30 ─ 528 Atmospheric-pressure plasma （AP plasma） treatment is a low-temperature plasma treatment, and can create super-hydrophilicity on a titanium surface by decompos-ing hydrocarbon and introducing the hydroxyl group. AP plasma has unique features, including that this treatment can be performed while being exposed to the air, and create super-hydrophilicity on a titanium surface within an extremely short time due to its high energy compared to UV treatment. Accordingly, this treatment is expected to be used for clinical applications. This study aimed to investigate the effect of AP plasma treatment on surface properties of commercial titanium implants that have dif-ferent surface morphology and physicochemistry, and to verify the availability of this treatment for clinical use. The surfaces of 17 commercially available titanium im-plants were observed using an optical microscope and a scanning electron microscope, and were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）. These implants were subjected to AP plasma treatment and evaluated the change in surface chemical compositions including carbon contents and surface wettability with contact an- gle measurements. The AP plasma treatment was car-ried out for 5 s along the sides of the implants that were retained at a location 10 mm from the exhaust nozzle of AP plasma. The surfaces of the 17 commercial implants have vari-ous surface morphologies and chemical compositions, and were classified into machining with lathe, blast＋ acid etching （SLA）, SLA＋ hydrophilization, spark anodic-oxi- dation and HA／Blast treatment under microscopic obser-vation, XPS analyses and contact angle measurement. The carbon contents were decreased with AP plasma treatment. In addition, the surfaces of commercial im-plants with all classifications reach super-hydrophilicity that has almost zero contact angles by AP plasma treatment. In conclusion, the results in the present study showed that the AP plasma treatment can create super-hydro-philicity on almost all the commercial implants within an extremely short time, such as 5 s, while being exposed to air, and may be utilized in the operating room immedi- ately prior to implant placement under atmospheric con-ditions.
