骨適合性チタン材料の製造方法及び骨適合性チタン材料
【課題】チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成する。
【解決手段】骨適合性チタン材料の製造方法は、ＨＡＰ粉末２と蒸留水３とを混合して、ＨＡＰスラリー５を作製する工程と、そのＨＡＰスラリー５内にチタンまたはチタン合金よりなる試料６を埋入する工程と、当該試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を大気雰囲気中で熱処理することにより、試料６の表面に厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのＨＡＰ層を形成する工程とを含んでいる。
【解決手段】骨適合性チタン材料の製造方法は、ＨＡＰ粉末２と蒸留水３とを混合して、ＨＡＰスラリー５を作製する工程と、そのＨＡＰスラリー５内にチタンまたはチタン合金よりなる試料６を埋入する工程と、当該試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を大気雰囲気中で熱処理することにより、試料６の表面に厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのＨＡＰ層を形成する工程とを含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば人工股関節や歯科用インプラント等の材料として利用される骨適合性チタン材料の製造方法及び骨適合性チタン材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン又はチタン合金は、機械的特性、体液に対する耐食性、及び生体適合性（骨適合性）に優れているため、人工股関節や歯科用インプラント等の材料として利用されている。しかしながら、チタン又はチタン合金は、骨との親和性が低く骨との結合に長時間を要する、すなわち、生体活性が低いという問題があり、チタン又はチタン合金の骨に対する親和性は、当該チタン又はチタン合金の表面特性によって決まることが知られている。
【０００３】
そこで、骨に対して親和性の高い、すなわち、生体活性な、チタン又はチタン合金の表面を得るために、各種のチタン又はチタン合金の表面改質法が研究されている。表面改質法としては、プラズマ溶射法が最もよく知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、生体活性なハイドロキシアパタイト又はリン酸三カルシウムの粉末を、プラズマアークを使用して、チタン又はチタン合金よりなる基材の表面に溶着させている。これにより、チタン又はチタン合金よりなる基材の表面に、生体活性なハイドロキシアパタイト又はリン酸三カルシウムを形成してなる骨適合性チタン材料を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−５２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、プラズマ溶射法による骨適合性チタン材料の製造方法では、溶射材料であるハイドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム系化合物の粉末を一旦瞬間的に高温に曝させ、半溶解のリン酸カルシウム系化合物の粉末を吹き付けることによりチタン又はチタン合金の表面上に堆積させるだけのため、チタン又はチタン合金の表面に形成されるリン酸カルシウム系化合物層の組成及び結晶性を制御することは困難であった。このため、リン酸カルシウム系化合物層のチタン又はチタン合金に対する密着性が不十分になり、リン酸カルシウム系化合物層とチタンまたはチタン合金との間の界面から骨適合性チタン材料の破壊が起きやすかった。また、これと共に、チタン又はチタン合金の表面に形成されるリン酸カルシウム系化合物層が厚くなって、リン酸カルシウム系化合物層の機械的強度が損なわれて、当該リン酸カルシウム系化合物層自体の層内破壊が起きやすかった。またさらに、プラズマ溶射法による骨適合性チタン材料の製造方法は、処理プロセスが複雑であり、高価な装置を要するため、製造コストが高かった。
【０００６】
本発明の目的は、チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成することができる骨適合性チタン材料の製造方法及び骨適合性チタン材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明の骨適合性チタン材料の製造方法は、チタンまたはチタン合金の表面にリン酸カルシウム系化合物層を形成してなる骨適合性チタン材料の製造方法であって、リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤を作製する工程と、前記スラリー状態の処理剤内に前記チタンまたはチタン合金を埋入する工程と、前記チタンまたはチタン合金が埋入された前記スラリー状態の処理剤を大気中で熱処理することにより、前記チタンまたはチタン合金の表面に厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本願第１発明の骨適合性チタン材料の製造方法においては、リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤を作製する。そして、そのスラリー状態の処理剤内に、チタンまたはチタン合金を埋入する。その後、チタンまたはチタン合金が埋入されたスラリー状態の処理剤を大気中で熱処理する。これにより、化学的表面処理によって、チタンまたはチタン合金の表面に、厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層が形成される。リン酸カルシウム系化合物は、骨の無機成分であり、骨に対する親和性に優れ、骨と直接結合するという性質、すなわち、生体活性を有している。したがって、チタンまたはチタン合金の表面にリン酸カルシウム系化合物層を形成してなるチタン材料は、リン酸カルシウム系化合物層を介して骨と結合される。
【０００９】
また、チタンまたはチタン合金が埋入されたスラリー状態の処理剤を熱処理することにより、チタンまたはチタン合金の表面に、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、極めて薄いリン酸カルシウム系化合物層を形成することができる。これにより、リン酸カルシウム系化合物層自体の機械的強度を飛躍的に向上させることができる。また、これと共に、リン酸カルシウム系化合物層とチタンまたはチタン合金との間の界面をチタンやカルシウム等に関して傾斜組成とすることができる。これにより、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、リン酸カルシウム系化合物層とチタンまたはチタン合金との間を不明瞭な界面とすることができ、チタンまたはチタン合金の表面に形成されるリン酸カルシウム系化合物層の、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性を向上させることができる。これらの結果、上記界面からのチタン材料の破壊を防止することができる。また、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、リン酸カルシウム系化合物層を形成するための、処理プロセスが極めて簡便であるので、製造コストを著しく低下させることができる。
