JP2006006756A - Biological ceramic composite structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体内に埋入する骨補填材料として好適な生体用セラミック構造体に関する。 The present invention relates to a living body ceramic structure suitable as a bone filling material to be embedded in a living body.
従来より、外傷などによって生じた骨の欠損部に骨補填材を用いて骨を修復させることが行われている。この骨補填材には骨形成の足場を提供するものやそれ自体が骨に吸収されつつ新生骨芽細胞の成長を促進するものなどが知られている。これらの材料に必要な特性としては無毒、安全でしかも機械的強度に優れていること、また生体組織に対して親和性があり骨組織の細胞や血管組織と結合しやすい材料であることが要求される。 2. Description of the Related Art Conventionally, bone has been repaired using a bone prosthetic material in a bone defect caused by trauma or the like. As this bone prosthetic material, those that provide a scaffold for bone formation and those that promote the growth of new osteoblasts while being absorbed by bone are known. The properties required for these materials are non-toxic, safe and excellent in mechanical strength, and must be compatible with living tissue and easily bind to bone tissue cells and vascular tissue. Is done.
このような材料として、これまでにリン酸三カルシウム(TCP)、ハイドロキシアパタイト(HAP)などの焼結体からなるリン酸カルシウム系焼結体が提案されている。しかし、これらのリン酸カルシウム系焼結体は生体親和性に優れているものの靭性値が極めて小さく、容易に破折するため信頼性のある実用材料として使用することが困難であった。 As such a material, a calcium phosphate-based sintered body made of a sintered body such as tricalcium phosphate (TCP) or hydroxyapatite (HAP) has been proposed so far. However, these calcium phosphate-based sintered bodies are excellent in biocompatibility, but have extremely low toughness values and easily break, making them difficult to use as reliable practical materials.
この破壊靱性値のリン酸カルシウム系焼結体の欠点をカバーする為に他の材料との複合化や、リン酸カルシウム自体の緻密化が試みられてきた。例えば特許文献1ではZrO2、Al2O3、TiO2,SiC、Si3N4からなる基体の全部または表面部に平均径0.1〜2mmの多数の空隙を設けて、該空隙内に多孔質のリン酸カルシウム系化合物を充填することにより高強度を保ちつつ良好な骨形成可能となることが開示されている。 In order to cover the defects of the calcium phosphate sintered body having this fracture toughness value, attempts have been made to combine it with other materials or to make the calcium phosphate itself dense. For example, in Patent Document 1, a large number of voids having an average diameter of 0.1 to 2 mm are provided in the entire or surface portion of a substrate made of ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiC, and Si 3 N 4. It is disclosed that filling with a porous calcium phosphate compound enables good bone formation while maintaining high strength.
また、特許文献2にはチタン粉末を細管に詰め、かつこの細管をリン酸カルシウムの1種であるハイドロキシアパタイト粉末を詰めた太い管の中心部に配置して回転させながら細管を抜くことによって、組成が傾斜した棒状の成形体を作製することができ、これに冷間静水圧プレス(CIP)を施し、続いて放電プラズマ(SPS)焼成することによって、中心部分(芯材部)がチタン金属で外周部がアパタイトセラミックスの傾斜した構造からなる焼結体が得られたことが記載されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載された基体に多数の空隙を形成する方法では基体の強度が低下する傾向にあり、上述の従来のセラミックスでは強度が不十分で生体部材が破損する恐れがあった。また、生体親和性に優れるリン酸カルシウム系化合物が局所的に分断された状態で存在するために血液の流れが滞ってしまい、骨芽細胞がなかなか形成されないという問題があった。 However, the method of forming a large number of voids in the substrate described in Patent Document 1 tends to lower the strength of the substrate, and the above-described conventional ceramics have insufficient strength and may cause damage to the biological member. . In addition, since the calcium phosphate compound having excellent biocompatibility exists in a state where it is locally divided, there is a problem that blood flow is delayed and osteoblasts are not easily formed.
また、上記特許文献2に記載されたチタン粉末を詰めた細管をハイドロキシアパタイト粉末を詰めた太い管の中心部に配置して回転させながら細管を抜いて組成が傾斜した棒状体を成形して焼成した焼結体では、焼結体の各部位における緻密度を制御することができず、生体材料としての機械的強度と生体親和性とを最適化するには至っていなかった。
In addition, a thin tube packed with titanium powder described in
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、生体骨補填材料として最適な機械的強度と生体親和性とを兼ね備えた生体用セラミック複合構造体を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a ceramic composite structure for a living body that has both optimum mechanical strength and biocompatibility as a living bone substitute material.
