生体インプラント及び生体インプラントの製造方法
【課題】体内に埋設した場合に骨組織が侵入し易い表面構造を有するような、従来の生体インプラントに比べて骨への結合性がより一層向上し、更に、荷重が集中的にかかる等の使用条件が厳しい箇所が存在しても骨への結合性が低下しない生体インプラントを提供すること。
【解決手段】プラスチックから成り、緻密な実質部と、その実質部の表面上に形成された多孔質の表面層とを備える生体インプラントであって、
前記実質部は最表面に凹凸構造を有し、
前記表面層は３次元的に気孔が連結して成り、
前記凹凸構造の凹部に形成される前記表面層の厚みが、前記凹凸構造の凸部に形成される表面層の厚みの少なくとも２倍であることを特徴とする生体インプラント。
【解決手段】プラスチックから成り、緻密な実質部と、その実質部の表面上に形成された多孔質の表面層とを備える生体インプラントであって、
前記実質部は最表面に凹凸構造を有し、
前記表面層は３次元的に気孔が連結して成り、
前記凹凸構造の凹部に形成される前記表面層の厚みが、前記凹凸構造の凸部に形成される表面層の厚みの少なくとも２倍であることを特徴とする生体インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体インプラント及び生体インプラントの製造方法に関し、特に詳しくは、体内に埋設した場合に骨組織が侵入し易い表面構造を有していて、従来の生体インプラントに比べて骨への結合性がより一層向上し、更に、荷重が集中的にかかる等の使用条件が厳しい箇所が存在しても骨への結合性が低下しない生体インプラント及びその生体インプラントを簡易に製造することのできる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨が大きく欠損した場合の治療方法として、患者自身の正常な骨を一部切り取って患部に移植する自家骨移植、又は人工材料から成る人工骨を移植する人工骨移植が行われている。しかし、自家骨移植は、採取できる骨量に制限があり、さらに正常な細胞を傷つけることになるので、患者の身体的負担は大きい。更に、自家骨移植に用いる自家骨移植用骨を患者自身の正常な骨から切り取ることによって新たな欠損部が生じるので、骨が大きく欠損した場合の本質的な治療方法とはいえない。また、人工骨移植では、工業的に生産される人工骨を使用するから自家骨移植の様な問題はないが、人工骨の力学的及び生物学的特性は本来の骨と異なるので、人工骨の前記特性に応じて用途が限定されるという問題を有する。例えば、人工骨の材料としてチタン合金の金属材料を選択すると、金属材料は、通常、高強度である反面、弾性率が高く靭性に欠けるので、大きな荷重が連続的にかかるような部位に埋入すると、周りの骨との力学的特性の差によりストレスシールディングが生じるといった問題や、骨と直接に結合しないといった問題がある。また、人工骨の材料として水酸アパタイト等のバイオセラミックスを選択すると、バイオセラミックスは、通常、生体適合性が良いうえに、生体活性が高くて、骨との結合性に優れている反面、外部衝撃に弱いので、大きな荷重が瞬間的にかかるような部位には用いることができないという問題がある。
【０００３】
人工骨の材料として超高分子量ポリエチレン等のポリマーを選択すると、金属材料及びバイオセラミックスが有する問題を解決することができ、特に、ポリマーの中でもポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）は、その力学的特性が本来の骨と近く、また生体適合性も優れていることから、高強度が要求される部位での整形外科材料としての応用が期待されている。更に、ポリマーと生体活性を有するバイオセラミックスとを組み合わせることにより、骨と直接に結合する人工骨の開発も行われている。
【０００４】
一方、生体適合性及び生体活性等の化学的特性や、強度及び弾性率等の物理的特性以外にも、人工骨にとってその構造が骨との結合能の面で重要な因子であることは良く知られており、生体内に埋入した際に、生体組織が内部に侵入しやすいように、表面又は構造全体を多孔質化した人工骨が多く開発されている。ＰＥＥＫをはじめとする高分子材料により形成される人工骨も、その強度を活かし、かつ、骨との結合能を持たせるべく、表面に多孔質層又は凹凸表面を付与する試みが幾つかなされている。
【０００５】
特許文献１には、ＰＥＥＫとカーボン短繊維との複合材料により形成されて成る支承表面層の表面にＰＥＥＫ粒子をプラズマ・トーチによりスパッタすることで多孔構造を有する裏打ち層を形成して成る人工寛骨臼カップが記載されている。
【０００６】
特許文献２には、少なくとも１つの開口を有する複数のポリマーシートを、孔の位置をずらして重ねて接着することにより形成されて成る海綿状の構造体が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、高分子材料に気孔形成材を埋め込んでおき、気孔形成材の溶媒に接触させることにより気孔形成材を溶出させ、所望の孔が形成されて成る多孔性の有機ポリマー層を有する移植可能な整形外科的器具が記載されている。
【０００８】
特許文献４には、熱可塑性ポリマーの表面に凹凸が形成されている整形インプラントにおいて、この凹凸がエッチング、サンドブラスト、研磨などにより形成されることが記載されている。
【０００９】
特許文献５には、種々の形状を成す硬質層の一部に多孔質層を接着又は溶着させて成る椎体間インプラントが記載されている。実施態様としては、硬質層は多孔質層の表面から突出するように突起部を備えている実施態様が開示されている。
【００１０】
特許文献６には、予め凹凸形状を付与した金型を使用して、熱可塑性プラスチック材料を加熱成型する方法が記載されている。
【００１１】
特許文献７には、熱可塑性樹脂により形成されて成る外科的移植体の表面上に、所望の形状を有する酸溶解性金属板を圧入し、これを溶解することにより、外科的移植体の表面に凹凸を転写する方法が記載されている。
【００１２】
しかし、上記の従来技術においては、特許文献１のように、高価な装置が必要であったり、特許文献２のように、人工骨の強度を発現する実質部の高分子材料とは別に多孔質構造を形成させるためのシート材料が必要であったり、特許文献３のように、気孔形成材含有高分子を準備したりする必要があった。特許文献４においては、生体組織を侵入させるのに適した凹凸面が十分に形成されていないことが容易に推測できる。また、特許文献５においては、突起部に多孔質層が付与されていないので、突起部表面と骨との結合性が十分でないことが推測できる。更に、特許文献６及び７の方法は、複雑な形状をした高分子材料の表面に多孔質構造を形成させるのには適さない。
【００１３】
また、高分子材料を発泡させることにより、多孔質構造を形成させる方法があり、そのような方法として、低沸点の溶媒を発泡剤として高分子化合物中に分散させ、次にこれを加熱することにより発泡剤を揮発又は熱分解させることによりガスを発生させて、高分子化合物内部に多くの気泡を形成させる方法が一般的に知られている。
【００１４】
別の方法として、特許文献８には、窒素及び二酸化炭素といった不活性ガスを高圧にて熱可塑性ポリマー中に溶解させた後、圧力を開放し、熱可塑性ポリマーをガラス転移温度付近まで加熱することにより、熱可塑性ポリマー中の溶存ガスを発泡させて発泡体を得る方法が記載されている。
【００１５】
しかし、いずれの方法も高分子化合物全体を多孔質構造とするための方法であって、構造全体に亘って気孔が分散していることから、気孔径及び気孔率等によっては強度が低下する虞がある。したがって、上記方法は、高強度が要求される部位で使用される生体インプラントには適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００６−１５８９５３号公報
【特許文献２】特開２００６−５２８５１５号公報
【特許文献３】特開２００４−３１３７９４号公報
【特許文献４】特表２００１−５０４００８号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第ＵＳ２００８／１６１９２７号明細書
【特許文献６】特公平２−５４２５号公報
【特許文献７】特公平４−２０３５３号公報
【特許文献８】特開平６−３２２１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
この発明が解決しようとする課題は、体内に埋設した場合に骨組織が侵入し易い表面構造を有していて、従来の生体インプラントに比べて骨への結合性がより一層向上し、更に、荷重が集中的にかかる等の使用条件が厳しい箇所が存在しても骨への結合性が低下しない生体インプラントを提供することである。
【００１８】
また、この発明が解決しようとする他の課題は、複雑な形状を有する生体インプラントを簡易な方法で製造可能な生体インプラントの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するための手段としては、
（１）プラスチックから成り、緻密な実質部と、その実質部の表面上に形成された多孔質の表面層とを備える生体インプラントであって、
前記実質部は最表面に凹凸構造を有し、
前記表面層は３次元的に気孔が連結して成り、
前記凹凸構造の凹部に形成される前記表面層の厚みが、前記凹凸構造の凸部に形成される表面層の厚みの少なくとも２倍であることを特徴とする生体インプラント、
（２）前記表面層が小径気孔及び大径気孔を有しており、
前記小径気孔及び前記大径気孔の一部は前記表面層の表面に開口する開気孔を形成しており、
前記開気孔は平均開気孔径が大きくとも５μｍの小径開気孔と平均開気孔径が１０〜７００μｍの大径開気孔とを有し、
前記大径開気孔と前記小径気孔及び前記大径気孔とが連通する連通孔が、前記大径開気孔の内壁面に形成されて成る（１）に記載の生体インプラント、
（３）前記凹部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径が、前記凸部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径よりも大きい（１）又は（２）に記載の生体インプラント、
（４）前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の開口幅が３００μｍ以上１５００μｍ以下である（１）〜（３）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（５）前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の深さが３００μｍ以上２０００μｍ以下である（１）〜（４）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（６）前記プラスチックは、エンジニアリングプラスチックである（１）〜（５）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（７）前記プラスチックは、ポリエーテルエーテルケトンである（１）〜（６）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（８）前記プラスチックは、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び有機繊維から成る群より選択される少なくとも１つの繊維を含む（１）〜（７）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（９）前記表面層における開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に生体活性物質を有している（１）〜（８）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（１０）プラスチックにより形成されて成る基材の表面に凹凸構造を形成することにより凹凸基材を得る第１工程と、
前記第１工程で得られた前記凹凸基材の表面に、微小気孔を形成することにより微小気孔基材を得る第２工程と、
前記第２工程で得られた微小気孔基材を、発泡剤を含有する溶液に浸漬することにより発泡剤保持基材を得る第３工程と、
前記第３工程で得られた発泡剤保持基材を、プラスチックを膨潤させ、かつ、発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬することにより発泡基材を得る第４工程と、
前記第４工程で得られた発泡基材を、膨潤したプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬する工程５と、
を有することを特徴とする生体インプラントの製造方法、
（１１）前記プラスチックは、エンジニアリングプラスチックである（１０）に記載の生体インプラントの製造方法、
（１２）前記プラスチックは、ポリエーテルエーテルケトンである（１０）又は（１１）に記載の生体インプラントの製造方法、
（１３）前記プラスチックは、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、及び有機繊維からなる群より選択される少なくとも１つの繊維を含む（１０）〜（１２）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法、
（１４）前記第４工程で使用される発泡溶液が、濃硫酸である（１０）〜（１３）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法、
（１５）前記凝固溶液の種類と、前記凝固溶液の濃度と、前記発泡基材の前記凝固溶液への浸漬時間とから選択される少なくとも１つを変化させることにより、前記表面層の多孔質構造を制御する（１０）〜（１４）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法、
（１６）前記凝固溶液が、水と、膨潤したプラスチックを凝固させるのに水よりも長時間を要する低凝固溶液とから選択される少なくとも１つである（１０）〜（１５）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法、
（１７）前記低凝固溶液が、濃度９０％未満の硫酸である（１６）に記載の生体インプラントの製造方法、
（１８）前記発泡剤が、炭酸塩である（１０）〜（１７）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法、
（１９）前記炭酸塩が、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１つの炭酸塩を含む（１０）〜（１８）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法を挙げることができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によると、実質部がその表面に凹凸構造を有し、更に前記凹凸構造の表面に骨組織が侵入することのできる表面層が付与されており、且つ、前記凹凸構造における凹部の表面層の厚みが凸部の表面層の厚みより大きいので、凹部における厚みのある表面層に多量に骨組織が侵入し易くなっており、従来の生体インプラントに比べて骨への結合性がより一層向上した生体インプラントを提供することができる。
【００２１】
更に、この発明によると、使用条件が厳しい箇所が存在しても、例えば凸部等に荷重が集中的にかかっても、凹部の表面層は荷重によって潰れることなく、多量の骨組織の侵入が可能であるので、全体として骨への結合性が低下しない生体インプラントを提供することができる。
【００２２】
また、この発明によると、大径開気孔の内壁面に連通孔が形成されているので、骨組織を表面層の内部に侵入させることができ、その結果、表面層の内部に存在する空間を充填するように新たな骨が形成されるので、骨と生体インプラントとが結合可能な生体インプラントを提供することができる。
【００２３】
更に、この発明によると、前記凹凸構造が特定の数値範囲を満たす大きさである場合には、骨に対して係止し易く、凹部の表面層の厚みも大きくなる生体インプラントを提供することができる。
【００２４】
この発明によると、全体積に気孔を有するのではなく、生体インプラントの表面に多数の気孔を有するので、適用部位に合わせた強度を保持することが容易である。
【００２５】
この発明によると、生体インプラントの材料として好ましくはエンジニアリングプラスチック、更に好ましくはポリエーテルエーテルケトン、特に好ましくは炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、及び有機繊維からなる群より選択される少なくとも１つの繊維を含むことにより、高強度の生体インプラントを提供することができる。
【００２６】
また、この発明によると、表面層における開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に生体活性物質を有していると、この生体活性物質と生体の骨組織との化学的な反応により、新たな骨の形成が速やかに行われるので、骨と生体インプラントとを早期に結合せしめる生体インプラントを提供することができる。
【００２７】
更に、この発明によると、ほとんどの工程が液相中において処理することのできる方法であるので、特別な装置を使用する必要がなく、複雑な形状を有する生体インプラントであっても容易に製造することのできる生体インプラントの製造方法を提供することができる。
【００２８】
また、この発明によると、条件の簡便な選択だけで、表面層が所望の多孔質構造と成る生体インプラントの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、この発明に係る生体インプラントの一実施態様を示す模式図である。
【図２】図２は、この発明に係る生体インプラントの他の実施態様についての説明図である。
【図３】図３は、この発明に係る生体インプラントの他の実施態様における凸部拡大図である。
【図４】図４は、この発明に係る生体インプラントの他の実施態様における凹部拡大図である。
【図５】図５は、この発明に係る生体インプラントの他の実施態様を示す説明図である。
【図６】図６は、この発明の一実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図７】図７は、この発明の一実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図８】図８は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図９】図９は、この発明の他の実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図１０】図１０は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図１１】図１１は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰拡大画像である。
【図１２】図１２は、この発明の他の実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図１３】図１３は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図１４】図１４は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰拡大画像である。
【図１５】図１５は、この発明の他の実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図１６】図１６は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図１７】図１７は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰拡大画像である。
