JP2005112712A - リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法 - Google Patents
リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005112712A JP2005112712A JP2004071056A JP2004071056A JP2005112712A JP 2005112712 A JP2005112712 A JP 2005112712A JP 2004071056 A JP2004071056 A JP 2004071056A JP 2004071056 A JP2004071056 A JP 2004071056A JP 2005112712 A JP2005112712 A JP 2005112712A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- porous sintered
- calcium phosphate
- calcium carbonate
- sintering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
Abstract
【課題】組織適合性において優れており、骨や歯などの硬組織再建材料として極めて有用なリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法を提供する。
【解決手段】リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結することにより得られる多孔質焼結体は、結晶化度が低く且つ気孔率の高い多孔質焼結体であり、該多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通しているものである。従って、この多孔質焼結体は、骨芽細胞などの細胞や組織が侵入しまた吸収し易く、骨や歯などに置換されやすく組織内に埋入し治癒後に残留することがなく、硬組織再建材料として極めて有用な生体材料である。
【選択図】なし
【解決手段】リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結することにより得られる多孔質焼結体は、結晶化度が低く且つ気孔率の高い多孔質焼結体であり、該多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通しているものである。従って、この多孔質焼結体は、骨芽細胞などの細胞や組織が侵入しまた吸収し易く、骨や歯などに置換されやすく組織内に埋入し治癒後に残留することがなく、硬組織再建材料として極めて有用な生体材料である。
【選択図】なし
Description
本発明は、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法に関するものである。更に詳細には、本発明は、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結することにより得られるリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体であって、結晶化度が低く且つ気孔率が高い多孔質焼結体であり、該多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通している多孔質焼結体であり、骨芽細胞などの細胞や組織が侵入しまた吸収し易く、骨や歯などの硬組織再建材料として有用なリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法に関する。
ハイドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの焼結体は、生体組織に対して親和性があり骨組織の細胞や血管組織などと結合し易く、無害で安全でしかも機械的強度を有するため、人工骨や人工歯根などの医科用および歯科用の生体材料として広く利用されている。
これらの生体材料に利用されるリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの焼結体としては、例えば、ハイドロキシアパタイトと共に架橋重合性樹脂および起泡剤を用い、これらの混合物を焼結することにより得られる多孔質焼結体が提案されている(特許文献1)。
これらの従来の焼結体は、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を加圧しながら焼結するホットプレス(HP)法、紛体を全方向から等圧で加圧しながら焼結する熱間静水圧プレス(HP)法、予め冷間静水圧プレス(CIP)などで成形した成形体を常圧下で焼結する常圧焼結法などにより製造されている。しかしながら、このような焼結法は、十分な強度の焼結体を得るためには多くの焼結時間を必要とし、またこれらの焼結法は大掛りな設備を要するためコストがかかるなどの問題点がある。
これらの生体材料に利用されるリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの焼結体としては、例えば、ハイドロキシアパタイトと共に架橋重合性樹脂および起泡剤を用い、これらの混合物を焼結することにより得られる多孔質焼結体が提案されている(特許文献1)。
これらの従来の焼結体は、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を加圧しながら焼結するホットプレス(HP)法、紛体を全方向から等圧で加圧しながら焼結する熱間静水圧プレス(HP)法、予め冷間静水圧プレス(CIP)などで成形した成形体を常圧下で焼結する常圧焼結法などにより製造されている。しかしながら、このような焼結法は、十分な強度の焼結体を得るためには多くの焼結時間を必要とし、またこれらの焼結法は大掛りな設備を要するためコストがかかるなどの問題点がある。