Key words：commercial titanium implants, atmospheric pressure plasma treatment, surface wettability, surface physico-chemical property 1）北海道形成歯科研究会（会長：三上 格） 2）ブローネマルク・オッセオインテグレイション・センター（センター長：小宮山彌太郎） 3）東京歯科大学口腔科学研究センター口腔インプラント学研究部門（主任：吉成正雄） 1）Institute of Hokkaido Plastic Dentistry （Chief：MIKAMI Itaru） 2）Brånemark Osseointegration Center Tokyo （Chief：KOMIYAMA Yataro） 3）Division of Oral Implants Research, Oral Health Science Center, Tokyo Dental College （Chief：Prof. YOSHINARI Masao） 平成 26 年 7 月 24 日受付
市販チタンインプラントの表面性状に及ぼす大気圧プラズマ処理の効果
松﨑 紘一1） 山本 英一1） 柴多 浩一1） 小宮山彌太郎2） 吉成 正雄3）Effect of Atmospheric Pressure Plasma Treatment on Surface Properties of
Commercial Titanium Implants
MATSUZAKI Hirokazu1）, YAMAMOTO Hidekazu1）, SHIBATA Kouichi1）,
緒 言 近年，チタン製インプラントに対する親水化処理 は，炎症性サイトカインの凝集を抑制する1，2），細胞 接着性タンパク質や骨性タンパク質の接着を増進す る3，4），オッセオインテグレーション5，6）や軟組織接着 を促進する7，8），バイオフィルムの形成を抑制する9，10）， などの報告がなされるようになり，臨床応用の期待が 高まっている． 表面に親水性を付与する物理修飾法としては，低温 プラズマ（グロー放電処理）法11～13），紫外線（UV） 照射法14，15）が，また化学修飾法としてブラスト処理＋ 酸処理（SLA）処理法16），過酸化水素水浸漬法17，18）， 水酸化ナトリウム溶液処理法19）などがある． これらのうち物理修飾法は，処理によるインプラン ト汚染の危険性が少ないことから，臨床現場で処理法 として適していると考えられる．低温プラズマ法は， 低温でプラズマ（電離状態）をつくりだす処理法であ り，表面に官能基を導入し表面エネルギーや表面荷電 などの表面性状を制御できることから20），生体材料へ の応用が拡大している20～22）．このうち，大気圧プラズ マ処理は主に空気（酸素を含む）に高電圧を印可する と電子と陽イオンに電離する現象を利用しており，工 業界では表面改質に多用されている20）．加速電子に よって酸素分子の原子間結合が切れ，ラジカル種の原 子状酸素（活性酸素）を生ずる．プラズマ中でオゾン が作り出され，そこから生じる活性酸素種による酸化 分解反応が起こる．このようにして発生した活性酸素 種により，表面に吸着した疎水性有機物（炭化水素） を分解する．また UV 照射法は，チタン酸化物の光触 媒効果によりチタン表面に親水性を付与し，骨芽細胞 の増殖，分化に有効に働くことが報告されている5，14，15）． 特に，低温プラズマ法の一種である大気圧プラズマ 法は，大気中で処理が行えること，エネルギーが非常 に高くきわめて短時間での処理で超親水性表面が期待 できることから，特にインプラント埋入直前の処理に 適していると考えられる． 一方，市販のインプラント表面は，その表面形状の みならず酸化物に代表される表面組成もさまざまであ り23，24），最近になって市販インプラント表面をコード 化して分類している報告もある25，26）．このように多種 類の表面をもつ市販インプラントに大気圧プラズマ処 理が有効かについては明らかになっていない． そこで本研究は，表面の異なる市販インプラントに 対して大気圧プラズマ処理を施し，本処理の表面濡れ 性（接触角）と表面組成（特に炭素量）に与える影響 を調査することにより，本処理の有効性について考察 した． 材料および方法 1. 市販インプラント 本研究で用いた使用した 17 種類のチタン製市販イ ンプラントを表 1 に示す．表では後の表面観察，組成 分析，および接触角測定の結果を参考に，機械加工， ブラスト＋酸エッチング処理（SLA），SLA＋親水化 処理，放電陽極酸化，HA／Blast 処理に分類した．なお， 機械加工と SLA 両方のスレッドをもつ 3i Ossotite と SETiO については，接触角測定部位を考慮して 3i Ossotite を機械加工に，SETiO を SLA に分類した． 同様に OSSTEM は HA／Blast 処理に分類した． また，INICELL＋APL においては，INICELL を付 属溶液 APLIQUIQ に 10 分間浸漬した後，軽く水洗 して実験に供した． 