JP2001198208A

JP2001198208A - リン酸カルシウム系生体用セラミック焼結体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001198208A
Application number: JP2000010943A
Authority: JP
Inventors: Junzo Tanaka; 順三田中; Masanori Kikuchi; 正紀菊池; Toshiyuki Ikoma; 俊之生駒; Akimichi Hojo; 顯道北條; Koichi Imura; 浩一井村; Hideo Uemoto; 英雄上本; Hiroshi Yamazaki; 拓山崎; Masami Kinoshita; 雅実木下; Nobuaki Minowa; 信昭蓑輪
Original assignee: National Institute for Research in Inorganic Material; Toshiba Denko Co Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Toshiba Denko Co Ltd; National Institute for Materials Science
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2001-07-24
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JP3718708B2

Abstract

(57)【要約】【課題】細胞や組織との初期接着をよくする。【解決手段】金属イオン（たとえば亜鉛イオン）によ
り焼結体を表面修飾して、骨の再生成長を促す高分子
（たとえばコラーゲン）を焼結体表面に配置したリン酸
カルシウム系生体用セラミック焼結体とその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、骨や歯の置換材、
修復材、薬剤徐放性基材、骨もしくは軟骨組織等の培養
容器あるいは誘導容器として利用できるリン酸カルシウ
ム系生体用セラミック焼結体とその製造方法に関し、さ
らに詳しくは、生体との親和性や骨形成に必要な細胞侵
入性、強度などの特性が優れている多孔質構造を持つリ
ン酸カルシウム系生体用セラミック焼結体とその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】歯科、脳外科、形成外科、整形外科など
で、人工骨、人工歯、骨類の補填などに用いられる材料
（以下「骨補填材」という）としては、毒性がなく、機
械的強度が十分で、生体組織と親和性が高く結合しやす
いと共に、生体内で自然に消滅し、新生骨と自然に置き
かえられるものが好ましい。

【０００３】このような観点から、リン酸カルシウム化
合物からなる多孔質構造の骨補填材が用いられる。

【０００４】多孔質構造を持つ骨補填材の製造方法とし
て、原料粉末と熱分解物質を混合し、所定の形状に成形
した後、加熱して熱分解物質の除去と原料粉末の焼結を
行う方法が知られている（特開昭６０−２１７６３号公
報、特開昭６０−１６８７９号公報）。

【０００５】しかしながら、これらの従来公知の製造方
法では、気孔を形成するために添加した熱分解物質が必
ずしも満遍なく接触するとは限らず、したがって、形成
された気孔の大部分は独立した気孔となり易い。また、
形成された隣接気孔同士が接しており、連続していたと
しても、各気孔の連通する部分（以下「連通部」又は
「連通部分」という）の断面積が小さくなる。このよう
な気孔構造では、生体内に補填しても、各気孔内に満遍
なく骨生成に必要な細胞（骨芽細胞等）を侵入させるこ
とが困難である。

【０００６】そこで、連通部の断面積を大きくする目的
で、可燃性の球状粒子の表面をバインダーで被覆し、こ
の粒子の集合物を成形型内に収納して加圧し、各粒子の
表面部分とその周囲に隣接配置される他の粒子の表面と
を接触固定した後、同粒子間に存在する隙間部分に、リ
ン酸カルシウム系粉末を懸濁させたスラリーを充填し、
これを乾燥して、固化した後、加熱して、可燃性の球状
粒子およびバインダーを熱分解して除去し、しかる後、
焼結する方法が知られている（特開平７−２９１７５９
号公報）。

【０００７】この方法で製造される多孔質構造の骨補填
材は、十分な連通部の断面積を持っている。

【０００８】しかしながら、可燃性の球状粒子を加圧に
より接触固定する方法において、加圧する圧力を制限
し、スプリングバックによる多孔質構造の破壊について
は、一応考慮はされているものの、乾燥時に固定された
可燃性球状粒子の寸法変化はほとんど生じないにもかか
わらず、スラリーから水分が除かれ粉体の充填状態が変
化する際に大きな収縮が生じるために、多孔質体を構成
する骨格部分に破壊が生じ易いという問題は考慮されて
いない。

【０００９】さらに、固定された可燃性球状粒子が熱分
解され除去されるに至る温度上昇過程において固定され
た可燃性球状粒子は大きな熱膨張を起こすが、原料粉末
の充填体からなる多孔質体を構成する骨格部分にはあま
り熱膨張が生じず、そのため、熱膨張差が大きくなり、
その結果、多孔質体を構成する骨格部分に破壊が生じ易
いという問題も、考慮されていない。

【００１０】さらに、可燃性球状粒子やバインダーが熱
分解する際に大量のガスが発生し、外部に逃げ切れず、
その圧力によって多孔質体の内部に亀裂が生じるという
問題についても考慮されていない。

【００１１】それゆえ、このような従来方法では、十分
な機械的強度を発現することは困難である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、細胞や組織との初期接着をよくすることである。

【００１３】本発明は、さらに、機械的強度が十分で、
生体親和性が高く、大半の気孔が満遍なく連通状態にあ
り、かつ大半の気孔内に骨芽細胞等が侵入しやすい多孔
質構造を持つリン酸カルシウム系生体用セラミック焼結
体およびその製造方法を提供することを目的としてい
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の解決手段は、請
求項１〜２５に記載されたリン酸カルシウム系生体用セ
ラミック焼結体とその製造方法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、金属イオン（たとえば
亜鉛、マグネシウム、鉄、ニッケル、カドミウム、鉛、
カルシウム、ストロンチウム、バリウムのイオン）によ
り焼結体を表面修飾して、骨の再生成長を促す高分子
（たとえばコラーゲン）を焼結体の表面に配置したリン
酸カルシウム系生体用セラミック焼結体を提供する。

【００１６】このようなセラミック焼結体は、リン酸カ
ルシウム系多孔質焼結体が、リン酸カルシウムからな
り、結晶体、同型固溶体、置換型固溶体、侵入型固溶体
のいずれかであり、非化学量論的欠陥を含み得るもので
あることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記
載のリン酸カルシウム系生体用セラミック焼結体によっ
て製造することができる。

【００１７】金属イオン修飾によるリン酸カルシウム系
生体用セラミックス焼結体の高分子コートについて説明
する。

【００１８】骨代替材料などとしてリン酸カルシウムの
焼結体あるいは多孔体を生体内に埋入するとき、治癒速
度を早めるため細胞や組織との初期接着をよくすること
が望ましい。そのため、リン酸カルシウムの表面をコラ
ーゲンの高分子で化学修飾する。安定にコラーゲン分子
をリン酸カルシウムの表面に結合させるのである。有機
物と結合しやすい金属イオンを化学修飾して、その上に
有機物を結合させるのである。

【００１９】コラーゲンは、現在、化粧品や食品添加
物、人工臓器などに利用され注目をあびている。コラー
ゲンとは、人間や動物の身体の中にあるタンパク質の１
種である。コラーゲンは細胞を支えたり、結びつけた
り、境目を作ったりする働きがある。コラーゲンは、骨
や皮膚、腱などに多く含まれている。その他にも、血管
や肺、肝臓、腎臓等にもコラーゲンは、含まれている。

