JPS61109570A - Production of implant material for crbonaceous living body hard tissue - Google Patents
Production of implant material for crbonaceous living body hard tissueInfo
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- JPS61109570A JPS61109570A JP59230358A JP23035884A JPS61109570A JP S61109570 A JPS61109570 A JP S61109570A JP 59230358 A JP59230358 A JP 59230358A JP 23035884 A JP23035884 A JP 23035884A JP S61109570 A JPS61109570 A JP S61109570A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、炭素質生体硬組織用インプラント材料(埋入
材料)の製造方法に関するものである。更に詳しくは、
本発明は、骨や歯の欠損部分を補填、補綴するために供
する人工骨、人工歯用の材料として生体内に埋入された
場合に生体反応が少なく、生体組織と良く馴染み強固に
結合する性質を有し、耐久性に優れた炭素質生体硬組織
用インプラント材料の製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing a carbonaceous biological hard tissue implant material. For more details,
When the present invention is implanted in a living body as a material for artificial bones and artificial teeth used to compensate for and prosthetic missing parts of bones and teeth, it has little biological reaction, blends well with living tissue, and bonds strongly. The present invention relates to a method for manufacturing a carbonaceous biological hard tissue implant material having properties and excellent durability.
(従来の技術)
従来から人工骨、人工歯として生体内に埋入される材料
は種々検討され多年にわたる努力がなされたにもかかわ
らず未だ多くの問題点を残しているのが実情である。今
迄の金属、或いは高分子樹脂材料に代替してセラミック
ス或いはガラス、炭素等の無機材料が開発され最近注目
されるようになり一部のものは実用化され始めた。イン
プラント材料は、使用部位の形状、寸法、機能によって
要求、される特性が様々であり、それに対する設計、素
材の選択も多種である等非常に難しい条件を多く内在し
ている。インプラント材料が生体内において安全に機能
するために必要とされる条件は、(1) 毒性及び組
織刺激性が無く、発癌、アレルギー、近接組織の破壊作
用等の障害を起こさないこと。 。(Prior Art) Despite various studies and efforts over many years regarding materials implanted into living bodies as artificial bones and teeth, the reality is that many problems still remain. Inorganic materials such as ceramics, glass, and carbon have been developed to replace conventional metals or polymeric resin materials, and have recently attracted attention, and some of them have begun to be put into practical use. Implant materials have various characteristics that are required depending on the shape, size, and function of the site where they are used, and there are many different types of designs and materials to choose from. The conditions necessary for implant materials to function safely in vivo are: (1) They must be non-toxic, non-irritating to tissues, and do not cause problems such as carcinogenesis, allergies, or destructive effects on adjacent tissues. .
(2)異物反応(生体外に排出しようとする作用)を引
き起こさせないこと。(2) Do not cause foreign body reactions (actions that try to expel them from the living body).
(3)生体内で吸収(分解消失)されないこと。(3) It should not be absorbed (decomposed and lost) in the living body.
(4)体液等の影響を受けてイオン化して溶出しないこ
と。(4) Do not ionize and elute under the influence of body fluids, etc.
(5)組織と良く馴染み(生体親和性と言う)結合する
こと。(5) It has a good affinity with tissues (referred to as biocompatibility).
(6)曲げ強さ、圧縮強さ等の機械的強度が高く、使用
上の応力に耐え、また生体環境下で強度が劣化しないこ
と。(6) It has high mechanical strength such as bending strength and compressive strength, can withstand stress during use, and does not deteriorate in strength in a biological environment.
(7)取扱いが容易で消毒が施せること。(7) Easy to handle and disinfectable.
(8)硬度、弾性率が生体硬組織と同等かやや大きい程
度に調整可能で生体組織と一体化した場合に限り無く天
然に近い状態を取り得るものであること。(8) The hardness and modulus of elasticity can be adjusted to be equal to or slightly greater than that of biological hard tissue, and when integrated with biological tissue, the state can be as close to natural as possible.
等の各要件を満たすことが挙げられる。The following requirements must be met.
以上の必要要件に照合させて各素材を評価すると、金属
材料では、前記<11. (2)、 (4)、 +8)
、の条件に対して問題点があり、プラスチック材料では
、+2)、 (3)、 +6)、の条件に問題となるも
のが多い。これに対して、最近注目されているセラミッ
クス材料は、生体組織に特有の条件である(1)〜(5
)につぃては殆ど問題は無い。従来セラミックス材料が
用いられなかった理由は、(6)の機械的強度が満たさ
れなかったこと、及び水分の多い生体内環境において強
度劣化することが欠点とされていたことによる。この点
に関しては、人工サファイア単結晶体、又は多結晶体等
のアルミナ質材料や、水酸化アパタイト焼結体が開発さ
れたことにより前記した欠点を改良して一部実用に供さ
れるようになった。When each material is evaluated against the above requirements, it is found that metal materials meet the requirements listed in <11. (2), (4), +8)
There are problems with the conditions , and with plastic materials, there are many problems with the conditions +2), (3), and +6). On the other hand, ceramic materials, which have been attracting attention recently, meet the conditions (1) to (5) unique to living tissues.
), there are almost no problems. The reason why ceramic materials have not been used in the past is that they do not satisfy the mechanical strength requirement (6) and that their strength deteriorates in a humid in-vivo environment. Regarding this point, with the development of alumina materials such as artificial sapphire single crystals or polycrystals, and sintered hydroxide apatite, the above-mentioned drawbacks have been improved and some of them have been put into practical use. became.
しかしながら、前者のアルミナ質では硬度、弾性率が著
しく高く生体にか\る応力が埋入材に集中し、周辺組織
に無理な応力が作用してこれを破壊したり、甚だしくは
神経組織に到達してこれを損傷する等の障害を引起す等
の問題があり、(8)の条件において未だ不十分な点が
残されている。後者の水酸化アパタイト焼結体は生体の
硬組織に極めて近似した物質であり、前記アルミナ質材
料の場合のような問題は少ないが、未だ機械的強度が不
十分でありアパタイト粉末の合成及び成形焼結技術に困
難且複雑な工程を余儀なくされる等の問題がある。以上
は素材に関連した問題点であるが、更には、施術に際し
て通常の生体硬組織(骨及び歯)に於ける骨折部位の修
復や人工関節の埋入及び人工歯根の嵌植に際して、イン
プラント材料を骨に固定するには、
(11インプラント材と骨組織を、構造的または形状的
に工夫して自己固定させるセルフロンキング法。However, the former material, alumina, has extremely high hardness and elastic modulus, and the stress exerted on the living body concentrates on the implant, causing unreasonable stress to act on and destroy the surrounding tissue, or even reaching nerve tissue. There are problems such as causing troubles such as damage to the device and the condition (8) still remains unsatisfactory. The latter sintered hydroxyapatite is a material that closely resembles the hard tissue of living organisms, and does not have the same problems as the alumina material, but it still lacks mechanical strength and is difficult to synthesize and mold apatite powder. There are problems with sintering technology, such as requiring difficult and complicated processes. The above are problems related to materials, but in addition, implant materials are important when repairing fracture sites in normal biological hard tissues (bones and teeth), implanting artificial joints, and implanting artificial tooth roots. (11) A self-locking method in which the implant material and bone tissue are self-fixed by devising the structure or shape.
(2) ネジやボルトナツト類を用いて機械的に固定
させる方法。(2) A method of mechanically fixing using screws, bolts and nuts.
