JPH0763501B2 - 生体の補填補綴材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は生体の欠損部分を補填・補綴する材料に関する
ものであり、特に本発明は生体拒否反応が少なく生体組
織とよくなじみ生体と強固に結合する性質を有する耐久
性に優れた補填補綴材料に関するものである。

〔従来の技術〕

歯や骨の欠損部を人工材料で補填補綴することは古くか
ら行われているが、多年の努力にもかかわらずまだ問題
点が多いのが実情である。即ち生体の歯や骨の代替材料
としてはこれまでに、SUS 316系のステンレス鋼、コバ
ルト−クロム合金、チタン及びチタン合金、タンタル、
ジルコニウム、金、銀、白金などの金属材料、高密度ポ
リエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタク
リル酸メチルなどの有機硬質材料、コンポジットレジン
その他の複合材料、セラミックス、バイオガラス、炭素
などの無機材料が研究開発され、すでにある種のものは
実用化されつつある。

補填・補綴材料は生体への使用部位、形状、寸法によっ
て要求される性能が様々であり、それに対する適合性も
材料によりまちまちである。

人工の補填補綴材料を生体内で使用する場合の問題点の
１つに長期間の使用中にゆるみを生じてくることがあ
る。例えば骨接部位の修復や人工関節などでは硬質の人
工補填補綴材料を骨に固着させるには普通１）補填材料
と骨組織を構造的にあるいは形状的に工夫して固定させ
るセルフロッキング（Selflocking）法、２）ネジやス
パイクによって機械的に固定する方法、３）補綴材料と
骨とを骨セメントを用いて接着する方法などが知られて
いる。しかしこれら何れの方法を用いても長い年月の間
にゆるみを生じて、たとえ補綴材料それ自体に欠陥が生
じなくとも取り替えなければならなくなる場合がある。
また、他の例としてインプラントを歯槽骨内に埋入嵌植
してそれに歯冠を固定して、咀嚼機能を回復させる歯科
治療法がある。インプラントの材料としては前述の各種
硬質材料が使用され、ネジ形、円柱形、ピン形、天然歯
根形、ブレード形など各種の形状が素材の性質に応じて
工夫されてきた。生体内で最も強大な力を発揮する咀嚼
圧を負担するためにはインプラントと骨との接触面積を
より大きくするような工夫が必要である。

ところで、前述の如き問題点を解決することを目的とす
る研究が種々行われており、本発明者らのうちの１人を
含むグループは先に、表面に厚さ0.1mm以上の多孔構造
層を有する実質的に炭素材料で構成してなる人工補填補
綴材料及びその製造方法に係る発明を完成し、特開昭57
−134154号公報に開示されている発明を提案した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記公報記載の発明による人工補填補綴
材料は、実質的に炭素材料で構成されているため、人工
補填補綴材料として重要な要件であるところの強度にお
ける信頼性が劣るという欠点を有していた。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者らは、前述の如き従来知られた人工補
填補綴材料の欠点を解決することを目的として種々研究
した結果、炭化珪素質材料が生体適合性に極めて優れて
いることに想到し、さらに生体組織との結合性を向上す
べく炭化珪素質材料の構造について種々検討することに
より、極めて優れた補填補綴材料を新規に開発すること
に成功し、本発明を完成した。

次に本発明を詳細に説明する。

本発明は少なくとも表面に厚さ0.1mm以上の多孔構造層
を有する炭化珪素質材料よりなる生体の補填補綴材料で
ある。

本発明の補填補綴材料は極めて生体適合性に優れた端各
珪素質焼結体を基材としており、しかも少なくともその
表層部は0.1mm以上が多孔構造層により構成されてなる
ものであことが必要である。

前記表層部が多孔構造層であることが必要な理由は、前
記表層部を多孔構造層とすることにより、生体組織との
なじみが極めて良好でしかも強固に結合させることがで
きるためであり、一方前記表層部の厚さが0.1mm以上で
あることが必要な理由は、前記表層部の厚さが0.1mmよ
り薄いと生体組織との結合を充分強固にすることができ
ず、使用に耐えないからである。前記表層部の厚さはな
かでも0.3〜1.0mmの範囲がより有利である。