【図１８】図１８は、この発明の他の実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図１９】図１９は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図２０】図２０は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰拡大画像である。
【図２１】図２１は、この発明の他の実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図２２】図２２は、この発明でない生体インプラントの俯瞰画像である。
【図２３】図２３は、この発明でない生体インプラントの断面画像である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
この発明に係る生体インプラントは、プラスチックから成り、緻密な実質部と、その実質部の表面上に形成された多孔質の表面層とを備える。更に、前記実質部はその最表面に凹凸構造を有し、前記表面層は３次元的に気孔が連結して成り、前記凹凸構造の凹部分に形成される前記表面層の厚みが、前記凹凸構造の凸部に形成される表面層の厚みの２倍以上である。
【００３１】
先ず、図１を参照しつつ、この発明に係る生体インプラントの一実施態様について説明する。図１に示すように、この発明に係る生体インプラント１は、実質部２と、その表面に形成されて成る表面層３とを備えている。実質部２は、その形状が鋸歯状であり、その鋸歯状の表面を表面層３が被覆している。図１に示す実質部２の鋸歯形状は、実質部の表面に形成される凹凸構造の一例である。図１に示す実質部２において、上方に隆起している部分を凸部４とし、下方に沈降している部分を凹部５とする。
【００３２】
この発明に係る生体インプラントにおいて、実質部の凹凸構造は、実質部の表面に凸部及び凹部が形成されている限り、その形状及び大きさには制限が無い。
【００３３】
凸部及び凹部の好ましい形状としては、例えば凸部形状が円錐、円柱、多角錐、多角柱又は半球等である態様を挙げることができる。更に好ましくは、凸部の先端が鋭角である形状を成すと良い。なお、この発明に係る生体インプラントにおいて、凹凸構造の各凹部及び各凸部の形状は、揃っていても良く、また揃っていなくとも良い。
【００３４】
図１に示すように各凸部４及び各凹部５の大きさが揃っている場合は、実質部２の凹凸構造の大きさ及び表面層３の厚みを計測し易い。しかしながら、図２に示すように各凸部及び各凹部の形状と大きさとが揃っていない場合には、実質部２の凹凸構造の大きさ及び表面層３の厚みが計測し難い。ここで、この発明に係る生体インプラントにおける、実質部の凹凸構造の大きさの定義を、図２を用いて説明する。
【００３５】
図２に示すように、生体インプラント１０２は、凸部と凹部との形状及び大きさが揃っていない。この発明に係る生体インプラントにおける凹凸構造の大きさは、次のようにして決定することができる。
【００３６】
先ず、実質部において、任意の凹部とその凹部に直近の２つの凸部とを計測対象として選択する。図２の生体インプラント１０２においては、実質部２の凸部Ｘ、凹部Ｙ及び凸部Ｚを選択している。
【００３７】
次に、選択した２つの凸部であって実質部に接する直線を引き、更にその凸部の接線の平行線を選択した凹部であって実質部に接するように引く。図２の生体インプラント１０２においては、実質部２の凸部Ｘ及び凸部Ｚに接するように直線ｉを引き、直線ｉの平行線である直線ｉｉを実質部２の凹部Ｙに接するように引いてある。
【００３８】
次いで、前記凸部の接線の平行線を、２つの凸部を覆う表面層に接するように２本引き、更に前記凸部の接線の平行線を、凹部を覆う表面層に接するように引く。図２の生体インプラント１０２においては、凸部Ｘ及び凸部Ｚをそれぞれ覆う表面層３に接するように、直線ｉの平行線である直線ｉｉｉ及び直線ｖを引き、更に凹部Ｙを覆う表面層３に接するように、直線ｉの平行線である直線ｉｖを引いてある。
【００３９】
そして、凸部と２つの凸部の接線との接点を通り、２つの凸部の接線に直交する直線を２つの凸部についてそれぞれ引く。図２の生体インプラント１０２においては、凸部Ｘと直線ｉとの接点を通り、直線ｉの垂線ｖｉを引いた。凸部Ｚにおいても同様に、凸部Ｚと直線ｉとの接点を通り、直線ｉの垂線ｖｉｉを引いてある。
【００４０】
凸部Ｘにおける表面層３の厚みは、直線ｉと直線ｉｉｉとの距離により定義される。凹部Ｙにおける表面層３の厚みは、直線ｉｉと直線ｉｖとの距離により決定することができる。凸部Ｚにおける表面層３の厚みは、直線ｉと直線ｖとの距離により決定することができる。凹部Ｙの開口幅は、垂線ｖｉと垂線ｖｉｉとの距離により決定することができる。また、凹部Ｙの深さは、直線ｉと直線ｉｉとの距離により決定することができる。
【００４１】
以上の定義付けにより実質部の凹凸構造の大きさが決定するこの発明に係る生体インプラントは、凹部を覆う表面層の厚みが、凸部を覆う表面層の厚みの少なくとも２倍、好ましくは３〜８倍程度である。図１に示す生体インプラント１は、凹部５を覆う表面層３の厚みが凸部４を覆う表面層３の厚みの少なくとも２倍である。図２に示す生体インプラント１０２も、凹部Ｙを覆う表面層３の厚みが凸部Ｘ及びＺを覆う表面層３の厚みの少なくとも２倍である。なお、この発明に係る生体インプラントは、１つの凹部の厚みと、その凹部に隣接する２つの凸部の各厚みとをそれぞれ比べて、両方とも２倍以上であると良い。
【００４２】
凹部を覆う表面層の厚みが凸部を覆う表面層の厚みの少なくとも２倍であることにより、この発明の生体インプラントが生体内に埋入されたときに、骨からの荷重を主に受ける凸部が骨へのアンカーリング効果を発揮すると共に、凸部の表面に形成される表面層内部に骨組織が侵入して骨との結合力が高まり、更に骨からの荷重を直に受けない又は受け難い凹部の表面に形成される厚みのある表面層内に骨組織が多量に侵入することによって、この発明に係る生体インプラントの骨への結合性が更に高まる。換言すると、この発明に係る生体インプラントは、凸部が骨に食い込むと共に凸部を覆う表面層内に骨組織が侵入することにより凸部が骨に係止状態と成り、凸部の根元部分、つまり凹部の底部分を覆う厚い表面層内に多量の骨組織が侵入することにより凸部の根元部分を骨と強固に結合させることができるので、骨への結合性が高まることとなる。また、従来技術にもあるような実質部が平坦である場合は、荷重を直に受ける実質部の表面に表面層が形成されていたとしても、使用条件が厳しい箇所の表面層、例えば過大の荷重を受ける箇所の表面層がその荷重により潰れてしまうことがあった。平坦な実質部の表面に形成された表面層が潰れてしまうと、表面層が骨組織を内部に侵入させるという表面層の機能を十分に発揮することができなかった。すなわち、表面層が潰れた状態であると、例えば骨等と実質部とが直接接触することになるので、潰れた表面層及びその他の表面層と実質部に当接している骨等とは結び付くことは実質的に無かった。しかしながら、この発明に係る生体インプラントは、実質部が凹凸構造を有しているので、受ける荷重の大小が生じており、受ける荷重が小さい凹部に表面層が集中して形成されていることにより、表面層全体が潰れることなく、骨組織を内部に侵入させるという表面層の機能が損なわれることが無い。
【００４３】
ここで、この発明に係る生体インプラントにおいて、実質部の凹凸構造の大きさについての更に好ましい態様を挙げることとする。
【００４４】
この発明に係る生体インプラントは、前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の開口幅が３００μｍ以上１５００μｍ以下であると好ましい。更に、この発明に係る生体インプラントは、前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の深さが３００μｍ以上２０００μｍ以下であると好ましい。凹部の開口幅及び凹部の深さが上述の範囲内であると、凹部に形成される表面層の量が適量と成り易く、骨組織が侵入することのできる表面層の量が適量に維持できるので、この発明に係る生体インプラントの骨への良好な結合性を確保することができる。
【００４５】
前記実質部の凹凸構造の形状及び大きさは、この発明に係る生体インプラントの埋入する箇所に応じて、例えばこの発明に係る生体インプラントが当接する骨の形状に合わせて凸部の形状、並びに凸部及び凹部の大きさを適宜に設定すれば良い。
【００４６】
実質部の凹凸構造の形成方法としては、所望の形状及び大きさを有する凹凸構造を形成することができる限り特に制限はなく、例えば平坦な実質部に溝を切るように切削加工を施す方法、又は、予め凸部及び凹部の形状及び大きさを決定した金型による射出成形を用いる方法等を採用することができる。
【００４７】
この発明に係る生体インプラントについて、別の好ましい態様としては、前記表面層が小径気孔及び大径気孔を有しており、前記小径気孔及び前記大径気孔の一部は前記表面層の表面に開口する開気孔を形成しており、前記開気孔は平均開気孔径が５μｍ以下の小径開気孔と平均開気孔径が１０〜７００μｍの大径開気孔とを有し、前記大径開気孔と前記小径気孔及び前記大径気孔とが連通する連通孔が、前記大径開気孔の内壁面に形成されて成るという態様を挙げることができる。この好ましい態様について、図３及び４を参照しつつ説明をする。
【００４８】
図３は、図１における凸部４の頂部近傍Ａを拡大した図であり、図４は、図１における凹部５の底部近傍Ｂを拡大した図である。
【００４９】
図３に示す生体インプラント１は、緻密な実質部２と、小径気孔６及び大径気孔７を多数有する表面層３とを備えて成る。前記生体インプラント１はプラスチックにより形成されて成り、前記小径気孔６及び大径気孔７の一部は前記表面層３の表面に開口する開気孔８を形成している。前記開気孔８は、開気孔の大きさの平均値（以下、「平均開気孔径」と称することがある）が５μｍ以下の小径開気孔１２と、平均開気孔径が１０〜７００μｍの大径開気孔１３とを有している。図３に示されるように、前記表面層３の表面に開口する大径開気孔１３と小径気孔６及び大径気孔７とが連通する連通孔９が、大径開気孔１３の内壁面に形成されている。
【００５０】
表面層３は、大きさの異なる小径気孔６及び大径気孔７を複数有している。これらの気孔は、独立して形成されている独立気孔１０、及び２つ以上の独立気孔１０が連通して形成されている連通気孔１１を形成している。また、一部の小径気孔６及び大径気孔７は表面層３の表面に開口する開気孔８を形成している。生体インプラント１の凸部における開気孔８としては、平均開気孔径が大きくとも５μｍ、好ましくは大きくとも３μｍの小径開気孔１２と、平均開気孔径が１０〜７００μｍ、好ましくは２０〜３００μｍの大径開気孔１３とを有している。この大径開気孔１３の内壁面には、小径気孔６及び大径気孔７と連通して形成される連通孔９が形成されている。連通孔９は、一つの開気孔８に対して複数の連通孔９が形成されているのが好ましい。連通孔９としては、小径気孔６同士が連通、又は小径気孔６と大径気孔７とが連通して形成される小径連通孔１４、及び、大径気孔７同士が連通して形成される大径連通孔１５を挙げることができる。なお、骨形成に関与するタンパク質及び細胞等が付着し易くするには、小径連通孔１４の開口径の平均値が大きくとも５μｍであると好ましく、大きくとも３μｍであると更に好ましい。また、骨組織を表面層３の内部まで侵入させると共に、凸部における表面層３の強度を適度に保つには、凸部における大径連通孔１５の開口径の平均値が１０〜３００μｍであると好ましく、２０〜２００μｍであると更に好ましい。
【００５１】
図３にも示すように、小径気孔６及び大径気孔７は、球状、扁球状及び長球状よりなる群より選択される少なくとも１つの形状を成す。生体インプラント１は、多数の小径気孔６及び大径気孔７等の気孔を有する表面層３を備えていることにより、生体インプラント１を体内に埋設した場合に、表面層３の表面に開口している多数の開気孔８及びこの開気孔８と連通孔９とを介して、骨組織を表面層３の内部に侵入させることができる。その結果、表面層３の内部に存在する空間を充填するように新たな骨が形成されるので、骨と生体インプラント１とが結合することとなる。さらに、大径気孔７により形成されている大径開気孔１３の内壁面に連通孔９、特に大径連通孔１５が多数形成されている程、骨組織を表面層３の表面から深部まで到達させることができるので、表面層３の深部において新たな骨を形成させることができることになり、骨と生体インプラント１とを良好な結合性を確保することができる。
【００５２】
すなわち、生体インプラント１は、図３に示すように実質部２の表面を多孔質の表面層３が覆っているので、図１に示す凸部４が骨に食い込んだ場合に、凸部４の表面においても、骨への結合性を確保することができる。
【００５３】
なお、表面層３の表面に開口する小径開気孔１２の平均開気孔径と大径開気孔１３の平均開気孔径は、表面層３の表面を走査型電子顕微鏡又はデジタルマイクロスコープで観察して得られる画像を利用して求めることができる。
【００５４】
先ず大径開気孔１３の平均開気孔径の算出方法について詳述すると、表面層３の表面を走査型電子顕微鏡又はデジタルマイクロスコープにより、所定の倍率、例えば３００倍に設定した画像を得る。次いで、前記画像の全視野における比較的大型の最表面部の開気孔、例えば平均径が約１０μｍ以上の開気孔の長径と短径とを測定する。そして、これらの測定値の平均値を算出することにより、大径開気孔１３の平均開気孔径を求めることができる。
【００５５】
小径開気孔１２は、通常、大径開気孔１３と他の大径開気孔１３との間の骨格部分に存在する。小径開気孔１２を観察する場合、走査型電子顕微鏡を用いる。小径開気孔１２の平均開気孔径を測定する場合には、走査型電子顕微鏡の倍率を大径開気孔１３の観察に要した倍率よりも上げることにより、測定誤差が小さくなるので好ましい。例えば、走査型電子顕微鏡を３０００倍に設定したＳＥＭ画像を用いることができる。次いで、骨格部分に形成されている開気孔の長径と短径とを測定する。すなわち、先に測定した大径開気孔１３を除く全ての開気孔の長径と短径とを測定する。次いで、これらの測定値の平均値を算出することにより、小径開気孔１２の平均開気孔径を求めることができる。
【００５６】
表面層３の表面に開口する開気孔８に小径気孔６及び大径気孔７が連通して形成されている連通孔９の孔径は、上記と同様に、所定の倍率で撮影したＳＥＭ画像から求めることができる。ＳＥＭ画像を用いる方法以外の平均開気孔径を求める方法として、例えば水銀ポロシメータを使用して求めることもできる。
【００５７】
続いて、図４を用いて、図１に示した凹部５について説明する。なお、生体インプラント１の一部を示す図４では、図３と同様の気孔等を図示する場合に、図３と共通の番号を付して説明することとする。また、図４において、既に図３に示した気孔等については、詳しい説明を省略することがある。
【００５８】
生体インプラント１について、凸部における表面層と凹部における表面層との相違点としては、図４に示すように、表面層の厚みと架橋部１６の存在とを挙げることができる。表面層の厚みにおいて凸部に比べて凹部の方が大きいので、上述した通り、凹部における厚みのある表面層３内に多量の骨組織が侵入することができる。よって、この発明に係る生体インプラントは、骨への良好な結合性を確保することができる、という技術的効果を奏することになる。
【００５９】
図４において、表面層３の一部が架橋部１６と成っている。架橋部１６は、ある凸部と隣接する凸部との間に形成される凹部において、例えば図４に示すような表面層３の底部近傍において、糸状と成った表面層３の一部が、一方の凸部から他方の凸部へと架された部位である。生体インプラント１の凹部においては、架橋部１６の数が多いのが好ましい。更に好ましくは、架橋部１６が３次元的に形成され、網目状に交差している態様を挙げることができる。凹部における表面層３の気孔内等に骨組織が侵入しようとした場合に、架橋部１６が存在することにより、骨組織と架橋部１６との絡み合いが生じるので、生体インプラント１と骨との結合性が更に高まる。もっとも、この発明に係る生体インプラントは、架橋部が存在していなくとも、凹部の表面層の厚みが凸部の厚みに比べて厚いことによって、凹部において骨組織が厚い表面層の奥深くまで侵入することができるので、骨との強固な結合を実現することができる。なお、この発明に係る生体インプラントにおいては、架橋部も表面層の一部とする。
【００６０】
生体インプラント１の凹部における表面層３の厚みは、図２を用いて説明したように複数の直線を引いて定義するが、表面層３の外縁が必要となる。図３及び図４に示すように、生体インプラント１は、微視的に観察すると、表面層３の表面に多数の開気孔８が存在している。特に図４に示す凹部においては、架橋部１６も表面層３の一部であるので、図４に示す架橋部１６のうちの最表面に位置する架橋部１６の外縁を縁取った輪郭線Ｃを凹部における表面層３の外縁に設定すれば良い。
【００６１】
表面層３の厚さは、例えば１０〜２０００μｍであるのが好ましく、２０〜１５００μｍであるのが特に好ましい。表面層３の厚さが上記範囲内であれば、生体インプラントを体内に埋設した後に、表面層３の表面に開口している多数の開気孔８、及び、この開気孔８と表面層３の内部に形成されている小径気孔６及び大径気孔７とが連通することにより形成される連通孔９を通じて、多くの骨組織を表面層３の内部に侵入させることができる。その結果、表面層３の内部に新たな骨が形成される。
【００６２】
この発明に係る生体インプラントについて、更なる好ましい態様としては、前記凹部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径が、前記凸部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径よりも大きいという態様を挙げることができる。凹部における大径開気孔の平均気孔径が、凸部における大径気孔の平均気孔径よりも大きいことにより、凹部における大径開気孔内に多くの骨組織が侵入し易いので、凹部における表面層と骨との結合性がより一層高まることとなる。
【００６３】
この発明に係る生体インプラントを形成する材料としては、力学的特性が骨又は歯に近いプラスチック、すなわち、弾性率が１〜５０ＧＰａ、曲げ強度は１００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００６４】
力学的特性が骨又は歯に近いプラスチックとしては、エンジニアリングプラスチック又は繊維強化プラスチック等が挙げられる。エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエステル、ポリフェニリンオキサイド、ポリブチレンテレフタラート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、フッ素樹脂、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリメチルペンテン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリオキシメチレン、ポリ四フッ化エチレン等が挙げられる。
【００６５】
繊維強化プラスチックのマトリックスとなるプラスチックとしては、前記エンジニアリングプラスチックに加えて、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ＥＶＡ樹脂、ＥＥＡ樹脂、４−メチルペンテン−１樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、メタクリル酸メチル樹脂、エチレン塩化ビニル共重合体、プロピレン塩化ビニル共重合体、塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリビニルアセトアセタール、ポリフッ化エチレンプロピレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、メタクリル樹脂、リノル樹脂、ポリアリルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリケトンスルフィド、ポリスチレン、ポリアミノビスマレイミド、ユリア樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、イソフタル酸系樹脂、アニリン樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン、アルキルベンゼン樹脂、グアナミン樹脂、ポリジフェニルエーテル樹脂等が挙げられる。
