JPH09238965A - 骨修復材料及びアパタイト膜付き骨修復材料並びにそれらの製造方法 - Google Patents
骨修復材料及びアパタイト膜付き骨修復材料並びにそれらの製造方法Info
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- JPH09238965A JPH09238965A JP8336996A JP8336996A JPH09238965A JP H09238965 A JPH09238965 A JP H09238965A JP 8336996 A JP8336996 A JP 8336996A JP 8336996 A JP8336996 A JP 8336996A JP H09238965 A JPH09238965 A JP H09238965A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高価な装置を用いることなく、チタンよりも加
工しやすく且つ破壊靱性、生体活性及び耐久性に優れた
骨修復材料を提供する。 【解決手段】元素周期表のバナジウムＶを除く５ａ族
（ニオブＮｂ、タンタルＴａ）の金属又は５ａ族金属
（バナジウムＶを除く）を主成分とする合金よりなる基
体をアルカリ液中に浸漬した後、加熱することを特徴と
する。
工しやすく且つ破壊靱性、生体活性及び耐久性に優れた
骨修復材料を提供する。 【解決手段】元素周期表のバナジウムＶを除く５ａ族
（ニオブＮｂ、タンタルＴａ）の金属又は５ａ族金属
（バナジウムＶを除く）を主成分とする合金よりなる基
体をアルカリ液中に浸漬した後、加熱することを特徴と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、骨修復材料及び
アパタイト膜付き骨修復材料並びにそれらの製造方法に
関する。この骨修復材料は、大腿骨、股関節、歯根等の
ように大きな荷重の加わる部分において、骨形成、骨結
合に至るまでの補強部材や骨代替材料等の修復材料とし
て好適に利用され得る。
アパタイト膜付き骨修復材料並びにそれらの製造方法に
関する。この骨修復材料は、大腿骨、股関節、歯根等の
ように大きな荷重の加わる部分において、骨形成、骨結
合に至るまでの補強部材や骨代替材料等の修復材料とし
て好適に利用され得る。
【０００２】
【従来の技術】人工材料が生体内で骨と結合する生体活
性を示すための条件は、生体内でその表面に骨の無機物
質と同種のアパタイトの層を形成することであると考え
られている。
性を示すための条件は、生体内でその表面に骨の無機物
質と同種のアパタイトの層を形成することであると考え
られている。
【０００３】この種の性質を示す骨修復材料として、従
来、Ｎａ2Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｐ2Ｏ5系のガラスや、
焼結水酸化アパタイト（Ｃａ10(ＰＯ4)6(ＯＨ)2）、あ
るいはＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｐ2Ｏ5系結晶化ガラ
スなどが使用されている。これらは、生体内でその表面
に骨の無機物質と同種のアパタイトの層を形成し骨と直
接結合する性質、生体活性を持つ優れた材料である。し
かし、これらの破壊靭性（１〜２ＭＰａｍ1/2）はヒト
の皮質骨のそれ（２〜６ＭＰａｍ1/2）に及ばないた
め、大きな荷重の加わる股関節や大腿骨の代わりをする
材料としては使えない。
来、Ｎａ2Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｐ2Ｏ5系のガラスや、
焼結水酸化アパタイト（Ｃａ10(ＰＯ4)6(ＯＨ)2）、あ
るいはＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｐ2Ｏ5系結晶化ガラ
スなどが使用されている。これらは、生体内でその表面
に骨の無機物質と同種のアパタイトの層を形成し骨と直
接結合する性質、生体活性を持つ優れた材料である。し
かし、これらの破壊靭性（１〜２ＭＰａｍ1/2）はヒト
の皮質骨のそれ（２〜６ＭＰａｍ1/2）に及ばないた
め、大きな荷重の加わる股関節や大腿骨の代わりをする
材料としては使えない。
【０００４】従って、現在、それらの修復材料として
は、金属材料中で最も優れた生体親和性を示すチタン及
びその合金が使われている。しかし、これら金属材料
は、大きな破壊靭性を持つが、骨と直接結合するのに１
０年程度の長期間を要する。
は、金属材料中で最も優れた生体親和性を示すチタン及
びその合金が使われている。しかし、これら金属材料
は、大きな破壊靭性を持つが、骨と直接結合するのに１
０年程度の長期間を要する。
