JPH03280958A - 燐酸カルシウム化合物成形体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は骨欠損部あるいは空隙部充填用材料として好適
な性能を有する燐酸カルシウム化合物成形体およびその
製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 事故や疾病あるいは抜歯等により骨損傷を来した場合、
骨欠損部あるいは空隙部の充填が必要となる。

生体の硬組織代替物としては５ＵＳ３１６等のステンレ
ス鋼、Ｔｉ及びＴｉ合金、バイタリウム、プラスチック
等各種の金属ならびに有機物が用いられているが、これ
らは生体に対する親和性が良好でなく、また骨との結合
性も全くなく、しかも使用中溶解や劣化等を伴ない溶解
物が毒性を有するものなどもあフた。

そこで、生体組織に対して無害であることはいうまでも
なく親和性や結合性に優れた材料が要求されるに至り、
これらを満足するものとしてセラミックス系材料が注目
されている。中でも燐酸カルシウム系セラミックスは、
骨と同じ成分であること、骨と高い親和性を示すこと、
しかも骨との間に化学的結合を形成すること等から注目
されるようになってきた。

燐酸カルシウム系セラミックスとしては、アパタイト類
特にヒドロキシアパタイト［Ｃａ６（ＰＯ４）１０（Ｏ
Ｈ）２］およびβ−ＴＣＰ　［β−Ｃａ　ｓ（Ｐ　０４
）２　］が近年特に注目されている。しかしこれらは実
際の臨床適用における初期の骨形成性が必ずしも良好で
なく、場合によっては組繊細胞がこれらの表面を取り巻
いて、骨との結合を阻害する状況が認められ、この欠点
を改善する必要がある。

この点の解決策の一つとして、骨芽細胞の侵入を促し、
結合力を高めるために孔径が１０〜３０μｍの連続気孔
を設けた成形体が提案されている。例えば特開昭６０−
２１７６３号、特開昭６２−１５８１７５号公報にはヒ
ドロキシアパタイト（以下ＨＡＰという）原料粉に有機
物を混合し、焼成時に有機物を焼失せしめて多孔体とす
る方法、あるいは特開昭６２−１．２６８０号公報には
成形体をいったん粉砕して表面粗度の高い顆粒状物を作
製し、これを再混合焼成して多孔体とする方法が開示さ
れている。

ところが前者のＨＡＰｉ料粉と有機物を単に混合して焼
成する方法においては、混合を十分に行なわないと気孔
分布がかたより、連続気孔とならずに所期の目的である
骨芽細胞の侵入に“むら”が生じて死花となってしまう
こと、期待されるほどの機械的強度が得られないこと等
の欠点がある。また後者の粉砕により粗表面を形成した
後混合焼成して多孔体とする方法では、製造工程が複雑
となるだけでなく、粉砕時の粒度分布制御の困難性を伴
なうため気孔率を制御することが難しいこと、また気孔
分布にばらつきを生じ易いこと、さらには粉砕粒が鋭利
な角を有するために生体細胞がとり付籾難いこと等の問
題があった。

［発明が解決しようとする課題］ そこで本発明者らは骨芽細胞の侵入性が良好で、且つ溶
解吸収により新生骨との置換がすみやかにおこなわれる
燐酸カルシウム化合物成形体を開発して先に出願を済ま
せた（特願昭６３−２６３２７９）、該燐酸カルシウム
化合物成形体とは、３０〜５００μｍの開口径を有する
骨芽細胞侵入孔を内包することによって成形体表面積の
１０倍以上の表面積を有するとともに、前記骨芽細胞侵
入孔を除いた基質部における気孔の気孔率が３０％以下
であることを特徴とするものであり、成形体表面に連続
開気孔を設けて表面積を上げることにより骨芽細胞の侵
入を促すと共にＣａの持続的溶出という作用効果を発揮
させて、新生骨の成長期間中を通じてＣａを供給できる
こととなり、骨誘導機能が向上して新生骨の成長を更に
促進することが可能となった。

