(57)【要約】【課題】口腔内バイオフィルムが形成しにくく、それにより歯周病原生細菌の発生およびインプラント歯周炎の発生を抑制できる歯科用インプラントを提供する。【解決手段】純チタン製歯科用インプラントにおいて、その口腔内露出部が、硬度が１５ＧＰａから５０ＧＰａで実質的に水素を含有しない膜厚０．０５〜２μｍのＤＬＣで被覆されたインプラント。純チタン製インプラントとＤＬＣ膜の中間層として厚み０．２μｍ以下のクロミウム膜を配した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純チタン製歯科用インプラントにおいて、その口腔内露出部が、硬度が１５ＧＰａから５０ＧＰａで実質的に水素を含有しない膜厚０．０５〜２μｍのＤＬＣで被覆されたインプラント。
【請求項２】
純チタン製インプラントとＤＬＣ膜の中間層として厚み０．２μｍ以下のクロミウム膜を配した請求項１の歯科用インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細菌由来のインプラント周囲炎を予防する歯科用インプラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現状の歯科用インプラントは、顎骨との結合を目的として、生体親和性を最優先に考慮することから純チタンから製作されている。純チタンは硬度が低く、口腔内に露出した部分では、スケーラーなどの歯科用具との接触摩耗や、歯磨き時のブラッシングなどでその表面が傷つきやすいなどの問題があった。
【０００３】
一方、純チタンは加工が困難で価格が高いことからインプラントにチタン合金を使用する場合もある。しかし、チタン合金をインプラントとして使用した場合は、チタン合金に含まれる金、銀、コバルト、クロム等の金属イオンが溶出し体内に取り込まれる恐れがあった。
【０００４】
インプラント基体としてチタン合金を使用した場合の、金属イオンの溶出を抑制する方法として、特許文献１（特開２００２−１４３１８５号公報）では、歯科用インプラント基体の少なくとも一部にＤＬＣ膜を形成する解決法が示されている。この特許文献１におけるＤＬＣを被覆するインプラント基体の少なくとも一部という表現は、インプラントが埋め込まれた歯槽骨から歯肉部位に位置する部分を示し、この部分から金属イオンが歯槽骨及び歯肉部位に溶出するのを抑制することを目的としている。また、特許文献１では、炭素と水素を含む炭化水素系ガスを使用してＤＬＣ膜を形成することから、ＤＬＣ膜には水素を含んだものとなっている。
【０００５】
ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）膜とは、炭素質膜であり、水素を含まないＤＬＣ膜は、炭素間のｓｐ２結合とｓｐ３結合により構成される。ここでいう「炭素質」とは、主に炭素から構成されており、気相成膜のための原料物質より不可逆的に混入する不純物としての原子又は分子を除いては、炭素のみによって構成されていることを意味する。また、プラズマＣＶＤ法などにより炭化水素系ガスから合成されるＤＬＣ膜には、多量の水素を含有する。このＤＬＣ膜では、炭素と水素のｓｐ２結合とｓｐ３結合が観測される。
【０００６】
特許文献２（特開２０１４−４１６６号公報）では、インプラントを埋め込まれる対象者が健常者であるかそうでないかなどの状態に応じたインプラント用ＤＬＣ膜を提案している。すなわち骨芽細胞の機能を制御するため骨細胞との親和性を任意に制御する方法として、ＤＬＣ膜の内部および表面に存在する水素の含有量を変化させる方法が提案されている。ＤＬＣ膜と骨細胞の親和性を向上させるためには、ＤＬＣ膜には水素を含有している必要があり、水素原子の全原子に対する含有量が１．１％以上であることを必要としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１４３１８５号公報
【特許文献２】特開２０１４−４１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