【０００５】そこで、これらチタン材料表面に溶融した
水酸アパタイトをプラズマコートして、生体活性を付与
することが行われている。この方法により得られた材料
は、チタンの破壊靱性とアパタイトの生体活性とを兼備
している。
水酸アパタイトをプラズマコートして、生体活性を付与
することが行われている。この方法により得られた材料
は、チタンの破壊靱性とアパタイトの生体活性とを兼備
している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、チタンは、硬
くて加工し難い。また、プラズマコートされたアパタイ
ト層は、半溶融の水酸アパタイト粉末を自由落下により
基板上に堆積させただけのため、緻密でなく、基板との
接着力も弱く離脱しやすい、等の課題がある。製法的に
は、プラズマコートによる製造方法では、(1)高価なプ
ラズマ溶射装置を要する、(2)溶射材料である水酸アパ
タイト粉末が一旦瞬間的に約３０，０００℃もの高温に
曝されるため、金属基板表面に形成される水酸アパタイ
トの組成及び結晶性を制御することが困難である、等の
課題がある。
くて加工し難い。また、プラズマコートされたアパタイ
ト層は、半溶融の水酸アパタイト粉末を自由落下により
基板上に堆積させただけのため、緻密でなく、基板との
接着力も弱く離脱しやすい、等の課題がある。製法的に
は、プラズマコートによる製造方法では、(1)高価なプ
ラズマ溶射装置を要する、(2)溶射材料である水酸アパ
タイト粉末が一旦瞬間的に約３０，０００℃もの高温に
曝されるため、金属基板表面に形成される水酸アパタイ
トの組成及び結晶性を制御することが困難である、等の
課題がある。
【０００７】本発明の目的は、このような従来の課題を
解決し、高価な装置を用いることなく、チタンよりも加
工しやすく且つ破壊靱性、生体活性及び耐久性に優れた
骨修復材料を提供することにある。
解決し、高価な装置を用いることなく、チタンよりも加
工しやすく且つ破壊靱性、生体活性及び耐久性に優れた
骨修復材料を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】その目的達成のために、
本発明の骨修復材料は、元素周期表のバナジウムＶを除
く５ａ族（ニオブＮｂ、タンタルＴａ）の金属又は５ａ
族金属（バナジウムＶを除く）を主成分とする合金より
なる基体と、基体の表面に形成された金属酸化物相及び
上記金属のアルカリ酸塩の非晶質相を含む被膜とを備え
たことを特徴とする。
本発明の骨修復材料は、元素周期表のバナジウムＶを除
く５ａ族（ニオブＮｂ、タンタルＴａ）の金属又は５ａ
族金属（バナジウムＶを除く）を主成分とする合金より
なる基体と、基体の表面に形成された金属酸化物相及び
上記金属のアルカリ酸塩の非晶質相を含む被膜とを備え
たことを特徴とする。
【０００９】本発明の骨修復材料において、最適の要素
の組み合わせは、金属、金属酸化物及び金属のアルカリ
酸塩を、それぞれタンタル、酸化タンタル及びアルカリ
タンタル酸塩とするものである。
の組み合わせは、金属、金属酸化物及び金属のアルカリ
酸塩を、それぞれタンタル、酸化タンタル及びアルカリ
タンタル酸塩とするものである。
【００１０】この骨修復材料を製造する適切な方法は、
元素周期表のバナジウムＶを除く５ａ族（ニオブＮｂ、
タンタルＴａ）の金属又は５ａ族金属（バナジウムＶを
除く）を主成分とする合金よりなる基体をアルカリ液中
に浸漬することを特徴とする。また、浸漬後、基体を加
熱してもよい。そして、上記の最適な要素の組み合わせ
を可能にするために、５ａ族金属のうちタンタルを選択
するのがよい。
元素周期表のバナジウムＶを除く５ａ族（ニオブＮｂ、
タンタルＴａ）の金属又は５ａ族金属（バナジウムＶを
除く）を主成分とする合金よりなる基体をアルカリ液中
に浸漬することを特徴とする。また、浸漬後、基体を加
熱してもよい。そして、上記の最適な要素の組み合わせ
を可能にするために、５ａ族金属のうちタンタルを選択
するのがよい。
【００１１】タンタルＴａ又はタンタルＴａ合金の表面
には、元来Ｔａ2Ｏ5に近い酸化物よりなる極めて薄い膜
が存在する。Ｔａ2Ｏ5は、強酸、強塩基のいずれとも反
応する両性物質である。従って、タンタルＴａ又はタン
タルＴａ合金よりなる基体をアルカリ液中に浸漬する
と、反応量の少ない内部から反応量の多い外部に向かっ
て漸増する濃度勾配をもって、基体表面に非晶質のアル
カリタンタル酸塩が生成する。その後、基体を加熱する
ことによって、酸素が拡散して上記の生成相の厚さが増
加するとともに、生成相と基体とが密着する。
には、元来Ｔａ2Ｏ5に近い酸化物よりなる極めて薄い膜
が存在する。Ｔａ2Ｏ5は、強酸、強塩基のいずれとも反