【００２０】コラーゲンが化粧品に使われている理由
は、保湿性があることと、もともと人体にあるものであ
るということである。

【００２１】コラーゲンは構造の違いで１９種類に型に
わけられている。その中で皮膚や骨の腱の主成分のコラ
ーゲンである１型コラーゲンの分解に注目している。１
型コラーゲンの分解は摘出しにくいので、抗原抗体反応
を利用して摘出するのが好ましい。たとえば、ウサギに
抗原を注射して、抗体を作らせて、その抗体を取り出し
て摘出することができる。魚のコラーゲンの分解も利用
可能である。

【００２２】本発明によるリン酸カルシウム系生体用セ
ラミック焼結体それ自体の好ましい例は、球状の気孔が
多孔質焼結体のほぼ全体にわたって連通している。その
気孔率は、５５％以上９０％以下（好ましくは６０〜８
５％）である。かつ、気孔間の連通部分の平均的な直径
は、５０μｍ以上（好ましくは１００〜４０００μｍ）
である。気孔径は、１５０μｍ以上（好ましくは２００
〜５０００μｍ）である。三点曲げ強さは、５ＭＰａ以
上（好ましくは１０ＭＰａ以上）である。

【００２３】本発明の基体であるリン酸カルシウム系多
孔質焼結体の好ましい例は、上記のような構成上の特徴
を持つために、機械的強度が十分で、生体組織と親和性
が高く結合しやすいと共に、生体内で自然に消滅し、新
生骨と自然に置きかえられる特性を持っている。

【００２４】また、薬剤徐放性基材として用いられる場
合にも、薬剤を十分に保持しうる大量の気孔と、薬剤を
徐々に放出するのに有効な、気孔間の連通部を有してお
り、かつ、十分な強度を保有している。

【００２５】ここで、気孔率を５５％以上９０％以下と
した理由を述べる。

【００２６】気孔率が５５％未満では、隣接する気孔間
にできる連通部の断面積が小さくなり、あるいは、独立
した気孔が過度に多く存在するようになり、骨補填材と
して用いられる場合、本発明のリン酸カルシウム系多孔
質焼結体の内部に十分な量の骨芽細胞等を取り込むこと
が困難となり、薬剤徐放性基材として用いられる場合、
薬剤を十分に保持しうる気孔が確保しがたくなる。

【００２７】気孔率が９０％を超えると、リン酸カルシ
ウム系多孔質焼結体の強度が著しく低下する。

【００２８】また、気孔間の連通部の平均的な直径を５
０μｍ以上としたのは、５０μｍ未満であると、骨形成
に必要な細胞侵入性が得られないためである。気孔間の
連通部の平均的な直径の上限は特に限定されないが、８
ｍｍ程度の直径も実施可能である。

【００２９】なお、気孔間の連通部の平均的な直径は、
水銀圧入法で測定する。また、連通部の直径が大きすぎ
て水銀圧入法が適用できない場合、多孔質焼結体の断面
部を顕微鏡で観察し連通部の直径を観測して、気孔間の
連通部の平均的な直径を面積平均径として算出する。

【００３０】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の気孔径
を１５０μｍ以上としたのは、１５０μｍ未満では、気
孔間の連通部分の平均的な直径を５０μｍ以上とするこ
とが困難であるためである。気孔径の上限は特に限定し
ていないが、１０ｍｍ程度の気孔径も実施可能である。
好ましい気孔径は、２００〜５０００μｍである。

【００３１】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の三点曲
げ強さを５ＭＰａ以上としたのは、５ＭＰａ未満では、
本発明のリン酸カルシウム系多孔質焼結体の所望の用途
において、機械的強度が不十分なためである。三点曲げ
強さの上限は特に限定されないが、１００ＭＰａ程度の
強度も実施可能である。

【００３２】本発明による好ましいリン酸カルシウム系
焼結体においては、リン酸カルシウム系多孔質焼結体の
骨格部分が概略緻密化したリン酸カルシウム系焼結体か
らなり、その表面部分が、微細な凹凸、もしくはリン酸
カルシウム系の多孔質焼結体より成る層を有する。それ
により、リン酸カルシウム系多孔質焼結体の比表面積が
０．１ｍ²／ｇ以上になっている。

【００３３】リン酸カルシウム系多孔質焼結体が骨補填
材などの用途に使用される場合、骨生成を助ける薬剤を
吸着させることが一般的である。その際、十分な吸着量
を得るためには、比表面積を０．１ｍ²／ｇ以上（とく
に０．２ｍ²／ｇ以上）とすることが望ましい。この観
点から、リン酸カルシウム系多孔質焼結体の骨格部分が
概略緻密化したリン酸カルシウム系焼結体からなり、そ
の表面部分が、適度な微細な凹凸、もしくはリン酸カル
シウム系の多孔質焼結体より成る層を有する。そのよう
な表面部分の構造により、比表面積は増加するが、著し
い強度の低下は起こらない。そのため、良好な骨補填材
を得ることができる。

【００３４】さらに、骨補填材用途の場合、リン酸カル
シウム多孔質焼結体の骨格部分の表面に微細な凹凸（気
孔も含む）が存在すると、そこに破骨細胞や骨芽細胞な
どがとりついて活動しやすくなり、ひいては、生体内で
自然に消滅し、新生骨と自然に置きかえられやすくな
る。リン酸カルシウム系多孔質焼結体の骨格部分の表面
が、適度に微細な凹凸、もしくは、リン酸カルシウム系
の多孔質焼結体より成る層を有すると、微細な凹凸が補
填骨について効果的に機能する。比表面積の上限は特に
限定されないが、１００ｍ²／ｇ程度の比表面積も実施
可能である。

【００３５】リン酸カルシウム系多孔質焼結体は、例え
ば、ＣａＨＰＯ₄、Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂、Ｃａ₅（ＰＯ
₄）₃ＯＨ、Ｃａ₄Ｏ（ＰＯ₄）₂、Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）
₆（ＯＨ）₂、ＣａＰ₄Ｏ₁₁、Ｃａ（ＰＯ₃）₂、Ｃａ
₂Ｐ₂Ｏ₇、Ｃａ（Ｈ₂ＰＯ ₄）₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇、
Ｃａ（Ｈ₂ＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏ等を主成分とする多孔質
焼結体であり、リン酸カルシウムと称される１群の化合
物からなる多孔質焼結体を含む。

【００３６】また、このリン酸カルシウム系多孔質焼結
体を構成する、リン酸カルシウムと称される１群の化合
物は、そのＣａ成分の一部が、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｆ
ｅ、Ａｌ、Ｙ、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｐ
ｂ、Ｃｄ、Ｈおよび、この他の希土類から選ばれる一種
以上で置換されてもよい。また、（ＰＯ₄）成分の一部
が、ＶＯ₄、ＢＯ₃、ＳＯ₄、ＣＯ₃、ＳｉＯ₄などか
ら選ばれる一種以上で置換されても良い。さらに、（Ｏ
Ｈ）成分の一部が、Ｆ、Ｃｌ、Ｏ、ＣＯ₃、Ｉ、Ｂｒか
ら選ばれる一種以上で置換されても良い。

【００３７】なお、これらのリン酸カルシウムと称され
る１群の化合物は、通常の結晶体のほかに、同型固溶
体、置換型固溶体、侵入型固溶体のいずれかであっても
良く、非化学量論的欠陥を含むものであっても良い。

【００３８】前述のリン酸カルシウム系多孔質焼結体
は、後述のリン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造方法
により提供される。

