JP2562283B2 - Biomedical implant component and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、生体用インプラント部
品の製造方法、さらに詳しくは、例えば臨床医学の分野
において、人間の体内に埋め込まれる人工歯根、人工関
節等として用いるための酸化カルシウムおよび燐を含む
化合物を基材の表面に蒸着させた生体用インプラント部
品およびその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a biomedical implant component, and more specifically, for example, in the field of clinical medicine, calcium oxide and phosphorus for use as artificial tooth roots, artificial joints and the like to be implanted in the human body. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biomedical implant component in which a compound containing is vapor-deposited on the surface of a base material and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、基材の表面に、蒸着により薄膜を
形成する方法として、プラズマスプレイ法が公知であ
る。一方、近年、新材料開発が盛んに行われているなか
で、新たな生体材料の開発が特に注目されている。例え
ば臨床医学の分野において用いられる人工歯根、人工関
節等の生体用インプラント部品は、長期にわたって生体
内に置かれるため、耐久性および生体との親和性等の点
で極めて厳しい材料の制限を受ける。即ち、この材料
は、機械的強度、化学的安定性、耐食性、非毒性、生体
親和性等の多くの点で優れた特性を有することが要求さ
れる。しかしながら、これらの要求のすべてを満たす単
独材料はなく、複合材料の開発に頼らざるを得ない。人
工歯根、人工関節の場合においても、生体親和性、化学
的安定性等の特性は、殆どが表面の材料組成によって決
定されるため、表面加工、特に上記蒸着による薄膜形成
の必要性が生じる。2. Description of the Related Art Conventionally, a plasma spray method has been known as a method for forming a thin film on the surface of a substrate by vapor deposition. On the other hand, in recent years, with the active development of new materials, the development of new biomaterials has received particular attention. For example, biomedical implant parts such as artificial dental roots and artificial joints used in the field of clinical medicine are placed in the living body for a long period of time, and therefore are extremely severely limited in terms of durability and compatibility with the living body. That is, this material is required to have excellent properties in many points such as mechanical strength, chemical stability, corrosion resistance, nontoxicity, and biocompatibility. However, there is no single material that meets all of these requirements, and one must resort to the development of composite materials. In the case of artificial tooth roots and artificial joints, most of the properties such as biocompatibility and chemical stability are determined by the material composition of the surface, and therefore surface processing, especially the thin film formation by the vapor deposition described above, becomes necessary.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】生体用インプラント部
品の場合、基材の表面に厚さ数μｍ或はそれ以下のオー
ダの薄膜を形成することが要求される。また、生体親和
性という観点からみれば、基材の表面の薄膜の材料とし
ては、骨の主たる構成物質であるハイドロキシアパタイ
ト（3Ca3(PO4)2・Ca(OH)2）が望ましい。しかしながら、
ハイドロキシアパタイトの粉末を高熱プラズマ中で溶融
させて、基材に噴射させて蒸着させるプラズマスプレイ
法の場合、基材と蒸着された膜との温度差が大きく、膜
の密着性が悪いという問題および基材の過熱の問題等が
生じる。また、この方法では、μｍ以下の膜厚制御はで
きず、必要以上に大きい膜厚が生体親和性を害するとい
う問題も考えられる。さらに、この方法により蒸着され
た膜の組成はハイドロキシアパタイトの組成とは大きく
異なったものになってしまうという問題もある。本発明
は、斯る従来の問題点に鑑みてなされたもので、機械的
強度、化学的安定性、耐食性、非毒性、生体親和性、密
着性等の点で優れた特性を有するハイドロキシアパタイ
ト、或はこれに近い組成を有する物質を蒸着させた生体
用インプラント部品およびその製造方法を提供しようと
するものである。In the case of a biomedical implant component, it is required to form a thin film having a thickness of several μm or less on the surface of a base material. From the viewpoint of biocompatibility, as a material of the thin film on the surface of the base material, hydroxyapatite (3Ca 3 (PO 4 ) 2 .Ca (OH) 2 ) which is a main constituent of bone is preferable. However,
In the case of a plasma spray method in which a hydroxyapatite powder is melted in high-heat plasma and is sprayed onto a base material to be vapor-deposited, the temperature difference between the base material and the vapor-deposited film is large, and the adhesion of the film is poor. Problems such as overheating of the base material occur. Further, with this method, it is not possible to control the film thickness to be less than μm, and there is a problem that an unnecessarily large film thickness impairs biocompatibility. Further, there is a problem that the composition of the film deposited by this method is significantly different from the composition of hydroxyapatite. The present invention has been made in view of such conventional problems, mechanical strength, chemical stability, corrosion resistance, non-toxic, biocompatibility, hydroxyapatite having excellent properties in terms of adhesion, etc., Another object of the present invention is to provide a biomedical implant component in which a substance having a composition close to this is vapor-deposited and a method for producing the same.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、基材の表面に酸化カルシウムおよび、
燐を含む化合物を蒸着させて薄膜を形成するとともに、
上記基材と上記薄膜との界面部に原子混合層を形成し
た。In order to solve the above-mentioned problems, the first invention is to provide calcium oxide on the surface of a substrate,
While forming a thin film by vapor-depositing a compound containing phosphorus,
An atomic mixture layer was formed at the interface between the base material and the thin film.
