FI68216B - Opalt isotropiskt och polykristallint sintrat keramiskt material och detta innehaollande plomberingskomposition foer taender - Google Patents

Description

U^i^-1 KUULUTUSjULKAISU , Q 0 * , B 11 utlAggningsskrift 6 8 2.1 6 C Patentti oyönnetty 12 08 1985

Patent neddelat V (51) K».ik.4/int.a.4 C 04 B 35/00, A 61 K 6/06, 6/08 SUOMI—FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansöknlng 792164 (22) HikemispUvi — Ansöknlngsdtg 10.07.79 (FI) (23) Alkupäivä — Glltighetsdag 31 .07.75 (41) Tullut julkiseksi — Bllvlt offentllg 10.07.79

Patentti- ja rekisterihallitus (44) NShtäväksiP»non ja kuul.julkaisun pvm.— 30.04.85

Patent- och registerstyrelsen ' 1 Ansökan utlagd ooh utl.skrlften publlcerad (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begird priomet 02.08.74 07.07.75 USA(US) 494240, 593303 (71) Sterling Drug Inc., 90 Park Avenue, New York, N.Y., USA(US) (72) Michael Jarcho, Nassau, N.Y., USA(US) (74) Oy Kolster Ab (54) Läpikuultava, isotrooppinen ja polykiteinen sintrattu keraaminen materiaali ja tätä sisältävä hampaiden paikkauskoostumus - Opalt, isotropiskt och polykristal1int sintrat keramiskt material och detta innehällande plomberings-kompositiön för tänder (62) Jakamalla erotettu hakemuksesta 752194 (patentti 64131) -Avdelad frän ansökan 752194 (patent 64131) Tämän keksinnön kohteena on läpikuultava, isotrooppinen, po-lykiteinen, sintrattu keraaminen materiaali. Uusi aine soveltuu käytettäväksi erikoisesti hammaslääketieteessä ja ortopediassa.

Keksinnön kohteena on myös tätä ainetta sisältävä hampaiden paikkauskoostumus.

Nykyinen hammaslääketieteellinen tutkimus kohdistuu suurelta osalta materiaalien valmistamiseen, joita voidaan käyttää hampaan ja luun korvikkeena, hammaslääketieteellisenä korjausmateriaalina täytteitä, kuoria ja kruunuja varten ja prosteettisena täytemateriaalina luuta varten. Hammaslääketieteellinen tutkimus on kohdistunut myös hammasruosteen muodostumisen estämiseen hampaissa, mitä pidetään sekä hammaskarieksen että periodontaalisen taudin syynä.

Nykyisin hampaiden paikkauskoostumuksissa käytetyt täyteaineet, kuten kvartsi, alumina, silikaatit, lasihelmet jne. muistuttavat kemiallisesti ja fysikaalisesti vain vähän hammaskiillettä. Näi- 2 68216 den materiaalien varsinainen heikkous on täytemateriaalin ja hampaan lineaaristen lämpölaajenemiskertoimien eroavaisuus, mikä voi mahdollisesti aiheuttaa halkeamia liitoskohdissa ja uutta karieksen muodostumista. Hampaiden hoidossa on siten pitkään toivottu täyte-koostumusta, jonka fysikaaliset ominaisuudet vastaavat läheisesti luonnollisten hampaiden ominaisuuksia.

Lisäksi kirurgisten prosteettisten materiaalien alueella, jossa nykyisin ovat lujat, korrosioitumattomat metalliseokset määrääviä, on havaittu tarvetta materiaalin suhteen, joka paremmin muistuttaa biologisia, kovia kudoksia, koska kudosten hyväksymisessä ja kiinnittymisessä esiintyviä vaikeuksia ei vielä ole täysin poistettu /kulbert, et ai., Material Science Research 5, 417 (1971 )J.

Tehokkaiden hammasruostetta estävien kemoterapeuttisten aineiden löytämiseen kohdistuvassa tutkimuksessa on esiintynyt tarvetta standardikoemateriaalin saamiseksi, jonka pinta muistuttaa hammasta sekä hammasruosteen muodostumisen että kemiallisen vaikutuksen suhteen. Vaikkakin luonnollista hammasta on käytetty tähän tarkoitukseen, on sen epäkohtana suuri vaihtelevuus, verrattain vaikea saatavuus suurina määrinä ja tarvittava monimutkainen puhdistus ennen käyttöä. Tämän vuoksi on käytetty muita materiaaleja, joille muodostuu hammasruostetta, kuten jauhettua hydroksyyliapatiittia, akryylihampaita, lasia ja metallilankaa. Vaikkakin ne ovat ehkä sopivia hammasruton muodostuksen tutkimiseen sinänsä, nämä materiaalit muistuttavat vain vähän luonnollisen hampaan pintaa, eivätkä ne ole siten täysin sopivia tehokkaan hammasruostetta estävän aineen löytämiseksi. Esimerkiksi tiedetään, että kemikaalit, jotka estävät ruosteen muodostumisen hampaille, eivät välttämättä ole tehokkaita lasilla ja metallHangalla /Turesky et ai., J. Periodontology 43, 263 (1972)]. Tämän vuoksi esiintyy tarve halvan, helposti saatavan materiaalin saamiseksi, joka kemiallisesti muistuttaa hammaskiillettä, on kova, tiivis ja hyvin kiillotettavissa.

Hydroksyyliapatiittia, Ca^g(PO^)g(OH)^r tunnetaan myös nimellä emäksinen kalsiumortofosfaatti, hampaan ja luun mineraaliperus, on esitetty käytettäväksi edellä esitettyihin erilaisiin tarkoituksiin ja itse asiassa US-patentissa 2 508 816 on esitetty menetelmä hydroksyyliapatiitin talteenottamiseksi hammaskiilteestä ja sen käyttämiseksi synteettisen hartsin kanssa sekoitettuna prosteet-tisena hammaskoostumuksena. Tämä menetelmä on pitkä ja työläs ja rajoittuu hienojakoisen hydroksyyliapatiitin valmistamiseen. Lisäksi riippuu menetelmä luonnollisesti luonnollisten hampaiden saatavuudesta.

ti 3 68216

Kutty /Indian J. Chem. 11, 695 (1973)/ esittelee hydroksyy-liapatiitin ja whitloktiitin seoksia muodostettuina hajottamalla jauhettua hydroksyyliapatiittia eri lämpötiloissa.

Bett, et ai. /J. Amer. Chem. Soc. 89, 5535 (1967)/, esittää hienojakoisen hydroksyyliapatiitin valmistamisen, jolloin stökiomet-rinen suhde Ca/P vaihtelee välillä 1,67 - 1,-57. Täten valmistetut materiaalit sisältävät suuria kiteiden sisäisiä huokosia. On myös mainittu, että kuumennettaessa 1 000°C:seen asti kalsium-vajaat hydroksyyliapatiitit muuttuvat osittain whitloktiitti-faasiksi.

US-patentissa 3 787 900 on esitetty prosteettinen luu- ja ham-masmateriaali, joka sisältää korkeassa lämpötilassa sulavaa materiaalia ja kalsiumfosfaattiyhdistettä, esim. whitloktiittia.

Useita yrityksiä on tehty kovan, lujan hydroksyyliapatiitin makromuodon saamiseksi. Kuitenkaan mikään aikaisemmin tunnettu hydroksyyliapatiitin muoto ei ole ollut täysin tyydyttävä. Täten Roy ja Linnehan /Mature. 247, 220 (1974)/ ovat esittäneet monimutkaisen hydrotermisen vaihtoprosessin, jolloin merikorallin kalsium-karbonaattirunkoa muutettiin hydroksyyliapatiitiksi. Täten valmistettu materiaali säilyttää pakosta korallin rakenteen erittäin huokoiset ominaisuudet ja lisäksi sen vetolujuus on verrattain pieni, 2 noin 19 - 33 kp/cm , mikä on vakava haitta prosteettisessa materiaalissa.

Monroe, et ai. /journal of Dental Research 50, 860 (1971)/, on esittänyt keraamisen materiaalin valmistamisen sintraamalla puristettuja hydroksyyliapatiittitabletteja. Siten muodostettu materiaali on todella hydroksyyliapatiitin seos noin 30 %:n kanssa Of-whitloktiittia, joka on Ca3(P04)2 eli trikalsiumfosfaattia, järjestyneenä polyhedraalisten kiteiden mosaiikkikuviona ja se osoittautui liian huokoiseksi käytettäväksi hammaslääketieteellisenä materiaalina.

Rao ja Boehm /^Journal of Dental Research 53, 1351 (1974)/ ovat esittäneet hydroksyyliapatiitin polykiteisen muodon valmistettua puristamalla isostaattisesti jauhemaista hydroksyyliapatiittia muottiin ja sintraamalla muodostettu kappale isotermisesti.

Muodostunut keraaminen kappale oli huokoinen ja sen suurin puris- 2 tuslujuus oli noin 1 200 kp/cm .

