インプラント用材料、その製造方法及び骨細胞との親和性向上方法
【課題】破骨細胞への誘導を抑制すると共に、骨芽細胞への分化を促進するインプラント用材料を実現できるようにする。
【解決手段】インプラント用材料は、基材１０と、基材１０の表面に形成された炭素質薄膜２０とを備えている。炭素質薄膜２０は、酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有する。酸素を含む官能基の存在比は４％以下であり、窒素を含む官能基の存在比／酸素を含む官能基の存在比は１０以下である。
【解決手段】インプラント用材料は、基材１０と、基材１０の表面に形成された炭素質薄膜２０とを備えている。炭素質薄膜２０は、酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有する。酸素を含む官能基の存在比は４％以下であり、窒素を含む官能基の存在比／酸素を含む官能基の存在比は１０以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インプラント用材料、その製造方法及び骨細胞との親和性向上方法に関し、特に、人工歯根及び義歯等の骨細胞との親和性が必要な材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、人工歯根等をはじめとする生体内に埋め込むインプラントの基材としてチタン及びチタン合金が生体適合性、耐食性及び機械的強度に優れているという理由から使用されている。しかし、チタン及びチタン合金からなる人工歯根を直接顎骨に固定した場合には、顎骨の骨組織再生の代謝バランスが崩れ、人工歯根のゆるみが生じたり、顎骨破壊が生じたりするおそれがあることが知られている。
【０００３】
このような人工歯根の埋め込みが失敗する原因として、人工歯根の周囲において破骨細胞が誘導され、骨破壊が生じるインプラント周囲炎がある。インプラント周囲炎は、細菌感染等の微生物刺激及び過度の咬合力等の機械的刺激に起因する場合もあるが、人工歯根自体による破骨細胞の活性化によっても生じる。
【０００４】
人工歯根による破骨細胞の活性化は、インプラント初期埋入時にも発生する。初期埋入時に出現した破骨細胞は、インプラントのオッセオインテグレーションを妨げ、インプラントが失敗に至る原因となる。
【０００５】
このような破骨細胞の活性化は、チタン及びチタン合金が骨細胞と十分な親和性を有していないことにより生じると考えられる。骨細胞との親和性が不十分な材料の表面では、破骨前駆細胞から破骨細胞への分化が促進され、これにより骨破壊が生じてしまう。チタン及びチタン合金は比較的骨細胞との親和性が高い材料であることが知られている。しかし、親和性が十分とはいえず、埋め込み対象者の顎骨の状態及び口腔内の状態等によって人工歯根の埋め込みが失敗してしまう。
【０００６】
人工歯根等のインプラントと骨細胞との親和性を向上させる方法としてダイヤモンド様薄膜（ＤＬＣ膜）による被覆が試みられている（例えば、特許文献１を参照。）。ＤＬＣ膜は、炭素を主成分とし、表面が平滑で不活性であるため生体との適合性に優れている。このため、骨細胞との親和性にも優れていると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２０４８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、インプラントと骨細胞との親和性は、破骨細胞の誘導抑制だけでなく、骨芽細胞への分化の促進という観点からも検討する必要がある。破骨前駆細胞から破骨細胞への分化を抑制できたとしても、未熟骨芽細胞から骨芽細胞への分化が抑制されたり、骨芽細胞の増殖が阻害されたりすると、インプラントのオッセオインテグレーションは促進されない。これまで、ＤＬＣ膜が骨芽細胞への分化にどのような影響を与えるかについてはほとんど知られていない。
【０００９】
本発明は、本願発明者らの検討により得られた骨芽細胞への分化にＤＬＣ膜が与える影響に関する知見に基づき、破骨細胞への誘導を抑制すると共に、骨芽細胞への分化を促進するインプラント用材料を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
具体的に、本発明に係るインプラント用材料は、基材と、基材の表面に形成された炭素質薄膜とを備え、炭素質薄膜は、酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有し、酸素を含む官能基の存在比は４％以下であり、窒素を含む官能基の存在比を酸素を含む官能基の存在比により除した値は１０以下であることを特徴とする。
【００１１】
本願発明者らの検討によれば、酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有し、酸素を含む官能基の存在比が４％以下であり、窒素を含む官能基の存在比／酸素を含む官能基の存在比が１０以下である炭素質膜の表面において骨芽細胞への分化が生じやすく、破骨細胞への分化が生じにくくなる。このため、本発明のインプラント用材料は、破骨細胞への分化を抑制できると共に、骨芽細胞への分化を促進することができるため、骨組織との親和性に優れたインプラント用材料を実現できる。
【００１２】
本発明のインプラント用材料において、基材は、金属とすればよい。また、基材はチタン又はチタン合金からなることが好ましい。
【００１３】
本発明のインプラント用材料において、基材は、人工歯根、義歯、歯冠修復物、人工骨又は人工関節とすればよい。
【００１４】
本発明のインプラント用材料において、炭素質膜の表面におけるゼータ電位は、−５０ｍＶ以上且つ０ｍＶ未満とすればよい。
【００１５】
本発明に係るインプラント用材料の製造方法は、基材を準備する工程（ａ）と、炭化水素を含むガスを用いた化学気相堆積法により、基材の表面に炭素質膜を形成する工程（ｂ）と、基材の表面に形成された炭素質膜の表面のダングリングボンドが安定するまで基材を真空状態に保持する工程（ｃ）とを備え、炭素質膜における酸素を含む官能基の存在比を４％以下とし、窒素を含む官能基の存在比を酸素を含む官能基の存在比により除した値が１０以下とすることを特徴とする。
【００１６】
本発明のインプラント用材料の製造方法は、工程（ｃ）よりも後に、炭素質膜に塩基性窒素含有化合物のプラズマを照射する工程（ｄ）をさらに備えていてもよい。
【００１７】
本発明に係るインプラント用材料の骨細胞との親和性向上方法は、基材の表面に酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有する炭素質膜を形成し、酸素を含む官能基の存在比は４％以下とし、窒素を含む官能基の存在比を酸素を含む官能基の存在比により除した値を１０以下とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る炭素質薄膜及びその製造方法によれば、破骨細胞への誘導を抑制すると共に、骨芽細胞への分化を促進するインプラント用材料を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】例示のインプラント用材料を示す断面図である。
