JPH0365504A - ヒドロキシアパタイトの製造方法 - 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】 （イ）発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明はヒドロキシアパタイト、特に生体高分子のクロ
マトグラフ分離用充填剤（以下「分離用充填剤」と称す
る。）として有用なヒドロキシアパタイトを製造する方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

ヒドロキシアパタイトは、人工骨や人工歯牙等のインブ
ラント材料として、また蛋白質や核酸等の生体高分子の
分離用充填剤として最近注目され、開発が進んでいる。

生体高分子の分離用充填剤としてのヒドロキシアパタイ
トは、チセリウス等によって最初に開発された〔エイ・
チセリウス、ニス・ヒエ−ルチン、オ・レヴイン；アー
カイヴズ　オブバイオケミストリイ　アンド　バイオフ
イズイックス（Ａ、Ｔｉ５ｅｌｉｕｓ、　Ｓ、Ｈｊｅｒ
ｔｅｎ　ａｎｄ　Ｏ，Ｌｅｖｉｎ；Ａｒｃｈ、　Ｂｉｏ
ｃｈｅｎ＋、　Ｂｉｏｐｈｙｓ、）　６５．１３２　（
１９５６）］。

この合成方法は、塩化カルシウム水溶液と燐酸２ナトリ
ウム水溶液を等モルづつ、室温下で可及的緩慢な攪拌の
中に滴下混合することにより、ブラッシャイト（ＣａＨ
ＰＯ４・２Ｈ２０）を生成せしめ、次いで過剰のアルカ
リを添加することによりヒドロキシアパタイトを合成す
るものである。

しかしチセリウス等の方法により合成されたヒドロキシ
アパタイトは板状でかつその粒子径が小さいため、これ
をガラス円筒等のカラムに充填し、クロマトグラフに用
いた場合に、展開させる生体高分子の処理液の流速が極
めて遅くなるという欠点を有するものであった。従って
通液速度を高めるためには、高圧下で強制的に処理液を
カラムに通す必要があり、工業的規模での分離用充填剤
として使用するには不適当であった。

チセリウス等の合成方法の改良法としては、ブラシシャ
イト（ＣａＨＰＯ４・２ＨｚＯ（Ｃａ／　Ｐのモル比＝
１）〕やブラッシャイトより得られるモネタイト（Ｃａ
ＨＰＯ４（Ｃａ／　Ｐのモル比＝１））に、Ｃａ分を補
ってヒドロキシアパタイト（Ｃａ　Ｉｏ　（ＰＯ４）　
ｈ（ＯＨ）　ｚ　　（Ｃａ　／　Ｐのモル比−１，６７
））とする方法や、合成を特定の温度で実施する方法等
が試みられてきた。

前者の方法としては、特開昭５３−８１４９９号や特開
昭６３−１５９２０７号に記載された発明がある。

しかしながら特開昭５３−８１４９９号に記載の発明は
、高温・高圧で反応を行う点で、また特開昭６３−１５
９２０７号に記載された発明は、湿式摩擦粉砕を要する
点で、どちらも工業的スケールで実施するには向かない
方法である。

後者の方法としては、特開昭６２−２０２８０８号や特
開昭６２−１７６９０６号に記載された発明がある。

チセリウス等の方法ではまず最初にプランジャイトを合
成してから過剰のアルカリの存在下で加熱してヒドロキ
シアパタイトを生成せしめるのに対し、これらの方法で
は、最初から加熱状態で反応させることにより、ブラシ
シャイトの生成を避けて直接モネタイトを生成させるか
、またはブラシシャイトを加熱脱水させモネタイトとし
た後に、アルカリを加えて中和して製造するものである
。

この方法で得られたヒドロキシアパタイトは、粒径があ
る程度大きくなり、分離用充填剤として用いた場合には
前者の方法で得られたものに比べれば処理液の通液性が
良好となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、特開昭６２−２０２８０８号の方法で得
られたヒドロキシアパタイトは、原料であるモネタイト
の形状をそのまま受は継いだ板状または鱗片状のもので
あり、特開昭６２−１７６９０６号のものは粒径がまだ
小さく、いずれも工業的規模での大量の生体高分子処理
液を処理するための分離用充填剤としては、未だ通液性
が不充分であり、充分な流速を得るには加圧等の手段を
要していた。