【００１０】
以上のように、本願第１発明の骨適合性チタン材料の製造方法においては、チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成することができる。
【００１１】
第２の発明の骨適合性チタン材料の製造方法は、上記第１発明において、前記リン酸カルシウム系化合物層は、ハイドロキシアパタイト層であることを特徴とする。
【００１２】
ハイドロキシアパタイトは、骨の主成分であり、優れた生体活性を有している。したがって、チタンまたはチタン合金の表面にハイドロキシアパタイト層を形成することにより、当該ハイドロキシアパタイト層を介して、チタン材料をより確実に骨と結合させることができる。
【００１３】
第３の発明の骨適合性チタン材料の製造方法は、上記第１発明において、前記スラリー状態の処理剤内に前記チタンまたはチタン合金を埋入する前に、酸性水溶液で前処理を行う工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
これにより、スラリー状態の処理剤による処理効果を促進させることができる。
【００１５】
上記目的を達成するために、第４の発明の骨適合性チタン材料は、チタンまたはチタン合金と、リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して作製されたリン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤内に、前記チタンまたはチタン合金を埋入し、前記チタンまたはチタン合金が埋入された前記スラリー状態の処理剤を大気中で熱処理することにより、前記チタンまたはチタン合金の表面に形成される厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層とを有することを特徴とする。
【００１６】
本願第４発明の骨適合性チタン材料は、チタンまたはチタン合金と、当該チタンまたはチタン合金の表面に形成される厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層とを有している。当該リン酸カルシウム系化合物層は、リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して作製されたリン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤内に、チタンまたはチタン合金を埋入し、当該チタンまたはチタン合金が埋入されたスラリー状態の処理剤を大気中で熱処理することにより、化学的表面処理によって形成される。リン酸カルシウム系化合物は、骨の無機成分であり、骨に対する親和性に優れ、骨と直接結合するという性質、すなわち、生体活性を有している。したがって、チタンまたはチタン合金の表面にリン酸カルシウム系化合物層を形成してなるチタン材料は、リン酸カルシウム系化合物層を介して骨と結合される。
【００１７】
また、チタンまたはチタン合金が埋入されたスラリー状態の処理剤を熱処理することにより、チタンまたはチタン合金の表面に、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、極めて薄いリン酸カルシウム系化合物層を形成することができる。これにより、リン酸カルシウム系化合物層自体の機械的強度を飛躍的に向上させることができる。また、これと共に、リン酸カルシウム系化合物層とチタンまたはチタン合金との間の界面をチタンやカルシウム等に関して傾斜組成とする、言い換えれば、リン酸カルシウム系化合物層とチタンまたはチタン合金との間を不明瞭な界面とする、ことができる。これにより、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、チタンまたはチタン合金の表面に形成されるリン酸カルシウム系化合物層の、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性を向上させることができる。これらの結果、上記界面からのチタン材料の破壊を防止することができる。また、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、リン酸カルシウム系化合物層を形成するための、処理プロセスが極めて簡便であるので、製造コストを著しく低下させることができる。
【００１８】
以上のように、本願第４発明の骨適合性チタン材料は、チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成することができる。
【００１９】
第５の発明の骨適合性チタン材料は、上記第４発明において、前記リン酸カルシウム系化合物層は、ハイドロキシアパタイト層であることを特徴とする。
【００２０】
ハイドロキシアパタイトは、骨の主成分であり、優れた生体活性を有している。したがって、チタンまたはチタン合金の表面にハイドロキシアパタイト層を形成することにより、当該ハイドロキシアパタイト層を介して、チタン材料をより確実に骨と結合させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態の骨適合性チタン材料の製造方法の一例を表す概略工程図である。
【図２】チタン材料の表面のＳＥＭ像を示す写真である。
【図３】チタン材料の表面に対するＧＩ−ＸＲＤパターンを示すグラフである。
【図４】ＨＢＳＳ溶液中に６日間浸漬した後のチタン材料の表面のＳＥＭ像を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図１は、本実施形態の骨適合性チタン材料の製造方法の一例を表す概略工程図である。
【００２４】
図１において、本実施形態においては、チタン又はチタン合金の表面に、リン酸カルシウム系化合物層の一例として、ハイドロキシアパタイト（以下適宜、「ＨＡＰ」と称する）層を形成してなる骨適合性チタン材料を製造する。なお、チタンとしては、工業用純チタンが使用される。また、チタン合金としては、特に限定されないが、例えば、工業用純チタンを主成分とし、Ｃａ，Ｐ，Ｏ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ等の合金元素を含有したチタン合金が使用される。
【００２５】
すなわち、図１（ａ）に示すように、まず、容器１内においてＨＡＰ粉末２（リン及びカルシウムを含む粉末）と蒸留水３とを混合する。そして、これら混合物を攪拌棒４により攪拌することにより、ＨＡＰを含むスラリー状態の処理剤５（リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤。後述の図１（ｂ）参照）を作製する。この工程が、各請求項記載のリン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤を作製する工程に相当する。なお、以下適宜、上記ＨＡＰを含むスラリー状態の処理剤５を、「ＨＡＰスラリー５」と称する。
【００２６】