本研究における試験期間は 2012 年 10 月～2013 年 9 月であった．サンプル受領後，速やかに滅菌容器ごと 乾燥デシケータ内に保管した．試験時にはサンプル容 器をデシケータから取り出し，サンプルを開封後直ち に試験を開始した． 2. 大気圧プラズマ処理 本研究で使用した大気圧プラズマ装置（NJZ-2820， 長野日本無線，長野）を図 1 に示す．本装置の出力周 波数は 2,450 MHz，出力電力は 150 W，プラズマ噴出 直径は 4 mm，供給ガスは清浄乾燥空気（Clean Dry Air，CDA）である．市販インプラントへの本装置に よる処理は，図 1-b）に示すように，ピンセットで把 持したインプラントをプラズマ噴出口から約 10 mm の位置に保持し，その側面にプラズマを 5 秒間照射し て行った． 3. 表面観察 各インプラントの光学顕微鏡 （OM， MZ75， LEICA，
Wetzlar，Germany）観察，および走査型電子顕微鏡 （SEM，SU6600，日立ハイテク，日立）観察を行った．
4. 表面分析
表面分析は，エックス線光電子分光 （XPS, AXIS-ULTRA, Kratos Analytical, Manchester, England） を用い，15 kV，10 mA, Al Ka （monochrometer）で 分析を行った．本装置は分析深さが約 3 nm と試料の 極表面を分析が可能であることから，表面の定性（組 成）分析およびチタン（Ti），酸素（O），炭素（C） の定量分析を行った． 5. 接触角の測定 各インプラント側面の純水に対する濡れ性（接触角） を接触角計（Phoenix a，Meiwa-forces，東京）を用 いて，大気圧プラズマ処理前後について測定した．イ ンプラント側面を純窒素でブローした後，水滴量 4 nL の条件で液滴 10 秒後に接触角を計測した．接触 角の測定法を図 2 に示す．試料上の基準線（白線）と 水滴の接線（黒線）との角度（左 iL，右 iRの平均） を接触角として算出した． なお，以上の処理および評価を各インプラントに対 して連続して行ったことから，表面汚染を可及的避け るために，実際の測定は以下の順番で行った．①開封 後直ちに XPS 測定（開封直後）．② XPS 装置から取 出し直ちに接触角測定（開封直後）．③大気圧プラズ マ処理を施し直ちに XPS 測定（大気圧プラズマ）．④ 再度大気圧プラズマ処理を施し直ちに接触角測定（大 表 1 使用したチタン製市販インプラント 表面分類 略号 品名 製造業者 品番 LOT No. 有効期限 国 機械加工 Br-Bio Br-Fix Br-pi 3i Ossotite BioHelixFull Thread Fixture Original P-I Brånemark Philosophy Ossotite Implant Brånemark Integration Brånemark Integration Exopro Implant Innovations BI-00283 BI-00006 00101005 OSS385 P 117790 02-03-014-02 6268 97976 2015-11 2007-03 2011-05 2005-06 Sweden Sweden Brasil USA SLA （ブラスト＋ 酸エッチング） SETiO SETiO-P PLATON OsseoS ANK SLA セティオ セティオ Plus インプラントⅢ S OsseoSpeed ANKYLOS plus SLA SS ジーシー ジーシー プラトンジャパン Astra Tech Dental Dentsply Friadent straumann 5B336 6B491 C40-0100 24622 31010230 043031S 1111221 1204289 B213004 122521 20052718 1004 2014-11 2015-04 2015-02 2017-04 2015-10 2004-06 日本 日本 日本 Sweden Germany Switzerland SLA＋親水化 SLActive INICELL＋APL＊ SLActive（ROXOLID） SPI ELEMENT INICELL＊ straumann Thommen Medical 033.433S 4.23.124 CJ432 7010 2016-09 2011-04 Switzerland Switzerland 放電陽極酸化 Br-Mk TiUnite Brånemark Systems MkⅢ TiU RP TiUnite MkⅢ Nobel Biocare Nobel Biocare 28912 27385 745895 633837 2016-03 2007-05 Sweden Sweden HA／Blast 処理 POI ALPHA OSSTEM POIEX HACEX アルファタイトインプラント OSSTEM IMPLANT US Ⅱ 日本メディカルマテリアル ケンテック OSSTEM Implant CD016061 TF4010 ABFR310 00523 12004 FUP09B003 2016-10 2017-01 2014-02 日本 日本 Korea ＊APLIQUIQ 付属 図 1 使用した大気圧プラズマ装置 a） 全体像，b） インプラント側面へのプラズマ処 理（a の四角部の拡大図） 図 2 接触角の測定法
