特許 6029865 インプラント、その製造方法及び骨代謝の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6029865

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】インプラント、その製造方法及び骨代謝の制御方法

(51)【国際特許分類】

   A61C 8/00 20060101AFI20161114BHJP

   A61F 2/28 20060101ALI20161114BHJP

   A61K 6/027 20060101ALI20161114BHJP

   A61L 27/00 20060101ALI20161114BHJP

【ＦＩ】

   A61C8/00

   A61F2/28

   A61K6/027

   A61L27/00 F

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-142422(P2012-142422)

(22)【出願日】2012年6月25日

(65)【公開番号】特開2014-4166(P2014-4166A)

(43)【公開日】2014年1月16日

【審査請求日】2015年4月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(73)【特許権者】

【識別番号】391003668

【氏名又は名称】トーヨーエイテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】二川 浩樹

(72)【発明者】

【氏名】峯 裕一

(72)【発明者】

【氏名】岡本 圭司

(72)【発明者】

【氏名】中谷 達行

【審査官】 石川 薫

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０９２６１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 登録実用新案第３０８５９９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−２０４８２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｃ ８／００

Ａ６１Ｆ ２／２８

Ａ６１Ｋ ６／０２７

Ａ６１Ｌ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、
前記基材の表面に形成されたダイヤモンド様カーボン膜とを備え、
前記ダイヤモンド様カーボン膜は、
希ガス原子を０．５原子％以上含み、
その表面における炭素−水素結合の炭素−炭素結合に対する比が、０．６以上の予め評価された被験者の骨代謝バランスに応じて決定された値であることを特徴とするインプラント。

【請求項2】

前記ダイヤモンド様カーボン膜は、
その表面におけるｓｐ³炭素−水素結合のｓｐ³炭素−炭素結合に対する比が０．６以上であることを特徴とする請求項１に記載のインプラント。

【請求項3】

前記ダイヤモンド様カーボン膜は、
その表面におけるｓｐ²炭素−水素結合のｓｐ²炭素−炭素結合に対する比が０．６以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインプラント。

【請求項4】

前記希ガス原子は、アルゴン原子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインプラント。

【請求項5】

前記ダイヤモンド様カーボン膜は、
水素原子の全原子に対する含有量が１．１％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインプラント。

【請求項6】

前記インプラントは、人工歯根、義歯、歯冠修復物、人工骨又は人工関節であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインプラント。

【請求項7】

基材の表面に、誘導結合プラズマ支援アンバランスドマグネトロンスパッタリング法を用いてダイヤモンド様カーボン膜を形成する工程を備え、
前記ダイヤモンド様カーボン膜を形成する工程は、スパッタリングガスに希ガスと水素を含むガスとの混合ガスを用い、前記水素を含むガスの誘導結合プラズマを発生させた状態で行い、
前記ダイヤモンド様カーボン膜は、
希ガス原子を０．５原子％以上含み、
その表面における炭素−水素結合の炭素−炭素結合に対する比は、０．６以上であることを特徴とするインプラントの製造方法。

【請求項8】

前記ダイヤモンド様カーボン膜を形成する工程は、ターゲットと、前記基材との間に配置され、前記水素を含むガスのイオン化を促進させる補助磁極を有する装置を用いて行い、
前記基材における平均電力密度の絶対値が２８ｍＷ／ｃｍ²よりも大きい条件において行うことを特徴とする請求項７に記載のインプラントの製造方法。

【請求項9】

前記水素を含むガスは炭化水素であり、
前記ダイヤモンド様カーボン膜の表面における炭素−水素結合の炭素−炭素結合に対する比を、前記炭化水素の種類を変えることにより制御することを特徴とする請求項７又は８に記載のインプラントの製造方法。

【請求項10】

前記ダイヤモンド様カーボン膜の表面における炭素−水素結合の炭素−炭素結合に対する比は、予め評価された被験者の骨代謝バランスに応じて決定することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のインプラントの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インプラント、その製造方法及び骨代謝の制御方法に関し、特に、人工歯根及び人工関節等のインプラント、その製造方法及び骨代謝の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、人工歯根等をはじめとする生体内に埋め込むインプラントの基材としてチタン及びチタン合金が生体適合性、耐食性及び機械的強度に優れているという理由から使用されている。しかし、チタン及びチタン合金からなる人工歯根を直接顎骨に固定した場合には、顎骨の骨組織再生の代謝バランスが崩れ、人工歯根のゆるみ及び顎骨破壊が生じてしまうおそれがある。

【0003】

このような人工歯根の埋め込みが失敗する原因として、人工歯根の周囲において破骨細胞が誘導され、骨破壊が生じるインプラント周囲炎がある。インプラント周囲炎は、細菌感染等の微生物刺激及び過度の咬合力等の機械的刺激に起因する場合もあるが、人工歯根自体による破骨細胞の活性化によっても生じる。

【0004】

人工歯根による破骨細胞の活性化は、インプラント初期埋入時にも発生する。初期埋入時に出現した破骨細胞は、インプラントのオッセオインテグレーションを妨げ、インプラントが失敗に至る原因となる。

【0005】

このような破骨細胞の活性化は、チタン及びチタン合金が骨細胞と十分な親和性を有していないことにより生じると考えられる。骨細胞との親和性が不十分な材料の表面では、破骨前駆細胞から破骨細胞への分化が促進され、これにより骨破壊が生じてしまう。チタン及びチタン合金は比較的骨細胞との親和性が高い材料であることが知られている。しかし、親和性が十分とはいえず、埋め込み対象者の顎骨の状態及び口腔内の状態等によって人工歯根の埋め込みが失敗してしまう。

【0006】

このため、インプラントの表面に、骨細胞との親和性がより高い材料をコーティングすることが検討されている。例えば、ダイヤモンド様カーボン（ＤＬＣ）膜をコーティングしたインプラントが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。また、ＤＬＣ膜の表面を改質することにより、骨細胞との親和性をさらに向上させることが検討されている（例えば、特許文献２を参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２−１４３１８５号公報

【特許文献2】特開２０１１−４５５５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、炭素を主成分とするアモルファス膜であるＤＬＣ膜は、ｓｐ²結合した炭素原子とｓｐ³結合した炭素原子とを含む。さらに、炭素原子と結合した他の原子も存在しているため、ＤＬＣ膜を構成する原子の結合状態は非常に複雑になっている。このため、機械的な特性、化学的な特性及び生物学的な特性が異なる種々のＤＬＣ膜が存在している。しかし、特定の成膜条件を変化させることにより特性を変化させることができる範囲は狭い。一方、複数の成膜条件を大幅に変更したり、成膜の原理自体を変えたりすると、複数の特性が変化してしまい、相互に比較することが困難となる。このため、ＤＬＣ膜の化学的な結合構造がＤＬＣ膜の種々の特性、特に生物学的な特性に及ぼす影響は未だ明確となっていない。