(3) インプラント材と骨とを医用セメント等の接
着剤を用いて接着する方法
等の手段が採用されている。しかし、いずれの方法を用
いても長い期間に緩みを生じて、たとえインプラント材
そのものに欠陥が無くとも剥落し取り替えなければなら
ない場合がある。また、歯根としてのインプラント材を
歯槽骨肉に埋入嵌植し、これに歯冠を固定する歯科治療
が行われるが、この場合にも、前記各種硬質インプラン
ト材料が使用され、形状も天然歯根型、ピン型、ブレー
ド型、スクリュー型等の多種類のものが存在し、それぞ
れの症状に応じて設計されたものが使用に供されている
。(3) Methods such as bonding the implant material and bone using an adhesive such as medical cement have been adopted. However, no matter which method is used, the implant may become loose over a long period of time, and even if the implant material itself has no defects, it may fall off and have to be replaced. In addition, dental treatment is performed in which an implant material as a tooth root is implanted into the alveolar bone and a tooth crown is fixed thereto, but in this case as well, the various hard implant materials mentioned above are used and the shape is similar to that of a natural tooth root. There are many types such as , pin type, blade type, screw type, etc., and those designed according to each symptom are used.
この場合にも、前記の問題点は全て当てはまり、咀噌圧
という繰返しの機能圧が絶えずか\るため問題点は更に
増加される。またこれらの歯根材は体内と体表面とにま
たがって用いられる為、特に、材料−生体組織界mlで
の接着が必要である。すなわち、生体内から体表面へ突
出する部分での接着が重要で、これが得られなければ、
体外からの細菌怒染や有害物質の体内への浸透によって
好ましくない結果を招くことになる。In this case, all of the above-mentioned problems apply, and the problems are further exacerbated by the constant repetitive functional pressure of mastication. Furthermore, since these tooth root materials are used both within the body and on the body surface, adhesion at the material-living tissue interface is particularly necessary. In other words, adhesion at the part that protrudes from the inside of the body to the body surface is important, and if this cannot be achieved,
Unfavorable results may occur due to bacterial contamination from outside the body or the infiltration of harmful substances into the body.
(発明が解決しようとする問題点)
以上のような問題点が残されている現状に鑑み、本願発
明者の一人は、炭素が、抗血栓性に優れ、組織刺激性が
なく、生体との親和性に冨み、かつ生体内外の種々の環
境下においても抜群の安定性を有しており、機械強度に
も優れた特性を有する材料であって、その結果、人工心
臓弁として応用され多くの定着した成功例が発表されて
おり、他にも靭帯、@根材、人工関節への実用化がなさ
れている点に着目し、更に研究を重ね、生体硬組織との
結合が強固となる様な素材、及び構造を検討し、しかも
生体機能を維持する上で十分な強度を与えるような形状
設計に工夫を行って、従来には見られない優れた生体硬
組織用インプラント材料を創製することに成功した(特
開昭57−134154号炭素質人工補填、補職材料及
びその製造法)。すなわち、この特開昭57−1341
54号によるインプラントの特色は、インプラント表面
に、新生してくる生体組織と三次元的に交織しうるよう
な構造を持った厚さO,1mm以上の多孔層を持つこと
が特徴である。(Problems to be Solved by the Invention) In view of the current situation where the above-mentioned problems remain, one of the inventors of the present application proposed that carbon has excellent antithrombotic properties, no tissue irritation, and is compatible with living organisms. It is a material that is highly compatible, has outstanding stability under various environments inside and outside the body, and has excellent mechanical strength.As a result, it is often used as an artificial heart valve. Successful cases have been announced, and we will focus on the fact that it has also been put to practical use in ligaments, root materials, and artificial joints, and will continue to conduct further research to strengthen the bond with biological hard tissues. By considering various materials and structures, and devising a shape design that provides sufficient strength to maintain biological functions, we will create an excellent implant material for living hard tissue that has never been seen before. (Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-134154, Carbonaceous Artificial Replenishment, Replacement Materials and Method for Manufacturing the Same). That is, this Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-1341
The implant according to No. 54 is characterized by having a porous layer on the surface of the implant with a thickness of 0.1 mm or more and a structure that allows three-dimensional interweaving with the newly generated living tissue.
この方法によって得られたインプラント材料は、その後
の臨床実験によって極めて優れた治療効果をもたらした
が、その製造過程において以下に示す幾つかの問題点が
発見された。すなわち、(1)基材として炭素質芯材を
用い、これに炭素繊維によるフェルト又は不織布等の多
孔層をC,V。Although the implant material obtained by this method produced extremely excellent therapeutic effects in subsequent clinical experiments, the following problems were discovered in the manufacturing process. That is, (1) a carbonaceous core material is used as a base material, and a porous layer of felt or nonwoven fabric made of carbon fiber is applied to the core material.
0、(Chemical Vapor Deposit
ion)法を用い熱分解炭素によって接合固着させるた
め、炭素質芯材と炭素質多孔層との熱膨張係数及び伝熱
係数の差によっては、芯材と多孔層との接合界面での亀
裂の発生及び甚だしくは剥離現象が発生する場合がある
。すなわち、芯材の機械的物性の改善は、そ゛の膨張係
数を増加させる傾向が強く、優れた機械的強度を持った
芯材を使用する時には、前述の芯材と多孔層との接合界
面での剥離現象の防止が困難となる。このため熱膨張係
数の変化を伴う芯材の特性改善を行うことが困難である
。0, (Chemical Vapor Deposit
ion) method to bond and fix with pyrolytic carbon, depending on the difference in thermal expansion coefficient and heat transfer coefficient between the carbonaceous core material and the carbonaceous porous layer, cracks may occur at the bonding interface between the core material and the porous layer. Separation and even peeling phenomena may occur. In other words, improving the mechanical properties of the core material tends to increase its expansion coefficient, and when using a core material with excellent mechanical strength, the above-mentioned bonding interface between the core material and the porous layer has a strong tendency to increase. It becomes difficult to prevent the peeling phenomenon. For this reason, it is difficult to improve the properties of the core material due to changes in the coefficient of thermal expansion.
(2)所望の設計形状に基づいて賦形するに際しては、
芯材となる炭素材料に切削加工を施さざるを得ない。こ
のため、芯材としては切削加工が容易な軟質の黒鉛材料
に限定され、切削加工が困難な高硬度、高強度な芯材で
は著しく生産性が悪く、機械的物性に優れた芯材を工業
的に用いることが期待できない。又炭素繊維から成るフ
ェルト、不織布等は剛性があるので、曲面及び複雑形状
の芯材に密着させて接合した状態に加工することが困難
である。(2) When shaping based on the desired design shape,
It is necessary to perform cutting on the carbon material that serves as the core material. For this reason, core materials are limited to soft graphite materials that are easy to cut, and high hardness and high strength core materials that are difficult to cut have extremely low productivity. It cannot be expected that it will be used on a regular basis. Furthermore, since felt, nonwoven fabric, etc. made of carbon fibers are rigid, it is difficult to process them into a state in which they are closely bonded to a core material having a curved surface or a complicated shape.
(3)接合に際し、成形した芯材に炭素繊維フェルト等
を炭素長繊維によって巻きつけ固定し、その後C,V、
D、により熱分解炭素を析出させ繊維状物の内部固着及
び繊維層と芯材との界面の結合固着を行うが、このよう
な方法は前処理に煩多な手加工を要するのみならず、再
現性にも多くの問題を残す。また、C,V、O,処理に
も長時間を要するので、このような方法では、工業的な
量産性に乏しく経済的でないと同時に、製品の品質を一
定に保つように管理することが極めて困難になる。(3) When joining, carbon fiber felt or the like is wrapped around the formed core material using long carbon fibers and fixed, and then C, V,
D. Pyrolytic carbon is precipitated to fix the fibrous material internally and to bond and fix the interface between the fiber layer and the core material, but such a method not only requires complicated manual processing for pretreatment, but also There are also many problems with reproducibility. In addition, since it takes a long time to process C, V, and O, this method is not suitable for industrial mass production and is not economical. It becomes difficult.
