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JP3455382B2 - Implant material - Google Patents

Implant material

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JP3455382B2
JP3455382B2 JP32594396A JP32594396A JP3455382B2 JP 3455382 B2 JP3455382 B2 JP 3455382B2 JP 32594396 A JP32594396 A JP 32594396A JP 32594396 A JP32594396 A JP 32594396A JP 3455382 B2 JP3455382 B2 JP 3455382B2
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JP
Japan
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glass
calcium phosphate
implant material
powder
cullet
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重雄 丸野
清治 伴
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  • Materials For Medical Uses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、骨組織と結合して
優れた生体活性を有し、強度が大きく、人工骨材、骨固
定及び接合材或いは骨補綴材、人工股関節の部分的代替
材料、及び、人工歯根、根管充填材、骨修復及び充填
材、人工歯材料などとして有用な生体用インプラント
料に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an artificial bone material, a bone fixing and joining material or a bone prosthesis material, which has excellent bioactivity by combining with bone tissue, has a high strength, and a partial substitute material for an artificial hip joint. And implant material for living body useful as artificial tooth root, root canal filling material, bone repairing and filling material, artificial tooth material, etc.
About the fee.

【0002】[0002]

【従来の技術】高齢化が進む社会状況の中で、大腿骨骨
折や関節炎が大きな問題となってきており、豊かで潤い
のある人生を求めて長期的使用に耐え得る人工股関節の
開発が強く望まれている。また、事故や疾患等により失
われた骨や歯の補綴材として、生体内に埋め込まれ、生
体組織と結合するインプラント材料の開発が強く望ま
れ、その一つとして、金属とセラミックからなる複合材
料が開発されている。即ち、機械的強度を金属で、生体
適合性をセラミックで得ようとするものである。
2. Description of the Related Art In an aging society, femoral fractures and arthritis have become major problems, and the development of artificial hip joints that can withstand long-term use is strongly sought in order to obtain a rich and healthy life. Is desired. In addition, as a prosthetic material for bones and teeth lost due to accidents or diseases, it is strongly desired to develop an implant material that is embedded in the living body and bonds with living tissue. One of them is a composite material composed of metal and ceramic. Is being developed. That is, it is intended to obtain mechanical strength with a metal and biocompatibility with a ceramic.

【0003】本発明者等は、こうした複合材料からなる
インプラント材料として、リン酸カルシウムをガラス中
に分散させたガラスセラミック層を金属基材上に形成
し、該ガラスセラミック層表面に酸による溶解エッチン
グで無数の空孔を形成したものを提案し(特公平4−3
226号公報)、更に、このようなインプラント材料を
人工体液中に浸漬させることにより、表面に生体親和性
に優れたヒドロキシアパタイトを析出させ、インプラン
ト材料と骨の結合を速めた方法を提案した(特開平4−
276257号公報)。
The inventors of the present invention formed a glass ceramic layer in which calcium phosphate is dispersed in glass as an implant material composed of such a composite material on a metal substrate, and the surface of the glass ceramic layer was dissolved and etched by an acid for countless times. We have proposed that the holes of the
No. 226), and further, by immersing such an implant material in an artificial body fluid, hydroxyapatite excellent in biocompatibility is deposited on the surface, thereby proposing a method for accelerating the bond between the implant material and the bone ( Japanese Patent Laid-Open No. 4-
276257).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】インプラント材料に求
められる主たる特性は、機械的強度、生体適合性、安全
性であり、上記した本発明者等が提案したインプラント
材料は、これらの特性を十分満足するものであり、ま
た、インプラント材料と骨が十分に結合した状態での強
度にも優れていた。
The main characteristics required for implant materials are mechanical strength, biocompatibility, and safety, and the above-mentioned implant materials proposed by the present inventors sufficiently satisfy these characteristics. In addition, it was also excellent in strength in a state where the implant material and the bone were sufficiently bonded.

【0005】しかし、前記した従来の方法では、リン酸
カルシウムをガラス中に分散させたガラスセラミックス
層を金属基材上に形成するに際して、分散リン酸カルシ
ウムを濃度勾配を持たせて連続的にコーティングするに
は熟練した技術が必要であり、更に、酸で表面のガラス
を溶解エッチングして、リン酸カルシウムが露呈した構
造の生体活性表面を形成させるには、用いるリン酸カル
シウムの性質(例えば化学的安定性や溶解性、結晶化
度)に大きく依存するという問題点があった。
However, according to the above-mentioned conventional method, when forming a glass-ceramic layer in which calcium phosphate is dispersed in glass on a metal substrate, it is necessary to continuously coat the dispersed calcium phosphate with a concentration gradient. In order to form a bioactive surface having a structure in which calcium phosphate is exposed by dissolving and etching the surface glass with acid, the properties of calcium phosphate used (for example, chemical stability, solubility, crystallinity, etc.) are required. There was a problem that it greatly depended on the degree of change.

【0006】即ち、リン酸カルシウムとしてヒドロキシ
アパタイト〔Ca10(PO46(OH)2〕(以下「H
A」と記す)を例にとると、その結晶の理論密度は3.
16g/cm3であり、一方、ガラスとしてアルミナホ
ウケイ酸系ガラスを例にとると、その密度は2.454
g/cm3である。従って、HA粉末とガラス粉末を目
的の割合に混合した粉末(この時のHA/ガラスの重量
比が、9/1、7/3、5/5、3/7、1/9のHA
分散混合物の密度は、それぞれ3.072、2.90
9、2.763、2.630、2.510g/cm3
なる)を基材上に塗布・焼成してコートすると、ガラス
の溶融によってHA微粒子は下部に沈降することにな
り、濃度勾配を有する連続コートが難しく、かつ最表面
被覆ガラス層の酸による溶解エッチングにも、用いるH
Aの性質も含めて厳しい制限があった。
That is, hydroxyapatite [Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ] (hereinafter referred to as “H
For example, the theoretical density of the crystal is 3.
Was 16g / cm 3, whereas, taking as an example an alumina borosilicate glass as the glass, its density 2.454
It is g / cm 3 . Therefore, a powder obtained by mixing HA powder and glass powder in a desired ratio (HA / glass weight ratio at this time is 9/1, 7/3, 5/5, 3/7, 1/9
The densities of the dispersed mixtures are 3.072 and 2.90, respectively.
(9, 2.763, 2.630, 2.510 g / cm 3 ) is applied and baked on the base material, and the HA fine particles settle to the bottom due to the melting of the glass, and the concentration gradient is It is difficult to have a continuous coat, and H is also used for dissolution etching of the outermost surface coated glass layer with an acid.
There were severe restrictions, including the nature of A.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記問題
を解決し、組成並びに構造ムラが少なく、市販のリン酸
カルシウム塩を用いても再現性良く容易に生体活性イン
プラント材料を作成することに成功した。
Means for Solving the Problems The present inventors have solved the problems described above, and have a small composition and structural unevenness, and easily produce a bioactive implant material with good reproducibility even when a commercially available calcium phosphate salt is used. Successful.

【0008】即ち、本発明は、インプラント材料であ
り、少なくとも表面にリン酸カルシウムを有するガラス
セラミック層を、ガラス粉末とリン酸カルシウム粉末を
混合分散し、この混合分散粉末を加熱することによりガ
ラス粉末を溶融した後、冷却固化して得られるカレット
塊を粉砕したリン酸カルシウム分散カレット微粉末を、
金属基材上にコーティングし、焼成して設けたことを特
徴とする。
That is, the present invention is an implant material, which comprises a glass ceramic layer having calcium phosphate on at least the surface thereof, a glass powder and a calcium phosphate powder.
Mix and disperse, and heat the mixed and dispersed powder to
Caret obtained by melting lath powder and then cooling and solidifying
Calcium phosphate-dispersed cullet fine powder obtained by crushing lumps,
It is characterized in that it is provided by coating on a metal substrate and firing .

