DE3510234A1

DE3510234A1 - Chirurgische zemente und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3510234A1
Application number: DE19853510234
Authority: DE
Inventors: Toshio Osaka Adachi; Tatsumi Shiotsu
Original assignee: Meishintoryo Co Ltd
Current assignee: Meishintoryo Co Ltd
Priority date: 1984-03-24
Filing date: 1985-03-21
Publication date: 1985-10-10
Also published as: AU4014785A; GB8507703D0; AU562042B2; GB2156824B; GB2156824A

Description

Chirurgische Zemente und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen chirurgischen Zement, und insbesondere betrifft sie einen chirurgischen Zement, der cL· -Tricalciumphosphat und/oder amorphes Tricalciumphosphat als Hauptbestandteil enthält. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zements.

Bis zum heutigen Tage wurden zahlreiche Materialien, die im und am lebenden Körper verwendbar sind, vorgeschlagen, wie beispielsweise Kunststoffmaterialien oder verschiedene Arten von Metallen, beispielsweise Gold, Silber, Palladiumlegierungen, Ni-Cr-Legierungen, Co-Cr-Legierungen, Amalgam, nichtrostender Stahl, Titanlegierungen, und diese Materialien wurden auf vielen Gebieten wie beispielsweise in der Orthopädie und in der Dentalmedizin verwendet. Diese Materialien finden zahlreiche Anwendungen für Zahnkronen, Wurzelmassen und es wird ferner versucht, sie in künstlichen Knochen, künstlichen Gelenken oder dgl. zu verwenden. Sie weisen im Hinblick auf ihre mechanische Festigkeit eine hohe Zuverlässigkeit auf und können in Präzisionsverfahren verarbeitet werden, während sie jedoch gleichzeitig verschiedenen unerwünschten Veränderungen wie beispielsweise einem Auflösen, einer Korrosion, einem Qualitätsverlust infolge der aggressiven Umgebungsbedingunga^ im lebenden Körper unterliegen, und sie ermüden während des Dauergebrauchs und sind von einer Fremdsubstanz bildenden Reaktion begleitet.

Es wurde daher in jüngerer Zeit Keramikmaterialien eine große Aufmerksamkeit,gewidmet, die eine relativ gute Affinität gegenüber lebenden Geweben aufweisen.

So wurden beispielsweise künstliche Knochen, künstliche Gelenke und Wurzeln vorgeschlagen, die aus Al.~0-.-Ein-

kristall oder einem Sinterkörper aus diesem Material zusammengesetzt waren, oder auch Materialien, die aus Hydroxyapatit aufgebaut sind.

Diese Implantat-Materialien weisen jedoch die Nachteile auf, daß sie zu hart und brüchig sind, was eine gemeinsame Eigenschaft von keramischen Werkstoffen ist. Es sind daher weiterhin noch viele Probleme zu lösen, um diese Materialien als Materialien für künstliche Knochen und Wurzeln geeignet zu machen. Andererseits ist auf dem Gebiet chirurgischer Zemente auch ein Zement bekannt, bei dem eine Orthophosphorsäure-Lösung üblicherweise als Härtungslösung verwendet wird. Als ein derartiger Zement sind beispielsweise bekannt ein Zinkphosphat-Zement, der durch Kneten von Zinkoxid mit einer etwa 70%igen wäßrigen Orthophosphorsäure-Lösung erhalten wurde, sowie ein Silikatzement, der in Form eines Produkts verwendet wird, das ein mit einer wäßrigen Phosphorsäurelösung geknetetes Silikatglas darstellt, sowie ähnliche Zemente. Wegen der verwendeten Phosphorsäure sind diese Zemente jedoch stark sauer, weisen eine nervschädigende Wirkung auf und weisen außerdem eine unzureichende Haftung am Zahn auf. Andererseits werden in den US-PSen 3 655 605, 3 741 926, 3 751 391 und 3 804 794 Zinkoxid-Polycarboxylat-Zemente vorgeschlagen, bei denen eine wäßrige Poly(carbonsäure)-Lösung mit einer schwachen schädigenden Wirkung anstelle der wäßrigen Orthophosphorsäure-Lösung verwendet werden.

Außerdem wurden zur Modifikation der Druckfestigkeit von Zementen ionomere Zemente entwickelt, und in diesen ionomeren Zementen wird Fluoraluminosilikat anstelle von Zinkoxid verwendet, das mit einer wäßrigen Lösung einer polymeren Carbonsäure gehärtet wird (vgl. z.B. US-PSen 3 814 717, 4 016 124, 4 089 803 und GB-PS 1 316 129). Die zur Herstellung dieser Zemente verwendeten Ausgangsstoffe unterscheiden sich jedoch chemisch vom Material der Zähne und Knochen, weshalb noch zahlreiche zu lösende Probleme existieren, wozu gehört, daß die genannten

Zemente gegenüber lebenden Geweben weniger verträglich sind, daß sie Nervgewebe reizen und daß sie in die Dentinkanälchen eindringen usw.

