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技術 改善された生物学的効果を有するミネラル三酸化物集合体材料を作製するための方法

出願人 デンツプライシロナインコーポレイテッド
発明者 ウィルキンソン,ケビンヌドゥング,ジェフリー
出願日 2019年4月18日 (1年2ヶ月経過) 出願番号 2019-079040
公開日 2019年8月22日 (10ヶ月経過) 公開番号 2019-137690
状態 未査定
技術分野 歯科用製剤
主要キーワード 熱処理プロファイル 陰極電力 X線回折法 材料特性評価 低デューティサイクル 圧縮成形プロセス オフ時間比 HIPプロセス
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年8月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

改善された生物学的効果を有する歯科用途のためのMTA材料の提供。

解決手段

ミネラル三酸化物集合体のタイルを調製する工程を含む、物理蒸着PVD)に適しているターゲットを作り出す一連工程段階

概要

背景

ミネラル三酸化物集合体(MTA)(グレーまたはホワイトのProRoot MTAという商品名で販売されている(Dentsply Sirona Inc., York, Pa., US))は、アペキシフィケーションパルプキャッピング歯髄切断法再生歯内療法、根管充填根端充填歯根穿孔修復、歯の修復等において天然の歯の材料を置き換えるために一般歯科および歯内療法で現在使用されている物質である。歯内療法用途に使用されるMTAの例は米国特許第8,979,991号に開示されており、この米国特許は、そのような開示に関して参照により本明細書に組み込まれる。

改善された生物学的効果を有する、歯科用途(歯内療法用途、修復用途または他の用途を含む)のためのMTA材料を提供することが望ましいであろう。より具体的には、体液(またはリン酸緩衝食塩水などの疑似体液)の存在下でヒドロキシルアパタイトHA)の生成を改善してセメント質性質を有する材料を生成することが実証されているような材料を提供することは、歯科技術にとって有益であろう。

例えば、歯内療法用途において、材料または組成物は、歯の根管系において細菌および体液漏出に対する安定な障壁を提供するはずである。さらに、組成物は、根端領域を取り囲む新しい骨および組織成長を促進するのに役立つはずである。

概要

改善された生物学的効果を有する歯科用途のためのMTA材料の提供。ミネラル三酸化物集合体のタイルを調製する工程を含む、物理蒸着PVD)に適しているターゲットを作り出す一連工程段階。なし

目的

改善された生物学的効果を有する、歯科用途(歯内療法用途、修復用途または他の用途を含む)のためのMTA材料を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

歯科用デバイス上でヒドロキシルアパタイトを生成するための方法であって、ミネラル三酸化物集合体のタイルを調製する工程を含む方法。

請求項2

ポルトランドセメントおよび脱イオン水を約10:1〜約1:10の量で混合することによって混合物を形成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記混合物が型に入れられ、湿潤チャンバー内で硬化される、請求項2に記載の方法。

