JP2007014686A - 生体用材料、それを含む医療用材料及び該生体用材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 リン酸カルシウム粒子及び酸化チタン粒子からなり、チタン粒子がカルシウム粒子に担持されてなるリン酸カルシウム‐酸化チタン複合粒子を特徴とする生体用材料。及び、工程(1)リン酸カルシウム粒子を緩衝溶液中で、粒子の表面を活性化する工程、(2)工程(1)で得た表面活性化リン酸カルシウム粒子を含むアルコール溶液を、溶媒と界面活性剤を含む溶液に加え、エマルション溶液を調製する工程、(3)安定剤とアルコール、及びチタン化合物を加えた溶液を、工程(2)で得られたエマルション溶液に加える工程、(4)工程(3)で得られた溶液を、遠心分離した後、洗浄・乾燥後、400〜750℃で焼成を行う工程により、酸化チタン粒子がリン酸カルシウム粒子に担持されてなる生体用材料を製造する方法。
【選択図】 なし
Description
詳細には、生体親和性、たんぱく質や細菌の吸着特性、及び光触媒活性、即ち抗菌特性に優れた生体用材料、並びに該生体用材料が備わる医療用材料、およびその製造方法を提供することにある。
請求項2に係る発明は、前記リン酸カルシウム粒子が集合して平板を形成するように制御され、その表面に酸化チタン粒子が担持されてなることを特徴とする請求項1に記載の生体用材料に関する。
請求項3に係る発明は、前記平板が長軸1cm〜10nm、短軸1mm〜10nmの平板状であることを特徴とする請求項2に記載の生体用材料に関する。
請求項4に係る発明は、前記酸化チタン粒子の担持量が、前記リン酸カルシウム粒子の重量に対して0.01〜50重量%であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の生体用材料に関する。
請求項6に係る発明は、前記酸化チタン粒子の結晶系がアナタースであることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の生体用材料に関する。
請求項7に係る発明は、少なくとも表面の一部が、前記請求項1乃至6のいずれかの生体用材料で覆われていることを特徴とする医療用材料に関する。
請求項8に係る発明は、以下の工程(1)〜(4)により、酸化チタン粒子がリン酸カルシウム粒子に担持されてなるリン酸カルシウム‐酸化チタン複合粒子からなる生体用材料を製造するための方法に関する。
(1)リン酸カルシウム粒子をpH2.5〜pH7.0の緩衝溶液中で分散させた後、
攪拌することにより、前記リン酸カルシウム粒子の表面を活性化する工程
(2)工程(1)で得た表面活性化リン酸カルシウム粒子を含むアルコール溶液を、
有機溶媒と界面活性剤を含む溶液に加えた後、
攪拌することによりエマルション溶液を調製する工程
(3)安定剤とアルコール、及びチタン化合物を加えた溶液を、
工程(2)で得られたエマルション溶液に加える工程
(4)工程(3)で得られた溶液を、遠心分離した後、洗浄し、
乾燥した後、400℃〜750℃で焼成を行う工程
請求項9に係る発明は、前記工程(1)中で加えられるリン酸カルシウム粒子が集合して平板を形成するように制御されていることを特徴とする請求項8記載の生体用材料を製造するための方法に関する。
本発明の生体用材料が平板状であるため、医療材料に付着させて用いる場合、基材上へのリン酸カルシウムの固定化を強化することができる。
本発明の医療用材料は、本発明の生体用材料によって、少なくとも表面の一部が覆われているため、生体適合性および生体組織に対する密着性、接着性に優れ、さらに、酸化チタンの光触媒活性により抗菌性を有する。例えば、本発明の前記生体用材料が、カテーテルに用いられた場合、細菌感染等の理由で、生体の内外に該カテーテルを取り外すことなく、光を照射することにより抗菌が可能となる。
本発明の生体用材料の製造方法によると、酸化チタンをリン酸カルシウム粒子に担持させることができる。詳細には、製造工程中に用いられる緩衝液のpHを調整することにより、酸化チタンの担持量を用意に調節可能となる。
本発明の生体用材料に係るリン酸カルシウム粒子の粒径は、好ましくは1cm〜10nmであり、より望ましくは50〜300nmである。10nm未満の場合、医療用材料として用いる場合に基材からはがれやすいため、また1cmを超えると医療用材料に用いる基材と強固に固定できないためいずれの場合も望ましくない。
本発明の生体用材料に担持される酸化チタン粒子の結晶系は特に限定されないが、アナタースであることが望ましい。これは、光触媒活性が高いであるからである。