【０００５】また、第２発明は、高真空中で、この照射
と同時に、或は交互に基材に向けてアシスト用イオンビ
ームを照射し、基材表面を覆う雰囲気中の酸素および−
ＯＨ基の量を制御しつつ上記ターゲット物質である酸化
カルシウムおよび燐を含む化合物を上記表面に蒸着させ
て薄膜を形成するようにした。According to the second aspect of the invention, in a high vacuum, at the same time as this irradiation, or alternately, an ion beam for assisting is directed toward the base material so that oxygen and-
While controlling the amount of OH groups, a compound containing calcium oxide and phosphorus, which is the target material, was deposited on the surface to form a thin film.
【０００６】さらに、第３発明は、スパッタリング用イ
オンビームの照射を受けてスパッタリングした上記化合
物を上記表面に蒸着させるようにした。Further, in the third invention, the compound sputtered by the irradiation of the ion beam for sputtering is vapor-deposited on the surface.
【０００７】さらに、第４発明は、蒸発させた上記化合
物を上記表面に蒸着させるようにした。Further, in the fourth invention, the vaporized compound is vapor-deposited on the surface.
【０００８】さらに、第５発明は、上記アシスト用イオ
ンビームのエネルギを１０ｅＶから４００００ｅＶの範
囲内とし、上記基材への到達比（アシスト用イオンの個
数÷上記表面に到達する化合物の分子（分子量Ｍ）の個
数）を０．００１×Ｍから１×Ｍの範囲内とした。Further, the fifth invention is such that the energy of the assisting ion beam is in the range of 10 eV to 40,000 eV, and the ratio of reaching the base material (number of assisting ions ÷ molecule of compound reaching the surface (molecular weight The number of M) was set within the range of 0.001 × M to 1 × M.
【０００９】[0009]
【作用】上記第１発明のように構成することにより、基
材と薄膜との密着性および薄膜の緻密性がよくなるとと
もに、インプラント部品の表面の組成が骨の組成と同一
かこれに近いものとなることによって生体適合性がよく
なる。また、第２〜第５発明のように構成することによ
り、表面の組成が骨の組成と同一かこれに近いインプラ
ント部品の製造ができるようになる。According to the first aspect of the invention, the adhesion between the base material and the thin film and the denseness of the thin film are improved, and the composition of the surface of the implant component is the same as or close to that of bone. This improves biocompatibility. Further, by configuring as in the second to fifth inventions, it becomes possible to manufacture an implant component whose surface composition is the same as or close to that of bone.