【0009】

インプラントを埋め込まれる対象者の状態は一定ではない。このため、対象者の状態に応じたインプラントを用いることが好ましい。例えば、インプラントの対象者が骨粗鬆症である場合には、破骨細胞への分化が生じにくく且つ活発に骨成長が生じるインプラントが好ましい。一方、健常者を対象者とする場合は、破骨細胞の機能を大きく抑制せず，骨芽細胞の機能を高めるインプラントが好ましい。しかし、どのようにすればＤＬＣ膜と骨細胞との親和性を任意に制御できるのかは検討されておらず、インプラントの対象者に応じて最適なＤＬＣ膜を得ることは困難である。

【0010】

本願発明者らは、ＤＬＣ膜の表面の状態によりインプラントと骨細胞との親和性が変化することを見出した。また、容易にＤＬＣ膜の表面状態を任意に変化させることができるＤＬＣ膜の成膜方法を見出した。

【0011】

本願は、これらの知見に基づき、対象者に応じた骨細胞との親和性を有するインプラントを容易に実現できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

具体的に、本開示に係るインプラントは、基材と、基材の表面に形成されたダイヤモンド様カーボン膜とを備え、ダイヤモンド様カーボン膜は、希ガス原子を０．５原子％以上含み、その表面における炭素−水素結合の炭素−炭素結合に対する比は、０．６以上である。

【0013】

本開示のインプラントにおいて、ダイヤモンド様カーボン膜は、その表面におけるｓｐ³炭素−水素結合のｓｐ³炭素−炭素結合に対する比が０．６以上であってもよい。

【0014】

本開示のインプラントにおいて、ダイヤモンド様カーボン膜は、その表面におけるｓｐ²炭素−水素結合のｓｐ²炭素−炭素結合に対する比が０．６以上であってもよい。

【0015】

本開示のインプラントにおいて、前記希ガス原子は、アルゴン原子であってもよい。

【0016】

本開示のインプラントにおいて、ダイヤモンド様カーボン膜は、水素原子の全原子に対する含有量が１．１％以上であってもよい。

【0017】

本開示のインプラントにおいて、インプラントは、人工歯根、義歯、歯冠修復物、人工骨又は人工関節であってもよい。

【0018】

本開示のインプラントの製造方法は、基材の表面に、誘導結合プラズマ支援アンバランスドマグネトロンスパッタリング法を用いてダイヤモンド様カーボン膜を形成する工程を備え、ダイヤモンド様カーボン膜を形成する工程は、固体ターゲットにグラファイトを用い、水素を含むガスの誘導結合プラズマを発生させた状態で行い、ダイヤモンド様カーボン膜は、希ガス原子を０．５原子％以上含み、その表面における炭素−水素結合の炭素−炭素結合に対する比は、０．６以上である。

【0019】

ダイヤモンド様カーボン膜を形成する工程は、ターゲットと、基材との間に配置され、水素を含むガスのイオン化を促進させる補助磁極を有する装置を用いて行い、基材における平均電力密度の絶対値が２８ｍＷ／ｃｍ²よりも大きい条件において行えばよい。

【0020】

本開示のインプラントの製造方法において、水素を含むガスは炭化水素であり、炭化水素における水素原子と炭素原子との存在比を変化させることによりダイヤモンド様カーボン膜の表面における炭素−水素結合の炭素−炭素結合に対する比を制御してもよい。

【0021】

本開示のインプラントの製造方法において、ダイヤモンド様カーボン膜の表面における炭素−水素結合の炭素−炭素結合に対する比は、予め評価された被験者の骨代謝バランスに応じて決定してもよい。

【0022】

本開示の骨代謝の制御方法は、インプラントの基材の表面に形成するダイヤモンド様カーボン膜の表面における炭素−水素結合の炭素−炭素結合に対する比を、予め評価された被験者の骨代謝バランスに応じて、０．６以上２．５以下の範囲において設定する。

【発明の効果】

【0023】

本発明に係るインプラント、その製造方法及び骨代謝の制御方法によれば、対象者に応じた骨細胞との親和性を有するインプラントを容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】成膜装置の一例を示す概略図である。

【図2】ＤＬＣ膜の表面状態と破骨細胞への分化との関係を示すグラフである。

【図3】ＤＬＣ膜の表面状態と骨芽細胞への分化との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本実施形態のインプラントは、基材と、その表面に形成されたダイヤモンド様カーボン（ＤＬＣ）膜とを備えている。本実施形態において、基材とは、歯科用等のインプラントの母材であり、インプラントの形状に加工された材料である。また、最終的なインプラントの形状に加工される前の材料も含まれる。基材は、金属、樹脂又はセラミックス等とすることができる。また、これらの複合体であってもよい。特に、チタン又はチタン合金等は強度等の点から好ましい。本実施形態において、ＤＬＣ膜とは、ｓｐ²炭素−炭素結合ｓｐ²炭素−水素結合及びｓｐ³炭素−炭素結合、ｓｐ³炭素−水素結合を含むアモルファス膜である。

【0026】

まず、本願発明者らが見出したＤＬＣ膜の特性について説明する。インプラントと骨細胞との親和性は、破骨細胞の誘導抑制と、骨芽細胞への分化の促進との２つの観点から評価する必要がある。破骨前駆細胞から破骨細胞への分化を抑制できたとしても、前駆骨芽細胞から骨芽細胞への分化が促進されず、骨芽細胞の増殖が阻害されたりすると、インプラントのオッセオインテグレーションは促進されない。従って、インプラントと骨細胞との親和性を向上させるためには、破骨細胞への分化を抑制できると共に、骨芽細胞への分化を促進できるＤＬＣ膜によりインプラントをコーティングすることが好ましい。

【0027】

ＤＬＣ膜の製造方法として、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、レーザーアブレーション法及びスパッタリング法等の種々の方法が知られている。一般にＣＶＤ法においては、炭化水素が原料として用いられる。炭化水素を原料としてＤＬＣ膜を成膜すると、原料中の水素が膜中に取り込まれるため、ＤＬＣ膜はｓｐ²炭素−水素結合及びｓｐ³炭素−水素結合を多く含む。一方、スパッタリング法等においては、グラファイト等の原料を用いてＤＬＣ膜を成膜することができる。グラファイトを原料としたスパッタリング法により、ほとんど水素原子を含まないＤＬＣ膜を形成することができる。