【図２】基材の表面状態と骨芽細胞の増殖との関係を示すグラフである。
【図３】基材の表面状態と骨芽細胞への分化との関係を示すグラフである。
【図４】基材の表面状態と骨芽細胞への分化との関係を示すグラフである。
【図５】基材の表面状態と破骨細胞への分化との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施形態においてインプラントとは、人工歯根だけでなく、義歯、歯冠修復材料及び義歯修復材料等を含む。また、歯科用だけでなく、生体内に埋め込まれる、人工骨及び人工関節等の骨細胞と親和性が必要とされる器具を含む。
【００２１】
炭素質膜とは、ダイヤモンド様膜（ＤＬＣ膜）に代表されるｓｐ2炭素−炭素結合（グラファイト結合）及びｓｐ3炭素−炭素結合（ダイヤモンド結合）を含む膜である。ＤＬＣ膜のようなアモルファス状態の膜であっても、ダイヤモンド膜のような結晶状態の膜であってもよい。通常、ｓｐ2炭素−水素結合及びｓｐ3炭素−水素結合を含んでいるが、水素は必須の構成要素ではない。また、シリコン（Ｓｉ）又はフッ素（Ｆ）等が添加されていてもよい。
【００２２】
図１は、本実施形態に係るインプラント用材料の断面構成を示している。基材１０の表面に膜厚が０．００５μｍ〜３μｍ程度の炭素質膜２０が形成されている。炭素質膜２０の表面には、カルボキシル基に代表される酸素を含む官能基及びアミノ基に代表される窒素を含む官能基の少なくとも一方が存在している。本実施形態において、炭素質膜２０における酸素を含む官能基の存在比は４％以下である。また、窒素を含む官能基の存在比を酸素を含む官能基の存在比で割った値は１０以下である。なお、後で詳細に説明するが、酸素を含む官能基の存在比とは、Ｘ線光電子分光により求めた酸素の１ｓ（Ｏ１ｓ）ピークのピーク面積を炭素の１ｓ（Ｃ１ｓ）ピークのピーク面積で割った値であり、窒素を含む官能基の存在比とは、窒素の１ｓ（Ｎ１ｓ）ピークのピーク面積を炭素の１ｓ（Ｃ１ｓ）ピークのピーク面積で割った値である。
【００２３】
インプラント用材料は、骨細胞との親和性が非常に重要である。骨細胞との親和性とは、未熟骨芽細胞から骨芽細胞への分化の促進及び骨芽細胞の増殖の促進と、破骨前駆細胞から破骨細胞への誘導の抑制との両方の観点から評価する必要がある。
【００２４】
基材の表面に炭素質膜を形成し且つ炭素質膜の表面におけるカルボキシル基等の酸素を含む官能基の存在比を４％以下とし且つアミノ基等の窒素を含む官能基の存在比をカルボキシル基等の酸素を含む官能基の存在比で割った値を１０以下とすることにより、骨芽細胞への分化の促進及び骨芽細胞の増殖の促進と、破骨細胞への誘導の抑制とを実現することができることを本願発明者らは見出した。
【００２５】
酸素を含む官能基の存在比を４％以下とし且つ窒素を含む官能基の存在比／酸素を含む官能基の存在比を１０以下とした場合に、未熟骨芽細胞から骨芽細胞への分化が促進されると共に、破骨細胞への誘導が抑制される理由は明確ではない。しかし、酸素を含む官能基の存在比が４％以下で窒素を含む官能基の存在比／酸素を含む官能基の存在比が１０よりも大きい場合に及び窒素を含む官能基の存在比／酸素を含む官能基の存在比が１０以下で酸素を含む官能基の存在比が４％よりも高い場合には、骨芽細胞は増殖するが骨芽細胞への分化の促進は認められない。このことから、骨細胞の親和性は炭素質膜の表面におけるカルボキシル基とアミノ基とのバランスによって制御されると考えられる。
【００２６】
歯科インプラントの治療において、血小板が治療成績に大きな影響を与えることが知られている。例えば、インプラントの埋入前に、患者の血液より得た血小板を含む血漿(Platelet-Rich Plasma)にインプラントを浸漬し、インプラントの表面に血小板を吸着させると治療がより確実に行われることが知られている。一方、炭素質膜の表面におけるアミノ基の存在比及びカルボキシル基の存在比は、炭素質膜の表面のゼータ電位に影響を与え、炭素質膜の表面におけるゼータ電位ゼータ電位の値が−５０ｍＶ以下の場合にはほとんど血小板が吸着しないことが知られている。酸素を含む官能基であるカルボキシル基の存在比が４％以下で且つ窒素を含む官能基であるアミノ基の存在比／酸素を含む官能基であるカルボキシル基の存在比が１０以下の場合におけるゼータ電位の値は−６０ｍＶ程度〜０ｍＶ程度となる。このことから、炭素質膜の表面のゼータ電位は、−５０ｍＶ以上且つ０ｍＶ以下であることが好ましい。
【００２７】
本実施形態のインプラント用材料は基材の表面を炭素質膜により覆うため、基材がどのような材質であっても優れた骨組織との親和性を示す。このため、基材は強度等の特性を満たしていればどのような材質であってもよい。例えば、チタン及びチタン合金等をはじめとする金属、樹脂又はセッラミック等を用いることができる。また、人工歯根をはじめ、義歯、人工骨及び人工関節等の骨細胞と親和性が必要とされる種々のインプラントに適用することが可能である。
【００２８】
炭素質膜は、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）により形成すればよい。またＣＶＤ法以外の、スパッタ法、プラズマイオン注入法、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法又はレーザーアブレーション法等により形成してもよい。
【００２９】
炭素質膜の成膜中及び成膜後にチャンバ内に存在する酸素及び水分は、炭素質膜の表面にカルボキシル基等の酸素を含む官能基を生成する原因となる。このため、酸素を含む官能基の存在比を４％以下とする場合には、成膜の際に高純度の原料ガスを用い、さらに吸着脱水装置等を介して原料ガスを供給することが好ましい。また、成膜完了後における酸素との結合を抑制するために、成膜完了直後は一定時間真空中に保持し、炭素質膜のダングリングボンドを安定化することが好ましい。例えばプラズマＣＶＤ法により炭素質膜を成膜する場合、プラズマ生成に用いるアルゴンガスの純度を９９．９９９９％以上とし、成膜終了後は基板の温度が常温となった後、少なくとも１０分間、好ましくは６０分以上真空中に放置すればよい。
【００３０】
炭素質膜へアミノ基等の窒素を含む官能基を導入する必要がある場合には、塩基性窒素含有化合物のプラズマを炭素質膜に照射すればよい。塩基性窒素含有化合物としては、アンモニアをはじめとして、一般式がＮＲ1Ｒ2Ｒ3により示される有機アミン類（但し、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は水素、−ＣＨ3、−Ｃ2Ｈ5、−Ｃ3Ｈ7又は−Ｃ4Ｈ8であり、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は互いに同一であっても、異なっていてもよい。）又はベンジルアミン及びその２級、３級アミン等を用いればよい。但し、アンモニアがコスト、取り扱いの容易さから好ましい。なお、プラズマ照射時におけるチャンバ内の到達真空度は、０．０１Ｐａ程度〜５００Ｐａ程度とすればよい。但し、到達真空度が高い方が、空気中の酸素の影響を受けることがなく好ましく、５×１０-3Ｐａ程度としてもよい。
