JP2014161520A - インプラントおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のインプラントの製造方法は、チタン(Ti)を含む金属からなるチタン系基材の被処理面へ少なくともショットブラスト加工を行い被処理面を微細な凹凸状の下地面とする下地加工工程と、このチタン系基材を陽極(アノード)として電解液中に浸漬された下地面へ通電することにより下地面から金属を溶出させて被処理面を多数の気孔が分布した多孔質面とする溶出工程と、を備えることを特徴とする。この際、溶出工程は、電解液に食塩水を用いる工程であると好ましい。また溶出工程は、電流密度が0.25〜0.55A/cm2である通電を行う工程であると好ましい。
【選択図】図2C
Description
(1)本発明は、チタン(Ti)を含む金属からなるチタン系基材の被処理面へ少なくともショットブラスト加工を行い該被処理面を微細な凹凸状の下地面とする下地加工工程と、該チタン系基材を陽極(アノード)として電解液中に浸漬された該下地面へ通電することにより該下地面から前記金属を溶出させて該被処理面を多数の気孔が分布した多孔質面とする溶出工程と、を備えることを特徴とするインプラントの製造方法である。
本発明はインプラントの製造方法としてのみならず、その製造方法により得られたインプラント自体としても把握できる。この本発明のインプラントは、多孔質面の形態が適切に制御されることにより、骨組織に埋入等されると、短期間で生体組織と癒着し、十分な結合強度ひいては高生着率を発揮する。
特に断らない限り本明細書でいう「x〜y」は下限値xおよび上限値yを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「a〜b」のような範囲を新設し得る。
本発明に係るチタン系基材は、Tiを含む金属である限り具体的な組成を問わず、本発明の作用効果が得られる限りTiが主成分でなくてもよい。もっとも、インプラント用のチタン系基材は、通常、純チタンまたはチタン合金Tiからなる。チタン合金は、Al:5〜7質量%Al、V:3〜5質量%、Ti:残部などのα+β型チタン合金の他、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)等を比較的多く含む低ヤング率なβ型チタン合金でもよい。また、Tiが主成分でない場合として、本発明に係るチタン合金基材はTiを含むニオブ合金(Nbが主成分)などでもよい。なお、チタン合金基材は、溶製材でも焼結材でもよい。
下地加工工程は、チタン系基材の被処理面へ少なくともショットブラスト加工を行い、被処理面の表面を微細な凹凸状の下地面とする工程である。ショットブラストの加工条件は適宜選択される。例えば、投射材は砂、金属粒、ビーズ等でもよい。また投射方法は遠心式(機械式)、エアー式等いずれでもよい。その他、投射速度、投射時間、投射角、投射密度等も適宜調整され得る。
溶出工程は、チタン系基材を陽極(アノード)として、電解液中に浸漬された下地面へ通電することにより、その下地面からTi等の金属を溶出させて多数の気孔が分布した多孔質面を形成する工程である。
本発明のインプラントは、その種類を問わない。本発明のインプラントは、医療用、整形用、歯科用等の各種分野の各種製品に利用され、例えば、骨補強材、骨固定材、人工関節、骨折治療材、脊椎治療材、歯科治療材として用いられる。本発明のインプラントは、特に、骨組織内に埋入される人工骨用インプラントまたは人工関節用インプラントであると好ましい。
(1)チタン系基材
市販されているチタン合金(Ti−6質量%Al−4質量%V)からなり、外径が大小異なる2種の丸棒(チタン系基材)を用意した。
各丸棒の外周を旋盤で切削して、φ16mm×100mmとφ8mm×150mmの2種類からなる丸棒を多数用意した。なお、特に断らない限り、φ8mmの丸棒を以降の供試材とした。また、各切削面の表面粗さはRa=1.5〜2.0μm、Rzmax=12.0〜16.0μmであった。
切削加工後の丸棒の切削面(被処理面)へショットブラスト加工を施した。この加工は、50r.p.m.で回転する丸棒へ、#300ガラスビーズを圧縮空気により投射して行った(エアーブラスト加工)。ブラスト装置の投射先端部は首振り機構を有しており、供試材全体にブラスト加工が行き届くように加工した。なお、投射時間を0〜30minの間で変更することにより、ショット面(下地面)の表面粗さを調整した。
