專利名稱：埋入物用材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種埋入物用材料，特別涉及一種用于與骨組織之間需要具有親和性的人造牙根、人造牙和人工關(guān)節(jié)等的材料。
背景技術(shù)：
人造牙根、人工髖關(guān)節(jié)、人工膝關(guān)節(jié)和內(nèi)固定材等埋入活體內(nèi)的埋入物在老齡化社會中會更為重要。出于生物相容性、耐腐蝕性和機械強度較優(yōu)良這一理由，使用鈦和鈦合金作為埋入物的基材。然而，鈦和鈦合金不具有與活體骨組織結(jié)合的性質(zhì)，不會與活體骨一體化。因此，由鈦或鈦合金制成的埋入物基材，在長期埋入活體內(nèi)后會產(chǎn)生松動或錯位。為使埋入物與活體骨組織結(jié)合，嘗試過用具有生物相容性的材料對埋入物的基材表面進行涂層處理的方法。
作為埋入物的涂層用材料最廣泛使用的是羥基磷灰石。然而，羥基磷灰石與由鈦等形成的基材的緊密接合性較低。因此，已用羥基磷灰石進行了涂層處理的埋入物在穩(wěn)定性和耐久性方面有問題。
還嘗試過用類金剛石膜(DLC膜Diamond-like Carbon Film)作為對埋入物使用的涂層(參照例如專利文獻I)。因為DLC膜與由鈦等形成的基材的緊密接合性較優(yōu)良，所以能夠形成穩(wěn)定的涂層。
專利文獻I :日本公開特許公報特開2002-143185號公報發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的技術(shù)問題)
然而，以DLC膜作涂層的目的在于減少金屬過敏反應(yīng)。因此，未考慮過DLC膜和活體骨組織產(chǎn)生良好的結(jié)合的條件。
本發(fā)明正是鑒于上述各點而完成的。其目的在于實現(xiàn)一種埋入物用材料，該埋入物用材料包括本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的、與活體骨組織產(chǎn)生良好的結(jié)合的碳質(zhì)膜，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和耐久性，并且與活體骨組織產(chǎn)生良好的結(jié)合。
(用以解決技術(shù)問題的技術(shù)方案)
為達成上述目的，在本發(fā)明中使埋入物用材料具有包括碳質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)，在該碳質(zhì)膜的表面上，構(gòu)成羧基的碳(羧基碳)的含有率比與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率低，并且該碳質(zhì)膜具有氮原子。
具體而言，示例的埋入物用材料包括基材和形成在基材的表面上的碳質(zhì)膜，碳質(zhì)膜在該碳質(zhì)膜的表面上具有碳原子、氧原子和氮原子，碳原子與氧原子鍵合而構(gòu)成與氧構(gòu)成單鍵的碳和構(gòu)成羧基的碳，在碳質(zhì)膜的表面上，氮原子的含有率在8. O原子％以上，與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率在5. 4%以上，構(gòu)成羧基的碳的含有率在3. I %以下。
示例的埋入物用材料包括碳質(zhì)膜，該碳質(zhì)膜的氮原子的含有率在8.0原子％以上，與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率在5. 4%以上，構(gòu)成羧基的碳的含有率在3. I %以下。因此，表面具有親水性，并且具有負電荷的構(gòu)成羧基的碳較少，因而表面電位未大幅度下降。因此，成骨細胞易于增殖，并且活躍地進行骨形成。