【００３９】たとえば、そのような製造方法の好適な例
は、リン酸カルシウム系粉末および架橋重合により硬化
し得る有機物質を溶媒に分散または溶解させたスラリー
を調整する工程と、このスラリーに起泡剤を添加し攪拌
および／または気体導入により所定の容積まで起泡し、
泡沫状態のスラリーとする工程と、泡沫状態のスラリー
に架橋剤および／または架橋開始剤を添加して混合し、
型内に導入して架橋重合により硬化し成形体とする工程
と、この成形体を乾燥し、焼結する工程を含むものであ
る。なお、前述のスラリー中には、分散剤、整泡剤、増
粘剤などを添加してもよい。

【００４０】架橋重合により硬化し得る有機物質は、ポ
リビニルアルコール、メタクリル酸メチル、メチルセル
ローズ等のほか、種々の架橋重合性を有する物質を用い
ることが可能である。特に、アミノ基を含む線状、分枝
状、ブロック状形態を有するポリマーは、カチオン性に
富み、原料粉末の分散にも寄与して良好なスラリーを作
製することができ、かつ後述する架橋剤と併用して良好
な架橋重合体を得ることができるために好ましい。

【００４１】架橋剤は選択された架橋重合性物質を架橋
する物であれば任意のものを使用することができる。特
に、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリプ
ロピレンイミン等のような、アミノ基を持つ架橋重合性
を有する有機物質を用いる場合には、ソルビトールポリ
グリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジル
エーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテ
ル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、グルセロ
ールポリグリシジルエーテル、ポリメチロールプロパン
ポリグリシジルエーテル等のエポキシ基を２以上持つエ
ポキシ化合物を用いることが好ましい。

【００４２】起泡剤としては、陰イオン性、陽イオン
性、両イオン性、ノニオン性の界面活性剤を用いること
ができる。ただし、特に架橋重合性を有する有機物質に
ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、プロピレン
イミン等のようにアミノ基を含む線状、分岐状、ブロッ
ク状形態のポリマーを選択した場合、陰イオン性界面活
性剤を用いると、そのイオン性の違いから、イオンコン
プレックスを形成し、起泡操作が困難になる場合があ
り、この場合には、陰イオン界面活性剤を使用すること
は望ましくない。

【００４３】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の骨格部
分が概略緻密化したリン酸カルシウム系焼結体からな
り、その表面部分が微細な凹凸もしくはリン酸カルシウ
ム系の多孔質焼結体より成る層を有し、リン酸カルシウ
ム系多孔質焼結体の比表面積が０．１ｍ²／ｇ以上であ
るリン酸カルシウム系多孔質焼結体は、次に説明する方
法によって製造できる。

【００４４】たとえば、リン酸カルシウム系多孔質焼結
体の、概略緻密化したリン酸カルシウム系焼結体より成
る骨格部分の表面を、酸によりエッチングし、骨格部分
の表面に微細な凹凸を設ける。概略緻密化したリン酸カ
ルシウム系焼結体の骨格部分の表面は酸によるエッチン
グを受けて、粒界部分が溶解し、その結果、微細な凹凸
が骨格部分の表面に形成される。エッチングに用いる酸
は、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、クエン酸などの
ほか、各種酸を用いることができる。また、エッチング
液のｐＨは特に規定しない。酸の種類、濃度によりエッ
チング速度が異なるため、条件を調節する。ただし、こ
こで述べた方法では、過度にエッチングを行うと、リン
酸カルシウム系多孔質焼結体の強度が低下するため、リ
ン酸カルシウム系多孔質焼結体を構成する結晶粒子の大
きさによっても異なるが、結晶粒子径が１μｍの場合、
０．３ｍ²／ｇ以下とすることが望ましい。

【００４５】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造方
法は、次のようなエッチング法を採用するのが好まし
い。すなわち、酸によるエッチング工程が、酸流路内に
流路を遮るように設置されたリン酸カルシウム系多孔質
焼結体の気孔内に酸を流通させる工程から成るのが好ま
しい。酸中にリン酸カルシウム系多孔質焼結体を浸漬し
た場合、多孔質焼結体表面部分はエッチングが著しい
が、多孔質焼結体内部のエッチングはあまり進行しない
が、本発明のようなエッチング工程を採用すれば、リン
酸カルシウム系多孔質焼結体の内部まで均一にエッチン
グを施すことが容易である。

【００４６】なお、酸エッチングの後、イオン交換水な
どを流通させ十分に酸を洗い流し、さらに、乾燥後に熱
処理を施して、表面に吸着残存している酸成分を除去す
る工程を設けることが更に望ましい。

【００４７】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造方
法の別の好ましい形態においては、リン酸カルシウム系
多孔質焼結体の骨格部分の表面に、新たにリン酸カルシ
ウム系粉末を含むスラリーを付着させ、乾燥し、焼結す
る。このようにして、リン酸カルシウム系多孔質焼結体
の骨格部分の表面にリン酸カルシウム系焼結体の層を設
ける。その新たに設けたリン酸カルシウム系焼結体の層
は、リン酸カルシウム系粉末の組成によっても異なる
が、その焼結温度により多孔質にも緻密質にもすること
ができる。多孔質の場合、内部に概略緻密な骨格部分を
含んでいるために、強度の低下を引き起こすことなく、
骨格部分の表面にリン酸カルシウム系の多孔質焼結体よ
り成る層を設けることができ、本発明のリン酸カルシウ
ム系多孔質焼結体の比表面積を増やすことができる。緻
密質の場合、スラリーはエッジ形状を持つ連通部分に付
着しにくいために、リン酸カルシウム系多孔質焼結体の
断面形状が円形に近くなる。このために、連通部分の平
均的な直径を著しく小さくすることなく、機械的強度の
向上をはかることができる。

【００４８】リン酸カルシウム系粉末は、例えば、Ｃａ
ＨＰＯ₄、Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂、Ｃａ₅（ＰＯ₄）₃Ｏ
Ｈ、Ｃａ₄Ｏ（ＰＯ₄）₂、Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）₆（Ｏ
Ｈ）₂、ＣａＰ₄Ｏ₁₁、Ｃａ（ＰＯ₃）₂、Ｃａ₂Ｐ₂
Ｏ₇、Ｃａ（Ｈ₂ＰＯ₄）₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇、Ｃａ
（Ｈ₂ＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏ等を主成分とする粉末であ
り、リン酸カルシウムと称される１群の化合物からなる
粉末も含む。

【００４９】また、このリン酸カルシウム系粉末を構成
する、リン酸カルシウムと称される１群の化合物は、そ
のＣａ成分の一部が、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ、
Ｙ、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、
Ｈ、および、この他の希土類から選ばれる一種以上で置
換されても良い。また、（ＰＯ₄）成分の一部が、ＶＯ
₄、ＢＯ₃、ＳＯ₄、ＣＯ₃、ＳｉＯ₄から選ばれる一
種以上で置換されても良い。

【００５０】さらに、（ＯＨ）成分の一部が、Ｆ、Ｃ
ｌ、Ｏ、ＣＯ₃、Ｉ、Ｂｒから選ばれる一種以上で置換
されても良い。

【００５１】なお、これらのリン酸カルシウムと称され
る１群の化合物は、通常の結晶体のほかに、同型固溶
体、置換型固溶体、侵入型固溶体のいずれであっても良
く、非化学量論的欠陥を含むものであっても良い。

