JP2015506736A - 酸化チタンによる金属インプラントのブラスト - Google Patents

Abstract

金属インプラントに、少なくとも１種の非化学量論的酸化チタンを含む、１種以上の酸化チタンの粒子によるブラストを施すことを含む、金属インプラント、たとえば歯科用インプラントの表面を処理して、望ましい表面粗さを実現する方法であって、前記粒子が、コンパクトな形態および１から３００μｍの範囲の粒径を有する。結果として得られるインプラント表面は、骨への埋め込み後、予想外に高い保持力を示した。

Description

発明の分野

本発明は、骨線維中への埋め込み用の金属インプラントを作製する方法に関する。

技術的背景

歯科用インプラントは、１本または数本の歯の喪失によって必要とされる、機能を修復するために使用される医療デバイスである。

一般に金属インプラントである、歯科用インプラントを骨組織中へ埋め込むためには、一回法が、今日、頻繁に使用される。この一回法において、第１のインプラント部分、たとえば歯科用フィクスチャーを、骨組織中へ外科的に埋入し、次いで、外科手術の直後に、ヒーリングアバットメントを第１のインプラント部分へ取り付ける。次に、軟組織は、ヒーリングキャップまたは第２のインプラント部分の周囲で治癒される。ヒーリングキャップが使用される場合、キャップは、数週間または数ヶ月後、全く外科手術を施さずに取り外され、第２のインプラント部分、たとえばアバットメントおよび仮のクラウンが、第１のインプラント部分に取り付けられる。一回法は、Ｌ Ｃｏｏｐｅｒら、「Ａ ｍｕｌｔｉｃｅｎｔｅｒ １２−ｍｏｎｔｈ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｔｏｏｔｈ ｉｍｐｌａｎｔｓ ｒｅｓｔｏｒｅｄ ３ ｗｅｅｋｓ ａｆｔｅｒ １−ｓｔａｇｅ ｓｕｒｇｅｒｙ」、Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒａｌ ＆ Ｍａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌ Ｉｍｐｌａｎｔｓ、Ｖｏｌ１６、Ｎｏ２（２００１）に、たとえば記載されている。

以前は、二回法が使用されていた。二回法は、一部の症例において、今日においても依然として好ましいが、第１段階において、第１のインプラント部分、たとえば歯科用フィクスチャーを骨組織中へ外科的に埋入することを一般的に含み、第１のインプラント部分は、インプラント表面上に骨組織を成長させて、インプラントが骨組織にしっかり付着することを可能にするために、多くの場合３ヶ月以上の治癒期間、荷重されず埋没したままにされ、インプラント部位を覆う軟組織の切断部は、インプラント上で治癒される。第２段階において、インプラントを覆う軟組織を開き、第２のインプラント部分、たとえば歯科用アバットメントおよび／または修復歯を、第１のインプラント部分、たとえば前記フィクスチャーに取り付け、最終的なインプラント構造物を形成する。この術式は、Ｂｒａｎｅｍａｒｋらによって、「Ｏｓｓｅｏｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｉｍｐｌａｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ of ｔｈｅ Ｅｄｅｎｔｕｌｏｕｓ Ｊａｗ、Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｒｏｍ ａ １０−ｙｅａｒ ｐｅｒｉｏｄ」、Ａｌｍｑｕｉｓｔ ＆ Ｗｉｋｓｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ、Ｓｗｅｄｅｎに、たとえば記載されている。しかし、インプラントが、治癒期間中に荷重されるべきでないということは、治癒期間中に、第２のインプラント部分が第１のインプラント部分に取り付けられることおよび／または使用されることが許容されないことを意味する。これに関わる不快感を考慮すれば、上述の第１段階に必要な時間を最短にするか、または、むしろ１回の手術において埋め込み手術の全てを実施する、すなわち一回法を使用することが望ましい。

一部の患者にとっては、一回法と二回法の両方について、インプラントに機能的に荷重する前に少なくとも３ヶ月待つことが、よりよいと考えられ得る。しかし、一回法を使用する代替法は、埋め込み直後（即時荷重）または埋め込み後数週間で（早期荷重）、インプラントを機能させることができる。これらの術式は、Ｄ Ｍ Ｅｓｐｏｓｉｔｏによって、Ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ（２００１）のｐｐ８３６〜８３７に、たとえば記載されている。

したがって、インプラントが、十分な安定性およびインプラントと骨組織との間の結合を確立して、上に開示されたインプラントの即時または早期荷重を可能にすることが必須である。インプラントの即時または早期荷重が骨形成にとって有益であり得ることにも留意されたい。

骨中でのインプラントの高い固定強度を得るための２つの重要な要素は、ｉ）インプラント材料の化学的組成およびｉｉ）あらゆる長さスケールでのインプラント設計である。骨インプラントの骨結合のメカニズムは、ここ３０年間で、益々解明され、今日では、骨結合を促進するために、骨インプラントは材料組成、形、および表面特性に関して細かく設計される。たとえば、今日、通常使用される歯科用インプラントは、ネジ形設計および粗い骨接触面を有するチタンまたはチタン合金から作られる。