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明のインプラント材料に用い
られる金属基材の金属としては、特に限定されないが、
チタン;Ti−6Al−4V合金、Ti−6Al−4V
+20Vol%Mo、Ti−6Al−4V+40Vol
%Mo、Ti−6Al−7Rh等のチタン系合金;Ni
−Cr系合金;Co−Cr系合金、ステンレス鋼等が挙
げられる。このうち、生体内耐蝕性に優れ、生体とのな
じみも良いという点でチタン、チタン系合金が好まし
く、材料強度が大きいということからTi−Al系合金
が特に好ましく、且つ最近ではかなり複雑な形状のもの
まで精密微細加工ができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The metal of the metal substrate used in the implant material of the present invention is not particularly limited,
Titanium; Ti-6Al-4V alloy, Ti-6Al-4V
+ 20Vol% Mo, Ti-6Al-4V + 40Vol
% Mo, titanium alloys such as Ti-6Al-7Rh; Ni
-Cr alloys; Co-Cr alloys, stainless steel and the like can be mentioned. Of these, titanium and titanium-based alloys are preferable in terms of excellent in-vivo corrosion resistance and good compatibility with living bodies, and Ti-Al-based alloys are particularly preferable because of their high material strength, and recently, quite complicated shapes. It is possible to perform precision and fine processing even for things.

【0011】本発明において上記金属基材上に形成する
ガラスセラミック層としては、少なくとも表面にリン酸
カルシウムを有すれば、特に形態は限定されないが、好
ましくは、ガラス中にリン酸カルシウムが表面に向かっ
て含有量が連続的に増加する濃度勾配を有して分散さ
れ、且つ表面に骨との結合に適した粗さと無数の空孔を
有するとともに、上記リン酸カルシウムが露出したもの
が用いられる。中間ガラス層を設ける場合も同様であ
る。
In the present invention, the glass ceramic layer formed on the metal substrate is not particularly limited in form as long as it has calcium phosphate on the surface, but preferably the content of calcium phosphate in the glass is toward the surface. Is dispersed with a continuously increasing concentration gradient, has a roughness suitable for binding to bone and a myriad of pores on the surface, and the calcium phosphate is exposed. The same applies when the intermediate glass layer is provided.

【0012】本発明に用いるリン酸カルシウムとして
は、ヒドロキシアパタイト(HA)〔Ca10(PO46
(OH)2〕、α−リン酸三カルシウム〔α−TCP:
Ca3(PO42〕、β−リン酸三カルシウム〔β−T
CP:Ca3(PO42〕、リン酸八カルシウム〔OC
P:Ca82(PO46・5H2O〕、ブルサイト〔B
rushite:CaHPO4・2H2O〕等が挙げら
れ、HAを多量に含有するのが好ましく、Ca/P(モ
ル比)が1.50〜1.75の範囲にあるものが望まし
い。ちなみにHAのCa/Pは1.67である。HAは
生体骨の主要組成であり、このHAが存在することによ
り生体骨との親和性が発現するのである。
The calcium phosphate used in the present invention is hydroxyapatite (HA) [Ca 10 (PO 4 ) 6
(OH) 2 ], α-tricalcium phosphate [α-TCP:
Ca 3 (PO 4 ) 2 ], β-tricalcium phosphate [β-T
CP: Ca 3 (PO 4 ) 2 ], octacalcium phosphate [OC
P: Ca 8 H 2 (PO 4) 6 · 5H 2 O ], brucite [B
RUSHITE: CaHPO 4 .2H 2 O] and the like, and preferably contains a large amount of HA, and Ca / P (molar ratio) is preferably in the range of 1.50 to 1.75. Incidentally, the Ca / P of HA is 1.67. HA is the main composition of living bone, and the presence of this HA causes the affinity with living bone to be expressed.

【0013】次にガラスセラミック層又は中間ガラス層
に使用し得るガラスとしては、以下の組成を有するアル
ミナホウケイ酸系ガラスが金属基材との接合強度及び線
膨張係数、更には焼成時においてリン酸カルシウムとガ
ラスフリットがほとんど反応しないなどの観点から好ま
しい例として挙げられる。
Next, as a glass which can be used for the glass ceramic layer or the intermediate glass layer, an alumina borosilicate glass having the following composition is used for bonding strength and linear expansion coefficient with a metal substrate, and further for calcium phosphate during firing. A preferable example is given from the viewpoint that the glass frit hardly reacts.

【0014】 SiO2+B23+Al23 75〜85重量% アルカリ成分 15〜20重量% ここで、アルカリ成分の割合は、Na2O、K2O、Li
2O等の如きアルカリ金属酸化物の合計での量である。
そして、上記アルミナホウケイ酸系ガラスには必要に応
じてZrO2、TiO2等の金属酸化物及びCaF2など
の少量を添加してもよい。
SiO 2 + B 2 O 3 + Al 2 O 3 75-85 wt% Alkali component 15-20 wt% Here, the proportion of the alkali component is Na 2 O, K 2 O, Li.
It is the total amount of alkali metal oxides such as 2 O.
If necessary, a small amount of metal oxide such as ZrO 2 , TiO 2 and CaF 2 may be added to the alumina borosilicate glass.

【0015】上記シリカアルミナ系ガラスの組成物の配
合割合が選択される理由は以下の通りである。
The reason for selecting the compounding ratio of the silica-alumina glass composition is as follows.

【0016】アルカリ成分が上記範囲を越えると、ガラ
スの線膨張係数が金属基材の線膨張係数との比較におい
て大き過ぎて、特に本発明に係るインプラント材料を焼
成製造する際の焼成条件を考慮すると、温度変化による
歪みが大きくなる傾向があり好ましくなく(ちなみに、
ガラスの線膨張係数は金属基材の熱膨張系数の90〜9
5%の範囲にあるのが好ましい。これは、ガラスが圧縮
に対して強く、引張に対して弱いことに基づくものであ
る。)、金属基材(特にチタン及びチタン合金)との密
着性並びに結合強度が減少する傾向にある。また、イン
プラント材料とした際のアルカリの溶出の問題が起こり
(アルカリ成分の増加と共にガラスの化学的安定性や耐
食性が変化する)、生体組織や細胞への刺激が生じる傾
向があり、更には焼成時においてリン酸カルシウム成分
との反応が起こり、リン酸カルシウムの分解を誘発する
傾向があり、好ましくない。
If the alkaline component exceeds the above range, the linear expansion coefficient of glass is too large in comparison with the linear expansion coefficient of the metal substrate, and in particular, the firing conditions when firing and manufacturing the implant material according to the present invention are taken into consideration. Then, distortion due to temperature change tends to increase, which is not preferable (by the way,
The linear expansion coefficient of glass is 90 to 9 which is the coefficient of thermal expansion of the metal base material.
It is preferably in the range of 5%. This is based on the fact that glass is strong against compression and weak against tension. ), Adhesion to metal substrates (particularly titanium and titanium alloys) and bond strength tend to decrease. In addition, there is a problem of alkali elution when used as an implant material (the chemical stability and corrosion resistance of glass change with the increase of alkali components), which tends to cause irritation to living tissues and cells. At times, a reaction with a calcium phosphate component occurs, which tends to induce decomposition of calcium phosphate, which is not preferable.

【0017】アルカリ成分が上記範囲より少ないと、ガ
ラスとしての溶融温度が高くなる傾向があり、コーティ
ング温度を高くせざるを得なくなり、コーティング温度
を高くすれば、金属基材(特にチタン及びチタン系合
金)の強度劣化が起こる傾向があり、更にはリン酸カル
シウムとガラスとの過度の反応が起こる傾向があり好ま
しくない。
If the amount of the alkali component is less than the above range, the melting temperature of the glass tends to be high, and the coating temperature must be increased. (Alloy) is liable to deteriorate in strength, and further, excessive reaction between calcium phosphate and glass tends to occur, which is not preferable.

