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JP6579516B2 - Method for coating plastic substrate with apatite and method for producing implant - Google Patents
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JP6579516B2 - Method for coating plastic substrate with apatite and method for producing implant - Google Patents

Method for coating plastic substrate with apatite and method for producing implant Download PDF

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Description

本発明は、各種プラスチック基材にアパタイトをコーティングする方法、及び、インプラントの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for coating various plastic substrates with apatite and a method for producing an implant.

リン酸カルシウム塩の1種であるハイドロキシアパタイトは、高い生体親和性を有し、脊椎動物の生体内においては、骨の主要成分として重要な役割を果たしている。こうした好ましい性質を利用し、人工的に合成したハイドロキシアパタイトを用いて人工骨としての利用や、あるいはこれをチタン金属などの表面にコートすることで、生体親和性に優れた各種金属インプラントに利用されている。   Hydroxyapatite, a kind of calcium phosphate, has a high biocompatibility and plays an important role as a major component of bone in vertebrate organisms. Utilizing these desirable properties, it can be used as artificial bone using artificially synthesized hydroxyapatite, or by coating it on the surface of titanium metal, etc., and used for various metal implants with excellent biocompatibility. ing.

一方で、生体とは親和性が低い種々のプラスチック材料を生体内において各種のインプラントとして利用する場合も多々見受けられる。例えば、靱帯損傷に対処するために用いられる人工靱帯は、ポリエステル繊維を束ねたリボン状の部材から構成されている。あるいは、脊椎の部分的置換に利用されることもある脊椎ケージとしてPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)材料を用いた部材が利用される場合もある。更には、人工股関節の擦動部(摺動部)に超高分子量ポリエチレンが利用されている。これらの合成ポリマーは何れも生体内において異物として認識され、特に摩擦粉のように微細化された状態で生体内に存在すると、免疫反応を惹起し様々な悪影響を及ぼすことが知られている。更に、これら各種プラスチック材料表面に対する生体反応も好ましくない影響を及ぼす場合が多いことからも、生体に対する高い親和性をこれらプラスチック材料の表面に付与する方法が求められている。具体的な方策として、ハイドロキシアパタイトをこれらプラスチック材料の表面に固着させることができれば、表面に好ましい生体親和性を付与できると共に、更にはハイドロキシアパタイトの有する骨伝導性を利用し、生体骨とこれらプラスチック材料の接着を高めることが可能となることから、例えば人工靱帯と、これが導入される骨孔内面との接着を強固なものにし、耐久性及び生体内における可使寿命を大幅に改善することが期待される。   On the other hand, various plastic materials having a low affinity with a living body are often used as various implants in the living body. For example, an artificial ligament used to deal with ligament damage is composed of a ribbon-like member in which polyester fibers are bundled. Alternatively, a member using PEEK (polyetheretherketone) material may be used as a spinal cage that may be used for partial replacement of the spine. Furthermore, ultra high molecular weight polyethylene is used for the sliding portion (sliding portion) of the artificial hip joint. Any of these synthetic polymers is recognized as a foreign substance in the living body, and when it exists in the living body in a finely divided state like a friction powder, it is known that an immune reaction is caused and various adverse effects are caused. Furthermore, since biological reactions to the surfaces of these various plastic materials often have undesirable effects, there is a need for a method of imparting high affinity to the surfaces of these plastic materials to the surfaces of these plastic materials. As a specific measure, if hydroxyapatite can be fixed to the surface of these plastic materials, it is possible to impart favorable biocompatibility to the surface, and further, utilizing bone conductivity of hydroxyapatite, living bone and these plastics Since it becomes possible to enhance the adhesion of the material, for example, the adhesion between the artificial ligament and the inner surface of the bone hole into which the artificial ligament is introduced can be strengthened, and the durability and usable life in the living body can be greatly improved. Be expected.

チタン金属などの表面にハイドロキシアパタイトをコートする方法として、高温で溶融状態にしたハイドロキシアパタイトを溶着するフレーム溶着法やプラズマ溶着法などの方法が用いられる。しかしながら、こうした溶着方法は、コーティングを施す基材表面に対して高温のハイドロキシアパタイトを接触させることから、基材に対して高い熱安定性が要求される。従って、上記のポリエステル繊維やPEEK材料などの各種プラスチック材料においては、耐熱性が相対的に弱いことから従来の溶着方法を利用してハイドロキシアパタイトをコーティングすることはできなかった。   As a method for coating hydroxyapatite on the surface of titanium metal or the like, a method such as a flame welding method or a plasma welding method in which hydroxyapatite that has been melted at a high temperature is used. However, such a welding method requires high thermal stability for the base material since high-temperature hydroxyapatite is brought into contact with the base material surface to be coated. Therefore, in various plastic materials such as the above-mentioned polyester fiber and PEEK material, since the heat resistance is relatively weak, it has not been possible to coat hydroxyapatite using a conventional welding method.

従来から、ハイドロキシアパタイトを微粒化して溶液中に分散した状態でコーティング液として利用し、各種プラスチック材料に対してコーティングを行うことで、表面にハイドロキシアパタイトを含む層を設ける方法が検討されてきた。この場合、ハイドロキシアパタイトと基材であるプラスチック材料の表面を接着させる目的で、様々なバインダーが利用されてきた。例えば、特許文献1には、カルシウムアパタイト微粒子を水性ウレタン樹脂及び自己乳化性イソシアネート化合物と共に用いて、プラスチック基材表面に層を形成する方法が示されている。しかしながら、この方法で与えられるアパタイトを含むコート層とプラスチック基材との界面における接着性において未だ充分でなく、コーティング直後から次第に接着性が低下する問題があった。特に生体内で長時間留置された場合、ウレタン樹脂が劣化するなどの影響で、次第に該層の強度が低下することでアパタイトを含む層が剥離する場合があった。   Conventionally, a method has been studied in which hydroxyapatite is atomized and used as a coating liquid in a state of being dispersed in a solution, and various plastic materials are coated to form a layer containing hydroxyapatite on the surface. In this case, various binders have been used for the purpose of bonding hydroxyapatite and the surface of a plastic material as a base material. For example, Patent Document 1 discloses a method of forming a layer on the surface of a plastic substrate using calcium apatite fine particles together with an aqueous urethane resin and a self-emulsifiable isocyanate compound. However, the adhesiveness at the interface between the coating layer containing apatite and the plastic substrate provided by this method is still not sufficient, and there is a problem that the adhesiveness gradually decreases immediately after coating. In particular, when it is left in a living body for a long time, the layer containing apatite may be peeled off due to the strength of the layer gradually decreasing due to deterioration of the urethane resin or the like.

非特許文献1には、炭酸ガスレーザーを利用してチタン合金表面にリン酸カルシウムを溶着する試みが記載されている。炭酸ガスレーザーの発振波長はちょうどリン酸カルシウムの赤外吸収領域(10μm付近)と合致することから、炭酸ガスレーザーの照射によりリン酸カルシウムが加熱され、レーザーの照射強度を高く設定すると、リン酸カルシウムの融点近くまで加熱でき、焼結することが可能であることが示されている。但しこの方法では、リン酸カルシウム自体の焼結によってリン酸カルシウムをチタン合金に接着することはできておらず、バインダーとしてリン酸ナトリウムなどを利用することで、ある程度の接着強度をもってリン酸カルシウム結晶をチタン合金表面に接着できることを示している。しかしながら、この方法ではリン酸ナトリウムが溶融する程度まで加熱する必要があることから、基材としてチタン合金に替えて熱安定性に欠けるプラスチック材料を用いることは不可能であった。   Non-Patent Document 1 describes an attempt to weld calcium phosphate to a titanium alloy surface using a carbon dioxide laser. Since the oscillation wavelength of the carbon dioxide laser is exactly the same as the infrared absorption region of calcium phosphate (near 10 μm), the calcium phosphate is heated by the irradiation of the carbon dioxide laser, and when the laser irradiation intensity is set high, it is heated to near the melting point of calcium phosphate. It has been shown that it can be sintered. However, in this method, calcium phosphate cannot be bonded to the titanium alloy by sintering the calcium phosphate itself. By using sodium phosphate as a binder, the calcium phosphate crystal is bonded to the titanium alloy surface with a certain degree of adhesive strength. It shows what you can do. However, in this method, since it is necessary to heat the sodium phosphate to the extent that it melts, it is impossible to use a plastic material lacking thermal stability as a base material instead of a titanium alloy.

非特許文献2には、ガラス(コーディエライト)をバインダーとしてハイドロキシアパタイトに添加した系について、炭酸ガスレーザーによる溶着を試みているが、割れが発生しやすいことから、コーディエライトの添加率をハイドロキシアパタイトに対して60%程度まで加える必要があり、生体適合性材料としてのハイドロキシアパタイトの性質がコーディエライトの添加により失われる場合があった。加えてこの場合も、コーディエライトが溶融する程度まで加熱する必要があり基材への高熱の負荷がかかるため、プラスチック材料への応用は不可能であった。   Non-Patent Document 2 tries to weld a system in which glass (cordierite) is added to hydroxyapatite as a binder, using carbon dioxide gas laser. It is necessary to add up to about 60% with respect to hydroxyapatite, and the properties of hydroxyapatite as a biocompatible material may be lost by the addition of cordierite. In addition, in this case as well, it is necessary to heat the cordierite to a melting level, and a high heat load is applied to the base material. Therefore, application to a plastic material is impossible.

特開2014−193272号公報JP 2014-193272 A

春日敏宏等ら、「日本金属学会誌」 第70巻 第4号 322−329 (2006)Toshihiro Kasuga et al., “The Journal of the Japan Institute of Metals” Volume 70, No. 4, 322-329 (2006) 荻田平ら、「日本機械学会論文集」(C編) 77巻 774号 537−544 (2011−2)Tadashi Hida, "The Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers" (C) Volume 77, Number 774, 537-544 (2011-2)

本発明は、各種プラスチック基材にアパタイトをコーティングするための改良された方法に関し、特にアパタイトとプラスチック基材との界面における接着性に優れたコート層等を該基材上に形成することができる、プラスチック基材にアパタイトをコーティングする方法を与えることを課題とする。本発明はまた、プラスチック基材上にアパタイトを含むコート層等を有し、該基材とアパタイトを含むコート層等との界面における接着性が良好なインプラントの製造方法を提供することを課題とする。   The present invention relates to an improved method for coating various plastic substrates with apatite, and in particular, a coating layer having excellent adhesion at the interface between the apatite and the plastic substrate can be formed on the substrate. Another object of the present invention is to provide a method for coating a plastic substrate with apatite. Another object of the present invention is to provide a method for producing an implant having a coating layer containing apatite on a plastic substrate and having good adhesion at the interface between the substrate and the coating layer containing apatite. To do.

上記した本発明の課題は、下記に示すプラスチック基材にアパタイトをコーティングする方法等を用いることで本質的に解決される。
1.プラスチック基材上に、アパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置し、上記アパタイト又はアパタイトを含む組成物の側から上記アパタイト又はアパタイトを含む組成物に対し、炭酸ガスレーザーを用いて波長領域9〜11μmの赤外光照射を行う、プラスチック基材にアパタイトをコーティングする方法。
2.アパタイトを含む組成物が熱可塑性樹脂を含有する上記1に記載のプラスチック基材にアパタイトをコーティングする方法。
3.プラスチック基材上に、アパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置し、上記アパタイト又はアパタイトを含む組成物の側から上記アパタイト又はアパタイトを含む組成物に対し、炭酸ガスレーザーを用いて波長領域9〜11μmの赤外光照射を行う、インプラントの製造方法。
4.アパタイトを含む組成物が熱可塑性樹脂を含有する上記3に記載のインプラントの製造方法。
The above-described problems of the present invention are essentially solved by using a method of coating apatite on a plastic substrate as shown below.
1. Apatite or a composition containing apatite is placed on a plastic substrate, and a wavelength region of 9 to 11 μm using a carbon dioxide gas laser is applied to the apatite or the composition containing apatite from the side of the apatite or the composition containing apatite. A method of coating apatite with a plastic substrate, which is irradiated with infrared light.
2. 2. The method of coating apatite on the plastic substrate according to 1 above, wherein the composition containing apatite contains a thermoplastic resin.
3. Apatite or a composition containing apatite is placed on a plastic substrate, and a wavelength region of 9 to 11 μm using a carbon dioxide gas laser is applied to the apatite or the composition containing apatite from the side of the apatite or the composition containing apatite. The manufacturing method of the implant which performs infrared light irradiation.
4). 4. The method for producing an implant according to 3 above, wherein the composition containing apatite contains a thermoplastic resin.

