JP6154884B2 - ボディインプラントのためのストロンチウムを含むコーティング - Google Patents

Description

本発明は、例えばインプラントのようなボディのコーティング方法に関する。また、本発明はインプラントのためのコーティングや、インプラントへの組織反応を最適化する成分で機能化された歯科インプラント又は骨インプラントのようなインプラントに関する。本発明はさらに、基層への組織反応を最適化する成分を含む基層や、そのような基層を生産する方法に関する。

歯科用のインプラントだけでも、年間７００万以上のインプラントの挿入が行われており、そのほとんどは良い結果であるのに対し、３．５％以上は失敗し、患者に痛みと不快感をもたらしている。さらに、大多数の患者は長い治療期間を経験しており、歯冠へのインプラントの挿入からそれが結合し、処理が完了するまでに最大９か月を要する。患者は治療期間中、咀嚼力の低下やあごの機能障害、見た目の妥協を強いられるが、これらの多くは目に見える欠損や一時的な処置によるものである。

チタンは、例えば高い腐食抵抗力に由来して固有の体適合性を有することから、歯科や整形分野において一般的にインプラント材料として用いられる。機械的に改良されたチタンインプラントを得るために、合金素材が一般的に添加される。実用的な生物学への適用において、ＴｉＡｌ６Ｖ４の合金が処理の容易さから選択される素材である。しかし、ＴｉＡｌ６Ｖ４を生物環境に導入した場合の１つの欠点は、人間の骨組織に危害を引き起こしやすい性質を持つアルミニウムやバナジウムを放出する可能性があるということであり、それによってインプラントの骨統合を低下させることとなる。

例えば、純チタンから構成される保護層でインプラント合金を覆うことによって、有害物質が体組織に浸出するのを防ぐ方法がある。しかし、保護層の存在は、インプラントの生産に関するコストや時間ばかりでなく、インプラントの複雑性をも増大させる。

それゆえ、歯科インプラントや骨インプラントのようなボディインプラントのための改良されたコーティングが有効となり、特に、ボディインプラントのためのより効率的であったり信頼できたりするコーティングがさらに有効となる。

本発明の目的は、治癒能力、重圧と不快感の抑制能力、失敗率の低下能力といった能力を有しつつ、改良されてより無痛であるインプラント処理をユーザーに提供可能であるボディインプラントのためのコーティングを提供することである。

また、本発明の目的は、より高い硬度を有するボディインプラントのためのコーティングを提供することである。

また、本発明の目的は、先行技術の代替案となるコーティングを提供することである。

特に、本発明の目的は、金属酸化物コーティングのような金属系コーティングを用いた先行技術の上記問題を解決するボディインプラントのための機能的なコーティングを提供することでもある。

また、本発明の目的は、このコーティングを生成する方法を提供することである。

さらに、本発明の目的は、基層への組織反応を最適化する材料から構成されている基層を提供することである。

また、本発明の目的は、その基層の生産方法を提供することである。

このように、上述した目的やその他の目的は、本発明の第１の特徴として、例えば、インプラント周辺における治癒促進に関する酸化ストロンチウムから構成される層を含むインプラントのためのコーティングを提供することを意図している。

いくつかの実施形態において、酸化ストロンチウムや酸化チタニウムを含む層があり、これによりインプラント周辺における治癒が促進される。

本発明は、例えばインプラント周辺の組織治癒を促進することによりインプラントへの組織反応を最適化してコーティングを堆積させる方法や、そのようなコーティングの提供を意図している。

インプラントが骨インプラントである場合、本発明のコーティングは骨の成長を開始させたり、又は刺激したりする特性を有している。このように、酸化ストロンチウムと酸化チタンから構成される層はインプラント周辺の骨の再生を刺激する。

インプラントが歯科インプラントである場合、本発明のコーティングは組織の成長を開始させたり、又は刺激したりする特性を有している。このように、酸化ストロンチウムと酸化チタンから構成される層はインプラント周辺の組織の再生を刺激する。

インプラントの特性は、ストロンチウムの徐放性によるものである。ストロンチウムの放出はＳｒ２＋イオンの形態で発生する。高濃度で放出される際、ストロンチウムは有毒である場合がある。しかし、例えば、骨を形成する細胞の活性化や、骨の再生を刺激することでインプラントの固定化を改善するといった治癒特性を有している。

本発明のコーティングは、有毒物質を放出させないことに適した構造を有しており、言い換えれば、有毒な濃度のストロンチウムを放出しない。例えば、インプラント周辺でのＳｒ２＋イオンの形態ではストロンチウムを放出しない。周辺とは、例えば、インプラントから０〜２０ｍｍの範囲内といった非常に近い場所である。

一般的にストロンチウムイオンの放出と言えば、本願においてもストロンチウムを含むイオンや合成物として解釈されうる。このように、ストロンチウムイオンの放出は、ストロンチウムを含む合成物やイオンの放出と解釈されることがある。

生産方法によっては、例えばイオンの注入又は物理蒸着により金属原子としてストロンチウムの堆積が行われる際に、コーティングよりも基層の方が適していることがある。

上述した目的やその他の目的は、本発明の第２の特徴として、基層を提供することを意図しており、その基層は酸化ストロンチウムや酸化チタンを含む層から構成されるコーティングの特徴と特性を有しており、それゆえインプラント周辺での治癒が促進されることとなる。

本発明の第３の特徴として、本発明の第１の特徴によるコーティングで覆われたボディから構成されるインプラントが提供される。

本発明の第４の特徴として、本発明の第２の特徴による基層から構成されたボディから構成されるインプラントが適用される。

本発明の第５の特徴として、スパッタリング法によりボディをコーティングする方法を提供し、その方法として、ボディの少なくとも一部において酸化ストロンチウムや酸化チタンを含む層をチタン系ターゲットやストロンチウム系ターゲットから共析出する方法がある。

本発明の第６の特徴として、スパッタリング法によりボディをコーティングする方法を提供し、その方法として、ボディの少なくとも一部の表面上において酸化ストロンチウムや酸化チタンを含む層をチタン系ターゲットやチタンとＳｒＴｉＯ３との混合系ターゲットから共析出する方法がある。

本発明のその他の特徴として、本発明の第２の特徴による基層の生成方法を提供する。

一般的に、本発明の第１の特徴に関連する「コーティング」といった記載は、発明の第２の特徴による「基層」といった記載に関連することを意図している。このように、全ての記載を通して「前記コーティング」に言及することは、「前記基層」と解釈することもできる。

ここで、ボディとは歯科インプラントや骨インプラントといったインプラントを表している。

たとえ本発明の特性がコーティングされるインプラントに関して説明されるとしても、これらは試験管内の応用も可能である。例えば、試験管内においてボディ、例えば本発明の第１の特徴によるコーティング又は本発明の第２の特徴による基層から構成されるコーティングで覆われた骨格は、ストロンチウムイオンを局所的に放出することがあり、それゆえ、例えば試験管内に含まれる骨組織といった骨の再生を活発化させる。このように、本発明は例えば骨組織の生成等の試験管内の応用にも関連性がある。

いくつかの具体例では、本発明のコーティングは、ストロンチウムイオン又はストロンチウムを含むイオン又はストロンチウム原子又はストロンチウムを含む合成物を放出するのに適した構造を有している。

さらに他の具体例では、本発明のコーティングは、インプラント後の最初の治癒期間においてストロンチウムイオン又はストロンチウム原子の要素からなるイオン又はストロンチウム原子又はストロンチウムを含む合成物を徐放するのに適した構造を有している。この最初の治癒期間は最大３か月にも及ぶことがある。

いくつかの具体例では、本発明のコーティングは、最大９μｇ／ｃｍ２の濃度でストロンチウムイオン又はストロンチウム原子の要素からなるイオンを蓄積して放出するのに適した構造を有している。

