JPH0892673A

JPH0892673A - インプラント用材料

Info

Publication number: JPH0892673A
Application number: JP6256194A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Hirota; 和士広田; Yasushi Suetsugu; 寧末次; Hidehiko Tanaka; 英彦田中
Original assignee: National Institute for Research in Inorganic Material
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 1996-04-09
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: JP2644685B2

Abstract

(57)【要約】【目的】インプラントにおいて、下地材に対するアパタ
イト被覆層の密着性を向上させる。【構成】実質的に、金が８０重量％以上99.5重量％以
下、及びカルシウムが0.5 ％重量以上２０重量％以下の
割合で含有された金−カルシウム合金からなり、表面に
自発的に形成されたアパタイト層によって被覆される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インプラント用材料
に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、ア
パタイト被覆層との密着性に優れたインプラント用材料
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、生体の欠落した機能を補うた
めに、インプラントが用いられてきており、たとえば金
属、セラミックス等から形成された人工歯、人工骨など
が知られている。インプラントは、人体又は動物の体内
に埋設して用いられるため、その材料としては、生体組
織と親和性を有することが望ましい。そこで、従来で
は、インプラントの骨格をなす下地金属材の表面に生体
親和性に優れたアパタイトを被覆することが行われてい
る。その際には、アパタイトの微粒子をプラズマ流に乗
せ、被覆しようとする金属材の表面に吹き付け、アパタ
イトを融解付着させる。

【０００３】このようにして作製されたインプラント
は、一部実用化されたが、生体に埋設後、インプラント
表面のアパタイト層が生体組織と癒着し、手術としては
治癒した頃になって、そのアパタイト層と下地材との間
で剥離が生じ、結局のところ失敗に終わることがこれま
でに広く確認されている。一方、最近になって、下地金
属材をリン酸カルシウムの微酸性水溶液中に浸漬し、直
流電圧を印加して、金属材表面にｐＨ勾配を発生させ、
これによって、アパタイトをその表面に析出させる電着
法が提案されてもいる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電
着法によって作製したインプラントについても、アパタ
イト層の密着性が不足しており、実用的ではないことが
指摘されている。つまり、インプラントが人体又は動物
の体内に埋設して使用される場合には、下地材とアパタ
イト層との間に負荷が掛かる。このため、アパタイト層
の密着性に欠けるインプラントでは、負荷が掛かると、
アパタイト層が下地材から剥離する可能性がある。この
ことは、インプラントとして致命的な欠点というより他
はない。

【０００５】このように、従来では、実用可能なアパタ
イト層の密着性が得られておらず、インプラントの開発
は事実上手詰まりの状況にある。この発明は、以上の通
りの事情に鑑みてなされたものであり、従来のアパタイ
ト層の密着性についての欠点を解消し、アパタイト被覆
層との密着性に優れたインプラント用材料を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、少なくとも金およびカルシウム
が合金構成元素として含有されている合金からることを
特徴とするインプラント用材料（請求項１）を提供す
る。そしてまた、この発明は、上記の合金が、実質的
に、金が８０重量％以上99.5重量％以下、及びカルシウ
ムが0.5 ％重量以上２０重量％以下の割合で含有された
金−カルシウム合金であるインプラント用材料（請求項
２）を提供し、これらのインプラント用材料として、そ
の表面がアパタイト層によって被覆されインプラント用
材料（請求項３〜５）をも提供する。

【０００７】

【作用】以上の通りの特徴を有するこの発明のインプラ
ント用材料については、次のような知見を踏まえてなさ
れている。すなわち、まず、従来の技術では、アパタイ
ト層の定着性が大きな問題となっていたことから、緻密
で、しかも密着性に優れた皮膜の典型的な例として、下
地材に用いられる金属自身の表面が酸化されて形成され
る酸化皮膜に着目した。すなわち、たとえば金属クロ
ム、金属アルミニウム等の金属表面に形成される酸化皮
膜は、薄く、緻密で、しかも下地金属層との密着性に優
れていることである。そして、ステンレス、クロムメッ
キ、アルマイト加工などを施したアルミニウム合金材製
品が、これまでに広く用いられていることである。

【０００８】このような酸化皮膜についての知識から
は、インプラント表面に形成するアパタイト被覆層に関
して、次の２つの仮説が考えられる。すなわち、上記し
た酸化皮膜の生成機構が、アパタイト被覆層の形成に応
用可能であるならば、下地材に対するアパタイト層の密
着性は良好となるはずである。

【０００９】また、形成するアパタイト層が充分に緻密
で、このために、アパタイト層が一旦薄く下地材表面に
形成されると、それ以上の酸化が防止されるならば、ス
テンレス表面に見られるような化学的に安定な皮膜とな
り得るはずである。そこで、この発明の発明者が鋭意検
討を加えたところ、実質的に金及びカルシウムを構成元
素として有し、さらには、これらが所定割合に含有され
た金−カルシウム合金材料が、好適に上記の仮説を満た
すものとして見出されたのである。

【００１０】この知見の端部としては、金−カルシウム
合金材料では、３０原子％のカルシウム（重量比でおよ
そ８重量％）が配合されていても空気中や水中で安定で
あり、生体の体液に類似させた塩組成を有する水溶液、
すなわち模擬体液に浸漬すると、合金材料表面に緻密な
アパタイト層が形成されることが確認されたことであ
る。