本発明によれば、医療用途に好適に用いることのできる部材の製造に適した、各種プラスチック基材にアパタイトをコーティングするための改良された方法が与えられ、特にアパタイトとプラスチック基材との界面における接着性に優れたコート層等を得るためのコーティング方法が与えられる。また、本発明によれば、プラスチック基材上にアパタイトを含むコート層等を有し、該基材とアパタイトを含むコート層等との界面における接着性が良好なインプラントを製造することができる。   According to the present invention, an improved method for coating various plastic substrates with apatite suitable for the production of a member that can be suitably used for medical applications is provided, and in particular, the interface between the apatite and the plastic substrate. A coating method for obtaining a coating layer and the like having excellent adhesion is provided. Further, according to the present invention, it is possible to produce an implant having a coating layer containing apatite on a plastic substrate and having good adhesion at the interface between the substrate and the coating layer containing apatite.

実施例1におけるレーザー照射中の照射部表面における温度変化。The temperature change in the irradiation part surface during the laser irradiation in Example 1. FIG. 実施例1で得られたレーザー描画によりポリエステルフィルム表面に形成されたハイドロキシアパタイトを含む組成物の層の走査型電子顕微鏡写真。The scanning electron micrograph of the layer of the composition containing the hydroxyapatite formed in the polyester film surface by the laser drawing obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られたレーザー描画によりポリエステルフィルム表面に形成されたハイドロキシアパタイトを含む組成物の層の走査型電子顕微鏡写真。The scanning electron micrograph of the layer of the composition containing the hydroxyapatite formed in the polyester film surface by the laser drawing obtained in Example 2. FIG. 実施例2で得られたレーザー描画によりポリエステルフィルム表面に形成されたハイドロキシアパタイトを含む組成物の層の断面写真。Sectional photography of the layer of the composition containing the hydroxyapatite formed in the polyester film surface by the laser drawing obtained in Example 2. FIG. 実施例3におけるレーザー照射中の照射部表面における温度変化。The temperature change in the irradiation part surface during the laser irradiation in Example 3. FIG. 実施例3で得られたレーザー描画によりPEEK樹脂フィルム表面に形成されたストロンチウムアパタイトを含む組成物の層の走査型電子顕微鏡写真。The scanning electron micrograph of the layer of the composition containing the strontium apatite formed on the PEEK resin film surface by the laser drawing obtained in Example 3. 実施例4におけるレーザー照射中の照射部表面における温度変化。The temperature change in the irradiation part surface during the laser irradiation in Example 4. FIG. 実施例4で得られたレーザー描画によりUHMWPEフィルム表面に形成されたストロンチウムアパタイトを含む組成物の層の走査型電子顕微鏡写真。The scanning electron micrograph of the layer of the composition containing strontium apatite formed on the surface of the UHMWPE film by laser drawing obtained in Example 4. 実施例6におけるレーザー照射中の照射部表面における温度変化。The temperature change in the irradiation part surface during the laser irradiation in Example 6. FIG. 実施例6で得られたレーザー描画により人工靱帯表面に形成されたストロンチウムアパタイトを含む組成物の層の走査型電子顕微鏡写真。The scanning electron micrograph of the layer of the composition containing strontium apatite formed on the artificial ligament surface by laser drawing obtained in Example 6.

本発明のプラスチック基材にアパタイトをコーティングする方法においては、プラスチック基材上に、アパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置し、上記アパタイト又はアパタイトを含む組成物の側から上記アパタイト又はアパタイトを含む組成物に対し、炭酸ガスレーザーを用いて波長領域9〜11μmの赤外光照射を行う。本発明のプラスチック基材にアパタイトをコーティングする方法を、単に本発明のコーティング方法ともいう。   In the method of coating an apatite on the plastic substrate of the present invention, a composition comprising apatite or apatite is placed on the plastic substrate, and the composition comprising the apatite or apatite from the side of the apatite or the composition comprising apatite. The object is irradiated with infrared light in a wavelength region of 9 to 11 μm using a carbon dioxide laser. The method of coating the plastic substrate of the present invention with apatite is also simply referred to as the coating method of the present invention.

本発明で利用することのできる炭酸ガスレーザーとしては、炭酸ガスをレーザー媒質に用い、発振波長が赤外光領域の10.6μm又は9.3μmにレーザー光を発振することができるものを用いることができる。このような炭酸ガスレーザーとして、レーザー出力が数ワットから数十ワットクラスの連続もしくはパルス発振を行うレーザー装置が各種市販され、医療用途、とりわけ歯科用途に頻繁に利用されている。赤外波長領域9〜11μmには各種有機、無機化合物の酸素を含む官能基において強い吸収を示す例が多い。有機化合物としては、アルコール類など各種炭素−酸素結合を有する化合物においてC−O伸縮振動による強い吸収を示し、無機化合物ではリン化合物のP=O伸縮振動や珪酸化合物のSi−O伸縮振動等のように、いずれも酸素原子に結合した各種無機元素の伸縮振動による強い吸収バンドがこの波長範囲に存在することが知られている。従って、赤外波長領域9〜11μmに吸収を示す化合物に対し、炭酸ガスレーザーを用いてこの波長領域の赤外光照射を行うと、吸収した光エネルギーが光熱変換により熱に変換されることで、それ自体を加熱することが可能となる。本発明においては、リン酸塩であるアパタイトを用いて、これに対して上記赤外波長領域のレーザー光(波長領域9〜11μmの赤外光)を照射することで、アパタイトを直接的に加熱することができる。   The carbon dioxide laser that can be used in the present invention uses carbon dioxide gas as a laser medium and a laser that can oscillate laser light with an oscillation wavelength of 10.6 μm or 9.3 μm in the infrared region. Can do. As such a carbon dioxide laser, various types of laser devices that perform continuous or pulse oscillation with a laser output of several watts to several tens of watts are commercially available, and are frequently used for medical applications, particularly dental applications. In the infrared wavelength region 9 to 11 μm, there are many examples showing strong absorption in functional groups containing oxygen of various organic and inorganic compounds. As organic compounds, compounds having various carbon-oxygen bonds such as alcohols exhibit strong absorption due to C—O stretching vibration, and inorganic compounds such as P═O stretching vibration of phosphorus compounds and Si—O stretching vibration of silicate compounds. Thus, it is known that a strong absorption band due to stretching vibration of various inorganic elements bonded to oxygen atoms exists in this wavelength range. Therefore, when a compound having absorption in the infrared wavelength region 9 to 11 μm is irradiated with infrared light in this wavelength region using a carbon dioxide laser, the absorbed light energy is converted into heat by photothermal conversion. It becomes possible to heat itself. In the present invention, apatite, which is a phosphate, is used to directly heat the apatite by irradiating the laser light in the infrared wavelength region (infrared light in the wavelength region of 9 to 11 μm). can do.

炭酸ガスレーザーとして利用可能な装置は高出力のレーザー光を利用することを一般に意図しており、対象物の微小領域に高出力レーザー光を集光させて瞬間的に数百℃から千℃以上の温度にまで対象物の表面温度を加熱することが可能である。歯科用途では歯質を構成するアパタイト自体が上記の赤外波長領域のレーザー光を吸収することから、発生する高熱によりアパタイトの蒸散による歯質の削除に利用される。   An apparatus that can be used as a carbon dioxide laser is generally intended to use high-power laser light, and the high-power laser light is focused on a minute area of the object and instantaneously several hundred to 1000 ° C or higher. It is possible to heat the surface temperature of the object up to this temperature. In dental use, the apatite constituting the tooth itself absorbs the laser beam in the infrared wavelength region, and is used to remove the tooth due to the evaporation of the apatite due to the generated high heat.

前述した非特許文献1は、炭酸ガスレーザーの照射によりリン酸カルシウム(アパタイトを含む)自体の高温焼結を行おうとする試みであったが、リン酸カルシウム自体は堅くて脆い性質であることから、焼結による造型やチタン合金などの金属表面にこれらを溶着して層を形成することはできなかった。同様に、非特許文献2でもアパタイト同士を炭酸ガスレーザー照射で接合する試みが成されたが、両者を強固に接合することは困難であった。   Non-Patent Document 1 described above was an attempt to perform high-temperature sintering of calcium phosphate (including apatite) itself by irradiation with a carbon dioxide laser. However, since calcium phosphate itself is hard and brittle, It was impossible to form a layer by welding them to a metal surface such as molding or a titanium alloy. Similarly, in Non-Patent Document 2, an attempt was made to join apatites together by carbon dioxide laser irradiation, but it was difficult to join them firmly.

本発明では、プラスチック基材上にアパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置し、アパタイト又はアパタイトを含む組成物に対し炭酸ガスレーザーにより波長領域9〜11μmの赤外光を照射することで、アパタイト自体が加熱されると共に、アパタイト又はアパタイトを含む組成物が設置されたプラスチック基材の表面部分も加熱され、両者が加熱によりその界面において一体化することで、極めて強固な接着性が実現されることを見出したものである。また、レーザー照射の制御によりプラスチック基材の表面及びその近傍のみを加熱できるため、基材全体として望ましくない熱変形を避けることが可能となる。   In the present invention, apatite or a composition containing apatite is installed on a plastic substrate, and the apatite itself is irradiated by irradiating infrared light in a wavelength region of 9 to 11 μm with a carbon dioxide gas laser onto the composition containing apatite or apatite. Is heated, and the surface portion of the plastic substrate on which the apatite or the composition containing apatite is installed is also heated, and both are integrated at the interface by heating, thereby realizing extremely strong adhesiveness. Is found. In addition, since only the surface of the plastic substrate and its vicinity can be heated by controlling the laser irradiation, it is possible to avoid undesirable thermal deformation of the entire substrate.

本発明で利用することのできる炭酸ガスレーザーとしては、出力が数ワットから数十ワットの範囲にあり、波長が10.6μm又は9.3μmの連続発振又はパルス発振可能なレーザー装置を最も好適に利用することができる。レーザー光を集光させた際のスポット径については、数μm〜数百μmの範囲にある場合が好ましいが、焦点を意図的にずらすことで、照射物への熱の局所的な集中を回避させ、より平均的な温度分布を以て照射物を加熱することが好ましい場合もある。   As a carbon dioxide laser that can be used in the present invention, a laser device that has an output in the range of several watts to several tens of watts and has a wavelength of 10.6 μm or 9.3 μm and capable of continuous oscillation or pulse oscillation is most preferable. Can be used. The spot diameter when the laser beam is focused is preferably in the range of several μm to several hundreds of μm, but by intentionally shifting the focus, local concentration of heat on the irradiated object is avoided. It may be preferable to heat the irradiated object with a more average temperature distribution.

