JPH1129374A - 複合球状セラミックス - Google Patents

複合球状セラミックス

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JPH1129374A JP9201033A JP20103397A JPH1129374A JP H1129374 A JPH1129374 A JP H1129374A JP 9201033 A JP9201033 A JP 9201033A JP 20103397 A JP20103397 A JP 20103397A JP H1129374 A JPH1129374 A JP H1129374A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】骨充填材として利用されている多孔質又は緻密
質セラミックス表面に高純度リン酸カルシウムを加水分
解反応により析出させ、この結晶が析出しているセラミ
ックス表面に同種又は異種セラミックスセメントをコー
ティングし、このセラミックスセメントを硬化させるこ
とにより、顆粒としての骨充填材の機能を損なうことな
く骨欠損部にアンカリングさせることが可能な骨充填材
の製造方法を提供する。 【解決手段】骨充填材として利用されているリン酸カル
シウムセラミックスを加水分解反応により表面に高純度
リン酸カルシウム結晶を析出させ、表面にできた結晶に
よる起伏にセラミックセメント・ゲルを含浸させた後、
凍結乾燥させる。その後、使用に適した粒度に分級す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は医科用あるいは歯科
用の骨充填材又は骨セメント等のバイオセラミックスの
分野及び各種吸着担体等の球状セラミックスの分野に関
する。
【0002】
【従来の技術とその問題点】球状粒子は、粉体処理の分
野、触媒担体、等幅広い分野で用途を有することから、
当該分野へ供給可能な球状粒子としては、粒径を注文に
応じて可変可能に製造可能とすることや、粒子自体に様
々な物質を、機能的に担持できるものであることが特に
好ましく、又希求されるものである。医療の分野では、
粒子に薬剤を担持させ、体内の目的とする箇所で、有効
に薬剤を放出する様な、いわゆるドラッグデリバリーシ
ステムの発達にともない、粒子そのものの特性が着目さ
れるに至った。更に生体材料に於いても以下の様な指摘
ができる。
【0003】生体親和性の優れたセラミックとしてリン
酸カルシウムは骨充填材や骨セメントの分野で広く応用
されてきている。応用される際の形状としては破砕型不
定形状、ブロック体、多孔体、自己硬化性セメント等が
大多数を占めている。特に骨充填材では破砕型不定形
状、ブロック形状のものが一部、製品化されている。特
開平3-131580号、同1-314572号公報ではリン酸カルシウ
ムセラミックスの多孔質ブロックの作製法が開示されて
いる。これらの方法では骨欠損部の形状に合わせてブロ
ックを手術時に加工する必要が生じる。また、埋入され
たブロック体が新生骨と骨性癒着する前に散逸又は体外
に排出されてしまうことが多い。この欠点を克服するた
め、すなわち、顆粒を相互に固着させるために、特開昭
60-256460号、同60-256461号公報ではヒィブリン糊を糊
剤として用いる試みがなされている。しかし、ヒィブリ
ン糊は、ヒトの血液から製造されるため、肝炎、エイズ
等に感染する危険性があった。また、特開昭59-88351
号、同59-182263号ではα-リン酸三カルシウムやリン酸
四カルシウムを主成分とした骨修復用セメントの製造方
法が開示されている。これらの方法では骨欠損部で硬化
後、緻密に固着するため、多孔質ブロックのように骨芽
細胞などの生体組織及び細胞が充填物の内部に進入する
ことがない。従って、骨置換能力はリン酸カルシウム系
多孔質ブロックのほうが優れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の顆粒状骨充填材
又は多孔質リン酸カルシウムブロックは骨欠損部に埋入
すると新生骨と骨性癒着をする前に散逸してしまうこと
が多い。また、骨セメントは硬化後、緻密に固着するた
め多孔質リン酸カルシウム骨充填材に比べて骨置換能力
が劣る。従って、骨欠損部にアンカリング又は散逸を防
ぐことが可能な顆粒状骨充填材又は多孔質リン酸カルシ
ウムブロックが好ましく、骨充填材と骨セメントの両作
用を合わせ持つ骨充填材は実用化されていない。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記事項を鑑
み、内部を多孔質とすると共に外周を内部とは、異なる
物性を有する機能的な複合層を有する球状セラミックス
を簡易に且つ容易に製造するものであって、より詳細に
は、骨欠損部に充填した場合に散逸することなく、新生
骨と骨性癒着又は骨置換作用を自然な形で速やかに発現
する骨充填材及びその製造法を提供する。その具体的な
方法は、既知の合成方法、好ましくは湿式合成及び乾式
合成により得られた高純度リン酸カルシウム粉末、好ま
しくはハイドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、
リン酸四カルシウムにバインダーを混入した後、任意の
方法で成形し、800〜1500℃の温度で焼成することによ
り生体親和性に優れたリン酸カルシウムセラミックスを
得る。成形の方法としては一軸加圧プレス、ラバープレ
ス等を用いて容易に行うことが可能である。また、バイ
ンダーに焼失性物質を混入させることにより、焼成後セ
ラミックスを多孔質にすることが可能である。多孔質セ
ラミックスは骨欠損部に埋入すると骨芽細胞等生体内組
織が進入しやすく、より好適に骨再生能力を発揮するこ
とが可能である。しかし、力学的強度に乏しいため、利
用する際には注意が必要である。
【0006】得られた多孔質又は緻密質リン酸カルシウ
ムセラミックスと適量のイオン交換水を耐熱滅菌瓶に入
れ、密閉雰囲気下で80〜150℃、好ましくは100〜120℃
で30分以上、好ましくは12〜24時間加熱することにより
セラミックス表面に高純度リン酸カルシウム結晶を析出
させる。以下、この手法を水熱処理と記す。この結晶は
焼結体表面より溶出したリン酸とカルシウムがセラミッ
クス表面において再析出したものである。従って、極め
て高純度のリン酸カルシウム結晶体がセラミックス表面
全体に析出することとなる。セラミックスは焼成するこ
とにより粒成長し、急激に比表面積が低下する。しか
し、上記方法により表面に結晶を析出させることにより
再び比表面積をある程度、回復させることが可能であ
る。比表面積の増加により、このままの状態で骨充填材
として使用しても生体内でアンカリング効果を得ること
が可能である。
【0007】本発明における水熱処理には、上記手法以
外にオートクレーブを用いて水蒸気下で結晶を析出させ
ることが可能である。より具体的には、オートクレーブ
内の密閉水蒸気雰囲気下で80〜150℃、好ましくは100〜
120℃で30分以上、好ましくは12〜24時間加熱すること
によりセラミックス表面に高純度リン酸カルシウム結晶
を析出させる。また、耐熱滅菌瓶を用いる方法及びオー
トクレーブを用いる方法においてセラミックスを浸漬さ
せる水溶液及び水蒸気雰囲気にカルシウム、リン等のイ
オンを含んだ水溶液を使用することにより、水熱処理時
間の短縮、析出層の制御を行うことが可能である。当該
水熱処理においては、処理時間、加圧量、加圧温度、処
理雰囲気等により析出層の幅が制御されるものであり、
具体的には骨充填材、DDS担体、歯科用根管充填材、
セラミック吸着剤、カラムクロマトグラフィー用充填材
等の用途により適宜選択できる。さらにアンカリング効
果を増加させるために、骨セメントを骨充填材表面に硬
化機能を損なうことなくコーティングする方法を以下に
示す。表面に結晶を析出させたリン酸カルシウムセラミ
ックスを水又は硬化液と練和することにより硬化する骨
セメントと混合する。骨セメントにはα-リン酸三カル
シウム、リン酸四カルシウム、リン酸八カルシウム、硫
酸カルシウム、又はこれら物質を任意に混合したセメン
ト等が好ましい。
【0008】更に本発明では、生体材料に限るものでは
なく、当該複合層を有する微粒子、特に多孔質微粒子で
あって当該多孔質部分に各種物質を担持させるものであ
れば、特に好ましいものである。混合後、イオン交換水
を適量加えて、すばやく混練する。そして、セメントが
完全に硬化しない内に液体窒素、液体ヘリウム等の超低
温媒体又は超低温雰囲気中にてセメントを瞬間凍結させ
る。骨セメントは大きな比表面積を有しており、セメン
ト表面に水分が付着すると加水分解反応により、結晶成
長を開始する。この成長した結晶同士が互いに絡み合う
ことにより、骨セメントとして硬化する。セメント材と
の混合・練和により、セラミックス表面に析出させてあ
る結晶の間隙に取り込まれた骨セメントは瞬間凍結させ
ることにより、硬化するための結晶成長を停止させるこ
とが可能である。そして、この瞬間凍結させた骨セメン
トと骨充填材を凍結乾燥する。凍結乾燥はセメントの比
表面積をある程度保持しながら、水分を完全に取り除く
ことが可能である。従って、得られた乾燥物を骨充填材
とセメントに分級したのちに再びセメントとして機能さ
せることが可能である。
【0009】骨充填材の表面に再析出させた結晶の間隙
には骨セメントが取り込まれている。取り込まれている
骨セメントは凍結乾燥により、硬化に必要な比表面積を
確保している。従って、当発明による骨充填材は表面に
硬化性骨セメントをコーティングした骨充填材であり、
骨欠損部に埋入した場合、水分と接触すると表面の硬化
作用により互いに結合し、埋入後の充填材の散逸を効果
的に防止することが可能である。また、コアとなってい
るセラミックスを多孔質にすることにより、顆粒状多孔
質骨充填材と同等の骨置換能を有する。上述の通り、担
持させる薬剤も又、幅広い薬剤が使用され、しかも、表
面は、再析出処理の結果、体内における溶解速度が調整
されるため、その機能性は、極めて顕著になるものであ
る。以上、各種薬剤を担持することにより良好な徐放物
が得られるが、優れた長期徐放性により、例えばペニシ
リン系抗生剤、テトラサイクリン系抗生剤、抗ガン剤の