優(yōu)選在示例的埋入物用材料中，構(gòu)成羧基的碳的含有率除以與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率所得到的值在O. 6以下。
再說，優(yōu)選構(gòu)成羧基的碳的含有率除以與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率所得到的值再除以氮原子的含有率所得到的值在O. 05以下。
在示例的埋入物用材料中，基材由金屬形成即可。優(yōu)選在該情況下，基材由鈦或鈦合金形成。
在示例的埋入物用材料中，基材是人造牙根、人造牙、牙冠修復(fù)物、人工骨或人工關(guān)節(jié)即可。
(發(fā)明的效果)
根據(jù)本發(fā)明所涉及的埋入物用材料，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定性和耐久性優(yōu)良并且與活體骨組織產(chǎn)生良好的結(jié)合的埋入物用材料。


圖I是剖視圖，顯示一實施方式所涉及的埋入物用材料。
圖2是在評價時使用的埋入物用材料的一覽表。
圖3是顯示各種試樣的細胞增殖率的柱狀圖。
圖4是顯示各種試樣的ALP活性的柱狀圖。
圖5是顯示各種試樣的骨鈣素產(chǎn)生量的柱狀圖。
圖6是曲線圖，顯示細胞增殖率和與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率及構(gòu)成羧基的碳的含有率之間的關(guān)系。
圖7是曲線圖，顯示ALP活性和與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率及構(gòu)成羧基的碳的含有率之間的關(guān)系。
圖8是曲線圖，顯示骨鈣素產(chǎn)生量和與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率及構(gòu)成羧基的碳的含有率之間的關(guān)系。
圖9是曲線圖，顯示細胞增殖率及骨鈣素產(chǎn)生量與O-C = O/ C-O之間的關(guān)系。
圖10是曲線圖，顯示細胞增殖率及骨鈣素產(chǎn)生量與(0-C = O / C-0) / N之間的關(guān)系。
(符號說明)
10-基材；20-碳質(zhì)月旲。
具體實施方式
在本實施方式中，埋入物并不限于人造牙根，也包含人造牙、牙冠修復(fù)材料和人造牙修復(fù)材料等。埋入物并不限于牙科用器具，也包含埋入活體內(nèi)的人工骨和人工關(guān)節(jié)等與骨組織之間需要具有親和性的器具。
碳質(zhì)膜，是以類金剛石膜(DLC膜)為代表的包括Sp2碳碳鍵(石墨鍵)和Sp3碳碳鍵(金剛石鍵)的膜。碳質(zhì)膜可以是DLC膜等處于非晶狀態(tài)的膜，也可以是金剛石膜等處于結(jié)晶狀態(tài)的膜。在通常情況下，碳質(zhì)膜包括Sp2碳氫鍵和Sp3碳氫鍵，但是碳氫鍵并不是必不可少的構(gòu)成要素。在碳質(zhì)膜中也可以添加有硅(Si)或氟(F)等。
圖I顯示本實施方式所涉及的埋入物用材料的剖面結(jié)構(gòu)。在基材10的表面上形成有膜厚O. 005 μ m 3 μ m左右的碳質(zhì)膜20。在碳質(zhì)膜20的至少表面附近含有氮(N)原子和氧(O)原子。一部分氧原子構(gòu)成羥基(OH)和羧基(COOH)?？梢酝茰y出一部分氮原子構(gòu)成氨基(NH2)等。
若要產(chǎn)生埋入物和骨組織的骨結(jié)合(osseointegration),就需要在埋入物的表面上使成骨細胞增殖，并使該成骨細胞分化而進行骨形成。若要提高治療的效果，就需要迅速進行成骨細胞的增殖和骨形成。而且，已被埋入的埋入物需要長期穩(wěn)定地存在于活體內(nèi)。本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過用在至少表面附近具有氮原子和氧原子且一部分氧原子構(gòu)成羥基和羧基的碳質(zhì)膜覆蓋由金屬等形成的基材，則能夠滿足這些要求。