応する両性物質である。従って、タンタルＴａ又はタン
タルＴａ合金よりなる基体をアルカリ液中に浸漬する
と、反応量の少ない内部から反応量の多い外部に向かっ
て漸増する濃度勾配をもって、基体表面に非晶質のアル
カリタンタル酸塩が生成する。その後、基体を加熱する
ことによって、酸素が拡散して上記の生成相の厚さが増
加するとともに、生成相と基体とが密着する。
【００１２】こうして基体の表面に酸化タンタル相及び
非晶質のアルカリタンタル酸塩相よりなる被膜が形成さ
れる。しかも上記のように中間工程で生成されるアルカ
リタンタル酸塩が、被膜の厚さ方向に外部に向かって漸
増する緩やかな濃度勾配をもっていることから、この化
合物の出発物質となる酸化タンタル相は、外部に向かっ
て漸減し、他方、生成物質となる非晶質のアルカリタン
タル酸塩相に含まれるアルカリイオン（Ｎａ+、Ｋ+、Ｃ
ａ2+等）の合計濃度は、外部に向かって漸増する。この
ように緩やかな勾配で濃度が変化しているから、基体と
被膜との界面並びに被膜内の各々の相間の界面は、強固
に接着している。この点、基体を別途調製した酸化タン
タルゲルに浸漬すると、基体表面に骨と結合し易いゲル
が生成するが、基体とゲル層との結合力が弱く剥離し易
いのと相違する。しかも最外表面は、アルカリイオンに
富んでいるので、カルシウムＣａとリンＰを含む水溶
液、望ましくは体液に近いイオン濃度を有する擬似体液
又は体液中で、そのアルカリイオンが水素イオンと交換
され、カルシウムＣａやリンＰと反応し易いゲル状の水
酸化タンタル相が生成される。
非晶質のアルカリタンタル酸塩相よりなる被膜が形成さ
れる。しかも上記のように中間工程で生成されるアルカ
リタンタル酸塩が、被膜の厚さ方向に外部に向かって漸
増する緩やかな濃度勾配をもっていることから、この化
合物の出発物質となる酸化タンタル相は、外部に向かっ
て漸減し、他方、生成物質となる非晶質のアルカリタン
タル酸塩相に含まれるアルカリイオン（Ｎａ+、Ｋ+、Ｃ
ａ2+等）の合計濃度は、外部に向かって漸増する。この
ように緩やかな勾配で濃度が変化しているから、基体と
被膜との界面並びに被膜内の各々の相間の界面は、強固
に接着している。この点、基体を別途調製した酸化タン
タルゲルに浸漬すると、基体表面に骨と結合し易いゲル
が生成するが、基体とゲル層との結合力が弱く剥離し易
いのと相違する。しかも最外表面は、アルカリイオンに
富んでいるので、カルシウムＣａとリンＰを含む水溶
液、望ましくは体液に近いイオン濃度を有する擬似体液
又は体液中で、そのアルカリイオンが水素イオンと交換
され、カルシウムＣａやリンＰと反応し易いゲル状の水
酸化タンタル相が生成される。
【００１３】一方、アパタイトの溶解度以上のカルシウ
ムＣａとリンＰを含む水溶液及び体液は、アパタイトを
生成する成分をアパタイトの溶解度以上に含んでいるの
で、アパタイト結晶を成長させる能力を有しているが、
結晶核生成のための活性化エネルギーが高いので、それ
が障壁となって単独ではアパタイト核を形成する能力に
欠ける。しかし、基体の表面に上記の被膜が設けられて
いる場合、アルカリタンタル酸塩が水和する時に溶出し
たアルカリイオンがアパタイトの過飽和度を高めるの
で、アパタイト核形成速度を速めるうえ、水和して得ら
れる非晶質の水酸化タンタル相は、ゲル状の非晶質であ
るから反応性に富む。従って、それが前記水溶液又は体
液中の骨形成成分と反応してアパタイト核を形成する。
ムＣａとリンＰを含む水溶液及び体液は、アパタイトを
生成する成分をアパタイトの溶解度以上に含んでいるの
で、アパタイト結晶を成長させる能力を有しているが、
結晶核生成のための活性化エネルギーが高いので、それ
が障壁となって単独ではアパタイト核を形成する能力に
欠ける。しかし、基体の表面に上記の被膜が設けられて
いる場合、アルカリタンタル酸塩が水和する時に溶出し
たアルカリイオンがアパタイトの過飽和度を高めるの
で、アパタイト核形成速度を速めるうえ、水和して得ら
れる非晶質の水酸化タンタル相は、ゲル状の非晶質であ
るから反応性に富む。従って、それが前記水溶液又は体
液中の骨形成成分と反応してアパタイト核を形成する。
【００１４】また、アルカリ液中への浸漬処理又はその
後の加熱処理に続いてアパタイトの溶解度以上のカルシ
ウムＣａとリンＰを含む水溶液中、望ましくは擬似体液
中に浸漬して予めアパタイト核を形成し、アパタイト膜
付き骨修復材料としてもよい。特に擬似体液で処理され
たものは、表面に形成されるアパタイトの組成及び構造
が、骨のアパタイトの組成及び構造に近似しているの
で、骨と結合し易く、骨代替材料の機能を顕著に発揮す
るである。また、損傷した生体骨の補強材として用いら
れる場合も生体に適合するからである。
後の加熱処理に続いてアパタイトの溶解度以上のカルシ
