JP7333553B2 - Method for manufacturing soft tissue adhesive material, method for manufacturing implantable sensor, method for manufacturing soft tissue deformation aid, method for manufacturing soft tissue perforation sealing material, and method for manufacturing soft tissue reinforcing material - Google Patents
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Description
この発明は、生体軟組織用接着材の製造方法、生体内埋入型センサの製造方法、生体軟組織変形補助材の製造方法、生体軟組織穿孔封鎖材の製造方法および生体軟組織補強材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an adhesive material for soft tissue, a method for manufacturing an implantable sensor, a method for manufacturing a soft tissue deformation aid, a method for manufacturing a soft tissue perforation sealing material, and a method for manufacturing a soft tissue reinforcing material.
生体組織は外傷や手術など外的な侵襲により破壊された場合に形態の復元が必要となる。現在のところこの組織復元には、絹や生体吸収性高分子で作られた縫合糸を用いるのが一般的である。一方で、応急的な処置として生体組織接着剤を用いることもある。この生体組織接着剤としては現在、フィブリン糊、シアノアクリレート系接着剤などが用いられている。 When living tissue is destroyed by external invasion such as injury or surgery, it is necessary to restore its shape. At present, it is common to use sutures made of silk or bioabsorbable polymers for this tissue reconstruction. On the other hand, a biological tissue adhesive may be used as an emergency measure. Currently, fibrin glue, cyanoacrylate-based adhesives, etc. are used as the biological tissue adhesives.
一方、近年体内に埋め込むチップの開発などが盛んに進められている。埋入したチップは例えば、体内の物理・化学・生物学的環境変化をモニタリングするために用いられる。このためには、埋入したチップは体内のある一定の場所に長期にわたり保持される必要があるが、このようなチップの体内保持を長期にわたり達成する接着剤は存在しないのが現況である。 On the other hand, in recent years, the development of chips to be implanted in the body has been actively promoted. Implanted chips are used, for example, to monitor physical, chemical, and biological environmental changes within the body. For this purpose, the implanted chip needs to be retained in a certain place in the body for a long period of time, but the present situation is that there is no adhesive that achieves such chip retention in the body for a long period of time.
また、チタンは生体親和性の高い金属材料として、歯科、整形外科領域におけるインプラント材料として広く利用されている。これまでの使用方法としては、デンタルインプラントや人工股関節、骨固定用プレートやスクリュー、骨補填材保定用メッシュなどがある。チタンは加工後すぐに表面が不動態化により酸化チタンとなる。骨内に4週間といった長期間埋入した場合、この酸化チタン表面は骨と直接接合(オッセオインテグレーション)することは知られているが、生体軟組織に対して数秒以内で瞬時の接着性は示さない。 Titanium is widely used as an implant material in the fields of dentistry and orthopedics as a metal material with high biocompatibility. Past uses include dental implants, artificial hip joints, bone fixation plates and screws, and meshes for retaining bone grafts. Titanium becomes titanium oxide due to passivation on the surface immediately after processing. It is known that when this titanium oxide surface is implanted in the bone for a long period of time such as 4 weeks, it directly joins with the bone (osseointegration), but it shows instant adhesiveness to the living soft tissue within a few seconds. do not have.
ところで、縫合糸を用いた生体組織接着は、生体組織同士を縫合するという目的のために有効な方法である。しかし、縫合の成功は個人の技術に依存することも多く、また時間の短縮も望まれている。また、金属やガラスでできたセンサなど軟らかくない素材と生体組織とを縫合糸を用いて結合するためには、あらかじめ穴を開けておくなど硬い素材の方に様々な形態付与が必要となる。 By the way, body tissue adhesion using a suture thread is an effective method for the purpose of suturing body tissues. However, success of suturing often depends on an individual's technique, and shortening of the time is desired. In addition, in order to connect a non-soft material such as a sensor made of metal or glass to a living tissue using a suture, it is necessary to add various shapes to the hard material, such as making holes in advance.
先にあげたフィブリン糊、シアノアクリレート系接着剤は現在、生体組織接着剤として本邦でも広く使用されている。しかし、フィブリン糊は生体親和性に優れるものの接着力が低く、シアノアクリレート系接着剤は接着力に優れるものの生体親和性が低いといった利点と欠点がある。また、シアノアクリレート系接着剤には、水分が多い場合に硬化不良を起こすことや、接着力が高すぎるがために外力がかかることで組織が破断することや、必要に応じて除去する際に困難であるといった問題もある。 The fibrin glue and cyanoacrylate adhesive mentioned above are now widely used in Japan as adhesives for living tissue. However, although fibrin glue has excellent biocompatibility, it has low adhesive strength, and cyanoacrylate adhesive has excellent adhesive strength but has low biocompatibility. In addition, cyanoacrylate adhesives may cause poor curing when there is a lot of moisture, or the tissue may be broken due to external force due to excessive adhesive strength, and when necessary, it may be difficult to remove. There is also the problem of difficulty.
また、上記生体組織接着剤は、液体として使用することから、接着を必要としない部位への移動や要求していない部位の接着などをおこしやすいという問題があった。さらに、液体が重合し固化するまでの時間しか操作できず、操作時間が限られているため操作性に劣るという問題があった。 In addition, since the biological tissue adhesive is used as a liquid, there is a problem that it tends to move to a site that does not require adhesion or to adhere to a site that does not require adhesion. Furthermore, there is a problem that the operability is inferior because the operation can be performed only during the time until the liquid is polymerized and solidified, and the operation time is limited.
これまでにチタン材料の生体内埋入に関しても多くの研究がされているが、その多くは硬組織との接合や結合をみたもので、軟組織との結合を目指したものではない(非特許文献1参照)。軟組織との接合に関する論文のほとんどはタンパク質の吸着とその後に続く細胞の接着の後、軟組織との接合が起こることを示しているのが現状であり(非特許文献2参照)、数秒以内で生体組織同士を接着させる、あるいは生体組織に接着させるといった事象についての報告はない。つまり、「組織の接着」と「細胞の基材への接着」は、同じ「接着」という言葉を使っているだけで意味合いが異なる。非特許文献2に記載のデータは、歯科インプラントアバットメントを軟組織に1週間接触した状態を評価したものである。また一般的に、細胞接着には6時間以上を要すことから、非特許文献2記載の軟組織接着には少なくとも12時間以上は必要である。
A lot of research has been done so far on implanting titanium materials in vivo, but most of them look at bonding and bonding with hard tissues, and do not aim at bonding with soft tissues (Non-Patent Literature 1). Currently, most of the papers on bonding with soft tissue indicate that bonding with soft tissue occurs after protein adsorption and subsequent adhesion of cells (see Non-Patent Document 2), and within a few seconds There have been no reports on events such as adhesion of tissues to each other or adhesion to living tissues. In other words, "adhesion of tissues" and "adhesion of cells to substrates" have different meanings even though they use the same word "adhesion". The data described in Non-Patent
特許文献1には、チタン又はチタン合金製のボディの表面を、鉱酸を含む第1エッチング液でエッチングした後、フッ化水素酸を含むエッチング液でエッチングして得られる組織分布を、歯科インプラント又は歯科インプラントアバットメントのうち使用中に骨組織又は軟組織とそれぞれ接触させられることを意図する表面に提供することが記載されている。しかし、特許文献1に記載の技術も、4週間といった長期間をかけてのインプラントと骨との結合を目指したものである(特許文献1の段落0142参照)。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、短時間で容易に生体軟組織への固形の部材の接着を行えるようにすることを目的とする。合わせて、この接着の様々な有用な用途を提案する。なお、上記のような生体軟組織への接着能力を持つ固形の部材を、不定形の接着剤と区別して、「接着材」と呼ぶことにする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to enable a solid member to be easily adhered to living soft tissue in a short period of time. Together, we propose various useful applications of this adhesion. In addition, the solid member having the ability to adhere to the soft tissue of a living body as described above is called an "adhesive material" to distinguish it from an amorphous adhesive.
以上の目的を達成するための本発明の一の態様は、酸処理、アルカリ処理、およびアルカリ酸処理(本明細書では、アルカリ処理の後で酸処理を行う処理を、略して「アルカリ酸処理」と称する)のうちいずれかの化学処理を行うことにより、表面にナノからマイクロメートルサイズの凹凸構造を形成したチタン材料の上記表面と、生体軟組織とを接触させる
ことにより、上記チタン材料と上記生体軟組織とを接着することを特徴とする、チタン材料と生体軟組織との接着方法である。
One aspect of the present invention for achieving the above objects is acid treatment, alkali treatment, and alkaline acid treatment (in this specification, treatment in which acid treatment is performed after alkali treatment is abbreviated as "alkaline acid treatment ”) by performing any one of the chemical treatments to form an uneven structure of nano to micrometer size on the surface of the titanium material, and by bringing the surface of the titanium material into contact with the biological soft tissue, the titanium material and the above A method for adhering a titanium material and a soft living tissue, characterized by adhering the soft living tissue.
この方法では、チタン材料の表面の少なくとも一部に化学処理を施して、その部分にナノからマイクロメートルサイズ、より具体的には、十ナノメートルから数マイクロメートルサイズの凹凸構造を形成することにより、チタン材料の当該表面に、生体軟組織との接着性を付与することができる。ここで、薄膜状あるいは箔状のチタン(以下、チタン薄膜)を用いることで、柔軟な軟組織の変形に合わせて当該チタン薄膜も変形することが可能となる。このような変形性を与えるために、チタン薄膜の厚さは薄い方が好ましく、具体的には数百ナノメートルから100マイクロメートルの厚さが好ましい。 In this method, at least part of the surface of the titanium material is chemically treated to form an uneven structure of nano to micrometer size, more specifically, ten nanometers to several micrometers on that portion. , the surface of the titanium material can be endowed with adhesiveness with soft biological tissue. Here, by using thin film-like or foil-like titanium (hereinafter referred to as titanium thin film), it becomes possible to deform the titanium thin film according to the deformation of soft soft tissues. In order to provide such deformability, it is preferable that the thickness of the titanium thin film is thin, and specifically, a thickness of several hundred nanometers to 100 micrometers is preferable.
また、上記の化学処理は、酸処理、アルカリ処理、およびアルカリ酸処理のいずれかであり、いずれの場合も、チタン材料の表面が溶解すること、ならびに、溶解したチタンイオンが溶質と反応して析出することにより、上記凹凸構造を形成すると考えられる。接着性を付与されたチタン材料は、わずかな力を加えつつ生体軟組織に接触させることにより、生体軟組織と接着することができる。好ましい実施形態では、1~30秒程度のわずかな時間の接触で、この接着を実現できる。 In addition, the above chemical treatment is any one of acid treatment, alkali treatment, and alkaline acid treatment.In any case, the surface of the titanium material dissolves, and the dissolved titanium ions react with the solute. Precipitation is thought to form the uneven structure. The titanium material imparted with adhesiveness can be adhered to the soft living tissue by applying a slight force and bringing it into contact with the soft living tissue. In preferred embodiments, this adhesion can be achieved with as little contact as 1-30 seconds.
なお、化学処理前のチタン材料は、純チタンだけでなく、化学処理後の生体軟組織への接着性が失われない程度に、純チタンに多少の不純物や添加物が含まれるものであったり、チタン以外の元素を含む合金であったりしてもよい。チタン以外の含む合金として、例えば、チタン-アルミニウム-バナジウム合金、チタン-アルミニウム-モリブデン-バナジウム合金、チタン-アルミニウム-スズ-ジルコニウム-モリブデン合金、ニッケルチタン合金、チタン-ニオブ合金、チタン-ニオブ-タンタル-モリブデン合金、チタン-金-クロム-タンタル合金があげられる。 The titanium material before chemical treatment is not only pure titanium, but also pure titanium containing some impurities and additives to the extent that the adhesiveness to the soft tissue of the body after chemical treatment is not lost. An alloy containing an element other than titanium may be used. Alloys other than titanium, such as titanium-aluminum-vanadium alloy, titanium-aluminum-molybdenum-vanadium alloy, titanium-aluminum-tin-zirconium-molybdenum alloy, nickel-titanium alloy, titanium-niobium alloy, titanium-niobium-tantalum -Molybdenum alloys and titanium-gold-chromium-tantalum alloys.
