JPH11511662A - インプラント表面調製 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、生体骨中に外科的に植え込まれる装置の表面を改良する方法、および改良された表面を有するインプラント装置に関する。空気に対して暴露されたチタン成形体（１０）は、その上に、自然に形成する１種類または複数のチタンオキシドのオキシド層（１４）を有する。オキシド層（１４）は、典型的に、７０オングストローム〜１５０オングストロームの範囲の厚みを有する。チタン成形体（１０）を植え込みに一層適するようにするために、外表面（１２）をグリットブラスト仕上した後、腐蝕酸によってバルク腐蝕して、オキシド層（１４）を含まない腐蝕部分（１６）を生じる。

Description

【発明の詳細な説明】 インプラント表面調製発明の分野 本発明は、生体骨中に外科的に植え込まれる装置の表面を改良する方法、およ び改良された表面を有するインプラント装置に関する。発明の背景 生体骨中に外科的に植え込まれるプロテーゼ装置の成功は、ほぼ完全に、装置 の対向する表面と宿主骨との間の永続的結合の達成および維持に依る。外科的に 植え込まれるプロテーゼ装置を受容するように生体骨を調製する外科的手順は、 ２０年以上の間知られてきたが、宿主骨に対向する装置の表面の理想的な性状に 関して、かなりの論争がなお続いている。 数十年間に及ぶ臨床実験によって、チタンおよびその希薄合金は、据付部位が それらを受容するように適切に調製される場合、外科的に植え込み可能なプロテ ーゼ装置を製造する場合に用いるための許容しうる材料であるのに必要な生体骨 との生体適合性を有することが知られている。しかしながら、宿主骨に対向する プロテーゼ装置の表面の理想的な物理的性質についてはあまり確かではない。例 えば、チタンから製造された歯内骨内歯科用インプラントは、無歯患者に対する 歯列の修復に最も頻繁に選択される人工歯根になった充分予想可能な成功を経験 しているが、その成功は、一部分は、宿主骨と接触するインプラントの表面の微 小形態学的性質に依る。歯科用インプラントの表面微小形態の基準は存在しない ので、市販のインプラントの表面は、広範囲の利用可能な表面組織を有する。歯 科用インプラントの骨形成は、一部分は、インプラント表面上の骨芽細胞様細胞 の結合および散在に依ることが知られている。このような細胞は、平滑表面に対 するよりも粗面に対して容易に結合すると考えられるが、長期安定性に最適な表 面はまだ明確にされていない。 ウィルク（Wilke）,H.J．らは、表面構造形態を変えることによってインプラ ントの定着力に影響を与えることが可能であることを実証した。「インプラント と骨との間の界面強度に対する種々のチタン表面の影響（The Influence of Var ious Titanium Surfaces on the Interface Strength between Implants and Bo ne）」，Advances in Biomaterials，９巻，309-314頁，エルセビア・サイエン ス・パブリッシャーズ（Elsevier Science Publishers）BV，アムステルダム，1 990年。増加した表面のざらつきは、確かにより強く固着させることが示された が、これらの著者らは、それが、「この実験で示されたような表面のざらつきか ら限定的に推論され得ないこと。明らかに、剪断強さもまた、化学的処理によっ て変更されうる粗面のざらつきの種類および局部寸法に依る」ということを論評 している。 ブサー（Buser）,D．ら、「チタンインプラントの骨形成に対する表面特性の 影響（Influence of Surface Characteristics on Bone Integration of Titani um Implants）」，Journal of Biomedical Materials Research，25巻，889-902 頁，ジョン・ウィリー・アンド・サンズ・インコーポレーテッド（John Wiley & Sons,Inc.），1991年は、ウィルクらによって報告された生体力学的結果を広げ る種々の表面特性を有するチタンインプラントに対する骨反応の検討を報告して いる。著者らは、平滑で且つチタンプラズマ溶射（「ＴＰＳ」）されたインプラ ント表面が、サンドブラスティング、酸処理と組み合わせたサンドブラスティン グ、ＨＡによるプラズマコーティングなどの代わりの技法によって生じたインプ ラント表面に匹敵したことを記述している。その評価は、格子状骨中の骨−イン プラント界面の大きさを測定する組織形態測定分析によって行われた。著者らは 、「骨−インプラント界面の大きさは、インプラント表面の増加したざらつきと 確かに相関すると結論することができる」と記述している。 外科的に植え込み可能なプロテーゼ装置上に生体適合性表面を達成する試みで 用いられてきた従来の方法は、酸腐蝕、イオン腐蝕、蝕刻、レーザー腐蝕および 放電加工、並びに様々な材料、例えば、ヒドロキシアパタイト若しくはウィトロ ック石などの骨適合性リン灰石材料または骨誘導材料による表面のコーティング 、クラッドおよびメッキを含めた多数の形式をとってきた。この分野での米国特 許の例は、ロバートＭ．ピリア（Robert M.Pilliar）による1974年12月24日発行 の第3,855,638号明細書およびハマ（Hama）らによる1989年４月４日発行の第4,8 18, 559号明細書である。