このような焼結法の欠点を解消し得る焼結法として、放電プラズマ焼結法がある。この放電プラズマ焼結法は、ハイドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの紛体を所定の押圧力で圧縮して圧粉体とし、この圧粉体にパルス状電圧を印可することによって、圧粉体を自身のジュール熱により加熱すると同時に、圧粉体内部の空隙における放電現象を利用して緻密化を促進して焼結体を製造するものである。この放電プラズマ焼結法により、従来のホットプレス(HP)法、熱間静水圧プレス(HP)法などの方法に比べて、低温且つ短時間で緻密な焼結体を得ることができる。
放電プラズマ焼結法により得られるリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの焼結体として、例えば、ハイドロキシアパタイトの圧紛体にパルス電圧を印可して900℃から1100℃の温度で加熱することにより焼結体を得ることが提案されている(特許文献2)。また、予備焼結したハイドロキシアパタイトと予備焼結していないハイドロキシアパタイトの混合物を1100℃程度の温度で放電プラズマ焼結法により焼結して焼結体を製造することが提案されている(特許文献3)。
特開2003−038636号公報
特開平10−251057号公報
特開2000−335962号公報
放電プラズマ焼結法により得られるリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの焼結体として、例えば、ハイドロキシアパタイトの圧紛体にパルス電圧を印可して900℃から1100℃の温度で加熱することにより焼結体を得ることが提案されている(特許文献2)。また、予備焼結したハイドロキシアパタイトと予備焼結していないハイドロキシアパタイトの混合物を1100℃程度の温度で放電プラズマ焼結法により焼結して焼結体を製造することが提案されている(特許文献3)。
上記した従来の焼結体はいずれも結晶化度が高く、生体材料として用いる際に生体組織に埋入した時に組織内において細胞の貪食を妨げる原因となり、新生骨や新生歯根に速やかに置換されることがなく、治癒後に組織内に残留するなどの組織適合性において依然として問題点があるものである。
従って、本発明の課題は、骨芽細胞などの細胞や組織が侵入しまた吸収し易く、生体組織に埋入した時に組織内において新生骨や新生歯根に速やかに置換され治癒後に組織内に残留することがない組織適合性において優れており、骨や歯などの硬組織再建材料として極めて有用なリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法を提供することに在る。
従って、本発明の課題は、骨芽細胞などの細胞や組織が侵入しまた吸収し易く、生体組織に埋入した時に組織内において新生骨や新生歯根に速やかに置換され治癒後に組織内に残留することがない組織適合性において優れており、骨や歯などの硬組織再建材料として極めて有用なリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法を提供することに在る。
本発明者らは、組織適合性において優れ、骨や歯などの硬組織再建材料として有用なリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体を得ることを目的として鋭意研究した結果、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を導電プラズマ焼結法で焼結する際に、低温で焼結することにより、結晶化度が低く且つ気孔率の高い多孔質焼結体であって、各粒子の接触部分が融解結合しており、多孔質焼結体中の各気泡が連通している多孔質焼結体であり、骨芽細胞などの細胞や組織が侵入しまた吸収し易く、骨や歯などの硬組織再建材料として極めて有用な多孔質焼結体が得られることを見出し、本発明を完成させた。
従って、本発明は、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結することにより得られるリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体であって、結晶化度が低く且つ気孔率の高い多孔質焼結体であり、該多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通している、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体に関するものである。
更に本発明は、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を、低温度範囲で放電プラズマ焼結装置で低温で焼結することにより、多孔質焼結体であって、結晶化度が低く且つ気孔率の高い多孔質焼結体であり、該多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通している、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体を製造する多孔質焼結体の製造法に関するものである。
従って、本発明は、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結することにより得られるリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体であって、結晶化度が低く且つ気孔率の高い多孔質焼結体であり、該多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通している、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体に関するものである。
更に本発明は、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を、低温度範囲で放電プラズマ焼結装置で低温で焼結することにより、多孔質焼結体であって、結晶化度が低く且つ気孔率の高い多孔質焼結体であり、該多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通している、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体を製造する多孔質焼結体の製造法に関するものである。
