JPS62501332A - 移植可能な骨置換材料の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 移植可能な骨置換材料の製法 本発明は、リン酸カルシウム３基礎とする生物活性材料で金属系支持体（コア） を′Ｐｌｉ、覆することによる、移植可能な骨置換材ｆ、′［の製法に関する。

中実または多孔質の生物適合性金属または金属化合物からなる移植体、ならびに リン酸カルシウムセラミック粒？３含有するプラスチックもしくは金属マトリッ クスからなるかまたは高密度の酸化アルミニウムセラミック材ｒ１からなる装置 ＩＱ材料は知られている。

負荷に対して十分な抵抗性なもつ人工骨成形材料を製造するために現在用いられ ている方法および材ｆＥ＋は土として、ねじまたは釘で止めつけることにより達 成される純粋に機械的な固定に基づくか、あるいは骨に人工的に作られた穴にた とえば人工補装具の軸を純粋に機械的に作用する状態で接合することに基づく、 これらのｌｌＩ！械的固定は、しばしば容認できないほど高い応力を管床（ｂｏ ｎｅ　ｂｅｄ）に与え、これにより影響を受けた領域の萎縮が生じ、従ってのち に人工補装具がぐらつく。

人工補装具固定の安定性も、用いる材料の化学作用に依存する。現在用いられて いる生物適合性金属ならびに生物安定性酸化物セラミックスおよび組織中性ポリ マー材料は例外なく骨によって異物と認諾され、従って組織により被包された状 態にある。この現象（第１段階の拒絶であると考えられる）により、常に負荷を 受ける人工補装具部品の場合、骨移植体周縁にある結合組織膜が広がり、移植さ れた材料がぐらつき、のちに拒絶される。

これと異なる生理学的挙動が生物活性移植材料、たとえば生物活性リン酸カルシ ウムセラミックスによって示される。これらはそれらの組成に応じて多かれ少な かれ生物破壊性てあり、すなわち再吸収性（ｒｅｓｏｒｂａｂｌｅ）である。こ れらの材料はその化学的分解中に、骨形成を妨げはしないが逆にこの異物の表面 上で直ちに骨組織の石灰化を可能にするかまたは促進しさえする物質を周囲組織 に放出する。

゛生物活性′°という話はその材料と骨細胞の特定の化学反応を意味する。この 特性は直接的な移植骨の形成には望ましいが、これらの材料を単に永久移植体と して用いることはできない。

他の欠点は、それらの機械的強度が比較的低く、高い負荷と受ける体内人工補装 具用としては不十分であることである。従って、バイオセラミック粒子を含有す る再吸収性プラスチックから前記のプラスチックが開発された。しかしこれらの 材料の（浅域的強度は、特にセラミック成分の再吸収後になおネト分である。　

金Ｅ製人工補装具コアを生物活性物質、たとえばエナメルまたはエナメル様キャ リヤ一層少なくとも１層で被覆し、次いでこれに生物活性材料を含有させること も知られている。この場合エナメル被膜はバイオセラミック材料と不相容（１で あり、Ｍｉ織不適合性の分解生成物な生成するのは避けられないが、満足すべき 結合強度を達成するためにエナメル被膜使用の名゛シい欠点が許容されている。

エナメルまたはエナメル様中間層がなくてもバイオセラミックスと金属の間に強 固な結合が達成されることは知られていない。

人工骨または義歯を製造するために、リン酸三カルシウムとリン酸四カルシウｌ 、の共析晶の被膜をフレームまたはプラズマ溶射装置により施すか、あるいは金 属製のこれら人工補装具全体を密な、および多孔質のセラミック材料で被覆する ことが知られている。この目的のためには、組織不適合性の結合剤が必要とされ る。さもなければ、被膜と移植体との間に十分な結合が達成されないであろう。

他の既知の装置ＩＱ材料の場合、リン酸カルシウム粒子が単層状で中実金属コア に施される。これらのリン酸力ルシウｌいは最初から３：１〜４：１のＣａＯ： Ｐ２Ｏ３の組成ひもつ。この種の生物活性材Ｔ’ｌＩおよび生１勿逍り性材料に よる人工補装具金属の被膜には問題がある。たとえば材料の熱Ｗｆ３張係数の差 および材料間の機械的不相溶性のため、金属系支持体と被膜材料の間に結３の問 題が生じるからである。さらに、これらの表面材料には支持体または環境からの 非生理学的不純物が混入している。純粋な被膜材料は不十分な８１械的安定性を 示す。リン酸カルシウムセラミックスを密な人工補装具軸上に焼結させることも 、結合の問題のため、また熱膨張挙動の差のため不可能である。圧力をかけずに 適切なリン酸カルシウム相を密に焼結させることはできないので、金属イオンが 人工補装具の被膜を通して管床内へ侵入する危険性がある。従ってこの種の被膜 は材Ｔ１技術および生物学の双方の観点からこれまで不適当とされてきた。

