JPH05208877A

JPH05208877A - リン酸カルシウム系セラミックス多孔体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05208877A
Application number: JP4038744A
Authority: JP
Inventors: Naohisa Takano; 直久高野; Katsuyoshi Ina; 克芳伊奈; Takuji Yoshimura; 卓二吉村
Original assignee: Taiyo Kagaku Kogyo Co Ltd; Kanebo Ltd
Current assignee: Taiyo Kagaku Kogyo Co Ltd; Kanebo Ltd
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1992-01-28
Publication date: 1993-08-20

Abstract

(57)【要約】【構成】リン酸カルシウム系セラミックスよりなり気
孔径が１０〜１００μｍ、開気孔率が４０〜８０％の球
状連通気孔を有するリン酸カルシウム系セラミックス多
孔体，並びに球状気孔形成材が２０〜６０重量％、リン
酸カルシウム系セラミックスが４０〜８０重量％からな
るグリーン体を圧縮成型し、これを８００〜１４００℃
で焼成することを特徴とする。【効果】生体適合性に優れたリン酸カルシウム系セラ
ミックス多孔体及びその製造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は骨充填材、人工骨、人工
歯根等生体材料に適したリン酸カルシウム系セラミック
ス多孔体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】リン酸カルシウム系セラミックスは脊椎
動物の骨や歯を構成する生体硬組織の主要成分である。
その為、生体親和性に優れたセラミックス材料として注
目されており、人工骨、人工歯、人工歯根、骨充填材等
生体材料への応用が活発に進められている。中でもそれ
を多孔体に仕上げたリン酸カルシウム系セラミックス多
孔体は、生体内組織とリン酸カルシウム系セラミックス
との接触面積が大きい為、生体内での活性が高く、人工
骨等に適しているとされてきた。しかしながら、従来の
リン酸カルシウム系セラミックス多孔体は、気泡剤を用
いて泡を含むリン酸カルシウム系セラミックスのスラリ
ーを濾過したケーキを硬化させ、或はそれを焼成して製
造される。更に他の方法として、発泡樹脂スポンジの表
面にリン酸カルシウム系セラミックスを付着せしめ、こ
れを焼成したりして製造される。従ってこれらのリン酸
カルシウム系セラミックス多孔体は、気孔構造が不定型
であり、得られる多孔体の強度が低い問題がある。更
に、気孔径が均一でない為、生体内に埋設した場合、リ
ン酸カルシウム系セラミックス多孔体の気孔内を血管が
効率的に成長しない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは既存のリ
ン酸カルシウム系セラミックスの有する上記問題点に鑑
み鋭意研究を重ねた結果本発明を完成したもので、その
目的は、生体適合性に優れたリン酸カルシウム系セラミ
ックス多孔体及びその製造方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、リン酸カル
シウム系セラミックスよりなり気孔径が１０〜１００μ
ｍ、開気孔率が４０〜８０％の球状連通気孔を有するリ
ン酸カルシウム系セラミックス多孔体、並びに球状気孔
形成材が２０〜６０％、リン酸カルシウム系セラミック
スが４０〜８０重量％からなるグリーン体を圧縮成型
し、これを８００〜１４００℃で焼成することを特徴と
するリン酸カルシウム系セラミックス多孔体の製造方法
によって達成される。

