはチタンデバイスであり、整形外科用インプラント、歯科用インプラント、脊椎インプラント、最小侵襲性外科用器具および内視鏡デバイス、ならびに外科用器具に使用することができるが、これらに限定されない。
【００６０】
いくつかの実施形態では、金属材料の抗菌性が金属材料中または金属材料上に抗生物質を添加することなく達成される。
【００６１】
いくつかの実施形態では、金属材料は細菌細胞の接着を、１００％、９５％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％、または少なくとも５％、またはそれらの間の任意の値もしくは範囲だけ阻害する。
【００６２】
（細胞接着を促進する、または細胞接着を阻害する金属材料）
いくつかの実施形態では、金属インプラントなどの金属材料上への細胞の接着を増加させることが望ましい。他の実施形態では、金属インプラントなどの金属材料上への細胞の接着を減少または阻害することが望ましい。例えば、整形外科用インプラントの表面上の骨芽細胞の接着を増大させることが望ましい場合がある。他の例では、血管ステントまたはインプラントの表面上の内皮細胞の接着を増加させ、血管ステントまたはインプラント上への線維芽細胞の接着を阻害することが望ましい場合がある。
【００６３】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載の金属材料は、骨芽細胞、線維芽細胞、軟骨細胞、内皮細胞、ケラチノサイト、平滑筋細胞、尿路上皮細胞、破骨細胞、骨細胞、幹細胞、間葉系幹細胞、人工多能性幹細胞、ニューロン、星状細胞、シュワン細胞、髄膜細胞、上皮細胞などの真核細胞の接着および／または増殖を改善することができる。
【００６４】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の金属材料はいくつかの真核細胞の細胞接着および／または増殖を促進する表面エネルギーを有する。いくつかの実施形態では、金属材料は細胞接着および／または増殖を、少なくとも２％、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、またはそれらの間の任意の値もしくは範囲だけ増加させる。
【００６５】
さらにいくつかの実施形態では、本明細書に記載の金属材料は細胞接着および／または他の真核細胞の増殖を阻害する表面エネルギーを有する。いくつかの実施形態では、金属材料は細胞接着および／または増殖を、少なくとも２％、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、またはそれらの間の任意の値または範囲で減少させる。
【００６６】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載される金属材料は抗菌性を有し、骨芽細胞、線維芽細胞、内皮細胞、軟骨細胞、内皮細胞、ケラチノサイト、平滑筋細胞、尿路上皮細胞、破骨細胞、骨細胞、幹細胞、間葉系幹細胞、人工多能性幹細胞、ニューロン、星状細胞、シュワン細胞、髄膜細胞、上皮細胞などの真核細胞の接着および／または増殖を改善する。
【００６７】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される金属材料は抗菌性を有し、免疫細胞などの真核細胞の接着および／または増殖を阻害する。
【００６８】
金属材料及び金属材料の使用により、（ｉ）細菌の接着及び／又は増殖を減少又は阻害し、（ｉｉ）骨芽細胞、線維芽細胞等の真核細胞の接着及び／又は増殖を改善し、（ｉｉｉ）免疫細胞の接着及び／又は増殖を減少又は阻害し、又は（ｉｖ）細菌の接着及び／又は増殖を阻害し、（ｉｉ）骨芽細胞、線維芽細胞等の真核細胞の接着及び／又は増殖を改善し、（ｉｉｉ）免疫細胞の接着及び／又は増殖を減少又は阻害し、又は（ｉｉ）（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）の任意の組み合わせを本明細書に以下に記載する。
【００６９】
（金属材料の用途）
いくつかの実施形態において、金属材料は、医療デバイスにおいて使用され得る。例えば、金属材料は、血管ステント、内視鏡器具、外科器具、カテーテル部品、ガイドワイヤ、キルシュナーワイヤ、ピン、ねじなど、または埋め込み可能な医療デバイスに使用することができる。
【００７０】
いくつかの実施形態では、金属材料はバイオセンサに使用することができる。いくつかの実施形態では、金属材料は台所用品に使用することができる。いくつかの実施形態では、金属材料は実験ツールで使用することができる。
【００７１】
医療デバイスの非限定的な例には、末梢に挿入可能な中心静脈カテーテル、透析カテーテル、長期トンネル中心静脈カテーテル、末梢静脈カテーテル、単一管腔および複数管腔の短期中心静脈カテーテル、動脈カテーテル、肺動脈スワンガンツカテーテルなどの血管カテーテル、尿カテーテル、他の長期尿デバイス、組織結合尿デバイス、腎ステント、陰茎プロテーゼ、血管移植片、血管アクセスポート、創傷ドレーンチューブ、水頭シャント、心室ドレナージカテーテル、神経カテーテルおよび硬膜外カテーテル、神経刺激装置、腹膜透析カテーテル、ペースメーカーカプセル、人工尿細管、小型または一時的な関節置換、拡張器、心臓弁、整形外科用補綴物、脊椎ハードウェア、手術部位修復メッシュ（例、ヘルニアメッシュ）、気管内チューブ、胆管ステント、胃腸管、結腸直腸管インプラント、男性および女性の生殖インプラント、美容用または再建用インプラント、整形外科用ドラム、整形外科用インプラント（例、関節（膝、腰、肘、肩、足首）、プロテーゼ、外部固定ピン、髄内ロッドおよび釘、脊椎インプラント）、心臓ペースメーカー、除細動器、電子機器リード、アダプター、リードエクステンション、埋め込み型注入デバイス、埋め込み型パルスジェネレーター、埋め込み型生理学的モニタリングデバイス、埋め込み型パルスジェネレーターまたは埋め込み型注入デバイスを皮下に配置するためのデバイス、および移植可能な注入装置または微生物の侵入を受ける可能性のある他の医療および留置装置を補充するためのデバイス（例：補充針およびポートアクセスカニューレ）が含まれる。
【００７２】
いくつかの実施形態は、外科用器具に関する。
【００７３】
一部の実施形態では、デバイスはＫワイヤである。
【００７４】
いくつかの実施形態では、デバイスは埋め込み可能な整形外科用インプラントである。
【００７５】
いくつかの実施形態では、デバイスは血管ステントである。
【００７６】
（構成）