【００１０】[0010]
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。図１は、第１発明に係る生体用インプラント
部品を示し、基材１の表面を薄膜２で覆って形成されて
いる。この薄膜２は、上記表面に酸化カルシウムおよび
燐を含む化合物（Cax(POα)y(OH)z）を蒸着させて形成
されており、その厚さ数μｍ或はそれ以下オーダであ
る。なお、本実施例は、例えば人口歯根として用いられ
るものを示したが、このようにねじ形状の他、筒形状の
ものでもよく、その形状は何等限定されないことは言う
までもない。したがって、第１発明に係る生体用インプ
ラント部品が、人口関節として用いられる場合は、この
インプラント部品は元の関節の形状に形成される。ここ
で、基材１の材料としては、特に限定するものではない
が、チタン、ステンレス、各種合金、セラミックス、高
分子材料等が使用できる。また、上述したハイドロキシ
アパタイト（3Ca3(PO4)2・Ca(OH)2）は上記化合物の内の
一物質であり、薄膜２は、骨の組成と同一か、これに近
い組成を有するものとなっており、生体適合性の点で優
れている。さらに付言すれば、この薄膜２は、この生体
適合性を考慮し、インプラントの目的（例：人工歯根，
人工関節等）に応じて、最適な組成を有するものとなる
ように調整され、形成される。なお、以下、この化合物
をアパタイト系物質という。さらに、後述するように、
基材１と薄膜２との界面部には原子混合層が形成され、
基材１に対する薄膜２の密着性および薄膜２の緻密性は
良好なものとなっている。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a biomedical implant component according to the first aspect of the invention, which is formed by covering a surface of a base material 1 with a thin film 2. This thin film 2 is formed by vapor-depositing a compound containing calcium oxide and phosphorus (Ca x (PO α ) y (OH) z ) on the surface, and its thickness is on the order of several μm or less. It should be noted that although the present embodiment shows the one used as, for example, an artificial tooth root, it is needless to say that the shape is not limited to the screw shape and the cylindrical shape. Therefore, when the biomedical implant part according to the first invention is used as an artificial joint, this implant part is formed in the shape of the original joint. Here, the material of the base material 1 is not particularly limited, but titanium, stainless steel, various alloys, ceramics, polymer materials and the like can be used. Further, the above-mentioned hydroxyapatite (3Ca 3 (PO 4 ) 2 · Ca (OH) 2 ) is one of the above compounds, and the thin film 2 has a composition that is the same as or close to that of bone. And is excellent in biocompatibility. In addition, in consideration of this biocompatibility, this thin film 2 is used for the purpose of implant (eg, artificial tooth root,
Depending on the artificial joint, etc.), it is adjusted and formed to have an optimum composition. Hereinafter, this compound will be referred to as an apatite-based substance. Further, as described below,
An atomic mixture layer is formed at the interface between the substrate 1 and the thin film 2,
The adhesion of the thin film 2 to the base material 1 and the denseness of the thin film 2 are good.
【００１１】次に、第２，第３，第５発明に係る生体用
インプラント部品の製造方法が適用される装置の概略を
図２に示す。この装置は、イオンビームアシストスパッ
タ蒸着法を採用したもので、真空ポンプ１１により真空
引きされ、高真空状態に保たれたチャンバー１２を備え
ている。なお、真空ポンプ１１は必ずしも１台に限るも
のでなく、複数台であってもよい（例：低真空用，高真
空用）。このチャンバー１２内には、ターゲット支持台
１３が配置されており、その上にターゲット物質である
アパタイト系物質１４が置かれている。このアパタイト
系物質１４には、イオン源１５からスパッタリング用イ
オンビームが照射されるようになっている。本実施例で
は、イオン源１５には、開閉弁１６を介してアルゴンガ
ス供給源１７が接続してあり、アパタイト系物質１４に
アルゴンのイオンビームを照射してアパタイト系物質を
スパッタさせるようにしてある。Next, FIG. 2 shows an outline of an apparatus to which the method for producing a biomedical implant component according to the second, third and fifth inventions is applied. This apparatus employs an ion beam assisted sputter deposition method, and includes a chamber 12 that is evacuated by a vacuum pump 11 and kept in a high vacuum state. Note that the number of vacuum pumps 11 is not necessarily limited to one, and a plurality of vacuum pumps 11 may be used (eg, low vacuum, high vacuum). A target support 13 is placed in the chamber 12, and an apatite-based material 14, which is a target material, is placed thereon. The apatite-based material 14 is irradiated with an ion beam for sputtering from an ion source 15. In this embodiment, an argon gas supply source 17 is connected to the ion source 15 via an opening / closing valve 16 so that the apatite-based material 14 is irradiated with an argon ion beam to sputter the apatite-based material. is there.