表面粗さを増すことで、インプラントと骨組織との間に、より大きい接触および付着領域を与え、インプラントと骨との間に、よりよい機械的保持および強度を実現すると考えられる。さらに、骨芽細胞、すなわち、骨を形成する細胞は、基礎をなす表面の複数の化学的および物理的特徴を感知し、そして反応することが知られている。異なる長さスケールでのトポグラフィー的特徴は、たとえば、コラーゲンおよびミネラルのための核形成部位、細胞接着、ならびに骨吸収を防ぎ、最終的に骨を得るのに必要な生体力学的刺激を誘起する。したがって、骨インプラントの骨接触面は、多くの場合微小粗さを与えられ、その微小粗さは、細胞増殖および骨芽細胞の分化、ならびに骨インプラントの周囲の細胞による成長因子の局所産生に影響を与えることが実証された（Ｍａｒｔｉｎ Ｊ Ｙら、Ｃｌｉｎ Ｏｒａｌ Ｉｍｐｌａｎｔｓ Ｒｅｓ、Ｍａｒ７（１）、２７〜３７、１９９６；Ｋｉｅｓｗｅｔｔｅｒ Ｋ，ら、Ｊ Ｂｉｏｍｅｄ Ｍａｔｅｒ Ｒｅｓ、Ｓｅｐ．、３２（１）、５５〜６３、１９９６）。

表面粗さと界面せん断強度との間の関係を説明する数学モデルは、Ｓ．ＨａｎｓｓｏｎおよびＭ．Ｎｏｒｔｏｎ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ３２（１９９９）８２９〜８３６に提示された。

金属インプラントを処理して表面粗さを実現するためにいくつかの方法が提案された。１つの通常使用される方法は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）によるブラストである。しかし、アルミナ粒子によるブラストの欠点は、いくつかの粒子が、ブラスト後にインプラント表面に残るまたは部分的に包埋され得ることである。かかる汚染ブラスト粒子は、チタンインプラントの骨結合を妨害し得るし、埋め込み後に剥離することにもなり得るし、また身体に害をもたらし得る。ブラスト処理後に残る汚染を避けるために、有機溶媒による洗浄、電解研磨、およびアルカリ性または酸性溶液よる処理を含む、多様な洗浄方法が提案された。

ＷＯ９２／０５７４５は、１回の作業でインプラントの表面が確実にきれいになり、表面が骨中のインプラントの良好な保持に都合のよい巨視的構造を確実に有することを目的とする代替方法を提案した。方法は、チタンインプラントを、酸化チタン、好ましくは二酸化チタンの粒子によってブラストすることを含む。二酸化チタンは、忍容性が良好で、事実、それ自体がインプラントの成分でもある（チタン表面は、酸化チタンの層で自然に覆われる）ので、ブラスト作業は、インプラント表面上に、外来性の汚染材料を全く導入しない。ＷＯ９２／０５７４５の方法に従ってブラストされたインプラントでは、ブラストされていないインプラントと比較して、埋め込みの６ヶ月後、骨中の保持が改善されたことを示した。

しかし、埋め込み後早期に、骨中のインプラントの所望の強い固定を得るため、粗面化を改善する必要性がまだある。特に、上に記載された早期または即時荷重の成果を可能にするまたは改善することが、望ましい。

改善された粗面化技術を提供し、骨組織中への埋め込み用のインプラントの骨結合をさらに強化することが、本発明の目的である。

本発明の第１の側面によると、この目的および他の目的は、金属インプラントの表面を処理して、望ましい表面粗さを実現する方法、すなわち、金属インプラントに、少なくとも１種の非化学量論的酸化チタンを含む、１種以上の酸化チタンの粒子によるブラストを施すことを含む、金属インプラントの表面を粗化する方法によって達成され、前記粒子は、コンパクトな形態および１から３００μｍの範囲の粒径を有する。ブラスト方法は、除去トルク試験によって測定された通り、骨への埋め込みのわずかに４〜１１週間後に、インプラントの予想外に高い保持力をもたらした。

「非化学量論的酸化チタン」によって、Ｔｉ：Ｏの比が１：２ではないチタンの酸化物を意味する。したがって、「化学量論的酸化チタン」は、二酸化チタン、ＴｉＯ₂を意味する。