気圧プラズマ）．⑤ OM および SEM 観察． 結 果 1. 開封直後の表面形状 各インプラントの OM 像および SEM 像（低倍，中 間 倍 率， 高 倍 ） を 図 3 に 示 す． な お，3i Ossotite， SETiO および OSSTEM は機械研磨部と他処理部に分 かれていたため，両部位の SEM 像を示す． 機械加工に分類される Br-Bio，Br-Fix，Br-pi およ び 3i Ossotite（機械研磨部）は，微細な線状痕が観察 されたが，Br-Bio は通常の旋盤加工による機械加工 面と異なり，スレッド内部に微細な凹凸が観察された （矢印）． SLA（ブラスト＋酸エッチング）および SLA＋親 水化に分類される SETiO （SLA 部）， SETiO-P， PLA-TON，OsseoS，ANK，SLA，SLActive，INICELL ＋APL は，ブラスト処理と酸エッチング処理が併用 された特有の微細構造を呈していた（SEM ×5,000 倍）．また，3i Ossotite（SLA 部）も同様の表面形状 を有していた．なお，一部のインプラント表面には， 中間倍率の SEM 像で示されるように，微細粒子が突 き刺さったような表面がごく一部位に観察された． 放電陽極酸化に分類される Br-Mk，TiUnite は，ス パーク陽極酸化（マイクロアーク酸化）による特有の 微細孔（矢印）を有する表面形状が観察された． HA／Blast 処理に分類される POI，ALPHA，OSS-TEM の処理部については，POI は HA が溶射された ような表面が，ALPHA および OSSTEM はブラスト されたような表面が観察された．なお，OSSTEM の 機械研磨部は旋盤による機械加工面を呈していた． 2. 大気圧プラズマ処理による表面組成の変化 XPS 分析による開封直後および大気圧プラズマ処 理後の表面組成（Ti，O，C の at％およびその他の元 素）を表 2 に示す．開封直後では，Ti，O，C 以外の 微量元素として Br-Bio には N が，Br-Fix には Ca，Zn， Pb が，Br-pi および 3i Ossotite には Ca が，SLActive に は Zr，Na，Cl，Al が，INICELL＋APL に は Na， Ca，Si，Al が，Br-Mk および TiUnite には P が，POI には Ca，P，Al が，ALPHA には Ca，P，Si が，OS-STEM には Ca，Si，N がそれぞれ検出された．なお，
SLActive の Zr は 基 材 の Ti-Zr 合 金（RoxolidTM） 由
来である．
これらの元素のうち大気圧プラズマ処理で検出され なくなった元素，もしくは減少した元素を（アンダー ラインで示す）は，炭素（C）以外では，Br-Bio の N， Br-Fix の Ca，Zn，Pb，Br-pi および 3i Ossotite の Ca， SLActive の Na，Cl，INICELL＋APL の Na，Ca， Si，Br-Mk および TiUnite の P，POI の Al，ALPHA の Si，OSSTEM の Ca，Si，N であった． 大気圧プラズマ処理による炭素量の変化を図 4 に示 す．各分類において個体数（n 数）が異なるため，統 計解析は行わず傾向をみるにとどめた．ほとんどのイ ンプラント表面の炭素量は大気圧プラズマ処理によっ て減少したが，増加するものも１試料（ALPHA）に みられた．減少した試料では，減少率の少ないもの （ANK, TiUnite）と，比較的大きく減少するもの（Br-Bio, 3i Ossotite, PLATON, OsseoS, SLA, SLActive, INICELL＋APL, Br-Mk）があった．炭素量の変化を 表面分類でまとめたグラフを図 5 に示す．すべての分 類で大気圧プラズマ処理により炭素量は減少するが， 分類の違いによって炭素量が異なる傾向は認められな かった． 3. 大気圧プラズマ処理による接触角の変化 各種インプラントの開封直後および大気圧プラズマ 処理後のインプラントと滴下した水滴の断面図を図 6 に，接触角の測定結果を図 7 に示す．開封直後におい ては，接触角が非常に大きく超疎水性（撥水性）を示 すもの（SETiO，PLATON，OsseoS，ANK，SLA）， 接触角がほとんどゼロで超親水性を示すもの（SLAc-tive, INICELL＋APL），またそれらの中間で接触角が 比 較 的 小 さ く 親 水 性 を 示 す も の（Br-Bio，Br-Fix， Br-pi，SETiO-P，Br-Mk，TiUnite，POI） が あ り， インプラントによって異なる接触角を示した．一方， 大気圧プラズマ処理を施したインプラントは，ほとん どすべてのインプラントが接触角ゼロの超親水性を示 した． 接触角を表面分類ごとにまとめたグラフを図 8 に示 す．なお，SLA 分類においては SETiO-P のみが明ら かに他と著しく異なる値を示したので平均から除外し た．また，接触角においても図 5 と同様，統計解析は 行わず傾向をみるにとどめた．開封直後のインプラン