【００１２】このスパッタリング用イオンビームのエネ
ルギは０．４〜６．０ｋｅＶの範囲内が好ましく、照射
角度は、アパタイト系物質１４の表面の法線に対する角
度が４５゜となるようにするのが好ましいが、本発明は
これらの数値に限定するものではない。また、このスパ
ッタリング用のガスは、不活性ガスであることが好まし
いが、これに限定するものではなく、スパッタさせ得る
程度の重量を有し、イオン化が容易で、スパッタさせら
れたアパタイト系物質中に不純物を混入させないもので
ある。一方、チャンバー１２の上部には、温度調節可能
で、かつ回転可能な基材支持部１８が設けられており、
この基材支持部１８に、例えばチタン、ステンレス、セ
ラミックス、或は高分子物質を、使用目的（例：人口歯
根、人口関節）に適した形状に形成された基材１９が支
持されている。基材支持部１８の側方には、蒸着率を監
視するためのモニター装置２０が配置されている。The energy of the ion beam for sputtering is preferably in the range of 0.4 to 6.0 keV, and the irradiation angle is preferably 45 ° with respect to the normal to the surface of the apatite-based substance 14. However, the present invention is not limited to these numerical values. Further, the gas for sputtering is preferably an inert gas, but is not limited to this, and it has a weight enough to be sputtered, is easily ionized, and is a sputtered apatite-based material. Impurities are not mixed in. On the other hand, a temperature-adjustable and rotatable base material support portion 18 is provided above the chamber 12.
The base material supporting portion 18 supports a base material 19 which is made of, for example, titanium, stainless steel, ceramics, or a polymeric material and has a shape suitable for the purpose of use (eg, artificial tooth root, artificial joint). A monitor device 20 for monitoring the vapor deposition rate is arranged on the side of the base material support portion 18.
【００１３】また、基材１９には、スパッタリング用イ
オンビームの照射と同時に、或はこの照射と交互にアシ
スト用イオンビームを照射するイオン源２１が設けられ
ている。本実施例では、このイオン源２１は開閉弁２２
を介して酸素ガス供給源２３が接続されており、基材１
９に向けて酸素のイオンビームを照射するようになって
いる。このイオンビームのエネルギは１０〜４００００
ｅＶの範囲内とするのが好ましい。また、基材１９への
到達比（イオン源２１から放出されるイオンの個数÷ス
パッタリングさせられるアパタイト系物質の分子（分子
量Ｍ）の個数）を０．００１×Ｍ〜１×Ｍの範囲内とす
るのが好ましい。このアシスト用ビームのイオン種とし
ては、酸素の様な活性イオン種が好ましいが、これに限
定するものでなく、後述するイオンビームミキシングを
促進するものであれば不活性イオン種も含まれる。さら
に、本実施例では、開閉弁２４を介して酸素ガス供給源
２５に接続され、基材１９に向けて酸素ガスを供給する
酸素ガス供給部２６が設けられている。好ましくは、蒸
着面でのチャージアップを阻止する手段を設けるのがよ
く、この手段自体は公知のものである。Further, the substrate 19 is provided with an ion source 21 for irradiating an ion beam for assisting with irradiation of the ion beam for sputtering or alternately with the irradiation of the ion beam for sputtering. In this embodiment, the ion source 21 is an opening / closing valve 22.
The oxygen gas supply source 23 is connected via the
It is adapted to irradiate 9 with an oxygen ion beam. The energy of this ion beam is 10-40,000
It is preferably within the range of eV. Further, the arrival ratio to the substrate 19 (the number of ions emitted from the ion source 21 / the number of molecules of the apatite-based substance (molecular weight M) to be sputtered) is within the range of 0.001 × M to 1 × M. Preferably. The ionic species of the assisting beam are preferably active ionic species such as oxygen, but are not limited to this and include inactive ionic species as long as they promote the ion beam mixing described later. Further, in the present embodiment, an oxygen gas supply unit 26 that is connected to the oxygen gas supply source 25 via the opening / closing valve 24 and supplies the oxygen gas toward the base material 19 is provided. It is preferable to provide a means for preventing charge-up on the vapor deposition surface, and this means is known per se.
