JP2001079080A - Bioactive inorganic-organic hybrid material and its preparation - Google Patents

Bioactive inorganic-organic hybrid material and its preparation

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JP2001079080A
JP2001079080A JP26151999A JP26151999A JP2001079080A JP 2001079080 A JP2001079080 A JP 2001079080A JP 26151999 A JP26151999 A JP 26151999A JP 26151999 A JP26151999 A JP 26151999A JP 2001079080 A JP2001079080 A JP 2001079080A
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integer
sir
calcium
ptmo
apatite
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JP26151999A
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Tadashi Kokubo
正 小久保
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Pentax Corp
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inorg.-org. hybrid material with excellent flexibility and being useful as a bone substitution material. SOLUTION: The material is provided with a hydrolysate A of an alkoxy silane-terminated polyalkylene oxide of the formula: (R1O)3-xR3xSiR2NHCO- O-[(CH2)mO]n-NHCOR2SiR3x(OR1)3-x (wherein R1 and R3 are each the same or different alkyl group and R2 is an alkylene group and x is 0 or an integer of at most 2 and m is an integer of at least 1 and n is 0 or an integer at least 2), a hydrolysate B of an organoalkoxy silane SiR4y(OR5)4-y bonded with A (wherein R4 and R5 are each an alkyl group being the same or different each other and y is 0 or an integer of at most 3), and calcium ions being ionically bonded oxygens positioned at cleaving points of either one of the hydrolysates.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、無機骨格が有機
物で修飾された無機・有機ハイブリッド材料及びその製
造方法に属する。この無機・有機ハイブリッド材料は、
骨置換材料として好適に利用されうる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inorganic / organic hybrid material having an inorganic skeleton modified with an organic substance and a method for producing the same. This inorganic-organic hybrid material
It can be suitably used as a bone replacement material.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックスやガラスなどの無機材料に
有機物を分子レベルで導入できれば、得られる材料とし
ては無機材料の性質と有機材料のそれを兼備し、更に無
機材料にも有機材料にも無い新たな性質を備えたものが
期待できる。例えば、骨は、有機高分子であるコラーゲ
ン繊維の上に無機成分であるアパタイト粒子が析出した
無機・有機複合体である。このことから、柔軟性を有す
る有機高分子成分と生体活性を示す無機成分を組み合わ
せた複合体を合成することができれば、柔軟性に富み、
しかも骨と結合する材料が得られると期待される。
2. Description of the Related Art If an organic substance can be introduced into an inorganic material such as ceramics or glass at a molecular level, the resulting material will have both the properties of an inorganic material and that of an organic material, and a new material that is neither an inorganic material nor an organic material. It can be expected that it has excellent properties. For example, bone is an inorganic-organic composite in which apatite particles, which are inorganic components, are precipitated on collagen fibers, which are organic polymers. From this, if it is possible to synthesize a complex combining a flexible organic polymer component and a bioactive inorganic component, it is rich in flexibility,
Moreover, it is expected that a material that can be combined with bone can be obtained.

【0003】シュミット(Schmidt)は、この期待に応
えるべく、テトラエトキシシランと末端シラノール型ポ
リジメチルシロキサン(PDMS)との反応によって得られ
る、オモシル(ORMOSILS)と称する有機無機混成材料を
公表した(ノンクリスタリンソリッド 1985年第7
3巻第681頁)。オモシルは、その無機成分(アルコ
キシシラン:Si(OR)4、Rはアルキル基)と有機成分(P
DMS)との比率を変えることによって弾性を調整できる
点で優れた材料である。更に、本発明者らは、上記PDMS
を用いてヤング率の調整範囲がオモシルよりも広くて、
しかも複数の無機成分を含む材料を公表した(特開平1
1−172109号)。
To meet this expectation, Schmidt has published an organic-inorganic hybrid material called ORMOSILS, obtained by the reaction of tetraethoxysilane with silanol-terminated polydimethylsiloxane (PDMS). Crystallin Solid 1985 7th
3, 681). Omosil is composed of an inorganic component (alkoxysilane: Si (OR) 4 , R is an alkyl group) and an organic component (P
It is an excellent material in that the elasticity can be adjusted by changing the ratio with DMS). Further, the present inventors, the PDMS
The adjustment range of Young's modulus is wider than Omosil using
Moreover, a material containing a plurality of inorganic components has been disclosed (Japanese Unexamined Patent Publication No.
1-1172109).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記PDMS系複合材料
は、海綿骨などの硬組織置換材料として有用であるが、
頭蓋骨や顎骨などの骨置換材料としては、もっと柔軟で
生体活性な置換材料が要請されている。それ故、この発
明の目的は、柔軟性に優れた骨置換材料として有用な無
機・有機ハイブリッド材料を提供することにある。
The above PDMS-based composite material is useful as a material for replacing hard tissue such as cancellous bone.
As bone replacement materials such as skulls and jawbones, more flexible and bioactive replacement materials are required. Therefore, an object of the present invention is to provide an inorganic / organic hybrid material which is useful as a bone replacement material having excellent flexibility.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、この発明の生体活性無機・有機ハイブリッド材料
は、一般式
In order to achieve the object, a bioactive inorganic / organic hybrid material of the present invention has a general formula

