JP2004074068A

JP2004074068A - 特定蛋白質に対する特異的吸着特性を有するアパタイト成形体及びセラミックス、及びその製造方法

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Publication number: JP2004074068A
Application number: JP2002239881A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Yokogawa; 横川　善之; Shigeo Asai; 浅井　滋生; Kensuke Sasa; 佐々　健介; Yoshio Sakka; 目　義雄
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; National Institute for Materials Science
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-20
Also published as: JP4528957B2

Abstract

【課題】特定蛋白質に対する特異的吸着特性を有するアパタイト成形体及びセラミックス、それらの製造方法、及びそれらの用途を提供する。
【解決手段】水酸アパタイト粉末を溶媒に分散し、溶媒を内壁から吸収し成形しうる型に入れ、強磁場中で成形することにより、任意の結晶面が優先的に現れたアパタイト成形体を得、その後、焼成することにより作製される、任意の結晶面が優先的に現れ、特定蛋白質に対する特異的吸着特性を有するアパタイト成形体及びセラミックス、その製造方法、及びそれらを構成要素として含む各種部材。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意の結晶面が優先的に現れ、特定蛋白質に対する特異的吸着特性を有するアパタイト成形体及びセラミックス、及びその製造方法に関するものである。本発明の任意の結晶面が優先的に現れたアパタイト成形体又はアパタイトセラミックスは、特定蛋白質の特異的吸着特性を有し、例えば、蛋白質又はＤＮＡ等の分離精製用カラム充填剤、濾過材、骨欠損部への充填剤、薬剤担体等各種の医用材料に好適に利用し得るものとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バイオテクノロジーの高度化により、蛋白質、ＤＮＡ等の高度分離精製技術に対する要請が高まっている。アパタイトは、六方晶系の結晶構造を示し、特異的な結晶面として、ａ，ｂ面とｃ面があり、それぞれの面の表面電位が異なるため吸着しやすい蛋白質の種類が異なるとされている。この特性を利用すると、蛋白質、ＤＮＡの効率的な分離精製が期待されるため、高速液体クロマトグラフィー用充填材への応用が報告されている（川崎、セラミックス、２０、１９５−２０３（１９８５）、太田、門間、川崎、無機マテリアル、６、２２４−３０（１９９９）等）。
【０００３】
また、アパタイトへの蛋白質吸着に関する基礎的な研究については、多数の報告がある（例えば、神鳥、Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　Ｌｅｔｔｅｒ、２７、１２−１６（１９９６））が、対象となる蛋白質の等電点とアパタイトの表面電荷、表面形状の関係に注目した報告が多い。吸着挙動は、静電的引力に左右されるが、静電的引力に関わる表面電位は、アパタイトの陽イオン／　陰イオン比、すなわち、結晶面により支配的に変化することが知られている。一方、アパタイトセラミックスを製造する方法としては、多数の手法が知られている。また、任意の結晶面が優先的に現れ、吸着特性に優れたアパタイト粉体ならびにその製造法（例えば、特開平１０−４５４０５、永田、横川、鳥山、河本、西澤）が知られている。