医療デバイス用途のための公知の金属材料を使用することができ、金属材料の例としては、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銀、銅、チタン、錫、ニッケル、亜鉛、クロム、およびこれらの金属材料の合金が挙げられる。中でも、ステンレス鋼は、結晶粒の結晶粒径の制御が容易であること、汎用性があること、入手が容易であること、加工性があること、毒性が低いことなどの観点から好ましい。ステンレス鋼は特に限定されず、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト／フェライト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼のいずれであってもよい。
【００７７】
いくつかの実施態様において、金属材料は、ステンレス鋼又はステンレス鋼合金である。例えば、金属材料は、３０４型ステンレス鋼又は３１６型ステンレス鋼とすることができる。３１６型ステンレス鋼はモリブデンの存在により３０４型と異なる。いくつかの実施例では、ステンレス鋼材料は６から２２％のニッケルを含むことができる。いくつかの実施例では、ステンレス鋼材料はまた、耐食性のためにクロム（１６から２６％）のような他の合金元素を含むことができる。いくつかの実施形態では、ステンレス鋼がマンガンおよびモリブデンを含むことができる。いくつかの実施形態では、３１６型ステンレス鋼を医療装置に使用することができる。
【００７８】
いくつかの実施態様において、金属材料は、チタン又はチタン合金である。いくつかの実施形態では、金属材料はコバルトクロムである。幾つかの実施形態において、金属材料は、コバルト・クロム・モリブデンである。いくつかの実施形態では、金属材料はニチノールである。
【００７９】
（ナノ構造）
いくつかの実施形態による金属材料は微細な結晶粒から作製され、これは広範囲のデバイスへの適用を可能にする。
【００８０】
いくつかの実施形態による金属材料を構成する結晶粒は、金属材料の生物学的特性を制御するための平均結晶粒径を有する。
【００８１】
本発明の態様は、金属材料の生物学的特性が金属材料の平均結晶粒径に依存するという現象に基づく。
【００８２】
本発明のいくつかの態様において、本明細書に記載の金属材料は、（ｉ）細菌の接着および／または増殖を低減または阻害する、（ｉｉ）骨芽細胞、線維芽細胞などの真核細胞の接着および／または増殖を改善または増加する、（ｉｉｉ）免疫細胞の接着および／または増殖を低減または阻害する、（ｉｖ）細菌の接着および／または増殖を低減または阻害する、（ｉｉ）骨芽細胞、線維芽細胞などの真核細胞の接着および／または増殖を改善する、（ｉｉｉ）免疫細胞の接着および／または増殖を低減または阻害する、または（ｉ）、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の任意の組み合わせの結晶粒径、表面自由エネルギーおよび粗さを有することができる。
【００８３】
本発明のいくつかの態様では、本明細書に記載の金属材料は検討中の組織の真核細胞のサイズとほぼ同じ結晶粒径を有することができ、金属への細胞の接着および／または増殖を促進することができる。さらに、本明細書に記載の金属材料は、金属への細胞の接着および／または増殖を促進する表面自由エネルギーを有することができる。さらに、本明細書に記載の金属材料は、金属への細胞の接着および／または増殖を促進する粗さを有することができる。
【００８４】
本発明のいくつかの態様では、本明細書に記載の金属材料は金属への細胞の接着および／または増殖を阻害する結晶粒径を有することができる。さらに、本明細書に記載の金属材料は、金属への細胞の接着および／または増殖を促進する表面自由エネルギーを有することができる。さらに、本明細書に記載の金属材料は、金属への細胞の接着および／または増殖を阻害する粗さを有することができる。いくつかの実施形態では、細胞は原核細胞および／または真核細胞である。
【００８５】
本発明のいくつかの態様は、金属材料の抗菌性が金属材料の平均結晶粒径に依存するという現象に基づく。いくつかの実施形態では、金属材料は約０．０１〜３０μｍの範囲の所定の平均結晶粒径を有する。いくつかの実施形態では、金属材料は０．０１〜５００μｍの範囲の所定の平均結晶粒径を有する。いくつかの実施形態では、本明細書で提供される金属材料は微生物の増殖および／または骨芽細胞および線維芽細胞の増殖を改善することができる。いくつかの実施形態では、本明細書で提供される金属材料は微生物の増殖、固定化または増殖、および固定化（吸着）を阻害することができる。いくつかの実施形態では、本明細書で提供される金属材料は免疫細胞の増殖、固定化または増殖、および固定化（吸着）を阻害することができる。いくつかの実施形態では、本明細書で提供される金属材料は所定の真核細胞の増殖、固定化または増殖、および固定化（吸着）を促進する。
【００８６】
本発明の態様は、微生物の増殖、固定化または増殖および固定化を阻害するための方法に関する。
【００８７】
いくつかの実施態様において、微生物の増殖及び／又は固定化を阻害するための平均結晶粒径は、０．０１〜２０μｍ、０．０４〜２０μｍ、０．０５〜３０μｍ、０．１〜３０μｍ、０．５〜３０μｍ、１〜３０μｍ、２〜３０μｍ、３〜３０μｍ、４〜３０μｍ、５〜３０μｍ、６〜３０μｍ、７〜３０μｍ、８〜３０μｍ、９〜３０μｍ、１０〜３０μｍ、１５〜３０μｍ、２０〜３０μｍ、１５〜３０μｍ、１６〜３０μｍ、１７〜３０μｍ、１８〜３０μｍ、１９〜３０μｍ、０．１〜２０μｍ、０．５〜２０μｍ、１〜２０μｍ、２〜２０μｍ、３〜２０μｍ、４〜２０μｍ、５〜２０μｍ、６〜２０μｍ、７〜２０μｍ、８〜２０μｍ、９〜２０μｍ、１０〜２０μｍ、１１〜２０μｍ、１２〜２０μｍ、１３〜２０μｍ、１４〜２０μｍ、１５〜２０μｍ、１６〜２０μｍ、１７〜２０μｍ、１８〜２０μｍ、１９〜２０μｍ、０．１〜１０μｍ、０．５〜１０μｍ、１〜１０μｍ、２〜１０μｍ、３〜１０μｍ、４〜１０μｍ、５〜１０μｍ、６〜１０μｍ、７〜１０μｍ、８μｍ〜１０μｍ、９μｍ〜１０μｍ、１μｍ〜２μｍ、２μｍ〜３μｍ、３μｍ〜４μｍ、４μｍ〜５μｍ、５μｍ〜６μｍ、６μｍ〜７μｍ、７μｍ〜８μｍ、８μｍ〜９μｍ、約０．０１μｍ、約０．０２μｍ、約０．０３μｍ、約０．０４μｍ、約０．０５μｍ、約０．０６μｍ、約０．０７μｍ、約０．０８μｍ、約０．０９μｍ、約０．１μｍ、約０．２μｍ、約０．３μｍ、約０．４μｍ、約０．５μｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍ、約１１μｍ、約１２μｍ、約１３μｍ、約１４μｍ、約１５μｍ、約１６μｍ、約１７μｍ、約１８μｍ、約１９μｍ、約２０μｍ、約２１μｍ、約２２μｍ、約２３μｍ、約２５μｍ、約２６μｍ、約２７μｍ、約２８μｍ、約２９μｍ、約３０μｍまたはそれ以上、またはそれらの間の任意の範囲である。
【００８８】
いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は０．５μｍより大きいが、１０μｍより小さい。いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は、０．５μｍより大きいが７μｍより小さい。いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は１μｍより大きいが、７μｍより小さい。いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は３μｍより大きいが、７μｍより小さい。
【００８９】
粒界は電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）により測定でき、低角度で異なる原子を示すことができる。角度の差は、５度より大きくてもよい。各粒は、結晶粒界線で囲まれた面積によって決定することができる。粒径が大きいとき、形状は独特でランダムな多角形である。粒子が小さくなるにつれて、形状は円に近いより小さい多角形、立方体、または長方形となる。長方形の場合は短辺、又は円の場合は直径がほぼ平均粒径である。
【００９０】
いくつかの実施形態では、金属材料は約１μｍ(±２０％）または２００ｎｍ〜１μｍの平均粒径を有し、グラム陽性菌およびグラム陰性菌の増殖を阻害する。いくつかの実施形態では、金属材料は約１μｍ(±２０％）または５００ｎｍ〜１μｍの平均粒径を有し、グラム陽性菌およびグラム陰性菌の増殖を阻害する。
【００９１】
結晶粒の微細化中、金属材料の化学組成は変化しない。従って、チタン、チタン系材料、ステンレス鋼、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ、ニチノール、白金、パラジウム等のように、結晶または粒を有する金属材料であれば、化学組成の異なる任意の金属を用いることができる。
【００９２】
いくつかの実施形態では、金属材料はその抗菌性に加えて、従来のステンレス鋼よりも改善された引張強度および硬度を有する。
【００９３】
なお、結晶粒の平均結晶粒径を調整する方法としては、微細化方法を採用することができる。この方法としては、例えば、精錬前の金属原料の圧延工程、剪断工程、圧縮工程、変形工程、及びこれらの組み合わせが挙げられる。この場合、冷却、加熱を行ってもよいし、特定のガス（酸素、窒素等）の存在下または非存在下の雰囲気中で精製を行ってもよい。一般に、塑性変形に至る加熱や冷却による再結晶により微細化が進行する。以上の手順を１回または複数回繰り返すことにより、所望の平均結晶粒径を得ることができる。
【００９４】
本発明の態様によれば、本明細書で提供される金属材料から形成されるデバイスは、表面に限定されないナノ構造を有する。例えば、金属材料はその処理の間、そのナノ構造を維持することができ、その結果、均一なナノ構造を有する金属材料は得られる。
【００９５】
いくつかの実施形態によれば、本明細書で提供される金属材料の磁場は、表面電荷ならびに初期のタンパク質吸着事象を変化させて、細菌の付着およびコロニー形成および／または真核細胞の増殖を変化させることができる。
【００９６】
（研磨／非研磨の金属材料）
いくつかの実施形態では、金属材料を研磨して表面粗さを変化させることができる。いくつかの実施形態では、金属材料を研磨する方法はラッピングフィルムを使用する粗研磨を含む（実施例４参照）。
【００９７】
表面粗さは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で計算でき、金属材料について三つの異なるパラメータ−二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）、算術粗さ（Ｒａ）および最大高さ（Ｒｚ）−を得ることができる。
【表１】
2022500008.tif 000003
【表２】
2022500008.tif 000004
【００９８】
いくつかの実施形態では、材料は研磨されており、約０．１ｎｍ〜１００μｍのナノスケールの表面粗さを有する。
【００９９】
以前の研究は細菌増殖を阻害するための表面エネルギーの最適値が約４２Ｎ／ｍであることを示した（Liu et al., “Understanding the Role of Polymer Surface Nanoscale Topography on Inhibiting Bacteria Adhesion and Growth” Biomaterials Science and Engineering, 2016, 2 (1), pp 122-130.)。
【０１００】
いくつかの実施形態では、金属材料の表面エネルギーの値は４０〜４５Ｎ／ｍ、４０〜４７Ｎ／ｍ、４０〜５０Ｎ／ｍ、４０〜５５Ｎ／ｍ、４０〜６０Ｎ／ｍ、３５〜４５Ｎ／ｍ、３５〜５０Ｎ／ｍ、３５〜５５Ｎ／ｍ、３５〜６０Ｎ／ｍ、３０〜４５Ｎ／ｍ、３０〜５０Ｎ／ｍ、３０〜５５Ｎ／ｍ、３０〜６０Ｎ／ｍである。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の金属材料はいくつかの真核細胞の増殖を促進する表面エネルギーを有する。さらにいくつかの実施形態では、本明細書に記載の金属材料は他の真核細胞の増殖を阻害する表面エネルギーを有する。例えば、表面エネルギーは、内皮細胞の付着および増殖を促進し得、また線維芽細胞の付着および／または増殖を阻害し得る。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、真核細胞の増殖を促進するための金属材料の表面エネルギーの値は４０〜４５Ｎ／ｍ、４０〜４７Ｎ／ｍ、４０〜５０Ｎ／ｍ、４０〜５５Ｎ／ｍ、４０〜６０Ｎ／ｍ、３５〜４５Ｎ／ｍ、３５〜５０Ｎ／ｍ、３５〜５５Ｎ／ｍ、３５〜６０Ｎ／ｍ、３０〜４５Ｎ／ｍ、３０〜５０Ｎ／ｍ、３０〜５５Ｎ／ｍ、３０〜６０Ｎ／ｍである。
【０１０３】
最適なＲａ、Ｒｑ、Ｒｚは理想的な表面エネルギーとして４５Ｎ／ｍを用いてＫｈａｎｇの式で計算できる。
ＥＳ＝Ｅ０，＋ρ×ｒｅｆｆ
ＥＳ＝表面エネルギー
Ｅ０，Ｓ＝基底表面エネルギー
ｒｅｆｆ＝粗さ
ρ＝カップリング定数
【０１０４】
いくつかの実施形態では、金属材料は炎症性細胞機能を減少させる、細菌機能を減少させる、骨細胞機能を増加させる、内皮細胞機能を増加させる、または前述のものの任意の組み合わせによるタンパク質の吸着に合わせた表面エネルギーを有することができる。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、金属材料は炎症性細胞機能を減少させる、細菌機能を減少させる、骨細胞機能を増加させる、内皮細胞機能を増加させる、または前述のものの任意の組合せによるタンパク質の吸着に合わせた平均粒径を有することができる。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、金属材料は研磨されていても研磨されていなくてもよい。いくつかの実施形態では、研磨および／または非研磨の金属材料はグラム陽性菌およびグラム陰性細菌の両方の付着または増殖を減少させるために、約１００ｎｍ〜１０μｍ、例えば５００ｎｍ未満の平均粒径を有する。いくつかの実施形態では、研磨されたおよび／または研磨されていない金属材料は好ましくは約３〜７μｍの平均粒径を有する。