また、薄膜状又は板状のチタン材料を挟むように、その両側でチタン材料と生体軟組織とを接着すれば、複数の生体軟組織あるいは複数の部分に分かれた生体軟組織を、チタン材料を介して相互に接着することができる。従って、上記のチタン材料と生体軟組織との接着方法は、チタン材料を用いた生体軟組織同士の接着方法としても利用できる。 In addition, if the titanium material and the soft biological tissue are bonded on both sides so as to sandwich the thin film or plate-like titanium material, a plurality of soft biological tissues or a plurality of divided soft biological tissues can be connected to each other via the titanium material. can be glued to Therefore, the method for bonding the titanium material and the soft biological tissue described above can also be used as a method for bonding the soft biological tissue using the titanium material.
また、上記接着方法において、上記化学処理は、塩酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、過酸化水素溶液、フッ化水素酸、臭化水素酸又はそれらの混合物による酸処理を含むとよい。特に、塩酸溶液、硫酸溶液又はそれらの混合物である酸溶液に上記チタン材料を浸漬するか、上記酸溶液を上記チタン材料に塗布あるいはスプレーすることによる酸処理を含むとよい。
これらの酸処理により、チタン材料の表面に、上記凹凸構造を効果的に形成することができる。もちろん、上記化学処理に用いる酸は、これらに限られない。つまり、純チタンの脱不動化pHは約1であり、同pHを下回る酸を用いればチタン表面の溶解ならびに析出反応によって上記凹凸構造を効果的に形成することができる。
Also, in the bonding method, the chemical treatment may include an acid treatment with a hydrochloric acid solution, a nitric acid solution, a sulfuric acid solution, a hydrogen peroxide solution, hydrofluoric acid, hydrobromic acid, or a mixture thereof. In particular, it may include acid treatment by immersing the titanium material in an acid solution, which may be a hydrochloric acid solution, a sulfuric acid solution , or a mixture thereof, or coating or spraying the titanium material with the acid solution.
By these acid treatments, the uneven structure can be effectively formed on the surface of the titanium material. Of course, acids used in the chemical treatment are not limited to these. That is, the depassivation pH of pure titanium is about 1, and if an acid below this pH is used, the uneven structure can be effectively formed by the dissolution and precipitation reaction of the titanium surface.
さらには、上記酸処理に用いる上記酸溶液が、50重量%以上97重量%以下の硫酸、30重量%以上37重量%以下の塩酸、あるいは、20重量%以上の硫酸ならびに10重量%以上の塩酸を含む混合物溶液であるとよい。
これらの酸溶液を用いた酸処理により、チタン材料の表面に、上記凹凸構造をさらに効果的に形成することができる。
Furthermore, the acid solution used for the acid treatment contains 50% by weight or more and 97% by weight or less of sulfuric acid, 30% by weight or more and 37% by weight or less of hydrochloric acid, or 20% by weight or more of sulfuric acid and 10% by weight or more of hydrochloric acid. It is preferable that it is a mixture solution containing
By acid treatment using these acid solutions, the uneven structure can be more effectively formed on the surface of the titanium material.
また、酸処理時の溶液の温度は、溶液の融点以上であるとよい。さらに好ましくは70℃以上がよい。また、温度の上限は、溶液の沸点である。これらのような高温で酸処理を行うと、10分程度の短時間の処理で、チタン材料の表面に、上記凹凸構造を形成し、生体軟組織への接着力を強化することができる。また、酸処理時の溶液の温度が10℃でも、12時間程度の処理時間をかければ、生体軟組織と接着可能なチタン材料を得ることができる。また、酸溶液にチタン材料を浸漬するだけでなく、酸溶液をチタン材料に塗布したりスプレーしたりしても、酸処理を行うことは可能である。 Moreover, the temperature of the solution during the acid treatment is preferably equal to or higher than the melting point of the solution. More preferably, the temperature is 70°C or higher. Also, the upper limit of the temperature is the boiling point of the solution. When the acid treatment is performed at such a high temperature, it is possible to form the uneven structure on the surface of the titanium material in a short period of time of about 10 minutes, and to strengthen the adhesion to the soft tissue of the body. Also, even if the temperature of the solution during the acid treatment is 10° C., a titanium material that can be adhered to the soft tissue of a living body can be obtained if the treatment time is about 12 hours. In addition to immersing the titanium material in the acid solution, the acid treatment can be performed by coating or spraying the acid solution on the titanium material.
また、上記化学処理を行った後に、上記チタン材料を乾燥させるとよい。この乾燥は、60℃以上600℃未満で行うとよい。
水溶液中で酸処理した直後は水がチタン表面を覆っているため親水性であるが、乾燥させることで疎水性となる。この際、大気圧中において室温で乾燥することができるが、60℃では短時間で乾燥することができる。ただし、600℃以上の温度では水素化チタンが酸化チタンとなるため、疎水性表面が得られないため好ましくない。
Moreover, it is preferable to dry the titanium material after performing the chemical treatment. This drying is preferably performed at 60°C or higher and lower than 600°C.
Immediately after acid treatment in an aqueous solution, the surface of titanium is hydrophilic because water covers it, but it becomes hydrophobic when dried. At this time, drying can be performed at room temperature in atmospheric pressure, but drying can be performed in a short time at 60°C. However, a temperature of 600° C. or higher is not preferable because titanium hydride becomes titanium oxide, and a hydrophobic surface cannot be obtained.
また、上記酸処理を行う場合に、上記チタン材料の上記表面において、空気中の水接触角が80°以上であるとよい。
酸処理の処理時間に応じて上記チタン材料と生体軟組織との接着力が変化するが、処理時間が異なる複数のサンプルのうち、未処理の状態よりも疎水性が上昇し、空気中の水接触角が概ね80°以上となったチタン材料が、未処理の状態よりも有意に高い接着力を有することを、今回見出した。これは、酸処理の場合、チタン材料の疎水性表面と生体軟組織との間の疎水性相互作用が、相互の接着力向上に寄与しているためと考えられる。従って、上記チタン材料の上記表面において、空気中の水接触角が80°以上となる程度にまで、上記酸処理を行うとよい。
Further, when the acid treatment is performed, the contact angle of water in the air on the surface of the titanium material is preferably 80° or more.
The adhesive strength between the titanium material and the soft tissue of the body changes depending on the treatment time of the acid treatment. It has now been found that titanium materials with angles of approximately 80° or greater have significantly higher adhesion than the untreated state. This is probably because, in the case of acid treatment, the hydrophobic interaction between the hydrophobic surface of the titanium material and the soft tissue of the body contributes to the improvement of the mutual adhesive force. Therefore, it is preferable to carry out the acid treatment on the surface of the titanium material to such an extent that the contact angle of water in the air becomes 80° or more.
また、上記酸処理を行う場合に、上記チタン材料の表面に水素化チタンが析出しているとよい。
酸処理の処理時間に応じて上記チタン材料と生体軟組織との接着力が変化するが、処理時間が異なる複数のサンプルのうち、表面に水素化チタンの析出が確認されたチタン材料が、未処理の状態よりも有意に高い接着力を有することを、今回見出した。従って、上記チタン材料の上記表面に水素化チタンが析出する程度にまで、上記酸処理を行うとよい。
Further, when the acid treatment is performed, it is preferable that titanium hydride is deposited on the surface of the titanium material.
The adhesive strength between the titanium material and the soft tissue of the body varies depending on the treatment time of the acid treatment. It was found this time that the adhesive strength was significantly higher than that of the state of . Therefore, the acid treatment should be carried out to the extent that titanium hydride is deposited on the surface of the titanium material.
また、上記接着方法において、上記化学処理は、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、次亜塩素酸ナトリウム溶液又はそれらの混合物によるアルカリ処理を含むとよい。
これらのアルカリ処理によっても、OH-イオンが十分あれば溶解および析出反応が進行してチタン材料の表面に、上記凹凸構造を効果的に形成することができる。もちろん、上記化学処理に用いるアルカリは、これらに限らず、水溶性の高いアルカリであればよい。
なお、アルカリ処理の場合、チタン材料の表面と生体軟組織との間のイオン的相互作用ならびに接触面積の増加が、相互の接着力向上に寄与していると考えられる。このため、チタン材料の表面の疎水性が高くなくても、接着力の向上は見られる。
Moreover, in the bonding method, the chemical treatment may include alkali treatment with a sodium hydroxide solution, a potassium hydroxide solution, a sodium hypochlorite solution, or a mixture thereof.
Even with these alkali treatments, if there are enough OH − ions, dissolution and deposition reactions proceed, and the uneven structure can be effectively formed on the surface of the titanium material. Of course, the alkali used in the chemical treatment is not limited to these, and any alkali having high water solubility may be used.
In the case of alkali treatment, it is considered that the ionic interaction and the increase in the contact area between the surface of the titanium material and the soft tissue of the body contribute to the improvement of the mutual adhesive force. Therefore, even if the surface of the titanium material is not highly hydrophobic, the adhesion is improved.
また、上記接着方法において、上記化学処理の強度を調整することにより、上記チタン材料と上記生体軟組織との間の接着力を調整するとよい。
少なくとも、酸処理の時間を変えることにより、上記チタン材料と生体軟組織との接着力が変化することを今回見出した。接着力を強化するだけでなく、適度な接着力で接着を行うことも、後で接着材を容易に剥がせるようにするためには重要である。接着材の用途に応じて適切な接着力の接着材を得られれば、極めて有用である。なお、酸処理の時間だけでなく、酸濃度によっても強度を調整可能である。また、酸処理だけでなく、アルカリ処理やアルカリ酸処理の場合も、同様に強度を調整可能と考えられる。
Further, in the bonding method, the strength of the chemical treatment may be adjusted to adjust the adhesive force between the titanium material and the soft biological tissue.
This time, it was found that at least the adhesive strength between the titanium material and the soft tissue of the living body was changed by changing the acid treatment time. It is important not only to strengthen the adhesive strength, but also to perform adhesion with an appropriate adhesive strength so that the adhesive can be easily peeled off later. It would be extremely useful if an adhesive with a suitable adhesive strength could be obtained according to the application of the adhesive. It should be noted that the strength can be adjusted not only by the acid treatment time but also by the acid concentration. In addition, it is considered that the strength can be similarly adjusted not only by acid treatment but also by alkali treatment or alkaline acid treatment.
また、上記接着方法において、上記生体軟組織が、消化管粘膜、血管内皮など上皮系組織、筋肉、臓器周囲線維性組織を含む結合組織、血管又は神経であるとよい。
上記チタン材料と、上皮系組織、結合組織、血管又は神経との接着が実現できれば、生体へのセンサの固定、組織の変形補助、組織の穿孔封鎖、組織の補強といった用途に上記接着方法を活用しやすくなる。ただし、生体へのセンサの固定、組織の変形補助、組織の穿孔封鎖、あるいは組織の補強の対象は、上皮系組織、結合組織、血管及び神経には限られない。
In the adhesion method, the soft biological tissue may be epithelial tissue such as gastrointestinal mucosa and vascular endothelium, muscle, connective tissue including fibrous tissue surrounding organs, blood vessel, or nerve.
If adhesion between the titanium material and epithelial tissue, connective tissue, blood vessels, or nerves can be realized, the above adhesion method can be used for applications such as fixing sensors to living organisms, assisting tissue deformation, sealing perforations in tissue, and reinforcing tissue. easier to do. However, targets for sensor fixation to a living body, tissue deformation assistance, tissue perforation sealing, and tissue reinforcement are not limited to epithelial tissue, connective tissue, blood vessels, and nerves.