上記赤外波長領域のレーザー光を照射する場合において、照射条件等は特に限定されず、レーザーパワーと照射時間の組み合わせにより、照射部における温度上昇の様子を様々なパターンに制御することが可能である。即ち、レーザーパワーを高く設定し、レーザー光が照射される際に、レーザー光照射中の一箇所における照射時間を短くすることで短時間に昇温し、直ちに熱が散逸することで冷却され、照射部における温度変化を短時間の内に完了させることも好ましく行われる。この場合、熱拡散により照射部の温度は短時間の内に周囲に散逸することから、照射部の深さ方向及び照射部を取り巻く周辺(平面)方向への熱の影響を最小限に止めることが可能となる。従って、特定の箇所を選択的に加熱することで、この部分においてのみ本発明の目的とするアパタイト又はアパタイトを含む組成物をプラスチック基材に接着する目的で好ましく利用することが可能である。このような場合におけるレーザー光の一箇所におけるパルス照射時間(パルス幅)として1〜1000マイクロ秒の範囲であることが好ましい。この範囲のパルス幅のレーザー光で一定範囲を処理するためには、レーザーの走査速度としては3000〜15000mm/秒の範囲において照射物にレーザー光照射することが好ましい。   When irradiating laser light in the above infrared wavelength region, the irradiation conditions are not particularly limited, and it is possible to control the state of temperature rise in the irradiation part in various patterns by a combination of laser power and irradiation time. is there. That is, when the laser power is set high and the laser light is irradiated, the temperature is raised in a short time by shortening the irradiation time at one place during the laser light irradiation, and the heat is immediately dissipated and cooled. It is also preferable to complete the temperature change in the irradiation section within a short time. In this case, the temperature of the irradiated part will be dissipated to the surroundings within a short time due to thermal diffusion, so the influence of heat in the depth direction of the irradiated part and the peripheral (plane) direction surrounding the irradiated part should be minimized. Is possible. Therefore, by selectively heating a specific part, it is possible to preferably use the apatite or the composition containing apatite as the object of the present invention only in this part for the purpose of adhering to the plastic substrate. In such a case, the pulse irradiation time (pulse width) at one spot of the laser beam is preferably in the range of 1 to 1000 microseconds. In order to process a certain range with a laser beam having a pulse width in this range, it is preferable to irradiate the irradiated object with the laser beam at a laser scanning speed of 3000 to 15000 mm / sec.

あるいは、比較的低パワーのレーザー光を用いて比較的長時間の照射を行う場合も好ましく利用することができる。即ち、レーザー光のパルス幅は上記の場合と同様か、あるいは連続発振の状態で、比較的遅い走査速度でレーザー光照射を行った場合には、照射部においてレーザー光パルスが連続的あるいは繰り返し多数回照射されることから、照射部に熱が蓄積するとともに照射部周辺に熱が拡散し、比較的広い面積を均一に加熱することができる。このような照射条件も、本発明の目的とするアパタイト又はアパタイトを含む組成物をプラスチック基材に接着する目的で好ましく利用することが可能である。このような場合におけるレーザー光の一箇所における照射時間として0.001〜100ミリ秒の範囲であることが好ましい。この範囲のパルス幅のレーザー光で一定範囲を処理するためには、レーザーの走査速度としては100〜3000mm/秒の範囲において照射物にレーザー光照射することが好ましい。   Or it can utilize preferably also when performing irradiation for a comparatively long time using a comparatively low power laser beam. That is, the pulse width of the laser light is the same as that described above, or when laser light irradiation is performed at a relatively slow scanning speed in a continuous oscillation state, a large number of laser light pulses are continuously or repeatedly repeated in the irradiation section. Since it is irradiated twice, heat accumulates in the irradiation part and diffuses around the irradiation part, so that a relatively large area can be uniformly heated. Such irradiation conditions can also be preferably used for the purpose of adhering the target apatite or the composition containing apatite to a plastic substrate. In such a case, the irradiation time at one spot of the laser beam is preferably in the range of 0.001 to 100 milliseconds. In order to treat a certain range with a laser beam having a pulse width in this range, it is preferable to irradiate the irradiated object with the laser beam at a laser scanning speed of 100 to 3000 mm / second.

更には、上記の短時間照射あるいは長時間照射条件において、同一箇所に対して複数回繰り返して照射を行う方法など、様々なレーザー照射のパターンを以て照射物の加熱を行うことも可能である。この場合、熱拡散による照射物の温度変化速度と、照射のタイミングを調節することで、繰り返し照射によって照射物の表面や内部の温度プロファイルを適当に調節することも可能である。なお、下記のプラスチック基材が加熱される温度や、アパタイトの加熱温度でもあるレーザー光照射部の表面温度は、デジタル放射温度計などを利用して容易に計測することが可能である。   Furthermore, it is also possible to heat the irradiated object with various laser irradiation patterns, such as a method of repeatedly irradiating the same spot a plurality of times under the above short-time irradiation or long-time irradiation conditions. In this case, by adjusting the temperature change rate of the irradiated object due to thermal diffusion and the timing of irradiation, it is possible to appropriately adjust the temperature profile of the surface of the irradiated object and the inside by repeated irradiation. In addition, the temperature at which the following plastic substrate is heated and the surface temperature of the laser light irradiation part, which is also the heating temperature of the apatite, can be easily measured using a digital radiation thermometer or the like.

本発明で用いることのできるプラスチック基材としては、ポリエステル樹脂(PET)、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリエチレン樹脂(PE)、超高分子量ポリエチレン樹脂(UHMWPE)、ポリプロピレン樹脂(PP)、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂などの各種熱可塑性を有するプラスチック樹脂を好ましく用いることができる。本発明においてレーザー照射によりこれらの各種プラスチック樹脂がアパタイト又はアパタイトを含む組成物からの熱により加熱される際に、熱分解を誘起する温度未満の温度で加熱されることが好ましい。このため、加熱される温度の上限としては通常400℃未満であり、好ましくは300℃未満であり、更に好ましくは280℃未満の温度で加熱されることが好ましい。   Examples of the plastic substrate that can be used in the present invention include polyester resin (PET), polyamide resin, polyether resin, polyether ketone resin, polyether ether ketone resin (PEEK), polyethylene resin (PE), and ultrahigh molecular weight polyethylene. Plastic resins having various thermoplastic properties such as a resin (UHMWPE), a polypropylene resin (PP), an acrylic resin, and a polystyrene resin can be preferably used. In the present invention, when these various plastic resins are heated by heat from apatite or a composition containing apatite by laser irradiation, it is preferably heated at a temperature lower than the temperature that induces thermal decomposition. For this reason, the upper limit of the temperature to be heated is usually less than 400 ° C, preferably less than 300 ° C, and more preferably heated at a temperature of less than 280 ° C.

プラスチック基材が加熱される温度の下限についても好ましい範囲が存在する。プラスチック基材に隣接して設けられるアパタイト又はアパタイトを含む組成物が炭酸ガスレーザー照射により加熱されると、熱伝導によりプラスチック基材が加熱され、その表面が軟化することで、プラスチック基材と、アパタイト又はアパタイトを含む組成物との界面で接着が進行し、両者が接する界面において一体化することで極めて強固な接着力が実現できることが本発明の特徴である。従ってプラスチック基材の表面は、そのガラス転移温度もしくはそれ以上の温度に加熱されることが好ましく、ガラス転移温度より少なくとも10℃以上高い温度に加熱されることがより好ましい。用いるプラスチック基材の融点付近まで加熱することも好ましく行うことができるが、この場合、加熱によるプラスチック基材の熱変形を伴う場合があり、こうした変形を避ける必要がある場合には、融点未満でガラス転移温度以上の適当な温度範囲において加熱温度を調整することが好ましい。   There is also a preferred range for the lower limit of the temperature at which the plastic substrate is heated. When the apatite or the composition containing apatite provided adjacent to the plastic substrate is heated by carbon dioxide laser irradiation, the plastic substrate is heated by heat conduction, and the surface is softened. It is a feature of the present invention that adhesion proceeds at an interface with apatite or a composition containing apatite, and an extremely strong adhesive force can be realized by integration at the interface where both are in contact. Accordingly, the surface of the plastic substrate is preferably heated to a temperature at or above its glass transition temperature, and more preferably at least 10 ° C. higher than the glass transition temperature. Heating to the vicinity of the melting point of the plastic substrate to be used can be preferably performed, but in this case, the plastic substrate may be thermally deformed by heating. It is preferable to adjust the heating temperature within an appropriate temperature range above the glass transition temperature.

本発明においては、前述のように炭酸ガスレーザーを利用してアパタイトを直接的に加熱するものであるが、アパタイトの加熱温度として好ましい温度範囲が存在する。アパタイトの温度が400℃を上回った場合、アパタイト又はアパタイトを含む組成物、及び/又は、隣接するプラスチック基材の温度が熱変性温度又は分解温度にまで達し、プラスチック基材の物理的性質が変化することで好ましくない場合がある。アパタイトの加熱温度として好ましい温度範囲は70〜400℃の範囲であり、より好ましくは80〜300℃の範囲であり、更に好ましくは90〜280℃の範囲である。この温度範囲においてアパタイトが加熱されることが、アパタイト又はアパタイトを含む組成物と、これが設置されたプラスチック基材との界面における接着性が良好となり、かつプラスチック基材の熱変性や熱分解、熱変形などの好ましくない悪影響を回避する上で極めて好ましい。
本発明においては、プラスチック基材及びアパタイト又はアパタイトを含む組成物の加熱温度が上記の好ましい温度範囲となるように、炭酸ガスレーザーによるレーザー光照射の条件を適宜設定することが好ましい。
In the present invention, as described above, the apatite is directly heated using a carbon dioxide laser, but there is a preferable temperature range for the heating temperature of the apatite. When the temperature of the apatite exceeds 400 ° C., the temperature of the apatite or the composition containing the apatite and / or the temperature of the adjacent plastic substrate reaches the heat denaturation temperature or the decomposition temperature, and the physical properties of the plastic substrate change. It may not be preferable to do so. A preferred temperature range for the heating temperature of the apatite is in the range of 70 to 400 ° C, more preferably in the range of 80 to 300 ° C, and still more preferably in the range of 90 to 280 ° C. When the apatite is heated in this temperature range, the adhesiveness at the interface between the apatite or the composition containing the apatite and the plastic substrate on which the apatite is installed is improved, and the thermal denaturation, thermal decomposition, and heat of the plastic substrate are improved. This is extremely preferable in avoiding undesirable adverse effects such as deformation.
In the present invention, it is preferable to appropriately set the conditions of the laser beam irradiation by the carbon dioxide laser so that the heating temperature of the plastic substrate and the apatite or the composition containing apatite falls within the above preferable temperature range.

本発明で用いることのできるアパタイトとしては、リン酸カルシウム塩であるハイドロキシアパタイトが最も代表的であり、更にその組成中に炭酸イオンが含まれる炭酸アパタイトや、フッ素イオンが含まれるフッ素アパタイトも好ましく用いることができる。これらを得るための好ましい合成方法としては、特開2015−084814号公報の炭酸アパタイトの合成方法や、特開2014−181160号公報に示されるフッ素アパタイトの合成方法が挙げられ、これらの方法により得られる各種アパタイトを本発明において好ましく用いることができる。更に、これら各種アパタイトのカルシウムイオンの一部あるいは全部がカルシウム以外の金属イオンに置換した各種アパタイトも好ましく用いることができる。カルシウム以外の金属として、例えば、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、亜鉛、銀等が挙げられ、これらの金属イオンが組成中に含まれる各種アパタイトも好ましく用いることができる。こうしたカルシウム以外の金属イオンを含むアパタイトの製造方法として、例えばマグネシウムイオンを含むアパタイトでは特開2015−048266号公報に記載される方法を好ましく用いることができる。あるいは、ストロンチウムを含むアパタイトの例としては、特開2014−180491号公報に記載される例や、あるいは特開2015−086081号公報、特開2015−086082号公報、特開2015−086084号公報、特開2015−086097号公報などに記載される炭酸イオンを含む炭酸ストロンチウムアパタイトである場合も好ましく用いることができる。更には、特開2015−093825号公報等に記載されるようなストロンチウムを含むフッ素アパタイトを用いることも好ましく行われる。アパタイトは、1種のみ用いてもよく、複数の種類を組み合わせて用いてもよい。   As the apatite that can be used in the present invention, hydroxyapatite that is a calcium phosphate salt is most representative, and carbonate apatite that contains carbonate ions in its composition and fluorine apatite that contains fluorine ions are also preferably used. it can. Preferable synthesis methods for obtaining these include the synthesis method of carbonate apatite disclosed in JP-A-2015-084814 and the synthesis method of fluorapatite disclosed in JP-A-2014-181160. Various apatites obtained can be preferably used in the present invention. Furthermore, various apatites in which some or all of calcium ions of these various apatites are substituted with metal ions other than calcium can also be preferably used. Examples of metals other than calcium include magnesium, strontium, barium, sodium, potassium, cesium, zinc, silver, and the like. Various apatites containing these metal ions in the composition can also be preferably used. As a method for producing apatite containing metal ions other than calcium, for example, for apatite containing magnesium ions, the method described in JP-A-2015-048266 can be preferably used. Alternatively, examples of apatite containing strontium include the examples described in JP-A-2014-180491, JP-A-2015-060881, JP-A-2015-060882, JP-A-2015-086084, The strontium carbonate apatite containing carbonate ions described in JP-A-2015-086097 can also be preferably used. Furthermore, it is also preferable to use fluorapatite containing strontium as described in JP-A-2015-093825. Only one type of apatite may be used, or a plurality of types may be used in combination.