しかし、特異的な吸着特性を示すアパタイト成形体又はアパタイトセラミックスを製造する方法については、ほとんど報告例がなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、特異的な吸着特性を示すアパタイト成形体及びアパタイトセラミックスとその製造方法について鋭意研究を進める過程で、強磁場を用いることによりアパタイトの結晶方位制御が可能であること、また、印加する磁場の方向、強さを調節することにより、アパタイト成形体及びアパタイトセラミックスの結晶面の優先性の制御とそれにより任意の吸着特性を付与することが可能であることを見出し、更に研究を重ねて、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、前述した背景に鑑みて、任意の吸着特性を有するアパタイト成形体又はアパタイトセラミックス、及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記所定の吸着特性を有するアパタイト成形体又はアパタイトセラミックスを構成要素として含む部材及び複合構造体を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）所定の吸着特性を有するアパタイトセラミックスの前駆体としてのアパタイト成形体を製造する方法であって、
（ａ）アパタイト粉末を所定の溶液に分散する、
（ｂ）これを磁場中で成形する、
（ｃ）上記成形のときに、印加する磁場の方向及び／又は強さを調節してアパタイト成形体の結晶面の優先性を制御する、
（ｄ）上記（ａ）〜（ｃ）により、アパタイトセラミックス製品の吸着特性を任意に設定する、
ことを特徴とする上記アパタイト成形体の製造方法。
（２）結晶面の優先性を、印加磁場方向によって制御する、上記（１）に記載の方法。
（３）原料が、水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイトから選択された１種、あるいはその混合物である、上記（１）又は（２）に記載の方法。
（４）吸着特性を任意に設定したアパタイトセラミックスの製造方法であって、上記（１）又は（２）に記載の方法により得られる前駆体としてのアパタイト成形体を焼結することを特徴とする、上記アパタイトセラミックスの製造方法。
（５）上記（１）又は（２）に記載の方法により製造される、所定の吸着特性を有するアパタイトセラミックスの前駆体としてのアパタイト成形体。
（６）上記（４）に記載の方法により製造される、吸着特性を任意に設定したアパタイトセラミックス。
（７）特定蛋白質を特異的に吸着する所定の吸着特性を設定した、上記（６）記載のアパタイトセラミックス。
（８）上記（７）に記載のアパタイトセラミックスを構成成分として含むことを特徴とする任意に設定された吸着特性を有する部材。
（９）上記（８）に記載の任意に設定された吸着特性を有する部材を構成要素として含むことを特徴とする複合構造体。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、水酸アパタイト粉末を所定の溶液に分散し、これを磁場中で成形する際に、印加する磁場の方向及び／又は強さを調節してアパタイト成形体の結晶面の優先性を制御するものであり、その後、焼成することにより任意の吸着特性を有するアパタイトセラミックスを得ることを特徴とするものである。本発明において、原料としての、水酸アパタイトは、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイトに替えることが可能であり、あるいはその混合物であっても同様の効果を得ることができる。また、所定の溶液は、原料の水酸アパタイトが磁場中での流動を確保しうる程度の粘性を示すものであれば、特に限定されるものではないが、水に分散剤、解膠剤等を加え、適度な粘性としたものを好適に使用することができる。
【０００７】
また、分散剤等の添加物量も特に限定されるものではなく、チクソトロピーを示さず、ニュートン流動を示す溶液の流動性が確保されれば良く、これらは、原料の分量、原料の表面特性によって大きく左右されるものである。また、アパタイトを分散した溶液は、溶液を内壁から吸収し容易に型離れすることにより成形できる鋳型に入れて強磁場中で処理することにより、好適に任意の吸着特性を有するアパタイト成形体、アパタイトセラミックスを得ることができる。なお、磁場中におけるアパタイト結晶の挙動は、以下の通りである。アパタイトはａ，ｂ軸と、ｃ軸で磁化率に違いを示すため、印加磁場方向に対し、特定軸方向が並ぶ。この際、アパタイト粒子が良好に分散している必要があり、また、印加磁場が強くなると配向性は高くなる。これを焼成すると、配向度を更に高くすることができる。焼成時の粒成長により、焼成前にある程度揃っていた結晶同士が結びつき、その結果として、顕著な配向度のアパタイトセラミックスが得られる。
