JPH0724685B2 - 成形材料およびそれから得られる成形物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は成形材料およびそれから得られる成形物に関す
る。

従来技術 外科手術において、医者は生れつきの骨の欠損あるいは
手術によって生じた骨の欠損に対して補整しなければな
らないという事態にしばしば出会う。この場合、人工骨
として主に「生化学、生体ガラス、および生体ガラス化
学」の分野において発達してきた、生体に対して活性あ
るいは不活性な物質が採用される。ここで「生体に対し
て不活性な物質」とは、従来から組織に対して作用せ
ず、かつ異物を放出しない物質として理解されてきた。
このような物質としてチタンから造られている内蔵移植
用材料を挙げることができる。これは表面が酸化チタン
層であり、生体に対して不活性なセラミック層の課題を
満たしている。これに対して「生体に対して活性な物
質」とは現代用語であり、これは骨組織と直接的に融合
する性質を有する物質を意味している。このようなもの
として、ヒドロキシルアパタイトセラミック（リン灰石
水酸化物セラミック）やリン酸カルシウムセラミックな
どの、リン酸カルシウムセラミック層を表面に有する生
体ガラスあるいは生体ガラスセラミックを挙げることが
できる。すなわち人工骨として、ヒドロキシルアパタイ
トセラミックやリン酸カルシウムセラミックが、粒子形
態あるいは成形物の形で用いられている。これらの物質
の製造には非常に費用のかかる焼成工程が必要である。
ただしこの場合、温度と添加剤を選択することによって
微細気孔ないし巨大気孔を得ることができる。

さらにまた骨の欠損の補整に対してポリアクリレート
（たとえばPMMA）をベースとする移植材料を用いること
も公知である。この場合移植材料には、リン酸カルシウ
ムをベースとする粒状充填剤が含有されている（ドイツ
特許出願公開第33 25 111 号）。この出願公開明細
書には更にリン酸カルシウムの他に身体に対して違和な
く吸収され得る物質を添加することが望ましい旨記載さ
れている。この場合、吸収によって補整材料の表面に気
孔が生じ、これによって生育骨組織と融合しやすくなる
ものと思われる。

同様にドイツ特許出願公開第27 52 297 号には、吸
収可能な充填剤（たとえばNa₂HPO₄）とともに、炭酸塩
およびリン酸を含有するポリメチルメタアクリレート材
料が記載されている。発泡工程において混和することに
よって、リン酸と炭酸塩が相互に作用し、気孔を有する
材料が得られる。しかし材料には液状のモノマーおよび
リン酸が含有されているので、毒物学面から見て望まし
くない。さらに結合時には発熱が予想され、これによっ
て周囲の組織が損傷されるおそれもある。このような事
実に基づいて「生体に対して活性な」効果はほとんど期
待できない。

歯科の分野においては、相当古くからいわゆる「ガラス
イオマーセメント」が用いられている。これは水溶性ポ
リカルボン酸および水とアルミニウムフルオロシリケー
ト粉末の反応生成物である。この材料は特に歯充填材
料、歯セメント材料として用いられているが、さらに骨
セメント材料としても用いられる旨、すなわち骨組織に
対する人工骨の固定に用いられる旨、記載されている
（ドイツ特許出願公開第29 29 121 号参照）。

発明の解決しようとする課題 本発明は、毒物学上問題となるような低分子量モノマー
を含まず、またリン酸のような強酸を使用せずに発泡と
同時に硬化させながら成形することができ、最終的に気
孔を有する構造体とすることができるような成形材料を
提供することを課題とする。

課題を解決するための手段 本発明は、成型材料に （ａ）アルミニウムフルオロシリケートガラス、 （ｂ）平均分子量500以上のポリカルボン酸を一種類以
上、 （ｃ）炭酸塩および／あるいは炭酸水素塩を（ａ）に関
して0.1重量％以上、 （ｄ）必要に応じてキレート形成剤および （ｅ）必要に応じて水 を含有させることによって、この課題を解決したもので
あり、本発明はこの成形材料及びにこの成形材料を硬化
することによって得られる成形物を対象とする。

