JPS6090880A - リン酸カルシウム多孔体およびその製造方法 - 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】 技術分計 本発明は、燐酸カルシウム化合物多孔体およびその製造
方法に関するものである。更に詳しく述べるならば、本
発明は、吸着剤、又は触媒担体として有用であるばかり
でなく骨欠損部の充填材としても有用な燐酸カルシウム
化合物多孔体、およびその製造方法に関するものである
。

従来技術 燐酸カルシウム化合物、例えばヒドロキシアパタイトか
らなる多孔体が吸着剤、触媒の担体、および骨欠損部の
充填材とに用いられることは既に知られている。このよ
うな多孔体の製造方法としては、従来、非晶質リン酸カ
ルシウム化合物の水性スラリーに有機起泡剤を添加し、
この混合物を攪拌して予じめ多数の気泡をスラリー中に
形成して、この気泡表面に憐ｍカルシウム化合物の粉末
を付着させて多孔体を形成し、この多孔体を加熱して有
機起泡剤を分解除去し、得られた多孔体を焼結して、焼
結燐酸カルシウム化合物多孔体を得る方法が知られてい
る。

しかしながら、上記の従来方法によれば、起泡剤の種類
により形成される気泡の大きさの変動が大きく、また気
泡が消えやすいなどの欠点があり、このため、所望の寸
法の空孔を有し、かつ所望の気孔率を有する製品を得る
ことが困難であった。

また、上記従来方法によっ、て得られた多孔体は、空孔
の寸法の変動が大きく、このため、同一の多孔率を示す
ものでも、その強度のバラツキが大きく、従って製品を
均一な品質を有するようにコントルールすることが［３
であった。

従って、所望の空孔の大きさ、分布や、強度を有し、か
つ、均一な品質を有する燐酸カルシウム化合物多孔体お
よびそれを製造する方法が、当業界において強く待望さ
れていた。

発明の目的 本発明の目的は、所望寸法の空孔を有し、すぐれた強度
を具備し、かつ、前記空孔が微細な空隙を通って外気に
連通している燐酸カルシウム化合物多孔体およびその製
造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、生体内骨組織の再生、すなわち新
生骨の誘起その他の医療用途、電子材料、造伝子工学用
材料りどの用途に使用可能な燐酸カルシウム化合物多孔
体、および、その製造方法を提供することにある。

発明の構成 本発明の燐酸カルシウム化合物多孔体は、５〜２ＱＱミ
クロンの長さを有する多数の焼結された燐酸カルシウム
化合物針状結晶が互に交差連結して形成された多孔体が
らなり、この多孔体内に１〜６００ミクロンの孔径を有
する少くとも１個の空孔が形成されており、前記針状結
晶は、焼結によってそれらの交差点において互に融着し
ており、かつ、これらの針状結晶相互間には多数の間隙
空間が形成されていて、この間隙を通して前記空孔が外
気に連通していることを特徴とするものである。

また、本発明の燐酸カルシウム化合物多孔体の製造方法
は１ミクロン以下の粒径を有する燐酸カルシウム化合物
粉末、又は、前記燐酸カルシウム粉末と、少量の他のカ
ルシウム化合物粉末との混合物からなる原料粉末１重量
部を、５〜１５重量部の水に分散してスラリーを調製し
、 このスラリーを密閉反応器中で、１〜１１００１Ｐの回
転数を有する攪拌機で攪拌してレイノルズ数（Ｒｅ）　
７〜３０の層流を形成しながら、これを１〜３００気圧
下で５［ｌ！〜１００Ｃの温度に加熱し、これによって
長さ５〜２００ミクロンの多数の燐酸カルシウム化合物
針状結晶を形成するとともにこれら多数の針状結晶を互
に交差連結させて未焼結多孔体を形成し、 前記未焼結多孔体を前記スラリーから分離捕集し、次に
前記未焼結多孔体を、９００〜１３５０Ｃの温度で焼結
して、前記針状結晶を、それらの交差接触点において互
いにＦｉｉ！Ｉ！着させる、ことを含むものである・０ 本発明の多孔体は燐酸カルシウム化合物の焼結針状結晶
の交差連結によって形成されたものである。