【化3】(R1O)3-xR3 xSiR2NHCO-O-[(CH2)mO]n-NHCOR2SiR
3 x(OR1)3-x [式中、R1及びR3 xは同一又は異なるアルキル基、R2
アルキレン基、xは0又は2以下の整数、mは1以上の
整数、nは2以上の整数を表す。]で示されるアルコキ
シシラン末端ポリアルキレンオキシドの加水分解物
(A);(A)と結合している、オルガノアルコキシシ
ランSiR4 y(OR5)4-y[R4及びR5は互いに同一又は異なる
アルキル基、yは0又は3以下の整数を表す。]の加水
分解物(B);及びそれらいずれかの加水分解物の開裂
点に位置する酸素とイオン結合しているカルシウムイオ
ンを備えることを特徴とする。
Embedded image (R1O)3-xRThree xSiRTwoNHCO-O-[(CHTwo)mO]n-NHCORTwoSiR
Three x(OR1)3-x  [Where R1And RThree xAre the same or different alkyl groups, RTwoIs
Alkylene group, x is an integer of 0 or 2 or less, m is 1 or more
An integer, n represents an integer of 2 or more. Alkoki]
Hydrolyzate of polysilane oxide terminated with silane
(A); an organoalkoxy bonded to (A)
Run SiRFour y(ORFive)4-y[RFourAnd RFiveAre the same or different from each other
The alkyl group, y represents 0 or an integer of 3 or less. ] Water
Cleavage (B); and cleavage of any hydrolyzate
Calcium ion ionically bonded to oxygen located at the point
It is characterized by having.

【0006】また、この発明の材料を製造する適切な方
法は、一般式
[0006] A suitable method for producing the material of the present invention is represented by the general formula:

【化4】(R1O)3-xR3 xSiR2NHCO-O-[(CH2)mO]n-NHCOR2SiR
3 x(OR1)3-x [式中、R1及びR3 xは同一又は異なるアルキル基、R2
アルキレン基、xは0又は2以下の整数、mは1以上の
整数、nは2以上の整数を表す。]で示されるアルコキ
シシラン末端ポリアルキレンオキシド、及びオルガノア
ルコキシシランSiR4 y(OR5)4-y[R4及びR5は互いに同一
又は異なるアルキル基、yは3以下の整数を表す。]を
含む溶液に加水分解性のカルシウム化合物を添加し混合
することを特徴とする。
Embedded image (R1O)3-xRThree xSiRTwoNHCO-O-[(CHTwo)mO]n-NHCORTwoSiR
Three x(OR1)3-x  [Where R1And RThree xAre the same or different alkyl groups, RTwoIs
Alkylene group, x is an integer of 0 or 2 or less, m is 1 or more
An integer, n represents an integer of 2 or more. Alkoki]
Sisilane-terminated polyalkylene oxide and organoa
Lucoxysilane SiRFour y(ORFive)4-y[RFourAnd RFiveAre identical to each other
Or a different alkyl group, y represents an integer of 3 or less. ]
Add hydrolyzable calcium compound to solution containing
It is characterized by doing.

【0007】アルコキシシラン末端ポリアルキレンオキ
シド及びオルガノアルコキシシランは、塩酸などの無機
酸又はアンモニアなどのアルカリを触媒とする蒸留水の
作用によって、加水分解された後、重縮合する。得られ
た重縮合物は、Si−O-のように負に帯電した多数の
開裂点を有する。従って、そこに加水分解性のカルシウ
ム化合物を添加することによりカルシウムイオンがその
開裂点に結合して生体活性を発揮する。加水分解性のカ
ルシウム化合物としては、後述実施例の硝酸カルシウム
以外に、塩化カルシウム(CaCl2)、酢酸カルシウム(
(CH3COO)2Ca)、炭酸カルシウム(CaCO3)などが挙げら
れる。
The alkoxysilane-terminated polyalkylene oxide and the organoalkoxysilane are hydrolyzed and polycondensed by the action of distilled water catalyzed by an inorganic acid such as hydrochloric acid or an alkali such as ammonia. Polycondensate obtained is, Si-O - having multiple cleavage points negatively charged as. Therefore, when a hydrolyzable calcium compound is added thereto, calcium ions bind to the cleavage point and exhibit biological activity. Examples of the hydrolyzable calcium compounds include calcium chloride (CaCl 2 ), calcium acetate (
(CH 3 COO) 2 Ca), calcium carbonate (CaCO 3 ) and the like.