ウムＣａとリンＰを含む水溶液中、望ましくは擬似体液
中に浸漬して予めアパタイト核を形成し、アパタイト膜
付き骨修復材料としてもよい。特に擬似体液で処理され
たものは、表面に形成されるアパタイトの組成及び構造
が、骨のアパタイトの組成及び構造に近似しているの
で、骨と結合し易く、骨代替材料の機能を顕著に発揮す
るである。また、損傷した生体骨の補強材として用いら
れる場合も生体に適合するからである。
【００１５】本発明の骨修復材料は、チタンよりも柔ら
かくて加工しやすいタンタル又はタンタル合金を基体と
するので、予め容易に骨形状又は補強部材形状に加工し
ておくことができる。
かくて加工しやすいタンタル又はタンタル合金を基体と
するので、予め容易に骨形状又は補強部材形状に加工し
ておくことができる。
【００１６】基体表面に被膜が形成されるメカニズム及
び被膜の上にアパタイト核が形成されるメカニズムは、
基体を構成する金属がタンタルである場合に限らず、ニ
オブにも当てはまる。ただし、バナジウムＶは、生体に
有害であると予測されるので、本発明から除外した。
び被膜の上にアパタイト核が形成されるメカニズムは、
基体を構成する金属がタンタルである場合に限らず、ニ
オブにも当てはまる。ただし、バナジウムＶは、生体に
有害であると予測されるので、本発明から除外した。
【００１７】
【発明の実施の形態】基体としては、生体親和性の点で
は純Ｔａが良いが、成形性の点ではＮｉ−Ｔａのような
合金が良い。ただし、純Ｔａでも十分成形性に優れてい
る。被膜の厚さは、０．０１〜１０μｍ程度、アパタイ
ト膜の厚さは、１μｍ以上が好ましい。被膜の厚さが
０．０１μｍに満たなかったり、アパタイト膜の厚さが
１μｍに満たなかったりすると、それぞれの作用が乏し
くなる。他方、被膜については、厚さが１０μｍを越え
ると、被膜内で亀裂が生じたり、基体から剥離しやすく
なるからである。
は純Ｔａが良いが、成形性の点ではＮｉ−Ｔａのような
合金が良い。ただし、純Ｔａでも十分成形性に優れてい
る。被膜の厚さは、０．０１〜１０μｍ程度、アパタイ
ト膜の厚さは、１μｍ以上が好ましい。被膜の厚さが
０．０１μｍに満たなかったり、アパタイト膜の厚さが
１μｍに満たなかったりすると、それぞれの作用が乏し
くなる。他方、被膜については、厚さが１０μｍを越え
ると、被膜内で亀裂が生じたり、基体から剥離しやすく
なるからである。
【００１８】アルカリ液とは、好ましくはナトリウムＮ
ａ+イオン、カリウムＫ+イオン及びカルシウムＣａ2+イ
オンのうち１種以上を含む水溶液である。アルカリ液の
アルカリ濃度は、０．０１Ｍ〜５Ｍが好ましく、０．１
Ｍ〜１Ｍが特に好ましい。０．０１Ｍより低濃度である
と、被膜中のアルカリタンタル酸塩等の塩の含有量が少
なすぎて、生体内又は擬似体液中でアパタイト膜が形成
されるのに１０日以上もかかるので、実用的でない。逆
に、５Ｍより高濃度であると、アルカリタンタル酸塩の
ほとんどが針状に結晶化し、生体内又は擬似体液中にお
けるアルカリイオンの溶出速度が遅くなりすぎてアパタ
イト膜が形成されない。また、５Ｍ以下であっても２Ｍ
以上のときは、アルカリタンタル酸塩の多くが結晶化
し、基体との接着力の弱い被膜しか形成されないが、１
Ｍ以下のときは、塩が少量しか結晶化せず且つ強固なア
パタイト膜が形成される。
ａ+イオン、カリウムＫ+イオン及びカルシウムＣａ2+イ
オンのうち１種以上を含む水溶液である。アルカリ液の
アルカリ濃度は、０．０１Ｍ〜５Ｍが好ましく、０．１
Ｍ〜１Ｍが特に好ましい。０．０１Ｍより低濃度である
と、被膜中のアルカリタンタル酸塩等の塩の含有量が少
なすぎて、生体内又は擬似体液中でアパタイト膜が形成
されるのに１０日以上もかかるので、実用的でない。逆
に、５Ｍより高濃度であると、アルカリタンタル酸塩の
ほとんどが針状に結晶化し、生体内又は擬似体液中にお
けるアルカリイオンの溶出速度が遅くなりすぎてアパタ
イト膜が形成されない。また、５Ｍ以下であっても２Ｍ
以上のときは、アルカリタンタル酸塩の多くが結晶化
し、基体との接着力の弱い被膜しか形成されないが、１
Ｍ以下のときは、塩が少量しか結晶化せず且つ強固なア
パタイト膜が形成される。
【００１９】加熱温度は、２００〜７００℃、特に３０
０〜５００℃が好ましい。被膜中の水分を蒸発させると
ともに被膜を基体に強く密着させるには２００℃以上必
要であるし、他方、７００℃を越えると酸化タンタル等
の５ａ族金属の酸化物が結晶化し、基体を構成する金属
との熱膨張差により、被膜が剥離しやすくなるからであ
る。
０〜５００℃が好ましい。被膜中の水分を蒸発させると
ともに被膜を基体に強く密着させるには２００℃以上必
要であるし、他方、７００℃を越えると酸化タンタル等