【０１０７】
（形状／デバイス）
いくつかの実施形態では、金属材料の形状は、特に限定されるものではなく、板状、線状、棒状（rod）、球状、円筒状等の任意の形状を採用することができる。いくつかの実施形態では、金属材料はワイヤまたは線の形状である。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、金属材料は約０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲の厚さ、例えば０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、または１ｍｍを有するプレートまたは箔の形態である。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、金属材料は０．０２ｍｍ〜６ｍｍの直径を有する棒（bar）またはワイヤの形態である。
【０１１０】
（微生物の増殖を阻害する方法）
いくつかの実施形態では、微生物の増殖阻害方法は、所定の平均結晶粒を含む金属材料を用いる方法である。
【０１１１】
いくつかの実施態様において、金属材料、例えばステンレス鋼材料が提供され、ここでは、結晶粒の各平均結晶粒径が、０．１μｍから２０μｍ、０．５μｍから２０μｍ、１μｍから２０μｍ、２μｍから２０μｍ、３μｍから２０μｍ、４μｍから２０μｍ、５μｍから２０μｍ、６μｍから２０μｍ、７μｍから２０μｍ、８μｍから２０μｍ、９μｍから２０μｍ、１０μｍから２０μｍ、１１μｍから２０μｍ、１２μｍから２０μｍ、１３μｍから２０μｍ、１４μｍから２０μｍ、１５μｍから２０μｍ、１６μｍから２０μｍ、１７μｍから２０μｍ、１８μｍから２０μｍ、１９μｍから２０μｍ、０．１μｍから１０μｍ、０．５μｍから１０μｍ、１μｍから１０μｍ、２μｍから１０μｍ、３μｍから１０μｍ、４μｍから１０μｍ、５μｍから１０μｍ、６μｍから１０μｍ、７μｍから１０μｍ、８μｍから１０μｍ、９μｍから１０μｍ、１μｍから２μｍ、２μｍから３μｍ、３μｍから４μｍ、４μｍから５μｍ、５μｍから６μｍ、６μｍから７μｍ、７μｍから８μｍ、８μｍから９μｍ、約０．５μｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、または約１０μｍ以上の範囲内に調整される。。いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は０．５μｍより大きいが、１０μｍより小さい。いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は、０．５μｍより大きいが７μｍより小さい。いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は１μｍより大きいが、７μｍより小さい。いくつかの実施態様において、平均結晶粒径は３μｍより大きいが、７μｍより小さい。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、微生物の増殖を最適に阻害するための結晶粒の平均結晶粒径は上記手順で得られた応答プロファイルに基づいて決定される。
【０１１３】
図１Ａは、グラム陽性菌に対する金属材料の抗菌性を示す。例えば、図１Ａは、０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、３μｍ、および９μｍの粒径を有する金属材料はグラム陽性菌の増殖／接着を阻害することを示す。図１Ｂは、グラム陰性菌に対する金属材料の抗菌性を示す。例えば、図１Ｂは、０．５μｍ、３μｍおよび９μｍの粒径を有する金属材料はグラム陽性菌の増殖／接着を阻害することを示す。
【０１１４】
（細胞接着および／または増殖を促進または阻害するための使用方法）
いくつかの実施形態において、デバイスは、以下の解剖学的位置：皮下、腹腔内、筋肉内、血管内、眼内、脳内または他の適切な部位に移植され得る。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、金属材料のナノ構造はナノメートルスケールのタンパク質およびマイクロメートルスケールの細胞に適合するように調整することができる。いくつかの実施形態では、結晶粒径が内皮細胞または骨芽細胞の接着を促進することができる。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、２つ以上の表面を有する移植可能な金属デバイスが提供される。いくつかの実施形態では、デバイスは第１の細胞型の付着および／または増殖を促進する表面エネルギーを有するように構成された第１の金属表面と、第２の異なる細胞型の付着および／または増殖を阻害する表面エネルギーを有するように構成された第２の表面とを含むことができる。いくつかの実施形態では、デバイスは第１の細胞型の付着および／または増殖を促進する平均粒径を有するように構成された第１の金属表面と、第２の異なる細胞型の接着および／または増殖を阻害するように平均粒径を有するように構成された第２の表面とを含むことができる。例えば、移植可能なデバイスは、内皮細胞の付着および／または増殖を促進するように構成された第１の表面と、線維芽細胞の付着および／または増殖を阻害するように構成された第２の表面とを有する血管ステントであり得る。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、金属材料は細胞の付着、細胞の増殖、またはそれらの組み合わせを阻害する平均粒径および／または表面エネルギーを有することができる。例えば、金属材料は、免疫細胞などの炎症の原因となる細胞の付着および／または増殖を阻害することができる。
【実施例】
【０１１８】
以下、実施例を参照して本発明を詳細に説明するが、本発明の要旨を超えない限り、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１１９】
（実施例１：金属材料の製造）
