JP2000093501A - 生体活性材料 - Google Patents
生体活性材料Info
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- JP2000093501A JP2000093501A JP10264462A JP26446298A JP2000093501A JP 2000093501 A JP2000093501 A JP 2000093501A JP 10264462 A JP10264462 A JP 10264462A JP 26446298 A JP26446298 A JP 26446298A JP 2000093501 A JP2000093501 A JP 2000093501A
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- Japan
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- glass
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 生体活性セメントのフィラーとして好適な生
体活性材料を提供する。 【解決手段】 Ｃａを含有するガラス又は結晶化ガラス
粉末からなり、５ｍ2／ｇ以下の比表面積を有すること
を特徴とする。
体活性材料を提供する。 【解決手段】 Ｃａを含有するガラス又は結晶化ガラス
粉末からなり、５ｍ2／ｇ以下の比表面積を有すること
を特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は生体活性セメントのフィ
ラーや、骨欠損部の充填材として用いられる生体活性材
料に関するものである。
ラーや、骨欠損部の充填材として用いられる生体活性材
料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】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
メントとして、ＰＭＭＡセメントが広く知られている。
ところがＰＭＭＡセメントには生体活性がないため、自
然骨と化学的に結合することはできない。そこで近年、
ＰＭＭＡセメントに生体活性材料（アパタイト、Ｃａ含
有ガラス等）をフィラーとして添加した生体活性セメン
トが提案されている。
れるインプラント材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
メントとして、ＰＭＭＡセメントが広く知られている。
ところがＰＭＭＡセメントには生体活性がないため、自
然骨と化学的に結合することはできない。そこで近年、
ＰＭＭＡセメントに生体活性材料（アパタイト、Ｃａ含
有ガラス等）をフィラーとして添加した生体活性セメン
トが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記生体活性セメント
は、生体内で硬化すると、硬化体表面に露出したフィラ
ーからＣａイオンが溶出し、体液と反応して硬化体表面
にアパタイト層を形成する結果、自然骨と化学的に結合
することができる。
は、生体内で硬化すると、硬化体表面に露出したフィラ
ーからＣａイオンが溶出し、体液と反応して硬化体表面
にアパタイト層を形成する結果、自然骨と化学的に結合
することができる。
【０００４】ところがこのセメントは、フィラーの添加
によって作業性が低下する場合がある。
によって作業性が低下する場合がある。
【０００５】本発明の目的は、生体活性セメントのフィ
ラーとして好適な生体活性材料を提供することである。
ラーとして好適な生体活性材料を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の生体活性材料
は、Ｃａを含有するガラス又は結晶化ガラス粉末からな
り、５ｍ2／ｇ以下の比表面積を有することを特徴とす
る。ここで比表面積は、ＢＥＴ法で測定した値を示して
いる。
は、Ｃａを含有するガラス又は結晶化ガラス粉末からな
り、５ｍ2／ｇ以下の比表面積を有することを特徴とす
る。ここで比表面積は、ＢＥＴ法で測定した値を示して
いる。
【０００７】
【作用】無機材料と有機材料からなるセメントの特性、
特にセメント混合時の作業性は、両者の接している界面
の面積に左右されるが、本発明の生体活性材料は比表面