【００３１】
炭素質膜に酸素を含む官能基をさらに導入する必要がある場合には、酸素プラズマ又は酸素を含むガスのプラズマ等を照射すればよい。また、アンモニア等のプラズマを照射する際の到達真空度を低くしてもよい。
【００３２】
なお、プラズマ照射装置は、どのような構造のものを用いてもよい。また、放電形式についても、どのようなものを用いてもよく、例えば平行平板方式、アフターグロー放電方式、電磁誘導型及び有磁場型等を用いればよい。プラズマ照射条件は特に限定されない。例えば、プラズマ発生用の電源としては、商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）、高周波（ラジオ周波数）又はマイクロ波領域等の各種の電源周波数を用いることができる。さらに、原料ガスの圧力制御方法や供給構造についても特に限定するものではない。しかし、であまりエッチングレートが大きいプラズマ照射条件を用いると、炭素質薄膜にダメージを与えるおそれがある。
【００３３】
炭素質膜の厚さは特に限定されるものではないが、０．００５μｍ〜３μｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．０１μｍ〜１μｍの範囲である。
【００３４】
また、炭素質膜は基材の表面に直接形成することができるが、基材と炭素質薄膜とをより強固に密着させるために、基材と炭素質薄膜との間に中間層を設けてもよい。中間層の材質としては、基材の種類に応じて種々のものを用いることができるが、珪素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）と炭素（Ｃ）又はクロム（Ｃｒ）と炭素（Ｃ）からなるアモルファス膜等の公知のものを用いることができる。その厚みは特に限定されるものではないが、０．００５μｍ〜０．３μｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．０１μｍ〜０．１μｍの範囲である。中間層は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、溶射法、イオンプレーティング法又はアークイオンプレーティング法等を用いて形成すればよい。
【００３５】
（一実施例）
以下に、本実施形態のインプラント用材料について実施例を用いてさらに詳細に説明する。
【００３６】
−炭素質膜の形成−
純チタン（ＪＩＳ２種）からなる基材の表面にＤＬＣ膜からなる炭素質膜を形成した。細胞培養の際には直径２０ｍｍの基材を用いた。ＤＬＣ膜は化学気相堆積（ＣＶＤ）法を用いて形成した。具体的には、基材を載置したチャンバ内にＣ2Ｈ2を流量が１５０ｓｃｃｍ（ｃｍ3／分、但し１気圧、０℃）で、圧力が２４．６７Ｐａ（３５ｍＴｏｒｒ）となるように導入し、ＲＦ電極に１００Ｗ〜５００Ｗの高周波電力を印加した。
【００３７】
ＤＬＣ膜成膜後に、真空中に放置することにより酸素を含む官能基の存在比が低いＤＬＣ膜とすることができる。表１は、ＤＬＣ膜を成膜後１０分間真空中に放置した場合と、１２０分間真空中に放置した場合の酸素を含む官能基の存在比及び窒素を含む官能基の存在比を示している。なお、酸素を含む官能基はカルボキシル基（ＣＯＯＨ）であるとみなし、窒素を含む官能基はアミノ基（ＮＨ2）であるとみなして評価している。成膜後１０分以上真空中に放置することにより酸素を含む官能基の存在比を４％以下とすることができる。また、真空中に放置する時間が長いほど酸素を含む官能基の存在比を小さくすることができる。
【００３８】
【表１】
−官能基の導入−
炭素質膜に官能基をさらに導入するためにプラズマ照射を行った。プラズマ照射は平行平板型のプラズマ照射装置により行った。プラズマ照射装置のチャンバ内に上記で得られた基材をセットした後、チャンバ内の圧力を２Ｐａ以下まで排気した。次に、チャンバ内にアンモニア又は酸素を所定の流量で導入し、平行平板電極の間に３０Ｗの高周波電力を印加することによりプラズマを発生させた。ガス流量の調整はマスフローコントローラにより行い、プラズマ照射時のチャンバ内圧力は１３０Ｐａとした。高周波電力は、マッチングボックスを介して接続された高周波電源を用いて印加した。窒素を含む官能基の導入にはアンモニアを用い、酸素を含む官能基の導入には酸素を用いた。プラズマ照射時間は１５秒とした。
【００３９】
−官能基存在比の評価−
炭素質膜における官能基の存在比はＸ線光電子分光（ＸＰＳ）測定により評価した。Ｘ線源にはアルミニウムＫα線を用い、加速電圧は１０．０ＫＶ、エミッション電流は１０ｍＡとした。Ｘ線の入射角度は４５度とし、表面から４ｎｍ程度の深さまでの状態について測定した。
【００４０】
窒素を含む官能基の存在比は、ＸＰＳ測定において得られた窒素の１ｓ（Ｎ１ｓ）ピークの面積と炭素（Ｃ）１ｓピークの面積との比率とした。炭素質膜の表面に存在する窒素がどのような状態となっているかは明確ではない。しかし、アミノ基及びアミド基等の窒素を含む官能基（窒素性官能基）を形成していると考えられる。窒素性官能基の詳細な分析は困難であるが、ＸＰＳ測定において、３９９ｅＶ付近にＮ１ｓピークが出現していることからも主にアミノ基として存在していると考えられる。以下においては、Ｎ１ｓピークの面積とＣ１ｓピークの面積との比率をアミノ基の存在比［ＮＨ2］として説明する。
【００４１】
酸素を含む官能基の存在比は、ＸＰＳ測定において得られた酸素の１ｓ（Ｏ１ｓ）ピークの面積とＣ１ｓピークの面積との比率とした。酸素を含む官能基としてカルボキシル基以外の水酸基等も形成されている可能性があるが、以下においては、Ｏ１ｓピークの面積とＣ１ｓピークの面積との比率をカルボキシル基の存在比［ＣＯＯＨ］とする。
【００４２】
なお、ＸＰＳ測定において、ピーク面積の比率により求めた存在比は、原子％（ａｔ％）となる。
【００４３】
−骨芽細胞の評価−
直径２０ｍｍのウェル内において試料とマウス骨芽細胞様細胞株ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞（以下、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞という。）とを接触させて培養した。細胞は１ウェル当たり５×１０4個播種した。培養培地には１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）、Ｌ−グルタミン、混合抗生物質（Invitrogen社製）及び５０μｇ／ｍｌのアスコルビン酸を含有したα変法イーグル培地（α−ＭＥＭ）を用いた。培養温度は３７℃とし、５％二酸化炭素雰囲気で培養した。
【００４４】
細胞を１日培養した後、細胞数をＭＴＳ（Multiple target screening）法を用いて、細胞の増殖性を評価した。増殖性を評価するための吸光度測定の波長は４９０ｎｍとした。
【００４５】