Um die Härtungsgeschwindigkeit von Carboxylat-Zementen, die aus Zinkoxid und einer polymeren Carbonsäure zusammengesetzt sind, zu regeln, wurde beispielsweise eine Zusammensetzung vorgeschlagen, die aus dem Carboxylatzement dadurch hergestellt wird, daß man als Füllmaterial eine geringe Menge an Calciumphosphat-Pulver zusetzt (vgl.

US-PSen 3 655 605, 3 751 391 und 4 288 355), sowie außerdem eine Zementzusammensetzung, die dadurch erhalten wird, daß man Hydroxyapatit als Hauptbestandteil mit einem anorganischen Pulver wie beispielsweise ZnO, CaO, Al„0 , Ca_(PO₄)₂, SiO₂ und einer polymeren Carbonsäure mischt (vgl. beispielsweise offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 83605/1983).

In der nach dem Anmeldetag der vorliegenden Erfindung offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 182263/1984 wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines chirurgischen Zements beschrieben, das das Mischen voncC-Tricalciumphosphat mit einer anorganischen Säure oder einer organischen Säure wie beispielsweise Salpetersäure, Salzsäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure und dgl. umfaßt.

Derartige chirurgische Zemente sind jedoch im Hinblick auf die Anforderungen an die Verträglichkeit für lebeng0 de Gewebe sowie gleichzeitig an die Druckfestigkeit nicht befriedigend.

In einem lebenden Körper verwendete Materialien befinden sich stets im,Kontakt mit lebenden Geweben und sind für einen Langzeit-Gebrauch bestimmt. Sie müssen daher sicher sein, was bedeutet, daß sie keine schädlichen Wirkungen auf den lebenden Körper wie beispielsweise eine Tumorerzeugung aufweisen dürfen, und sie

dürfen auch die Gewebe um das entsprechende Teil nicht reizen, in das der Zement eingefüllt oder an dem er verwendet wird. Zusätzlich sollten sie eine gute Verträglichkeit für lebende Zellen aufweisen, d.h. eine gute Haftung an solche Zellen sowie außerdem eine Selbst-Verknöcherung, d.h. eine Assimilation von neugebildetem Knochen und der Oberfläche des Materials.

Unter den geschilderten Umständen besteht ein erheblicher Bedarf nach einer Entwicklung von Materialien für lebende Organismen, die Bestandteile enthalten, die den Hauptbestandteilen der Zähne oder Knochen ähnlich sind und die eine hervorragende Druckfestigkeit aufweisen.

±5 Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, chirurgische Zemente zu schaffen, die auf dem Gebiet der Medizin und Zahnmedizin verwendbar sind, die Bestandteile aufweisen, die denen der Zähne oder Knochen des lebenden Organismus sehr ähnlich sind, ^so daß sie keine Fremdsubstanz bildende Reaktion bewirken und im Hinblick auf ihre Verträglichkeit für den lebenden Organismus hervorragend sind. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen chirurgischen Zement zu schaffen, der in die Wurzelkanäle von Zähnen oder in Löcher oder fehlende Teile eingefüllt werden kann, die infolge von Krankheiten oder durch äußere Faktoren gebildet wurden.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen chirurgischen Zement zu schaffen, der als Wiederherstellungs-Material für die Reparatur des Alveolarknochens verwendbar ist, der durch Degeneration verschwunden ist, sowie als Füllmaterial für Zahn- und Knochenspalten geeignet ist, die sich durch äußere Einflüsse wie beispielsweise eine Periodontose oder Verkehrsunfälle gebildet haben.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

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einen chirurgischen Zement auch mit einer hohen Druckfestigkeit zu schaffen, der in einem Fall verwendbar ist, wenn eine hohe Festigkeit unmittelbar nach dem Füllen erforderlich ist.
5

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen chirurgischen Zement zu schaffen, der es ermöglicht, die Struktur und die Funktionen der verletzten und fehlenden Teile (Hohlräume und Löcher) zu reparieren oder wiederherzustellen.

Diese. Aufgaben sowie weitere Aufgaben, die der Fachmann der nachfolgenden Beschreibung entnimmt, werden durch einen chirurgischen Zement gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Der erfindungsgemäße chirurgische Zement enthält selbsthärtendes C\> -Tricalciumphosphat und/oder selbsthärtendes amorphes Tricalciumphosphat, eine chirurgisch annehmbare wasserlösliche polymere Carbonsäure sowie Wasser.

Der Begriff "selbsthärtend", der zur Bezeichnung des in dem erfindungsgemäßen chirurgischen Zement verwendeten selbsthärtenden (^"Tricalciumphosphats und/oder selbsthärtenden amorphen Tricalciumphosphats verwendet wird, bedeutet, daß diese Phosphate mit der weiter unten genauer offenbarten chirurgisch annehmbaren wasserlöslichen polymeren Carbonsäure reagieren, so daß diese gemeinsam aushärten.

Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erhalten, muß selbsthärtendes 0L> -Tricalciumphosphat-Pulver LoL-Ca (PO ) -PulverJ und/oder selbsthärtendes amorphes Tricalciumphosphat-Pulver Γ Ca₀(PO,)_.XH_O-Pulver ver-

¹— J 4 2. Z. —■

wendet werden.

Im allgemeinen kann das genannte r^-Tricalciumphosphat nach einem der folgenden Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise umfaßt ein Verfahren das Erhitzen des getrockneten Calciumhydrogenphosphat- dihydrats (CaHPO₄.2H„O) auf eine Temperatur von etwa 300 bis 500⁰C, um Q^-Calciumpyrophosphat ( ^-Ca₃P₂O₇) zu bilden, das anschließende gleichförmige Mischen von äquimolaren Mengen von

^""-Calciumpyrophosphat und Calciumcarbonat, das Brennen der Mischung nach einem ausreichenden Trocknen bei einer Temperatur von 1000 bis 1300⁰C, vorzugsweise um etwa 1200⁰C, für etwa eine Stunde und das feine Pulverisieren des gebrannten Produkts, so daß ein Pulver erhalten wird, das eine Größe von gleich oder weniger als ΙΟΟμπι aufweist. Ein anderes Verfahren zur Herstellung von^-Tricalciumphosphat-Pulver [oC-Ca_ (PO .)_J umfaßt das gleichförmige Mischen von Calciumhydrogenphosphatdihydrat und Calciumcarbonat bei einem Molverhältnis von 2:1, das anschließende Brennen der Mischung unter den gleichen Bedingungen wie oben und das Pulverisieren des gebrannten Produkts auf die beschriebene Weise.

Das auf diese Weise erhaltene CKj -Tricalciumphosphat-Pulver kann nach den folgenden Verfahrensweisen weiter verarbeitet werden, die das Verpressen des^-Tricalciumphosphat-Pulvers, das Brennen des gepreßten Pulvers bei einer Temperatur von 1200 bis 1500⁰C, vorzugsweise 1200 bis 1300⁰C für wenigstens eine Stunde, und anschliessend das Pulverisieren des gebrannten Produkts wie im obigen Falle umfaßt, so daß ein feines Pulver gebildet wird, das eine Größenverteilung von 0,5 bis 20μπ\ aufweist.

Außerdem kann 0\y -Tricalciumphosphat dadurch hergestellt werden, daß man amorphes Tricalciumphosphat unter Preßdruck verdichtet und nach der gleichen Arbeitsweise wie oben pulverisiert.

Bei dem zuletzt beschriebenen Verfahren, bei dem das

Brennen und die Pulverisierung jeweils doppelt ausgeführt werden, dient die erste Behandlung der Bildung von oC-Tricalciumphosphat, während die zweite Behandlung durchgeführt wird, um die Dichte des Pulvers zu verbessern und damit die Druckfestigkeit zu verbessern. Das nach der ersten Behandlung erhaltene Produkt kann jedoch ohne weiteres in dem chirurgischen Zement als Hauptbestandteil verwendet werden und sichert befriedigende Ergebnisse.

Wenn es gewünscht wird, können außerdem zu dem Zement 0,1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 2 Gew.-% Aluminiumphosphat zugesetzt werden, bevor die ersten oder die zweiten Brenn- und Pulverisierungs-Stufen durchgeführt werden, um die Druckfestigkeit des fertigen chirurgischen Zements mehr oder weniger zu verbessern.

Andererseits kann amorphes Tricalciumphosphat generell nach dem Verfahren erhalten werden, das die Umsetzung einer wäßrigen Lösung eines Calciumsalzes und einer wäßrigen Lösung von Phosphat, das Abtrennen des Produkts durch Abfiltrieren unter den Bedingungen einer niedrigen Temperatur und Trocknen umfaßt.

Als bevorzugtes Beispiel für das Calciumsalz kann beispielsweise Calciumnitrat erwähnt werden, während Ammoniumphosphat vorzugsweise als Phosphat verwendet wird. Die genannte Reaktion wird vorzugsweise bei einem pH von 10 bis 12 durchgeführt, und die Umsetzung ist der Naßsynthese des bekannten Calciumhydroxidapatits ähnlich. Aach der Vervollständigung der Reaktion werden die Nachfolgeschritte wie beispielsweise die Abtrennung durch Filtration, das Trocknen und das Pulverisieren bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt. Diese Bedingung ist wichtig, um das auf diese Weise gebildete Calciumphosphat im amorphem Zustand zu halten, ohne irgendeine Kristallisation zu bewirken.

Bei dem beschriebenen Verfahren ist es daher bevorzugt, die Abtrennung durch Filtration, das Trocknen und das Pulverisieren bei einer Temperatur von -1O⁰C bis +10⁰C durchzuführen. Insbesondere ist bei dem Verfahren die

5 obere Grenze kritisch, da deren Einhaltung erforderlich ist, um das Reaktionsprodukt wie oben beschrieben im amorphem Zustand zu halten.