【0028】

通常のＤＬＣ膜はｓｐ²炭素−水素結合及びｓｐ³炭素−水素結合、ｓｐ²炭素−炭素結合及びｓｐ³炭素−炭素結合により構成される。成膜途中において製造条件を変更しない限り、これらの結合の存在比率は、ＤＬＣ膜の内部においては一定になっていると考えられる。しかし、ＤＬＣ膜の最表面においては、未反応の炭素のダングリングボンドが雰囲気の影響を受けて反応するため、バルクの組成とは異なる化学構造を示すと考えられる。

【0029】

積極的な不純物の添加を行わない限り、ＤＬＣ膜に含まれる主な元素は炭素及び水素である。ＤＬＣ膜に含まれる水素の量は、ＤＬＣ膜の製造方法及び製造条件により大きく変化する。しかし、ＤＬＣ膜に含まれる水素を分析することは容易ではなく、一般には膜全体としての水素濃度が求められているにすぎない。しかし、ＤＬＣ膜の生体適合機能は生体と接触する最表面の影響が大きいことは容易に予測される。このため、ＤＬＣ膜の生体適合性を評価するためには、全体としての水素濃度ではなく、表面における水素の結合状態を検討する必要がある。

【0030】

本願発明者らはＸ線光電子分光（ＸＰＳ）法とカーブフィッティングとを用いることにより、ＤＬＣ膜の表面における水素の結合状態を明らかにした。さらに、ＤＬＣ膜の表面における炭素−水素結合と炭素−炭素結合との比が、骨細胞との親和性に影響を与えることを明らかにした。

【0031】

本願発明者らの知見によれば、ＤＬＣ膜の表面における炭素−水素結合（Ｃ−Ｈ）の炭素−炭素結合（Ｃ−Ｃ）に対する比（［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］）を大きくすることが、骨細胞との親和性を向上させるために重要である。具体的には、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］を０．６以上とすることが好ましく０．８以上とすることがより好ましく、０．９以上とすることがさらに好ましい。また、３．０以下とすることが好ましく、２．５以下とすることがより好ましく、２．２以下とすることがさらに好ましい。

【0032】

さらに、ｓｐ²炭素−水素結合（ｓｐ²Ｃ−Ｈ）のｓｐ²炭素−炭素結合（ｓｐ²Ｃ−Ｃ）に対する比ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］を０．６以上とすることが好ましく、０．７以上とすることがより好ましく、０．８以上とすることがさらに好ましい。また、３．０以下とすることが好ましく、２．０以下とすることがより好ましく、１．５以下とすることがさらに好ましい。

【0033】

ｓｐ³炭素−水素結合（ｓｐ³Ｃ−Ｈ）のｓｐ³炭素−炭素結合（ｓｐ³Ｃ−Ｃ）に対する割合ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は０．６以上とすることが好ましく、０．８以上とすることがより好ましく、０．９以上とすることがさらに好ましい。また、７．０以下とすることが好ましく、６．５以下とすることがより好ましく、６．０以下とすることがさらに好ましい。

【0034】

なお、［Ｃ−Ｈ］、ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］、［Ｃ−Ｃ］、ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］及びｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は、実施例において詳細に述べるＸＰＳ法とカーブフィッティングとを用いた方法により測定することができる。

【0035】

本実施形態においてＤＬＣ膜の表面とは、ＤＬＣ膜の最表面だけでなく、最表面を含む生体に大きな影響を及ぼす範囲であり、具体的には最表面から１．５ｎｍ程度の深さまでの領域をいう。

【0036】

ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］を大きくすることにより骨細胞との親和性が向上する理由は以下のように推測される。ＤＬＣ膜を成膜する場合、ＤＬＣ膜の最表面において炭素原子は未結合手（ダングリングボンド）を有する状態となっていると考えられる。成膜終了後に最表面のダングリングボンドは、２重結合を形成したり、空気中の酸素原子等と反応したりして終端されると考えられるが、ＤＬＣ膜の表面に反応性のサイトが生じてしまうと考えられる。一方、成膜時に水素を積極的に添加した場合には、ＤＬＣ膜の表面におけるダングリングボンドが水素により終端され、より不活性な表面を有するＤＬＣ膜が形成できると考えられる。ＤＬＣ膜の表面をより不活性とすることにより、ＤＬＣ膜の表面と骨細胞との相互作用が小さくなり、ＤＬＣ膜と骨細胞との親和性がより向上すると考えられる。

【0037】

ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］を大きくする方法として、炭化水素ガスを原料として用いた化学気相堆積法（ＣＶＤ法）によりＤＬＣ膜を成膜する方法が考えられる。この際に、メタン等の炭素原子に対する水素原子の比率が高い原料を用いれば［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］をより大きくできると予想される。しかし、基本的には原料の種類によりＤＬＣ膜に含まれる水素の含有量が決まるため、水素の含有量を細かく制御することは困難である。また、通常は少なくとも２０％程度の水素を含有するＤＬＣ膜が形成される。水素の含有量が非常に高くなると、ＤＬＣ膜の硬度が低下するという問題が生じる。

【0038】

水素を含むＤＬＣ膜を形成する方法として、スパッタガスとして希ガスと炭化水素との混合ガスを用いるスパッタリング法も知られている。この方法において、ＤＬＣ膜に水素を導入するためには炭化水素ガスを十分にイオン化する必要がある。しかし、炭化水素ガスを効率良くイオン化しようとしてターゲット電力を増大させるとターゲットが過熱状態となる。このため、希ガス粒子がターゲット表面において反跳しやすくなり、堆積中のＤＬＣ膜がスパッタされる。ＤＬＣ膜がスパッタされる際に、軽い水素原子の方がはじき出され易いため、ＤＬＣ膜への水素の導入を効率良く行うことが困難である。

【0039】

本願発明者らは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）支援アンバランスドマグネトロンスパッタリング法を用いることにより、効率良くＤＬＣ膜の表面に水素原子を導入でき、水素原子の導入量の制御も容易にできることを見出した。ＩＣＰ支援アンバランスドマグネトロンスパッタリング法は、スパッタリング法による成膜装置としても、プラズマＣＶＤによる成膜装置としても機能する成膜装置を用い、スパッタリング法による成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを同時に行う。具体的には、ＩＣＰアンテナが内蔵されたスパッタ装置を用い、固体グラファイトをターゲットとしてスパッタリング法による成膜を行う。この際に、チャンバ内にはアルゴンと炭化水素との混合ガス等を導入し、ＩＣＰアンテナにより炭化水素のプラズマを発生させる。ワーク側に適切なバイアスを印加することにより、プラズマＣＶＤ法による成膜をスパッタリング法による成膜と同時に行うことができる。スパッタリング法による成膜の比率とＣＶＤ法による成膜の比率とを制御することにより、ＤＬＣ膜における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］を容易に制御することができる。また、スパッタリング法とＣＶＤ法とでは、ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］とｓｐ²［Ｃ−Ｃ］との構成比率が異なるＤＬＣ膜が形成される。このため、ＩＣＰ支援アンバランスドマグネトロンスパッタリング法を用いることにより、ＤＬＣ膜におけるｓｐ³とｓｐ²との構成比を制御することができる。従って、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］だけでなく、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］及びｓｐ²［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］も容易に制御することができる。