更に、両者とも結晶性が低く、構造上脆弱であるため、
粒子が破壊し易く、かつクロマトグラフに用いる際、使
用できるｐ　Ｈの領域が狭いという欠点も有していた。

（ロ）発明の構成 〔課題を解決するための手段〕 本発明者等は、生体高分子等の吸着・溶離性に優れ、粒
径が大きく、かつ微小粒子の生成が極めて少ないヒドロ
キシアパタイトの製造方法について鋭意検討した結果、
本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、六角柱状または針状のモネタイトと水酸
化カリウムおよび／または水酸化リチウムを加熱下に反
応させることを特徴とするヒドロキシアパタイトの製造
方法である。

ブラシシャイトまたはモネタイトとアルカリを加熱下で
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
自体は、前記の通り公知であり、アルカリとして何れも
水酸化ナトリウムのみが用いられている。

ヒドロキシアパタイトの出発原料であるモネタイトの製
造方法としては、燐酸２ナトリウムまたは燐酸２カリウ
ムと塩化カルシウムを出発原料として、室温で混合撹拌
してブラシシャイトとした後、加熱脱水により転移させ
る方法、上記原料を脱水転移温度以上の高温で混合攪拌
して合成する方法、或いは他の公知のカルシウム化合物
と燐化合物を反応させる方法等があるが、六角柱状また
は針状結晶のモネタイトを得るには、燐酸２ナトリウム
または燐酸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最も好ましい。ブラシシャイトを
脱水転移させて得られるモネタイトは通常、板状又は鱗
片状である。

ヒドロキシアパタイト（Ｃａ　＋　ｏ　（ＰＯ４）　ｂ
　（ＯＨ）　ｚ　〕はＣａ／Ｐのモル比が１．６７であ
り、かつモネタイトからヒドロキシアパタイトを得る反
応は次式のとおりであるところから、モネタイトの原料
であるカルシウム化合物中のＣａとリン化合物中のＰの
モル比は０．９〜１．１の範囲にあることが好ましい。

１０ＣａＨＰ０４→Ｃａ＋ｏ（ＰＯａ）６（ＯＨ）ｚ＋
４ＨｔＰＯａこの範囲からずれて製造されたモネタイト
を用いて製造されたヒドロキシアパタイトは、Ｃａ／Ｐ
のモル比が１．６７よりずれ、純粋なヒドロキシアパタ
イト以外に副生物が生成し、その性能が低下するおそれ
がある。

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
は水溶液として供給されるが、その際の濃度は、各々０
．０５〜２．０モル／２の範囲が好ましく、更に好まし
くは０．１〜１．０である。

２、０モル／ｌを超えると、モネタイト中に燐酸３カル
シウム等の副生物が混在し、最終的にヒドロキシアパタ
イトの純度が落ち、分離用充填剤として使用する際に吸
着量が減少する。−方０．０５モル／ｆ２未満では、得
られるヒドロキシアパタイトの粒径が細かくなり通液量
が悪くなるおそれがある。

この濃度範囲では、濃度が高い程、生成する粒子の粒径
が大きくなり通液性能が向上し、濃度が薄い程、吸着性
能が向上する傾向を示し、用途によって濃度を選べばよ
い。

反応温度はブラシシャイトの脱水転移温度である７５゛
Ｃ以上であることが望ましく、より望ましくは９０°Ｃ
以上、特に望ましくは９５°Ｃ以上である。９０°Ｃ未
満では、一部未反応なブラシシャイトが残り純粋なモネ
タイトが得にくく、また１００°Ｃを超える場合には水
の急激な沸騰が起こり、モネタイトの凝集化が進み難く
、微小粒子が生威し易い。しかしｌＯＯｏＣを超える場
合でも、例えば加圧等により沸騰を防ぐ場合はこの限り
ではない。

