JP2019034131A - Implant manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体組織と結合させるために好適なインプラントの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an implant suitable for bonding with a living tissue.
生体組織と結合させるためのインプラントとして、チタンまたはチタン合金製のインプラントが知られている。
インプラントは骨や歯などの生体組織と結合させて生体内に存在させるため、骨や歯などとの結合性と強度の両方が要求されており、このような観点から、生体組織との結合部位を多孔構造にしたインプラントが知られている（特許文献１〜４、非特許文献１）。
An implant made of titanium or a titanium alloy is known as an implant for binding to a living tissue.
Since implants are combined with living tissues such as bones and teeth and exist in the living body, both the bonding properties and strength to bones and teeth are required. An implant having a porous structure is known (Patent Documents 1 to 4, Non-Patent Document 1).
特許文献１は、多孔質インプラント素材の発明であり、連続した骨格により形成される複数の気孔が連通した三次元網目状構造を有する多孔質金属体を使用するものであり、金属粉末と発泡剤を含有する発泡スラリーを成形して、発泡および焼結させて製造することが記載されている（請求項１、段落番号００１３）。
特許文献２は、生体用インプラントの発明であり、生体組織との接合部位である表面部と、表面部の内部に芯部を備えており、前記表面部は空孔が形成された金属製の多孔質焼結体からなることが記載されている（請求項１）。
特許文献３は、インプラントとその製造方法の発明であり、チタン系基材にショットブラスト加工と電解処理を行うことが記載されている（請求項１）。
特許文献４は、生体材料とその作製方法の発明であり、多孔構造の薄板積層体からなる成形体を鋳型として使用して、多孔構造の生体材料を製造することが記載されている（請求項１、段落番号００２５、００２６）。
非特許文献１は、ナノパルスレーザによる骨組織適合型インプラントの創製の技術が記載されている。
Patent Document 1 is an invention of a porous implant material, which uses a porous metal body having a three-dimensional network structure in which a plurality of pores formed by a continuous skeleton are connected, and a metal powder and a foaming agent It is described that a foaming slurry containing a resin is molded, foamed and sintered (claim 1, paragraph number 0013).
Patent Document 2 is an invention of a biomedical implant, which includes a surface portion that is a joint portion with a living tissue, and a core portion inside the surface portion, and the surface portion is made of metal in which pores are formed. It is described that it consists of a porous sintered body (Claim 1).
Patent Document 3 is an invention of an implant and a manufacturing method thereof, and describes that shot blasting and electrolytic treatment are performed on a titanium-based substrate (Claim 1).
Patent Document 4 is an invention of a biomaterial and a method for producing the same, and describes that a biomaterial having a porous structure is manufactured using a molded body made of a thin laminate of porous structures as a mold (claims). 1, paragraph numbers 0025 and 0026).
Non-Patent Document 1 describes a technique for creating a bone tissue-compatible implant using a nanopulse laser.
本発明は、生体組織内にて使用できるインプラントの製造方法を提供することを課題とする。 This invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the implant which can be used in a biological tissue.
本発明は、チタンまたはチタン合金、コバルトクロム合金、タンタルから選ばれる金属からなる、骨または歯を含む生体組織と結合させるために使用するインプラントの製造方法であって、
前記インプラントが、骨または歯を含む生体組織と結合される部分の表層部が、深さが５０μm〜１０００μmの多孔構造を有しているものであり、
前記インプラントの表層部を含む面にパルス波レーザー光を照射する工程を含んでおり、
前記パルス波レーザー光を照射するとき、下記の要件（ａ）〜（ｆ）の全てを調整することで、孔の配向性、孔の大きさ、孔の深さおよび孔の形状の少なくとも一つを制御する、インプラントの製造方法を提供する。
（ａ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの照射方向と照射角度
（ｂ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの照射速度
（ｃ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときのエネルギー密度
（ｄ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの繰り返し回数
（ｅ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの照射形態
（ｆ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときのライン間隔
The present invention is a method for producing an implant used for bonding with a living tissue including bone or teeth, which is made of a metal selected from titanium or a titanium alloy, a cobalt chromium alloy, and tantalum,
The surface layer portion of the portion where the implant is bonded to a biological tissue including bone or teeth has a porous structure with a depth of 50 μm to 1000 μm,
Irradiating the surface including the surface layer portion of the implant with a pulsed laser beam,
When irradiating the pulsed laser beam, by adjusting all of the following requirements (a) to (f), at least one of the orientation of the hole, the size of the hole, the depth of the hole, and the shape of the hole A method for manufacturing an implant is provided.
