JPH085705B2

JPH085705B2 - 高強度硬化体形成用組成物

Info

Publication number: JPH085705B2
Application number: JP2262903A
Authority: JP
Inventors: 彰利井村; 史郎池上
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1996-01-24
Anticipated expiration: 2011-01-24
Also published as: JPH04139050A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、粉材と液剤との組み合わせからなり、高強
度硬化体を形成し得るリン酸四カルシウム系組成物に関
する。

本発明による高強度硬化体を形成し得る組成物（以下
高強度硬化性組成物或いは硬化性組成物ということがあ
る）は、医科用材料、歯科用材料などとして特に有用で
ある。

なお、本明細書において、“部”および“％”とある
のは、それぞれ“重量部”および“重量％”を意味す
る。

従来技術とその問題点リン酸四カルシウムは、Ca₄（PO₄）₂Oという組成式に
より表わされ、水、酸などの存在下に生体内の骨、歯な
どの主成分に類似した化合物に転化する性質を有してお
り、生体材料として有望視されている。リン酸四カルシ
ウム粉末を硬化性組成物として人工骨、骨補填材、歯科
用セメントなどに応用するために、下記の様な方法が提
案されている。

（１）TCAサイクル系有機酸の水溶液と混和して、硬化
性組成物を得る方法。

（２）生理食塩水、リン酸緩衝液などの体内の組織液に
類似した組成配合の水溶液と混和して、硬化性組成物を
得る方法。

（３）多糖類水溶液と混和して、硬化性組成物を得る方
法。

（４）不飽和有機酸の単独重合体または共重合体の水溶
液と混和して、硬化性組成物を得る方法。

（５）上記（１）〜（４）の方法を適宜組合わせて、硬
化性組成物を得る方法。

これらの硬化性組成物は、通常粉材と液剤とを組合わ
せた粉液型の形態で臨床家に提供されている。これらの
硬化性組成物は、臨床家が治療時に粉材と液剤とを練和
混合してペースト状乃至粘土状とした後、任意の形態で
使用し得る必要があり、且つ治療後には速やかに硬化し
て、患部に強固に固定され、優れた生体活性を発現する
ことが必要である。しかしながら、上記（１）乃至
（５）のいずれの方法によっても、これらの要求性能を
十分に充足することは出来ない。すなわち、粉材の主成
分であるリン酸四カルシウムは、化学的活性が高く、ア
ルカリ性の物質であるため、酸性水溶液と混和すると、
速やかに硬化反応が進行して、適当な柔らかさを一定時
間保持する均一な組成物とすることが困難である。

このため、硬化するまでの組成物の物性を改良するた
め或いは硬化時間を制御するために、液剤の酸濃度を低
くしたり、組成物中の水分含有量を増加させたりして、
治療操作時間を確保するとともに、治療時の操作性を改
善する試みもなされている。また、粉材についても、ア
パタイト、リン酸三カルシウム、リン酸一水素カルシウ
ム、クエン酸塩、リン酸アルカリ塩などを配合して、リ
ン酸四カルシウムの硬化反応を出来るだけ抑制する試み
もなされている。しかしながら、これらの試みも、リン
酸四カルシウム系硬化性組成物としての物性を著るしく
低下させるにもかかわらず、それに見合う程の硬化反応
特性の改善は認められず、根本的な改善であるとは、い
い難い。

また、リン酸四カルシウム粉末と中性乃至中性に近い
水溶液とを混和する試みもなされているが、この場合に
は、硬化反応速度が著るしく低下して、リン酸四カルシ
ウム系硬化組成物としての理工学的特性は殆ど発現され
なくなるのみならず、得られる組成物は、アルカリ性を
呈して、生体内で刺激物として作用する危険性がある。