いくつかの態様において、粒子は、１種以上の酸化チタンから本質的になる。

いくつかの態様において、粒子は、少なくとも２種の酸化チタンを含む。

いくつかの態様において、粒子は、化学量論的酸化チタンより多い非化学量論的酸化チタンを含んでいてもよい。たとえば、粒子の酸化チタン（複数可）の主要部分は、非化学量論的酸化チタン（複数可）であってもよい。「主要部分」によって、５０％を超えることを意味する。したがって、本発明のいくつかの態様において、粒子は、粒子中の酸化チタンの総含有量に対して少なくとも５０重量％の非化学量論的酸化チタンを含んでいてもよい。いくつかの態様において、粒子は、粒子中の酸化チタンの総含有量に対して少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、または少なくとも８０重量％の非化学量論的酸化チタンを含んでいてもよい。さらに、本発明のいくつかの態様において、粒子は、５１：４９から９９：１、たとえば６０：４０から９５：５、たとえば７０：３０から９０：１０の範囲の非化学量論的酸化チタン対化学量論的酸化チタンの重量比を有する。

いくつかの態様において、少なくとも１種の非化学量論的酸化チタンは、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｔｉ₃Ｏ₄、Ｔｉ₆Ｏ₁₁、Ｔｉ₇Ｏ₁₃、およびＴｉ₉Ｏ₁₇の中から選択されてもよい。いくつかの態様において、少なくとも１種の非化学量論的酸化チタンは、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｔｉ₃Ｏ₄、Ｔｉ₆Ｏ₁₁、Ｔｉ₇Ｏ₁₃、Ｔｉ₈Ｏ₁₅、およびＴｉ₉Ｏ₁₇の中から選択されてもよい。

一つの態様において、粒子は、約１０００から約１２００ｋｇｆ／ｍｍ²、または９８０から約１１００ｋｇｆ／ｍｍ²の範囲のビッカース硬さを有していてもよい。

いくつかの態様において、粒子は５から２００μｍの範囲のサイズを有する。たとえば、粒子の少なくとも９０重量％は、６．８（または約７）から１２５μｍ、好ましくは、６．８（または約７）から９０μｍの範囲のサイズを有する。いくつかの好ましい態様において、粒子の少なくとも９５％は、６．８（または約７）から１２５μｍ、好ましくは、６．８（または約７）から９０μｍの範囲のサイズを有する。他の態様において、粒子の少なくとも９０重量％は、９０から１８０μｍの範囲のサイズを有する。

本発明の態様による方法において使用される粒子は、不規則な形態を有していてもよい。しかし、粒子の大多数は、典型的に細長くない。

本発明の態様において、インプラントは、チタンまたはその合金を含んでいてもよい。空気に曝露されたチタンは、化学抵抗性の酸化物の層を有するので、ブラスト作業は、インプラント上へ外来性の汚染材料を全く導入しないことになる。インプラントは、典型的に骨インプラント（すなわち、骨組織中への埋め込み用のインプラント）、たとえば歯科用インプラントである。

方法は、表面を有する金属インプラントを提供するステップ、および上に記載された粒子によって金属インプラントの表面の少なくとも一部をブラストするステップを、典型的に含む。

本発明は、請求項の範囲に述べられる特徴の全ての可能な組合せに関するものであることが、指摘される。

図１は、本発明の態様に従って処理されたチタンインプラント表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 図２は、本発明の態様に従って処理された別のチタンインプラント表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 図３ａ〜ｃは、本発明の態様において使用された粗いブラスト粒子を示す、異なる拡大率でのＳＥＭ画像である。 図４ａ〜ｃは、本発明の態様において使用された微細なブラスト粒子を示す、異なる拡大率でのＳＥＭ画像である。 図５ａ〜ｂは、本発明の態様において使用された微細なおよび粗いブラスト粒子それぞれについてのＸ線回析スペクトルを示す。 図６は、硬さ測定に供された磨かれたブラスト粒子の画像である。 図７ａ〜ｃは、本発明の態様において使用された粒子の暗色のブラスト粉末および二酸化チタン粒子の白色粉末を、それぞれ示す写真である。

発明の詳細な説明

酸化チタンがブラスト材料として適切であり、許容される表面を実現し得るという洞察を受けて、広範な研究によって、この発見を実現し、さらに改善した結果を提供するブラスト処理を発展させた。驚いたことに、金属インプラント、特にチタンインプラントを、特定の特性を有する酸化チタンの粒子からなるブラスト粉末によってブラストすることは、埋め込まれたフィクスチャーの除去トルク試験によって証明された通り、非常に望ましい結果をもたらすことがわかった。

ここで使用される、用語「インプラント」は、少なくともその一部が、脊椎動物、特に哺乳動物、たとえばヒトの身体の中へ埋め込まれることを意図される任意のデバイスを、その範囲内に含む。インプラントは、生体構造を置きかえるおよび／または身体の任意の機能を修復するために使用されてもよい。

「骨インプラント」とは、骨組織中への少なくとも部分的埋め込み用のインプラントのことである。

一般的に、インプラントは、１つまたはいくつかのインプラント部分からなる。たとえば、歯科用インプラントは、第２のインプラント部分、たとえばアバットメントおよび／または修復歯と結合される歯科用フィクスチャーを通常含む。しかし、埋め込み用の任意のデバイス、たとえば歯科用フィクスチャーは、それに他の部分が連結されることができる場合でさえ、単独で、インプラントと呼ばれてもよい。