【００６６】
この発明に係る生体インプラント形成する材料として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が特に好ましい。ＰＥＥＫは、生体適合性を有し、力学的特性が骨と近い。したがって、生体インプラントを形成する材料としてＰＥＥＫを採用すると、大きな荷重が連続的に長期間かかるような部位に生体インプラントを埋設した場合に、ストレスシールディング、すなわち骨に加わる応力の遮蔽によって生じ得る骨減少及び骨密度の低下等が起こらない、高強度の生体インプラントを得ることができる。
【００６７】
前記繊維強化プラスチックにおける繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維又は有機繊維が挙げられる。炭素繊維については、ここではカーボンナノチューブも含まれる。ガラス繊維としては、ホウケイ酸ガラス（Ｅガラス）、高強度ガラス（Ｓガラス）、高弾性ガラス（ＹＭ−３１Ａガラス）等の繊維、セラミック繊維としては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、チタン酸カリウム、炭化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ホウ酸アルミニウム、ホウ素等の繊維、金属繊維としては、タングステン、モリブデン、ステンレス、スチール、タンタル等の繊維、有機繊維としては、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、アラミド等の繊維、又はこれらの混合物を用いることができる。
【００６８】
また、この発明に係る生体インプラントを形成する材料中に、必要に応じて帯電防止剤、酸化防止剤、ヒンダードアミン系化合物などの光安定剤、滑剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、無機充填剤、顔料などの着色料等の各種添加剤が含有されていても良い。
【００６９】
この発明に係る生体インプラントの更なる好ましい態様として、表面層における開気孔の内壁面及び／又は表面層の表面に生体活性物質を有している態様を挙げることができる。生体活性物質が表面層における内壁面及び／又は表面層の表面に担持されていると、生体インプラントを生体内に埋設した後に、この生体活性物質と生体の骨組織との化学的な反応が始まり、新たな骨の形成が速やかに行われるので、骨と生体インプラントとを早期に結合させることができる。
【００７０】
この発明に係る生体インプラントに担持させることのできる生体活性物質としては、生体との親和性が高く、歯を含む骨組織と化学的に反応する性質を有する物質であれば特に限定されず、例えばリン酸カルシウム系材料、バイオガラス、結晶化ガラス（ガラスセラミックスとも称する。）、炭酸カルシウム等が挙げられる。リン酸カルシウム系材料としては、例えば、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム水和物、リン酸二水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム水和物、α型リン酸三カルシウム、β型リン酸三カルシウム、ドロマイト、リン酸四カルシウム、リン酸八カルシウム、水酸アパタイト、フッ素アパタイト、炭酸アパタイト及び塩素アパタイト等が挙げられる。バイオガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５−Ｋ２Ｏ−ＭｇＯ系ガラス、及び、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系ガラス等が挙げられる。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス（アパタイトウォラストナイト結晶化ガラスとも称する。）、及び、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系ガラス等が挙げられる。これらのリン酸カルシウム系材料、バイオガラス及び結晶化ガラスは、例えば、「化学便覧 応用化学編 第６版」（日本化学会、平成１５年１月３０日発行、丸善株式会社）、「バイオセラミックスの開発と臨床」（青木秀希ら編著、１９８７年４月１０日発行、クインテッセンス出版株式会社）等に詳述されている。
【００７１】
前記生体活性物質としては、生体活性に優れる点でリン酸カルシウム系材料が特に好ましい。更に好ましくは、実際の骨と組成や構造、性質が似ているので体内環境における安定性が優れており、体内で顕著な溶解性を示さないことから水酸アパタイトを用いると良い。
【００７２】
また、前記生体活性物質は、低結晶性であることが好ましい。ここでいう低結晶性とは、結晶の発達程度が低い状態を意味し、水酸アパタイトを例にすると、粉末Ｘ線回折測定において２θ＝２５．８７８°、面間隔（ｄ値）＝３．４４Åの回折線における半価幅が０．２°以上のものを示す。骨の水酸アパタイトは低結晶性（上記条件下における半価幅：０．４°程度）であることから、同様の結晶性（同条件下における半価幅：０.２〜１．０°）にすることにより生体インプラントと骨とが速やかに結合できる。
【００７３】
生体活性物質の結晶性は、例えば、生体活性物質をカルシウム又はリンを含有する溶液に浸漬する方法により形成させる場合は、この溶液の組成成分の種類や組成比率及び/又は浸漬温度により調整することができる。
【００７４】
図５（ａ）及び（ｂ）に、表面に生体活性物質を有する生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂの模式図を示す。図５（ａ）及び（ｂ）に示す生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂの各部位の内、図１〜４に示した部位と同様の部位については、共通の番号を付すこととする。共通の番号を付した部位については、詳しい説明を省略することがある。
【００７５】
図５（ａ）に示すように、生体インプラント１０３ａにおける生体活性物質１７は、表面層３における開気孔８の内壁面１８と表面層３の表面との全面に形成されている。また、図５（ｂ）に示すように、生体インプラント１０３ｂにおける生体活性物質１７は、開気孔８の内壁面１８の一部及び／又は表面層３の表面の一部に形成されている。好ましくは、開気孔８の内壁面１８に生体活性物質１７が形成されている場合に、生体活性物質１７が開気孔８を全て埋めてしまうように形成されているのではなく、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、表面層３の表面に開口する開気孔８の内壁面１８の一部又は全面に生体活性物質１７が形成されているのが良い。例えば図５（ａ）に示すように、小径開気孔１２が生体活性物質１７によって全て埋められていても良いが、大径開気孔１３は、大径開気孔１３の容積をある程度保持した状態で、内壁面１８に生体活性物質１７が担持されているのが、好ましい。
【００７６】
更に大径気孔７と連通して形成される大径連通孔１５も生体活性物質１７により閉塞されることなく、骨組織を侵入させることができる程度の開口径を有する大径連通孔１５が形成されていると良い。表面層３に開気孔８が形成され、開気孔８に連通する大径連通孔１５が形成されていると、生体インプラント１０３ａを生体内に埋設した後に、開気孔８から表面層３の内部に骨組織を侵入させることができる。その結果、開気孔８の内壁面１８に存在する生体活性物質１７と生体の骨組織との化学的な反応が始まり、新たな骨を形成させることができる。この形成した新たな骨は、大径開気孔１３及びこの大径開気孔１３に連通している小径気孔６及び大径気孔７により形成される空間を充填するように骨形成が進むので、生体活性物質１７及び新たな骨が、表面層３の内部に複雑に樹枝状に広がって形成されることになる。したがって、表面層３の表面に開口する開気孔８及び開気孔８に連通する連通孔９、特に大径連通孔１５を有し、かつ、開気孔８の内壁面１８に生体活性物質１７が存在すると、生体インプラント１０３ａと骨とを早期に、更に強固に結合させることができる。
【００７７】
表面層３を投影した場合の生体活性物質１７の面積割合は、少なくとも５％以上であるのが好ましく、２０％以上であるのが特に好ましい。前記生体活性物質１７は、表面層３の表面に存在する生体活性物質１７だけでなく、開気孔８の内壁面１８に存在し、かつ表面層３の外側から視覚できる生体活性物質１７も含む。生体活性物質１７が、表面層３における開気孔８の内壁面１８及び／又は表面層３の表面に、前記範囲内で存在すると、生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂを生体内に埋設した後に、この生体活性物質１７と生体の骨組織との化学的な反応が始まり、新たな骨の形成が速やかに行われるので、骨と生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂとを早期に結合させることができる。
【００７８】
表面層３を投影した場合の生体活性物質１７の面積割合は、表面層３の表面を走査型電子顕微鏡により撮影した画像を画像解析ソフト、例えばScion社製 Scion Image等を使用して、生体活性物質１７とそれ以外の部分とに２値化し、次いで画像全体の面積に対する生体活性物質の面積割合を算出することにより、求めることができる。
【００７９】
生体活性物質１７は、表面層３の体積に対して０．５〜３０％含有するのが好ましい。生体活性物質１７は、表面層３における開気孔８の内壁面１８及び／又は表面層３の表面及び／又は表面層３の内部に、独立した状態及び／又はこれらの生体活性物質１７が結合して樹枝状に表面層３内部に張り巡らされた状態で存在する。上記範囲内の生体活性物質１７が表面層３に存在すると、生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂを生体内に埋設した後に、これらの生体活性物質１７と生体の骨組織との化学的な反応が始まり、新たな骨の形成が速やかに行われるので、骨と生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂとを早期に結合させることができる。
【００８０】
表面層３に含まれる生体活性物質１７の体積割合は、上述した生体活性物質１７の面積割合を測定する方法と同様にして求めることができる。すなわち、表面層３の表面に直交する断面における生体活性物質１７の面積割合を算出することができれば、この算出値から生体活性物質１７の体積割合を推定することができる。
【００８１】
次に、この発明に係る生体インプラントの製造方法の一実施例について説明する。
【００８２】
先ず、この発明に係る生体インプラントの製造方法は、プラスチックにより形成されて成る基材の表面に凹凸構造を形成することにより凹凸基材を得る第１工程と、前記第１工程で得られた前記凹凸基材の表面に、微小気孔を形成することにより微小気孔基材を得る第２工程と、前記第２工程で得られた微小気孔基材を、発泡剤を含有する溶液に浸漬することにより発泡剤保持基材を得る第３工程と、前記第３工程で得られた発泡剤保持基材を、プラスチックを膨潤させ、かつ、発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬することにより発泡基材を得る第４工程と、前記第４工程で得られた発泡基材を、膨潤したプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬する工程５とを有する。
【００８３】
第１工程では、プラスチック製の基材の表面に凹凸構造を形成して凹凸基材を作製する。凹凸構造を基材の表面に形成する方法としては、特に制限は無く、例えば予め決定した凹凸構造の形状を成す金型を用いて射出成形する方法、又は凹凸構造の無い基材に切削加工を施す方法等を採用することができる。
【００８４】
第２工程では、第１工程を経て所望の凹凸構造を有することとなったプラスチック製の基材の表面に、多数の微小気孔を有する微小気孔基材を作製する。プラスチック製の基材の表面に微小気孔を形成させる方法としては、公知の方法を採用することができ、例えば、プラスチック製の基材を、濃硫酸、濃硝酸、又はクロム酸等の腐食性溶液に所定時間浸漬し、次いで、この基材をプラスチックが溶出しない洗浄用溶液、例えば純水に浸漬させる方法を挙げることができる。プラスチックとして、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を採用した場合には、濃硫酸にＰＥＥＫを所定時間浸漬させ、次いで、純水に浸漬させることにより微小気孔を形成させることができる。
【００８５】
プラスチック製の基材の表面に形成される微小気孔の気孔径は、次の第３工程において使用される発泡剤をプラスチック製の基材内に浸入させることのできる気孔径を有していれば良く、発泡剤の種類により適宜選択することができる。発泡剤として、例えば炭酸ナトリウムを採用した場合には、微小気孔の気孔径は、０．１〜２００μｍであるのが好ましい。
【００８６】
プラスチック製の基材の表面に形成されている微小気孔の気孔率は、第３工程において使用される発泡剤を十分に保持することができれば良く、例えば、発泡剤として炭酸ナトリウムを採用した場合には、プラスチック製の基材の微小気孔が形成されている層の気孔率は、１０〜９０％であるのが好ましい。前記気孔率の範囲の内、気孔率が低い範囲にある場合には、例えば基材の表面から内部方向に気孔が連通して形成されている状態又は基材の表面から内部方向に垂直に柱状の気孔が形成されている状態等、発泡剤が基材の表面から所望の深さに保持されるように孔が形成されているのが好ましい。
【００８７】
多数の微小気孔が形成されている層の厚さは、最終生成物である生体インプラントにおける表面層と同等の厚さがあれば良く、１０〜２０００μｍであるのが好ましく、２０〜１５００μｍであるのが更に好ましい。
【００８８】
多数の微小気孔を有する層の厚さ、気孔径及び気孔率は、ＰＥＥＫの腐食性溶液として例えば濃硫酸を採用する場合には、ＰＥＥＫを濃硫酸に浸漬する時間及び/又は温度などにより層の厚さを調整することができる。また、濃硫酸に浸漬した後に、浸漬する洗浄用溶液の種類及び/又は温度などによって気孔径及び気孔率を調整することができる。
【００８９】
次いで、第３工程として、第２工程で得られた微小気孔基材を、発泡剤を含有する溶液に所定時間浸漬させて、多数の微小気孔を有する微小気孔基材の表面に発泡剤が保持されて成る発泡剤保持基材を作製する。発泡剤としては、プラスチック製の基材の表面に所望の多孔質構造を形成させることのできる物質であれば良く、そのような発泡剤として、炭酸塩、アルミニウム粉末などの無機系発泡剤や、アゾ化合物、イソシアネート化合物などの有機系発泡剤を挙げることができる。発泡剤は生体に悪影響を与えない物質であるのが好ましく、そのような発泡剤としては炭酸塩が好ましく、例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムを挙げることができる。
【００９０】
次いで、第４工程として、第３工程で得られた発泡剤保持基材を、プラスチックを膨潤させ、かつ、発泡剤を発泡させる発泡溶液に所定時間浸漬させて、プラスチックの膨潤と発泡剤の発泡とを同時に進行させることにより形成されて成る発泡基材を作製する。前記発泡溶液としては、例えば、濃硫酸、塩酸及び硝酸などの酸性溶液を挙げることができる。発泡剤保持基材を形成する材料がＰＥＥＫであり、発泡剤が炭酸塩である場合には、前記発泡溶液としては、濃度が９０％以上の濃硫酸が好ましい。
【００９１】
この第４工程において、膨潤したプラスチックは、その表面張力によって、凹凸構造の凸部よりも凹部及び凹部近傍に膨潤したプラスチックが多く溜まることになる。すなわち、第４工程において、膨潤したプラスチックの厚みが凸部よりも凹部の方が厚くなる。第４工程を完了した時点で、凹部における膨潤プラスチックの厚みが凸部における膨潤プラスチックの厚みの２倍以上であれば良い。膨潤したプラスチックの厚みの調整は、例えば前記発泡剤の濃度、前記発泡剤に浸漬する時間及び発泡溶液に浸漬する時間等を適宜に調整することにより、達成される。なお、第４工程における前記発泡溶液の浸漬時間は５〜６０分が好ましい。
【００９２】
次いで、工程５として、第４工程で得られた発泡基材を、膨潤したプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬することにより生体インプラントを作製する。前記凝固溶液、すなわちプラスチックが溶出しない溶液としては、例えば、水、アセトン、エタノールなどの水性溶液を挙げることができる。発泡基材を形成する材料がＰＥＥＫである場合には、上記に挙げた他に、濃度が９０％未満の硫酸、硝酸、リン酸、塩酸等の無機酸水溶液、水溶性有機溶剤がある。水溶性有機溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド、テトラヒドロフラン、エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、トリエトレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、ジプロピレングリコ−ル、グリセリンエタノ−ル、プロパノ−ル、ブタノ−ル、ペンタノ−ル、ヘキサノ−ル等のアルコ−ル及びこれらの水溶液、ポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、ポリビニルピロリドン等液状高分子またはそれらの水溶液及びこれらの混合物を挙げることができる。
【００９３】
第４工程で得られた発泡基材は、凝固溶液として使用できる複数種類の溶液から選択される少なくとも１つの溶液に浸漬すれば良く、複数種類の溶液に順次浸漬しても良い。また、少なくとも２つの種類の溶液を混合して使用しても良い。
【００９４】
工程５の後には、生体インプラントに残存している発泡剤及び凝固溶液等を純水で洗浄するのが好ましい。
【００９５】
プラスチック製の基材の表面に形成される多孔質構造、すなわち生体インプラントの表面層の多孔質構造を規定する大径開気孔径、小径開気孔径、連通孔径及び気孔率等は、発泡剤の種類及び濃度、発泡溶液の種類及び濃度、発泡溶液への浸漬時間、凝固溶液の種類及び濃度、凝固溶液への浸漬時間並びに各工程における温度等を適宜選択することにより調整することができる。
【００９６】
上述した中でも特に、凝固溶液の種類と、凝固溶液の濃度と、凝固溶液への浸漬時間とから選択される少なくとも１つを変化させることにより、生体インプラントの表面層が所望の多孔質構造を有する生体インプラントを、容易に得ることができる。これらのパラメータを変化させることにより、発泡基材の表面における膨潤したプラスチックの凝固速度を制御することができる。凝固溶液の種類及び濃度としては、水と、膨潤したプラスチックを凝固させるのに水よりも長時間を要する低凝固溶液の少なくとも１つを適宜選択するのが好ましい。発泡基材を形成する材料がＰＥＥＫである場合には、低凝固溶液として、濃度が９０％未満の硫酸を挙げることができる。
【００９７】
例えば、ＰＥＥＫにより形成される発泡基材を、低凝固溶液として濃度が８６％の硫酸に浸漬すると、水に浸漬する場合に比べて緩やかにＰＥＥＫが凝固する。すなわち、凝固速度が遅くなる。そのため、発泡基材を低凝固溶液に浸漬する時間の経過に従って、発泡基材の表面の多孔質構造は変化する。
【００９８】