その後、図１（ｂ）に示すように、上記作製されたＨＡＰスラリー５内に、チタン又はチタン合金よりなる試料６を埋入する。この工程が、各請求項記載のスラリー状態の処理剤内にチタンまたはチタン合金を埋入する工程に相当する。
【００２７】
そして、図１（ｃ）に示すように、上記試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５が入っている容器１を電気炉７内に入れ、当該試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を、大気雰囲気中（大気中）で熱処理、言い換えれば、高温酸化処理する。これにより、試料６の表面に、結晶化された厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのＨＡＰ層を形成させる。この工程が、各請求項記載のチタンまたはチタン合金の表面に厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層を形成する工程に相当する。
【００２８】
その後、上記ＨＡＰ層に被覆された試料６を容器１内から取り出し、当該試料６を蒸留水で洗浄する。これにより、試料６の表面に厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのＨＡＰ層を形成してなる骨適合性チタン材料（以下適宜、省略して「チタン材料」と称する）が得られる。
【００２９】
すなわち、本実施形態におけるチタン材料は、チタン又はチタン合金からなる試料６と、当該試料６の表面に形成される厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのＨＡＰ層とを有している。当該ＨＡＰ層は、上述したように、ＨＡＰ粉末２と蒸留水とを混合して作製されたＨＡＰスラリー５内に、試料６を埋入し、当該試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を大気中で熱処理することにより形成される。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態においては、リン及びカルシウムを含む粉末（上記の例ではＨＡＰ粉末２）と蒸留水３とを混合して、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤（上記の例ではＨＡＰスラリー５）を作製する（図１（ａ）を参照）。そして、その作製されたＨＡＰスラリー５内に、チタンまたはチタン合金よりなる試料６を埋入する（図１（ｂ）を参照）。その後、当該試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を、大気雰囲気中で熱処理する（図１（ｃ）を参照）。これにより、化学的表面処理によって、試料６の表面に、厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層（上記の例ではＨＡＰ層）が形成される。リン酸カルシウム系化合物は、骨の無機成分であり、骨に対する親和性に優れ、骨と直接結合するという性質、すなわち、生体活性を有している。したがって、試料６の表面にＨＡＰ層を形成してなるチタン材料は、ＨＡＰ層を介して骨と結合される。
【００３１】
また、試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を熱処理することにより、試料６の表面に、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、極めて薄いＨＡＰ層を形成することができる。これにより、ＨＡＰ層自体の機械的強度を飛躍的に向上させることができる。また、これと共に、ＨＡＰ層と試料６との間の界面をチタンやカルシウム等に関して傾斜組成とする、言い換えれば、ＨＡＰ層と試料６との間を不明瞭な界面とする、ことができる。これにより、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、試料６の表面に形成されるＨＡＰ層の、当該試料６に対する密着性を向上させることができる。これらの結果、上記界面からのチタン材料の破壊を防止することができる。また、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、ＨＡＰ層を形成するための、処理プロセスが極めて簡便であるので、製造コストを著しく低下させることができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態においては、試料６の表面に、当該試料６に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なＨＡＰ層を簡便かつ安価に形成することができる。
【００３３】
また、本実施形態では特に、上記試料６の表面に形成されるリン酸カルシウム系化合物層は、ＨＡＰ層である。ＨＡＰは、骨の主成分であり、優れた生体活性を有している。したがって、試料６の表面にＨＡＰ層を形成することにより、当該ＨＡＰ層を介して、チタン材料をより確実に骨と結合させることができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記ＨＡＰスラリー５内に試料６を埋入する前に、例えば塩酸などの酸性水溶液で前処理を行うようにしてもよい。この場合には、ＨＡＰスラリー５による処理効果を促進させることができる。
【００３５】
また、上記実施形態においては、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤（上記の例ではＨＡＰスラリー５）を作製するために、リン及びカルシウムを含む粉末（上記の例ではＨＡＰ粉末２）と蒸留水３とを混合していたが、これに限られない。すなわち、上記蒸留水３の代わりに、例えば水酸化アルカリ金属化合物やハロゲンイオン等を含む水溶液を用いてもよい。あるいは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合してもよいし、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合してもよい。これらの場合でも、上記実施形態と同様に、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤を作製することができる。
【００３６】
また、上記実施形態においては、試料６の表面に、リン酸化カルシウム系化合物層の一例として、ＨＡＰ層を形成してなるチタン材料を製造する場合を示したが、これに限られない。例えば、リン酸化カルシウム系化合物層として、リン酸三カルシウム層を形成してなるチタン材料を製造するようにしてもよい。あるいは、上記ＨＡＰやリン酸三カルシウム以外のリン酸化カルシウム系化合物よりなる層を形成してなるチタン材料を製造するようにしてもよい。
【実施例】
【００３７】
以下、具体例を用いて本発明の一実施の形態を詳細に説明する。
【００３８】
本実施例では、上記試料６として、エメリ紙＃１５００で研磨された円盤状（φ８ｍｍ×ｔ１ｍｍ）の市販一種チタン板を準備した。そして、上記ＨＡＰ粉末２・１ｇに対して上記蒸留水３・１．５ｍＬを混合し、これら混合物を攪拌棒４により攪拌して、上記ＨＡＰスラリー５を作製した。