(問題点を解決するための手段)
本願発明者等は、以上の問題点を解決すべく更に改良研
究を重ね、繊維多孔層と芯材界面の剥離を防止するため
には、400 ’C以上の炭素化処理を施すより前の素
材樹脂材料の段階で、樹脂繊維多孔層と樹脂芯材との界
面を高炭素収率を有する樹脂材料で接着して一体の賦形
物となした後、不溶・不融化処理を行って耐熱変形性を
付与させ、しかる後、不活性気相雰囲気中で同時炭素化
させれば良いことを見出した。この方法を採用すること
により、所望の設計形状に基づいて賦形するに際して、
従来の樹脂成形加工技術を応用することが可能となり、
曲面又は複雑形状を有する製品への加工も自由に行うこ
とができるようになった。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the inventors of the present application have conducted further improvement research and found that in order to prevent separation between the fiber porous layer and the core material interface, it is necessary to At the stage of the raw material resin material before carbonization treatment, the interface between the resin fiber porous layer and the resin core material is bonded with a resin material having a high carbon yield to form an integrated object. It has been found that it is sufficient to perform an insoluble/infusible treatment to impart heat deformation resistance, and then simultaneously carbonize the material in an inert gas phase atmosphere. By adopting this method, when shaping based on the desired design shape,
It becomes possible to apply conventional resin molding processing technology,
It is now possible to freely process products with curved surfaces or complex shapes.
更には、使用する樹脂材料についての工夫により、切削
加工などの後加工を施すことなく、炭素化後高硬度・高
強度・不浸透性を有するインプラント芯材が得られる利
点がある。故に、本願発明の方法を用いることにより、
極めて治療効果に優れた生体硬組織用インプラント材料
を工業的に安価にかつ品質を保証しうる状態で量産化す
ることができる。Furthermore, by considering the resin material used, there is an advantage that an implant core material having high hardness, high strength, and impermeability after carbonization can be obtained without performing post-processing such as cutting. Therefore, by using the method of the claimed invention,
Implant materials for biological hard tissues that have extremely excellent therapeutic effects can be mass-produced industrially at low cost and with guaranteed quality.
本発明のインプラント材料は、生体硬組織とインプラン
ト材料との相互間に外部応力の作用による移動運動がな
い静的環境下では、結合部位は新生骨によって完全に覆
われ、インプラントと生体゛硬組織が強固に固着結合す
る結合方式をとり、また生体硬組織とインプラント材料
との相互間に繰り返し外部応力の作用による移動運動が
起こる動的環境下では、生体硬組織から新生して来た生
体m織が、インプラントの表面多孔層の深部、すなわち
芯材表面に近い部分で硬組織に変化して、ここに強固に
固定される。その結果として、インプラント内部と外部
の生体硬組織に両端が固定され、それらの中間部は軟組
織のままの柔軟な結合方式をとることを特徴としている
。In the implant material of the present invention, in a static environment where there is no movement between the living hard tissue and the implant material due to the action of external stress, the joint site is completely covered by new bone, and the implant and the living hard tissue are completely covered. In a dynamic environment where biological hard tissues and implant materials undergo repeated movement due to the action of external stress, new biological m The tissue changes into hard tissue in the deep part of the surface porous layer of the implant, that is, in the part close to the surface of the core material, and is firmly fixed there. As a result, both ends of the implant are fixed to biological hard tissue inside and outside the implant, and the middle part thereof is characterized by a flexible connection method that remains as soft tissue.
本発明のインプラント材料は、芯材として、表面が平滑
で高硬度であり、曲げ強さ、圧縮強さ等の機械的強度に
優れ、かつ体液等に対して不浸透性を有する炭素材料を
用いて作り、更に、該芯材表面に厚さ100μm以上、
好ましくは、500μm以上の炭素多孔層を構築した一
体構造になっていることを特徴とする。この多孔構造は
、生体との結合を円滑にかつ強固に行わしめる上で極め
て重要であり、表面に細胞が付着し固定増殖し易い細孔
構造に設計され、まづ生体とインプラント材料界面に、
細胞増殖の結果として、新しく生成されてくるコラーゲ
ン繊維がインプラント表面の多孔組織内に入り込み、相
互に交織した状態が作り出せるように工夫されている。The implant material of the present invention uses a carbon material as a core material, which has a smooth surface, high hardness, excellent mechanical strength such as bending strength and compressive strength, and is impermeable to body fluids. Furthermore, the core material has a thickness of 100 μm or more on the surface.
Preferably, it is characterized by an integral structure with a carbon porous layer of 500 μm or more. This porous structure is extremely important for smooth and strong bonding with the living body, and the pore structure is designed so that cells can easily attach to the surface and fix and proliferate.
As a result of cell proliferation, newly generated collagen fibers enter the porous tissue on the implant surface, creating an interwoven state.
更には、この表面多孔層に、酸素や栄養分などの供給の
ため、血液等の循環液が浸透し易い細孔分布が適当にな
されていることが重要である。これらの条件を満たすこ
とによって、炭素多孔層内に相互に交織し得るような状
態で生体組織が新生し、時間の経過につれて骨化する。Furthermore, it is important that this surface porous layer has an appropriate pore distribution that allows circulating fluids such as blood to easily penetrate in order to supply oxygen, nutrients, and the like. By satisfying these conditions, living tissue is generated in a state where it can interweave with each other within the carbon porous layer, and becomes ossified over time.
その結果、生体硬組織とインプラントとは、一般的に見
てさほどの強さを期待できない生体とインプラント間の
単なる接着ではなくて、相互に交織されたmmによって
強固に結合されるようになる。また、歯科用の歯根材の
場合のように、生体硬組織とインプラントとが外部から
の機械的応力によって絶えず相互に移動運動が繰り返さ
れることが本来の姿であるような時には、もう少し違っ
た結合状態が要求される。天然の生体中では、このよう
な相互に運動する結合部には両端を各硬組織にアンカー
された軟組織が存在するようになっている。本願発明の
インプラントの場合には、前述したような結合組織を作
ることにも対応することが可能である。しかしながら、
この場合には、更に次のような配慮が加えられることが
望ましい。As a result, the biological hard tissue and the implant are not simply bonded between the biological body and the implant, which is generally not expected to be very strong, but are firmly connected by mutually interwoven mm. In addition, when the natural state of living hard tissues and implants is that they are constantly moving relative to each other due to external mechanical stress, as in the case of dental root materials, a slightly different type of bonding is required. state is required. In a natural living body, such mutually movable joints include soft tissues anchored at both ends to each hard tissue. The implant of the present invention can also be used to create connective tissue as described above. however,
In this case, it is desirable that the following considerations be added.
すなわち、芯材近傍では、50μm以下、望ましくは2
0μm以下の細孔径を有することが好ましく、この孔径
であると、毛細血管の侵入が行われずに内部に侵入した
コラーゲン繊維組織は石灰化して芯材表面と強固に固着
する状態を呈し、投錨効果を発現するようになる。また
、細孔径5゜μm以下の多孔層に相隣る中間層では、1
00μm以上、好ましくは、200μm程度の細孔分布
を存していることが良く、この領域においては、毛細血
管による酸素及び栄養分の供給が十分になされる。更に
、最外表面は、200 I!m以上、600μm以下で
、好ましくは300μmの孔径分布を有する多孔層で構
築されていることが良い。That is, in the vicinity of the core material, the thickness is 50 μm or less, preferably 2
It is preferable to have a pore diameter of 0 μm or less. With this pore diameter, the collagen fiber tissue that has entered the interior without capillary penetration is calcified and firmly adheres to the core material surface, resulting in an anchoring effect. begins to appear. In addition, in the intermediate layer adjacent to the porous layer with a pore diameter of 5 μm or less, 1
It is preferable to have a pore distribution of 00 μm or more, preferably about 200 μm, and in this region, oxygen and nutrients are sufficiently supplied by capillaries. Furthermore, the outermost surface has a 200 I! It is preferable that the porous layer is constructed of a porous layer having a pore size distribution of not less than m and not more than 600 μm, preferably 300 μm.
この孔径分布を有する最外表面では、体液及び血管の侵
入が自由であり、効果的かつ円滑に細胞増殖活動を行わ
せることが可能であり、結果として、中間層から最外表
面のやや外側までが軟組織となって、柔軟かつ強固にイ
ンプラント材と生体硬組織とを投錨効果により結合し、
全く天然におけるがごとき状態を呈するようになる。On the outermost surface with this pore size distribution, body fluids and blood vessels can freely enter, allowing cell proliferation to occur effectively and smoothly, and as a result, from the middle layer to slightly outside the outermost surface. becomes soft tissue, which flexibly and firmly connects the implant material and biological hard tissue through an anchoring effect.
