FI68217C - Starkt isotropt sintrat tvaofasigt keramiskt material - Google Patents

Description

πΓΤ*5Ξ71 KU ULUTUSJULK AISU /οο ΛΠ 'Mi [Β] (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 68217 c Patentti enennetty 12 08 1985 ' ’ Patent ceddeiat (51) Kv.lk.>tCi.* C Oi» B 35/00 // A 6l K 6/06, 6/08 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansökning 792181 (22) Hakemispäivä — Ansöknlngsdag 11 .07.79 (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 31.07.75 (41) Tullut Julkiseksi — Blivit offentlig ^ 07 79

Patentti- ja rekisterihallitus ..... ... .......

1 /441 Nahtavaksipanon ja kuul.julkalsun pvm. —

Patent- och registerstyrelsen v 1 Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 30.04.85 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 07-07-75 USA(US) 593303 (71) Sterling Drug Inc., 90 Park Avenue, New York, New York, USA(US) (72) Michael Jarcho, Nassau, New York, USA(US) (74) Oy Koister Ab (54) Luja, isotrooppinen sintrattu kaksifaasinen keraaminen materiaali -Starkt,isotropt sintrat tvSfasigt keramiskt material (62) Jakamalla erotettu hakemuksesta 752194 (patentti 64131) -Avdelad frän ansökan 752194 (patent 64131) Tämä keksinnön kohteena on luja, kova, tiivis, isotrooppinen ja polykiteinen sintrattu kaksifaasinen keraaminen materiaali. Uusi materiaali soveltuu käytettäväksi erikoisesti hammaslääketieteessä ja ortopediassa.

Nykyinen hammaslääketieteellinen tutkimus kohdistuu suurelta osalta materiaalin valmistamiseen, jota 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. Näiden 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 6821 7 2 toivottu täytekoostumusta, 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 (Hulbert, et ai., Material Science Research 5, 417 (1971) ) .

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 hydroksyy-liapatiittia, 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 metallilangalla (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 kiilloi-tettavissa.

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

3 6821 7

Kutty (Indian J.Chem. 11, 695 (1973)) esittelee hydroksyyli-apatiitin ja whitloktiitin seoksia muodostettuina hajoittamalla jauhettua hydroksyyliapatiittia eri lämpötiloissa.

Bett, et ai (J.Amer.Chem.Soc. 89, 5535 (1967)), esittää hienojakoisen hydroksyyliapatiitin valmistamisen, jolloin stökio-metrinen suhde Ca/P vaihtelee välillä 1,67-1,57. Täten valmistetut materiaalit sisältävät suuria kiteiden sisäisiä huokosia. On myös mainittu, että kuumennettaessa 1000°C:een asti kalsium-vajaat hydr-oksyyliapatiitit muuttuvat osittain whitloktiitti-faasiksi.

USA-patentissa 3 787 90Q on esitetty prosteettinen luu- ja hammasmateriaali, joka sisältää korkeassa lämpötilassa sulavaa materiaalia ja kalsiumfosfaattiyhdistettä, esim. whitloktiittia.

Useita yrityksiä on tehty kovan, lujan hydroksyyliapatiitin makromuodon saamiseksi. Kuitenkin mikään aikaisemmin tunnettu hydroksyyliapatiitin muoto ei ole ollut täysin tyydyttävä. Täten Roy ja Linnehan (Nature 247, 220 (1974)) ovat esittäneet monimutkaisen hydrotermisen vaihtoprosessin jolloin merikorallin kalsiumkarbonaat-tirunkoa muutettiin hydroksyyliapatiitiksi. Täten valmistettu materiaali säilyttää pakosta korallin rakenteen erittäin huokoiset ominaisuudet ja lisäksi sen vetolujuus on verrattain pieni, 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 prosentin kanssa °t-vhitloktiittia, joka on Ca3(PO^)2 eli trikalsiumfosfaattia, järjestyneenä polyhedraalisten kiteiden mosaiikkikuviona ja osoittautui se liian huokoiseksi käytettäväksi hammaslääketieteellisenä materiaalina.

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

Muodostunut keraaminen kappale oli huokoinen ja sen suurin puris- 2 tuslujuus oli noin 1200 kp/cm .