【0008】得られた反応生成物の構造を、ポリアルキ
レンオキシドがポリテトラメチレンオキシド(PTM
O)であると特定して図1に示す。そして、この発明の
製造方法によれば、上記PDMS系複合材料よりも柔軟な材
料を得ることができ、しかもアルコキシシラン末端ポリ
アルキレンオキシドの含有量及びカルシウム化合物の添
加量を変えることで、得られる材料の破断歪み及びヤン
グ率を調整することができる。この理由はおそらく次の
ように考えられる。
[0008] The structure of the obtained reaction product is represented by polytetramethylene oxide (PTM)
O) is shown in FIG. According to the production method of the present invention, a material that is more flexible than the PDMS-based composite material can be obtained, and can be obtained by changing the content of the alkoxysilane-terminated polyalkylene oxide and the amount of the calcium compound added. The breaking strain and Young's modulus of the material can be adjusted. The reason is probably as follows.

【0009】PDMSは高分子鎖の幹であるケイ素の両側に
メチル基が結合しているので立体障害を受けて高分子鎖
が曲がりにくいのに対し、アルコキシシラン末端ポリア
ルキレンオキシドの場合は図1に示したように高分子鎖
の幹が炭素であって、その両側に水素しか結合していな
いので、立体障害がほとんどなくて曲がりやすいからで
ある。尚、カルシウムイオンは、全ての開裂点に存在す
る必要はなく、用途に応じて適量存在すればよい。ま
た、全ての加水分解物(B)が(A)と結合している必
要もなく、(A)と結合した(B)に更に(B)が結合
していても良い。
In PDMS, a methyl group is bonded to both sides of silicon, which is the trunk of a polymer chain, so that the polymer chain is hardly bent due to steric hindrance. On the other hand, in the case of alkoxysilane-terminated polyalkylene oxide, FIG. This is because the trunk of the polymer chain is carbon as shown in (1) and only hydrogen is bonded to both sides thereof, so that there is almost no steric hindrance and it is easy to bend. The calcium ions need not be present at all cleavage points, but may be present in an appropriate amount depending on the application. Further, it is not necessary that all the hydrolyzate (B) is bonded to (A), and (B) may be further bonded to (B) bonded to (A).

【0010】この発明の無機有機ハイブリッド材料は、
生体内に埋入されると、自然にその表面にアパタイト層
を形成し、これを介して骨と結合するが、同ハイブリッ
ド材料を、予めアパタイトの溶解度以上のカルシウムC
aとリンPを含む水溶液に浸けて、その表面にアパタイ
トを主成分とする生体活性層を形成させておいても良
い。そのような水溶液としては、例えば疑似体液があ
る。
[0010] The inorganic-organic hybrid material of the present invention comprises:
When implanted in a living body, it naturally forms an apatite layer on its surface and binds to the bone through this layer.
It may be soaked in an aqueous solution containing a and phosphorus P to form a bioactive layer containing apatite as a main component on the surface thereof. An example of such an aqueous solution is a simulated body fluid.

【0011】前記アルコキシシラン末端ポリアルキレン
オキシドは、好ましくはトリエトキシシラン末端ポリテ
トラメチレンオキシド(Si−PTMO)である。第1
にポリアルキレンオキシドについては、原料となるPT
MOが合成しやすく廉価で販売されているからである。
第2にトリアルコキシシラン末端については、トリメト
キシシラン末端やトリブトキシシラン末端に比べて加水
分解速度が適当で均一な生成物を得やすいからである。
Si−PTMOは、例えばPTMOとイソシアナートプ
ロピルトリエトキシシラン(以下、IPTSという)と
から窒素雰囲気などの乾燥雰囲気中で合成される。
The alkoxysilane-terminated polyalkylene oxide is preferably triethoxysilane-terminated polytetramethylene oxide (Si-PTMO). First
For polyalkylene oxide, PT
This is because MO is easy to synthesize and is sold at a low price.
Secondly, at the trialkoxysilane terminal, a hydrolysis rate is appropriate and a uniform product can be easily obtained as compared with the trimethoxysilane terminal or tributoxysilane terminal.
Si-PTMO is synthesized, for example, from PTMO and isocyanatopropyltriethoxysilane (hereinafter, referred to as IPTS) in a dry atmosphere such as a nitrogen atmosphere.