請求項4

前記湿潤チャンバーが、約5時間〜約10日間にわたって約90パーセントという相対湿度で36摂氏度に設定される、請求項3に記載の方法。

請求項5

前記硬化された混合物が、約15分間〜約2日間にわたって約50〜約500摂氏度に加熱することによる第2の加熱に供される、請求項4に記載の方法。

請求項6

前記方法が、前記硬化されたタイルを微粒子化することを含む、請求項5に記載の方法。

請求項7

前記微粒子化が、約1〜約200ミクロン粒子サイズに前記タイルをボールミル粉砕することを含む、請求項6に記載の方法。

請求項8

前記微粒子化が、約10〜約100ミクロンの粒子サイズに前記タイルをボールミル粉砕することを含む、請求項7に記載の方法。

請求項9

前記微粒子化が、約53ミクロンの粒子サイズに前記タイルをボールミル粉砕することを含む、請求項8に記載の方法。

請求項10

前記微粒子化されたタイルが、約25〜約400摂氏度の温度にて約5分間〜約5時間にわたって焼結される、請求項6に記載の方法。

請求項11

前記焼結された、微粒子化されたタイルが、約5分間〜約12時間にわたって約275〜約650摂氏度の第2の焼結温度に晒される、請求項10に記載の方法。

請求項12

前記第2の焼結工程が、約5000psi〜約50,000psiの圧力にて実施される、請求項11に記載の方法。

請求項13

前記焼結された、微粒子化されたタイルが、約30分間〜約2日間にわたって約550〜約1100摂氏度の第3の焼結温度に晒される、請求項11に記載の方法。

請求項14

前記第3の焼結工程が、約1000psi〜約50,000psiの圧力にて実施される、請求項13に記載の方法。

請求項15

前記微粒子化されたタイルの物理蒸着を含む、請求項6に記載の方法。

請求項16

前記微粒子化されたタイルの熱間等方加圧を含む、請求項6に記載の方法。

請求項17

前記微粒子化されたタイルの成形を含む、請求項6に記載の方法。

技術分野

0001

関連する米国出願のデータ
本願は、2015年4月29日に出願された係属中の米国仮特許出願第62/154,282号に対する優先権を主張する非仮出願である。

0002

発明の分野
本発明は、高密度タイルの状態の、改善された生物学的ミネラル三酸化物集合体(MTA)、またはターゲット(Target)、を作製するプロセスに関する。ターゲットは、改善されたMTAを埋め込み型医療用デバイス上にコーティングするプロセスを可能にするか、または従来の使用のために微粒子化してMTA材料にすることができる。

背景技術

0003

ミネラル三酸化物集合体(MTA)(グレーまたはホワイトのProRoot MTAという商品名で販売されている(Dentsply Sirona Inc., York, Pa., US))は、アペキシフィケーションパルプキャッピング歯髄切断法再生歯内療法、根管充填根端充填歯根穿孔修復、歯の修復等において天然の歯の材料を置き換えるために一般歯科および歯内療法で現在使用されている物質である。歯内療法用途に使用されるMTAの例は米国特許第8,979,991号に開示されており、この米国特許は、そのような開示に関して参照により本明細書に組み込まれる。

0004

改善された生物学的効果を有する、歯科用途(歯内療法用途、修復用途または他の用途を含む)のためのMTA材料を提供することが望ましいであろう。より具体的には、体液(またはリン酸緩衝食塩水などの疑似体液)の存在下でヒドロキシルアパタイトHA)の生成を改善してセメント質性質を有する材料を生成することが実証されているような材料を提供することは、歯科技術にとって有益であろう。

0005

例えば、歯内療法用途において、材料または組成物は、歯の根管系において細菌および体液漏出に対する安定な障壁を提供するはずである。さらに、組成物は、根端領域を取り囲む新しい骨および組織成長を促進するのに役立つはずである。

0006

高密度MTAタイルは、物理蒸着PVD)に適しているターゲットを作り出す一連工程段階によって作製される。得られたMTA材料は、改善された生物学的効果を有し、疑似体液が存在する場合に加速度的にHAを生成する。得られたターゲットは、その後、微粒子化することができるか、または、充填ポイント上などに、必要に応じて薄層堆積させるために用いることができる。ガッタパーチャ材料から作製されたものなど、従来の充填ポイントが、本発明の用途において有用である。

0007

本発明の一実施形態によれば、硬化された、または硬化されていない、MTA(ミネラル三酸化物集合体)の堆積薄層が、それ以外の点では従来通りであるガッタパーチャポイントの表面上に堆積される。材料は、リン酸緩衝食塩水の存在下でヒドロキシルアパタイト(HA)ミネラルを生成し、これは、歯根管の自然密封のためのセメント質様材料の形成において有利である。