Bhaskar et ai., (Oral Surgery 32, 336 (1971)) esittää bio-hajaantuvaa kalsiumfosfaattia olevan keraamisen materiaalin käytön hampaiden reikien täyttämisessä. Materiaali on erittäin huokoi- 4 6821 7 nen, resorboituu istutuskohdassaan eikä omaa metallin tai hajaan-tumattoman keraamisen paikan lujuutta.

Tämän hakemuksen kantahakemuksessa 752194 on esitetty menetelmä polykiteisen, sintratun keraamisen materiaalin saamiseksi, jossa menetelmässä kalsiumioni ja fosfaatti-ioni saatetaan reagoimaan keskenään vesipitoisessa väliaineessa pH-arvossa 10-12 geeli-mäisen 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 liuoksesta, sitä kuumennetaan vähintään 1000°C:n lämpötilaan, mutta sen lämpötilan alapuolelle, jossa esiintyy huomattavaa hydroksyyliapatiitin hajoamista, ja pidetään tässä lämpötilassa riittävän kauan muodostuneen tuotteen sintraamiseksi, jolloin oleellisesti maksimaalisen tiivistyksen aikaansaamiseksi on yleensä edullista valmistaa keraaminen aine makromuodossa sintraamalla sakan muodostama koko massa, haluttaessa muotoon saatettuna.

Keksintö koskee uutta kaksifaasista keraamista materiaalia, joka sisältää hydroksyyliapatiittia ja whitloktiittia. Kuten seu-raavassa tarkemmin esitetään, tämä kaksifaasinen materiaali on kova, tiivis, huokoiseton biologisesti yhteensopiva, helposti valmistettavissa jokaiseen haluttuun muotoon ja whitloktiitin tunnetun re-sorboivan luonteen vaikutuksesta on se käyttökelpoinen lujana, osittain resorboituvana kirurgisena implantaatiomateriaalina.

Hydroksyyliapatiitin uuden kaksifaasisen 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 voidaan se valmistaa jokaiseen haluttuun muotoon ilman suuria paineita tai muita monimutkaisia menettelyjä. Lisäksi, kuten myöhemmin yksityiskohtaisesti esitetään, jokainen haluttu huokoisuusaste voidaan antaa tälle materiaalille, jolloin mahdollistuu kudosten kiinnikasvaminen.

Kuten seuraavasta ilmenee, tässä esitetyn uuden valmistus-artikkelin, johon myös patenttivaatimukset kohdistuvat, ominaisuudet tekevät sen ideaalisesti sopivaksi kiekkojen, levyjen tai tan- li 5 6821 7 kojen valmistukseen hammasruostetta estävien aineiden koestuk-seen.

Vaikka määrätty huokoisuusaste kirurgisissa istutusmate-riaaleissa voi olla edullinen ruumiin nesteiden kierron ja kudosten kiinnikasvamisen sallimiseksi, tämä sama huokoisuus välttämättä alentaa implantaation mekaanista lujuutta. Keksinnön mukainen kaksifaasinen keraaminen materiaali, vaikka se on tiivis, mekaanisesti luja ja oleellisesti huokoiseton, sallii siitä huolimatta ruumiin nesteiden kierron ja kudosten kiinnikasvamisen, koska sen sisältämä whitloktiitti-faasi resorboituu hitaasti istutetusta esineestä ja korvautuu luonnollisella, biologisella, kovalla kudoksella.

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

Tämän keksinnön mukaisen uuden kaksifaasisen keraamisen materiaalin edelläesitettyjen 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 kiinni-tysvälineiksi keinotekoisia ruumiinjäseniä varten, jotka voidaan kiinnittää luuhun ja jotka ulottuvat ihon lävitse sekä koestuspin-noiksi 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 luu-täytteenä luuvikojen korjauksissa, hioma-aineena sekä tavanomaisten hartsien kanssa yhdistettynä hammashoidollisena paikkauskoos-tumuksena, kuten seuraavassa esitetään.