【００５２】なお、本発明によるリン酸カルシウム系多
孔質焼結体の表面部分に、骨生成を促進する薬剤や他の
効果をもつ薬剤を吸着させることも可能である。さら
に、気孔の内部に骨生成を促進する薬剤や他の効果をも
つ薬剤を包含させることも可能である。

【００５３】また、本発明によるリン酸カルシウム系多
孔質焼結体の表面部分を、コラーゲンなどの蛋白質を含
む生体親和性の高い有機物質で被覆して使用することも
できる。

【００５４】更に、本発明のリン酸カルシウム系多孔質
焼結体の生分解特性は、リン酸カルシウム系多孔質焼結
体の骨格部分を構成する結晶粒子の制御、あるいは、粒
子間境界に炭酸イオンなど析出させることにより、制御
することが可能である。例えば、骨新生に必要な期間、
多くの場合２ヶ月間から５年間の間に徐々に分解する、
生分解特性を付与することができる。

【００５５】本発明の好ましい製造方法の一形態では、
先ず、リン酸カルシウム系粉末および架橋重合により硬
化し得る有機物質を溶媒に分散または溶解させたスラリ
ーを調整する。ここで、ボールミル等を用いて原料粉末
を分散し、架橋重合により硬化し得る有機物質を溶媒に
分散または溶解させてスラリーとする。このスラリーに
起泡剤を添加し撹拌および／または気体導入により所定
の容積まで起泡し、泡沫状態のスラリーとする。次い
で、泡沫状態のスラリーに架橋剤および／または架橋開
始剤を添加して混合し、型内に導入して架橋重合により
硬化し成形体とする。起泡後、架橋重合により流動性を
失うまでの間に、隣接する泡間の接触部分から泡同士の
三重点（陵部）、四重点（頂点部分）に向けて原料粉末
や溶媒などの排出が起こり、スラリーが流動性を失う時
点と前後して、接触部分の液膜が壊れ、気孔間の連通部
分が形成される。

【００５６】この成形体を乾燥し、焼結して、リン酸カ
ルシウム系多孔質焼結体とする。その際、乾燥は、加湿
下で実施することが望ましい。急激な水分の減少により
成形体内部と外部の寸法差が生じ、亀裂が発生すること
を防止するためである。焼結は、８００℃以上１３００
℃以下で実施することが好ましい。

【００５７】気孔間の連通が本発明のリン酸カルシウム
系多孔質焼結体全体に満遍なく起こるようにするには、
気孔率を５５％以上とすることが好ましい。満遍なく気
孔が連通する条件は、パーコレーション現象が絡んでお
り、ある気孔率から劇的に連通部分が多くなるが、気孔
率５５％以上では、安定してリン酸カルシウム系多孔質
焼結体全体に連通が満遍なく起こるようにしやすい。

【００５８】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の気孔率
は、主としてスラリー中への気体の導入量、乾燥による
収縮、焼結による収縮によって決まるが、乾燥収縮およ
び焼結収縮を予め求めておけば、リン酸カルシウム系多
孔質焼結体の気孔率は、スラリー中への気体の導入量で
制御できる。

【００５９】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の気孔径
は、起泡剤として添加する界面活性剤の種類や濃度、ス
ラリーの粘弾性や、架橋重合により泡沫状のスラリーが
流動性を失うまでの時間により制御できる。

【００６０】従って、本発明によるリン酸カルシウム系
多孔質焼結体の製造方法によれば、生体内に補填したと
きに各気孔内に満遍なく骨芽細胞等を侵入させることが
可能な骨補填材を容易に製造することができる。

【００６１】なお、生体への害毒がないこと、およびコ
ラーゲンとの結合強度の大きいことを考慮すると金属イ
オンは亜鉛イオンが最も適する。

【００６２】さらに本発明を別の観点から説明する。

【００６３】本発明は、高分子の官能基（例えばカルボ
キシル基・水酸基・アミン基・スルホニル基など）と各
種金属イオンとの化学結合を利用したセラミックス表面
への高分子修飾技術と得られた生体活性セラミックスを
提供するものである。

【００６４】結合材である金属イオンとして、亜鉛・マ
グネシウム・鉄・ニッケル・カドミウム・鉛・カルシウ
ム・ストロンチウム・バリウムなどを用いる。基材とな
る生体セラミックスとして、アパタイトなどのリン酸カ
ルシウム、アルミナ・ジルコニアなどの酸化物、あるい
は金属表面を酸化した改質金属でもよい。用いる基材セ
ラミックスとしては、リン酸カルシウムの焼結体・多孔
質体が望ましい。表面に修飾する高分子として、側鎖に
上記の官能基をもつタンパク質、多糖類などを用いる。
結合材の金属イオンと基材酸化物の表面におけるモル置
換比は０．０１／０．９９〜０．１／０．９を範囲とす
る。金属イオンはセラミックス基材の表面から０．１ナ
ノメートル以上、１０ミクロン以下で分布させる。高分
子は単層でもよく多層でもよい。

【００６５】結合材である金属イオンを基材セラミック
スの表面部分にイオン交換による修飾または高温焼成に
より析出させる。基材の表面から０．１ナノメートル以
上、１０ミクロン以下に各種金属イオンを分布させる。
高分子を水などの溶媒にとかし、表面に金属イオンが分
布した基材に浸漬して、高分子−金属−セラミックス基
材を配位結合・共有結合などで方向と結合強度を制御し
て結合させる。アパタイトの場合、高分子官能基と金属
イオンの結合は、Ｃａ＜＜Ｍｇ＝Ｆｅ＜Ｚｎの順で大き
くなる。

【００６６】本発明は、細胞の足場となる高分子を強固
に結合した表面修飾材料を提供することにより骨治癒の
効果を高めることができる。すなわち、材料の表面に各
種金属イオンを分布させることで、高分子材料とセラミ
ックス基材の問に強い配位結合・共有結合を導入するこ
とができ、セラミックス基材の上に高分子が強固に結合
した材料を作製することができる。得られた材料の表面
は生体組織に類似しているため細胞や組織を人工材料と
早期に結合させることが可能になる。術後２〜３ヶ月以
内の初期において細胞接着・組織の再生を促進する。

【００６７】本発明による焼結体は、骨誘導および骨伝
導能をもつ生体骨置換型骨再建材として利用法できる。
骨粗鬆症・骨欠損の補填材としても利用できる。人工骨
髄培養容器としても利用できる。さらに幹細胞や肝臓組
織などの培養容器や、抗癌剤などの生体融和型薬剤徐放
性基材としても利用できる。

【００６８】本発明の代表的な製法を説明する。

【００６９】リン酸カルシウムを湿式合成する際に塩化
亜鉛を加えることで、カルシウムの一部を金属イオンで
置換したリン酸カルシウム沈殿物を作成する。亜鉛とカ
ルシウムのモル比は０．０１／９９．９９とする。得ら
れた沈殿を濾過、乾燥、仮焼、造粒を行なう。１次成形
した後、１２００℃で焼成して亜鉛イオンを粒子表面に
偏析させた焼糖体を作製する。１次成形を行う際に緻密
体にすることも可能であり、多孔体にすることも可能で
ある。亜鉛イオンは粒界拡散により焼結体試料の表面あ
るいは多孔体の空孔表面に偏析する。２次イオン質量分
析法により表面ではリン酸カルシウムのカルシウムイオ
ンの１％が亜鉛イオンに置き換わる。