本発明による成形材料は特に人工骨材料として適する。

本発明において水を含まない成形材料に水を添加するこ
とによって、発泡させると同時に形態付与しながら硬化
させ得る。

本発明における水含有成形材料は、少なくとも二つの部
分に分離している。すなわち少なくとも一つの部分は固
形層、望ましくは粉末層であり、他方の少なくとも一つ
のの部分は液状層あるいはペースト状層である。

固形部分、望ましくは粉末部分およびそれに対応する液
状部分として次に示すような混合物を採用することが望
ましい。

本発明による成形材料を成形するには、固形部分と液状
部分を混合する。これによってポリカルボン酸とアルミ
ニウムフルオロシリケートガラスが反応して、成形物が
得られる。この場合に同時にポリカルボン酸と炭酸塩お
よび／あるいは炭酸水素塩の反応によって成形物に気孔
が付与され得る。

望ましい実施形態においては本発明による成形材料は、
水40ないし90重量％、ポリカルボン酸10ないし60重量％
並びにキレート形成剤０ないし20重量％を含有する液状
部分と、アルミニウムフルオロシリケートガラス80ない
し99.9重量％および炭酸塩および／あるいは炭素水酸塩
0.1ないし20重量％を含有する固形部分とによって構成
される。

別の望ましい実施形態においては本発明による成形物
は、水80ないし100重量％並びにキレート形成剤０ない
し20重量％を含有する液状部分と、アルミニウムフルオ
ロシリケートガラス50ないし95重量％、乾燥ポリカルボ
ン酸4.9ないし50重量％並びに炭酸塩および／あるいは
炭酸水素塩0.1ないし20重量％を含有する固形部分とに
よって構成される。

本発明による形成材料はさらに補足的にたとえば安息香
酸のような防腐剤、チクソトロピー助剤、充填剤、顔料
などを含有し得る。

本発明による成形材料によって製造される成形物は、適
用に当たって表面に簡単に付与することができ、所望の
気孔質が得られる。

本発明による材料は、ヒドロオキシルアパタイトセラミ
ックスと同様、生体に対して良好に適合するという長所
を有するとともに、ポリアクリレートによる優れた適用
性をも備えており、しかもこの場合に吸収促進物質の添
加、強酸の使用、毒物学上問題となるモノマーの使用、
さらには硬いセラミックやガラスの加工などによって生
ずる諸々の難点を全く背負い込まなくてもよいという特
長を有する。

本発明による材料によれば、ペースト状物が得られるの
で、切削工具による加工をせずに、医者の手で簡単に所
望の形態に成形したり、あるいは骨格欠損部分を直接的
に補充したりできる。そしてこの場合、簡単に骨の状態
に硬化させ得る。本発明による材料は人工骨として非常
に優れた特性を有する。多孔質であるので生育につれて
骨と良好に融合し、しかも結合作用時に酸や熱によって
周囲の骨が損傷されるという恐れが全くない。本発明に
よる成形材料は、さらに採用する炭酸塩および／あるい
は炭酸水素塩の粒子の大きさおよび量を調整することに
よって、あるいは採用する炭酸塩あるいはポリカルボン
酸の溶解性によって微多孔構造を加減することができる
という大きな特徴を有する。すなわちこの特徴によって
多孔性を周囲の骨の状態、特に多孔構造に合わせて理想
的な形状の人工骨を製造することができる。

さらに本発明による成形材料は、たとえばドイツ特許出
願公開第34 07 648 号に記載に記載された配量装置
によって成分を個々に配量した後、この個々配量成分
（たとえばカプセル入り成分）を使用することができる
という特徴を有する。上記の配量装置において、通常粉
末成分はカプセル内部に充填され、他方液体成分はカプ
セル壁に対するクッション部に充填される。使用するに
当たって液体内容物は特殊なアクチベータによって、カ
プセル壁に設けられている孔を通してカプセル内部に圧
入される。次いで振盪することによって内容物が均一に
混合される。成形材料はカプセルから直接骨の開口部分
に挿入することもできる。この使用方法においては、ガ
ラスおよび炭酸塩および／あるいは炭酸水素塩を粉末状
でカプセル内に充填し、ポリカルボン酸溶液および必要
に応じてキレート形成剤を液体成分としてクッション部
分に充填することが望ましい。