また、この発明は、上記のいずれかの接着方法を用いてセンサを生体内に固定する、生体へのセンサの固定方法であって、上記チタン材料に、上記表面の少なくとも一部が露出するように上記センサを固定し、上記チタン材料の上記表面のうち露出している部分と、生体軟組織とを接触させて上記チタン材料と上記生体の生体軟組織とを接着することにより、上記センサを上記生体内に固定する、生体へのセンサの固定方法も提供する。 The present invention also provides a method for fixing a sensor to a living body using any one of the bonding methods described above, wherein the titanium material has at least a portion of the surface exposed. The sensor is fixed to the living body, and the exposed portion of the surface of the titanium material is brought into contact with the living body soft tissue to bond the titanium material and the living body soft tissue, thereby fixing the sensor to the living body. A method for fixing the sensor to a living body is also provided.
この方法において、センサとチタン材料を予め固定しておくことは、接着剤や固定器具、嵌め込み等の任意の方法により容易に行うことができる。センサがチタン材料に固定された状態で、わずかな力を加えつつチタン材料の表面を生体軟組織に接触させれば、チタン材料が短時間でかつ容易に生体軟組織に接着され、センサも、上記チタン材料を介して生体軟組織に固定される。このように固定されたセンサは、生体が運動しても容易にその位置がずれることはない。この方法を適用するセンサとしては、例えば生体の位置、動き、物理状態など、あるいは、体内における化学、生物情報を計測し、外部の集計装置に無線送信する装置が考えられる。IoT(Internet Of Things)技術の進展に伴い、生体の情報を効率よく収集することの有用性は増していくと考えられる。 In this method, fixing the sensor and the titanium material in advance can be easily performed by any method such as an adhesive, a fixing device, or fitting. With the sensor fixed to the titanium material, if the surface of the titanium material is brought into contact with the soft biological tissue while applying a slight force, the titanium material is easily adhered to the soft biological tissue in a short period of time, and the sensor is also attached to the titanium material. It is fixed to the living soft tissue through the material. The sensor fixed in this way does not easily shift its position even if the living body moves. Sensors to which this method is applied include, for example, devices that measure the position, movement, physical state, etc. of a living body, or chemical and biological information in the body, and wirelessly transmit the information to an external totalizing device. With the progress of IoT (Internet Of Things) technology, it is believed that the usefulness of efficiently collecting biological information will increase.
また、この発明は、上記のいずれかの接着方法を用いて生体軟組織の変形を補助する生体軟組織の変形補助方法であって、上記生体軟組織を所望の形状に変形し、上記変形後の形状に沿って上記生体軟組織に上記チタン材料を接着する、生体軟組織の変形補助方法も提供する。 The present invention also provides a method for assisting deformation of a soft biological tissue using any of the bonding methods described above, comprising: deforming the soft biological tissue into a desired shape; Also provided is a method for assisting deformation of soft biological tissue, wherein the titanium material is adhered to the soft biological tissue.
チタン材料が生体軟組織に接着された箇所は、チタン材料によって生体軟組織の変形が制約される。例えば、チタン材料は、伸縮性には乏しい。このため、血管や腸管がヘルニアを起こした場合に、断裂部からヘルニア部を管内に押し込んだ上で断裂部を閉じて、断裂部の外側からチタン材料を接着すれば、断裂部の伸縮を阻止し、このことにより断裂部が開いてヘルニア部が突出してくることを防止できる。また、断裂部が閉じた状態を維持できるため、断裂部が自然治癒により閉じる効果も期待できる。これは、生体軟組織の、断裂部が閉じるような変形を補助したことに該当する。 At the location where the titanium material is adhered to the soft living tissue, deformation of the soft living tissue is restricted by the titanium material. For example, titanium materials have poor stretchability. For this reason, if a blood vessel or intestinal herniation occurs, the torn part can be prevented from expanding and contracting by pushing the herniated part into the canal through the torn part, closing the torn part, and bonding the titanium material from the outside of the torn part. As a result, it is possible to prevent the torn part from opening and the hernia part from protruding. In addition, since the torn part can be maintained in a closed state, an effect of closing the torn part by natural healing can be expected. This corresponds to assisting the deformation of the living soft tissue so as to close the rupture.
また、チタン材料が一定の剛性を有する場合、チタン材料を接着した箇所の生体軟組織の形状を、チタン材料の形状に合わせて変形させることも可能である。初めは形状の相違により生体軟組織がチタン材料に接着されない個所が残ったとしても、組織の動きに応じて一度又は何度かチタン材料に接触するうちに、チタン材料に接着され、柔軟な生体軟組織側が変形してチタン材料の形状に沿うためである。この性質を利用して、例えば、眼球の裏側に、好ましい矯正後の形状を持つチタン材料を接着することにより、近視の治療のために眼球の形状を矯正することが考えられる。 In addition, when the titanium material has a certain rigidity, it is possible to deform the shape of the living body soft tissue where the titanium material is adhered so as to match the shape of the titanium material. Even if there remains a portion where the soft tissue is not adhered to the titanium material due to the difference in shape at first, it is adhered to the titanium material as the tissue contacts the titanium material once or several times according to the movement of the tissue, and the soft tissue becomes soft. This is because the side deforms to conform to the shape of the titanium material. Using this property, for example, it is conceivable to correct the shape of the eyeball for the treatment of myopia by adhering a titanium material having a desired post-correction shape to the back of the eyeball.
また、この発明は、上記のいずれかの接着方法を用いて生体軟組織の穿孔を封鎖する生体軟組織の穿孔封鎖方法であって、上記生体軟組織の上記穿孔が形成された箇所を覆うように、上記生体軟組織に上記チタン材料を接着する、生体軟組織の穿孔封鎖方法も提供する。
生体軟組織に接着されたチタン材料は生体軟組織と密着することから、例えば血管や腸管等の組織に穿孔が生じた場合に、その個所の外側から穿孔が形成された箇所を覆うようにチタン材料を接着することにより、穿孔を塞ぐことができる。この接着は、管の外部から行ってもよいし、内視鏡とステント等を用いて管の内部から行ってもよい。
The present invention also provides a method for closing a perforation in soft biological tissue using any of the above-described bonding methods, wherein the perforation of the soft biological tissue is covered so as to cover the location where the perforation is formed. There is also provided a method for sealing perforations in soft biological tissue, wherein the titanium material is adhered to the soft biological tissue.
Since the titanium material adhered to the soft tissue of the body adheres closely to the soft tissue of the body, for example, when a perforation occurs in a tissue such as a blood vessel or an intestinal tract, the titanium material is applied so as to cover the perforated site from the outside of the site. The perforations can be closed by adhering. This adhesion may be performed from the outside of the tube or from the inside of the tube using an endoscope and a stent or the like.
また、この発明は、上記のいずれかの接着方法を用いて生体軟組織を補強する生体軟組織の補強方法であって、上記生体軟組織のうち補強すべき部分に上記チタン材料を接着する、生体軟組織の補強方法も提供する。
組織に穿孔等の傷害が生じる前であっても、血管等において組織が弱っている部分にチタン材料を接着することにより、組織を補強し、傷害の発生を未然に防止することができる。
The present invention also provides a method for reinforcing soft biological tissue using any one of the bonding methods described above, wherein the titanium material is bonded to a portion of the soft biological tissue to be reinforced. A reinforcement method is also provided.
Even before an injury such as perforation occurs in the tissue, by adhering the titanium material to a portion where the tissue is weakened such as a blood vessel, the tissue can be reinforced and the occurrence of injury can be prevented.
また、この発明は、酸処理、アルカリ処理、およびアルカリ酸処理のうちいずれかの化学処理を行うことにより、表面にナノからマイクロメートルサイズの凹凸構造を形成したチタン材料であり、生体軟組織へ接着される、生体軟組織用接着材も提供する。
この生体軟組織用接着材は、今回、酸処理、アルカリ処理、およびアルカリ酸処理のうちいずれかの化学処理を行うことにより、表面にナノからマイクロメートルサイズの凹凸構造を形成したチタン材料に関し、生体軟組織への強い接着力を有し、また、わずかな力を加えつつ生体軟組織に接触させることにより、短時間で生体軟組織と接着することができるという新規な特性を見出したことに基づき、生体軟組織へ接着される生体軟組織用接着材という、新規な用途を提案するものである。
Further, the present invention relates to a titanium material having an uneven structure of nanometer to micrometer size formed on the surface thereof by performing one of acid treatment, alkali treatment, and alkaline acid treatment, and is adhered to biological soft tissue. Also provided is a biosoft tissue adhesive.
This adhesive material for soft tissue of a living body relates to a titanium material that has been chemically treated with an acid treatment, an alkali treatment, or an alkaline acid treatment to form an uneven structure of nano to micrometer size on the surface. Based on the discovery of a new property that it has a strong adhesive force to soft tissue, and that it can adhere to soft tissue in a short period of time by bringing it into contact with the soft tissue while applying a slight force. We propose a novel use of adhesives for soft tissue of living body.
チタン材料と生体軟組織との接着方法について上述した、上記化学処理に関する説明、上記乾燥に関する説明、チタン材料の特性に関する説明、および生体軟組織に関する説明は、この生体軟組織用接着材についても同様に当てはまる。 The chemical treatment, the drying, the properties of the titanium material, and the soft biological tissue described above for the bonding method between the titanium material and the soft biological tissue apply equally to this adhesive for soft biological tissue.
この発明は、上記の生体軟組織用接着材の上記チタン材料に、上記表面の少なくとも一部が露出するようにセンサを固定した生体内埋入型センサも提供する。
このような生体内埋入型センサは、生体へのセンサの固定方法に関して上述したものと同様な原理により、容易に生体内に固定することができる。
The present invention also provides an implantable sensor in which the sensor is fixed to the titanium material of the adhesive for soft biological tissue so that at least part of the surface is exposed.
Such an in-vivo implantable sensor can be easily fixed in a living body by the same principle as described above regarding the fixing method of the sensor in the living body.
また、この発明は、上記の生体軟組織用接着材を、生体軟組織と接着すべき部分に備える、生体軟組織変形補助材、生体軟組織穿孔封鎖材、および生体軟組織補強材も提供する。
これらの生体軟組織変形補助材、生体軟組織穿孔封鎖材、および生体軟組織補強材は、これに限られるものではないが、それぞれ生体軟組織の変形補助方法、生体軟組織の穿孔封鎖方法、および生体軟組織の補強方法の実施に利用可能である。すなわち、生体軟組織用接着材について上述したようにチタン材料に新規な特性を見出したことに基づき、生体軟組織変形補助、生体軟組織穿孔封鎖、および生体軟組織補強という新規な用途を提案するものである。
The present invention also provides a soft tissue deformation assisting material, a soft tissue perforation sealing material, and a soft tissue reinforcing material, each of which includes the above-described adhesive for soft tissue.
These soft biotissue deformation assisting material, soft biotissue perforation sealing material, and soft biotissue reinforcing material are not limited thereto, but are respectively a method for assisting deformation of soft biotissue, a method for sealing perforation in soft biotissue, and a reinforcement of soft biotissue. available for implementation of the method. That is, based on the discovery of novel properties of titanium materials as described above for adhesives for soft biological tissues, we propose new uses for soft biological tissue deformation assistance, soft biological tissue perforation sealing, and soft biological tissue reinforcement.
また、この発明は、上記の生体軟組織用接着材を、生体軟組織と接着すべき部分に備えるインプラントも提案する。このインプラントは、歯科用インプラントであって、上記生体軟組織用接着材を、フィクスチャー部及び/又はアバットメント部に備えるとよい。あるいは、このインプラントは、形成外科用又は心臓血管外科用インプラントであるとよい。形成外科用インプラントは、例えば義耳介を頭骨に固定するためのインプラントである。心臓血管外科用インプラントは、例えば、組織貫通型インプラント、超音波エコー用位置確認材、心尖部に穿通する管、あるいは内視鏡用のパッチおよびステントである。また、この発明は、上記の生体軟組織用接着材を、生体軟組織と接着すべき部分に備える歯科矯正用アンカースクリューも提案する。 In addition, the present invention also proposes an implant having the above adhesive for soft biological tissue in a portion to be adhered to the soft biological tissue. The implant is a dental implant, and preferably includes the above-described adhesive for soft biological tissue in the fixture portion and/or the abutment portion. Alternatively, the implant may be a plastic surgical or cardiovascular surgical implant. Plastic surgical implants are, for example, implants for fixing an auricle prosthesis to the skull. Cardiovascular surgical implants are, for example, tissue penetrating implants, ultrasound echo localizers, tubes penetrating the apex, or endoscopic patches and stents. The present invention also proposes an orthodontic anchor screw that includes the above-described adhesive for soft biological tissue at a portion to be adhered to the soft biological tissue.