It comes to resemble a completely natural situation.
次に、本願発明におけるインプラント材料の構成部材で
ある炭素質三次元多孔体の製造方法について説明する。Next, a method for manufacturing a carbonaceous three-dimensional porous body, which is a component of the implant material in the present invention, will be explained.
多孔体の原材料として用いる有機高分子繊維としては、
不活性気相中での加熱により変形や溶融することなく、
高い炭素残査収率を示すもので、例えば、フェノール樹
脂、フラン樹脂、ビスマレイド・トリアジン樹脂、エポ
キシ樹脂等の熱硬化性樹脂、もしくはパルプ、レーヨン
等多糖類として縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持
つ天然高分子繊維等が挙げられる。又、プレカーサ繊維
としては、溶融性のある有機繊維から炭素繊維を作る時
のように、酸化等によって不融性に変えられた炭素繊維
前駆体が用いられる。例えば、ポリアクリロニトリル樹
脂、ポリ塩化ビニル樹脂、°後塩化ポリ塩化ビニル樹脂
、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアミドイミド樹脂、
ポリイミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹
脂、もしくは石油アスファルト、コールタール、ピッチ
又はこれらより得られるメソフェースピッチ等による繊
維体を酸化によって不融性に変え炭素繊維前駆体化した
ものが挙げられる。また、ここに用いる有機高分子繊維
、もしくはプレカーサ繊維の形状としては、抄紙法、フ
ェルト法、ニードル・パンチ等の不織布法等によって、
紙状、フェルト状、不織布状に加工された基本的に繊維
がランダムな方向に多数重なり合って三次元的に交織さ
れた構造のものが適している。Organic polymer fibers used as raw materials for porous bodies include:
No deformation or melting when heated in an inert gas phase,
It shows a high carbon residue yield, for example, thermosetting resins such as phenol resin, furan resin, bismaleide/triazine resin, epoxy resin, or polysaccharides such as pulp and rayon, which have a fused polycyclic aromatic structure as a basic molecular structure. Examples include natural polymer fibers contained within. Further, as the precursor fiber, a carbon fiber precursor that has been made infusible by oxidation or the like is used, such as when carbon fiber is made from a meltable organic fiber. For example, polyacrylonitrile resin, polyvinyl chloride resin, post-chlorinated polyvinyl chloride resin, polyvinyl alcohol resin, polyamideimide resin,
Examples include thermoplastic resins such as polyimide resins and aromatic polyamide resins, or fibers made of petroleum asphalt, coal tar, pitch, or mesophase pitch obtained from these, which are made infusible by oxidation and turned into carbon fiber precursors. It will be done. In addition, the shape of the organic polymer fiber or precursor fiber used here can be obtained by a paper making method, a felting method, a non-woven fabric method such as needle punching, etc.
Suitable materials are paper-like, felt-like, or non-woven fabrics that basically have a structure in which a large number of fibers are overlapped in random directions and woven in a three-dimensional manner.
炭素多孔体の空隙率を大きくするには、繊維径の太い交
織密度の粗なものを選択し、逆に空隙率を小さくするに
は、繊維径の細い交織密度の高いものを選択すれば良い
。To increase the porosity of a carbon porous material, choose one with a thick fiber diameter and a coarse weave density, and conversely, to reduce the porosity, choose one with a thin fiber diameter and a high weave density. .
更に、設計された細孔分布にするには、こ汀らを適宜組
み合わせて多重積層することによって得られる。Furthermore, a designed pore distribution can be obtained by appropriately combining these layers and laminating them in multiple layers.
次に、本願発明によるインプラント材料のもう一方の構
成部材である高硬度、高強度、不浸透性を有する緻密炭
素質芯材(以下芯材と言う)の製造方法について説明す
る。Next, a method for producing a dense carbonaceous core material (hereinafter referred to as core material) having high hardness, high strength, and impermeability, which is the other component of the implant material according to the present invention, will be explained.
芯材の製造方法については、その設計と使用目的に応じ
て、以下に記載するいづれかの方法が採用される。Regarding the manufacturing method of the core material, one of the methods described below is adopted depending on its design and purpose of use.
1羞二」−
マトリックスとして、後塩化ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ
塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール・バニリン・ト
ラガントガム混合樹脂等の熱可塑性樹脂、フラン樹脂、
フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の一種
又は二種以上の混合樹脂を用い、これ°に高結晶性を有
する天然黒鉛粉末及びカーボンブラック又は炭素繊維チ
ョツプドファイバー等の炭素質粉体を体質材として加え
た配合組成物を高剪断力を有するミキシングロール又は
加圧ニーダ−等で強力に煉り込み、マトリックス樹脂と
炭素質粉体との界面にメカノケミカルな反応を引き起こ
させ、望ましくは炭素質粉体が一次粒子状態に至るまで
均一に分散させて成形用組成物を得る。しかる後、この
組成物を通常のプランジャー型又はスクリュー型押出機
により、所望する形状の押出用ダイを用いて高圧下に押
出して意図する形状に賦形された丸棒(円形)状、板状
の芯材用生成形体(グリーン芯材)を得る。ここで、グ
リーン芯材をそのまま用いる場合とグリーン芯材を更に
300℃以下の空気中で酸化処理もしくは硬化処理を施
してプレカーサ芯材としたものを用いる場合がある。1) - As a matrix, thermoplastic resins such as post-chlorinated polyvinyl chloride resin, polyvinyl chloride resin, polyvinyl alcohol/vanillin/tragacanth gum mixed resin, furan resin,
Using one or a mixture of thermosetting resins such as phenol resin and epoxy resin, and using this resin, natural graphite powder with high crystallinity and carbonaceous powder such as carbon black or chopped carbon fiber. The blended composition containing the carbonaceous powder as an extender is strongly kneaded using a mixing roll or pressure kneader with high shear force to cause a mechanochemical reaction at the interface between the matrix resin and the carbonaceous powder, and preferably A molding composition is obtained by uniformly dispersing the carbonaceous powder until it reaches the state of primary particles. Thereafter, this composition is extruded under high pressure using a conventional plunger-type or screw-type extruder using an extrusion die of a desired shape to form a round bar (circular) shape or plate into an intended shape. A green core material shaped body (green core material) is obtained. Here, there are cases where the green core material is used as it is, and cases where the green core material is further subjected to oxidation treatment or hardening treatment in air at 300° C. or lower to be used as a precursor core material.
1人=1
マトリ・ツクスとして焼成後高い炭素残査収率を示す物
質で、比較的容易に熱重縮合可能な高分子化合物のモノ
マー、プレポリマー又は初期重縮合体の一種又は二種以
上の混合物を用い、これに方法1と同様の炭素質粉末を
加えて均一に分散し、これを高剪断力を有するミキシン
グロール又は加圧ニーダーを用いて強力に煉り込み、更
に、ボールミルを用いて高度に機械的エネルギーを作用
させてメカノケミカル反応を誘起させて体質材として用
いた該炭素質粉末の一次粒子表面にまでマ(・リックス
樹脂を均一に物理化学的に強固に結合させた成形用粉末
組成物を得る。次に、これを通常の加熱プレス成形機を
用いて所望の形状に粉末圧画成形してグリーン芯材を得
る。1 person = 1 A substance that shows a high carbon residue yield after calcination as a matrix and is a mixture of one or more of monomers, prepolymers, or initial polycondensates of polymer compounds that can be relatively easily thermally polycondensed. The same carbonaceous powder as in Method 1 is added to this and dispersed uniformly, and this is strongly kneaded using a mixing roll or pressure kneader with high shear force, and then highly kneaded using a ball mill. A molding powder composition in which mechanical energy is applied to induce a mechanochemical reaction, and a matrix resin is uniformly and physicochemically strongly bonded to the surface of the primary particles of the carbonaceous powder used as a bulking material. Next, this is powder pressure molded into a desired shape using an ordinary hot press molding machine to obtain a green core material.
