JP2000005297A - 生体活性セメント組成物 - Google Patents

生体活性セメント組成物

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JP2000005297A
JP2000005297A JP10180398A JP18039898A JP2000005297A JP 2000005297 A JP2000005297 A JP 2000005297A JP 10180398 A JP10180398 A JP 10180398A JP 18039898 A JP18039898 A JP 18039898A JP 2000005297 A JP2000005297 A JP 2000005297A
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Japan
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glass powder
methacrylate
powder
crystallized glass
cement
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JP10180398A
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Yoshiaki Kitamura
嘉朗 北村
Kiyoyuki Okunaga
清行 奥長
Satoshi Yoshihara
聡 吉原
Ken Choju
研 長寿
Masayuki Ninomiya
正幸 二宮
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Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自然骨と直接結合することが可能であり、し
かも操作性がよい生体活性セメント組成物を提供する。 【解決手段】 Caを含有するガラス粉末又は結晶化ガ
ラス粉末、メタクリレート系ポリマー粉末、メタクリレ
ート系モノマー、重合開始剤及び重合促進剤からなり、
メタクリレート系ポリマー粉末の平均分子量が10万〜
130万であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、整形外科分野や口腔外
科分野等で用いられるインプラント材料の接着固定や骨
欠損部の充填、脳神経外科分野における頭蓋欠損部の再
建等に使用される生体活性セメント組成物に関するもの
である。なお本明細書における「平均分子量」は、「重
量平均分子量」を意味する。
【0002】
【従来の技術】従来、整形外科分野や口腔外科分野等で
用いられるインプラント材料の接着固定や骨欠損部の充
填、脳神経外科分野における頭蓋欠損部の再建等に使用
されるセメント材料として、メタクリレート系ポリマー
粉末(ポリメチルメタクリレート(PMMA)等)とメ
タクリレート系モノマー(メチルメタクリレート(MM
A)等)からなるPMMAセメントが広く知られてい
る。ところがこのセメントは生体活性がなく、長期間に
亘る埋入によって、ルーズニングの問題が生じるという
欠点を有している。
【0003】一方、生体活性を示す材料として、Caを
含有するガラスや結晶化ガラスが知られている。この材
料は、生体内に埋入するとCaイオンを溶出し、体液と
反応して材料表面にアパタイト層を形成する結果、自然
骨と化学的に結合するという特徴を有しており、インプ
ラント材料として使用されている。
【0004】そこで、PMMAセメントに生体活性を付
与するために、セメント中にCaを含有するガラス粉末
や結晶化ガラス粉末を添加することが検討されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらCaを含
有するガラス粉末や結晶化ガラス粉末を添加したPMM
Aセメントは、ガラス粉末が硬化体表面に露出し難いた
めに生体活性を示すことが困難であり、また表面に露出
し易いようにガラス粉末を多量に添加するとセメントの
操作性が悪くなったり、経時的な強度劣化が大きくなる
という問題が生じてしまう。
【0006】本発明の目的は、自然骨と直接結合するこ
とが可能であり、しかも操作性がよい生体活性セメント
組成物を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は種々の実験
を行った結果、平均分子量が10万以上のメタクリレー
ト系ポリマー粉末を使用することにより、上記目的が達