本発明の多孔質焼結体は、結晶化度が低く且つ気孔率が高く、各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通しており、従って、骨芽細胞などの細胞や組織が侵入しまた吸収し易く、骨や歯などに置換されやすく組織内に埋入し治癒後に残留することがなく、硬組織再建材料として極めて有用な生体材料である。
本発明で用いるリン酸カルシウム系化合物としては、例えば、ハイドロキシアパタイト、α−リン酸3カルシウム(α−TCP)、β−リン酸3カルシウム(β−TCP)、オキシアパタイト、リン酸4カルシウムなどが挙げられる。これらは混合物として用いることができる。これらのなかでも、特にハイドロキシアパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2)が好ましい。これらのリン酸カルシウム系化合物は通常の方法により得られるものを用いることができる。即ち、例えば、ハイドロキシアパタイトの場合には、湿式法により合成した後、濾過、遠心分離、噴霧乾燥等の手段により乾燥し粉末化したものを用いることができる。α−TCP、β−TCP、リン酸4カルシウムなどは、高温で熱処理する乾式法により合成したものを用いることができる。炭酸カルシウム(CaCO3)は、工業用途あるいは医薬用途に通常用いられているものを用いることができる。本発明では、これらのリン酸カルシウム系化合物と炭酸カルシウムとの混合物を用いることもできる。
これらのリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムは、通常粉体の状態で使用され、その粒経は通常0.03μmから1.0μmの範囲である。
これらのリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムは、通常粉体の状態で使用され、その粒経は通常0.03μmから1.0μmの範囲である。
本発明では、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体の焼結を放電プラズマ焼結法により行う。放電プラズマ焼結法(SPS法:Spark Plasma Sintering)は、圧粉体粒子間隙に直接パルス状の電気エネルギーを投入し、火花放電により瞬時に発生する高温プラズマ、即ち放電プラズマの高エネルギーを熱拡散・電界拡散などへ効果的に応用することにより、低温から2000℃以上の超高温領域において、昇温・保持時間を含め、約5から20分程度の短時間で焼結を可能にする次世代型の材料合成加工技術である(鴇田正雄:粉体工学会誌、解説30[11]p.790−804(1993);ニューセラミックス、No.10,p.43−51,1997)。放電プラズマ焼結法は、ON−OFF直流パルス通電法を用いた加圧焼結法の一種であり、従来のホットプレス(HP)法、熱間静水圧プレス(HP)法などの方法に比べて、低温且つ短時間で緻密な焼結体を得ることができる。また、放電プラズマ焼結法は、大電流パルス通電時の放電およびジュール熱による直接発熱方式のため極めて熱効率に優れ、その放電・ジュール熱点の分散による均等加熱で、均質高品位の焼結体が得られる。通常、火花放電がおよそ10−7から10−5sec、電位傾度105から106V/cm程度、電流密度106から109A/cm2である。
放電プラズマ焼結装置の基本構成を図1に示す。この装置は、縦一軸の加圧機構を有する焼結機本体と水冷却部内臓の通電機構、水冷真空チャンバー、真空・大気・アルゴンガス雰囲気制御機構、真空排気装置、特殊パルス焼結電源、冷却水制御ユニット、位置計測機構、変化率計測装置、温度計測装置などにより構成される。
本発明では、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体の放電プラズマ焼結法による焼結を低温度範囲で実施する。具体的には、200℃から800℃の温度範囲、好ましくは、200℃以上で800℃未満の温度範囲、より好ましくは、400℃から600℃の温度範囲で焼結を実施する。焼結は、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの酸化を防ぐため、真空下あるいはアルゴン雰囲気下で行うのが好ましく、圧力は通常0.30MPaから18.00Mpaの範囲、好ましくは、0.30MPaから12.00Mpaの範囲であり、焼結時間は通常3分から12分の範囲、好ましくは、3分から9分の範囲である。
本発明では、従来の800℃を越える高温度で放電プラズマ焼結法によりリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムを焼結するのとは異なり、低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結するため、得られる焼結体は、結晶化度が低く且つ気孔率の高い多孔質焼結体であって、多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通している多孔質焼結体である。図2は、本発明の多孔質焼結体を模式的に示す図である。図2の上段の右側に示すように、本発明の低温度範囲での放電プラズマ焼結法により得られる焼結体の各粒子は、各粒子の接触部分、即ち表面部分は他の粒子の表面部分と融解結合しており、このようにして各粒子が結合することにより、多孔質焼結体中において連通した気泡が形成される。図2の中段には、このような多孔質焼結体を、更に同様の低温度範囲での放電プラズマ焼結に付することにより、焼結体の粒子からなる各々ニットが、更に他の各ユニットに、それらの表面部分が融解結合して、更に大きなユニットの多孔質焼結体が得られることを示している。図2の下段には、更にこの多孔質焼結体を同様の低温度範囲での放電プラズマ焼結に付すことにより、更に大きなユニットがそれら表面部分で融解結合して、更に大きなユニットの多孔質焼結体が得られることを示している。
本発明の多孔質焼結体は、低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結するため、結晶化度が低く且つ気孔率の高いものである。ここで結晶化度が低いとは、焼結体をX線分析した時のX線強度が、未焼結の場合と同じかあるいは15%から20%程度高い結晶化度を意味する。気孔率とは、得られる焼結体の実際の体積および重さを測定し、原料に用いたリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの理論密度に基づいて算出される値を意味する。本発明の多孔質焼結体の気孔率は、好ましくは、60%から90%であり、この場合の焼結体の実質率、即ち焼結体中の気泡を除いた焼結体中の粒子が占める割合であり、充填率とも言えるものが10%から40%となる。