Als Trocknungsschritt kann beispielsweise eine Lyophilisierung (Gefriertrocknung) erwähnt werden. Außer dem beschriebenen (Aj -Tricalciumphosphat und/oder amorphen Tricalciumphosphat ist ein weiterer notwendiger Bestandteil die chirurgisch annehmbare wasserlösliche polymere Carbonsäure (=Poly(carbonsäure)). Alle bekannten polymeren Carbonsäuren, die üblicherweise in einem chirurgischen Zement wie beispielsweise einem Zement, der Zinkoxid als Hauptbestandteil enthält, oder einem ionomeren Zement, wie er in der US-PS 4 089 830 beschrieben ist, verwendet werden, können ohne Schwierigkeiten in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Die bevorzugten polymeren Carbonsäuren sind solche, die durch Homopolymerisation oder Copolymerisation von ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren oder Copolymerisation von ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren und Copolymerisation dieser Säuren mit anderen ungesättigten aliphatischen Monomeren hergestellt werden.

Die in dem bevorzugten erfindungsgemäßen chirurgischen Zement verwendete Lösung der polymeren Carbonsäure kann nach irgendeiner herkömmlichen Polymerisationstechnik hergestellt werden. Beispielsweise kann die Polymerisation in wässriger Lösung in Gegenwart von Ammoniumpersulfat und verschiedenen Kettenübertragungsmitteln durchgeführt werden, um Lösungen zu erhalten, die bis zu etwa 30% des Polymeren enthalten. Diese Lösung kann dann erforderlichenfalls konzentriert werden, um eine viskosere Lösung zu erhalten, oder gefriergetrocknet werden, um eine feste

teilchenförmige polymere Carbonsäure zu erhalten.

Verschiedene andere acrylische Monomere können in das polymerisierende System eingearbeitet werden, um Carbonsäure-Copolymere mit modifizierten Eigenschaften zu erhalten, vorausgesetzt, daß das Carbonsäure-Copolymere in Wasser ausreichend löslich ist und mit einem Tricalciumphosphat-Pulver auf die erforderliche Weise reagiert.

Besonders bevorzugte polymere Carbonsäuren sind (i) Homopolymere von Acrylsäure oder

(ii)Copolymere von (a) Acrylsäure, vorzugsweise in einer Menge von 60 bis 99 Gew.-%, als Hauptbestandteil und

(b) einer geringen Menge, vorzugsweise 0,1 bis 40 Gew.-%> von wenigstens einem ungesättigten Monomeren, das aus der Gruppe ausgewählt, die aus Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Methacrylsäure, Aconitsäure, Citraconsäure, Glutaconsäure, Mesaconsäure, Tiglinsäure und deren niedrigen Alkylestern (mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen) sowie einem niedrigen Alkylester von Acrylsäure (C₁ bis C^-Alkyl) besteht.

Die chirurgisch annehmbare wasserlösliche polymere Carbonsäure, die für den erfindungsgemäßen chirurgischen Zement nützlich ist, weist ein Viskositätsmittel des mittleren Molekulargewichts von 2000 bis 200 000, vorzugsweise von 5000 bis 150 000 auf, wenn man dieses nach dem Verfahren von Sakamoto bestimmt (Chem. Abstr., 58, 13160C).

Die polymere Carbonsäure kann in Form eines Pulvers oder in Form einer wäßrigen Lösung mit einer Konzentration verwendet werden, die im Bereich von 10 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 25 bis 55 Gew.-%, liegt.

Der bevorzugte erfindungsgemäße chirurgische Zement ent-

hält (a) 23 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt 33 bis 72 Gew.-%, von wenigstens einem Mitglied (Bestandteil (A)) aus der Gruppe, die aus selbsthärtendem Qo-Tricalciumphosphat und selbsthärtendem amorphem Trxcalciumphosphat besteht, (b) 2 bis 46 Gew.-%, besonders bevorzugt 7 bis 37 Gew.-%, einer polymeren Carbonsäure (Bestandteil (B)) sowie (c) 10 bis 69 Gew.-%, besonders bevorzugt 12 bis 50 Gew.-%,Wasser.

Wenn der Bestandteil (B) in Form einer wäßrigen Lösung mit einer Konzentration von 10 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 55 Gew.-%, verwendet wird, beträgt das Verhältnis des Bestandteils (A) zu der wäßrigen Lösung des Bestandteils (B) von 0,3:1 bis 3,0:1, vorzugsweise von 0,5:1 bis 2,5:1.

Selbst wenn man eine wäßrige Lösung der polymeren Carbonsäure verwendet, müssen die Anteile der entsprechenden Bestandteile so eingestellt werden, daß deren Mengen in die oben erwähnten Bereiche fallen.