いくつかの他の具体例では、本発明のコーティングは、最大１２μｇ／ｃｍ２の濃度でストロンチウムイオン又はストロンチウム原子の要素からなるイオンを蓄積して放出するのに適した構造を有している。

いくつかの他の具体例では、本発明のコーティングは、最大２０μｇ／ｃｍ２の濃度でストロンチウムイオン又はストロンチウム原子の要素からなるイオンを蓄積して放出するのに適した構造を有している。

いくつかの他の具体例では、本発明のコーティングは、２０μｇ／ｃｍ２以上の濃度でストロンチウムイオン又はストロンチウム原子の要素からなるイオンを蓄積して放出するのに適した構造を有している。

いくつかの他の具体例では、本発明のコーティングは、ストロンチウムイオンを長期にわたって放出するのに適した構造を有している。

本発明の主要な概念は、ストロンチウムを非常に長い期間にわたり放出する歯科インプラントのようなインプラントのためのコーティングを提供することである。これは、結合するストロンチウムの含有量（％）、コーティングの厚さ、及び、コーティングの多孔性により実現され、そして、ストロンチウムに望まれる放出特性、すなわち、非常に長い期間にわたる放出が実現される。

ゆっくりとした速度での放出を行うことで、そのコーティングによりインプラント周辺、例えば、２０ｍｍの範囲内で有毒でない放出が行われる。

ここで、有毒でない放出とは、インプラント周辺の細胞への実質的な損傷を与えない放出を表しており、すなわち、有毒レベルよりも低い、もしくは、低い有毒レベルに適応している濃度での放出を表している。

また、有毒でない放出とは、インプラント周辺の組織に有毒でない濃度のストロンチウムイオンを吸収させる放出を表している。

ゆっくりとした速度でのストロンチウムイオン又はストロンチウムを含むイオンの放出は、骨の恒常性機能に影響しており、例えば骨の成長を開始したり、刺激する特性を有したり、骨吸収を減らしたりする。

例えば、ストロンチウムが４０ｍｇ／ｋｇ程度の有毒濃度である場合、マウスにストロンチウムアセテートの静脈注射をすると同時に死亡することがある。

一般的に、Ｓｒ２＋の放出は骨形成細胞の活性化を増大させ、刺激された骨再生によるインプラントの固定を改善し、破骨細胞の吸収活性を抑制する。

いくつかの具体例において、例えば、ＴｉＯ２、ＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３のようなＴｉｘＯｙといった異なる化学量論を有する酸化チタンから層が構成されている。

いくつかの具体例において、層は異なる化学量論を有する酸化ストロンチウムから構成されている。

いくつかの具体例において、さらに層は炭酸ストロンチウムから構成される。

通常、コーティングを生産する方法は、炭素を含まずストロンチウム、チタン及び酸素のみにより構成されるコーティングを提供する。しかし、空気との接触を通して、例えば、ＣＯ２、Ｏ２、又はＮ２といった他の気体がコーティングの外面で吸収され、表面の領域に結合しただけの外層を形成することもある。

炭素、酸素、及び、窒素は空気への露出の前に、構造内にも存在しうる。また他の元素もコーティングの生成方法において、例えばチタンや炭酸ストロンチウムから構成されるスパッタリングターゲットを用いたコーティングで、使われることがある。

さらにいくつかの実施例において、層は硝酸ストロンチウム又はストロンチウムリン酸塩といったストロンチウム塩から構成されている。

さらにいくつかの実施例において、層はさらに金属系合成物から構成されている。例えば、金属及び合金の両方またはいずれか一方、又は塩類といった形態のチタンから層が構成され、この形態のチタンには例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、又は、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）といった陶製材料がある。

いくつかの具体例において、覆われているインプラントの表面と、酸化ストロンチウム及び酸化チタンから構成されている層との間に、インターフェース層をさらに含むコーティングがある。

そのインターフェース層は、最表面のコーティングに適した優れた粘着力特性を有している。一般的に、インターフェース層の機能は、優れた機械的強度のコーティングを確保することである。

いくつかの具体例において、インターフェース層は少なくとも構造化された表面から構成される。この構造化された表面は、マクロ、マイクロ、又は、ナノ構造であり、コーティングの多孔性を発展させるテンプレートの働きをすることがある。

いくつかの具体例において、インターフェース層はチタンベースの層である。
例えば、インターフェース層はチタン酸化物層である。

いくつかの他の実施例において、インターフェース層は窒化チタン又は純チタンである。

優れた機械的強度を最表面のコーティング層に提供している他の既知のインターフェース層もまた使用される。

いくつかの他の実施例において、コーティングはさらに層の最表面が酸化ストロンチウムや酸化チタンにより形成された拡散浸透層を含む。

拡散浸透層の機能の１つは、ストロンチウムイオンの放出をコントロールするもしくは遅らせることである。拡散浸透層は、インプラント周辺に炎症を引き起こし得るストロンチウムの初期段階での充満を防ぎ、有害でないストロンチウムの放出を確実なものとする。ストロンチウムのこうした初期放出の可能性を回避するために、インプラントの洗浄処理が有効であると想定される。従って拡散浸透層がなくても洗浄により初期放出の可能性を回避しうる。しかしながら、洗浄と拡散浸透層とは両立し得る。

拡散浸透層の更なる機能は、他のイオンまたは合成物、例えば前述の層やコーティングの他の層に含まれる薬を拡散させることである。

拡散浸透層のもう一つの機能は、インプラントが埋め込まれてからＳｒ２＋の放出を開始する前の例えば数時間あるいは数日といった所定の期間にわたり、表面を保護することである。
例えば、拡散浸透層は生分解性ポリマーといったポリマー層である。

さらにいくつかの実施例として、コーティングは、拡散浸透層をカバーしている表層を更に含む。

いくつかの実施例として、チタン系合成物は、非晶相及び結晶相の両方またはいずれか一方の状態にある。
例えば、チタン系合成物は、非晶相に埋められるチタン結晶粒から構成されている。

さらにいくつかの実施例として、結晶相のチタン系合成物は１００ｎｍ以下の粒度である。

いくつかの具体例として、チタンの粒度は５０ｎｍ以下である。さらにいくつかの具体例として、チタンの粒度は１０〜５０ｎｍの間である。いくつかの具体例として、チタンの粒度はより好ましくは２０ｎｍ以下である。さらにいくつかの実施例として、チタンの粒度は、より好ましくは１０ｎｍ以下である。

粒度は粒子の横断面を表している。
一般的に、純ストロンチウムターゲットや純チタンターゲットからの共析出は、コーティング内のチタンナノ結晶の粒度を小さくする効果を有する。

コーティング内のストロンチウム含有量の増加は、チタンの非晶相の量を増加させる。ストロンチウム含有量を１２％以上に増加させることにより、コーティングはＸ線的に非晶質となる。

ストロンチウム含有量とコーティングの硬度には相関関係があることが分かっている。

このように、本発明のコーティングは、堅固で耐摩耗性を有する構造と或る制御下でストロンチウムイオンを放出する能力とを両立させるという長所を有している。或る制御下とは、所望の比率とすることであり、これによりコーティングされたインプラントの周囲を治癒しオッセオインテグレーション（骨統合）を確立させることができる。

いくつかの実施例として、コーティングのストロンチウム含有量は０．１〜５０％の間である。

いくつかの実施例として、コーティングのストロンチウム含有量は１〜４０％の間である。
好ましくは、コーティングのストロンチウムの含有量は５％以上である。
より好ましくは、コーティングのストロンチウムの含有量は０．５〜１５％の間である。