の５ａ族金属の酸化物が結晶化し、基体を構成する金属
との熱膨張差により、被膜が剥離しやすくなるからであ
る。
【００２０】
−実施例１− １０×１０×１ｍｍ3のタンタルＴａ金属板からなる基
体を＃４００のダイヤモンドペーストで研磨し、アセト
ン、蒸留水の順で洗浄し、６０℃に保った０．２Ｍ、
０．５Ｍ、１Ｍ、２Ｍ又は５ＭのＮａＯＨ水溶液中に浸
漬し、ストローク長３ｃｍ、振動数１２０strokes／min
で２４時間振った。この基体を、超音波洗浄器を用いて
蒸留水で２０分以上洗浄した後、４０℃で２４時間風乾
することによって、骨修復材料を製造した。そして、骨
修復材料の表面を薄膜Ｘ線回折で分析した。
体を＃４００のダイヤモンドペーストで研磨し、アセト
ン、蒸留水の順で洗浄し、６０℃に保った０．２Ｍ、
０．５Ｍ、１Ｍ、２Ｍ又は５ＭのＮａＯＨ水溶液中に浸
漬し、ストローク長３ｃｍ、振動数１２０strokes／min
で２４時間振った。この基体を、超音波洗浄器を用いて
蒸留水で２０分以上洗浄した後、４０℃で２４時間風乾
することによって、骨修復材料を製造した。そして、骨
修復材料の表面を薄膜Ｘ線回折で分析した。
【００２１】次に、得られた骨修復材料を、ヒトの体液
とほぼ等しい無機イオン濃度を有する擬似体液に浸漬
し、アパタイト層の形成の有無を調べた。擬似体液とし
ては、各々のイオン濃度Ｋ+５．０，Ｎａ+１４２，Ｍｇ
2+１．５，Ｃａ2+２．５，Ｃｌ-１４８．８，ＨＣＯ3 -
４．２，ＨＰＯ4 2-１．０，ＳＯ4 2-０．５［ｍＭ］とい
った組成を有し、トリ-(ヒト゛ロキシメチル)-アミノメタン及び塩酸にて
３６．５℃のｐＨ＝７．４に調整されたものを用いた。
そして、擬似体液への浸漬後、１週間、２週間又は４週
間毎に骨修復材料を取り出して乾燥し、その表面を薄膜
Ｘ線回折で分析した。
とほぼ等しい無機イオン濃度を有する擬似体液に浸漬
し、アパタイト層の形成の有無を調べた。擬似体液とし
ては、各々のイオン濃度Ｋ+５．０，Ｎａ+１４２，Ｍｇ
2+１．５，Ｃａ2+２．５，Ｃｌ-１４８．８，ＨＣＯ3 -
４．２，ＨＰＯ4 2-１．０，ＳＯ4 2-０．５［ｍＭ］とい
った組成を有し、トリ-(ヒト゛ロキシメチル)-アミノメタン及び塩酸にて
３６．５℃のｐＨ＝７．４に調整されたものを用いた。
そして、擬似体液への浸漬後、１週間、２週間又は４週
間毎に骨修復材料を取り出して乾燥し、その表面を薄膜
Ｘ線回折で分析した。
【００２２】以上の薄膜Ｘ線回折結果を図２に示す。図
中、「浸漬前」は、ＮａＯＨ水溶液への浸漬後、擬似体
液への浸漬前を指し、「１Ｗ」、「２Ｗ」及び「４Ｗ」
は、それぞれ擬似体液への浸漬後１週間、２週間及び４
週間を指す。
中、「浸漬前」は、ＮａＯＨ水溶液への浸漬後、擬似体
液への浸漬前を指し、「１Ｗ」、「２Ｗ」及び「４Ｗ」
は、それぞれ擬似体液への浸漬後１週間、２週間及び４
週間を指す。
【００２３】図２にみられるように、比較的低濃度
（０．２Ｍ及び０．５Ｍ）のＮａＯＨ水溶液に浸漬して
得られた試料については、擬似体液への浸漬前の段階で
はタンタルのピークしか観察されなかったが、擬似体液
への浸漬後の段階ではアパタイトの多数のピークが観察
され、しかも擬似体液への浸漬日数が増えるにつれてタ
ンタルのピーク強度に対してアパタイトのピーク強度が
増した。
（０．２Ｍ及び０．５Ｍ）のＮａＯＨ水溶液に浸漬して
得られた試料については、擬似体液への浸漬前の段階で
はタンタルのピークしか観察されなかったが、擬似体液
への浸漬後の段階ではアパタイトの多数のピークが観察
され、しかも擬似体液への浸漬日数が増えるにつれてタ
ンタルのピーク強度に対してアパタイトのピーク強度が
増した。
【００２４】中濃度（１Ｍ及び２Ｍ）のＮａＯＨ水溶液
に浸漬して得られた試料については、擬似体液への浸漬
前の段階でＴａ2Ｏ5、Ｎａ8Ｔａ6Ｏ19及びＮａ3ＴａＯ4
のピークが観察された。そして、これらタンタル化合物
のピークは擬似体液に４週間浸漬後に消え、代わってア
パタイトのピークが観察された。
に浸漬して得られた試料については、擬似体液への浸漬
前の段階でＴａ2Ｏ5、Ｎａ8Ｔａ6Ｏ19及びＮａ3ＴａＯ4
のピークが観察された。そして、これらタンタル化合物
のピークは擬似体液に４週間浸漬後に消え、代わってア
パタイトのピークが観察された。
【００２５】これに対して、高濃度（５Ｍ）のＮａＯＨ
水溶液に浸漬して得られた試料については、擬似体液へ
の浸漬前の段階で観察されたＴａ2Ｏ5、Ｎａ8Ｔａ6Ｏ19
及びＮａ3ＴａＯ4のピークが、擬似体液への浸漬後に消
えたものの、代わってアパタイトのピークが観察される
ことはなかった。
水溶液に浸漬して得られた試料については、擬似体液へ
の浸漬前の段階で観察されたＴａ2Ｏ5、Ｎａ8Ｔａ6Ｏ19