【００３９】
そして、ＨＡＰスラリー５の作製後直ちに、当該ＨＡＰスラリー５内に試料６を埋入した。その後、試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を上記電気炉７内に入れ、大気雰囲気中・９２３Ｋで２時間保持して熱処理を行った。熱処理後のＨＡＰスラリー５は乾燥した固体あり、ＨＡＰスラリー５に含まれていた水分が熱処理により蒸発したため多くのひびが観察された。なお、熱処理温度及び熱処理時間は例示であり、上記の温度及び時間に限られない。
【００４０】
そして、上記熱処理後の固体化されたＨＡＰスラリー５内から試料６を取り出し、その取り出した試料６を、超音波洗浄機を用いて蒸留水で洗浄して、空気中・３３３Ｋで乾燥させ、チタン材料を得た。
【００４１】
（１）チタン材料の表面特性
まず、上記のようにして得られたチタン材料の表面特性を、走査電子顕微鏡（以下適宜、「ＳＥＭ」と称する）及び微小角入射Ｘ線回折（以下適宜、「ＧＩ−ＸＲＤ」と称する）で評価した。
【００４２】
図２に、上記のようにして得られたチタン材料の表面のＳＥＭ像を示す。図２に示すように、このＳＥＭ像では、チタン材料の表面は、ほぼ全域にわたって積層された結晶によって覆われていることが観察された。
【００４３】
図３に、上記のようにして得られたチタン材料の表面に対するＧＩ−ＸＲＤパターンを示す。図３に示すように、このＧＩ−ＸＲＤパターンでは、試料６に由来するチタンのピーク以外に、ＨＡＰに帰属されるピーク、チタン酸カルシウムに帰属されるピーク、及び、二酸化チタンに帰属されるピークが観察された。
【００４４】
この結果から、チタン材料の表面に、ＨＡＰ層が形成されていることを確認した。また、この結果から、チタン材料は、試料６上にルチル構造の二酸化チタン層が形成され、その直上に中間層として、ペロブスカイト構造のチタン酸カルシウム層（あるいはチタン酸カルシウム及び二酸化チタンの混合層）が形成され、その直上に表面層として、生体活性なＨＡＰ層（あるいはＨＡＰ及びチタン酸カルシウムの混合層）が形成されていると考えられる。
【００４５】
すなわち、ＨＡＰ層と試料６との間の界面部分には、チタン酸カルシウム層や二酸化チタン層が形成され、チタンやカルシウム等に関して傾斜組成となっていると考えられる。具体的には、チタン材料の表面から内部に向かうに従って、チタンの濃度が増加し、カルシウムの濃度が減少していると考えられる。したがって、上記のようにして得られたチタン材料では、ＨＡＰ層と試料６との間が不明瞭な界面になっていると考えられる。つまり、試料６の表面上に形成されたＨＡＰ層の、当該試料６に対する密着性は高いことが示唆される。
【００４６】
また、チタン材料の表面層として形成されたＨＡＰ層は、当該チタン材料の表面の全域にわたって、概ね５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで形成されていた。
【００４７】
（２）疑似体液中におけるＨＡＰ形成性能
次に、上述のようにして得られたチタン材料の疑似体液中におけるＨＡＰ形成性能を評価した。本実施例では、疑似体液として、血液の無機成分と類似した組成を持つハンクス緩衝塩類溶液（以下適宜、「ＨＢＳＳ溶液」と称する）を用いた。このＨＢＳＳ溶液は、適量のＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ，Ｎａ２ＨＰＯ４，ＫＨ２ＰＯ４，ＮａＨＣＯ３をイオン交換水に溶解して作製した。なお、作製直後のＨＢＳＳ溶液のｐＨ値は約７．４であった。
【００４８】
すなわち、まず、３１０Ｋに保持された１２．６ｍＬのＨＢＳＳ溶液を容器に入れた。なお、この容器は、容器から溶出するＳｉの汚染を避けるため、テフロン（登録商標）ＰＦＡ製容器を用いた。そして、上述のようにして得られたチタン材料を、上記ＨＢＳＳ溶液に浸漬した。そして、浸漬してから６日後にチタン材料をＨＳＢＢ溶液から取り出した。その後、その取り出したチタン材料を蒸留水ですすぎ、大気中・３１３Ｋで乾燥させ、当該チタン材料のＨＡＰ形成性能をＳＥＭで評価した。
【００４９】
図４に、ＨＢＳＳ溶液中に６日間浸漬した後のチタン材料の表面のＳＥＭ像を示す。図４に示すように、このＳＥＭ像では、ＨＢＳＳ溶液中に６日間浸漬した後のチタン材料上（詳細にはＨＡＰ層上）に、球状のＨＡＰの析出物が多数観察された。また、このＨＡＰの析出物はチタン材料上で積層して、当該チタン材料の表面を覆っていた。
【００５０】
ここで、チタン又はチタン合金が骨との親和性を示す条件は、体液中で表面にＨＡＰを形成することである。したがって、このＳＥＭによる結果は、上記のようにして得られたチタン材料のＨＡＰ層が生体活性であることを示唆している。
【００５１】
以上の結果より、チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成することができるという、本発明の効果を実証することができた。
【符号の説明】
【００５２】
１ 容器
２ ＨＡＰ粉末（リン及びカルシウムを含む粉末）
３ 蒸留水
４ 攪拌棒
５ ＨＡＰスラリー（リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤）
６ チタン又はチタン合金よりなる試料
７ 電気炉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば人工股関節や歯科用インプラント等の材料として利用される骨適合性チタン材料の製造方法及び骨適合性チタン材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン又はチタン合金は、機械的特性、体液に対する耐食性、及び生体適合性（骨適合性）に優れているため、人工股関節や歯科用インプラント等の材料として利用されている。しかしながら、チタン又はチタン合金は、骨との親和性が低く骨との結合に長時間を要する、すなわち、生体活性が低いという問題があり、チタン又はチタン合金の骨に対する親和性は、当該チタン又はチタン合金の表面特性によって決まることが知られている。
【０００３】
そこで、骨に対して親和性の高い、すなわち、生体活性な、チタン又はチタン合金の表面を得るために、各種のチタン又はチタン合金の表面改質法が研究されている。表面改質法としては、プラズマ溶射法が最もよく知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、生体活性なハイドロキシアパタイト又はリン酸三カルシウムの粉末を、プラズマアークを使用して、チタン又はチタン合金よりなる基材の表面に溶着させている。これにより、チタン又はチタン合金よりなる基材の表面に、生体活性なハイドロキシアパタイト又はリン酸三カルシウムを形成してなる骨適合性チタン材料を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−５２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、プラズマ溶射法による骨適合性チタン材料の製造方法では、溶射材料であるハイドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム系化合物の粉末を一旦瞬間的に高温に曝させ、半溶解のリン酸カルシウム系化合物の粉末を吹き付けることによりチタン又はチタン合金の表面上に堆積させるだけのため、チタン又はチタン合金の表面に形成されるリン酸カルシウム系化合物層の組成及び結晶性を制御することは困難であった。このため、リン酸カルシウム系化合物層のチタン又はチタン合金に対する密着性が不十分になり、リン酸カルシウム系化合物層とチタンまたはチタン合金との間の界面から骨適合性チタン材料の破壊が起きやすかった。また、これと共に、チタン又はチタン合金の表面に形成されるリン酸カルシウム系化合物層が厚くなって、リン酸カルシウム系化合物層の機械的強度が損なわれて、当該リン酸カルシウム系化合物層自体の層内破壊が起きやすかった。またさらに、プラズマ溶射法による骨適合性チタン材料の製造方法は、処理プロセスが複雑であり、高価な装置を要するため、製造コストが高かった。