ここで、ａｔ．％という表記も含め％で言及される元素含有量は、コーティングを構成する他の元素との関係における元素の割合で表される。

したがって、コーティング内のストロンチウムの存在は、元素としてのストロンチウムの％という観点で示される。しかし、ストロンチウムは酸化物の形でだけではなく遊離したイオン、すなわち、Ｓｒ２＋のような他の形、もしくは、酸素以外のものと結合して、又は、ストロンチウムのナノクラスターとしても、コーティング内に存在する。

いくつかの実施例として、コーティングは５０〜５０００ｎｍの厚さを有している。

いくつかの実施例として、コーティングは１００〜３０００ｎｍの厚さを有している。
好ましくは、コーティングは少なくとも１０００ｎｍの厚さを有している。
より好ましくは、１００〜３０００ｎｍである。

いくつかの実施例として、コーティングの非晶相は５０〜９０％である。

いくつかの実施例として、酸化ストロンチウムや酸化チタンから構成される層の非晶相は５０〜９０％である。

さらにいくつかの実施例として、酸化ストロンチウムや酸化チタンから構成される層の結晶相は１〜５０％である。

一般的に、コーティングは非晶質基質に埋め込まれたナノ結晶の構造を有している。
コーティングは１〜２０ＧＰａの硬度を有している。

いくつかの実施例として、コーティングは３〜８ＧＰａの硬度を有している。
より好ましくは、コーティングは５〜７ＧＰａの硬度を有している。

コーティングの硬度はコーティングの電子密度と関連している。
硬度を異ならせると、コーティングの微細構造の機能に現れる。

硬度やストロンチウムの放出割合の最適化は、コンピュータシミュレーション及び実験の両方又はいずれか一方により実行することができる。

例えば、所望の硬度を得るために最適なストロンチウム含有量、すなわち所望の放出をなすストロンチウム含有量に調整される。あるいは、所望の放出を得るために最適なストロンチウム含有量、すなわち、所望の硬度をなすストロンチウム含有量に調整される。

コーティングはある程度の多孔性を有しており、例えば、コーティングはメソ多孔性、マイクロ多孔性、又は、ナノ多孔性である。このように、コーティングは直径が０．１〜１００ｎｍ、好ましくは０．１〜５０ｎｍの複数の孔を有している。

このように、１つの特徴として、本発明はインプラントのための以下の構成を含むコーティングを提供している。すなわち、酸化ストロンチウムや酸化チタンから構成される層を有しており、そこでのコーティングのストロンチウム含有量は５〜２５％であり、例えば、５〜２０％であり、５〜１５％でもあり、また、コーティングの厚さは２００〜３０００ｎｍであり、例えば、４００〜２６００ｎｍであり、６００〜２４００ｎｍであり、そして、コーティングは多孔性であり、全孔の少なくとも５０％は０．１〜５０ｎｍの直径を有する孔であり、例えば、２〜４０ｎｍであり、３〜３５ｎｍであり、もしくは、例えば、０．１〜３５ｎｍであり、それらによって、インプラント周辺のオッセオインテグレーションの促進や回復が行われる。

コーティングの多孔性、すなわち、効果的な表面領域は、ストロンチウムの放出に強い影響を及ぼし、その結果、オッセオインテグレーションにおける効果に関連するコーティングの特性にも強く影響する。

いくつかの実施例として、コーティングのストロンチウム含有量は８〜１５％であり、コーティングの厚さは１５００〜３０００ｎｍである。

いくつかの他の実施例として、前記コーティングのストロンチウム含有量は８〜９％であり、コーティングの厚さは１４００〜１６００ｎｍである。

さらにいくつかの実施例として、前記孔の少なくとも７０％は０．１〜５０ｎｍの直径を有し、例えば、２〜４０ｎｍであり、３〜３５ｎｍである。

上記のように、コーティングのストロンチウム含有量は０．１〜５０％であり、例えば、最大３０％であり、コーティングの厚さは５０〜５０００ｎｍである。

しかし、ストロンチウムの最も長期間の放出を目指すインプラントのためのコーティングを生産する上では、特別な多孔性を有する間隔は所定の範囲であることが好ましい。これは、ストロンチウムの含有量（％）、コーティングの厚さ、及び、コーティングの多孔性を結びつけることで達成され、その結果、コーティングは機械的な特性を持続させることを可能とし、同時にストロンチウムの望ましい放出、すなわち最も長期間の放出を実現することができる。

多孔性の所望の度合いは、堆積法パラメータを最適化することによって実現される。好ましくは、堆積法は物理蒸着法（ＰＶＤ）である。この場合、例えば、９００〜１３００ｍＰａの高圧下で堆積させることによって、孔の少なくとも５０％が０．１〜５０ｎｍの直径を有するような高い度合いの多孔性が実現される。

ストロンチウムの放出が調整可能であることがわかっており、例えば、コーティングの堆積における変化、あるいは、堆積圧を上げることによって増加する。例えば、体内テストのために使われるインプラントは、４５０〜３０００ｍＰａの圧力範囲で、例えば、９００〜１３００ｍＰａの範囲で、又は１１００ｍＰａでコーティングされる。これらのコーティングの多孔性は、４５０ｍＰａ又はそれ以下で堆積された他のインプラント上のコーティングのものよりも高かった。

このように、最初のテストすなわち４５０ｍＰａの場合と比較すると、堆積圧を上げて製造したコーティングの表面から放出されるストロンチウムは、コーティングの高い度合いの多孔性と関係することがわかる。それゆえに、堆積圧を上げることによって、より高い多孔性と、これに伴いより望ましいストロンチウムの放出が成し遂げられる。

しかし、この方法は、堆積圧における変化がコーティングの機械的安定性を危うくする恐れがあり、容易ではない。

コーティングの下に構造化された表面を提供することで、望ましい多孔性が成される。

構造化された表面はマクロ、ミクロ、又は、ナノ構造であり、多孔性のコーティングを形成するテンプレートの機能を有する。

望ましい機械的安定性と多孔性を有するコーティングを追究し、発明者は、ストロンチウムの望ましい放出、すなわち、最も長期間にわたる放出を実現できるように、ストロンチウムの含有量（％）、コーティングの厚さ、及び、コーティングの多孔性を結合させる発明を完成させた。

本発明のさらなる特徴として、本発明の他の特徴に沿ったコーティング方法によって本発明の第１の特徴によるコーティングで覆われたボディを有するインプラントが提供される。

もう一つの特徴として、本発明は以下の構成を有するインプラントを提供する。すなわち、酸化ストロンチウムや酸化チタンから構成された層で覆われたボディを有するインプラントが提供され、その覆われたボディのコーティングのストロンチウムの含有量は５〜１５％であり、そのコーティングの厚さは２００〜３０００ｎｍであり、そのコーティングの複数の孔を有し、少なくともその孔の５０％は直径が０．１〜５０ｎｍである。

本発明の第３及びさらなる特徴によるいくつかの実施例として、ボディは構造化された表面から構成されている。

本発明の第３及びさらなる特徴によるいくつかの実施例として、ボディは金属合成物から構成されている。

本発明の第３の特徴によるいくつかの実施例として、ボディはチタン系合成物から構成されている。前述の合成物も含めてこれらの合成物は、ＴｉＡｌ６Ｖ４のようなチタン系合金からも構成されうる。いくつかの他の実施例として、ボディはＣｏ／Ｃｒ又はＮｉ／Ｃｒ合金のような他の種類の金属合金から構成される。

いくつかのさらなる実施例として、ボディはポリマーから構成されている。例えば、ボディはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のような熱可塑性ポリマーから構成されている。

ＰＥＥＫは、優れた機械的及び化学的な耐性を有する半結晶質の熱可塑性ポリマーであり高温においても保持されるため、インプラントのための良い候補材料となる。

ポリマーの他の例として、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）が使われる。
さらにいくつかの実施例として、ボディはポリマー複合物のような複合物から構成されている。