成分（ａ）としては、ドイツ特許出願公開第20 61 51
3 号およびヨーロッパ特許出願公開第０ 023 013
号に記載のカルシウムアルミニウムフルオロシリケート
ガラスやヨーロッパ特許出願公開第０ 241 277 号に
記載のストロンチウムアルミニウムフルオロシリケート
ガラスを採用することができる。本発明において使用す
るアルミニウムフルオロシリケートガラス粉末は酸素と
共に次に示す成分を含有することが望ましい。

成分 換算成分 重量％ Si SiO₂ 20−60 Al Al₂O₃ 10−50 Ca CaO 0−40 Sr SrO 0−40 Ｆ Ｆ 1−40 Na Na₂O 0−10 Ｐ P₂O₅ 0−10 ここでCaOおよび／あるいはSrOは１重量％以上含有され
ていなければならない。また、他にＢ、Bi、Zn、Mg、S
n、Ti、Zr、Laあるいは他の三価のランタン化物、Ｋ、
Ｗ、Ge、さらにその他の成形材料の特質を損なわず、ま
た生物学面からも問題のない添加物が、酸化物の形で換
算して、合計０ないし20重量％含有され得る。La₂O₃を1
0ないし20重量％添加することによってガラスはＸ線撮
影が可能となる。

粉末部分は次に示す構成であることが望ましい。

Si SiO₂ として25−50 重量％ Al Al₂O₃ として10−40 重量％ Ca CaO として 0−35 重量％ Sr SrO として 0−35 重量％ Ｆ ５−30 重量％ Na Na₂O として 0− 8 重量％ Ｐ P₂O₅ として 1−10 重量％ この場合、CaOとして換算したCaおよび／あるいはSrOと
して換算したSrは、10重量％以上含有されなければなら
ない。また他にB₂O₃、Bi₂O₃、ZnO、MgO、SnO₂、TiO₂、Z
rO₂、La₂O₃あるいはこれ以外の三価のランタン酸化物、
K₂O、WO₃、GeO₂並びにその他の材料の特質を損なわない
と同時に、生物学の面からも問題のない添加物が０ない
し10重量％含有され得る。

特に次の構成成分からなる粉末が好ましい。

Si SiO₂ として25−45 重量％ Al Al₂O₃ として20−40 重量％ Ca CaO として10−30 重量％ Ｆ 10−30 重量％ Na Na₂O として 0− 8 重量％ Ｐ P₂O₅ として 1−10 重量％ 本発明において使用されるガラス粉末の平均粒子径（重
量平均）は１μｍ以上、望ましくは３μｍ以上である。
平均粒子径（重量平均）は１〜20μｍ、望ましくは３〜
15μｍ、特に望ましくは３〜10μｍである。部分的には
最大粒子径は150μｍ、望ましくは100μｍ、特に望まし
くは60μｍまで許容される。

上記の粉末には次いで必要に応じてヨーロッパ特許第０
023 013 号に記載の表面処理が施される。すなわち
粉末は望ましくは室温において、酸によって表面処理さ
れる。この場合酸として酸性基を含有する物質、例えば
塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、プロピオン酸、あるいは過塩
素酸のような、可溶カルシウム塩あるいはストロンチウ
ム塩を形成し得る物質が用いられる。酸は0.01ないし10
重量％、望ましくは0.05ないし３重量％の濃度で用いら
れる。相応の反応時間経過後粉末を溶液から分離し、十
分に洗浄する。これによって粉末表面には実際に即した
不溶のカルシウム塩あるいはストロンチウム塩が形成さ
れる。