以下に、発泡基材の低凝固溶液への浸漬時間の違いによる、発泡基材における表面の構造の変化を、上述の生体インプラント１において定義されるところの大径気孔７と大径連通孔１５と小径気孔６とに分けて説明する。
【００９９】
大径気孔７が表面に開口する大径開気孔１３と大径連通孔１５との孔径は、浸漬時間の経過に従って次第に大きくなる。所定時間以上経過すると、これらの孔径は逆に小さくなる。また、大径開気孔１３と大径連通孔１５との数は、浸漬時間の経過に従って次第に少なくなる。浸漬時間の経過に従って、孔径が大きくなるのは、発泡剤により形成された複数の孔が、膨潤したＰＥＥＫが緩やかに凝固する間に連結して大きくなるからである、と理解される。一方、所定時間以上経過すると孔径が小さくなってしまうのは、膨潤したＰＥＥＫが緩やかに凝固する間に、発泡剤の効力が弱まってしまい、連結して大きくなった孔も含めて、全ての孔が小径化してしまうからである、と考えられる。また、浸漬時間の経過に従って、大径開気孔１３と大径連通孔１５の数が少なくなるのは、膨潤したＰＥＥＫが緩やかに凝固する間に、複数の大径開気孔１３及び大径連通孔１５が連結して統合されてしまうからである、と理解される。
【０１００】
小径気孔６が表面に開口する小径開気孔１２の孔径及び気孔率は、浸漬時間の経過に従って次第に小さくなる。大径気孔７が発泡剤の作用により形成されるのに対し、小径気孔６は膨潤したＰＥＥＫの相分離現象に基づき形成されていると考えられる。膨潤したＰＥＥＫは、緩やかに凝固が進行する低凝固溶液との間では相分離が生じにくく、低凝固溶液の浸漬時間が長いほど、膨潤したＰＥＥＫと低凝固溶液とが均質化しながら凝固が進行するため、小径開気孔１２の数や孔径が小さくなると共に、気孔率も低下すると考えられる。
【０１０１】
以上に説明したように、発泡基材の低凝固溶液への浸漬時間の違いにより、生体インプラント１の表面層３の多孔質構造が異なる生体インプラント１を得ることができる。特に、大径開気孔１３及び大径連通孔１５の孔径が最大となる時間に、水などに浸漬することにより速やかに凝固を完了させれば、表面層３の内部まで連通性が良好な生体インプラント１を提供することができる。
【０１０２】
上記においては、低凝固溶液として濃度が８６％の硫酸を例として説明したが、更に低濃度の硫酸を低凝固溶液として使用した場合には、発泡基材における表面の構造の時間経過による変化の有様は、相違する。例えば、さらに低濃度の硫酸を使用すると、濃度が８６％の硫酸を使用する場合よりも短時間で膨潤したＰＥＥＫが凝固するので、発泡剤の効力が弱まる前に、大径気孔７が凝固することがある。その場合には、発泡基材を低凝固溶液に長時間浸漬しておいても、大径開気孔１３及び大径連通孔１５の孔径が小さくなったり、数が少なくなったりすることがない。
【０１０３】
低凝固溶液の種類及び濃度により、上述したように、浸漬時間の経過に伴う、発泡基材における表面の構造の変化の仕方は相違する。従って、所望の低凝固溶液を選択し、所定時間発泡基材を浸漬して、発泡基材の表面の構造が所望の多孔質構造を有する時間になったら、水に浸漬すれば、速やかに膨潤したプラスチックを凝固させることができるので、表面層３が所望の多孔質構造を有する生体インプラントを得ることができる。なお、膨潤したプラスチックを凝固させるために、発泡基材を水に浸漬させることの他に、膨潤したプラスチックが凝固するのに十分な時間だけ低凝固溶液に浸漬させておいても良い。
【０１０４】
次に、表面層の表面及び／又は内部に生体活性物質を有している生体インプラントの製造方法の一実施例を説明する。
【０１０５】
生体活性物質は、表面層における開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に固定されて形成される限り、任意の方法により形成させることができ、例えば、第１工程〜工程５により形成されて成る生体インプラント１を、少なくとも１０ｍＭのカルシウムイオンを含む溶液及び少なくとも１０ｍＭのリン酸イオンを含む溶液の両方にいずれか先に浸漬する液相法を採用することができる。
【０１０６】
以下においては、前記液相法により、生体活性物質が表面に固定されて成る生体インプラントを製造する方法の一実施例を説明する。
【０１０７】
まず、第１工程〜工程５により形成されて成る生体インプラントを、少なくとも１０ｍＭのカルシウムイオンを含む溶液に所定時間浸漬する。このカルシウムイオンを含む溶液は、少なくともカルシウムイオンを含んでいれば良く、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸イオン、ケイ酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、塩素イオン、水素イオンなどを含んでいても良いが、リン酸イオンは実質的に含まないほうが好ましい。カルシウムイオンを含む溶液としては、通常、水溶性が高く、人体に悪影響を与えない化合物の水溶液を挙げることができ、例えば、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、硝酸カルシウム、蟻酸カルシウム、酢酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム、酪酸カルシウム、乳酸カルシウム、及びこれらの混合溶液等が挙げられ、塩化カルシウムの水溶液が好ましい。
【０１０８】
カルシウムイオンを含む溶液に所定時間浸漬した後に、生体インプラントを、少なくとも１０ｍＭのリン酸イオンを含む溶液に浸漬する。このリン酸イオンを含む溶液は、少なくともリン酸イオンを含んでいればよく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸イオン、ケイ酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、塩素イオン、水素イオンなどを含んでいても良いが、カルシウムイオンは実質的に含まないほうが好ましい。リン酸イオンを含む溶液としては、通常、水溶性が高く、人体に悪影響を与えない化合物の水溶液を挙げることができ、例えば、リン酸、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム、およびこれらの混合溶液等が挙げられ、リン酸水素二カリウムの水溶液が好ましい。
【０１０９】
生体インプラントを上記２種類の水溶液に浸漬する順序は、特に限定されないが、例えば生体活性物質として水酸アパタイトを表面層の内部、すなわち多孔質構造内に生成させる場合は、水酸アパタイトの溶解度がより低いアルカリ域で生成反応が進むことが生成量の面から好ましい。この場合、後半に浸漬する溶液のｐＨがｐＨ８〜１０のアルカリ域であることが好ましい。
【０１１０】
少なくとも１０ｍＭのカルシウムイオンを含む溶液及び少なくとも１０ｍＭのリン酸イオンを含む溶液に、生体インプラントを浸漬する時間は、それぞれ１分〜５時間が好ましく、３分〜３時間が特に好ましい。１分〜５時間の範囲内であれば、十分にカルシウムイオン及びリン酸イオンが生体インプラントの内部まで染み込み、生体インプラントの表面層における開気孔及び連通気孔の内壁面に生体活性物質が生成されて固定されるからである。また、生体活性物質の生成量を増やしたい場合、各溶液に浸漬する操作を複数回繰り返しても良い。
【０１１１】
最終工程として、適宜、前記工程で得られた生体活性物質が形成されて成る生体インプラントを、純水に浸漬して洗浄した後に、乾燥させると、生体インプラントの表面層における少なくとも開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に生体活性物質を有している生体インプラントを得ることができる。
【０１１２】
生体活性物質の形成は、上記の方法に限られず、例えば生体インプラントを、あらかじめ多量の生体活性物質を含む溶液に浸漬し、これを乾燥させることにより、生体インプラントにおける多孔質構造を有する表面層内部に生体活性物質を固定した後、純水に浸漬して洗浄した後に、再度乾燥させることにより、行うこともできる。
【０１１３】
この発明に係る生体インプラントの製造方法は、一実施態様と示した生体インプラント１以外の生体インプラントをも製造することができる。この発明に係る生体インプラントは、生体内の使用部位に合わせて様々な形状、例えば、粒子状、繊維状、ブロック状、フィルム状等で用いられる。好ましくは、この生体インプラントが補填される骨欠損部又は歯欠損部等の形状と同様の形状、又は骨欠損部若しくは歯欠損部等の形状に相当する形状、例えば相似形等に、成形、整形及び/又は調製されて用いられる。
【０１１４】
前記生体インプラントは、ＰＥＥＫなどのプラスチックを所望の形状に成形、整形及び/又は調製した後に、プラスチック製の基材の表面部に多孔質構造を有する表面層を形成させることもできるし、プラスチック製の基材の表面に多孔質構造を有する表面層を形成させた後に、生体インプラントを所望の形状に成形、整形及び/又は調製することもできる。前記液相法により生体インプラントを形成すると、ＰＥＥＫなどのプラスチックを、複雑な形状に成形、整形及び／又は調製した後に、プラスチック製の基材の表面部に多孔質構造を有する表面層を形成させることを、容易にすることができる。
【０１１５】
前記表面層は、プラスチック製の基材の全表面部に形成させても良いし、骨又は歯との結合が必要な面のみに形成させても良い。また、表面層における少なくとも開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に生体活性物質を有している生体インプラントとして用いることもできる。
【実施例】
【０１１６】
この発明に係る生体インプラントの実施例及び比較例として、様々な寸法及び作製条件の生体インプラントを作製した。
・第１工程
先ず、基材として、ＰＥＥＫ（ＶＩＣＴＲＥＸ社製、４５０Ｇ、φ９×２０ｍｍ）を用いることとした。実施例１〜６として、各基材の表面が様々な寸法の凹凸構造を有するように、切削加工により溝を形成した。凹凸構造の各寸法は、表１に示す。また、比較例として表面に凹凸構造を有しない、平坦な基材を用いることとした。
・第２工程
第１工程で得られた実施例１〜６及び比較例の各基材を、所定の時間で、濃度９７％の濃硫酸に浸漬した。これにより、基材の表面を膨潤させ、その後、純水に浸漬し、微細な孔を有する微小気孔基材を得た。濃硫酸に浸漬した時間は、表１に示す。
・第３工程
第２工程で得られた微小気孔基材を純水で繰り返し洗浄後、濃度３Ｍの炭酸カリウム水溶液に１時間以上浸漬し、発泡剤保持基材を得た。
・第４工程
第３工程で得られた発泡剤保持基材を所定の時間で濃硫酸に浸漬し、発泡基材を得た。濃硫酸に浸漬した時間は、表１に示す。
・工程５
第４工程で得られた発泡基材を濃度８６％の硫酸に５分間浸漬し、その後、純水に浸漬することにより発泡した表面を凝固させた。この凝固操作により、発泡表面を有する表面発泡体を得た。得られた表面発泡体を純水で繰り返し洗浄し、生体インプラントを得た。
【０１１７】
得られた生体インプラントにおける表面層の性状について、測定結果を表１に示す。
【０１１８】
表面層の厚みは、表面層の表面をデジタルマイクロスコープで観察して得られる画像を用いて、図２に示した定義方法により求めた。
【０１１９】
表面層における大径開気孔と小径開気孔との各平均開気孔径は、走査型電子顕微鏡を用いて、上述した方法で算出した。
先ず、大径開気孔の平均開気孔径の算出方法について詳述すると、表面層の表面を走査型電子顕微鏡により、３００倍に設定して、ＳＥＭ画像を得た。次いで、前記ＳＥＭ画像の全視野における平均径が約１０μｍ以上の最表面部の開気孔の長径と短径とを測定した。そして、これらの測定値の平均値を算出することにより、大径開気孔の平均開気孔径を求めた。
小径開気孔の平均開気孔径を測定するには、走査型電子顕微鏡の倍率を３０００倍に設定したＳＥＭ画像を用いた。次いで、骨格部分に形成されている開気孔の長径と短径とを測定した。すなわち、先に測定した大径開気孔を除く全ての開気孔の長径と短径とを測定した。次いで、これらの測定値の平均値を算出することにより、小径開気孔の平均開気孔径を求めた。
【０１２０】
【表１】
【０１２１】
実施例１〜６及び比較例をデジタルマイクロスコープにより観察して得られた画像を図６〜２３に示す。実施例１の生体インプラントを俯瞰した画像を図６に示し、表面層から実質部に向う鉛直方向に実施例１の生体インプラントを切断した断面画像を図７に示す。実施例２の生体インプラントを俯瞰した画像を図８に示し、実施例２の生体インプラントを切断した断面画像を図９に示す。実施例３の生体インプラントを俯瞰した画像を図１０に示し、図１０の拡大画像を図１１に示し、実施例３の生体インプラントを切断した断面画像を図１２に示す。実施例４の生体インプラントを俯瞰した画像を図１３に示し、図１３の拡大画像を図１４に示し、実施例４の生体インプラントを切断した断面画像を図１５に示す。実施例５の生体インプラントを俯瞰した画像を図１６に示し、図１６の拡大画像を図１７に示し、実施例５の生体インプラントを切断した断面画像を図１８に示す。実施例６の生体インプラントを俯瞰した画像を図１９に示し、図１９の拡大画像を図２０に示し、実施例６の生体インプラントを切断した断面画像を図２１に示す。比較例の生体インプラントを俯瞰した画像を図２２に示し、比較例の生体インプラントを切断した断面画像を図２３に示す。
【０１２２】
図６〜２１に示されるように、この発明の実施例に係る生体インプラントでは、ある凸部と隣接する凸部との間に架橋部が多数形成されている。これに対して、比較例に係る生体インプラントでは、架橋部が形成されていない。架橋部の存在により、骨組織と架橋部とが絡み合いを起こすので、実施例１〜６の生体インプラントと骨とは結合性が高いと推測される。
【０１２３】
表１に示すように、実施例１〜６の生体インプラントにおける表面層は、凹部の厚みが大きく、更に、凹部における大径開気孔の平均開気孔径も大きいので、凹部において多量の骨組織が表面層内に侵入することができる。実施例１〜６の生体インプラントを生体内に埋入した場合には、骨との良好な結合性を確保することができると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
この発明に係る生体インプラントは、例えば骨補填材、人工関節、骨接合材、人工椎体、椎体間スペーサ、椎体ケージ及び人工歯根等に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１、１０２、１０３ａ、１０３ｂ 生体インプラント
２ 実質部
３ 表面層
４、Ｘ、Ｚ 凸部
５、Ｙ 凹部
６ 小径気孔
７ 大径気孔
８ 開気孔
９ 連通孔
１０ 独立気孔
１１ 連通気孔
１２ 小径開気孔
１３ 大径開気孔
１４ 小径連通孔
１５ 大径連通孔
１６ 架橋部
１７ 生体活性物質
１８ 内壁面
Ｃ 輪郭線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体インプラント及び生体インプラントの製造方法に関し、特に詳しくは、体内に埋設した場合に骨組織が侵入し易い表面構造を有していて、従来の生体インプラントに比べて骨への結合性がより一層向上し、更に、荷重が集中的にかかる等の使用条件が厳しい箇所が存在しても骨への結合性が低下しない生体インプラント及びその生体インプラントを簡易に製造することのできる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨が大きく欠損した場合の治療方法として、患者自身の正常な骨を一部切り取って患部に移植する自家骨移植、又は人工材料から成る人工骨を移植する人工骨移植が行われている。しかし、自家骨移植は、採取できる骨量に制限があり、さらに正常な細胞を傷つけることになるので、患者の身体的負担は大きい。更に、自家骨移植に用いる自家骨移植用骨を患者自身の正常な骨から切り取ることによって新たな欠損部が生じるので、骨が大きく欠損した場合の本質的な治療方法とはいえない。また、人工骨移植では、工業的に生産される人工骨を使用するから自家骨移植の様な問題はないが、人工骨の力学的及び生物学的特性は本来の骨と異なるので、人工骨の前記特性に応じて用途が限定されるという問題を有する。例えば、人工骨の材料としてチタン合金の金属材料を選択すると、金属材料は、通常、高強度である反面、弾性率が高く靭性に欠けるので、大きな荷重が連続的にかかるような部位に埋入すると、周りの骨との力学的特性の差によりストレスシールディングが生じるといった問題や、骨と直接に結合しないといった問題がある。また、人工骨の材料として水酸アパタイト等のバイオセラミックスを選択すると、バイオセラミックスは、通常、生体適合性が良いうえに、生体活性が高くて、骨との結合性に優れている反面、外部衝撃に弱いので、大きな荷重が瞬間的にかかるような部位には用いることができないという問題がある。
【０００３】
人工骨の材料として超高分子量ポリエチレン等のポリマーを選択すると、金属材料及びバイオセラミックスが有する問題を解決することができ、特に、ポリマーの中でもポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）は、その力学的特性が本来の骨と近く、また生体適合性も優れていることから、高強度が要求される部位での整形外科材料としての応用が期待されている。更に、ポリマーと生体活性を有するバイオセラミックスとを組み合わせることにより、骨と直接に結合する人工骨の開発も行われている。
【０００４】
一方、生体適合性及び生体活性等の化学的特性や、強度及び弾性率等の物理的特性以外にも、人工骨にとってその構造が骨との結合能の面で重要な因子であることは良く知られており、生体内に埋入した際に、生体組織が内部に侵入しやすいように、表面又は構造全体を多孔質化した人工骨が多く開発されている。ＰＥＥＫをはじめとする高分子材料により形成される人工骨も、その強度を活かし、かつ、骨との結合能を持たせるべく、表面に多孔質層又は凹凸表面を付与する試みが幾つかなされている。
【０００５】
特許文献１には、ＰＥＥＫとカーボン短繊維との複合材料により形成されて成る支承表面層の表面にＰＥＥＫ粒子をプラズマ・トーチによりスパッタすることで多孔構造を有する裏打ち層を形成して成る人工寛骨臼カップが記載されている。
【０００６】
特許文献２には、少なくとも１つの開口を有する複数のポリマーシートを、孔の位置をずらして重ねて接着することにより形成されて成る海綿状の構造体が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、高分子材料に気孔形成材を埋め込んでおき、気孔形成材の溶媒に接触させることにより気孔形成材を溶出させ、所望の孔が形成されて成る多孔性の有機ポリマー層を有する移植可能な整形外科的器具が記載されている。
【０００８】
特許文献４には、熱可塑性ポリマーの表面に凹凸が形成されている整形インプラントにおいて、この凹凸がエッチング、サンドブラスト、研磨などにより形成されることが記載されている。
【０００９】
特許文献５には、種々の形状を成す硬質層の一部に多孔質層を接着又は溶着させて成る椎体間インプラントが記載されている。実施態様としては、硬質層は多孔質層の表面から突出するように突起部を備えている実施態様が開示されている。
【００１０】
特許文献６には、予め凹凸形状を付与した金型を使用して、熱可塑性プラスチック材料を加熱成型する方法が記載されている。
【００１１】
特許文献７には、熱可塑性樹脂により形成されて成る外科的移植体の表面上に、所望の形状を有する酸溶解性金属板を圧入し、これを溶解することにより、外科的移植体の表面に凹凸を転写する方法が記載されている。
【００１２】
しかし、上記の従来技術においては、特許文献１のように、高価な装置が必要であったり、特許文献２のように、人工骨の強度を発現する実質部の高分子材料とは別に多孔質構造を形成させるためのシート材料が必要であったり、特許文献３のように、気孔形成材含有高分子を準備したりする必要があった。特許文献４においては、生体組織を侵入させるのに適した凹凸面が十分に形成されていないことが容易に推測できる。また、特許文献５においては、突起部に多孔質層が付与されていないので、突起部表面と骨との結合性が十分でないことが推測できる。更に、特許文献６及び７の方法は、複雑な形状をした高分子材料の表面に多孔質構造を形成させるのには適さない。