【０００５】本発明の骨格部をなすリン酸カルシウム系
セラミックスは、例えば組成式、Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）
₆（ＯＨ）₂、Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂、ＣａＨＰＯ、Ｃａ
（Ｈ₂ＰＯ₄）₂、Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）₆Ｏ等で示される
化合物の単独体或は複合物、更に酸化カルシウムとリン
酸を主成分とするガラス又はガラスセラミックスを挙げ
る事が出来る。これらの中で生体親和性に優れるＣａ₁₀
（ＰＯ₄）₆（ＯＨ）₂、Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂、Ｃａ₁₀
（ＰＯ₄）₆Ｏが好ましい。特に、生体骨組織の大部分
を形成するＣａ₁₀（ＰＯ₄）₆（ＯＨ）₂が好ましい。
本発明に用いるリン酸カルシウム系セラミックスは、出
発原料或は製造工程である程度の微量成分を含有させる
ことが出来る。含有出来る元素としては、Ｂａ，Ｍｇ，
Ｓｒ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｆ，Ｃｌ等を挙げることが出来る。
本発明の気孔径及び開気孔率は、生体内に埋設後、血管
の成長、新骨の生成に不可欠な要素である。つまり、こ
の気孔の存在により血管は成長でき、新骨が生成され
る。本発明の気孔径は、血管生成に適した気孔径を取る
必要がある。気孔径は、１０〜１００μｍ、好ましくは
３０〜８０μｍである。気孔径が１０μｍ未満では好ま
しい血管成長は生じない。一方、１００μｍを越えると
多孔体の強度が低くなる。本発明の気孔は連通気孔であ
る必要がある。閉気孔では血管は成長しない。本発明の
開気孔率は４０〜８０％である。開気孔率が４０％未満
では好ましい血管成長は生じない。一方、８０％を越え
ると多孔体の強度が低くなる。本発明のリン酸カルシウ
ム系セラミックス多孔体は、球状気孔形成材とリン酸カ
ルシウム系セラミックス粉末を前以て混合し、これを圧
縮成型してグリーン体と成し、次いでこれを焼成するこ
とによって製造される。本発明の気孔形成材としては、
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイ
ロン樹脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂
等からなる球状粒子、スチレン樹脂、ポリエチレン樹脂
等からなる発泡ビーズ等を挙げることが出来る。気孔を
球状連通気孔構造とする為には、球状気孔形成材同志が
互いに接触した状態で成型する必要があり、成型方法と
しては圧縮成型法が好適である。圧縮成型法としては、
乾式プレス成型法、半乾式プレス成型法、射出成型法、
押し出し成型法等を挙げることが出来る。本発明におい
て球状気孔形成材の配合量は２０〜６０重量％である。
２０重量％未満であると形成される気孔体積が少なく、
血管成長が不充分である。一方、６０重量％を越えると
多孔体の強度が低くなる。

【０００６】本発明においてリン酸カルシウム系セラミ
ックスの配合量は４０〜８０重量％である。このリン酸
カルシウム系セラミックスの配合量と球状気孔形成材の
配合量は表裏一体の関係にある。即ち、リン酸カルシウ
ム系セラミックスの配合量が４０重量％未満であると強
度が低くなり、一方、８０重量％を越えると血管成長が
不充分である。本発明では、グリーン体中の球状気孔形
成材が連続して接触する事により、初めて球状連通気孔
が形成出来る。気孔径は、球状気孔の「ネック部」の直
径により規定される。従って用いる球状気孔形成材の直
径は、最終製品の気孔径の３〜６倍のものを選定するの
がよい。しかしながら、成型時の圧縮力や焼成時の収縮
等により一概に決定されるものではなく、製造条件に合
わせて適宜選定されるものである。グリーン体は次いで
焼成される。焼成方法は、公知の電気炉、ガス炉等の装
置を用いて実施出来る。通常先ず、５００℃程度の低温
で脱脂し、気孔形成材を熱分解により除去せしめるのが
よい。次いで焼成を行なうが、焼成温度は８００〜１４
００℃、好ましくは１０００〜１３００℃である。８０
０℃未満であると得られる多孔体の強度が低く、１４０
０℃を越えるとリン酸カルシウム系セラミックスの溶融
や分解が生じる。このように本発明のリン酸カルシウム
系セラミックスは球状気孔とする事により通常の不定型
気孔に比べて得られる焼成体の強度の向上が計れる。更
に、予め厳密な寸法形状に制御された気孔形成材を選定
して用いるので、気孔径及びその分布を生体適合性が優
れるように厳密に制御出来る。又、開気孔率はリン酸カ
ルシウム系セラミックスと球状気孔形成材との混合比、
或は焼成温度等によって適宜制御出来る。本発明のリン
酸カルシウム系セラミックス多孔体は顆粒状、或はブロ
ック状等使用部位の形状、形態に合わせて適宜使用出来
る。又、得られたリン酸カルシウム系セラミックス多孔
体を後加工により適宜形状に賦型出来る。

【０００７】

【発明の効果】本発明のリン酸カルシウム系セラミック
ス多孔体及びその製造方法により生体適合性に優れたリ
ン酸カルシウム系セラミックス多孔体を提供出来る。

【０００８】（実施例１）所定量の水酸化カルシウムの
懸濁液にリン酸溶液を滴下し、高速攪拌下で反応させ、
更に８０℃で１０時間熟成し、濾過及び２００℃で乾燥
してヒドロキシアパタイトのケーキ状物を得た。次い
で、得られたヒドロキシアパタイトのケーキ状物を５０
０℃で焼成し、粉砕してヒドロキシアパタイト粉末を得
た。ヒドロキシアパタイト粉末とアクリル性樹脂ビーズ
を重量比で６５：３５で混合し、これを乾式プレス成型
しグリーン体を得た。グリーン体をガス焼成炉に設置
し、５００℃で４時間脱脂した後、引き続き１１００℃
で１時間焼成してリン酸カルシウム系セラミックス多孔
体を作製した。尚ここで気孔径は使用する樹脂ビーズの
大きさを変化させて表１に示すように調整した。尚、こ
こで気孔径及び開気孔率は水銀圧入法で求めた。又、生
体適合性及び曲げ強度については以下に示す基準に従っ
て評価した。