金属材料を提供するために、ステンレス鋼（ＳＵＳ ３０４）に圧延処理および加熱による再結晶を施し、結晶粒の平均結晶粒径をそれぞれ０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、３μｍおよび９μｍに調整した。金属材料は、長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの板状であった。圧延処理及び加熱による再結晶は、以下の手順で行った。具体的には、ステンレス鋼（ＳＵＳ ３０４）を回転ミルに数回通過させ、約４０〜６５％（１回当たり約３〜１５％の圧縮比）まで冷間圧延した。次いで、得られたステンレス鋼を６００〜８５０℃で１０〜１００秒（加熱速度：２００℃／ｓｅｃ）の焼鈍を行い、ステンレス鋼を再結晶させた。相変態の状態に応じて、再結晶ステンレス鋼を冷却してオーステナイト系ステンレス鋼（冷却速度：２００〜４００℃／ｓｅｃ．）を得た。
【０１２０】
３１６型ステンレス鋼および他の金属は、平均粒径を制御するために同じプロセスに供することができることが理解されるべきである。
【０１２１】
（実施例２）平均結晶粒径の測定
上記で得た金属材料の試験サンプルを、イオンポリッシャー（「ＩＭ ４０００」、日立ハイテクノロジーズ社製）を用いてアルゴンイオンで研磨した。その後、結晶方位解析機能を有する電子顕微鏡（「ＳＵ−７０」、日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて、室温の真空環境下（１×１０−３Ｐａ）で金属材料の平均結晶粒径を測定した。各結晶粒の大きさは、結晶粒の形状を結晶粒の面積と同じ面積を持つ円と仮定し、任意の測定範囲（すなわち、観察画像；倍率：１０００倍）で各結晶粒の面積を求め、円の直径を算出して求めた。結晶粒の面積および結晶粒の面積と同じ面積を有する円の直径を、画像処理装置(TSL OMI Analysis ７、TSL Solutions製）を用いて算出した。そして、任意の測定範囲における全ての結晶粒径の和を結晶粒の数で除し、得られた値を平均結晶粒径（ｎｍ）と定義した。
【０１２２】
（実施例３）非研磨金属材料の抗菌性
【０１２３】
方法：
細菌を最初に一晩培養した。濃度が１０5に達した後、最近を金属材料サンプル（３０４型ステンレス鋼サンプル）と混合し、２４時間培養した。次いで、３０４型ステンレス鋼サンプルを蒸留水で洗浄し、１０分間超音波処理した。サンプルをさらに１０秒間ボルテックスした後、各サンプルのいくつかの希釈物を寒天プレート上に置いた。寒天プレートを１２時間培養した。
【０１２４】
結果：
【０１２５】
図１Ａ、１Ｂは、それぞれ培養後のグラム陽性菌またはグラム陰性菌のコロニー形成単位を、結晶粒の平均結晶粒径に対してプロットして得られた応答プロファイルの一例を示す。
【０１２６】
図１Ａに示すように、金属材料に吸着されたグラム陽性菌の数は、平均粒径が０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、３μｍおよび９μｍである場合に相対的に減少し、試験した金属材料はグラム陽性菌の増殖／接着を阻害することを示した。図１Ｂに示されるように、金属材料上に吸着された細菌の数は平均粒径が０．５μｍ、３μｍおよび９μｍである場合に相対的に減少し、試験された金属材料はグラム陰性菌の増殖／接着を阻害することを示した。
【０１２７】
（実施例４）非研磨金属材料対研磨材料の抗菌性
【０１２８】
非研磨金属材料対研磨材料の抗菌性を測定した。
【０１２９】
方法：
試料：表３に示す３０４型ステンレス鋼：径（φ）１１ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ。
【表３】
2022500008.tif 000005
【０１３０】
第１のステップでは、３Ｍラッピングフィルム砥石アルミナを使用してサンプルを粗研磨した。
【０１３１】
試料を、最初に、５枚の３ＭラッピングフィルムメッシュＮｏ．４０００（３μｍ）を用いて、手で約４０秒間研磨した。次に、試験片を３ＭラッピングフィルムメッシュＮｏ．８０００（１μｍ）により約４０秒間手で研磨した。次に、試料を３ＭラッピングフィルムメッシュＮｏ．１５０００（０．３μｍ）により約４０秒間手で研磨した。
【０１３２】
第２のステップでは、アルミナ溶液を用いてサンプルをアルミナ研磨し、テーブル上の研削機を用いてバフ研磨した。使用したアルミナ溶液は、φ１μｍアルミナとφ０．０５μｍアルミナ（φ１μｍアルミナ:Buehler Micro Polish II Alumina １，０μｍ；φ０．０５μｍアルミナ:BuehlerMasterPrep Polishing Suspension ０．０５μｍ）の混合液である。
【０１３３】
図１０に示すように、サンプルを第１の方向Ａを維持しながら５分間、第２の方向Ｂを維持しながら５分間、方向Ａを維持しながら５分間、方向Ｂを維持しながら５分間、合計２０分間研磨した。
【０１３４】
第３のステップでは、サンプルを次のように洗浄した：（１）まず水により洗浄した：最初にサンプルを希釈した中性洗浄剤中及び水道水中にて手で柔らかく洗浄し、次に蛇口からの流水で洗浄し、次にサンプルを柔らかく拭いてサンプルを乾燥させた；（２）次にサンプルをエタノール中に置き、サンプルを取り出し、サンプルを柔らかく拭いて静置することでサンプルを乾燥させた。
【０１３５】
図２Ａ、２Ｂは、平均粒径が０．５、１、１．５の金属材料に吸着した細菌数を示す。２μｍ、３μｍおよび９μｍは、金属材料は研磨されたときに相対的に減少した。
【０１３６】
（実施例５）細胞毒性ＭＴＳアッセイ
方法：
【０１３７】
ヒト胎児骨芽細胞（ＨＦＯｂ）を、金属材料サンプルを含む１２ウェルプレートに播種した。細胞培地を２日毎に交換した。細胞増殖アッセイのために、ＭＴＳ試薬を３、５、および７日後に添加して、生きている細胞の数を決定した。
【０１３８】
結果：
【０１３９】
図３Ａおよび図３Ｂは、金属材料は細胞毒性を有しないことを示す。ほとんどのサンプルについて、生存率は、３つの読み取り値（３、５、および７日）すべてについて８０％以上であった。７日目には、全ての読み取り値は１００％以上の生存率を示した。より高い生存率は、金属材料サンプルが細胞増殖を促進したことを示した。
【０１４０】
研磨サンプルについては、全ての読み取り値が９０％〜１２０％の間の細胞生存率を示した。５日目について、全てのサンプルは１００％より高い細胞生存率を示し、金属材料サンプルが細胞増殖を促進したことを示した。非研磨サンプルは、研磨サンプルよりも高い細胞生存率を示した。９μｍの平均粒径を有する金属材料は、非研磨サンプルで最大の生存率を示した。
【０１４１】
（実施例６）：平均粒径−予測式の関係における細菌コロニー形成単位に対する３１６型ステンレス鋼の抗菌性
【０１４２】
方法：