また、本発明の多孔質焼結体は溶解率の高いものである。ここで溶解率とは、焼結体の生体擬似液に対する溶解性を意味し、例えばpH4に調整した乳酸溶液への浸積割合に基づいて測定されるものである。
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
また、本発明の多孔質焼結体は溶解率の高いものである。ここで溶解率とは、焼結体の生体擬似液に対する溶解性を意味し、例えばpH4に調整した乳酸溶液への浸積割合に基づいて測定されるものである。
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
1.材料および実験方法
リン酸カルシウム系化合物としては、湿式法により作製したハイドロキシアパタイト(HAP、SP−1、サンギ)の粒子を用いた。この粒子の粒経は0.03μmから0.1μmであった。
このHAP粉末を、図1に示した基本構成を有する放電プラズマ焼結装置(住友石炭鉱業株式会社製、Model SPS−3.20MK−II/MK−IV)により焼結した。焼結は、HAP粉末を内径15mmのカーボン製ダイズに充填して圧粉体とした後に、放電プラズマ焼結装置に設置して真空下で加圧通電し、焼結を行った。温度はプログラムによって室温から700℃まで7分、1070℃まで7分の条件で比例制御した。実験中の温度・変位(試験体の厚み)・圧力・電流・真空度の電圧をPCに取り込み、経時的に監視し、任意の温度で停止させた。
リン酸カルシウム系化合物としては、湿式法により作製したハイドロキシアパタイト(HAP、SP−1、サンギ)の粒子を用いた。この粒子の粒経は0.03μmから0.1μmであった。
このHAP粉末を、図1に示した基本構成を有する放電プラズマ焼結装置(住友石炭鉱業株式会社製、Model SPS−3.20MK−II/MK−IV)により焼結した。焼結は、HAP粉末を内径15mmのカーボン製ダイズに充填して圧粉体とした後に、放電プラズマ焼結装置に設置して真空下で加圧通電し、焼結を行った。温度はプログラムによって室温から700℃まで7分、1070℃まで7分の条件で比例制御した。実験中の温度・変位(試験体の厚み)・圧力・電流・真空度の電圧をPCに取り込み、経時的に監視し、任意の温度で停止させた。
得られた焼結体の充填率(実質率)は、デジタルノギスで測定した焼結体の寸法から求めた体積とHAPの理論密度3.169とから算出した。
X線分析は、得られた焼結体の試料を粉砕し、X線回折装置(マックサイエンス、18kw、管電圧45KV、管電流300mA)でHAPの第一ピーク31.8°の強さを求めた。
溶解率は、内径12mm、高さ18mmのアクリル円筒の底にミリポアフィルターを設けた容器に長さ4mmの焼結体の試験体を入れ、pH4に調整した37℃の乳酸溶液に浸漬した重量を経時的に測定した。
得られた焼結体の試験体は、厚さ2mm、幅4mm、長さ20mmに切断した。
X線分析は、得られた焼結体の試料を粉砕し、X線回折装置(マックサイエンス、18kw、管電圧45KV、管電流300mA)でHAPの第一ピーク31.8°の強さを求めた。
溶解率は、内径12mm、高さ18mmのアクリル円筒の底にミリポアフィルターを設けた容器に長さ4mmの焼結体の試験体を入れ、pH4に調整した37℃の乳酸溶液に浸漬した重量を経時的に測定した。
得られた焼結体の試験体は、厚さ2mm、幅4mm、長さ20mmに切断した。
2.結果および考察
1)放電プラズマ焼結装置による焼結の際の焼成圧力と得られた焼結体の気孔率との関係を、各温度(400℃、600℃、800℃および1000℃)で求めて、その結果を図3に示した。また、焼結の際の温度(焼成温度)と得られた焼結体の気孔率との関係を、各圧力(7.94MPa、11.25MPa、14.56MPaおよび17.87MPa)で求めて、その結果を図4に示した。
図3から分かるように、400℃から600℃の温度範囲で、焼成圧力7.94Mpaから17.87Mpaのいずれの焼成圧力でも、気孔率は60%から66%(充填率あるいは実質率は40%から36%)であった。他方、1000℃では、充填率あるいは実質率は、60%から83%と焼成圧力に応じて高くなった。また、図4から分かるように、焼成圧力がいずれであっても、焼成温度が400℃から800℃の範囲では、気孔率は60%から66%程度であった。
2)放電プラズマ焼結装置で、温度600℃、圧力7.94MPaで9分間、焼結して得られた多孔質焼結体の試験体に樹脂を含浸させて発色させたその断面の写真を図5に示す。
図5に示すように、各粒子の表面部分が融解結合し、数μmから1000μmの大きさの気泡が形成され、これらの気泡はお互いに連通しており、図2の模式図に示すような形状を示した。
1)放電プラズマ焼結装置による焼結の際の焼成圧力と得られた焼結体の気孔率との関係を、各温度(400℃、600℃、800℃および1000℃)で求めて、その結果を図3に示した。また、焼結の際の温度(焼成温度)と得られた焼結体の気孔率との関係を、各圧力(7.94MPa、11.25MPa、14.56MPaおよび17.87MPa)で求めて、その結果を図4に示した。
図3から分かるように、400℃から600℃の温度範囲で、焼成圧力7.94Mpaから17.87Mpaのいずれの焼成圧力でも、気孔率は60%から66%(充填率あるいは実質率は40%から36%)であった。他方、1000℃では、充填率あるいは実質率は、60%から83%と焼成圧力に応じて高くなった。また、図4から分かるように、焼成圧力がいずれであっても、焼成温度が400℃から800℃の範囲では、気孔率は60%から66%程度であった。
2)放電プラズマ焼結装置で、温度600℃、圧力7.94MPaで9分間、焼結して得られた多孔質焼結体の試験体に樹脂を含浸させて発色させたその断面の写真を図5に示す。