【００１３】
また、高分子材料を発泡させることにより、多孔質構造を形成させる方法があり、そのような方法として、低沸点の溶媒を発泡剤として高分子化合物中に分散させ、次にこれを加熱することにより発泡剤を揮発又は熱分解させることによりガスを発生させて、高分子化合物内部に多くの気泡を形成させる方法が一般的に知られている。
【００１４】
別の方法として、特許文献８には、窒素及び二酸化炭素といった不活性ガスを高圧にて熱可塑性ポリマー中に溶解させた後、圧力を開放し、熱可塑性ポリマーをガラス転移温度付近まで加熱することにより、熱可塑性ポリマー中の溶存ガスを発泡させて発泡体を得る方法が記載されている。
【００１５】
しかし、いずれの方法も高分子化合物全体を多孔質構造とするための方法であって、構造全体に亘って気孔が分散していることから、気孔径及び気孔率等によっては強度が低下する虞がある。したがって、上記方法は、高強度が要求される部位で使用される生体インプラントには適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００６−１５８９５３号公報
【特許文献２】特開２００６−５２８５１５号公報
【特許文献３】特開２００４−３１３７９４号公報
【特許文献４】特表２００１−５０４００８号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第ＵＳ２００８／１６１９２７号明細書
【特許文献６】特公平２−５４２５号公報
【特許文献７】特公平４−２０３５３号公報
【特許文献８】特開平６−３２２１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
この発明が解決しようとする課題は、体内に埋設した場合に骨組織が侵入し易い表面構造を有していて、従来の生体インプラントに比べて骨への結合性がより一層向上し、更に、荷重が集中的にかかる等の使用条件が厳しい箇所が存在しても骨への結合性が低下しない生体インプラントを提供することである。
【００１８】
また、この発明が解決しようとする他の課題は、複雑な形状を有する生体インプラントを簡易な方法で製造可能な生体インプラントの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するための手段としては、
（１）プラスチックから成り、緻密な実質部と、その実質部の表面上に形成された多孔質の表面層とを備える生体インプラントであって、
前記実質部は最表面に凹凸構造を有し、
前記表面層は３次元的に気孔が連結して成り、
前記凹凸構造の凹部に形成される前記表面層の厚みが、前記凹凸構造の凸部に形成される表面層の厚みの少なくとも２倍であることを特徴とする生体インプラント、
（２）前記表面層が小径気孔及び大径気孔を有しており、
前記小径気孔及び前記大径気孔の一部は前記表面層の表面に開口する開気孔を形成しており、
前記開気孔は平均開気孔径が大きくとも５μｍの小径開気孔と平均開気孔径が１０〜７００μｍの大径開気孔とを有し、
前記大径開気孔と前記小径気孔及び前記大径気孔とが連通する連通孔が、前記大径開気孔の内壁面に形成されて成る（１）に記載の生体インプラント、
（３）前記凹部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径が、前記凸部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径よりも大きい（１）又は（２）に記載の生体インプラント、
（４）前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の開口幅が３００μｍ以上１５００μｍ以下である（１）〜（３）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（５）前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の深さが３００μｍ以上２０００μｍ以下である（１）〜（４）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（６）前記プラスチックは、エンジニアリングプラスチックである（１）〜（５）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（７）前記プラスチックは、ポリエーテルエーテルケトンである（１）〜（６）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（８）前記プラスチックは、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び有機繊維から成る群より選択される少なくとも１つの繊維を含む（１）〜（７）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（９）前記表面層における開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に生体活性物質を有している（１）〜（８）のいずれか一つに記載の生体インプラント、
（１０）プラスチックにより形成されて成る基材の表面に凹凸構造を形成することにより凹凸基材を得る第１工程と、
前記第１工程で得られた前記凹凸基材の表面に、微小気孔を形成することにより微小気孔基材を得る第２工程と、
前記第２工程で得られた微小気孔基材を、発泡剤を含有する溶液に浸漬することにより発泡剤保持基材を得る第３工程と、
前記第３工程で得られた発泡剤保持基材を、プラスチックを膨潤させ、かつ、発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬することにより発泡基材を得る第４工程と、
前記第４工程で得られた発泡基材を、膨潤したプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬する工程５と、
を有することを特徴とする生体インプラントの製造方法、
（１１）前記プラスチックは、エンジニアリングプラスチックである（１０）に記載の生体インプラントの製造方法、
（１２）前記プラスチックは、ポリエーテルエーテルケトンである（１０）又は（１１）に記載の生体インプラントの製造方法、
（１３）前記プラスチックは、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、及び有機繊維からなる群より選択される少なくとも１つの繊維を含む（１０）〜（１２）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法、
（１４）前記第４工程で使用される発泡溶液が、濃硫酸である（１０）〜（１３）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法、
（１５）前記凝固溶液の種類と、前記凝固溶液の濃度と、前記発泡基材の前記凝固溶液への浸漬時間とから選択される少なくとも１つを変化させることにより、前記表面層の多孔質構造を制御する（１０）〜（１４）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法、
（１６）前記凝固溶液が、水と、膨潤したプラスチックを凝固させるのに水よりも長時間を要する低凝固溶液とから選択される少なくとも１つである（１０）〜（１５）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法、
（１７）前記低凝固溶液が、濃度９０％未満の硫酸である（１６）に記載の生体インプラントの製造方法、
（１８）前記発泡剤が、炭酸塩である（１０）〜（１７）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法、
（１９）前記炭酸塩が、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１つの炭酸塩を含む（１０）〜（１８）のいずれか一つに記載の生体インプラントの製造方法を挙げることができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によると、実質部がその表面に凹凸構造を有し、更に前記凹凸構造の表面に骨組織が侵入することのできる表面層が付与されており、且つ、前記凹凸構造における凹部の表面層の厚みが凸部の表面層の厚みより大きいので、凹部における厚みのある表面層に多量に骨組織が侵入し易くなっており、従来の生体インプラントに比べて骨への結合性がより一層向上した生体インプラントを提供することができる。
【００２１】
更に、この発明によると、使用条件が厳しい箇所が存在しても、例えば凸部等に荷重が集中的にかかっても、凹部の表面層は荷重によって潰れることなく、多量の骨組織の侵入が可能であるので、全体として骨への結合性が低下しない生体インプラントを提供することができる。
【００２２】
また、この発明によると、大径開気孔の内壁面に連通孔が形成されているので、骨組織を表面層の内部に侵入させることができ、その結果、表面層の内部に存在する空間を充填するように新たな骨が形成されるので、骨と生体インプラントとが結合可能な生体インプラントを提供することができる。
【００２３】
更に、この発明によると、前記凹凸構造が特定の数値範囲を満たす大きさである場合には、骨に対して係止し易く、凹部の表面層の厚みも大きくなる生体インプラントを提供することができる。
【００２４】
この発明によると、全体積に気孔を有するのではなく、生体インプラントの表面に多数の気孔を有するので、適用部位に合わせた強度を保持することが容易である。
【００２５】
この発明によると、生体インプラントの材料として好ましくはエンジニアリングプラスチック、更に好ましくはポリエーテルエーテルケトン、特に好ましくは炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、及び有機繊維からなる群より選択される少なくとも１つの繊維を含むことにより、高強度の生体インプラントを提供することができる。
【００２６】
また、この発明によると、表面層における開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に生体活性物質を有していると、この生体活性物質と生体の骨組織との化学的な反応により、新たな骨の形成が速やかに行われるので、骨と生体インプラントとを早期に結合せしめる生体インプラントを提供することができる。
【００２７】
更に、この発明によると、ほとんどの工程が液相中において処理することのできる方法であるので、特別な装置を使用する必要がなく、複雑な形状を有する生体インプラントであっても容易に製造することのできる生体インプラントの製造方法を提供することができる。
【００２８】
また、この発明によると、条件の簡便な選択だけで、表面層が所望の多孔質構造と成る生体インプラントの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、この発明に係る生体インプラントの一実施態様を示す模式図である。
【図２】図２は、この発明に係る生体インプラントの他の実施態様についての説明図である。
【図３】図３は、この発明に係る生体インプラントの他の実施態様における凸部拡大図である。
【図４】図４は、この発明に係る生体インプラントの他の実施態様における凹部拡大図である。
【図５】図５は、この発明に係る生体インプラントの他の実施態様を示す説明図である。
【図６】図６は、この発明の一実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図７】図７は、この発明の一実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図８】図８は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図９】図９は、この発明の他の実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図１０】図１０は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図１１】図１１は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰拡大画像である。
【図１２】図１２は、この発明の他の実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図１３】図１３は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図１４】図１４は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰拡大画像である。
【図１５】図１５は、この発明の他の実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図１６】図１６は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図１７】図１７は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰拡大画像である。
【図１８】図１８は、この発明の他の実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図１９】図１９は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰画像である。
【図２０】図２０は、この発明の他の実施例である生体インプラントの俯瞰拡大画像である。
【図２１】図２１は、この発明の他の実施例である生体インプラントの断面画像である。
【図２２】図２２は、この発明でない生体インプラントの俯瞰画像である。
【図２３】図２３は、この発明でない生体インプラントの断面画像である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
この発明に係る生体インプラントは、プラスチックから成り、緻密な実質部と、その実質部の表面上に形成された多孔質の表面層とを備える。更に、前記実質部はその最表面に凹凸構造を有し、前記表面層は３次元的に気孔が連結して成り、前記凹凸構造の凹部分に形成される前記表面層の厚みが、前記凹凸構造の凸部に形成される表面層の厚みの２倍以上である。
【００３１】
先ず、図１を参照しつつ、この発明に係る生体インプラントの一実施態様について説明する。図１に示すように、この発明に係る生体インプラント１は、実質部２と、その表面に形成されて成る表面層３とを備えている。実質部２は、その形状が鋸歯状であり、その鋸歯状の表面を表面層３が被覆している。図１に示す実質部２の鋸歯形状は、実質部の表面に形成される凹凸構造の一例である。図１に示す実質部２において、上方に隆起している部分を凸部４とし、下方に沈降している部分を凹部５とする。
【００３２】
この発明に係る生体インプラントにおいて、実質部の凹凸構造は、実質部の表面に凸部及び凹部が形成されている限り、その形状及び大きさには制限が無い。
【００３３】
凸部及び凹部の好ましい形状としては、例えば凸部形状が円錐、円柱、多角錐、多角柱又は半球等である態様を挙げることができる。更に好ましくは、凸部の先端が鋭角である形状を成すと良い。なお、この発明に係る生体インプラントにおいて、凹凸構造の各凹部及び各凸部の形状は、揃っていても良く、また揃っていなくとも良い。
【００３４】
図１に示すように各凸部４及び各凹部５の大きさが揃っている場合は、実質部２の凹凸構造の大きさ及び表面層３の厚みを計測し易い。しかしながら、図２に示すように各凸部及び各凹部の形状と大きさとが揃っていない場合には、実質部２の凹凸構造の大きさ及び表面層３の厚みが計測し難い。ここで、この発明に係る生体インプラントにおける、実質部の凹凸構造の大きさの定義を、図２を用いて説明する。
【００３５】
図２に示すように、生体インプラント１０２は、凸部と凹部との形状及び大きさが揃っていない。この発明に係る生体インプラントにおける凹凸構造の大きさは、次のようにして決定することができる。
【００３６】
先ず、実質部において、任意の凹部とその凹部に直近の２つの凸部とを計測対象として選択する。図２の生体インプラント１０２においては、実質部２の凸部Ｘ、凹部Ｙ及び凸部Ｚを選択している。
【００３７】
次に、選択した２つの凸部であって実質部に接する直線を引き、更にその凸部の接線の平行線を選択した凹部であって実質部に接するように引く。図２の生体インプラント１０２においては、実質部２の凸部Ｘ及び凸部Ｚに接するように直線ｉを引き、直線ｉの平行線である直線ｉｉを実質部２の凹部Ｙに接するように引いてある。
【００３８】
次いで、前記凸部の接線の平行線を、２つの凸部を覆う表面層に接するように２本引き、更に前記凸部の接線の平行線を、凹部を覆う表面層に接するように引く。図２の生体インプラント１０２においては、凸部Ｘ及び凸部Ｚをそれぞれ覆う表面層３に接するように、直線ｉの平行線である直線ｉｉｉ及び直線ｖを引き、更に凹部Ｙを覆う表面層３に接するように、直線ｉの平行線である直線ｉｖを引いてある。
【００３９】
そして、凸部と２つの凸部の接線との接点を通り、２つの凸部の接線に直交する直線を２つの凸部についてそれぞれ引く。図２の生体インプラント１０２においては、凸部Ｘと直線ｉとの接点を通り、直線ｉの垂線ｖｉを引いた。凸部Ｚにおいても同様に、凸部Ｚと直線ｉとの接点を通り、直線ｉの垂線ｖｉｉを引いてある。
【００４０】
凸部Ｘにおける表面層３の厚みは、直線ｉと直線ｉｉｉとの距離により定義される。凹部Ｙにおける表面層３の厚みは、直線ｉｉと直線ｉｖとの距離により決定することができる。凸部Ｚにおける表面層３の厚みは、直線ｉと直線ｖとの距離により決定することができる。凹部Ｙの開口幅は、垂線ｖｉと垂線ｖｉｉとの距離により決定することができる。また、凹部Ｙの深さは、直線ｉと直線ｉｉとの距離により決定することができる。
【００４１】
以上の定義付けにより実質部の凹凸構造の大きさが決定するこの発明に係る生体インプラントは、凹部を覆う表面層の厚みが、凸部を覆う表面層の厚みの少なくとも２倍、好ましくは３〜８倍程度である。図１に示す生体インプラント１は、凹部５を覆う表面層３の厚みが凸部４を覆う表面層３の厚みの少なくとも２倍である。図２に示す生体インプラント１０２も、凹部Ｙを覆う表面層３の厚みが凸部Ｘ及びＺを覆う表面層３の厚みの少なくとも２倍である。なお、この発明に係る生体インプラントは、１つの凹部の厚みと、その凹部に隣接する２つの凸部の各厚みとをそれぞれ比べて、両方とも２倍以上であると良い。
【００４２】
凹部を覆う表面層の厚みが凸部を覆う表面層の厚みの少なくとも２倍であることにより、この発明の生体インプラントが生体内に埋入されたときに、骨からの荷重を主に受ける凸部が骨へのアンカーリング効果を発揮すると共に、凸部の表面に形成される表面層内部に骨組織が侵入して骨との結合力が高まり、更に骨からの荷重を直に受けない又は受け難い凹部の表面に形成される厚みのある表面層内に骨組織が多量に侵入することによって、この発明に係る生体インプラントの骨への結合性が更に高まる。換言すると、この発明に係る生体インプラントは、凸部が骨に食い込むと共に凸部を覆う表面層内に骨組織が侵入することにより凸部が骨に係止状態と成り、凸部の根元部分、つまり凹部の底部分を覆う厚い表面層内に多量の骨組織が侵入することにより凸部の根元部分を骨と強固に結合させることができるので、骨への結合性が高まることとなる。また、従来技術にもあるような実質部が平坦である場合は、荷重を直に受ける実質部の表面に表面層が形成されていたとしても、使用条件が厳しい箇所の表面層、例えば過大の荷重を受ける箇所の表面層がその荷重により潰れてしまうことがあった。平坦な実質部の表面に形成された表面層が潰れてしまうと、表面層が骨組織を内部に侵入させるという表面層の機能を十分に発揮することができなかった。すなわち、表面層が潰れた状態であると、例えば骨等と実質部とが直接接触することになるので、潰れた表面層及びその他の表面層と実質部に当接している骨等とは結び付くことは実質的に無かった。しかしながら、この発明に係る生体インプラントは、実質部が凹凸構造を有しているので、受ける荷重の大小が生じており、受ける荷重が小さい凹部に表面層が集中して形成されていることにより、表面層全体が潰れることなく、骨組織を内部に侵入させるという表面層の機能が損なわれることが無い。