本発明の目的は、堅固に付着した生物活性被膜をｆヒ学的性質の不都合な変化な しに、従って生物学的挙動の不都合な変化なしに製造する方法を開発することで ある。

本発明によれば、この目的は水酸リン灰石の層を金属コア上に施し、これを熱間 静水圧処理により圧縮し、その際圧力および温度は水酸リン灰石の脱水が避けら れるように調整され；次いでイオン＠撃により水酸リン灰石の層を部分的に脱水 することにより達成される。本発明の好ましい形態は請求の範囲第２項ないし第 ８項に記載されている。

本発明方法により製造される材料はその実質部においては生物活性が低いが、そ の最高１μ肩の深さまでの周囲層において生物活性となされていることを特色と する。従って一定の薄い表面領域のみにおいて再吸収可能である。本発明によれ ば、組織適合性金属の化学的および機械的安定性が利用され、これらのきわめて 重要な特性が、新規な骨Ｎｆ’４の形成に関与する被膜材料の生物活性と組合わ せられている。天然の骨にも存在する非再吸収性の水酸リン灰石が高エネルギー イオン衝撃により脱水され、従って特に再収着性のリン酸三カルシウムに変換さ れる。この水酸リン灰石の変換は主として表面領域において起こる。従って収着 性のリン酸カルシウム相が焼結工程なしに形成される。

金属コアは好ましくはチタン製である。他のＭｌａ合性材料も適している。この 種の中実金属コアに、次いで水酸リン灰石の多孔質がスリップにより施される。

被覆された金属コアに、次いで約１キロバール以上の圧力および４００℃以上の 温度でＨＩＰ（熱間静水圧処理）が施される。これにより被膜が細孔不含の状態 で圧縮され、これが金属系支持体に堅固に結合する。さらに水酸リン灰石の０２ ０分解圧力はＨＩＰ装置プラントの高い内圧により相殺され、従って水酸リン灰 石は分解しない。次いで移植体の清浄な表面を強力なイオン衝撃により約０．１ 〜０．５μｌの深さまで脱水する。これにより、リン酸三カルシウムのものに類 似した格子構造が形成される。これは高い生物活性を示し、骨形成の開始層とし て作用する。

通常の化学的方法および／または物理的方法により被覆する前に金属コアの表面 を清浄にすることが有利である。この目的のために、たとえばエッチン′グ、ス パッタリング、プラズマ２容射および／またはイオン注入法を採用することがで きる。リン酸カルシウム層と金属系支持体の間の結合強度は、熱間静水圧処理す る前に冷間静水圧処理によりさらに高められる。これは好ましくはスリップおよ び弾性容器（たとえばゴム製のもの）を用いて行われる。熱間静水圧処理はガラ ス容器内で行われる。

容器材料と被膜の反応を避けるために、バリヤー材料と用いる。

適切なバリヤー材ｆ１はすべての不活性材１″１、特にグラフアイｌ−または窒 化ホウ素である。

国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．水酸リン灰石の多孔層を金属コアに施し、これを熱間静水圧処理により圧縮 し、その際圧力および温度は水酸リン灰石の脱水が防止されるように調整され； 次いで水酸リン灰石層をイオン衝撃により部分的に脱水することよりなる、リン 酸カルシウムを基礎とする生物活性材料で金属コアを被摂することによる、移植 可能な骨置換材料の製法。
2. ２．熱間静水圧処理が１キロバール以上の圧力および４００℃以上の温度におい て行われる、請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．水酸リン灰石層が０．１〜１．０μｍ好ましくは０．５μｍの深さまで脱水 される、請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。
4. ４．金属コアが水酸リン灰石により被複される前に化学的および／または物理的 方法により、好ましくはエッチング、スパッタリング、プラズマ溶射および／ま たはイオン注入により前処理される、請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか に記載の方法。
5. ５．熱間静水圧処理前に多孔質水酸リン灰石層が冷間静水圧縮処理される、請求 の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の方法。
6. ６．冷間静水圧縮処理がスリップおよび弾性容器、好ましくはゴム製のものを用 いて行われる、請求の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．熱間静水圧縮処理がガラス容器内で行われ、かつ水酸リン灰石層との反応を 防止するために不活性バリヤー材料、好ましくはグラファイトまたは窒化ホウ素 が用いられる、請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の方法。
8. ８．圧縮された水酸リン灰石被膜が湿式化学的方法および／または物理的方法、 好ましくはエッチングおよび／またはスパッタリングにより清浄化される、請求 の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の方法。