【００１４】そして、斯る構成により、基材１９の表面
を覆う雰囲気中の酸素，−ＯＨ基の量が酸素ガス供給部
２６，イオン源２１により調節されつつ、上記表面にア
パタイト系物質が蒸着されていき、厚さ数μｍ或はそれ
以下の薄膜が形成される。この蒸着は、上記チャージア
ップを阻止することにより促進される。この薄膜形成に
際して、基材１９と薄膜との界面部で、アシスト用イオ
ンビームの照射による原子混合、即ちイオンビームミキ
シングが行われ、上記界面部に原子混合層が形成され
る。このイオンビームによる前処理が行われることによ
り、基材１９と薄膜との密着性が極めて良好となり、こ
れと同時に薄膜の緻密化が促進され、生体適合性に優れ
たインプラント部品が得られる。また、上記雰囲気中の
酸素，−ＯＨ基の量を調整しつつ、アシスト用のイオン
ビームの同時照射、或は交互照射が行われることによ
り、アパタイト系物質の化学量論的な組成比（上記ｘ：
ｙ：ｚ，α）の制御が行われ、生体に適合した組成のも
のが形成される。With this structure, the amount of oxygen and --OH groups in the atmosphere covering the surface of the base material 19 is adjusted by the oxygen gas supply unit 26 and the ion source 21, while the apatite-based material is deposited on the surface. Then, a thin film having a thickness of several μm or less is formed. This vapor deposition is promoted by preventing the above charge-up. At the time of forming this thin film, atomic mixing by irradiation of an assisting ion beam, that is, ion beam mixing is performed at the interface between the base material 19 and the thin film, and an atomic mixing layer is formed at the interface. By performing the pretreatment with the ion beam, the adhesion between the base material 19 and the thin film becomes extremely good, and at the same time, the densification of the thin film is promoted, and an implant component having excellent biocompatibility can be obtained. Further, by adjusting the amounts of oxygen and —OH groups in the atmosphere, simultaneous irradiation with the ion beam for assisting or alternate irradiation is performed, so that the stoichiometric composition ratio of the apatite-based material (above x:
y: z, α) is controlled to form a composition compatible with the living body.
【００１５】図３は、図２に示す装置において原子混合
層が形成される状態を単純化して示したもので、図２に
示す部分と共通する部分には同一番号を付してある。図
３においてＡの部分が基材１９を、Ｂが原子混合層から
なる界面部を、Ｃが薄膜が形成される部分を示してい
る。図４は、スパッタリング用イオンビームのエネルギ
を３０００ｅＶとし、アシスト用のイオンビーム電流Ｉ
（μＡ／ｃｍ2）を変えて基材への到達比を０から０．
００６５×Ｍまで種々変化させて形成した薄膜につい
て、スクラッチテスト法を採用して、薄膜を剥離させる
のに要する力Ｆ（ｇｆ）を実測した結果を示したもので
ある。なお、図４において○印は基材がＳｉの場合、●
印は基材がＴｉの場合を示している。いずれの場合も、
イオンビーム電流Ｉが５μＡ／ｃｍ2のときに、密着性
が最も良好となり、金属と異なった材料にも本発明が適
用できることを示している。また、均一性が極めて良好
な薄膜が形成された。FIG. 3 shows a simplified state in which the atomic mixture layer is formed in the apparatus shown in FIG. 2. The same parts as those shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. In FIG. 3, the portion A indicates the base material 19, B indicates the interface formed of the atomic mixture layer, and C indicates the portion where the thin film is formed. In FIG. 4, the energy of the sputtering ion beam is 3000 eV, and the ion beam current I for assisting is used.
(ΜA / cm 2 ) and the arrival ratio to the substrate was changed from 0 to 0.
The results obtained by actually measuring the force F (gf) required for peeling the thin film by using the scratch test method for the thin film formed by variously changing the thickness to 0065 × M are shown. In addition, in FIG. 4, a circle indicates the case where the base material is Si.