【００４３】
ここで、この発明に係る生体インプラントにおいて、実質部の凹凸構造の大きさについての更に好ましい態様を挙げることとする。
【００４４】
この発明に係る生体インプラントは、前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の開口幅が３００μｍ以上１５００μｍ以下であると好ましい。更に、この発明に係る生体インプラントは、前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の深さが３００μｍ以上２０００μｍ以下であると好ましい。凹部の開口幅及び凹部の深さが上述の範囲内であると、凹部に形成される表面層の量が適量と成り易く、骨組織が侵入することのできる表面層の量が適量に維持できるので、この発明に係る生体インプラントの骨への良好な結合性を確保することができる。
【００４５】
前記実質部の凹凸構造の形状及び大きさは、この発明に係る生体インプラントの埋入する箇所に応じて、例えばこの発明に係る生体インプラントが当接する骨の形状に合わせて凸部の形状、並びに凸部及び凹部の大きさを適宜に設定すれば良い。
【００４６】
実質部の凹凸構造の形成方法としては、所望の形状及び大きさを有する凹凸構造を形成することができる限り特に制限はなく、例えば平坦な実質部に溝を切るように切削加工を施す方法、又は、予め凸部及び凹部の形状及び大きさを決定した金型による射出成形を用いる方法等を採用することができる。
【００４７】
この発明に係る生体インプラントについて、別の好ましい態様としては、前記表面層が小径気孔及び大径気孔を有しており、前記小径気孔及び前記大径気孔の一部は前記表面層の表面に開口する開気孔を形成しており、前記開気孔は平均開気孔径が５μｍ以下の小径開気孔と平均開気孔径が１０〜７００μｍの大径開気孔とを有し、前記大径開気孔と前記小径気孔及び前記大径気孔とが連通する連通孔が、前記大径開気孔の内壁面に形成されて成るという態様を挙げることができる。この好ましい態様について、図３及び４を参照しつつ説明をする。
【００４８】
図３は、図１における凸部４の頂部近傍Ａを拡大した図であり、図４は、図１における凹部５の底部近傍Ｂを拡大した図である。
【００４９】
図３に示す生体インプラント１は、緻密な実質部２と、小径気孔６及び大径気孔７を多数有する表面層３とを備えて成る。前記生体インプラント１はプラスチックにより形成されて成り、前記小径気孔６及び大径気孔７の一部は前記表面層３の表面に開口する開気孔８を形成している。前記開気孔８は、開気孔の大きさの平均値（以下、「平均開気孔径」と称することがある）が５μｍ以下の小径開気孔１２と、平均開気孔径が１０〜７００μｍの大径開気孔１３とを有している。図３に示されるように、前記表面層３の表面に開口する大径開気孔１３と小径気孔６及び大径気孔７とが連通する連通孔９が、大径開気孔１３の内壁面に形成されている。
【００５０】
表面層３は、大きさの異なる小径気孔６及び大径気孔７を複数有している。これらの気孔は、独立して形成されている独立気孔１０、及び２つ以上の独立気孔１０が連通して形成されている連通気孔１１を形成している。また、一部の小径気孔６及び大径気孔７は表面層３の表面に開口する開気孔８を形成している。生体インプラント１の凸部における開気孔８としては、平均開気孔径が大きくとも５μｍ、好ましくは大きくとも３μｍの小径開気孔１２と、平均開気孔径が１０〜７００μｍ、好ましくは２０〜３００μｍの大径開気孔１３とを有している。この大径開気孔１３の内壁面には、小径気孔６及び大径気孔７と連通して形成される連通孔９が形成されている。連通孔９は、一つの開気孔８に対して複数の連通孔９が形成されているのが好ましい。連通孔９としては、小径気孔６同士が連通、又は小径気孔６と大径気孔７とが連通して形成される小径連通孔１４、及び、大径気孔７同士が連通して形成される大径連通孔１５を挙げることができる。なお、骨形成に関与するタンパク質及び細胞等が付着し易くするには、小径連通孔１４の開口径の平均値が大きくとも５μｍであると好ましく、大きくとも３μｍであると更に好ましい。また、骨組織を表面層３の内部まで侵入させると共に、凸部における表面層３の強度を適度に保つには、凸部における大径連通孔１５の開口径の平均値が１０〜３００μｍであると好ましく、２０〜２００μｍであると更に好ましい。
【００５１】
図３にも示すように、小径気孔６及び大径気孔７は、球状、扁球状及び長球状よりなる群より選択される少なくとも１つの形状を成す。生体インプラント１は、多数の小径気孔６及び大径気孔７等の気孔を有する表面層３を備えていることにより、生体インプラント１を体内に埋設した場合に、表面層３の表面に開口している多数の開気孔８及びこの開気孔８と連通孔９とを介して、骨組織を表面層３の内部に侵入させることができる。その結果、表面層３の内部に存在する空間を充填するように新たな骨が形成されるので、骨と生体インプラント１とが結合することとなる。さらに、大径気孔７により形成されている大径開気孔１３の内壁面に連通孔９、特に大径連通孔１５が多数形成されている程、骨組織を表面層３の表面から深部まで到達させることができるので、表面層３の深部において新たな骨を形成させることができることになり、骨と生体インプラント１とを良好な結合性を確保することができる。
【００５２】
すなわち、生体インプラント１は、図３に示すように実質部２の表面を多孔質の表面層３が覆っているので、図１に示す凸部４が骨に食い込んだ場合に、凸部４の表面においても、骨への結合性を確保することができる。
【００５３】
なお、表面層３の表面に開口する小径開気孔１２の平均開気孔径と大径開気孔１３の平均開気孔径は、表面層３の表面を走査型電子顕微鏡又はデジタルマイクロスコープで観察して得られる画像を利用して求めることができる。
【００５４】
先ず大径開気孔１３の平均開気孔径の算出方法について詳述すると、表面層３の表面を走査型電子顕微鏡又はデジタルマイクロスコープにより、所定の倍率、例えば３００倍に設定した画像を得る。次いで、前記画像の全視野における比較的大型の最表面部の開気孔、例えば平均径が約１０μｍ以上の開気孔の長径と短径とを測定する。そして、これらの測定値の平均値を算出することにより、大径開気孔１３の平均開気孔径を求めることができる。
【００５５】
小径開気孔１２は、通常、大径開気孔１３と他の大径開気孔１３との間の骨格部分に存在する。小径開気孔１２を観察する場合、走査型電子顕微鏡を用いる。小径開気孔１２の平均開気孔径を測定する場合には、走査型電子顕微鏡の倍率を大径開気孔１３の観察に要した倍率よりも上げることにより、測定誤差が小さくなるので好ましい。例えば、走査型電子顕微鏡を３０００倍に設定したＳＥＭ画像を用いることができる。次いで、骨格部分に形成されている開気孔の長径と短径とを測定する。すなわち、先に測定した大径開気孔１３を除く全ての開気孔の長径と短径とを測定する。次いで、これらの測定値の平均値を算出することにより、小径開気孔１２の平均開気孔径を求めることができる。
【００５６】
表面層３の表面に開口する開気孔８に小径気孔６及び大径気孔７が連通して形成されている連通孔９の孔径は、上記と同様に、所定の倍率で撮影したＳＥＭ画像から求めることができる。ＳＥＭ画像を用いる方法以外の平均開気孔径を求める方法として、例えば水銀ポロシメータを使用して求めることもできる。
【００５７】
続いて、図４を用いて、図１に示した凹部５について説明する。なお、生体インプラント１の一部を示す図４では、図３と同様の気孔等を図示する場合に、図３と共通の番号を付して説明することとする。また、図４において、既に図３に示した気孔等については、詳しい説明を省略することがある。
【００５８】
生体インプラント１について、凸部における表面層と凹部における表面層との相違点としては、図４に示すように、表面層の厚みと架橋部１６の存在とを挙げることができる。表面層の厚みにおいて凸部に比べて凹部の方が大きいので、上述した通り、凹部における厚みのある表面層３内に多量の骨組織が侵入することができる。よって、この発明に係る生体インプラントは、骨への良好な結合性を確保することができる、という技術的効果を奏することになる。
【００５９】
図４において、表面層３の一部が架橋部１６と成っている。架橋部１６は、ある凸部と隣接する凸部との間に形成される凹部において、例えば図４に示すような表面層３の底部近傍において、糸状と成った表面層３の一部が、一方の凸部から他方の凸部へと架された部位である。生体インプラント１の凹部においては、架橋部１６の数が多いのが好ましい。更に好ましくは、架橋部１６が３次元的に形成され、網目状に交差している態様を挙げることができる。凹部における表面層３の気孔内等に骨組織が侵入しようとした場合に、架橋部１６が存在することにより、骨組織と架橋部１６との絡み合いが生じるので、生体インプラント１と骨との結合性が更に高まる。もっとも、この発明に係る生体インプラントは、架橋部が存在していなくとも、凹部の表面層の厚みが凸部の厚みに比べて厚いことによって、凹部において骨組織が厚い表面層の奥深くまで侵入することができるので、骨との強固な結合を実現することができる。なお、この発明に係る生体インプラントにおいては、架橋部も表面層の一部とする。
【００６０】
生体インプラント１の凹部における表面層３の厚みは、図２を用いて説明したように複数の直線を引いて定義するが、表面層３の外縁が必要となる。図３及び図４に示すように、生体インプラント１は、微視的に観察すると、表面層３の表面に多数の開気孔８が存在している。特に図４に示す凹部においては、架橋部１６も表面層３の一部であるので、図４に示す架橋部１６のうちの最表面に位置する架橋部１６の外縁を縁取った輪郭線Ｃを凹部における表面層３の外縁に設定すれば良い。
【００６１】
表面層３の厚さは、例えば１０〜２０００μｍであるのが好ましく、２０〜１５００μｍであるのが特に好ましい。表面層３の厚さが上記範囲内であれば、生体インプラントを体内に埋設した後に、表面層３の表面に開口している多数の開気孔８、及び、この開気孔８と表面層３の内部に形成されている小径気孔６及び大径気孔７とが連通することにより形成される連通孔９を通じて、多くの骨組織を表面層３の内部に侵入させることができる。その結果、表面層３の内部に新たな骨が形成される。
【００６２】
この発明に係る生体インプラントについて、更なる好ましい態様としては、前記凹部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径が、前記凸部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径よりも大きいという態様を挙げることができる。凹部における大径開気孔の平均気孔径が、凸部における大径気孔の平均気孔径よりも大きいことにより、凹部における大径開気孔内に多くの骨組織が侵入し易いので、凹部における表面層と骨との結合性がより一層高まることとなる。
【００６３】
この発明に係る生体インプラントを形成する材料としては、力学的特性が骨又は歯に近いプラスチック、すなわち、弾性率が１〜５０ＧＰａ、曲げ強度は１００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００６４】
力学的特性が骨又は歯に近いプラスチックとしては、エンジニアリングプラスチック又は繊維強化プラスチック等が挙げられる。エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエステル、ポリフェニリンオキサイド、ポリブチレンテレフタラート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、フッ素樹脂、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリメチルペンテン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリオキシメチレン、ポリ四フッ化エチレン等が挙げられる。
【００６５】
繊維強化プラスチックのマトリックスとなるプラスチックとしては、前記エンジニアリングプラスチックに加えて、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ＥＶＡ樹脂、ＥＥＡ樹脂、４−メチルペンテン−１樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、メタクリル酸メチル樹脂、エチレン塩化ビニル共重合体、プロピレン塩化ビニル共重合体、塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリビニルアセトアセタール、ポリフッ化エチレンプロピレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、メタクリル樹脂、リノル樹脂、ポリアリルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリケトンスルフィド、ポリスチレン、ポリアミノビスマレイミド、ユリア樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、イソフタル酸系樹脂、アニリン樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン、アルキルベンゼン樹脂、グアナミン樹脂、ポリジフェニルエーテル樹脂等が挙げられる。
【００６６】
この発明に係る生体インプラント形成する材料として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が特に好ましい。ＰＥＥＫは、生体適合性を有し、力学的特性が骨と近い。したがって、生体インプラントを形成する材料としてＰＥＥＫを採用すると、大きな荷重が連続的に長期間かかるような部位に生体インプラントを埋設した場合に、ストレスシールディング、すなわち骨に加わる応力の遮蔽によって生じ得る骨減少及び骨密度の低下等が起こらない、高強度の生体インプラントを得ることができる。
【００６７】
前記繊維強化プラスチックにおける繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維又は有機繊維が挙げられる。炭素繊維については、ここではカーボンナノチューブも含まれる。ガラス繊維としては、ホウケイ酸ガラス（Ｅガラス）、高強度ガラス（Ｓガラス）、高弾性ガラス（ＹＭ−３１Ａガラス）等の繊維、セラミック繊維としては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、チタン酸カリウム、炭化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ホウ酸アルミニウム、ホウ素等の繊維、金属繊維としては、タングステン、モリブデン、ステンレス、スチール、タンタル等の繊維、有機繊維としては、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、アラミド等の繊維、又はこれらの混合物を用いることができる。
【００６８】
また、この発明に係る生体インプラントを形成する材料中に、必要に応じて帯電防止剤、酸化防止剤、ヒンダードアミン系化合物などの光安定剤、滑剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、無機充填剤、顔料などの着色料等の各種添加剤が含有されていても良い。
【００６９】
この発明に係る生体インプラントの更なる好ましい態様として、表面層における開気孔の内壁面及び／又は表面層の表面に生体活性物質を有している態様を挙げることができる。生体活性物質が表面層における内壁面及び／又は表面層の表面に担持されていると、生体インプラントを生体内に埋設した後に、この生体活性物質と生体の骨組織との化学的な反応が始まり、新たな骨の形成が速やかに行われるので、骨と生体インプラントとを早期に結合させることができる。
【００７０】
この発明に係る生体インプラントに担持させることのできる生体活性物質としては、生体との親和性が高く、歯を含む骨組織と化学的に反応する性質を有する物質であれば特に限定されず、例えばリン酸カルシウム系材料、バイオガラス、結晶化ガラス（ガラスセラミックスとも称する。）、炭酸カルシウム等が挙げられる。リン酸カルシウム系材料としては、例えば、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム水和物、リン酸二水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム水和物、α型リン酸三カルシウム、β型リン酸三カルシウム、ドロマイト、リン酸四カルシウム、リン酸八カルシウム、水酸アパタイト、フッ素アパタイト、炭酸アパタイト及び塩素アパタイト等が挙げられる。バイオガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５−Ｋ２Ｏ−ＭｇＯ系ガラス、及び、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系ガラス等が挙げられる。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス（アパタイトウォラストナイト結晶化ガラスとも称する。）、及び、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系ガラス等が挙げられる。これらのリン酸カルシウム系材料、バイオガラス及び結晶化ガラスは、例えば、「化学便覧 応用化学編 第６版」（日本化学会、平成１５年１月３０日発行、丸善株式会社）、「バイオセラミックスの開発と臨床」（青木秀希ら編著、１９８７年４月１０日発行、クインテッセンス出版株式会社）等に詳述されている。
【００７１】
前記生体活性物質としては、生体活性に優れる点でリン酸カルシウム系材料が特に好ましい。更に好ましくは、実際の骨と組成や構造、性質が似ているので体内環境における安定性が優れており、体内で顕著な溶解性を示さないことから水酸アパタイトを用いると良い。
【００７２】
また、前記生体活性物質は、低結晶性であることが好ましい。ここでいう低結晶性とは、結晶の発達程度が低い状態を意味し、水酸アパタイトを例にすると、粉末Ｘ線回折測定において２θ＝２５．８７８°、面間隔（ｄ値）＝３．４４Åの回折線における半価幅が０．２°以上のものを示す。骨の水酸アパタイトは低結晶性（上記条件下における半価幅：０．４°程度）であることから、同様の結晶性（同条件下における半価幅：０.２〜１．０°）にすることにより生体インプラントと骨とが速やかに結合できる。
【００７３】
生体活性物質の結晶性は、例えば、生体活性物質をカルシウム又はリンを含有する溶液に浸漬する方法により形成させる場合は、この溶液の組成成分の種類や組成比率及び/又は浸漬温度により調整することができる。
【００７４】
図５（ａ）及び（ｂ）に、表面に生体活性物質を有する生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂの模式図を示す。図５（ａ）及び（ｂ）に示す生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂの各部位の内、図１〜４に示した部位と同様の部位については、共通の番号を付すこととする。共通の番号を付した部位については、詳しい説明を省略することがある。
【００７５】