尚先願発明において成形体の実質的な表面積を理論表面
積の１０倍以上としたのは、１０倍未満では骨芽細胞の
侵入とＣａの溶出速度が小さくて骨誘導性が芳しくない
からであり、成形体の理論表面積を１０倍以上とするた
めに骨芽細胞侵入孔の開口径を３０〜５００μｍとした
ものである。

但し上記の様な骨芽細胞侵入孔を設ζづると強度を低下
させるという不都合な面もあるので、強度低下を防ぐた
めに骨芽細胞侵入孔を除いた基質部における気孔の気孔
率を３０％以下と定めた。

また上記先願発明の成形体は、粒径５μｍ以下の燐酸カ
ルシウム化合物粉末およびバインダ液から平均粒径３０
〜２００μｍの１次粒子を造粒し、次いで該１次粒子、
前記バインダ液と同一又は異なったバインダ液および前
記燐酸カルシウム化合物と同一又は異なった燐酸カルシ
ウム化合物粉末から２次粒子を造粒した後、該２次粒子
をそのままあるいは焼成した後、前記バインダ液と同一
又は異なったバインダ液を加えて成形し焼成することに
よって得られる。

しかしながら上記先願発明に係る燐酸カルシウム化合物
成形体であっても骨欠損部に埋入する際に該成形体の一
部が脱落しやすいことが見比され、該成形体の強度をさ
らに向上させる技術が要望されている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記事情に着目してなされたものであって、３
０〜５００μｍの間口径を有する骨芽細胞侵入孔を内包
することによって成形体表面積の１０倍以上の表面積を
有するとともに、前記骨芽細胞侵入孔を除いた基質部に
おける気孔の気孔率が３０％以下である燐酸カルシウム
化合物成形体であって、上記基質部における気孔に前記
燐酸カルシウムと同一又は異なった燐酸カルシウム化合
物の微粒子を侵入せしめてなることを要旨とするもので
ある。

また上記燐酸カルシウム化合物を製造するにあたっては
、粒径５μｍ以下の燐酸カルシウム化合物粉末およびバ
インダ液から平均粒径３０〜２００μｍの１次粒子を造
粒し、次いで該１次粒子、前記バインダ液と同一又は異
なったバインダ液および前記燐酸カルシウム化合物と同
一又は異なった燐酸カルシウム化合物粉末から２次粒子
を造粒した後、該２次粒子をそのままあるいは焼成した
後、前記バインダ液と同一又は異なったバインダ液を加
えて成形し、得られた成形体をそのままあるいは焼成し
た後、前記燐酸カルシウム化合物と同一又は異なった燐
酸カルシウム化合物を含有するスラリーを含浸して焼成
する方法を用いればよい。

［作用］ 本発明に係る燐酸カルシウム化合物成形体は、焼成体の
粒子間の接合を強化する目的で、１μｍ以下、望ましく
は０．５μｍ以下のアパタイト微粒子を含有するスラリ
ーに成形体を含浸させ、毛細管の原理に従って該スラリ
ーを成形体の開気孔を通して内部深くまで含浸させた後
乾燥焼成を行なうことにより得られるので成形体の強度
向上が可能である。

また上記スラリーに含浸し、乾燥焼成する工程を繰り返
すことによって成形体の強度をさらに高めることができ
る。

尚本発明に係るバインダとしては、ポリビニルアルコー
ル溶液、ヒドロキシプロピルセルロース溶液およびその
他通常用いられている有機バインダを用いることができ
る。

また無機バインダとしては燐酸カルシウムのスラリー、
例えばＨＡＰの懸濁液やβ−ＴＣＰの懸濁液等を用いる
ことができる。さらにカルシウムアルコキシドと燐の酸
素酸のアルキルエステルとの非水溶媒中における反応生
成物である燐酸カルシウムゾル等も無機バインダとして
用いることができる（有機成分も含んでいるが、有機成
分は乾燥時あるいは焼成の初期に揮発してしまうので無
機バインダの範嗜に入れることができる）。上記燐酸カ
ルシウムゾルとしてはＨＡＰゾルやβ−ＴＣＰゾルが好
ましいものとして挙げられる。そして乾燥時および焼成
時においてバインダ成分中の揮発成分や熱分解成分が除
去されてこの部分が骨芽細胞侵入孔および基質部の気孔
となる。