Koepinnaksi hammasruostetta estävien aineiden tutkimista varten voidaan tämän keksinnön mukainen keraaminen materiaali työstää jokaisen sopivan muodon ja koon omaavaksi kappaleeksi, edulliseksi kokoon ja muotoon, joka voidaan helposti sijoittaa normaaliin koeputkeen. Tämä tehdään sopivasti leikkaamalla tai koneistamalla suuri levymäinen kappale kuivattua suodoskakkua sopi- 6821 7 vaan kokoon ja sintraamalla sitten. Sintratut tuotteet voidaan kiilloittaa 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 kiilloitetaan 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 implantaatio-materiaalissa voi olla eduksi sallien ruumiin nesteiden kierron ja kudosten kiinnikasvamisen. Vaihtelevia huokosuusasteita voidaan muodostaa tähän keraamiseen materiaaliin tavalla, jonka ovat esittäneet Monroe, et. ai, supra. Tällöin orgaanista materiaalia, kuten tärkkelystä, selluloosajauhetta, puuvillaa tai kollageenia voidaan sekoittaa 5-25 painoprosenttia olevia määriä hydroksyyli-apatiitin gelatiinimaiseen sakkaan. Seuraavassa sintrausprosessis-sa orgaaniset materiaalit poistuvat palamalla aiheuttaen siten ontelolta ja kanavia muuten huokosettomaan tuotteeseen. Vaihtoehtoisesti huokosuus voidaan aikaansaada mekaanisesti poraamalla tai koneistamalla reikiä tai aukkoja huokosettomaan keramiikkaan.

Tällä tavalla voidaan keksinnön tämän kohdan mukaisesta 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 keksinnönmukaiseen keramiikkaan voidaan lisätä polyme-roituvaa tai polymeroitua sidemateriaalia, kuten seuraavassa esitetään ja muodostunutta koostumusta voidaan käyttää metallisten implantaattien päällysteenä, kuten USA-patentissa 3 609 867 on esitetty.

Tämän keksinnön kohteena on luja, kova, tiivis, isotrooppinen, polykiteinen sintrattu kaksifaasinen keraaminen materiaali, tunnettu siitä, että sen toisena faasina on noin 14-98 paino-% hydr-oksyyliapatiittia ja toisena faasina noin 2-86 paino-% whitlcktiit-tia, joka keraaminen materiaali on olennaisesti huokosetonta ja lohkeaa tasaisia käyriä pintoja pitkin.

Il 6821 7

Whitloktiitti, tunnettu myös trikalsiumfosfaatt-na, on mineraali, jonka kemiallinen kaava on Ca^iPO^^ ja joka voi esiintyä joko - tai β-kidemuodossa. Termillä whitlokiitti tässä käytettynä tarkoitetaan joko tai fb -muotoa tai näiden kahden muodon seosta.

Tämän keksinnön mukainen kaksifaasinen keraaminen materiaali säilyy huokosettomana polykiteisenä materiaalina riippumatta sen sisältämän hydroksyyliapatiitin ja whitloktiitin suhteellisista pitoisuuksista. On kuitenkin otettava huomioon, että hydroksyyliapatiitin ja whitloktiitin fysikaaliset ominaisuudet, esimerkiksi tiheys ja optiset ominaisuudet riippuvat sen sisältämistä hydroksyyliapatiitin ja whitloktiitin suhteellisista määristä. Esimerkiksi whitloktiitin teoreettinen tiheys on pienempi kuin hydroksyyliapatiitin ja siten kaksifaasisen keraamisen materiaalin otoksen, joka sisälsi noin 40 % hydroksyyliapatiittia 3 ja 60 % whitloktiittia havaittu tiheys oli 2,98 g/cm ja hydroksyy-liapatiittikeramiikan tiheys oli 3,10.

Edelläesitetty kaksifaasinen keraaminen materiaali on myös biologisesti sopiva ja soveltuu se siten kirurgiseksi proteesima-teriaaliksi. Tätä materiaalia voidaan täten valaa tai koneistaa luu- ja liitosproteeseiksi tai jokaiseen muotoon, joka on sopiva luun halkeamien tai vioittumien täyttöön. Tästä kaksifaasisesta keraamisesta materiaalista valmistetun proteesiesineen sisältämä whitloktiitti resorboituu lopuksi ja korvautuu luonnollisen biologisen kovan kudoksen kasvaessa proteesiin. Luonnollisesti kudoksen kasvun määrä proteesiin riippuu keraamisen materiaalin sisältämän whitloktiitin määrästä.

Normaalisti valmistettuna tämän keksinnön mukainen kaksifaasinen keraaminen materiaali on huokoseton. Haluttaessa voidaan kuitenkin vaihtelevia huokoisuusasteita muodostaa keramiikkaan, kuten edellä on esitetty, hydroksyyliapatiitin uuden keraamisen muodon saamiseksi.

Kaksifaasinen keraaminen materiaali voidaan tehdä myös happoja kestäväksi fluorisoimalla, kuten myöhemmin esitetään.