Der erfindungsgemäße chirurgische Zement wird vorzugsweise so eingestellt, daß das Gewichtsverhältnis der chirurgisch annehmbaren wasserlöslichen polymeren Carbonsäure zu dem selbsthärtenden öC-Trxcalciumphosphat in einen Bereich von 0,4 bis 0,6 fällt und daß das Gewichtsverhältnis des Wassers zu dem selbsthärtenden öO-Trxcalciumphosphat in den Bereich von 0,4 bis 0,7 fällt, wenn der chirurgische Zement verwendet wird, insbesondere bei Anwendungsfällen, bei denen eine hohe Druckfestigkeit erforderlich ist.

Außerdem können in den erfindungsgemäßen chirurgischen Zement viele andere organische Säuren als die polymere Carbonsäure eingearbeitet werden, vorzugsweise in einer Menge bis zu 10 Gew.-%, um die Härtungsgeschwindigkeit während seiner Verwendung zur Reparatur oder Wiederherstellung der Zahnkanäle usw. einzustellen.

In einem Falle, in dem die organische Säure in Form einer wäßrigen Lösung verwendet wird, wird die Menge des Wassers, die in der wäßrigen Lösung der organischen Säure vorhanden ist, im voraus so eingestellt, daß die Gesamtmenge des Wassers in den oben erwähnten Bereich fällt.

Als in dem erfindungsgemäßen chirurgischen Zement vorzugsweise verwendete Säure kann beispielsweise Glykolsäure, Glutaminsäure, Pantothensäure, Milchsäure, Weinsäure, Zitronensäure oder Apfelsäure erwähnt werden, die allein oder in Form einer Mischung verwendet werden können, die zwei oder mehr von ihnen enthält.

Der erfindungsgemäße chirurgische Zement kann nach dem Verfahren hergestellt werden, das entweder

(i) die Schritte des Mischens von (a) einem Pulver des Bestandteils (A), der von wenigstens einem Mitglied der Gruppe gebildet wird, die aus selbsthärtendem

c(j-Tricalciumphosphat und selbsthärtendem amorphem Tricalciumphosphat besteht, und (b) einem Bestandteil (B) aus einem Pulver der chirurgisch annehmbaren wasserlöslichen polymeren Carbonsäure, und des Knetens der Mischung in Gegenwart der gewünschten Wassermenge unter Bildung eines fließfähigen oder plastischen Produkts oder

(ii) das Zugeben der gewünschten Menge einer wäßrigen Lösung des Bestandteils (B) zu dem Bestandteil (A) und das Kneten der erhaltenen Mischung zu ihrer Überführung in den fließfähigen oder plastischen Zustand umfaßt.

Somit können gemäß der vorliegenden Erfindung chirurgische Zemente dadurch erhalten werden, daß man (Λ/--Tricalciumphosphat und/oder amorphes Tricalciumphosphat mit einer polymeren Carbonsäure kombiniert, wobei der erhaltene Zement für eine Verwendung als Füllmaterial für den

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Wurzelkanal, als Auskleidungszement, als Herstellungsmittel zur Reparatur der Alveolarknochen geeignet ist und eine gute Verträglichkeit gegenüber lebenden Geweben aufweist.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von nicht einschränkend zu interpretierenden Beispielen weiter erläutert. In den Beispielen bedeuten die Begriffe "Teile" und "%" jeweils "Gewichtsteile" bzw. "Gewichtsprozent".

Bezugsbeispiel 1: Herstellung von (Ay-Tricalciumphosphat

Calciuinhydrogenphosphat-dihydrat (CaHPO. .2H O) wurde bei 500⁰C zwei Stunden unter Bildung von fö" -Calciumpyro-

phosphat ()T-Ca P„0_) gebrannt. Das erhaltene Pyrophosphat wurde bei 1200⁰C zwei weitere Stunden gebrannt, nachdem es gleichförmig mit einer äquimolaren Menge von CaCO-. gemischt worden war, und schnell abgekühlt. Das so erhaltene Produkt wurde anschließend pulverisiert und durch ein 300 mesh-Sieb gesiebt, um die Teilchengrößen-Verteilung einzustellen. Nach Aussage der Röntgenbeugung ist das Produkt (A-,-Tricalciumphosphat. Dieses Produkt wird nachfolgend als ¹^-TCP" bezeichnet. 25

Bezugsbeispiel 2: Synthese von amorphem Tricalciumphosphat

Die Reaktion von 3 Liter einer 0,5 mol/1 wäßrigen Lösung von Calciumnitrat /~Ca(NO-)_?J mit 2 1 einer 0,5 mol/1 wäßrigen Lösung von Ammoniumhydrogenphosphat

I (NH.) „HPO ._J wurde dadurch durchgeführt, daß man sie unter einem Stickstoffgas-Strom bei einer Temperatur von 5⁰C oder weniger miteinander vermischte, wobei man den pH durch Zugabe von wäßrigem Ammoniak zu der Lösung auf einstellt.