Bhaskar et ai. /öral Surgery 32, 336 (1971)/ esittää bio-hajaantuvaa kalsiumfosfaattia olevan keraamisen materiaalin käytön 4 6821 6 hampaiden reikien täyttämisessä. Materiaali on erittäin huokoinen, resorboitu istutuskohdassaan eikä omaa metallin tai hajaantumattoman keraamisen paikan lujuutta.

Tämän hakemuksen kantahakemuksessa n:o 752194 on esitetty menetelmä polykiteisen, sintratun keraamisen materiaalin saamiseksi, jossa menetelmässä kalsiumioni ja fosfaatti-ioni saatetaan reagoimaan keskenään vesipitoisessa väliaineessa pH-arvossa 10-12 gee-limäisen kalsiumfosfaattisakan muodostamiseksi, jossa kalsiumin ja fosforin moolisuhde on 1,44 - 1,72 joka moolisuhde on(hydroksyyli-apatiitissa ja whitloktiitissa olevien kalsiumin ja fosforin likimääräisten moolisuhteiden välillä), sakka erotetaan liuoksessa, sitä kuumennetaan vähintään 1 000°C:n lämpötilaan, mutta sen lämpötilan alapuolelle, jossa esiintyy huomattavaa hydroksyyliapatiitin hajoamista, ja pidetään tässä lämpötilassa riittävän kauan muodostuneen tuotteen sintraamiseksi, jolloin oleellisesti maksimaalisen tiivistymisen aikaansaamiseksi on yleensä edullista valmistaa keraaminen aine makromuodossa sintraamalla sakan muodostama koko massa, haluttaessa muotoon saatettuna.

Esiteltävän keksinnön kohteena on läpikuultava, isotrooppinen, polykiteinen, sintrattu keraaminen materiaali, tunnettu siitä, että se on olennaisesti puhdasta hydroksyyliapatiittia, jonka kiteiden koko on keskimäärin 0,2-3 ,um, jonka tiheys on noin 3 ' 3,10 - 3,14 g/cm , joka on oleellisesti huokosetonta ja lohkeaa tasaisia käyriä pintoja pitkin. Kemiallisesti se muistuttaa erittäin paljon hammaskiillettä. Tätä materiaalia voidaan lisäksi valmistaa verrattain yksinkertaisesti halvoista lähtöaineista ja se saadaan tasalaatuisena, jolloin vältytään luonnon hampaalle ominaiselta epäedulliselta vaihtelevuudelta.

Hydroksyyliapatiitin uuden keraamisen muodon käyttö hampaiden paikkauskoostumuksissa antaa tiiviin täytemateriaalin, jonka lämpölaajenemiskerroin on oleellisesti sama kuin luonnollisen hammaskiilteen .

Esiteltävän keksinnön käyttöönantama hammaslääketieteellinen ja kirurginen implantaatiomateriaali on kova, luja ja täysin yhteensopiva biologisesti ja se voidaan valmistaa jokaiseen haluttuun muotoon ilman suuria paineita tai muita monimutkaisia menettelyjä. Lisäksi, kuten myöhemmin yksityiskohtaisesti esitetään, tälle materiaalille voidaan antaa jokainen haluttu huokoisuusaste, jolloin mahdollistuu kudosten kiinnikasvaminen.

li 5 68216

Kuten seuraavasta ilmenee, tässä esitetyn uuden valmistus-artikkelin, johon myös patenttivaatimukset kohdistuvat, ominaisuudet tekevät sen ideaalisesti sopivaksi kiekkojen, levyjen tai tankojen valmistukseen hammasplakkia estävien aineiden koestukseen.

Esillä olevan keksinnön kohteena oleva hydroksyyliapatiitin uusi fysikaalinen muoto, joka eroaa biologisista ja geologisista muodoista ja kaikista aikaisemmin tunnetuista synteettisistä muodoista, kuten seuraavassa osoitetaan, muodostuu lujasta, kovasta, tiiviistä, isotrooppisesti läpinäkyvästä, polykiteisestä keraamisesta materiaalista, joka sisältää pääasiassa puhdasta hydroksyyli- apatiittia, jonka kiteiden keskimääräinen koko on 0,2 - 3 ,um, 3 tiheys 3,10 - 3,14 g/cm ja jossa ei ole olennaisesti lainkaan huokosia ja joka lohkeaa tasaisia käyriä pintoja pitkin. Lisäksi tavallisella tavalla valmistettuna edellä esitetyllä materiaalilla 2 on puristuslujuus 2 500 - 8 500 kp/cm ja vetolujuus 210 - 2 100 kp/cm^, lineaarinen lämpölaajenemiskerroin 10-12 ppm/°C, Knoop- 5 2 kovuus 470-500 ja kimmomoduli 4,2 x 10 kp/cm , eikä se ole kah-taistaittava polaroidussa valossa. Uuden hydroksyyliapatiitin alku-tutkimukset osoittivat, että se on luja, kova, tiivis, valkoinen, läpinäkyvä keraaminen materiaali, joka muodostuu pääasiassa puhtaasta mikrokiteisestä hydroksyyliapatiitista satunnaisessa, isotrooppisessa järjestyksessä ja jonka puristuslujuus on 2 500 - 5 000 2 2 kp/cm , vetolujuus 210 - 3 500 kp/cm , lineaarinen lämpölaajenemiskerroin 10-12 ppm/°C, Knoop-kovuus 470-500 ja kimmomoduli 4,2 x 5 2 10 kp/cm ja jolle on tunnusomaista lohkeaminen pitkin tasaisia käyriä pintoja ja kahtaistaittumisen puuttuminen ( polaroitu valo).

Termillä tiivis tässä käytettynä tarkoitetaan osasten erittäin tiivistä järjestystä, jolloin niiden välillä puuttuu lähes täysin tyhjät välit ja osasten väliset etäisyydet.

Edellä esitetystä hydroksyyliapatiitin muodosta poiketen geologinen hydroksyyliapatiitti ja synteettinen hydroksyyliapatiit-ti valmistettuina hydrotermisen menetelmän avulla ovat makrokitei-siä, halkeavat tasopintoja pitkin ja ovat kahtaistaittavia. Biologiselle hydroksyyliapatiitille on ominaista se, että se yleensä sisältää huomattavia määriä karbonaatti-ioneja apatiittirakenteessa ja puhtaimmassa tilassaan, so. hammaskiilteenä, se on anisotroop-pisesti järjestäytynyt kiertyviksi säteittäisiksi tangoiksi niin, 6 68216 että se lohkeaa suoraviivaisesti pitkin näiden kiilletankojen lii- 2 tospintoja ja sen vetolujuus on verrattain pieni, 105 kp/cm .

Tämän keksinnön mukaisesti valmistetun uuden hydroksyyliapa-tiitin keraamisen muodon edellä esitettyjen ominaisuuksien lisäksi on se myös täysin biologisesti soveltuva ja siten erinomaisen sopiva hammaslääketieteelliseksi ja kirurgiseksi proteesimateriaaliksi. Täten tämän keksinnön mukainen keraaminen materiaali voidaan valaa tai työstää hampaiden hoidossa käytettäviksi kruunuiksi, keinotekoisiksi hampaiksi, luu- ja siltaproteeseiksi, kanyyleiksi kiinnitys-välineiksi keinotekoisia ruumiinjäseniä varten, jotka voidaan kiinnittää luuhun ja jotka ulottuvat ihon lävitse sekä koestuspinnoik-si hammasruosteen, karieksen muodostumisen, niveltulehduksen ja muiden sairauksien tutkimista varten, jotka voivat vaikuttaa hampaaseen ja luuhun. Sopivasti jauhettuna tämän keksinnön mukaista uutta keraamista materiaalia voidaan käyttää synteettisenä luutäytteenä luuvikojen korjauksissa, hioma-aineena sekä tavanomaisten hartsien kanssa yhdistettynä hammashoidonisena paikkauskoostumuksena, kuten seuraavassa esitetään.

Koepinnaksi hammasruostetta estävien aineiden tutkimista varten voidaan tämän keksinnön mukainen keraaminen materiaali työstää jokaisen sopivan muodon ja koon omaavaksi kappaleeksi, edullisesti kokoon ja muotoon, joka voidaan helposti sijoittaa normaaliin koeputkeen. Tämä tehdään sopivasti leikkaamalla tai koneistamalla suuri levymäinen kappale kuivattua suodoskakkua sopivaan kokoon ja sintraamalla sitten. Sintratut tuotteet voidaan kiillottaa erittäin kiiltäviksi tavanomaisia lappausmenettelyjä käyttäen ja muodostuneita kappaleita käytetään sitten alustoina hammasruostetta estävien aineiden tutkimuksessa menettelyn mukaan, jonka ovat esittäneet Turesky, et ai. supra. Käytön jälkeen keraamiset kappaleet kiillotetaan yksinkertaisesti uudestaan uuden kosteuspinnan muodostamiseksi.