生物学的インプラントの表面のイオンビームスパッター修 飾の方法は、ウェイガンド（Weigand）,A.J．らによって、J.Vac.Soc.Technol., 14巻，１号，1977年１月／２月，326-331頁で記載されている。 ブサーらが指摘するように（同書中 890頁）、耐力装置として期間にわたって インプラント機能を成功させる充分な固着を生じるのに必要な骨−インプラント 接触百分率はなお不明のままである。同様に、ウェナーバーグ（Wennerberg）ら 、「１３種類の商業的に入手可能な口内インプラントシステムの設計および表面 特性（Design and Surface Characteristics of 13 Commercially Available Or al Implant Systems）」，Int.J.Oral Maxillofacial Implants 1993,8:622-633 は、実験された種々のインプラントの表面トポグラフィーがかなり異なったこと を示し、そして「表面ざらつきパラメーターの内のどれが、インプラントの成果 を最もよく記載し且つ予測するか判らない」と論評している（632頁）。 高周波グロー放電処理は、プラズマクリーニング（「ＰＣ」）とも称され、ス ワート（Swart）,K.M．ら、「短期プラズマクリーニング処理は、チタンに対す る in vitro 骨芽細胞結合を促進する（Short-term Plasma-cleaning Treatment s Enhance in vitro Osteoblast Attachment to Titanium）」，Journal of Ora l Implantology,XVIII巻，２号（1992），130-137頁で検討されている。これら の著者らは、ガスプラズマを用いて有機汚染物および僅かに存在するオキシドを 除去することができることを論評している。それらの結論は、短期ＰＣ処理が、 比較的汚染物を含まない、極めて湿潤性の表面を生じることができることを示唆 している。両方とも本出願の譲受人によって所有された、1991年12月10日発行の 米国特許第5,071,351号明細書および 1993年２月23日発行の米国特許第5,188,80 0号明細書は、２０度未満の接触角を与える外科的インプラントのＰＣクリーニ ングのための方法及び手段を記載し且つ請求の範囲に記載している。 本出願の譲受人によって所有された、1993年11月10日出願の同時係属出願第08 /149,905号明細書は、他の特色の中でも特に、装置と同様の材料の粒子を表面に 衝突させてその表面を所望のざらつきパターンに形成することを用いる外科的に 植え込み可能な装置の表面を改良するための発明を記載し且つ請求の範囲に記載 している。発明の概要 本発明の主要な目的は、インプラントが置かれる骨に対して結合させるための インプラントの部分全面にわたってほぼ一様であるざらつきを有するインプラン ト表面を生じることである。 本発明のもう一つの目的は、ほぼ一様な微小形態をその表面上に有する改良さ れた外科的に植え込み可能な装置を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、このような改良されたインプラント装置を製造す る１種類または複数の方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、その表面が汚染されることなく製造されうるこのよ うな改良されたインプラント装置を提供することである。 本発明の更に具体的な目的は、外科的に植え込み可能な装置上にほぼ一様な表 面トポグラフィーを生じるであろう改良された腐蝕溶液処理を提供することであ る。 本発明により、前述の目的は、チタンインプラントの表面から自然オキシド層 を除去して、ほぼ一様な表面組織すなわちざらつきを生じるように更に処理され うる表面を提供した後、未反応酸索の実質的に不存在下において、得られた表面 の更に別のおよび異なった処理を行うことによって実現される。自然オキシド層 の除去は、いずれの望ましい技法によっても行うことができるが、好ましくは、 インプラント上のほぼ一様な表面を維持しながら、自然オキシドを速やかに除去 する条件下でフッ化水素酸中にインプラントを浸漬することによって行われる。 更に別の処理は、自然オキシド層を除去するのに用いられた処理とは異なり且つ 所望の一様な表面組織を生じ、好ましくは、自然オキシド層の除去後に残った表 面の酸腐蝕である。インプラントが植え込まれる骨に対するその結合を増強する ために、骨鉱質、ヒドロキシアパタイト、ウィトロック石または骨形態形成タン パク質などの骨成長促進材料を、処理された表面上に付着させることができる。 インプラントは、引き続きの処理を行う前にオキシドが再形成する機会を最小限 にするために、好ましくは、自然オキシド層の除去後に酸素不含環境中で維持さ れる。図面の簡単な説明 図１は、自然オキシドの層に覆われたチタン成形体による断面図である； 図２は、グリットを表面に衝突させた後の、図１で示されたのと同様の断面で ある； 図３は、酸腐蝕によるバルク腐蝕後の、図２で示されたのと同様の断面である ； 図４は、自然オキシドを最初に除去した後に酸によるバルク腐蝕後の、図２で 示されたのと同様の断面である； 図５Ａおよび５Ｂは、本発明によって調製された二つのチタン歯科用インプラ ントの走査型電子顕微鏡写真（「ＳＥＭ」）である。 図６Ａおよび６Ｂは、更に高倍率での図５Ａおよび５Ｂで示されたのと同様の インプラントのＳＥＭである。 