本発明者らは上記課題について検討した結果、十分な強度を有する緻密な金属または高強度セラミックスを芯材とし、その表面を気孔率10%以下のリン酸カルシウムまたはリン酸カルシウムと前記芯材を構成する材料のうちの少なくとも1種との混合物からなる中間層にて被覆するとともに、該中間層の外周を気孔率20%以上のリン酸カルシウムからなる表皮材にて被覆してなる単芯構造体、もしくはこの単芯構造体を複数本集束した多芯構造体が、機械的強度が高く、かつ骨芽細胞が十分に成長することから、骨補填材料として好適なセラミック複合構造体となることを知見した。 As a result of examining the above problems, the present inventors have used a dense metal or high-strength ceramic having a sufficient strength as a core material, and the surface of the calcium phosphate or calcium phosphate having a porosity of 10% or less and a material constituting the core material. A single-core structure formed by coating with an intermediate layer made of a mixture of at least one of them, and covering the outer periphery of the intermediate layer with a skin material made of calcium phosphate having a porosity of 20% or more, or this single-core It has been found that a multi-core structure obtained by concentrating a plurality of structures has a high mechanical strength and sufficient osteoblasts grow, so that it becomes a ceramic composite structure suitable as a bone filling material.
すなわち、本発明の生体用セラミック複合構造体は、金属または高強度セラミックスからなる長尺状の芯材の外周を、気孔率10%以下のリン酸カルシウムまたはリン酸カルシウムと前記芯材を構成する材料のうちの少なくとも1種との混合物からなる中間層にて被覆するとともに、該中間層の外周を気孔率20%以上のリン酸カルシウムからなる表皮材にて被覆してなることを特徴とするものである。 That is, the biomedical ceramic composite structure according to the present invention has an outer periphery of a long core material made of metal or high-strength ceramic, and includes calcium phosphate having a porosity of 10% or less, or calcium phosphate and a material constituting the core material. The intermediate layer is coated with an intermediate layer made of a mixture of at least one kind, and the outer periphery of the intermediate layer is covered with a skin material made of calcium phosphate having a porosity of 20% or more.
ここで、前記複合構造体の横断面における前記芯材の面積比率cが0.2〜0.9、前記中間層の面積比率mが0.05〜0.5、前記表皮材の面積比sが0.05〜0.2である場合に特に骨補填材料としての強度および生体親和性のバランスがよく、骨補填材料としての効果が有効に発揮される。 Here, the area ratio c of the core material in the cross section of the composite structure is 0.2 to 0.9, the area ratio m of the intermediate layer is 0.05 to 0.5, and the area ratio s of the skin material. Is 0.05 to 0.2, the balance between strength and biocompatibility as a bone filling material is particularly good, and the effect as a bone filling material is effectively exhibited.
上記本発明の生体用セラミック複合構造体は、構造体各部位における組成と緻密度を最適な条件に制御したものであることから、機械的強度が高く、かつ骨芽細胞が十分に成長することから、骨補填材料として好適なセラミック複合構造体となる。 The biological ceramic composite structure of the present invention has a high mechanical strength and sufficient growth of osteoblasts because the composition and density in each part of the structure are controlled to the optimum conditions. Therefore, a ceramic composite structure suitable as a bone filling material is obtained.
本発明の複合構造体について、その一実施例である図を基に説明する。 The composite structure of the present invention will be described with reference to the drawings which are one example thereof.
図1(a)によれば、複合構造体1は、長尺状で好ましくは気孔率3%以下の緻密な金属または高強度セラミックスからなる芯材2の外周を、気孔率10%以下のリン酸カルシウムまたはリン酸カルシウムと前記芯材2を構成する材料のうちの少なくとも1種との混合物からなる中間層3にて被覆するとともに、中間層3の外周を気孔率20%以上のリン酸カルシウムからなる表皮材4にて被覆してなる単芯構造体5からなる。単芯構造体5は図1(b)の斜視図に示すように同心円断面を有する円柱状構造をなしている。
According to FIG. 1 (a), the composite structure 1 is a long, preferably calcium phosphate having a porosity of 10% or less around the outer periphery of a
ここで、上記構成からなる本発明の生体用セラミック複合構造体1は、機械的強度が高く、かつ骨芽細胞が十分に成長することから、骨補填材料として好適な構造体となる。 Here, the living body ceramic composite structure 1 of the present invention having the above-described structure has a high mechanical strength and sufficiently grows osteoblasts, and thus is a structure suitable as a bone filling material.