ここで、グリーン芯材をそのまま用いる場合とグリーン
芯材を更に300″C以下の温度で硬化処理を施してプ
レカーサ芯材としたものを用いる場合とがある。Here, there are cases where the green core material is used as it is, and cases where the green core material is further subjected to a curing treatment at a temperature of 300''C or less to be used as a precursor core material.
次に、本願発明の主要である炭素質芯材表面に炭素質三
次元多孔層を一体に接合させる方法について説明する。Next, a method of integrally bonding a carbonaceous three-dimensional porous layer to the surface of a carbonaceous core material, which is the main feature of the present invention, will be explained.
400°C以上の炭素化処理が施される前に、前期1及
び2のいづれかの方法によって得られた芯材の生成形体
に前期多孔体用の原材料である有機高分子繊維の三次元
交織多孔体、すなわち紙状、フェルト状、不織布状のも
のを所望の形状に裁断加工を施した後、有機高分子物質
の液状組成物で作られた高炭素収率を有する接合材を使
用して接着して一体化した賦形物とする。しかる後に、
硬化処理、又は不溶・不融化処理を施してから、不活性
気相中で所定の温度に焼成することによって、芯材と繊
維三次元交織層とが炭素化した接合材により一体化され
、同時炭化された全炭素質生体硬組織用インプラント材
料を得る。Before being subjected to carbonization treatment at 400°C or higher, three-dimensionally interwoven porous organic polymer fibers, which are the raw materials for the porous body, are added to the formed core material obtained by either method 1 or 2. After cutting the body, i.e., paper, felt, or nonwoven fabric, into the desired shape, it is bonded using a bonding material with a high carbon yield made from a liquid composition of organic polymeric substances. to form an integrated excipient. After that,
By performing hardening treatment or insoluble/infusible treatment and then firing at a predetermined temperature in an inert gas phase, the core material and the three-dimensional fiber interweave layer are integrated with the carbonized bonding material, and at the same time A carbonized all-carbonaceous biological hard tissue implant material is obtained.
前期の炭化接合材として用いる有機高分子物質の液状組
成物は、フラン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等
の液状又はペースト状のもので炭素化した段階で強固な
接合力を発揮するものであれば良く、特別に限定される
ものではない。この場合、これら液状組成物に対して、
微粒黒鉛又はカーボンブラック等の炭素粉末が、5〜5
0重量%、好ましくは10〜20重量%添加された組成
物としたものが炭化結合をより強固にするので好ましい
。The liquid composition of the organic polymer substance used as the carbonized bonding material in the first stage may be a liquid or paste-like composition such as furan resin, phenol resin, or epoxy resin, as long as it exhibits strong bonding force at the stage of carbonization. Good, but not particularly limited. In this case, for these liquid compositions,
Carbon powder such as fine graphite or carbon black is 5 to 5
A composition containing 0% by weight, preferably 10 to 20% by weight is preferable because it strengthens the carbonized bond.
ここで、必要に応じては、得られたインプラント材料の
表面硬質化及び保護強化の目的で気相熱分解炭素を析出
させて完成品とする場合があるが、この気相熱分解炭素
処理は、処理されるインプラント材料の温度が600〜
2300℃、好ましくは700〜1100℃の範囲であ
り、芯材表面部から炭素多孔体表面に向かって負の温度
勾配を持つように条件を設定して熱分解炭素を析出させ
ることが、優れた生体硬組織用インプラント材料を製造
するために重要である。Here, if necessary, vapor-phase pyrolytic carbon may be precipitated to produce a finished product for the purpose of hardening the surface and strengthening protection of the obtained implant material, but this vapor-phase pyrolytic carbon treatment , the temperature of the implant material being treated is 600~
It is an excellent method to precipitate pyrolytic carbon by setting conditions such that the temperature is 2300°C, preferably in the range of 700 to 1100°C, and there is a negative temperature gradient from the surface of the core material to the surface of the carbon porous body. It is important for manufacturing implant materials for biological hard tissues.
(作用)
本発明の生体硬組織用インプラント材料の製造方法によ
れば、
(1)芯材と繊維多孔層との接合界面における亀裂発生
及び剥離現象は全く起こらない。(Function) According to the method of manufacturing an implant material for biological hard tissue of the present invention, (1) Cracking and peeling phenomena at the bonding interface between the core material and the porous fiber layer do not occur at all.
(2)所望の設計形状に基づいて賦形するに際して、従
来の樹脂成形加工技術を応用することができ、複雑な形
状を有する加工も精度良く自由に行うことができる。(2) When shaping based on a desired design shape, conventional resin molding processing techniques can be applied, and processing of complex shapes can be performed freely and accurately.
(3)使用する樹脂材料についての工夫により、炭素化
後高硬度・高強度・不浸透性を有する芯材を後加工を施
すことなく得ることができる。(3) By considering the resin material used, a core material having high hardness, high strength, and impermeability after carbonization can be obtained without post-processing.
(4)工業的量産性に優れているので、製品のバラツキ
が小さく品質の保証を可能にし、かつ経済的に極めて優
れている。(4) Since it is excellent in industrial mass production, product variations are small and quality can be guaranteed, and it is extremely economical.
(5)機械的強度及び精度が高く、かつ炭素質三次元多
孔構造の細孔径及び気孔率分布が適切に設計できるので
高い治療効果が発揮できる。(5) It has high mechanical strength and precision, and the pore diameter and porosity distribution of the carbonaceous three-dimensional porous structure can be appropriately designed, so a high therapeutic effect can be exhibited.
(実施例)
次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本
願発明はこれらの実施例によって限定されるものではな
い。(Examples) Next, the present invention will be specifically explained by examples, but the present invention is not limited to these examples.
一方 11 (ヰ ゛1料、ブレード荊 材)芯材成
形用組成物材料として、
フラン樹脂初期縮合物〔成田薬品工業■製 Q−100
1) 70重量%高結晶性天然黒
鉛(平均粒径 5μm)23重量%
ファーネスブラック〔三菱化成工業■製造 MA−8〕
7重量%の配合組成物を、ヘ
ンシェル・ミキサーで均一に分散混合した後、表面温度
を50°Cに保ったミキシング・ロールを用いて十分に
混練し、かつ樹脂の熱重合を進めて可塑性を有する餅状
の芯材成形用組成物を得た。これを真空脱気装置を存す
る押出成形機によりTダイを用いて、厚さ3mmの板状
に成形した後、第11の形状を有する打抜き型を用いて
抜型成形し、ブレード型の芯材生成形体を得た。次に、
これを180°Cに加熱されたエアーオーブン中にて1
0時間硬化させてプリカーサ芯材とした。On the other hand, 11 (I-1 material, blade material) As a composition material for forming the core material, a furan resin initial condensate [manufactured by Narita Pharmaceutical Co., Ltd., Q-100] was used.
1) 70% by weight highly crystalline natural graphite (average particle size 5 μm) 23% by weight Furnace black [manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation MA-8]
After uniformly dispersing and mixing 7% by weight of the blended composition using a Henschel mixer, the mixture was thoroughly kneaded using a mixing roll whose surface temperature was maintained at 50°C, and the resin was thermally polymerized to improve its plasticity. A mochi-shaped core material molding composition was obtained. This is formed into a plate shape with a thickness of 3 mm using an extrusion molding machine equipped with a vacuum degassing device using a T-die, and then cut out using a punching die having an eleventh shape to produce a blade-shaped core material. Obtained form. next,
Place this in an air oven heated to 180°C.
It was cured for 0 hours to obtain a precursor core material.