図７は、空気に対して暴露されたチタン表面のオージェ電子分光分析の結果の グラフである。 図８Ａおよび８Ｂは、本発明によって調製された二つのチタン歯科用インプラ ントのＳＥＭである。 図９Ａおよび９Ｂは、更に高倍率での図８Ａおよび８Ｂで示されたのと同様の インプラントのＳＥＭである。好ましい実施態様の詳細な説明 ここで、図面を参照し、そして最初に図１を論及すると、空気に対して暴露さ れたチタン成形体１０は、その外面１２上に、自然に形成するチタンの１種類ま たは複数のオキシドの不整層１４を有する。このオキシド層１４を、本明細書中 において「自然オキシド」層と称し、典型的に、その厚みは、約７０〜約１５０ オングストロームである。空気に対して暴露された場合にチタン上に自然に形成 する自然オキシド層は、実際には、ＴｉＯ、ＴｉＯ₂、Ｔｉ₂Ｏ₃およびＴｉ₃Ｏ₄ を含めたチタンの種々のオキシドの組み合わせである。チタン成形体中のこれら のオキシドの濃度は、成形体の表面からの距離に伴って減少する。オキシド濃度 は、オージェ分光計で測定することができる。 オージェ電子分光法（ＡＥＳ）は、高エネルギー電子、イオンまたはＸ線ビー ムによるイオン化後に、励起原子が非放射線処理によって緩和する場合に生じた オージェ電子のエネルギーを測定する。一定量の電子のそれらのエネルギーの関 数として放出されたスペクトルは、試験材料の化学的環境についての情報を示す 。ＡＥＳの主な用途の一つは、材料の表面上のオキシド層の厚み（深さ）を示す 材料の深さプロフィールである。これらのオージェ電子は、概して、二次電子の 放出の低エネルギー準位と衝撃電子ビームのエネルギーまでの間に広がるエネル ギー準位中にある。この範囲において、小ピークは、表面におけるある種の元素 の存在を識別するある一定のエネルギー準位でスペクトルを生じるであろう。 本明細書中で用いられる「自然オキシド層」という用語は、材料の表面から、 オージェ電子分光計で測定されるピーク−ピーク酸素プロフィールのエネルギー が２分の１まで減少する深さまで及ぶ層を意味する。例えば、図７で再現された ピーク−ピーク酸素プロフィールにおいて、自然オキシド層の厚みは１３０オン グストロームであり、それは、酸素プロフィールがその最大強度の半分まで降下 した深さである。したがって、チタン成形体の表面からの１３０オングストロー ム層の除去は、自然オキシド層を除去すると考えられる。 図２は、以下に更に詳細に記載されるように、最初にざらつきを与えるように グリットブラスト仕上された後のチタン成形体１０の表面１２を図示する。オキ シ層１４はまだ存在するが、それは、図１で図示された元の状態におけるよりも ざらつきのある表面を有する。 図３は、チタン成形体１０が腐蝕酸中でバルク腐蝕された後のそのグリットブ ラスト仕上表面１２を図示する。自然オキシゾ層１４が腐蝕酸によって除去され た腐蝕部分１６は、はるかに微細なざらつきを示すが、オキシド層が残っている 部分には、図２で図示された最初のざらつきも残っている。 図４は、チタン成形体１０が、第一酸中で腐蝕して自然オキシゾ層１４が除去 された後に、第二酸中において、第一酸処理によって生じた表面１６上に所望の トポグラフィーを生じた後のそのグリットブラスト仕上表面１２を図示する。以 下に更に詳細に記載のように、好ましい表面トポグラフィーは、表面１６全体に わたってほぼ一様な、微細なざらつきを有する。 チタンから製造された歯科用インプラントの表面を改良するのに従来用いられ た処理の中には、硫酸２部（容量で）および塩酸１部（容量で）の混合物などの 酸によるって表面を腐蝕することがある。このような酸処理は、酸化されたイン プラント表面を一つの部分から別の部分へと一様にまたは一貫して腐蝕しないこ とが判った。 本発明の一つの態様により、自然オキシド層は、所望のトポグラフィーを得る ための表面の最終処理の前に、チタンインプラントの表面から除去される。自然 オキシド層が除去された後、更に別のおよび異なった表面処理を、所望の表面ト ポグラフィーが得られた後までオキシド層の再形成を防止するように未反応酸素 の不存在下で行う。この処理は、そのように処理されるインプラント表面全体に わたってほぼ一様である独特の表面状態を生じさせることが判った。 自然オキシド層の除去は、チタンインプラントをフッ化水素（ＨＦ）酸の水溶 液中に室温で浸漬して、自然オキシドを少なくとも約１００オングストローム／ 分の速度で腐蝕させることによって行うことができる。このオキシド除去工程で 用いられるフッ化水素酸の濃度は、１５％ＨＦ／Ｈ₂Ｏである。この濃度は、撹 拌を伴うことなく室温で約２００〜約３５０オングストローム／分の腐蝕速度を 生じるので、約７０〜約１５０オングストロームの範囲の厚みを有する典型的な 自然オキシド層は、約２分の１分以内に除去することができる。自然オキシド層 を除去するための他の適当な腐蝕溶液およびそれらのそれぞれの腐蝕速度は、 ５０％ＨＦ−腐蝕速度〜６００〜７５０オングストローム／分 ３０％ＨＦ−腐蝕速度〜４００〜５５０オングストローム／分 １０％ＨＦ−腐蝕速度〜１００〜２５０オングストローム／分 である。１００％ＨＦは調節するのが難しいことが判り、腐蝕速度は測定されな かった。好ましい１５％ＨＦ溶液は、インプラントが溶液から除去された後にチ タン表面が更に消耗するのを最小限にして、自然オキシド層のほぼ完全な除去を 可能にする。 自然オキシド層は、他の酸の使用によってまたは酸腐蝕以外の技法の使用によ って除去することができる。