【0018】リン酸カルシウムを含有するガラスセラミ
ックの線膨張係数はリン酸カルシウムの含量の増加に伴
って増加する。従って、リン酸カルシウムの含量を調整
することによっても混合物の線膨張係数をコントロール
することが可能であり、本発明のインプラント材料にお
いて、特に中間ガラス層を介してなる態様の場合、リン
酸カルシウムを含有するガラスセラミック層に用いるガ
ラスの線膨張係数はいかようにも取り得る。
The coefficient of linear expansion of glass-ceramics containing calcium phosphate increases with increasing content of calcium phosphate. Therefore, it is possible to control the linear expansion coefficient of the mixture also by adjusting the content of calcium phosphate, and in the implant material of the present invention, particularly in the case of the embodiment in which the intermediate glass layer is interposed, a glass ceramic containing calcium phosphate. The linear expansion coefficient of the glass used for the layer can be any value.

【0019】ガラスセラミック層中におけるリン酸カル
シウムの含有率は、金属基材上に直接該ガラス層を設け
る場合は15〜50重量%の範囲にするのが好ましく、
金属基材上に中間ガラス層を設ける場合には15〜80
重量%とするのが好ましい。該リン酸カルシウムの含有
率が上記範囲より少ないと生体適合性が悪くなる傾向が
あり好ましくない。中間ガラス層を介しない場合に該リ
ン酸カルシウムの配合率の上限が50重量%であるの
は、50重量%を越えると、金属基材との接合力が低下
し、インプラントとしての材料強度が低くなる傾向があ
るためである。
The content of calcium phosphate in the glass ceramic layer is preferably in the range of 15 to 50% by weight when the glass layer is directly provided on the metal substrate.
15-80 when the intermediate glass layer is provided on the metal substrate
It is preferably set to wt%. If the content of the calcium phosphate is less than the above range, biocompatibility tends to deteriorate, which is not preferable. The upper limit of the compounding ratio of the calcium phosphate is 50% by weight when the intermediate glass layer is not interposed. When it exceeds 50% by weight, the bonding strength with the metal base material is lowered and the material strength as an implant is lowered. This is because there is a tendency.

【0020】また、中間ガラス層を有する場合には、金
属基材との接合力が増大し、リン酸カルシウムを分散し
たガラスセラミック層と中間ガラス層は連続的に強固に
一体となって接合しているため、上記ガラスセラミック
層のリン酸カルシウム含有率は、それ自体が剥離せず、
しかも溶出が過大にならない80重量%以下が好まし
い。
Further, when the intermediate glass layer is provided, the bonding force with the metal base material is increased, and the glass ceramic layer in which calcium phosphate is dispersed and the intermediate glass layer are bonded continuously and firmly and integrally. Therefore, the calcium phosphate content of the glass ceramic layer does not peel itself,
Moreover, it is preferably 80% by weight or less so that elution is not excessive.

【0021】次に、本発明のインプラント材料の製法に
ついて説明する。
Next, a method for producing the implant material of the present invention will be described.

【0022】先ず、金属基材上に直接ガラスセラミック
層を形成したインプラント材料の製法について、前記し
た表面に骨との接合に適した粗さと無数の空孔を有する
ガラスセラミック層を例に挙げて説明する。
First, regarding the method for producing an implant material in which a glass ceramic layer is directly formed on a metal base material, the glass ceramic layer having roughness and innumerable pores suitable for joining with bone on the surface is taken as an example. explain.

【0023】金属基材はコーティングの前に脱脂、酸洗
いの後ブラスト処理を施すのが好ましい。ブラスト処理
は金属基材の平均中心線粗さが1〜3.4μmとなるよ
うにするのがより好ましい。また、ブラスト処理の後、
真空下に900〜950℃の温度で熱処理することによ
り酸化膜を形成しても良い。
The metal substrate is preferably subjected to degreasing before coating, pickling and blasting. More preferably, the blast treatment is performed so that the average centerline roughness of the metal substrate is 1 to 3.4 μm. Also, after blasting,
You may form an oxide film by heat-processing in 900-950 degreeC temperature under vacuum.

【0024】次にリン酸カルシウムとしてHAを例にと
って、コーティング処理について説明する。
Next, the coating process will be described by taking HA as an example of calcium phosphate.

【0025】HAは公知の方法で製造されるが、そのう
ち、湿式法を採用した場合には、Ca(OH)2水溶液
にH3PO4を添加して生成したHAを乾燥後800℃で
仮焼きし、1200℃で焼成した後、粉砕して所定の粒
度に粒度調整する。乾式法では、CaCO3とCaHP
4の焼結反応(1200℃×12時間)などにより合
成されるものを粉砕し、粒度調整する。一方、ガラスも
所定の粒度に粒度調整する。
HA is produced by a known method. Among them, when the wet method is adopted, HA produced by adding H 3 PO 4 to Ca (OH) 2 aqueous solution is dried at 800 ° C. After baking and firing at 1200 ° C., the powder is crushed and adjusted to a predetermined particle size. In the dry method, CaCO 3 and CaHP
What is synthesized by the sintering reaction of O 4 (1200 ° C. × 12 hours) or the like is crushed to adjust the particle size. On the other hand, glass is also adjusted to a predetermined particle size.

【0026】次に粒度調整されたHAとガラス粉末を所
定の重量比で混合分散した混合粉を加熱することにより
ガラス粉末を溶融した後、冷却固化してカレット塊を作
り、それを粉砕してカレット微粒子を調製する。カレッ
ト微粒子調整のフローチャートを図1に示す。
Next, the glass powder is melted by heating the mixed powder in which HA and the glass powder having the adjusted particle size are mixed and dispersed at a predetermined weight ratio, and then cooled and solidified to form a cullet mass, which is crushed. Prepare cullet microparticles. A flow chart for cullet particle adjustment is shown in FIG.

【0027】カレット塊の作製に際し、加熱温度は90
0℃〜1100℃未満の範囲が好ましく、より好ましく
は900℃〜1000℃の範囲である。加熱温度が11
00℃以上では、溶融ガラスとの反応がわずかではある
が認められる傾向があり好ましくなく、また加熱温度が
900℃未満では焼成不十分(溶融ガラス相の粘度も高
い)となり、分散HA粒子の濡れや発生する気泡の脱泡
も不完全となり、均質なカレット塊の作製が困難になる
傾向がある(ちなみにガラスの軟化温度は672℃であ
り、ガラスの割合が多い場合には撹拌溶融も推奨され
る)。
In producing the cullet lump, the heating temperature is 90
The range of 0 ° C to less than 1100 ° C is preferable, and the range of 900 ° C to 1000 ° C is more preferable. Heating temperature is 11
Above 00 ° C, a slight reaction with molten glass tends to be observed, which is not preferable, and when the heating temperature is below 900 ° C, firing is insufficient (the viscosity of the molten glass phase is high), and the dispersed HA particles become wet. Also, defoaming of bubbles generated tends to be incomplete, and it tends to be difficult to produce a uniform cullet lump (By the way, the softening temperature of glass is 672 ° C, and stirring and melting are recommended when the proportion of glass is large. ).

【0028】また、真空中で加熱を行えば、ガラスの溶
融によりHA粒子とガラスの間に閉じこめられら気泡の
排出が容易となり好ましい。
Further, it is preferable to carry out heating in a vacuum because the glass is melted and trapped between the HA particles and the glass so that bubbles can be easily discharged.