Edellämainittu koostumus, jossa toisena faasina on hydroks-yyliapatiitti ja toisena whitloktiitti, voidaan valmistaa saos-tamalla vesipitoisesta väliaineesta, jonka pH-arvo on noin 10-12, hydroksyyliapatiittia, jossa kalsiumin moolisuhde fosforiin on 8 6821 7 likimain alueella 1,44-1,60, edullisesti 1,46-1,57 erottamalla sakka liuoksesta ja kuumentamalla sitä riittävän pitkän ajan riittävän korkeassa lämpötilassa sintraantumisen ja maksimaalisen tiivistymisen aikaansaamiseksi ilman, että se olennaisesti hajoaa.

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 eroittaa hydroksyyli-apatiittituotteesta, eivät itse ole liittyneet hydroksyyliapatiit-tirakenteeseen tai muuten vaikuta haitallisesti oleellisesti puhtaan hydroksyyliapatiitin saostumista ja eroittamista. Yhdisteitä, jotka luovuttavat kalsiumioneja, ovat esimerkiksi kalsiumnitraatti, kalsiumhydroksidi, kalsiumkarbonaatti ja vastaavat. Fosfaatti-ioneja saadaan diammoniumvetyfosfaatista, ammoniumfosfaatista, fosfori-haposta ja vastaavista. Esiteltävässä menetelmässä kalsiumnitraatti ja diammoniumvetyfosfaatti ovat suositeltavat kalsium- ja fosfaatti-ionien lähteet vastaavasti.

Uuden hydroksyyliapatiittimuodon valmistaminen suoritetaan sopivasti seuraavasti: Ensin kalsiumnitraatin ja diammoniumvety-fosfaatin moolisuhteessa 1,50-1,60:1 annetaan vaikuttaa toisiinsa vesiliuoksessa pH-arvolla noin 10-12 hydroksyyliapatiitin gelatii-nimaisen 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 noin 1,50-1,60. Tämä suoritetaan sopivasti joko sekoittamalla suspensiota 10-90 minuuttia ja yhdistämällä keittäminen ja senjälkei-nen seisottaminen huoneenlämpötilassa. Edullisesti suspensiota keitetään 10 minuuttia ja annetaan sen sitten seistä huoneenlämpö-tilassa 15-20 tuntia. Sakka erotetaan sitten liuoksesta sopivalla tavalla esimerkiksi linkoamalla ja tyhjiösuodatuksella. Täten saatu geelimäinen tuote sisältää suuren määrän vettä, joka voidaan suureksi osaksi poistaa puristamalla. Haluttaessa muodostunut märkä savimainen materiaali voidaan leikata tai muotoilla sopivaan

II

6821 7 muotoon tai vaihtoehtoisesti valaa sopivaan muottiin. On huomattava, että tavallisesti esiintyy noin 25 prosentin kutistuminen märkää hydroksyyliapatiitti kuivattaessa ja edelleen noin 25 prosentin kutistuminen sintrattaessa seuraavassa esitettävällä tavalla. Tämä on luonnollisesti otettava huomioon materiaalia muotoiltaessa tai valettaessa. Märkä tuote voidaan hitaasti kuumentaa 1000-1250°C olevaan sintrauslämpötilaan, jolloin kaikki jäljellä oleva vesi on poistunut. Lämpötilan säilyttäminen 1000-1250°C: ssa 20 minuutin - 3 tunnin ajan aiheuttaa tuotteen sintrautumisen ja maksimaalisen tiivistymisen. Tavallisesti on suositeltavaa eristää kuivattu tuote ennen sintrausta. Tällöin kosteatuote voidaan kuivata noin 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 laskenut 1-2 prosenttiin. Tällä tavalla saatu tuote on haurasta ja huokoista, mutta sen mekaaninen lujuus on verrattain hyvä. Hieman erottumista tai halkeilemista voi savimaisessa materiaalissa esiintyä kuivattaessa, erikoiseti jos käytetään paksua suodoskakkua. Kuitenkin saadaan helposti niinkin suuria kappaleita kuin 100 cm^ alaltaan ja 3 mm paksuudeltaan. Kuivauksessa esiintyvää erottumista tai halkeilua voidaan vähentää tai estää kokonaan lisäämällä vasta saostettuun sakkaan, tavallisesti sen suspensioon 0,4-0,6 painoprosenttia orgaanista sideainetta, kuten kollageenia, jauhettua selluloosaa noin 0,5 prosenttia kollageenia ollessa suositeltavan. Orgaaninen sideaine haihtuu sintrauksen aikana ja keraamisen tuotteen fysikaaliset ominaisuudet osoittautuvat olevan oleellisesti muuttumattomia verrattaessa ilman tällaista sideainetta valmistettuun tuotteeseen. Luonnollisesti suurehko 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 edellämainittu sintrauksessa esiintyvä kutistuma.