【０００８】
本発明に使用するアパタイトは、一般式Ｃａ_１０（ＰＯ_４　）_６　Ｘ_２（式中のＸは、水酸基、ハロゲン等を示す）で表される。これらの中でも、水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイトから選択された１種、あるいはその混合物が、生体適合性、吸着特性の点で好適である。アパタイトは、特に形状は問わず、また、天然鉱物であっても、各種湿式法、乾式法で合成された物であってもかまわないが、ＢＥＴ値が１−３００ｍ^２　／ｇ程度の粉体であることが望ましい。
【０００９】
水あるいは有機物を含む水溶液に水酸アパタイト粉末と解膠剤を加えて、泥しょうを調製する。この泥しょうを用い、石膏型に入れ、強磁場中でスリップキャスト（鋳込み成形）する。この場合、水酸アパタイトは水に分散させてもｐＨはほとんど７であるため、好適には、ｐＨ７で作用する解膠剤を用いる。なお、水の量はスラリー全体の重量比で５０ｗｔ％以下であり、解膠剤はスラリー全体の重量比にして４％以下、良好な分散性を得るためには０．５％程度が好適である。
【００１０】
本発明では、強磁場の大きさを変えることにより、アパタイト成形体を構成する微結晶の配向性を変えることができ、それにより、特定の面に現れるａ，ｂ面あるいはｃ面の割合を任意に変えたアパタイト成形体あるいはアパタイトセラミックスを得ることができる。それにより、特定の蛋白質に対する吸着特性を変えることができる。強磁場の強さとして、２Ｔあるいはそれより大きな強磁場であることが望ましい。磁場方向に対して、平行な面ではｃ面が、垂直な面ではａ、ｂ面が優先的に現れた成形体あるいはセラミックスを得ることができる。
【００１１】
成形した水酸アパタイトについては、６００〜１３００℃で加熱処理を行うが、処理温度は、好ましくは１０００℃以上である。本発明では、結晶面の優先性を、磁場方向に対して平行な面ではｃ面が、垂直な面ではａ，ｂ面が優先的に現れるように制御することにより、吸着特性、特に、特定蛋白質を特異的に吸着する吸着特性を任意に設計及び設定したアパタイト成形体及びセラミックスを製造することができる。
【００１２】
【作用】
本発明は、任意の結晶面が優先的に現れているアパタイト成形体又はセラミックス及びそれらの製造方法に係るものであり、本発明では、磁場印加方向、印加磁場の大きさを変えることにより、特定の結晶面の配向度を変えることができ、それにより、特定の面に現れるａ，ｂ面あるいはｃ面の割合を任意に変えた、様々な蛋白質に対する吸着特性を変化させたアパタイト成形体又はアパタイトセラミックスを得ることができる。また、本発明では、専用の装置を必要としないため、製品の製造において、ランニングコストのダウンを果たすことができ、本発明は、少量多品種が特長である生体関連材料の製造に適している。本発明のａ，ｂ面又はｃ面が優先的に現れているアパタイト成形体又はアパタイトセラミックスは、例えば、蛋白質又はＤＮＡ等の分離精製用カラム充填剤、濾過材、骨欠損部への充填剤、薬剤担体等各種の医用材料に好適に利用し得る。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
実施例１
（１）アパタイトの作製
水酸アパタイト４０ｖｏｌ％、解膠剤０．５ｗｔ％を蒸留水に添加し、十分に粒子を分散させた後、石膏型に入れ、１２Ｔの強磁場中でスリップキャスティングした。型離れまで磁場中におき、その後、大気中で風乾することによりアパタイト成形体を得た。その後、電気炉で大気中１１５０℃で２時間焼成してアパタイトセラミックスを作製した。
【００１４】
（２）結果