いくつかの実施例として、ボディはセラミック材料から構成されている。
使われるセラミック材料は、ＺｒＯ２やＭｇＯ、又は骨様鉱物、例えば、ＣａＣＯ３やヒドロキシアパタイトである。

本発明の第１の特徴のコーティング又は第２の特徴による基層は、いくつかの方法又は方法の組み合わせにより生産される。

例えば、電気化学的処置、水溶性／非水溶性分離からの沈殿によるゾルゲル、及び、化学蒸着のような化学的方法、もしくは、スパッタリング、レーザー切断、電子ビーム蒸着、及びイオン注入のような物理蒸着方法が使われる。

好ましくは、沈殿方法はスパッタリングのような物理蒸着法（ＰＶＤ）である。
一般に、「スパッタリング」とは、本発明の文脈において「物理蒸着法」を指すものと解釈される。

特に本発明の第２の特徴による基層は、イオン注入により生成される。

さらなる特徴として、本発明は、イオン注入による本発明の第２の特徴による基層の生成方法を提供する。

ストロンチウムのイオン注入は、イオン加速器を用いて行われ、そこでは例えばＳｒ（ＯＨ）２、ストロンチウム、又は、他のストロンチウムを含む化学組成といったイオン源から行われ、蒸発や加速された結果、イオン注入される。本発明の基層を生成するためにストロンチウムの注入を利用することの長所の１つは、ストロンチウム放出のより優れた制御を行えることである。

イオン注入の最大の利点はボディが覆われておらずコーティングが層間剥離するリスクを回避できるようストロンチウムがボディにインプラントされる点である。基本的な考えは、イオン注入によるストロンチウムがボディの基層に深く浸透することである。さらにまた、入ってくるイオンエネルギーを変えることによって、埋め込まれるイオンの深さは緻密に制御される。

さらなる特徴として、本発明は物理蒸着法によるインプラントをコーティングする方法を提供し、その方法はストロンチウム及びチタンの両方又はいずれか一方から構成される１つ以上のターゲットからボディの少なくとも一部分の上にストロンチウム及びチタンの両方又はいずれか一方から構成される層を堆積させることである。

第４及び他の更なる特徴によると、覆われたインプラントは真空容器にもたらされ、そこで、材料はターゲットと呼ばれる源から除去され、ボディすなわちインプラントの表面上に堆積する。これが基層と呼ばれる。

材料が源から除去される方法は、使われる物理蒸着法のタイプを決定する。例えば、真空セットアップにおいて源を熱することによって、基層の上の沈殿が熱の蒸発によって提供される。

スパッタリングのような他のＰＶＤ処理では、エネルギー粒子によるターゲットの衝撃により源の材料から原子が放出される。

本発明のコーティングとインプラントを提供する堆積のパラメータの例は以下の通りである。
・圧力は２００〜２５００ｍＰａである。
・温度は２５〜５５０℃である。
・基層に印加される負のバイアス電圧は０〜１１０Ｖである。
これらの範囲の中で、望ましいコーティングが生成される。

一般的に、チタン系ターゲット及びストロンチウム系ターゲットは、ここで、チタン及びストロンチウムから各々構成されるターゲットと定義される。

本発明の第４及び他の更なる特徴によるいくつかの実施例において、一つ以上のターゲットはＳｒＴｉＯ３からなる。

他のいくつかの実施例において、一つ以上のターゲットはＳｒＸ２からなり、ここでＸはハロゲン要素を表している。

さらにいくつかの実施例において、一つ以上のターゲットはＳｒＣＯ３からなる。
このように、使われるターゲットは、ＳｒＯ又はＳｒＣｌ２又はＳｒＦ２又はＳｒＣＯ３又はその組み合わせからなる。

通常、空気と発熱反応を起こすストロンチウムの高い反応性のため、ストロンチウムターゲットは空気中で安定していない。

純ストロンチウムターゲットからのスパッタリングは可能であるが、例えば、ロードロックのようなスパッタリングシステムから或る特別な要件が必要となる。このように、適当なセットアップで、純ストロンチウムターゲットからのスパッタリングは達成できる。

本発明の第４及びさらなる特徴による方法は、空気中で安定した伝導力があるストロンチウムを含むターゲットを使うことの唯一の利点を有する。いくつかの例として、これは、チタンとＳｒＴｉＯ３の混合物から作られる合金／合成ターゲットと結合された純チタンターゲットからスパッタリングされることで達成される。

本発明の第４及びさらなる特徴によるいくつかの実施例において、その方法は、堆積ステップの前にボディにチタン系の層を堆積させるステップをさらに含む。

本発明の第４及びさらなる特徴によるいくつかの実施例において、インプラントをコーティングする方法は堆積ステップの後に保護層を堆積させるステップをさらに含む。

第５の特徴によると、本発明は、スパッタリングのような物理蒸着法技術によるボディを覆う方法を提供し、その方法は、チタン系ターゲット及びストロンチウム系ターゲットから、ボディの少なくとも一部分の上の酸化ストロンチウム及び酸化チタンからなる層を共析出するステップを含む。

ここで、共析出とは、２つの異なる源から２つの異なる材料を堆積させることを表している。２つの異なる材料の共析出とは、同時に堆積されること、又は、２つの異なる材料が時間をずらして堆積されることを意味している。ここで、スパッタリングとは、例えば、マグネトロンスパッタリングのように、エネルギー粒子からターゲットが受ける衝撃により固体のターゲット材料から原子が放出されることによる処理に関することを意味している。

大電流パルスマグネトロンスパッタリング（ＨｉＰＩＭＳ）及び高周波（ＲＦ）スパッタリングといったあらゆるスパッタリング法を含むスパッタリングという点で、いくつかの実施例として、発明の第５の特徴に基づく方法は、共析出ステップの前にボディにチタン系の層を堆積させるステップをさらに含む。

チタン系の層は、本発明の第１の特徴に関するインターフェース層としてあるものの１つである。

いくつかのさらなる実施例として、本発明の第５の特徴及び他の特徴に基づく方法は、ストロンチウムを含む層を堆積した後、又は、共析出ステップの後に、保護層を堆積させるステップをさらに含む。

本発明の第５の特徴に基づくいくつかの実施例において、保護層はポリマー層である。

ここで、本発明の第３の特徴に関連して開示されたように、保護層は拡散浸透層でもある。

いくつかの実施例において、本発明の第５の特徴に基づく方法は、本発明の第３の特徴によるボディを覆う方法である。

第６の特徴において、本発明は、例えばスパッタリングのような物理蒸着法技術によってボディを覆う方法を提供し、その方法とは、チタン及びＳｒＴｉＯ３の合成ターゲット及びチタン系ターゲットから、ボディの少なくとも１つの表面の上に酸化ストロンチウム及び酸化チタンからなる層を共析出させることである。

いくつかの実施例において、本発明の第６及びその他の特徴に基づく方法は、ストロンチウムを含む層を堆積させる前又は共析出ステップの前にボディにチタン系の層を堆積させることを含む。

チタン系の層は、本発明の第１の特徴に関するインターフェース層としてあるものの１つである。

いくつかの実施例において、本発明の第６及びその他の特徴に基づく方法は、堆積又は共析出するステップの後に保護層を堆積させるステップを含む。

ここで、本発明の第１の特徴に関連して開示されたように、保護層は拡散浸透層を表すこともある。

本発明の第６の特徴に基づくいくつかの実施例において、保護層はポリマー層である。

いくつかの実施例において、本発明の第６の特徴に基づく方法は、本発明の第３の特徴によるボディを覆う方法である。

通常、コーティングを生成する方法は炭素なしでストロンチウム、チタン及び酸素のみから成るコーティングを提供する。しかし、堆積容器からコーティングされたインプラントを取り出す際に、空気やＣＯ２、Ｏ２又はＮ２のようなその他のガスと接触するため、コーティングの外面にこれらのガスが吸着してストロンチウム／チタン合成物のさらなる層が形成される場合がある。これらが形成されるため、すなわち、堆積ステップの後のこれらの層は、通常、コーティングの外面領域にのみ制限される。これらの層もまた、容器を空気に開放する前や、堆積処理の間又は処理後に、堆積容器にもたらされるガスと反応することによって形成されうる。