及びＮａ3ＴａＯ4のピークが、擬似体液への浸漬後に消
えたものの、代わってアパタイトのピークが観察される
ことはなかった。
【００２６】以上の結果から、ＮａＯＨ水溶液に浸漬す
ることによって基体表面に生成するタンタル酸ナトリウ
ムが、擬似体液中の成分と反応してアパタイトを生成す
ること、並びに、そのタンタル酸ナトリウムは結晶化し
ているよりも非晶質であるほうがアパタイト生成を誘発
しやすいことが判る。また、各試料についてタンタルの
ピーク強度とアパタイトのピーク強度とを比較すること
により、２週間以内にアパタイトを生成するためには、
ＮａＯＨ水溶液濃度は１Ｍ以下が好ましいことが判る。
ることによって基体表面に生成するタンタル酸ナトリウ
ムが、擬似体液中の成分と反応してアパタイトを生成す
ること、並びに、そのタンタル酸ナトリウムは結晶化し
ているよりも非晶質であるほうがアパタイト生成を誘発
しやすいことが判る。また、各試料についてタンタルの
ピーク強度とアパタイトのピーク強度とを比較すること
により、２週間以内にアパタイトを生成するためには、
ＮａＯＨ水溶液濃度は１Ｍ以下が好ましいことが判る。
【００２７】次に、０．５ＭのＮａＯＨ水溶液に浸漬し
た試料について、擬似体液への浸漬前と浸漬後の所定日
数毎の基体表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し
た。図３、図４、図５、図６及び図７は、各々浸漬前、
浸漬後１日、浸漬後４日、浸漬後１週間及び浸漬後２週
間の表面状態を示すＳＥＭ写真である。これらの写真か
ら、０．５ＭのＮａＯＨ水溶液に浸漬した試料の場合、
擬似体液への浸漬日数が１週間程度で緻密なアパタイト
膜が形成されることが判る。
た試料について、擬似体液への浸漬前と浸漬後の所定日
数毎の基体表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し
た。図３、図４、図５、図６及び図７は、各々浸漬前、
浸漬後１日、浸漬後４日、浸漬後１週間及び浸漬後２週
間の表面状態を示すＳＥＭ写真である。これらの写真か
ら、０．５ＭのＮａＯＨ水溶液に浸漬した試料の場合、
擬似体液への浸漬日数が１週間程度で緻密なアパタイト
膜が形成されることが判る。
【００２８】−実施例２− 実施例１と同一条件で骨修復材料を製造した。ただし、
ＮａＯＨ水溶液の濃度は、０．２Ｍ及び０．５Ｍの２種
類とし、ＮａＯＨ水溶液に浸漬し、洗浄し、乾燥後、所
定温度に加熱した。この加熱は、タンタル酸ナトリウム
を含む被膜を基体に強く密着させるために行った。
ＮａＯＨ水溶液の濃度は、０．２Ｍ及び０．５Ｍの２種
類とし、ＮａＯＨ水溶液に浸漬し、洗浄し、乾燥後、所
定温度に加熱した。この加熱は、タンタル酸ナトリウム
を含む被膜を基体に強く密着させるために行った。
【００２９】その後、実施例１で用いたものと同一組成
の擬似体液に骨修復材料を浸漬し、所定日数毎に取り出
して、表面に存在する物質を薄膜Ｘ線回折で同定した。
回折結果を図８及び図９に示す。図８及び図９にみられ
るように、加熱温度が高くなるにつれて、タンタルのピ
ーク強度に対するアパタイトのピーク強度が低くなって
いる。また、加熱温度が６５０℃の試料の場合、擬似体
液への浸漬前に酸化タンタルＴａ2Ｏ5の強いピークが観
察され、擬似体液に２週間浸漬しても依然として酸化タ
ンタルのピークが残っている。従って、加熱温度が高く
なるほど、被膜中に不活性な酸化タンタル結晶の割合が
増し、アパタイトが生成し難くなることが判る。
の擬似体液に骨修復材料を浸漬し、所定日数毎に取り出
して、表面に存在する物質を薄膜Ｘ線回折で同定した。
回折結果を図８及び図９に示す。図８及び図９にみられ
るように、加熱温度が高くなるにつれて、タンタルのピ
ーク強度に対するアパタイトのピーク強度が低くなって
いる。また、加熱温度が６５０℃の試料の場合、擬似体
液への浸漬前に酸化タンタルＴａ2Ｏ5の強いピークが観
察され、擬似体液に２週間浸漬しても依然として酸化タ
ンタルのピークが残っている。従って、加熱温度が高く
なるほど、被膜中に不活性な酸化タンタル結晶の割合が
増し、アパタイトが生成し難くなることが判る。
【００３０】−比較例− タンタル板に代えてＳＵＳ３１６Ｌ又はヴァイタリウム
vitallium（登録商標）の板を基体とし、ＮａＯＨ水溶
液濃度を１０Ｍの１種類とする以外は、実施例１と同一
条件で比較用の骨修復材料を製造した。これらを実施例
１と同様に擬似体液に浸漬した後、基体の表面を薄膜Ｘ
線回折で同定した。その結果を図１０に示す。図中、上
段がＳＵＳ３１６Ｌ、下段がヴァイタリウムを基体とし
た結果である。図に見られるように、いずれも基体を構
成する成分のピークが観察されただけで、擬似体液への