本発明の方法によって処理されるインプラントは、骨インプラントであり、歯科用インプラント、たとえばフィクスチャー、アバットメント、またはそれらの組合せ、たとえばワンピースインプラントであってもよい。インプラントは、整形外科用インプラント、たとえば患者の大腿骨頸部への埋め込み用の股関節コンポーネントであってもよい。

本発明の方法によって処理されるインプラントは、任意の適切な金属、たとえばチタンもしくはその合金、ジルコニウムもしくはその合金、ハフニウムもしくはその合金、ニオブもしくはその合金、タンタルもしくはその合金、クロム−バナジウム合金、またはこれらの材料の任意の組合せからなっていてもよい。酸素（たとえば空気）と接触して、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、ニオブ、およびそれらの合金は、自然酸化物層と呼ばれる薄い酸化物層によって即座に覆われることが、指摘されてもよい。チタン体の表面に存在する自然酸化物層は、少量のＴｉ₂Ｏ₃、ＴｉＯ、およびＴｉ₃Ｏ₄を有する二酸化チタン（ＩＶ）（ＴｉＯ₂）から主になる。

代替方法として、インプラントは、金属層、たとえば適用されたチタン層、たとえば、非金属体または非金属の材料から部分的になる本体を覆う、適用された金属の表面層を与えられた、非金属の本体または中心部を含んでいてもよい。非金属の材料の例は、セラミック、プラスチックおよび複合材料を含む。

本発明の方法は、医療用インプラント、たとえば歯科用インプラントの表面を、酸化チタンの粒子を含むブラスト粉末によってブラストすることを含む。

図１および２は、本発明の態様に従って処理された表面を示すＳＥＭ画像である。図１の表面は、酸化チタンの比較的微細な粒子（粒子の少なくとも９０％が、約７から９０μｍの範囲のサイズを有する）によるブラストを施したチタン表面である。図２は、酸化チタンの比較的粗い粒子（粒子の少なくとも９０％が、約９０から１８０μｍの範囲のサイズを有する）によるブラストを施したチタン表面を示す。

本発明の方法に従ってブラストするために使用される粒子は、１から３００μｍ、より多くの場合５から２００μｍの範囲の粒径を一般的に有する。たとえば、粒子の少なくとも９０重量％は、９０から１８０μｍの範囲の粒径を有していてもよい。一つの態様において、粒子の好ましくは少なくとも９５重量％、より好ましくは少なくとも９９重量％は、１０６から１８０μｍの範囲のサイズを有する。

他の態様において、粒子の少なくとも９０重量％は、約５から１２５μｍまたは約７から１２５μｍの範囲のサイズを有する。好ましくは、一つの態様において、粒子の少なくとも５０重量％は、４５から９０μｍの範囲のサイズを有していてもよい。

これらのサイズは、骨組織中への埋め込み用の金属体、たとえば、顎骨への埋め込み用のチタンインプラントの表面上に、非常に望ましい表面粗さを生成し得るという点で、特に、下に記載された形態および化学的組成および／または硬さの特徴の組合せにおいて、有利であることがわかった。より小さいブラスト粒子も、ネジフィクスチャーをブラストするために特に有用であり得る。

より小さいブラスト粒子は、より大きい粒子より小さい表面のムラを典型的に生成し、ムラのサイズは、粒子のサイズより通常は小さい。

５〜２００μｍのサイズを有するブラスト粒子を使用するチタン表面の完全なブラストは、１から５０μｍの範囲の表面上のムラのサイズをもたらし得る。「完全なブラスト」によって、ブラストされた表面または表面部分の全領域が、ブラスト粒子によって衝突を受けるような、影響を受けない領域がないことを意味する。これは、図１および２に示されたブラストされた表面の場合である。図に示す通り、表面のムラは、約１または数マイクロメートル、少なくとも約５０μｍまでの範囲のサイズを有する。表面のムラの差異は、一部に、ブラスト粒子のサイズ分布が原因であり得るが、また一部に、異なる形およびサイズのムラが生成されるように、第２のブラスト粒子の衝突領域が、第１の粒子によって生成された衝突領域と部分的に重複し得るという事実も、原因であり得る。

さらに、粒子の形態も、ブラスト作業によって生じる表面粗さの形およびサイズに影響をまた及ぼすことがわかった。本発明において使用される粒子は、不規則な形を典型的に有し、その形は、個々の粒子の間で幾分異なっていてもよいが、粒子の少なくとも大多数について、細長いというよりむしろ、一般的に、細かいまたはコンパクトである。