積が５ｍ2／ｇ以下、好ましくは３ｍ2／ｇ以下であるた
め、これをフィラーとして用いると作業性のよいセメン
トを得ることができる。比表面積が５ｍ2／ｇより大き
いと、樹脂との接触面積が大きくなりすぎるために、セ
メントの粘性が著しく上昇して作業性が悪くなり、所望
の形状に成形できない等の問題が生じる。なお比表面積
は小さい方がよいが、極端に小さすぎる場合は、樹脂と
の接触面積が少なくなってセメントの粘性が低下し、形
状維持が困難になったり、セメントの手触り感が悪くな
ることがある。また生体活性が低下する場合もある。こ
のため、比表面積は０．１ｍ2／ｇ以上に調整すること
が好ましい。
特にセメント混合時の作業性は、両者の接している界面
の面積に左右されるが、本発明の生体活性材料は比表面
積が５ｍ2／ｇ以下、好ましくは３ｍ2／ｇ以下であるた
め、これをフィラーとして用いると作業性のよいセメン
トを得ることができる。比表面積が５ｍ2／ｇより大き
いと、樹脂との接触面積が大きくなりすぎるために、セ
メントの粘性が著しく上昇して作業性が悪くなり、所望
の形状に成形できない等の問題が生じる。なお比表面積
は小さい方がよいが、極端に小さすぎる場合は、樹脂と
の接触面積が少なくなってセメントの粘性が低下し、形
状維持が困難になったり、セメントの手触り感が悪くな
ることがある。また生体活性が低下する場合もある。こ
のため、比表面積は０．１ｍ2／ｇ以上に調整すること
が好ましい。
【０００８】また本発明の生体活性材料は、体液と接触
するとＣａ2+イオンを溶出する性質を有するＣａ含有ガ
ラス又は結晶化ガラス粉末からなる。より具体的には重
量％でＣａＯ ３０〜７０％、ＳｉＯ2 ３０〜７０
％、Ｐ2 Ｏ5 ０〜４０％、ＭｇＯ ０〜２０％、Ｃａ
Ｆ2 ０〜５％、特にＣａＯ ４０〜５０％、ＳｉＯ2３
０〜４０％、Ｐ2 Ｏ5 １０〜２０％、ＭｇＯ ０．５
〜１０％、ＣａＦ2０〜２％の組成を有するガラスや、
これを熱処理した結晶化ガラスを使用することができ
る。上記組成を有するガラスはＣａ2+イオンを溶出し易
く、高い生体活性を示す。また上記結晶化ガラスは、骨
との間に化学結合を生じさせるとともに生体親和性を良
好にするアパタイト結晶や、機械的強度を高めるウォラ
ストナイト結晶等がガラス中に多数析出した緻密な構造
を有している。
するとＣａ2+イオンを溶出する性質を有するＣａ含有ガ
ラス又は結晶化ガラス粉末からなる。より具体的には重
量％でＣａＯ ３０〜７０％、ＳｉＯ2 ３０〜７０
％、Ｐ2 Ｏ5 ０〜４０％、ＭｇＯ ０〜２０％、Ｃａ
Ｆ2 ０〜５％、特にＣａＯ ４０〜５０％、ＳｉＯ2３
０〜４０％、Ｐ2 Ｏ5 １０〜２０％、ＭｇＯ ０．５
〜１０％、ＣａＦ2０〜２％の組成を有するガラスや、
これを熱処理した結晶化ガラスを使用することができ
る。上記組成を有するガラスはＣａ2+イオンを溶出し易
く、高い生体活性を示す。また上記結晶化ガラスは、骨
との間に化学結合を生じさせるとともに生体親和性を良
好にするアパタイト結晶や、機械的強度を高めるウォラ
ストナイト結晶等がガラス中に多数析出した緻密な構造
を有している。
【０００９】また生体活性材料は、粉砕物、破砕物、鱗
片形、瓢箪形、紡錘形、球形等種々の形状で使用し得る
が、特に球形等の鋭角部が殆どない丸みを帯びた形状、
いわゆるビーズ状であることが好ましい。ビーズ状の粉
末を得るには、ガラス（或いは結晶化ガラス）粉末を高
温の炎に供給して再溶融した後、急冷すればよい。この
ような粉末は、粉砕等で生じた粒子中のクラックが再溶
融時に消失し、滑らかな火造りの表面を有する。このた
め粒子そのものの機械的強度が高く、セメント用フィラ
ーとして使用すると、セメント硬化体の機械的強度を著
しく向上させることができる。また骨欠損部充填材とし
て使用する場合、丸みを帯びた形状であるため流動性が
よく、注射器を用いて充填しても管が詰まることがな
い。しかも鋭角部が殆どないため、充填後に生体組織を
刺激する可能性が低い。さらに粒子同士が衝突して破損
したり、微粉が発生することもない。
片形、瓢箪形、紡錘形、球形等種々の形状で使用し得る
が、特に球形等の鋭角部が殆どない丸みを帯びた形状、
いわゆるビーズ状であることが好ましい。ビーズ状の粉
末を得るには、ガラス（或いは結晶化ガラス）粉末を高
温の炎に供給して再溶融した後、急冷すればよい。この
ような粉末は、粉砕等で生じた粒子中のクラックが再溶
融時に消失し、滑らかな火造りの表面を有する。このた