【0029】尚、目的の組成を有するカレットの作成
は、HA含有量の異なるカレット粉末の組み合わせ、カ
レット粉末とガラス、カレット粉末とHAの組み合わせ
のいずれかを加熱することによっても行うことができ
る。かかる方法によれば、気泡の発生やガラスセラミッ
ク層の強度のコントロールが可能となる。尚、この場合
には、加熱温度を上述のカレット作製温度より低い70
0〜900℃の範囲で行うことが好ましい。
The cullet having the desired composition can be prepared by heating either a combination of cullet powders having different HA contents, a combination of cullet powder and glass, or a combination of cullet powder and HA. According to this method, it is possible to control the generation of bubbles and the strength of the glass ceramic layer. In this case, the heating temperature is lower than the cullet manufacturing temperature above 70.
It is preferably carried out in the range of 0 to 900 ° C.

【0030】加熱時間は均質なカレット塊が得られるな
らば短時間であることが望ましいが、好ましくは4〜2
0分、より好ましくは5〜15分であり、この時間内で
はHAと溶融ガラス相との反応は認められない。
The heating time is preferably short if a homogeneous cullet mass is obtained, but preferably 4 to 2
It is 0 minutes, more preferably 5 to 15 minutes, and within this time, no reaction between HA and the molten glass phase is observed.

【0031】カレット微粉末を、目的とする基材(金属
基材、ガラス層あるいはガラスセラミック層)に塗布コ
ーティングした後焼成する。コーティング方法は特に限
定されないが、表面に向かって連続的にHA含有量が多
くなるように濃度勾配を持たせてコーティングすること
が好ましい。濃度勾配は、一定のHA含量のカレット微
粉末を用いることにより形成してもよいし、HA含量の
異なるカレット微粉末を用いて複数の層を設けることに
より形成してもよい。尚、複数層を設ける場合には、各
層のHA含量が20〜80重量%の範囲内にあることが
好ましい。
The cullet fine powder is applied and coated on a target substrate (metal substrate, glass layer or glass ceramic layer) and then fired. The coating method is not particularly limited, but it is preferable to perform coating with a concentration gradient so that the HA content continuously increases toward the surface. The concentration gradient may be formed by using cullet fine powder having a constant HA content, or may be formed by providing a plurality of layers using cullet fine powder having different HA contents. When a plurality of layers are provided, the HA content of each layer is preferably within the range of 20-80% by weight.

【0032】焼成温度は850℃〜1100℃の範囲が
好ましい。850℃未満では焼成不十分となり、金属基
材との接合強度が弱くなる傾向がある。1100℃を越
えると金属基材(特にチタン、チタン系合金)の強度低
下を起こす傾向があり、また、ガラスが共存することも
あってHAの分解反応が起こる傾向があり好ましくな
い。
The firing temperature is preferably in the range of 850 ° C to 1100 ° C. If the temperature is lower than 850 ° C., the firing will be insufficient and the bonding strength with the metal base material tends to be weak. If it exceeds 1100 ° C, the strength of the metal base material (particularly titanium, titanium-based alloy) tends to decrease, and the coexistence of glass tends to cause a decomposition reaction of HA, which is not preferable.

【0033】次に上記のようにコーティングした後、酸
でエッチング処理を行なう。エッチング処理はHFとH
NO3の混液で行なうのが簡単で好ましいが、HF蒸気
中で適度の時間をかけて試片表面をむらなくエッチング
する方法も推奨される。
Next, after coating as described above, etching treatment is performed with acid. Etching process is HF and H
It is simple and preferable to use a mixed solution of NO 3 , but a method of uniformly etching the surface of the specimen in HF vapor for a suitable time is also recommended.

【0034】酸によってガラスを溶解してエッチングす
ることにより、ガラスセラミック層の表層は凹凸の激し
い無数の空孔を有するものとなり、且つリン酸カルシウ
ムが露出した構造をとることとなる。該空孔の大きさは
数μm〜50μmが好ましい。
By dissolving and etching the glass with an acid, the surface layer of the glass-ceramic layer has innumerable pores with large irregularities and has a structure in which calcium phosphate is exposed. The size of the holes is preferably several μm to 50 μm.

【0035】金属基材上に中間ガラス層を介してガラス
セラミック層を設けたインプラント材料の製法について
は、中間ガラス層をコーティングする工程が追加される
だけで、他は上記と同様にすれば良い。中間ガラス層の
コーティングの際の焼成温度は850℃〜1100℃が
好ましい。
Regarding the manufacturing method of the implant material in which the glass ceramic layer is provided on the metal base material via the intermediate glass layer, only the step of coating the intermediate glass layer is added, and the others may be the same as above. . The firing temperature at the time of coating the intermediate glass layer is preferably 850 ° C to 1100 ° C.

【0036】[0036]

【実施例】次に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明
する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0037】実施例1 下記表の組成を有するアルミナホウケイ酸系ガラスを1
400℃から金属製ロール(銅製)に注入しスプラット
急冷して薄片状ガラスフリットを作製した後、平均粒度
が20μmになるよう粉砕しフリット粉末として用い
た。
Example 1 An alumina borosilicate glass having the composition shown in the table below was used.
It was poured into a metal roll (made of copper) from 400 ° C. and rapidly cooled by splat to prepare a glass frit in the shape of flakes, which was then ground to an average particle size of 20 μm and used as a frit powder.

【0038】[0038]

【表1】 湿式法により、高純度Ca(OH)2の水溶液(pH1
2〜13)にH3PO4水溶液を滴下し沈殿物を得、仮
焼、焼成を経てHAを合成した。
[Table 1] An aqueous solution of high-purity Ca (OH) 2 (pH 1
2 to 13), an aqueous solution of H 3 PO 4 was dropped to obtain a precipitate, which was calcined and fired to synthesize HA.

【0039】粉砕して平均粒度20μmとしたHA粉末
と、フリット粉末を2:8,3:7,5:5,6:4,
7:3,8:2,9:1の割合(HA20〜90%)に
混合し、図1に示すフローチャートの手順でカレット微
粒子を調製した。カレット粒子は200メッシュ通過
(74μm以下)の粒度とした。
HA powder pulverized to an average particle size of 20 μm and frit powder 2: 8, 3: 7, 5: 5, 6: 4,
The cullet microparticles were prepared by mixing in a ratio of 7: 3, 8: 2, 9: 1 (HA 20 to 90%) and following the procedure of the flowchart shown in FIG. The cullet particles have a particle size of 200 mesh (74 μm or less).

【0040】図2はHAとフリットを7:3の重量割合
で混合した(即ち70重量%HA、以下混合割合を70
%HAと表示する)混合物(a)及びその混合物を90
0℃で5分間加熱して調製したカレット(b)の粉末X
線回折図形である。HA結晶の各回折線強度(主な回折
面を括弧で示してある)は、(a)(b)ともに変ら
ず、HAの結晶微粒子はカレットでもガラス母相中に均
質に分散して安定に存在していることがわかる。
In FIG. 2, HA and frit were mixed in a weight ratio of 7: 3 (that is, 70 wt% HA, and the following mixing ratio was 70).
% HA) (mixture (a) and its mixture)
Powder X of cullet (b) prepared by heating at 0 ° C for 5 minutes
It is a line diffraction pattern. The diffraction line intensities of HA crystals (the main diffraction planes are shown in parentheses) do not change in both (a) and (b), and the HA crystal fine particles are evenly dispersed in the glass matrix phase even in the cullet and are stable. You can see that it exists.

