JP2000211978A - 多孔セラミック材料の製造方法 - Google Patents

多孔セラミック材料の製造方法

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JP2000211978A
JP2000211978A JP1149099A JP1149099A JP2000211978A JP 2000211978 A JP2000211978 A JP 2000211978A JP 1149099 A JP1149099 A JP 1149099A JP 1149099 A JP1149099 A JP 1149099A JP 2000211978 A JP2000211978 A JP 2000211978A
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Hoki Rin
林峰輝
Shunkyoku Yo
姚俊旭
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は優れた骨充填材料となる多孔セ
ラミック材料の製造方法を提供することである。さらに
当製造方法では、異なる結晶相から成る多孔セラミック
材料を得ることができ、また、得られた多孔セラミック
材料の結晶相組成比を制御することができるものとす
る。 【解決手段】本発明の多孔セラミック材料の製造方法は
おもに以下のステップを含む。(a)動物の海綿骨を準
備する、(b)当海綿骨を加熱処理し、有機成分を除去
する、(c)有機成分を除去した海綿骨をリン酸塩水溶
液に浸ける、(d)乾燥後、900℃以上で焼結し、異
なる結晶相から成る多孔セラミック材料を得る。浸すリ
ン酸塩の種類と濃度を調節するだけで、多孔セラミック
材料の結晶相の種類と組成比を制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は多孔セラミック材料
の製造方法に関するもので、とくに骨充填材料として使
用できる多孔セラミック材料の製造方法に関連する。
【0002】
【従来の技術】異種骨移植にとって最大の問題は生体の
異物排斥反応である。過去に多くの学者が冷凍、煮沸、
化学薬品への浸入など様々な方法を研究しているが、い
ずれも効果的に異物反応を抑えることはできなかった。
1988年にミッテルマイヤー(Mittelmeie
r)らが高温加熱処理で牛骨から異物反応を惹起する有
機成分を完全に除去し、生物親和性が高い無機成分を残
すことに成功した。骨内無機成分はおもにCa10(PO
4)6(OH)2(ヒドロキシアパタイト:HAP)であ
り、有機成分を除去した後、残った鉱物組成は冶金、圧
結された材料のようで、長時間の加熱処理で焼結し、固
いセラミック構造となる。牛から摘出した海綿骨は多く
の多孔構造を有する。孔隙率は70%以上の体積比を占
めている。このため、この方法を利用し、HAPを主成
分とする天然多孔セラミック材料を得ることができる。
現在、整形外科領域において骨欠損を補充する骨充填材
料として汎用されている。生きた海綿骨における主な無
機成分はHAPであり、ヒトの骨成分と同じである。こ
のため、体内において高い生物親和性を示す。しかし、
骨成分が似ているため、骨環境において安定した状態を
形成し、生物活性が徐々に低下してしまう。近年、溶出
性が高いβ−リン酸三石灰(β−TCP)をHAPに加
え、2相(HAP/β−TCP)を形成するセラミック
材料の研究がすでに行われている。動物実験の結果、2
相セラミック材料は単相のHAPやβ−TCPに比べ骨
組織において高い移植効果が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は優れた
骨充填材料となる多孔セラミック材料の製造方法を提供
することである。さらに当該製造方法では、異なる結晶
相から成る多孔セラミック材料を得ることができ、ま
た、得られた多孔セラミック材料の結晶相組成比を制御
することができるものとする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の多孔セラミック
材料の製造方法はおもに以下のステップを含む。(a)
動物の海綿骨を準備する、(b)当該海綿骨を加熱処理
し、有機成分を除去する、(c)有機成分を除去した海
綿骨をリン酸塩水溶液に浸ける、(d)乾燥後、900
℃以上で焼結し、異なる結晶相から成る多孔セラミック
材料を得る。本発明の製造方法により、HAP/β−T