図 3 光学顕微鏡像（OM）および表面の走査型電子顕微鏡（SEM）像（3） 表 2 各種インプラント（開封直後，大気圧プラズマ処理後）の表面組成（at％） アンダーライン：大気圧プラズマ処理により減少した元素 略号 開封直後 大気圧プラズマ Ti O C その他 Ti O C その他 Br-Bio Br-Fix Br-pi 3i Ossotite SETiO SETiO-P PLATON OsseoS ANK SLA SLActive INICELL＋APL Br-Mk TiUnite POI ALPHA OSSTEM 14.5 18.1 16.8 15.0 21.7 22.7 21.7 19.0 22.3 15.8 19.9 20.8 25.6 19.3 ─ 1.6 17.5 46.7 53.8 52.7 40.8 50.6 58.7 52.0 50.3 55.4 43.5 51.2 51.1 40.8 55.4 61.6 47.8 47.8 38.9 28.1 30.6 44.3 27.7 18.6 26.3 30.7 22.3 40.7 26.8 28.2 33.6 25.3 15.2 25.0 34.7 N Ca，Zn，Pb Ca Ca Zr，Na，Cl，Al Na，Ca，Si，Al P P Ca，P，Al Ca，P，Si Ca，Si，N 21.2 21.2 21.3 17.3 26.7 27.3 27.5 26.0 20.1 22.5 18.3 19.3 24.6 21.4 ─ 1.6 28.0 58.3 61.1 60.5 58.5 63.5 62.6 62.2 61.2 61.8 54.2 65.9 67.9 57.3 56.7 66.6 48.4 67.5 20.5 17.6 18.2 24.1 9.8 10.1 10.3 12.8 18.1 23.3 13.3 12.8 18.1 22.0 9.2 34.3 4.5 N Ca，Zn，Pb Ca Ca Zr，Na，Cl，Al Na，Ca，Si，Al P P Ca，P Ca，P Ca，Si，N
図 4 各種インプラントの大気圧プラズマ処理による
炭素量の変化 図 5 表面分類ごとの炭素量の変化
トは，SLA 分類が平均 138°の接触角であり超疎水性 を示した反面，SLA＋親水化は超親水性を示した．機 械加工，陽極酸化，HA／Blast 処理はこれらの中間の 値を示した．一方，大気圧プラズマ処理インプラント はすべての分類で超親水性を示した． 考 察 1. 市販インプラントの表面形状および表面組成 今回使用した市販インプラントはさまざまな表面形 状および表面性状（物理化学的性質）を有していた． 宮崎らは，各種チタン製骨内インプラントの表面形態 の観察や表面酸化被膜の分析を行い，特徴のある微細 な表面形態を有していたこと，酸化物被膜の厚さが大 きく異なっていたことを報告している23，24）．Dohan Ehrenfest らは，市販インプラントの表面について詳 細に検討し，材料，表面形状，表面組成を分類しそれ らをコード化して報告している25，26）． 本研究においても，表面観察，組成分析，および接 触角測定の結果を参考に，特徴的な 5 つの表面に分類 にすることができた． 表面形状に関し，機械加工に分類されるインプラン トは旋盤加工によると考えられる微細な線状痕が観察 されたが，Br-Bio は通常の旋盤加工による機械加工 面と異なり，スレッド内部に微細な凹凸が観察され た．これは機械加工とレーザーマイクロ加工を併用し ていることによるものと考えられた27）． SLA（ブラスト＋酸エッチング）および SLA＋親 水化に分類されるインプラント表面は，ブラスト処理 後と酸エッチング処理が併用されたマイクロ構造とナ ノ構造を有する微細構造を呈していた．なお，一部の インプラント表面には微細粒子が突き刺さったような 表面がごく一部位に観察された．これを電子線マイク ロアナライザー（EPMA，JXA-8200，日本電子，昭 島市）で分析した結果を図 9 に示す．微粒子はアルミ ナであることが確認され，ブラスト時にチタン基材に 突き刺さったアルミナ粒子が完全に除去できなかった ことが一因と推察される．これらの粒子は大気圧プラ ズマ処理によっても除去できず，XPS 分析において も Al は減少しなかった． 放電陽極酸化処理に分類されるインプラント表面 は，リン酸溶液中でスパーク陽極酸化（マイクロアー ク酸化）法により作製されることから，表面には微細 孔をもった独特の表面形状を呈していた． 表面組成に関し，OsseoS はブラスト処理と酸エッ チングを施して粗面を形成した後に，pH が 3.0～3.5 の 4％程度のフッ化ナトリウム（NaF）溶液に浸漬し て，あるいはブラスト処理後に希釈したフッ化水素酸 （HF）で表面処理され提供される28）．これらの処理に より表面が粗糙化し同時にフッ素化合物を形成すると されるが，われわれの分析においてはフッ素（F）の 存在は確認できなかった．これは，OsseoS 表面で検 出される F 量が極微量であった報告28）を参考にする と，本試料も XPS の検出限界付近の F 量であったと 考えられる．このような微量の F 量が骨形成に関与 するかの研究は行われておらず，さらなる検討の必要 性があると考えられる． 放電陽極酸化に分類される Br-Mk，TiUnite 表面に は相当量のリン（P）が検出された．これは，スパー 図 8 表面分類ごとの接触角（SLA：SETiO-P を 除く） 図 7 各種インプラントの開封直後および大気圧プラ ズマ処理後の接触角