【0041】次に乾式法で合成され結晶性HAとして市
販されているHA粉末(平均粒度20μm)とガラスフ
リットを上記と同様に種々の割合(20〜90%)混合
し、それら混合物を900℃,1000℃,1100℃
の各温度で5〜30分間加熱し、粉砕・調製して各種カ
レット微粒子を得た。これらの加熱焼成条件のもとでの
HAとガラスフリットの反応性をX線回折により調べ
た。
Next, HA powder (average particle size 20 μm) synthesized by a dry method and commercially available as crystalline HA and glass frit were mixed in various proportions (20 to 90%) in the same manner as above, and the mixture was heated to 900 ° C. , 1000 ℃, 1100 ℃
Was heated at each temperature for 5 to 30 minutes, pulverized and prepared to obtain various cullet fine particles. The reactivity between HA and glass frit under these heating and firing conditions was examined by X-ray diffraction.

【0042】図3及び図4は、それぞれ900℃,10
00℃,1100℃で5分間、及び900℃で5分,1
0分,15分加熱し、調製して得たカレット粉末のX線
回折の結果を示す。図3の1100℃において回折強度
のわずかな減少が認められる以外は、特別な差はない。
なお、乾式または湿式合成HA粉末を用いて作製したカ
レットにおいても同様な結果が得られた。それ故、カレ
ットの調製は加熱温度900℃〜1100℃未満、好ま
しくは900℃〜1000℃、焼成時間4〜20分、好
ましくは5〜15分が適している。
3 and 4 show 900 ° C. and 10 ° C., respectively.
00 ℃, 1100 ℃ for 5 minutes, and 900 ℃ for 5 minutes, 1
The result of X-ray diffraction of the cullet powder obtained by heating for 0 minutes and 15 minutes is shown. There is no particular difference except that a slight decrease in diffraction intensity is observed at 1100 ° C. in FIG.
Similar results were obtained with cullet produced using dry or wet synthetic HA powder. Therefore, for the preparation of cullet, a heating temperature of 900 ° C to less than 1100 ° C, preferably 900 ° C to 1000 ° C, and a firing time of 4 to 20 minutes, preferably 5 to 15 minutes are suitable.

【0043】図5は加熱条件900℃、5分で調製した
HA含有量の異なるカレット粉末の走査形電子顕微鏡
(以下、SEMと略称)写真である。(a),(b)及
び(c)はそれぞれ30%HA,50%HA及び70%
HAである。HA含有量が多い程、微細な粒径に粉砕・
調製されていることがわかる。
FIG. 5 is a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as SEM) photograph of cullet powders having different HA contents prepared under heating conditions of 900 ° C. for 5 minutes. (A), (b) and (c) are 30% HA, 50% HA and 70% respectively
HA. The higher the HA content, the finer the particle size
You can see that it is prepared.

【0044】高倍率のSEM観察により、結晶性HA微
粒子と溶融したフリットのガラス母相との濡れは極めて
よく、とくに高温度で加熱する程顕著であり[ちなみに
ガラスの粘度log ηの値は、900℃で4.8(p
oise)、1100℃で3.3(poise)]、ま
た、HA微粒子の分散とカレット組成の均一化は加熱時
間が長くなると悪くなる傾向があることがわかった。
By high-magnification SEM observation, wetting of the crystalline HA fine particles and the glass matrix of the frit melted was extremely good, and the more remarkable it was when heated at a high temperature [By the way, the value of viscosity log η of glass is 4.8 (p at 900 ° C)
oise), 3.3 (poise) at 1100 ° C.], and it was found that the dispersion of HA fine particles and the homogenization of the cullet composition tend to become worse as the heating time becomes longer.

【0045】チタン基材を脱脂、酸洗滌し、アランダム
で平均アラサが2.3〜6.7μmにブラスト処理して
用いた。
The titanium base material was degreased, pickled, and blasted with an alundum to have an average roughness of 2.3 to 6.7 μm.

【0046】1000℃5分の加熱条件で調製した30
%HA及び40%HAカレット粉末を、それぞれ蒸留水
と1:1に混ぜ、サンドブラストしたTi及びTi−6
Al−4V基材(15×20×0.5mm)上にスプレ
イ塗布し、70〜90℃で乾燥後、900℃で3分大気
中で焼付した。次いで3%HFと5%HNO3の混液
で、最表面層のガラス膜を2分エッチングすることによ
り、表面にHA粒子が露呈し、かつ無数の空孔を有する
インプラント材料を得た。30%HA及び40%HAイ
ンプラント材料ともに基材と充分に密着した充分な強度
を有し、凹凸の激しい組織となっている。
30 prepared under heating conditions of 1000 ° C. for 5 minutes
% HA and 40% HA cullet powder were mixed with distilled water 1: 1 respectively and sandblasted Ti and Ti-6
It was spray-coated on an Al-4V substrate (15 × 20 × 0.5 mm), dried at 70 to 90 ° C., and then baked at 900 ° C. for 3 minutes in the atmosphere. Then, the glass film of the outermost surface layer was etched for 2 minutes with a mixed solution of 3% HF and 5% HNO 3 to obtain an implant material having HA particles exposed on the surface and having numerous pores. Both the 30% HA and 40% HA implant materials have sufficient strength to be sufficiently adhered to the base material and have a structure with severe irregularities.

【0047】HA含有量が50%が越えるカレット粉末
を上記と同じ条件でTi基材に直接焼付けコーティング
し、上記と同様のエッチング処理したものは、より多く
の分散HA微粒子が表面に露呈し、かつ無数の空孔を有
し凹凸のある骨組織との接合に好ましい表面を形成する
が、このインプラント材料を生体用インプラントに用い
るにはHA−ガラスのガラスセラミック層とTi基材と
の結合強度の確保に問題が残る傾向がある。この結合
度は、Ti基材を真空中(10-1〜10-3Torr)8
50〜950℃で5〜10分間熱処理することにより著
しく改善される。
A cullet powder having an HA content of more than 50% was directly baked and coated on a Ti substrate under the same conditions as above, and the same etching treatment as above was performed, so that more dispersed HA particles were exposed on the surface, In addition, it has a number of pores and forms a preferable surface for joining with uneven bone tissue. To use this implant material in a biomedical implant, the bonding strength between the glass ceramic layer of HA-glass and the Ti substrate is used. There is a tendency for problems to remain. This bonding strength is obtained by applying a Ti base material in a vacuum (10 −1 to 10 −3 Torr) 8
It is remarkably improved by heat treatment at 50 to 950 ° C. for 5 to 10 minutes.

【0048】実施例2 実施例1と同様にして調合されたHA粉末及び乾燥法に
より作製されたHA結晶粉末を、それぞれ30,50,
60,70,80及び90重量%含有するHA−ガラス
混合物を調合し、アルミナ坩堝及び白金坩堝に入れ電気
炉(空気中)で900〜1000℃,5分間加熱し、カ
レット塊を作製した。
Example 2 HA powder prepared in the same manner as in Example 1 and HA crystal powder prepared by the drying method were respectively used at 30, 50, and
HA-glass mixtures containing 60, 70, 80 and 90% by weight were prepared, placed in an alumina crucible and a platinum crucible and heated in an electric furnace (in air) at 900 to 1000 ° C. for 5 minutes to prepare a cullet lump.

【0049】HAを30%及び50%含有するものは、
加熱時に溶融したガラスが用いた各坩堝の内壁にくっつ
き、カレット塊を容易に取り出すことが出来ず歩留りが
悪くなる傾向がある。従って、HA含有量の多い70%
HA,80%HA及び90%HAのカレットを調製した
後、それにガラスフリットを加えて900℃5分間加熱
し、HAが30%,50%(或いは必要に応じて任意の
HA含有量の少ないもの)のカレット塊を作製し、それ
を粉砕・調製してカレット粉末を得た。
Those containing 30% and 50% HA include
The molten glass at the time of heating adheres to the inner wall of each crucible used, and the cullet lump cannot be easily taken out, and the yield tends to deteriorate. Therefore, 70% HA content is high
After preparing the cullet of HA, 80% HA and 90% HA, add glass frit to it and heat it at 900 ° C for 5 minutes to obtain HA with 30% or 50% (or any low HA content if necessary). ), A cullet mass was prepared and crushed and prepared to obtain cullet powder.