Tavallisesti valmistettuna tämän keksinnön mukaiset keraamiset materiaalit eivät ole vain tiiviitä, vaan myös huokosettomia ja vaikka huokoseton materiaali on oleellinen hammaslääketieteellisissä sovellutuksissa, määrätty huokosuusaste implantaatiomateriaa-lissa voi olla eduksi sallien ruumiin nesteiden kierron ja kudosten kiinnikasvamisen. Vaihtelevia huokoisuusasteita voidaan muodostaa tähän keraamiseen materiaaliin tavalla, jonka ovat esittäneet 7 68216

Monroe, et ai. supra. Tällöin orgaanista materiaalia, kuten tärkkelystä, selluloosajauhetta, puuvillaa tai kollageenia voidaan sekoittaa 5-25 paino-% olevia määriä hydroksyyliapatiitin gelatiinimai-seen sakkaan. Seuraavassa sintrausprosessissa orgaaniset materiaalit poistuvat palamalla aiheuttaen siten ontelolta ja kanavia muuten huokosettomaan tuotteeseen. Vaihtoehtoisesti huokoisuus voidaan aikaansaada mekaanisesti poraamalla tai koneistamalla reikiä tai aukkoja huokosettomaan keramiikkaan.

Tällä tavalla voidaan keksinnön tämän kohdan mukaisesti keramiikasta muodostuva tekohammas tehdä huokoisesti istutuskohdassaan ja paljas hammaspinta jää huokosettomaksi. Implantaatio voidaan suorittaa kuten Hodosh, et ai, ovat esittäneet julkaisussa Journal of the American Dental Association 70, 362 (1965). Vaihtoehtoisesti keksinnön mukaiseen keramiikkaan voidaan lisätä polymeroituvaa tai polymeroitua sidemateriaalia, kuten seuraavassa esitetään ja muodostunutta koostumusta voidaan käyttää metallisten implantaattien päällysteenä, kuten US-patentissa 3 609 876 on esitetty.

Edellä mainittu hydroksyyliapatiitin uutta keraamista muotoa voidaan valmistaa saostamalla vesipitoisesta väliaineesta, jonka pH -arvo on 10-12, hydroksyyliapatiittia, jossa kalsiumin moolisuh-de fosforiin on likimain 1,62 - 1,72, erottamalla saostunut hydrok-syyliapatiitti liuoksesta ja kuumentamalla täten saatua hydroksyyliapatiittia riittävän pitkän ajan riittävän korkeassa lämpötilassa mainitun hydroksyyliapatiitin sintraamiseksi ja maksimaaliseksi tiivistämiseksi hajottamatta sitä oleellisesti.

Täten hydroksyyliapatiitti saostetaan vesipitoisesta väliaineesta reagoittamalla kalsiumioneja fosfaatti-ionien kanssa pH:n arvolla noin 10-12. Jokainen kalsiumia tai fosfaattia sisältävä yhdiste, joka muodostaa kalsium- ja fosfaatti-ioneja vesipitoisessa väliaineessa, on sopiva edellytettynä, että mainittujen yhdisteiden vastaavat vastaionit voidaan helposti erottaa hydroksyyliapa-tiittituotteesta, ne eivät itse ole liittyneet hydroksyyliapatiitti-rakenteeseen tai muuten vaikuta haitallisesti oleellisesti puhtaan hydroksyyliapatiitin saostumista ja erottamista. Yhdisteitä, jotka luovuttavat kalsiumioneja, ovat esimerkiksi kalsiumnitraatti, kal-siumhydroksidi ja kalsiumkarbonaatti. Fosfaatti-ioneja saadaan di-ammoniumvetyfosfaatista, ammoniumfosfaatista ja fosforihaposta. Esiteltävässä menetelmässä kalsiumnitraatti ja diammoniumvetyfos- 8 68216 faatti ovat suositeltavat kalsium- ja fosfaatti-ionien lähteet vastaavasti .

Uuden sellaisen hydroksyyliapatiittimuodon valmistaminen, jossa käytettyjen reagenssien suhde valitaan siten, että saadaan sakka, jossa kalsiumin ja fosforin moolisuhde on olennaisesti sama kuin hydroksyyliapatiitissa, suoritetaan sopivasti seuraavasti: Ensin kalsiumnitraatin ja diammoniumvetyfosfaatin moolisuhteessa 1,67:1 annetaan vaikuttaa toisiinsa vesiliuoksessa pH-arvolla 10-12 hydroksyyliapatiitin gelatiinimaisen sakan muodostamiseksi. Menettely, jonka on esittänyt Hayek, et ai. Inorganic Syntheses 7, 63 (1963), on sopiva tähän tarkoitukseen. Täten saadun hydroksyyliapatiitin geelimäisen suspension annetaan sitten olla kosketuksessa alkuperäisen liuoksen kanssa ajan, joka riittää sallimaan kalsiumin ja fosforin suhteen suspendoituneessa hydroksyyliapatiitissa saavuttaa arvon 1,62 - 1,72. Tämä suoritetaan sopivasti joko sekoittamalla suspensiota 10-90 minuuttia ja yhdistämällä keittäminen ja senjälkeinen seisottaminen huoneen lämpötilassa. Edullisesti suspensiota keitetään 10 minuuttia ja annetaan sen sitten seistä huoneen lämpötilassa 15-20 tuntia. Hydroksyyliapatiitti erotetaan sitten liuoksesta sopivalla tavalla esimerkiksi linkoamalla ja tyhjiö-suodatuksella. Täten saatu geelimäinen tuote sisältää suuren määrän vettä, joka voidaan suureksi osaksi poistaa puristamalla.

Haluttaessa muodostunut märkä savimainen materiaali voidaan leikata tai muotoilla sopivaan muotoon tai vaihtoehtoisesti valaa sopivaan muottiin. On huomattava, että tavallisesti esiintyy noin 25 %:n kutistuminen märkää hydroksyyliapatiittia kuivattaessa ja edelleen noin 25 %:n kutistuminen sintrattaessa seuraavassa esitettävällä tavalla. Tämä on luonnollisesti otettava huomioon materiaalia muotoiltaessa tai valettaessa. Märkä tuote voidaan hitaasti kuumentaa 1 000 - 1 250°C olevaan sintrauslämpötilaan, jolloin kaikki jäljellä oleva vesi on poistunut. Lämpötilan säilyttäminen 1 000 - 1 250°C:ssa 20 minuutin - kolmen tunnin ajan aiheuttaa tuotteen sintrautumisen ja maksimaalisen tiivistymisen. Tavallisesti on suositeltavaa eristää kuivattu tuote ennen sintrausta. Tällöin kostea tuote voidaan kuivata 90-900°C:n lämpötilassa 3-24 tunnin aikana, kunnes sen sisältämä vesimäärä on alentunut 0 - noin 2 prosenttiin. On yleensä edullista suorittaa kuivaus 90-95°C:n lämpötilassa noin 15 tunnin aikana, tai kunnes vesipitoisuus on

II

9 68216 laskenut 1-2 prosenttiin. Tällä tavalla saatu hydroksyyliapatiitti on haurasta ja huokoista, mutta sen mekaaninen lujuus on verrattain hyvä. Hieman erottumista tai halkeilemista voi savimaisessa materiaalissa esiintyä kuivattaessa, erikoisesti jos käytetään paksua suodoskakkua. Kuitenkin saadaan helposti niinkin suuria kappaleita 2 kuin 100 cm alaltaan ja 3 mm paksuudeltaan. Kuivauksessa esiintyvää erottumista tai halkeilua voidaan vähentää tai estää kokonaan lisäämällä vastasaostettuun hydroksyyliapatiittiin tavallisesti sen suspensioon 0,4 - 0,6 paino-% orgaanista sideainetta, kuten kollageenia, jauhettua selluloosaa, noin 0,5 % kollageenia ollessa suositeltavan. Orgaaninen sideaine haihtuu sintrauksen aikana ja keraamisen tuotteen fysikaaliset ominaisuudet osoittautuvat olevan oleellisesti muuttumattomia verrattaessa ilman tällaista sideainetta valmistettuun tuotteeseen. Luonnollisesti suurehkot orgaanisen sideaineen määrät aiheuttavat huokoisen keraamisen tuotteen, kuten edellä on esitetty. Muitakin keramiikka-alalla tunnettuja orgaanisia ja epäorgaanisia sideaineita voidaan käyttää.

On yleensä asianmukaista tässä vaiheessa leikata tai muotoilla kuivattu sakka likimain lopputuotteelta haluttuun muotoon ottaen huomioon edellä mainittu sintrauksessa esiintyvä kutistuma.

MakromuotoiSten sakasta muodostuneiden kappaleiden täytyy ennen sintrausta olla tasaisia ja virheettömiä. Murtumien ja halkeamien läsnäolo aiheuttaa kappaleiden halkeilemisen sintrauksessa. Tuotteet sintrataan sitten 1 000 - 1 250°C:n lämpötilassa 20 minuutin - kolmen tunnin aikana, lämpötilan ja ajan ollessa toisiinsa nähden kääntäen verrannollisia. Sintraus suoritetaan edullisesti 1 100 - 1 200°C:n lämpötilassa 0,5 1 tunnin aikana. Tällöin muodostunut kova, tiivis keraaminen kappale voidaan kiillottaa tai koneistaa tavanomaisia menettelyjä käyttäen.