Die erhaltenen Niederschläge wurden bei einer Temperatur von unter 0⁰C abfiltriert und mit wäßrigem Ammoniak ge-

waschen und anschließend 24 h gefriergetrocknet. Das auf diese Weise erhaltene Produkt wurde unter Bildung eines
Pulvers mit einer Teilchengröße von weniger als 300 mesh pulverisiert. Das Röntgenbeugungsmuster zeigte nur einen hellen Hof, während keinerlei einem Kristall zuzuschreibender Peak beobachtet wird. Dieses Produkt wird nachfolgend als "A-TCP" bezeichnet.

Beispiel 1

Nach den Verfahren von JIS T-6602 wurden die in Bezugsbeispielen 1 und 2 synthetisierten q^-TCP und A-TCP
mit einer wäßrigen Lösung einer polymeren Carbonsäure
verknetet, und nach 24 h wurde das erhaltene Produkt
einer Druckfestigkeits-Messung unterzogen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Als polymere

Carbonsäure wurden in dem Beispiel Copolymere von Acrylsäure/Itaconsäure ( mit einem Gehalt von 15% der Itaconsäureeinheit, MW = 80 000 und 31 000) verwendet.

Tabelle 1

Pulver wäßrige Poly(carbonsäure)-Lsg. P/L** Druckfestigkeit (MPa (kg/cm*) )

²⁵ du-TCP

oO-tcp

OC-TCP
30 OC-TCP

C(j-tcp

A -TCP

MW*

80 000
80 000
80 000
80 000
80 000
80 000
80 000
31 000
80 000

Konz. (%)

25 30 45 50 45 45 45 45 45

1,3	17,65	(180)
1,3	31,38	(320)
1,3	70,61	(720)
1,3	75,51	(770)
0,5	14,71	(150)
1,0	61,78	(630)
1,8	78,45	(800)
1,3	68,65	(700)
1,3	58,84	(600)

* Molekulargewicht bei mittlerer Viskosität (im folgenden werden alle Molekulargewichte (MW) als solche bei mittlerer Viskosität angegeben).

-19-
** Gewichtsverhältnis des Pulvers zur Lösung

Wie aus den in Tabelle 1 wiedergegebenen Ergebnissen klar zu erkennen ist, weisenθό-TCP und A-TCP eine ausreichende Druckfestigkeit auf, um sie als Wurzelkanal-Füllmaterial und chirurgischen Zement verwenden zu können.

Beispiel 2

In Bezugsbeispiel 1 erhaltenes oG -TCP wurde im voraus mit Polyacrylsäurepulver vermischt und die Mischung wurde in Gegenwart einer gewünschten Menge Wasser geknetet. Anschließend wurde die Messung der Druckfestigkeit an dem erhaltenen Produkt nach der gleichen Arbeitsweise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II gezeigt. In diesem Beispiel wurde als polymere Carbonsäure ein Copolymeres von Acrylsäure/Itaconsäure (Gehalt 15% Itaconsäure-Einheiten; MW:80 000) verwendet.

	Tabelle	II	Druckfestigkeit (MPa(kg/cm²))
ge TCP (g)	Menge Poly(carbon säure) (g)	Wasser menge (g)	51,98 (530)
2	0,7	1,2	56,88 (580)
2	1,0	1,2	53,94 (550)
2	1,1	1,2

Beispiel 3

Die Arbeitsweisen des Beispiels 1 wurden wiederholt, mit der Abweichung, daß verschiedene Arten von polymeren Carbonsäuren verwendet wurden. Die Ergebnisse der Druck festigkeits-Messungen sind in Tabelle III angeführt.

-20-Tabelle III

Poly(carbonsäure)

Zusammen setzung	5	MW	Kon z. (%)	P/L	Druck festigkeit (MPa(kg/cm²))	(120)
Polyacrylsäure	30	000	40	1,0	11 ,77	(350)
Polyacrylsäure	66	000	40	1,0	34,32	(680)
Acrylsäure/5% Itaconsäure- Copolymeres	30	000	40	1,3	66,69	(690)
Acrylsäure/30% Itaconsäure- Copolymeres	15	000	40	1,3	67,67	(670)
Acrylsäure/5% Maleinsäure- Copolymeres	10	000	40	1,3	65,70	(670)
Acrylsäure/10% Fumarsäure- Copolymeres	000	40	1,3	65,70

Beispiel 4

Die durch Zugabe einer 50%igen wäßrigen Lösung einer organischen Säure zu einer wäßrigen Lösung einer polymeren Carbonsäure erhaltene Härtungslösung wurde mit Cv-TCP verknetet, das gemäß Bezugsbeispiel 1 synthetisiert worden war. Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde die Druckfestigkeit des erhaltenen Produkts gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle IV wiedergegeben. Die verwendete wäßrige Lösung der polymeren Carbonsäure war eine 45%ige wäßrige Lösung eines Acrylsäure/Itaconsäure-Copolymeren (enthalten 15% Itaconsäureeinheit; MW:80 000).