【0050】なお結晶性のよいHA粒子では(湿式法で
も乾式法でも)上記のように調製されたカレットの性質
(HA粒子とガラスやカレットとTi基材との濡れ、脱
泡や泡構造、さらにはカレット粉末をTi及びTi合金
基材上に焼付けコーティングしたHA−ガラス層表面の
エッチング挙動など)には、本質的な違いがないことが
わかった(勿論、HA粒子の形状や粒径の違いによるH
A−ガラス層の表面粗さや空孔分布などの表面組織には
差異が認められるが、HA−ガラスの生体活性特性には
差が認められない)。
For HA particles having good crystallinity (whether wet method or dry method), the properties of the cullet prepared as described above (wetting between HA particles and glass or cullet and Ti base material, defoaming and foam structure, Furthermore, it was found that there is no substantial difference in the etching behavior of the HA-glass layer surface obtained by baking-coating cullet powder on Ti and Ti alloy substrates (of course, the shape and particle size of HA particles are different). H due to the difference
Differences are observed in the surface texture such as surface roughness and pore distribution of the A-glass layer, but no difference in the bioactive properties of HA-glass).

【0051】純Ti棒及びTi−6Al−4V合金棒
(3.1mmφ×20mm,平均表面アラサ2.3〜
6.8μm)に第一層にガラス、第二層に30%HAカ
レット粉末(以下単に30%HAと略記)、第三層に5
0%HA、第四層に70%HAを順次各900℃2分間
大気中で焼付けコーティング(HA含有量が表面に向か
って多くなるように濃度勾配を持たせてコーティング)
した。次に化学エッチングし最表面層のガラス被覆膜を
除去し、生体活性表面を形成した。
Pure Ti rod and Ti-6Al-4V alloy rod (3.1 mmφ × 20 mm, average surface roughness 2.3-)
6.8 μm) for the first layer of glass, the second layer for 30% HA cullet powder (hereinafter simply referred to as 30% HA), and the third layer for 5%.
0% HA and 70% HA are sequentially baked on the 4th layer at 900 ° C. for 2 minutes in the atmosphere (coating with a concentration gradient so that the HA content increases toward the surface)
did. Next, chemical etching was performed to remove the glass coating film of the outermost surface layer to form a bioactive surface.

【0052】図6は、Ti棒上に上記のようにHA(多
結晶微粒子)含有量が、表面に向かって多くなるように
濃度勾配を持たせてコーティングし(厚さ約100μ
m)、最表面層が70%HAであるHA−ガラス−Ti
インプラント材料表面のSEM写真である。(a)はコ
ートしたまま、(b)は3%HFと5%HNO3の混液
で1分エッチングしたもの、(c)は(b)の一部分の
拡大である。表面は凹凸の激しい粗い組織で、かつ多く
の空孔がみられる。エッチングにより生体活性なHA微
粒子が表面に分散露呈した組織になる。
FIG. 6 shows that a Ti rod is coated with a concentration gradient such that the HA (polycrystalline fine particle) content increases toward the surface as described above (thickness: about 100 μm).
m), HA-glass-Ti whose outermost surface layer is 70% HA
It is a SEM photograph of the implant material surface. (A) is as-coated, (b) is one minute etched with a mixed solution of 3% HF and 5% HNO 3 , and (c) is a partial enlargement of (b). The surface has a rough structure with severe irregularities and many pores are observed. By etching, bioactive HA particles are dispersed and exposed on the surface to form a structure.

【0053】図7は、図6の場合よりもHA−ガラス層
を約2倍厚く、200μm、コートしたHA−ガラス−
Tiインプラント材料表面のSEM写真である。(a)
はコートしたまま、(b)は同混液で2分エッチングし
たもの、そして(a’)及び(b’)はそれぞれ(a)
及び(b)の一部分の拡大である。
FIG. 7 shows that the HA-glass layer is about 200 times thicker than the case of FIG.
It is a SEM photograph of the Ti implant material surface. (A)
Is coated, (b) is etched with the same mixture for 2 minutes, and (a ') and (b') are (a).
And a partial enlargement of (b).

【0054】エッチングによって最表面のガラス母相が
除去され、HA粒子が露呈したより粗い空孔のある表面
組織となる。更に又、(a’)は分散HA粒子が溶融ガ
ラス母相と極めて濡れがよく、該ガラスがHA粒子と連
続的かつ強固に粘結固定していることを示し、(b’)
は分散HA粒子が結晶性微結晶の集合体からなり、それ
らが表面に露呈していることを明確に示している。これ
らの図は、HA−ガラス−Tiインプラント材料のエッ
チング表面の微構造が生体硬組織、特に骨、との結合に
極めて適した組織となっていることを示唆するものであ
る。
By etching, the glass matrix of the outermost surface is removed, and the HA particles are exposed to form a surface structure having coarser pores. Furthermore, (a ') shows that the dispersed HA particles have extremely good wettability with the molten glass mother phase, and the glass is continuously and strongly caking fixed to the HA particles, (b').
Clearly show that the dispersed HA particles consist of aggregates of crystalline microcrystals, which are exposed on the surface. These figures suggest that the microstructure of the etched surface of the HA-Glass-Ti implant material is a tissue that is highly suitable for bonding to living hard tissue, especially bone.

【0055】またTi基材(15×20×0.5mm)
上に、図6の場合と同様に中間ガラス層を有しHA−ガ
ラス層を濃度勾配を持たせてコーティングして作製した
70%HA−ガラス−Tiインプラント材料の断面をS
EM観察した結果(表面に対して5°の角度で斜め研磨
することによりその断面を拡大(約11倍)して観察し
た)、HA微粒子が連続したガラス母相の中に表面に行
く程濃度が高くなる濃度勾配を持って分布し、かつHA
−ガラス層はTi基材と優れた密着性を有することを確
認した。
Ti base material (15 × 20 × 0.5 mm)
A 70% HA-Glass-Ti implant material was prepared by coating the HA-Glass layer with a concentration gradient and having an intermediate glass layer, as in the case of FIG.
As a result of EM observation (observed by enlarging the cross-section by obliquely polishing the surface at an angle of 5 ° (about 11 times)), the HA fine particles were concentrated in the continuous glass matrix to the surface. Is distributed with a concentration gradient that increases
-It was confirmed that the glass layer has excellent adhesion to the Ti substrate.

【0056】図8は、図6の場合と同様にして作製した
70%HA−ガラス−Tiインプラント材料の上に、更
に80%HA(a)及び90%HA(b)をコートした
(900℃5分間大気中で焼成)試料のエッチング表面
(3%HFと5%HNO3混液で1分)のSEM写真で
ある。HA含有量が極めて多い場合においても、表面が
HA微粒子に覆われた比較的均一なコートが可能であ
る。しかし90%HAコーティングの場合は、表面に露
呈したHA微粒子とガラス母相との接着力が充分でな
く、生体インプラントへの適用に好ましい状態であると
は言えない。
In FIG. 8, 80% HA (a) and 90% HA (b) were further coated on the 70% HA-glass-Ti implant material prepared in the same manner as in FIG. 6 (900 ° C.). It is a SEM photograph of the etching surface (1 minute with a mixed solution of 3% HF and 5% HNO 3 ) of a sample that was baked in the air for 5 minutes. Even when the HA content is extremely high, a relatively uniform coat whose surface is covered with HA fine particles is possible. However, in the case of 90% HA coating, the adhesive force between the HA fine particles exposed on the surface and the glass matrix phase is not sufficient, and it cannot be said that it is in a state suitable for application to a biological implant.