【0040】

スパッタリングガスには希ガスと水素を含むガスとの混合ガスを用いることができる。希ガスにはアルゴンを用いることが一般的であるが、クリプトン及びキセノン等の他の希ガスを用いてもよい。

【0041】

水素を含むガスには炭化水素又は水素を用いればよい。水素を用いた場合には、スパッタリングガスから炭素は供給されないが、ターゲットから炭素イオンが供給されるため問題ない。スパッタリングガスに含まれる水素原子の量を変化させることにより、ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値を制御することができる。スパッタリングガスに含まれる水素原子の量を多くするほど、ＤＬＣ膜に導入される水素原子の量が増加し、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値を大きくすることができる。

【0042】

従って、水素を含むガスの希ガスに対する比率を変化させることにより、ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値を制御することができる。水素を含むガスの比率が高いほど、ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値が大きくなる。

【0043】

ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値を十分に大きくするためには、希ガスと水素を含むガスとの混合比は、分圧比は、９：１以上とすることが好ましく、７：１以上とすることがより好ましく、５：５以上とすることがさらに好ましい。また、スパッタリング法による成膜を十分に行うためには、希ガスと水素を含むガスとの分圧比比は、５：５以下とすることが好ましく、７：３以下とすることがより好ましく、９：１以下とすることがさらに好ましい。

【0044】

また、水素を含むガスの種類を変えることによってもＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値を制御することができる。水素原子の炭素原子に対する構成比が高い炭化水素を用いた方が、ＤＬＣ膜に導入される水素原子の量が増加し、ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］を大きくしやすい。

【0045】

本実施形態の成膜方法に用いる炭化水素は、特に限定されないが沸点が低い方が好ましい。具体的にはメタン（ＣＨ₄）、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）、ブタン（Ｃ₄Ｈ₁₀）、ペンタン（Ｃ₅Ｈ₁₂）、ヘキサン（Ｃ₆Ｈ₁₄）、ヘプタン（Ｃ₇Ｈ₁₆）、オクタン（Ｃ₈Ｈ₁₈）、ノナン（Ｃ₉Ｈ₂₀）、デカン（Ｃ₁₀Ｈ₂₂）などのＣ_nＨ_n+2の化学式で表記できるアルカン、エチレン（Ｃ₂Ｈ₄）、プロピレン（Ｃ₃Ｈ₆）、ブテン（Ｃ₄Ｈ₈）、ペンテン（Ｃ₅Ｈ₁₀）、ヘキセン（Ｃ₆Ｈ₁₂）、Ｃ_nＨ_2n（n≧２）の化学式で表記できるアルケン、アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）、プロピン（Ｃ₃Ｈ₄）などのＣ_nＨ_2n(n≧２)化学式で表記できるアルキン、及びベンゼン（Ｃ₆Ｈ₆）、トルエン（Ｃ₆Ｈ₅ＣＨ₃）、ジメチルベンゼン（Ｃ₆Ｈ₄Ｃ₂Ｈ₆）、トリメチルベンゼン（Ｃ₆Ｈ₃Ｃ₃Ｈ₉）等の芳香族炭化水素が好ましい。また、複数の２重結合、複数の３重結合及び複数のベンゼン環を含んでもよく、これらを組み合わせた炭化水素を用いてもよい。これらの炭化水素は単独で用いてもよく、複数を混合して用いてもよい。なお、炭化水素は常温、常圧において気体である必要はなく、チャンバ内においてガス化してプラズマを発生させることができればよい。

【0046】

また、ＩＣＰ支援アンバランスドマグネトロンスパッタリング法を用いてＤＬＣ膜を成膜する場合に基板電圧を変化させることにより、基板表面に衝突する荷電粒子の衝突エネルギーを変化させ、炭素−水素結合の乖離を調整することにより、ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値を変化させることができる。

【0047】

ＩＣＰ支援アンバランスドマグネトロンスパッタリング法を用いてＤＬＣ膜を成膜する場合には、希ガスの原子がＤＬＣ膜に含まれる。このため、ＣＶＤ法等により形成されたＤＬＣ膜とは区別される。これは、ターゲットにおいて反跳した希ガス粒子が膜中に混入するためである。ＤＬＣ膜に希ガス原子が導入されることにより、相対的に炭素の濃度が低下するため、活性なダングリングボンドを持つ炭素の存在比を下げることができる。このため、ＤＬＣ膜の表面がより不活性となり、破骨細胞への分化をより効果的に抑制できる。従って、ＤＬＣ膜に含まれる希ガス原子の濃度は、０．５原子％以上であることが好ましく、１原子％以上であることがより好ましく、２原子％以上であることがさらに好ましい。ＤＬＣ膜における希ガス原子の濃度は、実施例において詳細に説明するＸＰＳ法により求めることができる。

【0048】

ＤＬＣ膜の成膜にはどのような装置を用いてもよいが、例えば、図１に示すようなＩＣＰ支援アンバランスドマグネトロンスパッタ装置を用いることができる。図１に示すように、チャンバ２２１の下部に磁石を内蔵したターゲット台２１１が設けられ、ターゲット台２１１の上にターゲット２０７が配置されている。チャンバ２２１の上方には、電気的に浮いた（フローティング）状態であり、バイアス電圧を印加できるワークホルダ２１０が設けられ、ワークホルダ２１０にはワーク２０８が保持されている。ターゲット台２１１の内部にはターゲット２０７の中心部と対応する位置に中心磁石２０１が配置され、ターゲット２０７の周囲と対応する位置には外周磁石２０２が等間隔で配設されている。中心磁石２０１はＳ極をターゲット２０７側にして配置されており、外周磁石２０２はＮ極をターゲット２０７側にして配置されている。

【0049】

チャンバ２２１の外壁の外側には、４つの外周磁石のそれぞれに対応して４つの第１外部磁石２０３及び４つの第２外部磁石２０４が重なるように配設されている。第１外部磁石２０３及び第２外部磁石２０４は、それぞれＮ極を中心磁石２０１側にして配置されている。第１外部磁石２０３及び第２外部磁石２０４はそれぞれ補助磁極として機能する。