図５（ａ）に示すように、生体インプラント１０３ａにおける生体活性物質１７は、表面層３における開気孔８の内壁面１８と表面層３の表面との全面に形成されている。また、図５（ｂ）に示すように、生体インプラント１０３ｂにおける生体活性物質１７は、開気孔８の内壁面１８の一部及び／又は表面層３の表面の一部に形成されている。好ましくは、開気孔８の内壁面１８に生体活性物質１７が形成されている場合に、生体活性物質１７が開気孔８を全て埋めてしまうように形成されているのではなく、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、表面層３の表面に開口する開気孔８の内壁面１８の一部又は全面に生体活性物質１７が形成されているのが良い。例えば図５（ａ）に示すように、小径開気孔１２が生体活性物質１７によって全て埋められていても良いが、大径開気孔１３は、大径開気孔１３の容積をある程度保持した状態で、内壁面１８に生体活性物質１７が担持されているのが、好ましい。
【００７６】
更に大径気孔７と連通して形成される大径連通孔１５も生体活性物質１７により閉塞されることなく、骨組織を侵入させることができる程度の開口径を有する大径連通孔１５が形成されていると良い。表面層３に開気孔８が形成され、開気孔８に連通する大径連通孔１５が形成されていると、生体インプラント１０３ａを生体内に埋設した後に、開気孔８から表面層３の内部に骨組織を侵入させることができる。その結果、開気孔８の内壁面１８に存在する生体活性物質１７と生体の骨組織との化学的な反応が始まり、新たな骨を形成させることができる。この形成した新たな骨は、大径開気孔１３及びこの大径開気孔１３に連通している小径気孔６及び大径気孔７により形成される空間を充填するように骨形成が進むので、生体活性物質１７及び新たな骨が、表面層３の内部に複雑に樹枝状に広がって形成されることになる。したがって、表面層３の表面に開口する開気孔８及び開気孔８に連通する連通孔９、特に大径連通孔１５を有し、かつ、開気孔８の内壁面１８に生体活性物質１７が存在すると、生体インプラント１０３ａと骨とを早期に、更に強固に結合させることができる。
【００７７】
表面層３を投影した場合の生体活性物質１７の面積割合は、少なくとも５％以上であるのが好ましく、２０％以上であるのが特に好ましい。前記生体活性物質１７は、表面層３の表面に存在する生体活性物質１７だけでなく、開気孔８の内壁面１８に存在し、かつ表面層３の外側から視覚できる生体活性物質１７も含む。生体活性物質１７が、表面層３における開気孔８の内壁面１８及び／又は表面層３の表面に、前記範囲内で存在すると、生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂを生体内に埋設した後に、この生体活性物質１７と生体の骨組織との化学的な反応が始まり、新たな骨の形成が速やかに行われるので、骨と生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂとを早期に結合させることができる。
【００７８】
表面層３を投影した場合の生体活性物質１７の面積割合は、表面層３の表面を走査型電子顕微鏡により撮影した画像を画像解析ソフト、例えばScion社製 Scion Image等を使用して、生体活性物質１７とそれ以外の部分とに２値化し、次いで画像全体の面積に対する生体活性物質の面積割合を算出することにより、求めることができる。
【００７９】
生体活性物質１７は、表面層３の体積に対して０．５〜３０％含有するのが好ましい。生体活性物質１７は、表面層３における開気孔８の内壁面１８及び／又は表面層３の表面及び／又は表面層３の内部に、独立した状態及び／又はこれらの生体活性物質１７が結合して樹枝状に表面層３内部に張り巡らされた状態で存在する。上記範囲内の生体活性物質１７が表面層３に存在すると、生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂを生体内に埋設した後に、これらの生体活性物質１７と生体の骨組織との化学的な反応が始まり、新たな骨の形成が速やかに行われるので、骨と生体インプラント１０３ａ及び１０３ｂとを早期に結合させることができる。
【００８０】
表面層３に含まれる生体活性物質１７の体積割合は、上述した生体活性物質１７の面積割合を測定する方法と同様にして求めることができる。すなわち、表面層３の表面に直交する断面における生体活性物質１７の面積割合を算出することができれば、この算出値から生体活性物質１７の体積割合を推定することができる。
【００８１】
次に、この発明に係る生体インプラントの製造方法の一実施例について説明する。
【００８２】
先ず、この発明に係る生体インプラントの製造方法は、プラスチックにより形成されて成る基材の表面に凹凸構造を形成することにより凹凸基材を得る第１工程と、前記第１工程で得られた前記凹凸基材の表面に、微小気孔を形成することにより微小気孔基材を得る第２工程と、前記第２工程で得られた微小気孔基材を、発泡剤を含有する溶液に浸漬することにより発泡剤保持基材を得る第３工程と、前記第３工程で得られた発泡剤保持基材を、プラスチックを膨潤させ、かつ、発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬することにより発泡基材を得る第４工程と、前記第４工程で得られた発泡基材を、膨潤したプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬する工程５とを有する。
【００８３】
第１工程では、プラスチック製の基材の表面に凹凸構造を形成して凹凸基材を作製する。凹凸構造を基材の表面に形成する方法としては、特に制限は無く、例えば予め決定した凹凸構造の形状を成す金型を用いて射出成形する方法、又は凹凸構造の無い基材に切削加工を施す方法等を採用することができる。
【００８４】
第２工程では、第１工程を経て所望の凹凸構造を有することとなったプラスチック製の基材の表面に、多数の微小気孔を有する微小気孔基材を作製する。プラスチック製の基材の表面に微小気孔を形成させる方法としては、公知の方法を採用することができ、例えば、プラスチック製の基材を、濃硫酸、濃硝酸、又はクロム酸等の腐食性溶液に所定時間浸漬し、次いで、この基材をプラスチックが溶出しない洗浄用溶液、例えば純水に浸漬させる方法を挙げることができる。プラスチックとして、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を採用した場合には、濃硫酸にＰＥＥＫを所定時間浸漬させ、次いで、純水に浸漬させることにより微小気孔を形成させることができる。
【００８５】
プラスチック製の基材の表面に形成される微小気孔の気孔径は、次の第３工程において使用される発泡剤をプラスチック製の基材内に浸入させることのできる気孔径を有していれば良く、発泡剤の種類により適宜選択することができる。発泡剤として、例えば炭酸ナトリウムを採用した場合には、微小気孔の気孔径は、０．１〜２００μｍであるのが好ましい。
【００８６】
プラスチック製の基材の表面に形成されている微小気孔の気孔率は、第３工程において使用される発泡剤を十分に保持することができれば良く、例えば、発泡剤として炭酸ナトリウムを採用した場合には、プラスチック製の基材の微小気孔が形成されている層の気孔率は、１０〜９０％であるのが好ましい。前記気孔率の範囲の内、気孔率が低い範囲にある場合には、例えば基材の表面から内部方向に気孔が連通して形成されている状態又は基材の表面から内部方向に垂直に柱状の気孔が形成されている状態等、発泡剤が基材の表面から所望の深さに保持されるように孔が形成されているのが好ましい。
【００８７】
多数の微小気孔が形成されている層の厚さは、最終生成物である生体インプラントにおける表面層と同等の厚さがあれば良く、１０〜２０００μｍであるのが好ましく、２０〜１５００μｍであるのが更に好ましい。
【００８８】
多数の微小気孔を有する層の厚さ、気孔径及び気孔率は、ＰＥＥＫの腐食性溶液として例えば濃硫酸を採用する場合には、ＰＥＥＫを濃硫酸に浸漬する時間及び/又は温度などにより層の厚さを調整することができる。また、濃硫酸に浸漬した後に、浸漬する洗浄用溶液の種類及び/又は温度などによって気孔径及び気孔率を調整することができる。
【００８９】
次いで、第３工程として、第２工程で得られた微小気孔基材を、発泡剤を含有する溶液に所定時間浸漬させて、多数の微小気孔を有する微小気孔基材の表面に発泡剤が保持されて成る発泡剤保持基材を作製する。発泡剤としては、プラスチック製の基材の表面に所望の多孔質構造を形成させることのできる物質であれば良く、そのような発泡剤として、炭酸塩、アルミニウム粉末などの無機系発泡剤や、アゾ化合物、イソシアネート化合物などの有機系発泡剤を挙げることができる。発泡剤は生体に悪影響を与えない物質であるのが好ましく、そのような発泡剤としては炭酸塩が好ましく、例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムを挙げることができる。
【００９０】
次いで、第４工程として、第３工程で得られた発泡剤保持基材を、プラスチックを膨潤させ、かつ、発泡剤を発泡させる発泡溶液に所定時間浸漬させて、プラスチックの膨潤と発泡剤の発泡とを同時に進行させることにより形成されて成る発泡基材を作製する。前記発泡溶液としては、例えば、濃硫酸、塩酸及び硝酸などの酸性溶液を挙げることができる。発泡剤保持基材を形成する材料がＰＥＥＫであり、発泡剤が炭酸塩である場合には、前記発泡溶液としては、濃度が９０％以上の濃硫酸が好ましい。
【００９１】
この第４工程において、膨潤したプラスチックは、その表面張力によって、凹凸構造の凸部よりも凹部及び凹部近傍に膨潤したプラスチックが多く溜まることになる。すなわち、第４工程において、膨潤したプラスチックの厚みが凸部よりも凹部の方が厚くなる。第４工程を完了した時点で、凹部における膨潤プラスチックの厚みが凸部における膨潤プラスチックの厚みの２倍以上であれば良い。膨潤したプラスチックの厚みの調整は、例えば前記発泡剤の濃度、前記発泡剤に浸漬する時間及び発泡溶液に浸漬する時間等を適宜に調整することにより、達成される。なお、第４工程における前記発泡溶液の浸漬時間は５〜６０分が好ましい。
【００９２】
次いで、工程５として、第４工程で得られた発泡基材を、膨潤したプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬することにより生体インプラントを作製する。前記凝固溶液、すなわちプラスチックが溶出しない溶液としては、例えば、水、アセトン、エタノールなどの水性溶液を挙げることができる。発泡基材を形成する材料がＰＥＥＫである場合には、上記に挙げた他に、濃度が９０％未満の硫酸、硝酸、リン酸、塩酸等の無機酸水溶液、水溶性有機溶剤がある。水溶性有機溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド、テトラヒドロフラン、エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、トリエトレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、ジプロピレングリコ−ル、グリセリンエタノ−ル、プロパノ−ル、ブタノ−ル、ペンタノ−ル、ヘキサノ−ル等のアルコ−ル及びこれらの水溶液、ポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、ポリビニルピロリドン等液状高分子またはそれらの水溶液及びこれらの混合物を挙げることができる。
【００９３】
第４工程で得られた発泡基材は、凝固溶液として使用できる複数種類の溶液から選択される少なくとも１つの溶液に浸漬すれば良く、複数種類の溶液に順次浸漬しても良い。また、少なくとも２つの種類の溶液を混合して使用しても良い。
【００９４】
工程５の後には、生体インプラントに残存している発泡剤及び凝固溶液等を純水で洗浄するのが好ましい。
【００９５】
プラスチック製の基材の表面に形成される多孔質構造、すなわち生体インプラントの表面層の多孔質構造を規定する大径開気孔径、小径開気孔径、連通孔径及び気孔率等は、発泡剤の種類及び濃度、発泡溶液の種類及び濃度、発泡溶液への浸漬時間、凝固溶液の種類及び濃度、凝固溶液への浸漬時間並びに各工程における温度等を適宜選択することにより調整することができる。
【００９６】
上述した中でも特に、凝固溶液の種類と、凝固溶液の濃度と、凝固溶液への浸漬時間とから選択される少なくとも１つを変化させることにより、生体インプラントの表面層が所望の多孔質構造を有する生体インプラントを、容易に得ることができる。これらのパラメータを変化させることにより、発泡基材の表面における膨潤したプラスチックの凝固速度を制御することができる。凝固溶液の種類及び濃度としては、水と、膨潤したプラスチックを凝固させるのに水よりも長時間を要する低凝固溶液の少なくとも１つを適宜選択するのが好ましい。発泡基材を形成する材料がＰＥＥＫである場合には、低凝固溶液として、濃度が９０％未満の硫酸を挙げることができる。
【００９７】
例えば、ＰＥＥＫにより形成される発泡基材を、低凝固溶液として濃度が８６％の硫酸に浸漬すると、水に浸漬する場合に比べて緩やかにＰＥＥＫが凝固する。すなわち、凝固速度が遅くなる。そのため、発泡基材を低凝固溶液に浸漬する時間の経過に従って、発泡基材の表面の多孔質構造は変化する。
【００９８】
以下に、発泡基材の低凝固溶液への浸漬時間の違いによる、発泡基材における表面の構造の変化を、上述の生体インプラント１において定義されるところの大径気孔７と大径連通孔１５と小径気孔６とに分けて説明する。
【００９９】
大径気孔７が表面に開口する大径開気孔１３と大径連通孔１５との孔径は、浸漬時間の経過に従って次第に大きくなる。所定時間以上経過すると、これらの孔径は逆に小さくなる。また、大径開気孔１３と大径連通孔１５との数は、浸漬時間の経過に従って次第に少なくなる。浸漬時間の経過に従って、孔径が大きくなるのは、発泡剤により形成された複数の孔が、膨潤したＰＥＥＫが緩やかに凝固する間に連結して大きくなるからである、と理解される。一方、所定時間以上経過すると孔径が小さくなってしまうのは、膨潤したＰＥＥＫが緩やかに凝固する間に、発泡剤の効力が弱まってしまい、連結して大きくなった孔も含めて、全ての孔が小径化してしまうからである、と考えられる。また、浸漬時間の経過に従って、大径開気孔１３と大径連通孔１５の数が少なくなるのは、膨潤したＰＥＥＫが緩やかに凝固する間に、複数の大径開気孔１３及び大径連通孔１５が連結して統合されてしまうからである、と理解される。
【０１００】
小径気孔６が表面に開口する小径開気孔１２の孔径及び気孔率は、浸漬時間の経過に従って次第に小さくなる。大径気孔７が発泡剤の作用により形成されるのに対し、小径気孔６は膨潤したＰＥＥＫの相分離現象に基づき形成されていると考えられる。膨潤したＰＥＥＫは、緩やかに凝固が進行する低凝固溶液との間では相分離が生じにくく、低凝固溶液の浸漬時間が長いほど、膨潤したＰＥＥＫと低凝固溶液とが均質化しながら凝固が進行するため、小径開気孔１２の数や孔径が小さくなると共に、気孔率も低下すると考えられる。
【０１０１】
以上に説明したように、発泡基材の低凝固溶液への浸漬時間の違いにより、生体インプラント１の表面層３の多孔質構造が異なる生体インプラント１を得ることができる。特に、大径開気孔１３及び大径連通孔１５の孔径が最大となる時間に、水などに浸漬することにより速やかに凝固を完了させれば、表面層３の内部まで連通性が良好な生体インプラント１を提供することができる。
【０１０２】
上記においては、低凝固溶液として濃度が８６％の硫酸を例として説明したが、更に低濃度の硫酸を低凝固溶液として使用した場合には、発泡基材における表面の構造の時間経過による変化の有様は、相違する。例えば、さらに低濃度の硫酸を使用すると、濃度が８６％の硫酸を使用する場合よりも短時間で膨潤したＰＥＥＫが凝固するので、発泡剤の効力が弱まる前に、大径気孔７が凝固することがある。その場合には、発泡基材を低凝固溶液に長時間浸漬しておいても、大径開気孔１３及び大径連通孔１５の孔径が小さくなったり、数が少なくなったりすることがない。
【０１０３】
低凝固溶液の種類及び濃度により、上述したように、浸漬時間の経過に伴う、発泡基材における表面の構造の変化の仕方は相違する。従って、所望の低凝固溶液を選択し、所定時間発泡基材を浸漬して、発泡基材の表面の構造が所望の多孔質構造を有する時間になったら、水に浸漬すれば、速やかに膨潤したプラスチックを凝固させることができるので、表面層３が所望の多孔質構造を有する生体インプラントを得ることができる。なお、膨潤したプラスチックを凝固させるために、発泡基材を水に浸漬させることの他に、膨潤したプラスチックが凝固するのに十分な時間だけ低凝固溶液に浸漬させておいても良い。
【０１０４】
次に、表面層の表面及び／又は内部に生体活性物質を有している生体インプラントの製造方法の一実施例を説明する。
【０１０５】
生体活性物質は、表面層における開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に固定されて形成される限り、任意の方法により形成させることができ、例えば、第１工程〜工程５により形成されて成る生体インプラント１を、少なくとも１０ｍＭのカルシウムイオンを含む溶液及び少なくとも１０ｍＭのリン酸イオンを含む溶液の両方にいずれか先に浸漬する液相法を採用することができる。
【０１０６】
以下においては、前記液相法により、生体活性物質が表面に固定されて成る生体インプラントを製造する方法の一実施例を説明する。
【０１０７】
まず、第１工程〜工程５により形成されて成る生体インプラントを、少なくとも１０ｍＭのカルシウムイオンを含む溶液に所定時間浸漬する。このカルシウムイオンを含む溶液は、少なくともカルシウムイオンを含んでいれば良く、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸イオン、ケイ酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、塩素イオン、水素イオンなどを含んでいても良いが、リン酸イオンは実質的に含まないほうが好ましい。カルシウムイオンを含む溶液としては、通常、水溶性が高く、人体に悪影響を与えない化合物の水溶液を挙げることができ、例えば、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、硝酸カルシウム、蟻酸カルシウム、酢酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム、酪酸カルシウム、乳酸カルシウム、及びこれらの混合溶液等が挙げられ、塩化カルシウムの水溶液が好ましい。
【０１０８】
カルシウムイオンを含む溶液に所定時間浸漬した後に、生体インプラントを、少なくとも１０ｍＭのリン酸イオンを含む溶液に浸漬する。このリン酸イオンを含む溶液は、少なくともリン酸イオンを含んでいればよく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸イオン、ケイ酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、塩素イオン、水素イオンなどを含んでいても良いが、カルシウムイオンは実質的に含まないほうが好ましい。リン酸イオンを含む溶液としては、通常、水溶性が高く、人体に悪影響を与えない化合物の水溶液を挙げることができ、例えば、リン酸、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム、およびこれらの混合溶液等が挙げられ、リン酸水素二カリウムの水溶液が好ましい。
【０１０９】
生体インプラントを上記２種類の水溶液に浸漬する順序は、特に限定されないが、例えば生体活性物質として水酸アパタイトを表面層の内部、すなわち多孔質構造内に生成させる場合は、水酸アパタイトの溶解度がより低いアルカリ域で生成反応が進むことが生成量の面から好ましい。この場合、後半に浸漬する溶液のｐＨがｐＨ８〜１０のアルカリ域であることが好ましい。
【０１１０】