【0057】実施例3 HA−ガラス−Tiインプラント材料の化学的耐久性と
生体活性を評価するため、表面活性処理(エッチング処
理)を行った70%HA−ガラス−Tiインプラント材
料(図6−(b)と同様の試料)の電気化学的腐食挙動
の測定を行った。
Example 3 In order to evaluate the chemical durability and bioactivity of the HA-glass-Ti implant material, 70% HA-glass-Ti implant material subjected to surface activation treatment (etching treatment) (Fig. 6- ( The electrochemical corrosion behavior of the sample b) similar to b) was measured.

【0058】実験には棒状試料(直径3.2mmφ×1
5mm)を用い、一端にM3のネジ山をもうけ、試料電
極ホルダーに固定した。対極は白金電極を用い、アノー
ド分極曲線を飽和カロメル電極(参照電極)電位(SC
E)を基準として、腐食電位より+2V(ボルト)まで
1mV/sの走査速度で変化させ、電流値を対数変換器
を介してX−Yレコーダに記録した。試験電解液として
は0.001NHCl溶液(pH=2.8)及び擬似人
工体液(pH=7.2)を用いた。
A rod-shaped sample (diameter: 3.2 mmφ × 1) was used for the experiment.
5 mm), an M3 screw thread was provided at one end, and the sample electrode holder was fixed. A platinum electrode was used as the counter electrode, and the anodic polarization curve was measured using the saturated calomel electrode (reference electrode) potential (SC
With reference to E), the corrosion potential was changed to +2 V (volt) at a scanning speed of 1 mV / s, and the current value was recorded on an XY recorder via a logarithmic converter. As the test electrolyte solution, a 0.001N HCl solution (pH = 2.8) and a simulated artificial body fluid (pH = 7.2) were used.

【0059】擬似人工体液は、ヒト細胞外液の無機塩類
濃度にほぼ等しい組成であり、その組成は、137.8
mMのNaCl、4.2mMのNaHCO3、3.0m
MのKCl、1.0mMのK2HPO4、1.5mMのM
gCl2・6H2O、2.5mMのCaCl2・2H2O、
及び緩衝剤として50mMの(CH2OH)3CNH2
45mMのHCl(pH=7.1〜7.4)からなり、
Ca/Pは2.5である。表2に擬似人工体液のイオン
濃度を示す。
The artificial artificial body fluid has a composition almost equal to the concentration of inorganic salts in human extracellular fluid, and its composition is 137.8.
mM NaCl, 4.2 mM NaHCO 3 , 3.0 m
M KCl, 1.0 mM K 2 HPO 4 , 1.5 mM M
gCl 2 · 6H 2 O, CaCl 2 · 2H 2 O of 2.5 mM,
And 50 mM (CH 2 OH) 3 CNH 2 and 45 mM HCl (pH = 7.1 to 7.4) as a buffer,
Ca / P is 2.5. Table 2 shows the ion concentration of the artificial artificial body fluid.

【0060】[0060]

【表2】 図9は0.001NHCl溶液(a)及び人工体液
(b)中でのHA含有量の異なるHA−ガラス−Tiイ
ンプラント材料のアノード分極曲線である。両者とも測
定範囲の2Vまで孔食電位は観測されない。また約−
0.5Vの腐食電位付近で電流密度の急激な増加がみら
れ、その後は2Vまでわずかに連続的に増加(飽和に近
い状態)する。HA含有量の多い試料ほど電流密度の大
きい値となる。
[Table 2] FIG. 9 is an anodic polarization curve of HA-glass-Ti implant materials with different HA contents in 0.001N HCl solution (a) and artificial body fluid (b). In both cases, no pitting potential is observed up to the measurement range of 2V. Also about −
A sharp increase in the current density is seen near the corrosion potential of 0.5 V, and then a slight continuous increase up to 2 V (a state close to saturation). The larger the HA content of the sample, the larger the current density.

【0061】これらの測定後の試験液の原子吸光分析の
結果、Caが多量に検出された。それゆえ、この高い電
流密度はHAからのCaの溶解によるものと考えられ
る。本実験の結果は、従来法により作製したインプラン
ト材料の結果(文献:S.Ban,J.Hasegaw
a and S.Maruno,Biomateria
ls,Vol,12(1991)P.205)と一致
し、本発明によるインプラント材料は良好な生体活性を
示すことが示唆される。
As a result of atomic absorption analysis of the test liquid after these measurements, a large amount of Ca was detected. Therefore, it is considered that this high current density is due to the dissolution of Ca from HA. The result of this experiment is the result of the implant material produced by the conventional method (reference: S. Ban, J. Hasegaw).
a and S. Maruno, Biomaterialia
ls, Vol, 12 (1991) P.I. 205), suggesting that the implant material according to the invention exhibits good bioactivity.

【0062】実施例4 成犬大腿骨へのインプラント材料として、Ti棒(3.
1mmφ×20mm)に直径1.5mmφの穴を開けた
基材を用い、実施例2と同様の手法により70%HA−
ガラス−Tiインプラント材料を作製した。このインプ
ラント材料の表面を3%HFと5%HNO3の混液で1
分エッチングして、生体活性表面を形成した後、図10
に示す様にビーグル犬の成犬大腿骨2の片方に3〜4本
埋め込んだ。その後、1ヶ月、2ヶ月、3ヶ月経過後、
該大腿骨2のインプラント材料1を取り出し、大腿骨2
とインプラント材料1との結合強さをインストロン試験
機で引き抜き試験(クロスヘッドの引き抜き連度0.5
mm/min)を行って評価した。その結果を表3に従
来品と比較して示した(なお従来品はカレット調製によ
るコーティングによらず、HA微粒子粉末とガラスフリ
ット粉末を目的の割合に混合し、蒸留水に懸濁させて直
接塗布、乾燥、焼成をくり返し行い、HAの濃度勾配を
持たせた傾斜機能HA−ガラス−Tiインプラント材料
を形成したものである)。
Example 4 Ti rods (3.
1 mmφ × 20 mm) with a hole having a diameter of 1.5 mmφ, and using the same method as in Example 2, 70% HA-
A glass-Ti implant material was made. The surface of this implant material was mixed with 3% HF and 5% HNO 3
Figure 10 after minute etching to form a bioactive surface.
As shown in (3), three to four adult dog femur bones 2 were embedded in one side. After 1 month, 2 months, 3 months,
The implant material 1 of the femur 2 is taken out, and the femur 2
Of the bond strength between the implant material 1 and the implant material 1 with an Instron tester (crosshead pullout continuity 0.5
mm / min) and evaluated. The results are shown in Table 3 in comparison with the conventional product (note that the conventional product does not depend on the coating by cullet preparation, but the HA fine particle powder and the glass frit powder are mixed at a target ratio and directly suspended in distilled water. Application, drying and firing are repeated to form a functionally graded HA-glass-Ti implant material having a HA concentration gradient).

【0063】[0063]

【表3】 1ヶ月経過後では、結合強度が従来品よりやや劣る傾向
にあるが、標準偏差を考えると差はないと評価できる。
2ヶ月後では同等で安定した強度を示し、3ヶ月後では
従来品より約2割大きく、かつ測定値にバラツキの少な
い極めて優れた結合強度を示す。この試料の生物組織的
観察によると、インプラント材料の周囲には新生骨の生
成が明確に確認することができた。
[Table 3] After 1 month, the bonding strength tends to be slightly inferior to that of the conventional product, but it can be evaluated that there is no difference considering the standard deviation.
After 2 months, it shows the same and stable strength, and after 3 months, it shows about 20% larger than the conventional product and shows extremely excellent bonding strength with little variation in measured values. From the biohistological observation of this sample, formation of new bone could be clearly confirmed around the implant material.