図5に示すように、各粒子の表面部分が融解結合し、数μmから1000μmの大きさの気泡が形成され、これらの気泡はお互いに連通しており、図2の模式図に示すような形状を示した。
3)放電プラズマ焼結装置による各焼結圧力での、温度とX線強度との関係を図6に示した。
図6から分かるように、X線強度は、焼結圧力による差は殆ど見られず、焼結温度400℃および600℃で焼結した場合には未焼結と変わらず、800℃で15%から20%高く、1000℃では50%から100%高くなり、1000℃で大気圧で24時間焼成した場合の約1/2であった。
4)溶解率は、400℃、圧力7.94MPaで焼結した焼結体では7日間で2.6%と最も高く、圧力17.9MPaで焼結した焼結体では1.8%に減少した。600℃では圧力7.94MPaで焼結した焼結体では1.5%の減少を示したが、圧力が増すと0.6%となり、それ以上の温度では0.3%から0.5%の一定値となった。
5)以上の結果から、200℃から800℃、好ましくは、200℃以上で800℃未満、より好ましくは、400℃から600℃の温度範囲で放電プラズマ焼結法によりハイドロキシアパタイトを焼結することにより、結晶化度が低く且つ気孔率が高く、各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通しており、溶解率が高い、多孔質焼結体が得られることが分かった。
図6から分かるように、X線強度は、焼結圧力による差は殆ど見られず、焼結温度400℃および600℃で焼結した場合には未焼結と変わらず、800℃で15%から20%高く、1000℃では50%から100%高くなり、1000℃で大気圧で24時間焼成した場合の約1/2であった。
4)溶解率は、400℃、圧力7.94MPaで焼結した焼結体では7日間で2.6%と最も高く、圧力17.9MPaで焼結した焼結体では1.8%に減少した。600℃では圧力7.94MPaで焼結した焼結体では1.5%の減少を示したが、圧力が増すと0.6%となり、それ以上の温度では0.3%から0.5%の一定値となった。
5)以上の結果から、200℃から800℃、好ましくは、200℃以上で800℃未満、より好ましくは、400℃から600℃の温度範囲で放電プラズマ焼結法によりハイドロキシアパタイトを焼結することにより、結晶化度が低く且つ気孔率が高く、各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通しており、溶解率が高い、多孔質焼結体が得られることが分かった。
ハイドロキシアパタイトと炭酸カルシウムまたはβ−TCPとの混合物の多孔質焼結体の溶解性
1.材料および方法
ハイドロキシアパタイト単独、ハイドロキシアパタイト60%と炭酸カルシウム40%との混合物、ハイドロキシアパタイト60%とβ−TCP40%との混合物の粉体を内径20mmのカーボン型に填入して実施例1と同様の放電プラズマ装置に装着し、焼成圧力0.76Mpa、温度800℃の条件で通電し、実施例1と同様にして、燒結をおこなった。
得られた焼結体を、約6×6×4mmの大きさの試験体に成形し、37℃の10%乳酸溶液に浸漬し、24時間後の乾燥恒量値の重量差(浸漬前の乾燥重量から浸漬後の乾燥重量の差、即ち溶解重量)から溶解率を測定した。
2.結果および考察
ハイドロキシアパタイト単独から得られる焼結体の溶解率は0.77%であり、密度は0.114g/cm3であった。この溶解率は、焼成圧力1.36Mpaで焼結して得られる焼結の溶解率の2.4倍であった。
ハイドロキシアパタイト60%と炭酸カルシウム40%との混合物から得られる焼結体の溶解率は2.35%であり、密度は0.128g/cm3であった。ハイドロキシアパタイト60%とβ−TCP40%との混合物から得られる焼結体の溶解率は0.81%であり、密度は0.107g/cm3であった。
以上の結果から分かるように、ハイドロキシアパタイトと炭酸カルシウムまたはβ−TCPとの混合物の場合、あるいは焼結圧力が低い場合には、溶解率が上昇した。
1.材料および方法
ハイドロキシアパタイト単独、ハイドロキシアパタイト60%と炭酸カルシウム40%との混合物、ハイドロキシアパタイト60%とβ−TCP40%との混合物の粉体を内径20mmのカーボン型に填入して実施例1と同様の放電プラズマ装置に装着し、焼成圧力0.76Mpa、温度800℃の条件で通電し、実施例1と同様にして、燒結をおこなった。
得られた焼結体を、約6×6×4mmの大きさの試験体に成形し、37℃の10%乳酸溶液に浸漬し、24時間後の乾燥恒量値の重量差(浸漬前の乾燥重量から浸漬後の乾燥重量の差、即ち溶解重量)から溶解率を測定した。
2.結果および考察
ハイドロキシアパタイト単独から得られる焼結体の溶解率は0.77%であり、密度は0.114g/cm3であった。この溶解率は、焼成圧力1.36Mpaで焼結して得られる焼結の溶解率の2.4倍であった。
ハイドロキシアパタイト60%と炭酸カルシウム40%との混合物から得られる焼結体の溶解率は2.35%であり、密度は0.128g/cm3であった。ハイドロキシアパタイト60%とβ−TCP40%との混合物から得られる焼結体の溶解率は0.81%であり、密度は0.107g/cm3であった。
以上の結果から分かるように、ハイドロキシアパタイトと炭酸カルシウムまたはβ−TCPとの混合物の場合、あるいは焼結圧力が低い場合には、溶解率が上昇した。
多孔質焼結体を担体として用いた細胞培養試験
1.材料および方法
ハイドロキシアパタイト粉体を内径15mmのカーボン型に填入して、実施例1と同様の放電プラズマ装置に装着し、焼成圧力8.0Mpa、温度600℃の条件で通電し燒結をおこなった。得られる焼結体を6×6×3mmの立方体に成形して試験体とし、細胞培養の担体に用いた。培養の材料としては、Alpha−minimal essential培地(α−MEM)、ペニシリン・ストレプトマイシン、トリプトファン−EDTA、ウシ胎児血清(FCS)(Gibco社)、細胞培養シャーレおよびフラスコ(Corning社)を用いた。細胞培養はマウス骨芽細胞様細胞としてMC3T3−E1を用い、抗生物質(100units/mlペニシリンと100microg/mlストレプトマイシン)を添加した10%ウシ胎児血清(FCS)を含むα−MEM培地中に浸漬し、37℃、CO2インキュベーター中で培養を行った。培養中細胞の観察は自動培養装置(ZEISS Axiovert S100)の偏光顕微鏡でおこなった。強拡大の観察は培養2ヶ月後10%ホルマリンで固定し、t−ブチルアルコールを50%から5%ごとに濃度をあげて100%に置換し、凍結して真空乾燥し、SEMで観察した。