問題点を解決するための手段本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑みて鋭
意研究を重ねた結果、二重構造を有するリン酸四カルシ
ウム粉末（ここに“二重構造”とは、リン酸四カルシウ
ム粒子の表面をアパタイトなどの生体に対し無害或いは
生体に対し親和性を有する物質により被覆した構造を意
味する）を主成分とする粉材と、クエン酸およびリン酸
を主成分とする酸性水溶液とを練和する場合には、従来
技術の問題点が実質的に解消乃至大幅に軽減されること
を見出した。

すなわち、本発明は、下記の高強度硬化体形成用組成
物を提供するものである：生体に対し無害且つ生体に対し親和性を有する被覆層
を有するリン酸四カルシウムを主成分とする粉末100部
とクエン酸およびリン酸を主成分とする酸性水溶液５〜
80部（酸として）とからなることを特徴とする高強度硬
化体形成用組成物。

クエン酸およびリン酸を主成分とする酸性水溶液が、（ａ）25％≦クエン酸≦50％、（ｂ）30％≦クエン酸＋リン酸≦70％、（ｃ）10％≦クエン酸−リン酸≦50％なる濃度関係を全て満足する上記項に記載の高強度硬
化体形成用組成物。

酸性水溶液に含まれるリン酸が、オルトリン酸、ピロ
リン酸、ポリリン酸、メタリン酸および亜リン酸の少な
くとも一種である上記項またはに記載の高強度硬化
体形成用組成物。

本発明による粉材と液剤とからなる組成物を混和する
場合には、得られる硬化体は、公知の生体材料と同等も
しくはそれ以上の物性を有するばかりではなく、従来の
生体親和性を有しない組成物硬化体（例えば、リン酸亜
鉛セメントなど）に比しても、その理工学的特性におい
て優るとも劣らないものである。

以下本発明組成物を構成する粉材および液剤並びに硬
化体の製造方法についてそれぞれ詳細に説明する。

I.粉材本発明で使用する粉材は、生体に対し無害且つ生体に
対し親和性を有する被覆層を備えたリン酸四カルシウム
粉末である。

リン酸四カルシウム粉末自体は、如何なる方法により
製造されたものであっても良いが、アパタイト、酸化カ
ルシウムなどの含有量が出来るだけ低い高純度品（好ま
しくは、純度98％以上）であることが望ましい。この様
な高純度のリン酸四カルシウムは、例えば、CaCO₃粉末
とCaHPO₄・2H₂O粉末とを混合し、焼成する下記の固相反
応法により製造することができる。

2CaCO₃＋2CaHPO₄・2H₂O→ Ca₄（PO₄）₂O＋2CO₂＋5H₂O また、この様な固相反応法を実施するに際しては、ア
ルミナ粉末（Al₂O₃）を添加し、生成したリン酸四カル
シウムを焼結体とすることにより、さらに高品質のリン
酸四カルシウムが得られる（特開平２−180705号公報参
照）。

本発明で使用する二重構造を有するリン酸四カルシウ
ム粉末は、以下の様にして製造される。まず、リン酸四
カルシウムを所定の粒度に粉砕し、分級する。リン酸四
カルシウム粉末の粒度は、硬化性組成物の用途などによ
っても異なり、必ずしも限定されるものではないが、通
常20μｍ以下で平均５μｍ程度に調整することが好まし
い。

次いで、上記の様にして調製されたリン酸四カルシウ
ムの粒子表面をリン酸四カルシウムよりも化学的活性の
低い物質により被覆する。被覆用物質としては、貯蔵状
態で安定であり、且つ後述する液剤と接触した際に徐々
に溶解もしくはリン酸四カルシウム粒子の表面から剥離
する性質の物質であれば、特に限定されるものではない
が、医科用、歯科用などに使用する場合には、生体に対
し無害乃至親和性を有することが必要である。また、リ
ン酸四カルシウム粒子表面の被覆方法にも特に限定され
ないが、生体親和性を有するアパタイト被膜を形成させ
る場合には、下記に示す液固相水和反応により二重構造
を有するリン酸四カルシウム粉末を得ることができる。