本発明のいずれの特徴にも基づくいくつかの実施例において、酸化ストロンチウムや酸化チタンから構成されている層は多孔質層であり、層が有する孔のうち少なくとも５０％は直径が０．１〜５０ｎｍである。

本発明の第４、第５、第６及び他の特徴に基づくいくつかの実施例において、インプラントを覆う方法は、１〜１２０分の間、好ましくは１〜６０分、さらに好ましくは２０〜３０分の範囲で、水溶液とボディとを接触させ、それによって覆われたボディを洗浄する。

本発明の第４、第５、第６のいずれかの特徴に基づくいくつかの実施例において、方法は堆積処理の前に前処理をさらに含み、その前処理は、ボディの少なくとも１つの表面上にミクロ又はナノ構造を生成することである。

これらの方法の実装は、例えば、酸素、窒素又は炭素のような他の化学種を有するターゲットを含む他のストロンチウムの使用に、向けられる。これらの種は、例えば、Ｎ２、ＣＯ２又はＯ２のような異なるプロセスガスを用いて、堆積処理において取り込まれる。

しかし、ストロンチウムの取り込みやインプラント表面上への堆積形成についての他の既知の方法がこの発明においても使われうる点に注意しなければならない。

例えば、ストロンチウムは、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ支援ＣＶＤ、サーマルＣＶＤ、原子層堆積、プラズマ噴霧、反応スパッタリング、熱蒸発、レーザー切除、電子ビーム蒸着、又は、アーク放電堆積によって取り入れられる。あるいは、ストロンチウムはインプラントボディにインプラントされるイオンである。

本発明の第１、第２、第３及びその他の特徴はそれぞれ他の特徴と相互に結合されうる。本発明のこれら及びその他の特徴は以下に記述される実施形態を参照することにより明らかとなる。

本発明に基づくコーティング、基層、インプラント及び方法は、添付の図面に関してさらに詳細に記述される。図面は、本発明を実行する１つの方法に明らかにするものであって、請求項の範囲内に表現された他の実施形態に制限して解釈されるものではない。

図１は、純チタン膜（メイン）のＸＰＳスペクトルを表し、点線は、畳み込みが解かれたピークを表している。挿入図は、それぞれ０．０、１．０及び１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含むチタンコーティングからのチタンの２ｐ領域を示している。 図２は、それぞれ１．０及び１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含むチタンコーティングのＸＰＳスペクトルのチタンの３ｄ領域を示している。ストロンチウムのみを含むコーティングは参考として掲載されている。点線は、畳み込みが解かれたピークを表している。 図３は、それぞれ０．０、１．０及び１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含むチタンコーティングのＸＰＳスペクトルのチタンの酸素の１ｓ領域を示している。ストロンチウムのみを含むコーティングは参考として掲載されている。点線は、畳み込みが解かれたピークを表している。それぞれ、重ね合わされた模様は、（＊）水酸化チタンと（＊＊）物理吸収された水を表している。 図４は、異なるストロンチウム含有量による２つのコーティングの断面ＳＥＭ画像（傾斜角：１０度）を示し、（ａ）は１．０ａｔ．％のストロンチウム、（ｂ）は１１．９ａｔ．％のストロンチウムである。縮尺は両方の画像に適用する。 図５は、０．０〜１１．９ａｔ．％の範囲のストロンチウムを含有するチタンコーティングのθ―２θのＸ線回折図である。インデックスが付けられたピークは、ｈｃｐチタンと一致する。対数で表されている点に注意を要する。 図６は、チタンの００．２回折ピークから得られるストロンチウム含有量に対する粒度（■）を示す。髭部分（エラーバー）は、偽フォークト関数にＸ線のデータをフィットさせたときの推定される標準偏差を表している。△は、ＴＥＭ画像から推定された粒度を表している。 図７は、ストロンチウム含有量に対するコーティング硬度と相対電子密度をプロットしたグラフである。線は見易くするためにガイドとして記した。 図８は、相対電子密度に対するコーティング硬度を示す。 図９は、本発明の１つの特徴による方法のフローチャートである。 図１０は、本発明の一実施形態におけるコーティングの構造を示す。 図１１は、誘導結合プラズマ発光分光法を用いて測定された時間経過に伴うストロンチウム放出量がプロットされたグラフである。 図１２は、コーティングの様々な元素組成（ストロンチウム／チタン）につき発光分光分析法を用いて測定された時間経過に伴うストロンチウム放出量がプロットされたグラフである。 図１３は、ネズミへのインプラントのテストの結果を示す。 図１４は、ネズミへのインプラントのテストの結果を示す。 図１５は、５週間後のネズミへの２回目のインプラントのテストの結果を示す。 図１６は、５週間後のネズミへの２回目のインプラントのテストの結果を示す。

コーティングにおけるストロンチウムの含有量は、スパッタされたチタン−ストロンチウムコーティングの形態、結晶化度、及び、ナノ構造に影響する。特に、その影響はコーティングにおけるチタンのナノ結晶の寸法が小さくなり、非晶質物質の量が増加してストロンチウム含有量が増加するという形で表れる。このように、望ましいレベルの硬度を有しストロンチウムの放出率が調整されうるコーティングが提供される。

例１
純元素のターゲットからマグネトロンスパッタリングにより堆積されるコーティング。

本発明のコーティングは、マグネトロンスパッタリングによって堆積する。
例えば、堆積は基準圧が１×１０−５Ｐａよりも小さい高真空システムで２インチのチタン（９９．８％）とストロンチウム（９９％）のターゲットからのマグネトロン共スパッタリングにより行われた。チタンターゲットは直流電源モードで操作される一方、ストロンチウムターゲットは電流調整モードで動作され、自然に形成された酸化ストロンチウム層を取り除くために、両極性パルスＤＣ供給源（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ ＭＤＸ １ ｋＷ ＋ Ｓｐａｒｃ−ｌｅ Ｖ ｕｎｉｔ）により電力供給された。すべての堆積の間、全てのターゲット電力は一定の２００Ｗであった。

ターゲットと基層の間におかれる気圧制御シャッターは、堆積の前にターゲットのスパッタクリーニングを許容する。マグネトロンは、ターゲットと基層との距離が２０ｃｍに設定される通常の基層から２５度傾けられた。完全なターゲット電力に従い、注入ガスとしてアルゴン（９９．９９９７％）を用い０．５Ｐａの作動圧力において４〜６ｎｍ／分の堆積率が得られた。コーティングの厚さは堆積時間を変えることによって２５０ｎｍ以下に調整された。

この例で示されるコーティングは、自然酸化物でシリコン（００１）ウエハの上に堆積され、これらの基層は真空容器に入れられる前に、アセトンとエタノールの中で超音波によって洗浄された。堆積の間、基層は電気的に浮いており、基層の加熱は使用されなかった。

しかし、覆われたインプラントは、チタン系合成物、ＰＥＥＫ等のようなポリマー又はセラミック材料のような金属でできたボディの基層を使用する。

コーティングの厚さは、断面走査電子顕微鏡検査（ＳＥＭ）から測定された。コーティングはＸ線回折（ＸＲＤ）により分析された。粒度と粒内ひずみに関するミクロ構造的な情報は、シングル線形分析により得られた。Ｘ線反射率測定から得られるそれぞれの臨界角から、コーティングの電子密度が抽出された。