細菌を最初に一晩培養した。濃度が１０5に達した後、細菌を金属材料サンプルと混合し、２４時間培養した。次いで、サンプルを蒸留水で洗浄し、１０分間超音波処理した。サンプルをさらに１０秒間ボルテックスした後、各サンプルのいくつかの希釈物を寒天プレート上に置いた。寒天プレートを１２時間培養した。
【０１４３】
使用した３１６型ステンレス鋼金属サンプルの化学組成を以下の表４に示す：
【表４】
2022500008.tif 000006
【０１４４】
試験した金属サンプルは、異なる直径（φｍｍ）と異なる平均粒径（μｍ）を有する３１６型ステンレス鋼ワイヤであった。超微細平均粒径（ＵＧＣＳＳ）は０．１８μｍから０．２５μｍまで変化し、従来の粒径は７．１μｍから１６．５μｍまで変化する。
ＣＧ３１６ φ０．８  粒径１６．５μｍ
ＣＧ３１６ φ０．４  粒径１０．７μｍ
ＣＧ３１６ φ０．２  粒径７．１μｍ
ＵＦＧＳＳ ３１６ φ０．８  粒径０．２５μｍ
ＵＦＧＳＳ ３１６ φ０．４  粒径０．２２μｍ
ＵＦＧＳＳ ３１６ φ０．２  粒径０．１８μｍ
【０１４５】
結果：
【０１４６】
従来の粒子（ＣＧ）サンプルでは３１６型ステンレス鋼金属材料上の黄色ブドウ球菌、ＭＲＳＡおよび大腸菌のＣＦＵ／ｍｌは、平均粒径が１０．７μｍまたは１６．５μｍである場合と比較して、平均粒径が７．１μｍである場合に比較的減少した。対照的に、緑膿菌の数（３１６型ステンレス鋼金属材料上のＣＦＵ／ｍｌ）は、平均粒径が７．１μｍまたは１０．７μｍである場合と比較して、平均粒径が１６．５μｍである場合に表面エネルギーの対応する変化のために比較的減少した。
【０１４７】
超微細（ＵＦ）サンプルでは、３１６型ステンレス鋼金属材料上の黄色ブドウ球菌、ＭＲＳＡおよび大腸菌のＣＦＵ／ｍｌは、平均粒径が０．２２μｍまたは０．２５μｍである場合と比較して、平均粒径が０．１８μｍである場合に比較的減少した。対照的に、緑膿菌の数（３１６型ステンレス鋼金属材料上のＣＦＵ／ｍｌ）は、平均粒径が０．１８μｍまたは０．２２μｍの場合と比較して、平均粒径が０．２５μｍの場合に相対的に減少した。
【０１４８】
理論に束縛されるものではないが、表面エネルギーの変化は次いで、初期のタンパク質吸着および確認事象を変化させ、細菌の付着およびコロニー形成を阻害し得る。
予測方程式と最適粒径を計算した。
【０１４９】
予測方程式と最適粒径を計算した。
【０１５０】
図４Ａ〜４Ｄは、培養後のグラム陽性菌またはグラム陰性菌のコロニー形成単位を、結晶粒の平均結晶粒径に対してプロットして得られた応答プロファイルの例である。
【０１５１】
図４Ａは、従来の粒および超微細粒３１６型ステンレス鋼金属材料について、黄色ブドウ球菌の増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための予測方程式を示す。図Ｂは、従来の粒および超微細粒３１６型ステンレス鋼金属材料について、ＭＲＳＡの増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための方程式を示す。図４Ｃは、従来の粒および超微細粒３１６型ステンレス鋼金属材料について、大腸菌の増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための方程式を示す。図４Ｄは、従来の粒および超微細粒３１６型ステンレス鋼金属材料について、緑膿菌の増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための方程式を示す。
【０１５２】
図４Ａ〜４Ｄに示すように、試験した細菌のＣＦＵ／ｍｌは、０．１２５μｍ〜１９．０２μｍの範囲である。
【０１５３】
図４Ａ〜４Ｃは、金属材料上に吸着された細菌S. aureus、ＭＲＳＡおよびE. coliの数が従来の粒径サンプルの平均粒径が１０．７μｍであった場合に、比較的減少したことを示した。
【０１５４】
従来の粒子金属材料の予測方程式は、ＭＲＳＡおよび大腸菌の増殖／吸収を阻害するための予測最適平均粒径が４．２８μｍ〜１９．０２μｍの範囲であることを示した。
【０１５５】
超微粒子金属材料の予測方程式は、黄色ブドウ球菌、ＭＲＳＡ、大腸菌および緑膿菌の増殖／吸収を阻害するための予測最適平均粒径が０．１２５μｍ〜０．３３μｍの範囲であることを示した。
【０１５６】
（実施例７）：平均粒径−予測方程式の関係における表面積に対して正規化された細菌コロニー形成単位に対する３１６型ステンレス鋼の抗菌性
金属材料サンプルおよび実施例６の方法を用いて、細菌ＣＦＵに対する３１６型ステンレス鋼の抗菌効果を得た。
【０１５７】
ＣＦＵ単位は、以下に示す表５を用いて表面積に対して正規化した：
【表５】
2022500008.tif 000007
【０１５８】
結果：
【０１５９】
粗粒（ＣＧ）サンプルでは、３１６型ステンレス鋼金属材料上の黄色ブドウ球菌、ＭＲＳＡおよび緑膿菌のＣＦＵ／ｍｌは、平均粒径が１０．７μｍの場合と比較して、平均粒径が１６．５μｍの場合に比較的減少した。対照的に、大腸菌の数（３１６型ステンレス鋼金属材料上のＣＦＵ／ｍｌ）は、平均粒径が１６．５μｍの時と比較して平均粒径が１０．７μｍの時に相対的に減少した。
【０１６０】
超微細（ＵＦ）サンプルでは、３１６型ステンレス鋼金属材料上の黄色ブドウ球菌、大腸菌および緑膿菌のＣＦＵ／ｍｌは、平均粒径が０．２２μｍの場合と比較して、平均粒径が０．２５μｍの場合に比較的減少した。対照的に、ＭＲＳＡの数（３１６型ステンレス鋼金属材料上のＣＦＵ／ｍｌ）は、平均粒径が０．２５μｍであった場合と比較して、平均粒径が０．２２μｍであった場合に比較的減少した。
【０１６１】
予測方程式と最適粒径を計算した。
【０１６２】
図５Ａ〜５Ｄは、培養後のグラム陽性菌またはグラム陰性菌のコロニー形成単位を、結晶粒の平均結晶粒径に対してプロットして得られた応答プロファイルの一例を示す。
【０１６３】
図５Ａは、従来の粒および超微細粒３１６型ステンレス鋼金属材料についての黄色ブドウ球菌の増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための予測方程式を示す。図５Ｂは、従来の粒および超微細粒３１６型ステンレス鋼金属材料についてのＭＲＳＡの増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための方程式を示す。図５Ｃは、従来の粒および超微細粒３１６型ステンレス鋼金属材料についての大腸菌の増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための方程式を示す。図５Ｄは、従来の粒および超微細粒３１６型ステンレス鋼金属材料についての緑膿菌の増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための方程式を示す。