具體而言，本實施方式中的碳質(zhì)膜具有以下組分即可。氮原子的含有率在 8. O原子％左右以上即可，與氧構(gòu)成單鍵的碳(C-O)在總碳量中的含有率在5. 4%左右以上即可，構(gòu)成羧基的碳(0-C = O)在總碳量中的含有率在3. I %左右以下即可。應(yīng)予說明，氮原子、氧原子和碳原子的含有率按照X射線光電子能譜分析(XPS X-ray PhotoelectronSpectroscopy)法求出。具體而言,在XPS的寬掃描能譜中，以氮的Is(Nls) 峰值的面積、氧的Is(Ols)峰值的面積和碳的Is(Cls)峰值的面積之總和設(shè)為100%，以此時的各峰值面積的比率作為各種元素的含有率(原子％)。與氧構(gòu)成單鍵的碳在總碳量中的含有率、以及構(gòu)成羧基的碳在總碳量中的含有率是這樣求出的，即通過曲線擬合將Cls 峰值分離為C-C、C = OX-O和O-C = O這些成分時的C-O成分和O-C = O成分的面積分別除以整個Cls峰值面積，以通過該除法計算求得的值分別作為與氧構(gòu)成單鍵的碳在總碳量中的含有率、以及構(gòu)成羧基的碳在總碳量中的含有率。
在本實施方式中的埋入物用材料中，因為用碳質(zhì)膜覆蓋基材的表面，所以不論基材的材質(zhì)如何，該埋入物用材料都會與骨組織之間具有優(yōu)良的親和性。因此，只要滿足強度等特性條件，則采用任何材質(zhì)都可以。例如，可以由鈦及鈦合金等金屬、樹脂或者陶瓷等形成基材。本實施方式中的埋入物用材料能夠應(yīng)用于人造牙根、人造牙、人工骨和人工關(guān)節(jié)等各種需要與骨組織之間具有親和性的埋入物。
本實施方式中的埋入物用材料與活體骨組織之間的親和性較高，能夠使埋入物用材料和活體骨組織牢固地結(jié)合起來。因此，通過在由例如鈦等形成的人造牙根的基材表面上涂敷形成本實施方式中的碳質(zhì)膜，再將該涂敷形成有碳質(zhì)膜的人造牙根埋入顎骨內(nèi)，則能夠使人造牙根和顎骨牢固地結(jié)合起來。因為基材表面被碳質(zhì)膜覆蓋，所以還能夠防止基材引起金屬過敏反應(yīng)。再加上，按照通常的牙種植方法則能夠?qū)⑼糠笮纬捎刑假|(zhì)膜的人造牙根埋入顎骨內(nèi)。在使用基材由鈦以外的材料形成的人造牙根以及人造牙根以外的其他埋入物的情況下，也能夠得到同樣的效果。
碳質(zhì)膜利用化學(xué)氣相沉積法(CVD法)形成即可。也可以利用濺射法、等離子體基離子注入法、離子電鍍法、電弧離子鍍法、離子束輔助蒸發(fā)法或激光燒蝕法等除了 CVD法以外的方法形成碳質(zhì)膜。
在碳質(zhì)膜的形成過程中或形成后存在于室(chamber)內(nèi)的氧或水分會成為氧原子被引入碳質(zhì)膜表面的原因。于是，在需要抑制未受控制的氧原子被引入的情況下，在形成碳質(zhì)膜時使用高純度原料氣體，再加上經(jīng)吸附脫水裝置等供給原料氣體即可。例如，當利用等離子體CVD法時，除去室內(nèi)的水分即可；當利用濺射法時，讓用以生成等離子體的氬氣的純度為99. 9999%以上即可。優(yōu)選在碳質(zhì)I旲的形成完了后，接著在真空中保持一定的時間， 來使懸空鍵穩(wěn)定化。例如，這樣安排即可，即在碳質(zhì)膜的形成結(jié)束后，在基板溫度成為常溫后接著將碳質(zhì)膜放置在真空中，使此時的放置時間為至少10分，優(yōu)選使該放置時間為60分以上。應(yīng)予說明，也可以采用包含規(guī)定量的氧或水分等的膜形成條件，將氧原子引入碳質(zhì)膜中；還可以利用懸空鍵將氧原子引入碳質(zhì)膜中。