Ca₄（PO₄）₂O＋3H₂O→ Ca₁₀（PO₄）_６（OH）_２＋2Ca（OH）_２アパタイト被膜の膜厚は、特に限定されるものでない
が、通常0.01〜１μｍ程度である。

II.液剤本発明で使用する液剤は、クエン酸とリン酸とを含む
混合水溶液であり、両者の濃度範囲が以下の関係を全て
満足する必要がある。

（ａ）25％≦クエン酸≦50％、（ｂ）30％≦クエン酸＋リン酸≦70％、（ｃ）10％≦クエン酸−リン酸≦50％本発明においては、液剤としてクエン酸とリン酸とを
それぞれ単独で使用する場合にもちろんのこと、クエン
酸とリン酸とを併用しても、両者の濃度範囲が上記
（ａ）乃至（ｃ）の関係を満足しない場合には、硬化体
の物性改善が達成されなかったり、組成物が瞬結した
り、或いは湿った砂状乃至半乾燥粘土状となったりし
て、所望の硬化性組成物を形成しない。

液剤としてのクエン酸とリン酸とを含む混合水溶液に
おける両者のより好ましい濃度関係は、（ｄ）35％≦クエン酸≦45％、（ｅ）35％≦クエン酸＋リン酸≦60％、（ｆ）20％≦クエン酸−リン酸≦45％である。

また、液剤としてのクエン酸とリン酸とを含む混合水
溶液における両者の最も好ましい濃度関係は、（ｇ）37％≦クエン酸≦42％、（ｈ）45％≦クエン酸＋リン酸≦55％、（ｉ）23％≦クエン酸−リン酸≦42％（ｊ） 7％≦リン酸≦15％である。

なお、混合水溶液中のクエン酸とリン酸とが上記
（ａ）乃至（ｃ）の濃度関係を全て満足する限り、混合
水溶液は、他の有機酸および無機酸の少なくとも一種を
10％程度まで含んでいても良い。この様な無機酸および
有機酸としては、塩酸、硝酸、アスコルビン酸、ポリカ
ルボン酸などが例示される。

また、圧縮強度、水中における溶解性などの点で硬化
体の特性は若干低下するものの、クエン酸の一部（40％
程度まで）に代えてリンゴ酸および／または乳酸を使用
することもできる。

III.硬化体の製造方法本発明による硬化性組成物は、使用の直前に粉材100
部に対し液剤５〜80部（酸として）を練和混合すること
により、調製される。次いで、得られた硬化性組成物
は、常法に従ってそのまま或いは必要ならば、硫酸バリ
ウム、フッ化カルシウム、Ｘ線造影剤、抗菌性を有する
他の医用体材料などと混合されて、治療を要する患部に
適用される。

この際、リン酸は、クエン酸の存在下にリン酸四カル
シウムと反応して、アパタイトを生成しつつ、高強度の
発現に寄与する。従来品において、リン酸は、生体に対
して不利益をもたらす物質として存在し、生体材料の構
成成分としては、生物学的にも、理工学的にも、余り重
要なものではなかったことから、本発明におけるリン酸
の特異な作用が明らかである。

発明の効果本発明によれば、下記の様な顕著な効果が達成され
る。

（１）最終的に得られる硬化体においては、リン酸四カ
ルシウムの生体材料としての優れた特性を損なうことな
く、理工学的な物性（強度、硬化時間、被膜厚さなど）
が大幅に向上する。