すなわち、芯材2の気孔率が3%を越えると生体材料としての機械的強度が得られ難い。芯材2の気孔率の望ましい範囲は2%以下、さらに望ましい範囲は1%以下である。また、表皮材4の気孔率が20%未満であると、骨芽細胞の成長が抑制され生体親和性が損なわれて治癒に長時間を要することになる。表皮材4の気孔率の望ましい範囲は25%、さらに望ましい範囲は30%以上である。さらに、気孔率10%以下の中間層3が存在しないと、芯材2と表皮材4との界面で剥離が発生する恐れがあり、構造体としての信頼性が損なわれる。中間層3の気孔率の望ましい範囲は7%以下、さらに望ましい範囲は5%以下である。
That is, when the porosity of the
また、複合構造体1の横断面における芯材2の面積比率cが0.2〜0.9、望ましくは0.5〜0.9であり、かつ中間層3の面積比率mが0.05〜0.5、望ましくは0.1〜0.2であり、さらに表皮材4の面積比sが0.05〜0.2、望ましくは0.1〜0.2である場合に特に骨補填材料としての強度および生体親和性のバランスがよく、骨補填材料としての効果が有効に発揮される。
Further, the area ratio c of the
さらに、本発明によれば、生体用セラミック複合構造体としては図1の単芯構造体5に限定されるものではなく、図2(a)に示すように、単芯構造体5を複数本収束させた多芯構造体6であってもよく、この場合には生体親和性セラミックスの表皮材4が緻密に焼結したセラミックスあるいは金属の芯材2とその周囲を取り巻く中間層3の島状に点在する部分を連続的に取り囲む構造となる。
Furthermore, according to the present invention, the bio-ceramic composite structure is not limited to the single-
なお、複合構造体1が上記多芯構造体6からなることによって、複合構造体1のヤング率を調整することも可能であり、例えば生体骨のヤング率30GPa程度に制御することにより、骨補填材料としてより好適なものとなる。
In addition, it is also possible to adjust the Young's modulus of the composite structure 1 because the composite structure 1 is composed of the
この多芯構造体6の場合、多芯構造のために芯材2の気孔率は前記単芯構造体における芯材2の気孔率よりも若干大きくてもよい。すなわち、この場合の気孔率は5%以下であることが望ましく、さらに望ましい範囲は4%以下である。
In the case of this
(表皮材および芯材)
本発明において用いる複合構造体1の芯材2の材質としては、生体為害性のない材料であり望ましくは生体適合性を有する気孔率3%以下の緻密なセラミックスあるいは金属であり、例えばステンレス鋼(例えば、SUS316、SUS316L)、コバルト−クロム合金、コバルト−クロム−ニッケル合金、チタン、チタン合金(例えばTi−6%Al−4%V、Ti−49〜51%Ni)等の耐食性に優れる金属を用いることができる。その中でも、特に形状記憶合金(Ti−49〜51%Ni)を用いるのが好ましい。この形状記憶合金は、繰り返し荷重に対する追従性、復元性、疲労特性が優れるため、長期の埋入において安定性、耐久性が向上する。
(Skin material and core material)
The material of the
または、芯材2としては、例えばアルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、シリカ(SiO2)、チタニア(TiO2)、窒化ケイ素(Si3N4)、炭化ケイ素(SiC)等のセラミックス等の強度および硬度に優れる材料を用いることができる。ここで挙げられたセラミックスには適宜Ti、Mg、Zr、Hf、Y系などの助剤を含んでいても良い。
Alternatively, as the
一方、表皮材としては生体親和性の多孔質セラミックスとして一般的に知られているリン酸カルシウム化合物が好適で、例えばリン酸三カルシウムTCP(Ca3(PO4)2)、リン酸四カルシウム(Ca4(PO4)2O)、リン酸八カルシウム(Ca8H2(PO4)6・5H2O)、リン酸一水素カルシウム(CaHPO4)、リン酸二水素カルシウム(Ca(H2PO4)・H2O)、ハイドロキシアパタイトHAP(Ca10(PO4)6(OH)2)、ジルコニア(ZrO2)などの無機材質、または、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリルエーテルケトンのようなケトン系樹脂や、ポリフェニレンサルフィド、ポリサルフォン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。本発明では、これらのうちの1種または2種以上を任意に組み合せて用いることができる。このような生体用樹脂材料8中には、例えば、安定剤、強化材のような各種添加剤が添加されていてもよい。
On the other hand, the skin material is suitable calcium phosphate compounds which are commonly known as biocompatible porous ceramic, for example tricalcium phosphate TCP (Ca 3 (PO 4) 2), tetracalcium phosphate (