本発明において、プラスチック基材上にアパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置する際には、アパタイトは微粒子として用いることが好ましい。微粒子の大きさに関しては好ましい範囲の上限が存在し、体積平均粒子径において10μm以下である場合が好ましい。これより大きい平均粒子径のアパタイトを用いた場合、炭酸ガスレーザー光を散乱する、レーザー光照射による加熱が照射部において均一に進行しないなどの問題により、プラスチック基材への該アパタイト又はアパタイトを含む組成物の接着性が低下する場合がある。微粒子の大きさの好ましい範囲の下限は、体積平均粒子径において50nm以上である場合が好ましい。なお、体積平均粒子径はレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
また、本発明においては、プラスチック基材上に、アパタイトを含む組成物を設置することが好ましい。
In the present invention, when installing apatite or a composition containing apatite on a plastic substrate, it is preferable to use apatite as fine particles. Regarding the size of the fine particles, there is an upper limit of a preferable range, and it is preferable that the volume average particle diameter is 10 μm or less. When using apatite with an average particle size larger than this, the apatite or apatite on the plastic substrate is included due to problems such as scattering of carbon dioxide laser light and heating by laser light irradiation not proceeding uniformly in the irradiated part. The adhesiveness of the composition may decrease. The lower limit of the preferable range of the size of the fine particles is preferably 50 nm or more in the volume average particle diameter. The volume average particle diameter can be measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus.
Moreover, in this invention, it is preferable to install the composition containing apatite on a plastic base material.

本発明において、プラスチック基材上に、アパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置する方法は、該基材上(基材表面)にアパタイト又はアパタイトを含む組成物を付与することができればよく、特に限定されない。
本発明において、プラスチック基材上にアパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置する方法としては、例えば、アパタイト微粒子をプラスチック基材上に直接載せる方法や、プラスチック基材表面に粘着加工を施しアパタイト微粒子を付着させる方法、アパタイト微粒子と接着剤や粘着剤等を混合した組成物をプラスチック基材に付着させる方法、プラスチック基材に対してアパタイト微粒子を含む塗工液を用いて塗工を行う方法など、各種の方法を用いることができるが、アパタイトを含む組成物の均一な設置が容易に行えることから、アパタイト微粒子を含む塗工液を用いて塗工を行う方法を用いることが好ましい。
In the present invention, the method for installing apatite or a composition containing apatite on a plastic substrate is not particularly limited as long as it can provide a composition containing apatite or apatite on the substrate (substrate surface). Not.
In the present invention, examples of a method for installing apatite or a composition containing apatite on a plastic substrate include, for example, a method of directly placing apatite fine particles on a plastic substrate, A method of adhering, a method of adhering a composition obtained by mixing apatite fine particles and an adhesive or a pressure-sensitive adhesive to a plastic substrate, a method of applying a coating liquid containing apatite fine particles to a plastic substrate, etc. Although various methods can be used, it is preferable to use a method in which coating is performed using a coating solution containing apatite fine particles because uniform installation of a composition containing apatite can be easily performed.

本発明におけるアパタイトを含む組成物は、熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。
本発明において、アパタイトを含む組成物に熱可塑性樹脂を併せて用いることで、炭酸ガスレーザーによる上記波長の赤外線照射後(加熱後)において、アパタイトを含む組成物のプラスチック基材に対する接着性が向上することから好ましく利用することができる。こうした目的で利用可能である熱可塑性樹脂として、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリトリメチレンカーボネート等の生体適合性を有するポリマーや、あるいはポリメチルメタクリレートやポリジメチルシロキサン等の生体不活性であるポリマーや、これ以外の種々のアクリル樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの各種熱可塑性樹脂を極めて好ましく用いることができる。熱可塑性樹脂は、1種のみ用いてもよく、複数の種類を組み合わせて用いてもよい。
The composition containing apatite in the present invention preferably contains a thermoplastic resin.
In the present invention, by using a thermoplastic resin together with a composition containing apatite, the adhesiveness of the composition containing apatite to the plastic substrate is improved after irradiation with infrared rays of the above wavelength by a carbon dioxide laser (after heating). Therefore, it can be preferably used. Examples of thermoplastic resins that can be used for such purposes include biocompatible polymers such as polylactic acid, polyglycolic acid, poly-ε-caprolactone, and polytrimethylene carbonate, or living organisms such as polymethyl methacrylate and polydimethylsiloxane. Inactive polymers and various other thermoplastic resins such as various acrylic resins, vinyl acetate resins, polyester resins, polyurethane resins, acetal resins, polyamide resins, polystyrene resins, polyolefin resins, etc. are very preferably used. Can do. Only one type of thermoplastic resin may be used, or a plurality of types may be used in combination.

上記において、アパタイトを含む組成物中において熱可塑性樹脂を添加して用いる際には、該アパタイトに対する熱可塑性樹脂の比率には好ましい範囲が存在する。該アパタイトに対する熱可塑性樹脂の比率が質量比において10%未満で用いた場合には、熱可塑性樹脂を用いた効果が現れ難いことがある。あるいは、該アパタイトに対する熱可塑性樹脂の比率が質量比において100%を超える範囲で用いた場合には、炭酸ガスレーザーを用いた本発明のコーティング処理後に、該アパタイトの表面が熱可塑性樹脂で被覆されることから、生体適合性などのアパタイトの特性がプラスチック基材との組み合わせにおいて現れ難いことがある。
アパタイトを含む組成物は、アパタイト及び上述した熱可塑性樹脂以外の成分を含んでもよく、例えば、後述する有機溶媒、界面活性剤等を含んでもよい。
In the above, when a thermoplastic resin is added and used in a composition containing apatite, there is a preferred range for the ratio of the thermoplastic resin to the apatite. When the ratio of the thermoplastic resin to the apatite is less than 10% by mass, the effect of using the thermoplastic resin may be difficult to appear. Alternatively, when the ratio of the thermoplastic resin to the apatite exceeds 100% in mass ratio, the surface of the apatite is coated with the thermoplastic resin after the coating treatment of the present invention using a carbon dioxide laser. Therefore, the characteristics of apatite such as biocompatibility may be difficult to appear in combination with a plastic substrate.
The composition containing apatite may contain components other than apatite and the above-described thermoplastic resin, and may contain, for example, an organic solvent, a surfactant, and the like described later.

本発明において、上記の組成物中に含まれるアパタイトは、体積平均粒子径が更に1μm以下である微粒子として用いることが好ましく行われる。本明細書中、体積平均粒子径が1μmを超えて10μm以下の微粒子を、微粉体ともいう。
上記したような様々な合成方法で得られるアパタイトに対し、ボールミルなどを利用する乾式粉砕処理を施すことで、体積平均粒子径が1μmを超えて10μm以下の微粉体や、更には体積平均粒子径が1μm以下である微粒子に加工することが可能である。あるいは、水中もしくは各種有機溶剤中において各種メディアミル装置を利用した湿式分散処理を施すことで、アパタイトを、体積平均粒子径が1μmを超えて10μm以下の微粉体、更には体積平均粒子径が1μm以下である微粒子に加工することも好ましく利用することができる。また、このような湿式分散処理により、体積平均粒子径が1μmを超えて10μm以下のアパタイト微粉体又は体積平均粒子径が1μm以下であるアパタイト微粒子の分散液(以下、アパタイトの分散液ともいう)を得ることができる。このようなアパタイトの分散液は、アパタイトを含む塗工液等に好適に用いられる。
In the present invention, the apatite contained in the composition is preferably used as fine particles having a volume average particle diameter of 1 μm or less. In the present specification, fine particles having a volume average particle diameter of more than 1 μm and 10 μm or less are also referred to as fine powder.
The apatite obtained by the various synthesis methods as described above is subjected to a dry pulverization treatment using a ball mill or the like, so that a fine powder having a volume average particle diameter of more than 1 μm and not more than 10 μm, and further a volume average particle diameter. Can be processed into fine particles having a thickness of 1 μm or less. Alternatively, by performing wet dispersion treatment using various media mill apparatuses in water or in various organic solvents, the apatite is a fine powder having a volume average particle diameter of more than 1 μm and not more than 10 μm, and a volume average particle diameter of 1 μm. Processing into the following fine particles can also be preferably used. Further, by such wet dispersion treatment, apatite fine powder having a volume average particle diameter of more than 1 μm and not more than 10 μm or a dispersion of apatite fine particles having a volume average particle diameter of not more than 1 μm (hereinafter also referred to as apatite dispersion). Can be obtained. Such an apatite dispersion is preferably used for a coating liquid containing apatite.

本発明において、メディアミル装置を利用した上記の湿式分散処理としては、具体的には、分散媒である水もしくは各種有機溶剤中にアパタイトを添加し、これに、分散処理用のメディアとしてガラスビーズやアルミナビーズ、その他のセラミックビーズ等を加えて振盪や攪拌を行い、該アパタイトと該ビーズが機械的に衝突し、微粉砕されることで該アパタイトの湿式分散処理を行う方法が好ましい。   In the present invention, as the above-mentioned wet dispersion treatment using a media mill apparatus, specifically, apatite is added to water or various organic solvents as a dispersion medium, and glass beads are used as a dispersion treatment medium. A method in which the apatite and the ceramic beads are shaken or stirred, and the apatite and the beads mechanically collide and finely pulverize to perform a wet dispersion treatment of the apatite is preferable.

メデイアミル装置の具体的な例を挙げると、少量をバッチ方式で湿式分散処理を行う場合には、メディアミル装置としてペイントコンディショナーを使用して数時間に亘る振盪を行うことで湿式分散処理を行うことができる。またメディアミル装置として、ダイノーミル(WAB社製)に代表される横型ビーズミルのような連続方式での湿式分散処理が可能である装置を用いて、これを複数台用いて直列に配置して1パスで湿式分散処理を行っても良く、あるいは1台のメディアミルを用いて複数回処理を繰り返すことも好ましく行うことができる。このような湿式分散処理を行うことで、水又は各種有機溶剤中においてアパタイトの微粉体もしくは微粒子を製造することができる。メディアミル装置としては、これら以外にも様々な形状、タイプの装置が市販されるが、いずれの場合も、装置がメディアを用いて水もしくは各種有機溶剤中において湿式分散処理を行うことのできる装置であれば基本的には使用することができる。   To give a specific example of a media mill device, when a small amount is wet-dispersed in a batch system, the wet-dispersed processing is performed by shaking for several hours using a paint conditioner as a media mill device. Can do. In addition, as a media mill device, a device capable of wet dispersion processing in a continuous manner, such as a horizontal bead mill represented by Dino Mill (manufactured by WAB), is used in series with a plurality of units, and one pass. The wet dispersion treatment may be carried out at the same time, or the treatment may be preferably repeated a plurality of times using one media mill. By performing such a wet dispersion treatment, fine powder or fine particles of apatite can be produced in water or various organic solvents. In addition to these, various shapes and types of devices are commercially available as media mill devices. In any case, the device can perform wet dispersion processing in water or various organic solvents using media. Basically, it can be used.