例えば、上記に引用されたスワートらの論文は、僅 かなオキシドを除去するためのプラズマクリーニングの使用を記述している。し かしながら、どんな技法を用いるかにかかわらず、インプラント表面から生体骨 の妨げになる自然オキシドをほとんど全て除去することは重要であり、その結果 として、その表面の引き続きの処理は、ほぼ一様な表面組織を生じ、生体骨に対 する一様な結合を促進する。自然オキシド層は、好ましくは、インプラントの骨 に対面する界面のほぼ全体から除去される。スクリュー式歯科用インプラントの 場合、骨に対面する界面は、典型的に、インプラントのその歯肉端の側壁の細い カラー部分を越えたインプラント表面全体を包含する。この細いカラー部分は、 好ましくは、インプラントのネジ部分の最初の回転部分を含む。インプラントの 歯肉端自体並びに細いカラー部分は、通常、インプラントの歯肉端に対して最終 的に結合する接触成分を対合させる正確な寸法を伴って製造されるので、これら の部分を腐蝕させないようにすることが好ましい。更に、感染の危険を最小限す るために、歯科用インプラントの骨中に埋没されないその部分上に平滑表面を有 することは好ましい。 自然オキシド層の除去に続く処理は、自然オキシド層を除去するのに用いられ る処理とは異なるべきである。比較的攻撃的な処理は、通常、オキシド層を除去 するのに必要とされ、そしてこのような攻撃的な処理は、得られたオキシド不含 表面において所望の一様な表面組織を生じることはない。したがって、自然オキ シド層が除去された後、得られたインプラント表面を直ちに洗浄し且つ中和して 、インプラント表面に対する何等かの更に別の攻撃を防止する。次に、その表面 に、所望の一様な表面組織を生じる更に別のおよび異なった処理を施す。例えば 、以下に記載された好ましい更に別の処理は、比較的一様な小寸法を有する多数 の微細な円錐用構造を形成する比較的緩やかな酸腐蝕処理である。自然オキシド 層の先の除去のために、インプラント表面の緩やかな第二処理でも、インプラン トの骨に対面する界面のほぼ全体にわたってほぼ一様な作用を生じることができ る。 自然オキシド層を除去する前に、オキシド含有表面を、好ましくは、チタンま たは希薄チタン合金から成るグリットによってグリットブラスト仕上することが できる。前述の同時係属米国特許出願第08/149,905号明細書で教示されるように 、チタンから成るグリットの使用は、チタンインプラントの表面の汚染を回避す る。したがって、商用純度（「ＣＰ」）のチタンから製造された歯科用インプラ ントに対して、ブラスト仕上材料は、ＣＰ Ｂ２９９ＳＬ銘柄チタングリットで あってよい。このグリットに好ましい粒度は、約１０〜約６０ミクロン（篩分け された）の範囲であり、そして好ましい圧力は約５０〜約８０ｐｓｉの範囲であ る。 インプラント表面からの自然オキシド層の除去に続く表面処理は、単独でかま たは組み合わせでのいくつかの形式をとりうる。好ましい処理は、水中９５．５ ％硫酸２部（容量で）および水中３１．４５％塩酸１部（容量で）の混合物から 成る腐蝕溶液（「Modified Muriaticetch」）を、ほぼ室温を越える且つほぼ溶 液の沸点未満の、好ましくは、約６０℃〜約８０℃の範囲の温度で用いる第二の 酸腐蝕工程である。この混合物は、約６：１の硫酸／塩酸比率を与える。この好 ましい腐蝕溶液は調節可能であり、約３〜約１０分間の範囲のバルク腐蝕時間の 使用を可能にする。この溶液はまた、より濃厚なＨＣｌ溶液（例えば、９８％） と硫酸とを混合することから生じることがありうる激しい反応の危険を伴うこと なく調製することができる。この第二腐蝕処理は、自然オキシドの除去に続いて 、好ましくは、未反応酸素の不存在下でおよびインプラント表面が再度酸化する 前に行われる。当然ながら、インプラントは、二つの腐蝕工程の間に不活性雰囲 気中または他の不活性環境中で保持することができる。 第二腐蝕工程は、サブミクロン寸法範囲の円錐様外観を有する多数の微細突起 を含む表面トポグラフィーを生じる。表面の微細なざらつき、および処理された 表面全体にわたるそのざらつきの高度な一様性のために、この処理によって生じ た表面トポグラフィーは、隣接する骨との骨形成に充分に適している。以下に記 載される使用実施例によって例証されるように、最終腐蝕表面は、約１０ミクロ ン未満のピーク−谷高さを有するほぼ一様な不整の列から成る。かなりの数の不 整は、約０．３ミクロン〜約１．５ミクロンの範囲の底部−ピーク高さを有する ほぼ円錐形状要素である。これらの円錐形状要素の底部は、直径が約０．３ミク ロン〜約１．２ミクロンの範囲のほぼ円形であり、そして互いに約０．３ミクロ ン〜約０．７５ミクロンの間隔がおかれている。以下で論及され且つ図面で再現 されたＳＥＭは、表面トポグラフィーをより詳細に例示する。 上記の酸腐蝕表面はまた、骨に隣接する表面の結合を促進しうる種々の材料の 適用に充分な部位を提供する。このような材料の例は、骨鉱質、骨形態形成タン パク質、ヒドロキシアパタイト、ウィトロック石および薬剤などの骨成長促進材 料である。これらの材料は、好ましくは、小円錐様構造上および間に閉じ込めら れた状態になる微粒子の形で腐蝕表面に対して適用される。骨成長促進材料は、 好ましくは、酸素の不存在下において、例えば、不活性雰囲気を用いて適用され る。 これらの材料が適用される表面のざらつきは、チタンインプラントに対して適 用される材料の付着性を向上させる。粗面の一様性は、特に、材料が小さい別々 の粒子としてまたは極めて薄い膜として適用される場合に、適用される材料の分 布の一様性を向上させる。 