め粒子そのものの機械的強度が高く、セメント用フィラ
ーとして使用すると、セメント硬化体の機械的強度を著
しく向上させることができる。また骨欠損部充填材とし
て使用する場合、丸みを帯びた形状であるため流動性が
よく、注射器を用いて充填しても管が詰まることがな
い。しかも鋭角部が殆どないため、充填後に生体組織を
刺激する可能性が低い。さらに粒子同士が衝突して破損
したり、微粉が発生することもない。
【００１０】なおビーズ化するに当たっては、生体に対
する安全性の面から、製造工程から混入する不純物、特
に製造設備に使用されるステンレス鋼の成分であるＦｅ
2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＮｉＯ等の不純物の混入を極力制限す
ることが重要である。具体的にはＦｅ2Ｏ3を１００ｐｐ
ｍ以下、Ｃｒ2Ｏ3を２０ｐｐｍ以下、ＮｉＯを１０ｐｐ
ｍ以下に制限することが望ましい。これらの不純物の混
入を防止する方法としては、例えば製造設備のガラス粉
末と接する部分全体にアルミナ、シリカ−アルミナ複合
体等のコーティングを施しておけばよい。
する安全性の面から、製造工程から混入する不純物、特
に製造設備に使用されるステンレス鋼の成分であるＦｅ
2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＮｉＯ等の不純物の混入を極力制限す
ることが重要である。具体的にはＦｅ2Ｏ3を１００ｐｐ
ｍ以下、Ｃｒ2Ｏ3を２０ｐｐｍ以下、ＮｉＯを１０ｐｐ
ｍ以下に制限することが望ましい。これらの不純物の混
入を防止する方法としては、例えば製造設備のガラス粉
末と接する部分全体にアルミナ、シリカ−アルミナ複合
体等のコーティングを施しておけばよい。
【００１１】本発明の材料をセメント用フィラーとして
使用する場合、その表面をシランカップリング処理して
おくことが好ましい。この処理により、樹脂成分との馴
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（ｐ
Ｈ５〜８程度）で行うことが好ましい。これは、ｐＨ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。
使用する場合、その表面をシランカップリング処理して
おくことが好ましい。この処理により、樹脂成分との馴
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（ｐ
Ｈ５〜８程度）で行うことが好ましい。これは、ｐＨ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】
【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。
詳細に説明する。
【００１３】表１〜３は本発明の材料をＰＭＭＡセメン
トのフィラーとして用いた実施例（試料Ｎｏ．１〜１
１）、及び比較例（試料Ｎｏ．１２）を示すものであ
る。
トのフィラーとして用いた実施例（試料Ｎｏ．１〜１
１）、及び比較例（試料Ｎｏ．１２）を示すものであ
る。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】［試料の調製］各試料は次のようにして調
製した。
製した。
【００１８】まずフィラーとポリメタクリレート粉末を
用意した。
用意した。
【００１９】フィラーは次のようにして調製した。ま
ず、重量％でＣａＯ ４５％、ＳｉＯ 2 ３４％、Ｐ2
Ｏ5 １６％、ＭｇＯ ４．５％、ＣａＦ2 ０．５％
の組成を有するＣａ含有ガラスを粉砕、分級したガラス
粉末と、これを１０５０℃で５時間熱処理して結晶化さ
せた後、再度粉砕、分級して得た結晶化ガラス粉末を用
意した。次にガラス粉末又は結晶化ガラス粉末を１５０
０℃以上の火炎中に供給して再溶融しながら吹き飛ばし
た後、急冷することによって、比表面積が０．５〜８．
０ｍ2／ｇのビーズ状フィラーを作製した。また粉砕物
状フィラーは、比表面積が１．０ｍ2／ｇとなるように
調整したガラス粉末を用いた。
ず、重量％でＣａＯ ４５％、ＳｉＯ 2 ３４％、Ｐ2
Ｏ5 １６％、ＭｇＯ ４．５％、ＣａＦ2 ０．５％
の組成を有するＣａ含有ガラスを粉砕、分級したガラス
粉末と、これを１０５０℃で５時間熱処理して結晶化さ
せた後、再度粉砕、分級して得た結晶化ガラス粉末を用