The mark shows the case where the base material is Ti. In either case,
When the ion beam current I is 5 μA / cm 2 , the adhesion is the best, showing that the present invention can be applied to a material different from metal. In addition, a thin film having extremely good uniformity was formed.
【００１６】さらに、上記雰囲気中の酸素，−ＯＨ基の
量を調整、スパッタリング用イオンビームの照射角度の
調整等、加工諸条件を変えて、到達比が０．００１×Ｍ
〜１×Ｍの範囲内で、イオンビームミキシングを行わせ
つつ、蒸着された膜の表面におけるアシスト用イオンビ
ームの作用に基づくスパッタリングによる膜厚減少を抑
制して膜厚を増大させることにより、数ｎｍから数μｍ
までの膜厚調節ができる。このようにして形成されたア
パタイト系物質の薄膜で覆われたインプラント部品は、
耐食性において極めて優れている。さらに、アシスト用
のイオンビームの電流およびエネルギ、酸素ガス供給部
２６からの酸素ガス量を変えることにより、薄膜中の超
微細空洞の密度，寸法を変えることができ、この密度，
寸法を適宜調整することにより、ポーラス状のものから
高緻密のものまで、適宜表面の粗さを調節でき、生体親
和性を向上させることができる。Further, various processing conditions such as adjusting the amounts of oxygen and --OH groups in the above atmosphere, adjusting the irradiation angle of the ion beam for sputtering, etc. are used to achieve an arrival ratio of 0.001 × M.
Within a range of up to 1 × M, while performing ion beam mixing, it is possible to suppress film thickness reduction due to sputtering due to the action of an assisting ion beam on the surface of the deposited film, and increase the film thickness. nm to several μm
The film thickness can be adjusted up to. The implant part covered with the thin film of the apatite-based material formed in this way is
Excellent in corrosion resistance. Furthermore, by changing the current and energy of the assisting ion beam and the amount of oxygen gas from the oxygen gas supply unit 26, the density and size of the ultrafine cavities in the thin film can be changed.
By adjusting the dimensions as appropriate, the surface roughness can be adjusted appropriately from porous to highly dense ones, and biocompatibility can be improved.
【００１７】図５は、第２，第４，第５発明に係る生体
用インプラント部品の製造方法が適用される装置を示
し、図２に示す装置と互いに共通する部分には、同一番
号を付して説明を省略する。この装置は、いわゆるイオ
ンビームアシスト蒸着法を適用したもので、ターゲット
物質支持台３１上に支持されたアパタイト系物質１４に
対して電子銃３２から電子ビームを照射させて、アパタ
イト系物質１４を蒸発させ、上記装置の場合と同様にし
て基材１９上にアパタイト系物質を蒸着させ、インプラ
ント部品を形成するようにしたものである。FIG. 5 shows an apparatus to which the method for manufacturing a biomedical implant part according to the second, fourth, and fifth inventions is applied, and the portions common to the apparatus shown in FIG. And the description is omitted. This apparatus uses the so-called ion beam assisted vapor deposition method. The apatite-based material 14 supported on the target material support 31 is irradiated with an electron beam from the electron gun 32 to evaporate the apatite-based material 14. Then, as in the case of the above-mentioned apparatus, an apatite-based material is vapor-deposited on the base material 19 to form an implant component.
【００１８】図２に示す装置において、スパッタリング
用イオンビームの電流，エネルギの調整をしていたのに
代えて、この図５に示す装置では電子銃３２からの電子
ビームの電流、エネルギを調整する以外は、上記同様に
酸素ガス供給部２６，イオン源２１により酸素，−ＯＨ
基の量を調節しつつ基材１９上への蒸着が行われる。そ
して、この装置により上記同様のインプラント部品が形
成される。なお、アパタイト系物質１４を蒸発させる手
段は、電子銃３２に限定されるものでなく、アパタイト
系物質１４を加熱して蒸発させ得るものならばよい。Instead of adjusting the current and energy of the sputtering ion beam in the apparatus shown in FIG. 2, the apparatus shown in FIG. 5 adjusts the current and energy of the electron beam from the electron gun 32. Other than the above, oxygen and -OH are generated by the oxygen gas supply unit 26 and the ion source 21 in the same manner as above.