細胞を７日間培養した後、骨分化マーカー遺伝子であるＲｕｎｘ２及びＴｙｐｅＩコラーゲン（ＣｏＩ−Ｉ）の発現について評価した。具体的には、培養したＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞からTRIzol試薬（Invitrogen社製）を用いてＲＮＡを抽出した後、ReverTra Ace reverse transcriptase（東洋紡社製）を用いてｃＤＮＡを作成した。作成したｃＤＮＡを、定量ＲＴ−ＰＣＲ（Rela-time Quantitative Reverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction）法により評価した。
【００４６】
−骨破壊細胞の分化の評価−
ウェル内において試料と破骨前駆細胞とを破骨細胞分化誘導因子（Receptor Activator of NF-kB Ligand：ＲＡＮＫＬ）の存在下において接触させ、３７℃で細胞培養した。破骨前駆細胞は、ＲＡＮＫＬの存在により破骨細胞へと分化することが確立されているセルラインRAW264.7細胞 (TIB-71, ATCC)を用いた。細胞は１ウェル当たり５×１０3個播種した。
【００４７】
分化関連遺伝子であるカテプシンＫ（cathepsin K）の発現を定量ＲＴＰＣＲ法を用いて定量することにより、破骨細胞への分化を評価した。
【００４８】
−測定結果−
表２に示す４つの試料について測定を行った。試料１はコントロールのために設けたＤＬＣ膜を形成していない純チタンの基材である。試料２はプラズマ照射を行っていないＤＬＣ膜である。試料３は、プラズマ照射によりカルボキシル基の導入量を多くしたＤＬＣ膜である。試料４は、プラズマ照射によりアミノ基の導入量を多くしたＤＣＬ膜である。
【００４９】
【表２】
図２は、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の増殖特性を示している。図２において縦軸は４９０ｎｍの吸光度を示し、吸光度が高いほどＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞が増殖していることを示す。図２に示すように、ＤＬＣ膜を形成してもＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の増殖性は低下しなかった。また、ＤＬＣ膜に導入した官能基の量によってもＭＣ３Ｔ３−Ｅ１の増殖性は影響を受けなかった。
【００５０】
図３及び図４は、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の分化特性を示している。図３において縦軸はＲｕｎｘ２のｍＲＮＡ発現量を示し、値が大きいほどＲｕｎｘ２が発現し、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の分化が促進されていることを示している。図４において縦軸はＣｏＩ−ＩのｍＲＮＡ発現量を示し、値が大きいほどＣｏＩ−Ｉが発現し、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の分化が促進されていることを示している。試料２においては、Ｒｕｎｘ２及びＣｏＩ−Ｉの発現量が、純チタンの場合の約２００倍に増加した。しかし、［ＣＯＯＨ］が４％を越える試料３及び［ＮＨ2］／［ＣＯＯＨ］が１０を越える試料４では、骨芽細胞への分化を促進する効果は認められなかった。
【００５１】
図５は、破骨細胞への分化の指標であるカテプシンＫの発現特性を示している。試料１及び試料２のいずれにおいても、分化促進因子であるＲＡＮＫＬが存在していない場合には、カテプシンＫの発現量はわずかであり、破骨前駆細胞から破骨細胞への分化は抑制されている。しかし、ＲＡＮＫＬの存在下においては、試料１の場合カテプシンＫの発現量がＲＡＮＫＬが存在しない場合の９倍以上に増加し、破骨前駆細胞から破骨細胞への分化が活発に生じた。一方、［ＣＯＯＨ］が４％以下で且つ［ＮＨ2］／［ＣＯＯＨ］が１０以下の炭素質膜を有する試料２においては、カテプシンＫの発現量の増加はわずかであった。このことから、［ＣＯＯＨ］が４％以下で且つ［ＮＨ2］／［ＣＯＯＨ］が１０以下の炭素質膜は、破骨前駆細胞から破骨細胞への分化を抑制できることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係るインプラント用材料及びその製造方法は、破骨細胞への誘導を抑制すると共に、骨芽細胞への分化を促進するインプラント用材料を実現でき、特に、人工歯根及び義歯等の骨細胞との親和性が必要な歯科用材料及びその製造方法等として有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 基材
２０ 炭素質膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インプラント用材料、その製造方法及び骨細胞との親和性向上方法に関し、特に、人工歯根及び義歯等の骨細胞との親和性が必要な材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、人工歯根等をはじめとする生体内に埋め込むインプラントの基材としてチタン及びチタン合金が生体適合性、耐食性及び機械的強度に優れているという理由から使用されている。しかし、チタン及びチタン合金からなる人工歯根を直接顎骨に固定した場合には、顎骨の骨組織再生の代謝バランスが崩れ、人工歯根のゆるみが生じたり、顎骨破壊が生じたりするおそれがあることが知られている。
【０００３】
このような人工歯根の埋め込みが失敗する原因として、人工歯根の周囲において破骨細胞が誘導され、骨破壊が生じるインプラント周囲炎がある。インプラント周囲炎は、細菌感染等の微生物刺激及び過度の咬合力等の機械的刺激に起因する場合もあるが、人工歯根自体による破骨細胞の活性化によっても生じる。
【０００４】
人工歯根による破骨細胞の活性化は、インプラント初期埋入時にも発生する。初期埋入時に出現した破骨細胞は、インプラントのオッセオインテグレーションを妨げ、インプラントが失敗に至る原因となる。
【０００５】
このような破骨細胞の活性化は、チタン及びチタン合金が骨細胞と十分な親和性を有していないことにより生じると考えられる。骨細胞との親和性が不十分な材料の表面では、破骨前駆細胞から破骨細胞への分化が促進され、これにより骨破壊が生じてしまう。チタン及びチタン合金は比較的骨細胞との親和性が高い材料であることが知られている。しかし、親和性が十分とはいえず、埋め込み対象者の顎骨の状態及び口腔内の状態等によって人工歯根の埋め込みが失敗してしまう。
【０００６】
人工歯根等のインプラントと骨細胞との親和性を向上させる方法としてダイヤモンド様薄膜（ＤＬＣ膜）による被覆が試みられている（例えば、特許文献１を参照。）。ＤＬＣ膜は、炭素を主成分とし、表面が平滑で不活性であるため生体との適合性に優れている。このため、骨細胞との親和性にも優れていると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２０４８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、インプラントと骨細胞との親和性は、破骨細胞の誘導抑制だけでなく、骨芽細胞への分化の促進という観点からも検討する必要がある。破骨前駆細胞から破骨細胞への分化を抑制できたとしても、未熟骨芽細胞から骨芽細胞への分化が抑制されたり、骨芽細胞の増殖が阻害されたりすると、インプラントのオッセオインテグレーションは促進されない。これまで、ＤＬＣ膜が骨芽細胞への分化にどのような影響を与えるかについてはほとんど知られていない。