上記したメディアを利用してアパタイトの湿式分散処理を行う場合に、使用するメディアはセラミックビーズを用いることが好ましい。特に、ビーズが研磨されるなどしてビーズ由来の不純物が分散液中に混入することを防止することが好ましく、仮に、微細に粉砕されたビーズ由来の成分が混入した場合であっても、これが生体内において安全性が確認されていることが好ましい。こうした目的で利用できるセラミックビーズとして、具体的にはZrO、立方晶ジルコニア、イットリウム安定化ジルコニア、ジルコニア強化アルミナなどのジルコニアを含有するセラミックビーズを最も好ましく用いることができる。また、メディアの平均直径は0.01〜10mmの範囲にあることが好ましく、より好ましくは0.1〜5mmである。こうしたメディアを使用したメディアミルを用いる湿式分散処理の条件は、通常行われる室温での処理であり、特に処理時間や温度等に関する制限は無い。また、パス回数については1回で充分である場合もあるが、2〜7回程度のパス回数で処理を行うことで、より粒子径分布が狭く、かつ分散安定性に優れたアパタイトの分散液を製造することができる。   When the wet dispersion process of apatite is performed using the above-described media, it is preferable to use ceramic beads as the media to be used. In particular, it is preferable to prevent the bead-derived impurities from being mixed into the dispersion liquid by polishing the beads. Even if finely pulverized bead-derived components are mixed, It is preferable that safety is confirmed in vivo. Specifically, ceramic beads containing zirconia such as ZrO, cubic zirconia, yttrium-stabilized zirconia, and zirconia-reinforced alumina can be most preferably used as the ceramic beads that can be used for such purposes. Moreover, it is preferable that the average diameter of a medium exists in the range of 0.01-10 mm, More preferably, it is 0.1-5 mm. The conditions for the wet dispersion treatment using a media mill using such media are treatments at room temperature that are usually performed, and there are no particular restrictions on treatment time, temperature, and the like. In addition, there may be cases where one pass is sufficient as the number of passes, but by performing the treatment with about 2 to 7 passes, a dispersion of apatite with a narrower particle size distribution and excellent dispersion stability. Can be manufactured.

湿式分散処理において、分散媒として用いる水又は有機溶剤の使用量は、質量比でアパタイト:分散媒=1:1000〜1:2の範囲が好ましい。アパタイトに対する分散媒の比率が質量比で1000を超える場合、得られるアパタイトの分散液の固形分濃度が、後述する塗工液における固形分濃度の好ましい範囲よりも低下するため好ましくない。また、該アパタイトに対する分散媒の比率が質量比で2未満の場合、湿式分散処理中に分散液の粘度が上昇し、分散処理が進まなくなり、作製した分散液中に粗大粒子が混在する場合がある。   In the wet dispersion treatment, the amount of water or organic solvent used as the dispersion medium is preferably in the range of apatite: dispersion medium = 1: 1000 to 1: 2 in terms of mass ratio. When the ratio of the dispersion medium with respect to apatite exceeds 1000 in mass ratio, the solid content concentration of the obtained apatite dispersion liquid is not preferable because it is lower than the preferable range of the solid content concentration in the coating liquid described later. In addition, when the ratio of the dispersion medium to the apatite is less than 2 in mass ratio, the viscosity of the dispersion increases during the wet dispersion process, the dispersion process does not proceed, and coarse particles may be mixed in the prepared dispersion. is there.

上記の方法を用いて水又は有機溶剤中においてアパタイトの分散液を製造する際に、分散剤として各種界面活性剤やポリマーを添加して湿式分散処理を行うことも好ましく行うことができる。この場合ポリマーとして好ましく用いることのできる例として、先に述べたような各種熱可塑性樹脂を添加して湿式分散処理を行うことで、分散安定性に優れたアパタイトの分散液を製造することができる。   When producing a dispersion of apatite in water or an organic solvent using the above method, it is also preferable to perform wet dispersion treatment by adding various surfactants or polymers as a dispersant. In this case, as an example that can be preferably used as a polymer, an apatite dispersion excellent in dispersion stability can be produced by adding various thermoplastic resins as described above and performing wet dispersion treatment. .

本発明において分散剤として最も好ましく用いることのできる熱可塑性樹脂の例としてポリ乳酸を挙げることができる。本発明で用いることのできるポリ乳酸としては、ポリ乳酸中の繰り返し単位において、D−乳酸とL−乳酸の両方を含むポリ乳酸であるポリ−D,L−乳酸が好ましい。この場合、繰り返し単位中に含まれるD体とL体の比率はモル比で2:8〜8:2の範囲である場合がより好ましく、更にD体とL体の比率が等モルで含まれている場合が最も好ましい。あるいは、別の好ましいポリ乳酸の例として、ポリ乳酸の繰り返し単位中に、L−又はD−乳酸以外に、グリコール酸、ε−カプロラクトン、トリメチレンカーボネート等の繰り返し単位を併せて含むポリ乳酸共重合体が挙げられ、これらの乳酸以外の繰り返し単位の比率が80モル%未満である場合が好ましい。
本発明におけるアパタイトを含む組成物に含まれる熱可塑性樹脂として、上記のポリ乳酸等が好ましい。
An example of a thermoplastic resin that can be most preferably used as a dispersant in the present invention is polylactic acid. The polylactic acid that can be used in the present invention is preferably poly-D, L-lactic acid, which is a polylactic acid containing both D-lactic acid and L-lactic acid in repeating units in the polylactic acid. In this case, the ratio of D-form and L-form contained in the repeating unit is more preferably in the range of 2: 8 to 8: 2 in terms of molar ratio, and the ratio of D-form and L-form is further contained in an equimolar ratio. The case is most preferable. Alternatively, as an example of another preferable polylactic acid, a polylactic acid copolymer containing a repeating unit of glycolic acid, ε-caprolactone, trimethylene carbonate or the like in addition to L- or D-lactic acid in the repeating unit of polylactic acid. The case where the ratio of repeating units other than these lactic acids is less than 80 mol% is preferable.
As the thermoplastic resin contained in the composition containing apatite in the present invention, the above-mentioned polylactic acid is preferable.

上記のポリ乳酸を本発明においてアパタイトの分散剤として用いる場合、湿式分散処理において分散媒として有機溶剤を用いることが好ましい。本発明で使用される好ましい有機溶剤として、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル化合物や、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどの各種ケトン類、トルエン、キシレンなどの芳香族溶剤、及びアセトニトリル、ジメチルホルムアミドなどの極性溶剤を挙げることができ、これらの有機溶剤を単独あるいは複数の種類を組み合わせて用いても良い。   When the polylactic acid is used as an apatite dispersant in the present invention, it is preferable to use an organic solvent as a dispersion medium in the wet dispersion treatment. Preferred organic solvents used in the present invention include cyclic ether compounds such as 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane and tetrahydrofuran, various ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, and aromatics such as toluene and xylene. Group solvents, and polar solvents such as acetonitrile and dimethylformamide, and these organic solvents may be used alone or in combination.

分散剤を用いてアパタイトの湿式分散処理を行う際の、アパタイトに対する分散剤の割合は、質量比でアパタイトに対して5〜100質量%の範囲で含まれることが好ましく、5〜50質量%の範囲で含まれる場合が更に好ましい。この比率を超えて分散剤を用いた場合、アパタイトの表面が分散剤で被覆されることから、炭酸ガスレーザーを用いた本発明のコーティング処理後に、生体適合性などのアパタイトの特性がプラスチック基材との組み合わせにおいて認められない場合がある。また、分散剤はアパタイトに対して5質量%以上の比率で含まれていることが好ましく、この場合において得られるアパタイト分散液の分散安定性が良好であり好ましく用いることができる。   The ratio of the dispersant to the apatite when the wet dispersion treatment of the apatite is performed using the dispersant is preferably included in the range of 5 to 100% by mass with respect to the apatite, and 5 to 50% by mass. The case where it falls within the range is more preferable. When a dispersant is used exceeding this ratio, the surface of the apatite is coated with the dispersant. Therefore, after the coating treatment of the present invention using a carbon dioxide gas laser, the characteristics of the apatite such as biocompatibility are plastic substrates. May not be allowed in combination with. Further, the dispersant is preferably contained in a ratio of 5% by mass or more with respect to apatite, and the dispersion stability of the apatite dispersion obtained in this case is good and can be preferably used.

上記の分散剤として用いるポリマーの分子量には好ましい範囲が存在し、重量平均分子量で1〜100万の範囲である場合が好ましく、更に3〜30万の範囲である場合が最も好ましい。ポリマーの重量平均分子量が1万未満である場合には、これを用いて得られるアパタイトの分散液の分散安定性が不充分で、経時によりアパタイトが沈降し、均一な分散液が作製できない場合がある。あるいは、ポリマーの重量平均分子量が100万を超える場合には、該分散液の粘度が高くなり、プラスチック基材表面にアパタイトの分散液を含む塗工液を用いて塗工を行うことでアパタイトを含む組成物を設置する場合、均一な塗工ができない場合がある。なお、ポリマーの重量平均分子量は、ゲル濾過クロマトグラフィー又は光散乱法により測定することができる。   There is a preferred range for the molecular weight of the polymer used as the dispersant, and the weight average molecular weight is preferably in the range of 1 to 1,000,000, and more preferably in the range of 3 to 300,000. When the weight average molecular weight of the polymer is less than 10,000, the dispersion stability of the apatite dispersion obtained using the polymer may be insufficient, and the apatite may settle over time, and a uniform dispersion may not be produced. is there. Alternatively, when the weight average molecular weight of the polymer exceeds 1,000,000, the viscosity of the dispersion increases, and the apatite is formed by coating using a coating liquid containing an apatite dispersion on the plastic substrate surface. When installing the composition containing, a uniform coating may not be performed. The weight average molecular weight of the polymer can be measured by gel filtration chromatography or a light scattering method.

プラスチック基材上にアパタイトを含む組成物を設置する際に使用することができるアパタイトを含む塗工液は、上記の湿式分散処理により得られるアパタイトの分散液を含むことが好ましい。このようなアパタイトの分散液を含む塗工液を使用すると、プラスチック基材上に組成が均一なアパタイトを含む組成物を設置することができるため好ましい。
アパタイトを含む塗工液を調製する方法は特に限定されず、上記のアパタイトの分散液をそのままアパタイトを含む塗工液として使用してもよく、アパタイトの分散液に、上記の熱可塑性樹脂、有機溶剤等を添加して塗工液を調製してもよい。
The coating liquid containing apatite that can be used when a composition containing apatite is placed on a plastic substrate preferably contains a dispersion of apatite obtained by the above wet dispersion treatment. The use of a coating solution containing such an apatite dispersion is preferable because a composition containing apatite having a uniform composition can be placed on a plastic substrate.
The method for preparing the coating solution containing apatite is not particularly limited, and the above-mentioned apatite dispersion may be used as it is as the coating solution containing apatite. The apatite dispersion may contain the above thermoplastic resin, organic A coating solution may be prepared by adding a solvent or the like.

プラスチック基材に対してアパタイトを含む塗工液を用いて塗工を行う方法としては、プラスチック基材の大きさや形状にあわせて種々の好適な方法を用いることができる。例えば、一つの方法として、塗工液中にプラスチック基材を浸漬して引き上げ、余分な塗工液を除いた後、塗工液を乾燥してアパタイトを含む組成物の層を形成する方法や、あるいは該塗工液をスプレー噴霧やカーテン塗工などの方法でプラスチック基材に塗工液を満遍なく付着させて塗工を行い、その後に乾燥を行ってアパタイトを含む組成物を設置する方法など、既知の様々な塗工方法を利用することが可能である。   Various suitable methods can be used as a method for coating a plastic base material using a coating liquid containing apatite according to the size and shape of the plastic base material. For example, as one method, a method of forming a composition layer containing apatite by immersing and lifting a plastic substrate in a coating solution, removing the excess coating solution, and drying the coating solution Alternatively, the coating solution is applied by uniformly adhering the coating solution to a plastic substrate by a method such as spraying or curtain coating, followed by drying and then installing a composition containing apatite, etc. Various known coating methods can be used.

上記の塗工液中に含まれるアパタイトの固形分濃度については好ましい範囲が存在し、0.1〜20質量%の範囲に含まれることが好ましい。この範囲より低い濃度でアパタイトを含む塗工液を用いてプラスチック基材にアパタイトを含む組成物を設置した場合には、プラスチック基材の表面に該塗工液を均一に塗工できないことがある。   There is a preferred range for the solid content concentration of the apatite contained in the coating solution, and it is preferably contained in the range of 0.1 to 20% by mass. When a composition containing apatite is installed on a plastic substrate using a coating solution containing apatite at a concentration lower than this range, the coating solution may not be uniformly applied to the surface of the plastic substrate. .

アパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置するプラスチック基材の部位及び範囲は、基材の形状、用途等に応じて適宜設定すればよい。例えば、基材の表面全体にアパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置してもよく、基材の表面の一部にアパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置してもよい。
また、プラスチック基材上に設置されたアパタイト又はアパタイトを含む組成物の形状等は特に限定されず、例えば、粒子状、塊状、層状等どのような形状であっても良いが、層状であることが好ましい。本発明において、プラスチック基材上にアパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置する好ましい態様として、該基材上に、アパタイト又はアパタイトを含む組成物の層を形成することが挙げられる。
What is necessary is just to set suitably the site | part and range of the plastic base material which installs the composition containing apatite or apatite according to the shape, use, etc. of a base material. For example, apatite or a composition containing apatite may be installed on the entire surface of the substrate, or a composition containing apatite or apatite may be installed on a part of the surface of the substrate.
In addition, the shape of the apatite or the composition containing apatite placed on the plastic substrate is not particularly limited, and may be any shape such as a particle shape, a lump shape, or a layer shape, for example, but it should be a layer shape. Is preferred. In the present invention, as a preferred embodiment of installing apatite or a composition containing apatite on a plastic substrate, forming a layer of apatite or a composition containing apatite on the substrate can be mentioned.

本発明において、プラスチック基材上に設置するアパタイト又はアパタイトを含む組成物の厚み又は量に関して好ましい範囲が存在する。プラスチック基材の単位面積あたりの、アパタイト又はアパタイトを含む組成物中におけるアパタイトの固形分質量(乾燥固形分質量)を以て表した場合、単位平方メートル当たり0.1〜50グラムの範囲にある場合が好ましく、0.5〜40グラムの範囲にある場合がより好ましい。この範囲を下回る量でアパタイトを用いた場合、プラスチック基材表面にアパタイトの好ましい性質である生体親和性などの特性が現れない場合がある。また、上記の範囲を超えてアパタイトを用いた場合、プラスチック基材に対するアパタイト又はアパタイトを含む組成物の接着性が劣る場合がある。   In this invention, there exists a preferable range regarding the thickness or quantity of the composition containing apatite or apatite installed on a plastic substrate. When expressed as apatite solid mass (dry solid mass) in apatite or a composition containing apatite per unit area of the plastic substrate, it is preferably in the range of 0.1 to 50 grams per square meter. More preferably, it is in the range of 0.5 to 40 grams. When apatite is used in an amount below this range, characteristics such as biocompatibility, which is a preferable property of apatite, may not appear on the surface of the plastic substrate. Moreover, when apatite is used exceeding the above range, the adhesiveness of apatite or a composition containing apatite to a plastic substrate may be inferior.

上述した方法等によりプラスチック基材上に設置したアパタイト又はアパタイトを含む組成物に対し、該アパタイト又はアパタイトを含む組成物の側から炭酸ガスレーザーを用いて波長領域9〜11μmの赤外光照射を行うことにより、該アパタイト又はアパタイトを含む組成物と基材とを強固に接着することができる。従って本発明のコーティング方法によれば、プラスチック基材とアパタイトとの界面における接着性が良好な、アパタイトを含むコート層等を形成することができる。このように表面にアパタイト又はアパタイトを含む組成物がコーティングされたプラスチック基材は、医療用途等に使用されるインプラントとして好適である。   With respect to apatite or a composition containing apatite placed on a plastic substrate by the method described above, infrared light irradiation in a wavelength region of 9 to 11 μm is performed using a carbon dioxide gas laser from the side of the apatite or the composition containing apatite. By performing, the apatite or the composition containing apatite and the substrate can be firmly bonded. Therefore, according to the coating method of the present invention, it is possible to form a coating layer containing apatite and the like having good adhesion at the interface between the plastic substrate and the apatite. Thus, the plastic base material on which the surface is coated with apatite or a composition containing apatite is suitable as an implant used for medical use and the like.

本発明のコーティング方法は、医療用途等に使用されるインプラントの製造等に好適に使用される。
本発明は、プラスチック基材上に、アパタイト又はアパタイトを含む組成物を設置し、上記アパタイト又はアパタイトを含む組成物の側から上記アパタイト又はアパタイトを含む組成物に対し、炭酸ガスレーザーを用いて波長領域9〜11μmの赤外光照射を行うインプラントの製造方法も包含する。
本発明の製造方法及びその好ましい態様等は、上述した本発明のコーティング方法と同じである。例えば、アパタイトを含む組成物は、熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。本発明の製造方法により、プラスチック基材上にアパタイトを含むコート層等を有し、該基材とアパタイトとの界面における接着性が良好なインプラントを製造することができる。本発明の製造方法により得られるインプラントでは、プラスチック基材とアパタイトとが強固に接着しているため、該基材からアパタイトが剥離しにくい。また、得られるインプラントは、プラスチック基材の表面にアパタイトを有することから、生体親和性が良好であり、医療用途等のインプラントとして好適に用いることができる。
The coating method of the present invention is suitably used for the production of implants used for medical purposes and the like.
In the present invention, apatite or a composition containing apatite is placed on a plastic substrate, and the wavelength of the apatite or the composition containing apatite from the side of the apatite or the apatite-containing composition using a carbon dioxide laser. The manufacturing method of the implant which performs infrared light irradiation of a region 9-11 micrometers is also included.
The production method of the present invention and preferred embodiments thereof are the same as the above-described coating method of the present invention. For example, the composition containing apatite preferably contains a thermoplastic resin. By the production method of the present invention, an implant having a coating layer containing apatite on a plastic substrate and having good adhesion at the interface between the substrate and apatite can be produced. In the implant obtained by the production method of the present invention, since the plastic base material and the apatite are firmly bonded, the apatite is hardly peeled off from the base material. Moreover, since the obtained implant has apatite on the surface of a plastic base material, biocompatibility is favorable and it can be used suitably as an implant for medical uses.

以下に実施例によって本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の百分率は断りのない限り質量基準である。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the percentage in an Example is a mass reference | standard unless there is a notice.

(実施例1)
ハイドロキシアパタイト(太平化学産業社製、HAP−100、医療用グレード品)20gとポリ−D,L−乳酸(D/L=1/1:重量平均分子量12万)2gとを0.5Lのポリプロピレン容器に入れ、これにアセトニトリル118g及び粒径0.3mmのジルコニアビーズ160gを加えて密閉し、ペイントコンディショナーを使用して連続して激しく振とう(シェイク)しながら6時間湿式分散処理を行った。その後、濾布を使用して分散物からジルコニアビーズを分離して分散液を得た。得られた分散液をアセトニトリルで希釈してバッチ式セルに入れ、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製、LA−910)を用いて分散しているアパタイト微粒子の大きさを測定したところ、体積平均粒子径として195nmであった。
Example 1
0.5 L of polypropylene with 20 g of hydroxyapatite (manufactured by Taihei Chemical Industrial Co., Ltd., HAP-100, medical grade product) and 2 g of poly-D, L-lactic acid (D / L = 1/1: weight average molecular weight 120,000) The mixture was put in a container, and 118 g of acetonitrile and 160 g of zirconia beads having a particle diameter of 0.3 mm were added thereto and sealed, and wet dispersion treatment was performed for 6 hours while shaking vigorously (shaking) continuously using a paint conditioner. Thereafter, zirconia beads were separated from the dispersion using a filter cloth to obtain a dispersion. The obtained dispersion is diluted with acetonitrile and placed in a batch cell, and the size of the dispersed apatite fine particles is measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (LA-910, manufactured by Horiba, Ltd.). As a result, the volume average particle diameter was 195 nm.

上記で得た分散液に、分散しているハイドロキシアパタイトの固形分濃度が5質量%になるようにアセトニトリルを加えて、塗工液を調製した。得られた塗工液を、ドクターバーを用いて175μm厚みのポリエステル(PET)フィルム(ガラス転移温度約80℃、融点約260℃)上に乾燥固形分質量で平米あたり20gになるよう塗工し、乾燥を行った。乾燥は温風ドライヤーを使用して約70℃の温度で行った。得られた塗工面を指で擦ると、ハイドロキシアパタイトを含む組成物は容易にフィルム表面から剥離した。   Acetonitrile was added to the dispersion obtained above so that the solid content concentration of the dispersed hydroxyapatite was 5% by mass to prepare a coating solution. The obtained coating solution was applied on a 175 μm thick polyester (PET) film (glass transition temperature of about 80 ° C., melting point of about 260 ° C.) using a doctor bar so that the dry solid mass was 20 g per square meter. And dried. Drying was performed at a temperature of about 70 ° C. using a warm air dryer. When the obtained coated surface was rubbed with a finger, the composition containing hydroxyapatite was easily peeled off from the film surface.

上記で作製したハイドロキシアパタイトを含む組成物を設置したポリエステルフィルムを用いて、以下のようにしてレーザーによる赤外光照射を実施した。炭酸ガスレーザー(キーエンス社製、レーザーマーカML−Z9510、波長10.6μm、最大出力80W)を使用し、ポリエステルフィルム表面から18.9cm離れた上部からフィルムの塗工面に対して下記の描画条件でレーザー光照射を行った。レーザー光照射部の表面温度を計測するため、デジタル放射温度計(LumaSense Technologies Inc.社製、IGA6/23)を利用して、レーザー光照射部の中心点において、測定径として直径0.6mmの面積における表面温度の変化を計測した。描画条件として、レーザー光照射の走査速度12000mm/秒で、レーザーパワー(duty比)60%、スポット径70μmとし、中心点から線間隔140μmで同心円状に円を描きながら、上記のハイドロキシアパタイトを含む組成物を設置したポリエステルフィルム表面に描画を行った。レーザーの発振周波数は25kHzであり、レーザー光のパルス幅は24マイクロ秒であった。この際、レーザー光による描画開始直後からレーザー照射部の表面温度を上記の放射温度計を用いて計測することで、図1に示す結果を得た。   Using the polyester film provided with the composition containing hydroxyapatite prepared above, infrared light irradiation with a laser was performed as follows. Using a carbon dioxide laser (Keyence Corporation, Laser Marker ML-Z9510, wavelength 10.6 μm, maximum output 80 W), the following drawing conditions are applied to the coated surface of the film from the top 18.9 cm away from the polyester film surface. Laser light irradiation was performed. In order to measure the surface temperature of the laser beam irradiation unit, a digital radiation thermometer (LumaSense Technologies Inc., IGA6 / 23) is used, and the diameter of the measurement beam is 0.6 mm at the center point of the laser beam irradiation unit. The change in surface temperature in area was measured. The drawing conditions include the above-mentioned hydroxyapatite while drawing a concentric circle with a line interval of 140 μm from the center point at a laser beam irradiation scanning speed of 12000 mm / sec, a laser power (duty ratio) of 60% and a spot diameter of 70 μm. Drawing was performed on the polyester film surface on which the composition was installed. The oscillation frequency of the laser was 25 kHz, and the pulse width of the laser light was 24 microseconds. At this time, the result shown in FIG. 1 was obtained by measuring the surface temperature of the laser irradiation portion using the above-mentioned radiation thermometer immediately after the start of drawing with laser light.