(A) Irradiation direction and angle when irradiating the implant with laser light (b) Irradiation speed when irradiating the implant with laser light (c) Irradiating the implant with laser light (D) Number of repetitions when irradiating the implant with laser light (e) Irradiation mode when irradiating the implant with laser light (f) Irradiating the implant with laser light Line spacing when
本発明の製造方法により得られたインプラントは、表層部の多孔構造の存在により骨または歯を含む生体組織との結合性が良くなる。 The implant obtained by the production method of the present invention has good connectivity with living tissue including bone or teeth due to the presence of the porous structure of the surface layer portion.
本発明のインプラントの製造方法は、前記インプラントの表層部を含む面にパルス波レーザー光を照射する工程を含んでいる。
インプラントは、チタン（純チタン）、チタン合金、コバルトクロム合金、タンタルから選ばれる金属からなるものである。チタン合金、コバルトクロム合金、は、医療用（歯科用を含む）チタン合金、コバルトクロム合金として使用されているものである。
インプラントは、適用部位に応じた形状を有しているものである。
The implant manufacturing method of the present invention includes a step of irradiating a surface including the surface layer portion of the implant with a pulsed laser beam.
The implant is made of a metal selected from titanium (pure titanium), a titanium alloy, a cobalt chromium alloy, and tantalum. Titanium alloys and cobalt chromium alloys are used as medical (including dental) titanium alloys and cobalt chromium alloys.
The implant has a shape corresponding to the application site.
前記パルス波レーザー光を照射するとき、下記の要件（ａ）〜（ｄ）の全てを調整することで、孔の配向性、孔の大きさ、孔の深さおよび孔の形状の少なくとも一つを制御することができる。
パルス波レーザー光を照射する方法は、通常のパルス波レーザー光を照射する方法のほか、特許第５８４８１０４号公報、特許第５７８８８３６号公報、特許第５７９８５３４号公報、特許第５７９８５３５号公報、特開２０１６−２０３６４３号公報、特許第５８８９７７５号公報、特許第５９３２７００号、特許第６０５５５２９号公報に記載のパルス波レーザー光の照射方法と同様にして実施することができる。
When irradiating the pulsed laser beam, by adjusting all of the following requirements (a) to (d), at least one of the orientation of the hole, the size of the hole, the depth of the hole, and the shape of the hole Can be controlled.
As a method of irradiating a pulsed laser beam, in addition to a method of irradiating a normal pulsed wave laser beam, Japanese Patent No. 5848104, Japanese Patent No. 578836, Japanese Patent No. 5798534, Japanese Patent No. 5798535, Japanese Patent Laid-Open No. 2016 are disclosed. It can be carried out in the same manner as the pulse wave laser beam irradiation method described in Japanese Patent No. 203643, Japanese Patent No. 5888775, Japanese Patent No. 5932700, and Japanese Patent No. 6055529.
＜要件（ａ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの照射方向と照射角度＞
レーザー光の照射方向を特定方向および特定角度に固定することで、形成される孔に配向性を生じさせることができる。
孔の配向性は、孔の開口部から底面までの向きである。孔の開口部の真上から底面までが垂直であるもの（開口部の真上から底面が見えるもの）よりも、孔の開口部の真上から底面までが斜めであるもの（開口部の真上から底面が見えないもの）の方が、インプラントと骨の接着状態が良くなるので好ましい。
また、インプラントの表層部を含む面に対して垂直方向からレーザー光を照射する方法と、前記インプラントの表層部を含む面に対して、好ましくは１５度〜９０度の角度、より好ましくは４５〜９０度の角度でレーザー光を照射する方法を組み合わせて異なる角度からレーザー光を照射することで、孔の大きさ、形状、深さを制御することができる。
孔の大きさは、孔の開口部の大きさである。孔の開口部が余り小さすぎるとインプラントと骨の接着の進行が遅れるので好ましくない。
孔の形状は、インプラント表面に見える形状である。
孔の深さは、レーザー光を照射したインプラント表面から孔の底面までの深さである。
<Requirement (a) Irradiation direction and irradiation angle when irradiating the implant with laser light>
By fixing the irradiation direction of the laser light at a specific direction and a specific angle, orientation can be generated in the formed hole.
