DE4132331C2 - Hydraulisches Calciumphosphat-Zementpulver sowie Zementzusammensetzung, die eine Härterflüssigkeit enthält - Google Patents

Hydraulisches Calciumphosphat-Zementpulver sowie Zementzusammensetzung, die eine Härterflüssigkeit enthält

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Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Calciumphosphat- Zementpulver, sowie eine Zementzusammensetzung, die eine Härterflüssigkeit enthält, welche als Füllstoff oder zur Füllung eines defekten oder hohlen Teils eines Knochens oder eines Zahnwurzelkanals geeignet ist.
Es ist bekannt, daß hydraulische Calciumphosphat-Zement­ zusammensetzungen als Reparaturmaterialien für Zähne und Knochen im lebenden Körper geeignet sind, da die calcium­ phosphathaltige Zementzusammensetzung in Verbindungen um­ gewandelt wird, die bei der Alterung und Aushärtung Hauptbestandteilen der Zähne und Knochen ähneln, und fer­ ner als Absorbentien für Polymere von lebendem Gewebe und für organische Substanzen oder anorganische Ionen, die schädlich für den lebenden Körper sind, geeignet sind.
Die JP 59 088 351 A beschreibt eine hydraulische Calcium­ phosphat-Zementzusammensetzung unter Verwendung einer Härterflüssigkeit, die Salze und verdünnte Säuren in Kom­ bination enthält. Weiterhin beschreibt die JP 60 253 454 A eine Calciumphosphat-Zementzusammensetzung, die von einer Säurelösung Gebrauch macht, die ein Polymer einer ungesättigten Carbonsäure enthält.
Die herkömmlichen hydraulischen Calciumphosphat-Zementzu­ sammensetzungen sind jedoch dadurch nachteilig, daß das Körpergewebe bis zur Beendigung des Aushärtens des Ze­ ments erheblich gereizt wird, da die Härterflüssigkeit stark sauer ist. Weiterhin wird selbst nach der Aushär­ tung der Zementzusammensetzung mit der Härterflüssigkeit unreagierte Säure in die Körperflüssigkeit eluiert, wo­ durch der pH-Wert erniedrigt wird, was zur Reizung des Körpergewebes führt.
Um diese Probleme zu lösen, wurde ein hydrauli­ sches Calciumphosphat-Zementpulver entwickelt, das mit Wasser aushärtet (beispielsweise "FC REPORT", Bd. 6, 1988, S. 475-480, "Hydraulic Apatite as Bioceramics"). Im einzelnen wird in der JP 64 037 445 A eine hydraulische Calciumphosphat-Zementzusammensetzung vorgeschlagen, die durch Mischen und Kneten allein mit Wasser bei 37°C über zehn Minuten härtbar wird. Da diese Zementzusammensetzung einen nahezu neutralen pH-Wert hat, reizt sie das Körpergewebe in geringerem Maße und vermeidet dadurch die mit herkömmlichen hydraulischen Calciumphosphat- Zusammensetzungen verbundenen Nachteile.
Andererseits hat diese Zementzusammensetzung einen ande­ ren Nachteil dadurch, daß ein sehr hohes Zersetzungs- und Degradierungsrisiko im Körper besteht, weil die Zementzusammensetzung tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ und sekundäres Calciumphosphat-Dihydrat in einem molaren Verhältnis von Ca/P von 1,20 bis 1,47 enthält, wodurch sich die Zementzusammensetzung, wenn sie über längere Zeit in Wasser belassen wird, sehr stark zersetzt und zu Zerstörungen im lebenden Körper führt.
Die Verwendung von Mischungen aus tertiärem Calciumphosphat vom α-Typ und vom β-Typ sowie sekundärem Calciumphosphat als Füllmaterial zum Überdecken der Zahnpulpa und als Wurzelkanalfüllmaterial geht aus US 3 913 229 hervor. Ferner sind Mischungen aus tertiärem Calciumphosphat vom α-Typ und β-Typ sowie sekundärem Calciumphosphat zum Füllen von Zähnen aus Derwent Abstract Nr. 84-396625 bekannt. In EP 0 219 087 A1 wird ein Calciumphosphatzement mit einem molaren Ca-P-Verhältnis von 1,4 bis 1,6 beschrieben.