浸漬日数に係わらずアパタイトは生成していなかった。
vitallium（登録商標）の板を基体とし、ＮａＯＨ水溶
液濃度を１０Ｍの１種類とする以外は、実施例１と同一
条件で比較用の骨修復材料を製造した。これらを実施例
１と同様に擬似体液に浸漬した後、基体の表面を薄膜Ｘ
線回折で同定した。その結果を図１０に示す。図中、上
段がＳＵＳ３１６Ｌ、下段がヴァイタリウムを基体とし
た結果である。図に見られるように、いずれも基体を構
成する成分のピークが観察されただけで、擬似体液への
浸漬日数に係わらずアパタイトは生成していなかった。
【００３１】
【発明の効果】この発明の骨修復材料及びその製造方法
は、上記の構成を備えるので、以下のような顕著な効果
を有する。すなわち、アルカリ液にＴａ等の５ａ族金属
を浸漬するだけでよいので、高価な装置は不要である。
また、タンタルは柔軟で加工しやすいので、被膜形成前
に予め体内で最も適切な形状に加工しておくことができ
る。従って、被膜形成後、そのまま体内に埋入するだけ
で、自然にその表面に骨の無機質と同質のアパタイトが
形成され、アパタイトを介して骨と強固に結合し、骨を
修復する。
は、上記の構成を備えるので、以下のような顕著な効果
を有する。すなわち、アルカリ液にＴａ等の５ａ族金属
を浸漬するだけでよいので、高価な装置は不要である。
また、タンタルは柔軟で加工しやすいので、被膜形成前
に予め体内で最も適切な形状に加工しておくことができ
る。従って、被膜形成後、そのまま体内に埋入するだけ
で、自然にその表面に骨の無機質と同質のアパタイトが
形成され、アパタイトを介して骨と強固に結合し、骨を
修復する。
【００３２】また、骨修復材料を、アパタイトの飽和濃
度を超えるカルシウムイオンとリンイオンを含む水溶
液、望ましくは擬似体液に浸漬すると、体内に埋める前
に予めアパタイトが形成されるので、体内で素早く骨と
結合するうえ、生体に対する親和性に優れる。
度を超えるカルシウムイオンとリンイオンを含む水溶
液、望ましくは擬似体液に浸漬すると、体内に埋める前
に予めアパタイトが形成されるので、体内で素早く骨と
結合するうえ、生体に対する親和性に優れる。
【図１】基体をＮａＯＨ水溶液に浸漬して得られた骨修
復材料の薄膜Ｘ線回折パターンを示す。
復材料の薄膜Ｘ線回折パターンを示す。
【図２】上記骨修復材料を擬似体液に浸漬した後の薄膜
Ｘ線回折パターンを示す。
Ｘ線回折パターンを示す。
【図３】上記骨修復材料の表面のＳＥＭ写真である。
【図４】擬似体液に１日浸漬した後の骨修復材料の表面
のＳＥＭ写真である。
のＳＥＭ写真である。
【図５】擬似体液に４日浸漬した後の骨修復材料の表面
のＳＥＭ写真である。
のＳＥＭ写真である。
【図６】擬似体液に１週間浸漬した後の骨修復材料の表
面のＳＥＭ写真である。
面のＳＥＭ写真である。
【図７】擬似体液に２週間浸漬した後の骨修復材料の表
面のＳＥＭ写真である。
面のＳＥＭ写真である。
【図８】基体を０．２ＭのＮａＯＨ水溶液に浸漬した
後、種々の温度で加熱して得られた骨修復材料の、擬似
体液に浸漬した後の薄膜Ｘ線回折パターンを示す。
後、種々の温度で加熱して得られた骨修復材料の、擬似
体液に浸漬した後の薄膜Ｘ線回折パターンを示す。
【図９】基体を０．５ＭのＮａＯＨ水溶液に浸漬し後、
種々の温度で加熱して得られた骨修復材料の、擬似体液
に浸漬した後の薄膜Ｘ線回折パターンを示す。
種々の温度で加熱して得られた骨修復材料の、擬似体液
に浸漬した後の薄膜Ｘ線回折パターンを示す。
【図１０】比較用の骨修復材料の、擬似体液に浸漬した
後の表面の薄膜Ｘ線回折パターンを示す。
後の表面の薄膜Ｘ線回折パターンを示す。
Claims (14)
- 【請求項１】 元素周期表のバナジウムＶを除く５ａ族
（ニオブＮｂ、タンタルＴａ）の金属又は５ａ族金属
（バナジウムＶを除く）を主成分とする合金よりなる基
体と、基体の表面に形成された金属酸化物相及び上記金
属のアルカリ酸塩の非晶質相を含む被膜とを備えたこと
を特徴とする骨修復材料。 - 【請求項２】 金属、金属酸化物及び金属のアルカリ酸
塩が、それぞれタンタル、酸化タンタル及びアルカリタ
ンタル酸塩である請求項１に記載の骨修復材料。 - 【請求項３】 被膜中の酸化タンタル相の濃度が外表面
に向かって漸減しており、被膜中のアルカリイオンの合
計濃度が外表面に向かって漸増している請求項２に記載
の骨修復材料。 - 【請求項４】 被膜の厚さが０．０１〜１０μｍである
請求項２〜３に記載の骨修復材料。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の骨修復
材料の被膜の上に、アパタイトを主成分とするアパタイ
ト膜が形成されたアパタイト膜付き骨修復材料。 - 【請求項６】 アパタイト膜の厚さが１μｍ以上である