Tabelle IV

Verwendete organische Säure

Menge der Lsg. der org. Säure

Glykolsäure·	5
Glykolsäure	10
Glykolsäure	20
Zitronensäure '9	5

P/L Druckfestigkeit
(MPa(kg/cm²))

1,0 63,74 (650)

1,0 65,70 (670)

1,0 56,88 (580)

1,0 66,69 (680)

Die Zugabe der organischen Säure ermöglicht es, die Härtungszeit zu vermindern.

Beispiel 5

Das in-dem Bezugsbeispiel 1 erhaltene ^o-TCP-Pulver wurde unter einem Druck von 49,03 MPa(500kg/cm²) und einem Druck von 117,68 MPa (1200kg/cm²) in einer Preßform unter Bildung einer Tablette gepreßt, und die Tablette wurde bei 1200⁰C 2 Stunden gebrannt. Die gebrannte Tablette wurde fein pulverisiert und das Pulver durch das 300 mesh-Sieb gesiebt. Unter Verwendung des auf diese Weise hergestellten Pulvers wurden die in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweisen wiederholt_;und die Druckfestigkeit des Produkts wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle V gezeigt. Die Lösungen der verwendeten polymeren Carbonsäure waren dieselben wie in Beispiel IV

Tabelle V
20

Angewandter Druck P/L Druckfestigkeit (MPa (kg/cm²)) (MPa(kg/cm²))

Vergleichsbeispiel 1

Zuerst wurde h -Tricalciumphosphat (nachfolgend als P-TCP bezeichnet) durch Brennen der Mischung von β-Calciumpyrophosphat und Calciumcarbonat nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt, und außerdem wurde Hydroxyapatit (nachfolgend als HAP bezeichnet) ebenfalls hergestellt, indem man Calciumhydroxid mit einer wäßrigen Phosphorsäurelösung nach einem herkömmlichen Verfahren reagieren ließ. Diese Produkte wurden mit einer wäßrigen Lösung einer polymeren Carbonsäure (die gleiche Lösung wie in Beispiel 4) verknetet,, und die Druckfestigkeit der erhaltenen Produkte

49	,03	(500)	1	,5	97,	09	(990)
49	,03	(500)	2	/0	110,	82	(1130)
117	,68	(1200)	1	,5	94,	14	(960)

wurde wie in Beispiel 1 gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle VI gezeigt.

Tabelle VI

Pulver P/L Druckfestigkeit

(MPa(kg/cm²))

j3-TCP 1,3 keine Härtung HAP 1,3 2,94 (30)

Wie anhand der Ergebnisse in Tabelle VI zu erkennen ist, weist ρ -TCP keine Selbsthärtungs-Eigenschaft auf. HAP weist eine recht niedrige Druckfestigkeit auf. Obwohl das letzte Material gehärtet werden kann, kann es wegen seiner niedrigen Festigkeit praktisch nicht verwendet werden.

Vergleichsbeispiel 2

Zu einer Mischung aus Wasser und dem in Bezugsbeispiel 1 erhaltenen CL/ -TCP wurde eine geringe Menge einer anorganischen Säure oder einer organischen Säure zugesetzt und es wurde geknetet. Das erhaltene Produkt wurde einer Messung der Druckfestigkeit nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 unterzogen. Tabelle VII zeigt die erhalten en Ergebnisse.

	Wasser (g)	Tabelle VII	deren Menge	Drucl· (ml) (MPc	:fest ι (kg/
-TCP (g)	3,5	Verwendete Säure	0,2	4,51	(46)
3	3,5	4N HNO₃	0,2	4,61	(47)
3	3,5	4N HCl	0,5	4,12	(42)
3	3,5	5%,CH₃COOH	0_r5	2,55	(26)
3	5% HCOOH

Die Ergebnisse in Tabelle VII zeigen die Tatsache, daß alle auf diese Weise erhaltenen Zemente eine niedrige

Druckfestigkeit von weniger als 4,90 MPa(50kg/cm²) aufwiesen, so daß diese Zemente praktisch nicht verwendet werden können.

Claims

MEISHINTORYO Co., Ltd., Osaka, Japan Chirurgische Zemente und Verfahren zu ihrer Herstellung Patentansprüche

1. Chirurgischer Zement, dadurch gekennzeichnet, daß er enthält:

a) einen Bestandteil (A), der aus wenigstens einem Mitglied der Gruppe zusammengesetzt ist, die aus selbsthärtendem (A/ -Tricalciumphosphat-Pulver und selbsthärtendem amorphen Tricalciumphosphat-Pulver besteht;

b) einen Bestandteil (B) aus einer chirurgisch annehmbaren wasserlöslichen polymeren Carbonsäure; und

c) Wasser. **---

2. Chirurgischer Zement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er enthält:

a) von 23 bis 75 Gew.-% des Bestandteils (A);

b) von 2 bis 46 Gew.-% des Bestandteils (B); und
c) von 10 bis 69 Gew.-% Wasser.