成分（ｂ）のポリカルボン酸としてはガラスイオノマー
セメント粉末製造において知られているポリカルボン
酸、たとえばポリマレイン酸、ポリアクリル酸、ポリイ
タコン酸並びにこれらの混合物あるいは共重合体、特に
ヨーロッパ特許第０ 024 056 号にて公知のマレイン
酸−アクリル酸共重合体を使用することができる。本発
明において使用されるポリカルボン酸の平均分子量は50
0以上である。望ましい平均分子量は1000ないし20000で
あり、特に望ましい平均分子量は3000ないし10000であ
る。ポリカルボン酸は成分（ａ）に関して５ないし50重
量％の分量で使用することが望ましい。

使用するまで人工骨材料を安定な状態で保存するため
に、特に乾燥ポリカルボン酸に対して、防腐剤、たとえ
ば安息香酸を添加することが望ましい。

成分（ｄ）としてはドイツ特許出願公開第23 19 715
号に記載のようなキレート形成剤が含まれる。望まし
いキレート形成剤として酒石酸が挙げられる。

発泡成分（ｃ）としてはあらゆる炭酸塩および／あるい
は炭酸水素塩を使用することができるが、特にポリカル
ボン酸水溶液に、少なくとも部分的に溶解し得るものが
望ましい。この場合ポリカルボン酸水溶液には必要に応
じてキレート形成剤も含有される。望ましいものとして
アルカリ金属および／あるいはアルカリ土類金属の炭酸
塩および／あるいは炭酸水素塩のような生理学上問題の
ないものが挙げられる。その中でも特にマグネシウム、
カルシウムおよびストロンチウムの炭酸塩および炭酸水
素塩が望ましい。

発泡成分（ｃ）として用いられる炭酸塩および／あるい
は炭酸水素塩は、成分（ａ）に関して0.1ないし20重量
％の分量で適用することが望ましいが、特に0.5ないし
５重量％、さらには１〜３重量％で用いることが望まし
い。

成分（ｃ）に対する成分（ｂ）の重量割合は3:1以上、
特に10:1であることが望ましい。

炭酸塩および／あるいは炭酸水素塩は0.1ないし200μ
ｍ、特に１ないし100μｍ、さらには５ないし50μｍの
平均粒子サイズを有するものが望ましい。

炭酸塩および／あるいは炭酸水素塩の溶解性はカチオン
を選択することによって調整することができる。溶解性
の度合は発泡工程の存続時間に応じて調整することが望
ましい。すなわち起泡を急速に固定したい場合には、易
溶性の炭酸アルカリおよび／あるいは炭酸水素アルカリ
を選択することが望ましいが、ゆっくりと固定したい場
合には難溶性の炭酸塩および／あるいは炭酸水素塩を選
択することが望ましい。

次に実施例において本発明の対象をさらに詳しく説明す
るが、実施例において使用するアルミニウムフルオロシ
リケートの組成を下記表１に示す。

実施例１ Radiopakes硬化可能なペースト状人工骨材料 表１の組成Ａからなるカルシウムアルミニウムフルオロ
シリケートガラス粉末（平均粒子サイズ６μｍ）100重
量部を炭酸カルシウム（メルク社製、平均粒子径40μ
ｍ）１重量部および平均分子量7000のアクリル酸−マレ
イン酸共重合物（1:1）20.3重量部と混合して均質な粉
末とする（乾燥共重合体は共重合体に対して0.9重量％
の安息香酸で安定化されている。）。

これによって得られた粉末混合物A3.4重量部を水１重量
部と30秒以内に均質に混合する。混合開始時から５分間
以内に発泡し、15分後に泡を含んだ状態で硬化する。

圧縮強度を測定するために、５つの試料（直径4mm、高
さ7mmのシリンダー）についてそれぞれツヴイック・ユ
ニバーサル試験機を用いて試験を行う。この結果圧縮強
度は平均して2.5MPaである。