ク陽極酸化処理がリン酸溶液中で行われることに由来 すると考えられる28，29）．この P の存在が放電陽極酸化 処理表面の骨形成能に影響することが考えられる． HA／Blast 処理インプラントに関し，POI には Ti が検出されずに Ca，P，O が検出され，表面観察に おいても球状物質が観察された．これは，POI は全面 が HA でコーティングされているためと推察された． ALPHA は HA 粒子によるブラスト処理によって作製 されているためか Ti 量はわずかであった．また， OSSTEM は HA 粒子によりブラスト後に酸処理され ているためか Ca 量は微量であった． 2. 市販インプラントの接触角 市販インプラント開封直後の親・疎水性（接触角で 評価）は，SLA に分類されるインプラントが超疎水 性を示した反面，SLA＋親水化インプラントは超親水 性を示した．機械加工，陽極酸化，HA／Blast 処理イ ンプラントはこれらの中間の値を示した． 本研究で大気圧プラズマ処理前の表面炭素量と接触 角の関係を調査した結果，表面炭素量の減少に伴って 接触角が低下する傾向は認められるものの，相関係数 は小さく両者間に有意な相関関係が認められなかった （図 10）．これは，接触角（親・疎水性）は表面炭素 量のみに依存せず，表面の微細構造や炭素以外の元素 の存在も影響している結果と考えられる． SLA と SLActive を比較した場合，前者は超疎水性 を示した反面，後者は超親水性を示した．この理由は， これらのインプラント表面形状がマイクロ構造とナノ 構造を有する微細構造を呈し，無限大に近い大きな表 面積を有していることに起因すると考えられる．すな わち，表面積は表面形状因子として接触角に大きな影 響を与え，無限大に近い表面積をもつ表面では平坦表 面での少しの疎水性が超疎水性（撥水性）に，少しの 親水性が超親水性に転じることが知られている30）．超 親水性を示した SLActive は，ブラスト処理と酸処理 を施す工程は SLA 処理と同じであるが，処理直後に 窒素雰囲気下で表面を清掃し直ちに生理食塩液の入っ たガラスチューブに入れシールドされ，インプラント は溶液の入った保存瓶に入れられて提供された16）．し たがって SLActive は，酸エッチングにより表面の汚 染層が除去され清浄な表面になったことに加えて，ブ ラスト＋酸処理による表面形状が相乗的に作用したた め超親水性を示したと考えられる16）． また，INICELL＋APL はインプラント本体（INI-CELL）と APLIQUIQ と称される溶液が同梱されて おり，指示書には本溶液には 0.05 M NaOH を含むと 記されていた．本研究では INICELL を付属溶液に 10 分間浸漬した後，軽く水洗して実験に供した．本イン プラントが超親水性を示した理由は，SLA 表面と同 様な表面形状と NaOH 処理による主にチタン酸ナト リウムの形成が相乗的に働いて超親水性を発揮したと 考えられる19）． 機械加工，陽極酸化，HA／Blast 処理インプラント はこれらの中間の値を示した．機械加工，陽極酸化に 分類されるインプラントは，SLA インプラントと比 較し微細なマイクロ・ナノ構造を有していなかった． これらのインプラントが SLA の炭素量と大差がない のにも拘わらず疎水性を示さなかったのは，このよう 図 9 一部の分類 SLA インプラント表面にみられた 微細粒子の EPMA 分析 図 10 開封直後のインプラント表面の炭素量 と接触角の関係
な表面形状が影響していると考えられる．HA／Blast 処理インプラントは，チタン酸化物と異なり表面に相 当量の HA が存在していたことから，HA の親水性が 影響を及ぼしたと考えられる． 3. 大気圧プラズマ処理の影響について 本研究の結果，大気圧プラズマ処理によりほぼすべ てのインプラント表面で炭素量の減少を認めた．また， 表面汚染と考えられる微量元素の量が減少した．さら に，本処理により，表面の異なるすべての市販インプ ラントは接触角がほぼゼロの超親水性に転じた． 大気圧プラズマ処理によりすべての市販インプラン トが超親水性に転じた理由は，緒言で述べた如く表面 に吸着している炭化水素が分解されたこと，および大 気中水分子と反応し表面により多くの水酸基を形成し た結果と考えられる30）．このように，大気圧プラズマ 処理は，SLActive や INICELL＋APL のような特殊 な処理を施した表面以外のインプラントにも超親水性 を付与できることが明らかとなった． 