JPH0464362A

JPH0464362A - 生体内埋込材の表面処理方法

Info

Publication number: JPH0464362A
Application number: JP2176397A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Inoue; 潔井上; Noriyoshi Otaki; 大滝　徳義; Takashi Miyazaki; 隆宮崎
Original assignee: Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1992-02-28
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JP3140452B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は生体内に埋め込まれる人工骨、人工歯根などの
表面処理方法に関する。

〔従来技術〕

従来、インブラントとしては金属、セラミック、有機高
分子材料なとの人工材料か利用されている。

インブラントのように一般に異物を生体内に埋め込む場
合、材料の周囲組織は異物に対しである種の生体反応を
起すことか知られている。

インブラント材か比較的生体組織に類似している場合は
同化吸収されるが、有害な金属なとかインブラントされ
た場合、周囲の組織はこの異物を速やかに隔離しようと
して線維性組織で包み込み、生体外に速やかに排出しよ
うとする。

一方、骨内埋込材料では、水酸アパタイトなとの燐酸カ
ルシウム型の化学構造を有する材料は同化吸収作用を受
けるのに対し、アルミナ型の場合には骨組織と直接結合
するが、若しくは極めて薄い膜を介して結合することか
知られている。

又、関節、骨、歯根など生体硬組織用の代替材料には、
静力学的強度や、耐疲労性などの動的強度、弾性率など
についても周囲の骨組織と調和する特性を必要とする。

このような観点から従来金属材料としては、Ｔｉ、Ｔｉ
合金、オーステナイト系ステンレス鋼やパイタリウム等
か利用されている。

〔発明か解決しようとする課題〕

以上のように、生体硬組織用インブラントとしては、機
械的特性上の観点から、従来主としてＴ１等の金属材か
利用されている。これらは通常錆びなものとされている
が、それても長期間生体内に留まった場合、必ずしも不
銹であるとはいえない点がある。

これらの材料でも、体液と接する表面には微弱ながら腐
食か生じ、これらか材料強度の低下や摺動部の摩擦を促
進し、又、それらの金属の腐食か生じると、金属イオン
か周囲の生体組織へ移行することがあるなどの問題があ
る。

本発明は叙上の問題点を解決するため提案さりものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記の本発明の目的は、生体内埋込材の表面にアパタイ
ト被覆層を形成することよって達成される。

而して、このアパタイト被覆層を形成するには、燐酸イ
オンとカルシウムイオンとを含む浴液中で、被処理基材
、即ち、処理すべき生体内埋込材に通電し、電解発生ガ
ス層を介して放電を行なわせるものである。

尚、本明細書に於いてアパタイト被覆層とは、アパタイ
ト　　　　Ｃａ４（ＰＯ４）３水酸化アパタイトＣａ、
　Ｑ（ＰＯ４）６（０）１）２を主成分とし、これに、
Ｃａｚ（ＰＯ４）２、　ＣａＨＰＯ，、Ｃａ５（ＰＯ４
）３（ＯＨ）、　Ｃａ５（ＰＯ４）ｚ（ＯＨ，Ｃ１，Ｆ
）、ＣａＪｖＰＯａ２Ｈ２０なとの燐酸とカルシウムの
結合体を含むものをいうものとする。

（作　用〕本発明は、燐酸イオンとカルシウムイオンとを含む浴液
中に、被処理基材、即ち、所望の加工を施した生体内埋
込材を浸漬し、被処理材を電極として浴液を介して第電
流密度で通電し、大量の電解ガス発生させ、その電解発
生ガスを介して液中放電を行なわせることにより、放電
に伴って発生する熱、衝撃、電界等の作用により、基材
表面に浴液から分解生成するアパタイトを被覆形成させ
るものである。

従って、極めて簡単、容易に被処理材の表面に強固なア
パタイト被膜か形成されたインブラントか得られ、アパ
タイト被覆によって基材の生体親和性を高めることを得
る。

〔発明を実施するための最良の態様〕

以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明方法を実施する装置の概要を示す断面図
、第２図は本発明方法により処理されたインブラントの
実装状態を示す断面図である。

第１図に於いて、１は処理容器で、内部に浴液２を貯蔵
する。３は浴液中に浸漬した被処理基材、４は浴液２を
介して被処理材３に通電するため容器Ｉの底部に設けた
通電電極、５は被処理基材３と電極４との間に通電する
電源装置、６は電解発生ガスである。