得られた成形物には0.1ないし1.5mmの大きさの気孔が形
成されており、気孔は互いに連結されている。

ガラスイオノマーセメントに対するISO/DIS仕様書に従
って測定した溶解度は0.18％である。

生体に対する活性度を測定するために、15×５×5mm
（２個）および15×10×２（２個）なる大きさの試験物
体を猿の右の腓骨に移植した。２週間後移植部分をＸ線
撮影したところ、骨の生育が認められ、さらに４週間後
においては新しく形成された骨の組織内に試片が完全に
組込まれている状態が認められた。本材料は溶解度が低
いので吸収されるのではなく、組み込まれた試片は新た
に形成された骨組織に完全に混じり合う。

実施例２ Radioluzentes 硬化可能なペースト状人工骨材料 表１に記載の組成Ｂのカルシウムアルミニウムフルオロ
シリケートガラス100重量部を炭酸カルシウム（メルク
社製40μｍ）１重量部と混合し、均質な粉末にする。こ
の粉末２重量部を実施例１の共重合物35％および蒸溜水
65％からなる溶液と混合し、均質なペーストをつくる。
処理時間は４分30秒（混合開始時からの時間）で12分30
秒後に材料は完全に硬化する。この場合、材料は発泡し
ながら0.1ないし1.5mmの気孔を有する物体に変わる。物
体の圧縮強度は2.6MPa、ISO/DIS仕様書7489に従って求
めた溶解度は0.19％である。

上記の材料からなる大きさ15×20×5mm（２個）の試験
物体を猿の左頸骨内に移植した。Ｘ線撮影においては骨
組織と違って移植部はぼんやりとしか写らない。２週間
後移植部の周囲に新たに骨が生育してきている状態が認
められ、４週間後には移植物は新しく生育した骨組織と
完全に混じり合い、周囲の骨組織と全く区別できない状
態となる。

実施例３ カプセル内で混合できる人工骨材料 表１に記載の組成Ｂのカルシウムアルミニウムフルオロ
シリケートガラス粉末700mgおよび炭酸カルシウム（メ
ルク社製、平均粒子径2.3μｍ）7mgを歯科分野において
一般に市販されているガラスイオノマーカプセル（エス
ペ社製、KETACFIL）内に封入する。他方、蒸溜水中に共
重合物を35％含有する溶液350mgをクッション部に充填
し、このクッション部をカプセルの外壁に固定する。次
いで対応するガラスイオノマー充填材料同様に活性化
し、振盪する（Silamat Ivoclar社、4300振動／分、振
盪時間10分）。材料の処理時間は２分10秒であり、５分
後に硬化する。圧縮強度は7MPaであり、ISO/DIS−仕様
書7489による溶解度は0.18％である。気孔の大きさは0.
1ないし1.2mmであり、これらは互いに連結されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュンター ピーパー ドイツ連邦共和国、デー‐8031 ゼーフェ ルド、ハルトシュトラーセ 13

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）アルミニウムフルオロシリケートガ
   ラス、 （ｂ）平均分子量500以上のポリカルボン酸を一種類以
   上、 （ｃ）炭酸塩および／あるいは炭酸水素塩を、（ａ）に
   関して0.1重量％以上、 （ｄ）必要に応じてキレート形成剤、および （ｅ）必要に応じて水 を含有することを特徴とする成形材料。
2. 【請求項２】二つ以上の性状部分に分離していることを
   特徴とする請求項(1)に記載の成形材料。
3. 【請求項３】少なくとも一つの性状部分が固体、望まし
   くは粉末であり、少なくとも他の一つの性状部分が液体
   あるいはペースト状であることを特徴とする請求項(2)
   に記載の成形材料。
4. 【請求項４】固体部分に成分（ａ）および（ｂ）が含有
   されており、液体部分に成分（ｃ）および（ｅ）および
   必要に応じて成分（ｄ）が含有されていることを特徴と
   する請求項(3)に記載の成形材料。
5. 【請求項５】固体部分に成分（ａ）、（ｂ）および
   （ｃ）が含有されており、液体部分に成分（ｅ）および
   必要に応じて（ｄ）が含有されていることを特徴とする
   請求項(3)に記載の成形材料。
6. 【請求項６】請求項(1)ないし(5)に記載の成形材料を硬
   化することによって得られる成形物。