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【発明の名称】 アパタイト系材料を含有する生体用部材及びその製造方法
【発明者】 【氏名】井上 博文

【氏名】村上 稔宜

【氏名】平前 勇
【要約】 【課題】金属粒体を焼結にて多孔質の焼結体とし、該焼結体にアパタイト系材料の粒子を残留させてなる、生体内で骨組織などを結合させる際に用いる生体用部材に関し、アパタイト系材料の粒子を焼結体の内方深部まで均一に定着させた生体用部材を提供することを目的とする。

【構成】アパタイト系材料の粒子を残留させる際にアパタイト系の材料を媒体と共に加圧して焼結体に送る加圧手段と、減圧して焼結体から媒体を吸引する減圧手段との間に前記焼結体が配置されて生成されること。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒体を焼結にて多孔質の焼結体とし、該焼結体にアパタイト系材料の粒子を残留させてなる生体用部材において、アパタイト系材料の粒子を残留させる際にアパタイト系の材料を媒体と共に加圧して焼結体に送る加圧手段と、減圧して焼結体から媒体を吸引する減圧手段との間に前記焼結体が配置されて生成されることを特徴とする生体用部材。
【請求項２】
金属粒体を焼結にて多孔質の焼結体とし、該焼結体を圧力容器内に備えさせ、加圧手段でアパタイト系の材料を媒体と共に加圧して焼結体に送ると共に、減圧手段で減圧して焼結体から媒体を吸引することで焼結体の空隙へアパタイト系の材料の粒子を残留させることを特徴とする生体用部材の製造方法。
【請求項３】
前記焼結体が、中心部に一端のみが外方に開放された中空部を備え、該中空部の開放部分に減圧手段が接続されることを特徴とする請求項１記載の生体用部材。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内で骨組織などを結合させる際に用いるアパタイト系材料を含有する部材、例えば骨組織同士を固定させるためのビスなどの生体用部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、チタン及びチタン合金は、その生体無毒性、耐食性、機械的強度に優れ、人工骨や関節構造部材などのインプラント部材の材料として多く用いられている。
ところが、チタン及びチタン合金は、生体親和性が十分でなく、骨組織との結合性が乏しい。
これらの問題点を解消するため、金属部材の表面に物理あるいは化学的な方法でアパタイト系材料の層を定着させている。このアパタイト系材料は、骨組織と強固に結合する性状を有しているアパタイトやリン酸三カルシウム系セラミックなどの生体親和性に優れたカルシウム材料である。
【０００３】
生体用部材であるチタン材料の表面にアパタイト系材料をコーティングする方法として、特開２００２−３２０６６７号公報に示されるような多孔質の金属材料で生体用部材を形成し、この生体用部材にアパタイト系材料の水溶液を含浸させる方法が行なわれている。
チタンなどの金属材料を無数の微細な空隙を表面に連通させる多孔質状態となるように焼結成形し、この多孔質の金属焼結体を密閉容器内のアパタイト系材料の水溶液に浸漬させる。
その後、密閉容器内を加圧することで、金属焼結体の内方深部まで水溶液を浸透させ、その後に乾燥させることで水分を取り除きアパタイト系材料の粒子のみを金属焼結体の内方に付着させる。
また、前述の含浸による方法の他にも化学的あるいは物理的方法で焼結体の内方にアパタイト系材料を表面処理する技術も開発されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２０６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のような含浸させる方法では、媒体である水溶液を部材の内方深部まで浸透させ、粒子を焼結体の内方深部まで送り込む必要がある。
しかしながら、焼結体の内方深部までには水溶液が充分に行き渡りにくい。従来の方法では含浸の際、密閉状態で加圧しているが、金属焼結体の内方深部まで水溶液が行き渡らず、確実に金属焼結体の内部まで含浸させてアパタイト粒子を定着させることができない。
いかに高圧で加圧しても、焼結体の外方部分と内方部分には浸透度合いに違いが出てくる。焼結体の外方部分では水溶液が容易に浸透して粒子が高密度に分布し、逆に焼結体の内方部分には水溶液が浸透しにくく、粒子の密度が低くなる。
【０００６】
従来の方法のように高圧で加圧して行なう含浸による金属焼結体への粒子の浸透には、金属焼結体の内方へ粒子を均一に付着させることが非常に困難であるという問題があった。また、前述の含浸による方法に限らず他の方法においても、前記の課題は同様に問題となっている。
従って、本発明は、アパタイト系材料の粒子を焼結体の内方深部まで均一に定着させた生体用部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、本発明は、金属粒体を焼結にて多孔質の焼結体とし、該焼結体にアパタイト系材料の粒子を残留させてなる生体用部材において、アパタイト系材料の粒子を残留させる際にアパタイト系の材料を媒体と共に加圧して焼結体に送る加圧手段と、減圧して焼結体から媒体を吸引する減圧手段との間に前記焼結体が配置されて生成されることを特徴とする生体用部材である。