The orientation of the hole is the direction from the opening to the bottom of the hole. What is perpendicular from the top of the opening of the hole to the bottom (when the bottom is visible from directly above the opening) is more slanted (from the top of the opening to the bottom) The one in which the bottom surface cannot be seen from above is preferable because the adhesion between the implant and the bone is improved.
Also, a method of irradiating laser light from a direction perpendicular to the surface including the surface layer portion of the implant, and an angle of preferably 15 degrees to 90 degrees, more preferably 45 to the surface including the surface layer portion of the implant. By combining the methods of irradiating laser light at an angle of 90 degrees and irradiating laser light from different angles, the size, shape, and depth of the hole can be controlled.
The size of the hole is the size of the opening of the hole. If the opening of the hole is too small, the progress of adhesion between the implant and the bone is delayed, which is not preferable.
The shape of the hole is the shape visible on the implant surface.
The depth of the hole is a depth from the implant surface irradiated with the laser light to the bottom surface of the hole.
＜要件（ｂ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの照射速度＞
レーザー光の照射速度は１０〜１０，０００ｍｍ／ｓｅｃが好ましく、１００〜１，０００ｍｍ／ｓｅｃがより好ましく、２００〜１，０００ｍｍ／ｓｅｃがさらに好ましい。
<Requirement (b) Irradiation speed when irradiating the implant with laser light>
The irradiation rate of the laser beam is preferably 10 to 10,000 mm / sec, more preferably 100 to 1,000 mm / sec, and further preferably 200 to 1,000 mm / sec.
＜（ｃ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときのエネルギー密度＞
エネルギー密度は０．１ＧＷ/cm2以上が好ましい。レーザー光の照射時のエネルギー密度は、レーザー光の１パルスのエネルギー出力（Ｗ）と、レーザー光（スポット面積（ｃｍ2）（π・〔スポット径／２〕2）から求められる。
レーザー光の照射時のエネルギー密度は、０．１〜５０ＧＷ/cm2がより好ましく、０．１〜２０ＧＷ/cm2がさらに好ましく、０．５〜１０ＧＷ/cm2がさらに好ましく、０．５〜５ＧＷ/cm2がさらに好ましい。エネルギー密度が大きくなるほど、孔は深くかつ大きくなる。
レーザー光の１パルスのエネルギー出力（Ｗ）は、次式から求められるものである。
レーザー光の１パルスのエネルギー出力（Ｗ）＝（レーザー光の平均出力／周波数）／パルス幅
レーザー光の平均出力は４〜４００Ｗが好ましく、５〜１００Ｗがより好ましく、１０〜１００Ｗがさらに好ましい。他のレーザー光の照射条件が同一であれば、出力が大きいほど孔は深くかつ大きくなり、出力が小さいほど孔は浅くかつ小さくなる。
周波数（KHz）は、０．００１〜１０００ｋＨｚが好ましく、０．０１〜５００ｋＨｚがより好ましく、０．１〜１００ｋＨｚがさらに好ましい。
パルス幅（nsec）は、１〜１０，０００nsecが好ましく、１〜１，０００nsecがより好ましく、１〜１００nsecがさらに好ましい。
レーザー光のスポット径（μm）は、１〜３００μm、１０〜３００μm、２０〜１５０μm、２０〜８０μmが好ましい。
<(C) Energy density when irradiating the implant with laser light>
The energy density is preferably 0.1 GW / cm 2 or more. The energy density at the time of laser light irradiation is obtained from the energy output (W) of one pulse of the laser light and the laser light (spot area (cm 2 ) (π · [spot diameter / 2] 2 )).
Energy density at the irradiation with the laser beam is more preferably 0.1~50GW / cm 2, more preferably 0.1~20GW / cm 2, more preferably 0.5~10GW / cm 2, 0.5~ 5 GW / cm 2 is more preferable. The higher the energy density, the deeper and larger the holes.
The energy output (W) of one pulse of the laser beam is obtained from the following equation.
Energy output (W) of one pulse of laser light = (average output of laser light / frequency) / pulse width The average output of laser light is preferably 4 to 400 W, more preferably 5 to 100 W, and still more preferably 10 to 100 W. If the other laser light irradiation conditions are the same, the larger the output, the deeper and larger the hole, and the smaller the output, the shallower and smaller the hole.