Ziel der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines hydraulischen Calciumphosphat-Zementpulvers sowie einer Zementzusammensetzung, die eine Härterflüssigkeit enthält, die bei nahezu neutralem pH-Wert rasch aushärtet und einen ausgehärteten Körper von sehr guter Verträg­ lichkeit mit lebendem Gewebe und sehr guter Beständigkeit gegen Zersetzung über einen langen Zeitraum ergibt.
Dieses und weitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß wird ein hydraulisches Calciumphosphat- Zementpulver bereitgestellt, das als Hauptbe­ standteile ein tertiäres Calciumphosphat und sekundäres Calciumphosphat in Pulverform bei einem molaren Verhält­ nis von Ca/P im Bereich von 1,400 bis 1,498 umfaßt, wobei tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ mit ter­ tiärem Calciumphosphat vom β-Typ in einem Gewichtsverhältnis von 97 : 3 bis 50 : 50 gemischt vorliegt.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine eine Härter­ flüssigkeit enthaltende Zementzusammensetzung bereitge­ stellt, die das vorstehend aufgeführte hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver, sowie eine wäßrige Härterflüssigkeit umfaßt.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zusam­ mensetzungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße hydraulische Calciumphosphat-Zement­ pulver enthält als Hauptbestandteile sekundäres Calciumphosphat und spezielles tertiäres Calciumphosphat in einem speziellen Molverhältnis Ca/P.
Das im Pulver der erfindungsgemäßen hydraulischen Calciumphosphat-Zementzusammensetzung verwandte tertiäre Calciumphosphat ist eine Mischung, die tertiäres Calcium­ phosphat vom α-Typ und vom β-Typ enthält. Wenn Octa­ calciumphosphat durch Umsetzung von tertiärem Calcium­ phosphat des α-Typs mit sekundärem Calciumphosphat gebil­ det und gehärtet wird, führt das tertiäre Calciumphosphat vom α-Typ zur Bildung einer gehärteten Zementzusammenset­ zung mit einer sehr hohen Anfangsfestigkeit. Tertiäres Calciumphosphat vom β-Typ mit einer stark verzögerten Re­ aktionsgeschwindigkeit im Vergleich zum α-Typ reagiert nur allmählich und ergibt eine gehärtete Zementzusammen­ setzung mit einer im Laufe der Zeit sich erhöhenden Festigkeit. Entsprechend kann durch Verwendung einer Mi­ schung von tertiärem Calciumphosphat des α-Typs mit solchem des β-Typs eine Herabsetzung der Festigkeit der ausgehärteten Zementzusammensetzung wirksam verhindert werden.
Erfindungsgemäß wird das tertiäre Calciumphosphat vom α-Typ mit dem des β-Typs in einem Gewichtsverhältnis im Bereich von 97 : 3 bis 50 : 50 gemischt. Wenn der Anteil von terti­ ärem Calciumphosphat vom β-Typ in der Mischung geringer als 3 ist, kann ein Festigkeitsverlust nicht verhindert werden. Bei einem größeren Anteil als 50 ist die Anfangsfestigkeit zu gering.
Zur Herstellung von tertiärem Calciumphosphat des α-Typs und des β-Typs wird beispielsweise eine Mischung eines Moläquivalents Calciumpyrophosphat in fester Phase in einem Trockenverfahren mit Calciumcarbonat umgesetzt. In dem Verfahren wird zur Erzielung von tertiärem Calcium­ phosphat vom α-Typ eine Sintertemperatur von vorzugsweise nicht weniger als 1200°C eingesetzt und zur Erzielung des β-Typs eine Sintertemperatur von vorzugsweise 900°C bis 1100°C. Alternativ kann ein Naßverfahren verwandt werden, in dem nach der jeweiligen Herstellung von terti­ ärem Calciumphosphat Aufschlämmungen durch tropfenweise Zugabe von Phosphorsäure zu gelöschtem Kalk getrocknet wird und tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ und vom β- Typ durch Sintern in den oben angegebenen jeweiligen Temperaturbereichen erhalten wird.