１０ｍＡの放出電流と１５ｋＶの加速電圧で操作されるＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって、コーティング面の化学組成と含まれる要素の結合構造が分析された。除電装置は、サンプルの充電を補償するのに用いられた。調査走査は、１６０ｅＶのパスエネルギーで、７００×３００μｍ２の領域から集められた。２０ｅＶのパスエネルギーを用いたエネルギー関心領域で、高解像度スペクトルが得られた。非対称の線形ＬＡ（１．１，５，７）が使われたＴｉ（０）２ｐ金属ピークを除き、高解像度ピークはガウスローレンツ線形ＧＬ（３０）を使って畳み込みが解かれた。それぞれの高解像度ＸＰＳスペクトルは、シャーリー法によって修正された。結合エネルギースケールは、不定のカーボンに由来するＣ１ｓの結合エネルギー（２８５ｅＶ）を使用して調整された。ＸＰＳ分析の前に、サンプルは３０分の間紫外線オゾン中で扱われたが、スパッタクリーニングは実行されなかった。１．７ＭｅＶの４Ｈｅ＋イオンと１７度の散乱角を使っているラザフォード後方散乱分光学（ＲＢＳ）から、より大きいコーティング深度を有する化学組成が得られた。

コーティング硬度の値は、ナノインデンテーションで測定された。各々のサンプルのために、１００〜１０００μＮの負荷範囲で６４のインデントが作られた。いくつかの基層の寄与を回避するために、データは５０ｎｍの浸入の深さでカットされたが、これはコーティングの厚さの２０％以下に相当する。硬度Ｈと減少した弾性率Ｅｒは、オリバーファーの手法によって測定された。

ＲＢＳスペクトルとＸＰＳ調査走査により、チタン、ストロンチウム及び酸素がコーティングの主要な要素であり、炭素と窒素（そして恐らく酸素も）が表面の汚染物質として存在すると分かった。ＲＢＳ分析で、調査されたチタンコーティングが０．０〜１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含むことが分かった。

図１から図３は、選ばれたストロンチウムを含有するチタンコーティングから得たチタン２ｐ、ストロンチウム３ｄ、及び、酸素１ｓ領域の高解像度ＸＰＳスペクトルを表している。図２及び３には、完全に空気反応したストロンチウム層の各々のスペクトルが参考として掲載されている。図１の主要部は、純チタンコーティングのためのチタン２ｐ領域のスペクトルを示している。含まれる畳み込みが解かれたピークは、様々な酸化状態のチタンに対応する。主な寄与はＴｉ（ＩＶ）Ｏ２と金属Ｔｉ（０）に割り当てられており、それは４５８．７ｅＶ（Ｔｉ（ＩＶ）２ｐ３／２）と４５３．７ｅＶ（Ｔｉ（０）２ｐ３／２）にピークが位置し、それぞれ５．７と６．１ｅＶの二重項分裂に一致していることから分かる。図１の挿入図は、０．０、１．０及び１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含んでいるサンプルのチタン２ｐスペクトルを示している。チタン２ｐのピーク強さは、コーティングのストロンチウム含有量を増やすことで減少する。さらにまた、１１．９ａｔ．％のストロンチウムによるサンプルはＴｉ（Ｏ）２ｐの金属ピークが全く現れていないが、これは厚い酸化物表層が形成されたことを示している。図２は、１．０と１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含むサンプルのストロンチウム３ｄのＸＰＳスペクトルに加え、参考としてストロンチウムコーティング（チタンでない）のスペクトルを示している。

図３は、ストロンチウム含有量が０．０、０．１及び１１．９％のサンプルの酸素１ｓのスペクトル及び参考としてストロンチウムコーティングのスペクトルを示している。２つの異なった特徴が図３から得られる。すなわち、５２９．９ｅＶのピークはＴｉ（ＩＶ）Ｏ２と一致しており、５３１．７ｅＶのピークはストロンチウム結合した酸素（ＳｒＯｘ）に起因している。図３から、主に純チタンコーティングのチタン結合した酸素から主に１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含有するコーティングのストロンチウム結合した酸素へとシフトしていることが分かる。１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含んでいるサンプルの畳み込みが解かれたピーク（図３）の領域から、酸素のおよそ６０％が最表面層でストロンチウムと結合していると見積もられる一方で、チタン結合した酸素はわずか２０％である。このことから、推定された酸素含有量がなぜ、純チタンコーティング中の最大８〜１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含有するコーティング中の最大１９ａｔ．％まで増加したのかが分かる。つまり、ストロンチウムの酸化は表面領域に限定されないということである。さらに、図１、図２及び図３は、チタンとストロンチウムが相互に全く結合しないことを示している。

図４は、異なるストロンチウム含有量の２つのコーティングの破断面のＳＥＭ画像を示している。１．０ａｔ．％のストロンチウムによるコーティング（図４（ａ））は、純チタンコーティングの形態に似ている円柱のような形態を示している。図４（ｂ）から分かるように、非円柱で濃いコーティング形態は、１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含有するサンプルのために得られる。

図５は、ＲＢＳ分析から決定されるように、０．０〜１１．９ａｔ．％までの幅を持たせたストロンチウム濃度のチタンコーティングのθ―２θのＸ線の回折図である。すべてのピークは、六方晶（ｈｃｐ）チタンに起因している。しかし、２．４ａｔ．％以下のストロンチウムを取り込んだサンプルは純チタンコーティングと比較して結晶化度が低く、選択配向の程度も低い。より多くのストロンチウムがコーティングに取り込まれると共に、低い２θの角度での非常に広帯域の信号が現れて増加する。この信号はチタンナノ結晶を囲んでいる非晶相と解釈され、非晶質物質の量はストロンチウム含有量と共に増加する。図５から、７．２及び１１．９ａｔ．％のストロンチウムを含有するコーティングは、完全にＸ線的非晶質であることが分かる。非晶相は、取り込まれたストロンチウムの濃度が固体の可溶性平衡制限をはるかに上回ることから、堆積の初期の間に形成されやすい。

図６は、図５で示された０．０、０．５、１．０、１．４及び２．４ａｔ．％のストロンチウムを含有する各コーティングにおける、チタン００２回折ピークから測定される粒度（黒塗り四角■）を示している。白抜き三角形（△）は、１．０ａｔ．％のストロンチウム（図示されていない）及び７．２ａｔ．％のストロンチウムを含有するサンプルのＴＥＭ画像から推定される粒度を示している。粒内ひずみにより広がっているピークはＸ線データの定量分析に含まれており、粒内ひずみが純チタンコーティング中の１．２％からストロンチウムを含有するコーティング中の０．６％以下の一定レベルに低下したのがわかる。図７から、純チタンコーティング中の３４ｎｍ以下から０．５、１．０及び１．４ａｔ．％のストロンチウムを含有するコーティング中の１６ｎｍ以下にチタンの粒度が特に低下し、さらに、２．４ａｔ．％のストロンチウムを含有するサンプル中の９ｎｍ以下にまで低下していることが分かる。７．２ａｔ．％のストロンチウムを含有するＸ線的非晶質なコーティングの平均粒度は、ＴＥＭイメージから６ｎｍ以下であると推定されていた。ストロンチウム濃度の上昇を伴うチタンナノ結晶の粒度の低下は、核形成及び非晶相に沈殿するナノ結晶の成長率の変化として現れる。