【００１１】さらに詳しく説明すると、表面に緻密で、
密着性に優れたアパタイト層が被覆される金−カルシウ
ム合金は、当然のことであるが、少なくとも合金構成元
素として金およびカルシウムを含有していなければなら
ない。もちろん、合金製造にともなう不可避的不純物が
許容されるだけでなく、実質的に金−カルシウム合金と
しての特徴に影響を与えることのない部分置換のための
第３元素等が含有されてもよいことは多言を要しない。
金−カルシウム合金材料におけるカルシウムの割合につ
いては、0.5 ％重量以上２０重量％以下が適当とされ
る。カルシウムが２０重量％を超えると、合金としての
反応性が高まり、水中に放置した場合に変質が進行する
など化学的に不安定となる。インプラントとして人体又
は動物の体内に埋設されて使用されることを想定する
と、このように化学的に不安定な材料は不適当となる。
一方、カルシウムが0.5 ％重量を下回ると、アパタイト
層の形成能力が劣化し、不適当となる。

【００１２】この金−カルシウム合金材料の場合には、
たとえば模擬体液に浸漬することによりその表面にアパ
タイト層が自発的に形成され、合金材料表面が被覆され
ることになる。形成されたアパタイト層は、緻密であ
り、しかも金−カルシウム合金材料表面との密着性は高
い。アパタイト層は剥離することはなく、長期間の使用
が可能となる。また、万一、金−カルシウム合金材料と
アパタイト層との間に剥離が生じたとしても、この材料
の場合には、アパタイト層は自発的に形成するため、生
体内において新たにアパタイト層が形成し、自己修復さ
れる。つまり、生体内ではリン酸塩濃度が充分に高く、
しかも正確にｐＨ７付近に保たれているため、金−カル
シウム合金材料は、放置しておいても、その表面にアパ
タイト層が再生されるのである。この性質を有するため
に実用に耐え得るインプラントとなる。

【００１３】このような金−カルシウム合金材料を用い
てインプラントを製造する場合には、たとえば金属、セ
ラミック等から形成した下地材の表面をその金−カルシ
ウム合金材料で被覆した後に、材料表面にアパタイト層
を自発的に形成させて被覆することができる。もちろ
ん、下地材そのものを金−カルシウム合金材料から作製
することもできる。

【００１４】以下実施例を示し、この発明のインプラン
ト用材料についてさらに詳しく説明する。

【００１５】

【実施例】アルミナ製ルツボに金地金１０ｇ、カルシウ
ム地金1.8ｇ及び塩化カルシウム1.5ｇを入れ、アルゴン
ガス雰囲気中で1100℃に２０分間保持した。この後に、
ルツボを室温に保たれた場所に移動し、急冷した。得ら
れた合金は、金とカルシウムの割合が異なる急冷相が３
種類混在していた。また、合金全体を平均したカルシウ
ム濃度は、11.5重量％であった。

【００１６】この合金を厚さ１mmの板に切り出し、その
両面を研磨し、洗浄した。次いで、Ｎａ₂ＨＰＯ₄−Ｎ
ａＨ₂ＰＯ₄混合水溶液を用いて、リン酸根濃度が0.1
Ｆ、ｐＨ7.0 のｐＨ緩衝液を作製した。このｐＨ緩衝液
を４０℃に保持しながら、上記の合金板を浸漬し、その
ままの状態で190 時間保持した。この処理によって得ら
れた合金板は、その外見は浸漬前と全く変わらないよう
に見えたが、この板の表面を透過型電子顕微鏡を用いて
電子線回折像を撮影することにより観察したところ、厚
さ約5nmの緻密な薄膜で表面が覆われていることが判明
し、かつ、この薄膜は、アパタイトのみからなる皮膜で
あることが回折像による面間隔の測定により確認され
た。また、合金板に対するアパタイト皮膜の密着性は良
好であった。

【００１７】一方、浸漬時間をさらに長くしてもアパタ
イト皮膜の厚さには変化が現れなかった。このことか
ら、金−カルシウム合金の表面に形成されたアパタイト
皮膜は、充分緻密であるため、一旦形成されるとそれ以
上の化学変化を阻止し、化学的に安定であることが理解
される。同様にして、合金全体に対するカルシウムの濃
度が０．５重量％、５重量％、２０重量％の金−カルシ
ウム合金についてもアパタイト層を被覆させた。この場
合にもアパタイト層の組織は緻密で、密着性も良好であ
った。

【００１８】一方、比較のために、カルシウム濃度が
０．１重量％および４０重量％のものについても検討し
たが、前者ではアパタイト層の形成が充分でなく、ま
た、後者の場合は水中への放置により変質が確認され
た。もちろん、この発明は、以上の例によって限定され
ることはない。細部については様々な態様が可能である
ことは言うまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、インプラントにおけるアパタイト被覆層の密着性
が向上し、下地材表面にアパタイト層を強固に被覆する
ことができる。アパタイト層の剥離はなく、長期間の使
用が可能となる。万一、アパタイト層の剥離が生じたと
しても、生体内で新たにアパタイト層が形成し、自己修
復が行われる。実用に耐え得るインプラントが提供され
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも金およびカルシウムが合金構
成元素として含有されている合金からなることを特徴と
するインプラント用材料。
【請求項２】合金が、実質的に、金が８０重量％以上
99.5重量％以下、及びカルシウムが0.5 重量％以上２０
重量％以下の割合で含有された金−カルシウム合金から
なる請求項１のインプラント用材料。
【請求項３】少なくとも金およびカルシウムが合金構
成元素として含有されている合金の表面が、アパタイト
層によって被覆されていることを特徴とするインプラン
ト用材料。
【請求項４】合金が、実質的に、金が８０重量％以上
９９．５重量％以下、及びカルシウムが０．５重量％以
上２０重量％以下の割合で含有された金−カルシウム含
金からなる請求項３のインプラント用材料。