腐蝕表面に対して適用するのに好ましい天然骨鉱質材料は、登録商標「BIO-OS S」として商業的に入手可能である鉱物である。この材料は、牛骨から得られた 天然骨鉱質であり、それは、微細な結晶性生体構造を有する鉱物含有人骨と化学 的に同等であり且つチタン固定装置の骨形成を支持することができると記載され ている。 本発明は、例示のためであり且つ制限するためではない下記の実施例の論及に よって更に理解されるであろう。 実施例１ ＣＰチタンから製造されたスクリュー式円筒形インプラント３０個のバッチを 、１０〜４５ミクロンの粒度を有するＣＰ Ｂ２９９ＳＬ銘柄チタングリットの 粒子を用いて６０〜８０ｐｓｉの圧力でグリットブラスト仕上した。グリットブ ラスト仕上の後、ＨＦの水中１５％溶液１００ｍｌ中にインプラント４個を室温 で３０秒間入れることによってインプラント表面から自然オキシド層を除去した 。次に、インプラントを酸から取出し、重炭酸ナトリウム溶液中で中和し、そし て「Modified Muriaticetch」（上記）１５０ｍｌ中に室温で３分間入れた。次 に、インプラントを酸から取出し、中和し、濯ぎ且つ洗浄した。試料はいずれも 、ＳＥＭ評価において互いに比較した場合に、極めて類似した表面トポグラフィ ーおよび表面全体にわたる高水準の腐蝕一様性を示した。表面特性（ピークおよ び谷）の一貫性もまた観察された。図５Ａ、５Ｂ、６Ａおよび６ＢのＳＥＭは、 インプラント試料Ａ１および試料Ａ−４の二つの表面を２，０００倍および２０ ，０００倍の倍率で示している。示された部分全体の表面特性は一定で且つ一様 であることが観察されるであろう。２０，０００倍の写真で示された縮尺は、１ ミクロン＝０．５６４インチである。この倍率での表面は、約０．１７インチ〜 約０． ２７インチの高さ（ＳＥＭで見られる）の円錐の二次元配列を特徴とするように 見え、これらの円錐の底部直径は約０．１７インチ〜約０．３３インチであった 。これらの数値を上述の縮尺（１ミクロン＝０．５６４インチ）でメートル単位 に換算すると、 円錐高さ範囲（近似） ＝０．３０〜０．５０ミクロン 円錐底部直径範囲（近似）＝０．３０〜０．６０ミクロン である。同程度の一様性は、以下の実施例２で記載のように自然オキシドを先に 除去することなくバルク腐蝕された同様の試料と比較したところ、２０００倍お よび２０，０００倍の倍率での全試料においておよび試料毎に見られた。 実施例２ 上記実施例１で記載のようにグリットブラスト仕上されたインプラント４個を 、「Modified Muriaticetch」１５０ｍｌ中に１０分間入れた。次に、インプラ ントを取出し、中和し、濯ぎ且つ洗浄した。２，０００倍および２０，０００倍 の倍率で得られたＳＥＭ写真は、バルク腐蝕溶液が、腐蝕溶液中において１０分 後の自然オキシド層を除去することができなかったことを示した。自然オキシド 層（１００〜１５０オングストローム単位厚み）を除去できないことは、図３で 示されたように、一様でない腐蝕表面を生じた。自然オキシドが除去されたイン プラント表面部分において、そのトポグラフィーは、実施例１のインプラントで 観察されたのと同様であった。 実施例３ ＣＰチタンから製造されたスクリュー式円筒形インプラントのバッチを、ＨＦ の水中１５％溶液中に室温で６０秒間浸漬して、インプラント表面から自然オキ シド層を除去した。プラスチックキャップをそれぞれのインプラントの上部にか ぶせて、そこを酸から保護した。次に、インプラントを酸から取出し、そして脱 イオン水中で３０秒間、静かに水を撹拌しながら濯ぎ洗いした。次に、インプラ ントを重炭酸ナトリウム溶液中に再び溶液を撹拌しながら３０秒間入れた後、脱 イオン水濯ぎ工程を繰り返した。次に、インプラントを「Modified Muriaticetc h」（上記）中に７０℃で５分間浸漬した。次に、インプラントを酸から取出し 、そしてインプラントをＨＦから取り出す際に行われた同様の工程を繰り返すこ と によって中和した。試料はいずれも、ＳＥＭ評価において互いに比較した場合に 、極めて類似した表面トポグラフィーおよび表面全体にわたる高水準の腐蝕一様 性を示した。表面特性（ピークおよび谷）の一貫性もまた観察された。図８Ａ、 ８Ｂ、９Ａおよび９ＢのＳＥＭは、インプラント試料７０５ＭＢおよび試料７０ ５ＭＣの二つの表面を２，０００倍および２０，０００倍の倍率で示している。 示された部分全体の表面特性は一定で且つ一様であることが観察されるであろう 。２０，０００倍の写真で示された縮尺は、１ミクロン＝０．５６４インチであ る。この倍率での表面は、約０．１７インチ〜約０．２７インチの高さ（ＳＥＭ で見られる）の円錐の二次元配列を特徴とするように見え、これらの円錐の底部 直径は約０．１７インチ〜約０．３３インチであった。これらの数値を上述の縮 尺（１ミクロン＝０．５６４インチ）でメートル単位に換算すると、 円錐高さ範囲（近似） ＝０．３０〜０．５０ミクロン 円錐底部直径範囲（近似）＝０．３０〜０．６０ミクロン である。同程度の一様性は、上記実施例２で記載のように自然オキシドを先に除 去することなくバルク腐蝕された同様の試料と比較したところ、２０００倍およ び２０，０００倍の倍率での全試料においておよび試料毎に見られた。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年７月１７日 【補正内容】 実施例２ 上記実施例１で記載のようにグリットブラスト仕上されたインプラント４個を 、「Modified Muriaticetch」１５０ｍｌ中に１０分間入れた。