Das durch das Naßverfahren hergestellte tertiäre Calcium­ phosphat hat im Vergleich zu dem nach dem Trockenverfah­ ren hergestellten eine höhere Hydratationsaktivität, eine kürzere Aushärtungszeit und eine höhere Festigkeit der ausgehärteten Zementzusammensetzung, so daß das Naßver­ fahren bevorzugt ist. In solchem Fall kann sowohl das tertiäre Calciumphosphat vom α-Typ, wie auch das vom β- Typ nach dem Naßverfahren hergestellt werden. Um die vorgenannten Wirkungen zu erzielen, ist es jedoch bevor­ zugt, daß wenigstens das tertiäre Calciumphosphat vom α- Typ nach dem Naßverfahren hergestellt ist.
Als Pulver in der Erfindung verwandtes sekundäres Calci­ umphosphat unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Vorzugsweise wird ein auf dem Markt erhältliches sekun­ däres Calciumphosphat-Dihydrat verwandt.
Weiterhin wird ein molares Verhältnis von Ca/P von 1,400 bis 1,498 benötigt, wenn das tertiäre und das sekundäre Calciumphosphat gemischt werden. Falls das molare Ca/P- Verhältnis kleiner als 1,400 ist, verbleibt unreagiertes sekundäres Calciumphosphat nach dem Mischen und Kneten in großen Mengen zurück, was die Festigkeit der ausgehärte­ ten Zementzusammensetzung erniedrigt. Bei einem molaren Ca/P-Verhältnis von mehr als 1,498 nimmt die Aushärtung eine zu lange Zeit in Anspruch.
Zur Erhöhung der Verträglichkeit mit lebendem Gewebe und Verbesserung der Aushärtungseigenschaften des erfindungs­ gemäßen hydraulischen Calciumphosphat-Zementpulvers können dem tertiäres und sekundäres Calciumphosphat enthaltenden Pulver weitere keramische Pulver zugesetzt werden, wie quaternäres Calciumphosphat, Hydroxyapatit oder Aluminiumoxid.
Erfindungsgemäß kann der hydraulischen Calciumphosphat- Zementzusammensetzung wäßrige Härterflüssigkeit zu­ gesetzt werden, um eine Härterflüssigkeit enthaltende Ze­ mentzusammensetzung zu erhalten. Als wäßrige Här­ terflüssigkeit kann Wasser allein ausreichen, jedoch kann ein wasserlösliches Natriumsalz zur Verkürzung der Här­ tungszeit und zur Verbesserung der Festigkeit der Zement­ zusammensetzung darin enthalten sein. Als wasserlösliches Natriumsalz können Natriumsuccinat, Natriumlactat, Natri­ umacetat und Natriumchlorid genannt werden. Sie kön­ nen allein oder als Mischung verwandt werden. Es ist be­ sonders bevorzugt, Natriumsuccinat und Natriumlactat ein­ zusetzen, da sie eine bemerkenswerte Härtung ergeben und die Umwandlung zu Apatit im lebenden Körper beschleuni­ gen. Am meisten bevorzugt wird Natriumsuccinat einge­ setzt, da es die Festigkeit der ausgehärteten Zementzusammensetzung im Vergleich zu Fällen, in denen andere wasserlösliche Natriumsalze oder keine Salze ver­ wandt werden, erhöhen kann.
Der Härtungseffekt des wasserlöslichen Natriumsalzes nimmt mit der zugegebenen Menge zu und erreicht bei einer bestimmten Menge einen Sättigungspunkt. Da die zugefügten Mengen an wasserlöslichen Natriumsalzen in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis des tertiären Calciumphosphats vom α-Typ mit dem β-Typ und dem sekundären Calcium­ phosphat und der Art der Salze variieren, unterliegt die zugefügte Menge keinen besonderen Beschränkungen. Gleich­ wohl ist eine Menge von nicht mehr als 30 Gew-%, bezogen auf die gesamte Härterflüssigkeit, bevorzugt. Beispiels­ weise härtet die Zementzusammensetzung in etwa 10 Minuten, wenn eine 20 Gew.-% Natriumsuccinat enthaltene Härterflüssigkeit zur hydraulischen Calciumphosphat- Zementzusammensetzung zugegeben wird, die tertiäres Calciumphosphat und sekundäres Calciumphosphat in Pulver­ form in einem molaren Ca/P-Verhältnis von 1,48 enthält, wobei das tertiäre Calciumphosphat nach dem Naßverfahren hergestellt ist und tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ und vom β-Typ in einem Gewichtsverhältnis von 80 : 20 enthält.