Edellä mainitussa menetelmässä on kriittistä valmistaa hydroksyyliapatiitti geelimäisenä sakkana vesiliuoksesta, koska vain tässä koossapysyvässä geelimäisessä tilassa hydroksyyliapatiitti voidaan muotoilla tai valaa ja sitten kuivata ja sintrata makro-muodossa olevan keraamisen kappaleen saamiseksi. Kuivaa, hienojakoista tai raemaista hydroksyyliapatiittia ei voida palauttaa tähän koossapysyvään, geelimäiseen muotoon. Jos esimerkiksi jauhettua hydroksyyliapatiittia suspendoidaan veteen ja suodatetaan, saadaan koossapysymätön, hienojakoinen suodoskakku, joka yksinkertaisesti 10 6821 6 kuivuu ja murenee, eikä sitä voida muotoilla, valaa tai muuttaa keraamiseksi kappaleeksi. Lisäksi vaikka jauhettu hydroksyyliapatiit-ti voidaan mekaanisesti puristaa muotokappaleeksi, kuten tabletiksi, sintrattaessa saatu tuote on erittäin huokoinen eikä se lohkea pitkin tasaisia pintoja, vaan pelkästään murenee kappaleiksi.

Vaikkakin hydroksyyliapatiitin muodostuminen vesipitoisessa väliaineessa on monimutkainen ja epätäydellisesti ymmärretty tapahtuma, oletetaan yleensä, että kalsium- ja fosfaatti-ionit aluksi yhdistyvät muodostaen kaisiumvajaata hydroksyyliapatiittia, jossa kalsiumin suhde fosforiin on noin 1,5. Kalsiumionin läsnäollessa tapahtuu siinä sitten hidas muutos hydroksyyliapatiitiksi, jossa kalsiumin suhde fosforiin on 1,67. /TEanes, et ai. Nature 208, 365 (1965) ja Bett et ai. J. Amer. Chem. Soc. 89, 5535 (1967)./. Täten pääasiallisesti puhdasta hydroksyyliapatiittia sisältävän keramiikan saamiseksi on välttämätöntä tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä, että aluksi muodostuneen hydroksyyliapatiitin geelimäisen sakan annetaan olla kosketuksessa alkuperäisen liuoksen kanssa riittävän ajan, niin että kalsiumin suhde fosforiin siinä saavuttaa arvon noin 1,62 - 1,72. Huomattava poikkeama tältä alueelta aiheuttaa vähemmän läpinäkyvän keraamisen tuotteen. Esimerkiksi, jos hydroksyyliapatiittia saostetaan huoneen lämpötilassa ja otetaan talteen kahden tunnin aikana saostamisesta, on kalsiumin suhde fosforiin siinä noin 1,55 - 1,57 ja siitä lopuksi valmistettu keramiikka on läpinäkymätön ja röntgensädedififfraktiotutkimuksessa on sen havaittu olevan hydroksyyliapatiitin ja whitloktiitin seoksen. Itse asiassa, kuten seuraavassa tarkemmin esitetään, materiaali, jossa kalsiumin suhde fosforiin on noin 1,44 - 1,60, on käyttökelpoinen valmistettaessa edellä esitettyä kaksifaasista keraamista materiaalia. Täten, vaikka tässä esitetyllä menetelmällä saadaan läpinäkyvää keraamista materiaalia, joka sisältää pääasiassa puhdasta hydroksyyliapatiittia, hydroksyyliapatiitin epätäydellisesti ymmärretyn muo-dostustavan vuoksi vesipitoisessa väliaineessa voi olla edullista valvoa hydroksyyliapatiitin muodostumista sen toteamiseksi, että haluttu kalsiumin ja fosforin välinen stökiometria on saavutettu ja että sintrattu tuote sisältää pääasiassa puhdasta hydroksyyliapatiittia. Tämä tehdään sopivasti ottamalla näyte hydroksyyliapatiitin suspensiosta, erottamalla tuote, kuivaamalla ja sintraamalla se, kuten edellä on esitetty ja suorittamalla siten muodostuneelle keramiikalle alkuaine- ja röntgensädeanalyysi.

11 6821 6

Sintrauksen kesto ja lämpötila ovat myös kriittisiä esitetyssä menetelmässä. Tällöin sintraamaton hydroksyyliapatiitti, jossa on haluttu kalsiumin suhde fosforiin, 1,62 - 1,72, muuttuu tämän keksinnön mukaiseksi keraamiseksi tuotteeksi kuumentamalla vähintään 1 000 - 1 250°C:n lämpötilassa. Lämpötilan ollessa 1 000°C sintrautu-minen ja maksimaalinen tiivistyminen voivat vaatia 2-3 tunnin ajan, kun taas 1 200°C:ssa prosessi on täydellinen 20 - 30 minuutissa. On suositeltavaa suorittaa sintraus noin 1 100°C:n lämpötilassa noin tunnin aikana. Huomattavasti 1 000°C:n alapuolella oleva lämpötila aiheuttaa epätäydellisen sintraantumisen huolimatta kuumennusjakson pituudesta, kun taas kuumentaminen 1 250°C:na yläpuolelle tuntia pitemmäksi ajaksi aiheuttaa hydroksyyliapatiitin osittaisen hajaantumisen whitloktiitiksi.

Keksintö kohdistuu myös hampaiden paikkauskoostumukseen, joka koostuu hammaslääketieteellisesti hyväksyttävästä polymeroituvas-ta tai polymeroidusta sideaineesta ja epäorgaanisesta täyteaineesta. Keksinnön mukaiselle paikkauskoostumukselle on tunnusomaista, että mainittuna täyteaineena on olennaisesti puhdasta, hienoksi jauhettua hydroksyyliapatiittia, jonka kiteiden koko on keskimäärin 0,2 - 3 um, 3 ' jonka tiheys on noin 3,10 - 3,14 g/cm , joka on oleellisesti huoko-setonta ja lohkeaa tasaisia käyriä pintoja pitkin, ja että täyteaineen pitoisuus on noin 10-90 paino-%. Polymerointikatalyyttinä on esimerkiksi alifaattinen ketoniperoksidi tai bentsoyyliperoksidi, reaktiivisena laimentimena esimerkiksi di-, tri-, ja tetraetyleeni-glykolidimetakrylaatti, kovettimena esimerkiksi N-3-okso-hiilivety-substituoitu akryyliamidi, kuten US-patentissa 3 277 056 on esitetty, promoottorina tai kiihdyttäjänä esimerkiksi metalliasetyyliase-tonaatin tertiäärinen amiini, kuten Ν,Ν-bis-(2-hydroksietyyli)-p-toluidiini ja verkkoutusaineena esimerkiksi sinkkioksidi; näitä aineita on yhteensä 0,01 - 45 prosenttia koostumuksen kokonaispainosta. Vaikkakaan ei ole oleellista, voidaan pinta-aktiivista komonomeeria tai lukitusainetta, kuten N-fenyyliglysiinin ja glysidyylimetakrylaa-tin reaktiotuotetta, joka on esitetty US-patentissa 3 200 142, met-akryylioksipropyyli-trimetoksisilaania, 3,4-epoksisykloheksyylitri-metoksisilaania, tai vinyylitriklorosilaania lisätä mainittuun koostumukseen määrinä, jotka ovat 0,05 - 10 prosenttia koostumuksen kokonaispainosta. Side- tai lukitusaine edistää 12 6821 6 keraamisen materiaalin kiinnittymistä hartsiin ja hampaan paikkaus-koostumuksen kiinnittymistä luonnolliseen hampaaseen. Tällöin tämän keksinnön mukainen keraaminen hydroksyyliapatiitti pienennetään sopivaan osaskokoon, esim. 5-100 pm osaskokoon, tavanomaisia jauhatusmenettelyjä käyttäen ja sekoitetaan sitten sopivan määrän kanssa hampaiden paikkauksessa tunnettua normaalia hartsia, kuten hydroksietyylimetakrylaatin, polymetyylimetakrylaatin, polyakryyli-hapon, propyleeniflykolifumaraattiftalaatti-tyydyttämättömien polyesterien, joita myy Allied Chemicals Co. 23 LS8275 ja Pitssburgh Plate Glass nimellä Selectron 580001, styreenillä modifioitujen tyydyttämättömien polyesterien, kuten Gliddien Glidpol 10Q8, G-136 ja 4CS50, epoksihartsien, kuten Ciba Araldite 6020, Union Carbide ERL2774 ja glysidyylimetakrylaatista ja bisfenoli A:sta valmistetun bisakrylaattimonomeerin kanssa^esitetty US-patentissa 3 066 112. Hartsi voi käsittää yhden ainoan monomeerin tai kahden tai useamman komonomeerin seoksen. Haluttaessa voidaan lisätä lisäaineita, kuten väriaineita, epäorgaanisia pigmenttejä ja fluorisoivia aineita edellämainittuun koostumukseen näitä materiaaleja käsittelevällä alalla tunnettujen periaatteiden mukaan. On edullista sekoittaa hartsi, keraaminen hydroksyyliapatiitti ja mahdolliset lisäaineet kuten silaani-lukitusaineet, värit, epäorgaaniset pigmentit tai fluorisoivat aineet ennen katalyytin, kovettajan, poikkisidoksia muodostavan aineen, edistäjän tai kiihdyttäjän lisäämistä. Aineosien sekoitusjärjestys ei kuitenkaan ole kriittinen ja mainitut aineosat voidaan sekoittaa samanaikaisesti. Tavanomaisia menettelyjä käyttäen voidaan täten valmistettua koostumusta käyttää hampaiden paikkausmateriaalina, hampaiden hoidossa käytettävänä sementtinä, hammasonteloiden vuorauksena, hammasytimen kuorimateriaalina tai koostumusta voidaan valaa sopivaan muottiin keinotekoisen hampaan tai hammasryhmän valmistamiseksi.