為對碳質(zhì)膜的位于至少表面附近的氮原子和氧原子的含有率進行調(diào)節(jié)，進行等離子體照射即可。若要將氮原子引入碳質(zhì)膜中，則向碳質(zhì)膜照射堿性含氮化合物的等離子體即可。可以使用的堿性含氮化合物有例如氨，除此之外還有例如通式為NR1R2R3的有機胺類 (在此，R1^ R2和R3為氫、_CH3、-C2H5> -C3H7或-C4H8, R1^ R2和R3可以相互相同，也可以各不相同。)或者芐胺及其仲胺、叔胺等。其中，從成本和易操作性的角度來看，優(yōu)選氨。應(yīng)予說明，等離子體照射時的室內(nèi)的極限真空度在O. OlPa左右 500Pa左右即可。也可以使極限真空度為5X10_3Pa左右，以保證難以受到空氣中的氧的影響。
若要積極使含在碳質(zhì)膜中的氧原子增加，則照射氧等離子體或含氧氣體的等離子體等即可。也可以照射氨等和含氧氣體的混合氣體的等離子體；還可以使照射氨等的等離子體時的極限真空度較低。
當照射氨氣的等離子體時，能夠觀測到以下傾向，S卩等離子體的照射時間越長， 照射后的氮原子含有率就越高并且氧原子含有率就越低。還能夠觀測到以下傾向，即當產(chǎn)生等離子體時所施加的功率越高，照射后的氮原子含有率就越高并且氧原子含有率就越低。還能夠觀測到以下傾向，即所施加的功率越高，照射后的構(gòu)成羧基的碳的含有率就越高并且與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率就越低。
使用任何結(jié)構(gòu)的等離子體照射裝置都可以。利用任何放電方式都可以，利用例如平行板(parallel-plate)放電、余輝(afterglow)放電、電磁感應(yīng)式放電、有效磁場 (effective magnetic field)式放電等即可。等離子體照射條件并不受特別的限制。例如，作為用以產(chǎn)生等離子體的電源可以使用商用頻率(50Hz或60Hz)、高頻(射頻)或微波區(qū)域等各種電源頻率。再說，原料氣體的壓力控制方法和供給結(jié)構(gòu)也并不受特別的限制。但是，若采用蝕刻速率太高的等離子體照射條件，就有可能損傷碳質(zhì)膜。
碳質(zhì)膜的厚度并不受特別的限制，但優(yōu)選該厚度在O. 005 μ m 3 μ m的范圍內(nèi)，進一步優(yōu)選在O. Ο μπι Ιμπι的范圍內(nèi)。
碳質(zhì)膜能夠直接形成在基材表面上，但也可以在基材和碳質(zhì)薄膜之間還設(shè)置中間層，以讓基材和碳質(zhì)薄膜更為牢固地接合在一起?？梢砸暬牡姆N類由各種材質(zhì)形成中間層，可以用由硅(Si)和碳(C)、鈦(Ti)和碳(C)或者鉻(Cr)和碳(C)構(gòu)成的非晶膜等已知材質(zhì)形成中間層。該中間膜的厚度并不受特別的限制，但優(yōu)選該厚度在O. 005 μ m O. 3 μ m 的范圍內(nèi)，進一步優(yōu)選在O. Olym O. Iym的范圍內(nèi)。中間層通過利用例如濺射法、CVD 法、等離子體CVD法、熱噴涂法、離子電鍍法或電弧離子鍍法等來形成即可。
下面，用實施例對本實施方式中的埋入物用材料加以更為詳細的說明。
(實施例)
碳質(zhì)膜的形成
在由玻璃形成的基材表面上形成由DLC膜形成的碳質(zhì)膜。在對細胞進行評價時使用直徑15mm的基材。DLC膜利用化學(xué)氣相沉積(CVD)法形成。具體而言，以流量5sccm(cm3 / 分、I個大氣壓、0°C )將C2H2引入放置有基材的室內(nèi)，使壓力成為3Pa(35mTorr)，再向射頻 (RF)電極施加100W左右的射頻功率。
氧原子和氮原子的引入