これらのいずれも、生体へ固定して用いるものであるが、上記の生体軟組織用接着材を、生体軟組織と接着すべき部分に備えることにより、生体軟組織に対して容易に固定可能である。特に、歯科用インプラントのアバットメント部は、歯肉粘膜上皮と接触する部位であるので、この部分に上記の生体軟組織用接着材を設けることにより、インプラントと歯肉粘膜上皮を容易に接着し、インプラントの安定性を高めると共に、フィクスチャー部への細菌等の侵入を防止できる。フィクスチャー部も、アバットメント部に近い側は歯肉粘膜上皮と接触するため、同様に生体軟組織用接着材を設けることが有用である。 All of these are intended to be used by being fixed to a living body, but by providing the above-described adhesive for soft biological tissue in the portion to be adhered to the soft biological tissue, they can be easily fixed to the soft biological tissue. In particular, since the abutment portion of a dental implant is a portion that comes into contact with the gingival mucosal epithelium, the provision of the above-mentioned soft tissue adhesive on this portion facilitates adhesion between the implant and the gingival mucosal epithelium, thereby improving the adhesion of the implant. In addition to enhancing stability, it is possible to prevent invasion of bacteria and the like into the fixture section. Since the fixture part is also in contact with the gingival mucosal epithelium on the side closer to the abutment part, it is useful to similarly provide an adhesive for soft tissue.
以上に述べた構成及び以下の実施形態及び実施例において説明する構成は、相互に矛盾しない限り、任意に組み合わせて実施可能であるし、一部のみを取り出して実施することも可能である。また、以上に述べた構成は、この発明の一例であり、この発明が以上に述べた構成に限定されることはない。 The configurations described above and the configurations described in the following embodiments and examples can be arbitrarily combined and implemented as long as they do not contradict each other. Moreover, the configuration described above is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the configuration described above.
以上のような本発明の構成によれば、短時間で容易に生体軟組織への固形の部材の接着を行うことができる。また、この接着を様々な有用な用途に利用できる。 According to the configuration of the present invention as described above, it is possible to easily adhere a solid member to a living body soft tissue in a short time. Also, this adhesion can be used in a variety of useful applications.
以下、本発明を実施するための形態及び実施例について説明する。
本発明は、チタン材料に生体軟組織接着性を付与するための化学的表面修飾に関する方法、生体軟組織接着性を付与されたチタン材料と生体軟組織との接着方法、生体軟組織接着性を付与されたチタン材料により構成される生体軟組織用接着材、及びいくつかの用途におけるそれらの応用等に関する。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form and Example for implementing this invention are demonstrated.
The present invention relates to a chemical surface modification method for imparting soft tissue adhesiveness to a titanium material, a method for bonding a titanium material imparted with soft tissue adhesiveness to a soft tissue, and a titanium material imparted with soft tissue adhesiveness. Soft biological tissue adhesives composed of materials, their application in several applications, and the like.
チタン材料に生体組織接着性を付与する方法としては、材料表面の化学的修飾方法を採用している。化学的修飾方法は、材料表面に官能基やイオン、分子などを導入することで被着物との親和性、親水・疎水における相互作用やイオン結合、共有結合、ファンデルワールス力などを高めることにつながる。本発明におけるチタン表面修飾では化学的修飾方法を接着力の調節に利用する。 Chemical modification of the material surface is used as a method for imparting adhesiveness to biological tissue to titanium materials. The chemical modification method involves introducing functional groups, ions, molecules, etc. to the material surface to increase affinity with adherends, hydrophilic/hydrophobic interactions, ionic bonds, covalent bonds, Van der Waals forces, etc. Connect. Titanium surface modification in the present invention utilizes a chemical modification method to control adhesion.
〔第1実施例:図1乃至図4〕
まず、本発明の第1実施例について説明する。
本実施例では、チタン材料として純チタン(JIS(日本工業規格)1種TR270C)の薄膜(厚さ15μm×幅5mm×長さ15mm)を準備し、この純チタン薄膜に、1)未処理、2)加熱処理、3)アルカリ処理、4)アルカリ加熱処理、5)アルカリ酸処理、6)アルカリ酸加熱処理を施したサンプルをそれぞれ用意した。これらのうち1)、2)は、酸処理もアルカリ処理も行わないコントロールである。
[First embodiment: FIGS. 1 to 4]
First, a first embodiment of the present invention will be described.
In this example, a thin film (
各処理は、以下のように行った。
1)未処理:
アセトンで脱脂後に純水で洗浄し、60℃で1時間乾燥した。
2)加熱処理:
1)の試料を600℃にて1時間大気雰囲気下での加熱を行った。この加熱により乾燥もなされる。
3)アルカリ処理:
1)の試料を2.5mol/L水酸化ナトリウム溶液中に60℃にて24時間浸漬し、その後純水で洗浄し、60℃で1時間乾燥した。
4)アルカリ加熱処理:
3)の試料を600℃にて1時間大気雰囲気下での加熱を行った。この加熱により乾燥もなされる。
5)アルカリ酸処理:
3)の試料を50mmol/L塩酸溶液中に37℃において48時間浸漬し、その後純水で洗浄し、60℃で1時間乾燥した。
6)アルカリ酸加熱処理:
5)の試料を600℃にて1時間大気雰囲気下での加熱を行った。この加熱により乾燥もなされる。
Each treatment was performed as follows.
1) Untreated:
After degreasing with acetone, it was washed with pure water and dried at 60° C. for 1 hour.
2) Heat treatment:
The sample of 1) was heated at 600° C. for 1 hour in an air atmosphere. This heating also causes drying.
3) Alkali treatment:
The sample of 1) was immersed in a 2.5 mol/L sodium hydroxide solution at 60°C for 24 hours, then washed with pure water and dried at 60°C for 1 hour.
4) Alkali heat treatment:
The sample of 3) was heated at 600° C. for 1 hour in an air atmosphere. This heating also causes drying.
5) Alkaline acid treatment:
The sample of 3) was immersed in a 50 mmol/L hydrochloric acid solution at 37° C. for 48 hours, then washed with pure water and dried at 60° C. for 1 hour.
6) Alkaline acid heat treatment:
The sample of 5) was heated at 600° C. for 1 hour in an air atmosphere. This heating also causes drying.
上記各処理を行ったチタン薄膜のSEM(走査型電子顕微鏡)による表面観察を行った。SEMは、Neoc-Pro(Meiwafosis Co.Ltd.,Tokyo,Japan)を用いてオスミウムコーティングを行ったのち、JSM-6701F microscope(JEOL Ltd.,Tokyo,Japan)を用いて観察した。この際、加速電圧は5kV、ワーキングディスタンスは8mmとして観察した。 The surface of the titanium thin film subjected to each of the above treatments was observed by SEM (scanning electron microscope). The SEM was observed using a JSM-6701F microscope (JEOL Ltd., Tokyo, Japan) after osmium coating using Neoc-Pro (Meiwafosis Co. Ltd., Tokyo, Japan). At this time, the observation was made with an acceleration voltage of 5 kV and a working distance of 8 mm.
図1に、各サンプルの電子顕微鏡写真を示す。200nm(ナノメートル)に対応するスケールを図中に示している。これらの写真からわかるように、アルカリ処理を行った3)~6)のサンプルでは、表面に、ナノからマイクロメートルサイズの凹凸構造として、ナノファイバー状の構造物が確認された。1)及び2)のサンプルには、このようなナノからマイクロメートルサイズの凹凸構造は確認できなかった。 FIG. 1 shows an electron micrograph of each sample. A scale corresponding to 200 nm (nanometers) is shown in the figure. As can be seen from these photographs, in the samples 3) to 6) subjected to the alkali treatment, a nanofiber-like structure was confirmed as an uneven structure of nano to micrometer size on the surface. In the samples 1) and 2), such nano to micrometer-sized concave-convex structures could not be confirmed.
また、上記各処理を行ったチタン薄膜の表面結晶構造を、X線回折(XRD)パターンの測定により分析した。XRDパターンは、RINT2500HF(Rigaku Corp.,Tokyo,Japan)を用いて測定した。この際、管電圧40kV、管電流200mAの条件で発生したCuKα線をX線源として用い、走査速度は2°/minとして室温で測定を行った。 In addition, the surface crystal structure of the titanium thin film subjected to each of the above treatments was analyzed by measuring the X-ray diffraction (XRD) pattern. XRD patterns were measured using RINT2500HF (Rigaku Corp., Tokyo, Japan). At this time, CuKα rays generated under the conditions of a tube voltage of 40 kV and a tube current of 200 mA were used as an X-ray source, and the scanning speed was 2°/min, and the measurement was performed at room temperature.
図2に各サンプルの測定結果を示す。
1)~6)のうち加熱処理を行っていないサンプル、すなわち、1)未処理、3)アルカリ処理、5)アルカリ酸処理のサンプルでは、薄膜母材であるチタンのみが結晶相として検出された。また、加熱処理を行ったサンプルのうち、2)加熱処理と6)アルカリ酸加熱処理のサンプルでは、酸化チタン相が検出された。4)アルカリ加熱処理のサンプルでは、酸化チタン相に加えてチタン酸ナトリウム相が検出された。
FIG. 2 shows the measurement results of each sample.
In samples 1) to 6) that were not heat-treated, that is, samples 1) untreated, 3) alkali-treated, and 5) alkali-acid-treated, only titanium, which is the thin film base material, was detected as a crystal phase. . Among the heat-treated samples, a titanium oxide phase was detected in the samples subjected to 2) heat treatment and 6) heat treatment with alkaline acid. 4) In the alkali heat-treated sample, a sodium titanate phase was detected in addition to the titanium oxide phase.
また、上記各処理を行ったチタン薄膜の表面における水の濡れ性を、高さ10mmからサンプル上に滴下した超純水(3μL)の接触角をθ/2法から求めることで評価した。
表1に、処理毎にチタン薄膜の5つのサンプルについて測定した結果(N=5)の平均値と標準偏差を示す。
Further, the water wettability on the surface of the titanium thin film subjected to each of the above treatments was evaluated by determining the contact angle of ultrapure water (3 μL) dropped onto the sample from a height of 10 mm using the θ/2 method.
Table 1 shows the mean and standard deviation of the results (N=5) measured on five samples of titanium thin film for each treatment.
表1からわかるように、1)未処理)および2)加熱処理については水滴が形成され、ある程度の疎水性を示した。3)アルカリ処理~6)アルカリ酸加熱処理については水滴がサンプル表面で濡れ拡がり、水滴接触角は検出限界である1°以下であり、これらのサンプルは高い親水性を示した。 As can be seen from Table 1, water droplets were formed for 1) untreated) and 2) heat treated, indicating some degree of hydrophobicity. With respect to 3) alkaline treatment to 6) alkaline acid heat treatment, water droplets spread on the sample surface, and the water droplet contact angle was 1° or less, which is the detection limit, and these samples exhibited high hydrophilicity.
また、各サンプル表面における水の、FT-IR(フーリエ変換赤外分光法)スペクトル分析を行った。FT-IRスペクトルは、IRAffinity-1S(Shimadzu Corp.,Kyoto,Japan)を用いて測定した。この際、分解能は4cm-1とし、積算回数は16回として室温で測定を行った。 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) spectral analysis of water on each sample surface was also performed. FT-IR spectra were measured using IRAffinity-1S (Shimadzu Corp., Kyoto, Japan). At this time, the resolution was set to 4 cm −1 and the number of times of accumulation was set to 16, and the measurement was performed at room temperature.