The frequency (KHz) is preferably 0.001 to 1000 kHz, more preferably 0.01 to 500 kHz, and still more preferably 0.1 to 100 kHz.
The pulse width (nsec) is preferably 1 to 10,000 nsec, more preferably 1 to 1,000 nsec, and further preferably 1 to 100 nsec.
The spot diameter (μm) of the laser beam is preferably 1 to 300 μm, 10 to 300 μm, 20 to 150 μm, or 20 to 80 μm.
＜（ｄ）レーザー光を照射するときの繰り返し回数＞
繰り返し回数（一つの孔を形成するための合計のレーザー光の照射回数）は、１〜２００回が好ましく、３〜１００回がより好ましく、３〜８０回がさらに好ましい。同一のレーザー照射条件であれば、繰り返し回数が多いほど孔が深くかつ大きくなり、繰り返し回数が少ないほど孔が浅くかつ小さくなる。
<(D) Number of repetitions when irradiating laser light>
The number of repetitions (total number of laser light irradiations for forming one hole) is preferably 1 to 200 times, more preferably 3 to 100 times, and even more preferably 3 to 80 times. Under the same laser irradiation conditions, the larger the number of repetitions, the deeper and larger the hole, and the smaller the number of repetitions, the shallower and smaller the hole.
＜（ｅ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの照射形態＞
要件（ｅ）は、前記インプラントに対してレーザー光を照射するとき、前記インプラントから放熱させながら照射する照射形態である。
（ｅ−１）前記インプラントを構成するチタンまたはチタン合金、コバルトクロム合金、タンタルから選ばれる金属と異なる熱伝導率を有する成形体と前記インプラントを接触させた状態でレーザー光を照射する形態、または
（ｅ−２）前記インプラントを中空に保持した状態でレーザー光を照射する形態である。
<(E) Irradiation mode when irradiating the implant with laser light>
The requirement (e) is an irradiation form in which the laser beam is irradiated while being radiated from the implant when irradiating the implant with a laser beam.
(E-1) A mode in which laser light is irradiated in a state where the implant is in contact with a molded body having a thermal conductivity different from that of a metal selected from titanium or a titanium alloy, cobalt chromium alloy, and tantalum constituting the implant, or (E-2) A mode in which laser light is irradiated in a state where the implant is held hollow.
要件（ｅ−１）は、下記の（ｉ）または（ii）の方法を適用することができる。
（ｉ）インプラントのレーザー光の非照射面と、インプラントを構成するチタンまたはチタン合金よりも熱伝導率の大きい材料（熱伝導率が100W/m・k以上である材料）からなる基板（例えば、鋼板、銅板、アルミニウム板）と接触させる方法。（ｉ）の方法は、特開２０１６−７８０９０号公報に記載の方法を適用することができる。
（ii）インプラントのレーザー光の非照射面と、インプラントを構成するチタンまたはチタン合金よりも熱伝導率の小さい材料からなる基板（例えばガラス板）と接触させる方法。（ii）の方法は、特開２０１６−１２４０２４号公報に記載の方法を適用することができる。
（ｉ）の方法は、チタンまたはチタン合金、コバルトクロム合金、タンタルから選ばれる金属からなるインプラントにレーザー光を照射するときに生じる熱を放熱させることで、温度の上昇を抑制することができる。
（ii）の方法は、チタンまたはチタン合金、コバルトクロム合金、タンタルから選ばれる金属からなるインプラントにレーザー光を照射するときに生じる熱の放熱を抑制させることができる。
このため、（ｉ）の方法を実施すると、孔の大きさ、深さおよび形状の変化を抑制することができ、（ii）の方法を実施すると、孔の大きさ、深さおよび形状の変化を促進することができる。
このように（ｉ）の方法と（ii）の方法を使い分けることにより孔の大きさ、深さおよび形状を調整することができる。
As the requirement (e-1), the following method (i) or (ii) can be applied.
(I) a substrate made of a non-irradiated surface of the implant laser beam and a material having a higher thermal conductivity than titanium or a titanium alloy constituting the implant (a material having a thermal conductivity of 100 W / m · k or more) (for example, Steel plate, copper plate, aluminum plate). As the method (i), the method described in JP-A-2016-78090 can be applied.