【0012】前記溶液にカルシウム化合物を添加する前
に加水分解性のチタン化合物を添加すると、表面のアパ
タイト生成能力及び力学的性質を飛躍的に向上させるこ
とができる。これは表面に生体活性なチタニアが生成
し、しかも内部にチタニアの強固なネットワークを形成
するためであると考えられる。
If a hydrolyzable titanium compound is added to the solution before adding the calcium compound, the ability to generate apatite and mechanical properties on the surface can be drastically improved. This is considered to be because bioactive titania is formed on the surface and a strong network of titania is formed inside.

【0013】[0013]

【実施例】[Si−PTMOの合成例]アルドリッチケ
ミカル社製のPTMO(平均分子量1000)及び同社
製のIPTSを1:2のモル比で混合し、窒素雰囲気中
70℃で5日間反応させた。反応後、IRでイソシアナ
ート基のピーク(2250cm-1)が消失していること
と、カルボニル基のピーク(1700cm-1)が生じて
いることを確認した。従って、エトキシシリル基の結合
したプロピレン基とテトラメチレン鎖との間にNHCO
結合を有するSi−PTMOが生成していると認められ
る。
EXAMPLES [Synthesis Example of Si-PTMO] PTMO (average molecular weight: 1000) manufactured by Aldrich Chemical Co., Ltd. and IPTS manufactured by Aldrich Chemical were mixed at a molar ratio of 1: 2, and reacted at 70 ° C. for 5 days in a nitrogen atmosphere. . After the reaction, it was confirmed by IR that the peak of the isocyanate group (2250 cm -1 ) had disappeared and the peak of the carbonyl group (1700 cm -1 ) had occurred. Therefore, NHCO is added between the propylene group to which the ethoxysilyl group is bonded and the tetramethylene chain.
It is recognized that Si-PTMO having a bond has been formed.

【0014】[実施例1]これはPTMO−CaO−S
iO2の製造例である。表1に示す組成となるように試
薬を以下の手順で調整した。表中のXは、Si−PTM
OとテトラエトキシシランSi(OEt)4(以下、T
EOSという。)との合計重量に対するSi−PTMO
重量の割合を示す。
[Example 1] This is PTMO-CaO-S
It is a manufacturing example of iO 2 . The reagents were adjusted to the compositions shown in Table 1 by the following procedure. X in the table is Si-PTM
O and tetraethoxysilane Si (OEt) 4 (hereinafter T
EOS. ) And the total weight of
Indicates the weight percentage.

【0015】ナカライテスク社製のTEOS、同テトラ
ヒドロフラン(以下、THFという。)、同イソプロピ
ルアルコール(以下、IPAという。)及び前記Si−
PTMOを100ml三角フラスコ中で15分間撹拌し
た後、この混合溶液(第1液)に蒸留水及び塩酸(HC
l35%)を加えて更に24時間撹拌した。THF及び
IPAは溶媒、塩酸は加水分解及び重縮合反応の触媒で
ある。
TEOS manufactured by Nacalai Tesque, tetrahydrofuran (hereinafter, referred to as THF), isopropyl alcohol (hereinafter, referred to as IPA), and Si-
After stirring the PTMO in a 100 ml Erlenmeyer flask for 15 minutes, the mixed solution (first solution) was mixed with distilled water and hydrochloric acid (HC).
(135%) and the mixture was further stirred for 24 hours. THF and IPA are solvents, and hydrochloric acid is a catalyst for hydrolysis and polycondensation reactions.