本発明に使用されている燐酸カルシウム化合物とは、 ０１ＬＨＰＣ！４ ａａｓ　（ＰＯ４）　２ ｏａｓ（ｐｏ４）３ｏａ Ｃａ４０（ＰＯ４）２ ０ａ、Ｏ（ＰＯ４）６（ＯＨ）　２ ０ａＰ４０１゜ ａａ（ｐｏ５）２ ０ａ２Ｐ２０７ ０ａ（Ｈ２ＰＯ４）２１Ｈ２゜ などを主成分とするもので、ヒドロキシアパタイトと呼
ばれる一群の化合物を包含する。ヒドロキシアパタイト
は、組成式ｏａ５（ＰＯ４）３０Ｉ（又は、０ａ１ｏ（
ＰＯ４）６（ＯＨ）２を有する化合物を基本成分とする
もので、Ｏａ酸成分一部分は、Ｓｒ、　Ｂａ、　Ｍｇ　
。

１！ｏ、　Ａ４　Ｙ、　Ｉ＋ａ、　Ｎａ、　Ｋ、　Ｈな
どの１種以上で置換されていてもよく、また（ｐｏ４）
成分の一部分が、ＶＯ４，ＢＯ３，ＳＯ２，００，、Ｓ
ｉＯ４などの１種以上で置換されていてもよく、更に、
（ＯＨ）成分の一部分が、ア、ａｔ、　ｏ、　ｏｏ３な
どの１種以上で置換されていてもよい。

一般に、本発明に用いる燐酸カルシウム化合物は、その
カルシウム（Ｏａ）と燐（Ｐ）との原子比が１．３０〜
１．８０の範囲内にあるものが好ましく、１．６０〜１
．６７の範囲内にあるものがより好ましい。

本発明の多孔体は５〜２００ミクｐンの長さを有する、
多数の焼結された燐酸カルシウム化合物針状結晶が互に
交差し、交絡して形成されたもので、この多孔体内には
、１〜６００ミク四ン、好ましくは、３０ん３００ミク
ロンの孔径を有する少くとも１個の空孔が形成されてい
る。また、前記針状結晶は、焼結によってそれらの交差
接触点において互に融着している。更に、これらの針状
結晶相互間には多数の間隙空間が形成されていて、この
間隙を通して前記空孔は外気に連通ずることができる。

上記の針状結晶の間隙空間は１〜３０ミクロンの径を有
することが好ましく、１〜２０ミク四ンの径を有するこ
とがより好ましい。

本発明の多孔体において焼結された燐酬カルシウム化合
物針状結晶は５〜２００ミクｐンの長さを有するもので
あって、その太さには格別の限定はないが一般には０．
１〜０．５ミクロンであることが好ましい。針状結晶の
長さが５ミクロン未満であると、好適な多孔体を形成せ
ず、かつ空孔率が過小になるという欠点があり、また針
状結晶の長さが２００ミク四ンより大きくなると、多孔
体の寸法が過大となり、空孔率が過大となるという欠点
を生ずる。

本発明の多孔体は、その内部に孔径３０〜３００ミクロ
ンの１個以上の空孔を有するものである。

空孔の数は唯１個であってもよく、この場合は、中空球
状単体を形成する。本発明の多孔体は、複数個の中空球
状単体が集合連結した構造を有するものであってもよい
。この場合、多孔体内の複数個の空孔は、針状結晶の間
隙空間を通して相互に連通しており、かつ外気にも連通
している。一般に本発明の中空球状単位は、粒径５０〜
５５０ミクロン、好ましくは７０〜３００ミクロンの微
細粒状体であるが、粒径０．０５〜５１１ｍの顆粒に成
形されてもよく、或は、充てん、又は補綴すべき骨欠損
部又は空隙部の形状寸法に対応する形状寸法に成形され
てもよい。

本発明の多孔体は、一般に！１０〜９０％の気孔率を有
することが好ましく、４０〜７０％の気孔率を有するこ
とがより好ましい。多孔体内の空孔は真珠又はそれに近
い形状を有することが好ましく、また多孔体内に均一に
分布していることが好ましい。この空孔は、セラミ、り
材料が、生体内に埋め込まれたとき、骨素細胞、骨再生
細胞などを生物学的に活性化するための居住空間を提供
するものである。骨再生＃ｌｌ胞等はこの空孔、特に球
形空孔に滞留するのを非常に好むのである。このために
空孔の孔径は１〜６００ミクロンの範囲にあることが必
要であり、好ましくは３０〜３００ミクｐンである。孔
径が、１〜６００ミクロンの範囲外の空孔は、上記細胞
に対し、良好な居住空間を与えることができない。