【０００６】
本発明の目的は、チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成することができる骨適合性チタン材料の製造方法及び骨適合性チタン材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明の骨適合性チタン材料の製造方法は、チタンまたはチタン合金の表面にリン酸カルシウム系化合物層を形成してなる骨適合性チタン材料の製造方法であって、リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤を作製する工程と、前記スラリー状態の処理剤内に前記チタンまたはチタン合金を埋入する工程と、前記チタンまたはチタン合金が埋入された前記スラリー状態の処理剤を大気中で熱処理することにより、前記チタンまたはチタン合金の表面に厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本願第１発明の骨適合性チタン材料の製造方法においては、リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤を作製する。そして、そのスラリー状態の処理剤内に、チタンまたはチタン合金を埋入する。その後、チタンまたはチタン合金が埋入されたスラリー状態の処理剤を大気中で熱処理する。これにより、化学的表面処理によって、チタンまたはチタン合金の表面に、厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層が形成される。リン酸カルシウム系化合物は、骨の無機成分であり、骨に対する親和性に優れ、骨と直接結合するという性質、すなわち、生体活性を有している。したがって、チタンまたはチタン合金の表面にリン酸カルシウム系化合物層を形成してなるチタン材料は、リン酸カルシウム系化合物層を介して骨と結合される。
【０００９】
また、チタンまたはチタン合金が埋入されたスラリー状態の処理剤を熱処理することにより、チタンまたはチタン合金の表面に、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、極めて薄いリン酸カルシウム系化合物層を形成することができる。これにより、リン酸カルシウム系化合物層自体の機械的強度を飛躍的に向上させることができる。また、これと共に、リン酸カルシウム系化合物層とチタンまたはチタン合金との間の界面をチタンやカルシウム等に関して傾斜組成とすることができる。これにより、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、リン酸カルシウム系化合物層とチタンまたはチタン合金との間を不明瞭な界面とすることができ、チタンまたはチタン合金の表面に形成されるリン酸カルシウム系化合物層の、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性を向上させることができる。これらの結果、上記界面からのチタン材料の破壊を防止することができる。また、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、リン酸カルシウム系化合物層を形成するための、処理プロセスが極めて簡便であるので、製造コストを著しく低下させることができる。
【００１０】
以上のように、本願第１発明の骨適合性チタン材料の製造方法においては、チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成することができる。
【００１１】
第２の発明の骨適合性チタン材料の製造方法は、上記第１発明において、前記リン酸カルシウム系化合物層は、ハイドロキシアパタイト層であることを特徴とする。
【００１２】
ハイドロキシアパタイトは、骨の主成分であり、優れた生体活性を有している。したがって、チタンまたはチタン合金の表面にハイドロキシアパタイト層を形成することにより、当該ハイドロキシアパタイト層を介して、チタン材料をより確実に骨と結合させることができる。
【００１３】
第３の発明の骨適合性チタン材料の製造方法は、上記第１発明において、前記スラリー状態の処理剤内に前記チタンまたはチタン合金を埋入する前に、酸性水溶液で前処理を行う工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
これにより、スラリー状態の処理剤による処理効果を促進させることができる。
【００１５】
上記目的を達成するために、第４の発明の骨適合性チタン材料は、チタンまたはチタン合金と、リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して作製されたリン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤内に、前記チタンまたはチタン合金を埋入し、前記チタンまたはチタン合金が埋入された前記スラリー状態の処理剤を大気中で熱処理することにより、前記チタンまたはチタン合金の表面に形成される厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層とを有することを特徴とする。
【００１６】
本願第４発明の骨適合性チタン材料は、チタンまたはチタン合金と、当該チタンまたはチタン合金の表面に形成される厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層とを有している。当該リン酸カルシウム系化合物層は、リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して作製されたリン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤内に、チタンまたはチタン合金を埋入し、当該チタンまたはチタン合金が埋入されたスラリー状態の処理剤を大気中で熱処理することにより、化学的表面処理によって形成される。リン酸カルシウム系化合物は、骨の無機成分であり、骨に対する親和性に優れ、骨と直接結合するという性質、すなわち、生体活性を有している。したがって、チタンまたはチタン合金の表面にリン酸カルシウム系化合物層を形成してなるチタン材料は、リン酸カルシウム系化合物層を介して骨と結合される。
【００１７】