図３ａ〜ｂおよび４ａ〜ｃは、本発明の態様において使用されてもよい、ブラスト粉末のＳＥＭ画像を示す。図３ａ〜ｃは、異なる拡大率で、ブラスト粒子を示し、その少なくとも９０重量％は、９０から１８０μｍの範囲のサイズを有する（本発明の文脈において、「粗いブラスト粒子」または「粗いブラスト粉末」とも呼ばれる）。スケールバーは、５００μｍ（図３ａ）、２００μｍ（図３ｂ）、または１００μｍ（図３ｃ）を表す。図４ａ〜ｃは、異なる拡大率で、ブラスト粒子を示し、その少なくとも９０重量％は、７から９０μｍの範囲のサイズを有する（本発明の文脈において、「微細なブラスト粒子」または「微細なブラスト粉末」とも呼ばれる）。スケールバーは、２００μｍ（図４ａ）、１００μｍ（図４ｂ）、または５０μｍ（図４ｃ）を表す。

これらの図に見ることができる通り、粒子の大多数は、不規則な、角さえある、または薄片様の形を有するが、しかし、その形は、細長いというよりむしろ一般的にコンパクトである。事実、細長い（棒状または針状の）粒子は、満足な表面粗さを生成しないことがわかった。

本発明に使用される粒子は、一般的に非常に純粋であり、他の物質、たとえば他の金属酸化物を非常に少量（たとえば、１．５重量％以下）だけ含む、酸化チタンから本質的になっていてもよい。この文脈において、「本質的に」は、粒子が、酸化チタン以外の材料を３重量％まで含有していてもよいことを意味する。

ここで使用される、「酸化チタン」という表現は、たとえば、ＴｉＯ、ＴｉＯ₂、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｔｉ₃Ｏ₄、Ｔｉ₆Ｏ₁₁、Ｔｉ₇Ｏ₁₃、および／またはＴｉ₉Ｏ₁₇を含む、特に結晶形態のチタンの１種以上の酸化物を網羅することが意図される。酸化チタンの別の結晶形態は、Ｔｉ₈Ｏ₁₅である。特にＴｉＯが意図される場合、それは、「一酸化チタン」とここでは呼ばれる。したがって、「１種以上の酸化チタン」は、少なくとも１種の酸化チタンを意味し、それは、チタンの既知の酸化物形態の任意の１種であってもよい。

二酸化チタン、すなわち、酸化チタン（ＩＶ）は、チタンの最も安定的な酸化物であり、化学量論的酸化物と呼ばれる。したがって、非化学量論的酸化チタンは、Ｔｉ：Ｏの比が、１：２でないチタンの酸化物を意味する。非化学量論的酸化チタンは、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｔ₃Ｏ₅、Ｔｉ₆Ｏ₁₁、マグネリ相Ｔｉ_nＯ_2n-1（ｎは、４から９である）、たとえばＴｉ₇Ｏ₁₃およびＴｉ₉Ｏ₁₇、ならびにまたＴｉＯ_x（０．７０≦ｘ≦１．３０）を含む。（Ｎ．Ｎ ＧｒｅｅｎｗｏｏｄおよびＡ．Ｅａｒｎｓｈａｗ、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ、Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ、１９８４、ＩＳＢＮ０−０８−０２２０５６−８）。

本発明の態様において、ブラスト粒子は、少なくとも１種の非化学量論的酸化チタンを含む。たとえば、粒子は、Ｔｉ₆Ｏ₁₁、Ｔｉ₇Ｏ₁₃、および／またはＴｉ₉Ｏ₁₇、および／またはＴｉ₈Ｏ₁₅の１種以上を含んでいてもよい。しかし、粒子は、化学量論的酸化チタン、すなわち、ＴｉＯ₂をある程度まで、さらにまた含む。したがって、本発明の態様において使用される粒子中に存在する酸化チタンの結晶形態は、ＴｉＯ₂（典型的には、ルチルおよび／またはアナターゼ）、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｔｉ₃Ｏ₄、Ｔｉ₆Ｏ₁₁、Ｔｉ₇Ｏ₁₃、および／もしくはＴｉ₉Ｏ₁₇、ならびに／またはＴｉ₈Ｏ₁₅を含んでいてもよい。

本発明の態様において、粒子は、化学量論的酸化チタンより多い非化学量論的酸化チタンを含んでいてもよい。たとえば、粒子の酸化チタン（複数可）の主要部分は、非化学量論的酸化チタン（複数可）であってもよい。「主要部分」によって、５０％を超えることを意味する。したがって、本発明のいくつかの態様において、粒子は、粒子中の酸化チタンの総含有量に対して５０重量％を超える非化学量論的酸化チタンを含んでいてもよい。いくつかの態様において、粒子は、粒子中の酸化チタンの総含有量に対して少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、または少なくとも８０重量％の非化学量論的酸化チタンを含んでいてもよい。しかし、典型的には、化学量論的酸化チタン（ルチルおよび／またはアナターゼの形態の二酸化チタン）が、少ない含有量、たとえば、少なくとも１重量％、少なくとも５重量％、または少なくとも１０重量％あってもよい。典型的には、化学量論的酸化チタンの含有量は、５０重量％未満、たとえば４０重量％以下、たとえば３０重量％以下である。いくつかの態様において、酸化チタンの総含有量に対して、化学量論的酸化チタンの含有量は、約２０重量％であってもよい。