Makromuotoisten sakasta muodostuneiden kappaleiden täytyy ennen sintrausta olla tasaisia ja virheettömiä. Murtumien ja halkeamien läsnäolo aiheuttaa kappaleiden halkeilemisen sintrauksessa.

10 6821 7

Tuotteet sintrataan sitten 1000-1250°C:n lämpötilassa 20 minuutin - 3 tunnin aikana, lämpötilan ja ajan ollessa toisiinsa nähden kääntäen verrannollisia. Sintraus suoritetaan edullisesti 1100-1200°C:n lämpötilassa 0,5-1 tunnin aikana. Tällöin muodostunut kova, tiivis keraaminen kappale voidaan kiilloittaa tai koneistaa tavanomaisia menettelyjä käyttäen.

Edellämainitussa menetelmässä on kriittistä, että vesiliuoksesta saadaan geelimäinen sakka, koska vain tässä koossapysyvässä geelimäisessä tilassa sakka voidaan muotoilla tai valaa ja sitten kuivata ja sintrata makromuodossa olevan keraamisen kappaleen saamiseksi. Kuivaa, hienojakoista tai raemaista kaksifaasista materiaalia ei voida palauttaa tähän koossapysyvään, geelimäiseen muotoon. Jos esimerkiksi jauhettua kaksifaasista materiaalia suspen-doidaan veteen ja suodatetaan, saadaan koossapysymätön, hienojakoinen suodoskakku, joka yksinkertaisesti kuivaa ja murenee, eikä sitä voida muotoilla, valaa tai muuttaa keraamiseksi kappaleeksi. Lisäksi vaikka jauhettu hydroksyyliapatiitti voidaan mekaanisesti puristaa muotokappaleeksi, kuten tabletiksi, niin sintrattaessa saatu tuote on erittäin huokoinen eikä se lohkea pitkin tasaisia pintoja, vaan pelkästään murenee kappaleiksi.

Valmistuksessa sintrauksen kesto ja lämpötila ovat kriittisiä. Sintraamaton sakka, jossa on haluttu kalsiumin suhde fosforiin, 1,44-1,60 muutetaan tämän keksinnön mukaiseksi keraamiseksi materiaaliksi kuumentamalla vähintään 1000°C:n lämpötilassa. Lämpötilan ollessa 1000°C sintrautuminen ja maksimaalinen tiivistyminen voivat vaatia 2-3 tunnin ajan, kun taas 1200°C:ssa prosessi on täydellinen 20-30 minuutissa. On suositeltavaa suorittaa sintraus noin 1100°C:n lämpötilassa noin tunnin aikana. Huomattavasti 1000°C:n alapuolella oleva lämpötila aiheuttaa epätäydellisen sintraantu-misen huolimatta kuumennusjaksopituudesta, kun taas kuumentaminen 1250°C:n yläpuolelle tuntia pitemmäksi ajaksi aiheuttaa hydroksyyli-apatiitin osittaisen hajaantumisen whitloktiitiksi.

Kaksifaasinen keraaminen materiaali voidaan myös valmistaa antamalla kalsiumnitraatin ja diammoniumvetyfosfaatin vaikuttaa toisiinsa moolisuhteessa 1,67:1, kuten edellä on esitetty, edellyttäen, että aluksi saatua geelimäistä sakkaa ei kuumenneta ja sen annetaan jäädä kosketukseen alkuperäisen liuoksen kanssa ajaksi, joka ei ylitä 4 tuntia tai vaihtoehtoisesti, että kalsiumin n 6821 7 moolisuhteen fosforin sakassa ei anneta ylittää arvoa noin 1,60.