これとは別に、三次元多孔層構築材料として、アクリロ
ニトリル 95モル% と
アクリル酸メチル 5モル%
を含有するポリアクリロニトリル繊維を、大気中緊張下
に255 ”Cで処理して、高度に延伸配向させつつ耐
炎化処理を行った繊維径12μmのプリカーサ繊維を用
い、これを繊維長5mmに切断した後、繊維素グリコー
ル酸ナトリウム2%水溶液中に混合し、高速アジターを
用いて10分間攪拌して、該プリカーサ繊維が均一に分
散したスラリーを得た。次に、スクリーンを装着したヌ
ソチェに、こ分スラリーを適量注入して抄紙を行い、乾
燥させてプリカーサ繊維ベーパーを得た。この際、スラ
リー中のカットファイバーの混合量を適宜変化させて、
(A) 目イ寸 30g/m”
(B) 目イ寸 60g7…2
(C) 目イ寸 250g7m2
の3種類を作成した。Separately, as a three-dimensional porous layer construction material, polyacrylonitrile fibers containing 95 mol% acrylonitrile and 5 mol% methyl acrylate were treated at 255"C under tension in the air to make them highly stretch-oriented. Using a precursor fiber with a fiber diameter of 12 μm that has been subjected to flame-retardant treatment, it is cut into fiber lengths of 5 mm, mixed in a 2% aqueous solution of cellulose sodium glycolate, and stirred for 10 minutes using a high-speed agitator. A slurry in which the precursor fibers were uniformly dispersed was obtained.Next, paper was made by injecting an appropriate amount of the slurry into a Nusoche equipped with a screen, and it was dried to obtain a precursor fiber vapor.At this time, in the slurry By changing the mixed amount of cut fibers appropriately, three types were created: (A) Measuring size 30g/m'' (B) Measuring size 60g7...2 (C) Measuring size 250g7m2.
続いて、フラン樹脂初期縮合物に、硬化剤としてバラト
ルエンスルフオン酸ナトリウム1%を添加した液中に、
これらのベーパーを浸漬した後、A、B、C三枚を積層
し、減圧濾過機により余剰のフラン樹脂液を除去した後
、1.20℃、3時間硬化処理を行って、それぞれ空隙
率を異にする三層構造の交織繊維多孔体を得た。ついで
、この三層多孔構造体を裁断し、炭化接合材として、フ
ラン樹脂初期縮合物(VF−302)100重量%に前
期天然黒鉛粉を20重量%加えて良く分散させたペース
ト状組成物を用いて、プリカーサ芯材の+b1部両面に
空隙率の小さな面を芯材表面側として接着して一体賦形
物とした。Subsequently, 1% sodium balatoluenesulfonate was added as a curing agent to the furan resin initial condensate.
After soaking these vapors, three sheets A, B, and C were stacked, excess furan resin liquid was removed using a vacuum filtration machine, and curing treatment was performed at 1.20°C for 3 hours to reduce the porosity of each sheet. A mixed woven fiber porous material with different three-layer structures was obtained. Next, this three-layer porous structure was cut, and a paste composition was prepared by adding 20% by weight of natural graphite powder to 100% by weight of a furan resin initial condensate (VF-302) and thoroughly dispersing the mixture as a carbonized bonding material. Using this method, the +b1 portion of the precursor core material was adhered to both sides of the +b1 portion, with the surface with the smaller porosity facing toward the surface of the core material, to form an integral molded product.
次に、これを180℃に加温されたエアー・オーブン中
で、5時間硬化処理を施して炭素前駆体とした。更に、
窒素ガス中で500℃までを10”C/hr、 500
〜1000℃までを50℃/hrの昇温速度で昇温させ
、1000℃で3時間保持した後、自然放冷させて焼成
を完了させ、芯材と繊維三次元多孔層とが、炭素化した
接合材により完全に一体化され、同時炭化されたブレー
ド型歯根材を得た。Next, this was subjected to a curing treatment for 5 hours in an air oven heated to 180°C to obtain a carbon precursor. Furthermore,
10"C/hr up to 500℃ in nitrogen gas, 500
The temperature was raised to ~1000°C at a temperature increase rate of 50°C/hr, held at 1000°C for 3 hours, and then allowed to cool naturally to complete the firing, so that the core material and the three-dimensional porous layer of the fibers were carbonized. A blade-shaped tooth root material was obtained which was completely integrated with the bonding material and carbonized at the same time.
得られたインプラント表面は、堅牢で硬く、また三層構
造を有する繊維多孔層は、設計通りの孔径分布を有する
ものであった。すなわち、芯材表面よりの第一層は、平
均15μm、第二層は、平均150μm、第三層(表面
層)は、平均250μmに分布していた。更に、最外層
の空隙率は、約70%で、内部に向かうに従って小さく
なっていた。この板状試料の強度は、表面多孔層を含め
、曲げ強さ420MPa、ヤング率525GPa、圧縮
強さ650MPaで十分な機械的強度を有していた。The obtained implant surface was robust and hard, and the fibrous porous layer having a three-layer structure had a pore size distribution as designed. That is, the first layer from the surface of the core material had an average thickness of 15 μm, the second layer had an average thickness of 150 μm, and the third layer (surface layer) had an average thickness of 250 μm. Furthermore, the porosity of the outermost layer was approximately 70% and decreased toward the inside. The strength of this plate-shaped sample, including the surface porous layer, had sufficient mechanical strength with a bending strength of 420 MPa, a Young's modulus of 525 GPa, and a compressive strength of 650 MPa.
施!12に未圧縮 形芯材使用ブレード刑末根財)
芯材成形用組成物の材料として、
フラン樹脂初期縮合物(日立化成(株製 ヒタフランV
F−302)100重量%に対して、高結晶性天然黒鉛
(平均粒径 2μm)45重量%を体質材として加えた
配合物を、ニーダ−で均一に混合した後、表面温度50
℃に保たれたミキシング・ロールを用いて十分に混練し
、黒鉛粒子が一次粒子状態になるまで続行し、メカノケ
ミカル反応を誘起させて該黒鉛粒子表面がフラン樹脂に
よって均一に被覆されるまで繰り返した。次に、これを
粗砕してボールミルに投入し、50時間粉砕して、平均
粒子径5μmの芯材成形用組成物粉末を得た。この粉末
を用いて、第2図の形状を有する金型により、温度15
0℃、100 Kg/cm2の成形圧力で粉末圧縮成形
して、グリーン成形体を得た。Give! As a material for the composition for forming the core material, a furan resin initial condensate (Hitafuran V manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.)
F-302) 100% by weight and 45% by weight of highly crystalline natural graphite (average particle size 2 μm) added as an extender. After uniformly mixing in a kneader, the surface temperature was 50%.
Thoroughly knead the graphite particles using a mixing roll kept at ℃, continue until the graphite particles become primary particles, and repeat until the surfaces of the graphite particles are uniformly coated with furan resin by inducing a mechanochemical reaction. Ta. Next, this was coarsely crushed, put into a ball mill, and crushed for 50 hours to obtain a core material molding composition powder having an average particle size of 5 μm. Using this powder, a mold having the shape shown in FIG.
Powder compression molding was performed at 0° C. and a molding pressure of 100 Kg/cm 2 to obtain a green molded body.
これとは別に、三次元多孔層構築用繊維として、全芳香
族ポリアミド、すなわちポリ−m−フェニレンイソフタ
ルアミドから成る繊維とフィブリッドのみから構成され
た水性スラリーを湿式抄造した後、特定枚数積層してプ
レスすることによってボード状に加工された〔日本アロ
マ(株製 Aホード〕厚さ1.6mmのものを採用し、
これを裁断した後、実施例1と同様の炭化接合材を用い
て、この芯材生成形体ブレード部(b)の表裏両面に貼
り合わせて一体化させ、18’ 0°Cに加熱したエア
ー・オ−ジン中で10時間硬化処理を施した。以後の工
程は、実施例1と全く同じ工程で加工し、て、目的とす
る炭素質インプラント材を得た。得られた表面多孔層の
構築状態は、100μmを中心に±20μmの範囲で分
布していた。Separately, as a fiber for constructing a three-dimensional porous layer, an aqueous slurry composed only of fibers and fibrids made of wholly aromatic polyamide, that is, poly-m-phenylene isophthalamide, is wet-formed, and then a specific number of sheets are laminated. Adopts a 1.6mm thick board made by Nippon Aroma Co., Ltd., which is pressed into a board shape.