また、表皮材をなす焼結体の結晶粒子の平均二次粒径は、骨芽細胞を成長させるに必要な気孔を保持する為に10〜300μm、望ましくは50〜200μmであることがよい。一方、芯材をなす緻密なセラミックスあるいは金属は靭性および強度向上の点0.1〜10μm、特に0.5〜3μmであることが望ましい。 In addition, the average secondary particle size of the crystal particles of the sintered body forming the skin material is 10 to 300 μm, preferably 50 to 200 μm, in order to maintain pores necessary for growing osteoblasts. On the other hand, the dense ceramic or metal forming the core material is preferably 0.1 to 10 μm, particularly 0.5 to 3 μm in terms of improving toughness and strength.
さらに、複合構造体1のサイズは、図3に示すように補填する損傷した生体骨20の部位および形状に対応させて適宜変化させることができるが、表皮材4の多孔質リン酸カルシウムセラミックスの気孔サイズが50〜200μmであるため、単芯構造体5として0.5〜5mm程度が良い。
Furthermore, the size of the composite structure 1 can be changed as appropriate according to the site and shape of the damaged living
また、複合構造体の構成としては、図1および2に示す構造体の形態の他に、図4に示すような(a)複合構造体1をシート状に並べたもの9A、(b)(a)のシートを同じ方向に複数枚積層したもの9B、(c)(a)のシートを異なる方向に複数枚積層したもの9Cのいずれであってもよい。これらのシート状複合構造体は頭蓋骨や骨盤などに用いることが出来る。 In addition to the form of the structure shown in FIGS. 1 and 2, the structure of the composite structure is (A) a composite structure 1 as shown in FIG. Either 9B in which a plurality of sheets of a) are stacked in the same direction, or 9C in which a plurality of sheets of (c) and (a) are stacked in different directions may be used. These sheet-like composite structures can be used for skulls and pelvises.
(製造方法)
次に、本発明の複合構造体を製造する方法について、その一例である芯材がアルミナ、表皮材がハイドロキシアパタイトの場合について図5の模式図をもとに説明する。
(Production method)
Next, a method for producing the composite structure of the present invention will be described based on the schematic diagram of FIG. 5 in the case where the core material is alumina and the skin material is hydroxyapatite.
まず、平均粒径0.01〜3.5μmのアルミナ粉末に適宜助剤を添加・混合し、これにパラフィンワックス、ポリスチレン、ポリエチレン、エチレン−エチルアクリレ−ト、エチレン−ビニルアセテート、ポリブチルメタクリレート、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート等の有機バインダを添加、混錬して、プレス成形、押出成形または鋳込成形等の成形方法により円柱形状に芯材用成形体11を作製する。
First, an auxiliary agent is appropriately added to and mixed with alumina powder having an average particle diameter of 0.01 to 3.5 μm, and paraffin wax, polystyrene, polyethylene, ethylene-ethyl acrylate, ethylene-vinyl acetate, polybutyl methacrylate, polyethylene are added thereto. An organic binder such as glycol or dibutyl phthalate is added and kneaded, and the core material molded
一方、平均粒径0.1〜10μmのハイドロキシアパタイト原料粉末に前述のバインダ等に加え適宜、分散剤・発泡剤・消泡剤を添加、混錬して、プレス成形、押出成形または鋳込成形等の成形方法により半割円筒形状の2本の中間層用成形体12を作製する。
On the other hand, a hydroxyapatite raw material powder having an average particle size of 0.1 to 10 μm is appropriately added with a dispersant, a foaming agent, and an antifoaming agent in addition to the above-mentioned binder and kneaded, and then press molding, extrusion molding or cast molding. Two intermediate layer shaped
他方、平均粒径0.1〜100μmのハイドロキシアパタイト原料粉末に前述のバインダ等に加え適宜、分散剤・発泡剤・消泡剤を添加、混錬して、プレス成形、押出成形または鋳込成形等の成形方法により半割円筒形状の2本の表皮材用成形体13を作製する。