On luonnollisesti erittäin edullista, että suuontelossa käytetty materiaali on! kariesta kestävää. Tämä saavutetaan helposti esiteltävää keksintöä käytettäessä lisäämällä 0,01-1 prosenttia fluoridi-ioneja, kuten ammonium- taitinafluoridia juuri saostetun hydroksyyliapatiitin suspensioon. Muodostunutta tuotetta sintraamalla saatu keraaminen materiaali kestää erittäin hyvin maito-, etikka-tai sitruunahapon vaikutusta, mikä on normaali in vitro menetelmä määritettäessä karieksen vastustuskykyä. Vaihtoehtoisesti vastustus- tl 13 6821 6 kyky kariesta vastaan voidaan saada lopulliseen keraamiseen materiaaliin pitämällä sitä natriumfluoridin 0,5-5 prosenttisessa vesi-liuoksessa 12 tunnista 5 vuorokauteen. Edullisesti keraamisen kappaleen annetaan olla noin 5 prosenttisessa natriumfluoridin vesiliuoksessa likimain 4 vuorokautta.

Keraamiikka-alan asiantuntijoille on luonnollisesti mielenkiintoista että orgaanisten ja epäorgaanisten sideaineiden ja fluoridi-ionin lisäksi esiteteltävän keksinnön mukaisesti valmistettu keraaminen materiaali voi sisältää myös pieniä määriä muita alkuaineita, jotka, vaikka eivät muuta keraamisten tuotteiden oleellista luonnetta, voivat antaa niille käyttäkelpoisia ominaisuuksia. Tiedetään esimerkiksi, että barium ja strontium voivat liittyä apatiitin kiderakenteeseen ja nämä alkuaineet läpäisevät huomattavasti vähemmän röntgensäteitä kuin kalsium. Tämän vuoksi pienen barium- tai strontiumionimäärän lisääminen kalsiumioneihin ennen jälkimmäisen reagoittamista fosfaatin kanssa antaa lopuksi bariumilla tai strontiumilla ympättyä hydroksyyliapatiittia olevan keramiikan, joka käytettynä hampaiden paikkauskoostumuksissa edellä esitetyllä tavalla omaa riittävän röntgensädeabsorption paikattujen hampaiden havaitsemista varten. Magnesium liittyy myös apatiitin kiderakenteeseen, sen tiedetään kuitenkin hidastavan hydroksyyliapa-tiitin kiteytymistä ja edistävän samalla whitloktiitin kiteytymistä (Eanes et ai., Calc. Tiss. Res. 2, 32 (1968)).

Edellä esitetyllä tavalla saatujen keraamisten materiaalien ominaisuudet määritettiin yhden tai useamman seuraavan tutkimuksen avulla: alkuaineanalyysi, tiheys, röntgensädediffraktio, läpitunkeva elektronimikroskopia, mikroskopia polaroitua valoa käyttäen ja mekaaniset ominaisuudet.

Keksintöä esitellään seuraavien esimerkkien avulla.

Esimerkki 1

Sekoitettuun seokseen, joka sisälsi 130 ml 1,63-n kalsium-nitraattia (0,212 moolia) ja 125 ml väkevöityä ammoniäkkiä, lisättiin tipoittain noin 20 minuutin aikana seos, joka sisälsi 16,75 g (0,127 moolia) diammoniumvetyfosfaattia, 400 ml tislattua vettä ja 150 ml väkevöityä ammoniakkia. Muodostunutta suspensiota keitettiin 10 minuuttia, jäähdytettiin jäähauteessa ja suodatettiin. Suodos-kakkua puristettiin kumilevyllä ja kuivattiin sitten yön aikana 95°Csn lämpötilassa. Muodostuneesta kovasta, huokoisesta, hauraasta i4 6821 6 kakusta otettua näytettä kuumennettiin sähköuunissa 115 minuutin kuluessa 1230°C olevaan loppulämpötilaan ja jäähdytettiin sitten huoneenlämpötilaan, jolloin saatiin luja, kova, valkea läpinäkyvä keraaminen tuote.

Tavanomaiset alkuaineanalyysit, jotka suoritettiin lopulliselle keramiselle tuotteelle ja myös kuivatulle hydroksyyliapatii-tille ennen sintrausta antoivat seuraavat tulokset laskettuina

Ca10(PO4)6(°H)2:n mu^aan:

Laskettu Kuivattu, sintraamaton Keraaminen hydroksyyliapatiitti tuote

Ca 39,89 % 37,4 % 39,6 % P 18,5 % 17,5 % 18,9 % h2o 0 % 1 %

Ca/P 1,667 1,65 1,62

Tutkittaessa ohutta keramiikkalevyä mikroskoopilla polaroi-tua valoa käyttäen 130 x 352 X suurennuksilla havaittiin materiaalin olevan oleellisesti vapaan whitloktiitista. Kaihtaistaittumisen puuttuminen ja havaittavat rakenteelliset ominaisuudet, kuten kide-muoto, suuntautuminen, rajapinnat jne. osoittivat mikrokiteisen rakenteen. Vertailtaessa Monroe et ai. (supra) esittämän sintratun puristetun tabletin, optiseen mikrovalokuvaan havaittiin näiden kahden materiaalien olevan rakenteellisesti samanlaiset.

Röntgensädediffraktiomittaukset suoritettiin normaalilla tavalla. Kidetasojen välimatkat laskettiin ja havaittiin niiden olevan oleellisesti identtiset hydroksyyliapatiitin kanssa julkaisun Doannay et ai., Crystal Data, ACA Monogram No. 5 668 (1963) mukaan. Röntgensädearvot osoittivat edelleen whitloktiitin puuttuvan ainakin suurempina kuin 2-3 prosentin määrinä, mikä on diffraktometrin minimipitoisuuden havaitsemisraja.

Esimerkki 2

Liuoksen, joka sisälsi 237,6 g (1,8 moolia) diammoniumvety-fosfaattia 1500 ml:ssa tislattua vettä, pH säädettiin arvoon 11-12 lisäämällä noin 2250 ml väkevöityä ammoniakkia. Lisättiin tislattua vettä saostuneen ammoniumfosfaatin liuottamiseksi, jolloin kokonaistilavuudeksi saatiin 9600 ml. Tarvittaessa pH säädettiin uudestaan arvoon 11-12. Tämä liuos lisättiin tipoittain 30-40 minuutin aikana voimakkaasti sekoitettuun liuokseen, joka sisälsi 3 moolia kalsium- 15 6821 6 nitraattia 2700 ml:ssa tislattua vettä ja jonka pH oli etukäteen säädetty arvoon 12 noin 90 ml:11a väkevöityä ammoniakin vesiliuosta, jonka jälkeen laimennettiin tislatulla vedellä, kunnes tilavuus oli 5400 ml. Lisäyksen päätyttyä muodostunutta geelimäistä suspensiota sekoitettiin vielä 10 minuuttia ja keitettiin sitä sitten 10 minuuttia, poistettiin kuumennuslaitteesta, peitettiin ja annettiin seistä huoneenlämpötilassa 15-20 tuntia. Kirkas päällä oleva neste poistettiin dekantoimalla ja jäljelle jäänyt suspensio lin-gottiin nopeudella 2000 kierrosta minuutissa 10 minuutin aikana.

Saatu liete suspendoitiin uudestaan 2400 ml:aan tislattua vettä ja lingottiin uudestaan nopeudella 2000 kierrosta minuutissa 10 minuutin ajan. Kiinteisiin jäännöksiin lisättiin riittävästi tislattua vettä kokonaistilavuuden saamiseksi 2700 millilitraksi. Ravistamalla voimakkaasti saatiin tasainen suspensio, jossa ei esiintynyt oleellisesti suurehkoja osasia tai kasaumia. Koko suspensio kaadettiin samalla kertaa Buchner-suppiloon ja suodatettiin heikkoa tyhjiötä käyttäen. Suodatinkakun alkaessa murentua, sijoitettiin sille kumi-levy ja tyhjiötä suurennettiin. Tunnin kuluttua kumilevy poistettiin ja halkeilematon, ehjä suodatinkakku siirrettiin tasaiselle pinnalle ja kuivattiin 15 tunnin aikana 90-95°C:n lämpötilassa, jolloin saatiin 304 g valkoista, huokoista, haurasta hydroksyyliapatiittia olevia kappaleita.