空孔の形状が真球、又は、これに近い球形である場合、
得られ−る多孔体の機械的強度が高い。従って、この多
孔体が、生体内に埋め込まれたとき、それが新生骨によ
ってリターンオーバーされるまで、高い機械的強度を保
持し続け、その間の骨折を防止することができる。

焼結多孔体内の針状結晶間隙空間は、少くとも、空孔と
、多孔体の外部空間とを連通ずるものであって、この通
路を通って、前記骨素細胞、骨再生細胞、赤血球体液な
どが自由に多孔体内に進入することができ、かつ毛細血
管の発達が促進される。

しかしながら、この間隙の径は１〜３０ミク四ンの範囲
、好ましくは１〜２０ミクロンの範囲内にあるとき、骨
破懐細胞やコラーゲン繊維は、多孔質体内の毛細管状空
隙通路へ進入し難く、コラーゲン繊維の異常発達並びに
骨組織の硬質化を防ぐことができる。すなわち、本発明
の多孔体において、針状結晶間隙空間は、バイオフィル
ターとしての機能を兼ねそなえるものである。

上記間隙空間の径が１ミクロンよりも小さくなると、骨
素細胞、骨再生細胞、赤血球体液などの多孔体内進入が
困難となることがあり、また３０ミク四ンより大きくな
ると、破壊細胞やコラーゲン繊維の侵入および発達を許
し、このため骨の再生を阻害し、また、再生骨組織や、
その近傍の組織の硬質化を招くようになることがある。

本発明の多孔体が複数個の空孔を有する場合でも、これ
らは、針状結晶間隙空間によって互に連通しているので
、これによって、多孔質体の食尽および生体組織の再生
（リターンオーバー）を促進することができる。

本発明の多孔体が生体内に充てん材又は補苧材として埋
め込まれたとき、血液、体液、並びに骨素細胞、骨再生
細胞は針状結晶間隙空間を通って進入し、空孔において
増殖した骨素細胞により食尽され、それと同時に、骨再
牛細胞によって骨組織が再生され、所謂ターンオーバー
が行われる。

このとき、多孔体の外部空間に向って空孔を連通してい
る間隙空間は、１〜３０ミクロンの径を有しているので
、骨破壊細胞やコラーゲン繊維は、多孔質体内の毛細管
状空隙通路へ侵入し難く、コラーゲン繊維の異常発達並
びにその硬質化を防ぐことが出来る。従って再生された
骨の軟組織が破壊されたり、コラーゲン繊維により硬質
化することがない。従って、本発明の多孔体は、新生骨
を誘起し生体内で育成された正常な骨組織に・よって置
き換えられる。

本発明の多孔体を製造するために燐酸カルシウム化合物
を主成分とする原料粉末を、長さ５〜２００ミクロンの
針状結晶に変成する。この原料粉末は、１ミクロン以下
の粒径を有する燐酸カルシウム化合物粉末、又は、この
燐酸カルシウム化合物粉末と、その他のカルシウム化合
物粉末との混合物からなるものである。

本発明方法に用いられる燐酸カルシウム化合物は前述の
通りであるが、一般には、燐酸三カルシウム（ａａ、（
ｐｏ４）２）、ヒドロキシアパタイト〔０ａ５（ＰＯ４
）０１ｉ〕およびａ　ａ　、ｏ　（Ｐ　Ｏ４）　、ｓ　
（ｏ　ｎ　）　２が好ましく、特にゾルゲル法で合成さ
れ、ｒ過、水洗、乾燥されたものが好ましい。

