JP2002121088A - リン酸カルシウム系多孔質焼結体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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
ム系多孔質焼結体およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 焼結体の気孔率が５０％以上９０％以下
であり、球状の気孔がほぼ全体にわたって連通してお
り、気孔間の連通部分の平均的な直径が３５μｍ以上で
あり、気孔径が８０μｍ以上１５０μｍより小さく、焼
結体の三点曲げ強さが５ＭＰａ以上であるリン酸カルシ
ウム系多孔質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
ム系多孔質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
ウム系多孔質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】本発明は、従来技術の
上記問題を解決すべくなされたものであり、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多孔質焼結
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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の解決手段は、請
求項１〜１４に記載されたリン酸カルシウム系多孔質焼
結体とその製造方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明によるリン酸カルシウム系
多孔質焼結体は、ほぼ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、５０％以
上９０％以下（好ましくは５０〜７０％）である。か
つ、気孔間の連通部分の平均的な直径は、３５μｍ以上
（好ましくは３５〜７０μｍ）である。気孔径は、８０
μｍ以上で１５０μｍより小さい範囲（好ましくは８０
〜１４０μｍ）である。三点曲げ強さは、５ＭＰａ以上
（好ましくは１０ＭＰａ以上）である。

【００１５】とくに、気孔率が５０〜７０％、気孔径が
８０〜１４０μｍ、三点曲げ強さが１０Ｍｐ以上という
３条件のうち、２条件を同時に満たすことがさらに好ま
しく、３条件を全て満たせば特に好ましい。その理由
は、強度が向上し骨補填材として利用できる範囲が広が
ることと、気孔径が小さくなるので薬剤徐放性基材とし
て薬剤を長期にわたり放出しやすくなることである。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】本発明のリン酸カルシウム系多孔質焼結体
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。

【００２１】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。

【００２２】ここで、気孔率を５０％以上９０％以下と
した理由を述べる。

【００２３】気孔率が５０％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。気孔
率は５５％以上が好ましい。

【００２４】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。気孔率は
８５％以下が好ましい。特に強度を大きくしたり徐放剤
用基材とする場合には７０％以下が好ましい。

【００２５】また、気孔間の連通部の平均的な直径を３
５μｍ以上としたのは、３５μｍ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。連通
部の平均的な直径は５０μｍ以上が好ましい。

【００２６】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。

【００２７】リン酸カルシウム系多孔質焼結体の気孔径
を８０μｍ以上としたのは、８０μｍ未満では、気孔間
の連通部分の平均的な直径を３５μｍ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１５０μｍより
小さい範囲である。気孔径も実施可能である。好ましい
気孔径は、８０〜１４０μｍである。特に好ましくは８
０〜１２０μｍである。

【００２８】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、５０ＭＰａ程度の強
度も実施可能である。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】リン酸カルシウム系多孔質焼結体は、例え
ば、ＣａＨＰＯ₄、Ｃａ₃(ＰＯ₄)₂、Ｃａ₅(ＰＯ₄)₃Ｏ
Ｈ、Ｃａ₄Ｏ(ＰＯ₄)₂、Ｃａ₁₀(ＰＯ₄)₆(ＯＨ)₂、ＣａＰ
₄Ｏ₁₁、Ｃａ(ＰＯ₃)₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇、Ｃａ(Ｈ₂Ｐ
Ｏ₄)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。

【００３３】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、（ＯＨ）
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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】リン酸カルシウム系粉末は、例えば、Ｃａ
ＨＰＯ₄、Ｃａ₃(ＰＯ₄)₂、Ｃａ₅(ＰＯ₄)₃ＯＨ、Ｃａ₄Ｏ
(ＰＯ₄)₂、Ｃａ₁₀(ＰＯ₄)₆(ＯＨ)₂、ＣａＰ₄Ｏ₁₁、Ｃａ
(ＰＯ₃)₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇、Ｃａ(Ｈ₂ＰＯ₄)₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ
₇、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。

【００４６】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、Ｖ
Ｏ₄、ＢＯ₃、ＳＯ₄、ＣＯ₃、ＳｉＯ₄から選ばれる一種
以上で置換されても良 い。さらに、（ＯＨ）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。

【００４７】なお、これらのリン酸カルシウムと称され
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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】更に又、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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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５０％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５０％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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００５８】実施例１ 先ず、原料粉末として水酸アパタイト粉末１００重量
部、溶媒としてイオン交換水８０重量部、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８０００〜１０５００）１２重量部を用
いて、それらをボールミルで２４時間混合してスラリー
を作製した。上記組成のスラリーをそれぞれ、２８８ｇ
（実施例１−１）、２２４ｇ（実施例１−２）、１６０
ｇ（実施例１−３）容器に量り取り、これらに起泡剤と
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１．２ｇ、０．９ｇ、０．７ｇ添加し、
機械的な撹拌によりそれぞれ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）をそれぞれ６．０ｇ、４．７ｇ、３．３ｇ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、加湿乾燥機および乾
燥機を使用して十分に乾燥し、焼結を１２００℃で行っ
た。

【００５９】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、それぞれ気孔率が５５％、６５％、７５
％、それぞれ平均気孔径が１００μｍ、１２０μｍ、１
４０μｍ、それぞれ連通部分の平均的な直径が３８μ
ｍ、４２μｍ、５０μｍであった。また、それぞれ三点
曲げ強さは、２０ＭＰａ、１５ＭＰａ、９ＭＰａであ
り、骨補填材用途として十分な強度を持っていた。