On the other hand, a hydroxyapatite raw material powder having an average particle size of 0.1 to 100 μm is appropriately added with a dispersant, a foaming agent, and an antifoaming agent in addition to the above-mentioned binder and kneaded, and press molding, extrusion molding, or cast molding. The two half-cylindrical shaped
本発明によれば、中間層6の気孔率を10%以下に制御するために上記中間層用成形体12用の原料を混合するに際して、前記有機バインダの添加量を40〜95体積部、特に50〜90体積部とすることが望ましい。また、中間層用成形体用の前記ハイドロキシアパタイト原料粉末は二次粒子径が1〜50μm、特に2〜10μmに造粒しておくことが緻密な組織の焼結体を作製する点で望ましい。
According to the present invention, when mixing the raw material for the intermediate layer molded
さらに、表皮材4の気孔率を20%以上に制御するために上記表皮材用成形体13用の原料を混合するに際して、前記有機バインダの添加量を100〜200体積部、特に120〜150体積部とすることが望ましい。さらには、表皮材用成形体用の前記ハイドロキシアパタイト原料粉末は二次粒子径が20〜400μm、特に50〜200μmに造粒しておいたほうが均一な気孔径および組織を作製する点で望ましい。
Furthermore, when mixing the raw material for the skin material molded
次に、芯材用成形体11の外周に2本の中間層用成形体12を配し、さらにこの中間層用成形体12の外周に表皮材用成形体13を配した複合成形体14を作製し、この複合成形体14を共押出成形する(芯材用成形体11、中間層用成形体12および表皮材用成形体13を同時に押出成形する)ことにより芯材用成形体11の外周に中間層用成形体12および表皮材用成形体13が順次被覆され細い径に伸延された単芯成形体15を作製する(工程(b)参照)。また、マルチ繊維(フィラメント)タイプの多芯成形体16を作製するには、上記共押出しした長尺状の単芯成形体15を複数本集束して再度共押出し成形すればよく、この方法によれば、成形体中の複合構造体同士のより強固な密着性を得ることができる。(図6参照)。
Next, a composite molded
なお、上記共押出成形においては、口金を変えること等により、上記伸延された長尺状の成形体の断面形状を、円形、三角形、四角形または六角形等の所望の形状に成形することも可能である。 In the coextrusion molding, the cross-sectional shape of the elongated elongated shaped body can be formed into a desired shape such as a circle, a triangle, a quadrangle, or a hexagon by changing the die. It is.
また、本発明によれば、図4に示したような、単芯成形体5、多芯成形体6をシート状に集束したシート状複合成形体を形成する場合には、前述のようにして作製した単芯成形体5、多芯成形体6を並べてシート状成形体とする。さらに、所望により、配列したシート状成形体を、シート状成形体中の単芯成形体5、多芯成形体6同士が平行、直交または45°等の所定の角度をなすように積層させた積層成形体とすることもできる。その場合、単芯成形体5、多芯成形体6間に所望により上記バインダなどの接着材を介在させ、さらに、このシート状成形体に冷間静水圧プレス(CIP)などによって圧力を印加することもでき、さらにはロール等を用いてシート状成形体をロール圧延成形することも可能である。さらにまた、シート状成形体を作製する場合、単芯成形体5または多芯成形体6を整列させる際に公知のラピッドプロトタイピング法などの成形法を用いることも可能である。
Further, according to the present invention, as shown in FIG. 4, when forming a sheet-like composite molded body in which the single-core molded
その後、前記成形体を脱バインダ処理した後、焼成することにより本発明の複合構造体を作製することができる。焼成方法は、芯材および表皮材によって、真空または雰囲気焼成、ガス圧焼成、ホットプレス、放電プラズマ焼結法などが用いられる。焼成温度は750℃〜1300℃とすることが望ましい。 Thereafter, the molded body is subjected to a binder removal treatment and then fired to produce the composite structure of the present invention. As the firing method, vacuum or atmosphere firing, gas pressure firing, hot press, discharge plasma sintering, or the like is used depending on the core material and the skin material. The firing temperature is desirably 750 ° C to 1300 ° C.