意した。次にガラス粉末又は結晶化ガラス粉末を１５０
０℃以上の火炎中に供給して再溶融しながら吹き飛ばし
た後、急冷することによって、比表面積が０．５〜８．
０ｍ2／ｇのビーズ状フィラーを作製した。また粉砕物
状フィラーは、比表面積が１．０ｍ2／ｇとなるように
調整したガラス粉末を用いた。
【００２０】なおビーズ化は、フィラー中のＦｅ2Ｏ3、
Ｃｒ2Ｏ3、ＮｉＯの混入量がそれぞれ１００ｐｐｍ以
下、２０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下になるように、ガ
ラス粉末と接する部分全体にアルミナのコーティングを
施した設備を用いて行った。また各フィラーは、ｐＨ６
に調製したシランカップリング剤で表面処理を施した。
Ｃｒ2Ｏ3、ＮｉＯの混入量がそれぞれ１００ｐｐｍ以
下、２０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下になるように、ガ
ラス粉末と接する部分全体にアルミナのコーティングを
施した設備を用いて行った。また各フィラーは、ｐＨ６
に調製したシランカップリング剤で表面処理を施した。
【００２１】ポリメタクリレート系粉末としては、平均
粒径３０μｍ、重量平均分子量１５万のポリメチルメタ
クリレート（ＰＭＭＡ）粉末を用意した。
粒径３０μｍ、重量平均分子量１５万のポリメチルメタ
クリレート（ＰＭＭＡ）粉末を用意した。
【００２２】次に生体活性フィラーとポリメタクリレー
ト系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。
ト系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。
【００２３】また、メタクリレート系モノマーとしてメ
チルメタクリレート（ＭＭＡ）を用意し、さらに重合促
進剤としてＮ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジンを添加し
て混練した。
チルメタクリレート（ＭＭＡ）を用意し、さらに重合促
進剤としてＮ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジンを添加し
て混練した。
【００２４】このようにして粉末−液体系の試料を得
た。
た。
【００２５】なお過酸化ベンゾイル、Ｎ，Ｎ−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。
−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。
【００２６】［評価］各試料について作業性、アパタイ
ト形成能、及び硬化体の曲げ強度について評価した。結
果を表に示す。
ト形成能、及び硬化体の曲げ強度について評価した。結
果を表に示す。
【００２７】表から明らかなように、本発明の実施例で
ある試料Ｎｏ．１〜１１は作業性が良好であり、また何
れもアパタイトの形成が認められた。さらに硬化体の曲
げ強度は初期で９０ＭＰａ以上、生理食塩水浸漬後で７
０ＭＰａ以上であり、実用上十分な値であった。特にビ
ーズ状のフィラーを用いた試料Ｎｏ．１〜１０は、初期
強度が１２０ＭＰａ以上、生理食塩水浸漬後の強度が１
１０ＭＰａ以上であり非常に高強度であった。
ある試料Ｎｏ．１〜１１は作業性が良好であり、また何
れもアパタイトの形成が認められた。さらに硬化体の曲
げ強度は初期で９０ＭＰａ以上、生理食塩水浸漬後で７
０ＭＰａ以上であり、実用上十分な値であった。特にビ
ーズ状のフィラーを用いた試料Ｎｏ．１〜１０は、初期
強度が１２０ＭＰａ以上、生理食塩水浸漬後の強度が１
１０ＭＰａ以上であり非常に高強度であった。
【００２８】一方、比較例であるＮｏ．１２の試料は、
アパタイトの形成が認められ、また実施例と同等の曲げ
強度を有していたが、比表面積が５ｍ2／ｇより大きい
フィラーを使用したために粘度が高くなりすぎて作業性
が悪かった。
アパタイトの形成が認められ、また実施例と同等の曲げ
強度を有していたが、比表面積が５ｍ2／ｇより大きい
フィラーを使用したために粘度が高くなりすぎて作業性
が悪かった。
【００２９】なお作業性は、セメントを手で混練したと
きの作業のし易さを評価した。アパタイト形成能は、セ
メント硬化直後に３７℃の疑似体液中に浸漬し、３日後
に取り出してその表面を電子顕微鏡で観察し、アパタイ
ト結晶の有無を確認することによって行った。曲げ強度