インプラント用材料として、純チタンが生体親和性にすぐれ骨結合しやすいとの観点から主に使用されている。しかしながら、口腔内に露出した部分には、その生体親和性のゆえに口腔内バイオフィルムが付着しやすく、そこに含まれる歯周病原生細菌が骨結合部に侵入し、インプラント周囲炎が発生するなどの問題があった。また、純チタンの硬度は低く、インプラントの口腔内に露出した部分では、その表面が歯磨き時のブラッシングなどで傷つきやすく、その傷ついた表面では、口腔内バイオフィルムがいっそう付着し易く、歯周病原生細菌が繁殖しやすい環境を形成するなどの問題があった。
【０００９】
本発明は、口腔内バイオフィルムが形成しにくく、それにより歯周病原生細菌の発生およびインプラント歯周炎の発生を抑制できる歯科用インプラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、純チタン製歯科用インプラントにおいて、その口腔内露出部が、硬度が１５ＧＰａから５０ＧＰａで実質的に水素を含有しない膜厚０．０５〜２μｍのＤＬＣ（ダイヤモンド様カーボン）で被覆されたインプラントである。また、純チタン製インプラントとＤＬＣ膜の中間層として厚み０．２μｍ以下のクロミウム膜を配することが好ましい。
【００１１】
本発明のインプラントでは、口腔内に露出する部分に、実質的に水素を含有しないＤＬＣ膜を形成することにより、アンチバイオフィルム機能を持つ。また、本発明のインプラントでは、口腔内に露出する部分に、硬度が１５ＧＰａから５０Ｇｐａである高硬度のＤＬＣ膜を０．０５〜２μｍ形成することにより、歯磨き時のブラッシングなどで、インプラント表面が傷つくことがなく、表面に凹凸の無い滑らかな状態を保つことが可能になり、アンチバイオフィルム機能を増進させることができる。
【００１２】
本発明のインプラントへの水素を含有しないＤＬＣ膜の形成は、蒸発炭素質材料をチタン基材表面へ付着させる際に、アルゴンのガスクラスターイオンとモノマーイオンの混合イオンビームを照射することによるガスクラスターイオンビーム法により行うことができる。ガスクラスターイオンビーム法により、形成される膜はイオン衝撃を受け、平坦で付着強度が強くかつ高硬度の水素を含有しないＤＬＣ膜が形成できる。また、ガスクラスターイオンビーム法は、高真空減圧下かつ基体温度は１００℃以下と低温で成膜を行う。本法は、他のプラズマなどを使う高温成膜法とは異なり、純チタン基体の熱変形を生じることがなく、本発明インプラントの顎骨への埋め込み時の形状適合性にも優れる。
【００１３】
ＤＬＣ膜の硬度が１５ＧＰａより小さい場合には、歯科用具との接触摩耗や歯磨き時のブラッシングにより微小な傷が発生し易くなり適当でなく、膜硬度が５０ＧＰａより大きい場合には、皮膜の残留圧縮応力が大きくなりすぎ、付着強度の低下を招くことから好適ではない。膜硬度は、照射するガスクラスターイオンとモノマーイオンの混合比率を制御することにより調整できる。
【００１４】
また、ＤＬＣ膜厚が０．０５μｍ未満では、接触やこすり摩耗に対する耐摩耗性が不足し、膜厚が２μｍより大きい場合には付着強度の低下により、膜剥離の危険度合いが増す。膜厚は、蒸発炭素質材料の蒸着速度とイオン照射条件でも制御できるが、被覆時間の調整により行うのが最も容易である。
【００１５】
ガスクラスターイオンビーム法における、蒸発炭素質材料は、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト、無定形炭素、及び水素を含んでいないカルビンのうち一種類又は二種類以上の混合物を用いることができる。
【００１６】
ガスクラスターイオンビーム法における、ガスクラスターイオン又はモノマーイオンは、希ガス、酸素、炭素酸化物、窒素、窒化物、ハロゲン及びハロゲン化物から選ばれる一種類又は二種類以上の混合ガスより選ぶことができる。
【００１７】