【０００９】〔生体適合性〕得られたリン酸カルシウム
系セラミックス多孔体を粉砕し、次いで整粒して３００
〜８００μｍの顆粒と成し、犬の顎骨欠損部に埋設し、
４０日後その生体適合性を観察した。生体適合性評価基準 ○：気孔内に血管が生成し、新骨の生成が顕著に認めら
れる。 △：気孔内に僅かに血管が生成し、新骨の生成が認めら
れる。 ×：血管は生成せず、新骨は顆粒の外周に僅かに生成す
る。

【００１０】〔曲げ強度〕得られたリン酸カルシウム系
セラミックス多孔体を５×１０×６０ｍｍの短冊状に加
工し、室温にて３点曲げ試験を実施し、次式に示す計算
式より曲げ強度を算出した。尚、ここでスパンは４０ｍ
ｍ、クロスヘッドスピードは０．５ｍｍ／ｍｉｎで行っ
た。 σ₃＝３ＰＬ／２ｂｈ² Ｐ：荷重
Ｌ：スパンｂ：試験片の幅ｈ：試験片の厚さ尚、単位はｋｇ／ｃｍ²。

【表１】以上の結果から本発明のリン酸カルシウム系セラミック
ス多孔体の気孔径は１０〜１００μｍ、好ましくは３０
〜８０μｍであることがわかる。

【００１１】（実施例２）ヒドロキシアパタイト粉末と
直径２００μｍの樹脂ビーズの混合比を表２に示す値と
し、焼成温度を１２００℃とする以外は全て実施例１と
同様にしてリン酸カルシウム系セラミックス多孔体を作
製し、評価した。

【表２】以上の結果から開気孔率が、４０〜８０％であると好適
な結果が得られることがわかる。

【００１２】（実施例３）実施例１の表１Ｎｏ．４の組
成を用い、焼成温度を表３に示す以外は全て実施例１に
準じてリン酸カルシウム系セラミックス多孔体を作製し
た。

【表３】尚、Ｎｏ．１９試料は、ガラス相の生成が観察され、更
にＸ線回折による分析でヒドロキシアパタイトが著しく
分解していることが判った。

【００１３】（比較例１）実施例１に示すＮｏ．４組成
のヒドロキシアパタイト粉体、樹脂ビーズを水及び水溶
性有機バインダーと共にボールミル分散し、流動性を有
するスラリーを作製した。スラリーを石膏型に流し込
み、鋳込み成型を行い、６０×６０×１０ｍｍのグリー
ン体を得た。グリーン体を実施例１に準じてリン酸カル
シウム系セラミックス多孔体及び顆粒を作製し評価した
所、気孔径７５μｍ、開気孔率２８％、生体適合性は
×、曲げ強度は２０ｋｇ／ｃｍ²であった。電子顕微鏡
で微細構造を観察した所、その気孔は球状であるが閉気
孔構造が主であった。

【００１４】（比較例２）実施例１に示すＮｏ．４組成
の樹脂ビーズに変えて、平均粒径を４００μｍに分級し
たウレタン樹脂を粉砕した不定型ビーズを用いて実施例
１に準じてリン酸カルシウム系セラミックス多孔体及び
顆粒を作製した所、気孔径８５μｍ、開気孔率５９％、
生体適合性は○、曲げ強度は７ｋｇ／ｃｍ²であった。
電子顕微鏡で微細構造を観察した所その気孔は連通であ
るが球状を呈していなかった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リン酸カルシウム系セラミックスよりな
り、気孔径が１０〜１００μｍ、開気孔率が４０〜８０
％の球状連通気孔を有するリン酸カルシウム系セラミッ
クス多孔体。
【請求項２】球状気孔形成材が２０〜６０重量％、リ
ン酸カルシウム系セラミックスが６０〜４０重量％から
なるグリーン体を圧縮成型し、これを８００〜１４００
℃で焼成することを特徴とするリン酸カルシウム系セラ
ミックス多孔体の製造方法。