上述したような切削加工およびショットブラスト加工が施された被処理面(下地面)を食塩水(NaClの水溶液)に浸漬した状態で、各供試材へ直流電圧を印加した。この際、浴槽中の食塩水(電解液)は15Lとした。また、陽極(アノード)とした供試材から約100mm離した4方向にステンレス(SUS304)製250×250mmの陰極(カソード)を配置した。食塩水の濃度(質量%)と印加電圧を調整して、被処理面を流れる電流密度(A/cm2)を種々変更した。なお、電流密度は、測定された回路を流れる電流量を、食塩水に浸漬した被処理面の面積で除して求めた。ちなみに、φ8mmの供試材は食塩水中に50mm、φ16mmの供試材は食塩水中に20mm浸漬された状態とした。また、食塩水の温度はいずれも20℃とした。
(1)被処理面の表面状態
電解処理前の被処理面の表面状態が、電解処理後の表面(多孔質面の形態)に与える影響について調査した。その結果を図2A〜2Cに示した。図2Aは鏡面(Ra=0.12μm、Rzmax=0.95μm)に電解処理を行ってできた表面を示す光学顕微鏡写真であり、図2Bは切削加工したままの面(切削面)に電解処理を行ってできた表面を示す光学顕微鏡写真であり、図2Cは切削面にショットブラスト加工した面(ショット面)に電解処理を行ってできた表面を示す光学顕微鏡写真である。なお、いずれの場合も、電解処理条件は食塩水の濃度(NaCl濃度):3.5質量%(以下、単に「%」と表す。)、印加電圧:10V(電流密度:0.25A/cm2)、処理時間:10minとした。
φ16mmの供試材を用いて、ショットの投射時間を5minとしたショット面へ、印加電圧とNaCl濃度を種々変更した電解処理を行った。得られた電解処理後の表面を示す光学顕微鏡写真を図4A〜4Cに示した。なお、電解処理時間はいずれの場合も5minとした。
φ16mmの供試材を用いて、ショットの投射時間を5minとしたショット面へ、NaCl濃度を種々変更した電解処理を行った。電解処理時間:20min、印加電圧:0Vから20Vへ1V/minで上昇、という条件で電解処理を行い、得られたNaCl濃度別の印加電圧と電流密度の関係を図5Aに、次に電解処理時間:15min、印加電圧:12V一定、という条件で電解処理を行い、得られたNaCl濃度別の一定電圧下での処理時間と電流密度の関係を図5Bに示した。また、そのとき得られた多孔質面の光学顕微鏡写真を図6に示した。
(1)試験片と埋植
前述したチタン合金からなるφ4mm×15mmの試験片(インプラント)を2種用意した。一方は、従来からインプラント製品に採用されている表面処理で、旋盤加工ののちに表面に凹凸を作ることを目的として#36ガラスビーズでショットブラスト加工された試験片(以下、これを「従来片」という。)である。この投射時間は5minとした。こうして得られた試験片の表面粗さはRa=5.0〜6.0μm、Rzmax=40〜60μmであった。なお、この試験片には電解処理は行わない。
表1から明らかなように、両者とも埋植期間の増加と共に結合強度が増加しているものの、処理片は未処理片よりも、骨組織に対する十分な結合強度を早期に発揮し得ることが明らかとなった。具体的にいうと、処理片の4週間後の結合強度は、未処理片の12週間後の結合強度よりも大きくなっている。また、12週間後の結合強度に対する4週間後の結合強度の比率を観ると、処理片では約90%に到達しているのに対して、未処理片では約60%に留まっている。
Claims (6)
- チタン(Ti)を含む金属からなるチタン系基材の被処理面へ少なくともショットブラスト加工を行い該被処理面を微細な凹凸状の下地面とする下地加工工程と、
該チタン系基材を陽極(アノード)として電解液中に浸漬された該下地面へ通電することにより該下地面から前記金属を溶出させて該被処理面を多数の窪みが分布した多孔質面とする溶出工程と、
を備えることを特徴とするインプラントの製造方法。 - 前記溶出工程は、電流密度が0.2〜0.8A/cm2 である通電を行う工程である請求項1に記載のインプラントの製造方法。
- 前記溶出工程は、前記電解液に食塩水を用いる工程である請求項1または2に記載のインプラントの製造方法。
- 前記下地加工工程は、切削加工をした前記被処理面へ前記ショットブラスト加工を行う工程である請求項1〜3のいずれかに記載のインプラントの製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法により得られたことを特徴とするインプラント。
- 生体内に埋入される骨補強材、骨固定材、人工関節、骨折治療材、脊椎治療材または歯科治療材である請求項5に記載のインプラント。
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