本発明の態様において、粒子は、酸化チタンの総含有量に対して、５０から９９重量％、たとえば５０から９５重量％、たとえば５０から９０重量％、たとえば６０から９０重量％または７０から９０重量％の範囲の非化学量論的チタンの重量含有量を有していてもよい。いくつかの態様において、非化学量論的酸化チタン対化学量論的酸化チタンの重量比は、約８０：２０であってもよい。

化学量論的および非化学量論的酸化物の重量含有量は、それぞれ、Ｘ線回析（ＸＲＤ）スペクトルに基づいて、推定されてもよい。

微細なブラスト粉末および粗いブラスト粉末の組成を示すＸ線回析スペクトルを、図５ａおよび図５ｂに、それぞれ、提示する。

さらに、図３ａ〜ｃおよび図４ａ〜ｃにおいて、ならびに図７ａにおいてさらに鮮明に見ることができる通り、本発明において使用される粒子は、暗色（灰色または黒色）を有する。この暗色は、乱された結晶格子によって説明されてもよく、したがって、たとえばＴｉＯ₂結晶格子を妨害する１種以上の非化学量論的酸化物の存在を、恐らく示し得る。粒子は、典型的には高密度、すなわち非多孔性である。比較のために、図７ｂは、二酸化チタン粉末を示し、二酸化チタン粉末は、白色である。図７ｃは、化学量論的な、白色の二酸化チタン粉末の隣に、本発明において使用される、暗い、少なくとも部分的に非化学量論的酸化チタンのブラスト粉末を示す。

本発明のいくつかの態様において使用される粒子は、純ルチルＴｉＯ₂の硬さより高い硬さを有していてもよい（ルチルは、アナターゼより硬いことが指摘される)。好ましくは、粒子は、ビッカース硬さ（ＶＨ₁₀₀）少なくとも約１０００、または少なくとも９８０を有していてもよい。たとえば、粒子は、９００からまたは好ましくは約１０００から２５００まで、２０００まで、１５００まで、または１２００までの範囲のビッカース硬さを有していてもよい。

一つの例の態様において、粒子は、９８０から約１１００の範囲のビッカース硬さを有した（下記例１を参照）。表１は、多様なブラスト材料：本発明の例の態様による粒子、ＴｉＯ₂、およびコランダムの硬さを提示する。

ブラスト粒子の硬さは、有利なブラストの結果に寄与し得ると考えられる。硬さは、化学的組成に、少なくとも部分的に起因するとも考えられる。

本発明において使用される粒子は、いわゆる融合し粉砕した粒子であってもよく、使用される粒子が、酸化チタンの大きな本体を形成するために融合し、その後、最終粒子を形成するためにその大きな本体を粉砕することによって、生成されることを意味する。かかる方法は、一般的に知られており、適用例、たとえば断熱性および耐食性のための熱溶射コーティング用の酸化チタン粉末を生成するために、典型的に使用される。驚いたことに、本発明者は、この方法によって生成される粒子が、金属インプラントをブラストするために使用される場合、優秀な結果をもたらすとわかった。

たとえば、本発明において使用される粒子は、四塩化チタンへの変換によって精製される、粗製の酸化チタンから生成されてもよい。かかる方法において、出発材料は、炭素によって還元され、塩素によって酸化されて、四塩化チタンになる（炭素熱塩素化）。四塩化チタンは、濃密な、無色の液体であるが、蒸留され、１５００〜２０００Ｋの温度で、純酸素炎またはプラズマ中で再酸化されて、純酸化チタンを生成する。その後、生成物は、融合され、粉砕されて、望ましい粒径を形成する。

本発明によるブラスト方法は、インプラント用の金属体を提供することおよび金属体の表面の少なくとも一部をブラストすることを含む。金属体の表面は、天然の金属酸化物、チタン体の場合、たとえば天然の酸化チタンの薄い層を、典型的に含んでいてもよい。

ブラスト処理は、従来の機器を使用して実施されてもよい。インプラントの１つを超える側が、ブラスト処理を施されるように、ブラストされるインプラントを、ブラスト作業の間、回転させてもよい。ブラスト作業は、インプラント表面の一部またはインプラント表面全体で実施されてもよい。

インプラントは、本発明の方法によるさらなる改変のための所望の基板表面を生成するために、任意の種類の前処理を施されてもよい。たとえば、インプラントは、機械的、化学的、もしくは熱的な処理、またはそれらの任意の組合せによって前処理されて、所望の最初の表面の特徴を得てもよい。化学的処理は、洗浄するまたは脱脂する工程を、たとえば含んでいてもよい。