CAである二相又はHAP/β−TCA/SCPである
三相の多孔セラミック材料を作成することができる。さ
らにβ−TCA/SCPである二相またはβ−TCA単
相の多孔セラミック材料を得ることもできる。SCPは
リン酸カルシウムナトリウムである。HAP/β−TC
A二相又はHAP/β−TCA/SCP三相の多孔セラ
ミック材料はHAPを含む多相多孔セラミック材料で、
HAP又はβ−TCP単相より高い臨床効果が得られて
いる。さらに本発明の製造方法は、リン酸塩濃度を調節
することで、異なるHAP/β−TCP組成比の二相構
造を得ることができる。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の多孔セラミック材料の製
造方法は、動物の海綿骨を原料とし、当該海綿骨を加熱
処理して有機成分を除去する。その後リン酸塩水溶液に
浸し、乾燥した後、900℃以上で焼結し、二相の多孔
セラミック材料を得る。当該製造法に使用される動物の
海綿骨は、動物の海綿骨であればなんでも使用でき、特
別な制限はない。哺乳類の海綿骨がより望ましく、牛、
馬、豚、ウサギ、ラット、ニワトリ、鴨、ガチョウ、魚
などがよく使用される。その形状やサイズにも制限はな
い。通常、豚又は牛の海綿骨を0.1〜10cm3の大き
さに切断している。当該製造法は動物の海綿骨を加工原
料としており、加熱処理において油が爆発し、原料内部
に大量の亀裂が入るのを避けるため、動物の海綿骨に含
まれる有機成分を除去する必要がある。有機成分の除去
方法は非常に多く、技術者によく知られているため、本
発明では特別に制限せず、骨中の有機成分を除去できれ
ば方法を問わない。本発明の実施例においては、加熱処
理を採用する。動物の海綿骨を沸騰水に入れて6時間煮
沸し、油分を除去する。油分を除去した後の牛骨をさら
に医薬用アルコールで脱水し、70℃のオーブンで3日
間乾燥させる。処理後の動物海綿骨を白金坩堝中の高温
炉で加熱し、有機成分を除去し、温度を5℃/分の速度
で上げ、800℃で6時間加熱して、動物海綿骨の有機
成分を完全に除去する。本発明の製造方法において使用
されているリン酸塩水溶液は、リン酸アルカリ金属塩水
溶液、リン酸アルカリ土金属塩水溶液、リン酸アンモニ
ウム水溶液などが含まれる。有機成分を除去し、焼結す
るを待つ動物の海綿骨を異なる濃度のリン酸塩水溶液に
浸す。乾燥後に、900℃以上の高温で焼結し、各種多
孔セラミック材料を得ることができる。得られる多孔セ
ラミック材料の結晶相構造については、XRD、FTI
Rおよび走査電子顕微鏡などで成分と組成比を決定す
る。その方法は汎用されているため、ここでは触れな
い。
【0006】本発明をより明確に説明するため、実施例
を以下に示すが、出願する特許の範囲はこれに限らな
い。実施例1 牛大腿骨の膝関節に近いところから海綿骨を取り出し、
電気のこぎりで1cm3の大きさに切り揃える。6時間水
で煮沸して油分を除去し、医薬用アルコールで脱水した
後、70℃のオーブンで3日間乾燥する。処理した牛の骨
を白金坩堝の高温炉内に入れ、有機成分を除去した後、
5℃/分の速度で温度を上げ、800℃で6時間加熱
し、有機成分を完全に除去する。有機成分を除去した牛
の骨を濃度0.01mol/lのリン酸ナトリウム水溶液
に24時間浸し、取り出した後にろ紙で余分なリン酸ナ
トリウム水溶液を吸い取り、70℃のオーブンで水分を
除去する。リン酸ナトリウムで処理された牛の骨を13
00℃で焼結すると、HAP/β−TCPの二相多孔セ
ラミック材料が得られる。浸すリン酸塩水溶液濃度と得
られた多孔セラミック材料との関係は図1に示されてい
る。実施例2〜4 実施例1の手順で、リン酸ナトリウム水溶液濃度をそれ
ぞれ0.02、0.03、0.04mol/lとし、有機
成分を除去した牛の骨を浸す。1300℃で焼結する
と、それぞれHAP/β−TCPの二相多孔セラミック
材料が得られる。浸すリン酸塩水溶液濃度と得られた多
孔セラミック材料との関係は図1に示されている。実施例5〜9 実施例1の手順で、リン酸ナトリウム水溶液濃度をそれ
ぞれ0.05、0.06、0.07、0.08、0.0
9mol/lとし、有機成分を除去した牛の骨を浸す。1
300℃で焼結すると、それぞれHAP/β−TCP/
SCPの三相多孔セラミック材料が得られる。浸すリン
酸塩水溶液濃度と得られた多孔セラミック材料との関係
は図1に示されている。実施例10 実施例1の手順で、リン酸ナトリウム水溶液濃度を0.