【0016】次にCa(NO32、H2O及びIPAの
混合溶液(第2液)を加え、1〜2分撹拌した後、開口
面積50cm2程度の筒状のプラスチック製容器に流し
だし、容器の開口部をパラフィンのフィルムで覆うとと
もに、フィルムに直径2mm程度の孔を5個あけて溶媒
の蒸発速度を規制しつつ溶液を室温でゲル化させた。1
週間後、フィルムを取って、そのまま室温で3週間乾燥
させた。
Next, a mixed solution (second liquid) of Ca (NO 3 ) 2 , H 2 O and IPA is added, stirred for 1 to 2 minutes, and then poured into a cylindrical plastic container having an opening area of about 50 cm 2. However, the opening of the container was covered with a paraffin film, and five holes having a diameter of about 2 mm were formed in the film to gel the solution at room temperature while regulating the evaporation rate of the solvent. 1
After a week, the film was taken out and dried as it was at room temperature for 3 weeks.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】得られた乾燥ゲル体を10×10×2mm
3の大きさに切り出し、#400のダイヤモンドペース
トで研磨し、pH=7.4、36.5℃に調整した疑似
体液(無機イオン濃度[mM]:Na+142、K+5.0、
Mg2+1.5、Ca2+2.5、Cl-148、HCO3 -
4.2、HPO4 2-1.0、SO4 2-0.5)(以下、S
BFという)30ml中に種々の期間浸けた。SBF中
での試料の表面構造の変化を薄膜X線回折(TF−XR
D)にて分析し、アパタイトの生成が認められるまでに
要した日数を表2に示す。
The obtained dried gel body is 10 × 10 × 2 mm
3 cut to size, polished with # 400 diamond paste, simulated body fluid was adjusted to pH = 7.4,36.5 ℃ (inorganic ion concentration [mM]: Na + 142, K + 5.0,
Mg 2+ 1.5, Ca 2+ 2.5, Cl 148, HCO 3
4.2, HPO 4 2 -1.0, SO 4 2 -0.5) (hereinafter S
(Referred to as BF) in 30 ml for various periods. The change in the surface structure of the sample in SBF was measured by thin film X-ray diffraction (TF-XR
Table 2 shows the number of days required for the formation of apatite to be observed, as analyzed in D).

【0019】別途、JIS−K7113の1号型の打ち
抜き型を用いて、上記で得られた乾燥ゲル体からダンベ
ル型の試験片を作製した。試験片を標線間距離l0=1
5mmとなるようにインストロン型試験器(株式会社島
津製作所製DSS−500)に取り付け、クロスヘッド
速度を2mm/分とし、室温で破壊が生じるまで引っ張
り応力を加えた。破壊が生じたときの荷重の値Pと試験
片の初期断面積A0とから最大引張応力σ=P/A0を、
クロスヘッドの移動距離Δlから歪みε=Δl/l
0を、そして応力歪み曲線の傾きからヤング率Eを求め
た。試験片の本数は各7本とした。測定結果を表2に示
す。また、Si−PTMO量を一定としてカルシウム量
を変化させた場合の応力歪み曲線を図2に、カルシウム
量を一定としてSi−PTMO量を変化させた場合の応
力歪み曲線を図3にそれぞれ示す。
Separately, a dumbbell-shaped test piece was prepared from the dried gel obtained above using a No. 1 punching die of JIS-K7113. The test piece was placed at a distance between marked lines l 0 = 1.
The sample was attached to an Instron type tester (DSS-500, manufactured by Shimadzu Corporation) so that the thickness was 5 mm, the crosshead speed was 2 mm / min, and a tensile stress was applied at room temperature until breakage occurred. The maximum tensile stress σ = P / A 0 is determined from the load value P at the time of fracture and the initial sectional area A 0 of the test piece,
Distortion ε = Δl / l from moving distance Δl of crosshead
0 and Young's modulus E were determined from the slope of the stress-strain curve. The number of test pieces was 7 each. Table 2 shows the measurement results. FIG. 2 shows a stress-strain curve when the amount of calcium is changed while keeping the amount of Si-PTMO constant, and FIG. 3 shows a stress-strain curve when the amount of Si-PTMO is changed while keeping the amount of calcium constant.

【0020】[0020]

【表2】 [Table 2]

【0021】表2に見られるように、アパタイト生成に
要する日数は、カルシウム含有量が増加するにつれ、ま
たSi−PTMO含有量が減少するにつれ短くなった。
また、表2、図2及び図3に見られるように、カルシウ
ム含有量を変化させると、最大引張応力及び破断歪みは
カルシウム含有量によりほとんど変化せず、ヤング率は
カルシウム含有量が増加するにつれ減少した。Si−P
TMO含有量を変化させると、Si−PTMO含有量が
増加するにつれ、破断歪みが増加し、最大引張応力及び
ヤング率が減少した。以上の結果から、この発明の方法
に従って、カルシウム含有量及びSi−PTMO含有量
を変化させることにより、力学的性質の異なる生体活性
な柔軟性無機・有機ハイブリッドが得られることが判っ
た。また、この発明の材料は、SBF中で表面にアパタ
イトを生成することから、生体内でもアパタイトを生成
し、それを介して骨と結合することが明らかである。
As can be seen in Table 2, the days required for apatite formation decreased with increasing calcium content and with decreasing Si-PTMO content.
Also, as can be seen in Table 2, FIGS. 2 and 3, when the calcium content was changed, the maximum tensile stress and the breaking strain hardly changed with the calcium content, and the Young's modulus increased as the calcium content increased. Diminished. Si-P
Varying the TMO content increased the breaking strain and decreased the maximum tensile stress and Young's modulus as the Si-PTMO content increased. From the above results, it was found that by changing the calcium content and the Si-PTMO content according to the method of the present invention, bioactive flexible inorganic / organic hybrids having different mechanical properties can be obtained. Further, since the material of the present invention generates apatite on the surface in SBF, it is apparent that apatite is also generated in vivo and bonded to bone via the apatite.