0008

別の実施形態では、硬化されたMTAが、PVD法を用いてガッタパーチャポイント上に堆積される。

0009

別の実施形態は、圧縮成形技術を用いてガッタパーチャポイントの表面上に成形された、硬化されていないMTAの使用を含む。

0010

さらに別の本発明の実施形態は、圧縮成形技術を用いてガッタパーチャの表面上に押し付けられた、硬化されたMTAの使用を含む。

0011

本発明のさらなる実施形態は、射出成形技術を用いてガッタパーチャの表面上に成形された、硬化されたMTAの使用を含む。

0012

さらに別の実施形態は、射出成形技術を用いてガッタパーチャの表面上に成形された、硬化されていないMTAの使用を含む。

0013

別の好ましい実施形態は、硬化されたMTAを埋め込み型補綴具上にPVD法を用いて配置させることである。

図面の簡単な説明

0014

ターゲット調製プロセスのフローチャート
ターゲットの密度に対する焼結パラメータの影響。
ターゲットの密度に対するHIPプロセスのパラメータおよびプレか焼の影響。
ターゲット上の機械的性質に対する焼結パラメータの影響。
ターゲットの元素組成に対する焼結パラメータの影響。
溶融プロセスの影響。
焼結されたターゲットの表面形態
焼結されたセメントヒドロキシアパタイト形成能熱処理されたセメントは、PBSへの浸漬中にHAを10倍多く生成する。
PLDプロセスのフローチャート。
マグネトロンスパッタリングプロセスのフローチャート。
以下のレーザーエネルギーでのPLDプロセスによってシリコン基材上に堆積させた膜のSEM:(T1)−200mJ/パルス;(T2)−250mJ/パルス;(T3)−300mJ/パルス;および(T4)−400mJ/パルス。
PLDプロセスによるガッタパーチャポイント上の膜のSEM。
PLDプロセスによって堆積させたチタンインプラント上の膜のSEM画像とプロセスのパラメータを伴う表。
ラマン分析およびX線分析は、図11で観察された膜のアモルファス構造裏付ける。
PLDプロセスを用いてチタンインプラント上に堆積させた膜のラマン分析。
PLDプロセスを用いてチタンインプラント上に堆積させた膜の元素分析
HA形成調査のための簡易参照ガイド
ガッタパーチャ上に堆積させた膜の上におけるHA形成のSEM観察。
チタン上に堆積させた膜の上におけるHA形成のSEM観察(最良の結果を赤で強調表示)。
ガッタパーチャ上に堆積させたMTAコーティングの上におけるHA形成のXRD分析
チタン上に堆積させたMTAコーティングの上におけるHA形成のラマン分析。
チタン上に堆積させたMTAコーティングの上におけるHA形成のラマン分析。
21日間のSBFへの浸漬の後の、ガッタパーチャ上に堆積させたMTAコーティングの上に形成されたHAのEDSスペクトル
21日間のSBFへの浸漬の後の、チタン上に堆積させたMTAコーティングの上に形成されたHAのEDSマップ
付録I:HA調査−1日目。
付録I:HA調査−3日目。
付録I:HA調査−7日目。
付録I:HA調査−14日目。
付録I:HA調査−21日目。
付録I:HA調査−28日目。
付録II:HA形成調査のEDSの結果。
付録II:HA形成調査のEDSの結果。(続き)。
付録II:EDSマップ(浸漬前の膜、PTi−5)。
付録II:EDSマップ(3日間の浸漬、PTi−5)。

実施例

0015

発明の詳細な説明
改善された生物学的効果を有する高密度MTAは、特別な加工技術によって作製される。得られた高密度MTA材料は、改善された生物学的効果を有し、疑似体液の存在下で、増加および加速された速度でHAを生成する。

0016

歯科インプラント、歯内充填材料等などの埋め込み型デバイスの表面上にMTAの薄層を提供するための物理蒸着(PVD)における使用のために高密度MTAターゲットを作り出すことができる。PVD技術には以下のものが包含される。
陰極アーク蒸着:これにおいては、ターゲット(ソース)材料に放電された高出力の電気アークが一部を放散させて、ワーク上に堆積されることになる高度に電離した蒸気にする。
電子ビーム物理蒸着:これにおいては、堆積される材料が、「高」真空での電子衝撃によって高蒸気圧まで加熱され、拡散によって運ばれて、(より低温の)ワーク上に凝縮によって堆積される。
蒸発による堆積:これにおいては、堆積される材料が、「低」真空での電気抵抗加熱によって高蒸気圧まで加熱される。
パルスレーザー堆積:これにおいては、高出力のレーザーがターゲットから材料をアブレーションさせ、蒸気にする。
スパッタ堆積:これにおいては、グロープラズマ放電(通常、磁石によって「ターゲット」の周り局在化される)が材料に衝突して一部を、その後の堆積のための蒸気としてはじき出す。