Sintraamalla 1100°C:ssa tunnin ajan saatiin tiiviitä, huoko-settomia, valkoisia, läpinäkyviä keramiikkakappaleita, joiden tiheys o 011 3,10 g/cm . Röntgensädediffraktio osoitti, että materiaali oli homogeenista hydroksyyliapatiittia.

Kaksiasteisia näytejäijennöksiä valmistettiin varjostamalla näytteen pinta kolloidionijäijennös kromilla ja päällystämällä sitten hiilellä. Jäljennösten läpitunkeva elektronimikroskooppitutkimus osoitti verrattain tasaisen raekoon (0,7-3 pm) ilman huokosia tai toisen faasin saostumista rakeiden rajapinnoilla tai rakeissa itsessään noin 0,5 % suurempina määrinä, mikä on elektronimikroskoopin minimiherkkyys pitoisuudelle. Näyte keraamisesta materiaalista kiil-loitettiin sitten SiC-paperilla 600 mesh-luvun arvoon ja sitten 3 pm:n timanttitahnalla metallografisella levyllä, joka oli päällystetty ohuella nailonkankaalla. Näytettä syövytettiin sitten 4 prosenttisella fluorivetyhapolla 30 sekunnin ajan. Kiilloitetusta ja syövytetystä pinnasta otettiin sitten jäljennökset ja niitä tarkasteltiin elektronimikroskoopin avulla. Tällöin ai myöskään havaittu 6821 6 16 toista faasia rakeiden rajapinnoilla.

Huokoisuus määritettiin kvalitatiivisesti upottamalla näyte-materiaalia fuksiini-väriin 15 minuutiksi, pesemällä se vedellä, kuivaamalla ja tutkimalla sitten näytemateriaalista värin jäännökset. Tämä koe suoritettiin samanaikaisesti tämän keksinnön mukaisen keraamisen materiaalin huokosettomalle muodolle, hydroksyyliapa-tiitin sintratulle puristetulle tabletille ja luonnolliselle hampaalle. Sintratussa puristetussa tabletissa esiintyi huomattavaa värin pysymistä, kun taas esiteltävän keksinnön mukaisessa uudessa keraamisessa materiaalissa ja luonnollisessa hampaassa ei havaittu värijännöksiä. Toisen menetelmän mukaan upotettiin tutkittava materiaali 6-n ammoniakkivesiliuokseen 15 minuutiksi, pestiin vedellä, kuivattiin ja käärittiin kosteaan lakmuspaperiin. Pintahuokosiin mahdollisesti jäänyt ammoniakki aiheuttaa ympäröivän lakmuspaperin muuttumisen siniseksi. Kun tämä koe suoritettiin samanaikaisesti esiteltävän keksinnön mukaiselle mekaaniselle materiaalille, hydrok-syyliapatiittia olevalle sintratulle puristetulle tabletille ja luonnolliselle hampaalle, sintratun puristetun tabletin kanssa kos-ketukseessa oleva lakmuspaperi muuttui siniseksi osoittaen täten ammoniakin läsnäolon tabletissa. Mitään värimuutosta ei havaittu laksumuspaperissa, joka oli kosketuksessa joko esiteltävän keksinnön mukaisen keraamisen materiaalin tai luonnollisen hampaan kanssa.

Esimerkki 3 A. Seurattiin esimerkissä 2 esitettyä menettelyä paitsi, että käytettiin 1/6 siinä esitetyistä määristä, jolloin saostui arviolta 50 g hydroksyyliapatiittia vesiliuoksesta. Linkoamisen ja dekantoimisen jälkeen saatu mineraaliliete uutettiin uudestaan veteen 1 litran kokonaistilavuuteen ja homogenisoitiin Waring-sekoitti-messa 2 minuutin aikana.

B. Seosta, joka sisälsi 0,5 g jauhettua selluloosaa (<0,5 μια) 200 millilitrassa vettä, sekoitettiin Waring-sekoittimessa 3 minuuttia. Tämän jälkeen lisättiin 100 ml:n alimäärä hydroksyyliapatiitin homogeenista suspensiota ja muodostunutta seosta sekoitettiin edelleen 5 minuuttia. Suspensio suodatettiin sitten ja suodatinkakku kuivattiin sekä sintrattiin esimerkin 2 mukaisesti. Suodatinkakku esiintyi kuivauksen jälkeen erittäin vähän halkeamia ja sintraamalla saatu keraaminen tuote oli hieman huokoinen määritettynä edellä esi-

II

17 6821 6 tetyn fuksiinivärikokeen avulla.

C. Seosta, joka sisälsi 0,5 g revittyä kirurgista puuvillaa 200 ml:ssa vettä, sekoitettiin Waring-sekoittimessa 45 minuuttia tai kunnes saatiin lähes homogeeninen suspensio. Sitten lisättiin 100 ml:n alimäärä esimerkissä 3A esitettyä hydroksyyliapatiitin homogeenista vesisuspensiota ja sekoittamista jatkettiin vielä 15 minuuttia. Muodostunut suspensio suodatettiin ja suodatuskakku kuivattiin ja sintrattiin esimerkissä 2 esitetyllä tavalla. Keraaminen tuote pysyi ehjänä ja oli näkyvästi huokoinen.

Esimerkki 4 A. Seosta, joka sisälsi 5 g kollageenia (härän akillesjännettä) 300 millilitrassa vettä, sekoitettiin Waring-sekoittimessa 5 minuuttia. Kollageeni imi itseensä suuria määriä vettä muodostaen paksun geelimäisen massan. Pieni määrä hienojakoista kollageenia (20-30 mg) jäi suspensioon.

B. Hienojakoisen kollageenin suspensio (250 ml) dekantoitiin ja sekoitettiin Waring-sekoittimessa 5 minuutin aikana 100 ml:n alimäärän kanssa esimerkissä 3A esitettyä hydroksyyliapatiitin homogeenista vesisuspensiota. Muodostunut seos suodatettiin ja suo-datinkakku kuivattiin ja sintrattiin esimerkin 2 mukaisesti. Muodostunut keraaminen tuote pysyi ehyenä ja lähes huokoseton.

C. Noin 20 % paksusta geelimäisestä kollageenista sekoitettiin Waring-sekoittimessa 6 minuutin aikana 150 ml:n kanssa esimerkissä 3A esitettyä hydroksyyliapatiitin homogeenista vesisuspensiota. Muodostunut seos suodatettiin ja suodatinkakku kuivattiin ja sintrattiin esimerkin 2 mukaisesti. Suodatinkakku pysyi ehyenä ennen sint-rausta ja sen mekaaninen lujuus oli verrattain hyvä. Sintrauksessa saatu keraaminen tuote oli kova, luja ja näkyvästi huokoinen.

Esimerkki 5

Esimerkin 2 mukaan valmistetun keraamisen tuotteen näytteiden annettiin olla natriumfluoridin 1 prosenttisessa vesiliuoksessa 12 tuntia. Nämä materiaalit yhdessä käsittelemättömän keraamisen materiaalin ja luonnollisen hampaan kanssa altistettiin sitten 1C prosenttisen maitohapon vaikutukselle. Kolmen vuorokauden jälkeen oli fluoridilla käsittelyssä keramiikassa havaittavissa huomattavasti vähemmän maitohapon vaikutusta kuin käsittelemättömässä keramiikassa tai luonnollisessa hammaskiilteessä. Jos keramiikan annettiin olla 18 6821 6 1 prosenttisessa natriumfluoridin vesiliuoksessa 3 vuorokautta, ei keramiikassa ollut havaittavissa maitohapon vaikutusta 3 vuorokauden jälkeen ja 1 kuukauden kuluttua oli siinä tapahtunut vain hieman hajoamista, kun taas käsittelemättömät näytteet olivat huomattavasti hajonneet.