After cutting this, using the same carbonized bonding material as in Example 1, it was bonded to both the front and back sides of this core material forming blade part (b) to integrate it, and was heated to 18'0°C with air. A curing treatment was performed in Osin for 10 hours. The subsequent steps were performed in exactly the same manner as in Example 1 to obtain the desired carbonaceous implant material. The structure of the obtained surface porous layer was distributed within a range of ±20 μm around 100 μm.
この試料の強度は、表面多孔層を含め曲げ強さ320M
Pa、ヤング立45GPa、圧縮強さ520MPaであ
り、歯根材として好適な特性を示した。The strength of this sample is 320M bending strength including the surface porous layer.
The material had a Young's Pa of 45 GPa and a compressive strength of 520 MPa, showing suitable properties as a tooth root material.
方 J3(葎犬吠料)
芯材成形用組成物の材料として、
後塩素化ポリ塩化ビニル樹脂〔日本カーバイド■製’
T−742) 35 重量%フラン樹
脂初期縮合物〔日立化成■ ヒタフランVF−302)
35 重量%高結晶性天然黒鉛微粉
末(平均粒径 2.0μm)30 重量%
を加えた配合物100重量%に対して、可塑剤として、
ジアリルフタレートモノマー25重量%を添加して、ヘ
ンシェル・ミキサーを用いて分散した後、表面温度を1
30°Cに保ったミキシング・ロールを用いて十分に混
練を繰り返し、黒鉛粒子が一次粒子状態に近くなるまで
続行して、メカノケミカル反応を誘起させた芯材成形用
組成物を得た。Method J3 (Bay Inubo Material) Post-chlorinated polyvinyl chloride resin [manufactured by Nippon Carbide ■] is used as a material for the core molding composition.
T-742) 35% by weight furan resin initial condensate [Hitachi Chemical Hitafuran VF-302]
35% by weight of highly crystalline natural graphite fine powder (average particle size 2.0 μm) 30% by weight as a plasticizer.
After adding 25% by weight of diallyl phthalate monomer and dispersing using a Henschel mixer, the surface temperature was reduced to 1.
Kneading was repeated sufficiently using a mixing roll kept at 30°C until the graphite particles became close to a primary particle state to obtain a core molding composition in which a mechanochemical reaction was induced.
この芯材成形用組成物を、プランジャー押出機を用いて
、脱気を行いつつ、成形温度130°Cで押出して、直
径3.0mmφの丸棒(生成形体)を得た。この丸棒を
、180℃に加温されたエアー・オーブン中にて10時
間硬化処理を施してプリカーサ芯材とした。This core material molding composition was extruded using a plunger extruder at a molding temperature of 130°C while degassing to obtain a round bar (produced shaped body) with a diameter of 3.0 mmφ. This round bar was cured for 10 hours in an air oven heated to 180°C to obtain a precursor core material.
これとは別に、三次元多孔層構築用繊維材料として、フ
ェルト状に加工されたフェノール系ノボロイド繊維〔日
本カイノール@’Jl、、 S−211、繊維径15
μm、目付300 g/mJを裁断し、炭化接合材とし
て実施例1と同様のものを用いて、前期プリカーサ芯材
表面に接着して一体賦形物とした。Separately, as a fiber material for constructing a three-dimensional porous layer, phenolic novoloid fiber processed into a felt shape [Japan Kynor @'Jl, S-211, fiber diameter 15
It was cut into pieces with a fabric weight of 300 g/mJ and bonded to the surface of the precursor core material using the same carbonized bonding material as in Example 1 to form an integral molded product.
次に、これを180℃に加温されたエアー・オ
゛−ブン中で5時間硬化処理を施して炭素前駆体とした
。更に、窒素ガス中で、500℃までを10’C/hr
、 5 Q O〜1000℃までを50℃/hrの昇温
速度で昇温させ、1000℃で3時間保持した後、自然
放冷させて焼成を完了させ、芯材と繊維三次元多孔層と
が接合材の炭素化により完全に一体化され、同時炭化さ
れた丸棒状試料を得た。Next, this was heated to 180°C.
A carbon precursor was obtained by performing a curing treatment in an oven for 5 hours. Furthermore, in nitrogen gas, the temperature up to 500°C is 10'C/hr.
, 5 Q O to 1000°C was heated at a heating rate of 50°C/hr, held at 1000°C for 3 hours, and then allowed to cool naturally to complete the firing, forming a core material and a three-dimensional porous layer of fibers. were completely integrated by carbonizing the bonding material, yielding a round rod-shaped sample that was simultaneously carbonized.
この丸棒状試料を気相熱分解用反応容器中に納め、丸棒
状試料両端を電極として、直接通電することにより、丸
棒状試料そのものを抵抗発熱させ、下記の条件で気相熱
分解炭素の堆積を行った。This round rod-shaped sample is placed in a reaction vessel for gas phase pyrolysis, and by directly applying electricity using both ends of the round rod-shaped sample as electrodes, the round rod-shaped sample itself generates resistance heat, and vapor phase pyrolytic carbon is deposited under the following conditions. I did it.
原料有機物 シス−1,2−ジクロロエチレン
キャリヤーガス アルゴン
原料ガス濃度 20容量%
原料ガス流量 470ml/min堆積用素材温
度 900°C
堆積処理時間 10時間
堆積処理を終了した試料は、既に炭素化した接合材によ
って芯材表面と交織繊維層が一体に接合しているが、更
に堆積した熱分解炭素により交織した繊維間にも強固な
接合固着が行われ、表面は硬質化し保護強化されていた
。Raw material organic matter Cis-1,2-dichloroethylene carrier gas Argon raw material gas concentration 20% by volume Raw material gas flow rate 470 ml/min Deposition material temperature 900°C Deposition processing time 10 hours Samples that have been deposited have already been carbonized bonding material The surface of the core material and the interwoven fiber layer were joined together, but the pyrolytic carbon deposited also created a strong bond between the interwoven fibers, hardening the surface and strengthening protection.
こうして得られた丸棒を、ダイヤモンドカッターを用い
て、25mmの長さに切断して、目的とする完成インプ
ラント材を得た。このインプラント材の表面多孔層を形
成している細孔径ば、150μmを中心に±50μmの
範囲で分布していた。The round rod thus obtained was cut into a length of 25 mm using a diamond cutter to obtain the desired completed implant material. The pore diameters forming the surface porous layer of this implant material were distributed within a range of ±50 μm with a center of 150 μm.
また、試料は、芯材部面径2.2mm、最大外径3.6
mmで、曲げ強さ480MPa、ヤング率60GPa。In addition, the sample has a core part diameter of 2.2 mm and a maximum outer diameter of 3.6 mm.
mm, bending strength 480 MPa, Young's modulus 60 GPa.
圧縮強さ580MPaで十分な機械的強度を有していた
。(第3図参照)
以上、実施例を示して説明したが、実施例1及び2は、
歯科用インプラントとして、用いられるもので、第1図
及び第2図において、fb1部は、歯槽骨内に埋入され
る部分で、表面に多孔構造を有するが、(81部は、上
皮組織を貫通して口腔内に露出する部分で、表面に多孔
構造層を有せず、人工歯冠を取り付ける部分である。It had sufficient mechanical strength with a compressive strength of 580 MPa. (Refer to Figure 3) Although the examples have been explained above, Examples 1 and 2 are as follows.
It is used as a dental implant, and in Figs. 1 and 2, part fb1 is the part to be implanted into the alveolar bone and has a porous structure on the surface, but part 81 has no epithelial tissue. This is the part that penetrates and is exposed in the oral cavity, does not have a porous structure layer on its surface, and is the part to which the artificial tooth crown is attached.