また、チタンまたはチタン合金が埋入されたスラリー状態の処理剤を熱処理することにより、チタンまたはチタン合金の表面に、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、極めて薄いリン酸カルシウム系化合物層を形成することができる。これにより、リン酸カルシウム系化合物層自体の機械的強度を飛躍的に向上させることができる。また、これと共に、リン酸カルシウム系化合物層とチタンまたはチタン合金との間の界面をチタンやカルシウム等に関して傾斜組成とする、言い換えれば、リン酸カルシウム系化合物層とチタンまたはチタン合金との間を不明瞭な界面とする、ことができる。これにより、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、チタンまたはチタン合金の表面に形成されるリン酸カルシウム系化合物層の、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性を向上させることができる。これらの結果、上記界面からのチタン材料の破壊を防止することができる。また、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、リン酸カルシウム系化合物層を形成するための、処理プロセスが極めて簡便であるので、製造コストを著しく低下させることができる。
【００１８】
以上のように、本願第４発明の骨適合性チタン材料は、チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成することができる。
【００１９】
第５の発明の骨適合性チタン材料は、上記第４発明において、前記リン酸カルシウム系化合物層は、ハイドロキシアパタイト層であることを特徴とする。
【００２０】
ハイドロキシアパタイトは、骨の主成分であり、優れた生体活性を有している。したがって、チタンまたはチタン合金の表面にハイドロキシアパタイト層を形成することにより、当該ハイドロキシアパタイト層を介して、チタン材料をより確実に骨と結合させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態の骨適合性チタン材料の製造方法の一例を表す概略工程図である。
【図２】チタン材料の表面のＳＥＭ像を示す写真である。
【図３】チタン材料の表面に対するＧＩ−ＸＲＤパターンを示すグラフである。
【図４】ＨＢＳＳ溶液中に６日間浸漬した後のチタン材料の表面のＳＥＭ像を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図１は、本実施形態の骨適合性チタン材料の製造方法の一例を表す概略工程図である。
【００２４】
図１において、本実施形態においては、チタン又はチタン合金の表面に、リン酸カルシウム系化合物層の一例として、ハイドロキシアパタイト（以下適宜、「ＨＡＰ」と称する）層を形成してなる骨適合性チタン材料を製造する。なお、チタンとしては、工業用純チタンが使用される。また、チタン合金としては、特に限定されないが、例えば、工業用純チタンを主成分とし、Ｃａ，Ｐ，Ｏ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ等の合金元素を含有したチタン合金が使用される。
【００２５】
すなわち、図１（ａ）に示すように、まず、容器１内においてＨＡＰ粉末２（リン及びカルシウムを含む粉末）と蒸留水３とを混合する。そして、これら混合物を攪拌棒４により攪拌することにより、ＨＡＰを含むスラリー状態の処理剤５（リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤。後述の図１（ｂ）参照）を作製する。この工程が、各請求項記載のリン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤を作製する工程に相当する。なお、以下適宜、上記ＨＡＰを含むスラリー状態の処理剤５を、「ＨＡＰスラリー５」と称する。
【００２６】
その後、図１（ｂ）に示すように、上記作製されたＨＡＰスラリー５内に、チタン又はチタン合金よりなる試料６を埋入する。この工程が、各請求項記載のスラリー状態の処理剤内にチタンまたはチタン合金を埋入する工程に相当する。
【００２７】
そして、図１（ｃ）に示すように、上記試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５が入っている容器１を電気炉７内に入れ、当該試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を、大気雰囲気中（大気中）で熱処理、言い換えれば、高温酸化処理する。これにより、試料６の表面に、結晶化された厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのＨＡＰ層を形成させる。この工程が、各請求項記載のチタンまたはチタン合金の表面に厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層を形成する工程に相当する。
【００２８】
その後、上記ＨＡＰ層に被覆された試料６を容器１内から取り出し、当該試料６を蒸留水で洗浄する。これにより、試料６の表面に厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのＨＡＰ層を形成してなる骨適合性チタン材料（以下適宜、省略して「チタン材料」と称する）が得られる。
【００２９】
すなわち、本実施形態におけるチタン材料は、チタン又はチタン合金からなる試料６と、当該試料６の表面に形成される厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのＨＡＰ層とを有している。当該ＨＡＰ層は、上述したように、ＨＡＰ粉末２と蒸留水とを混合して作製されたＨＡＰスラリー５内に、試料６を埋入し、当該試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を大気中で熱処理することにより形成される。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態においては、リン及びカルシウムを含む粉末（上記の例ではＨＡＰ粉末２）と蒸留水３とを混合して、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤（上記の例ではＨＡＰスラリー５）を作製する（図１（ａ）を参照）。そして、その作製されたＨＡＰスラリー５内に、チタンまたはチタン合金よりなる試料６を埋入する（図１（ｂ）を参照）。その後、当該試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を、大気雰囲気中で熱処理する（図１（ｃ）を参照）。これにより、化学的表面処理によって、試料６の表面に、厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層（上記の例ではＨＡＰ層）が形成される。リン酸カルシウム系化合物は、骨の無機成分であり、骨に対する親和性に優れ、骨と直接結合するという性質、すなわち、生体活性を有している。したがって、試料６の表面にＨＡＰ層を形成してなるチタン材料は、ＨＡＰ層を介して骨と結合される。
【００３１】