【０００８】
また、金属粒体を焼結にて多孔質の焼結体とし、該焼結体を圧力容器内に備えさせ、加圧手段でアパタイト系の材料を媒体と共に加圧して焼結体に送ると共に、減圧手段で減圧して焼結体から媒体を吸引することで焼結体の空隙へアパタイト系の材料の粒子を残留させることを特徴とする生体用部材の製造方法である。
【０００９】
また、前記焼結体が、中心部に一端のみが外方に開放された中空部を備え、該中空部の開放部分に減圧手段が接続されることを特徴とする生体用部材である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アパタイト系材料の粒子が多孔質焼結体の最深部まで均一に残留できるので、はく離を起こさずにアパタイト系材料の生体親和性が損なわれることなく生体用部材が骨組織と結合しやすくなる。
また、高い強度を有し且つ生体親和性が優れたチタン−アパタイト材料の生体用部材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１は、本発明の生体用部材の製造方法と従来の含浸による製造方法を比較した作用説明図である。
図１（１）には従来の含浸によるアパタイト系材料の粒子の付着過程を示し、図１（２）には本発明のアパタイト系材料の粒子の付着過程を概略的に示している。
図１（１）の従来の含浸による方法においては、加圧によりアパタイト系材料の粒子を送り込んでいるが、焼結体の外方部分では水溶液が容易に浸透して粒子が高密度に分布し、逆に焼結体の内方部分には水溶液が浸透しにくく、粒子の密度が低くなる。したがって、焼結体内にはアパタイト系材料の粒子がまばらに存在することとなり、焼結体の最深部になると粒子の分布が希薄となり、アパタイト系材料の粒子が焼結体全体で均一に残留できない。
【００１２】
一方、図１（２）に示す本発明による方法においては、加圧した媒体を減圧させることで媒体を焼結体の内部を通過させるようになしてアパタイト系材料の粒子を焼結体内に残留させる。あたかも、焼結体をフィルタのごとく設け、そのフィルタである焼結体の多孔質内部に媒体を通過させて焼結体の空隙部位にアパタイト系材料の粒子を残留させるものである。
焼結体内部を通過する媒体は、焼結体内へ送られる際には加圧され、さらに焼結体外へ出される際には減圧されて作用するので、媒体は焼結体内を一様に通過でき、焼結体内部で偏り無く均一に浸透できる。そのため、媒体により送られるアパタイト系材料の粒子は、焼結体の内方深部にも確実に到達でき、内方深部まで均一に分布される。
【００１３】
本発明の生体用部材は金属の焼結体１から構成される。焼結体１は、金属粒体１１を焼結により成形して作られる。焼結により形成されるため、焼結体１は無数の微細な空隙１２を有する多孔質状態で形成されている。金属粒体１１はチタン、チタン合金などが用いられる。用いられる金属粒体には粒径が２０μｍであるものが望ましく用いられる。
【００１４】
金属粒体１１の焼結には、成形金型に金属粒体１１を充填し加熱焼結する粉末冶金法や、金属粉末射出成形法などで行なわれる。ただし前述の方法に限らず、金属粒体１１の焼結方法には、無数の微細な空隙１２を有する多孔質状態で形成される他の焼結方法でも成形することができる。
【００１５】
生体用部材は、前述の焼結体１にアパタイト系材料２の粒子３を付着させて生体親和性を高めたものである。アパタイト系材料２は、骨組織と強固に結合する性状を有しているアパタイトやリン酸三カルシウム系セラミックなどの生体親和性に優れたカルシウム材料である。用いられるアパタイト系材料の粒子には粒径が１〜５μｍであるものが望ましく用いられる。
アパタイト系材料２の粒子３を付着する際には、アパタイト系材料２の粒子３を焼結体１へ圧力をかけて送り易くするために媒体５と共に送るようにする。媒体としては例えば液中に溶かして水溶液とし液圧で送り、また気体に混合して空圧で送るようにする。
【００１６】
次に図を示して多孔質の焼結体１の空隙１２にアパタイト系材料２の粒子３を付着させる工程を説明する。
図２は、本発明の生体用部材の製造方法を示す説明図である。
チタンなどの金属材料を無数の微細な空隙を表面に連通させる多孔質状態となるように焼結成形し、骨組織同士を固定させるためのビスを焼結体１として造形する。
圧力容器１３の中に焼結成形させた多孔質の焼結体１を固定させて備えさせる。圧力容器１３は、圧力容器１３の内を加圧する加圧手段６として媒体５を圧力容器１３へ送る加圧ポンプ７と、加圧ポンプ７から送られる媒体を圧力容器１３に通す加圧側配管１５が設けられている。
圧力容器１３内に固定された焼結体１には減圧手段８が連接して設けられている。減圧手段８は、焼結体１から媒体５を減圧させて引き込ませる。減圧手段８には、焼結体１を介して圧力容器１３内を減圧させ媒体５を吸引する減圧ポンプ９と、焼結体１に連接して設けられ吸引される媒体５を減圧ポンプ９まで送る減圧側配管１６が設けられている。