Muodostuneen keraamisen materiaalin sisältämä whitlok-tiitin määrä riippuu siitä ajankohdasta, jolloin sakka eroite-taan alkuperäisestä liuoksesta ja on se alueella 2-83 %. Jos tuote eristetään 5 minuutin kuluttua saostamisesta, kalsiumin suhde fosforiin on siinä 1,55 ja lopullisesti muodostunut keraaminen materiaali sisältää 83 % whitloktiittia. Jos tuote eriste- ! tään 2 tunnin kuluttua saostamisesta, on kalsiumin suhde fosforiin siinä 1,57 ja muodostunut keraaminen materiaali sisältää noin 61 % whitloktiittia. Tuotteen eristäminen 4,5 tunnin kuluttua saostamisesta antaa lopuksi keraamista materiaalia, joka sisältää noin 2 % whitloktiittia, määrän, joka on tuskin havaittavissa röntgensäde-diffraktion avulla, jonka minimipitoisuusherkkyys on 2-3 %. Luonnollisesti jos tuotteen annetaan olla kosketuksessa alkuperäisen liuoksen kanssa kauemmin kuin noin 7 tuntia, lopuksi saatu keraaminen materiaali on oleellisesti yksifaasista hydroksyyliapa-tiittia.

Kun keksinnön mukainen kaksifaasinen keraaminen materiaali valmistetaan saattamalla kalsiumionit, fosfaatti-ionit reagoimaan moolisuhteessa 1,50-1,60:1, niin kalsiumin moolisuhde fosforiin ei voi ylittää arvoa noin 1,60 riippumatta siitä ajasta, jonka mainittu sakka viipyy kosketuksessa alkuperäisen liuoksen kanssa. Tässä prosessissa saadaan keraamista materiaalia, joka sisältää noin 30-50 % hydroksyyliapatiittia ja noin 50-70 % whitloktiittia.

Keraamiseen materiaaliin voidaan edelleen rikastaa whitlok-tiittifaasia yhdistämällä kahden edelläesitetyn menetelmän pääpiirteet, so. antamalla kalsiumionin ja fosfaatti-ionin vaikuttaa toisiinsa likimääräisellä moolisuhteella 1,50-1,60:1 ja eristämällä saostunut kalsiumfosfaattiyhdiste lyhyen ajan kuluttua saostumi-sesta, edullisesti 5 minuutista 4 tuntiin. Täten muodostunut keraaminen materiaali sisältää noin 10-30 % hydroksyyliapatiittia ja 70-90 % whitloktiittia.

Hydroksyyliapatiitin tiedetään hajaantuvan, muodostaen whitloktiittia noin 1250°C:n lämpötilassa ja gn siten otettava huomioon, että tämän keksinnön mukaisen yksifaasisen keraamisen hydroksyyliapatiitin pidennetty kuumennus noin 125Q°C:n tai korkeammissa lämpötiloissa aiheuttaa mainitun hydroksyyliapatiitin osittaisen hajaantumisen whitloktiitiksi, mikä antaa vielä uuden menetelmän 6821 7 12 tässä patenttivaatimuksessa esitetyn kaksifaasisen keraamisen materiaalin valmistamiseksi.