ファイブエスユー、カルボプラーチン、シスプラーチ
ン、塩酸アクラルビシン、塩酸ダウノルビシン、ネオカ
ルチノスタチン、アクチノマイシンD、硫酸ペプロマイ
シン、塩酸ピラルビシン、塩酸ドキソルビシン、塩酸ブ
レオマイシン、硫酸ブレオマイシン、マイトマイシン等
の薬剤が好適に使用される。本願発明は上述の他、経口
投与薬、加工食品、飲料、各種吸着カラム材、化粧料、
歯磨材、消臭、脱臭剤、入浴剤、洗顔剤、シャンプーそ
の他のトイレタリー用品、吸着等の機能性を有する繊維
叉は紙用の素材等、その他吸着性、担持物の徐放性を必
要とする分野等、様々なものの主材叉は基材等として使
用可能である。
【0010】
【実施例】
実施例1 既知の湿式合成法により合成したCa/P=1.48のリン酸カ
ルシウム微粉末(#400メッシュ以下)1gをポリビニ
ルアルコール10wt%水溶液3gに混入したのち、イオン
交換水0.5gを加えてさらに混合・攪拌した。得られた
スラリーをテルモシリンジ10mlに充填し、注射針24G
(内径0.47mm)を用いて液体窒素上に滴下した。得られ
た凍結物を真空凍結乾燥機を用いて乾燥させた後、1400
℃で5時間焼結させて球状セラミックス0.9gを得た。得
られた球状セラミックスは直径0.8〜1.2mmであった。
(図1 (a)、(b))得られた球状セラミックス0.9
gを耐熱滅菌瓶に入れ、イオン交換水を50・加えて栓を
した。これを120℃のインキュベーターに1時間入れ、
球状セラミックス表面にリン酸カルシウム結晶を析出さ
せた。インキュベーターにて乾燥後、走査型電子顕微鏡
にて表面状態を観察したところ、10〜20μmのリン酸カ
ルシウム結晶が全周にわたり分布しているのが確認でき
た。(図2(a)、(b))
【0011】実施例2 実験例1で作製した表面にリン酸カルシウム結晶が析出
している球状セラミックスと硫酸カルシウム粉末を混合
し、さらにイオン交換水を適量加えてセメント状にし
た。そして、1分間練和後、このセメントをナス型フラ
スコに入れて、液体窒素に浸すことによりセメントを瞬
間的に凍結させた。その後、速やかに凍結乾燥機を用い
て乾燥させた。乾燥した試料を定格ふるい#100をもちい
て余分に付着している硫酸カルシウムをふるい落とすこ
とにより、表面に硫酸カルシウムセメントをコーティン
グした骨充填材を得た。(図3(a)、(b))
【0012】実施例3 実施例3で作製した骨充填材の硬化状態を調べるため
に、食用の豚の肋骨に直径約4mmの穴を穿孔し、この穴
に骨充填材を充填した。充填後約1時間後に骨充填材は
完全に硬化し、穿孔した穴より骨充填材を取り出すこと
は不可能であった。この実験により、骨欠損部に当発明
品を充填した場合、患部より逸脱する可能性は極めて低
いことが確認された。
【0013】
【発明の効果】本製造方法は生体親和性の優れたセラミ
ックス焼結顆粒の表面にセラミックスセメントをコーテ
ィングすることにより、骨欠損部にインプラントした際
にセメントが加水分解反応により硬化し、セラミックス
焼結顆粒を骨欠損部にアンカリングする。従って、従来
の顆粒状骨充填材は骨欠損部より散逸してしまう問題点
があったが、本発明によりこの問題は解決する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明球状セラミックスの製造過程における冷
媒浸漬後の走査型電子顕微鏡写真図。
【図2】本発明球状セラミックスの製造過程における水
熱処理後の走査型電子顕微鏡写真図。
【図3】本発明球状セラミックスの製造過程におけるセ
メントコーティング後の走査型電子顕微鏡写真図。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出発原料粉末を、超低温媒体に滴下して
    得られる球状セラミックスに水熱処理を施して得られる
    複合層を有する複合球状セラミックス。
  2. 【請求項2】 前記複合層表面に更にセメントを被覆し
    てなるセメント層を有する複合球状セラミックス。
  3. 【請求項3】骨充填材やその他生体修復材料として利用
    可能な材料であって、超低温媒体に滴下して得られる球
    状セラミックスを高温高圧下で水熱処理することによ
    り、その表面に結晶を析出させ、患部に埋入した際にア
    ンカリング効果を発現する骨充填材の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項3記載の骨充填材において、表面を
    骨セメントでコーティングすることにより患部に埋入し
    た際にアンカリング効果を有する骨充填材の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項4記載の骨充填材料のコーティング
    方法が結晶成長により硬化するセメントを結晶成長する
    前に瞬間凍結し、これを凍結乾燥することにより骨充填
    材表面にセメントとしての効果を損なうことなく均一に
    コーティングすることである骨充填材の製造方法。
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