【0064】本発明によるHA−ガラス−Tiインプラ
ント材料と骨との結合は強固で、その引き抜き強さは充
分に大きく安定しており、本発明の製法は金属−ガラス
セラミックからなる濃度勾配を有する生体活性インプラ
ント材料形成に適したものであると言える。
The bond between the HA-glass-Ti implant material according to the invention and the bone is strong, its pull-out strength is sufficiently large and stable, that the process according to the invention has a concentration gradient consisting of metal-glass ceramics. It can be said that it is suitable for forming a bioactive implant material.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインプラ
ント材料は骨との結合強度が大きく、かつ良好な生体親
和性を有することから、耐用性のある安定した強固な初
期固定が求められるセメントレス人工股関節システム等
への提供が期待される。
As described above, since the implant material of the present invention has a large bond strength with bone and has a good biocompatibility, a cement that is durable and stable and is initially fixed is required. It is expected to be provided to the artificial hip joint system, etc.

【0066】即ち、本発明のインプラント材料は、金属
基材が強度を発現するため、もろさがなくなり、また生
体活性を担う表面層とその下部ガラスセラミックス層の
剪断強度は、気泡の抑制と制御並びに濃度勾配を有する
組織の均一化が可能となることから、生体活性層を含め
た複合体全体が強靭なものとなる。
That is, in the implant material of the present invention, since the metal base material exhibits strength, the brittleness is eliminated, and the shear strength of the surface layer responsible for bioactivity and the lower glass-ceramic layer thereof is controlled and controlled by air bubbles. Since the tissue having a concentration gradient can be homogenized, the entire complex including the bioactive layer becomes tough.

【0067】リン酸カルシウムはガラス層によって強固
に保持され、しかも表層は無数の空孔を有すると共にリ
ン酸カルシウムが露出しているために、この空孔と生体
活性のある物質の存在によって生体骨との接合が容易と
なる。露出した構造の該リン酸カルシウムは強固に密着
する安定なガラス層によって、その成分の溶出が抑制さ
れていて好ましい生体活性を示す。
Calcium phosphate is firmly held by the glass layer, and since the surface layer has innumerable pores and the calcium phosphate is exposed, the presence of the pores and the bioactive substance makes it possible to bond the bone with the living bone. It will be easy. The calcium phosphate having an exposed structure exhibits favorable bioactivity because the elution of its components is suppressed by the stable glass layer firmly adhering.

【0068】そして中間ガラス層を設けると、金属基材
との結合強度がより向上すると共に、分散ガラス層中の
該リン酸カルシウムの含量を広い範囲で濃度勾配を持た
せてかつ連続的に変化させることが可能となり、適用範
囲の広い生体適合性複合体とすることが可能である。
When the intermediate glass layer is provided, the bonding strength with the metal substrate is further improved, and the content of the calcium phosphate in the dispersed glass layer is continuously varied with a wide range of concentration gradient. It is possible to obtain a biocompatible complex having a wide range of application.

【0069】また、本発明によれば、簡便に生体活性リ
ン酸カルシウムを目的の量だけ含有するガラスセラミッ
ク層を極めて再現性良くコーティングすることができ、
更に酸によるエッチング等の処理操作によって容易に生
体適合性複合体を得ることができる。
Further , according to the present invention, a glass ceramic layer containing a desired amount of bioactive calcium phosphate can be coated with excellent reproducibility,
Furthermore, the biocompatible composite body can be easily obtained by a treatment operation such as etching with an acid.

【0070】更に用いるリン酸カルシウムの性質につい
ても、従来のリン酸カルシウム−ガラス−チタン複合体
のガラスセラミック層の形成及びエッチングによる生体
活性表面の形成に対し用いるリン酸カルシウムの性質に
求められている高い結晶化度を有し、密度の高い緻密な
リン酸カルシウム結晶だけに著しく限定されず、市販の
球状、顆粒状、針状のものでも活用することができると
いう利点がある。ガラスセラミック層コーティングの容
易さとその特性の信頼性が従来法のものに比較して高い
ことを考えると、本発明のインプラントの生体への実際
的応用に対して大いなる寄与が期待される。
Regarding the properties of the calcium phosphate to be used, the high crystallinity required for the properties of the calcium phosphate used for forming a glass ceramic layer of a conventional calcium phosphate-glass-titanium composite and forming a bioactive surface by etching is required. It has the advantage that it can be utilized not only in the dense and dense calcium phosphate crystals, but also in the commercially available spherical, granular or acicular form. Considering that the glass-ceramic layer coating is easy and the reliability of its properties is higher than those of the conventional methods, a great contribution is expected to the practical application of the implant of the present invention to a living body.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】カレット微粒子調整のフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart of cullet particle adjustment.

【図2】HAとガラスの混合粉末及びその焼成カレット
粉末のX線回折図形である。
FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern of a mixed powder of HA and glass and its baked cullet powder.

【図3】カレット粉末のX線回折図形である。FIG. 3 is an X-ray diffraction pattern of cullet powder.

【図4】カレット粉末のX線回折図形である。FIG. 4 is an X-ray diffraction pattern of cullet powder.

【図5】カレット粉末の走査電子顕微鏡写真である。FIG. 5 is a scanning electron micrograph of cullet powder.

【図6】インプラント材料表面の走査電子顕微鏡写真で
ある。
FIG. 6 is a scanning electron micrograph of the surface of the implant material.

【図7】インプラント材料表面の走査電子顕微鏡写真で
ある。
FIG. 7 is a scanning electron micrograph of the surface of the implant material.

【図8】インプラント材料のエッチング表面の走査電子
顕微鏡写真である。
FIG. 8 is a scanning electron micrograph of an etched surface of implant material.

【図9】インプラント材料のアノード分極曲線である。FIG. 9 is an anodic polarization curve of the implant material.

【図10】引き抜き試験法の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a pull-out test method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インプラント材料 2 成犬大腿骨 3 ワイヤー 4 ベルト 1 Implant material 2 adult dog femur 3 wires 4 belts

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも表面にリン酸カルシウムを有
するガラスセラミック層を、ガラス粉末とリン酸カルシ
ウム粉末を混合分散し、この混合分散粉末を加熱するこ
とによりガラス粉末を溶融した後、冷却固化して得られ
るカレット塊を粉砕したリン酸カルシウム分散カレット
微粉末を、金属基材上にコーティングし、焼成して設け
たことを特徴とするインプラント材料。
1. A glass-ceramic layer having calcium phosphate on at least the surface thereof is provided with glass powder and calcium phosphate.
Um powder is mixed and dispersed, and this mixed dispersion powder is heated.
Obtained by melting glass powder by and then cooling and solidifying
Calcium phosphate-dispersed cullet crushed
An implant material, characterized in that a fine powder is coated on a metal substrate and fired .
【請求項2】 ガラスセラミック層が凹凸のある粗な表
面を有し、上記リン酸カルシウムが露出していることを
特徴とする請求項1のインプラント材料。
2. The implant material according to claim 1, wherein the glass-ceramic layer has a rough surface with irregularities, and the calcium phosphate is exposed.
【請求項3】 リン酸カルシウムが、表面に向かって含
有量が連続的に増加する濃度勾配を有してガラスセラミ
ック層中に分散していることを特徴とする請求項1又は
2のインプラント材料。
3. The implant material according to claim 1, wherein calcium phosphate is dispersed in the glass ceramic layer with a concentration gradient in which the content continuously increases toward the surface.
【請求項4】 リン酸カルシウムがヒドロキシアパタイ
トを主成分とすることを特徴とする請求項1〜3いずれ
かのインプラント材料。
4. The implant material according to claim 1, wherein the calcium phosphate contains hydroxyapatite as a main component.
【請求項5】 ガラスセラミック層と金属基材間に中間
ガラス層を有することを特徴とする請求項1〜4いずれ
かのインプラント材料。
5. The implant material according to claim 1, which has an intermediate glass layer between the glass ceramic layer and the metal substrate.
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