図3に1)~6)の各サンプルの測定結果を示す。
これらの比較から、処理条件にともないチタン表層の水の状態が変化することが確認できた。ここで、3000cm-1以下の吸収は水素結合ネットワークが発達した水、3300~3000cm-1の吸収は中間水、3500~3300cm-1の吸収は自由水、3500cm-1以上の吸収は結合水に由来するものと考えられる。このなかで、水素結合ネットワークが発達した水ならびに中間水は、生体成分と材料との相互作用に対して抑制的に働くため、軟組織との接着にはこれらの量を減少させることが重要となる。1)未処理および2)加熱処理の場合、水素結合ネットワークが発達した水ならびに中間水に由来する吸収が認められ、1)未処理にもっとも低波数側の吸収が認められた。3)アルカリ処理により水素結合ネットワークが発達した水ならびに中間水量の減少が認められ、4)アルカリ加熱処理あるいは6)アルカリ酸加熱処理によって中間水量が若干増加した。5)アルカリ酸処理の場合に自由水のピークがもっともシャープに認められた。
FIG. 3 shows the measurement results of each of the samples 1) to 6).
From these comparisons, it was confirmed that the state of the water on the titanium surface layer changed with the treatment conditions. Here, absorption at 3000 cm -1 or less is for water with a developed hydrogen bond network, absorption at 3300 to 3000 cm -1 is for intermediate water, absorption at 3500 to 3300 cm -1 is for free water, and absorption above 3500 cm -1 is for bound water. presumably derived from Among them, water with a developed hydrogen bond network and intermediate water act to suppress the interaction between biological components and materials, so it is important to reduce the amount of these for adhesion to soft tissue. . In the case of 1) untreated and 2) heat-treated, absorption derived from water in which a hydrogen bond network was developed and intermediate water was observed, and 1) absorption on the lowest wave number side was observed in untreated. 3) Alkaline treatment reduced the amount of water in which a hydrogen bond network was developed and the amount of intermediate water. 4) Alkaline heat treatment or 6) Alkaline heat treatment slightly increased the amount of intermediate water. 5) The sharpest free water peak was observed in the alkaline acid treatment.
次に、上記各処理を行ったチタン薄膜と、生体軟組織との接着強さの測定を行った。ここでは、生体軟組織の被着体として、マウス真皮組織を用いた。接着強さは、チタン薄膜と被着体を5mm×2mmの面積で重ね合わせ、重ね合わせ部分に100gの分銅を10秒間静置することで圧着した後、万能試験機(Ez-test; Shimadzu Corp.,Kyoto,Japan)にて150mm/minの引張速度でせん断力を加えた際の最大力から算出した。使用したマウス真皮組織は、Slc:ICRマウス(6週齢;♀;体重25~27g)の背部から採取した真皮組織である。なお、ここでは10秒間の接触によりチタン薄膜と被着体とを接着しているが、接着自体は、より短い時間、例えば1~3秒程度の接触でも可能である。 Next, the adhesive strength between the titanium thin film subjected to each of the above treatments and the soft tissue of the living body was measured. Here, mouse dermal tissue was used as the adherend of the biological soft tissue. The adhesive strength was measured by superimposing a titanium thin film and an adherend in an area of 5 mm × 2 mm, pressing a 100 g weight on the superposed portion for 10 seconds, and then using a universal tester (Ez-test; Shimadzu Corp. ., Kyoto, Japan) was calculated from the maximum force when a shearing force was applied at a tensile speed of 150 mm/min. The mouse dermal tissue used was dermal tissue collected from the back of Slc:ICR mice (6 weeks old; female; body weight 25-27 g). In this case, the titanium thin film and the adherend are bonded by contact for 10 seconds, but the bonding itself can be performed for a shorter period of time, such as 1 to 3 seconds.
処理毎にチタン薄膜の5つのサンプルについて接着強さの測定を行い(N=5)、統計解析に一元配置分散分析を行い、その後Tukey法による多重比較検定(有意水準5%未満)を行って、1)~6)の各処理を行ったチタン薄膜に関し、生体軟組織との接着強さに有意差があるか否かを分析した。 Adhesion strength was measured for 5 samples of titanium thin film for each treatment (N=5), and statistical analysis was performed by one-way analysis of variance, followed by multiple comparison test by Tukey method (significance level less than 5%). , 1) to 6), it was analyzed whether or not there was a significant difference in adhesion strength to the soft tissue of the body.
図4に、1)~6)の各サンプルについて求めた接着強さの平均値と標準偏差を示す。1)~6)の各項目と対応するバーが平均値を、その上端を中心とするラインが標準偏差を示す。バーの上にあるアルファベットは、異なる文字を付されたサンプル間では接着強さに統計学的有意差があることを示す。また、表2に、各サンプルについて求めた接着強さの平均値と標準偏差の数値データを示す。 FIG. 4 shows the average value and standard deviation of the adhesive strength obtained for each of the samples 1) to 6). The bar corresponding to each item of 1) to 6) indicates the average value, and the line centered on the upper end indicates the standard deviation. Letters above the bars indicate statistically significant differences in bond strength between samples labeled with different letters. In addition, Table 2 shows the numerical data of the average value and standard deviation of the adhesive strength obtained for each sample.
図4及び表2からわかるように、各サンプルの接着強さは、高い順に、5)アルカリ酸処理>6)アルカリ酸加熱処理>3)アルカリ処理>2)加熱処理=4)アルカリ加熱処理>1)未処理、の順であった。
この結果から、アルカリ処理により、未処理の場合と比べて有意に接着強さを向上させ、生体軟組織用接着材として使用可能な接着強度が得られること、アルカリ処理だけでなく酸処理によって接着強さは増加すること、および、加熱処理はアルカリ処理やアルカリ酸処理によって得られた接着強さを低下させることがわかる。
As can be seen from FIG. 4 and Table 2, the adhesive strength of each sample is ranked in descending order: 5) alkaline acid treatment>6) alkaline acid heat treatment>3) alkali treatment>2) heat treatment=4) alkali heat treatment> 1) untreated.
From these results, it was found that the alkali treatment significantly improved the adhesive strength compared to the untreated case, and that the adhesive strength was able to be used as an adhesive for soft tissue of a living body. It can be seen that the strength increases and that the heat treatment reduces the bond strength obtained by the alkaline or alkaline acid treatment.
なお、第1実施例において、アルカリ処理のみで得られる接着強度はさほど大きくはないが、軟組織に接着して容易に動かないという点では十分である。例えば、1gのセンサを1mm2の面積で接着させた際に少なくとも自重では移動しない接着強度は約10kPaであり、アルカリ処理のみで得られる接着強度で十分である。また、接着後に比較的容易に剥がせることが重要である場合には、強い接着強度より比較的弱い接着強度の方が好ましい場合もある。 In the first embodiment, although the adhesive strength obtained by alkali treatment alone is not so high, it is sufficient in that it adheres to soft tissue and does not move easily. For example, when a 1 g sensor is adhered to an area of 1 mm 2 , the adhesive strength that does not move under its own weight is about 10 kPa, and the adhesive strength obtained only by alkali treatment is sufficient. A relatively weak bond strength may also be preferred over a strong bond strength if relatively easy removal after bonding is important.
なお、図4及び表2の接着強さのデータを図3の測定結果と比較すると、3)アルカリ処理では、水素結合ネットワークが発達した水ならびに中間水量の減少により接着強さが向上し、5)アルカリ酸処理では、自由水の増加によりさらに接着強さが向上していると考えることができる。また、4)アルカリ加熱処理あるいは6)アルカリ酸加熱処理では、それぞれ3)アルカリ処理及び5)アルカリ酸処理と比べ、中間水の量が増加したことで接着強さが低下していると考えられる。 A comparison of the adhesive strength data in FIG. 4 and Table 2 with the measurement results in FIG. ) In the alkaline acid treatment, it can be considered that the adhesion strength is further improved by increasing the amount of free water. In addition, in 4) alkaline heat treatment or 6) alkaline acid heat treatment, compared to 3) alkaline treatment and 5) alkaline acid treatment, respectively, it is believed that the amount of intermediate water increased, resulting in a decrease in adhesive strength. .
〔第2実施例:図5乃至図13〕
次に、本発明の第2実施例について説明する。
本実施例では、チタン材料として、第1実施例の場合と同じ純チタンの薄膜を準備し、この純チタン薄膜を、70℃に保った45wt%H2SO4/15wt%HClに浸漬することにより酸処理を行った(以下の実施例では重量%を「wt%」と表記する)。この際、処理時間を5分~40分まで5分刻みで変化させた。酸処理後に純水で洗浄し、60℃にて1時間乾燥した。
[Second embodiment: FIGS. 5 to 13]
Next, a second embodiment of the invention will be described.
In this embodiment, as the titanium material, the same pure titanium thin film as in the first embodiment is prepared, and this pure titanium thin film is immersed in 45 wt % H 2 SO 4 /15 wt % HCl maintained at 70°C. (% by weight is expressed as "wt%" in the following examples). At this time, the treatment time was changed in increments of 5 minutes from 5 minutes to 40 minutes. After the acid treatment, it was washed with pure water and dried at 60° C. for 1 hour.
その結果、処理時間が5分~20分まではチタン薄膜が形状を保っていたが、25分以上の処理ではチタン薄膜の形状が保たれず、30分以上でほぼ完全に溶解してしまった。そこで、(a)未処理、(b)処理時間5分、(c)処理時間10分、(d)処理時間15分、(e)処理時間20分のサンプルについて、第1実施例の場合と同様な測定法により、SEMによる表面観察、XRDパターン測定による表面結晶構造の分析、表面の濡れ性の測定、表面における水のFT-IRスペクトル分析、および生体軟組織との接着強さの測定を行った。(a)はコントロールである。 As a result, the shape of the titanium thin film was maintained from 5 minutes to 20 minutes, but the shape of the titanium thin film was not maintained when the treatment was performed for 25 minutes or more, and it almost completely dissolved after 30 minutes or more. . Therefore, (a) untreated, (b) treated for 5 minutes, (c) treated for 10 minutes, (d) treated for 15 minutes, and (e) treated for 20 minutes, compared to the case of the first embodiment. By the same measurement method, surface observation by SEM, surface crystal structure analysis by XRD pattern measurement, surface wettability measurement, water FT-IR spectrum analysis on the surface, and adhesion strength to living soft tissue were measured. Ta. (a) is a control.
図5に、SEMによる表面観察で得た各サンプルの電子顕微鏡写真を示す。10μm(マイクロメートル)に対応するスケールを図中に示している。
これらの写真からわかるように、処理時間が長くなるにつれて表面の溶解ならびに析出物が観察される面積が大きくなる傾向を示し、処理時間10分でほぼ全面に析出物が観察され、ナノからマイクロメートルサイズの凹凸構造が形成されていた。析出物の下地には母材結晶粒が観察された。処理時間がさらに長い15分では析出物の増加が確認され、20分では析出物の再溶解あるいは母材の溶解によって析出物の間隙が拡がることで凹凸が大きくなった。
FIG. 5 shows an electron micrograph of each sample obtained by surface observation by SEM. A scale corresponding to 10 μm (micrometers) is shown in the figure.
As can be seen from these photographs, the longer the treatment time, the larger the area where surface dissolution and precipitates are observed. An uneven structure with a size was formed. Base metal grains were observed under the precipitates. When the treatment time was longer, 15 minutes, an increase in precipitates was confirmed, and when the treatment time was 20 minutes, the gaps between the precipitates widened due to re-dissolution of the precipitates or dissolution of the base material, resulting in increased irregularities.
図6に、各サンプルのXRDパターンを示す。
これらのパターンからわかるように、処理時間が10分以上で水素化チタン相の析出が明確に確認された。また、処理時間が長くなるにつれ、母材であるTi相のピーク強度が減少した。
FIG. 6 shows the XRD pattern of each sample.
