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JP3176176B2 - 人工関節軟骨とその製造方法 - Google Patents

人工関節軟骨とその製造方法

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JP3176176B2 JP13036093A JP13036093A JP3176176B2 JP 3176176 B2 JP3176176 B2 JP 3176176B2 JP 13036093 A JP13036093 A JP 13036093A JP 13036093 A JP13036093 A JP 13036093A JP 3176176 B2 JP3176176 B2 JP 3176176B2
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保典 田村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、天然の関節軟骨を置換
する人工関節軟骨とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、部分的な関節軟骨の損傷において
も、関節全体を置換する全置換型人工関節が用いられて
いるが、関節軟骨のみを置換する事のできる人工関節軟
骨が、生体に対する侵襲が少なく、人工関節に一般に見
られるような周囲の骨組織の破壊などの問題を回避でき
るのではないかと考えられるようになり、その研究が盛
んに行われるようになってきた。
【0003】そのうち、特開平3ー141957号の発
明は、摺動特性に優れ且つ好適な弾性率を有するポリビ
ニールアルコール(以下、PVAと略称する)含水ゲル
と多孔性アルミナセラミックス或いは金属メッシュを組
み合わせてなる人工関節軟骨に関するものであり、この
発明において、多孔性アルミナセラミックス或いは金属
メッシュの気孔内の一部にPVAゲルを含浸固定させる
代わりに骨を増殖成長させる領域を確保するべく、所望
の領域に樹脂材料を予め含浸させるようにし、PVAの
ゲル化後にその樹脂を取り除くといった手法が採用され
ていた。
【0004】
【従来技術の課題】しかしながら、上記従来技術では、
PVAのゲル化後にその樹脂を取り除く工程が必要であ
ることから作製するのが面倒であるとともに、樹脂を含
浸させる際にその含浸領域を正確にコントロールするの
は難しく、しかるに骨の増殖成長のため最も適した領域
を確保することができなかったり、あるいはPVA含水
ゲルが強固に結合するのに必要な領域まで樹脂を含浸さ
せてしまったりするという不都合があった。
【0005】さらに、多孔性アルミナセラミックス或い
は金属メッシュ内に増殖成長した新生骨は、やがてPV
A含水ゲルと直接接するようになるが、このPVA含水
ゲルは、アルミナセラミックス或いはチタンなどと違
い、新生骨に対する刺激性を若干有していることから、
周囲の骨組織に悪影響を与える恐れがあった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、金属箔の両側にファイバーメッシュを固定し
てなる金属の3重構造体を構成する上記ファイバーメッ
シュの一方にポリビニルアルコール含水ゲルを含浸固定
することによって、ポリビニルアルコール含水ゲルの外
表面を形成してあることを特徴とする人工関節軟骨とそ
の製造方法を提供する。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。構成 図1は、人の股関節部分に用いられる大腿骨頭表面置換
型人工関節軟骨1を示し、この人工関節軟骨1は、チタ
ン、チタン合金、ステンレス鋼、CoーCr合金、ジル
コニウム、白金、金、銀等の生体為害性のない金属材料
よるなる金属箔2の両側に、該金属材料よりなるファイ
バーメッシュ3、4を固定してなる3重構造体5を構成
する上記ファイバーメッシュ3、4の一方(ファイバー
メッシュ4)にPVA含水ゲル6を含浸固定することに
よって、PVA含水ゲルの外表面7を形成してある。な
お、骨に固定される側のファイバーメッシュ3には梁状
突起3aが形成され、図2に示すように骨Aとの係合力
を補強するようになっている。
【0008】また、図3、図4及び図5には、それぞれ
本発明実施例としての臼蓋側表面置換型人工関節軟骨
1、脛骨側表面置換型人工関節軟骨1及び人体の椎間板
Bを置換するための人工関節軟骨1を示し、図6は人体
の椎間板Bを図5の人工関節軟骨1で置換した様子を示
している。