而して、電極３０表面積は、被処理基材３のそれよりも
充分広くしておくことが推奨される。

又、電源５としては、直流、商用若しくは高周波の交流
、パルス電源なとを単独若しくは組み合わせて用いる。

浴液２には、当量の燐酸イオンとカルシウムイオンとか
含まれている。

その燐酸分は、下記の如き燐酸化合物として供給される
。

（１）無機燐酸塩類燐酸ナトリウム、燐酸カルシウム、ポリメタ燐酸なと。

（２）燐酸エステル類燐酸ジメチル、燐酸トリメチル、燐酸トリブチル、燐酸
トリエチル、燐酸アルキルエステルなと。

（３）ポリヌクレオチド類オリゴヌクレオチド、核酸なと。

（４）有機燐酸類燐酸セルローズ、燐酸澱粉など。

又、カルシウム分を供給する化合物としては下記のもの
が利用できる。

（１）有機酸カルシウム塩類酢酸カルシウム、酪酸カルシウム、吉草酸カルシウム、
乳酸カルシウム、グリコン酸カルシウム、酒石酸カルシ
ウム、クエン酸カルシウム、アジピン酸カルシウムなと
。

（２）キレートカルシウム錯塩類エチレンシアミンテトラ酢酸、ニトリロトリ酢酸、ヒド
ロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸その他のキレー
トのカルシウム錯塩類（３）イオノフオアカルシウム塩類、シクロペンタンジェニル、クラウンエーテル、クリプタ
ントなとのカルシウム塩類。

（４）無機カルシウム化合物塩化カルシウム、燐酸カルシウム、酸化カルシウムなど
。

又、浴液としては、カルシウムと燐酸を含むアルコキシ
ド−（Ｃａ）のアルコール／燐酸混合溶液を用いること
もできる。

以上のような燐酸とカルシウムの溶存する浴液中に被処
理基材３を入れ、通電すると、電解作用により被処理体
基材３の周囲に多量の酸素、水素、水蒸気なとの電解ガ
ス６か発生し、これか被処理体基材３に付着し、その表
面を覆うようになる。

このため、通電回路中に等価抵抗か直列に挿入されたこ
ととなり、かつ、この抵抗はガス発生量に比例し増大す
る。

被処理体基材３の表面の電解電流密度を一定の限界を越
えて増大させると、電解ガス層中で放電か発生するよう
になる。

即ち、電流を増大すると発生ガスも増加し、抵抗値かガ
スの発生量に比例して増大するので、ジュール熱の発生
か加速され、被処理基材３の周辺の液温か急速に上昇し
、水蒸気と電解ガスなとのために発生ガス部分で放電か
発生するようになる。

浴液２と被処理基材３の間で放電か発生するようになれ
ば温度は更に上昇し、それにつれて水蒸気とガスの発生
量か増加し、被処理基材３を包んだ状態になり、抵抗値
が更に急速に増大して、浴液温度か更に上昇するように
なる。

電極周辺の液温か１００°Ｃ近くになると、水蒸気の発
生量が増大し、そのため、被処理基材３を包む混合ガス
内の放電か盛んになり、温度は益々急激に上昇する。

このため、被処理基材３の表面を容易に１．０００〜２
．０００°Ｃ程度に加熱することかできる。

加熱された電極３表面には、この放電の加熱作用、衝撃
効果、電界効果などによって浴液成分中のカルシウムと
燐酸の化学反応によって、アパタイトｃａｎ（ｐｏ４）
３　　及び　水酸化アパタイトＣａ＋ｏ（ＰＯａ）ｓ（
ＯＨ）２が、　　Ｃａｚ（ＰＯｔ）２、　ＣａＨＰＯ４
、Ｃａ６（Ｐｏ４）ｓ（ＯＨ）、　　Ｃａ５（ＰＯ４）
ｉ（ＯＨ，ＣＩ、　Ｐ）、Ｃａ２ＨｔＰＯ４２Ｈ２０そ
の他の燐酸とカルシウムの結合体を伴って析出し、緻密
な被膜を形成するようになる。

この生成被覆は、被処理基材３の温度上昇によって、被
処理基材３の表面に焼付けられるので、その表面には密
着した、強固なアパタイト被膜か形成される。

このアパタイト被膜は生体との親和力か高く、かつ、数
μｍから１０数μｍの厚みの、緻密で均一な被覆か容易
に得られるので、インブラント表面被覆として極めて有
効である。