成できることを見いだし、本発明として提案するもので
ある。
【0008】即ち、本発明の生体活性セメント組成物
は、Caを含有するガラス粉末又は結晶化ガラス粉末、
メタクリレート系ポリマー粉末、メタクリレート系モノ
マー、重合開始剤及び重合促進剤からなり、メタクリレ
ート系ポリマー粉末の平均分子量が10万〜130万で
あることを特徴とする。
【0009】本発明において使用するCa含有ガラス粉
末又は結晶化ガラス粉末(以下、両者をまとめて「Ca
含有ガラス粉末」と称す)は、体液と接触するとCa2+
イオンを溶出する性質を有するものであり、これによっ
てセメント硬化体が自然骨と結合できる。
【0010】Ca含有ガラス粉末としては、重量%でC
aO 30〜70%、SiO2 30〜70%、P2
5 0〜40%、MgO 0〜20%、CaF2 0〜
5%、特にCaO 40〜50%、SiO2 30〜4
0%、P25 10〜20%、MgO 0.5〜10
%、CaF2 0〜2%の組成を有するものが好まし
い。上記組成を有するCa含有ガラス粉末は高い生体活
性を示し、しかも機械的強度が高く、セメント硬化体の
強度を高めることができる。
【0011】なおCa含有ガラス粉末の含有量は10〜
80重量%の範囲にあることが望ましい。Ca含有ガラ
ス粉末の含有量が10重量%より少ないと十分な生体活
性を得ることが難しくなり、80重量%より多くなると
セメントの操作性が悪くなったり、経時的な強度劣化が
大きくなってしまう。またCa含有ガラス粉末の形状は
球状であることが好ましく、さらにその表面をシランカ
ップリング処理しておと、メタクリレート系モノマーと
の馴染みがよくなってセメント硬化体の強度が大きくな
るとともに、粉末表面が疎水基を持つために血液の阻害
性がなくなり、セメントが硬化し易くなる。なおシラン
カップリング処理を施すに当たっては、弱酸〜中性領域
(pH5〜8程度)で行うことが好ましい。これは、p
Hが5より低いとガラス表面が浸食されて生体活性が低
くなり、pHが8より高いとシランカップリング処理が
困難になるためである。
【0012】メタクリレート系ポリマー粉末は、メタク
リレート系モノマーの重合に必要な成分であり、10万
〜130万、好ましくは20万〜100万の平均分子量
を有するものを使用する。メタクリレート系ポリマー粉
末は、セメントの重合時に粉末表面が溶けてメタクリレ
ート系モノマーと一体化するが、平均分子量が10万よ
り小さくなると、ポリマー粉末の溶ける量が多くなって
硬化体表面を覆い、Ca含有ガラス粉末が露出し難くな
るため、生体活性を得ることが困難になる。一方、メタ
クリレート系ポリマー粉末の平均分子量が130万を超
えると作業時間が極端に短くなって操作性が悪いという
問題が生じる。
【0013】メタクリレート系ポリマー粉末としては、
ポリメチルメタクリレート(PMMA)が好ましいが、
これ以外にもポリエチルメタクリレート(PEMA)、
メチルメタクリレートとスチレンやエチルメタクリレー
トの共重合体等を単独で、或いは2種以上を組み合わせ
て使用することができる。
【0014】なおメタクリレート系ポリマー粉末の含有
量は5〜80重量%であることが好ましく、これより多
くなると相対的にCa含有ガラス又は結晶化ガラス粉末
が少なくなるために生体活性が低下し、逆に少なすぎる
と操作性が悪くなるとともに、メタクリレート系モノマ
ーが重合し難くなって機械的強度が低下する。
【0015】メタクリレート系モノマーは、2次元重合
するモノマーであり、硬化時に急激に粘性が増大しない
ため操作性に優れている。
【0016】メタクリレート系モノマーとしては、現在
整形外科領域で使用されているメチルメタクリレート
(MMA)が最も好ましいが、これ以外にもエチルメタ
クリレート(EMA)等が使用可能である。なおメタク
リレート系モノマーの含有量は10〜60重量%が好ま
しい。
【0017】メタクリレート系モノマーに加え、ジメタ
クリレート系モノマーを添加することも可能である。ジ
メタクリレート系モノマーは、3次元的に重合して高強
度のポリマーとなるモノマーであり、硬化後は体内で長
期にわたって安定し、機械的強度が低下し難いものであ
る。ジメタクリレート系モノマーとしては2,2−ビス
[4−(3メタクリロキシ−2−ハイドロキシプロポキ
シ)フェニル]プロパンン(Bis−GMA)、2,2
−ビス(4−メタクリロキシエトキシフェニル)プロパ
ン(Bis−MEPP)、トリエチレングリコールジメ
タクリレート(TEGDMA)、ジエチレングリコール
ジメタクリレート(DEGDMA)、エチレングリコー