本発明のブラスト処理に続いて、インプラントは、さらなる表面処理を任意に施されてもよく、追加的な表面の改変をもたらす、たとえば、より微細な表面粗さをたとえば酸エッチングによって生成する。

［実施例］
例１
ブラスト粒子の特性評価
（ａ）Ｘ線回析（ＸＲＤ）
粗いおよび微細なブラスト粉末は、それぞれ、上に記載された通り、ＸＲＤ分析に供された。ＸＲＤは、材料の化学的組成および結晶学的構造を分析するための迅速で非破壊的技術である。

ＸＲＤスペクトルを図５ａおよび５ｂにそれぞれ提示する。ルチルおよびアナターゼ（両方ともＴｉＯ₂）についての基準ピークが含まれている。粒子が異なる組成の非化学量論的酸化チタンを含有することを、スペクトルから結論付けることができる。さらに、ルチルまたはアナターゼ（すなわち、ＴｉＯ₂）を表すピークの数と比較した、ルチルまたはアナターゼを表さないピークの数から判断して、ブラスト粒子の酸化チタンのかなりの部分が、その主要部分でさえも、非化学量論的酸化チタンから形成されていると、結論付けてもよい。

（ｂ）硬さ測定
酸化チタン粒子を、硬化したポリマー樹脂と混合することによって、３つの試料を生成した。試料を、削り、磨いて、平面状の測定表面（図６参照）を生成した。

硬さを、Ｍａｔｓｕｚａｍａ ＭＴＸ５０微小硬度計によって測定した。ビッカース硬さ法は、特定の荷重で試料表面上に適用されるピラミッド形ダイアモンド圧子を使用する。圧子の対面角は１３６°である。硬さは、結果として得られる圧入のサイズに関連し、以下の方程式に従って計算される。

式中、
Ａは、圧入の表面積であり（ｍｍ²）、
ｄは、圧入の対角線の長さであり（ｍｍ）、
θは、ピラミッド形ダイアモンド圧子の対面角（°）、すなわち１３６°であり、
Ｆは、試験荷重であり（ｋｇｆ、重量キログラム、ｋｐ、キロポンドでも表される）、
ＨＶは、ビッカース硬さを意味する。

硬度計の荷重を、１００ｇに設定した。７個の別々の粒子を測定した（それぞれの粒子に１つの圧入）。それぞれの圧入を２度測定した。図６は、圧入後、磨かれた粒子の画像を示す。

平均の硬さは、標準偏差４５で、約１０４０であった、下の表２を参照。

例２
ブラスト作業
チタンフィクスチャーを、従来の方法に従って、完全に洗浄し、脱脂した。フィクスチャーは、ここに定義された、微細なまたは粗いブラスト粒子によって、ブラストを施された。空気が、担体として使用された。それぞれのフィクスチャーを回転させて、全ての側を曝露した。

例３
ブラストされたインプラント表面の特性評価
（ａ）ＳＥＭ
ブラストされた表面（チタンフィクスチャー）を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して調べた。画像を、図１および２に提示する。スケールバーは、５０μｍを表す。

ＳＥＭを使用して、微細なブラストおよび粗いブラスト表面、それぞれに、凹凸評価も実施した。結果として得られた表面の凹凸データを、表３に提示する。「微細な」は、９０％が、約７から９０μｍの範囲のサイズを有するブラスト粒子のことである。「粗い」は、９０％が、約９０から１８０μｍの範囲のサイズを有するブラスト粒子のことである。

例４
ブラストされたインプラントの効果
市販の純（ｃ．ｐ．）チタンのネジ形インプラント（フィクスチャー）を使用した。２４個のインプラントには機械加工のみを行い（「機械加工インプラント」）、２４個のインプラントには機械加工を行った後、上に記載された粗いブラスト粒子を使用してブラストを行った（「ブラストインプラント」）。２個の機械加工および２個のブラストインプラントを、ニュージーランドホワイト（ＮＺＷ）ウサギの成体のそれぞれの近位脛骨の骨幹端に埋め込んだ。全部で１２匹のウサギを使用した。２、４、７、９、および１１週間後のそれぞれで、各群（機械加工およびブラスト）からの２個のインプラントについて除去トルク試験を使用して保持力を評価した。結果を、表４に提示する。

