JP2959111B2 - 針状ヒドロキシアパタイト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に生体高分子等の吸着及び分離に有効な
湿式合成された針状ヒドロキシアパタイトに関する。

〔従来技術〕

ヒドロキシアパタイトの合成法には、湿式法と乾式法
とがあるが、安価な合成法として湿式法が有利である。

ヒドロキシアパタイトは、その形状により、板状又は
針状のものに分類され、板状ヒドロキシアパタイトは、
塩基性生体高分子の吸着性に優れているが、酸性生体高
分子の吸着性が劣り、又カラムに充填すると、通液性が
悪いという問題がある。

一方、針状ヒドロキシアパタイトは、カラムに充填し
た際の通液性が良く、酸性生体高分子の吸着性に優れて
いるが、塩基性生体高分子の吸着性が劣るという問題が
ある。

又、今までに合成された板状及び針状のいずれのヒド
ロキシアパタイトも、カラム充填して生体高分子等の吸
着及び分離を行うと、吸着及び分離を再現性良く行うこ
とができなかった。即ち、カラム内のヒドロキシアパタ
イトに生体高分子等を一旦吸着させた後、希薄な状態か
ら高濃度へ濃度を一定速度で変化させながら溶離液をカ
ラム内へ通液すると、生体高分子等の脱離を開始する溶
離液濃度（以下開始濃度という）は、本来一定であるべ
きところ、長時間通液したり、同じ操作を複数回行った
りすると、開始濃度が変化してしまうという再現性欠如
の問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、特に生体高分子等の吸着及び分離に有効な
湿式合成された針状ヒドロキシアパタイトであって、生
体高分子の吸着及び分離に際して、酸性生体高分子及び
塩基性生体高分子のいずれに対しても良好な吸着・分離
特性を示し、かつ再現性に優れたものを提供することを
課題とするものである。

（ロ）発明の構成 〔課題を解決する手段〕 湿式合成された針状ヒドロキシアパタイトは、陽イオ
ンであるカルシウムイオンと陰イオンであるリン酸イオ
ン及びリン酸水素イオンを主成分とする他、陰イオン成
分として水酸イオン及び炭酸イオン等を含有する化合物
であるが、本発明者が鋭意検討した結果、水酸イオン及
び炭酸イオン等の陰イオン成分の含有量が特定の範囲に
ある化合物は、従来のヒドロキシアパタイトに比較し
て、吸着・分離特性が極めて良好であることを見出し、
本発明を完成するに到った。

即ち、本発明は、リン酸イオン及びリン酸水素イオン
以外の陰イオン成分（以下、特定陰イオン成分という）
の含有量が、7.0〜9.0wt％であることを特徴とする、湿
式合成された針状ヒドロキシアパタイト（以下単にヒド
ロキシアパタイトという）である。

以下、本発明について詳細に説明する。

先ず、ヒドロキシアパタイトの湿式合成法について述
べる。

ヒドロキシアパタイトの湿式合成法は、既知の方法を
いずれも採用することができるが、特に次の方法は、吸
着・分離特性に優れたものが得られる点で好ましい。

即ち、六角柱状又は針状のモネタイトと水酸化カリウ
ム及び／又は水酸化リチウムを加熱下に反応させる方法
である。

六角柱状又は針状のモネタイトを得るには、リン酸２
ナトリウム又はリン酸２カリウムと塩化カルシウムを高
温で混合攪拌して合成する方法が好ましい。この際、モ
ネタイトの原料であるカルシウム化合物中のカルシウム
とリン化合物中のリンのモル比は、0.9〜1.1の範囲にあ
ることが好ましい。又、一般に水溶液として供給され
る、モネタイトの原料であるカルシウム化合物とリン化
合物の濃度は、各々0.05〜2.0モル／の範囲が好まし
く、更に好ましくは0.1〜1.0モル／である。この範囲
からずれて製造したモネタイトを用いてヒドロキシアパ
タイトを製造すると、ヒドロキシアパタイト以外に副生
成物が生じる結果、吸着・分離特性が低下する恐れがあ
る。

モネタイトを得る際の反応温度は、ブラッシャイトの
脱水転位温度である75℃以上であることが望ましく、よ
り望ましくは90℃以上、特に望ましくは95℃以上であ
る。90℃未満では、一部未反応なブラッシャイトが残
り、純水なモネタイトを得ることが困難となる恐れがあ
る。

次いで得られたモネタイトと水酸化カリウム及び／又
は水酸化リチウムとを加熱下に反応させることにより、
ヒドロキシアパタイトを得ることができる。この際の加
熱温度は、前記のモネタイトの反応と同様に、ブラッシ
ャイトの転位温度以上であることが好ましく、より好ま
しくは90〜100℃の範囲である。加熱温度が、ブラッシ
ャイトの転移温度未満では、得られるヒドロキシアパタ
イトの粒径が小さくなる傾向がある。