次に実施例に就いて説明する。

〔実施例１〕重量比で、クエン酸５％、燐酸カルシウム２０％（過飽
和）混合水溶液中にＴｉ製の被処理基材を浸漬し、これ
を負極として通電を行なった。

放電条件は１００Ｖ、ＩＯＡて５分間の加熱処理をした
とき、Ｔｉ材の表面に約数１０μｍのアパタイト膜を生
成できた。

〔実施例２〕重量比で、エチレンジアミンテトラ酢酸のＣａ塩２０％
と、燐酸ソーダ１０％残部水から成る浴液を用い、Ｔｉ
材を正極として放電を行なった。

放電条件１００Ｖ、　ＩＯＡで５分間通電して、厚さ約
５μｍのアパタイト被膜を形成することかできた。

〔実施例３〕塩化カルシウム２０９６を含む燐酸トリブチルエマルジ
ョン液を用い、Ｔｉ材を負極として放電を行なった。

放電条件は１００Ｖ、５Ａ、５分間処理により厚さ約４
μｍのアパタイト被膜を形成することができた。

〔実施例４〕燐酸トリブチルとグリコン酸カルシウムから成るペース
トを用い、Ｔｉ材を負極として放電を行なった。

放電条件２００■、３Ａ、２０分間の処理により厚さ約
６０μｍのアパタイト被膜を形成することができた。

〔実施例５〕浴液として、クエン酸５％と、酢酸カルシウムＩＯ％及
び燐酸ソーダ２０％を含む水溶液を用い、Ｔｉ材を負極
として処理した。

放電条件は１００Ｖ、ＩＯＡで５分間処理して厚さ約６
μｍのアパタイト被膜を形成した。

〔実施例６〕シクロペンタジェニルカルシウム２０％と、燐酸トリメ
チル２０％＋Ｎａｓ　ＰＯ４５％の混合水溶液を用い、
Ｔｉ材を負極として放電処理を行なった。

放電条件は１８０Ｖ、５ＡＳ１０分間の処理により厚さ
１２μのアパタイト被膜が形成できた。

〔実施例７〕ＡＴＰとＣａＯから成るペースト中にＴｉ材を入れ、出
力５００Ｗの高周波放電を行なわせた。

２０分間処理したとき厚さ約３０μｍのアパタイト被膜
か形成できた。

〔実験例８〕アルコキシド−（Ｃａ）と、アルコール、燐酸混合液を
用い、液中にＴｉ材を挿入し、正極放電を行なった。

放電条件は、３０Ｖ、　　０．５Ａで、１０分間の処理
により電気泳動、アーク放電を行ない、更に１．５ＫＷ
２４５０Ｍ　Ｈｚのマイクロ波放電を行って焼付処理を
し、厚さ　１００μｍのアパタイト被膜を形成した。

第２図は、歯科インブラントに年発明方法を応用したと
きの施術状態を示す断面図である。

７はＴｉ又はＴｉ合金等の金属材を加工形成した人工歯
根、８はその表面に形成されたアパタイト被膜である。

人工歯根７は、脱落若しくは抜かれた歯牙に代り、顎骨
９内に挿入、固定して人工歯１１の支台として用いるも
のである。

アパタイト被膜８は、主としてこの人工歯根７のプレー
ト部分、即ち、歯髄を縦に貫通し顎骨９内まで挿入して
固定する部分の表面に形成されるものである。

このアパタイト膜８は、厚さＩＯμｍ程度以下に形成す
ることか望ましい。

ブレード表面はこのアパタイト薄膜８によって完全に覆
われ、顎骨９内でブレード金属が直接生体組織に触れる
ことかないようになる。

又、インブラントの首部は歯肉粘膜１０によって覆われ
るが、アパタイト膜は生体組織と極めて良く馴染むので
、インブラントと歯肉との間に隙間が生じることがなく
、インブラントは生体組織に密着するので、細菌か体内
に入り感染を起す危険性も減少する。

このようにインブラントか安定的に機能し、強固に生体
組織内に埋設されるので、その頭部に金属、ポーセレン
なとから成る歯冠１１を強固に固定すれば、極めて安定
した義歯ができる。

前記のように、液中放電を利用すればアパタイト被膜が
短時間内に簡単に生成し、かつ、その被膜は放電熱によ
って基材表面に溶着し、強固に焼付けられ、１０ｃｒｌ
当り約６０〜７０ｋｇ程度又はそれ以上の密着強度が得
られるものである。

被膜の厚さも処理時間を制御することによって自由に制
御でき、数分間の放電処理によって容易に数μｍから数
１０μｍの最適な膜厚か得られる。

従来、この種の被膜成形法としてはプラズマ溶射法か一
般的であるが、これによる場合、膜厚か５０μｍと厚く
なり過ぎ、基材の形状精度を維持することが困難である
上、被膜の密着性か悪く、所要の密着強度か得られない
という欠点かあった。