Esimerkki 6

Seurattiin esimerkissä 2 esitettyä menettelyä paitsi, että käytettiin 1/6 siinä esiintyneistä ainemääristä, jolloin saostui noin 50 g hydroksyyliapatittia vesiliuoksesta. Linkoamisen jälkeen mineraaliliete suspendoitiin riittävän vesimäärän 500 millilitran kokonaistilavuuden saavuttamiseksi. Suspensio jaettiin kymmeneen yhtä suureen osaan, joista jokainen laimennettiin 50 millilitralla vettä ja käsiteltiin ammoniumfluoridillä seuraavasti: Näytteisiin 1, 2, 3, 4 ja 5 lisättiin vastaavasti 0, 0,1, 0,5, 1,0 ja 2,0 ml ammoniumfluoridin vesiliuosta, joka sisälsi 0,00085 g F /ml. Näytteet 6, 7 ja 8 käsiteltiin vastaavasti 0,5, 1,0 ja 10,0 millilitralla ammoniumfluoridin vesiliuosta, joka sisälsi 0,0085 g F /ml. Otoksiin 9 ja 10 lisättiin vastaavasti 2,0 ja 4,0 ml ammoniumfluoridin vesi-liuosta, joka sisälsi 0,045 g F /ml. Suspensioita ravisteltiin sitten pyörivässä ravistuslaitteessa 1,5 tuntia ja suodatettiin sitten. Suodatinkakkuja puristettiin 15 minuuttia kumilevyn avulla, kuivattiin 2 vuorokautta 95°C:ssa ja kuumennettiin sitten sähköuunissa 1200°C:n lämpötilaan. Muodostuneet keraamiset kappaleet jauhettiin hienoksi pulveriksi ja seulottiin mesh-luvun 325 omaavan seulan (ASTM-standardi) lävitse. 80 mg jokaista jauhenäytettä sekoitettiin 80 ml:n kanssa pH-arvon 4,1 omaavaa natriumlaktaatti-pusku-riliuosta (0,4-m) 23°C:ssa ja seoksia ravisteltiin Burrel’in nivel-vaikutusravistuslaitteessa. Jokaisesta näyteseoksesta poistettiin 2,9, 25 ja 40 minuutin kuluttua sekoittamisesta 3 ml:n alimäärä, suodatettiin välittömästi liukenemattoman näytteen poistamiseksi ja liuenneen keraamisen aineen määrä määritettiin klorimetrisen analyysimenettelyn avulla. Tulokset on annettu taulukossa A. Vertailua varten näytteen 1 sintratun osan annettiin olla 4 vuorokautta 1 ml:ssa 5 prosenttista natriumfluoridia. Kiinteät aineet poistettiin, pestiin perusteellisesti vedellä, kuivattiin ja niille suoritettiin sitten edellämainittu liuotinanalyysi näytteen IA mukaisesti. On luonnollisesti otettava huomioon, että edelläesitetyt koeolosuhteet eivät vastaa in vivo-olosuhteita. Ne on valittu näytteen riit- 19 6821 6 tavan liukenemisen takaamiseksi kohtuullisena aikana fluoridi-ioni-pitoisuuden suhteellisen vaikutuksen tarkkaa arviointia varten.

Täten keraamisen hydroksyyliapatiitin in vivo liukenemisnopeuksien oletetaan olevan huomattavasti vähäisempiä kuin edellähavaitut nopeudet voimakkaassa laktaattipuskurissa.

Taulukko A

Fluorisoidun keraamisen hydroksyyliapatiitin suhteelliset liukenemisnopeudet Näyte Fluoridipitoisuus (ppm) Liuennut % no. lisätty havaittu 2 min 9 min 25 min 4Q min 10 - 9,2 18,5 32,0 39,7

2 17 19 9,2 18,8 29,3 39,Q

3 85 190a 8,9 17,6 30,0 38,3 4 170 190 10,3 18,3 3Q,5 37,5 5 340 216 9,9 18,1 29,7 35,2 6 850 226 8,8 17,1 27,7 33,0 7 1700 470 7,9 18,1 25,7 29,8 8 17000 1460 6,7 12,1 19,7 23,3 9 18000 1700 6,3 11,5 19,7 23,3 10 36000 2307 5,9 11,3 17,6 21,0 IA - - 3,7 7,1 13,7 18,7 a. ilmeisesti virheellinen analyysi.

Esimerkki 7

Suuria kappaleita kuivatusta suodatinkakusta paksuudeltaan noin 3-4 mm valmistettuna esimerkin 2 mukaisesti ja suhteen Ca/P ollessa 1,64-1,66 uurrettiin ja murrettiin noin 14-15 mm:n pituisiksi ja 7-8 mm:n levyisiksi suorakulmaisiksi levyiksi ja pieni reikä porattiin toisen pään lävitse. Tuhat tällaista levyä sintrat-tiin sitten esimerkin 2 mukaisesti ja kiilloitettiin erittäin kiiltäviksi normaaleja lappausmenettelyjä käyttäen. Muodostuneiden keraamisten kappaleiden tiheys oli 3,12-3,14 ja olivat ne suorakulmaisia kappaleita noin 10-11 mm pitkiä, 4-5 mm leveitä ja 2-3 mm paksuja ja niiden toisessa päässä oli reikä, jonka lävitse asetettiin metal- 20 6 8 2 1 6 lilanka. Levyjä, jotka täten voitiin sijoittaa haluttuun syvyyteen koeputkessa, käytettiin koepintoina kehitettäessä hammasruostetta estäviä aineita, kuten edellä on esitetty.

Esimerkkien 1, 2, 4B ja 5-7 mukaan valmistetut maksormuo-dossa olevat keraamiset tuotteet ovat kovia, lujia, tiiviitä, valkoisia, läpinäkyviä keraamisia kappaleita, jotka sisältävät pääasiassa puhdasta, huokosetonta, isotrooppista polykiteistä hydrok- syyliapatiittia ja joiden puristuslujuus on likimain alueella 2 2 2500-9000 kp/cm , vetolujuus likimain alueella 210-210Q kp/cm , lineaarinen lämpölaajenemiskerroin likimain alueella 10-12 ppm/°C,

Knoop-kovuus likimain alueella 470-50Q ja kiminomoduli noin 5 2 4,2 x 10 kp/cm ja jolle on tunnusomaista lohkeaminen pitkin tasaisia, käyriä pintoja sekä kahtaistaittumisen puuttuminen polaroidussa valossa.

Esimerkkien 3 ja 4 mukaan valmistettuihin makromuodossa oleviin keraamisiin tuotteisiin, vaikkakin ne sisältävät samaa materiaalia, kuin esimerkeissä 1, 2, 4B ja 5-7 valmistetut, on muodostunut aukkoja ja huokosia, joiden lukumäärä ja koko vaihtelevat. On luonnollisesti ilmeistä, että huokosten muodostuminen mainittuihin esineisiin muuttaa niiden fysikaalisia ominaisuuksia, esimerkiksi alentamalla puristuslujuutta, vetolujuutta, kimmoisuutta ja kovuutta. Esimerkki 8

Hampaiden paikkaussementiksi ja täyteaineeksi soveltuva koostumus valmistettiin seuraavasti: A. Liuokseen, joka sisälsi 20 mg N-fenyyliglysiinin ja gly- sidyylimetakrylaatin kondensaatiotuötetta (esitetty US-patentissa 3 200 142 ; . kutsutaan siinä nimellä NPG-GMA) 7 millilitrassa eta nolia, lisättiin 2,0 g jauhettua keraamista hydroksyyliapatiittia. Sekoitettiin 5 minuuttia, jonka jälkeen etanoli haihdutettiin pois tyhjiössä huoneenlämpötilassa ja kiinteää jäännöstä kuivattiin 2 tuntia 1 Hg-mm:n paineessa.

B. 80 mg:n näyte edellämainittua materiaalia sekoitettiin 0,4 g:n kanssa bentsoyyliperoksidia ja 30 mg:n kanssa hydroksietyy-limetakrylaatin ja bisfenoli A:n ja glysidyylimetakrylaatin reaktio-tuotteen (esitetty US-patentissa 3 066 112; kutsutaan alalla nimellä Bis-GMA) seosta suhteessa 1:2. Muodostunut seos pantiin sylinterimäiseen teräsmuottiin, jossa se kovettui 3-5 minuutissa.

ii.

21 6821 6

Puristuslujuus määritettiin neljän täten valmistetun sylinterimäisen 2 tapin avulla. Keskimääräinen arvo oli 12QQ kp/cm .

Esimerkki 9

Seosta, joka sisälsi 60 osaa jauhettua keraamista hydroksyy-liapatiittia, 13 osaa hydroksietyylimetakrylaattia, 27 osaa bis-fenoli A:n ja glysidyylimerakrylaatin kondensaatiotuotetta, 0,3 osaa Ν,Ν-bis-(2-hydroksietyyli)-p-toluidiinia ja 0,8 osaa bentsoyy-liperoksidia, sekoitettiin huolellisesti, jolloin saatiin ohut, vapaastivirtaava valmiste, joka on käyttökelpoinen hampaiden kuoppien ja halkeamien peiteaineena. Seosta kaadettiin sylinterimäiseen teräsmuottiin, jossa se kovettui noin 3 minuuttia. Puristuslujuus määritettiin seitsemän täten valmistetun sylinterimäisen tangon 2 avulla. Keskimääräinen arvo oli 1400 kp/cm .

Esimerkki 10

Seuraavassa on esitetty esimerkki hampaiden paikkausmateri-aaliksi sopivasta valmisteesta.