純チタンからなるインプラント基体の口腔内露出部にのみＤＬＣ膜を形成するに際して、純チタン基体とＤＬＣ皮膜の付着強度を高めるための密着層として、クロミウム膜を挿入する。クロミウム膜の厚みは、０．２μｍ以下が好ましい。膜厚が、０．２μｍを超えると膜全体の剛性が損なわれ、かえって、傷つきや付着強度の低下が認められる。
【００１８】
ＤＬＣ膜の付着強度を高める密着層としては、クロミウム以外に、チタン、シリコンなどが知られているが、密着層としてクロミウムが好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のインプラントは、口腔内に露出する部分に、硬度が１５ＧＰａから５０Ｇｐａである高硬度のＤＬＣ膜を０．０５〜２μｍ形成することにより、歯磨き時のブラッシングなどで、インプラント表面が傷つくことがなく、表面に凹凸の無い滑らかな状態を保つことが可能になり、アンチバイオフィルム機能を増進させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の歯科用インプラントの外観を示す斜視図である。
【図２】耐久性評価のための摺動掻爬試験装置の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に本発明の歯科用インプラントの外観の一例を示す。インプラント１の基体は、生体親和性の観点から純チタンを使用し、口腔内に露出する頭部のカラー部２にのみ、高硬度で水素を含有しないＤＬＣ膜を形成する。実質的に水素を含有しないＤＬＣ膜は、生体親和性が小さく、アンチバイオフィルム機能を有する。３は骨膜、結合組織の付着部分であり、この部分には生体親和性が必要であるから、ＤＬＣ膜を形成しない。４は埋入されるスレッド部であり、顎骨との骨結合を必要とする部分であるから、骨細胞と純チタン部を直接接触させるためにＤＬＣ膜を形成させない。
【００２２】
水素を含有しないＤＬＣ膜を口腔内露出部のみに形成する理由は、水素を含有しないＤＬＣ膜は生体親和性が純チタンより劣るためである。顎骨や骨膜に埋め込まれる部分にまで、水素を含まないＤＬＣ膜を形成すると埋め込まれた部分での骨結合が不十分となる。
【００２３】
生体親和性が少ない水素を含まないＤＬＣ膜を口腔内露出部に形成した場合、インプラント表面での口腔内バイオフィルムの付着を抑止できる。また、高硬度のＤＬＣ膜を口腔内露出部に形成した場合、歯磨き時のブラッシングに対してインプラント表面を摩耗させることがなく、常に平坦で清潔なインプラントの状態を維持できる。
【００２４】
高硬度のＤＬＣ膜を形成しない場合、インプラント表面にブラッシングなどで傷が付き易く、表面状態が荒れるとインプラント表面に口腔内バイオフィルムが付着し易くなる。高硬度で水素を含有しないＤＬＣ膜を、インプラントの口腔内露出部に形成することは、アンチバイオフィルム機能を持つことを意味する。
【００２５】
一方、ＤＬＣに適量の水素を含有させ生体親和性を改善したＤＬＣ膜をインプラント全体に形成させると、骨結合が不要な口腔内に露出する部分で、口腔内バイオフィルムが付着し易く、そこに含まれる歯周病原生細菌が骨結合部に侵入し、インプラント周囲炎が発症する原因となる。
【００２６】
水素を含まず硬度が１５ＧＰａから５０ＧＰａである高硬度ＤＬＣ膜の製造方法として、蒸発炭素質材料をチタン基材表面へ付着する際に、アルゴンのガスクラスターイオンとモノマーイオンの混合イオンビームを照射することによるガスクラスターイオンビーム法が最適であるが、水素を含有せず高硬度のＤＬＣ膜を形成できる方法であれば、本発明の歯科用インプラントに適用できる。例えば、炭素ターゲットを使用して、アークイオンプレーティング法やアンバランストマグネトロン法などでＤＬＣ膜を形成する方法も知られている。しかし、これらの方法で高硬度のＤＬＣ膜を形成する場合には、チタン基体にバイアスをかけイオン衝撃により高硬度のＤＬＣ膜を形成することから、チタン基体の温度が数百度に上昇し、チタン製インプラントに熱変性が生じるなどの恐れがある。
【００２７】