【００１７】
加圧手段６によって圧力容器１３に送られる媒体５は、アパタイト系材料２の水溶液が用いられる。このアパタイト系材料２の水溶液が圧力容器１３に加圧されて送られ、圧力容器１３に備えられた焼結体１に向けてアパタイト系材料２の水溶液が送られる。
アパタイト系材料２の水溶液が送り込まれた状態で焼結体１には加圧ポンプ７により加圧されたアパタイト系材料２の水溶液が外方全域から焼結体１の多孔質部位の空隙１２へ送り込まれる。それと同時に、減圧側配管１６を介して焼結体１に連接する減圧ポンプからアパタイト系材料２の水溶液が吸引される。
焼結体１には、加圧手段からアパタイト系材料２の水溶液が送り込まれる押し込み作用と、減圧手段よりアパタイト系材料２の水溶液が吸引される引き込み作用が同時に作用するので、焼結体１の多孔質の空隙１２にアパタイト系材料２の水溶液が通り抜けるようになされる。
【００１８】
これにより、多孔質の焼結体１に設けられた空隙１２へアパタイト系材料２の水溶液が全域に渡って均一に浸透され、水溶液中のアパタイト系材料２の粒子３が焼結体１の空隙１２に残留することで、アパタイト系材料２の粒子３が焼結体１の内方深部まで均一に分布する生体用部材が得られる。
【００１９】
［第二実施例］
図３は、本発明の第二実施例を示す説明図である。
第二実施例は、焼結体１の形状において中心部へ窪みを設けた中空部１７を備え、この中空部１７へ減圧手段８を連接させて生体用部材を得ることに特徴がある。
媒体５を焼結体１へ浸透させる際において、加圧手段６の圧力で押し込まれる媒体５が焼結体１を通過して減圧手段８の減圧側配管１６に達するまでの距離、つまり加圧手段６と減圧手段８との間にある焼結体１部分を小さくすることで、媒体５を焼結体１の全域にまんべんなく浸透し易くする。
そのため、焼結体１の減圧手段８と接続している所から遠い部位や端部などの媒体５中の粒子３が残留し難い部位にも媒体５が浸透し、アパタイト系材料２の粒子３を焼結体１の空隙１２に残留させることができる。
【００２０】
［第三実施例］
図４は、本発明の第三実施例を示す説明図である。
前記実施例においては、加圧手段６と減圧手段８に用いるポンプをそれぞれ別に設けているが、本実施例ではこれを一つのポンプで行なうものである。図４に示すように圧力容器１３に焼結体１を固定させ、加減圧ポンプ１０から加圧側配管１５を連結させて媒体５を圧力容器１３へ送り込むように構成されている。
圧力容器には、減圧側配管１６が焼結体１に連接して設けられ、さらには前記加減圧ポンプ１０の減圧側接続部に連結されて媒体５を加減圧ポンプ１０の吸引側へ戻すようになされている。
これにより媒体５が加減圧ポンプ１０により循環され、より効率良く媒体５内のアパタイト系材料２の粒子３を焼結体１に残留させることができる。またひとつのポンプのみで実施できるので、低コストで設置スペースをとらないコンパクトな装置にすることができる。
【００２１】
前述の実施例において、媒体５として、アパタイト系材料２の水溶液を用いる例を説明しているが、例えば媒体５に気体を用いて粉末状や粒状のアパタイト系材料を圧力容器へ送ることもできる。
これによれば、アパタイト系材料の粒子３を焼結体１の空隙１２へ直接送ることができる。
【００２２】
また、媒体５として付着性の高いバインダーを用いることで、焼結体１の空隙１２へのアパタイト系材料２の粒子３が残留する度合いを増やすことができる。これにより粒子３の焼結体１からの剥がれ等の防止も可能となり、より生体親和性の高い生体用部材を求める事ができる。
また他の例としては、粒子の電気的特性を利用して、粒子３を電荷させて電気的に焼結体１へ付着させる方法もある。
【００２３】
また前述の実施例においては、加圧手段６により加圧された媒体５が圧力容器１３へ送り込まれる例を説明しているが、媒体５を圧力容器１３へ送る際にヒーターなどの加熱手段を設け、加圧手段６により加圧された媒体５を加熱することで、圧力容器１３内へ媒体５を送り込み易くし、より効率良く媒体５に送り込み作用を起こさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の生体用部材の製造方法と従来の含浸による製造方法を比較した作用説明図である。
【図２】本発明の第一実施例の製造方法を示す説明図である。
【図３】本発明の第二実施例の製造方法を示す説明図である。
【図４】本発明の第三実施例の製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ 焼結体
３ アパタイト系材料の粒子
５ 媒体
７ 加圧ポンプ
９ 減圧ポンプ
１０ 加減圧ポンプ
１３ 圧力容器
１４ 蓋
１５ 加圧側配管
１６ 減圧側配管
１７ 中空部
【出願人】 【識別番号】０００１５４９０１
【氏名又は名称】株式会社北川鉄工所
【出願日】 平成１８年７月５日（２００６．７．５）
【代理人】
【公開番号】 特開２００８−１２０３２（Ｐ２００８−１２０３２Ａ）
【公開日】 平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願番号】 特願２００６−１８５４８５（Ｐ２００６−１８５４８５）