【００７０】また、純粋なリン酸カルシウム多孔質体を
作製し、亜鉛イオンを含んだ溶液中に１分から２４時間
浸漬した、表面のカルシウムイオンを亜鉛イオンで置換
する。２４時間の処理の場合、表面のカルシウムイオン
の５０％が亜鉛イオンに置換する。その材料を２００℃
で乾燥した後、２００℃〜１４００1℃で焼成して表面
に亜鉛イオンが置換した焼結体を作製する。亜鉛イオン
は内部に拡散するとともに非晶質化した表面を結晶化さ
せることができ、亜鉛イオンが表面に強固に固着する。

【００７１】上記の方法で得られた組成傾斜型焼結体に
コラーゲンを液相吸着させて、リン酸カルシウムと高分
子の間に共有結合を形成する。

【００７２】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００７３】まず、アパタイト・コラーゲンの自己組織
化によりリン酸カルシウム系生体用セラミック焼結体を
表面修飾することについて説明する。

【００７４】水酸アパタイトとＩ型コラーゲンを混合す
ると、アパタイト結晶（Ｃ軸）がコラーゲン繊維軸に沿
って配向して整列する。このことは電子線回折から明ら
かにできる。

【００７５】Ｉ型コラーゲンは、官能基としてカルボキ
シル基（−ＣＯＯ）を側鎖に持っている。このカルボキ
シル基がアパタイトと化学結合を形成して勝手に（自己
組織化的に）配向する。

【００７６】水酸アパタイトの表面Ａは一般にカルシウ
ムが多い表面である。実際、水酸アパタイト単結晶の表
面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察すると、約１／３
の周期を持ったステップテラスが観測される。結晶構造
から考えて、カルシウムイオンが表面Ａに存在すると考
えられる。したがって、アパタイト表面Ａとコラーゲン
は｛リン酸イオンーカルシウム（金属イオン）一カルボ
キシル基｝のように金属イオンを介して結合する。

【００７７】カルボキシル基と金属イオンの化学結合に
ついて計算によって検討する。

【００７８】図１は、アパタイトの表面を示す。図２は
図１を横から見た図である。図１において、紙面に対し
て垂直（見ている方向）にＣ軸が存在する。リン酸基は
四面体を形成し、図１の「ｓｕｒｆａｃｅｃ」の線上
（その下が表面）で黒く塗りつぶしてある。このリン酸
基（ＰＯ₄）の酸素原子の内、表面に最も近い２個の酸
素が紙面に対して垂直に配置している。この２個の酸素
原子に対してカルシウムイオン（灰色の○）が結合す
る。さらに、このカルシウムイオンはカルボキシル基
と、図１の下のように結合をつくる。カルシウムの周囲
に酸素が４個存在する。その４個の酸素は４面体を作っ
ている。カルシウムは４面体の中央に位置して、ｄｓｐ
３混成軌道を形成することによってその周囲の４個の酸
素と結合する。すなわち、アパタイトとカルボキシル基
は共有結合を形成し、方向性をもっている。

【００７９】結合が最も強くなる所は、カルシウムイオ
ンの場合、カルボキシル基の炭素イオンから２．４オン
グストローム離れた位置にある。同様に、亜鉛・マグネ
シウム・鉄イオンなどに対しても計算を行なうと、結合
の強さはＣａ《Ｍｇ＝Ｆｅ＜Ｚｎの順に大きくなり、亜
鉛が最も強い結合を示す。亜鉛は、カルシウムと比べて
約３倍の結合強度を示す。結合距離はカルシウムイオン
に比べて少し短く、２．０オングストロームで最大であ
った。

【００８０】以上の結果から、亜鉛を水酸アパタイト表
面に修飾することによって、アパタイト・コラーゲンの
結合が強くなり、Ｃａ《Ｍｇ＝Ｆｅ＜Ｚｎの順で表面修
飾に適していると結論される。

【００８１】本発明の好適な実施例による２種類の主な
セラミック焼結体の製法１及び２を説明する。そして、
製法１及び２で得られた表面のイオン分布の厚さと形態
について説明する。

【００８２】製法１（１）リン酸カルシウムを湿式合成する際に目的金属イ
オンを含んだ塩を同時に加えることで、カルシウムの一
部が金属イオンに置換したリン酸カルシウム沈殿を得
る。加える金属イオンとカルシウムのモル比は０．０１
／９９．９９〜０．１／０．９の範囲とする。

【００８３】（２）得られた沈殿を濾過、乾燥、仮焼、
造粒する。仮焼すると、リン酸カルシウムの構造が安定
化するため、構造を不安定にする金属イオンは粒子表面
に偏析する。その結果、金属イオンはリン酸カルシウム
の表面に近いところで高くなり傾斜化された粒子とな
る。内部の含有量は少なくなる。金属イオンが偏析した
表面の厚さは０．１ナノメートルから１０ミクロン以下
である。粒子系に依存する。

【００８４】（３）その後、粉末を成型、焼成すること
で、焼結体（緻密体、多孔体）を得る。金属イオンは前
述の（２）と同じ原理により、粒界拡散で焼結体試料の
表面あるいは空孔表面に偏析する。この時、焼結体表面
の金属イオン濃度はリン酸カルシウム粒子内部の金属イ
オンの濃度に比較して２倍〜１００万倍になる。温度と
処理時間、及び金属イオンに依存して変化する。結晶面
ではリン酸カルシウム中のカルシウムの１〜１００％が
金属イオンに置き換わった表面になる。

【００８５】製法２（１）純粋なリン酸カルシウム焼結体の基体を作製す
る。

【００８６】（２）得られた焼結体を金属イオンを含ん
だ水溶液中に１分〜２４時間浸漬し、リン酸カルシウム
の焼結体表面のカルシウムイオンを目的とする金属イオ
ンに置換する。２４時間の処理により焼結体表面のカル
シウムイオンの１０〜５０％が置換する。この時、金属
イオンの種類によっては最表面の結晶が非晶質化するこ
ともある。放置して乾燥するか、必要に応じて５０℃〜
２００℃で加熱する。

【００８７】（３）表面が金属イオンに置換した焼結体
を２００℃〜１４００℃で焼成し、金属イオンの拡散を
行うと同時に非晶質化した表面を結晶化させる。金属イ
オンが表面に固体化される。（２）のままで使用するこ
とも可能。

【００８８】上記製法１及び２で得られた組成傾斜型焼
結体に高分子を液相吸着させる。修飾した金属イオンに
よって、カルシウムイオンに比べて、無機／有機界面の
配位結合性が強くなり、高分子を焼結体表面に強固に修
飾することが可能となる。

【００８９】コラーゲンの場合、金属イオンとしてＣａ
《Ｍｇ＝Ｆｅ＜Ｚｎの順で結合が大きくなる。

【００９０】前述のリン酸カルシウム系多孔質焼結体の
製法の他の例を説明する。これらの製法により得られた
焼結体についても、金属イオン（たとえば亜鉛イオン）
により表面修飾して、骨の再生成長を促す高分子（たと
えばコラーゲン）を焼結体の表面に配置することが可能
である。