【０００９】
本発明は、本願発明者らの検討により得られた骨芽細胞への分化にＤＬＣ膜が与える影響に関する知見に基づき、破骨細胞への誘導を抑制すると共に、骨芽細胞への分化を促進するインプラント用材料を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
具体的に、本発明に係るインプラント用材料は、基材と、基材の表面に形成された炭素質薄膜とを備え、炭素質薄膜は、酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有し、酸素を含む官能基の存在比は４％以下であり、窒素を含む官能基の存在比を酸素を含む官能基の存在比により除した値は１０以下であることを特徴とする。
【００１１】
本願発明者らの検討によれば、酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有し、酸素を含む官能基の存在比が４％以下であり、窒素を含む官能基の存在比／酸素を含む官能基の存在比が１０以下である炭素質膜の表面において骨芽細胞への分化が生じやすく、破骨細胞への分化が生じにくくなる。このため、本発明のインプラント用材料は、破骨細胞への分化を抑制できると共に、骨芽細胞への分化を促進することができるため、骨組織との親和性に優れたインプラント用材料を実現できる。
【００１２】
本発明のインプラント用材料において、基材は、金属とすればよい。また、基材はチタン又はチタン合金からなることが好ましい。
【００１３】
本発明のインプラント用材料において、基材は、人工歯根、義歯、歯冠修復物、人工骨又は人工関節とすればよい。
【００１４】
本発明のインプラント用材料において、炭素質膜の表面におけるゼータ電位は、−５０ｍＶ以上且つ０ｍＶ未満とすればよい。
【００１５】
本発明に係るインプラント用材料の製造方法は、基材を準備する工程（ａ）と、炭化水素を含むガスを用いた化学気相堆積法により、基材の表面に炭素質膜を形成する工程（ｂ）と、基材の表面に形成された炭素質膜の表面のダングリングボンドが安定するまで基材を真空状態に保持する工程（ｃ）とを備え、炭素質膜における酸素を含む官能基の存在比を４％以下とし、窒素を含む官能基の存在比を酸素を含む官能基の存在比により除した値が１０以下とすることを特徴とする。
【００１６】
本発明のインプラント用材料の製造方法は、工程（ｃ）よりも後に、炭素質膜に塩基性窒素含有化合物のプラズマを照射する工程（ｄ）をさらに備えていてもよい。
【００１７】
本発明に係るインプラント用材料の骨細胞との親和性向上方法は、基材の表面に酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有する炭素質膜を形成し、酸素を含む官能基の存在比は４％以下とし、窒素を含む官能基の存在比を酸素を含む官能基の存在比により除した値を１０以下とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る炭素質薄膜及びその製造方法によれば、破骨細胞への誘導を抑制すると共に、骨芽細胞への分化を促進するインプラント用材料を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】例示のインプラント用材料を示す断面図である。
【図２】基材の表面状態と骨芽細胞の増殖との関係を示すグラフである。
【図３】基材の表面状態と骨芽細胞への分化との関係を示すグラフである。
【図４】基材の表面状態と骨芽細胞への分化との関係を示すグラフである。
【図５】基材の表面状態と破骨細胞への分化との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施形態においてインプラントとは、人工歯根だけでなく、義歯、歯冠修復材料及び義歯修復材料等を含む。また、歯科用だけでなく、生体内に埋め込まれる、人工骨及び人工関節等の骨細胞と親和性が必要とされる器具を含む。
【００２１】
炭素質膜とは、ダイヤモンド様膜（ＤＬＣ膜）に代表されるｓｐ2炭素−炭素結合（グラファイト結合）及びｓｐ3炭素−炭素結合（ダイヤモンド結合）を含む膜である。ＤＬＣ膜のようなアモルファス状態の膜であっても、ダイヤモンド膜のような結晶状態の膜であってもよい。通常、ｓｐ2炭素−水素結合及びｓｐ3炭素−水素結合を含んでいるが、水素は必須の構成要素ではない。また、シリコン（Ｓｉ）又はフッ素（Ｆ）等が添加されていてもよい。
【００２２】
図１は、本実施形態に係るインプラント用材料の断面構成を示している。基材１０の表面に膜厚が０．００５μｍ〜３μｍ程度の炭素質膜２０が形成されている。炭素質膜２０の表面には、カルボキシル基に代表される酸素を含む官能基及びアミノ基に代表される窒素を含む官能基の少なくとも一方が存在している。本実施形態において、炭素質膜２０における酸素を含む官能基の存在比は４％以下である。また、窒素を含む官能基の存在比を酸素を含む官能基の存在比で割った値は１０以下である。なお、後で詳細に説明するが、酸素を含む官能基の存在比とは、Ｘ線光電子分光により求めた酸素の１ｓ（Ｏ１ｓ）ピークのピーク面積を炭素の１ｓ（Ｃ１ｓ）ピークのピーク面積で割った値であり、窒素を含む官能基の存在比とは、窒素の１ｓ（Ｎ１ｓ）ピークのピーク面積を炭素の１ｓ（Ｃ１ｓ）ピークのピーク面積で割った値である。
【００２３】
インプラント用材料は、骨細胞との親和性が非常に重要である。骨細胞との親和性とは、未熟骨芽細胞から骨芽細胞への分化の促進及び骨芽細胞の増殖の促進と、破骨前駆細胞から破骨細胞への誘導の抑制との両方の観点から評価する必要がある。
【００２４】
基材の表面に炭素質膜を形成し且つ炭素質膜の表面におけるカルボキシル基等の酸素を含む官能基の存在比を４％以下とし且つアミノ基等の窒素を含む官能基の存在比をカルボキシル基等の酸素を含む官能基の存在比で割った値を１０以下とすることにより、骨芽細胞への分化の促進及び骨芽細胞の増殖の促進と、破骨細胞への誘導の抑制とを実現することができることを本願発明者らは見出した。
【００２５】
酸素を含む官能基の存在比を４％以下とし且つ窒素を含む官能基の存在比／酸素を含む官能基の存在比を１０以下とした場合に、未熟骨芽細胞から骨芽細胞への分化が促進されると共に、破骨細胞への誘導が抑制される理由は明確ではない。しかし、酸素を含む官能基の存在比が４％以下で窒素を含む官能基の存在比／酸素を含む官能基の存在比が１０よりも大きい場合に及び窒素を含む官能基の存在比／酸素を含む官能基の存在比が１０以下で酸素を含む官能基の存在比が４％よりも高い場合には、骨芽細胞は増殖するが骨芽細胞への分化の促進は認められない。このことから、骨細胞の親和性は炭素質膜の表面におけるカルボキシル基とアミノ基とのバランスによって制御されると考えられる。
【００２６】