（２）生体不活性な従来の硬化性組成物（リン酸亜鉛セ
メントなど）と比較しても、その硬化体としての理工学
的な物性は、同等もしくはそれ以上である。

（３）高強度の硬化体が得られるので、生体材料として
の応用範囲が拡大する。

（４）従来品においては生体材料としての有用性が低か
ったリン酸が、クエン酸との相乗効果により、特異的に
硬化性組成物の特性を改善する。

（５）硬化性組成物の所要硬化時間は、短か過ぎず且つ
長過ぎないので、作業が容易となる。

（６）硬化体の硬度も、適度であるので、やはり作業性
を改善する。

実施例以下に実施例および比較例を示し、本発明の特徴とす
るところをより一層明確にする。

実施例１リン酸四カルシウム粉末を水和反応に供することによ
り粒子表面をあらかじめアパタイトで被覆した二重構造
のリン酸四カルシウム粉末（最大粒径20μｍ以下、平均
粒径５μｍ）を粉材とし、クエン酸およびリン酸を含む
酸性水溶液を液剤とし、両者を粉材／液剤比＝2.4g/ml
で混和して、硬化性組成物試料を得た。

各試料調製に使用した液剤のクエン酸およびリン酸濃
度は、以下の通りであった。

＊No.1…クエン酸＝35％、リン酸＝７％＊No.2…クエン酸＝40％、リン酸＝５％＊No.3…クエン酸＝45％、リン酸＝５％＊No.4…クエン酸＝40％、リン酸＝10％＊No.5…クエン酸＝35％、リン酸＝15％＊No.6…クエン酸＝40％、リン酸＝15％＊No.7…クエン酸＝45％、リン酸＝15％かくして得られた各硬化性組成物について、JIS Ｔ
6602による試験方法に準じて、（１）硬化時間、
（２）24時間経過後の破砕強度（kgf/cm²）および
（３）被膜厚さを測定した。

結果は、第１表に示す通りである。

実施例２実施例１で使用したと同様のアパタイトで被覆した二
重構造のリン酸四カルシウム粉末100部、硫酸バリウム
（Ｘ線造影剤）25部およびフッ化カルシウム（抗菌剤）
2.5部からなる混合粉末を粉材とし、クエン酸およびリ
ン酸を含む酸性水溶液を液剤とし、両者を混和して、硬
化性組成物試料を得た。

各試料調製に使用した液剤のクエン酸およびリン酸濃
度ならび粉材／液剤比には、以下の通りであった。

＊No.8…クエン酸＝42％、リン酸＝10％粉材／液剤比＝2.5g/ml ＊No.9…クエン酸＝41％、リン酸＝11％粉材／液剤比＝2.6g/ml ＊No.10…クエン酸＝38％、リン酸＝８％粉材／液剤比＝2.7g/ml かくして得られた各硬化性組成物について、実施例１
と同様にして、（１）硬化時間、（２）24時間経過後の
破砕強度（kgf/cm²）および（３）被膜厚さを測定し
た。

結果は、第２表に示す通りである。

第１表及び第２表に示す結果から明らかな様に、試料
No.1〜10の硬化時間は、理想的ともいうべき４〜８分間
の範囲内にあり、被膜厚さも、約30μｍ程度と固すぎ
ず、柔らかすぎず、非常に扱いやすくなっている。

また、自然骨の平均的な破砕強度は、1500kgf/cm²程
度であるので、本発明品は、その代替材料として十分使
用に耐え得るだけの強度を具備していることが明らかで
ある。

比較例１実施例１で使用したと同様のアパタイトで被覆した二
重構造のリン酸四カルシウム粉末を粉材とし、クエン酸
およびリン酸を含む酸性水溶液を液剤とし、両者を混和
して、硬化性組成物試料を得た。

各試料調製に使用した液剤のクエン酸およびリン酸濃
度ならびに粉材／液剤比には、以下の通りであった。

＊No.11…クエン酸＝51％、リン酸＝５％粉材／液剤比＝2.0g/ml ＊No.12…クエン酸＝46％、リン酸＝26％粉材／液剤比＝2.0g/ml ＊No.13…クエン酸＝35％、リン酸＝30％粉材／液剤比＝2.0g/ml ＊No.14…クエン酸＝30％、リン酸＝25％粉材／液剤比＝2.0g/ml ＊No.15…クエン酸＝24％、リン酸＝15％粉材／液剤比＝2.2g/ml ＊No.16…クエン酸＝23％、リン酸＝７％粉材／液剤比＝2.2g/ml ＊No.17…リン酸＝10％粉材／液剤比＝2.4g/ml かくして得られた各硬化性組成物について、実施例１
と同様にして、（１）硬化時間、（２）24時間経過後の
破砕強度（kgf/cm²）および（３）被膜厚さを測定し
た。