Keksintö kohdistuu myös hampaiden paikkauskoostumukseen, joka sisältää tämän keksinnön mukaisen hydroksyyliapatiitin ja suuontelossa vallitseviin olosuhteisiin soveltuvan polymeroituvan tai polymeroituneen sideaineen seosta. Tämän keksinnön mukainen hampaiden pakkauskoostumus sisältää 10-90 paino-%, hienojakoista kaksifaasista keraamista materiaalia, lopun mainitusta koostumuksesta, 10-90 paino-%, ollessa hammaslääketieteellisesti hyväksyttävää polymeroituvaa tai polymeroitua sideainetta yhdessä tunnettujen asianmukaisten polymerointikatalyyttien, kuten alifaattisten ketoni-peroksidien, tai bentsoyyliperoksidin reaktiivisten laimentimien kuten di-, tri-, ja tetraetyleeniglykolidimetakrylaatin, kovetti-mien kuten N-3-okso-hiilivety-substituoidun akryyliamidin, kuten USA-patentissa 3 277 056 on esitetty, promoottorien tai kiihdyttäjien, kuten metalliasetyyliasetonaattien tertiääristen amiinien esim. Ν,Ν-bis-(2-hydroksietyyli)-p-toludiinin jne tai verkoitusai-neitten kuten sinkkioksidin jne kanssa määrinä, jotka ovat noin 0,01-45 prosenttia koostumuksen kokonaispainosta. Vaikkakaan ei ole oleellista voidaan pinta-aktiivista komonomeeria tai lukitus-ainetta kuten N-fenyyliglysiinin ja glysidyylimetakrylaatin reaktiotuotetta, joka on esitetty USA-patentissa 3 200 142 metakryyli-oksipropyylitrimetoksisilaania, 3,4-epoksisykloheksyylitrimetoksi-silaania tai vinyylitriklorosilaania lisätä mainittuun koostumukseen määrinä, jotka ovat 0,05-10 prosenttia koostumuksen kokonaispainosta. Side- tai lukitusaine edistää keraamisen materiaalin kiinnittymistä hartsiin ja hampaan paikkauskoostumuksen kiinnittymistä luonnolliseen hampaaseen. Tällöin tämän keksinnön mukainen keraaminen hydroksyyliapatiitti pienennetään sopivaan osaskokoon, esim. 5-100 ^,um osaskokoon, tavanomaisia jauhatusmenettelyjä käyttäen ja sekoitetaan sitten sopivan määrän kanssa hampaiden paikkauksessa tunnettua normaalia hartsia, kuten hydroksietyylimetak-rylaatin, polymetyylimetakrylaatin, polyakryylihapon, propyleeni-glykolifumaraattiftalaatti-tyydyttämättömien polyesterien, joita myy Allied Chemicals Co. 23 LS8275 ja Pitssburgh Plate Glass nimellä Selectron 580001, styreenillä modifioitujen tyydyttämöttö-mien polyesterien, kuten Gliddien Glidpol 1008, G-136 ja 4CS50, epoksihartsien, kuten Ciba Araldite 6020, Union Carbide ERL2774 il 6821 7 ja glysidyylimetakrylaatista ja bisfenoli A;sta valmistetun bisakry-laattimonomeerin kanssa esitetty USA-patentissa 3 066 112. Hartsi voi käsittää yhden ainoan monomeerin tai kahden tai useamman komo-nomeerin 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 fluoresoivat 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 vuorauksen, 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- tai tinafluoridia juuri saostetun hydroksyyliapatiitin suspensioon. Muodostunutta tuotetta sintraa-malla saatu keraaminen materiaali kestää erittäin hyvin maito-, etikka- tai sitruunahapon vaikutusta, mikä on normaali in vitro menetelmä määritettäessä karieksen vastustuskykyä. Vaihtoehtoisesti vastustuskyky kariesta vastaan voidaan saada lopulliseen keraamiseen materiaaliin pitämällä sitä natriumfluoridin 0,5-5 prosenttisessa vesiliuoksessa 12 tunnista 5 vuorokauteen. Edullisesti keraamisen kappaleen annetaan olla noin 5 prosenttisessa natriumfluo-ridin vesiliuoksessa likimain 4 vuorokautta.

Keramiikka-alan asiantuntijoille on luonnollisesti mielenkiintoista että orgaanisten ja epäorgaanisten sideaineiden ja fluoridi-ionien lisäksi esiteltävän keksinnön mukaisesti valmistettu keraaminen materiaali voi sisältää myös pieniä määriä muita alkuaineita, jotka, vaikka eivät muuta keraamisten tuotteiden oleellista luonnetta, voivat antaa niille käyttökelpoisia ominaisuuksia.

14 6821 7

Tiedetään esimerkiksi/ että barium ja strontium voivat liittyä apatiitin kiderakenteeseen ja nämä alkuaineet läpäisevät huomattavasti vähemmän röntgensäteitä kuin kalsium. Tämänvuoksi 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 ja tiedetään sen hidastavan hydroksyyli-apatiitin kiteytymistä ja edistävän samalla whitloktiitin kiteytymistä (Eanes et ai., Calc. Tiss. Res. 2, 32 (1968)). Täten pienen magnesiumionimäärän lisääminen kalsiumioneihin ennen jälkimmäisen reagoittamista fosfaatin kanssa edistää whitloktiitin muodostumista muodostaen lopuksi whitloktiitilla rikastetun kaksifaasisen keramiikan .