本発明の補填補綴材料はその芯部が2.75g/cm³以上の密
度の緻密質炭化珪素焼結体であることが好ましい。その
理由は、芯部の密度が2.75g/cm³より低いと強度が弱く
なり、実用性に劣るからである。

本発明の補填補綴材料の多孔構造層の平均気孔径は50〜
500μｍであることが好ましい。その理由は前記平均気
孔径が50μｍより小さいと生体組織が前記多孔構造層に
侵入し難く、生体組織との良好な結合を得ることができ
ないからであり、一方500μｍより大きいと前記多孔構
造層の強度が低下するばかりでなく、生体組織との結合
箇所が少なくなるため、生体組織との良好な結合を得る
ことが困難になるからである。なお、前記多孔構造層の
構造としては表面層から内部に至るに従って平均気孔径
が順次小さくなっているものがより有利である。

本発明の多孔構造層は、繊維状、ウィスカー状、板状あ
るいはそれらの少なくともいずれかの形状の炭化珪素が
相互に絡み合い、かつ結合している構造であることが有
利であり、なかでも繊維状、ウィスカー大状の炭化珪素
より構成されているものがより有利である。

また、補填補綴材料は相当の衝撃や力にも耐えうるよう
に十分な強度を備えていることが重要である。その要求
に対して本発明の多孔構造層の存在が極めて効果的に性
能を発揮する。すなわち、本発明の補填補綴材料はそれ
自体が炭化珪素で構成されているため極めて強固であ
り、生体内に埋設すると生体組織が多孔構造層の孔の中
に侵入し、更に孔の立体構造と炭化珪素の骨誘導作用に
より侵入した結合組織は石灰化して骨組織に変る。この
ため炭化珪素質からなる多孔構造層と生体組織は互いに
からみあった二重網目構造を形成し、生体に強固に結合
固定される。

次に本発明の補填補綴材料の製造方法について説明す
る。

本発明の補填補綴材料は一般的に先ず所望の形状例えば
棒状、板状あるいはブレード状に成形した芯材となる緻
密質炭化珪素焼結体を製造し、次いでその表面の必要部
分に多孔構造層を形成することにより製造される。

前記緻密質炭化珪素焼結体の製造方法としては、従来公
知の常圧焼結法、加圧焼結法あるいは反応焼結法等種々
の方法によることができる。

前記緻密質炭化珪素焼結体の表面に多孔構造層を形成す
る方法としては例えば炭化珪素質の編織布・不織布・フ
ェルト、紙などを用いる場合には適当な大きさに切断
し、必要に応じて接着剤を用いて前記緻密質炭化珪素焼
結体の表面に接着し、必要ならば炭化珪素組織からなる
糸あるいは炭素繊維からなる糸を巻きつけて固定した後
焼成する。チョップドファイバーを用いる場合には緻密
質炭化珪素焼結体の表面に接着剤を塗布しておき、これ
にチョップドファイバーをまぶすようにして付着させた
後焼成する。また、ウィスカーや微粉末を用いる場合に
は、これらのウィスカーや微粉末の懸濁液を前記緻密質
炭化珪素焼結体の表面に塗布した後焼成する方法を適用
することができる。前記接着剤としては種々の物質を使
用することができるが、なかでも、有機珪素高分子化合
物あるいは金属珪素粉末と有機質物質との混合物を使用
することにより、前記緻密質炭化珪素焼結体と多孔構造
層の結合をさらに強固にすることができる。前述の如き
接着剤を使用することにより、緻密質炭化珪素焼結体と
多孔構造層との結合を強固にすることができる理由とし
ては、前記接着剤は焼成時に炭化珪素に変化して緻密質
炭化珪素焼結体と多孔構造層の結合点を一体化できるた
めと考えられる。なお本発明の材料は全体が多孔構造組
織から構成されている材料であっても好適に使用するこ
とができる。

次に本発明を実施例によって説明する。

実施例１ 芯材として直径が2mm、長さが20mm、密度が3.07g/cm³の
緻密質炭化珪素焼結体を使用し、その表面にフェノール
樹脂と金属珪素粉末を重量比で5:6に混合した混合物を
塗布した後、直径が約0.4μｍ、長さが100〜200μｍの
炭化珪素ウィスカーを厚さ0.8mm程度となるようにまぶ
して生成形体を作成した。