0017

硬化されたMTA(ミネラル三酸化物集合体)の薄層は、埋め込み型デバイスの表面上に堆積される。

0018

改善されたMTAは、歯根管の充填および密封に特に適している。改善されたMTAは、根管において細菌および体液漏出に対する安定な障壁を提供する。加速されたHA生成はまた、根端領域を取り囲む新しい骨および組織の成長を促進するのに役立つであろう。改善されたMTAはまた、歯の根管系において細菌および体液漏出に対する安定な障壁を提供するはずである。

0019

高密度MTA材料(ターゲット)はまた、歯科用製品における使用または改善された生物学的効果を有するMTA粉末としての使用のための小さな粒子粉砕されてもよい。

0020

ターゲット作製プロセス
高密度MTA材料(ターゲット)を形成するための方法は、以下で説明される、および図1にさらに示されている、工程/プロセスのうちの1つ以上を含んでよい。

0021

混合プロセス
(ホワイト)ポルトランドセメントWPCまたはPC)を脱イオン水に約10:1〜約1:10、好ましくは約5:1〜約1:5、より好ましくは約5:1〜約1:1(例えば、約3部のPC(WPC)対約1部の脱イオン水など、約3:1)、の範囲内の比率で混ぜる。混合物を完全に混ぜ合わせ、真空を引いて、調和したケーキミックスを作り出した後、型に入れる。

0022

硬化プロセス
混合したセメントを型に入れたら、型を湿潤チャンバー内に配置して硬化させる。湿潤チャンバーを、約5時間〜約10日、好ましくは約12時間〜約5日(例えば、約2日)、90%という相対湿度(RH)で36℃に設定する。

0023

硬化後ベーキングプロセス
セメントを硬化させたら、固まったセメントを、約50℃〜約500℃、好ましくは約100℃〜約250℃(例えば、約160℃)に設定した硬化後ベーキングオーブン(Post cure bake oven)内に約15分間〜約2日間、好ましくは約1時間〜約12時間(例えば、約6時間)、配置する。

0024

ボールミル加工と微粒子化のプロセス
ターゲット作製プロセスは微粒子化工程を含んでよい。セメントのベーキングが終わったら、次に、それを粉砕し、微粒子化し、ふるいにかけて約1ミクロン〜約200ミクロン、好ましくは約10ミクロン〜約100ミクロン(例えば、約53ミクロン(μ53))、の粒子サイズにする。

0025

焼結プロセス
ターゲット作製プロセスは焼結工程を含んでよい。粉末微粒子化MTAをターゲットにプレス加工し、次いで、ほとんど、または実質的に全く、圧力をかけずに約5分間〜約5時間、好ましくは約15分間〜約2時間(例えば、約30〜40分間)、約25℃〜約400℃、好ましくは約50℃〜約250摂氏度(例えば、約125℃)、の温度にて最初の熱処理のために焼結チャンバー内に配置する。任意選択で焼結プロセスは第2の熱処理を含んでもよいが、但し、これは必要というわけではない。含まれる場合、その温度は、第1の熱処理の温度よりも高い第3の熱処理の温度まで上昇させてよく、第2の熱処理の温度は、約5000ポンド平方インチ(psi)〜約50,000psi、好ましくは約10,000psi〜約25,000psi(例えば、約15,000psi)、の圧力にて約5分間〜約12時間、好ましくは約15分間〜約5時間(例えば、約1〜2時間)、にわたって約275℃〜約650℃、好ましくは約350℃〜約525℃(例えば、約450℃)、である。任意選択で焼結プロセスは第3の熱処理を含んでもよいが、但し、これは必要というわけではない。含まれる場合、焼結プロセスの熱処理の温度は、第2の熱処理の温度よりも高い第3の熱処理の温度まで上昇させてよく、第3の熱処理の温度は、約1,000psi〜約50,000psi、好ましくは約7,500psi〜約35,000psi(例えば、約15,000psi〜20,000psi)、の圧力にて約30分間〜約2日間、好ましくは約2時間〜約1日間(例えば、約4時間〜約12時間)、にわたって約550℃〜約1100℃、好ましくは約650℃〜約975℃(例えば、約750℃〜850℃)、である。