1.材料および方法
ハイドロキシアパタイト粉体を内径15mmのカーボン型に填入して、実施例1と同様の放電プラズマ装置に装着し、焼成圧力8.0Mpa、温度600℃の条件で通電し燒結をおこなった。得られる焼結体を6×6×3mmの立方体に成形して試験体とし、細胞培養の担体に用いた。培養の材料としては、Alpha−minimal essential培地(α−MEM)、ペニシリン・ストレプトマイシン、トリプトファン−EDTA、ウシ胎児血清(FCS)(Gibco社)、細胞培養シャーレおよびフラスコ(Corning社)を用いた。細胞培養はマウス骨芽細胞様細胞としてMC3T3−E1を用い、抗生物質(100units/mlペニシリンと100microg/mlストレプトマイシン)を添加した10%ウシ胎児血清(FCS)を含むα−MEM培地中に浸漬し、37℃、CO2インキュベーター中で培養を行った。培養中細胞の観察は自動培養装置(ZEISS Axiovert S100)の偏光顕微鏡でおこなった。強拡大の観察は培養2ヶ月後10%ホルマリンで固定し、t−ブチルアルコールを50%から5%ごとに濃度をあげて100%に置換し、凍結して真空乾燥し、SEMで観察した。
2.結果および考察
得られた燒結体は68%の空隙率であり、37℃で10%乳酸溶液に浸漬し24時間後の乾燥恒量値の重量差から求めた溶解率は1.5%であった。この焼結体を担体として用いた培養試験の結果は約2週間でシャーレの底で紡錘状の細胞がコンフルエントになり、図7に示すように担体付近にはハイドロキシアパタイト(HAP)の小片が細胞と接触した状態で観察された。
SEMによる強拡大象では図8に示すようにハイドロキシアパタイト上に紡錘状の細胞が蜜または重畳して観察され、針状の突起を展ばしていた。細胞の表面には直径1μm以下の顆粒が図9のように観察され、突起の先端はハイドロキシアパタイト表面に接着しているように観察された。
以上により、本発明の多孔質焼結体は、骨芽細胞などの細胞や組織が侵入しまた吸収し易く、硬組織再建材料として極めて有用な生体材料であることが分かる。
得られた燒結体は68%の空隙率であり、37℃で10%乳酸溶液に浸漬し24時間後の乾燥恒量値の重量差から求めた溶解率は1.5%であった。この焼結体を担体として用いた培養試験の結果は約2週間でシャーレの底で紡錘状の細胞がコンフルエントになり、図7に示すように担体付近にはハイドロキシアパタイト(HAP)の小片が細胞と接触した状態で観察された。
SEMによる強拡大象では図8に示すようにハイドロキシアパタイト上に紡錘状の細胞が蜜または重畳して観察され、針状の突起を展ばしていた。細胞の表面には直径1μm以下の顆粒が図9のように観察され、突起の先端はハイドロキシアパタイト表面に接着しているように観察された。
以上により、本発明の多孔質焼結体は、骨芽細胞などの細胞や組織が侵入しまた吸収し易く、硬組織再建材料として極めて有用な生体材料であることが分かる。
以上に詳細に説明した通り、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結することにより得られる、本発明のリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体は、結晶化度が低く且つ気孔率の高い多孔質焼結体であり、該多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通しているものである。従って、本発明の多孔質焼結体は、骨芽細胞などの細胞や組織が侵入しまた吸収し易く、骨や歯などに置換されやすく組織内に埋入し治癒後に残留することがなく、硬組織再建材料として極めて有用な生体材料である。
Claims (8)
- リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結することにより得られるリン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体であって、結晶化度が低く且つ気孔率が高い多孔質焼結体であり、該多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通している、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体。
- リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を、200℃から800℃の低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結することにより得られる請求項1の多孔質焼結体。
- リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を、400℃から600℃の低温度範囲で放電プラズマ焼結法により焼結することにより得られる請求項1または2の多孔質焼結体。
- 気孔率が60%から90%であり、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの焼結体の実質率が10%から40%である請求項1から3のいずれかの多孔質焼結体。
- リン酸カルシウム系化合物はハイドロキシアパタイトである請求項1から4のいずれかの多孔質焼結体。
- リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を、低温度範囲で放電プラズマ焼結装置で焼結することにより、多孔質焼結体であって、結晶化度が低く且つ気孔率が高い多孔質焼結体であり、該多孔質焼結体の各粒子の接触部分が融解結合し、多孔質焼結体中の各気泡が連通している、リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体を製造する多孔質焼結体の製造法。
- リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの粉体を、200℃以上800℃未満の低温度範囲で放電プラズマ焼結装置により焼結する請求項6の製造法。