ガスクラスターイオンビーム法でアルゴンガスを原料とする混合イオンビームを使用する場合は、形成されるＤＬＣ膜に２ａｔ％以下のアルゴン原子が残留する場合がある。膜中にアルゴンガスが残留しても、膜の生体親和性は良くならないので、水素を含まないＤＬＣ膜のアンチバイオフィルム機能が損なわれることはない。
【００２８】
以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、様々な実施の形態をさらに具体的にとりうることは言うまでもない。
【００２９】
（実施例）
純チタンからなる平板を準備する。平板は片面全体にガスクラスターイオンビーム成膜装置でＤＬＣ膜を形成し、摺動掻爬試験評価面とした。アルゴンガスクラスターとモノマー混合ビームを援用しつつ、接着層用にクロミウム金属とＤＬＣ膜用に炭素質材料を蒸着する方法を用いて、クロミウム接着層と水素を含まないＤＬＣ膜をそれぞれ形成し、表１に示すように、ＤＬＣ膜単層の発明品１と、クロミウム膜とＤＬＣ膜を積層した発明品２を作製した。炭素質材料には純炭素材料のフラーレン（Ｃ６０）を用いた。アルゴンクラスター・モノマー混合ビームをイオン化し、５ｋＶの電圧で加速させた後、室温に保った純チタン基材表面に照射し、成膜時の援用とした。
【００３０】
基材に到達するクロムあるいはフラーレン分子数１００に対してアルゴンクラスター・モノマー混合イオン粒子数を５の割合で照射し、クロム付着層と水素を含まないＤＬＣ膜を形成した。ガスクラスター・モノマー混合イオンビーム中のクラスターイオンの割合は５０％とした。得られたＤＬＣ膜の硬度は３０ＧＰａであった。
【００３１】
（比較例）
比較例として、純チタン製平板表面に、アルゴンガスとアセチレンガスを用いた従来プラズマＣＶＤ法で水素を３５ａｔ％含有するＤＬＣ膜を形成した。ＤＬＣ膜の硬度は１０ＧＰａであった。このＤＬＣ膜を平板に形成した試料を比較例１とし膜厚を表１に示す。また、全くＤＬＣを被覆しない純チタン製平板を準備し比較例２とした。ＤＬＣ膜中の水素含有量は、高エネルギーイオンビームを利用した弾性反跳検出法（Ｅｌａｓｔｉｃ  Ｒｅｃｏｉｌ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）により行った。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
（摺動掻爬評価試験）
歯科用インプラント表面の傷つき易さを評価するために、図２に示す歯科用スケーラーによる摺動掻爬試験装置により、発明品１〜２と比較例１〜２の平板表面に歯科用スケーラーを４００ｇ重の荷重で押し当て、２０００回および４０００回の繰り返し摺動試験を行った。図２において、５は試験装置、６はスケーラー、７はスケーラーを支持するための治具、８はスケーラー６を治具７に対して位置決め固定するための六角穴付きボルト、９は荷重負荷部品、１０は治具７を荷重負荷部品９に固定するためのネジ、１１は試験片である。スケーラー６は荷重負荷部品９により所定の荷重で試験片１１の表面に押し付けられている。この状態で、試験片１１はスケーラー６に対して相対的に移動し、摺動掻爬試験が実施される。
【００３４】
摺動掻爬試験後の平板の表面粗度を表２に示す。面粗度の変化により耐傷つき性を評価した。表２の結果に示すように、クロミウム密着層と積層した水素を含有しないＤＬＣ膜（発明品２）は、４０００回の摺動掻爬試験でも全く損傷することがなく、最も優れた耐傷つき性を示し、水素を含有しないＤＬＣ膜単層品（発明品１）では、４０００回の摺動掻爬試験で表面粗さが少し低下した。水素を含有するＤＬＣを被覆した比較品１は、４０００回摺動後の面粗さは最も悪い結果となった。これは、ＤＬＣ膜の剥離により、かえって面粗度が悪化したと考えられる。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
（バイオフィルム形成評価試験）