ルジメタクリレート(EGDMA)等を使用することが
できる。
【0018】なお、Ca含有ガラス粉末、メタクリレー
ト系ポリマー粉末等からなる粉末成分と、メタクリレー
ト系モノマー等からなる液体成分の粉液比は、重量比で
粉末:液体が50:50〜90:10であることが望ま
しい。
【0019】さらに本発明の生体活性セメント組成物
は、重合開始剤と重合促進剤を含有する。
【0020】重合開始剤は粉末成分に添加して使用す
る。添加量は粉末成分100重量部に対して0.1〜8
重量部が好ましく、0.1重量部より少ないと効果が殆
どなく、8重量部より多いと硬化時間が速くなり過ぎて
作業性が悪くなりやすい。なお重合開始剤としては、過
酸化ベンゾイル、トリ−n−ブチルボラン等を使用する
ことができる。
【0021】重合促進剤は液体成分に添加して使用す
る。添加量はモノマー100重量部に対して0.1〜8
重量部が好ましい。重合促進剤が0.1重量部より少な
いとモノマーを重合させる際に100℃以上に加熱しな
ければならないので、実際の手術場では使用できない。
また8重量部より多いと硬化時間が速くなり過ぎて作業
性が悪くなりやすい。なお重合促進剤としては、ジメチ
ル−P−トルイジン等の第3級アミンを使用することが
できる。
【0022】また本発明の生体活性セメント組成物は、
上記成分以外にも、ハイドロキシアパタイト(HAP)
粉末、薬剤、骨形成因子、重合抑制剤、重合禁止剤、酸
化防止剤等種々の成分を必要に応じて添加することがで
きる。
【0023】本発明の生体活性セメント組成物の提供形
態は、粉末−液体系であり、ユーザーは粉末と液体を混
合して使用すればよい。
【0024】
【作用】粉末−液体系で提供される本発明の生体活性セ
メント組成物は、粉末と液体を混合すると重合反応がお
こり、3〜15分程度の時間で硬化が完了する。硬化ま
での時間内は、セメントを所望の形状に自由に成形でき
る。
【0025】また生体内で硬化したセメントは、表面に
Ca含有ガラス粉末が露出しており、Ca2+イオンを溶
出することができる。溶出したCa2+イオンは体液中の
PO 4 -イオンと反応する結果、硬化体表面に生体類似の
アパタイト層を形成する。これにより、セメント硬化体
が自然骨と化学的に結合することができる。
【0026】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて
詳細に説明する。
【0027】表1及び表2は本発明の実施例(試料N
o.1〜6)、及び比較例(試料No.7、8)を示す
ものである。
【0028】
【表1】 (重量%)
【0029】
【表2】 (重量%)
【0030】[試料の調製]各試料は次のようにして調
製した。
【0031】まずCaを含むガラス粉末、Caを含む結
晶化ガラス粉末、及びメタクリレート系ポリマー粉末を
用意した。
【0032】Ca含有ガラス粉末としては、重量%でC
aO 45%、SiO2 34%、P25 16%、
MgO 4.5%、CaF2 0.5%の組成を有する
平均粒径4μmの破砕物を使用し、またCa含有結晶化
ガラス粉末には、上記ガラス粉末を1050℃で5時間
熱処理して結晶化させたものを使用した。なおこれらの
粉末は、pH6に調製したシランカップリング剤を用い
て表面処理を施した。
【0033】メタクリレート系ポリマー粉末としては、
重量平均分子量が6万、20万、50万、70万、15
0万のPMMA粉末を使用した。
【0034】次にCaを含むガラス粉末、Caを含む結
晶化ガラス粉末、及びメタクリレート系ポリマー粉末を
表に示す割合で秤量し、さらに重合開始剤として過酸化
ベンゾイルを添加して混合した。
【0035】また、メタクリレート系モノマーとしてM
MAを用意し、さらに重合促進剤としてジメチル−p−
トルイジンを添加して混練した。
【0036】このようにして粉末−液体系の試料を得
た。
【0037】なお過酸化ベンゾイル、ジメチル−p−ト
ルイジンの添加量は、約7分で硬化するように、それぞ
れモノマーの総量100重量部に対して2重量部及び
1.4重量部とした。
【0038】[評価]各試料について、操作性、周囲骨
との結合の有無、及び曲げ強度について評価した。結果
を各表に示す。
【0039】なお操作性は、混合開始から3分後の試料
を手で持ち、試料の練和のし易さ、及び伸び易さを評価
し、伸びが良く作業しやすいものを「○」、伸びが悪く
バサつき感のあるものを「×」で示した。周囲骨との結
合の有無については、ラットの脛骨髄腔内に試料を埋入
した後、4週間後に埋入部位を取り出し、試料と自然骨
が直接結合している部分が存在するかどうかを評価し