所望の燐酸カルシウム化合物を製造するには、例えば、
カルシウムイオンを含む水溶液、又は、カルシウム化合
物の懸濁液に、燐酸イオンを含む水溶液を滴下し、この
反応系を反応温度１０〜８０　Ｕｓ　ｐＨ３〜１１に調
整しながら、０．５〜１００時間熟成する方法が知られ
ている。この場合、カルシウムと燐との原子比（Ｃα／
Ｐ）は、１．３０〜１．８０の範囲に設定されることが
好ましい。原子比（Ｃα／Ｐ）が、１．３０未満のとき
は、結晶質ブルッシャイトが生成するし、原子比（Ｏｃ
Ｌ／Ｐ）が１．８０を越えると、焼結後にＯａＯが生成
するという欠点を生ずる。

上記の合成工程によって得られた燐酸カルシウム化合物
は、ｒ過、水洗、乾燥され、１ミクロン以下の粒径を有
する原料粉末に用いられる。

本発明方法において、原料粉末に用いられる燐酸カルシ
ウム化合物は、通常の結晶体でもよく、或は、同型固溶
体、置換型固溶体、および侵入型固溶体のいづれであっ
てもよく、また、非量論的格子欠陥を含むものであって
もよい。

原料粉末に用いられる燐酸カルシウム化合物のカルシウ
ム／燐原子比（０α／Ｐ）が形成される針状結晶の原子
比（０α／Ｐ）　の所望値よりも小さいときは、不足量
のカルシウムを捕虜するために、燐酸カルシウム化合物
とは異るカルシウム化合物、例えば、水酸化カルシウム
、生石灰、硝酸カルシウム、フ、化カルシウム、塩化カ
ルシウム、および／又はしゅう酸カルシウムなどの粉末
を燐酸カルシウム化合物粉末に混合して、この混合物を
原料粉末として用いる。

原料粉末は、その１重量部当り５〜１５重量部の水、好
ましくは蒸留水又は脱イオン処理された水に分散され、
水性スラリーが調製される。

このスラリーにおいて、水の量が原料粉末１重量部当り
５重量部より少い場合、燐酸カルシウム化合物の針状結
晶の成長速度が遅く、空孔の形成も不十分であって、目
づまり現象を発生する。また水の量が１５重量部より多
くなると、得られる多孔体中の空孔の大きさが３００ミ
クロンよりも大きくなり、焼成により得られる多孔体は
強度が低く、もろいものとなる。

得られた原料粉末の水性スラリーを棲拌機を具備した密
閉反応器、例えば、オートクレーブに装入し、これを１
〜３００気圧の圧力下で５０〜１００Ｃの温度に加熱し
ながら、この水性スラリーを、１〜１１００１Ｐの回転
数で攪拌し、それにレイノルズ′Ｉ！Ｉ（Ｒｅ）７〜３
０の層流を形成させる。この処理を所要時間、例えば、
１〜１００時間継続すると原料粉末から長さ５〜２００
ミクロンの燐酸カルシウム化合物針状結晶が生成形成さ
れ、それとともに、これらの針状結晶は相互に交差（交
絡）連結して内部に、孔径１〜６００ミクロンの少くと
も１個の空孔を有する未焼結多孔体を形成する。このよ
うな多孔体の形成メカニズムは、明らかではないが、層
流中で生成した針状結晶が、層流に従って遊動するとき
、針状結晶のまわりに微小な渦流を生じ、この渦流によ
って針状結晶が互に交絡連結するものと″考えられる。

針状結晶の生成形成および交絡工程は、１〜６００気圧
下５０〜１００Ｃの温度で行われる。この圧力および温
度条件が前記範囲外の場合は、燐酸カルシウム化合物の
針状結晶の生長が十分に進行しない。

この工程に用いられる攪拌機のタイプには格別の限定は
ないが層流形成に有効なもの、例えばパドル攪拌機、タ
ービン翼攪拌機、又はプロペラ檀拌機などを用いること
ができる。この攪拌操作は、１〜１００Ｒｐ′Ｍの回転
数で行われ、スラリーにレイノルズ数（Ｒｅ）７〜３０
の層流を形成させる。

欅拌機の回転数が不十分でレイノルズ数（Ｒｅ　）　が
７未満となるときは形成される層流は局部的なもので針
状結晶の生長や交絡が不満足なもととなる。

また、攪拌機の回転数が過大でレイノルズ１ｆ（（Ｒｅ
）が３０より大きくなると層流中の′一部に乱流を発生
し、成長した燐やカルシウム化合物針状結晶が破壊され
やすくなり、またこれら針状結晶の相互交絡が阻害され
、所望の空孔を有する多孔体を得ることが困難になる。