【0009】このように構成される上記人工関節軟骨1
は、上記金属箔2を仕切りとして骨の増殖成長のため最
も適した領域、すなわちファイバーメッシュ3とPVA
含水ゲルが強固に結合するのに必要な領域であるファイ
バーメッシュ4を、それぞれ予めデザイン、確保するこ
とができる。
【0010】さらに、上記金属箔2の仕切りによって、
ファイバーメッシュ3内に増殖成長した新生骨が直接P
VA含水ゲル6に接っする際に懸念される刺激性の問題
が起こらないので、これが原因となって周囲の骨組織に
悪影響を与えることもない。
【0011】以上から、生体内で安定であり、またPV
A含水ゲルの外表面7を形成してあることから摺動特性
にも優れ、さらにPVA含水ゲル6が好適な弾性率を有
することから理想的な応力伝達を行うことが可能であ
る。
【0012】作製方法 次に、上記人工関節軟骨1の作製方法を以下に説明す
る。なお、以下の説明において、PVA溶液の調整方法
およびゲル化方法は、特開平3ー141957号の発明
の方法に準拠するものである。まず、上記生体為害性の
ない金属材料よるなるファイバーをプレス成形して2個
のファイバーメッシュ3、4を得る。この際、これらの
ファイバーメッシュ3、4の気孔率は同一であっても、
異なっていてもよく、骨に固定される側のファイバーメ
ッシュ3は骨の増殖成長を促進するのに適した気孔率を
選択し、他方、PVA含水ゲル6を固定する側のファイ
バーメッシュ4はPVA含水ゲル6が十分な強度でもっ
て固定できるような気孔率を選択すれば良い。
【0013】しかる後、上記ファイバーメッシュ3、4
両者の間に上記生体為害性のない金属材料よりなる金属
箔2を挟み込んでおいて、これを真空中あるいは不活性
雰囲気中にて加熱し(保持時間約3時間)拡散結合さ
せ、上記3重構造体を得た。
【0014】次に、この3重構造体のファイバーメッシ
ュ3の表面を可塑性を持った不図示のシリコンラバーで
覆った後、適当な成形用の容器中に、ファイバーメッシ
ュ4を上にした状態で設置した。
【0015】さらに、水:ジメチルスルフォキシド=
2:8の混合溶媒中にPVA溶液を10%の濃度となる
ように調整した約100℃のPVA溶液を、上記容器内
に注ぎ込みファイバーメッシュ4にのみ上記PVA溶液
を含浸させた。
【0016】その後、上記成形用容器をー20℃に冷却
してPVAをゲル化し、つづいて常温にもどしたのちエ
タノール中に浸漬する事により溶媒をPVA中より除
き、ついで真空乾燥法にてPVA中のエタノールを除去
した。
【0017】最後に、切削加工及び研磨加工によりPV
Aの形状を整え、純水中に約37℃で48時間以上浸漬
した。
【0018】以上のようにして、上記人工関節軟骨1を
得た。なお、図7には、本発明実施例に係る上記脛骨側
表面置換型人工関節軟骨を作製する際に用いた、分割式
の成形用容器8を示し、同図において8aは容器上部ま
た8bは容器である。
【0019】実験例 次に、本発明に係る人工関節軟骨の力学的特性を確認す
るためにファイバーメッシュの圧縮強度及びPVA含水
ゲルとファイバーメッシュとの固定力を測定した。その
実験について以下、説明する。
【0020】まず、金属製線状体であるチタンファイバ
ーを金型プレスにより、5x5x7mmの形状のファイ
バーメッシュを成形した。この際、金型内に充填するチ
タンファイバーの量を調整することにより気孔率40
%、50%、60%及び70%のファイバーメッシュを
4種類各1組づつ作製した。つづいて、これらのファイ
バーメッシュによってチタン製の金属箔を挟んだものを
真空下、1300℃で3時間の加熱処理により拡散接合
させて、試験体としての3重構造体を得た。
【0021】これらの試験体の圧縮強度(降伏点に於け
る圧縮応力)を測定した結果を、表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1から明らかなように、上記圧縮強度は
気孔率に反比例しているが、85%では0.10MPa
となっており、力学的強度が不十分であり、他方、30
%のものは通常のプレス成形では作製不能であった。し
たがって圧縮強度の観点からすると、上記ファイバーメ
ッシュの気孔率は40%〜70%が好ましいことが判っ
た。
【0024】また、同様に直径5mm、長さ50mmの
円柱体状のファイバーメッシュを4種類各1組づつ作製
し、これらのファイバーメッシュによってチタン製の金
属箔を挟んだものを真空下、1300℃で3時間の加熱
処理により拡散接合させて4個の3重構造体を得た。
【0025】続いて、上記実施例の方法を用い、各3重
構造体の片方にPVA含水ゲルを固定し、直径4mm、