これらの結果は、同じ種類のネジインプラントおよび外科的評価を使用して、除去トルク試験によって保持力を調査した以前に公表された研究と比較されてもよい。一つの研究「Ａ Ｗｅｎｎｅｒｂｅｒｇ、Ｔ Ａｌｂｒｅｋｔｓｓｏｎ、Ｃ Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ、およびＢ Ａｎｄｅｒｓｓｏｎ、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ１７（１９９６）１５〜２２」において、２５μｍのサイズのＡｌ₂Ｏ₃粒子または２５μｍのサイズのＴｉＯ₂粒子のいずれかによってブラストされたｃ．ｐ．チタンのインプラントが、それぞれ、ウサギの脛骨への埋め込みの１２週間後、除去トルク値わずかに約２５Ｎｃｍをもたらしたことがわかった。同一の方法を使用する別の研究「Ａ Ｗｅｎｎｅｒｂｅｒｇ、Ｔ Ａｌｂｒｅｋｓｓｏｎ、およびＢ Ａｎｄｅｒｓｓｏｎ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、６（１９９５）３０２〜３０９」において、２５μｍのサイズのＡｌ₂Ｏ₃粒子または２５μｍのサイズのＴｉＯ₂粒子のいずれかによってブラストされたｃ．ｐ．チタンのインプラントは、それぞれ、両方とも、ウサギの脛骨への埋め込みの１２週間後、平均除去トルク値約４２〜４５Ｎｃｍをもたらした（ＴｉＯ₂によりブラストされたインプラントの最大値は、６６Ｎｃｍであった）。さらに、Ａｌ₂Ｏ₃の２５０μｍのサイズの粒子によってブラストされた表面も評価し、２５μｍのサイズの粒子によってブラストされた表面に対して、全く改善を示さなかった（Ｗｅｎｎｅｒｂｅｒｇら、１９９５）。

同一の方法を使用するさらに別の比較研究「Ａ Ｗｅｎｎｅｒｂｅｒｇ、Ｔ Ａｌｂｒｅｋｓｓｏｎ、およびＪ Ｌａｕｓｍａａ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、３０（１９９６）２５１〜２６０」において、２５μｍのＡｌ₂Ｏ₃粒子によってブラストされたインプラントは、ＮＺＷウサギの脛骨への埋め込みの１２週間後、除去トルク値約４０〜４５Ｎｃｍ（平均）を示した。

したがって、実質的に純粋なＴｉＯ₂によるブラストによって以前に得られた結果を考えれば、少なくとも１種の非化学量論的酸化チタンを含み、上に記載されたサイズ分布を有するブラスト粒子を使用する、本発明の方法は、埋め込みのわずかに４〜１１週間後に、除去トルク値に関して、予想外に好ましい結果をもたらす。

当業者は、本発明が、上に記載された好ましい態様に決して限定されないことを理解する。反対に、多くの改変例および変更例が、添付の請求項の範囲の範囲内であり得る。

さらに、開示された態様に対する変更例は、図面、開示、および添付の請求項の範囲の研究から、請求された発明を実行する際、当業者によって理解され、達成されることができる。請求項の範囲において、用語「含む」は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を除外しない。ある種の方策が、相互に異なる従属請求項で述べられているという単なる事実は、これらの方策の組合せが、有利に使用できないことを示唆しない。

Claims (17)

1. 少なくとも１種の非化学量論的酸化チタンを含む１種以上の酸化チタンの粒子によるブラストを金属インプラントに施すことを含む、金属インプラントの表面を処理して、望ましい表面粗さを実現する方法であって、前記粒子が、コンパクトな形態および１から３００μｍの範囲の粒径を有する方法。
2. 前記粒子が、１種以上の酸化チタンから本質的になる、請求項１に記載の方法。
3. 前記粒子が、少なくとも２種の酸化チタンを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記粒子の酸化チタンの主要部分が、非化学量論的酸化チタンである、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記粒子が、５１：４９から９９：１、たとえば６０：４０から９５：５、たとえば７０：３０から９０：１０の範囲の非化学量論的酸化チタン対化学量論的酸化チタンの重量比を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 少なくとも１種の非化学量論的酸化チタンが、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｔｉ₃Ｏ₄、Ｔｉ₆Ｏ₁₁、Ｔｉ₇Ｏ₁₃、およびＴｉ₉Ｏ₁₇の中から選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記粒子が、約１０００から約１２００ｋｇｆ／ｍｍ²の範囲のビッカース硬さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記粒子が、９８０から約１１００ｋｇｆ／ｍｍ²の範囲のビッカース硬さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記粒子が、５から２００μｍの範囲のサイズを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記粒子の少なくとも９０重量％が、６．８から１２５μｍ、好ましくは６．８から９０μｍの範囲のサイズを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記粒子の少なくとも９５重量％が、６．８から１２５μｍ、好ましくは６．８から９０μｍの範囲のサイズを有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記粒子の少なくとも９０重量％が、９０から１８０μｍの範囲のサイズを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記粒子が、不規則な形態を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記粒子の大多数が、細長くない、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記インプラントが、チタンもしくはその合金、ジルコニウムもしくはその合金、ハフニウムもしくはその合金、ニオブもしくはその合金、タンタルもしくはその合金、クロム−バナジウム合金、またはそれらの任意の組合せ、好ましくはチタンまたはその合金を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記インプラントが、歯科用インプラントである、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 表面を有する金属インプラントを準備するステップ、および
    金属インプラントの表面の少なくとも一部を、前記粒子によってブラストするステップ
    を含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。