0026

HIPプロセス
ターゲット作製プロセスは、熱間等方加圧HIP)工程/プロセスを含んでよい。固まった焼結されたターゲットを約1,000psi〜約50,000psi、好ましくは約7,500psi〜約35,000psi(例えば、約15,000psi〜20,000psi)、の圧力にて約30分間〜約2日間、好ましくは約2時間〜約1日間(例えば、約4時間〜約12時間)、約250℃〜約1500℃、好ましくは約500℃〜約1000℃(例えば、約750℃〜約850℃)、の温度のHIPチャンバー内に配置してよい。

0027

HIP後、NGMTA 改善された生物学的効果MTA
HIP加工されたターゲットを約1ミクロン〜約200ミクロン、好ましくは約10ミクロン〜約100ミクロン(例えば、約53ミクロン(μ53))の粒子サイズまで微粒子化してよく、ここで、得られた粉末MTAは、改善された生物学的効果を有し、加速度的にHAを生成する。

0028

パラメータの範囲
上記の工程および/またはプロセスのうちの1つ以上のための、実験されるパラメータは以下のような範囲であってよい。
温度(複数可)は、約25℃〜約1500℃、好ましくは約500℃〜約1200℃、であってよい。
圧力(複数可)は、約0psi〜約50,000psi、好ましくは約15,000psi〜約20,000psi、であってよい。
時間は、約5分〜約10日、好ましくは約2時間〜約5時間、であってよい。

0029

医療用デバイスをMTAでコーティングする好ましい方法は、マグネトロンスパッタリングを用いた物理蒸着(PVD)である。物理蒸着の代替的方法はまた、上記で説明されるようなパルスレーザー堆積(PLD)、マグネトロンスパッタリング等を含んでもよい。

0030

医療用デバイスをMTAでコーティングするための他の有用な技術には以下のものが包含される。
圧縮成形プロセス中に基材上へのMTAの散布を伴う圧縮成形;および
微粒子化粉末と噴霧:これは、MTAの高速噴霧による基材への吹き付けを伴う。

0031

本発明の一例において、HA生成の増加(図8)をもたらす高密度ターゲットのための最適パラメータには、約1時間にわたる約0psiにて約120℃という第1の熱処理、約2時間にわたる約15,000psiにて約450℃という第2の熱処理および約4時間にわたる約20,000psiにて約850℃という第3の熱処理を伴う熱処理プロファイルが包含される(図2図7)。

0032

パルスレーザー堆積(PLD)
これは、高出力のパルスレーザービーム真空チャンバー内集束させて、堆積される材料のターゲットに衝突させる、薄膜堆積技術である。この材料は(プラズマプルームの状態で)ターゲットから気化し、これにより、基材(この場合はGPポイント)上に材料が薄膜として堆積する。このプロセスは超高真空中で起こる。

0033

基本的な仕組みは、他の多くの堆積技術に比べて単純であるが、レーザーとターゲットの相互作用および膜成長という物理現象は非常に複雑である。レーザーパルスがターゲットに吸収されると、エネルギーは、まず、電子励起に変換され、次いで、熱エネルギー化学エネルギーおよび力学的エネルギーに変換され、その結果、蒸発、アブレーション、プラズマ形成、さらには剥離が生じる。放出された化学種は、基材上に堆積する前に、多くのエネルギー種原子分子電子イオンクラスター微粒子およびモルテングロビュールを含む)を含むプルームの形態で周囲の真空中に広がる。