【0050】

チャンバ２２１の内部には、ＩＣＰアンテナとして機能するコイル２０５が設けられている。コイル２０５は、スパイラル状に巻かれ、一端がマッチング回路２１２を介して高周波電源２１３と接続されている。図１においては、コイル２０５の他端はフリーでどこにも接続されてないが、アース又は高周波電源と接続されていてもよい。

【0051】

ターゲット台２１１には、ローパスフィルター２１４を介してスパッタ電源２１５が接続されている。ワークホルダ２１０には、ローパスフィルター２１６を介してバイアス電源２１８が接続されている。

【0052】

スパッタ電源２１５により適切なターゲット電力を供給することにより、固体グラファイトであるターゲット２０７から炭素粒子を放出させ、ワーク２０８の表面に堆積させることができる。また、コイル２０５に高周波電源２１３により適切な電力を供給して、チャンバ内に希ガスと共に供給された炭化水素をイオン化することができる。ワーク２０８に適切なバイアスを印加することにより、イオン化した炭化水素をワーク２０８の表面に堆積させることができる。さらに、補助磁極となる第２外部磁石２０４をターゲット２０７とワーク２０８との間に設けることにより、ワーク２０８の方向に向かう強力な磁場を形成し、磁場方向に沿って電子が捕捉され、電子の捕捉に伴いプラズマ密度を高めることができる。これにより、炭化水素のイオン化を促進できるだけでなく、磁場に沿ってイオンを効率的にワーク２０８の表面に入射させることが可能となる。

【0053】

スパッタリングによってターゲット２０７から得られる炭素粒子のイオン化率は低く、ＩＣＰアンテナであるコイル２０５を用いた誘導結合プラズマによる炭化水素ガスのイオン化率は高い。ワーク２０８の表面へのイオンの入射は、ワーク側の平均電力密度により評価することができる。ワーク側の平均電力密度の絶対値が大きい方が、イオンが効率的に入射しており、ターゲット２０７から得られる炭素粒子よりも、炭化水素から得られるイオンが相対的に膜中に堆積する比率が大きくなっていることを示し、結果として炭化水素原料由来の炭素−水素結合をより多く含むＤＬＣ膜を得ることができる。このため、ワーク側の平均電力密度の絶対値は２８ｍＷ／ｃｍ²よりも大きいことが好ましく、３０ｍＷ／ｃｍ²以上であることがより好ましい。

【0054】

但し、スパッタリング法による成膜と同時に、炭化水素又は水素ガスのプラズマを発生させ、イオン化した炭化水素又は水素をワークの表面に供給することができればどのような装置を用いてもよい。例えば、チャンバ内にプラズマを発生させるコイルを設けるのではなく、チャンバ外において発生させた炭化水素又は水素ガスのプラズマを供給する構成としてもよい。また、イオンを効率良くワークの表面に入射させることができれば、磁石の配置は変更することができる。基本的には、ターゲットとワークとの間に補助磁極となる磁石が設けられていればよい。また、場合によっては磁場の発生機能を省略することもできる。

【0055】

ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］を所定の値にすることができれば、ＤＬＣ膜全体としての水素濃度はどのような値であってもよい。但し、一般的にＤＬＣ膜の表面におけるＣ−Ｈ結合を増加するためには、ＤＬＣ膜全体としての水素濃度を高くすることが好ましい。従って、ＤＬＣ膜全体としての水素濃度は１．１原子％（ａｔ％）よりも高くすることが好ましく、５原子％以上とすることがより好ましく、１０原子％以上とすることがさらに好ましい。また、４０原子％以下とすることが好ましく３０原子％以下とすることがより好ましく、２０原子％以下とすることがさらに好ましい。なお、ＤＬＣ膜全体としての水素濃度は、実施例において詳細に述べる高分解弾性反跳粒子検出法(High Resolution-Elastic Recoil Detection Analysis、ＨＲ−ＥＲＤＡ)により測定することができる。なお、原子％とは物質全体の原子数を１００とした場合におけるある元素の原子数を表す。

【0056】

ＤＬＣ膜の膜厚は、ある程度厚い方がよく、０．００１μｍ以上が好ましく、０．００５μｍ以上がより好ましい。但し、膜厚が厚くなると形成が困難となるため、１０μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましい。

【0057】

また、ＤＬＣ膜は被覆対象の表面に直接形成することができるが、被覆対象とＤＬＣ膜とをより強固に密着させるために、被覆対象とＤＬＣ膜との間に中間層を設けてもよい。
よい。

【0058】

中間層の材質としては、被覆対象の種類に応じて種々のものを用いることができるが、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、又はアルミニウム（Ａｌ）からなるアモルファス膜等を用いることができる。また、これらの元素と炭素（Ｃ）及び窒素（Ｎ）の少なくとも一方とを混合したアモルファス膜等を用いることもできる。その厚さは特に限定されないが、０．００１μｍ以上が好ましく、０．００５μｍ以上がより好ましい。また、１μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましい。中間層は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、溶射法、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、又は真空蒸着法等を用いて形成すればよい。また、湿式クロムメッキを用いてもよい。

【0059】

ＤＬＣ膜は、炭素と水素以外の元素を含んでいてもよい。例えば、シリコン（Ｓｉ）又はフッ素（Ｆ）等が添加されていてもよい。また、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等が含まれていてもよい。チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等が添加されていてもよい。一方、ＤＬＣ膜の表面における水素の結合状態をより容易に制御するために、炭素及び水素以外の元素を含まない構成としてもよい。なお、炭素及び水素以外の元素を含まない構成とは炭素及び水素以外の元素を積極的に添加していないことを意味し、スパッタリングガスに由来する原子及び製造過程において生じる痕跡量程度の不純物が混入している構成を含む。

【0060】

本実施形態のインプラントは、体内に埋め込むどのようなインプラントであってもよく、人工歯根、義歯、歯冠修復物、人工骨又は人工関節等とすることができる。ＤＬＣ膜を形成するインプラントの基材は特に限定されず、金属、樹脂又はセラミックス等とすることができる。また、これらの複合体であってもよい。特に、チタン又はチタン合金等は強度等の点から好ましい。