少なくとも１０ｍＭのカルシウムイオンを含む溶液及び少なくとも１０ｍＭのリン酸イオンを含む溶液に、生体インプラントを浸漬する時間は、それぞれ１分〜５時間が好ましく、３分〜３時間が特に好ましい。１分〜５時間の範囲内であれば、十分にカルシウムイオン及びリン酸イオンが生体インプラントの内部まで染み込み、生体インプラントの表面層における開気孔及び連通気孔の内壁面に生体活性物質が生成されて固定されるからである。また、生体活性物質の生成量を増やしたい場合、各溶液に浸漬する操作を複数回繰り返しても良い。
【０１１１】
最終工程として、適宜、前記工程で得られた生体活性物質が形成されて成る生体インプラントを、純水に浸漬して洗浄した後に、乾燥させると、生体インプラントの表面層における少なくとも開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に生体活性物質を有している生体インプラントを得ることができる。
【０１１２】
生体活性物質の形成は、上記の方法に限られず、例えば生体インプラントを、あらかじめ多量の生体活性物質を含む溶液に浸漬し、これを乾燥させることにより、生体インプラントにおける多孔質構造を有する表面層内部に生体活性物質を固定した後、純水に浸漬して洗浄した後に、再度乾燥させることにより、行うこともできる。
【０１１３】
この発明に係る生体インプラントの製造方法は、一実施態様と示した生体インプラント１以外の生体インプラントをも製造することができる。この発明に係る生体インプラントは、生体内の使用部位に合わせて様々な形状、例えば、粒子状、繊維状、ブロック状、フィルム状等で用いられる。好ましくは、この生体インプラントが補填される骨欠損部又は歯欠損部等の形状と同様の形状、又は骨欠損部若しくは歯欠損部等の形状に相当する形状、例えば相似形等に、成形、整形及び/又は調製されて用いられる。
【０１１４】
前記生体インプラントは、ＰＥＥＫなどのプラスチックを所望の形状に成形、整形及び/又は調製した後に、プラスチック製の基材の表面部に多孔質構造を有する表面層を形成させることもできるし、プラスチック製の基材の表面に多孔質構造を有する表面層を形成させた後に、生体インプラントを所望の形状に成形、整形及び/又は調製することもできる。前記液相法により生体インプラントを形成すると、ＰＥＥＫなどのプラスチックを、複雑な形状に成形、整形及び／又は調製した後に、プラスチック製の基材の表面部に多孔質構造を有する表面層を形成させることを、容易にすることができる。
【０１１５】
前記表面層は、プラスチック製の基材の全表面部に形成させても良いし、骨又は歯との結合が必要な面のみに形成させても良い。また、表面層における少なくとも開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に生体活性物質を有している生体インプラントとして用いることもできる。
【実施例】
【０１１６】
この発明に係る生体インプラントの実施例及び比較例として、様々な寸法及び作製条件の生体インプラントを作製した。
・第１工程
先ず、基材として、ＰＥＥＫ（ＶＩＣＴＲＥＸ社製、４５０Ｇ、φ９×２０ｍｍ）を用いることとした。実施例１〜６として、各基材の表面が様々な寸法の凹凸構造を有するように、切削加工により溝を形成した。凹凸構造の各寸法は、表１に示す。また、比較例として表面に凹凸構造を有しない、平坦な基材を用いることとした。
・第２工程
第１工程で得られた実施例１〜６及び比較例の各基材を、所定の時間で、濃度９７％の濃硫酸に浸漬した。これにより、基材の表面を膨潤させ、その後、純水に浸漬し、微細な孔を有する微小気孔基材を得た。濃硫酸に浸漬した時間は、表１に示す。
・第３工程
第２工程で得られた微小気孔基材を純水で繰り返し洗浄後、濃度３Ｍの炭酸カリウム水溶液に１時間以上浸漬し、発泡剤保持基材を得た。
・第４工程
第３工程で得られた発泡剤保持基材を所定の時間で濃硫酸に浸漬し、発泡基材を得た。濃硫酸に浸漬した時間は、表１に示す。
・工程５
第４工程で得られた発泡基材を濃度８６％の硫酸に５分間浸漬し、その後、純水に浸漬することにより発泡した表面を凝固させた。この凝固操作により、発泡表面を有する表面発泡体を得た。得られた表面発泡体を純水で繰り返し洗浄し、生体インプラントを得た。
【０１１７】
得られた生体インプラントにおける表面層の性状について、測定結果を表１に示す。
【０１１８】
表面層の厚みは、表面層の表面をデジタルマイクロスコープで観察して得られる画像を用いて、図２に示した定義方法により求めた。
【０１１９】
表面層における大径開気孔と小径開気孔との各平均開気孔径は、走査型電子顕微鏡を用いて、上述した方法で算出した。
先ず、大径開気孔の平均開気孔径の算出方法について詳述すると、表面層の表面を走査型電子顕微鏡により、３００倍に設定して、ＳＥＭ画像を得た。次いで、前記ＳＥＭ画像の全視野における平均径が約１０μｍ以上の最表面部の開気孔の長径と短径とを測定した。そして、これらの測定値の平均値を算出することにより、大径開気孔の平均開気孔径を求めた。
小径開気孔の平均開気孔径を測定するには、走査型電子顕微鏡の倍率を３０００倍に設定したＳＥＭ画像を用いた。次いで、骨格部分に形成されている開気孔の長径と短径とを測定した。すなわち、先に測定した大径開気孔を除く全ての開気孔の長径と短径とを測定した。次いで、これらの測定値の平均値を算出することにより、小径開気孔の平均開気孔径を求めた。
【０１２０】
【表１】
【０１２１】
実施例１〜６及び比較例をデジタルマイクロスコープにより観察して得られた画像を図６〜２３に示す。実施例１の生体インプラントを俯瞰した画像を図６に示し、表面層から実質部に向う鉛直方向に実施例１の生体インプラントを切断した断面画像を図７に示す。実施例２の生体インプラントを俯瞰した画像を図８に示し、実施例２の生体インプラントを切断した断面画像を図９に示す。実施例３の生体インプラントを俯瞰した画像を図１０に示し、図１０の拡大画像を図１１に示し、実施例３の生体インプラントを切断した断面画像を図１２に示す。実施例４の生体インプラントを俯瞰した画像を図１３に示し、図１３の拡大画像を図１４に示し、実施例４の生体インプラントを切断した断面画像を図１５に示す。実施例５の生体インプラントを俯瞰した画像を図１６に示し、図１６の拡大画像を図１７に示し、実施例５の生体インプラントを切断した断面画像を図１８に示す。実施例６の生体インプラントを俯瞰した画像を図１９に示し、図１９の拡大画像を図２０に示し、実施例６の生体インプラントを切断した断面画像を図２１に示す。比較例の生体インプラントを俯瞰した画像を図２２に示し、比較例の生体インプラントを切断した断面画像を図２３に示す。
【０１２２】
図６〜２１に示されるように、この発明の実施例に係る生体インプラントでは、ある凸部と隣接する凸部との間に架橋部が多数形成されている。これに対して、比較例に係る生体インプラントでは、架橋部が形成されていない。架橋部の存在により、骨組織と架橋部とが絡み合いを起こすので、実施例１〜６の生体インプラントと骨とは結合性が高いと推測される。
【０１２３】
表１に示すように、実施例１〜６の生体インプラントにおける表面層は、凹部の厚みが大きく、更に、凹部における大径開気孔の平均開気孔径も大きいので、凹部において多量の骨組織が表面層内に侵入することができる。実施例１〜６の生体インプラントを生体内に埋入した場合には、骨との良好な結合性を確保することができると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
この発明に係る生体インプラントは、例えば骨補填材、人工関節、骨接合材、人工椎体、椎体間スペーサ、椎体ケージ及び人工歯根等に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１、１０２、１０３ａ、１０３ｂ 生体インプラント
２ 実質部
３ 表面層
４、Ｘ、Ｚ 凸部
５、Ｙ 凹部
６ 小径気孔
７ 大径気孔
８ 開気孔
９ 連通孔
１０ 独立気孔
１１ 連通気孔
１２ 小径開気孔
１３ 大径開気孔
１４ 小径連通孔
１５ 大径連通孔
１６ 架橋部
１７ 生体活性物質
１８ 内壁面
Ｃ 輪郭線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックから成り、緻密な実質部と、その実質部の表面上に形成された多孔質の表面層とを備える生体インプラントであって、
前記実質部は最表面に凹凸構造を有し、
前記表面層は３次元的に気孔が連結して成り、
前記凹凸構造の凹部に形成される前記表面層の厚みが、前記凹凸構造の凸部に形成される表面層の厚みの少なくとも２倍であることを特徴とする生体インプラント。
【請求項２】
前記表面層が小径気孔及び大径気孔を有しており、
前記小径気孔及び前記大径気孔の一部は前記表面層の表面に開口する開気孔を形成しており、
前記開気孔は平均開気孔径が大きくとも５μｍの小径開気孔と平均開気孔径が１０〜７００μｍの大径開気孔とを有し、
前記大径開気孔と前記小径気孔及び前記大径気孔とが連通する連通孔が、前記大径開気孔の内壁面に形成されて成る請求項１に記載の生体インプラント。
【請求項３】
前記凹部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径が、前記凸部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径よりも大きい請求項１又は２に記載の生体インプラント。
【請求項４】
前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の開口幅が３００μｍ以上１５００μｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項５】
前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の深さが３００μｍ以上２０００μｍ以下である請求項１〜４のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項６】
前記プラスチックは、エンジニアリングプラスチックである請求項１〜５のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項７】
前記プラスチックは、ポリエーテルエーテルケトンである請求項１〜６のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項８】
前記プラスチックは、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び有機繊維から成る群より選択される少なくとも１つの繊維を含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項９】
前記表面層における開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に生体活性物質を有している請求項１〜８のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項１０】
プラスチックにより形成されて成る基材の表面に凹凸構造を形成することにより凹凸基材を得る第１工程と、
前記第１工程で得られた前記凹凸基材の表面に、微小気孔を形成することにより微小気孔基材を得る第２工程と、
前記第２工程で得られた微小気孔基材を、発泡剤を含有する溶液に浸漬することにより発泡剤保持基材を得る第３工程と、
前記第３工程で得られた発泡剤保持基材を、プラスチックを膨潤させ、かつ、発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬することにより発泡基材を得る第４工程と、
前記第４工程で得られた発泡基材を、膨潤したプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬する工程５と、
を有することを特徴とする生体インプラントの製造方法。
【請求項１１】
前記プラスチックは、エンジニアリングプラスチックである請求項１０に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１２】
前記プラスチックは、ポリエーテルエーテルケトンである請求項１０又は１１に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１３】
前記プラスチックは、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、及び有機繊維からなる群より選択される少なくとも１つの繊維を含む請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１４】
前記第４工程で使用される発泡溶液が、濃硫酸である請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１５】
前記凝固溶液の種類と、前記凝固溶液の濃度と、前記発泡基材の前記凝固溶液への浸漬時間とから選択される少なくとも１つを変化させることにより、前記表面層の多孔質構造を制御する請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１６】
前記凝固溶液が、水と、膨潤したプラスチックを凝固させるのに水よりも長時間を要する低凝固溶液とから選択される少なくとも１つである請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１７】
前記低凝固溶液が、濃度９０％未満の硫酸である請求項１６に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１８】
前記発泡剤が、炭酸塩である請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１９】
前記炭酸塩が、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１つの炭酸塩を含む請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１】
プラスチックから成り、緻密な実質部と、その実質部の表面上に形成された多孔質の表面層とを備える生体インプラントであって、
前記実質部は最表面に凹凸構造を有し、
前記表面層は３次元的に気孔が連結して成り、
前記凹凸構造の凹部に形成される前記表面層の厚みが、前記凹凸構造の凸部に形成される表面層の厚みの少なくとも２倍であることを特徴とする生体インプラント。
【請求項２】
前記表面層が小径気孔及び大径気孔を有しており、
前記小径気孔及び前記大径気孔の一部は前記表面層の表面に開口する開気孔を形成しており、
前記開気孔は平均開気孔径が大きくとも５μｍの小径開気孔と平均開気孔径が１０〜７００μｍの大径開気孔とを有し、
前記大径開気孔と前記小径気孔及び前記大径気孔とが連通する連通孔が、前記大径開気孔の内壁面に形成されて成る請求項１に記載の生体インプラント。
【請求項３】
前記凹部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径が、前記凸部に形成される表面層の大径開気孔の平均気孔径よりも大きい請求項１又は２に記載の生体インプラント。
【請求項４】
前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の開口幅が３００μｍ以上１５００μｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項５】
前記実質部の表面に形成されている凹凸構造の凹部の深さが３００μｍ以上２０００μｍ以下である請求項１〜４のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項６】
前記プラスチックは、エンジニアリングプラスチックである請求項１〜５のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項７】
前記プラスチックは、ポリエーテルエーテルケトンである請求項１〜６のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項８】
前記プラスチックは、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び有機繊維から成る群より選択される少なくとも１つの繊維を含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項９】
前記表面層における開気孔の内壁面及び／又は前記表面層の表面に生体活性物質を有している請求項１〜８のいずれか一項に記載の生体インプラント。
【請求項１０】
プラスチックにより形成されて成る基材の表面に凹凸構造を形成することにより凹凸基材を得る第１工程と、
前記第１工程で得られた前記凹凸基材の表面に、微小気孔を形成することにより微小気孔基材を得る第２工程と、
前記第２工程で得られた微小気孔基材を、発泡剤を含有する溶液に浸漬することにより発泡剤保持基材を得る第３工程と、
前記第３工程で得られた発泡剤保持基材を、プラスチックを膨潤させ、かつ、発泡剤を発泡させる発泡溶液に浸漬することにより発泡基材を得る第４工程と、
前記第４工程で得られた発泡基材を、膨潤したプラスチックを凝固させる凝固溶液に浸漬する工程５と、
を有することを特徴とする生体インプラントの製造方法。
【請求項１１】
前記プラスチックは、エンジニアリングプラスチックである請求項１０に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１２】
前記プラスチックは、ポリエーテルエーテルケトンである請求項１０又は１１に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１３】
前記プラスチックは、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、及び有機繊維からなる群より選択される少なくとも１つの繊維を含む請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１４】
前記第４工程で使用される発泡溶液が、濃硫酸である請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１５】
前記凝固溶液の種類と、前記凝固溶液の濃度と、前記発泡基材の前記凝固溶液への浸漬時間とから選択される少なくとも１つを変化させることにより、前記表面層の多孔質構造を制御する請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１６】
前記凝固溶液が、水と、膨潤したプラスチックを凝固させるのに水よりも長時間を要する低凝固溶液とから選択される少なくとも１つである請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１７】
前記低凝固溶液が、濃度９０％未満の硫酸である請求項１６に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１８】
前記発泡剤が、炭酸塩である請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【請求項１９】
前記炭酸塩が、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１つの炭酸塩を含む請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の生体インプラントの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１０−２５３１９５（Ｐ２０１０−２５３１９５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０９８３３（Ｐ２００９−１０９８３３）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]