為進一步將官能團引入碳質(zhì)膜中而進行等離子體照射。等離子體的照射使用平行板式等離子體照射裝置進行。將通過以上工序得到的基材放置在等離子體照射裝置的室內(nèi)，然后進行排氣，直到室內(nèi)壓力降到5X10_3Pa以下時為止。接著，以規(guī)定流量將氨引入室內(nèi)，向平行板電極之間施加5W 50W左右的射頻功率，由此產(chǎn)生等離子體。氣體流量的調(diào)節(jié)使用質(zhì)量流量控制器進行，使等離子體照射時的室內(nèi)壓力為20Pa。用經(jīng)匹配箱連接的射頻電源施加射頻電。通過改變射頻電的施加時間和電力量，來得到氮原子和氧原子的引入量各不相同的多種試樣。
對官能團存在比的評價
按照X射線光電子能譜分析(XPS)法進行測量，根據(jù)測量結(jié)果對碳質(zhì)膜中的官能團的存在比進行評價。使用鋁Ka射線作為X射線源，使加速電壓為14.0KV，使陽極電力為 25W,使能量分辨率(通能)為23. 5eV。使X射線的入射角度為45°，對從表面到大約7nm 深處的部分的狀態(tài)進行測量。
以在XPS的寬掃描測量中得到的、Nls峰值的面積與Cls峰值、Ols峰值及Nls峰值的面積之總和的比率(Nls / (Cls+01s+Nls))作為氮原子的含有率。雖然不清楚存在于碳質(zhì)膜表面上的氮原子處于什么樣的狀態(tài)，但是可以推測為上述氮原子已構(gòu)成氨基和酰胺基等含有氮的官能團(含氮官能團)。以在XPS測量中得到的、Ols峰值的面積與Cls峰值、Ols峰值及Nls峰值的面積之總和的比率(01s / (Cls+01s+Nls))作為氧原子的含有率。應(yīng)予說明，在XPS測量中，根據(jù)峰值面積的比率求出的含有率的單位為原子％。
可以推測為氧原子在碳質(zhì)膜的表面上構(gòu)成各種官能團。因此，通過曲線擬合將Cls 峰值分離為C-O鍵(與氧構(gòu)成單鍵的碳)成分、O-C = O鍵(構(gòu)成羧基的碳)成分、C = O 鍵(構(gòu)成羰基的碳)成分以及其他成分。以通過曲線擬合求出的C-O鍵成分的面積與Cls 峰值的總面積的比率作為與氧構(gòu)成單鍵的碳在總碳量中的含有率(C-0 / C)。以04 = 0 鍵成分的面積與Cls峰值的總面積的比率作為構(gòu)成羧基的碳在總碳量中的含有率(Ο-c = O / C)?？梢酝茰y為C-O鍵成分不僅含有羥基，也會含有醚鍵等。可以推測為O-C = O鍵成分不僅含有羧基，也會含有酯鍵等。
對細胞增殖率的評價
將已在表面上涂敷形成有碳質(zhì)膜且已滅菌的試樣布置在24孔培養(yǎng)板的各個孔內(nèi)，再接種5 X IO4個人成骨樣細胞系MG63細胞(以下稱其為MG63細胞。)，然后培養(yǎng)72小時。用10%胎牛血清添加D-MEM(Dulbecco’s Modified Eagle Medium)作為培養(yǎng)基。使培養(yǎng)溫度為37°C，在5%二氧化碳氣體環(huán)境下進行培養(yǎng)。培養(yǎng)后除去懸浮細胞，用利用吸光光度法測量的市售細胞數(shù)測量用成套品(同仁科學(xué)研究所=CellCounting Kit_8 (CCK-8試劑盒))求出對應(yīng)于細胞數(shù)的吸光度。以已在塑料培養(yǎng)孔上直接接種并培養(yǎng)的系統(tǒng)作為對照物，以試樣的吸光度與對照物的吸光度的比率作為細胞增殖率。
對細胞分化的評價
將已在表面上涂敷形成有碳質(zhì)膜且已滅菌的試樣布置在24孔培養(yǎng)板的各個孔內(nèi)，再接種5X IO4個MG63細胞，然后培養(yǎng)72小時。用已將谷氨酰胺添加1%的10%胎牛血清添加D-MEM作為培養(yǎng)基。使培養(yǎng)溫度為37°C，在5%二氧化碳氣體環(huán)境下進行培養(yǎng)。之后，向各個孔內(nèi)作為分化誘導(dǎo)劑添加地塞米松和抗壞血酸，再培養(yǎng)48小時。之后，除去培養(yǎng)基，用HBSS (Hanks丨balanced salt solution :漢克斯平衡鹽溶液)將各個孔清洗3次，用市售哺乳動物細胞用蛋白質(zhì)提取試劑(M-PER :Mammalian Protein Extraction Reagent) 使細胞溶解，來得到細胞溶解液。
