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BIOLOGICAL IMPLANTATION MATERIAL COMPRISING PROMOTION PROPERTY OF BONE GROWTH AND PRODUCTION METHOD THEREOF UPDATE_EN

Patent code P190016527
File No. 2042
Posted date Dec 11, 2019
Application number P2018-096756
Publication number P2019-201688A
Date of filing May 21, 2018
Date of publication of application Nov 28, 2019
Inventor
  • (In Japanese)塩澤 茉由子
  • (In Japanese)桑江 博之
  • (In Japanese)水野 潤
  • (In Japanese)魚島 勝美
  • (In Japanese)秋葉 陽介
Applicant
  • (In Japanese)学校法人早稲田大学
Title BIOLOGICAL IMPLANTATION MATERIAL COMPRISING PROMOTION PROPERTY OF BONE GROWTH AND PRODUCTION METHOD THEREOF UPDATE_EN
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method for stably providing a biological implantation material in which a cell growth property and osseointegration are improved after implantation to a living body, and to provide the biological implantation material.
SOLUTION: The inventors have produced a biological implantation material comprising a minute structure, by establishing a method for forming a minute structure of nanometer on a surface of titanium or titanium alloy in a minute manner, by zealous search. As the result, the inventors have found that on the surface of the biological implantation material, without flowing of cells by body fluid flow, cell growth property and early stage osseointegration can be established with good reproductivity, thereby completing the invention. In addition, the inventors have found that by making a concave surface of the minute structure into a rough surface, further cell growth property and early stage osseointegration can be established.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

歯科及び整形外科等の領域で、傷害を有する骨及び歯等の治療にインプラントをはじめとした各種の生体埋植材が使用されている。これらの生体埋植材は、生体に埋植後、その表面にコラーゲン等の細胞外マトリクス成分が結合する。その後、オステオポンチン等の細胞接着成分が結合し、そこに骨芽細胞が接着し分化増殖し、骨化し最終的にヒドロキシアパタイトとして蓄積することによって、生体組織との結合を形成すると考えられている(非特許文献1、2)。

しかし、生体埋植材を傷害部位等に埋植し、埋植された生体埋植材が生体組織と結合するまで数十日~数か月を要するため、患者のQOLの向上のためには可及的に短期間で骨形成細胞が接着し分化増殖を経て生体組織と結合することが好ましい。

また、骨と結合するとしても、その結合力は生体埋植材の材質、表面特性、患者の状態及び術者の技術によって相違する。そこで、より生体組織とより強い骨結合力を安定して形成可能な生体埋植材が望まれている。このような生体組織との骨結合性を表す概念が、オッセオインテグレーションとして表される。

チタン又はチタン合金は、生体に対する安全性が高く、かつ、オッセオインテグレーションをもたらすため、生体埋植材の材料として汎用されている(非特許文献1、2)。また、このチタン又はチタン合金の表面をマイクロメートルオーダーとナノメートルオーダーの幅の周期溝を形成して粗面とすることにより、培養細胞を効率的に増殖できる(特許文献1)。

一方、埋植材の表面にマイクロメートルオーダーとナノメートルオーダーの幅の微細周期溝を形成すると、平坦な(plane)平面よりも細胞接着は低下するものの、マイクロメートルオーダーの幅の周期溝の方が、ナノメートルオーダーの幅の溝と比較して、より多くの細胞が溝に沿って配列して増殖することが知られている(非特許文献3)。

しかし、再現性良く安定した細胞増殖と、早期のオッセオインテグレーション成立をもたらす生体埋植材の表面加工法は確立されていなかった。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、骨成長の促進特性を有する生体埋植材及びその製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
基材の外表面に金属からなる被覆層を有する生体埋植材の製造方法であって、
前記被覆層は、ナノメートルオーダーの周期的微細構造パターンを有し、
a. 基板上にイオンビームスパッタ法により基材層を成膜する工程、
b. 前記基材層上にエッチングマスクとして、紫外線硬化性樹脂を塗布し、紫外線硬化性樹脂層を形成する工程、
c. 紫外線ナノインプリト(UV-NIL)法により前記紫外線硬化性樹脂層に、レジストパターンを形成する工程、
d. 反応性イオンエッチング(RIE)法により前記レジストパターンに基づいたパターンを有する周期的微細構造パターンを前記基材層に形成する工程、
e. アッシングによりレジストパターンを除去する工程、及び、
f. 前記周期的微細構造パターンが形成された基材層上に、金属を含む被覆層を成膜する工程、
を含むことを特徴とする、製造方法。

【請求項2】
 
前記周期的微細構造パターンが凹構造を有し、該凹構造の該表面が粗面を有する生体埋植材の製造方法であって、
前記工程fが、
f. 前記周期的微細構造パターンが形成された基材層上に、結晶粒度1~20 nmの金属を含む被覆層を成膜し、前記周期的微細構造の微細凹面表面に粗面を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。

【請求項3】
 
前記金属は、チタン若しくは酸化チタン又はそれらと他の金属との合金であり、結晶粒度が1~20 nmの範囲であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の製造方法。

【請求項4】
 
前記基材層の材質が、チタン、チタン合金、パターン形成容易な金属、二酸化ケイ素(SiO2)、又はセラミックから選択されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。

【請求項5】
 
前記金属からなる被覆層の成膜方法が、イオンビームスパッタ法(IBS)又は 電子ビーム(EB)蒸着法から選択されることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の製造方法。

【請求項6】
 
基材の外表面に金属からなる被覆層を有し、前記被覆層は、ナノメートルオーダーの周期的な微細凹面構造を有し、該微細凹面構造の凹面の表面が粗面であることを特徴とする、生体埋植材。

【請求項7】
 
前記周期的微細構造が、平行線状(ライン&スペース形状)、格子状、メッシュ状、ハニカム状、ドット状及び/又はホール状に加工された周期的微細凹状構造であることを特徴とする、請求項6に記載の生体埋植材。

【請求項8】
 
前記周期的微細凹状構造は、幅が10~1000 nm、深さが10~1000 nm、ピッチが20~2000 nmの範囲から各々選択されることを特徴とする、請求項6又は7に記載の生体埋植材。

【請求項9】
 
前記金属は、チタン若しくは酸化チタン又はそれらと他の金属との合金から選択されることを特徴とする、請求項6~8のいずれか1項に記載の生体埋植材。

【請求項10】
 
前記基材層の材質が、チタン、チタン合金、パターン形成容易な金属、二酸化ケイ素(SiO2)、又はセラミックから選択されることを特徴とする、請求項6~9のいずれか1項に記載の生体埋植材。

【請求項11】
 
前記生体埋植材が、歯科用インプラント、顎骨インプラント、骨の補修及び安定化用のスクリュー、ピン及びプレート、脊椎インプラント、大腿骨インプラント、頸骨インプラント、膝関節インプラント、手関節インプラント、関節インプラント、(耳及び鼻インプラントなどの)顎顔面インプラント、傷害及び疾患により生じた症状のための四肢プロテーゼ、並びにそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする、請求項6~10のいずれか1項に記載の生体埋植材。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018096756thum.jpg
State of application right Published
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