図７は、ストロンチウムの濃度の機能として、コーティングの硬度（黒塗り記号■）と相対電子密度（白抜き記号○）を示している。ここで、相対電子密度は、表に示されたバルクのチタンの電子密度に対するコーティングの実測の電子密度と定義される。コーティングの硬度は、初期段階で純チタンコーティングの５．４ＧＰａから、２．４ａｔ．％のストロンチウムを含有するコーティングの最大６．８ＧＰａまで上昇することが分かる。７．２及び１１．９ａｔ．％のより高いストロンチウム濃度で、その硬度は４．６ＧＰａ以下の一定のレベルまで低下する。図７から、電子密度が硬度と同様にストロンチウム含有量に依存していることが分かる。純チタンコーティングの電子密度は、バルクのチタンの電子密度と比較して９２％以下である。バルクのチタンの電子密度の９４％以下に相当する最大電子密度は、１．０、１．４及び２．４ａｔ．％のストロンチウムを含有するサンプルに見受けられる。バルクのチタンの電子密度の９１％以下に相当する低めの電子密度は、７．２及び１１．９ａｔ．％のストロンチウム含有率が最も高いサンプルに見受けられる。図８では、コーティング硬度は相対電子密度に対してプロットされており、硬度が電子密度に対して直線的に変化することがはっきりと示されている。

初期の密度が上昇しているように見えるが、すなわち、図７は、チタンコーティングにストロンチウムが取り込まれることによる構造的及び形態的な変化を反映している。

このように、マグネトロンとの共スパッタリングにより実現されるストロンチウムを含有するチタンコーティングの堆積は、ストロンチウムの含有量と堆積方法がその結果として得られる硬度及び電子密度と同様に結果として生じるナノ構造と形態にも影響することを示している。

この例は、コーティングの非晶相がストロンチウム濃度の上昇に伴って増加することを示している。これに対応して、堆積するチタンナノ結晶の寸法がより高いストロンチウム濃度で減少することが見られた。

さらに、コーティングの硬度は、相対電子密度に対して直線的に値が変化することが見られた。マグネトロンスパッタリングにより少量のストロンチウムが取り込まれることにより、電子密度と硬度の上昇がもたらされた。

図９は、本発明の１つの特徴に基づく方法のフローチャートである。
スパッタリングによってボディをコーティングする方法は、堆積又は共析出させるステップ（Ｓ２）の前に、ボディにチタン層を堆積させるステップ（Ｓ１）からなる。ステップ（Ｓ２）は、チタン系ターゲット及びストロンチウム系ターゲットから酸化ストロンチウム及び酸化チタンを含む層をボディの少なくとも１つの表面上に堆積又は共析出させる。ステップ（Ｓ３）は、共析出させるステップ（Ｓ２）の後に保護層を堆積させる。

図１０は、発明の実施形態によって、コーティングの構造を示している。

コーティング１は、例えば、チタン層のような金属系合成物からなる層３で、例えば、チタンインプラントのようなボディ２をコーティングすることを表している。機能化層４は、チタン層の上に位置している。層４は、酸化ストロンチウムと酸化チタンを含む。例えばポリマー層のような任意の保護層５が、層４の上に配置されてもよい。

本発明が特定の実施形態に関連して記述されたが、示された例にどんな形であれ制限されるものとして解釈されてはならない。本発明の範囲は、記述された他の請求項も併せて設定される。請求項の文脈中、「構成される」、または、「成る」という言葉は、他の考えられうる要素またはステップを除外するものではない。また、「ある」や「一つの」等のような参照表現は、複数を除外するものとして解釈されてはならない。図面に示された要素に関する請求項における参照符号の使用もまた、発明の範囲を制限するものとして解釈されてはならない。さらにまた、異なる請求項に記載された個々の特徴は有利に結合されうると同時に、異なる請求項においてこうした特徴に言及することは特徴の組み合わせが不可能又は不都合であるとすることを除外しない。

図１１は、洗浄実験を通して測定された時間経過に伴うストロンチウムの累積放出量を表している。これらの洗浄実験は、１．１ｍｍの直径の形状を有するグレード４のチタンインプラント形状上に準備されたチタン−ストロンチウム−酸素コーティングにおいて行われた。各インプラント上のコーティングされた総表面積は、１ｃｍ２に相当した。端的に言うと、ストロンチウムの放出は、１ｍｌ／ｃｍ２の濃度のリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）に基層を浸漬させることによって調査された。これらは３７℃の定温器の中に１日間放置された後、ＰＢＳは取り出されて、分析のために保管された。そして新たに１ｍｌ／ｃｍ２のＰＢＳが再びに基層に加えられて、さらに２日間（ｄａｙ３）放置された。この段階で、ＰＢＳは取り出されて、再び保管され、そして、新しいＰＢＳがサンプルに適用された。最後のサンプルは、全１４日の期間の後に取り出された。取り出されたサンプルは、誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ−ＯＥＳ）を用いて分析された。分析のために使われた器具は、ＡＭＥＴＥＫ Ｓｐｅｃｔｒｏ Ａｒｃｏｓ（ＡＭＥＴＥＫ社、ドイツ）であった。合計３件の分析は各々のサンプルに対して行われ、そして、分析に用いられたサンプルの総量はおよそ８ｍｌであった。ストロンチウム放出率のピーク値が調節されうるものであり、長期間に亘り放出させることが可能であることが分かった。

さらにまた、図１１は、より厚くコーティングされたサンプルが、ストロンチウムの最も長期間の放出、すなわち２週間を超える期間にわたる９μｇ／ｃｍ２以下の放出をもたらすことを明らかに示している。最適な長期放出は、図に示されるサンプルの範囲のために測定された値より高いことがある。

図１２は、シリコンウエハの上に備えられたコーティングの様々な元素組成（ａｔ．％）における、ＩＣＰ−ＩＥＳにより測定された時間経過に伴うストロンチウムの累積放出量を示している。ストロンチウムの累積放出量は、放出期間にわたるストロンチウムの累積と定義され、従って３日目のデータは１日目と３日目のデータの合計と一致する。

濃度と放出率のようなこれらの値は、堆積方法やストロンチウム濃度、コーティング層の構造やその厚みを調整することにより望ましい値に調整される。

例２
齧歯類のインプラントのために堆積されたコーティング

合計４０のインプラントが２０匹のネズミでテストされた。これらのうちの１０は、コーティングのない参考のインプラントであった。

インプラントは、１．１ｍｍの直径と６ｍｍの長さを有していた。インプラントに堆積されたコーティングは、５．５ａｔ．％のストロンチウム濃度と５０〜１５００ｎｍの間の異なる厚さを有していた。

インプラントは圧入によって骨に固定された、つまりインプラントを定位置に維持させている唯一の力はインプラントと骨の間の摩擦であった。

図１３及び図１４は、４週間後のテストの結果を示している。

一般に、コーティングの厚みが表面積を増やすことが分かっており、従って表面積の拡張は新しい骨形成のために有益である。また、より薄くてより多孔性の高いコーティングによっても同様の結果が得られる。

コーティングの存在が骨形成を向上させることもでき、そして、特に、１５００ｎｍの厚さのコーティングの存在によって５０％の新しい骨形成が実現できる。

より高いレベルのストロンチウム放出に対応してコーティングを厚くすることにより、骨とインプラントとの接触を平均的に向上させることができた。

例３
齧歯類のインプラントのために堆積されたコーティング

合計６０のインプラントが３０匹のネズミでテストされた。
インプラントは、１．１ｍｍの直径と５ｍｍの長さを有していた。インプラントに堆積されたコーティングは、５．５ａｔ．％及び８〜９ａｔ．％のストロンチウム濃度と１５００ｎｍの厚さを有していた。

コーティングされたインプラントは、コーティング表面のストロンチウムを最終的に除去するために６０分又は２２分の洗浄処理にさらされる。洗浄処理は、例えば表面に分離されたＳｒＯのような異なる形のストロンチウムを除去するが、チタン酸ストロンチウムそれ自体は除去しない、すなわちコーティングは破壊されない。洗浄処理の間、部分的なイオン交換が起こることがある。

インプラントの生体内テストは、インプラントの微小移動により生じ得る炎症の危険性を避けるために前のテストとはわずかに異なるデザインを使用した。この生体内テストで使われたインプラントはより短く６ｍｍの代わりに５ｍｍとし、また骨により定着しやすくするために筋を設けた。