5 millilitraan 2-propanolia lisättiin 0,5 g jauhettua keraamista hydroksyyliapatiittia. Sitten 2-propanoli haihdutettiin tyhjiössä huoneenlämpötilassa kaiken hydraattiveden poistamiseksi keraamisen materiaalin pinnalta. 120 milligrammaan täten käsiteltyä hydroksyyliapatiittia lisättiin 0,3 mg bentsoyyliperoksidia ja sitten 40 mg seosta, joka sisälsi bisfenoli A:n ja glysidyylimetakry-laatin kondensaatiotuotetta trietyleeniglykolidimetakrylaattia ja Ν,Ν-bis-(2-hydroksietyyli)-p-toluidiiniä, jota seosta myy Lee Pharmaceuticlas kauppanimellä Epoksylite Hl-72. Seos vaivattiin spaattelilla tasaiseksi tahnaksi ja sijoitettiin sylinterimäisiin teräsmuotteihin ja annettiin sen kovettua 4 tuntia. Sylinterimäiset tapit poistettiin muoteista ja 3 kappaletta tutkittiin ja niiden 2 keskimääräiseksi puristuslujuudeksi saatiin 1600 kp/cm .

Esimerkki 11

Liuokseen, joka sisälsi 30 mg N-fenyyliglysiinin ja glysidyy-limetakrylaatin kondensaatiotuotetta 7 ml:ssa etanolia, lisättiin sekoittaen 1 g jauhettua keraamista hydroksyyliapatiittia. Etanoli haihdutettiin tyhjiössä huoneenlämpötilassa. Seokseen, joka sisälsi 180 mg täten käsiteltyä jauhettua keraamista hydroksyyliapatiittia ja 3,0 mg bentsoyyliperoksidia, lisättiin 74 mg seosta, joka sisälsi 60 osaa bisfenoli A:n glysidyylimetakrylaatin kondensaatiotuotetta 22 6 8 2 1 6 ja 40 osaa trietyleeniglykolidimetakrylaattia ja muodostunut valmiste vaivattiin tasaisesti tahnaksi, joka sijoitettiin sylinte- rimäisiin teräsmuotteihin ja annettiin kovettua 3 tuntia. Sylinte- rimäiset tangot poistettiin muoteista ja tutkittaessa 4 yksilöä 2 saatiin keskimääräiseksi puristuslujuudeksi 1600 kp/cm .

Esimerkki 12

Koostumus, joka on sopiva hammaslääketieteelliseksi tai orto-dontiseksi sementiksi tai väliaikaiseksi hammastäytteeksi, valmistettiin sekoittamalla keskenään 100 mg jauhettua keraamista hydrok-syyliapatiittia, 300 mg sinkkioksidia ja 300 mg 40 prosenttista polyakryylihapon vesiliuosta. Muodostunut seos sijoitettiin sylin-terimäisiin teräsmuotteihin, joissa se kovettui noin 3-5 minuutissa. Sylinterimäiset tapit poistettiin muoteista ja 4 yksilöä tutkittiin, jolloin keskimääräiseksi puristuslujuudeksi saatiin 870 kp/cm .

Toisten 5 yksilön keskimääräiseksi diametraaliseksi vetolujuudeksi 2 saatiin 110 kp/cm . 40 prosenttinen polyakryylihappo ja sinkkioksidi saatiin vastaavasti nestemäisenä ja kiinteänä aineosana kaupallisessa polykarboksylaattisementissä, jota myy ESPE G.m.b.H, Länsi-Saksa, kauppanimellä DURELOI^.

Esimerkki 13

Hammaslääketieteelliseksi sementiksi ja hampaiden paikkaus- aineeksi sopiva koostumus valmistettiin sekoittamalla keskenään 6 paino-osaa polyakryylihapon 40 prosenttista vesiliuosta ja seosta, joka sisälsi 6 paino-osaa jauhettua keraamista hydroksyyliapatiittia ja 4 paino-osaa sinkkioksidia. Muodostuneen koostumuksen asettumis-aika oli noin 5-10 minuuttia. 40 prosenttinen polyakryylihapon vesi-liuos ja sinkkioksidi saatiin vastaavasti kaupallisen polykarboksy-laattisementin aineosina, myy ESPE G.m.b.H. Länsi-Saksa, kauppanimellä DURELcW®.

Esimerkki 14

Seuraavassa on esitetty esimerkki hampaiden täytekoostumukses- ta:

Aineosa Painoprosenttia

Styreenillä modifioitua polyesterihartsia (Glidden Glidpol G-136) 29,2

Bentsoyyliperoksidia 0,7

Styreeniä 0,6

Metakryylioksipropyylitrimetoksisilaania 1,5

Keraamista hydroksyyliapatiittia 68,0

II

23 6821 6

Esimerkki 15

Seuraavassa on esitetty esimerkki koostumuksesta, joka soveltuu hammassementiksi, onteloiden vuoraukseen ja kuoriaineeksi:

Aineosa Painoprosenttia

Epoksihartsia (Union Carbide ERL2774) 67 N-3-okso-l,1-dimetyylibutyyliakryyliamidia 23

Keraamista hydroksyyliapatiittia 10

Esimerkki 16

Seuraavassa on esitetty esimerkki koostumuksesta, joka soveltuu tekohampaan tai -hammasryhmän valmistamiseen.

Seos, joka sisältää 60 paino-osaa keraamista hydroksyyliapa-tiittia, jonka mesh-luku (US stand.) on noin 150-200 ja 40 paino-osaa jauhettua polymetyylimetakrylaattia, sekoitetaan noin 15 paino-osan kanssa nestemäistä monomeeristä metyylimetakrylaattia ja muodostuneen seoksen annetaan olla suljetussa astiassa huoneenlämpötilassa, kunnes materiaali ei enää takerru astian seinämiin ja sen koostumus on tahnaton ja muotoiltava. Materiaali sijoitetaan asianmukaiseen muotiin ja muotti sisältöineen upotetaan veteen, joka kuumennetaan kiehuvaksi noin tunnin aikana ja tätä lämpötilaa ylläpidetään 30 minuuttia. Muotin annetaan sitten jäähtyä ilmassa noin 15 minuuttia ja jäähdytetään lopuksi kylmällä vesijohtovedellä.

Esiteltävän keksinnön mukaisen hydroksyyliapatiitin uuden keraamisen muodon bio-kompatiivilisuus todettiin implantointitut-kimusten avulla, jolloin havaittiin, että mitään tulehdusvaikutusta ei muodostunut, jos esimerkin 1 mukaan valmistettuja keraamisia kappaleita implatoitiin intraperitoneaalisesti rottiin tai sijoitettiin subkutaanisesti kaniinien selkään eikä keramiikan resorptiota ollut havaittavissa 28 vuorokauden jälkeen.

Keraamista hydroksyyliapatiittia olevia pellettejä valmistettuina esimerkissä 3 esitetyllä avulla implatoitiin kirurgisesti koirien reisiluihin. Implantoituja esineitä seurattiin in vivo aika ajoin röntgensäteiden avulla. Vastaavasti yhden kuukauden ja kuuden kuukauden kuluttua eläimet surmattiin ja implantoituja esineitä sisältävät reidet poistettiin. Reisiluusta leikattiin näytteet implantaatiokohdilta ja tutkittiin ne sekä optisen että keilaavan elektronimikroskoopin avulla. Sekä kuukauden että kuuden kuukauden 24 6821 6 implantaateille oli ominaista normaali tervehtyminen, luja uuden luun kiinnittyminen implantantin pintaan ilman välissä olevia kuitumaisia kudoksia, ilman merkkejä tulehduksista tai vieraan kappaleen hylkimisestä eikä implantoidun materiaalin resorptiota havaittu.

Claims (5)

25 6821 6

1. Läpikuultava, isotrooppinen, polykiteinen, sintrattu keraaminen materiaali, tunnettu siitä, että se on olennaisesti puhdasta hydroksyyliapatiittia, jonka kiteiden koko on 3 keskimäärin 0,2 - 3 jam, jonka tiheys on noin 3,10 - 3,14 g/cm , joka on oleellisesti huokosetonta ja lohkeaa tasaisia käyriä pintoja pitkin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keraaminen materiaali, tunnettu siitä, että siihen on sisällytetty sellainen määrä fluoridi-ioneja, joka pystyy olennaisesti vähentämään mainitun keraamisen materiaalin hajoamista maitohapon vaikutuksesta.

3. Hampaiden paikkauskoostumus, joka koostuu hammaslääketieteellisesti hyväksyttävästä polymeroituvasta tai polymeroidusta sideaineesta ja epäorgaanisesta täyteaineesta, tunnettu siitä, että mainittuna täyteaineena on olennaisesti puhdasta, hienoksi jauhettua hydroksyyliapatiittia, jonka kiteiden koko on kes^- 3 kimäärin 0,2 - 3 pm, jonka tiheys on noin 3,10 - 3,14 g/cm , joka on oleellisesti huokosetonta ja lohkeaa tasaisia käyriä pintoja pitkin, ja että täyteaineen pitoisuus on noin 10-90 paino-%.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen koostumus, tunnet-t u siitä, että hammaslääketieteellisesti hyväksyttävä sideaine on polyakryylihappo.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen koostumus, tunnet-t u siitä, että hammaslääketieteellisesti hyväksyttävä sideaine on bis-fenoli A:n ja glysidyylimetakrylaatin kondensaatiotuote.