は、各試料を混練して硬化させ、３×４×２０ｍｍの大
きさの試験片を作製した後、初期強度及び生理食塩水に
１ヶ月間浸漬した後の強度を３点曲げ試験（スパン１６
ｍｍ）にて評価したものである。
きの作業のし易さを評価した。アパタイト形成能は、セ
メント硬化直後に３７℃の疑似体液中に浸漬し、３日後
に取り出してその表面を電子顕微鏡で観察し、アパタイ
ト結晶の有無を確認することによって行った。曲げ強度
は、各試料を混練して硬化させ、３×４×２０ｍｍの大
きさの試験片を作製した後、初期強度及び生理食塩水に
１ヶ月間浸漬した後の強度を３点曲げ試験（スパン１６
ｍｍ）にて評価したものである。
【００３０】
【発明の効果】本発明の生体活性材料をセメントのフィ
ラーとして使用すると、作業性のよいセメントを得るこ
とができる。このセメントは、フィラーから溶出するＣ
ａ2+イオンが体液中のＰＯ4 -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。
ラーとして使用すると、作業性のよいセメントを得るこ
とができる。このセメントは、フィラーから溶出するＣ
ａ2+イオンが体液中のＰＯ4 -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。
【００３１】また本発明の生体活性材料は、生体活性が
高く、実用上十分な機械的強度を有しているため、骨欠
損部の充填材としても使用可能である。
高く、実用上十分な機械的強度を有しているため、骨欠
損部の充填材としても使用可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 嘉朗 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 AC04 BA13 BA17 BB04 BB08 CA081 CA082 CF061 CF111 DA11 DB02 DC03 DC12
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｃａを含有するガラス又は結晶化ガラス
粉末からなり、５ｍ 2／ｇ以下の比表面積を有すること
を特徴とする生体活性材料。 - 【請求項２】 ビーズ状であることを特徴とする請求項
１の生体活性材料。 - 【請求項３】 重量％でＣａＯ ３０〜７０％、ＳｉＯ
2 ３０〜７０％、Ｐ2 Ｏ5 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又は２の生体活性材料。 - 【請求項４】 生体活性セメントのフィラーとして使用
されることを特徴とする請求項１〜３の生体活性材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10264462A JP2000093501A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 生体活性材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10264462A JP2000093501A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 生体活性材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000093501A true JP2000093501A (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=17403559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10264462A Pending JP2000093501A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 生体活性材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000093501A (ja) |
-
1998
- 1998-09-18 JP JP10264462A patent/JP2000093501A/ja active Pending
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