- リン酸カルシウム系化合物はハイドロキシアパタイトである請求項6または7の製造法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004071056A JP2005112712A (ja) | 2003-09-18 | 2004-03-12 | リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003326339 | 2003-09-18 | ||
JP2004071056A JP2005112712A (ja) | 2003-09-18 | 2004-03-12 | リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005112712A true JP2005112712A (ja) | 2005-04-28 |
Family
ID=34554574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004071056A Pending JP2005112712A (ja) | 2003-09-18 | 2004-03-12 | リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005112712A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007153711A (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Univ Nihon | 人工エナメル質及びそれを含む歯科材料 |
WO2008066106A1 (fr) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | Nihon University | Matériau multicouche à gradient à usage biologique et son procédé de production |
CN100455537C (zh) * | 2005-10-27 | 2009-01-28 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种透明β-磷酸三钙生物陶瓷材料的制备方法及其应用 |
WO2012036286A1 (ja) * | 2010-09-16 | 2012-03-22 | 国立大学法人大阪大学 | 人工骨、人工骨製造装置及び人工骨製造方法 |
JP2013215240A (ja) * | 2012-04-04 | 2013-10-24 | Osaka Univ | バイオセラミックスを含む人工骨の改質方法と、その方法で改質された人工骨 |
WO2019035361A1 (ja) * | 2017-08-17 | 2019-02-21 | 株式会社白石中央研究所 | アパタイト体及びその製造方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1135379A (ja) * | 1997-07-15 | 1999-02-09 | Asahi Optical Co Ltd | リン酸カルシウム系セラミックス多孔体の作製方法 |
JPH11228238A (ja) * | 1998-02-17 | 1999-08-24 | Kubota Corp | 結晶性細孔構造を有するバルク成形体およびその製造方法 |
JP2000500110A (ja) * | 1995-11-07 | 2000-01-11 | エテックス コーポレイション | 低温リン酸カルシウムアパタイト及びその製造方法 |
JP2000095577A (ja) * | 1998-09-24 | 2000-04-04 | Asahi Optical Co Ltd | ハイドロキシアパタイト−金属複合体の製造方法およびハイドロキシアパタイト−金属複合体 |
-
2004
- 2004-03-12 JP JP2004071056A patent/JP2005112712A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000500110A (ja) * | 1995-11-07 | 2000-01-11 | エテックス コーポレイション | 低温リン酸カルシウムアパタイト及びその製造方法 |
JPH1135379A (ja) * | 1997-07-15 | 1999-02-09 | Asahi Optical Co Ltd | リン酸カルシウム系セラミックス多孔体の作製方法 |
JPH11228238A (ja) * | 1998-02-17 | 1999-08-24 | Kubota Corp | 結晶性細孔構造を有するバルク成形体およびその製造方法 |
JP2000095577A (ja) * | 1998-09-24 | 2000-04-04 | Asahi Optical Co Ltd | ハイドロキシアパタイト−金属複合体の製造方法およびハイドロキシアパタイト−金属複合体 |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100455537C (zh) * | 2005-10-27 | 2009-01-28 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种透明β-磷酸三钙生物陶瓷材料的制备方法及其应用 |
JP2007153711A (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Univ Nihon | 人工エナメル質及びそれを含む歯科材料 |
WO2008066106A1 (fr) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | Nihon University | Matériau multicouche à gradient à usage biologique et son procédé de production |