歯科インプラントの治療において、血小板が治療成績に大きな影響を与えることが知られている。例えば、インプラントの埋入前に、患者の血液より得た血小板を含む血漿(Platelet-Rich Plasma)にインプラントを浸漬し、インプラントの表面に血小板を吸着させると治療がより確実に行われることが知られている。一方、炭素質膜の表面におけるアミノ基の存在比及びカルボキシル基の存在比は、炭素質膜の表面のゼータ電位に影響を与え、炭素質膜の表面におけるゼータ電位ゼータ電位の値が−５０ｍＶ以下の場合にはほとんど血小板が吸着しないことが知られている。酸素を含む官能基であるカルボキシル基の存在比が４％以下で且つ窒素を含む官能基であるアミノ基の存在比／酸素を含む官能基であるカルボキシル基の存在比が１０以下の場合におけるゼータ電位の値は−６０ｍＶ程度〜０ｍＶ程度となる。このことから、炭素質膜の表面のゼータ電位は、−５０ｍＶ以上且つ０ｍＶ以下であることが好ましい。
【００２７】
本実施形態のインプラント用材料は基材の表面を炭素質膜により覆うため、基材がどのような材質であっても優れた骨組織との親和性を示す。このため、基材は強度等の特性を満たしていればどのような材質であってもよい。例えば、チタン及びチタン合金等をはじめとする金属、樹脂又はセッラミック等を用いることができる。また、人工歯根をはじめ、義歯、人工骨及び人工関節等の骨細胞と親和性が必要とされる種々のインプラントに適用することが可能である。
【００２８】
炭素質膜は、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）により形成すればよい。またＣＶＤ法以外の、スパッタ法、プラズマイオン注入法、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法又はレーザーアブレーション法等により形成してもよい。
【００２９】
炭素質膜の成膜中及び成膜後にチャンバ内に存在する酸素及び水分は、炭素質膜の表面にカルボキシル基等の酸素を含む官能基を生成する原因となる。このため、酸素を含む官能基の存在比を４％以下とする場合には、成膜の際に高純度の原料ガスを用い、さらに吸着脱水装置等を介して原料ガスを供給することが好ましい。また、成膜完了後における酸素との結合を抑制するために、成膜完了直後は一定時間真空中に保持し、炭素質膜のダングリングボンドを安定化することが好ましい。例えばプラズマＣＶＤ法により炭素質膜を成膜する場合、プラズマ生成に用いるアルゴンガスの純度を９９．９９９９％以上とし、成膜終了後は基板の温度が常温となった後、少なくとも１０分間、好ましくは６０分以上真空中に放置すればよい。
【００３０】
炭素質膜へアミノ基等の窒素を含む官能基を導入する必要がある場合には、塩基性窒素含有化合物のプラズマを炭素質膜に照射すればよい。塩基性窒素含有化合物としては、アンモニアをはじめとして、一般式がＮＲ1Ｒ2Ｒ3により示される有機アミン類（但し、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は水素、−ＣＨ3、−Ｃ2Ｈ5、−Ｃ3Ｈ7又は−Ｃ4Ｈ8であり、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は互いに同一であっても、異なっていてもよい。）又はベンジルアミン及びその２級、３級アミン等を用いればよい。但し、アンモニアがコスト、取り扱いの容易さから好ましい。なお、プラズマ照射時におけるチャンバ内の到達真空度は、０．０１Ｐａ程度〜５００Ｐａ程度とすればよい。但し、到達真空度が高い方が、空気中の酸素の影響を受けることがなく好ましく、５×１０-3Ｐａ程度としてもよい。
【００３１】
炭素質膜に酸素を含む官能基をさらに導入する必要がある場合には、酸素プラズマ又は酸素を含むガスのプラズマ等を照射すればよい。また、アンモニア等のプラズマを照射する際の到達真空度を低くしてもよい。
【００３２】
なお、プラズマ照射装置は、どのような構造のものを用いてもよい。また、放電形式についても、どのようなものを用いてもよく、例えば平行平板方式、アフターグロー放電方式、電磁誘導型及び有磁場型等を用いればよい。プラズマ照射条件は特に限定されない。例えば、プラズマ発生用の電源としては、商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）、高周波（ラジオ周波数）又はマイクロ波領域等の各種の電源周波数を用いることができる。さらに、原料ガスの圧力制御方法や供給構造についても特に限定するものではない。しかし、であまりエッチングレートが大きいプラズマ照射条件を用いると、炭素質薄膜にダメージを与えるおそれがある。
【００３３】
炭素質膜の厚さは特に限定されるものではないが、０．００５μｍ〜３μｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．０１μｍ〜１μｍの範囲である。
【００３４】
また、炭素質膜は基材の表面に直接形成することができるが、基材と炭素質薄膜とをより強固に密着させるために、基材と炭素質薄膜との間に中間層を設けてもよい。中間層の材質としては、基材の種類に応じて種々のものを用いることができるが、珪素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）と炭素（Ｃ）又はクロム（Ｃｒ）と炭素（Ｃ）からなるアモルファス膜等の公知のものを用いることができる。その厚みは特に限定されるものではないが、０．００５μｍ〜０．３μｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．０１μｍ〜０．１μｍの範囲である。中間層は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、溶射法、イオンプレーティング法又はアークイオンプレーティング法等を用いて形成すればよい。
【００３５】
（一実施例）
以下に、本実施形態のインプラント用材料について実施例を用いてさらに詳細に説明する。
【００３６】
−炭素質膜の形成−
純チタン（ＪＩＳ２種）からなる基材の表面にＤＬＣ膜からなる炭素質膜を形成した。細胞培養の際には直径２０ｍｍの基材を用いた。ＤＬＣ膜は化学気相堆積（ＣＶＤ）法を用いて形成した。具体的には、基材を載置したチャンバ内にＣ2Ｈ2を流量が１５０ｓｃｃｍ（ｃｍ3／分、但し１気圧、０℃）で、圧力が２４．６７Ｐａ（３５ｍＴｏｒｒ）となるように導入し、ＲＦ電極に１００Ｗ〜５００Ｗの高周波電力を印加した。
【００３７】
ＤＬＣ膜成膜後に、真空中に放置することにより酸素を含む官能基の存在比が低いＤＬＣ膜とすることができる。表１は、ＤＬＣ膜を成膜後１０分間真空中に放置した場合と、１２０分間真空中に放置した場合の酸素を含む官能基の存在比及び窒素を含む官能基の存在比を示している。なお、酸素を含む官能基はカルボキシル基（ＣＯＯＨ）であるとみなし、窒素を含む官能基はアミノ基（ＮＨ2）であるとみなして評価している。成膜後１０分以上真空中に放置することにより酸素を含む官能基の存在比を４％以下とすることができる。また、真空中に放置する時間が長いほど酸素を含む官能基の存在比を小さくすることができる。
【００３８】
【表１】
−官能基の導入−