た。これは埋入した試料片の表面を電子顕微鏡で観察
し、EPMAの線分析にて確認した。曲げ強度は3点曲
げ試験にて評価したものであり、各試料を混練して硬化
させ、3×4×20mmの試料片を作製して測定した。
【0040】表から明らかなように、本発明の実施例で
あるNo.1〜6の試料は、操作性が良好であり、また
周囲骨との結合が認められた。しかも曲げ強度が83M
Pa以上であり、実用上十分な強度を有していた。
【0041】一方、比較例である試料No.7は操作性
がよく、また曲げ強度が82MPaと高かったものの、
平均分子量の小さいPMMA粉末を使用したために、周
囲骨との結合が認められなかった。また試料No.8は
周囲骨との結合が認められ、また曲げ強度が83MPa
と高かったものの、平均分子量の大きいPMMA粉末を
使用したために操作性が悪かった。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の生体活性
セメント組成物は、自然骨と直接結合する。またガラス
粉末を多量に添加しなくても生体活性を付与することが
できるため、操作性が良好であり、経時的な強度劣化も
小さい。それゆえ整形外科分野、脳神経外科分野、口腔
外科分野等の領域におけるインプラント材料の接着固定
用、骨欠損部の充填用、頭蓋欠損部の再建用等として好
適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長寿 研 滋賀県大津市晴嵐2丁目7番1号 日本電 気硝子株式会社内 (72)発明者 二宮 正幸 滋賀県大津市晴嵐2丁目7番1号 日本電 気硝子株式会社内 Fターム(参考) 4C081 AB04 AB06 AC04 BA13 BB04 BB08 BC02 CA092 CC08 CD28 CE02 CE08 CE11 CF032 CF061 CF111 CF21 CF22 CF24 DA11 DC03 DC05 DC12 EA05 4C089 AA06 BA03 BA11 BA14 BA16 BC06 BC08 BD01 BE03 CA03 CA07 CA08 CA09

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Caを含有するガラス粉末又は結晶化ガ
    ラス粉末、メタクリレート系ポリマー粉末、メタクリレ
    ート系モノマー、重合開始剤及び重合促進剤からなり、
    メタクリレート系ポリマー粉末の平均分子量が10万〜
    130万であることを特徴とする生体活性セメント組成
    物。
  2. 【請求項2】 Caを含有するガラス粉末又は結晶化ガ
    ラス粉末が、重量%でCaO 30〜70%、SiO2
    30〜70%、P25 0〜40%、MgO 0〜
    20%、CaF2 0〜5%の組成を有することを特徴
    とする請求項1の生体活性セメント組成物。
  3. 【請求項3】 メタクリレート系ポリマー粉末が、ポリ
    メチルメタクリレート粉末であることを特徴とする請求
    項1の生体活性セメント組成物。
  4. 【請求項4】 メタクリレート系モノマーが、メチルメ
    タクリレートであることを特徴とする請求項1の生体活
    性セメント組成物。
  5. 【請求項5】 重合開始剤が、過酸化ベンゾイルである
    ことを特徴とする請求項1の生体活性セメント組成物。
  6. 【請求項6】 重合促進剤が、ジメチル−p−トルイジ
    ンであることを特徴とする請求項1の生体活性セメント
    組成物。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005011763A1 (en) * 2003-07-31 2005-02-10 Korea Institute Of Geoscience And Mineral Resources Mixture for producing a bioactive bone cement and method for producing a bioactive bone cement using the same
JP2007021932A (ja) * 2005-07-19 2007-02-01 Dainippon Printing Co Ltd 積層体およびその製造方法
CN112206346A (zh) * 2020-09-29 2021-01-12 山东明德生物医学工程有限公司 一种磁性生物玻璃骨水泥及其制备方法

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