歯科用純チタン製インプラントのカラー部のみに、水素を含まない膜厚１μｍのＤＬＣ膜を形成した本発明品３を作製した。本発明品３のＤＬＣ膜の形成法を示す。被覆するカラー部以外の部分をアルミ箔で均一に覆うことにより、カラー部のみを露出させたインプラントのマスキングを行った。マスキングした純チタン製インプラントを、真空減圧下のガスクラスターイオンビーム成膜装置内に設置し、インプラントを回転させながらＤＬＣ膜を均一に形成した。また、純チタン製インプラント全体に水素を含まないＤＬＣ膜を形成しない比較品を作製した。
【００３７】
本発明品と比較品についてインプラント周囲炎の原因となるバイオフィルムの形成状況を評価する模擬試験を行った。すなわち、インプラントに用いられるものと同等の材料である純チタン製平板試料を比較品とし、一方この純チタン材に対して上述のＤＬＣ膜を形成したものを発明品として調製した。これら両種の試料上において、代表的な齲蝕関連細菌であるＳｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｍｕｔａｎｓ  ＮＣＴＣ １０４４９をＴＹＧ液体培地（１．７％  ｔｒｙｐｔｏｎｅ［Ｂｅｃｔｏｎ,  Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｆｒａｎｋｌｉｎ  Ｌａｋｅｓ，ＮＪ，ＵＳＡ]、０．３％  ｙｅａｓｔ  ｅｘｔｒａｃｔ［Ｂｅｃｔｏｎ，Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ]、０．５％ ＮａＣｌ、０．５％グルコースおよび５０ｍＭリン酸緩衝液（ＰＰＢ、ｐＨ７．０）を含む培地）にて高度嫌気条件下（８０％ Ｎ2，１０％ Ｈ2，１０％ ＣＯ2）で培養した。対数増殖期に達した各菌体を２ｍＭ ＰＰＢ（ｐＨ ７．０）で集菌・洗菌後、同溶液中にて、波長６６０ｎｍでの濁度が１．０になるように菌懸濁液を調整した。１２ ｗｅｌｌプレート上のチタン（コントロール）およびＤＬＣコーティングしたチタンに、菌懸濁液３ｍＬ（波長６６０ｎｍでの濁度が１０になるように調整）を加えて、３７℃で２時間チタンの表面に細菌を付着させた。その後、菌懸濁液を蛍光試薬Ａｃｒｉｄｉｎｅ  Ｏｒａｎｇｅ（Ｄｏｊｉｎｄｏ， Ｋｕｍａｍｏｔｏ，Ｊａｐａｎ）６μＬを含む２ｍＭ ＰＰＢ（ｐＨ ７．０）３ｍＬに置き換えて、３７℃で３０分間静置した。２ｍＭ ＰＰＢ（ｐＨ ７．０）にて３回洗浄後、蛍光実体顕微鏡（Ｌｅｉｃａ  Ｍ１６５ＦＣ，Ｗｅｔｚｌａｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ）でチタン表面を観察した。尚、Ａｃｒｉｄｉｎｅ  Ｏｒａｎｇｅについては細菌のＤＮＡと結合し、緑色の蛍光を発する細菌マーカーである（励起波長５００ｎｍ、蛍光波長５２０ｎｍ）。
【００３８】
バイオフィルム形成評価試験の結果を表３に示す。発明品と比較品における成績を評価しやすいよう同一視野において両者を細菌培養試験に供したところ、表３の結果に示すように、本発明品では、バイオフィルムの付着および付着した細菌コロニーの成長を抑制できたのに対して、比較品では、インプラント周囲炎の原因となる細菌の付着と、バイオフィルムの形成およびそれらの成長が明らかに認められた。
【００３９】
【表３】
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【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明のインプラントは、一部を体内に埋め込むタイプのインプラントであり、露出する部分での細菌類の増殖を抑制したいインプラント、例えば人工歯根、義歯、人工骨用途等のインプラントに適用することができる。インプラント基体は、埋め込む部分の生体親和性の観点から純チタンが最も好ましく、チタン合金等は、ＤＬＣ膜を形成しない埋め込み部での金属イオンの溶出の問題があり好ましくないが、チタン合金は純チタンより高強度であり、用途により本発明を適用することもできる。
【図１】
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【図２】
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