對得到的細胞溶解液求出總蛋白量、堿性磷酸酶(ALP)活性及骨I丐素產(chǎn)生量。 在測量總蛋白量時使用利用二喹啉甲酸法測量的市售蛋白定量成套品(Thermo Fisher Scientific (賽默飛世爾科技)公司=Micro BCA Protein Assay Kit (微量BCA蛋白定量試劑盒))。在測量ALP活性時使用市售ALP活性測量用成套品(和光純藥工業(yè)株式會社 LabAssay ALP) 0在測量骨鈣素產(chǎn)生量時使用利用酶聯(lián)免疫吸附試驗法(ELISA)測量的市售骨鈣素測量用成套品。以已在未放置有在表面上涂敷形成有碳質(zhì)膜的試樣的孔內(nèi)直接接種并培養(yǎng)的系統(tǒng)作為對照物，對該對照物和碳質(zhì)膜試樣的系統(tǒng)進行比較。
評價結(jié)果
改變等離子體照射時的射頻功率和等離子體照射時間，由此獲得了在圖2中所示的Al A5五種試樣。觀測到了下述傾向，即向電極施加的射頻電越大或者照射時間越長，氮原子引入量就越大并且氧原子引入量越小。就含氧官能團而言，觀測到了下述傾向， 即射頻電越大，構(gòu)成羧基的碳的量就越高并且與氧構(gòu)成單鍵的碳的量就越小。
圖3顯示各種試樣的MG63細胞的增殖率。在任一試樣中，細胞增殖率都在90%以上，明顯得知本次獲得的試樣都具有與對照物基本相同的細胞增殖性。特別是試樣A2和試樣A3的細胞增殖率在100%以上，表現(xiàn)出比對照物優(yōu)良的細胞增殖性。
圖4顯示各種試樣的ALP活性。在圖4中，縱軸表示已用含在細胞溶解液中的總蛋白量歸一化的ALP活性。ALP是具有對磷酸酯進行水解的功能的酶。眾所周知，ALP的活性在成骨細胞分化而進行骨形成時上升。在任一試樣中都觀測到了較高的ALP活性。任一試樣都表現(xiàn)出了比對照物高的ALP活性，這顯示本次獲得的各種試樣促進骨形成的效果較聞。
圖5顯不各種試樣的骨I丐素產(chǎn)生量。在圖5中，縱軸表不已用含在細胞溶解液中的總蛋白量歸一化的骨鈣素產(chǎn)生量。據(jù)推測，骨鈣素參與骨的代謝更新。一般認為，在骨形成被促進的狀態(tài)下，骨鈣素產(chǎn)生量比較多。在本次獲得的任一試樣中都產(chǎn)生了骨鈣素。特別是試樣A2的骨鈣素產(chǎn)生量比對照物多。本次獲得的任一試樣都具有促進骨形成的效果， 其中試樣A2促進骨形成的效果特別明顯。
圖6顯示在圖上相對于構(gòu)成羧基的碳的含有率及與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率標示(plot)出了細胞增殖率的結(jié)果。如圖6所示，除了以點“·”(黑圓)和點“▲”(黑三角)示出的試樣Al以外，都觀測到了下述傾向，即構(gòu)成羧基的碳的含有率越低，細胞增殖率就越高；與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率越高，細胞增殖率就越高。圖7顯示同樣地標示出了 ALP活性的結(jié)果；圖8顯示同樣地標示出了骨鈣素產(chǎn)生量的結(jié)果。就ALP活性和骨鈣素產(chǎn)生量而言，也除了試樣Al以外都觀測到了下述傾向，即構(gòu)成羧基的碳的含有率越低，ALP活性和骨鈣素產(chǎn)生量就越高；與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率越高，ALP活性和骨鈣素產(chǎn)生量就越聞。