【0061】

ＤＬＣ膜は、基材の骨と接触する面に形成されていればよい。また、骨と接触する面以外の部分にもＤＬＣ膜が形成されていてもよい。

【0062】

ＩＣＰ支援アンバランスドマグネトロンスパッタリング法を用いることにより、ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値を自由に変化させることができ、骨細胞との親和性が異なるＤＬＣ膜を容易に得ることができる。このため、インプラントと骨細胞との親和性を、インプラントの対象者の骨代謝バランスに応じて最適化することが容易にできる。例えば、予めインプラント対象者の骨代謝マーカー等を測定して、インプラント対象者の骨代謝のバランスを評価する。骨吸収マーカーの値が高い場合には［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値が大きく、破骨細胞への分化がより生じにくいＤＬＣ膜を形成したインプラントを用いることにより骨吸収がより生じにくい状態とすることができる。一方、骨吸収マーカーの値が低い場合には、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値を少し小さくして、骨代謝がより活発となるようにすることができる。

【0063】

本実施形態のインプラントは、骨芽細胞への分化促進を、従来以上の一定レベルに保持しつつ、破骨細胞への分化を制御することができる。また、破骨細胞への分化の抑制レベルを自由に制御することができる。このため、インプラントによって生じる骨代謝を容易に制御することができる。さらに、インプラントの対象者に応じた骨細胞との親和性を有するインプラントを容易に実現することができる。従って、インプラントの成功率を大幅に向上させることができると考えられる。

【0064】

本実施形態においては、アモルファス状態の膜であるＤＬＣ膜をインプラントの表面に形成する例について説明した。しかし、ｓｐ²炭素−炭素結合及びｓｐ³炭素−炭素結合の少なくとも一方と、ｓｐ²炭素−水素結合及びｓｐ³炭素−水素結合の少なくとも一方とを有する膜であれば同様の効果が得られる。従って、ダイヤモンド膜のような結晶状態の膜であってもよい。

【実施例】

【0065】

次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更を行ってよい。

【0066】

≪ＤＬＣ膜組成の評価方法≫
−表面組成−
ＤＬＣ膜の表面における組成はＸ線光電子分光（ＸＰＳ）測定により評価した。ＸＰＳ測定には日本電子社製ＪＰＳ−９０１０を用いた。ＸＰＳ測定の条件は、試料に対する検出角度を９０度とし、Ｘ線源にはＡｌを用い、Ｘ線照射エネルギーを１００Ｗとした。１回の測定時間は０．２ｍｓとし、１つの試料について３２回測定を行った。炭素中を進む光電子の非弾性平均自由工程を考慮すると、最表面から９ｎｍ程度の深さまでの領域について測定されると考えられる。さらに、光電子は表面から深くなるにつれて脱出しにくくなり、光電子の検出は表面から深くなるほど減衰する。従って、今回測定された情報の約５０％は最表面からおよそ１．５ｎｍの深さまでの最表層の情報で占められていると考えられる。

【0067】

ＸＰＳ測定により得られた炭素１ｓ（Ｃ１ｓ）ピークを、炭素同士がｓｐ³結合したｓｐ³Ｃ−Ｃ及び炭素同士がｓｐ²結合したｓｐ²Ｃ−Ｃ、炭素と水素とがｓｐ³結合したｓｐ³Ｃ−Ｈ及び炭素と水素とがｓｐ²結合したｓｐ²Ｃ−Ｈの４つの成分にカーブフィッティングにより分解した。ｓｐ³Ｃ−Ｃの結合エネルギーは２８３．８ｅＶ、ｓｐ²Ｃ−Ｃの結合エネルギーは２８４．３ｅＶ、ｓｐ³Ｃ−Ｈの結合エネルギーは２８４．８ｅＶ、ｓｐ²Ｃ−Ｈの結合エネルギーは２８５．３ｅＶとした。カーブフィッティングにより得られた各ピークの面積をｓｐ³Ｃ−Ｃのピークの面積とｓｐ²Ｃ−Ｃのピークの面積とｓｐ³Ｃ−Ｈのピークの面積とｓｐ²Ｃ−Ｈのピークの面積との総和により割った値を、各成分の組成比とした。ｓｐ³Ｃ−Ｃの組成比（ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］）とｓｐ²Ｃ−Ｃの組成比（ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］）との和をＣ−Ｃの組成比（［Ｃ−Ｃ］）とし、ｓｐ³Ｃ−Ｈの組成比（ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］）とｓｐ²Ｃ−Ｈの組成比（ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］）との和をＣ−Ｈの組成比（［Ｃ−Ｈ］）とした。

【0068】

Ｃ−Ｈの組成比をＣ−Ｃの組成比で割った値を、ＤＬＣ膜の表面における炭素−水素結合の炭素−炭素結合に対する比（［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］）とした。同様に、ｓｐ²Ｃ−Ｈの組成比をｓｐ²Ｃ−Ｃの組成比で割った値を、ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］とし、ｓｐ³Ｃ−Ｈの組成比をｓｐ³Ｃ−Ｃの組成比で割った値を、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］とした。

【0069】

−アルゴンの濃度−
ＤＬＣ膜に含まれるアルゴンの濃度は、ＤＬＣ膜の組成の解析と同様にＸ線光電子分光（ＸＰＳ）測定により評価した。ＸＰＳ測定には日本電子社製ＪＰＳ−９０１０を用いた。ＸＰＳ測定の条件は、試料に対する検出角度を９０度とし、Ｘ線源にはＡｌを用い、Ｘ線照射エネルギーを１００Ｗとした。１回の測定時間は０．２ｍｓとし、１つの試料について３２回測定を行った。炭素中を進む光電子の非弾性平均自由工程を考慮すると、表面から９ｎｍまでの範囲について測定されると考えられる。さらに、光電子は表面から深くなるにつれて脱出しにくくなり、光電子の検出は表面から深くなるほど減衰する。従って、今回測定された情報の５０％は表面からおよそ１．５ｎｍまでの最表層の情報で占められていると考えられる。アルゴン以外の希ガス原子についても同様にして測定することができる。

【0070】

−水素濃度−
ＤＬＣ膜に含まれる水素の濃度は、高分解弾性反跳粒子検出法（High Resolution-Elastic Recoil Detection Analysis、HR-ERDA）により測定した。測定には神戸製鋼所製の高分解能ＲＢＳ分析装置ＨＲＢＳ５００を用いた。試料面の法線に対して７０度の角度でＮ₂⁺イオンを試料に照射し、偏光磁場型エネルギー分析器により反跳された水素イオンを検出した。入射イオンは１原子核あたりのエネルギーを２４０ＫｅＶとした。水素イオンの散乱角は３０度とした。イオンの照射量はビーム経路にて振り子を振動させ、振り子に照射された電流量を測定することにより求めた。試料電流は約２ｎＡであり、照射量は約０．３μＣであった。