高さ5mmでPVA含水ゲルのみで構成される部分を付
加し、4個の試験体を得た。
【0026】これらの試験体のPVA含水ゲルとファイ
バーメッシュとの接合力を測定するため、PVA含水ゲ
ルのみで構成される部分とファイバーメッシュとの境界
面に平行な剪断力を加え、破壊が起こる際の剪断応力を
求めた。この結果を表2に示す。
【0027】
【表2】
【0028】表2から明らかなように、上記剪断強度は
気孔率に比例している。すなわち、気孔率が小さくなる
につれて剪断強度も小さくなる傾向があるが、気孔率が
35%では剪断強度が0.05MPaとなるので力学的
強度が不十分であり、PVA含水ゲルの剪断強度の観点
からすると、上記ファイバーメッシュの気孔率は40%
以上であることが好ましいことが判った。
【0029】以上から、本発明の人工関節軟骨を構成す
るファイバーメッシュの気孔率としては40%〜70%
が好ましい。
【0030】
【発明の効果】叙上の如く本発明の人工関節軟骨は、金
属箔の両側にファイバーメッシュを固定してなる金属の
3重構造体を構成する上記ファイバーメッシュの一方に
ポリビニルアルコール含水ゲルを含浸固定することによ
って、ポリビニルアルコール含水ゲルの外表面を形成し
てあることから、上記金属箔を仕切りとして骨の増殖成
長のため最も適した領域とPVA含水ゲルが強固に結合
するのに必要な領域を、それぞれ予めデザイン、確保す
ることができる。
【0031】さらに、上記金属箔の仕切りによって、フ
ァイバーメッシュ内に増殖成長した新生骨が直接PVA
含水ゲルに接っする際に懸念される刺激性の問題が起こ
らないので、これを原因として周囲の骨組織に悪影響を
与えることもない。
【0032】以上から、生体内で安定で、摺動特性にも
優れ、また好適な弾性率を有することから理想的な応力
伝達を行うことが可能となった人工関節軟骨である。
【0033】また、本発明の人工関節軟骨の製造方法
は、PVAゲル含浸固定の過程において樹脂材料を除去
するなどという面倒な工程を必要としないので、簡便
で、コスト的に有利なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例に係る大腿骨表面置換型人工関節
軟骨の断面図である。
【図2】大腿骨表面を置換した図1の人工関節軟骨を示
す側面図である。
【図3】本発明実施例に係る臼蓋側表面置換型人工関節
軟骨の断面図である。
【図4】本発明実施例に係る脛骨側表面置換型人工関節
軟骨の断面図である。
【図5】人体の椎間板を置換するための本発明実施例に
係る人工関節軟骨の断面図である。
【図6】人体の椎間板を置換した図5の人工関節軟骨を
示す側面図である。
【図7】図4の人工関節軟骨を作製する際に用いた、成
形用の容器を示す断面図である。
【符号の説明】
1 人工関節軟骨 2 金属箔 3 ファイバーメッシュ 4 ファイバーメッシュ 5 3重構造体 6 PVA含水ゲル 7 外表面 8 成形用容器 3a 梁状突起 8a 容器上部 8b 容器下部 A 骨 B 椎間板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 康雄 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の1 京 セラ株式会社滋賀工場内 審査官 弘實 謙二 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61F 2/28 A61L 27/00 WPI(DIALOG)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】生体為害性のない金属材料よなる金属箔
    の両側面に、該金属材料よりなるファイバーメッシュを
    固定してなる人工関節軟骨であって、上記ファイバーメ
    ッシュの一方にポリビニルアルコール含水ゲルを含浸固
    定して成るとともにポリビニルアルコール含水ゲルの外
    表面を有することを特徴とする人工関節軟骨。
  2. 【請求項2】高温かつ真空下もしくは不活性雰囲気中
    に、生体為害性のない金属材料よりなる金属箔の両側面
    に該金属材料よりなるファイバーメッシュを拡散結合に
    よって固定し、しかる後、上記ファイバーメッシュの一
    方にポリビニルアルコール含水ゲルを含浸固定して、ポ
    リビニルアルコール含水ゲルの外表面を形成することを
    特徴とする人工関節軟骨の製造方法。
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