形成された燐酸カルシウム化合物未焼結多孔体を、適宜
な方法、例えば、ｆ過、又は遠心分離などによりスラリ
ーから分離捕集する。

この未焼結多孔体を、そのま＼、又は、必要に応じて、
所望形状および寸法の成形物に成形し、これに９００〜
１３５０ｔ：’の温度において、例えば０５〜３時間の
加熱を施して焼結する。この焼結操作により、針状結晶
は、それらの交差接触点において、互に融着し、得られ
る多孔体の強度が向上するが、針状結晶の間隙空間はそ
のま＼保持される。

次に本発明を実施例によって更に説明する。

実施例　１ 特級試薬水酸化カルシウム５モルを蒸留水１０１に分散
して水酸化カルシウムスラリーを作成した。このスラリ
ーをホーロー製６０−ｅ四ツロタンクに入れ、タンク中
の空気を窒素ガスで置換し、スラリーを１１０００ＲＰ
の回転数の攪拌機で攪拌しながら、これに５０容積％燐
酸水溶液４００ｍ１を徐々に添加し、この混合液を、６
０Ｃの温度で２４時間加熱し反応させた。反応完了後、
反応液のｐＨを６に調整し、カルシウムの燐に対する原
子比（０α／Ｐ）が１．６２の非晶質燐酸カルシウム化
合物を得た。この化合物を脱水、乾燥した。

この化合物は粒径約０．５ミクロンの微細粒子からなる
粉末であった。

２００１の非晶質燐酸カルシウム粉末を３０００１の蒸
留水に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを
オートクレーブに入れ、タービン翼攪拌機を７ＱＲＰＭ
の回転数で回転して、スラリーを攪拌して、これに、レ
イノルズ数（Ｒｅ）　１０の層流を形成させ、それとと
もに、オートクレーブ中のスラリーを１００気圧の圧力
下に８０Ｃで４０時間加熱した。これによって、燐酸カ
ルシウム化合物未焼結多孔体の粒状物が形成された。

この未焼結多孔体をスラリーから分離し、乾燥した。こ
の多孔体を走査型電子顕微鏡で観察した。

その結果、この多孔体は、長さ５〜２ｏｏミク四ン、太
さ０．１〜０．３ミク四ンの多数の針状結晶がらなり、
その内部に孔径１５０〜３００ミクロンの空孔を有して
いることが認められた。乾燥された未焼結多孔体１０？
を２　ｋｌ／ｃｄの圧力で直径１０■、厚さ５＋ｗｉの
円板状に成形した。この円板状多孔体を１２００ｔ：’
の温度で２時間焼結した。

得られた焼結多孔体は４８％の気孔率、１．５８ｙ／ｃ
ｒｌノかさ比重および、２５０　ｋｌ／ａｄの圧縮強さ
を有していた。この多孔体を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、孔径１００〜２００ミクｐンの空孔がは寸均
−に分布し、針状結晶は、その交差接触点で互に融着し
てお、す、間隙空間は５〜１０ミクロンの径を有してい
た。

実施例２ 実施例１で調製された非晶質燐酸カルシウム化合物（Ｏ
α／Ｐ原子比＝　１．６２　、粒径約０．５ミク四ン）
１６０２と、水酸カルシウム粉末（粒径約０．８ミクロ
ン）４０２とを混合し、この混合物２００？を、蒸留水
３０００５Ｆに分散してスラリーを調製した。

このスラリーを実施例１記載の方法と同様にして層流攪
拌、加圧加熱したところ多孔体が形成された。この多孔
体は長さ１０〜２００ミクロン、太さ０．１〜０．３ミ
クロンの針状結晶の交絡によって形成されておりその内
部に３０〜３００ミクロンの空孔が形成されていた。