Falls nötig, kann zur Verbesserung der Handhabungs­ eigenschaften beim Mischen, Kneten und der Benetzbarkeit des Zementpulvers der wäßrigen Härterflüs­ sigkeit ein wasserlösliches Polymer zugesetzt werden. Als wasserlösliche Polymere werden vorzugsweise Polysaccharide und polymere oberflächenaktive Mittel ein­ gesetzt. Als spezielle Beispiele für Polysaccharide kön­ nen Chitin, Chitosan, lösliche Stärke, Glycogen, Gummi­ arabicum, Alginsäure, Hyaluronsäure, Chondroitinschwefel­ säure und deren Salze genannt werden. Als spezielle Bei­ spiele für polymere oberflächenaktive Mittel können Poly­ propylenglykol, Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol, Methylcellulose, Carboxymethylcellulose und Hydropropylmethylcellulose genannt werden. Sie kön­ nen allein oder als Mischung eingesetzt werden. Der Ge­ halt an wasserlöslichem Polymer liegt zwischen einem Mi­ nimum, das notwendig ist, um die vorgenannten Ziele zu erreichen und einem Maximum, das die Handhabungseigen­ schaften noch nicht durch eine erhöhte Viskosität beein­ trächtigt.
Die Härterflüssigkeit enthaltene Zementzusammensetzung der Erfindung wird zur Erzielung der erwünschten ausge­ härteten Zementzusammensetzung gemischt und geknetet. Dazu werden die hydraulische Calciumphosphat-Zementzusammensetzung und die wasserhal­ tige Härterflüssigkeit in einem Mischverhältnis von 1,0 bis 2,5 : 1,0 nach Gewicht gemischt. Falls das Mischverhältnis der hydraulischen Calciumphosphat- Zementzusammensetzung kleiner als 1,0 ist, ist die Härtungszeit lang und ergibt sich eine geringere Festig­ keit. Falls das Verhältnis größer als 2,5 ist, werden die Handhabungseigenschaften beim Mischen und Kneten schwie­ rig, da die Mischung zu sehr aushärtet.
Das hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver und die Härterflüssigkeit enthaltende Zement­ zusammensetzung gemäß der Erfindung haben die Vorteile, daß die Zementzusammensetzung bei einem pH-Wert im neu­ tralen Bereich und in einem praktischen Zeitraum aushär­ tet, die ausgehärtete Zementzusammensetzung eine hohe Fe­ stigkeit hat, die über einen langen Zeitraum nicht ab­ nimmt, und daß sie eine größere Verträglichkeit mit le­ bendem Gewebe aufweist.
Wenn in dem tertiären Calciumphosphat wenigstens das ter­ tiäre Calciumphosphat vom α-Typ nach dem Naßverfahren hergestellt ist, härtet die Zementzusammensetzung schnel­ ler aus und hat die ausgehärtete Zementzusammensetzung eine höhere Festigkeit.
Das hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver und die Härterflüssigkeit enthaltene Zement­ zusammensetzung gemäß der Erfindung sind als Füller oder zur Füllung eines Defekts oder eines hohlen Teils eines Knochens oder eines Zahnwurzelkanals brauchbar.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele und Vergleichsbeispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Nach dem Naßverfahren aus gelöschtem Kalk und Phos­ phorsäure hergestelltes tertiäres Calciumphosphat vom α- Typ und nach dem Trockenverfahren aus Calciumpyrophosphat und Calciumcarbonat hergestelltes tertiäres Calciumphosphat vom β-Typ wurden zur Herstellung von ter­ tiärem Calciumphosphat in einem Gewichtsverhältnis von 80 : 20 gemischt. Danach wurde das so hergestellte tertiäre Calciumphosphat mit sekundärem Calciumphosphat zur Herstellung von hydraulischen Calciumphosphat- Zementpulvern mit molaren Ca/P-Verhältnissen von 1,40, 1,45, 1,48 und 1,498 gemischt. Zu 200 Gewichts­ teilen jedes der so erhaltenen hydraulischen Calcium­ zementpulver wurden 100 Gewichtsteile Härter­ flüssigkeit oder Wasser hinzugefügt und die Masse zwecks Erhalt einer ausgehärteten Zementzusammensetzung gemischt und geknetet. Die Härtungszeit der Mischung wurde im allgemeinen gemäß JIS T6604 gemessen. Danach wurden die ausgehärteten Zementzusammensetzungen einen Tag in einer künstlichen Körperflüssigkeit gehalten, die ausgehärteten Zementstücke (Durchmesser 7 mm, Länge 14 mm) aus der Flüssigkeit herausgenommen und hinsichtlich der Kompres­ sionsfestigkeit unter Naßbedingungen und unter mit einer Rate von 1 mm/min zunehmender Kompression unter Verwen­ dung eines Instron Universal Tester "Model 1125" gemes­ sen. Die gemessenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 wieder­ gegeben.