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

Liuoksen, joka sisälsi 0,24 moolia diammoniuravetyfosfaattia 600 millilitrassa tislattua vettä, pH säädettiin arvoon 11,4 lisäämällä 340 ml väkevöityä ammoniakkia ja lisättiin tislattua vettä, kunnes lopullinen tilavuus oli 1280 ml. Tämä liuos lisättiin ti-pottain 30 minuutin aikana voimakkaasti sekoitettuun liuokseen, joka sisälsi 0,4 moolia kalsiumnitraattia 360 millilitrassa tislattua vettä ja jonka pH oli etukäteen säädetty arvoon 11 väkevöi-dyllä ammoniakilla ja laimennettu 72Q ml:n tilavuuteen tislatulla vedellä. Muodostunutta suspensiota sekoitettiin keittämättä ja siitä poistettiin aika-ajoin 250 ml alimääriä, joista erotettiin tuotteet, pestiin ne ja kuivattiin, kuten kantahakemuksen 752194 esimerkissä 2 on esitetty. Kaikkia näytteitä kuumennettiin sitten yksi tunti 1100°C:ssa ja muodostuneiden keraamisten tuotteiden koostumukset määritettiin röntgensädediffraktion avulla. Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa.

Il 15 6821 7

Taulukko Näyte Sekoitusaika Seisonta- Alkuaineanalyysi Röntgensädediffraktiossa n:o aika ennen__havaitut faasit eristämistä % Ca % P Ca/P 7ΓΖ ; ΓΓ77Τ1

Hydroksyy- Whitlok- liapatiitti tiitti _ %_%_ 1 5 min - 36,6 18,2 1,55 17 83 2 45 min - - 21 79 3 2 h - 36,6 18,0 1,57 39 61 4 4,5 h - - 98 2a 5 7 h - 37,0 17,0 1,68 98 2a 6 7 h 17 h 37,2 17,0 1,69 100 0 7 24 h - 37,4 17,1 1,69 100 0 8 48 h - 37,4 16,8 1,72 100 0 a. Näitä arvoja rajoittaa röntgensädediffraktometrin erotuskyky minimipitoisuuden suhteen (2-3 %) ja tarkkuus on siten kyseenalainen.

Esimerkki 2 A. Seurattiin kantahakemuksen 752194 esimerkissä 2 esitettyä menettelyä paitsi, että käytettiin 0,3 moolia kalsiumnitraat-tia ja 0,2 moolia diammoniumvetyfosfaattia, jolloin saatiin kovaa, haurasta, huokoista tuotetta, jonka alkuaineanalyysi oli seu-raava: Ca = 38,85 %; P = 19,77 %; Ca/P = 1,52. Tätä materiaalia kuumennettiin 1 tunti 1200°C:ssa, jolloin saatiin luja, kova, huo-koseton, valkoinen, osittain läpinäkymätön keraaminen materiaali, joka sisälsi likimain 40 %hydroksyyliapatiittia ja 60 % whitlokiit-tia röntgensädediffraktion avulla havaittuna.

B. Suoritettaessa edellämainittu reaktio lisäten lähtöaineet käänteisessä järjestyksessä saatiin tuote, joka sisälsi noin 40 % hydroksyyliapatiittia ja 60 %whitloktiittia ja jossa suhde Ca/P oli 1,52 ja jonka tiheys oli 2,982.

Esimerkki 3

Liuosta, joka sisälsi 0,Q625 moolia diammoniumvetyfosfaattia 150 millilitrassa tislattua vettä, käsiteltiin 95 millilitralla väkevöityä ammoniakkia ja lisättiin tislattua vettä, kunnes loppu-tilavuus oli 320 ml. Tämä liuos lisättiin tipottain 30 minuutin 16 6821 7 aikana voimakkaasti sekoitettuun liuokseen, joka sisälsi 0,1 moolia kalsiumnitraattia ja 2,5 ml väkevöityä ammoniakkia 180 ml:ssa tislattua vettä. Muodostunutta suspensiota sekoitettiin 5 minuuttia jäähdytettiin jäillä 45 minuuttia ja suspendoituneet, kiinteät aineet erotettiin, pestiin ja kuivattiin kuten esimerkissä 2, jolloin saatiin kova, hauras, huokoinen, valkoinen kiinteä aine, jonka alkuaineanalyysi oli seuraava: Ca = 35,4 P = 18,59 %} Ca/P = 1,46. Tätä materiaalia kuumennettiin 1 tunti 1350°C:ssa, jolloin saatiin luja, kova, huokoseton, hieman läpinäkymätön keraaminen tuote, joka sisälsi noin 14 % hydroksyyliapatiittia ja 86 % whitloktiittia todettuna röntgensädediffraktion avulla.

Il