Deposition is performed on the base material 19 while adjusting the amount of the base. Then, an implant component similar to the above is formed by this device. The means for evaporating the apatite-based material 14 is not limited to the electron gun 32, and any means capable of heating and evaporating the apatite-based material 14 may be used.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、第１発
明によれば、基材の表面に酸化カルシウムおよび燐を含
む化合物を蒸着させて薄膜を形成するとともに、上記基
材と上記薄膜との界面部に原子混合層を形成してある。
このため、この第１発明に係る生体用インプラント部品
は、機械的強度、化学的安定性、耐食性、非毒性、生体
親和性、薄膜の微小膜厚、密着性、緻密性等の多くの点
で優れた特性を備えさせという効果を奏する。As is apparent from the above description, according to the first aspect of the invention, a compound containing calcium oxide and phosphorus is vapor-deposited on the surface of a base material to form a thin film, and the base material and the thin film are combined. Atomic mixture layer is formed at the interface part of.
Therefore, the biomedical implant component according to the first aspect of the invention has many points in terms of mechanical strength, chemical stability, corrosion resistance, nontoxicity, biocompatibility, thin film thickness, adhesion, compactness, and the like. It has an effect of providing excellent characteristics.
【００２０】また、第２発明によれば、高真空中で、こ
の照射と同時に、或は交互に基材に向けてアシスト用イ
オンビームを照射し、基材表面を覆う雰囲気中の酸素お
よび−ＯＨ基の量を制御しつつ上記ターゲット物質であ
る酸化カルシウムおよび燐を含む化合物を上記表面に蒸
着させて薄膜を形成するようにしてある。According to the second aspect of the present invention, in the high vacuum, simultaneously with this irradiation, or alternately, the ion beam for assisting is irradiated toward the base material so that oxygen and- While controlling the amount of OH groups, a compound containing calcium oxide and phosphorus, which are the target substances, is vapor-deposited on the surface to form a thin film.
【００２１】さらに、第３発明によれば、スパッタリン
グ用イオンビームの照射を受けてスパッタリングした上
記化合物を上記表面に蒸着させるようにしてある。Further, according to the third invention, the compound sputtered by the irradiation of the ion beam for sputtering is vapor-deposited on the surface.
【００２２】さらに、第４発明によれば、蒸発させた上
記化合物を上記表面に蒸着させるようにしてある。Further, according to the fourth invention, the vaporized compound is vapor-deposited on the surface.
【００２３】さらに、第５発明によれば、上記アシスト
用イオンビームのエネルギを１０ｅＶから４００００ｅ
Ｖの範囲内とし、上記基材への到達比（アシスト用イオ
ンの個数÷上記表面に到達する化合物の分子（分子量
Ｍ）の個数）を０．００１×Ｍから１×Ｍの範囲内とし
てある。Further, according to the fifth invention, the energy of the assisting ion beam is changed from 10 eV to 40000 eV.
Within the range of V, the ratio of reaching the base material (the number of assisting ions / the number of molecules of the compound (molecular weight M) reaching the surface) is in the range of 0.001 × M to 1 × M. .
【００２４】このため、数ｎｍから数μｍまでの薄膜の
膜厚を調節して、密着性、緻密性が良好な薄膜形成が可
能となり、機械的強度、化学的安定性、耐食性、非毒
性、生体親和性等の多くの点で優れた特性を備えた生体
用インプラント部品の製造が可能になるという効果を奏
する。Therefore, by adjusting the film thickness of the thin film from several nm to several μm, it is possible to form a thin film with good adhesion and compactness, and to obtain mechanical strength, chemical stability, corrosion resistance, nontoxicity, There is an effect that it is possible to manufacture a biomedical implant component having excellent characteristics in many respects such as biocompatibility.
【図１】 第１発明に係る生体用インプラント部品の一
例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a biomedical implant component according to the first invention.