次に、インプラ ントを取出し、中和し、濯ぎ且つ洗浄した。２，０００倍および２０，０００倍 の倍率で得られたＳＥＭ写真は、バルク腐蝕溶液が、腐蝕溶液中において１０分 後の自然オキシド層を除去することができなかったことを示した。自然オキシド 層（１００〜１５０オングストローム単位厚み）を除去できないことは、図３で 示されたように、一様でない腐蝕表面を生じた。自然オキシドが除去されたイン プラント表面部分において、そのトポグラフィーは、実施例１のインプラントで 観察されたのと同様であった。 実施例３ ＣＰチタンから製造されたスクリュー式円筒形インプラントのバッチを、ＨＦ の水中１５％溶液中に室温で６０秒間浸漬して、インプラント表面から自然オキ シド層を除去した。プラスチックキャップをそれぞれのインプラントの上部にか ぶせて、そこを酸から保護した。次に、インプラントを酸から取出し、そして脱 イオン水中で３０秒間、静かに水を撹拌しながら濯ぎ洗いした。次に、インプラ ントを重炭酸ナトリウム溶液中に再び溶液を撹拌しながら３０秒間入れた後、脱 イオン水濯ぎ工程を繰り返した。次に、インプラントを「Modified Muriaticetc h」（上記）中に７０℃で５分間浸漬した。次に、インプラントを酸から取出し 、そしてインプラントをＨＦから取り出す際に行われた同様の工程を繰り返すこ とによって中和した。試料はいずれも、ＳＥＭ評価において互いに比較した場合 に、極めて類似した表面トポグラフィーおよび表面全体にわたる高水準の腐蝕一 様性を示した。表面特性（ピークおよび谷）の一貫性もまた観察された。図８Ａ 、８Ｂ、９Ａおよび９ＢのＳＥＭは、インプラント試料７０５ＭＢおよび試料７ ０５ＭＣの二つの表面を２，０００倍および２０，０００倍の倍率で示している 。示された部分全体の表面特性は一定で且つ一様であることが観察されるであろ う。 ２０，０００倍の写真で示された縮尺は、１ミクロン＝０．５６４インチである 。この倍率での表面は、約０．１７インチ〜約１．１２８インチの高さ（ＳＥＭ で見られる）の円錐の二次元配列を特徴とするように見え、これらの円錐の底部 直径は約０．１７インチ〜約１．１２８インチであった。これらの数値を上述の 縮尺（１ミクロン＝０．５６４インチ）でメートル単位に換算すると、 円錐高さ範囲（近似） ＝０．３０〜２．０ミクロン 円錐底部直径範囲（近似）＝０．３０〜２．０ミクロン である。同程度の一様性は、上記実施例２で記載のように自然オキシドを先に除 去することなくバルク腐蝕された同様の試料と比較したところ、２０００倍およ び２０，０００倍の倍率での全試料においておよび試料毎に見られた。 請求の範囲 １． 外科的に植え込まれるインプラントのその表面を調製する方法であって 、 該表面から該自然オキシド層を除去して、生体骨であり且つチタンから製造さ れうる表面を暴露し、該インプラントは、ほぼ一様な表面組織を生じるように更 に処理される自然オキシド層の表面を有し、そして 自然オキシド層が除去された該暴露表面に、それが再度酸化される前に、更に 別のおよび異なった処理を施して、該ほぼ一様な表面組織を形成する工程を含む 上記方法。 ２． 前記自然オキシド層を除去する前記工程が、少なくとも約１００オング ストローム／分の速度で該自然オキシド層を腐蝕するのに充分な強度のフッ化水 素酸を用いて前記表面を腐蝕する工程を含む請求項１に記載の方法。 ３． 前記フッ化水素酸が、約２００オングストローム／分〜約３５０オング ストローム／分の腐蝕速度を生じる請求項２に記載の方法。 ４． 前記暴露表面に更に別のおよび異なった処理を施す前記工程が、硫酸お よび塩酸の混合物を用いて該暴露表面を酸腐蝕して酸腐蝕表面を生じる工程を含 む請求項１に記載の方法。 ５． 酸腐蝕の前記工程を、硫酸対塩酸の比率が約６対１である水溶液中で行 う請求項４に記載の方法。 ６． 酸腐蝕の前記工程を、未反応酸素の実質的に不存在下で行う請求項５に 記載の方法。 ７． 酸腐蝕の前記工程を、ほぼ室温を越える温度で行う請求項５に記載の方 法。 ８． 骨鉱質、ヒドロキシアパタイト、ウィトロック石、骨形態形成タンパク 質および薬剤から成る群より選択される少なくとも一つの材料を前記酸腐蝕表面 上に付着させる工程を更に含む請求項３に記載の方法。 ９． 前記少なくとも一つの材料が粒状の形である請求項８に記載の方法。 １０．付着の前記工程を、酸素の実質的に不存在下で行う請求項８に記載の方 法。 １１．前記自然オキシド層を除去する工程の前に、前記インプラントの前記表 面をグリットブラスト仕上する工程を更に含む請求項１に記載の方法。 １２．グリットブラスト仕上する前記工程が、チタンまたはチタンの希薄合金 から成るグリットを使用する請求項１１に記載の方法。 １３．グリットブラスト仕上する前記工程が、約１０〜約６０ミクロンの粒度 のグリットを使用する請求項１１に記載の方法。 １４．グリットブラスト仕上する前記工程を、約５０〜約８０ｐｓｉの圧力で 行う請求項１１に記載の方法。 １５．インプラントが長期間存続するヒト体内における、チタンから製造され 且つそこから［インプラントの表面から］自然オキシド層を除去した後に得られ た表面を酸腐蝕して酸腐蝕表面を生じることによって調製された表面を有するイ ンプラントを含む改良。 １６．前記インプラントの前記表面が、前記自然オキシド層の除去の前にグリ ットブラスト仕上されている請求項１５に記載のインプラント。 １７．前記酸腐蝕表面が、約１０ミクロン以下のピーク−谷高さを有するほぼ 一様な不整の列から成る請求項１５に記載のインプラント。 １８．前記不整が、約０．３ミクロン〜約２．０ミクロンの範囲の円錐高さを 有するかなりの数のほぼ円錐形状要素を含む請求項１７に記載のインプラント。 １９．前記ほぼ円錐形状要素が、直径が約０．３ミクロン〜約２．０ミクロン の範囲であるほぼ円形の底部を有する請求項１８に記載のインプラント。 ２０．前記不整が、直径が約０．３ミクロン〜約２．０ミクロンの範囲である ほぼ円形の底部を有するかなりの数のほぼ円錐形状要素を含む請求項１７に記載 のインプラント。 ２１．チタンから製造されたインプラントの表面であって、自然オキシド層を 有する該表面を調製する方法であって、 該自然オキシド層を少なくとも１００オングストローム／分の速度で腐蝕する のに充分な強度のフッ化水素酸を用いて該表面を腐蝕することによって該インプ ラントの該表面から該自然オキシド層を除去して、骨を結合するためのほぼ一様 な表面組織を生じるように更に処理されうる表面を暴露し、そして 該自然オキシド層の除去後に該フッ化水素酸から該インプラントを取出し、そ して該暴露表面が再度酸化される前に、該インプラントを硫酸および塩酸の混合 物中に約３〜約１０分間浸漬して腐蝕表面を生じる工程を含む上記方法。 ２２．硫酸および塩酸の前記混合物が、硫酸対塩酸の比率が約６対１である水 溶液中である請求項２１に記載の方法。 ２３．骨鉱質、ヒドロキシアパタイト、ウィトロック石、骨形態形成タンパク 質および薬剤から成る群より選択される少なくとも一つの材料を前記酸腐蝕表面 上に付着させる工程を更に含む請求項２１に記載の方法。 ２４．付着の前記工程を、酸素の実質的に不存在下で行う請求項２３に記載の 方法。 ２５．前記自然オキシド層の除去の前に、前記表面をグリットブラスト仕上す る工程を更に含めた請求項２１に記載の方法。 ２６．生体骨中に外科的に植え込み可能である装置の表面を調製する方法であ って、該装置は該表面上に自然オキシド層を有するチタンから製造され、 該装置の該表面から該自然オキシド層をほとんど全部除去して、該表面が該自 然オキシドをほぼ一様に含まない状態にし、そして 未反応酸素の実質的に不存在下において該一様にオキシド不含の表面に対して 更に別の処理を行って、円錐の列を含む模様付き表面を生じる工程を含む上記方 法。 ２７．前記自然オキシドを除去する前記工程を、約１分間の間隔で行う請求項 ２６に記載の方法。 ２８．生体骨中に外科的に植え込み可能である装置の表面を調製する方法であ って、自然オキシドの該表面をほぼ完全に剥離し、そして酸素の実質的に不存在 下において該オキシド不含表面の更に別の処理を行う工程を含む上記方法。 ２９．フッ化水素酸によって前記表面を腐蝕する前記工程が約６０秒間行われ 且つ水中１５％フッ化水素酸を用いる請求項２に記載の方法。 ３０．前記自然オキシド層を除去する前記工程後に、前記インプラントを第一 溶液中で濯ぐ工程を更に含む請求項１に記載の方法。 ３１．前記暴露表面に更に別のおよび異なった処理を施す前記工程の後に、前 記インプラントを第二溶液中で濯ぐ工程を更に含む請求項３０に記載の方法。 ３２．前記第一溶液が重炭酸ナトリウムを含む請求項３０に記載の方法。 ３３．前記第二溶液が重炭酸ナトリウムを含む請求項３１に記載の方法。 ３４．前記ほぼ一様な表面組織が、円錐であって、約０．３０ミクロン〜約２ ．０ミクロンの範囲の高さを有する該円錐の列を含む請求項１に記載の方法。 ３５．前記円錐が、約０．３０ミクロン〜約２．０ミクロンの範囲の底部直径 を有する請求項３４に記載の方法。 ３６．硫酸および塩酸の混合物によって前記暴露表面を酸腐蝕する前記工程が 、約７０℃で約５分間行われる請求項５に記載の方法。 ３７．円錐の前記列が、底部直径および高さの少なくとも一方が約０．３０ミ クロン〜約２．０ミクロンの範囲である前記底部直径および前記高さを有する請 求項２１に記載の方法。 ３８．前記自然オキシド層を除去する前記工程後に、前記インプラントを第一 溶液中で濯ぐ工程を更に含む請求項２１に記載の方法。 ３９．円錐の前記列が、底部直径および高さの少なくとも一方が約０．３０ミ クロン〜約２．０ミクロンの範囲である前記底部直径および前記高さを有する請 求項２６に記載の方法。 ４０．前記自然オキシド層を除去する前記工程後に、前記インプラントを溶液 中で濯ぐ工程を更に含む請求項２６に記載の方法。 ４１．生体骨中に外科的に植え込まれる装置の表面を調製する方法であって、 該装置は該表面上に自然オキシド層を有するチタンから製造され、 該装置をフッ化水素酸中に浸漬して、該装置の該表面から該自然オキシドをほ とんど全部除去し； 該装置を第一溶液中で濯いで該装置を中和し； 該装置を硫酸および塩酸の混合物中にほぼ室温を越える温度で浸漬して、ほぼ 一様なトポグラフィーを有する酸腐蝕表面を生じ；そして 該装置を第二溶液中で濯いで該装置を中和する工程を含む上記方法。 ４２．前記装置をフッ化水素酸中に浸漬する前記工程後の前記工程を、未反応 酸素の実質的に不存在下で行う請求項４１に記載の方法。 ４３．前記ほぼ一様なトポグラフィーが、円錐であって、約０．３０ミクロン 〜約２．０ミクロンの範囲の高さを有する該円錐の列を含む請求項４１に記載の 方法。 ４４．前記円錐が、約０．３０ミクロン〜約２．０ミクロンの範囲の底部直径 を有する請求項４３に記載の方法。 ４５．前記第一溶液が前記第二溶液と同様である請求項４１に記載の方法。 ４６．前記第一溶液が重炭酸ナトリウムを含む請求項４１に記載の方法。 ４７．前記第二溶液が重炭酸ナトリウムを含む請求項４１に記載の方法。 ４８．前記フッ化水素酸が水中１５％ＨＦ溶液である請求項４１に記載の方法 。 ４９．前記硫酸および前記塩酸が、硫酸対塩酸の比率が約６対１の水溶液中で ある請求項４１に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 生体骨中に外科的に植え込まれ且つ自然オキシド層を表面上に有するチ タンから製造されるインプラントの表面を調製する方法であって、 インプラント表面から自然オキシド層を除去して、ほぼ一様な表面組織を生じ るように更に処理されうる表面を提供し、そして 自然オキシド層が除去された該表面に、それが再度酸化される前に、更に別の および異なった処理を施して、ほぼ一様な表面組織を形成する工程を含む上記方 法。 ２． 前記自然オキシド層を、少なくとも約１００オングストローム／分の速 度で自然オキシド層を腐蝕するのに充分な強度のフッ化水素酸を用いて前記表面 を腐蝕することによって除去する請求項１に記載の方法。 ３． 前記フッ化水素酸が、約２００〜約３５０オングストローム／分の腐蝕 速度を生じる請求項２に記載の方法。 ４． 前記更に別のおよび異なった処理が、硫酸および塩酸の混合物を用いて 前記表面を腐蝕することを含む請求項１に記載の方法。 ５． 前記酸腐蝕を、硫酸対塩酸類の比率が約６対１である水溶液中で行う請 求項４に記載の方法。 ６． 前記酸腐蝕を、未反応酸素の実質的に不存在下で行う請求項５に記載の 方法。 ７． 前記酸腐蝕を、ほぼ室温を越える温度で行う請求項５に記載の方法。 ８． 骨鉱質、ヒドロキシアパタイト、ウィトロック石、骨形態形成タンパク 質および薬剤から成る群より選択される少なくとも一つの材料を酸腐蝕表面上に 付着させる工程を含む請求項３に記載の方法。 ９． 前記付着材料が粒状の形である請求項８に記載の方法。 １０．前記付着工程を、酸素の実質的に不存在下で行う請求項８に記載の方法 。 １１．前記自然オキシド層の除去の前に、前記装置の表面をグリットブラスト 仕上する工程を含む請求項１に記載の方法。 １２．前記グリットブラスト仕上で用いられるグリットが、チタンまたはチタ ンの希薄合金から成る請求項１１に記載の方法。 １３．前記グリットブラスト仕上で用いられるグリットが、約１０〜約６０ミ クロンの粒度を有する請求項１１に記載の方法。 １４．前記グリットブラスト仕上を、約５０〜約８０ｐｓｉの圧力で行う請求 項１１に記載の方法。 １５．インプラントが長期間存続するヒト体内における、チタンから製造され る且つインプラントの表面から自然オキシド層を除去した後に得られた表面を酸 腐蝕することによって調製された表面を有するインプラントを含む改良。 １６．インプラント表面が、自然オキシド層の除去の前にグリットブラスト仕 上されている請求項１５に記載のインプラント。 １７．前記酸腐蝕から得られた表面が、約１０ミクロン以下のピーク−谷高さ を有するほぼ一様な不整の列から成る請求項１５に記載のインプラント。 １８．前記不整が、約０．３ミクロン〜約１．５ミクロンの範囲の底部−ピー ク高さを有するかなりの数のほぼ円錐形状要素を含む請求項１７に記載のインプ ラント。 １９．前記要素が、直径が約０．３ミクロン〜約１．２ミクロンの範囲である ほぼ円形の底部を有する請求項１８に記載のインプラント。 ２０．前記不整が、直径が約０．３ミクロン〜約０．６ミクロンの範囲である ほぼ円形の底部を有するかなりの数のほぼ円錐形状要素を含む請求項１７に記載 のインプラント。 ２１．約７０〜約１５０オングストロームの厚みを有する自然オキシド層を表 面上に有するチタンから製造された歯科用インプラントの表面を調製する方法で あって、 自然オキシド層を少なくとも１００オングストローム／分の速度で腐蝕するの に充分な強度のフッ化水素酸を用いてインプラントの表面を腐蝕することによっ て該表面から自然オキシド層を除去して、骨を結合することが予定されているイ ンプラント表面上にほぼ一様な表面組織を生じるように更に処理されうる表面を 提供し、そして 自然オキシド層の除去後にフッ化水素酸からインプラントを取出し、そして腐 蝕された表面が再度酸化される前に、インプラントを硫酸および塩酸の混合物中 に約３〜約１０分間浸漬して、一様に腐蝕された表面を生じる工程を含む上記方 法。 ２２．前記水溶液中の硫酸対塩酸の比率が約６対１である請求項２１に記載の 方法。 ２３．骨鉱質、ヒドロキシアパタイト、ウィトロック石、骨形態形成タンパク 質および薬剤から成る群より選択される少なくとも一つの材料を酸腐蝕表面上に 付着させる工程を含む請求項２１に記載の方法。 ２４．前記付着工程を、酸素の実質的に不存在下で行う請求項２１に記載の方 法。 ２５．自然オキシド層の除去の前に、インプラント表面をグリットブラスト仕 上する工程を更に含む請求項２１に記載の方法。 ２６．生体骨中に外科的に植え込み可能であり且つ自然オキシド層を表面上に 有するチタンから製造される装置の表面を調製する方法であって、装置の表面か ら自然オキシド層をほとんど全部除去して、該表面が該オキシドをほぼ一様に含 まない状態にし、そして未反応酸素の実質的に不存在下において該一様に含まな い表面の更に別の処理を行う工程を含む上記方法。 ２７．自然オキシドを除去する前記工程を、約１分間以下の間隔で行う請求項 ２６に記載の方法。 ２８．生体骨中に外科的に植え込み可能である装置の表面を調製する方法であ って、自然オキシドの該表面をほぼ完全に剥離し、そして酸素の実質的不存在下 において該表面の更に別の処理を行う工程を含む上記方法。