図1は実施例1におけるレーザー照射中の照射部表面における温度変化を示す。レーザー光照射により、照射部の表面温度は短時間でポリエステルフィルムの軟化点温度(約120℃)まで達することが分かった。描画後にフィルム表面をアセトンで湿らせたカット綿で繰り返し強く擦りつけたところ、レーザー照射された箇所のハイドロキシアパタイトを含む組成物の層が、ポリエステルフィルム表面に融着して残存しており、レーザーが照射されなかった箇所はカット綿で拭き取られていることが分かった。図2は実施例1で得られたレーザー描画によりポリエステルフィルム表面に形成されたハイドロキシアパタイトを含む組成物の層の走査型電子顕微鏡写真(拡大倍率50倍)を示す。図2において、黒い部分がポリエステルフィルム、灰色に見える部分がハイドロキシアパタイトを含む組成物の層である。この結果より、ハイドロキシアパタイトを含む組成物の層による同心円状の描画パターンがポリエステルフィルム表面に強固に接着して形成されていることが分かった。また、ポリエステルフィルム全体として熱変形は見られなかった。   FIG. 1 shows a temperature change on the surface of the irradiated part during laser irradiation in Example 1. It was found that the surface temperature of the irradiated part reached the softening point temperature (about 120 ° C.) of the polyester film in a short time by laser light irradiation. After drawing, the surface of the film was repeatedly rubbed strongly with cut cotton moistened with acetone. As a result, the layer of the composition containing hydroxyapatite at the laser-irradiated portion remained fused and remained on the polyester film surface. It was found that the part that was not irradiated was wiped with cut cotton. FIG. 2 shows a scanning electron micrograph (magnification 50 times) of a layer of a composition containing hydroxyapatite formed on the surface of a polyester film by laser drawing obtained in Example 1. In FIG. 2, the black part is a polyester film and the gray part is a layer of a composition containing hydroxyapatite. From this result, it was found that a concentric drawing pattern by the layer of the composition containing hydroxyapatite was formed by firmly adhering to the polyester film surface. Moreover, thermal deformation was not seen as the whole polyester film.

(実施例2)
同心円パターンの線間隔を35μmに設定した以外は実施例1と同様にして、ハイドロキシアパタイトを含む組成物を設置したポリエステルフィルム表面に、レーザー光により描画を行った。計測された表面温度の変化は実施例1と同様であった。描画後にフィルム表面をアセトンで湿らせたカット綿で繰り返し強く擦りつけたところ、レーザー照射された箇所のハイドロキシアパタイトを含む組成物の層が全て、ポリエステルフィルム表面に融着して残存しており、実施例2ではフィルム表面を隙間なくレーザー光照射した結果、表面が一様に、強固に接着したハイドロキシアパタイトを含む組成物の層で覆われていることが分かった。図3は、実施例2で得られたレーザー描画によりポリエステルフィルム表面に形成されたハイドロキシアパタイトを含む組成物の層の走査型電子顕微鏡写真(拡大倍率200倍)を示す。この結果より、ハイドロキシアパタイトを含む組成物の層がポリエステル表面に強固に接着して形成されていることが分かった。また、フィルムの断面を同様に走査型電子顕微鏡で観察したところ図4に示す結果を得た。図4は実施例2で得られたレーザー描画によりポリエステルフィルム表面に形成されたハイドロキシアパタイトを含む組成物の層の断面写真(拡大倍率130倍)を示す。図4中の矢印は、ハイドロキシアパタイトを含む組成物の層の厚みを示す。この図より、ハイドロキシアパタイトを含む組成物の層が、厚み約20μmで均一にポリエステルフィルム表面に形成されていることが確認された。得られたハイドロキシアパタイトを含む組成物の層とポリエステルフィルムとの接着性を更に評価するため、ハイドロキシアパタイトを含む組成物の層を有するポリエステルフィルムに対して、アセトンで湿らせた布を用いて繰り返し擦りつけて表面の様子を観察したが、外観上変化は認められず、強固に接着していることが確認された。また、ポリエステルフィルム全体として熱変形は見られなかった。
(Example 2)
Drawing was performed with a laser beam on the surface of the polyester film on which the composition containing hydroxyapatite was placed in the same manner as in Example 1 except that the line spacing of the concentric circle pattern was set to 35 μm. The change in the measured surface temperature was the same as in Example 1. After drawing, the surface of the film was repeatedly rubbed strongly with cut cotton moistened with acetone, and all the layers of the composition containing hydroxyapatite in the laser-irradiated portion remained fused to the polyester film surface, In Example 2, as a result of irradiating the film surface with laser light without gaps, it was found that the surface was uniformly and firmly covered with a layer of a composition containing hydroxyapatite adhered firmly. FIG. 3 shows a scanning electron micrograph (magnification 200 times) of a layer of a composition containing hydroxyapatite formed on the surface of a polyester film by laser drawing obtained in Example 2. From this result, it was found that the layer of the composition containing hydroxyapatite was formed by firmly adhering to the polyester surface. Moreover, when the cross section of the film was similarly observed with the scanning electron microscope, the result shown in FIG. 4 was obtained. FIG. 4 shows a cross-sectional photograph (magnification 130 times) of a layer of a composition containing hydroxyapatite formed on the surface of a polyester film by laser drawing obtained in Example 2. The arrow in FIG. 4 shows the thickness of the layer of the composition containing hydroxyapatite. From this figure, it was confirmed that the layer of the composition containing hydroxyapatite was uniformly formed on the surface of the polyester film with a thickness of about 20 μm. In order to further evaluate the adhesion between the obtained hydroxyapatite-containing composition layer and the polyester film, the polyester film having the hydroxyapatite-containing composition layer was repeatedly used with a cloth moistened with acetone. The surface appearance was observed by rubbing, but no change in appearance was observed, and it was confirmed that the surface was firmly adhered. Moreover, thermal deformation was not seen as the whole polyester film.

(実施例3)
特開2014−180491号公報に記載される方法に従ってストロンチウムアパタイトを合成した。即ち、塩化ストロンチウム六水和物267g(1モル)とリン酸水素二アンモニウム132g(1モル)からリン酸水素ストロンチウム(α−SrHPO)を合成し、これに水酸化ナトリウムを35g添加して70℃で3時間加熱撹拌を行うことでストロンチウムアパタイト(Sr10(PO(OH))を合成した。生成したストロンチウムアパタイトは濾過により回収し、蒸留水を用いて充分洗浄を行った後、真空乾燥器内において70℃で24時間乾燥を行い以下の湿式分散処理に使用した。
(Example 3)
Strontium apatite was synthesized according to the method described in JP-A No. 2014-180491. That is, strontium chloride hexahydrate 267 g (1 mol) and diammonium hydrogen phosphate 132 g (1 mol) were synthesized with strontium hydrogen phosphate (α-SrHPO 4 ), and 35 g of sodium hydroxide was added thereto. Strontium apatite (Sr 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) was synthesized by heating and stirring at 0 ° C. for 3 hours. The produced strontium apatite was recovered by filtration, thoroughly washed with distilled water, dried in a vacuum dryer at 70 ° C. for 24 hours, and used for the following wet dispersion treatment.

上記で得られたストロンチウムアパタイト10gを200mLのポリプロピレン容器に導入し、さらにポリ−D,L−乳酸(D/L=1/1:重量平均分子量12万)を1g添加して、分散媒としてアセトニトリルを60g加えた。これに粒径0.3mmのジルコニアビーズを100g加えて密閉し、ペイントコンディショナーを使用して連続して激しく振とう(シェイク)しながら6時間湿式分散処理を行った。その後、濾布を使用して分散物からジルコニアビーズを分離して分散液を得た。得られた分散液の固形分濃度は15.5質量%であった。   10 g of the strontium apatite obtained above is introduced into a 200 mL polypropylene container, and 1 g of poly-D, L-lactic acid (D / L = 1/1: weight average molecular weight 120,000) is added, and acetonitrile is used as a dispersion medium. 60 g of was added. To this, 100 g of zirconia beads having a particle size of 0.3 mm was added and sealed, and wet dispersion treatment was performed for 6 hours while vigorously shaking (shaking) continuously using a paint conditioner. Thereafter, zirconia beads were separated from the dispersion using a filter cloth to obtain a dispersion. The obtained dispersion had a solid content concentration of 15.5% by mass.

上記で得た分散液に、全体の固形分濃度が5質量%になるようにアセトニトリルを加えて、塗工液を調製した。得られた塗工液を、ワイヤバーを用いてポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム(ガラス転移温度143℃、融点343℃)上に乾燥固形分質量で平米あたり36gになるよう塗工し、ドライヤーからの熱風を利用して乾燥を行った。得られた塗工面を指で擦ると、ストロンチウムアパタイトを含む組成物は容易にフィルム表面から剥離した。   Acetonitrile was added to the dispersion obtained above so that the total solid content concentration was 5% by mass to prepare a coating solution. The obtained coating solution was applied to a polyether ether ketone (PEEK) resin film (glass transition temperature 143 ° C., melting point 343 ° C.) using a wire bar so that the dry solid mass was 36 g per square meter. Drying was performed using hot air from When the obtained coated surface was rubbed with a finger, the composition containing strontium apatite was easily peeled off from the film surface.

実施例1と同様にして炭酸ガスレーザー(レーザーマーカML−Z9510)を使用し、PEEK樹脂フィルム表面から18.9cm離れた上部からフィルムの塗工面に対して下記の描画条件でレーザー光照射(波長10.6μm)を行った。レーザー光照射部の表面温度は、実施例1と同様にして測定した。描画条件として、走査速度6000mm/秒で、レーザーパワー(duty比)40%、スポット径70μmとし、中心点から線間隔70μmで同心円状に円を描きながら、上記のストロンチウムアパタイトを含む組成物を設置したPEEK樹脂フィルム表面の直径1.4mmの面積に描画を行った。レーザーの発振周波数は25kHzであり、レーザー光のパルス幅は16マイクロ秒であった。   Using a carbon dioxide laser (Laser Marker ML-Z9510) in the same manner as in Example 1, laser light irradiation (wavelength under the following drawing conditions on the coated surface of the film from the upper part 18.9 cm away from the surface of the PEEK resin film) 10.6 μm). The surface temperature of the laser beam irradiation part was measured in the same manner as in Example 1. As a drawing condition, a composition containing the above strontium apatite is set while drawing a concentric circle with a scanning speed of 6000 mm / sec, a laser power (duty ratio) of 40%, a spot diameter of 70 μm, and a line interval of 70 μm from the center point. Drawing was performed on an area of 1.4 mm in diameter on the surface of the PEEK resin film. The oscillation frequency of the laser was 25 kHz, and the pulse width of the laser beam was 16 microseconds.

図5は実施例3におけるレーザー照射中の照射部表面における温度変化を示す。レーザー光照射により、照射部の表面温度は短時間で200℃付近まで上昇することが分かった。描画後にフィルム表面をアセトンで湿らせたカット綿で繰り返し強く擦りつけたところ、レーザー照射された箇所のストロンチウムアパタイトを含む組成物の層が、PEEK樹脂フィルム表面に融着して残存しており、レーザーが照射されなかった箇所はカット綿で拭き取られていることが分かった。図6は実施例3で得られたレーザー描画によりPEEK樹脂フィルム表面に形成されたストロンチウムアパタイトを含む組成物の層の走査型電子顕微鏡写真(拡大倍率2500倍)を示す。この結果より、ストロンチウムアパタイトを含む組成物の層がPEEK樹脂フィルム表面に強固に接着して形成されていることが分かった。また、PEEK樹脂フィルム全体として熱変形は見られなかった。   FIG. 5 shows temperature changes on the surface of the irradiated part during laser irradiation in Example 3. It was found that the surface temperature of the irradiated part rose to around 200 ° C. in a short time by laser light irradiation. When the surface of the film was repeatedly rubbed repeatedly with a cut cotton moistened with acetone after drawing, the layer of the composition containing strontium apatite in the portion irradiated with the laser remained fused to the surface of the PEEK resin film, It was found that the part not irradiated with the laser was wiped with cut cotton. 6 shows a scanning electron micrograph (magnification 2500 times) of a layer of a composition containing strontium apatite formed on the surface of a PEEK resin film by laser drawing obtained in Example 3. FIG. From this result, it was found that the layer of the composition containing strontium apatite was formed by firmly adhering to the surface of the PEEK resin film. Further, no thermal deformation was observed as a whole of the PEEK resin film.

(実施例4)
実施例3で調製した塗工液を、ワイヤバーを用いて超高分子量ポリエチレン樹脂(UHMWPE)フィルム(軟化点約80℃、融点136℃)上に乾燥固形分質量で平米あたり36gになるよう塗工し、ドライヤーからの熱風を利用して乾燥を行った。得られた塗工面を指で擦ると、ストロンチウムアパタイトを含む組成物は容易にフィルム表面から剥離した。
Example 4
The coating liquid prepared in Example 3 was coated on an ultrahigh molecular weight polyethylene resin (UHMWPE) film (softening point of about 80 ° C., melting point 136 ° C.) using a wire bar so that the dry solid mass was 36 g per square meter. And it dried using the hot air from a dryer. When the obtained coated surface was rubbed with a finger, the composition containing strontium apatite was easily peeled off from the film surface.