次いで得られたモネタイトと水酸化カリウムおよび／ま
たは水酸化リチウムを加熱下に反応させることで、目的
とするヒドロキシアパタイトを得ることができる。

具体的にはモネタイトを存在させた熱水中に水酸化カリ
ウムおよび／または水酸化リチウムの水溶液を滴下する
方法、或いは加熱した該アルカリ水溶液中にモネタイト
を添加してヒドロキシアパタイトを得る方法がある。

反応温度は、前記のモネタイトの反応と同様に、ブラシ
シャイトの転移温度以上であることが好ましく、より好
ましくは９０〜１００″Ｃの範囲である。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。

一般にこの反応では、短時間でも転移温度未満の経緯を
たどると、得られるヒドロキシアパタイトの粒径が小さ
くなる傾向があるので、ブラッシャイト〜モネタイト〜
ヒドロキシアパタイトの製造工程は、温度を保ちつつ一
貫生産を行うことが好ましい。

水溶液として用いる水酸化カリウムおよび／または水酸
化リチウムの濃度に特に制限はないが、濃度が低い程、
大粒径のヒドロキシアパタイト凝集体を形成する。しか
し極端に薄い場合には生産効率が悪くなり実用的ではな
い。具体的には、モネタイトを存在させた熱水中に水酸
化カリウムおよび／または水酸化リチウムの水溶液を添
加させる場合、その濃度は、０．１〜５モル／ｌの範囲
が好ましく、更に好ましくは０゜２〜２モル／ｌの範囲
である。

水酸化カリウムおよび／また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の上限は特にないが、あまり多い
と、得られるヒドロキシアパタイトの水洗に手間がかか
り効率的ではなく、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。

本発明で得られたヒドロキシアパタイトは、燐酸塩緩衝
液中に貯蔵できる。また加熱乾燥させて乾燥籾粒体とし
ても、未乾燥品と性能的に何ら差はない。

本発明で得られたヒドロキシアパタイトは、その粒径が
極めて大きく、かつ１０μｍ未満の微小粒子は殆どない
ので、篩等で分級せずにそのまま分離用充填剤として使
用可能である。

〔作用〕

従来、ヒドロキシアパタイトの製造方法において、水酸
化カリウムおよび／または水酸化リチウムを使用した例
や、この場合の卓越した効果について開示しているもの
は皆無である。

水酸化カリウムおよび／または水酸化リチウムを加熱下
で反応させることにより、公知の水酸化ナトリウムを用
いた場合に比べて、得られるヒドロキシアパタイトの粒
径が大きく、微小粒子が少なく、かつ結晶性が高くなる
理由は定かでないが、アルカリ金属の電離度や原子半径
の違いによるものと推定される。

〔実施例〕

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を更に詳しく
説明する。

実施例１ 撹拌機、冷却管を付帯した３１フラスコに純水１１を仕
込み、９５°Ｃに加熱した後、０．５モル／Ｉ！、の塩
化カルシウム水溶液と０．５モル／ｌの燐酸２ナトリウ
ム水溶液各１１を５時間かけて滴下し、六角柱状結晶の
モネタイトからなる凝集体を得た。

引続き同温度で、１モル／ｌの水酸化カリウム水溶液３
００ｍ１を１時間かけて滴下し、六角柱状結晶のヒドロ
キシアパタイト（以下ヒドロキシアパタイト（Ａ）とい
う）を得た。

実施例２ アルカリとして、水酸化カリウムの代わりに水酸化リチ
ウムを用いた以外は、実施例１と同様にしては実施例１
と同じ条件で反応を行い、六角柱状結晶のヒドロキシア
パタイト（以下ヒドロキシアパタイト（Ｂ）という）を
得た。

実施例３ 燐酸２ナトリウムの代わりに燐酸２カリウムを用いた以
外は、実施例１と同じ条件で反応を行い、六角柱状結晶
のヒドロキシアパタイト（以下ヒドロキシアパタイト（
Ｃ）という）を得た。