また本発明に用いる燐酸カルシウム系スラリーとじては
前記無機バインダとして挙げたものを用いることができ
る。

また本発明は焼成温度によって限定されるものではない
が、焼成温度が１３００℃を超えるとアパタイトが溶解
性及び為害性の高いαＴＣＰに転心するので、焼成温度
は１３００℃以下とするのが好ましい。

さらに成形体の基質部の密度を高めたい場合には、焼成
前の成形体をＨＩＰ（静水圧高圧プレス法）条件下で９
００℃以上にて熱処理すれば良い。また成形体表面を水
蒸気雰囲気下に養生してやればＨＡＰのひずみが解消で
きる。

［実施例］ 実験例１ 直径３６０ｍｍのパン型転勤造粒機に粒径５μｍ以下の
ＨＡＰ粉末５００ｇを装入し、５％ポリビニルアルコー
ル（ＰＶＡ）液４８０ｍ１を２０分間にわたってスプレ
ー圧１　ｋｇ／ｃｍ２以下で噴霧しながら粒径５０〜１
００μｍになるように造粒し、ついでこれに９０３のＨ
ＡＰ粉末を加えて調湿し１次粒子とした。さらにこの１
次粒子に１０％ＰＶＡ液３００ｍ１を前記と同条件で２
０分間にわたって噴霧しながらＨＡＰ粉末１２０ｇを徐
々に加え２次粒子を造粒した。該２次粒子に１０％ＰＶ
Ａ液５１を加えて成形体とし、該成形体を１２５０℃で
焼成したものを比較例１の試験片とした。

焼成前の上記成形体と比較例１の成形体に、平均粒径０
．５μｍのＨＡＰを０．５％含有する懸濁液を含浸した
後、１２５０℃で焼成して得た成形体を、夫々本発明例
１及び本発明例２の試験片とした。上記３種の試験片に
ついて理論表面積、実表面積、骨芽細胞侵入孔径（平均
）及び破壊試験による強度を測定した。結果は第１表に
示す。

尚上記３種の試験片は、いずれも粒径５μｍ以下の燐酸
カルシウム化合物粉末およびバインダ液から平均粒径３
０〜２００μｍの１次粒子を造粒し、次いで該１次粒子
、バインダ液及び前記燐酸カルシウム化合物粉末から２
次粒子を造粒した後、該２次粒子に上記バインダ液を加
えて成形し焼成したものであるが、上記試験片を用いて
動物試験を行なったところいずれも２週間で非常に良好
な骨誘導能を示したことから、上記試験片は骨芽細胞の
侵入性が良く、適度なＣａの溶出により新生骨の形成が
すみやかに行なわれたことがわかる。

実験例２ 実験例１と同様にして造粒した２次粒子を、乾燥後１２
００℃で焼成し、粒径６００〜１０００μｍ（平均７０
０μｍ）の多孔質顆粒体を得た。

該顆粒体に１０％ＰＶＡ液１０ｍ１を加えて成形体とし
、該成形体を１２５０℃で焼成したものを比較例２の試
験片とした。

焼成前の上記成形体と比較例２の成形体に、平均粒径０
．５μｍのＨＡＰを５％含有するスラリーを含浸させた
後、１２５０℃で焼成して得た成形体を、夫々本発明例
３及び本発明例４の試験片とした。

次に比較例２の成形体を用いて、平均粒径０．５μｍの
ＨＡＰを５％含有するスラリーを含浸させて乾燥させる
工程を５回繰り返した後、１２５０℃で焼成して得た成
形体を本発明例５の試験片とした。