As can be seen from these patterns, the precipitation of the titanium hydride phase was clearly confirmed when the treatment time was 10 minutes or longer. Moreover, as the treatment time became longer, the peak intensity of the Ti phase, which was the base material, decreased.
図7に、表面の濡れ性の測定結果を示す。(a)~(e)の各処理時間と対応するバーが各処理時間の5つのサンプルの平均値を、その上端を中心とするラインが標準偏差を示す。バーの上にあるアルファベットは、異なる文字を付されたサンプル間では濡れ性に統計学的有意差があることを示す。有意差の有無は、一元配置分散分析の後Tukey法による多重比較検定(有意水準5%未満)を行って分析した。 FIG. 7 shows the measurement results of surface wettability. The bar corresponding to each treatment time of (a) to (e) indicates the average value of five samples at each treatment time, and the line centered on the upper end thereof indicates the standard deviation. Letters above the bars indicate statistically significant differences in wettability between samples labeled with different letters. The presence or absence of significant difference was analyzed by one-way analysis of variance followed by multiple comparison test (significance level less than 5%) by Tukey's method.
表3に、図7の測定結果の数値データを示す。
これらの結果からわかるように、処理時間が10分以上で水接触角が有意に増加し、90°以上の高い疎水性を示した。 As can be seen from these results, the water contact angle significantly increased when the treatment time was 10 minutes or more, indicating high hydrophobicity of 90° or more.
図8に、サンプル表面における水のFT-IRスペクトルを示す。
未処理と比較して処理時間5分では大きな変化が認められず、水素結合ネットワークが発達した水および中間水が多く観測された。処理時間が10分以上では中間水に由来するピークが減少したが、処理時間10分では2900cm-1の、水素結合ネットワークが発達した水のピークが大きく観察された。処理時間が15分以上で水素結合ネットワークが発達した水の吸収が減少し、ほぼ結合水のみが観察された。
FIG. 8 shows the FT-IR spectrum of water on the sample surface.
A large amount of water with a developed hydrogen bond network and intermediate water was observed in the treatment time of 5 minutes as compared with the untreated case. When the treatment time was 10 minutes or more, the peak derived from intermediate water decreased, but when the treatment time was 10 minutes, a large peak of water with a developed hydrogen bond network was observed at 2900 cm −1 . When the treatment time was 15 minutes or longer, the absorption of water in which a hydrogen bond network had developed decreased, and almost only bound water was observed.
図9に、各サンプルについて求めた接着強さの平均値と標準偏差を示す。表記法は図4と同様である。また、表4に、各サンプルについて求めた接着強さの平均値と標準偏差の数値データを示す。 FIG. 9 shows the average value and standard deviation of the adhesive strength determined for each sample. The notation is the same as in FIG. In addition, Table 4 shows the numerical data of the average value and standard deviation of the adhesive strength obtained for each sample.
図9及び表4からわかるように、未処理のサンプルと比較して処理時間5分のサンプルでは接着強さに有意な差が認められなかったが、処理時間が10分以上のサンプルでは有意な差が認められ、処理時間が長いほど高い接着強さを示した。また、処理時間が10分以上のサンプルは、生体軟組織用接着材として使用可能な接着強さを有する。
このデータを、図5のSEM写真、図6のXRDパターン、および図7の接触角のデータと比較すると、ナノからマイクロメートルサイズの凹凸構造が形成され(図5)、水素化チタン(TiHx;x=1.5~2)相の析出が起こり(図6)、空気中の水接触角が概ね90°以上の疎水性を示す程度まで(この例では10分以上)酸処理を行うことにより、チタン材料と生体軟組織との接着強度を、未処理の場合と比べて大幅に強化できることがわかる。
As can be seen from FIG. 9 and Table 4, no significant difference in adhesive strength was observed in the samples treated for 5 minutes compared to the untreated samples, but the samples treated for 10 minutes or more showed significant differences. A difference was observed, with longer treatment times indicating higher bond strengths. In addition, the samples treated for 10 minutes or more have adhesive strength that can be used as an adhesive for soft tissue of a living body.
Comparing this data with the SEM photograph of FIG. 5, the XRD pattern of FIG. 6, and the contact angle data of FIG. ; x = 1.5 to 2) Phase precipitation occurs (Fig. 6), and the acid treatment is performed to the extent that the water contact angle in the air shows a hydrophobicity of about 90 ° or more (in this example, 10 minutes or more). Therefore, it can be seen that the adhesive strength between the titanium material and the soft tissue of the body can be greatly enhanced compared to the untreated case.
また、(c)~(e)のデータの比較により、処理時間を延ばすことにより酸処理の強度を高めると、その処理強度に応じて接着強度を強化できることもわかる。従って、酸処理の強度を調整することにより、接着強度を調整し、所望の接着強度を有するチタン材料を容易に作成することができる。 Further, by comparing the data of (c) to (e), it can be seen that if the strength of the acid treatment is increased by extending the treatment time, the adhesive strength can be increased in accordance with the treatment strength. Therefore, by adjusting the intensity of the acid treatment, it is possible to adjust the adhesive strength and easily produce a titanium material having a desired adhesive strength.
次に、図10に、第2実施例の(e)のチタン薄膜とマウス真皮との接着部の電子顕微鏡写真を示す。1μmに対応するスケールを図中に示している。拡大率を除き、撮影条件は、図1及び図5の場合と同様である。図の左側にチタン薄膜が、右側にマウス真皮が写っている。この写真から、真皮組織を構成するコラーゲン線維がチタン表面と結合している状態が認められる。 Next, FIG. 10 shows an electron micrograph of the bonding portion between the titanium thin film and mouse dermis of (e) of the second embodiment. A scale corresponding to 1 μm is shown in the figure. The photographing conditions are the same as in FIGS. 1 and 5 except for the magnification. The left side of the figure shows the titanium thin film, and the right side shows the mouse dermis. From this photograph, it can be seen that the collagen fibers that constitute the dermal tissue are bonded to the titanium surface.
図11に、第2実施例の(d)のチタン薄膜とウサギ眼球強膜との間の接着強さの測定結果を示す。測定法は、使用した被着体がJW/CSKウサギ(♂;体重2.6~3.0kg)の眼球である点以外は、図4及び図9の場合と同様である。図の表記法も、図4及び図9の場合と同様である。
図11において、「処理」のサンプルが第2実施例の(d)のチタン薄膜であり、「未処理」は(a)のチタン薄膜である。また、「処理後滅菌物」は、(d)のチタン薄膜に対し121℃で20分間高圧蒸気滅菌したサンプルである。また、表5に、図11に示した測定結果の数値データを示す。
FIG. 11 shows the measurement results of the adhesion strength between the titanium thin film of (d) of the second embodiment and the sclera of the rabbit eyeball. The measurement method was the same as in FIGS. 4 and 9, except that the adherend used was the eyeball of a JW/CSK rabbit (♂; body weight 2.6-3.0 kg). The notation of the figures is also the same as in FIGS. 4 and 9. FIG.
In FIG. 11, the "treated" sample is the titanium thin film (d) of the second embodiment, and the "untreated" sample is the titanium thin film (a). The "sterilized product after treatment" is a sample of the titanium thin film of (d) subjected to autoclave sterilization at 121° C. for 20 minutes. Table 5 shows numerical data of the measurement results shown in FIG.
図11及び表5からわかるように、接着対象がウサギ眼球強膜である場合も、15分の酸処理によって、未処理のチタン薄膜の場合と比べて有意に高い接着強度を得ることができる。また、高圧蒸気滅菌の有無で接着強度に有意差はなく、高圧蒸気滅菌を行っても接着強度を維持できることがわかる。 As can be seen from FIG. 11 and Table 5, even when the object to be adhered is the sclera of the eyeball of a rabbit, the acid treatment for 15 minutes can provide significantly higher adhesion strength than the untreated titanium thin film. Moreover, there is no significant difference in adhesive strength between the presence and absence of autoclave sterilization, and it can be seen that the adhesive strength can be maintained even after autoclave sterilization.
次に、図12に、第2実施例の(e)のチタン薄膜とブタ大動脈との接着実験の様子を示す。ブタ大動脈は、生体軟組織であり、生体外に取り出して洗浄したものである。
図12の(A)は、チタン薄膜110を、ブタ大動脈120に接触させて接着している様子を示す。この程度の、ピンセットでチタン薄膜110をつまんでブタ大動脈120に接触させる程度の押圧力で、チタン薄膜110をブタ大動脈120に接着することができる。その後、器具や指等でチタン薄膜110をブタ大動脈120に対してさらに押圧することにより、接着強度をより高めることができる。
Next, FIG. 12 shows the state of the adhesion experiment between the titanium thin film of the second embodiment (e) and the porcine aorta. A porcine aorta is a living soft tissue that has been taken out of the body and washed.
FIG. 12A shows a titanium thin film 110 in contact with and adhered to a
(B)は、チタン薄膜110が接着されたブタ大動脈120を折り曲げた状態を示す。一旦接着されたチタン薄膜110は、接着先の組織がこのように大きく変形されても、組織の変形に応じて変形し、組織から剥離することはない。
(C)は、チタン薄膜110をピンセットでつまみ、強い力を加えて無理にブタ大動脈120から引きはがした状態である。(e)のサンプルでは、チタン薄膜110とブタ大動脈120との間の接着力が強いため、無理に剥がそうとすると、チタン薄膜110と共に組織基質もはがれてしまう。
(B) shows a state in which the
(C) shows a state in which the titanium thin film 110 is picked up with tweezers and forcibly pulled off from the
次に、図13に、第2実施例の(e)のチタン薄膜を、マウス皮下の真皮側に接着させて3日後の状態を示す。この例では、処理後のチタン薄膜を小さく切断して、切開したマウス皮下の真皮側に同チタン薄膜を接触させて接着した状態で皮膚を縫合して3日間マウスを飼育した後、皮膚を切開してチタン薄膜の接着位置を露出させたものである。図13に符号Aで示すように、3日後にも、チタン薄膜は脱落することなく皮下の真皮側に存在し、その位置も、初めの接着時と変わらなかった。このことから、(e)のチタン薄膜は、マウスが自由に運動することで真皮と筋膜の間でせん断応力が3日間加わった状態でも生体内で移動しないよう、強固に生体軟組織に接着できることがわかる。 Next, FIG. 13 shows the condition after 3 days from adhering the titanium thin film of (e) of the second embodiment to the subcutaneous side of the dermis of the mouse. In this example, the treated titanium thin film was cut into small pieces, and the skin was sutured while the titanium thin film was in contact with the dermal side of the incised mouse subcutaneous skin. The adhesion position of the titanium thin film is exposed by pressing the surface. As indicated by symbol A in FIG. 13, even after three days, the titanium thin film did not fall off and remained under the skin on the dermis side, and its position remained the same as when it was first adhered. From this, it can be concluded that the titanium thin film of (e) can firmly adhere to the living soft tissue so that it does not move in vivo even when shear stress is applied between the dermis and fascia for 3 days due to free movement of the mouse. I understand.
〔第3実施例:図14〕
次に、本発明の第3実施例について説明する。
本実施例では、チタン材料として、第1実施例の場合と同じ純チタンの薄膜を準備し、この純チタン薄膜に対し、種々の濃度のH2SO4又はHClにより酸処理を行った後、純水で洗浄し、60℃にて1時間乾燥した。酸処理は、常温にて、チタン薄膜を酸溶液に24時間浸漬することにより行った。また、用いた酸溶液は、H2SO4が10wt%、20wt%、40wt%、70wt%の4種類、HClが15wt%と30wt%の2種類である。
[Third embodiment: Fig. 14]
Next, a third embodiment of the invention will be described.
In this embodiment, as the titanium material, the same pure titanium thin film as in the first embodiment is prepared. It was washed with pure water and dried at 60° C. for 1 hour. The acid treatment was performed by immersing the titanium thin film in an acid solution at room temperature for 24 hours. Further, the acid solutions used were four types of H 2 SO 4 of 10 wt %, 20 wt %, 40 wt % and 70 wt %, and two types of HCl of 15 wt % and 30 wt %.