実施例1と同様にして炭酸ガスレーザー(レーザーマーカML−Z9510)を使用し、UHMWPEフィルム表面から18.9cm離れた上部からフィルムの塗工面に対して下記の描画条件でレーザー光照射(波長10.6μm)を行った。レーザー光照射部の表面温度は、実施例1と同様にして測定した。描画条件として、走査速度600mm/秒で、レーザーパワー(duty比)8%、スポット径70μmとし、中心点から線間隔70μmで同心円状に円を描きながら、上記のストロンチウムアパタイトを含む組成物を設置したUHMWPE樹脂フィルム表面の直径1.4mmの面積に描画を行った。レーザーの発振周波数は25kHzであり、レーザー光のパルス幅は3マイクロ秒であった。   A carbon dioxide laser (laser marker ML-Z9510) was used in the same manner as in Example 1, and laser light irradiation (wavelength 10) was applied to the coated surface of the film from the upper part 18.9 cm away from the UHMWPE film surface under the following drawing conditions. .6 μm). The surface temperature of the laser beam irradiation part was measured in the same manner as in Example 1. As a drawing condition, a composition containing the above strontium apatite is set while drawing a concentric circle with a scanning speed of 600 mm / sec, a laser power (duty ratio) of 8%, a spot diameter of 70 μm, and a line interval of 70 μm from the center point. Drawing was performed on an area of 1.4 mm in diameter on the surface of the UHMWPE resin film. The oscillation frequency of the laser was 25 kHz, and the pulse width of the laser beam was 3 microseconds.

図7は実施例4におけるレーザー照射中の照射部表面における温度変化を示す。レーザー光照射により、照射部の表面温度は短時間で150℃付近まで上昇することが分かった。描画後にフィルム表面をアセトンで湿らせたカット綿で繰り返し強く擦りつけたところ、レーザー照射された箇所のストロンチウムアパタイトを含む組成物の層が、UHMWPEフィルム表面に融着して残存しており、レーザーが照射されなかった箇所はカット綿で拭き取られていることが分かった。図8は実施例4で得られたレーザー描画によりUHMWPEフィルム表面に形成されたストロンチウムアパタイトを含む組成物の層の走査型電子顕微鏡写真(拡大倍率2500倍)を示す。この結果より、ストロンチウムアパタイトを含む組成物の層がUHMWPEフィルム表面に強固に接着して形成されていることが分かった。また、UHMWPEフィルム全体として熱変形は見られなかった。   FIG. 7 shows temperature changes on the surface of the irradiated part during laser irradiation in Example 4. It was found that the surface temperature of the irradiated portion rose to around 150 ° C. in a short time by laser light irradiation. When the surface of the film was repeatedly rubbed strongly with cut cotton moistened with acetone after drawing, the layer of the composition containing strontium apatite in the portion irradiated with the laser was fused and remained on the surface of the UHMWPE film. It was found that the part that was not irradiated was wiped with cut cotton. FIG. 8 shows a scanning electron micrograph (magnification 2500 times) of a layer of a composition containing strontium apatite formed on the surface of the UHMWPE film by laser drawing obtained in Example 4. From this result, it was found that the layer of the composition containing strontium apatite was formed by firmly adhering to the surface of the UHMWPE film. Further, no thermal deformation was observed as a whole UHMWPE film.

(実施例5)
基材として脊椎固定術に用いられる脊椎ケージ(メドトロニックソファモアダネック社製、滅菌済CAPSTONE PEEK、PEEK樹脂製インプラント)を用い、これへのストロンチウムアパタイトを含む組成物のレーザーによる接着を検討した。実施例3で調製した塗工液中に上記脊椎ケージを浸漬し、引き上げて70℃の乾燥器内で3時間静置することで乾燥を行い、ストロンチウムアパタイトを含む組成物を表面に設置した脊椎ケージを準備した。これに対して、炭酸ガスレーザー(レーザーマーカML−Z9510)を使用して組成物を設置した側からレーザー光照射(波長10.6μm)を行い、走査速度6000mm/秒、レーザーパワー(duty比)40%、スポット径70μmとし、線間隔70μmで平行に直線状に描画を行った。レーザーの発振周波数は25kHzであり、レーザー光のパルス幅は16マイクロ秒であった。脊椎ケージは複雑な形状を有する3次元造形物であることから、一度の描画ではレーザー照射されない部分があるため、角度を変化させながら全体を隈無くレーザー照射を行った。レーザー照射後の脊椎ケージを用いて、これを疑似体液中に30日間浸漬し、その間2日ごとに少量の液を採取し、溶出するストロンチウムイオンの濃度を測定した結果、30日間に亘って0.5ppm前後のほぼ一定の数値が測定された。この間、脊椎ケージ表面に形成したストロンチウムアパタイトを含む組成物の層には剥離などの変化は認められなかった。試験後に脊椎ケージを取り出し、表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、脊椎ケージ表面には疑似体液に由来するカルシウムアパタイトの鱗片状の結晶が析出していることが確認され、優れた生体活性を示すことが明らかとなった。
(Example 5)
A spinal cage used for spinal fusion (Medtronic Sofa Moda Neck Co., Ltd., sterilized CAPSTONE PEEK, PEEK resin implant) was used as a base material, and the adhesion of the composition containing strontium apatite to this was examined. The spine with the composition containing strontium apatite on the surface was dried by dipping the spine cage in the coating solution prepared in Example 3, lifting it up and allowing it to stand in a dryer at 70 ° C. for 3 hours. A cage was prepared. In contrast, a carbon dioxide laser (laser marker ML-Z9510) was used to irradiate laser light (wavelength 10.6 μm) from the side where the composition was placed, scanning speed 6000 mm / second, laser power (duty ratio) Drawing was performed in a straight line in parallel at a line interval of 70 μm with a spot diameter of 40% and a line diameter of 70 μm. The oscillation frequency of the laser was 25 kHz, and the pulse width of the laser beam was 16 microseconds. Since the spine cage is a three-dimensional structure having a complicated shape, there is a portion that is not irradiated with laser in one drawing. Therefore, the entire laser irradiation was performed without changing the angle. Using a spinal cage after laser irradiation, this was immersed in simulated body fluid for 30 days, during which time a small amount of fluid was collected and the concentration of eluted strontium ions was measured. An almost constant value of around 5 ppm was measured. During this time, no change such as peeling was observed in the composition layer containing strontium apatite formed on the spinal cage surface. After the test, the spinal cage was taken out and the surface was observed with a scanning electron microscope. As a result, it was confirmed that scaly crystals of calcium apatite derived from simulated body fluid were deposited on the surface of the spinal cage. It became clear to show.

(実施例6)
基材として生体埋め込み型インプラントの一つであるポリエステル繊維からなる人工靱帯(カイロス社(英国)製、The Leeds−Keio Artificial Ligaments II、15mm×500mm)を用い、これへのストロンチウムアパタイトを含む組成物のレーザーによる接着を検討した。実施例3で調製した塗工液中に上記人工靱帯を浸漬し、引き上げて70℃の乾燥器内に3時間静置することで乾燥を行い、ストロンチウムアパタイトを含む組成物を表面に設置した人工靱帯を準備した。これに対して炭酸ガスレーザー(レーザーマーカML−Z9510)を使用して、組成物を設置した側からレーザー光照射(波長10.6μm)を行い、走査速度12000mm/秒、レーザーパワー(duty比)40%、スポット径70μmとし、線間隔70μmで平行に直線状に描画を行った。レーザーの発振周波数は25kHzであり、レーザー光のパルス幅は16マイクロ秒であった。レーザー光照射部の表面温度は、実施例1と同様にして測定した。図9は実施例6におけるレーザー照射中の照射部表面における温度変化を示す。レーザー光照射により、照射部の表面温度は短時間で80℃付近まで上昇することが分かった。描画後に人工靱帯表面をアセトンで湿らせたカット綿で繰り返し強く擦りつけたところ、レーザー照射された箇所のストロンチウムアパタイトを含む組成物の層が、人工靱帯表面に融着して残存しており、レーザーが照射されなかった箇所はカット綿で拭き取られていることが分かった。図10は実施例6で得られたレーザー描画により人工靱帯表面に形成されたストロンチウムアパタイトを含む組成物の層の走査型電子顕微鏡写真を示す。拡大倍率は図10の(a)500倍、(b)2500倍である。この結果より、ストロンチウムアパタイトを含む組成物の層が人工靱帯表面に強固に接着して形成されていることが分かった。
(Example 6)
A composition containing strontium apatite to an artificial ligament (The Leads-Keio Artificial Ligments II, 15 mm × 500 mm) made of polyester fiber, which is one of biological implantable implants, as a base material The adhesion by laser was examined. The artificial ligament was dipped in the coating solution prepared in Example 3, pulled up and left to stand in a drier at 70 ° C. for 3 hours for drying, and an artificial composition in which a composition containing strontium apatite was placed on the surface A ligament was prepared. On the other hand, a carbon dioxide laser (laser marker ML-Z9510) was used, and laser light irradiation (wavelength 10.6 μm) was performed from the side where the composition was placed, scanning speed 12000 mm / second, laser power (duty ratio) Drawing was performed in a straight line in parallel at a line interval of 70 μm with a spot diameter of 40% and a line diameter of 70 μm. The oscillation frequency of the laser was 25 kHz, and the pulse width of the laser beam was 16 microseconds. The surface temperature of the laser beam irradiation part was measured in the same manner as in Example 1. FIG. 9 shows a temperature change on the surface of the irradiated part during laser irradiation in Example 6. It was found that the surface temperature of the irradiated part rose to around 80 ° C. in a short time by laser light irradiation. After drawing, the surface of the artificial ligament was repeatedly rubbed strongly with cut cotton moistened with acetone, and a layer of the composition containing strontium apatite in the portion irradiated with the laser remained fused to the surface of the artificial ligament, It was found that the part not irradiated with the laser was wiped with cut cotton. FIG. 10 shows a scanning electron micrograph of a layer of a composition containing strontium apatite formed on the surface of an artificial ligament by laser drawing obtained in Example 6. The magnifications in FIG. 10 are (a) 500 times and (b) 2500 times. From this result, it was found that the layer of the composition containing strontium apatite was formed by firmly adhering to the surface of the artificial ligament.

本発明のプラスチック基材にアパタイトをコーティングする方法は、各種プラスチック基材の表面にアパタイトを強固に接着できることから、各種生体インプラントなどの医療用機器の製造に好ましく用いることが可能である。   The method for coating a plastic base of the present invention with apatite can be preferably used in the manufacture of medical devices such as various biological implants because it can firmly adhere apatite to the surface of various plastic bases.

Claims (2)

熱可塑性を有するプラスチック基材上に、アパタイトと熱可塑性樹脂を含む組成物を設置し、前記組成物の側から前記組成物に対し、炭酸ガスレーザーを用いて波長領域9〜11μmの赤外光照射を行う、プラスチック基材にアパタイトをコーティングする方法。 On a plastic substrate having a thermoplastic, established a composition comprising apatite and thermoplastic resin, relative to the composition from the side of the composition, the infrared light in the wavelength region 9~11μm using carbon dioxide laser A method of coating apatite on a plastic substrate that is irradiated. 熱可塑性を有するプラスチック基材上に、アパタイトと熱可塑性樹脂を含む組成物を設置し、前記組成物の側から前記組成物に対し、炭酸ガスレーザーを用いて波長領域9〜11μmの赤外光照射を行う、インプラントの製造方法。 On a plastic substrate having a thermoplastic, established a composition comprising apatite and thermoplastic resin, relative to the composition from the side of the composition, the infrared light in the wavelength region 9~11μm using carbon dioxide laser A method for manufacturing an implant, which performs irradiation.
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