図１５及び図１６は、ネズミへの２回目のインプラント実験の５週間後の結果を示している。

コーティングを追究した結果、ストロンチウムの放出時期を遅らせる、すなわちインプラントが埋め込まれてから数日経過後においても放出できるインプラントができ、これによりコーティングが最も長期間にわたりストロンチウムを放出させることが可能となった。図１５から分かるように、最高濃度、すなわち８〜９％の濃度と最短の洗浄時間、すなわち２２分の洗浄により形成されたコーティングは、求められる洗浄データに沿って最良の骨の成長とストロンチウムの長期間にわたる最も高い放出を提供する。

図１６は、骨のインプラントへの接触率を示している。これは、インプラントの近くで骨の成長を評価するもう一つの方法である。図１６に報告された値は、骨のインプラントへの接触％、つまり、インプラント導入５週間後のインプラントと成長した骨との間の接触率を示している。

結論として、テストの結果は、より高いストロンチウム濃度で、かつ限定的な洗浄処理を行う又は洗浄処理を行わない場合に、良好な結果を示している。

Claims (25)

1. インプラントのためのコーティングであって、
   酸化ストロンチウム及び酸化チタンを含む層を備え、
   前記層において前記コーティングのストロンチウムの含有量は５ａｔ．％から２５ａｔ．％であり、かつ、前記コーティングの厚さは２００ｎｍから３０００ｎｍであり、
   前記コーティングは複数の孔を有し、前記複数の孔の少なくとも５０％はその直径が０．１ｎｍから５０ｎｍであり、
   前記インプラント周辺におけるオッセオインテグレーションと治癒を促進させることを特徴とするインプラントのためのコーティング。
2. 請求項１に記載のインプラントのためのコーティングにおいて、
   前記コーティングのストロンチウムの含有量は８ａｔ．％から１５ａｔ．％であり、
   前記コーティングの厚さは１５００ｎｍから３０００ｎｍであることを特徴とするインプラントのためのコーティング。
3. 請求項１または２に記載のインプラントのためのコーティングにおいて、
   前記コーティングのストロンチウムの含有量は８ａｔ．％から９ａｔ．％であり、
   前記コーティングの厚さは１４００ｎｍから１６００ｎｍであることを特徴とするインプラントのためのコーティング。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のインプラントのためのコーティングにおいて、
   前記層は、炭酸ストロンチウムをさらに含むことを特徴とするインプラントのためのコーティング。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のインプラントのためのコーティングにおいて、
   前記層は、金属系合成物をさらに含むことを特徴とするインプラントのためのコーティング。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のインプラントのためのコーティングにおいて、
   前記コーティングは、コーティングが施されるインプラントの表面と酸化ストロンチウム及び酸化チタンを含む前記層との間にインターフェース層をさらに備えることを特徴とするインプラントのためのコーティング。
7. 請求項６に記載のインプラントのためのコーティングにおいて、
   前記インターフェース層は、チタン系の層であることを特徴とするインプラントのためのコーティング。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のインプラントのためのコーティングにおいて、
   前記コーティングは、酸化ストロンチウム及び酸化チタンを含む前記層の上に拡散浸透層をさらに備えることを特徴とするインプラントのためのコーティング。
9. 請求項５から８のいずれかに記載のインプラントのためのコーティングにおいて、
   前記金属系合成物はチタン系合成物であり、かつ、非晶相及び結晶相の少なくとも一方であることを特徴とするインプラントのためのコーティング。
10. 請求項９に記載のインプラントのためのコーティングにおいて、
    前記結晶相である場合の前記チタン系合成物は、１００ｎｍ以下の粒度であることを特徴とするインプラントのためのコーティング。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載のインプラントのためのコーティングにおいて、
    １ＧＰａから２０ＧＰａの硬度を有することを特徴とするインプラントのためのコーティング。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載のインプラントのためのコーティングを物理蒸着法技術により供給するインプラントのためのコーティング供給方法であって、
    ストロンチウム及びチタンの少なくとも一方を含有する１つ以上のターゲットからストロンチウム及びチタンの少なくとも一方を含む層をボディの少なくとも一部分の上に堆積させることを特徴とするインプラントのためのコーティング供給方法。
13. 請求項１２に記載のインプラントのためのコーティング供給方法において、
    前記１つ以上のターゲットは、ＳｒＴｉＯ３を含むことを特徴とするインプラントのためのコーティング供給方法。
14. 請求項１２又は１３に記載のインプラントのためのコーティング供給方法において、
    前記１つ以上のターゲットは、ＳｒＸ３を含み、このＸはハロゲン元素であることを特徴とするインプラントのためのコーティング供給方法。
15. 請求項１２から１４のいずれかに記載のインプラントのためのコーティング供給方法において、
    スパッタリングを用いた物理蒸着法技術によりインプラントのためのコーティングを供給するにあたり、前記堆積は、チタン系ターゲット及びストロンチウム系ターゲットから酸化ストロンチウム及び酸化チタンを含む層を前記ボディの少なくとも一部分の上に共析出させることを含むことを特徴とするインプラントのためのコーティング供給方法。
16. 請求項１５に記載のインプラントのためのコーティング供給方法において、
    前記共析出は、チタン系ターゲット及びチタンとＳｒＴｉＯ３を混合した合成物ターゲットから酸化ストロンチウム及び酸化チタンを含む層を前記ボディの少なくも一表面の上に共析出させることを含むことを特徴とするインプラントのためのコーティング供給方法。
17. 請求項１２から１６のいずれかに記載のインプラントのためのコーティング供給方法において、
    前記堆積させる処理の前に、前記ボディにチタン系の層を堆積させることをさらに含むことを特徴とするインプラントのためのコーティング供給方法。
18. 請求項１２から１７のいずれかに記載のインプラントのためのコーティング供給方法において、
    前記堆積させる処理の後に、保護層を堆積させることをさらに含むことを特徴とするインプラントのためのコーティング供給方法。
19. 請求項１２から１８のいずれかに記載のインプラントのためのコーティング供給方法において、
    前記ボディと水溶液との接触を１分から１２０分の間行うか、あるいは１分から６０分の間行うか、もしくは２０分から３０分の範囲で行うことにより、コーティングされた前記ボディを洗浄することをさらに含むことを特徴とするインプラントのためのコーティング供給方法。
20. 請求項１２から１９のいずれかに記載のインプラントのためのコーティング供給方法において、
    前記堆積させる処理の前に前処理をさらに含み、
    前記前処理は、前記ボディの少なくとも１表面の上にマイクロ又はナノ構造を生成することを含むことを特徴とするインプラントのためのコーティング供給方法。
21. 請求項１から１１のいずれかに記載のインプラントのためのコーティングが施されたボディを備えるインプラントであって、
    前記ボディは、請求項１２から２０のいずれかに記載のインプラントのためのコーティング供給方法によりコーティングされていることを特徴とするインプラント。
22. 酸化ストロンチウムと酸化チタンを含む層に覆われたボディを備え、
    前記ボディのコーティングのストロンチウム含有量は５ａｔ．％から１５ａｔ．％であり、
    前記コーティングの厚さは２００ｎｍから３０００ｎｍであり、
    前記コーティングは複数の孔を有し、
    前記複数の孔の少なくとも５０％はその直径が０．１ｎｍから５０ｎｍであることを特徴とするインプラント。
23. 請求項２１又は２２に記載のインプラントにおいて、
    前記ボディはポリマーを含むことを特徴とするインプラント。
24. 請求項２１から２３のいずれかに記載のインプラントにおいて、
    前記ボディは構造化された複数の面を有することを特徴とするインプラント。
25. 請求項２１から２４のいずれかに記載のインプラントにおいて、
    前記ボディはセラミック材料を含むことを特徴とするインプラント。

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