焼結後、レントゲンやMRI、CTなどを用いて測定した生体骨の欠損部に合致する形状に加工することにより骨補填材料として用いることが出来る。また、前記ラピッドプロトタイピング技術を用いてあらかじめ所望の形状に成形した後、焼結処理を行ってもよい。 After sintering, it can be used as a bone prosthetic material by processing it into a shape that matches the defect of the living bone measured using X-rays, MRI, CT, or the like. Moreover, after forming into a desired shape in advance using the rapid prototyping technique, a sintering process may be performed.
平均粒径0.3μmのチタン粉末に対して、バインダ、および滑剤を合計で85質量部の割合で添加、混錬した後、プレス成形により円柱形状の核材用成形体を作製した。次に、平均粒径0.2μmのハイドロキシアパタイト粉末に対して、バインダ、および滑剤を合計で50質量部の割合で添加、混錬した後、プレス成形により半割円筒状の中間層用成形体を2本作製し、芯材用成形体の周囲に中間層用成形体を配置した。また、平均粒径0.2μmのハイドロキシアパタイト粉末に対して、バインダ、および滑剤を合計で120質量部の割合で添加、混錬した後、プレス成形により半割円筒状の表皮材用成形体を2本作製し、中間層用成形体の周囲に表皮材用成形体を被覆した複合成形体を作製した。 After adding and kneading a binder and a lubricant in a total proportion of 85 parts by mass to titanium powder having an average particle size of 0.3 μm, a cylindrical shaped core material was produced by press molding. Next, after adding and kneading a binder and a lubricant in a proportion of 50 parts by mass to the hydroxyapatite powder having an average particle size of 0.2 μm, the molded product for a half-cylindrical intermediate layer is formed by press molding. 2 were prepared, and the intermediate layer molded body was disposed around the core body molded body. Further, after adding and kneading a binder and a lubricant in a ratio of 120 parts by mass in total to a hydroxyapatite powder having an average particle size of 0.2 μm, a half-cylindrical molded body for skin material is formed by press molding. Two composites were produced, and a composite molded body in which the molded body for the skin material was covered around the molded body for the intermediate layer.
そして、この複合成形体を共押出し成形することにより、芯材−中間層−表皮材の3重構造からなる単芯成形体を作製した。さらに、この単芯成形体を300〜700℃まで72時間で昇温させることによって脱バインダ処理を行った後、真空中、放電プラズマ焼結法にて1200℃で10分間焼成した。 And the single core molded object which consists of a triple structure of a core material-intermediate layer-skin material was produced by coextrusion molding of this composite molded object. Furthermore, this single-core molded body was subjected to binder removal treatment by raising the temperature to 300 to 700 ° C. in 72 hours, and then fired at 1200 ° C. for 10 minutes in a vacuum by a discharge plasma sintering method.
得られた複合構造体をφ10×30mmのサイズに加工し、JISR1601に基づく3点曲げ試験に供し曲げ強度を測定したところ100MPaであった。また、得られた複合構造体の研磨した横断面を金属顕微鏡または走査型電子顕微鏡にて観察し、画像解析法にて各部位の面積比率を算出したところ、芯材の面積比率cは0.75、中間層の面積比率mは0.17、前記表皮材の面積比sが0.08であった。 The obtained composite structure was processed into a size of φ10 × 30 mm, and subjected to a three-point bending test based on JIS R1601, and the bending strength was measured. Moreover, when the cross section which grind | polished the obtained composite structure was observed with the metal microscope or the scanning electron microscope, and the area ratio of each site | part was computed by the image-analysis method, the area ratio c of a core material is 0. 75, the area ratio m of the intermediate layer was 0.17, and the area ratio s of the skin material was 0.08.
また、この組織観察写真から芯材中に含まれる気孔の面積比率を測定して芯材中の気孔率を算出したところ0.2%であった。また、同様にして中間層の気孔率は5%、外皮材の気孔率は32%であった。 Moreover, when the area ratio of the pores contained in the core material was measured from the structure observation photograph and the porosity in the core material was calculated, it was 0.2%. Similarly, the porosity of the intermediate layer was 5%, and the porosity of the outer skin material was 32%.