炭素質膜に官能基をさらに導入するためにプラズマ照射を行った。プラズマ照射は平行平板型のプラズマ照射装置により行った。プラズマ照射装置のチャンバ内に上記で得られた基材をセットした後、チャンバ内の圧力を２Ｐａ以下まで排気した。次に、チャンバ内にアンモニア又は酸素を所定の流量で導入し、平行平板電極の間に３０Ｗの高周波電力を印加することによりプラズマを発生させた。ガス流量の調整はマスフローコントローラにより行い、プラズマ照射時のチャンバ内圧力は１３０Ｐａとした。高周波電力は、マッチングボックスを介して接続された高周波電源を用いて印加した。窒素を含む官能基の導入にはアンモニアを用い、酸素を含む官能基の導入には酸素を用いた。プラズマ照射時間は１５秒とした。
【００３９】
−官能基存在比の評価−
炭素質膜における官能基の存在比はＸ線光電子分光（ＸＰＳ）測定により評価した。Ｘ線源にはアルミニウムＫα線を用い、加速電圧は１０．０ＫＶ、エミッション電流は１０ｍＡとした。Ｘ線の入射角度は４５度とし、表面から４ｎｍ程度の深さまでの状態について測定した。
【００４０】
窒素を含む官能基の存在比は、ＸＰＳ測定において得られた窒素の１ｓ（Ｎ１ｓ）ピークの面積と炭素（Ｃ）１ｓピークの面積との比率とした。炭素質膜の表面に存在する窒素がどのような状態となっているかは明確ではない。しかし、アミノ基及びアミド基等の窒素を含む官能基（窒素性官能基）を形成していると考えられる。窒素性官能基の詳細な分析は困難であるが、ＸＰＳ測定において、３９９ｅＶ付近にＮ１ｓピークが出現していることからも主にアミノ基として存在していると考えられる。以下においては、Ｎ１ｓピークの面積とＣ１ｓピークの面積との比率をアミノ基の存在比［ＮＨ2］として説明する。
【００４１】
酸素を含む官能基の存在比は、ＸＰＳ測定において得られた酸素の１ｓ（Ｏ１ｓ）ピークの面積とＣ１ｓピークの面積との比率とした。酸素を含む官能基としてカルボキシル基以外の水酸基等も形成されている可能性があるが、以下においては、Ｏ１ｓピークの面積とＣ１ｓピークの面積との比率をカルボキシル基の存在比［ＣＯＯＨ］とする。
【００４２】
なお、ＸＰＳ測定において、ピーク面積の比率により求めた存在比は、原子％（ａｔ％）となる。
【００４３】
−骨芽細胞の評価−
直径２０ｍｍのウェル内において試料とマウス骨芽細胞様細胞株ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞（以下、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞という。）とを接触させて培養した。細胞は１ウェル当たり５×１０4個播種した。培養培地には１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）、Ｌ−グルタミン、混合抗生物質（Invitrogen社製）及び５０μｇ／ｍｌのアスコルビン酸を含有したα変法イーグル培地（α−ＭＥＭ）を用いた。培養温度は３７℃とし、５％二酸化炭素雰囲気で培養した。
【００４４】
細胞を１日培養した後、細胞数をＭＴＳ（Multiple target screening）法を用いて、細胞の増殖性を評価した。増殖性を評価するための吸光度測定の波長は４９０ｎｍとした。
【００４５】
細胞を７日間培養した後、骨分化マーカー遺伝子であるＲｕｎｘ２及びＴｙｐｅＩコラーゲン（ＣｏＩ−Ｉ）の発現について評価した。具体的には、培養したＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞からTRIzol試薬（Invitrogen社製）を用いてＲＮＡを抽出した後、ReverTra Ace reverse transcriptase（東洋紡社製）を用いてｃＤＮＡを作成した。作成したｃＤＮＡを、定量ＲＴ−ＰＣＲ（Rela-time Quantitative Reverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction）法により評価した。
【００４６】
−骨破壊細胞の分化の評価−
ウェル内において試料と破骨前駆細胞とを破骨細胞分化誘導因子（Receptor Activator of NF-kB Ligand：ＲＡＮＫＬ）の存在下において接触させ、３７℃で細胞培養した。破骨前駆細胞は、ＲＡＮＫＬの存在により破骨細胞へと分化することが確立されているセルラインRAW264.7細胞 (TIB-71, ATCC)を用いた。細胞は１ウェル当たり５×１０3個播種した。
【００４７】
分化関連遺伝子であるカテプシンＫ（cathepsin K）の発現を定量ＲＴＰＣＲ法を用いて定量することにより、破骨細胞への分化を評価した。
【００４８】
−測定結果−
表２に示す４つの試料について測定を行った。試料１はコントロールのために設けたＤＬＣ膜を形成していない純チタンの基材である。試料２はプラズマ照射を行っていないＤＬＣ膜である。試料３は、プラズマ照射によりカルボキシル基の導入量を多くしたＤＬＣ膜である。試料４は、プラズマ照射によりアミノ基の導入量を多くしたＤＣＬ膜である。
【００４９】
【表２】
図２は、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の増殖特性を示している。図２において縦軸は４９０ｎｍの吸光度を示し、吸光度が高いほどＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞が増殖していることを示す。図２に示すように、ＤＬＣ膜を形成してもＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の増殖性は低下しなかった。また、ＤＬＣ膜に導入した官能基の量によってもＭＣ３Ｔ３−Ｅ１の増殖性は影響を受けなかった。
【００５０】
図３及び図４は、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の分化特性を示している。図３において縦軸はＲｕｎｘ２のｍＲＮＡ発現量を示し、値が大きいほどＲｕｎｘ２が発現し、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の分化が促進されていることを示している。図４において縦軸はＣｏＩ−ＩのｍＲＮＡ発現量を示し、値が大きいほどＣｏＩ−Ｉが発現し、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の分化が促進されていることを示している。試料２においては、Ｒｕｎｘ２及びＣｏＩ−Ｉの発現量が、純チタンの場合の約２００倍に増加した。しかし、［ＣＯＯＨ］が４％を越える試料３及び［ＮＨ2］／［ＣＯＯＨ］が１０を越える試料４では、骨芽細胞への分化を促進する効果は認められなかった。
【００５１】