得られたアパタイト成形体及びアパタイトセラミックスの鉛直断面、水平断面について、粉末Ｘ線回折法により、配向度を調べた。図１に、垂直方向の磁場中でのスリップキャスティングにより得られた試料のＸ線回折図を示す。これらのデータから、磁場方向に対して平行な面ではｃ面が、垂直な面ではａ、ｂ面が優先的に現れていることを確認した。また、焼成して得られたアパタイトセラミックスの方が配向度は高いことが分かった。また、成形のときに、印加する磁場の方向、強さを調節することにより、アパタイト成形体の結晶面の優先性を制御できることが分かった。上記アパタイト成形体及びセラミックスは、ｃ面、ａ、ｂ面の配向度により、等電点の異なる蛋白質に対する吸着特性が変化した。これにより、ｃ面、ａ、ｂ面の配向度を任意に調整することにより、特定の蛋白質に対する吸着特性を有するアパタイト成形体及びセラミックスを作製することができることが分かった。
【００１５】
実施例２
実施例１と同様にして得たアパタイト成形体を、磁場の強さとして２Ｔ、６Ｔ、１０Ｔで成形し、焼成して、アパタイト成形体、及びアパタイトセラミックスを得た。
この方法で得られたアパタイト成形体、及びアパタイトセラミックスは、磁場方向に対して平行な面ではｃ面が、垂直な面ではａ，ｂ面が優先的に現れていた。また、１２Ｔの場合と比べ、磁場の強さが弱くなるほど、配向度が小さくなることが分かった。
【００１６】
比較例
磁場をかけずに成形し、焼成した他は実施例１と同様にして、アパタイト成形体、及びアパタイトセラミックスを得た。
この方法で得られたアパタイト成形体、及びアパタイトセラミックスは、配向性は見られず、また、蛋白質に対する吸着特性についても変化は見られなかった。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、特定蛋白質に対する特異的吸着特性を有するアパタイト成形体及びセラミックス、それらの製造方法、及びそれらを構成要素として含む各種部材に係るものであり、本発明により、１）磁場印加方向、印加磁場の大きさを変えることにより、特定の結晶面の配向度を変えることができ、様々な蛋白質に対する吸着特性を変化させたアパタイト成形体又はアパタイトセラミックスが得られる、２）また、本発明によれば、専用の装置を必要としないため、製品の製造において、ランニングコストのダウンを果たすことができる、３）特に、少量多品種が特長である、例えば、生体関連材料等の製造にも適している、４）本発明の特定の結晶面が優先的に現れているアパタイト成形体又はアパタイトセラミックスは、蛋白質又はＤＮＡ等の分離精製用カラム充填剤、濾過材、骨欠損部への充填剤、薬剤担体等各種の医用材料に好適に利用し得る、という格別の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】垂直方向の磁場中でのスリップキャストにより得られた試料のＸ線回折図である。

Claims

所定の吸着特性を有するアパタイトセラミックスの前駆体としてのアパタイト成形体を製造する方法であって、
（１）アパタイト粉末を所定の溶液に分散する、
（２）これを磁場中で成形する、
（３）上記成形のときに、印加する磁場の方向及び／又は強さを調節してアパタイト成形体の結晶面の優先性を制御する、
（４）上記（１）〜（３）により、アパタイトセラミックス製品の吸着特性を任意に設定する、
ことを特徴とする上記アパタイト成形体の製造方法。
結晶面の優先性を、印加磁場方向によって制御する、請求項１に記載の方法。
原料が、水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイトから選択された１種、あるいはその混合物である、請求項１又は２に記載の方法。
吸着特性を任意に設定したアパタイトセラミックスの製造方法であって、請求項１又は２に記載の方法により得られる前駆体としてのアパタイト成形体を焼結することを特徴とする、上記アパタイトセラミックスの製造方法。
上記請求項１又は２に記載の方法により製造される、所定の吸着特性を有するアパタイトセラミックスの前駆体としてのアパタイト成形体。
上記請求項４に記載の方法により製造される、吸着特性を任意に設定したアパタイトセラミックス。
特定蛋白質を特異的に吸着する所定の吸着特性を設定した、請求項６記載のアパタイトセラミックス。
上記請求項７に記載のアパタイトセラミックスを構成成分として含むことを特徴とする任意に設定された吸着特性を有する部材。
請求項８に記載の任意に設定された吸着特性を有する部材を構成要素として含むことを特徴とする複合構造体。