(比較例1)
水素化チタン粉末0.2gをガラス製の円筒細管内に装填し、これをハイドロキシアパタイト粉末0.2gを充填したゴム製の円筒太管の中心部分に載置してガラス製細管を回転しながら抜き取った後、冷間静水圧プレスにて1000MPaの加圧を行った。そして、この複合成形体を300〜700℃まで72時間で昇温させることによって脱バインダ処理を行った後、真空中、放電プラズマ焼結法にて1200℃で10分間焼成して複合構造体を作製した。
(Comparative Example 1)
While loading 0.2 g of titanium hydride powder into a cylindrical cylindrical tube made of glass, this was placed on the central part of a cylindrical rubber tube filled with 0.2 g of hydroxyapatite powder while rotating the thin glass tube. After extracting, pressurization of 1000 MPa was performed with a cold isostatic press. And after performing binder removal processing by heating up this composite molded object to 300-700 degreeC in 72 hours, it baked at 1200 degreeC for 10 minutes by the discharge plasma sintering method in vacuum, and a composite structure is obtained. Produced.
得られた複合構造体に対して、実施例と同様に評価した結果、曲げ強度110MPaであった。また、得られた複合構造体の研磨した横断面を金属顕微鏡または走査型電子顕微鏡にて観察し、画像解析法にて芯材と表皮材との面積比率c/sを算出したところ、面積比率c/sは5であった。さらに、この組織観察写真から構造体の中心から構造体全体の半径Rに対して1/5の長さを半径とする構造体の中心円部分の面積領域中に含まれる気孔の面積比率を測定して中心部の気孔率を算出したところ1%であった。また、同様にして外周から構造体全体の半径Rに対して1/5の長さの外周リング部分について気孔率を測定したところ、気孔率は2%であり、生体親和性に乏しいことが確認された。 As a result of evaluating the obtained composite structure in the same manner as in the example, the bending strength was 110 MPa. Further, the polished cross section of the obtained composite structure was observed with a metal microscope or a scanning electron microscope, and the area ratio c / s between the core material and the skin material was calculated by an image analysis method. c / s was 5. Furthermore, from this structure observation photograph, the area ratio of pores included in the area of the central circle portion of the structure having a radius of 1/5 from the radius R of the entire structure from the center of the structure is measured. Then, the porosity of the central part was calculated to be 1%. Similarly, when the porosity of the outer peripheral ring portion having a length of 1/5 with respect to the radius R of the entire structure was measured from the outer periphery, it was confirmed that the porosity was 2% and the biocompatibility was poor. It was done.
(比較例2)
実施例の複合構造体に対して、中間層中の有機バインダの添加量を90重量部に変える以外は実施例と同様にして複合構造体を作製した。
(Comparative Example 2)
A composite structure was manufactured in the same manner as in the example except that the amount of the organic binder added in the intermediate layer was changed to 90 parts by weight with respect to the composite structure of the example.
実施例と同様に評価した結果、得られた複合構造体の研磨した横断面を金属顕微鏡または走査型電子顕微鏡にて観察し、画像解析法にて芯材と表皮材との面積比率c/sを算出したところ、面積比率c/sは5であった。さらに、この組織観察写真から、核材の気孔率0.2%、中間層の気孔率は15%、外皮材の気孔率は27%であった。 As a result of evaluation in the same manner as in Examples, the polished cross section of the obtained composite structure was observed with a metal microscope or a scanning electron microscope, and the area ratio c / s between the core material and the skin material was determined by image analysis. As a result, the area ratio c / s was 5. Furthermore, from this structure observation photograph, the porosity of the core material was 0.2%, the porosity of the intermediate layer was 15%, and the porosity of the skin material was 27%.
また、曲げ強度100MPaであったが、破断面を観察した結果、核材と中間層との界面で剥離が見られた。 Although the bending strength was 100 MPa, as a result of observing the fracture surface, peeling was observed at the interface between the core material and the intermediate layer.
1 複合構造体
2 芯材
3 中間層
4 表皮材
5 単芯構造体
6 多芯構造体
9 シート状複合構造体
11 芯材用成形体
12 中間層用成形体
13 表皮材成形体
14 複合成形体
15 単芯成形体
16 多芯成形体
17 シート状成形体
18 積層成形体
20 損傷した生体骨
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
The area ratio c of the core material in the cross section of the ceramic composite structure is 0.2 to 0.9, the area ratio m of the intermediate layer is 0.05 to 0.5, and the area ratio s of the skin material is 0. The biocomposite ceramic composite structure according to claim 1, which is 0.05 to 0.2.
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