可以推測，若表面上的構(gòu)成羧基的碳和與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率上升，碳質(zhì)膜表面的親水性就會增高。然而，可以推測，若構(gòu)成羧基的碳的含有率上升，負電荷就會增多， 碳質(zhì)膜的表面電位會成為絕對值較大的負值。另一方面，可以推測，與構(gòu)成羧基的碳相比與氧構(gòu)成單鍵的碳對碳質(zhì)膜的表面電位產(chǎn)生的影響更小。眾所周知，材料表面的親水性和表面電位影響到細胞在材料表面上的增殖和分化。因此，可以認為，為了成骨細胞的增殖和分化優(yōu)選的是下述碳質(zhì)膜，即存在很多親水性官能團，并且使負電荷增大的羧基的含有率較低的碳質(zhì)膜。如圖2所示，試樣Al的氮原子含量較少。因此，可以推測為在碳質(zhì)膜表面上幾乎未形成氨基?？梢酝茰y，羧基所帶來的負電荷的效果由此比其他試樣還明顯，使得與成骨細胞的增殖和分化有關(guān)的值較低。
由以上結(jié)果可知，若要獲得適于成骨細胞的增殖和分化的碳質(zhì)膜，就讓該碳質(zhì)膜表面附近的與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率在5. 4%左右以上，使構(gòu)成羧基的碳的含有率在 3. 1%左右以下，并使氮原子的含有率在8. O原子％左右以上即可。雖然可以認為構(gòu)成羧基的碳的含有率越低越好，但是在將與氧構(gòu)成單鍵的碳引入碳質(zhì)膜表面時，一定量的構(gòu)成羧基的碳不得不被引入碳質(zhì)膜中，因而可以推測，構(gòu)成羧基的碳的含有率下限值在1.0% 2.0%左右。雖然可以認為與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率越高越好，但是若氧原子引入量太大，氮原子引入量就有可能減少，因而進一步優(yōu)選的是使與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率在 8. 5%左右以下?？梢酝茰y，氮原子的含有率即使很高也不會成為問題。但是，根據(jù)通過實驗得到的數(shù)據(jù)，得知能夠引入碳質(zhì)膜表面的氮原子量有上限，可以推測為該上限在15原子％ 20原子％左右。
圖9顯示在圖上相對于構(gòu)成羧基的碳的含有率(0-C = 0/C)和與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率(C-0 / C)之比率(o-c = 0/C-0)標示出了骨鈣素產(chǎn)生量和細胞增殖率的結(jié)果。 當與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率在5. 4%以上、構(gòu)成羧基的碳的含有率在3. I %以下且氮的含有率在8.0原子％以上時，觀測到了下述傾向，S卩0-C = 0/C-0越小，細胞增殖率和骨鈣素產(chǎn)生量就越高。應(yīng)予說明，對ALP活性也觀測到了同樣的傾向。通過使O-C = 0/C-0約在O. 6以下，則能夠使細胞增殖率在100%以上。而且，通過使O-C = 0/C-0約在O. 4以下， 則能夠使骨鈣素產(chǎn)生量比對照物高?？梢酝茰y為O-C = 0/C-0越小越好，但是在將與氧構(gòu)成單鍵的碳引入碳質(zhì)膜表面時，構(gòu)成羧基的碳也不得不被引入該碳質(zhì)膜表面，所以可以推測為o-c = 0/C-0的下限值為O. I左右。