(Ii) A method of bringing the non-irradiated surface of the implant into contact with a non-irradiated surface of the implant and a substrate (for example, a glass plate) made of a material having lower thermal conductivity than titanium or titanium alloy constituting the implant. As the method (ii), the method described in JP-A-2016-124024 can be applied.
The method (i) can suppress an increase in temperature by radiating heat generated when laser light is irradiated to an implant made of a metal selected from titanium, a titanium alloy, a cobalt chromium alloy, and tantalum.
The method (ii) can suppress the heat radiation that is generated when the implant made of a metal selected from titanium, a titanium alloy, a cobalt chromium alloy, and tantalum is irradiated with laser light.
Therefore, when the method (i) is performed, changes in the size, depth, and shape of the hole can be suppressed, and when the method (ii) is performed, changes in the size, depth, and shape of the hole are suppressed. Can be promoted.
Thus, the size, depth and shape of the hole can be adjusted by properly using the method (i) and the method (ii).
要件（ｅ−２）は、インプラントをクランプなどの保持手段で中空に保持した状態でレーザー光を照射する形態である。
インプラントを中空で保持することで、レーザー光を照射するときに生じる熱の放熱を抑制させることができる。
The requirement (e-2) is a form in which the laser beam is irradiated in a state where the implant is held hollow by a holding means such as a clamp.
By holding the implant in a hollow state, it is possible to suppress heat radiation generated when the laser beam is irradiated.
また要件（ｅ）としては、さらに要件（ｅ−３）として、レーザー光を照射するときに空気、酸素、窒素、アルゴンから選ばれるアシストガスを供給しながら照射することができるほか、真空雰囲気（減圧雰囲気）でもレーザー光を照射することができる。
要件（ｅ−３）はアシストガスの種類とガスの供給圧力（ＭＰａ）を調整することが好ましい。
アシストガスを供給しながらレーザー光を照射することで、孔の深さ、大きさおよび配向性の制御を補助することができるほか、炭化物の生成を抑制したり、表面性状を制御したりすることができる。
例えば、アルゴンガスを選択すると表面の酸化を防止することができ、酸素を選択すると表面の酸化を促進することができ、窒素ガスを選択すると表面硬度を向上させることができる。
In addition, as the requirement (e), as the requirement (e-3), it is possible to irradiate while supplying an assist gas selected from air, oxygen, nitrogen and argon when irradiating a laser beam, Laser light can be irradiated even in a reduced pressure atmosphere.
The requirement (e-3) preferably adjusts the type of assist gas and the gas supply pressure (MPa).
By irradiating laser light while supplying an assist gas, it is possible to assist in controlling the depth, size, and orientation of the holes, and to suppress the formation of carbides and to control the surface properties. Can do.
For example, selection of argon gas can prevent surface oxidation, selection of oxygen can promote surface oxidation, and selection of nitrogen gas can improve surface hardness.
＜（ｆ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときのライン間隔＞
前記インプラントに対してレーザー光をライン状に照射するとき、隣接するライン同士の間隔を広くしたり、狭くしたりすることで、孔の大きさ、孔の形状、孔の深さを調整することができる。
なお、パルス波レーザー光は、連続波レーザー光のように連続的な直線状にレーザー光を照射することはできず、点を照射して、前記点を複数繋いでラインを形成するものである。
ライン間隔は０．０１〜１ｍｍの範囲が好ましく、０．０２〜０．８ｍｍの範囲がより好ましい。
ライン間隔が狭いと、隣接するラインにも熱的影響が及ぶため、孔は大きくなり、孔の形状は複雑になり、孔の深さは深くなる傾向にあるが、熱的影響が大きくなり過ぎると複雑で深い形状の孔が形成され難くなることもある。
ライン間隔が広いと、孔は小さくなり、孔の形状は複雑にはならず、孔はあまり深くならない傾向にあるが、処理速度を高めることはできる。
<(F) Line interval when irradiating the implant with laser light>
When irradiating the implant with a laser beam in a line shape, the size of the hole, the shape of the hole, and the depth of the hole are adjusted by widening or narrowing the interval between adjacent lines. Can do.
Pulse wave laser light cannot irradiate laser light in a continuous straight line like continuous wave laser light, but irradiates points to form a line by connecting a plurality of the points. .
The line interval is preferably in the range of 0.01 to 1 mm, and more preferably in the range of 0.02 to 0.8 mm.