【００９１】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造例
１先ず、原料粉末として水酸アパタイト粉末１００ｇ、溶
媒としてイオン交換水８０ｇ、架橋重合性を有する有機
物質としてポリエチレンイミン（固形分６０％、数平均
分子量８０００〜１０５００）１２ｇを用いて、それら
をボールミルで５時間混合してスラリーを作製した。上
記と同じ組成のスラリーを１９２ｇ用意し、これに起泡
剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル（非イオ
ン性界面活性剤）を０．８ｇ添加し、機械的な撹拌によ
り３００ｃｍ³になるまで起泡し、泡沫状のスラリーと
した。これに、架橋剤としてエポキシ化合物（ソルビト
ールポリグリシジルエーテル）を４ｇ添加して、十分に
撹拌し、型内に導入して、静置し、架橋重合により流動
性を失いハンドリング可能な程度まで強度が発現した時
点で脱型した。脱型後、加湿乾燥器および乾燥器を使用
して十分に乾燥し、焼結を１２００℃で行った。

【００９２】このようにして得られた水酸アパタイト多
孔質焼結体は、気孔率が７０％、平均気孔径が２００μ
ｍであり、連通部分の平均的な直径は７０μｍであっ
た。また、三点曲げ強さは、１５ＭＰａであり、骨補填
材用途として十分な強度を持っていた。

【００９３】この試料の比表面積をＢＥＴ１点法で測定
したところ、０．０６ｍ²／ｇであった。

【００９４】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造例
２リン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造例１の方法で作
製された水酸アパタイト多孔質焼結体を流路中に流れを
遮るように設置し、この流路中に、ｐＨ３に調製された
希塩酸を水酸アパタイト多孔体１ｃｍ²あたり５０ｃｍ
³／分の流量で１０時間流した。この水酸アパタイト多
孔質焼結体を１００℃で乾燥した後、１０００℃で熱処
理した。

【００９５】この試料をＳＥＭにて観察したところ、水
酸アパタイト多孔質焼結体の概略緻密化した骨格部分の
表面に約１μｍの結晶が認められた。その結晶周囲の粒
界部分がおおよそ１μｍ程度の深さでエッチングされて
いた。

【００９６】この水酸アパタイト多孔質焼結体は、気孔
率が７０％で、平均気孔径が２００μｍであり、連通部
分の平均的な直径は７５μｍであった。また、三点曲げ
強さは、１２ＭＰａであり、骨補填材用途として十分な
強度を持っていた。

【００９７】この試料の比表面積をＢＥＴ１点法で測定
したところ、０．１５ｍ²／ｇであった。

【００９８】このように、酸エッチングにより著しい強
度の低下を引き起こすことなく、水酸アパタイト多孔質
焼結体の概略緻密化した骨格部分の表面に微細な凹凸構
造を設けて、比表面積を増加することができた。

【００９９】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造例
３原料粉末として水酸アパタイト粉末５０ｇ、溶媒として
イオン交換水１００ｇ、バインダとしてポリエチレンイ
ミン（固形分６０％、数平均分子量８０００〜１０５０
０）１ｇを用いて、それらをボールミルで５時間混合し
て、スラリーを作製した。

【０１００】このスラリーに、リン酸カルシウム系多孔
質焼結体の製造例１の方法で作製された水酸アパタイト
多孔質焼結体を浸漬し、余分なスラリーを脱液した後、
エアーブローにより更に脱液を実施して、乾燥した。

【０１０１】この工程を３回繰り返し、水酸アパタイト
多孔質焼結体の骨格部分の表面に水酸アパタイト粉末成
形体が付着したものを作製した。

【０１０２】これを１２００℃で焼結したところ、気孔
率は６５％で、平均気孔径は２００μｍで、連通部分の
平均的な直径は６８μｍであった。また、三点曲げ強さ
は、２０ＭＰａであり、骨補填材用途として十分な強度
を持っていた。

【０１０３】この試料の骨格部分をＳＥＭで観察したと
ころ、骨格部分の表面に新たに追加された概略緻密な水
酸アパタイト焼結体の層が観察された。

【０１０４】このような方法で、リン酸カルシウム系多
孔質焼結体の製造例１の機構構造を大きく変化させるこ
となく、より強度の高いリン酸カルシウム系多孔質焼結
体を作成できた。

【０１０５】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造例
４原料粉末として水酸アパタイト粉末５０ｇ、溶媒として
イオン交換水１００ｇ、バインダとしてポリエチレンイ
ミン（固形分６０％、数平均分子量８０００〜１０５０
０）１ｇを用いて、それらをボールミルで５時間混合し
て、スラリーを作製した。

【０１０６】このスラリーに、リン酸カルシウム系多孔
質焼結体の製造例１の方法で作製された水酸アパタイト
多孔質焼結体を浸漬し、余分なスラリーを脱液した後、
エアーブローにより更に脱液を実施して乾燥した。

【０１０７】この工程を３回繰り返し、水酸アパタイト
多孔質焼結体の骨格部分の表面に水酸アパタイト粉末成
形体が付着したものを作製した。

【０１０８】これを１０００℃で焼結したところ、気孔
率が６８％、平均気孔径が２００μｍ、連通部分の平均
的な直径は６８μｍであった。また、三点曲げ強さは、
１５ＭＰａであり、骨補填材用途として十分な強度を持
っていた。

【０１０９】この試料の骨格部分の断面をＳＥＭで観察
したところ、骨格部分の表面に新たに形成された多孔質
の水酸アパタイト焼結体の層が観察された。

【０１１０】この試料の比表面積をＢＥＴ１点法で測定
したところ、０．５ｍ²／ｇであった。

【０１１１】このように水酸アパタイト多孔質焼結体の
骨格部分の表面に新たに多孔質のアパタイト焼結体の層
を設けることにより、強度の低下を引き起こすことな
く、水酸アパタイト多孔質焼結体の比表面積を増加する
ことができた。

【０１１２】前述のリン酸カルシウム系多孔質焼結体の
製造例１〜４のリン酸カルシウム系多孔質焼結体により
構成された人工骨材は、十分な断面積を持つ連通部分に
より互いに接続された気孔が全体にわたり分布してい
る。したがって、この人工骨材は、生体内において十分
に骨芽細胞等を侵入させ、新生骨を形成することができ
る。

【０１１３】なお、各原料やその添加量、焼結等の条件
は、リン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造例１〜４に
具体的に述べたものに限るものではない。

【０１１４】気孔率の測定方法リン酸カルシウム系多孔質焼結体の気孔率は以下の方法
で測定する。あらかじめ、被測定物のリン酸カルシウム
系多孔質焼結体と同一組成を有する焼結体を作成し、真
密度計を用いて測定し真密度（ρ_*）を求める。被測定
物のリン酸カルシウム系多孔質焼結体を直方体ももしく
は円柱に加工し、その寸法を測定し計算により体積を求
める。さらに、重量を測定し、重量を体積で除してその
密度（ρ）を求める。これらの値を用いて、気孔率
（Ｐ）は、次の式により算出される。

【０１１５】Ｐ＝１−ρ／ρ_* また、リン酸カルシウム系多孔質焼結体を樹脂中に包埋
し、これを研磨して顕微鏡等で観察し、画像解析により
気孔部分の面積（Ａ_p）および気孔部分の面積を測定し
た部分の面積（Ａ_m）を求める。これらの値を用いて、
気孔率（Ｐ）は、次式により算出される。