【図２】 第２、第３、第５発明に係る製造方法が適用
され、第１発明に係る生体用インプラント部品を製造す
るイオンビームアシストスパッタリング蒸着法を採用し
た装置の概略を示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing an apparatus to which the manufacturing methods according to the second, third, and fifth inventions are applied and which employs the ion beam assisted sputtering deposition method for manufacturing the biomedical implant component according to the first invention. .
【図３】 図２に示す装置において原子混合層が形成さ
れる状態を単純化して示した図である。FIG. 3 is a simplified view of a state in which an atomic mixing layer is formed in the device shown in FIG.
【図４】 アシスト用イオンビーム電流と薄膜を剥離さ
せるのに要する力との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an assisting ion beam current and a force required for peeling a thin film.
【図５】 第２、第４、第５発明に係る製造方法が適用
され、第１発明に係るイオンビームアシスト蒸着法を採
用した生体用インプラント部品を製造する装置の概略を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an outline of an apparatus for manufacturing a biomedical implant component to which the manufacturing methods according to the second, fourth, and fifth inventions are applied and which adopts the ion beam assisted vapor deposition method according to the first invention.
１ 基材 ２ 薄膜 １１ 真空ポンプ １２ チャンバー １４ アパタイト系物質 １５ イオン源 １７ アルゴンガス供給源 １９ 基材 ２１ イオン源 ２３，２５ 酸素
ガス供給源 ２６ 酸素ガス供給部 ３２ 電子銃DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2 Thin film 11 Vacuum pump 12 Chamber 14 Apatite type substance 15 Ion source 17 Argon gas supply source 19 Base material 21 Ion source 23,25 Oxygen gas supply source 26 Oxygen gas supply section 32 Electron gun
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 14/46 Ｃ２３Ｃ 14/46 Ｂ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication C23C 14/46 C23C 14/46 B
Claims (5)
含む化合物を蒸着させて薄膜を形成するとともに、上記
基材と上記薄膜との界面部に原子混合層を形成したこと
を特徴とする生体用インプラント部品。1. A living body characterized in that a compound containing calcium oxide and phosphorus is vapor-deposited on the surface of a base material to form a thin film, and an atomic mixture layer is formed at the interface between the base material and the thin film. Implant parts.
互に基材に向けてアシスト用イオンビームを照射し、基
材表面を覆う雰囲気中の酸素および−ＯＨ基の量を制御
しつつ上記ターゲット物質である酸化カルシウムおよび
燐を含む化合物を上記表面に蒸着させて薄膜を形成する
ことを特徴とする生体用インプラント部品の製造方法。2. In a high vacuum, simultaneously with this irradiation, or alternately, an assisting ion beam is directed toward the substrate to control the amounts of oxygen and --OH groups in the atmosphere covering the substrate surface. At the same time, a method for producing a biomedical implant component is characterized in that a thin film is formed by vapor-depositing a compound containing calcium oxide and phosphorus, which are the target substances, on the surface.
受けてスパッタリングした上記化合物を上記表面に蒸着
させることを特徴とする請求項２項に記載の生体用イン
プラント部品の製造方法。3. The method for producing a biomedical implant component according to claim 2, wherein the compound sputtered by being irradiated with a sputtering ion beam is vapor-deposited on the surface.
させることを特徴とする請求項２項に記載の生体用イン
プラント部品の製造方法。4. The method for producing a biomedical implant component according to claim 2, wherein the vaporized compound is vapor-deposited on the surface.
を１０ｅＶから４００００ｅＶの範囲内とし、上記基材
への到達比（アシスト用イオンの個数÷上記表面に到達
する化合物の分子（分子量Ｍ）の個数）を０．００１×
Ｍから１×Ｍの範囲内としたことを特徴とする請求項３
または４に記載の生体用インプラント部品の製造方法。5. The energy of the assisting ion beam is set within the range of 10 eV to 40000 eV, and the ratio of reaching the substrate (the number of assisting ions / the number of molecules of the compound (molecular weight M) reaching the surface) is set. 0.001 x
4. The range from M to 1 × M is set.
Alternatively, the method for manufacturing the biomedical implant component according to the item 4.
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