3. Chirurgischer Zement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (B) in Form einer
wäßrigen Lösung vorliegt, die von 10 bis 60 Gew.-% des Bestandteils (B) enthält.

4. Chirurgischer Zement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er enthält:

a) den Bestandteil (A) und

b) eine wäßrige Lösung, die von 10 bis 60 Gew.-% des

Bestandteils (B) enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von a) zu b) im Bereich von 0,3:1 bis 3,0:1 liegt.

5. Chirurgischer Zement nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß das selbsthärtende öC-Tricalciumphosphat -Pulver ein Pulver ist, das durch Verdichten vono^-Tricalciumphosphat unter Preßdruck, sein Brennen bei einer Temperatur von 1200 bis 1500⁰C für wenigstens eine Stunde und sein anschließendes Pulverisieren in ein feines PuI-

ver erhalten wurde.

6. Chirurgischer Zement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selbsthärtende 0C -Tricalciumphos- * phat ein Pulver ist, das durch Verdichten von amorphem Tricalciumphosphat unter Preßdruck, Brennen des gepreßten Tricalciumphosphats bei einer Temperatur von
1200 bis 1500⁰C für wenigstens eine Stunde und anschliessendes feines Pulverisieren erhalten wurde.

7. Chirurgischer Zement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Carbonsäure ein Homopolymeres von Acrylsäure oder ein Copolymeres von (a)
Acrylsäure als Hauptmonomeres mit (b) wenigstens einem

ungesättigten Monomeren ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Methacrylsäure, Aconitsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Tiglinsäure und deren niedrigen Alkylestern sowie niedrigen Alkylestern von Acrylsäure besteht.

8. Chirurgischer Zement nach Anspruch 1, bei dem die polymere Carbonsäure das Homopolymere von Acrylsäure oder ein Copolymeres aus (a) von 60 bis 99,9 Gew.-% Acrylsäure mit (b) von 0,1 bis 4 0 Gew.-% von wenigstens einem ungesättigten Monomeren ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Methacrylsäure, Aconitsäure, Citraconsäure, GIutaconsäure, Mesaconsäure, Tiglinsäure und deren niedrigen Alkylestern sowie aus niedrigen Alkylestern von Acrylsäure besteht.

9. Chirurgischer Zement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekulargewicht bei mittlerer Viskosität der polymeren Carbonsäure im Bereich von 2000 bis 200 000 liegt.

10. Chirurgischer Zement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem wenigstens eine andere organische Säure in einer Menge bis zu 10 Gew.-% enthält.

11. Chirurgischer Zement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die andere organische Säure wenigstens ein Mitglied der Gruppe ist, die aus Glykolsäure, Milchsäure, Glutaminsäure, Pantothensäure, Weinsäure, Zitronensäure und Apfelsäure besteht.

12. Verfahren zur Herstellung eines chirurgischen Zements, dadurch gekennzeichnet, daß es das Herstellen einer Mischung durch Vermischen von (a) einem Bestandteil (A) aus wenigstens einem Mitglied der Gruppe, die aus selbsthärtendem OL-- Tricalciumphosphat-Pulver und selbst-

härtendem amorphem Tricalciumphosphat besteht, mit (b) einem Bestandteil (B) aus einer pulverisierten chirurgisch annehmbaren wasserlöslichen polymeren Carbonsäure und Zusetzen einer gewünschten Menge Wasser

oder durch Zusetzen einer wäßrigen Lösung des Bestandteils (B) zu dem Bestandteil (A)

und das anschließende Kneten der so erhaltenen Mischung umfaßt, um die Mischung in einen fließfähigen oder plastischen Zustand zu überführen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Bestandteils (A) im Bereich von 23 bis 75 Gew.-% liegt, daß die Menge des Bestandteils (B) im Bereich von 2 bis 46 Gew.-% liegt und daß Wasser in einer Menge verwendet wird, die im Bereich von 10 bis 69 Gew.-% liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis des Bestandteils (A) zu der wäßrigen Lösung des Bestandteils (B) im Bereich von 0,3:1 bis 3,0:1 liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das selbsthärtendec^-Tricalciumphosphat-Pulver dadurch erhalten wird, daß man oC -Tricalciumphosphat-Pulver unter Preßdruck verdichtet, das verdichtete cO-Tricalciumphosphat bei einer Temperatur von 1200 bis 1500⁰C wenigstens eine Stunde brennt und das gebrannte Produkt fein pulverisiert.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das selbsthärtende cü -Tricalciumphosphat ein Pulver ist, das durch Verdichten von amorphem Tricalciumphosphat-Pulver unter Preßdruck, Brennen des gepreßten Tricalciumphosphats bei einer Temperatur von

BAD OBrQINAL

1200 bis 1500⁰C für wenigstens eine Stunde und anschließendes feines Pulverisieren des gebrannten Produkts erhalten wurde.