また、第3図において、(a)は、骨の補修用に作られ
たものであるが、fb)のように、多孔構造層部分の幅
を狭くし、芯材が露出した部分を残して成形し、以降全
く同様の処理を施すことにより、同じ機械的物性を、持
つ人工歯根材を作ることができた。In addition, in Fig. 3, (a) is made for bone repair, but as in fb), the width of the porous structure layer portion is narrowed, leaving a portion where the core material is exposed. By molding it and then subjecting it to the same treatment, we were able to create an artificial tooth root material with the same mechanical properties.
(発明の効果)
実施例3によって得られた丸棒状試料を、カニクイ猿の
下腿骨に埋入して、1年経過後、周囲の骨と共に摘出し
、ロードセルを用いて、該インプラント表面多孔層と生
体組織との間での剪断接着強度を測定した。(Effect of the invention) The round rod-shaped sample obtained in Example 3 was implanted in the lower leg bone of a crabeater monkey, and after one year, it was extracted together with the surrounding bone, and the porous layer on the implant surface was measured using a load cell. The shear adhesive strength between the specimen and biological tissue was measured.
押込み速度を1 mm/minとして、ブツシュアウト
テストを行った結果、約95 Kgf/cm2であった
。A push-out test was performed at a push-in speed of 1 mm/min, and the result was approximately 95 Kgf/cm2.
また。埋入時に作られた骨の欠損は、完全に修復されて
おり、軟X線を用いたマイクロラジオグラム撮影による
結果からも、多孔構造層内部に新生骨が形成されていて
、炭素交織繊維と骨とが相互に複雑に絡み合って強固に
接合していることが判明した。また、インプラ、ント表
面にも、骨が近接して新生しており、異物反応や巨大細
胞の出現は認められず、これからも、本インプラント材
料が生体組織親和性に極めて優れていることを示してい
る。Also. The bone defect created at the time of implantation has been completely repaired, and the results of microradiogram photography using soft X-rays show that new bone has been formed inside the porous structure layer and is composed of carbon interwoven fibers. It was discovered that the bones were intricately intertwined and strongly connected to each other. In addition, new bone has grown close to the implant surface, and no foreign body reaction or giant cells have been observed, demonstrating that this implant material has excellent compatibility with living tissue. ing.
実施例1及び2によって得られた歯科用インプラント材
を、カニクイ猿の下顎骨に埋入し、1年経過した後、観
察した結果は極めて良好であり、咀哨圧を負担しても、
緩み(loosening )は認められていない。ま
た、生体上皮組織とブレード型インプラント材頚部fa
)との接触部における結合状態は良好で、歯肉の炎症は
起こらない。なお、長期経過は観察中である。The dental implant materials obtained in Examples 1 and 2 were implanted into the mandible of a crab-eating monkey, and after one year, the results of observation were very good, and even under masticatory pressure,
No loosening was observed. In addition, biological epithelial tissue and blade-type implant material cervical fa
) The bonding condition at the contact area is good, and gingival inflammation does not occur. The long-term course is currently under observation.
以上、本願発明の炭素質生体硬組織用インプラント材料
は、極めて優れた治療効果を示すものであり、また、こ
の製造方法を採用することによって、以上の材料を工業
的に、高品質かつ安価に製造することが可能となり、骨
及び歯の各欠損部位を補填・補綴する材料を大量に供給
するに際して極めて重要である。As described above, the carbonaceous biological hard tissue implant material of the present invention shows an extremely excellent therapeutic effect, and by adopting this manufacturing method, the above material can be produced industrially with high quality and at low cost. This makes it possible to manufacture and is extremely important in supplying large quantities of materials for filling and prosthetic bone and tooth defects.
第1図は実施例1における抜型成形したブレード型の芯
材生成形体の説明図である。
第2図は実施例2における粉末圧縮成形したグリーン成
形体の説明図である。
第3図は実施例3において得た丸棒状のインプラント材
の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a blade-shaped core material production body formed by die cutting in Example 1. FIG. 2 is an explanatory diagram of a green molded body subjected to powder compression molding in Example 2. FIG. 3 is an explanatory diagram of the round bar-shaped implant material obtained in Example 3.
Claims (2)
、又は炭素繊維によって複合強化された有機高分子樹脂
材料の成形体(グリーン芯材と言う)、又は硬化処理も
しくは不溶・不融化処理等の炭素前駆体化処理を施した
成形体(プリカーサ芯材と言う)から成る芯材に、有機
高分子繊維、又は、炭素繊維前駆体繊維(プリカーサ繊
維と言う)を用いて作られた基本的に繊維がランダムな
方向に多数重なり合って三次元的に交織された構造を有
する紙、フェルト、不織布等を設計形状に合わせ適宜裁
断した多孔層を、400℃以上の炭素化処理を施すより
前に、有機高分子物質の一種又は二種以上を用いた液状
組成物で作られた高炭素収率の接合材を使用して接着し
該芯材と該多孔層とを一体化させて一体賦形物とし、し
かる後硬化処理、又は不溶・不融化処理を施してから不
活性気相中で所定温度に焼成することによって、芯材と
繊維三次元多孔層とが炭素化した接合材により強固に結
合され、同時炭化された粗密一体構造を有することを特
徴とする本質的に炭素材料のみで構成された炭素質生体
硬組織用インプラント材料の製造方法。(1) Carbonaceous fine powder such as crystalline graphite or carbon black, or a molded body of an organic polymer resin material composite reinforced with carbon fibers (referred to as green core material), or hardening treatment or insoluble/infusible treatment, etc. Basic fibers made using organic polymer fibers or carbon fiber precursor fibers (referred to as precursor fibers) in a core material consisting of a molded body (referred to as precursor core material) that has been subjected to carbon precursor treatment. A porous layer made of paper, felt, non-woven fabric, etc., which has a three-dimensionally interwoven structure in which many fibers overlap in random directions and is appropriately cut according to the designed shape, is prepared before carbonization treatment at 400°C or higher. , the core material and the porous layer are bonded together using a high carbon yield bonding material made of a liquid composition using one or more organic polymeric substances, and the core material and the porous layer are integrally shaped. The core material and the three-dimensional porous fiber layer are strengthened by the carbonized bonding material by applying a post-hardening treatment or insoluble/infusible treatment and then firing at a predetermined temperature in an inert gas phase. A method for manufacturing a carbonaceous biological hard tissue implant material consisting essentially only of carbon materials, characterized by having a coarse and dense integrated structure that is bonded and simultaneously carbonized.
化及び保護強化する目的で気相熱分解炭素処理による熱
分解炭素被覆を施すことを特徴とする本質的に炭素材料
のみで構成された第1項の炭素質生体硬組織用インプラ
ント材料の製造方法。(2) A pyrolytic carbon coating is applied by vapor phase pyrolytic carbon treatment for the purpose of hardening and strengthening the surface of the biological hard tissue implant material, which is essentially composed only of a carbon material. The method for producing the carbonaceous biological hard tissue implant material according to item 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59230358A JPS61109570A (en) | 1984-11-02 | 1984-11-02 | Production of implant material for crbonaceous living body hard tissue |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59230358A JPS61109570A (en) | 1984-11-02 | 1984-11-02 | Production of implant material for crbonaceous living body hard tissue |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61109570A true JPS61109570A (en) | 1986-05-28 |
JPH0544297B2 JPH0544297B2 (en) | 1993-07-06 |
Family
ID=16906607
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59230358A Granted JPS61109570A (en) | 1984-11-02 | 1984-11-02 | Production of implant material for crbonaceous living body hard tissue |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61109570A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995008354A1 (en) * | 1993-09-24 | 1995-03-30 | Takiron Co., Ltd. | Implantation material |
JP2001342587A (en) * | 2000-03-28 | 2001-12-14 | Shinko Pantec Co Ltd | Feeder |
-
1984
- 1984-11-02 JP JP59230358A patent/JPS61109570A/en active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995008354A1 (en) * | 1993-09-24 | 1995-03-30 | Takiron Co., Ltd. | Implantation material |
JP2001342587A (en) * | 2000-03-28 | 2001-12-14 | Shinko Pantec Co Ltd | Feeder |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0544297B2 (en) | 1993-07-06 |
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