WO2012036286A1 (ja) * | 2010-09-16 | 2012-03-22 | 国立大学法人大阪大学 | 人工骨、人工骨製造装置及び人工骨製造方法 |
JP2013215240A (ja) * | 2012-04-04 | 2013-10-24 | Osaka Univ | バイオセラミックスを含む人工骨の改質方法と、その方法で改質された人工骨 |
WO2019035361A1 (ja) * | 2017-08-17 | 2019-02-21 | 株式会社白石中央研究所 | アパタイト体及びその製造方法 |
JP2019034869A (ja) * | 2017-08-17 | 2019-03-07 | 株式会社白石中央研究所 | アパタイト体及びその製造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tarafder et al. | Microwave‐sintered 3D printed tricalcium phosphate scaffolds for bone tissue engineering | |
Sopyan et al. | Porous hydroxyapatite for artificial bone applications | |
JP5154729B2 (ja) | 多孔質人工骨移植片およびその製造方法 | |
AU778651B2 (en) | Porous ceramic body | |
Miao et al. | Porous calcium phosphate ceramics prepared by coating polyurethane foams with calcium phosphate cements | |
US20040076685A1 (en) | Method of preparing porous calcium phosphate morsels and granules via gelatin processing | |
Li et al. | Novel method to manufacture porous hydroxyapatite by dual‐phase mixing | |
Dorozhkin | Calcium orthophosphate (CaPO4) scaffolds for bone tissue engineering applications | |
EP2114476A1 (en) | Bioceramic implants having bioactive substance | |
Abdurrahim et al. | Recent progress on the development of porous bioactive calcium phosphate for biomedical applications | |
Barinov et al. | Approaches to the fabrication of calcium phosphate-based porous materials for bone tissue regeneration | |
de Sousa et al. | Sintered hydroxyapatite latticework for bone substitute | |
JPWO2008066106A1 (ja) | 生体用積層状傾斜材料およびその製造法 | |
JP4699902B2 (ja) | リン酸カルシウムセラミックス多孔体及びその製造方法 | |
JP2005112712A (ja) | リン酸カルシウム系化合物もしくは炭酸カルシウムの多孔質焼結体およびその製造法 | |
Dorozhkin | Calcium orthophosphate-based bioceramics and its clinical applications | |
Malmström et al. | Bone ingrowth in zirconia and hydroxyapatite scaffolds with identical macroporosity | |
TW201427728A (zh) | 用於製造多孔性聚磷酸鈣結構之方法 | |
Udoh et al. | Effects of sintering temperature on physical and compositional properties of α-tricalcium phosphate foam | |
JPH0415062A (ja) | 多相構造の生体材料及びその製造方法 | |
Hsu et al. | Fabrication of porous calcium phosphate bioceramics as synthetic cortical bone graft | |
JP4801316B2 (ja) | リン酸カルシウム多孔体の製法 | |
Wang et al. | Preparation of porous hydroxyapatite-zirconia composite scaffolds by combination of gel-casting and polymer sponge methods | |
US10589000B2 (en) | Bone substitute material made of zirconium dioxide ceramic | |
WO2018124897A1 (en) | Method of manufacturing composite bone implants, method of manufacturing granulate for such implants and bone implant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070309 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090924 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091002 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100312 |