【０１１６】Ｐ＝Ａ_p／Ａ_m 気孔径の測定方法リン酸カルシウム系多孔質焼結体の気孔径は以下の方法
で測定する。リン酸カルシウム系多孔質焼結体を樹脂中
に包埋し、これを研磨して顕微鏡等で観察し、画像解析
によりほぼ球状の気孔面積を求める。ここで測定する気
孔数は精度上多いほど良いが、一般に３００個以上の気
孔について測定を行えば良い。ここで求められる気孔面
積はほぼ球状の気孔の一部を通過する平面での断面であ
り、気孔の直径ではないために、三次元的な補正を行
う。

【０１１７】補正の方法として、Ｊｏｈｎｓｏｎ−Ｓａ
ｌｔｋｏｖ法を用いる。Ｊｏｈｎｓｏｎ−Ｓａｌｔｋｏ
ｖ法では、観測される気孔の面積から、直接気孔の直径
分布が得られるが、平均的な気孔径としては、気孔体積
の累積分布において総気孔体積の５０％を占める気孔径
を算出する。

【０１１８】

【発明の効果】本発明によるリン酸カルシウム系生体用
セラミック焼結体は、骨代替材料などとして生体内に埋
められたとき、治癒速度が速くなり、細胞や組織との初
期接着が極めて良好である。

【０１１９】本発明のリン酸カルシウム系多孔質焼結体
により構成された人工骨材は、十分な断面積を持つ連通
部分により互いに接続された気孔が全体にわたり分布し
ている。したがって、この人工骨材は生体内において十
分に骨芽細胞等を侵入させ、新生骨を形成することがで
きる。

【０１２０】また、本発明のリン酸カルシウム系多孔質
焼結体は、高い気孔率でかつ互いに連通した気孔を有
し、また、リン酸カルシウム系多孔質焼結体の比表面積
を大きくすることが可能であり、薬剤徐放性基材として
有用である。

【０１２１】また、本発明のリン酸カルシウム系多孔質
焼結体は、生体骨中で見られる血管侵入のためのフォル
クマン管、及び栄養成分補給に必要なハーバース管の役
割を代替しうる気孔と連通孔を有しているため、生体内
においては骨組織、軟骨組織等を材料内部とその周囲に
誘導するための組織誘導容器として、また、生体外にお
いては骨組織、軟骨組織等を材料内部で培養する組織培
養容器として利用できる。

【０１２２】さらに、生体内部で組織誘導し、あるい
は、生体外部で組織培養した本発明のリン酸カルシウム
系多孔質焼結体を用いて、患部の補填などを実施するこ
とが可能である。

【０１２３】本発明のリン酸カルシウム系多孔質焼結体
の製造方法によれば、本発明の前述のリン酸カルシウム
系多孔質焼結体を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】水酸アパタイトの結晶構造の、００１方向から
の投影図。