0034

マグネトロンスパッタリング
高出力インパルスマグネトロンスパッタリング(HIPIMSまたはHiPIMS;高出力パルスマグネトロンスパッタリング(HPPMS)としても知られている)は、マグネトロンスパッタ堆積に基づいた薄膜の物理蒸着のための方法である。HIPIMSは、10%未満の低デューティサイクルオンオフ時間比)にて数十マイクロ秒短パルス(インパルス)でkW・cm−2のオーダーの極めて高い出力密度を利用する。

0035

HIPIMSの際立った特徴は、スパッタリングされた材料のイオン化が高度であること、および分子ガス解離速度が大きいことであり、これらは、堆積した膜の密度を高くする。イオン化と解離度合は、ピーク陰極電力に応じて増加する。限界は、グロー相からアーク相への放電の遷移によって決定される。ピーク電力およびデューティサイクルは、従来のスパッタリングと同様に平均陰極電力を維持するように選択される(1〜10W・cm−2)。

0036

陰極後ろで磁石を用いてターゲット表面の真上の磁場中に自由電子捕捉することで、これらの電子は、ダイオードスパッタリングの場合と同じ程度には基材に衝突することができない。同時に、磁場中に捕捉された際にこれらの同じ電子が作り出す広範囲迂回経路は、それらの電子が中性ガス分子をイオン化する確率を数桁高める。利用可能なイオンのこの増加は、ターゲット材料侵食された後に基材上に堆積される速度を著しく増加させる。

0037

PVDを用いてMTAの膜をシリコーン、ガッタパーチャおよびチタンの試料上に堆積させた。厚さおよび濃度は、持続時間および出力のレベルに基づいて変更することができる(図11図13)。パルスレーザー堆積(PLD)のためのターゲットの原材料焼結および試験基材(ガッタパーチャインプラントおよびチタンインプラント)上における薄膜の形態での材料の堆積の特性評価図13図16)。物理蒸着(PVD)が原材料の化学組成を確実に変化させないようにするために、WPC(ホワイトポルトランドセメント)の完全な材料特性評価には、電子分散型分光法(EDS;図16)による元素分析、X線回折法(XRD;図14)による相分析、マイクロラマン図14図15)を用いた組成分析密度測定および走査型電子顕微鏡(SEM;図11図13)による形態調査が含まれた。

0038

代替材料上における膜の堆積
PVDはまた、様々な表面の上にMTAの薄層を堆積させるために用いることもできる。ポリイソプレンおよびセラミックの表面上におけるMTAのPVDについて実現可能性確立されている。他の潜在的な用途には、NiTi、チタン、ステンレス鋼およびポーセレンなどの様々な金属またはセラミックの表面上におけるMTA膜の堆積が包含される。

0039

供給されたHIP−焼結WPCターゲットから、パルスレーザー堆積PLDを実施し、埋め込み型補綴具上で、堆積された材料の厚さと組成均一性を調査した。

0040

HA(ヒドロキシアパタイト)形成の調査
MTAコーティングの生物学的活性を確認するために、シリコン、ガッタパーチャおよびチタンの上に堆積させた膜の上でHA形成能を試験した。堆積させた膜を37℃の疑似体液(SBF)に1日、3日、7日、14日および21日にわたって浸した。1日後にHA形成が観察されたが、典型的には、7日になって初めてHA形成が観察された(図17)。

0041

ヒドロキシルアパタイト(HA)および他のホスフェートの形成は、SEMイメージング(図18図19)によって確認し、XRDおよびマイクロラマン(図20、図21)によって分析した。生成したHAのCa/P比は、EDSおよび新たに得られた蛍光X線(XRF)によって調査した(図22図23)。

0042

従って、本明細書で開示される発明は、上述した本発明の目的のうちの1つ以上を実行し、そうでなければ当技術分野に対する有利な寄与を構成する、ということが明らかであろう。当業者には明らかなように、本発明の趣旨から逸脱することなく、本明細書に開示された好ましい実施形態に変更を加えることができるが、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

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