また、試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を熱処理することにより、試料６の表面に、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、極めて薄いＨＡＰ層を形成することができる。これにより、ＨＡＰ層自体の機械的強度を飛躍的に向上させることができる。また、これと共に、ＨＡＰ層と試料６との間の界面をチタンやカルシウム等に関して傾斜組成とする、言い換えれば、ＨＡＰ層と試料６との間を不明瞭な界面とする、ことができる。これにより、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、試料６の表面に形成されるＨＡＰ層の、当該試料６に対する密着性を向上させることができる。これらの結果、上記界面からのチタン材料の破壊を防止することができる。また、プラズマ溶射技術を用いる場合に比べ、ＨＡＰ層を形成するための、処理プロセスが極めて簡便であるので、製造コストを著しく低下させることができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態においては、試料６の表面に、当該試料６に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なＨＡＰ層を簡便かつ安価に形成することができる。
【００３３】
また、本実施形態では特に、上記試料６の表面に形成されるリン酸カルシウム系化合物層は、ＨＡＰ層である。ＨＡＰは、骨の主成分であり、優れた生体活性を有している。したがって、試料６の表面にＨＡＰ層を形成することにより、当該ＨＡＰ層を介して、チタン材料をより確実に骨と結合させることができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記ＨＡＰスラリー５内に試料６を埋入する前に、例えば塩酸などの酸性水溶液で前処理を行うようにしてもよい。この場合には、ＨＡＰスラリー５による処理効果を促進させることができる。
【００３５】
また、上記実施形態においては、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤（上記の例ではＨＡＰスラリー５）を作製するために、リン及びカルシウムを含む粉末（上記の例ではＨＡＰ粉末２）と蒸留水３とを混合していたが、これに限られない。すなわち、上記蒸留水３の代わりに、例えば水酸化アルカリ金属化合物やハロゲンイオン等を含む水溶液を用いてもよい。あるいは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合してもよいし、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合してもよい。これらの場合でも、上記実施形態と同様に、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤を作製することができる。
【００３６】
また、上記実施形態においては、試料６の表面に、リン酸化カルシウム系化合物層の一例として、ＨＡＰ層を形成してなるチタン材料を製造する場合を示したが、これに限られない。例えば、リン酸化カルシウム系化合物層として、リン酸三カルシウム層を形成してなるチタン材料を製造するようにしてもよい。あるいは、上記ＨＡＰやリン酸三カルシウム以外のリン酸化カルシウム系化合物よりなる層を形成してなるチタン材料を製造するようにしてもよい。
【実施例】
【００３７】
以下、具体例を用いて本発明の一実施の形態を詳細に説明する。
【００３８】
本実施例では、上記試料６として、エメリ紙＃１５００で研磨された円盤状（φ８ｍｍ×ｔ１ｍｍ）の市販一種チタン板を準備した。そして、上記ＨＡＰ粉末２・１ｇに対して上記蒸留水３・１．５ｍＬを混合し、これら混合物を攪拌棒４により攪拌して、上記ＨＡＰスラリー５を作製した。
【００３９】
そして、ＨＡＰスラリー５の作製後直ちに、当該ＨＡＰスラリー５内に試料６を埋入した。その後、試料６が埋入されたＨＡＰスラリー５を上記電気炉７内に入れ、大気雰囲気中・９２３Ｋで２時間保持して熱処理を行った。熱処理後のＨＡＰスラリー５は乾燥した固体あり、ＨＡＰスラリー５に含まれていた水分が熱処理により蒸発したため多くのひびが観察された。なお、熱処理温度及び熱処理時間は例示であり、上記の温度及び時間に限られない。
【００４０】
そして、上記熱処理後の固体化されたＨＡＰスラリー５内から試料６を取り出し、その取り出した試料６を、超音波洗浄機を用いて蒸留水で洗浄して、空気中・３３３Ｋで乾燥させ、チタン材料を得た。
【００４１】
（１）チタン材料の表面特性
まず、上記のようにして得られたチタン材料の表面特性を、走査電子顕微鏡（以下適宜、「ＳＥＭ」と称する）及び微小角入射Ｘ線回折（以下適宜、「ＧＩ−ＸＲＤ」と称する）で評価した。
【００４２】
図２に、上記のようにして得られたチタン材料の表面のＳＥＭ像を示す。図２に示すように、このＳＥＭ像では、チタン材料の表面は、ほぼ全域にわたって積層された結晶によって覆われていることが観察された。
【００４３】
図３に、上記のようにして得られたチタン材料の表面に対するＧＩ−ＸＲＤパターンを示す。図３に示すように、このＧＩ−ＸＲＤパターンでは、試料６に由来するチタンのピーク以外に、ＨＡＰに帰属されるピーク、チタン酸カルシウムに帰属されるピーク、及び、二酸化チタンに帰属されるピークが観察された。
【００４４】
この結果から、チタン材料の表面に、ＨＡＰ層が形成されていることを確認した。また、この結果から、チタン材料は、試料６上にルチル構造の二酸化チタン層が形成され、その直上に中間層として、ペロブスカイト構造のチタン酸カルシウム層（あるいはチタン酸カルシウム及び二酸化チタンの混合層）が形成され、その直上に表面層として、生体活性なＨＡＰ層（あるいはＨＡＰ及びチタン酸カルシウムの混合層）が形成されていると考えられる。
【００４５】
すなわち、ＨＡＰ層と試料６との間の界面部分には、チタン酸カルシウム層や二酸化チタン層が形成され、チタンやカルシウム等に関して傾斜組成となっていると考えられる。具体的には、チタン材料の表面から内部に向かうに従って、チタンの濃度が増加し、カルシウムの濃度が減少していると考えられる。したがって、上記のようにして得られたチタン材料では、ＨＡＰ層と試料６との間が不明瞭な界面になっていると考えられる。つまり、試料６の表面上に形成されたＨＡＰ層の、当該試料６に対する密着性は高いことが示唆される。
【００４６】
また、チタン材料の表面層として形成されたＨＡＰ層は、当該チタン材料の表面の全域にわたって、概ね５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで形成されていた。
【００４７】
（２）疑似体液中におけるＨＡＰ形成性能
次に、上述のようにして得られたチタン材料の疑似体液中におけるＨＡＰ形成性能を評価した。本実施例では、疑似体液として、血液の無機成分と類似した組成を持つハンクス緩衝塩類溶液（以下適宜、「ＨＢＳＳ溶液」と称する）を用いた。このＨＢＳＳ溶液は、適量のＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ，Ｎａ２ＨＰＯ４，ＫＨ２ＰＯ４，ＮａＨＣＯ３をイオン交換水に溶解して作製した。なお、作製直後のＨＢＳＳ溶液のｐＨ値は約７．４であった。