【０１６４】
図５Ａ〜５Ｄに示すように、試験した細菌の表面積に対して正規化したＣＦＵ／ｍｌは、０．０４μｍ〜２５．７１μｍの範囲である。
【０１６５】
図５Ａ、５Ｂおよび５Ｄは、試験された従来の粒径金属材料に吸着された細菌黄色ブドウ球菌、ＭＲＳＡおよび緑膿菌の数が、従来の粒径金属サンプルの平均粒径が１０．７μｍと比較して１６．５μｍであった場合に比較的減少したことを示した。対照的に、図５Ｃは、試験された従来の粒径の金属材料に吸着された大腸菌細菌の数が、従来の粒径の金属サンプルの平均粒径が１５．５μｍと比較して１０．７μｍであった場合に、表面エネルギーの対応する変化に起因して、相対的に減少したことを示した。
【０１６６】
図５Ａ、５Ｂおよび５Ｄは、試験された超微細粒径金属材料に吸着された細菌黄色ブドウ球菌、ＭＲＳＡおよび緑膿菌の数が、超微細粒径金属サンプルの平均粒径が０．２２μｍと比較して０．２５μｍであった場合に比較的減少したことを示した。対照的に、図５Ｃは、試験された超微細粒径金属材料上に吸着された大腸菌の数が、超微細粒径金属サンプルの平均粒径が０．２２μｍと比較して０．２５μｍである場合に、表面エネルギーの対応する変化に起因して、相対的に減少したことを示した。
【０１６７】
図５Ａ、５Ｂおよび５Ｄの予測方程式は、黄色ブドウ球菌、大腸菌および緑膿菌の増殖／吸収を阻害するための従来の粒径の金属サンプルの予測される最適平均粒径が１６．４６μｍ〜２５．７１μｍの範囲であることを示した。
【０１６８】
図５Ａ、５Ｂおよび５Ｄの予測方程式は、黄色ブドウ球菌、ＭＲＳＡおよび緑膿菌の増殖／吸収を阻害するための超微細粒径金属サンプルの予測される最適平均粒径が０．００４〜０．２８μｍの範囲であることを示した。
【０１６９】
（実施例８）平均粒径−予測方程式の関係において表面積に対して正規化された細菌コロニー形成単位に対する３０４型ステンレス鋼の抗菌性
方法：
【０１７０】
細菌を最初に一晩培養した。濃度が１０5に達した後、細菌と金属材料サンプルとを混合し、２４時間培養した。次いで、サンプルを蒸留水で洗浄し、１０分間超音波処理した。サンプルをさらに１０秒間ボルテックスした後、各サンプルのいくつかの希釈物を寒天プレート上に置いた。寒天プレートを１２時間培養した。
【０１７１】
３１６型ステンレス鋼金属の化学組成を実施例６に示す。使用した３０４型ステンレス鋼金属サンプルの化学組成を以下の表６に示す：
【表６】
2022500008.tif 000008
【０１７２】
試験した金属サンプルは、異なる直径（φｍｍ）と異なる平均粒径（μｍ）を有する３１６型ステンレス鋼ワイヤであった。超微細平均粒径（ＵＧＣＳＳ）は０．２２μｍから０．２７μｍまで変化し、従来の粒径は１２μｍから２１．５μｍまで変化する
ＣＧ３０４  φ０．８  粒径２１．５μｍ
ＣＧ３０４  φ０．４  粒径１２．０μｍ
ＣＧ３０４  φ０．２  粒径１５．０μｍ
ＵＦＧＳＳ ３０４ φ０．８  粒径０．２７μｍ
ＵＦＧＳＳ ３０４ φ０．４  粒径０．２２μｍ
ＵＦＧＳＳ ３０４ φ０．２  粒径０．２３μｍ
【０１７３】
結果：
予測方程式と最適粒径を計算した。
【０１７４】
図６Ａ〜６Ｄは、培養後のグラム陽性菌またはグラム陰性菌のコロニー形成単位を、結晶粒の平均結晶粒径に対してプロットして得られた応答プロファイルの一例を示す図である。
【０１７５】
図６Ａは、従来の粒および超微細粒３０４型ステンレス鋼金属材料についての黄色ブドウ球菌の増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための予測方程式を示す。図６Ｂは、従来の粒および超微細粒３０４型ステンレス鋼金属材料についてのＭＲＳＡの増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための方程式を示す。図６Ｃは、従来の粒および超微細粒３０４型ステンレス鋼金属材料についての大腸菌の増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための方程式を示す。図６Ｄは、従来の粒および超微細粒３０４型ステンレス鋼金属材料についての緑膿菌の増殖／接着を阻害する最適な粒径を計算するための方程式を示す。
【０１７６】
図６Ａ〜６Ｄに示すように、試験した細菌の表面積に対して正規化したＣＦＵ／ｍｌは、０．２９μｍ〜３２．２３μｍの範囲である。
【０１７７】
図６Ａ、６Ｃ〜６Ｄの予測方程式は、黄色ブドウ球菌、大腸菌および緑膿菌の増殖／吸収を阻害するための従来の粒径の金属サンプルの予測最適平均粒径が２７．８１μｍ〜３２．２３μｍの範囲であることを示した。
【０１７８】
図６Ａ〜６Ｄの予測式は、黄色ブドウ球菌、ＭＲＳＡ、大腸菌および緑膿菌の増殖／吸収を阻害するための超微細粒径金属サンプルの予測される最適平均粒径が０．２９および１．５９μｍの範囲であることを示した。
【０１７９】
（実施例９）粒径の効果  線維芽細胞増殖
ヒト皮膚線維芽細胞(ＨＤＦ)(ＡＴＣＣ(登録商標）ＣＣＬ−１１０（商標））に対する金属材料の細胞毒性を調べた。
【０１８０】
方法
【０１８１】
最初に、ヒト皮膚線維芽細胞を、完全培地（１０％ウシ胎児血清および１％ペニシリンストレプトマイシンを含むイーグル最小必須（ＥＭＥＭ）培地）中で、５% CO２を含む加湿インキュベーター中、３７℃のフラスコ中で別々に培養した。
【０１８２】
次いで、細胞を４８ウェルプレートに金属ワイヤサンプルとともに５，０００細胞／ウェルで１０００μＬの細胞培地中に播種し、５% CO２加湿雰囲気中、３７℃で３、５、および７日間培養した。
【０１８３】
培養期間の後、培養培地を除去し、新鮮な培地（２００μＬ＋１０００μＬのＥＭＥＭ）中で１：５希釈した１０００μＬのＭＴＳ溶液で置き換えた。このとき、ウェルプレートをちょうど３時間培養し、変色させた。吸光度プレートリーダー（ＳｐｅｃｔｒａＭａｘ）にて４９０ｎｍで吸光度を測定した。データは、細胞生存率のパーセンテージとして表した。
【０１８４】
試験した金属サンプルは以下に示すように、異なる直径および異なる平均粒径を有する３１６型ステンレス鋼ワイヤおよび３０４型ステンレス鋼ワイヤであった：
３０４型ステンレス鋼：
ＣＧ３０４  φ０．８  粒径２１．５μｍ
ＣＧ３０４  φ０．４  粒径１２．０μｍ
ＣＧ３０４  φ０．２  粒径１５．０μｍ
ＵＦＧＳＳ ３０４  φ０．８  粒径０．２７μｍ
ＵＦＧＳＳ ３０４  φ０．４  粒径０．２２μｍ
ＵＦＧＳＳ ３０４  φ０．２  粒径０．２３μｍ
３１６型ステンレス鋼：
ＣＧ３１６  φ０．８  粒径１６．５μｍ
ＣＧ３１６  φ０．４  粒径１０．７μｍ
ＣＧ３１６  φ０．２  粒径７．１μｍ
ＵＦＧＳＳ ３１６  φ０．８  粒径０．２５μｍ