なお、前記芯材は平均曲げ強度が約60kgf/mm²のものを
使用した。

前記生成形体を外気を遮断することのできる黒鉛製ルツ
ボに装入し、タンマン型焼成炉を使用して１気圧のアル
ゴンガス雰囲気中で焼成した。なお、前記黒鉛製ルツボ
は内容積が50mlのものを使用した。

焼成は2.5℃／分で2100℃まで昇温し、最高温度2100℃
で１時間保持した。

得られた焼結体は気孔率が約70％、平均気孔径が約200
μｍ、多孔構造層が約0.8mmの厚さで形成されており、
また前記芯材と多孔構造層の結合強度は18kgf/mm²であ
って補填補綴材料として極めて優れていた。

実施例２ 芯材として実施例１と同様の緻密質炭化珪素焼結体を使
用し、その表面に平均粒度が10μｍ以下の炭化珪素粉末
であってβ型の炭化珪素を少なくとも60重量％含有する
炭化珪素粉末の懸濁液を塗布し、厚さ0.9mm程度の粉末
層が形成された生成形体を作成した。前記生成形体を外
気を遮断することのできる黒鉛製ルツボに装入し、タン
マン型焼成炉を使用して１気圧のアルゴンガス雰囲気中
で焼成した。

なお、前記黒鉛製ルツボは内容積が50mlのものを使用し
た。

焼成は2.5℃／分で2200℃まで昇温し、最高温度2200℃
で６時間保持した。

得られた焼結体は気孔率が約63％、平均気孔径が約150
μｍ、約0.8mmの厚さの多孔構造層を有しており、また
前記芯材と多孔構造層の結合強度は25kgf/mm²であっ
た。前記多孔構造層は平均アスペクト比が約12で長軸方
向の平均長さ約500μｍの板状結晶が多方向に複雑に絡
み合った三次元網目構造を有しており、多孔構造層中に
３〜50のアスペクト比を有する板状結晶が占める割合は
約98％であった。

前述の如く本実施例の焼結体は補填補綴材料として充分
適用できる特性を有していた。

実施例３ 芯材として実施例１と同様であるが寸法が20×20×2mm
である緻密質炭化珪素焼結体を使用し、有機珪素高分子
化合物を塗布した後、繊維径約13μｍの炭化珪素繊維で
作成された不織布を貼付して生成形体を作成した。

前記生成形体を実施例１と同様の方法で焼成し、焼結体
を得た。

得られた焼結体は気孔率が約70容量％、平均気孔径が約
200μｍ、厚さが約0.7mmの多孔構造層が形成されてお
り、また、前記芯材と多孔構造層の結合強度は、24kgf/
mm²であって、補填補綴材料として極めて優れていた。

〔発明の効果〕

以上述べた如く本発明の補填補綴材料は以下に述べる如
き特性を有するものであって、産業上極めて有用であ
る。

１） 緻密質炭化珪素焼結体よりなる強固な芯材の表面
に炭化珪素質の多孔構造層が形成されたものであり、前
記多孔構造層に生体組織が侵入し易く、かつ多孔構造層
の内部において石灰化による硬骨組織化（骨化）を促進
し得る。

２） 多孔構造層内部に侵入したコラーゲン繊維組織先
端は骨化して一体となり、多孔構造層中層部は軟骨化
し、多孔構造層の表面は新生したコラーゲン繊維組織に
覆われて生体骨組織と一体化するので補填補綴材料はア
ンカー効果により強固に接合され、あたかも生体骨の如
き様相を呈する。

３） 本補填補綴材料は抗血栓性を有し、かつ生体組織
刺激性が極めて少なく、生体との親和性に優れる。

４） 本補填補綴材料は全体が炭化珪素質の材料で構成
されているため腐食されることがなく、また生体環境内
においてその機械的性質が経時劣化することがない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密度が2.75g/cm³以上の緻密質炭化珪素焼
   結体よりなる芯部のその表面に、50〜500μｍの平均気
   孔径を有する厚さ0.1mm以上の炭化珪素質材料よりなる
   多孔構造層を設けてなる生体の補填補綴材料。