【0022】比較のために、上記Si−PTMOに代え
てPDMSを用いた以外は上記と同一条件で乾燥ゲル体
を作製した。この比較用乾燥ゲル体からJIS−K71
13の1号型の打ち抜き型を用いてダンベル型の試験片
を作製しようとしたところ、乾燥ゲル体が柔軟性に乏し
かったので、亀裂が入り、試験片を作製することができ
なかった。
For comparison, a dried gel was prepared under the same conditions as above except that PDMS was used instead of the Si-PTMO. From the dried gel body for comparison, JIS-K71
When a dumbbell-shaped test piece was prepared using the No. 13 type 1 punching die, the dried gel body was poor in flexibility, and thus cracks occurred and the test piece could not be prepared.

【0023】[実施例2]これはPTMO−CaO−S
iO2−TiO2の製造例である。表3に示す組成となる
ように試薬を以下の手順で調整した。表中のYは、Si
−PTMO、TEOS及びテトライソプロピルチタネー
ト(以下、TiPTという)の合計重量に対するSi−
PTMO重量の割合を示す。尚、特に断りがない限り、
試薬は実施例1と同じものを使用した。TEOS、TH
F、IPA及びSi−PTMOを実施例1と同一条件で
撹拌して第1液を得た。そして、第1液にTiPTを加
えて24時間撹拌した後に第2液を加えた以外は実施例
1と同一の操作を実行した。
Example 2 This is PTMO-CaO-S
This is a production example of iO 2 —TiO 2 . The reagents were adjusted to the compositions shown in Table 3 by the following procedure. Y in the table is Si
-Si- based on the total weight of PTMO, TEOS and tetraisopropyl titanate (hereinafter referred to as TiPT)
Shows the percentage of PTMO weight. Unless otherwise noted,
The same reagent as in Example 1 was used. TEOS, TH
F, IPA and Si-PTMO were stirred under the same conditions as in Example 1 to obtain a first liquid. Then, the same operation as in Example 1 was performed, except that TiPT was added to the first liquid and stirred for 24 hours, and then the second liquid was added.

【0024】[0024]

【表3】 [Table 3]

【0025】得られた乾燥ゲル体につき、実施例1と同
一条件で測定したアパタイト生成日数を表4に示す。ま
た、実施例1と同様に機械的性質測定用の試験片を作製
し、機械的性質を測定した結果を表4及び図4に示す。
Table 4 shows the number of days of apatite formation of the obtained dried gel body measured under the same conditions as in Example 1. Further, a test piece for measuring mechanical properties was prepared in the same manner as in Example 1, and the results of measuring the mechanical properties are shown in Table 4 and FIG.

【0026】[0026]

【表4】 [Table 4]

【0027】表4から明らかなように、少量のチタンを
添加するだけで、アパタイト生成に要する日数が大幅に
短縮され、しかも材料の破断歪みが大きくなった。この
結果から、この発明の方法に従って、チタンを適量添加
することにより、生体内での骨修復を迅速に遂行でき、
しかも優れた柔軟性を発揮させうることが明らかであ
る。
As is evident from Table 4, the addition of a small amount of titanium significantly reduced the number of days required for apatite formation and increased the breaking strain of the material. From this result, according to the method of the present invention, by adding an appropriate amount of titanium, bone repair in vivo can be rapidly performed,
Moreover, it is clear that excellent flexibility can be exhibited.