請求項５に記載のアパタイト膜付き骨修復材料。 - 【請求項７】 元素周期表のバナジウムＶを除く５ａ族
（ニオブＮｂ、タンタルＴａ）の金属又は５ａ族金属
（バナジウムＶを除く）を主成分とする合金よりなる基
体をアルカリ液中に浸漬することを特徴とする骨修復材
料の製造方法。 - 【請求項８】 アルカリ液中への浸漬後、加熱する請求
項７に記載の骨修復材料の製造方法。 - 【請求項９】 加熱温度が２００〜７００℃である請求
項８に記載の骨修復材料の製造方法。 - 【請求項１０】 加熱温度が３００〜５００℃である請
求項８に記載の骨修復材料の製造方法。 - 【請求項１１】 アルカリ液のアルカリ濃度が０．０１
Ｍ〜５Ｍである請求項７〜１０のいずれかに記載の骨修
復材料の製造方法。 - 【請求項１２】 金属がタンタルＴａである請求項７〜
１１のいずれかに記載の骨修復材料の製造方法。 - 【請求項１３】 アルカリ液が、ナトリウムＮａ+イオ
ン、カリウムＫ+イオン及びカルシウムＣａ2+イオンの
うち１種以上を含む水溶液である請求項７〜１２のいず
れかに記載の骨修復材料の製造方法。 - 【請求項１４】 請求項７〜１３のいずれかに記載の方
法を経た後、基体をアパタイトの溶解度以上のカルシウ
ムＣａとリンＰを含む水溶液中に浸漬することを特徴と
するアパタイト膜付き骨修復材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8336996A JPH09238965A (ja) | 1996-03-11 | 1996-03-11 | 骨修復材料及びアパタイト膜付き骨修復材料並びにそれらの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8336996A JPH09238965A (ja) | 1996-03-11 | 1996-03-11 | 骨修復材料及びアパタイト膜付き骨修復材料並びにそれらの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09238965A true JPH09238965A (ja) | 1997-09-16 |
Family
ID=13800521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8336996A Pending JPH09238965A (ja) | 1996-03-11 | 1996-03-11 | 骨修復材料及びアパタイト膜付き骨修復材料並びにそれらの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09238965A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005110708A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-28 | Rikogaku Shinkokai | 骨修復材料、被覆骨修復材料、これらの製造方法 |
| CN115317662A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-11-11 | 上海交通大学医学院附属新华医院 | 一种稀土镁合金骨填充材料及其制备方法和应用 |
-
1996
- 1996-03-11 JP JP8336996A patent/JPH09238965A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005110708A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-28 | Rikogaku Shinkokai | 骨修復材料、被覆骨修復材料、これらの製造方法 |
| CN115317662A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-11-11 | 上海交通大学医学院附属新华医院 | 一种稀土镁合金骨填充材料及其制备方法和应用 |
| CN115317662B (zh) * | 2022-07-05 | 2024-03-08 | 上海交通大学医学院附属新华医院 | 一种稀土镁合金骨填充材料及其制备方法和应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061010 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061201 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070206 |