結果は、第３表に示す通りである。

第３表に示す結果から明らかな様に、液剤として使用
するクエン酸とリン酸との配合条件が本発明の範囲外と
なる場合には、極めて短時間内に硬化してしまうか、或
いは逆に硬化しないか、或いは疑似的に硬化するものの
機械的強度を殆ど有しないものとなるなどの致命的な欠
陥が生じており、実用に供し得ない。

比較例２〜５以下に示す粉材と液剤とからなる市販品または公知の
医科用もしくは歯科用の硬化性組成物の物性を実施例１
と同様にして測定した。

［比較例２］：＊アパタイト系市販品Ａ粉材…α−リン酸三カルシウム液剤…有機高分子酸水溶液粉材／液剤比…1.3g/g ［比較例３］：＊特開昭62−72363号公報に記載されたもの粉材…リン酸四カルシウム液剤…クエン酸水溶液粉材／液剤比…2.0g/g ［比較例４］：＊特開平１−176252号公報に記載されたもの粉材…リン酸四カルシウム＋リン酸水素カルシウム液剤…リン酸水溶液粉材／液剤比…3.8g/g ［比較例５］：＊特開平１−100049号公報に記載されたもの粉材…α−リン酸三カルシウム＋リン酸四カルシウム液剤…クエン酸＋サッカロース＋キトサン混合水溶液粉材／液剤比…2.0g/g かくして得られた各硬化性組成物について、実施例１
と同様にして、（１）硬化時間、（２）24時間経過後の
破砕強度（kgf/cm²）および（３）被膜厚さを測定し
た。

結果は、第４表に示す通りである。

第４表に示す結果から明らかな様に、適切な硬化時間
（好ましくは、２〜10分間程度）、骨、歯などの代替物
となり得る破砕強度（好ましくは、1000kgf/cm²以
上）、取扱い容易な柔らかさ（好ましくは、薄膜度30μ
ｍ以下）などの特性を全て兼ね備えたものはなく、いず
れも特定の物性が良好である場合には、他の特性が劣る
ものとなっている。

参考例１本発明による硬化性組成物の液剤において、物性改善
が認められるクエン酸とリン酸との配合関係（特許請求
の範囲第１項に記載の通常の範囲）、高強度の発現が認
められるクエン酸とリン酸との配合関係（前記のより好
ましい範囲）および最高強度の発現が認められるクエン
酸とリン酸との配合関係（前記の最も好ましい範囲）を
グラフ化して示すと、第１図に示す通りである。

最外側の線で囲まれた領域が、通常の範囲を示し、真
中の線で囲まれた領域が、より好ましい範囲を示し、最
内側の線で囲まれた領域が、最も好ましい範囲を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明で使用する液剤の組成が硬化体の性能
に及ぼす影響を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体に対し無害且つ生体に対し親和性を有
する被覆層を有するリン酸四カルシウムを主成分とする
粉末100部とクエン酸およびリン酸を主成分とする酸性
水溶液５〜80部（酸として）とからなることを特徴とす
る高強度硬化体形成用組成物。
【請求項２】クエン酸およびリン酸を主成分とする酸性
水溶液が、（ａ）25％≦クエン酸≦50％、（ｂ）30％≦クエン酸＋リン酸≦70％、（ｃ）10％≦クエン酸−リン酸≦50％なる濃度関係を全て満足する請求項に記載の高強度硬
化体形成用組成物。
【請求項３】酸性水溶液に含まれるリン酸が、オルトリ
ン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、メタリン酸および亜リ
ン酸の少なくとも一種である請求項またはに記載の
高強度硬化体形成用組成物。