【００６０】実施例１−３の試料の比表面積をＢＥＴ１
点法で測定したところ、０．１０ｍ ²／ｇであった。

【００６１】実施例２ 実施例１−３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、ｐＨ５．５に調製された希塩酸を水酸アパタイト多
孔体１ｃｍ²あたり５０ｃｍ³／分の流量で５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。

【００６２】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。

【００６３】この水酸アパタイト多孔質焼結体は、気孔
率が７５％で、平均気孔径が１４０μｍであり、連通部
分の平均的な直径は５５μｍであった。また、三点曲げ
強さは、８ＭＰａであり、骨補填材用途として十分な強
度を持っていた。

【００６４】この試料の比表面積をＢＥＴ１点法で測定
したところ、０．２０ｍ²／ｇであった。

【００６５】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。

【００６６】実施例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。

【００６７】このスラリーに、実施例１−３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。

【００６８】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。

【００６９】これを１２００℃で焼結したところ、気孔
率は７０％で、平均気孔径は１４０μｍで、連通部分の
平均的な直径は４６μｍであった。また、三点曲げ強さ
は、１３ＭＰａであり、骨補填材用途として十分な強度
を持っていた。

【００７０】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。

【００７１】このような方法で、実施例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。

【００７２】実施例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。

【００７３】このスラリーに、実施例１−３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。

【００７４】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。

【００７５】これを１０００℃で焼結したところ、気孔
率が７２％、平均気孔径が１４０μｍ、連通部分の平均
的な直径は４８μｍであった。また、三点曲げ強さは、
９ＭＰａであり、骨補填材用途として十分な強度を持っ
ていた。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】前述の実施例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。

【００８０】なお、各原料やその添加量、焼結等の条件
は、実施例１〜４に具体的に述べたものに限るものでは
ない。

【００８１】

【発明の効果】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ０４Ｂ 35/632 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｓ 41/91 １０８ (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 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 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 末次 寧 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 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） 4C081 AB04 CC05 CF011 CF021 CF031 DA01 EA04 4C089 AA06 BA16 BA20 CA06 4G030 AA03 AA04 AA07 AA08 AA09 AA10 AA12 AA13 AA26 AA27 AA32 AA33 AA36 AA37 AA40 AA41 BA20 CA01 CA09 GA14 GA36 PA21

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質構造を有するリン酸カルシウム系
   の焼結体において、焼結体の気孔率が５０％以上９０％
   以下であり、ほぼ球状の気孔がほぼ全体にわたって連通
   しており、気孔間の連通部分の平均的な直径が３５μｍ
   以上であり、かつ、気孔径が８０μｍ以上で１５０μｍ
   より小さく、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リン酸カルシウム系多孔質焼結体。
2. 【請求項２】 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
   ることを特徴とする、請求項1記載のリン酸カルシウム
   系多孔質焼結体。
3. 【請求項３】 リン酸カルシウム系多孔質焼結体が、Ｃ
   ａＨＰＯ₄、Ｃａ₃(ＰＯ₄)₂、Ｃａ₅(ＰＯ₄)₃ＯＨ、Ｃａ₄
   Ｏ(ＰＯ₄)₂、Ｃａ₁₀(ＰＯ₄)₆(ＯＨ)₂、ＣａＰ₄Ｏ₁₁、Ｃ
   ａ(ＰＯ₃)₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇、Ｃａ(Ｈ₂ＰＯ₄)₂、Ｃａ₂Ｐ₂
   Ｏ₇、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又は２
   記載のリン酸カルシウム系多孔質焼結体。
4. 【請求項４】 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、Ｓｉ
   Ｏ₄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３記載のリン酸カルシ
   ウム系多孔質焼結体。
5. 【請求項５】 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又
   は２記載のリン酸カルシウム系多孔質焼結体。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のリン酸カルシウム系多
   孔質焼結体の製造方法において、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
   成形体を乾燥して焼結する工程を具備することを特徴と
   するリン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造方法。
7. 【請求項７】 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６記載のリン酸カルシウム系多孔質
   焼結体の製造方法。
8. 【請求項８】 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６または７
   記載のリン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造方法。
9. 【請求項９】 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８記載のリン酸カルシウム系多孔質焼
   結体の製造方法。
10. 【請求項１０】 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
    ６〜９のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系多孔
    質焼結体の製造方法。
11. 【請求項１１】 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６〜
    １０のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系多孔質
    焼結体の製造方法。
12. 【請求項１２】 リン酸カルシウム系粉末が、ＣａＨＰ
    Ｏ₄、Ｃａ₃(ＰＯ₄) ₂、Ｃａ₅(ＰＯ₄)₃ＯＨ、Ｃａ₄Ｏ(Ｐ
    Ｏ₄)₂、Ｃａ₁₀(ＰＯ₄)₆(ＯＨ)₂、ＣａＰ₄Ｏ_{1 1}、Ｃａ(Ｐ
    Ｏ₃)₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇、Ｃａ(Ｈ₂ＰＯ₄)₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇、
    Ｃａ(Ｈ₂ＰＯ ₄)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６乃至１１の
    いずれか１項に記載のリン酸カルシウム系多孔質焼結体
    の製造方法。
13. 【請求項１３】 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、Ｓｉ
    Ｏ₄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１２記載のリン酸カ
    ルシウム系多孔質焼結体の製造方法。
14. 【請求項１４】 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６乃至１
    １のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系多孔質焼
    結体の製造方法。