【図２】図１の構造を横から見た説明図。

【符号の説明】

Ａ水酸アパタイトの表面

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ａ６１Ｃ 13/08 Ａ６１Ｋ 6/033 Ａ６１Ｋ 6/033 Ａ６１Ｌ 31/00 ＺＡ６１Ｌ 31/00 Ａ６１Ｃ 13/00 ＡＢＧ (72)発明者田中順三茨城県つくば市並木１丁目１番地無機材質研究所内 (72)発明者菊池正紀茨城県つくば市並木１丁目１番地無機材質研究所内 (72)発明者生駒俊之茨城県つくば市並木１丁目１番地無機材質研究所内 (72)発明者北條顯道神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者井村浩一神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者上本英雄神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者山崎拓東京都港区新橋５丁目22番地10号東芝電興株式会社内 (72)発明者木下雅実東京都港区新橋５丁目22番地10号東芝電興株式会社内 (72)発明者蓑輪信昭東京都港区新橋５丁目22番地10号東芝電興株式会社内Ｆターム(参考） 4C059 DD08 GG02 GG04 GG07 GG08 4C081 AB03 AB04 AB06 AC11 BA13 BB08 CA062 CA102 CC04 CC05 CD122 CE08 CF011 CF021 CF031 CF041 CF21 DB04 DB05 DB06 DB07 DC01 EA02 EA03 EA04 EA05 EA06 EA12 4C089 AA02 BA03 BA16 BB01 BC02 BD06 BE02 BE08 BE09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属イオンにより焼結体が表面修飾され
ていて、骨の再生成長を促す高分子が焼結体の表面に配
置されていることを特徴とするリン酸カルシウム系生体
用セラミック焼結体。
【請求項２】金属イオンが亜鉛、マグネシウム、鉄、
ニッケル、カドミウム、鉛、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウムのイオンの一種又は二種以上であり、骨の
再生成長を促す高分子がコラーゲンであることを特徴と
する請求項１に記載のリン酸カルシウム系生体用セラミ
ック焼結体。
【請求項３】金属イオンが亜鉛イオンであることを特
徴とする請求項２に記載のリン酸カルシウム系生体用セ
ラミック焼結体。
【請求項４】焼結体の気孔率が５５％以上９０％以下
であり、多数の球状の気孔が存在して、焼結体のほぼ全
体にわたってそれらの気孔が連通しており、それらの気
孔間の連通部分の平均的な直径が５０μｍ以上であり、
かつ、気孔の直径が１５０μｍ以上であり、焼結体の三
点曲げ強さが５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求
項１〜３のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系生
体用セラミック焼結体。
【請求項５】焼結体の骨格部分が概略緻密化したリン
酸カルシウム系焼結体からなり、その骨格部分の表面部
分が微細な凹凸もしくはリン酸カルシウム系の多孔質焼
結体より成る層を有し、リン酸カルシウム系多孔質焼結
体の比表面積が０．１ｍ² ／ｇ以上であることを特徴と
する請求項１〜４のいずれか１項に記載のリン酸カルシ
ウム系生体用セラミック焼結体。
【請求項６】リン酸カルシウム系多孔質焼結体が、Ｃ
ａＨＰＯ₄、Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂、Ｃａ₅（ＰＯ₄）₃
ＯＨ、Ｃａ₄Ｏ（ＰＯ₄）₂、Ｃａ₁₀（ＰＯ ₄）₆（Ｏ
Ｈ）₂、ＣａＰ₄Ｏ₁₁、Ｃａ（ＰＯ₃）₂、Ｃａ₂Ｐ₂
Ｏ₇、Ｃａ（Ｈ₂ＰＯ₄）₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇、Ｃａ
（Ｈ₂ＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏからなる１群の化合物の１種
以上を主成分とすることを特徴とする請求項１〜５のい
ずれか１項に記載のリン酸カルシウム系生体用セラミッ
ク焼結体。
【請求項７】Ｃａの成分の一部が、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍ
ｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｙ、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｚ
ｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈ、および、この他の希土類から選ば
れる一種以上で置換され得るものであり、また、（ＰＯ
₄）成分の一部が、ＶＯ₄、ＢＯ₃、ＳＯ₄、ＣＯ₃、
ＳｉＯ₄から選ばれる一種以上で置換され得るものであ
り、さらに、（ＯＨ）成分の一部が、Ｆ、Ｃｌ、Ｏ、Ｃ
Ｏ₃、Ｉ、Ｂｒから選ばれる一種以上で置換され得るも
のであることを特徴とする請求項６に記載のリン酸カル
シウム系生体用セラミック焼結体。
【請求項８】リン酸カルシウム系多孔質焼結体が、リ
ン酸カルシウムからなり、結晶体、同型固溶体、置換型
固溶体、侵入型固溶体のいずれかであり、非化学量論的
欠陥を含み得るものであることを特徴とする請求項１〜
５のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系生体用セ
ラミック焼結体。
【請求項９】次の工程を有するリン酸カルシウム系生
体用セラミック焼結体の製造方法。リン酸カルシウムを
湿式合成する際に目的金属イオンを含んだ塩を加えて、
カルシウムの一部が金属イオンに置換したリン酸カルシ
ウム沈殿を得る工程と、その沈殿を乾燥及び仮焼してか
ら造粒し、リン酸カルシウムの構造が安定化され、かつ
構造を不安定にする金属イオンが粒子の表面に偏析する
粒子を得る工程と、その粒子を成型及び焼成して、緻密
かつ多孔の焼結体を得る工程と、この焼結体を金属イオ
ンにより表面修飾して、焼結体の表面に高分子を配置す
る工程。
【請求項１０】焼結体表面の金属イオン濃度はリン酸
カルシウム粒子内部の金属イオンの濃度に比較して２倍
〜１００万倍になることを特徴とする請求項９に記載の
リン酸カルシウム系生体用セラミック焼結体の製造方
法。
【請求項１１】金属イオンとカルシウムのモル比が、
０．０１／９９．９９〜０．１／０．９の範囲であるこ
とを特徴とする請求項９〜１０のいずれか１項に記載の
リン酸カルシウム系生体用セラミック焼結体の製造方
法。
【請求項１２】金属イオンが偏析した表面の厚さは
０．１ナノメートル以上で１０ミクロン以下であること
を特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のリ
ン酸カルシウム系生体用セラミック焼結体の製造方法。
【請求項１３】リン酸カルシウム系粉末および架橋重
合により硬化し得る有機物質を溶媒に分散または溶解さ
せたスラリーを調整する工程と、このスラリーに起泡剤
を添加し撹枠および気体導入の両方または一方により所
定の容積まで起泡し、泡沫状態のスラリーとする工程
と、泡沫状態のスラリーに架橋剤および架橋開始剤の両
方または一方を添加して混合し、型内に導入して架橋重
合により硬化し成形体とする工程と、この成形体を乾燥
したあと、焼結して焼結体をつくる工程と、この焼結体
を金属イオンにより表面修飾して、焼結体の表面に高分
子を配置する工程を有することを特徴とするリン酸カル
シウム系生体用セラミック焼結体の製造方法。
【請求項１４】焼結体を金属イオンを含んだ水溶液中
に浸漬し、リン酸カルシウムの焼結体表面のカルシウム
イオンを目的とする金属イオンに置換することを特徴と
する請求項１３に記載のリン酸カルシウム系生体用セラ
ミック焼結体の製造方法。
【請求項１５】焼結体表面のカルシウムイオンの１０
〜５０％が置換することを特徴とする請求項１４に記載
のリン酸カルシウム系生体用セラミック焼結体の製造方
法。
【請求項１６】表面が金属イオンに置換した焼結体を
２００℃〜１４００℃で焼成し、金属イオンの拡散を行
うと同時に非晶質化した表面を結晶化させ、金属イオン
を表面に固体化させることを特徴とする請求項１３〜１
５のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系生体用セ
ラミック焼結体の製造方法。
【請求項１７】架橋重合により硬化し得る有機物質
が、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、または
ポリプロピレンイミンのアミノ基を含む線状、分枝状、
またはブロック状の形態を有するポリマーであり、架橋
剤が、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ポリグリ
セロールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトー
ルポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシ
ジルエーテル、グルセロールポリグリシジルエーテル、
又はポリメチロールプロパンポリグリシジルエーテルの
エポキシ基を２以上持つエポキシ化合物であることを特
徴とする請求項１０記載のリン酸カルシウム系生体用セ
ラミック焼結体の製造方法。
【請求項１８】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の骨
格部分の表面を酸によりエッチングし、骨格部分の表面
に微細な凹凸を設けることを特徴とする請求項１７記載
のリン酸カルシウム系生体用セラミック焼結体の製造方
法。
【請求項１９】酸によるエッチング工程が、酸流路内
に流路を遮るように設置されたリン酸カルシウム系多孔
質焼結体の気孔内に酸を流通させる工程から成ることを
特徴とする、請求項１３に記載のリン酸カルシウム系生
体用セラミック焼結体の製造方法。
【請求項２０】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の、
概略緻密化したリン酸カルシウム系焼結体より成る骨格
部分の表面に、リン酸カルシウム系粉末を含むスラリー
を付着させ、乾燥し、焼結して、リン酸カルシウム系多
孔質焼結体の骨格部分の表面に概略緻密質のリン酸カル
シウム系焼結体の層を設けることを特徴とする、請求項
１３〜１９のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系
生体用セラミック焼結体の製造方法。
【請求項２１】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の、
概略緻密化したリン酸カルシウム系焼結体より成る骨格
部分の表面に、リン酸カルシウム系粉末を含むスラリー
を付着させ、乾燥し、焼結して、リン酸カルシウム系多
孔質焼結体の骨格部分の表面に多孔質のリン酸カルシウ
ム系焼結体の層を設けることを特徴とする、請求項１３
〜２０のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系生体
用セラミック焼結体の製造方法。
【請求項２２】リン酸カルシウム系粉末が、ＣａＨＰ
Ｏ₄、Ｃａ₃（ＰＯ ₄）₂、Ｃａ₅（ＰＯ₄）₃ＯＨ、
Ｃａ₄Ｏ（ＰＯ₄）₂、Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）₆（Ｏ
Ｈ）₂、ＣａＰ₄Ｏ₁₁、Ｃａ（ＰＯ₃）₂、Ｃａ₂Ｐ₂
Ｏ₇、Ｃａ（Ｈ₂ＰＯ₄）₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇、Ｃａ
（Ｈ₂ＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏからなる１群の化合物の１種
以上を主成分とすることを特徴とする請求項１３〜２１
のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系生体用セラ
ミック焼結体の製造方法。
【請求項２３】Ｃａの成分の一部が、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍ
ｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｙ、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｚ
ｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈ、および、この他の希土類から選ば
れる一種以上で置換され得るものであり、また、（ＰＯ
₄）成分の一部が、ＶＯ₄、ＢＯ₃、ＳＯ₄、ＣＯ₃、
ＳｉＯ₄から選ばれる一種以上で置換され得るものであ
り、さらに、（ＯＨ）成分の一部が、Ｆ、Ｃｌ、Ｏ、Ｃ
Ｏ₃、Ｉ、Ｂｒから選ばれる一種以上で置換され得るも
のであることを特徴とする請求項２２に記載のリン酸カ
ルシウム系生体用セラミック焼結体の製造方法。
【請求項２４】リン酸カルシウム系粉末が、リン酸カ
ルシウムからなり、結晶体、同型固溶体、置換型固溶
体、侵入型固溶体のいずれかであり、非化学量論的欠陥
を含み得るものであることを特徴とする請求項１３〜２
０のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系生体用セ
ラミック焼結体の製造方法。
【請求項２５】金属イオンが亜鉛イオンであり、高分
子がコラーゲンであることを特徴とする請求項１３〜２
４のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系生体用セ
ラミック焼結体の製造方法。