【0028】[比較例]出発原料として、ナカライテス
ク社製のTEOS、同じくCa(NO32、同じく塩酸
(35%)を用いた。有機成分としてアルドリッチケミ
カル社製のPDMS(平均分子量1100)を用いた。
原料の配合組成はTEOSを1とするとき、PDMSが
0.109、Ca(NO32が0.15、水が2であ
る。
Comparative Example As a starting material, TEOS manufactured by Nacalai Tesque, Ca (NO 3 ) 2 , and hydrochloric acid (35%) were used. PDMS (average molecular weight 1100) manufactured by Aldrich Chemical Co., Ltd. was used as an organic component.
Assuming that TEOS is 1, the mixing ratio of the raw materials is 0.109 for PDMS, 0.15 for Ca (NO 3 ) 2 , and 2 for water.

【0029】先ずTEOSをIPA及びTHFの混合溶
媒に入れて、塩酸を触媒として激しく撹拌しながら蒸留
水を添加した。2時間の加水分解反応の後、PDMSを
添加した。15時間以上もの長時間撹拌した。続けて
1.5時間混合し、次にCa(NO32、蒸留水及びI
PAの混合液を添加して1時間撹拌した。このときの反
応溶液のpHは3.0ないし4.0であった。反応溶液
をプラスチック容器に入れて大気中40℃で1日放置し
て熟成した。溶媒の一部が蒸発して反応溶液はゲル状に
なった。このゲルを150℃で1日間加熱することによ
って、直径70mm、厚さ7mmの円盤が得られた。
First, TEOS was placed in a mixed solvent of IPA and THF, and distilled water was added with vigorous stirring using hydrochloric acid as a catalyst. After a 2 hour hydrolysis reaction, PDMS was added. The stirring was continued for as long as 15 hours or more. Continue to mix for 1.5 hours, then Ca (NO 3 ) 2 , distilled water and I
The mixture of PA was added and stirred for 1 hour. At this time, the pH of the reaction solution was 3.0 to 4.0. The reaction solution was put in a plastic container and left in the atmosphere at 40 ° C. for 1 day to ripen. A part of the solvent was evaporated and the reaction solution became a gel. By heating this gel at 150 ° C. for 1 day, a disk having a diameter of 70 mm and a thickness of 7 mm was obtained.

【0030】次に、JIS−K7113の1号型の打ち
抜き型を用いて、上記で得られた乾燥ゲル体からダンベ
ル型の試験片を作製した。試験片を標線間距離l0=2
0mmとなるようにインストロン型試験器(株式会社島
津製作所製AGS−10KNG)に取り付けた。そし
て、クロスヘッド速度を0.5mm/分とし、室温で破
壊が生じるまで引っ張り応力を加えて、実施例1と同様
にσ、破断歪み及びヤング率Eを求めた。その結果、σ
=12.16±2.64、破断歪み=23.27%、E
=151±44であった。尚、試験片の本数は8本とし
た。
Next, a dumbbell-shaped test piece was prepared from the dried gel obtained above using a No. 1 punching die of JIS-K7113. The test piece was placed at a distance between marked lines l 0 = 2.
It was attached to an Instron type tester (AGS-10KNG, manufactured by Shimadzu Corporation) so that the distance became 0 mm. Then, the crosshead speed was set to 0.5 mm / min, and a tensile stress was applied until breakage occurred at room temperature. As in Example 1, σ, breaking strain and Young's modulus E were determined. As a result, σ
= 12.16 ± 2.64, strain at break = 23.27%, E
= 151 ± 44. The number of test pieces was eight.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、所望
の力学的性質、例えば優れた柔軟性を備え、しかも表面
における骨形成能力に優れた材料を容易に得ることがで
きるので、骨治療に有益である。
As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain a material having desired mechanical properties, for example, excellent flexibility and excellent bone forming ability on the surface. Beneficial for treatment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態の材料の化学構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a chemical structure of a material of an embodiment.

【図2】カルシウム含有量を変化させた場合の応力−歪
み曲線を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a stress-strain curve when the calcium content is changed.

【図3】Si−PTMO含有量を変化させた場合の応力
−歪み曲線を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a stress-strain curve when the content of Si-PTMO is changed.