【0071】

得られたデータに対して水素ピークにおける高エネルギー側のエッジの中点を基準として横軸のチャネルを反跳イオンのエネルギーに変換する処理及びシステムのバックグラウンドを差し引く処理を行った。処理後のデータについてシミュレーションフィッテングを行い、表面から１２ｎｍまでの範囲について水素のデプスプロファイルを求めた。さらに、ＤＬＣ膜に含まれる全原子に対する水素原子の割合（ａｔ％）に換算した。この際に試料の構成元素は炭素と水素のみであると仮定した。デプスプロファイルの横軸をｎｍ単位に換算する際には、ＤＬＣ膜の密度はグラファイトの密度（２．２５ｇ／ｃｍ³）であるとした。定量値は、スパッタリング法により形成した既知濃度のＤＬＣ膜を測定することにより校正した。また、最表面に炭化水素からなる汚染層の存在を仮定した。汚染層の密度はパラフィンの密度（０．８９ｇ／ｃｍ³）とした。

【0072】

≪骨細胞との親和性の評価≫
−骨細胞の分化−
直径２０ｍｍのウェル内においてＤＬＣコーティング試料及びコントロールのチタン基材とマウス骨芽細胞様細胞株ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞（以下、ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞という。）とを接触させて培養した。細胞は１ウェル当たり５×１０⁴個播種した。培養培地には１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）、Ｌ−グルタミン、混合抗生物質（Invitrogen社製）及び５０μｇ／ｍｌのアスコルビン酸を含有したα変法イーグル培地（α−ＭＥＭ）を用いた。培養温度は３７℃とし、５％二酸化炭素雰囲気で培養した。

【0073】

細胞を７日間培養した後、骨分化マーカー遺伝子であるＡＬＰ（アルカリ性ホスファターゼ）の発現について評価した。具体的には、培養したＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞からＴＲＩｚｏｌ試薬（Invitrogen社製）を用いてＲＮＡを抽出した後、ReverTra Ace reverse transcriptase（東洋紡社製）を用いてｃＤＮＡを作成した。作成したｃＤＮＡを、定量ＲＴ−ＰＣＲ（Real-time Quantitative Reverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction）法により評価した。得られた値は、コントロールのチタン基材におけるＡＬＰ発現量を１として規格化した。

【0074】

−骨破壊細胞の分化−
ウェル内においてＤＬＣコーティング試料及びコントロールのチタン基材と破骨前駆細胞とを破骨細胞分化誘導因子（Receptor Activator of NF-kB Ligand：ＲＡＮＫＬ）の存在下において接触させ、３７℃で細胞培養した。破骨前駆細胞は、ＲＡＮＫＬの存在により破骨細胞へと分化することが確立されているセルラインＲＡＷ２６４．７細胞（ＴＩＢ−７１， ＡＴＣＣ）を用いた。細胞は１ウェル当たり５×１０³個播種した。

【0075】

分化関連遺伝子であるカテプシンＫ（cathepsin K）の発現を定量ＲＴ−ＰＣＲ法を用いて定量することにより、破骨細胞への分化を評価した。得られた値は、コントロールのチタン基材におけるカテプシンＫの発現量を１として規格化した。

【0076】

≪ＤＬＣ膜の形成≫
＜ＤＬＣ膜１＞
図１に示すＩＣＰ支援アンバランスドマグネトロンスパッタ装置を用いてＤＬＣ膜を形成した。ワークホルダ２１０に保持したワーク２０８に１ｋＶのバイアス電圧を印加した。ワーク２０８は、純Ｔｉ（ＪＩＳ ４種）からなるディスクとした。ターゲット２０７にはグラファイトを用い、スパッタリングガスにはアルゴン（Ａｒ）及びメタン（ＣＨ₄）の混合ガスを用いた。Ａｒとメタンとの分圧比は、９：１とし、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａとした。スパッタ電源２１５には直流パルス電源を用い、パルス周波数を２００ｋＨｚとした。コイル２０５をＩＣＰアンテナとして用い、高周波出力を２０Ｗとし誘導結合プラズマ放電を行った。放電時間は５分間とした。

【0077】

ワーク側に到達した粒子のエネルギーの指標となるワーク側の平均電力密度の絶対値は３６．６ｍＷ／ｃｍ²となった。電力密度は、電流測定手段により得られた電流値と、ワークホルダ２１０に印加したバイアス電圧及びワークホルダ２１０の表面積により求めた。成膜は６０分間行った。

【0078】

得られたＤＬＣ膜の水素濃度は２７原子％であり、アルゴン濃度は２．７原子％であった。ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は０．２６、ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は０．０５、ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］は０．３９、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］は０．３０であった。従って［Ｃ−Ｃ］は０．３１であり、［Ｃ−Ｈ］は０．６９であり、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］は２．２となった。ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は、１．５となり、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は、５．８となった。

【0079】

＜ＤＬＣ膜２＞
ＤＬＣ膜を形成する際のスパッタリングガスをアルゴン及びエチレン（Ｃ₂Ｈ₄）の混合ガスとして「実施例１」と同様にしてＤＬＣ膜を形成した。ワーク側に到達した粒子のエネルギーの指標となるワーク側の平均電力密度の絶対値は３２．５ｍＷ／ｃｍ²となった。

【0080】

得られたＤＬＣ膜の水素濃度は１４．２原子％であり、アルゴン濃度は４．０原子％であった。ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は０．３８、ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は０．１４、ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］は０．３８、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］は０．１４であった。従って［Ｃ−Ｃ］は０．５２であり、［Ｃ−Ｈ］は０．４８であり、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］は０．９２となった。ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は、０．８９となり、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は、１．０となった。

【0081】

＜ＤＬＣ膜３＞
ＤＬＣ膜を形成する際のスパッタリングガスをアルゴン及びアセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）として「実施例１」と同様にしてＤＬＣ膜を形成した。ワーク側に到達した粒子のエネルギーの指標となるワーク側の平均電力密度の絶対値は２９．７ｍＷ／ｃｍ²となった。

【0082】

得られたＤＬＣ膜の水素濃度は１４．２原子％であり、アルゴン濃度は４．８原子％であった。ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は０．３６、ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は０．１５、ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］は０．３５、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］は０．１４であった。従って［Ｃ−Ｃ］は０．５１であり、［Ｃ−Ｈ］は０．４９であり、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］は０．９６となった。ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は、０．９７となり、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は、０．９３となった。

【0083】

＜ＤＬＣ膜４＞
ＤＬＣ膜を形成する際のスパッタリングガスをアルゴンとして「実施例１」と同様にしてＤＬＣ膜を形成した。ワーク側に到達した粒子のエネルギーの指標となるワーク側の平均電力密度の絶対値は２６．１ｍＷ／ｃｍ²となった。