歯科領域への低温プラズマ処理の応用に関しては， 応用例の紹介レビュー31），本処理による超親水性表面 は接着性タンパク質フィブロネクチンが優先的に吸着 し細胞接着を促進すること3，4），線維芽細胞成長因子 （FGF-2）の産生が確認され血管新生が亢進するこ と32），線維芽細胞の増殖を促進すること7），インプラ ントの骨接触率が上昇すること33），チタンアバットメ ントへ応用し汚染の除去に寄与すること34，35）などが報 告されている． 本法と類似した物理修飾法に UV 照射法がある．プ ラズマ処理と UV 処理を施したチタン表面はともに超 親水性を示し，XPS 分析の結果では炭素量の著しい 減少と水酸基の増加が認められたことが報告されてい る30）．したがって，プラズマ処理と UV 照射では本質 的に差はなく，量的な違いこそあれ，表面に吸着した 疎水性有機物（ハイドロカーボン）が分解される効果 と，酸化チタン表面に水酸基が導入される効果が相 まって，超親水性を発揮するものと考えられる30）．し かし，本法と UV 処理法には処理時間で大きな差があ り，本法は 5 秒であるのに対し，市販の UV 法では 10 分以上の処理時間を要する． この違いの第一の要因は，照射エネルギーの違いに ある．すなわち，照射エネルギーは，本法が約 13 eV（波 長換算 95 nm）と非常に大きいが，インプラント処理 に通常使用されている UV（C）は約 5 eV（波長換算 250 nm）と比較的小さい．したがって，本法ではき わめて短時間での処理で超親水性表面が期待できる が，UV（C）処理では短時間で超親水性を得ること は難しい．これを解決するにはエキシマ UV（波長 172 nm）などの波長の短い UV を使用する必要があ ろう．第二の要因は排気時間の必要性である．本法は 大気中での直接処理であるから排気は不要であるが， UV 法では数分以上の排気時間が必要である．これら の要因が重なって処理時間に大きな差が生ずると考え られる．以上のごとく，本処理はきわめて短時間（5 秒程度）の処理で超親水性が得られ，UV 照射法が通 常 10 分以上の処理時間を必要としていることを考慮 すると，臨床現場での応用，特にインプラント埋入直 前の処理に適していると考えられる． しかし，本研究で用いた大気圧プラズマ装置は試作 品であり，円筒状のインプラント側面の全周に処理が できるような回転治具の設置，装置の一体化など，チェ アサイドで使用するには改善が必要である．臨床現場 で利用するために，本装置による処理はきわめて短時 間で完了することから，手術室での処理後ただちに埋 入することができる．もし，大気圧プラズマ処理後に さらに保管が必要な場合は，滅菌生理食塩水中で保管 することにより超親水性が持続すると考えられる30）． また，コストに関しては従来市販されている UV 装置 と同等以下に抑えることは可能である． 以上のように，大気圧プラズマ処理法はインプラン ト臨床に有効なツールになると考えられるが，臨床応 用における有効性に関してはエビデンスが得られてい ない．そのためには，生体反応に関わるインプラント 表面因子を検証し，エビデンスを構築しなければなら ない． 結 論 17 種類の市販インプラントに大気圧プラズマ処理 を施し，表面組成（特に炭素量）と表面濡れ性（接触 角）に与える影響を調査した結果，以下の結論が得ら れた． 1． 市販インプラントはさまざまな表面形状および 表面性状を有しており，表面観察，組成分析，
および接触角測定の結果から，機械加工，ブラ スト＋酸エッチング処理（SLA），SLA＋親水化 処理，（放電）陽極酸化，HA／Blast 処理に分類 された． 2． 大気圧プラズマ処理により，ほぼすべてのイン プラント表面で炭素量の減少が認められた． 3． 大気圧プラズマ処理により，すべて分類の市販 インプラント表面は接触角がほぼゼロの超親水 性に転じた． 以上より，大気圧プラズマ処理法は，大気中で処理 可能であり，きわめて短時間（5 秒程度）の処理で超 親水性表面が得られることから，臨床現場での応用， 特にインプラント埋入直前の処理に適していると考え られた． 文 献 1） Linderbäck P, Harmankaya N, Askendal A, et al. The ef-fect of heat- or ultra violet ozone-treatment of titanium on complement deposition from human blood plasma. Biomaterials 2010；31：4795─4801. 2） Harmankaya N, Igawa K, Stenlund P, et al. Healing of complement activating Ti implants compared with non-activating Ti in rat tibia. Acta Biomaterialia 2012；8： 3532─3540.
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