実施例４ ０．２５モル／ｌの塩化カルシウム水溶液１１と０．２
５モル／ｌの燐酸２ナトリウム水溶液１１を使用し、か
つ反応温度を９８°Ｃとした以外は、実施例１と同じ条
件でモネタイトを得た。

引続き、同温度で１モル／ｌの水酸化カリウム水溶液２
００ｍ１を１時間かけて滴下し、六角柱状結晶のヒドロ
キシアパタイト（以下ヒドロキシアパタイト（Ｄ）とい
う）を得た。

実施例５ 塩化カルシウム、燐酸２ナトリウムの濃度を１モル／ｌ
、水酸化リチウムの濃度を２モル／ｌとした以外は、実
施例２と同じ条件で反応を行い、六角柱状結晶のヒドロ
キシアパタイト（以下ヒドロキシアパタイト（Ｅ）とい
う）を得た。

比較例１ 水酸化カリウムの代わりに水酸化ナトリウムを使用した
以外は、実施例１と同し条件で反応を行い、六角柱状結
晶のヒドロキシアパタイト（以下ヒドロキシアパタイト
（Ｆ）という）を得た。

比較例２ アルカリとしてアンモニア水を使用する以外は、実施例
１と同し条件で反応を行い、六角柱状結晶のヒドロキシ
アパタイト（以下ヒドロキシアパタイト（Ｇ）という）
を得た。

比較例３ ０．５モル／ｌの塩化カルシウム水溶液１１と０．５モ
ル／ｉ！、の燐酸２ナトリウム水溶液ＩＡを使用し、反
応温度を室温とした以外は、実施例１と同様にしてプラ
ッシャイトを得た。引続き温度を９５°Ｃとし、１モル
／ｌの水酸化ナトリウム水溶液３００ｍ１を１時間かけ
て滴下し、板状結晶のヒドロキシアパタイト（以下ヒド
ロキシアパタイト（Ｈ）という）を得た。

比較例４ 実施例１で使用した容器に純水ｌｌを仕込み、室温下に
０．５モル／ｌの塩化カルシウム水溶液と０．５モル／
ｌの燐酸２ナトリウム水溶液各１２を５時間かけて滴下
し、板状のブラッシャイトからなる懸濁水を得た。この
懸濁水を１８０分間加熱沸騰させて、プラッシャイト粒
子をモネタイト粒子に脱水転移させた。

次いで、攪拌しながらこの温度で１モル／１の水酸化ナ
トリウム水溶液３００ｍ１を１時間かけて滴下し、更に
２０分間攪拌を継続し、ヒドロキシアパタイト（以下ヒ
ドロキシアパタイト（１）という）を得た。

この粒子は、厚さ約３μｍ、直径１０〜２０μｍ程度と
比較的粒径が大きく、かつ微小粒子が少ない板状結晶で
あった。

以上の方法で得られた各ヒドロキシアパタイトについて
、次の各試験を行った。

（結晶性試験） ヒドロキシアパタイト（Ａ）および（Ｂ）について、粉
末Ｘ線回折法により、結晶性を調べた。その結果を図１
および２に記す。

なお、この試験は次の条件で行った。

機器：理学社製ＧＥＩＧＥＲＦＬＥＸ ２０２８型 ターゲット；銅 フィルター：ニッケル 電圧：３０ｋＶ 電流＝２０ｍＡ Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　Ｓｌ　ｉｔ　：　０．６　ｌ１ｍ
（粒度分布） 得られたヒドロキシアパタイト（Ａ〜■）について、堀
場製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置ＬＡ−５０
０を用いて粒度分布を測定し、それぞれの平均粒径およ
び１０μｍ以下の含有量を体積基準で求めた。

結果を表１に記す。

また、ヒドロキシアパタイト（Ａ）と（Ｆ）については
、その粒度分布を図３および図４に示した。なお、ヒド
ロキシアパタイト（Ａ）の平均粒径は８９．４μｍで１
０μｍ以下の割合は０．２ｖｏｌ、％であり、一方ヒド
ロキシアパタイト（Ｆ）の平均粒径は６２．８μｍで１
０μｍ以下の割合は４．　Ｏｖｏｌ、％であった。