水溶液として用いる水酸化カリウム及び／又は水酸化
リチウムの濃度は、低い程、大粒径のヒドロキシアパタ
イト凝集体を得ることができるが、低すぎると生産効率
が悪くなるので、モネタイトを存在させた熱水中に添加
する場合、0.1〜５モル／の範囲が好ましく、更に好
ましくは0.2〜２モル／の範囲である。

水酸化カリウム及び／又は水酸化リチウムの使用量
は、モネタイト１モルに対して、0.4モル以上が好まし
く、更に高純度のヒドロキシアパタイトを得るには、0.
6モル以上とすることが好ましい。

上記アルカリの使用量は、多すぎると反応の結果得ら
れるヒドロキシアパタイトの水洗に時間がかかり効率的
ではないので、好ましくはモネタイト１モルに対して１
モル以下である。

上記のようにして得たヒドロキシアパタイトは、特定
陰イオンの含有量が多過ぎるため、後述する方法によ
り、特定陰イオンの含有量を7.0〜9.0wt％としなければ
ならない。

特定陰イオンは、ヒドロキシアパタイトにおける、リ
ン酸イオン及びリン酸水素イオン以外の陰イオンであ
り、具体的には水酸イオン、炭酸イオン又はフッ素イオ
ン等の陰イオンである。

特定イオンのうち、炭酸イオン及びフッ素イオンは、
合成により容易にヒドロキシアパタイトの陰イオンとし
て導入されることが知られており、これらの陰イオンを
少量導入した場合にも、優れた吸着・分離特性を発揮す
るが、合成反応を容易に行うことができるという点か
ら、本発明においては、水酸イオンが主な陰イオンであ
り、その他の特定陰イオンとしては、大気中の炭酸ガス
に起因する炭酸イオンが、湿式合成中又は湿式合成後に
おいて微量導入される程度である。

特定陰イオン成分の含有量が7.0wt％未満であると、
吸着・分離の再現性はかなりあるが、塩基性生体高分子
の吸着容量が小さいと同時に酸性生体高分子及び塩基性
生体高分子の相互分離が不可能であるという問題があ
り、一方特性陰イオン成分の含有量が9.0wt％を越える
と、酸性生体高分子に対する吸着容量が低下すると同時
に吸着・分離の再現性がなくなるという問題がある。

ヒドロキシアパタイトにおける水酸基及び炭酸基の合
計量の割合を調整する方法には特に制限がないが、最も
一般的には、上記のように湿式合成により得た生成物
を、常圧下、100〜300℃の温度で２〜50時間乾燥すれば
良い。なお、一般的傾向として、高温又は長時間で乾燥
する程、ヒドロキシアパタイトにおける水酸基及び炭酸
基の合計量の割合は、小さくなり、乾燥温度及び乾燥時
間は、上記範囲内で適宜調整すれば良い。

又、湿式合成後の上記乾燥は、常圧下以外に、減圧下
又は加圧下でもよく、減圧下の乾燥、特に真空凍結乾燥
では、常圧下より低温、短時間の乾燥で所望の調整が可
能である。

本発明のヒドロキシアパタイトを保存するに際して
は、変質を防止するために、真空乾燥器等に入れておく
ことが望ましい。

ヒドロキシアパタイトにおける特定陰イオン成分の含
有量を分析する方法は、一般的な分析方法でよく、例え
ばICP（高周波プラズマ発光）分析及び赤外線吸収スペ
クトル分析がある。

ヒドロキシアパタイト中における特定陰イオンの含有
量は、例えば以下のようにして算出される。

即ち、上記分析方法により、カルシウムイオン及びリ
ン酸イオンの合計量（Ａ）を求め、試料重量（Ｂ）から
合計量（Ａ）を除いた量の試料重量に対する割合〔（Ｂ
−Ａ）×100/B）〕として算出される。

なお、特定陰イオンの分析に際しては、分析試料から
付着水を除去するために、例えば60℃で数時間から24時
間乾燥することが望ましい。

〔実施例〕

以下、本発明を更に具体的に説明する。

参考例1. 先ず、針状ヒドロキシアパタイトを以下のようにして
合成した。

即ち、撹拌機及び冷却管を取りつけた３フラスコに
純水１を仕込み、95℃に加熱した後、0.5モル／の
塩化カルシウム水溶液と0.5モル／のリン酸２ナトリ
ウム水溶液各１を５時間かけて滴下し、針状結晶のモ
ネタイトからなる凝集体を得た。

引き続き同温度で、１モル／の水酸化カリウム水溶
液300mlを１時間かけて滴下し、針状ヒドロキシアパタ
イトを得た。

実施例1. 上記参考例１において合成した針状ヒドロキシアパタ
イトを200℃で４時間乾燥することにより、特定陰イオ
ンの含有量が8.3wt％である針状ヒドロキシアパタイト
を得た。