圖10顯不在圖上相對于已用氮原子的含有率歸一化的構(gòu)成羧基的碳的含有率和與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率之比率((0-C = 0/C-0) / N)標示出了細胞增殖率和骨鈣素產(chǎn)生量的結(jié)果?？梢杂^測到下述傾向，即(0-C = 0/C-0) / N越小，細胞增殖率和骨鈣素產(chǎn)生量就越高。應(yīng)予說明，對ALP活性也觀測到了同樣的傾向。通過使(0-C = 0/C-0) / N 約在O. 05以下，則能夠使細胞增殖率在100%以上。而且，通過使(0-C = 0/C-0) / N約在O. 04以下，則能夠使骨鈣素產(chǎn)生量比對照物高?？梢酝茰y為(0-C = 0/C-0) / N越小越好，但是因為O-C = O / C-O的下限約為0.1，并且氮原子的含有率的上限在15原子％ 20原子％，所以可以推測為(0-C = 0/C-0) / N的下限值在O. 007 O. 005左右。
產(chǎn)業(yè)實用性
本發(fā)明所涉及的埋入物用材料，能夠?qū)崿F(xiàn)與活體骨組織產(chǎn)生良好的結(jié)合、并且長期具有穩(wěn)定性和優(yōu)良的耐久性的埋入物，特別是作為用于與骨組織之間需要具有親和性的人造牙根、人造牙和人工關(guān)節(jié)等的材料很有用。
權(quán)利要求
1.一種埋入物用材料，其包括基材和形成在所述基材的表面上的碳質(zhì)膜，其特征在于:所述碳質(zhì)膜在該碳質(zhì)膜的表面上具有碳原子、氧原子和氮原子，所述碳原子與所述氧原子鍵合而構(gòu)成與氧構(gòu)成單鍵的碳和構(gòu)成羧基的碳，在所述碳質(zhì)膜的表面上，所述氮原子的含有率在8. O原子％以上，所述與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率在5. 4%以上，所述構(gòu)成羧基的碳的含有率在3. I %以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的埋入物用材料，其特征在于所述構(gòu)成羧基的碳的含有率除以所述與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率所得到的值在0.6 以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的埋入物用材料，其特征在于所述構(gòu)成羧基的碳的含有率除以所述與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率所得到的值再除以所述氮原子的含有率所得到的值在O. 05以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3中任一項所述的埋入物用材料，其特征在于所述基材由金屬形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4中任一項所述的埋入物用材料，其特征在于所述基材由鈦或鈦合金形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5中任一項所述的埋入物用材料，其特征在于所述基材是人造牙根、人造牙、牙冠修復(fù)物、人工骨或人工關(guān)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種埋入物用材料。該埋入物用材料包括基材(10)和形成在基材(10)的表面上的碳質(zhì)膜(20)。碳質(zhì)膜(20)在該碳質(zhì)膜(20)的表面上具有碳原子、氧原子和氮原子，碳原子與氧原子鍵合而構(gòu)成與氧構(gòu)成單鍵的碳和構(gòu)成羧基的碳。在碳質(zhì)膜(20)的表面上，氮原子的含有率在8.0原子%以上，與氧構(gòu)成單鍵的碳的含有率在5.4%以上，構(gòu)成羧基的碳的含有率在3.1%以下。
文檔編號A61K6/027GK102985118SQ20118003193
公開日2013年3月20日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者望月明, 新田祐樹, 岡本圭司, 中谷達行 申請人:東洋先進機床有限公司