図14に、この各条件での酸処理後のチタン薄膜のXRDパターンを示す。測定条件及び測定方法は、第1実施例の場合と同じである。
図14からわかるように、硫酸と塩酸のいずれを用いた場合も、濃度が上がるにつれてより多くの水素化チタンの析出が認められた。硫酸では20wt%以上の濃度で水素化チタンが認められ、塩酸では15wt%以上の濃度で水素化チタンが認められた。少なくとも水素化チタンの析出が認められるサンプルについては、未処理のサンプルと比べて、生体軟組織に対する接着力が強化され、生体軟組織用接着材として使用可能であると考えられる。
FIG. 14 shows XRD patterns of titanium thin films after acid treatment under these conditions. The measurement conditions and measurement method are the same as in the first embodiment.
As can be seen from FIG. 14, when using either sulfuric acid or hydrochloric acid, more titanium hydride was deposited as the concentration increased. In sulfuric acid, titanium hydride was observed at concentrations of 20 wt % or higher, and in hydrochloric acid, titanium hydride was observed at concentrations of 15 wt % or higher. At least the samples in which precipitation of titanium hydride is observed have stronger adhesion to soft tissue than untreated samples, and are considered to be usable as adhesives for soft tissue.
〔第4実施例:図15乃至図20〕
次に、本発明の第4実施例について説明する。
本実施例では、チタン材料として、第1実施例の場合と同じ純チタンの薄膜を準備し、この純チタン薄膜に対し、種々の濃度のH2SO4又はHClにより酸処理を行った後、純水で洗浄し、60℃にて1時間乾燥した。酸処理は、常温にて、チタン薄膜を酸溶液に12時間浸漬することにより行った。また、用いた酸溶液は、H2SO4が45wt%、50wt%、60wt%、70wt%、80wt%、90wt%、97wt%の7種類、HClが10wt%、15wt%、20wt%、30wt%、37wt%の5種類である。
[Fourth embodiment: FIGS. 15 to 20]
A fourth embodiment of the present invention will now be described.
In this embodiment, as the titanium material, the same pure titanium thin film as in the first embodiment is prepared. It was washed with pure water and dried at 60° C. for 1 hour. The acid treatment was performed by immersing the titanium thin film in an acid solution at room temperature for 12 hours. The acid solutions used were 7 types of 45 wt%, 50 wt%, 60 wt%, 70 wt%, 80 wt%, 90 wt% , and 97 wt% of H2SO4 , and 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%, and 30 wt% of HCl. , 37 wt %.
図15乃至図17に、この各条件での酸処理後のチタン薄膜を、SEMにより表面観察して得た電子顕微鏡写真を示す。図16に示すのは、70wt%及び90wt%の条件について図15の写真よりもより拡大率を上げた電子顕微鏡写真である。測定条件及び測定方法は、第1実施例の場合と同じである。
図15及び図16からわかるように、硫酸を用いた場合では50wt%以上の濃度で表面の溶解および析出物が確認された。また、図17からわかるように、塩酸を用いた場合では、20wt%以上の濃度で表面の溶解および析出物が確認された。
15 to 17 show electron micrographs obtained by observing the surface of the titanium thin film after the acid treatment under each condition by SEM. FIG. 16 shows electron micrographs at a higher magnification than the photograph of FIG. 15 for the conditions of 70 wt % and 90 wt %. The measurement conditions and measurement method are the same as in the first embodiment.
As can be seen from FIGS. 15 and 16, when sulfuric acid was used, surface dissolution and deposits were confirmed at a concentration of 50 wt % or higher. Further, as can be seen from FIG. 17, when hydrochloric acid was used, surface dissolution and deposits were confirmed at concentrations of 20 wt % or more.
図18に、この各条件での酸処理後のチタン薄膜のXRDパターンを示す。測定条件及び測定方法は、第1実施例の場合と同じである。
図18(a)からわかるように、硫酸を用いた場合では50wt%以上の濃度で水素化チタンが観察された。また、(b)からわかるように、塩酸を用いた場合では、20wt%以上の濃度で水素化チタンが観察された。
FIG. 18 shows XRD patterns of titanium thin films after acid treatment under these conditions. The measurement conditions and measurement method are the same as in the first embodiment.
As can be seen from FIG. 18(a), when sulfuric acid was used, titanium hydride was observed at a concentration of 50 wt % or more. Moreover, as can be seen from (b), when hydrochloric acid was used, titanium hydride was observed at a concentration of 20 wt % or higher.
図19に、この各条件での酸処理後のチタン薄膜における表面の濡れ性を、空気中の水接触角により示す。表6に、その数値データを示す。測定条件及び測定方法は、第1実施例の場合と同じである。
図19及び表6からわかるように、硫酸と塩酸のいずれを用いた場合も、濃度が上がるにつれてより接触角の増加が認められた。硫酸では50wt%以上の濃度で、塩酸では20wt%以上97wt%未満の濃度で接触角が80°以上となった。 As can be seen from FIG. 19 and Table 6, when using either sulfuric acid or hydrochloric acid, the contact angle increased as the concentration increased. The contact angle was 80° or more with sulfuric acid at a concentration of 50 wt% or more, and with hydrochloric acid at a concentration of 20 wt% or more and less than 97 wt%.
図20に、この各条件での酸処理後のチタン薄膜とマウス真皮組織の接着強さを示す。表7に、その数値データを示す。測定条件及び測定方法は、第1実施例の場合と同じである。
図20及び表7からわかるように、硫酸では50wt%以上97wt%以下の濃度で、塩酸では20重量%以上36wt%以下の濃度で接着強さが10kPa以上となり、生体軟組織用接着材として十分な接着強度が得られた。 As can be seen from FIG. 20 and Table 7, sulfuric acid at a concentration of 50 wt % or more and 97 wt % or less and hydrochloric acid at a concentration of 20 wt % or more and 36 wt % or less have an adhesive strength of 10 kPa or more. Adhesion strength was obtained.
〔第5実施例:図21乃至図24〕
次に、本発明の第5実施例について説明する。
本実施例では、チタン材料として、チタン-6アルミニウム-4バナジウムの薄膜を準備し、このチタン合金薄膜を、70℃に保った45wt%H2SO4/15wt%HClに浸漬することにより酸処理を行った。この際、処理時間を20分とした。
[Fifth embodiment: FIGS. 21 to 24]
A fifth embodiment of the present invention will now be described.
In this example, a thin film of titanium-6 aluminum-4 vanadium was prepared as the titanium material, and this titanium alloy thin film was acid-treated by immersing it in 45 wt % H 2 SO 4 /15 wt % HCl maintained at 70°C. did At this time, the treatment time was 20 minutes.
図21に、この条件での酸処理後のチタン合金薄膜と、第1実施例の「未処理」と同様な処理を行ったチタン合金薄膜とをそれぞれSEMにより表面観察して得た電子顕微鏡写真を示す。測定条件及び測定方法は、第1実施例の場合と同じである。
図21からわかるように、チタン合金を用いた場合でも酸処理によって表面の溶解および析出物が確認された。
FIG. 21 is an electron micrograph obtained by observing the surface of a titanium alloy thin film after acid treatment under these conditions and a titanium alloy thin film subjected to the same treatment as "untreated" in the first embodiment, respectively, by SEM. indicates The measurement conditions and measurement method are the same as in the first embodiment.
As can be seen from FIG. 21, even when a titanium alloy was used, surface dissolution and precipitates were confirmed by acid treatment.
図22に、同じ「酸処理」及び「未処理」のチタン合金薄膜のXRDパターンを示す。測定条件及び測定方法は、第1実施例の場合と同じである。
図22からわかるように、チタン合金を用いた場合でも酸処理によって水素化チタンが観察された。
FIG. 22 shows the XRD patterns of the same “acid-treated” and “untreated” titanium alloy thin films. The measurement conditions and measurement method are the same as in the first embodiment.
As can be seen from FIG. 22, titanium hydride was observed by acid treatment even when a titanium alloy was used.
図23に、同じ「酸処理」及び「未処理」のチタン合金薄膜における表面の濡れ性を、空気中の水接触角により示す。表8に、その数値データを示す。測定条件及び測定方法は、第1実施例の場合と同じである。
図23からわかるように、チタン合金を用いた場合でも酸処理によって接触角の増加が認められ、酸処理後に接触角が80°以上となった。 As can be seen from FIG. 23, even when a titanium alloy was used, the contact angle was increased by the acid treatment, and the contact angle became 80° or more after the acid treatment.
図24に、同じ「酸処理」及び「未処理」のチタン合金薄膜とマウス真皮組織の接着強さを示す。表9に、その数値データを示す。測定条件及び測定方法は、第1実施例の場合と同じである。
図24及び表9からわかるように、チタン合金を用いた場合でも酸処理によって接着強さは増加し、接着強さは10kPa以上となり、生体軟組織用接着材として十分な接着強度が得られた。 As can be seen from FIG. 24 and Table 9, even when a titanium alloy was used, the adhesive strength was increased by acid treatment, and the adhesive strength reached 10 kPa or more.
〔生体内埋入型センサの実施形態:図25乃至図28〕
次に、生体内埋入型センサの実施形態について説明する。
図25に示すように、センサユニット220を、第1乃至第5実施例で説明したような、化学処理により生体軟組織への接着力が強化されたチタン材料210上に固定することにより、生体内埋入型のセンサ200を構成することができる。この固定は、接着剤などの化学的手段を用いてもよいし、嵌め込みなどの機械的手段を用いて行ってもよい。いずれにせよ、この工程は生体の外部で行うことができるので、容易に実行可能である。
[Embodiment of in-vivo implantable sensor: FIGS. 25 to 28]
Next, an embodiment of an in-vivo implantable sensor will be described.
As shown in FIG. 25, by fixing the sensor unit 220 on the titanium material 210 which has been chemically treated to strengthen the adhesion to the soft tissue of the living body, as described in the first to fifth embodiments, the in vivo An implantable sensor 200 can be constructed. This fixation may be performed using chemical means such as adhesives, or may be performed using mechanical means such as fitting. In any case, since this step can be performed outside the living body, it can be easily performed.
図26に示すように、このセンサ200は、センサユニット220と反対側の接着面212を、固定先の生体軟組織(図26の例ではマウスの皮下組織)に接触させることにより、チタン材料210と生体軟組織との接着が生じ、生体軟組織に固定することができる。また、センサユニット220側に生体軟組織が位置する場合でも、センサユニット120に覆われずに露出している接着面211を生体軟組織に接触させることにより、チタン材料210と生体軟組織との接着が生じ、生体軟組織に固定することができる。もちろん、接着面211,212の双方を生体軟組織に接着してもよい。
As shown in FIG. 26, the sensor 200 is attached to the titanium material 210 by bringing the adhesive surface 212 on the opposite side of the sensor unit 220 into contact with the biological soft tissue to be fixed (subcutaneous tissue of a mouse in the example of FIG. 26). Adhesion with the biological soft tissue occurs and can be fixed to the biological soft tissue. Further, even when the soft biological tissue is located on the sensor unit 220 side, the adhesive surface 211 exposed without being covered by the
このような構成によれば、センサユニット220を、簡単な操作で確実に生体内に埋め込み固定することができる。
一例として、第2実施例の(e)のチタン薄膜をチタン材料210として用いて、図26に示すように切開したマウス皮下の筋肉側にセンサ200を接触させて接着した状態で皮膚を縫合して10日間マウスを飼育した。図27に、1日目から10日目までの埋植位置の外観を示す。埋植から10日後に埋植位置を切開してセンサ200の状態を確認したところ、センサ200は、図28(a)に示すように、体内での位置が埋植時点と変わらず、周囲の皮下組織に強固に固定されていた。また、皮膚を切開してセンサ200を露出させてピンセットで引っ張り強い力を加えた場合でも、筋肉に接着しており、10日後においても強い接着を保っていることが確認できた(図28(b)参照)。
According to such a configuration, the sensor unit 220 can be reliably implanted and fixed in the living body with a simple operation.