然しなから、本発明に係る放電被覆法によれば処理時間
によって被膜の厚さを制御することかでき、特に好適な
１０８ｍ以下の膜厚コントロールが極めて容易に可能で
あるため、基材の形状精度を高精度に維持でき、然もこ
の薄膜は基材との密着性及び生体親和性か高く、そのた
め骨内埋込みの強度と安全性か高められ、長期にわたり
副作用かなく安全て安定した強固な埋込みか可能となる
。

尚、第１図に示した実施例に於いて、処理容器ｌ内の浴
液２を図示されていない貯蔵タンクに貯蔵しておき、ポ
ンプによって処理容器１との間を循環させながら放電処
理を行なうようにしてもよく、その場合、ポンプによる
供給回路中に液温制御装置、イオン濃度制御装置等を設
けて浴液の温度及び組成をコントロールしなから処理液
の循環供給を行ない、常に一定条件で安定した処理を行
なうよう構成することが推奨される。

〔発明の効果〕

以上の様に、本発明は以上の如く構成されるから、本発
明によるときは、生体親和性の良いアパタイト薄膜を材
表面に容易に形成できるものであり、かつその被覆の厚
さの制御が簡単で、実用上最良な１０μｍ程度以下の薄
膜形成が容易にてき、かつその被膜は放電熱の溶着焼付
効果によって強く基材に焼付られるので、密着性が極め
て高いものである。

金属基材の表面にこのようなアパタイト皮膜を形成する
ことによって、生体親和性の高い良好な骨内インブラン
トか容易に得られる。

即ち、骨は繊維性有機質にカルシウム、燐酸、炭酸など
のミネラル質か沈着したもので、独特の粘弾性を持って
いる。

これらの天然骨のミネラル質の化学式や結晶構造につい
ては従来より研究がなされており、結晶構造は主に水酸
化アバタイ）Ｃａ、。（ｐｏ、　）　ｓ　（ｏＨ）　２
であることか知られている。

従って、このアパタイト被覆形成処理したインブラント
を骨内に埋め込むと生物学的な同化吸収を受けると同時
に、その部位に新生骨の形成か促進され、インブラント
は骨と一体に強固に結合するようになる。

又、基材金属として、静力学的強度、耐疲労性などの動
的強度、弾性率などの面で周囲の骨組織の特性と調和す
るＴｉ材などを選定することによって、優れた人工骨を
形成することができる。

アパタイト被膜は金属性基材に対し高い密着性を有して
おり、ピンホールなどを生じることなく完全に基材表面
を覆うので、基材金属と体液との直接接触がなく、その
ため、腐食による劣化や強度低下なとも完全に防止でき
る効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の概要を示す断面図
、第２図は本発明方法により処理されたインブラントの
実装状態を示す断面図である。 ■・・・・・・・・処理容器２・・・・・・・・浴液３．７・・・・・・被処理基材４・・・・・・・・通電電極５・・・・・・・・電源装置６・・・・・・・・電解発生ガス８・・・・・・・・アパタイト被膜９・・・・・・・・顎骨１０・・・・・・・・歯肉粘膜１１・・・・・・・・歯冠

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燐酸イオンとカルシウムイオンとを含む浴液中で
被処理基材に通電し、被処理基材と浴液の間で放電を行
なわせることにより、被処理基材表面にアパタイト被覆
層を形成することを特徴とする生体内埋込材の表面処理
方法。
（２）浴液が、燐酸ナトリウム、燐酸カルシウム、ポリメタ燐酸その他
の無機燐酸塩類、燐酸ジメチル、燐酸トリメチル、燐酸
トリブチル、燐酸トリエチル、燐酸アルキルエステルそ
の他の燐酸エステル類、オリゴヌクレオチド、核酸その
他のポリヌクレオチド類、燐酸セルローズ、燐酸澱粉そ
の他の有機燐酸類とから成る群のなかから選ばれた少な
くとも一種の燐酸化合物と、酢酸カルシウム、酪酸カルシウム、吉草酸カルシウム、
乳酸カルシウム、グリコン酸カルシウム、酒石酸カルシ
ウム、クエン酸カルシウム、アジピン酸カルシウムその
他の有機酸カルシウム塩類、エチレンジアミンテトラ酢
酸、ニトリロトリ酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジア
ミントリ酢酸その他のキレートのカルシウム錯塩類、シ
クロペンタンジェニル、クラウンエーテル、クリプタン
トその他のイオノフォアカルシウム塩類、塩化カルシウ
ム、燐酸カルシウム、酸化カルシウムその他の無機カル
シウム化合物とから成る群のなかから選ばれた少なくと
も一種のカルシウム化合物とを含む水溶液である請求項
１に記載の生体内埋込材の表面処理方法。