If the line spacing is narrow, the adjacent lines are also thermally affected, resulting in larger holes, more complex hole shapes, and deeper hole depths, but too much thermal effect. It may be difficult to form a complicated and deep hole.
If the line spacing is wide, the holes become smaller, the shape of the holes does not become complicated, and the holes tend not to be too deep, but the processing speed can be increased.
その他、レーザー光の波長は５００〜１１，０００ｎｍが好ましい。 In addition, the wavelength of the laser beam is preferably 500 to 11,000 nm.
レーザー照射方法で使用するレーザーは公知のものを使用することができ、例えば、YVO4レーザー、ファイバーレーザー（シングルモードファイバーレーザー、マルチモードファイバーレーザー）、エキシマレーザー、炭酸ガスレーザー、紫外線レーザー、ＹＡＧレーザー、半導体レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、窒素レーザー、キレートレーザー、色素レーザーを使用することができる。 A known laser can be used for the laser irradiation method, for example, YVO 4 laser, fiber laser (single mode fiber laser, multimode fiber laser), excimer laser, carbon dioxide laser, ultraviolet laser, YAG laser. Semiconductor lasers, glass lasers, ruby lasers, He—Ne lasers, nitrogen lasers, chelate lasers, and dye lasers can be used.
本発明の製造方法を実施することによって、孔の配向性、孔の大きさ、孔の深さおよび孔の形状の少なくとも一つを制御することができる。
孔の配向性は、全ての孔の開口部が同じ方向を向いていることが好ましい。
孔の大きさは、孔の開口部が孔の深さの１／１０〜５／１の範囲であることが好ましい。
孔の深さは、５０〜１，０００μmが好ましく、１００〜８００μmがより好ましく、１５０〜５００μmがさらに好ましい。
By implementing the production method of the present invention, at least one of the orientation of the holes, the size of the holes, the depth of the holes, and the shape of the holes can be controlled.
The orientation of the holes is preferably such that the openings of all the holes are oriented in the same direction.
The size of the hole is preferably such that the opening of the hole is in the range of 1/10 to 5/1 of the depth of the hole.
The depth of the hole is preferably 50 to 1,000 μm, more preferably 100 to 800 μm, and further preferably 150 to 500 μm.
本発明の製造方法で得られるインプラントは、骨または歯を含む生体組織と結合させるために使用するものである。
インプラントとしては、人工股関節（ステム、カップ）、人工膝関節などの人工関節、骨折固定用（プレート、スクリュー）、人工歯根などを挙げることができる。
The implant obtained by the production method of the present invention is used for bonding with a living tissue including bone or teeth.
Examples of implants include artificial hip joints (stems, cups), artificial joints such as artificial knee joints, fracture fixing (plates, screws), and artificial tooth roots.
本発明の製造方法で得られるインプラントは、骨または歯を含む生体組織と接合される部分の表層部が多孔構造を有しているものである。
本発明の製造方法で得られるインプラントの多孔構造を有している、骨または歯を含む生体組織と結合される部分の表層部は、表面から開放孔の深さまでの５０〜１０００μmの深さ範囲のものである。
本発明の製造方法で得られる表層部に多孔質構造を有しているインプラントを骨内部に埋設されるように接続したとき、非特許文献１のP158の左欄に記載されているとおり、まず体液中に過飽和に含まれているリン酸カルシウム類が析出し、同時に骨芽細胞が空間を感知することで活性化し、骨の成分を骨とインプラントの双方の表面上で生産する。最終的に新生骨が骨−インプラント（インプラント表層部の多孔構造部）間を完全に埋め、堅く密な接着状態が得られることになるものと考えられる。
本発明の製造方法で得られるインプラントの表層部に形成された多孔構造は、孔の配向性、孔の大きさ、孔の形状、孔の深さおよび孔の形状の内の１または２以上が制御されているため、前記多孔構造が骨とインプラントの結合力を高めるように作用することが期待される。
The implant obtained by the production method of the present invention has a porous structure in the surface layer portion of the portion to be joined to a living tissue including bone or teeth.
The surface layer portion of the portion to be combined with the biological tissue including bone or teeth having the porous structure of the implant obtained by the production method of the present invention has a depth range of 50 to 1000 μm from the surface to the depth of the open hole. belongs to.