【0084】

得られたＤＬＣ膜の水素濃度は１４．２原子％であり、アルゴン濃度は６．１原子％であった。ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は０．３７、ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は０．２２、ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］は０．２２、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］は０．１３であった。従って［Ｃ−Ｃ］は０．５９であり、［Ｃ−Ｈ］は０．３５であり、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］は０．５９となった。ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は、０．５９となり、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は、０．５９となった。

【0085】

＜ＤＬＣ膜５＞
ＤＬＣ膜を形成する際のスパッタ電源のパルス周波数を３５０ｋＨｚとして「ＤＬＣ膜４」と同様にしてＤＬＣ膜を形成した。ワーク側に到達した粒子のエネルギーの指標となるワーク側の平均電力密度の絶対値は２８．７ｍＷ／ｃｍ²となった。

【0086】

得られたＤＬＣ膜の水素濃度は１４．２原子％であり、アルゴン濃度は５．５原子％であった。ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は０．３８、ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は０．３４、ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］は０．１７、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］は０．０６であった。従って［Ｃ−Ｃ］は０．７２であり、［Ｃ−Ｈ］は０．２３であり、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］は０．３２となった。ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は、０．４５となり、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は、０．１８となった。

【0087】

＜ＤＬＣ膜６＞
スパッタリング法に代えて、原料ガスにベンゼン（Ｃ₆Ｈ₆）を用いたプラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成した。ＤＬＣ膜を形成する際の条件は、ガス圧を１０^-3Ｔｏｒｒ（約０．１３Ｐａ）とし、Ｃ₆Ｈ₆を３０ｍｌ／ｍｉｎの速度で連続的に導入しながら放電を行うことによりＣ₆Ｈ₆をイオン化し、イオン化蒸着を約１０分間行い、ＤＬＣ膜を基材の表面に形成した。

【0088】

得られたＤＬＣ膜の水素濃度は１９．３原子％であり、アルゴンは検出されなかった。ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は０．２７、ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は０．０５、ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］は０．３９、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］は０．２９であった。従って［Ｃ−Ｃ］は０．３２であり、［Ｃ−Ｈ］は０．６８であり、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］は２．１となった。ｓｐ²［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ²［Ｃ−Ｃ］は、１．４となり、ｓｐ³［Ｃ−Ｈ］／ｓｐ³［Ｃ−Ｃ］は、５．８となった。

【0089】

表１に得られた各ＤＬＣ膜の特性をまとめて示す。ＩＣＰ支援アンバランスドマグネトロンスパッタ法により成膜した場合には、スパッタリングガスを希ガスであるアルゴンと、炭化水素との混合ガスとすることにより、ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］の値を大きくすることができる。また、ＩＣＰ支援アンバランスドマグネトロンスパッタ法の場合には、スパッタリングガスに含まれるアルゴン原子を含むＤＬＣ膜が得られている。

【0090】

【表1】

【0091】

（実施例１）
ＤＬＣ膜１を形成した基材について、破骨細胞への分化及び骨芽細胞への分化を評価した。骨芽細胞への分化の指標であるＡＬＰの発現量は、ＤＬＣ膜を形成していないコントロールの基材に対して２．００倍であった。破骨細胞への分化の指標であるカテプシンＫの発現量はコントロールに対して０．２５倍であった。

【0092】

（実施例２）
ＤＬＣ膜２を形成した基材について、実施例１と同様にして破骨細胞への分化及び骨芽細胞への分化を評価した。ＡＬＰの発現量はコントロールに対して１．５８倍であった。カテプシンＫの発現量はコントロールに対して０．４８倍であった。

【0093】

（実施例３）
ＤＬＣ膜３を形成した基材について、実施例１と同様にして破骨細胞への分化及び骨芽細胞への分化を評価した。ＡＬＰの発現量はコントロールに対して１．５２倍であった。カテプシンＫの発現量はコントロールに対して０．５４倍であった。

【0094】

（比較例１）
ＤＬＣ膜４を形成した基材について、実施例１と同様にして破骨細胞への分化及び骨芽細胞への分化を評価した。ＡＬＰの発現量はコントロールに対して１．８８倍であった。カテプシンＫの発現量はコントロールに対して０．６９倍であった。

【0095】

（比較例２）
ＤＬＣ膜５を形成した基材について、実施例１と同様にして破骨細胞への分化及び骨芽細胞への分化を評価した。ＡＬＰの発現量はコントロールに対して１．５８倍であった。カテプシンＫの発現量はコントロールに対して０．７０倍であった。

【0096】

表１には各実施例及び比較例のカテプシンＫ及びＡＬＰの発現比をまとめて示す。

【0097】

【表2】

【0098】

図２及び図３はＭＣ３Ｔ３−Ｅ１細胞の分化特性を示している。図２において縦軸はカテプシンＫのｍＲＮＡ発現量を示し、コントロールのチタン基材の発現量を１とした。値が大きいほどカテプシンＫが発現していることを示している。図３において縦軸はＡＬＰのｍＲＮＡ発現量を示し、コントロールのチタン基材の発現量を１とした。値が大きいほどＡＬＰが発現していることを示している。ＤＬＣ膜の炭素−水素結合に対する炭素−炭素結合の比（［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］）が大きくなるほど、カテプシンＫの発現量が小さくなり、破骨細胞の分化を抑制していることが明らかである。特に、［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］が０．５９よりも大きくなるとカテプシンＫの発現量は大きく低下している。また、いずれもＡＬＰの発現はコントロールのチタンを上回り、骨芽細胞の分化を促進できる。

【0099】

以上の結果から、ＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］を大きくすることにより、破骨細胞への分化を抑制すると共に、骨芽細胞への分化を促進するインプラント材料が実現できる。また、インプラントの対象者の骨代謝バランスに応じてＤＬＣ膜の表面における［Ｃ−Ｈ］／［Ｃ−Ｃ］を制御することにより、個々のインプラントの対象者に適したインプラントとすることが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0100】

本発明に係るインプラント、その製造方法及び骨代謝の制御方法は、対象者に応じた骨細胞との親和性を有するインプラントを容易に実現でき、特に、インプラント、その製造方法及び骨代謝の制御方法等として有用である。

【符号の説明】

【0101】

２０１ 中心磁石
２０２ 外周磁石
２０３ 第１外部磁石
２０４ 第２外部磁石
２０５ コイル
２０７ ターゲット
２０８ ワーク
２１０ ワークホルダ
２１１ ターゲット台
２１２ マッチング回路
２１３ 高周波電源
２１４ ローパスフィルター
２１５ スパッタ電源
２１６ ローパスフィルター
２１８ バイアス電源
２２１ チャンバ

【図1】

【図2】

【図3】