図５は、破骨細胞への分化の指標であるカテプシンＫの発現特性を示している。試料１及び試料２のいずれにおいても、分化促進因子であるＲＡＮＫＬが存在していない場合には、カテプシンＫの発現量はわずかであり、破骨前駆細胞から破骨細胞への分化は抑制されている。しかし、ＲＡＮＫＬの存在下においては、試料１の場合カテプシンＫの発現量がＲＡＮＫＬが存在しない場合の９倍以上に増加し、破骨前駆細胞から破骨細胞への分化が活発に生じた。一方、［ＣＯＯＨ］が４％以下で且つ［ＮＨ2］／［ＣＯＯＨ］が１０以下の炭素質膜を有する試料２においては、カテプシンＫの発現量の増加はわずかであった。このことから、［ＣＯＯＨ］が４％以下で且つ［ＮＨ2］／［ＣＯＯＨ］が１０以下の炭素質膜は、破骨前駆細胞から破骨細胞への分化を抑制できることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係るインプラント用材料及びその製造方法は、破骨細胞への誘導を抑制すると共に、骨芽細胞への分化を促進するインプラント用材料を実現でき、特に、人工歯根及び義歯等の骨細胞との親和性が必要な歯科用材料及びその製造方法等として有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 基材
２０ 炭素質膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材の表面に形成された炭素質膜とを備え、
前記炭素質膜は、酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有し、
前記酸素を含む官能基の存在比は４％以下であり、
前記窒素を含む官能基の存在比を前記酸素を含む官能基の存在比により除した値は１０以下であることを特徴とするインプラント用材料。
【請求項２】
前記基材は、金属からなることを特徴とする請求項１に記載のインプラント用材料。
【請求項３】
前記基材は、チタン又はチタン合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のインプラント用材料。
【請求項４】
前記基材は、人工歯根、義歯、歯冠修復物、人工骨又は人工関節であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインプラント用材料。
【請求項５】
前記炭素質膜の表面におけるゼータ電位は、−５０ｍＶ以上且つ０ｍＶ未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインプラント用材料。
【請求項６】
基材を準備する工程（ａ）と、
炭化水素を含むガスを用いた化学気相堆積法により、前記基材の表面に炭素質膜を形成する工程（ｂ）と、
前記基材の表面に形成された炭素質膜の表面のダングリングボンドが安定するまで前記基材を真空状態に保持する工程（ｃ）とを備え、
前記炭素質膜における酸素を含む官能基の存在比を４％以下とし、窒素を含む官能基の存在比を前記酸素を含む官能基の存在比により除した値を１０以下とすることを特徴とするインプラント用材料の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ｃ）よりも後に、前記炭素質膜に塩基性窒素含有化合物のプラズマを照射する工程（ｄ）をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載のインプラント用材料の製造方法。
【請求項８】
基材の表面に、酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有する炭素質膜を形成し、
前記酸素を含む官能基の存在比を４％と以下とし且つ前記窒素を含む官能基の存在比を前記酸素を含む官能基の存在比により除した値を１０以下とすることを特徴とするインプラント材料の骨細胞との親和性向上方法。
【請求項１】
基材と、
前記基材の表面に形成された炭素質膜とを備え、
前記炭素質膜は、酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有し、
前記酸素を含む官能基の存在比は４％以下であり、
前記窒素を含む官能基の存在比を前記酸素を含む官能基の存在比により除した値は１０以下であることを特徴とするインプラント用材料。
【請求項２】
前記基材は、金属からなることを特徴とする請求項１に記載のインプラント用材料。
【請求項３】
前記基材は、チタン又はチタン合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のインプラント用材料。
【請求項４】
前記基材は、人工歯根、義歯、歯冠修復物、人工骨又は人工関節であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインプラント用材料。
【請求項５】
前記炭素質膜の表面におけるゼータ電位は、−５０ｍＶ以上且つ０ｍＶ未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインプラント用材料。
【請求項６】
基材を準備する工程（ａ）と、
炭化水素を含むガスを用いた化学気相堆積法により、前記基材の表面に炭素質膜を形成する工程（ｂ）と、
前記基材の表面に形成された炭素質膜の表面のダングリングボンドが安定するまで前記基材を真空状態に保持する工程（ｃ）とを備え、
前記炭素質膜における酸素を含む官能基の存在比を４％以下とし、窒素を含む官能基の存在比を前記酸素を含む官能基の存在比により除した値を１０以下とすることを特徴とするインプラント用材料の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ｃ）よりも後に、前記炭素質膜に塩基性窒素含有化合物のプラズマを照射する工程（ｄ）をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載のインプラント用材料の製造方法。
【請求項８】
基材の表面に、酸素を含む官能基及び窒素を含む官能基の少なくとも一方を有する炭素質膜を形成し、
前記酸素を含む官能基の存在比を４％と以下とし且つ前記窒素を含む官能基の存在比を前記酸素を含む官能基の存在比により除した値を１０以下とすることを特徴とするインプラント材料の骨細胞との親和性向上方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−４５５５９（Ｐ２０１１−４５５５９Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９７１００（Ｐ２００９−１９７１００）
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願「平成２０年度、経済産業省、地域イノベーション創出研究開発事業」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【出願人】（３９１００３６６８）トーヨーエイテック株式会社 (145)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願「平成２０年度、経済産業省、地域イノベーション創出研究開発事業」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【出願人】（３９１００３６６８）トーヨーエイテック株式会社 (145)
【Ｆターム（参考）】
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