When an implant having a porous structure is connected to the surface layer portion obtained by the production method of the present invention so as to be embedded in the bone, as described in the left column of P158 of Non-Patent Document 1, Calcium phosphates contained in body fluids are supersaturated, and at the same time, osteoblasts are activated by sensing space and produce bone components on both bone and implant surfaces. Eventually, it is considered that the new bone completely fills the space between the bone and the implant (the porous structure portion of the implant surface layer portion), and a tight and dense adhesive state is obtained.
The porous structure formed in the surface layer portion of the implant obtained by the production method of the present invention has one or more of pore orientation, pore size, pore shape, pore depth, and pore shape. Since it is controlled, it is expected that the porous structure acts to increase the bonding force between the bone and the implant.
実施例１〜３
チタン（６４Ｔｉ）板（縦６０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み２ｍｍ）を鋼板（縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚み５ｍｍ）の上に置いた状態で、表１に示す要件（ａ）〜（ｆ）を満たすようにしてパルス波レーザー光を照射した。
図１は、パルス波レーザー光をスポット径４８μm、スキャン速度２５０mm/sec、ピッチ間距離（図１の○で囲んだ矢印間の距離）２８μmで双方向にスキャンさせ、一辺が１５０μmの正方形の孔を形成させた（図４）。各正方形の孔間の距離は１５０μmとした。
図２は、パルス波レーザー光をスポット径４８μm、スキャン速度５００mm/sec、ピッチ間距離６０μmで双方向に４回スキャンさせて溝を形成し、その後、１０５μmの間隔をあけて同様に４回のスキャンを実施し、これらを繰り返した（図５）。
図３は、パルス波レーザー光をスポット径４８μm、スキャン速度８００mm/secで、中心から外側方向に円が形成されるようにスキャンして、直径２００μmの円形の孔を形成した（図６）。隣接する円形の中心の間隔は４００μmとした。
レーザー光照射後のチタン板の表面写真（ＳＥＭ写真）を図４〜図６に示す。
図４〜図６に示すとおり、チタン板の表面は多孔構造になっていることが確認された。
孔深さは、デジタルマイクロスコープVHX-6000（(株)キーエンス製）を使用して、２ｍｍ×２ｍｍの面積内の合計で、図４と図６はランダムに選択した３０個の孔深さ、図５はランダムに選択した３０箇所の溝深さを測定し、平均値を求めた。
Examples 1-3
Titanium (64Ti) plate (length 60 mm, width 10 mm, thickness 2 mm) is placed on a steel plate (length 150 mm, width 150 mm, thickness 5 mm) so as to satisfy the requirements (a) to (f) shown in Table 1. Then, pulsed laser light was irradiated.
Figure 1 shows a square hole with a pulse diameter of 48 μm, a scanning speed of 250 mm / sec, a pitch distance of 28 μm (distance between arrows circled in FIG. 1), and a square hole with a side of 150 μm. Was formed (FIG. 4). The distance between the square holes was 150 μm.
In FIG. 2, a pulse wave laser beam is scanned four times in both directions at a spot diameter of 48 μm, a scanning speed of 500 mm / sec, and a pitch distance of 60 μm to form a groove, and thereafter, four times in the same manner with an interval of 105 μm A scan was performed and these were repeated (FIG. 5).
In FIG. 3, a pulsed laser beam was scanned at a spot diameter of 48 μm and a scanning speed of 800 mm / sec so as to form a circle outward from the center to form a circular hole having a diameter of 200 μm (FIG. 6). The interval between adjacent circular centers was 400 μm.
The surface photograph (SEM photograph) of the titanium plate after laser light irradiation is shown in FIGS.
As shown in FIGS. 4 to 6, it was confirmed that the surface of the titanium plate had a porous structure.
The hole depth is a total within an area of 2 mm × 2 mm using a digital microscope VHX-6000 (manufactured by Keyence Corporation). FIGS. 4 and 6 show 30 hole depths selected at random. In FIG. 5, the groove depths at 30 locations selected at random were measured, and the average value was obtained.
図４〜図６から明らかなとおり、孔の向きは全て同じ方向であった。
孔の開口部の大きさは、深さ（合計で３０個の孔）から計算すると、孔の深さの１／１０〜５／１の範囲であった。
孔の深さは、１８０〜２８０μmであった。
孔の形状は、図４〜図６に示すとおりである。
As is clear from FIGS. 4 to 6, the directions of the holes were all the same direction.