実施例2. 上記参考例１において合成した針状ヒドロキシアパタ
イトを300℃で４時間乾燥することにより、特定陰イオ
ンの含有量が7.5wt％である針状ヒドロキシアパタイト
を得た。

比較例1. 上記参考例１において合成した針状ヒドロキシアパタ
イトを60℃で４時間乾燥することにより、特定陰イオン
の含有量が9.7wt％である針状ヒドロキシアパタイトを
得た。

比較例2. 上記参考例１において合成した針状ヒドロキシアパタ
イトを400℃で４時間乾燥することにより、特定陰イオ
ンの含有量が6.7wt％である針状ヒドロキシアパタイト
を得た。

比較例3. 上記参考例１において合成した針状ヒドロキシアパタ
イトを500℃で４時間乾燥することにより、特定陰イオ
ンの含有量が6.5wt％である針状ヒドロキシアパタイト
を得た。

（吸着特性試験） 上記で得た針状ヒドロキシアパタイトを用いて、酸性
蛋白質及び塩基性蛋白質の吸着量を以下のようにして測
定した。

即ち、先ず、酸性蛋白質である牛血清アルブミン（Bo
vine−Serum−albmin Fraction V、以下BSAという）
〔（株）シグマ社製試薬〕を、５ミリモル／のリン酸
塩緩衝液（PH7.0）と混合することにより、1mg/mlの試
料溶液とした。

この試料溶液の5mlを上記で得た針状ヒドロキシアパ
タイトの0.1gに加え、４℃に保温しながら、15分毎に２
時間振盪した。なお、予備実験により、２時間の振盪に
より、吸着は平衡に達することが確認されている。

上記のように、ヒドロキシアパタイトと充分接触させ
た試料溶液の上清液を濾過し、波長が280nmの吸光度を
測定することにより、試料溶液に残存するBSAの濃度を
求め、ヒドロキシアパタイトにおけるBSAの吸着量を算
出した。

BSAを塩基性蛋白質であるリゾチームクロライド（以
下単にリゾチームという）〔東京化成（株）製、試薬卵
白〕に変えた以外は、BSAの濃度を求めた方法と同様に
して、リゾチームの吸着量を算出した。

それらの結果を、表１に示した。

上記表１から、実施例１及び実施例２で得たヒドロキ
シアパタイトは、比較例２及び３の場合に比較して、酸
性蛋白質及び塩基性蛋白質の吸着容量が大きいことがわ
かる。

なお、比較例１で得たヒドロキシアパタイトは、酸性
蛋白質及び塩基性蛋白質の吸着容量は大きが、後述する
ように酸性蛋白質と塩基性蛋白質とを分離することがで
きない欠点がある。

（蛋白質の溶離試験） 上記で得た針状ヒドロキシアパタイトを用いて、酸性
蛋白質及び塩基性蛋白質の溶離が開始する濃度（以下単
に開始濃度という）を以下のようにして測定した。

即ち、先ず、内径8mm、高さ30cmのガラス製オープン
カラムに、上記で得たヒドロキシアパタイトをベッドボ
リュームで10cc充填し、これに上記吸着特性試験におい
て調製したBSA及びリゾチームの試料溶液100μを通液
することにより、BSA及びリゾチームを吸着させた。

次にリン酸塩緩衝液（PH7.0）を、５ミリモル／か
ら300ミリモル／まで、リニアグラジエント法により3
0分間通液し、吸着したBSA及びリゾチームを溶離させ
た。

上記のように濃度を上昇させながらリン酸塩緩衝液を
通液した際において、BSA及びリゾチームが溶離し始め
た濃度を、全く同じ操作で５回測定した。それらの結果
における１、３及び５回目の結果を表２に示した。

上記表２から、実施例１で得たヒドロキシアパタイト
を用いた場合、再現性に優れており、更にBSAがリゾチ
ームより低濃度において溶出することから、酸性蛋白質
及び塩基性蛋白質の分離に有効であることがわかる。

一方、比較例１、２及び３で得たヒドロキシアパタイ
トを用いた場合は、いずれも再現性に欠けている。但
し、比較例１で得たヒドロキシアパタイトを用いた場合
は、やや再現性が良いが、BSAとリゾチームが同じ濃度
で溶離することから、酸性蛋白質及び塩基性蛋白質の分
離は不可能であることがかる。

（ハ）発明の効果 本発明のヒドロキシアパタイトは、特に生体高分子等
の吸着及び分離に有効であって、生体高分子の吸着及び
分離に際して、酸性生体高分子及び塩基性生体高分子の
いずれに対しても良好な吸着・分離特性を示し、かつ再
現性に優れたものである。

フロントページの続き 審査官 大工原 大二 (56)参考文献 特開 昭63−64905（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C01B 25/32 A61K 6/033

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リン酸イオン及びリン酸水素イオン以外の
   陰イオン成分の含有量が、7.0〜9.0wt％であることを特
   徴とする、湿式合成された針状ヒドロキシアパタイト。