【００４８】
すなわち、まず、３１０Ｋに保持された１２．６ｍＬのＨＢＳＳ溶液を容器に入れた。なお、この容器は、容器から溶出するＳｉの汚染を避けるため、テフロン（登録商標）ＰＦＡ製容器を用いた。そして、上述のようにして得られたチタン材料を、上記ＨＢＳＳ溶液に浸漬した。そして、浸漬してから６日後にチタン材料をＨＳＢＢ溶液から取り出した。その後、その取り出したチタン材料を蒸留水ですすぎ、大気中・３１３Ｋで乾燥させ、当該チタン材料のＨＡＰ形成性能をＳＥＭで評価した。
【００４９】
図４に、ＨＢＳＳ溶液中に６日間浸漬した後のチタン材料の表面のＳＥＭ像を示す。図４に示すように、このＳＥＭ像では、ＨＢＳＳ溶液中に６日間浸漬した後のチタン材料上（詳細にはＨＡＰ層上）に、球状のＨＡＰの析出物が多数観察された。また、このＨＡＰの析出物はチタン材料上で積層して、当該チタン材料の表面を覆っていた。
【００５０】
ここで、チタン又はチタン合金が骨との親和性を示す条件は、体液中で表面にＨＡＰを形成することである。したがって、このＳＥＭによる結果は、上記のようにして得られたチタン材料のＨＡＰ層が生体活性であることを示唆している。
【００５１】
以上の結果より、チタンまたはチタン合金の表面に、当該チタンまたはチタン合金に対する密着性が高く、厚さが極めて薄い、生体活性なリン酸カルシウム系化合物層を簡便かつ安価に形成することができるという、本発明の効果を実証することができた。
【符号の説明】
【００５２】
１ 容器
２ ＨＡＰ粉末（リン及びカルシウムを含む粉末）
３ 蒸留水
４ 攪拌棒
５ ＨＡＰスラリー（リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤）
６ チタン又はチタン合金よりなる試料
７ 電気炉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンまたはチタン合金の表面にリン酸カルシウム系化合物層を形成してなる骨適合性チタン材料の製造方法であって、
リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤を作製する工程と、
前記スラリー状態の処理剤内に前記チタンまたはチタン合金を埋入する工程と、
前記チタンまたはチタン合金が埋入された前記スラリー状態の処理剤を大気中で熱処理することにより、前記チタンまたはチタン合金の表面に厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層を形成する工程とを含む
ことを特徴とする骨適合性チタン材料の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の骨適合性チタン材料の製造方法において、
前記リン酸カルシウム系化合物層は、ハイドロキシアパタイト層である
ことを特徴とする骨適合性チタン材料の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の骨適合性チタン材料の製造方法において、
前記スラリー状態の処理剤内に前記チタンまたはチタン合金を埋入する前に、酸性水溶液で前処理を行う工程をさらに含む
ことを特徴とする骨適合性チタン材料の製造方法。
【請求項４】
チタンまたはチタン合金と、
リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して作製されたリン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤内に、前記チタンまたはチタン合金を埋入し、前記チタンまたはチタン合金が埋入された前記スラリー状態の処理剤を大気中で熱処理することにより、前記チタンまたはチタン合金の表面に形成される厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層と
を有することを特徴とする骨適合性チタン材料。
【請求項５】
請求項４記載の骨適合性チタン材料において、
前記リン酸カルシウム系化合物層は、ハイドロキシアパタイト層である
ことを特徴とする骨適合性チタン材料。
【請求項１】
チタンまたはチタン合金の表面にリン酸カルシウム系化合物層を形成してなる骨適合性チタン材料の製造方法であって、
リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して、リン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤を作製する工程と、
前記スラリー状態の処理剤内に前記チタンまたはチタン合金を埋入する工程と、
前記チタンまたはチタン合金が埋入された前記スラリー状態の処理剤を大気中で熱処理することにより、前記チタンまたはチタン合金の表面に厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層を形成する工程とを含む
ことを特徴とする骨適合性チタン材料の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の骨適合性チタン材料の製造方法において、
前記リン酸カルシウム系化合物層は、ハイドロキシアパタイト層である
ことを特徴とする骨適合性チタン材料の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の骨適合性チタン材料の製造方法において、
前記スラリー状態の処理剤内に前記チタンまたはチタン合金を埋入する前に、酸性水溶液で前処理を行う工程をさらに含む
ことを特徴とする骨適合性チタン材料の製造方法。
【請求項４】
チタンまたはチタン合金と、
リン及びカルシウムを含む粉末と蒸留水または水溶液とを混合して、若しくは、リンを含む粉末とカルシウムを含む水溶液とを混合して、若しくは、カルシウムを含む粉末とリンを含む水溶液とを混合して作製されたリン及びカルシウムを含むスラリー状態の処理剤内に、前記チタンまたはチタン合金を埋入し、前記チタンまたはチタン合金が埋入された前記スラリー状態の処理剤を大気中で熱処理することにより、前記チタンまたはチタン合金の表面に形成される厚さ略５ｎｍ〜１００ｎｍのリン酸カルシウム系化合物層と
を有することを特徴とする骨適合性チタン材料。
【請求項５】
請求項４記載の骨適合性チタン材料において、
前記リン酸カルシウム系化合物層は、ハイドロキシアパタイト層である
ことを特徴とする骨適合性チタン材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１６７３７３（Ｐ２０１１−１６７３７３Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３４４５０（Ｐ２０１０−３４４５０）
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（５０４２３８８０６）国立大学法人北見工業大学 (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（５０４２３８８０６）国立大学法人北見工業大学 (80)
【Ｆターム（参考）】
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