10mol/lとし、有機成分を除去した牛の骨を浸す。
1300℃で焼結すると、β−TCP/SCPの二相多
孔セラミック材料が得られる。浸すリン酸塩水溶液濃度
と得られた多孔セラミック材料との関係は図1に示され
ている。実施例11〜19 実施例1の手順で、リン酸アンモニウム水溶液濃度をそ
れぞれ0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、
0.5、0.6、0.7、0.8mol/lとし、有機成
分を除去した牛の骨を浸す。1300℃で焼結すると、
それぞれHAP/β−TCPの二相多孔セラミック材料
が得られる。浸すリン酸塩水溶液濃度と得られた多孔セ
ラミック材料との関係は図2に示されている。実施例20〜21 実施例1の手順で、リン酸アンモニウム水溶液濃度をそ
れぞれ0.9および1.0mol/lとし、有機成分を除
去した牛の骨を浸す。1300℃で焼結すると、それぞ
れβ−TCPの単相多孔セラミック材料が得られる。浸
すリン酸塩水溶液濃度と得られた多孔セラミック材料と
の関係は図2に示されている。
【0007】
【発明の効果】図1と図2に示されているように、本発
明の製造方法により各種多孔セラミック材料が作成でき
るだけではなく、浸すリン酸塩の種類と濃度を調節する
だけで、多孔セラミック材料の結晶相の種類と成分比を
制御することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】リン酸ナトリウム濃度と多孔セラミック材料の
関係(実施例1〜10の牛海綿骨)
【図2】リン酸アンモニウム濃度と多孔セラミック材料
の関係(実施例11〜20の牛海綿骨)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4C081 AB04 BA13 BB08 CD31 CF011 CF021 CF031 CF21 DA01 DB03 DC13 EA02 EA04 4G019 GA04 4G030 AA01 AA03 AA08 AA41 BA35 CA03 CA09

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)動物の海綿骨を準備する、(b)該
    海綿骨を加熱処理し、有機成分を除去する、(c)該有
    機成分を除去した該海綿骨をリン酸塩水溶液に浸ける、
    (d)乾燥後、900℃以上で焼結し、異なる結晶相か
    ら成る多孔セラミック材料を得るというステップを含む
    ことを特徴とする、一種の多孔セラミック材料の製造方
    法。
  2. 【請求項2】前記動物の海綿骨を牛の海綿骨とすること
    を特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
  3. 【請求項3】前記海綿骨を水中で煮沸して油分を除去
    し、乾燥後、600〜800℃に加熱して該海綿骨の前
    記有機成分を除去する方法をステップ(b)の加熱処理
    とすることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
  4. 【請求項4】前記リン酸塩水溶液と、リン酸アルカリ金
    属塩水溶液、リン酸アルカリ土金属塩水溶液、またはリ
    ン酸アンモニウム水溶液(NH4)2HPO4水溶液とす
    ることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
  5. 【請求項5】前記リン酸塩水溶液をリン酸ナトリウム
    (Na4P2O7・10H2O、NP)水溶液とすることを
    特徴とする、請求項4に記載の製造方法。
  6. 【請求項6】前記リン酸塩水溶液を前記リン酸ナトリウ
    ム水溶液とし、該水溶液濃度を0.001〜0.10mo
    l/lとすることを特徴とする、請求項1に記載の製造
    方法。
  7. 【請求項7】前記多孔セラミック材料をHAP/β−T
    CPの二相多孔セラミック材料とすることを特徴とす
    る、請求項1に記載の製造方法。
  8. 【請求項8】前記多孔セラミック材料をHAP/β−T
    CP/SCPの三相多孔セラミック材料とすることを特
    徴とする、請求項1に記載の製造方法。
  9. 【請求項9】ステップ(a)の前記海綿骨を0.1〜1
    0cm3の大きさに切り揃えることを特徴とする、請求項
    1に記載の製造方法。
  10. 【請求項10】ステップ(c)の前記リン酸塩水溶液の
    濃度を0.001〜0.09mol/lとし、且つステッ
    プ(d)の焼結温度を900〜1350℃とし、前記H
    AP/β−TCPの前記二相多孔セラミック材料又は前
    記HAP/β−TCP/SCPの前記三相多孔セラミッ
    ク材料を得ることを特徴とする、請求項1に記載の製造
    方法。
  11. 【請求項11】前記リン酸塩水溶液を前記リン酸アンモ
    ニウム水溶液とすることを特徴とする、請求項1に記載
    の製造方法。
  12. 【請求項12】ステップ(c)の前記リン酸塩水溶液を
    前記リン酸アンモニウム水溶液とし、該水溶液の濃度を
    0.005〜0.8mol/lとし、且つステップ(d)
    の焼結温度を900〜1350℃とし、前記HAP/β
    −TCPの前記二相多孔セラミック材料を得ることを特
    徴とする、請求項11に記載の製造方法。
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Cited By (5)

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