この多孔体を脱水乾燥した後、これをＸ線回折法で検討
したところ、針状結晶は結晶性のすぐれたヒドロキシア
パタイト（Ｃα／ｐ＝１．６７）であった。

この多孔体粒子１０ｆ！を３ｋｙ／ｃｔ／Ｉの圧力下で
直径１０１１％厚さ５ＩＩＩＩｌの円板状に成形し、こ
の成形体を１１５０ｔ：’で１．５時間加熱して焼結し
た。

得られたヒドロキシアパタイト焼結多孔体の気孔率は４
３％、かさ比重は１．６０　Ｐ／ｃｄ、圧縮強さは５５
０　ｋｌ／ｃｄであった。

この焼結多孔体を走査型電子顕微鏡で観察したところ、
孔径６０〜２００ミクロンの空孔がは！均一に分布して
おり、針状結晶はその交差点において、互に融着してお
り、間隙空間の径は５〜１５ミク四ンであった。

発明の効果 本発明の燐酸カルシウム化合物多孔体は、その特殊構造
にもとづき吸着剤、触媒担体として有用であるばかりで
なく、骨欠損部の充填材としても極めて有用なものであ
る。

特許出願人 住友セメント株式会社 山　内　繁 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士西舘和之 弁理士　山　口　昭　之 弁理士西山雅也

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １５〜２００ミク四ンの長さを有する多数の焼結された
   燐酸カルシウム化合物針状結晶が互に交差連結して形成
   された多孔体からなり、この多孔体内に１〜６００ミク
   四ンの孔径を有する少くとも１個の空孔が形成されてお
   り、前記針状結晶は、焼結によってそれらの交差点にお
   いて互に融着しており、かつ、これらの針状結晶相互間
   には多数の間隙空間が形成されていて、この間隙を通し
   て、前記空孔が外気に連通していることを特徴とする燐
   酸カルシウム化合物多孔体。 ２、前記燐酸カルシウム化合物におけるカルシウムと燐
   との原子比（０α／Ｐ）が１．３０〜１．８０の＠卵内
   にある特許請求の範囲第１項記載の多孔体。 ６、前記ａ酸カルシウム化合物がヒドロキシアパタイト
   である、特許請求の範囲第１項記載の多孔体。 ４、前記針状結晶間の間隙空間の径が１〜３０ミクロン
   の範即内にある、特許請求の範囲第１項記載の多孔体。 ５、前記多孔体が３０〜９０％の気孔率を有する、特許
   請求の範囲第１項記載の多孔体。 ６、前記針状結晶の太さが０．１〜０．５ミクロンの範
   囲内にある、特許請求の範囲第１項記載の多孔体。 ７　１ミクロン以下の粒径を有する燐酸カルシウム化合
   物粉末、又は、前記燐酸カルシウム粉末と、少量の他の
   カルシウム化合物粉末との混合物からなる原料粉末１重
   ゛量部を、５〜１５重量部の水に分散してスラリーを調
   製し、 このスラリーを密閉反応器中で、１〜１１００ＲＰの回
   転数を有する攪拌機で攪拌してレイノズル数（Ｒｅ）７
   〜３０の層流を形成しながら、これを１〜３００気圧下
   で５０〜１００Ｃの濁度に加熱し、これによって長さ５
   〜２００ミクロンの多数の燐酸カルシウム化合物針状結
   晶を形成するとともにこれら多数の針状結晶を互に交差
   連結させて未焼結多孔体を形成し、 前記未焼結多孔体を前記スラリーから分離捕集し、次に
   前記未焼結多孔体を、９００〜１３５０Ｃの温度で焼結
   して、前記針状結晶を、それらの交差接触点において互
   いに融着させる、ことを含む燐酸カルシウム化合物多孔
   体の製造方法。 ８、　前記燐酸カルシウム化合物針状結晶におけるカル
   シウムと燐との原子比（０α／Ｐ　）が１．３０〜１．
   ８０の範囲内にある、特許請求の範囲第７項記載の方法
   。 ９　前記燐酸カルシウム化合物針状結晶がヒドロキシア
   パタイトからなる特許請求の範囲第７項記載の方法。 １０、前記他のカルシウム化合物粉末が、水酸化カルシ
   ウム、生石灰、炭酸カルシウム、硝酸カルシウム、フッ
   化カルシウム、塩化カルシウム、およびしゆう酔カルシ
   ウムから選ばれた少くとも１員の粉末である、特許請求
   の範囲第７項記載の方法。