As an example, the titanium thin film of (e) of the second embodiment is used as the titanium material 210, and the skin is sutured while the sensor 200 is brought into contact with and adhered to the incised mouse subcutaneous muscle side as shown in FIG. mice were maintained for 10 days. FIG. 27 shows the appearance of the implanted position from
〔生体軟組織変形補助材の実施形態:図29〕
次に、生体軟組織変形補助材の実施形態について説明する。
この実施形態は、図29に示すように、生体軟組織である腸管310にできたヘルニア311を、第1乃至第5実施例で説明したような、化学処理により生体軟組織への接着力が強化されたチタン材料320によって解消するものである。
腸管310の断裂部から外部に突出しているヘルニア311を腸管310内に押し込んだ上で断裂部を閉じて、断裂部の外側から十分な接着強度を持つチタン材料320を接着すれば、断裂部を塞ぎ、断裂部が開いてヘルニア部が突出してくることを阻止できる。また、断裂部が閉じた状態を維持できるため、断裂部が自然治癒により閉じる効果も期待できる。
これは、生体軟組織の、断裂部が閉じるような変形を補助したことに該当する。すなわち、チタン材料320は、生体軟組織変形補助材として機能する。
[Embodiment of soft tissue deformation assisting material: Fig. 29]
Next, an embodiment of the body soft tissue deformation aid will be described.
In this embodiment, as shown in FIG. 29, a hernia 311 formed in an intestinal tract 310, which is a biological soft tissue, is chemically treated as described in the first to fifth embodiments to strengthen the adhesion to the biological soft tissue. This problem is solved by the titanium material 320.
The hernia 311 protruding outside from the torn part of the intestinal tract 310 is pushed into the intestinal tract 310, the torn part is closed, and a titanium material 320 having sufficient adhesive strength is adhered from the outside of the torn part, so that the torn part is closed. It is possible to prevent the hernia from protruding due to the opening of the torn part. In addition, since the torn part can be maintained in a closed state, an effect of closing the torn part by natural healing can be expected.
This corresponds to assisting the deformation of the living soft tissue so as to close the rupture. That is, the titanium material 320 functions as a soft tissue deformation aid.
〔生体軟組織穿孔封止材の実施形態:図30〕
次に、生体軟組織穿孔封止材の実施形態について説明する。
この実施形態は、図30に示すように、生体軟組織である腸管310にできた穿孔312を、第1乃至第5実施例で説明したような、化学処理により生体軟組織への接着力が強化されたチタン材料330によって解消するものである。
穿孔312を覆うように腸管310の外側から十分な接着強度を持つチタン材料330を接着すれば、穿孔312を封止し、腸管310を修復できる。また、穿孔312断裂部が閉じた状態を維持できるため、穿孔312が自然治癒により閉じる効果も期待できる。
[Embodiment of sealing material for perforation of biological soft tissue: Fig. 30]
Next, embodiments of the biological soft tissue perforation sealing material will be described.
In this embodiment, as shown in FIG. 30, a perforation 312 formed in an intestinal tract 310, which is a biological soft tissue, is chemically treated as described in the first to fifth embodiments to strengthen the adhesion to the biological soft tissue. This problem is solved by the titanium material 330.
By adhering a titanium material 330 having sufficient adhesive strength from the outside of the intestinal canal 310 so as to cover the perforation 312, the perforation 312 can be sealed and the intestinal canal 310 can be repaired. In addition, since the torn portion of the perforation 312 can be maintained in a closed state, an effect of closing the perforation 312 by natural healing can be expected.
これは、生体軟組織の穿孔を封止したことに該当する。すなわち、チタン材料330は、生体軟組織穿孔封止材として機能する。このような穿孔封止効果は、例えば内視鏡手術の際に誤って腸管に開けてしまった穿孔を封止するために活用することができる。チタン材料330の接着を、腸管310の内側から行っても同様な効果を発揮できる。
また、穿孔312が生じる前に、組織が弱っている部分にチタン材料330を接着すれば、チタン材料330は、腸管310を補強して腸管310の破損を未然に防止する、生体軟組織補強材として機能する。
This corresponds to sealing the perforation of the living soft tissue. That is, the titanium material 330 functions as a biosoft tissue perforation sealant. Such a perforation sealing effect can be utilized to seal a perforation accidentally made in the intestinal tract during endoscopic surgery, for example. Even if the titanium material 330 is adhered from the inside of the intestinal tract 310, a similar effect can be exhibited.
In addition, if the titanium material 330 is adhered to the portion where the tissue is weakened before the perforation 312 occurs, the titanium material 330 serves as a biosoft tissue reinforcing material that reinforces the intestinal tract 310 and prevents damage to the intestinal tract 310. Function.
〔歯科用インプラントの実施形態:図31〕
次に、歯科用インプラントの実施形態について説明する。
この実施形態は、図31に示すような、歯槽骨510に埋め込んで人工歯410を固定するための歯科用インプラント400の、アバットメント部420及び/又はフィクスチャー部430の少なくとも表面に、第1乃至第3実施例で説明したような、化学処理により生体軟組織への接着力が強化されたチタン材料(生体軟組織用接着材)を設けるものである。アバットメント部420及び/又はフィクスチャー部430自体を、このようなチタン材料で形成してもよい。
[Embodiment of dental implant: Fig. 31]
Next, embodiments of dental implants will be described.
In this embodiment, as shown in FIG. 31, a first dental implant 400 for embedding in an alveolar bone 510 to fix an artificial tooth 410 has a first As described in the third to third embodiments, a titanium material (adhesive material for soft tissue of a living body) whose adhesion to the soft living tissue is strengthened by chemical treatment is provided. The abutment portion 420 and/or the fixture portion 430 themselves may be formed of such titanium materials.
このようにすれば、アバットメント部420は、生体軟組織である歯肉粘膜上皮520と接触した際に歯肉粘膜上皮520と接着し、歯科用インプラント400の安定性を高めると共に、フィクスチャー部430への細菌等の侵入を防止できる。フィクスチャー部430も、アバットメント部420に近い側は歯肉粘膜上皮520と接触するため、同様に生体軟組織用接着材を設けることが有用である。 In this way, the abutment part 420 adheres to the gingival mucosal epithelium 520 when it comes into contact with the gingival mucosal epithelium 520, which is a biological soft tissue. Intrusion of bacteria etc. can be prevented. Since the fixture part 430 is also in contact with the gingival mucosal epithelium 520 on the side closer to the abutment part 420, it is useful to similarly provide an adhesive for soft tissue.
ここでは歯科用インプラントを例としたが、形成外科用又は心臓血管外科用など、他のインプラントでも、生体軟組織と接触し、これと接着すべき部分に同様に生体軟組織用接着材を設けることにより、インプラントと生体軟組織とを用意かつ強力に接着し、インプラントの安定性を高めると共に、インプラントと埋め込み先組織との間に間隙が生じることを防止できる。
歯科矯正用アンカースクリューに関しても同様である。
Although a dental implant is used as an example here, other implants such as those for plastic surgery or cardiovascular surgery can also be provided with a similar adhesive material for soft tissue in the part that contacts and adheres to the soft tissue. , providing a ready and strong bond between the implant and soft biological tissue, increasing the stability of the implant and preventing the formation of gaps between the implant and the tissue in which it is implanted.
The same is true for orthodontic anchor screws.
110…チタン薄膜、120…ブタ大動脈、200…センサ、210…チタン材料、211,212…接触面、220…センサユニット、310…腸管、311…ヘルニア、312…穿孔、320,330…チタン材料、400…歯科用インプラント、410…人工歯、420…アバットメント部、430…フィクスチャー部、510…歯槽骨、520…歯肉粘膜上皮 DESCRIPTION OF SYMBOLS 110... Titanium thin film, 120... Porcine aorta, 200... Sensor, 210... Titanium material, 211, 212... Contact surface, 220... Sensor unit, 310... Intestinal tract, 311... Hernia, 312... Perforation, 320, 330... Titanium material, 400... Dental implant, 410... Artificial tooth, 420... Abutment part, 430... Fixture part, 510... Alveolar bone, 520... Gingival mucosal epithelium
Claims (13)
前記チタン材料に対して酸処理、アルカリ処理、およびアルカリ処理の後で酸処理を行う処理のうちいずれかの化学処理を行うことにより、前記チタン材料の表面にナノからマイクロメートルサイズの凹凸構造を形成する工程を備えることを特徴とする、生体軟組織用接着材の製造方法。 A method for producing a soft biological tissue adhesive for producing a soft biological tissue adhesive for bonding to a soft biological tissue from a titanium material by bringing the titanium material into contact with the soft biological tissue for 1 to 30 seconds, the method comprising:
By subjecting the titanium material to any chemical treatment of acid treatment, alkali treatment, and acid treatment after alkali treatment, an uneven structure of nano to micrometer size is formed on the surface of the titanium material. A method for producing an adhesive for soft biological tissue , comprising a step of forming .
前記化学処理された前記チタン材料の前記表面において、空気中の水接触角が80°以上であることを特徴とする、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の生体軟組織用接着材の製造方法。 The chemical treatment is the acid treatment,
5. The adhesive for soft biological tissue according to any one of claims 2 to 4, wherein the surface of the chemically treated titanium material has a water contact angle in air of 80° or more. manufacturing method .
前記化学処理された前記チタン材料の表面に水素化チタンが析出していることを特徴とする、請求項2乃至5のいずれか一項に記載の生体軟組織用接着材の製造方法。 The chemical treatment is the acid treatment,
6. The method for producing an adhesive for soft biological tissue according to claim 2, wherein titanium hydride is precipitated on the surface of said chemically treated titanium material.
前記生体軟組織用接着材上に、前記表面の少なくとも一部が露出するようにセンサを固定することを特徴とする、生体内埋入型センサの製造方法。 A rough structure of nano to micrometer size is formed on the surface of the titanium material by subjecting the titanium material to any chemical treatment of acid treatment, alkali treatment, and acid treatment after alkali treatment. preparing a soft biological tissue adhesive from the titanium material by a method comprising the step of :
A method for manufacturing a bio-implantable sensor, wherein the sensor is fixed on the bio-soft tissue adhesive so that at least a part of the surface is exposed.
前記生体軟組織用接着材を生体軟組織と接着すべき部分に備える生体軟組織変形補助材の製造方法。 A rough structure of nano to micrometer size is formed on the surface of the titanium material by subjecting the titanium material to any chemical treatment of acid treatment, alkali treatment, and acid treatment after alkali treatment. forming a soft tissue adhesive from the titanium material to be bonded to soft tissue by a method comprising :
A method for manufacturing a soft biological tissue deformation assisting material, wherein the soft biological tissue adhesive is provided at a portion to be adhered to the soft biological tissue.
前記生体軟組織用接着材を生体軟組織と接着すべき部分に備える生体軟組織穿孔封鎖材の製造方法。 A rough structure of nano to micrometer size is formed on the surface of the titanium material by subjecting the titanium material to any chemical treatment of acid treatment, alkali treatment, and acid treatment after alkali treatment. forming a soft tissue adhesive from the titanium material to be bonded to soft tissue by a method comprising :
A method for producing a soft biological tissue perforation sealing material, wherein the soft biological tissue adhesive is provided in a portion to be adhered to the soft biological tissue.
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の生体軟組織用接着材の製造方法により前記生体軟組織用接着材を製造する工程を備えることを特徴とする、生体軟組織補強材の製造方法。 Manufacture of a soft biological tissue reinforcing material for reinforcing the soft biological tissue by adhering the soft biological tissue adhesive to a portion to be adhered to the soft biological tissue and adhering to the soft biological tissue by contacting the soft biological tissue for 1 to 30 seconds. a method,
A method for manufacturing a soft tissue reinforcing material, comprising a step of manufacturing the soft tissue adhesive according to any one of claims 1 to 9 .
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