ＵＦＧＳＳ ３１６  φ０．４  粒径０．２２μｍ
ＵＦＧＳＳ ３１６  φ０．２  粒径０．１８μｍ
試験したサンプルの直径および面積サンプルを以下の表７に示す：
【表７】
2022500008.tif 000009
【０１８５】
図７Ａ〜７Ｃは、３０４型ステンレス鋼金属サンプル上で増殖させた場合のヒト真皮線維芽細胞の生存率パーセントを示す。図７Ｃは、従来の金属サンプルおよび超微細金属サンプルについて、それぞれ、０．２２μｍおよび０．２７μｍの粒径がヒト真皮線維芽細胞を促進することを示した。
【０１８６】
図８Ａ〜８Ｃは、３１６型ステンレス鋼金属サンプル上で増殖させた場合のヒト皮膚線維芽細胞の生存率パーセントを示す。図８Ｃは、従来の金属サンプルについて、それぞれ１６．５μｍの粒径がヒト皮膚線維芽細胞を促進することを示した。
【０１８７】
図９Ａの予測方程式はヒト皮膚線維芽細胞を促進するための３０４型ステンレス鋼について計算された最適粒径が従来の粒径の金属サンプルでは２２．７１μｍであり、超微細粒径金属サンプルでは０．２３μｍより大きいことを示している。
【０１８８】
図９Ａの予測方程式は、ヒト皮膚線維芽細胞を促進するための３０４型ステンレス鋼について計算された最適粒径が従来の粒径の金属サンプルについて２２．７１μｍであることを示す。例えば、従来の粒径の金属サンプルについて、２２．７１μｍの予測される粒径は、黄色ブドウ球菌および大腸菌の増殖／吸収を阻害するための最適な粒径として計算される２７．８１μｍ〜３０．６６μｍの範囲に類似していることに留意されたい（図６Ａ〜６Ｄを参照のこと）。
【０１８９】
図９Ｂの予測方程式は、ヒト皮膚線維芽細胞を促進するための３１６型ステンレス鋼について計算された最適粒径が従来の粒径の金属サンプルについては１５．８８μｍより大きく、超微細粒径金属サンプルについては０．０７μｍより大きいことを示す。例えば、従来の粒径の金属サンプルについて、１５．８８μｍの予測される粒径は、黄色ブドウ球菌、大腸菌および緑膿菌の増殖／吸収を阻害するための最適な粒径として計算される１６．４６μｍ〜２５．７１μｍの範囲内にあることに留意されたい（図５Ａ〜５Ｄを参照のこと）。
【０１９０】
（実施例１０）：チタン合金を用いた骨芽細胞増殖データ
ヒト胎児骨芽細胞(ｈＦＯＢ)(ＣＲＬ−１１３７２，ATCC)細胞毒性試験
【０１９１】
ヒト胎児骨芽細胞を、完全培地（１０％ウシ胎児血清および１％ペニシリンストレプトマイシンを含むダルベッコ改変イーグル培地（ＤＭＥＭ／Ｆ１２））中で、５% CO２を含む加湿インキュベーター中、３７℃のフラスコ中で別々に培養した。次いで、細胞を４８ウェルプレートにワイヤサンプルとともに５，０００細胞／ウェルで１０００μＬの細胞培地中に播種し、５% CO２加湿雰囲気中、３７℃で３、５、および７日間培養した。培養期間の後、培養培地を除去し、新鮮な培地（１００μＬ＋９００μＬのＤＥＭＥＭ／Ｆ１２）中で１：１０希釈した１０００μＬのＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅ溶液で置き換えた。このとき、ウェルプレートを４５分間培養し、変色させた。蛍光を、プレートリーダー（ＳｐｅｃｔｒａＭａｘ）下で、５６０ｎｍ励起波長および５９０ｎｍ発光波長で測定した。データは、細胞生存率のパーセンテージとして表した。
【０１９２】
使用したチタン合金サンプルを表１２に示す。
【表８】
2022500008.tif 000010
【０１９３】
表１３は、チタン合金対照サンプルの組成を示す
【表９】
2022500008.tif 000011
【０１９４】
ヒト胎児骨芽細胞（ｈＦＯＢ）細胞を用いる細胞増殖アッセイ。
【０１９５】
試験した全てのサンプルについて、生存率のパーセンテージは、７日間の培養の間、８０％より高く、ｈＦＯＢ細胞に対して比較的低い細胞毒性を示した（図１１を参照のこと）。
【０１９６】
さらに、生存価のパーセンテージはほとんどの場合１００％より高く、これは新鮮な培地のみと接触して増殖した細胞の数と比較して、サンプルの存在下で増殖した細胞の数がより多いことを示す。理論に束縛されるものではないが、細胞はチタンサンプルの上部で増殖し、チタンサンプルはそれらの増殖を促進した。
【０１９７】
細胞生存率のパーセンテージは、５日後に３．１μｍ、２μｍ、および０．８μｍの粒径を有するサンプルについてわずかに減少した。
【０１９８】
本明細書の開示は特定の実施形態を参照して説明されてきたが、これらの実施形態は本開示の原理および用途の単なる例示であることを理解されたい。したがって、例示的な実施形態に対して多数の変更を行うことができ、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の精神および範囲から逸脱することなく、他の構成を考案することができることを理解されたい。
【図１Ａ】
2022500008.tif 000012
【図１Ｂ】
2022500008.tif 000013
【図２Ａ】
2022500008.tif 000014
【図２Ｂ】
2022500008.tif 000015
【図３Ａ】
2022500008.tif 000016
【図３Ｂ】
2022500008.tif 000017
【図４Ａ】
2022500008.tif 000018
【図４Ｂ】
2022500008.tif 000019
【図４Ｃ】
2022500008.tif 000020
【図４Ｄ】
2022500008.tif 000021
【図５Ａ】
2022500008.tif 000022
【図５Ｂ】
2022500008.tif 000023
【図５Ｃ】
2022500008.tif 000024
【図５Ｄ】
2022500008.tif 000025
【図６Ａ】
2022500008.tif 000026
【図６Ｂ】
2022500008.tif 000027
【図６Ｃ】
2022500008.tif 000028
【図６Ｄ】
2022500008.tif 000029
【図７Ａ】
2022500008.tif 000030
【図７Ｂ】
2022500008.tif 000031
【図７Ｃ】
2022500008.tif 000032
【図８Ａ】
2022500008.tif 000033
【図８Ｂ】
2022500008.tif 000034
【図８Ｃ】
2022500008.tif 000035
【図９Ａ】
2022500008.tif 000036
【図９Ｂ】
2022500008.tif 000037
【図１０】
2022500008.tif 000038
【図１１】
2022500008.tif 000039
【国際調査報告】
2022500008.tif 000040
2022500008.tif 000041
2022500008.tif 000042