The size of the opening of the hole, when calculated from the depth (total of 30 holes), was in the range of 1/10 to 5/1 of the hole depth.
The depth of the hole was 180 to 280 μm.
The shape of the hole is as shown in FIGS.
本発明のインプラントは、人工股関節（ステム、カップ）、人工膝関節などの人工関節、骨折固定用（プレート、スクリュー）、人工歯根などとして利用することができる。 The implant of the present invention can be used as an artificial hip joint (stem, cup), an artificial joint such as an artificial knee joint, a fracture fixing (plate, screw), an artificial tooth root, or the like.
Claims (6)
前記インプラントが、骨または歯を含む生体組織と結合される部分の表層部が、深さが５０μm〜１０００μmの多孔構造を有しているものであり、
前記インプラントの表層部を含む面にパルス波レーザー光を照射する工程を含んでおり、
前記パルス波レーザー光を照射するとき、下記の要件（ａ）〜（ｆ）の全てを調整することで、孔の配向性、孔の大きさ、孔の深さおよび孔の形状の少なくとも一つを制御する、インプラントの製造方法。
（ａ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの照射方向と照射角度
（ｂ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの照射速度
（ｃ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときのエネルギー密度
（ｄ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの繰り返し回数
（ｅ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときの照射形態
（ｆ）前記インプラントに対してレーザー光を照射するときのライン間隔 A method for producing an implant, which is made of a metal selected from titanium or a titanium alloy, a cobalt-chromium alloy, and tantalum and is used for bonding with a living tissue including bone or teeth,
The surface layer portion of the portion where the implant is bonded to a biological tissue including bone or teeth has a porous structure with a depth of 50 μm to 1000 μm,
Irradiating the surface including the surface layer portion of the implant with a pulsed laser beam,
When irradiating the pulsed laser beam, by adjusting all of the following requirements (a) to (f), at least one of the orientation of the hole, the size of the hole, the depth of the hole, and the shape of the hole The manufacturing method of the implant which controls.
(A) Irradiation direction and angle when irradiating the implant with laser light (b) Irradiation speed when irradiating the implant with laser light (c) Irradiating the implant with laser light (D) Number of repetitions when irradiating the implant with laser light (e) Irradiation mode when irradiating the implant with laser light (f) Irradiating the implant with laser light Line spacing when
（ａ）１５度〜９０度
（ｂ）１０〜１，０００ｍｍ／ｓｅｃ
（ｃ）０．１〜５０ＧＷ/cm2
（ｄ）３〜８０回
（ｆ）０．０１〜１ｍｍ The irradiation mode of requirement (e) is an irradiation mode of irradiation while radiating heat from the implant when irradiating the implant with laser light, and the requirements (a) to (d) and (f) are the following numerical values. The method of manufacturing an implant according to claim 1, which is within a range.
(A) 15 to 90 degrees (b) 10 to 1,000 mm / sec
(C) 0.1-50 GW / cm 2
(D) 3 to 80 times (f) 0.01 to 1 mm
（ａ）１５度〜９０度
（ｂ）１００〜１，０００ｍｍ／ｓｅｃ
（ｃ）０．１〜２０ＧＷ/cm2
（ｄ）３〜８０回
（ｆ）０．０１〜１ｍｍ The irradiation mode of requirement (e) is an irradiation mode of irradiation while radiating heat from the implant when irradiating the implant with laser light, and the requirements (a) to (d) and (f) are the following numerical values. The method of manufacturing an implant according to claim 1, which is within a range.
(A) 15 to 90 degrees (b) 100 to 1,000 mm / sec
(C) 0.1-20 GW / cm 2
(D) 3 to 80 times (f) 0.01 to 1 mm
（ａ）４５度〜９０度
（ｂ）２００〜１，０００ｍｍ／ｓｅｃ
（ｃ）０．５〜５ＧＷ/cm2
（ｄ）３〜８０回
（ｆ）０．０２〜０．８ｍｍ The irradiation mode of requirement (e) is an irradiation mode of irradiation while radiating heat from the implant when irradiating the implant with laser light, and requirements (a) to (d) and (f) are the following numerical values The method of manufacturing an implant according to claim 1, which is within a range.
(A) 45 to 90 degrees (b) 200 to 1,000 mm / sec
(C) 0.5-5 GW / cm 2
(D) 3 to 80 times (f) 0.02 to 0.8 mm
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