これらの結果から、水酸化カリウムまたは水酸化リチウ
ムを用いて得られるヒドロキシアパタイトは、水酸化ナ
トリウムやアンモニアを使用して得られるものより、粒
度が大きくかつ微小粒子が少ないことがわかる。

（通液性試験） 内径１２．５ｍｍ、長さ４０ｃｍのガラス製オープンカ
ラムにベツドボリューム１５ｃｃとなるように、ヒドロ
キシアパタイトを充填し、更に純水を加え全量が３０ｃ
ｃとなるように調製した。

これにｐＨ＝７．０のリン酸塩緩衝液を常圧下で通液し
、単位時間当りの流出量（ＣＣ／１ｌｒ）を測定した。

この結果を表１に記す。

表１ 本１測定せず。

（吸着・溶離試験） リゾチームクロライド（東京化成■製、試薬卵黄）およ
びボビン　セラム　アルブミン（Ｂｏｖｉｎ　５ｅｒｕ
＋ｍ　Ａｌｂｕｍｉｎ　、以下ＢＳＡという、■シッフ
社製　試薬　Ｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｖ）それぞれＩＢを５
ミリモル／ｌのリン酸塩緩衝液（ｐＨ＝７゜０）でＩｍ
ｇ／ｍｌに希釈した処理液１００μｆを、ヒドロキシア
パタイト（Ａ）、（Ｂ）および（Ｆ）をベツドボリュー
ムで１０ｃｃ充填した内径８ｍｍ、高さ３０ｃｍのガラ
ス製オーブンカラムに通液した。

いずれのヒドロキシアパタイトも、リヅチームクロライ
ドおよびＢＳＡの吸着は１００％であった。

次にリン酸塩緩衝液（ｐ　Ｈ＝　７．０　）を、５ミリ
モル／ｌから３００ミリモル／ｌまで、リニアグラジェ
ント法により３０分間通液し、吸着したり′ゾチームク
ロライドおよびＢＳＡを）容離させた。採取した試料を
東ソー■製ゲルパーミェーションクロマトグラムで定量
し、下式で溶離率を求めた。

溶離率−（溶離量／吸着量）Ｘ１００（χ）この結果を
表２に記す。

表２ （ハ）発明の効果 本発明で得られたヒドロキシアパタイトは、結晶性が高
く、粒径が大きく、しかち微小粒子が極めて少ないので
、分離用カラ１、充填剤として分級せずにそのまま使用
でき、かつ処理液はカラム内を常圧下でも十分な速度で
流れ、更に粒子の破壊が少ないことから、工業的規模で
の大量かつ長時間の処理が可能であり、又広範囲のｐ　
Ｈ領域で使用可能である。

本発明で得られたヒドロキシアパタイトは、特に蛋白質
、核酸および酵素等の生体高分子の分離用充填剤として
好適なものである。

【図面の簡単な説明】

図１および図２は、実施例１および２で得られたヒドロ
キシアパタイト（Ａ）および（Ｂ）の粉末Ｘ線回折図で
ある。 図中、横軸は度数、縦軸は強度（ｃｐｓ）を示す。 図３および４は、実施例１および比幀列１で得られたヒ
ドロキシアパタイト（Ａ）および（Ｆ）の粒度分布を体
積基準で示した図である。 図中、横軸は粒径（μｍ）、縦軸は頻度（Ｆ％：棒グラ
フの目盛り）および累積度数（Ｕ％二曲線の目盛）を示
す。 図５は、実施例１で１１られたヒドロキシアパタイト（
Ａ）の粒子描込に関する実体顕微鏡写真であり（倍率１
００倍）、図６は、同粒子の粒子構造に関する走査型電
子顕微鏡写真である（倍率１０００倍）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、六角柱状または針状のモネタイトと水酸化カリウム
   および／または水酸化リチウムを加熱下に反応させるこ
   とを特徴とするヒドロキシアパタイトの製造方法。