上記４種の試験片について理論表面積、実表面積、骨芽
細胞侵入孔径（平均）及び破壊試験による強度を測定し
た。結果は第１表に併記する。

尚上記試験片を用いて動物試験を行なったところ、いず
れも２週間で非常に良好な骨屈導能を示した。

実験例３ カルシウムエトキシド２６０ｇ、亜燐酸トリエチル２０
０ｇを、エチレングリコール１．３　ｆとエチルアルコ
ール２１の混合液に溶解した後、純水１０ｍ１を注意深
く加えアパタイトゾルを得た。

他方直径３６０ｍａ＋のパン転勤造粒機にＨＡＰ粉末５
００ｇを装入し、前記の様にして得たアパタイトゾル５
００ｍ１を２０分間にわたってスプレー圧１　ｋｇ／ｃ
ｍ２以下で噴霧しなから粒径５０〜１００μｍになるよ
う造粒し、ついでこれに９０ｇのＨＡＰ粉末を加えて調
湿し１次粒子とした。さらにこの１次粒子に上記アパタ
イトゾルを３００ｍ１、前記条件と同条件で２０分間噴
霧しながら、ＨＡＰ粉末１２０ｇを徐々に加え２次粒子
を造粒した。該２次粒子を乾燥後１２００℃で焼成して
粒径６００〜１０００μｍ（平均７００μｍ）の多孔質
顆粒体を得た。該顆粒体に前記アパタイトゾル５ｍｌを
加えて成形し、１２５０℃で焼成して得た成形体を比較
例３の試験片とした。

次に比較例３の得た成形体に前記アパタイトゾル５ｍｌ
を含浸して１２５０℃で焼成して得た成形体を本発明例
６の試験片とした。

上記２種の試験片について理論表面積、実表面積、骨芽
細胞侵入孔径（平均）及び破壊試験による強度を測定し
た。結果は′ｓ１表に併記する。

尚上記試験片を用いて動物試験を行なったところ、 いずれも２週間で非常に良好な骨誘導能を示した。

果 表 本発明に係る燐酸カルシウム化合物成形体は、燐酸カル
シウム化合物を含有するスラリーを含浸した後焼成して
得られたものであるので、比較例に比べて強度が向上し
ていることがわかるヶまた上記スラリーの含浸・乾燥工
程を５回繰り返した本発明例６は特に強度が高いことが
わかる。

［発明の効果］ 本発明は以上のように構成されているので、骨芽細胞の
侵入性が良く、適度なＣａの溶出により新生骨の形成が
すみやかに行なわれると共に、骨欠損部充填材として優
れた機械的強度を有する燐酸カルシウム化合物成形体お
よびその製造方法が提供できることとなりた。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）３０〜５００μｍの開口径を有する骨芽細胞侵入
   孔を内包することによって成形体表面積の１０倍以上の
   表面積を有するとともに、前記骨芽細胞侵入孔を除いた
   基質部における気孔の気孔率が３０％以下である燐酸カ
   ルシウム化合物成形体であって、上記基質部における気
   孔に前記燐酸カルシウムと同一又は異なった燐酸カルシ
   ウム化合物の微粒子を侵入せしめてなることを特徴とす
   る燐酸カルシウム化合物成形体。
2. （２）請求項（１）記載の燐酸カルシウム化合物成形体
   を製造する方法であって、粒径５μｍ以下の燐酸カルシ
   ウム化合物粉末およびバインダ液から平均粒径３０〜２
   ００μｍの１次粒子を造粒し、次いで該１次粒子、前記
   バインダ液と同一又は異なったバインダ液および前記燐
   酸カルシウム化合物と同一又は異なった燐酸カルシウム
   化合物粉末から２次粒子を造粒した後、該２次粒子をそ
   のままあるいは焼成した後、前記バインダ液と同一又は
   異なったバインダ液を加えて成形し、得られた成形体を
   そのままあるいは焼成した後、前記燐酸カルシウム化合
   物と同一又は異なった燐酸カルシウム化合物を含有する
   スラリーを含浸して焼成することを特徴とする燐酸カル
   シウム化合物成形体の製造方法。