Vergleichsbeispiel 1
Nach dem Verfahren von Beispiel 1 wurde gemäß Beispiel 1 erhaltenes tertiäres Calciumphosphat und sekundäres Cal­ ciumphosphat-Dihydrat zur Herstellung von hydraulischen Calciumphosphat-Zementpulvern mit jeweils mola­ ren Ca/P-Verhältnissen von 1,35 und 1,499 gemischt. Da­ nach wurde jedes der Zementpulver ausgehärtet und jeweils die Härtungszeit und die Kompressionsfestig­ keit gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Beispiel 2
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ aus Calciumpyro­ phosphat und Calciumcarbonat nach dem Trockenverfahren hergestellt wurde. Danach wurden ähnlich zu Beispiel 1 hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver her­ gestellt und ausgehärtet und die Härtungszeit und die Kompressionsfestigkeit gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
Beispiel 3
In tertiären Calciumphosphatmischungen, die den α-Typ und den β-Typ, die beide aus gelöschtem Kalk und Phosphorsäure nach dem Naßverfahren hergestellt, enthielten, wurde der Gehalt an tertiärem Calciumphosphat vom ß-Typ geändert, wobei sich die in Tabelle 2 wiedergegebenen verschiedenen Anteile ergaben. Das vorstehend genannte tertiäre Calciumphosphat und sekun­ däres Calciumphosphat wurden zur Herstellung von hydrau­ lischen Calciumphosphat-Zementpulvern mit mola­ ren Ca/P-Verhältnissen von 1,48 gemischt. Danach wurden zu jeweils 100 Gewichtsteilen eines jeden erhaltenen Zem­ entpulvers 60 Gewichtsteile einer 20 Gew.-%igen wäßrigen Natriumsuccinat-Hexahydratlösung als Härterflüssigkeit zugegeben und die Masse gemischt und geknetet. Die Härtezeit einer jeden Mischung wurde im allgemeinen gemäß JIS T6604 gemessen. Weiterhin wurde ge­ mäß Beispiel 1 die Kompressionsfestigkeit der ausgehärte­ ten Zementstücke gemessen, nachdem die Stücke einen Tag, drei Tage, sieben Tage, dreißig Tage, sechzig Tage und neunzig Tage in künstlicher Körperflüssigkeit belassen worden waren.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Vergleichsbeispiel 2
Unter Verwendung von tertiärem Calciumphosphat, das kein tertiäres Calciumphosphat vom β-Typ enthielt, wurden hydraulische Calciumphosphat-Zementzusammensetzungen her­ gestellt und ausgehärtet und die Härtungszeit und die Kompressionsfestigkeit der erhaltenen Stücke gemäß Bei­ spiel 3 gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2

Claims (5)

1. Hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver mit tertiärem Calciumphosphat und sekundärem Calciumphosphat als Hauptbestandteil, das tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ und tertiäres Calciumphosphat vom β-Typ enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis Ca/P 1,400 bis 1,498 beträgt und es das tertiäre Calciumphosphat vom α-Typ und das vom β-Typ in einem Gewichtsverhältnis von 97 : 3 bis 50 : 50 miteinander vermischt enthält.
2. Hydraulisches Calciumphosphat-Zementpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das tertiäre Calciumphosphat vom α-Typ nach einem Naßverfahren hergestellt ist.
3. Zementzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie das hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver nach Anspruch 1 oder 2 und eine wäßrige Härterflüssigkeit in einem Gewichtsverhältnis von 1,0 bis 2,5 : 1,0 gemischt enthält.
4. Zementzusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Härterflüssigkeit weiterhin ein wasserlösliches Natriumsalz enthält.
5. Zementzusammensetzung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Härterflüssigkeit weiterhin ein wasserlösliches Polymer enthält.
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