【図4】チタン含有量を変化させた場合の応力−歪み曲
線を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a stress-strain curve when the titanium content is changed.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式 【化1】(R1O)3-xR3 xSiR2NHCO-O-[(CH2)mO]n-NHCOR2SiR
3 x(OR1)3-x [式中、R1及びR3は同一又は異なるアルキル基、R2はア
ルキレン基、xは0又は2以下の整数、mは1以上の整
数、nは2以上の整数を表す。]で示されるアルコキシ
シラン末端ポリアルキレンオキシドの加水分解物
(A);(A)と結合している、オルガノアルコキシシ
ランSiR4 y(OR5)4-y[R4及びR5は互いに同一又は異なる
アルキル基、yは0又は3以下の整数を表す。]の加水
分解物(B);及びそれらいずれかの加水分解物の開裂
点に位置する酸素とイオン結合しているカルシウムイオ
ンを備えることを特徴とする生体活性無機・有機ハイブ
リッド材料。
(1) A compound represented by the general formula:1O)3-xRThree xSiRTwoNHCO-O-[(CHTwo)mO]n-NHCORTwoSiR
Three x(OR1)3-x  [Where R1And RThreeAre the same or different alkyl groups, RTwoIs
A alkylene group, x is an integer of 0 or 2 or less, and m is an integer of 1 or more.
The number and n represent an integer of 2 or more. An alkoxy represented by the formula:
Hydrolyzate of silane-terminated polyalkylene oxide
(A); an organoalkoxy bonded to (A)
Run SiRFour y(ORFive)4-y[RFourAnd RFiveAre the same or different from each other
The alkyl group, y represents 0 or an integer of 3 or less. ] Water
Cleavage (B); and cleavage of any hydrolyzate
Calcium ion ionically bonded to oxygen located at the point
Bioactive inorganic and organic hive characterized by comprising
Lid material.
【請求項2】更に前記(A)又は(B)のいずれかと結
合している、チタン化合物の加水分解物(C)を備える
請求項1に記載の材料。
2. The material according to claim 1, further comprising a hydrolyzate (C) of a titanium compound bonded to either (A) or (B).
【請求項3】更に、表面にアパタイトを主成分とする層
が形成された請求項1又は2に記載の材料。
3. The material according to claim 1, wherein a layer mainly composed of apatite is formed on the surface.
【請求項4】一般式 【化2】(R1O)3-xR3 xSiR2NHCO-O-[(CH2)mO]n-NHCOR2SiR
3 x(OR1)3-x [式中、R1及びR3 xは同一又は異なるアルキル基、R2
アルキレン基、xは0又は2以下の整数、mは1以上の
整数、nは2以上の整数を表す。]で示されるアルコキ
シシラン末端ポリアルキレンオキシド、及びオルガノア
ルコキシシランSiR4 y(OR5)4-y[R4及びR5は互いに同一
又は異なるアルキル基、yは0又は3以下の整数を表
す。]を含む溶液に加水分解性のカルシウム化合物を添
加し混合することを特徴とする生体活性無機・有機ハイ
ブリッド材料の製造方法。
(4) a compound represented by the general formula:1O)3-xRThree xSiRTwoNHCO-O-[(CHTwo)mO]n-NHCORTwoSiR
Three x(OR1)3-x  [Where R1And RThree xAre the same or different alkyl groups, RTwoIs
Alkylene group, x is an integer of 0 or 2 or less, m is 1 or more
An integer, n represents an integer of 2 or more. Alkoki]
Sisilane-terminated polyalkylene oxide and organoa
Lucoxysilane SiRFour y(ORFive)4-y[RFourAnd RFiveAre identical to each other
Or a different alkyl group, y represents 0 or an integer of 3 or less.
You. ] With a hydrolyzable calcium compound
Bioactive inorganic / organic high, characterized by adding and mixing
Manufacturing method of brid material.
【請求項5】前記アルコキシシラン末端ポリアルキレン
オキシドがトリエトキシシラン末端ポリテトラメチレン
オキシド(Si−PTMO)である請求項4に記載の方
法。
5. The method of claim 4 wherein said alkoxysilane terminated polyalkylene oxide is triethoxysilane terminated polytetramethylene oxide (Si-PTMO).
【請求項6】前記Si−PTMOが、ポリテトラメチレ
ンオキシドとイソシアナートプロピルトリエトキシシラ
ンとから合成される請求項5に記載の方法。
6. The method according to claim 5, wherein said Si-PTMO is synthesized from polytetramethylene oxide and isocyanatopropyltriethoxysilane.
【請求項7】前記溶液にカルシウム化合物を添加する前
に加水分解性のチタン化合物を添加する請求項4に記載
の方法。
7. The method according to claim 4, wherein a hydrolyzable titanium compound is added to the solution before adding the calcium compound.
【請求項8】更に、混合後に混合物を、アパタイトの溶
解度以上のカルシウムCaとリンPを含む水溶液中に浸
けることにより、表面にアパタイトを主成分とする層を
形成する請求項5〜7のいずれかに記載の方法。
8. A layer comprising apatite as a main component on the surface by immersing the mixture in an aqueous solution containing calcium Ca and phosphorus P having a solubility equal to or higher than the solubility of apatite. The method described in Crab.
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