本発明の医療用材料は、例えば、カテーテル、経皮デバイス、ステントグラフト、人工骨等が挙げられる。これらは一例であり、これらに限られるものではない。本発明の医療用材料は、その表面の一部が本発明の生体用材料で覆われているため、生体内における医療用材料が安定的に固定され、抗菌・滅菌作用を併せ持つ。たとえば、表面に生体用材料がつけられたカテーテルなどの医療用材料は、生体と強く接着し、万が一細菌感染が生じた場合には医療器具内部から光ファイバーにより紫外光を細菌感染部に照射することで非侵襲的に抗菌性を発現させる機能を合わせもったインテリジェント型インプラント材料となる。これにより、患者の自由度が高くなり、在宅治療における生命維持療法を必要とする患者に対しても、高い生活の質(クォリティー・オブ・ライフ)が実現できる。
攪拌することにより、前記リン酸カルシウム粒子の表面を活性化する工程
(2)工程(1)で得た表面活性化リン酸カルシウム粒子を含むアルコール溶液を、
有機溶媒と界面活性剤を含む溶液に加えた後、
攪拌することによりエマルション溶液を調製する工程
(3)安定剤とアルコール、及びチタン化合物を加えた溶液を、
工程(2)で得られたエマルション溶液に加える工程
(4)工程(3)で得られた溶液を、遠心分離した後、洗浄し、
乾燥した後、400℃〜750℃で焼成を行う工程
工程(3)において、用いられるアルコールは特に限定されないが、炭素数1〜5のアルコールが好ましく、より望ましくはメタノール,エタノール,プロパノール,ブタノールが用いられ、メタノールがさらに好ましい。
工程(4)中の遠心分離は、好ましくは5000rpm〜13000rpmで、3〜15分行われ、より好ましくは10000rpm〜13000rpmで、5〜10分である。
工程(4)における焼成は、400℃〜750℃で行われ、500℃〜600℃で行うことがより好ましい。また、焼成時間は1時間〜3時間が望ましく、1時間〜2時間がより好ましい。上記条件によって、酸化チタン‐リン酸カルシウム複合粒子を焼成することにより、アナタース型の結晶系を形成することができ、この結晶系は、光触媒活性に優れる。
(実施例1)
ハイドロキシアパタイト粒子をpH6の緩衝溶液(リン酸水素ナトリウムーリン酸二水素ナトリウム混合溶液)に分散させて、1時間攪拌することにより粒子表面を活性化させると、表面水酸基量が1.5倍に増え、なおかつハイドロキシアパタイトの粒子の形状も変化しなかった。つぎに,シクロヘキサン20mLに界面活性剤であるポリオキシエチレンセチルエーテルを1.806g加え、さらに活性化したハイドロキシアパタイト粒子(HAp)0.1gを分散させたメタノール2gを加えて、1時間攪拌を行ってエマルションを調製した。メタノール1.66gにアセチルアセトン(0.05g)とチタニウムテトライソプロポキシド(0.284g)を加えた溶液を30分攪拌し、この溶液をエマルション溶液に徐々に加えながら1時間攪拌し、その後遠心分離、エタノールで1回洗浄、乾燥、550℃で1時間焼成を行い、 酸化チタン粒子担持ハイドロキシアパタイト粒子を得た。即ち、本実施例1におけるハイドロキシアパタイトとチタニウムテトライソプロポキシドの添加量は、モル比で1:1(ハイドロキシアパタイト:チタニウムテトライソプロポキシド)であった。XRD測定より,酸化チタン粒子の結晶系はアナタースであり、また、ICP測定によるとTiO2担持量は1重量%であった。TEM観察によると、酸化チタン粒子は直径10nm程度でまばらに担持されていることがわかった。このTEM画像を図5に示す。さらにアセトアルデヒド気相光酸化分解測定(ガスクロマトグラフィー)によってこの光触媒特性を測定すると7.1h‐1g‐1と、適度な光触媒活性を有していることがわかった。結果を図6に示す。
本実施例2は、チタニウムテトライソプロポキシドの添加量を除いては、実施例1と同様の方法で行った。
即ち、活性化したハイドロキシアパタイト粒子(HAp)0.1gを分散させたメタノール2gを加えて,1時間攪拌を行ってエマルションを調製した。メタノール1.66gにアセチルアセトン(0.05 g)とチタニウムテトライソプロポキシド(2.84g)を加えた溶液を30分攪拌し、この溶液をエマルション溶液に徐々に加えながら1時間攪拌し、その後,遠心分離,エタノールで1回洗浄,乾燥,550℃で1時間焼成を行い, 酸化チタン粒子担持ハイドロキシアパタイト粒子を得た。即ち、本実施例2におけるハイドロキシアパタイトとチタニウムテトライソプロポキシドの添加量は、モル比で1:10(ハイドロキシアパタイト:チタニウムテトライソプロポキシド)であった。このもののTEM観察によると、TiO2はハイドロキシアパタイト粒子の比較的広い範囲を覆うように担持されているために、生体親和性にはやや劣るが、非常に優れた光触媒活性を示した。
ハイドロキシアパタイト粒子をpH2.0緩衝溶液に分散させて,1時間攪拌することにより粒子表面を活性化させると,表面水酸基量が2倍に増えたが、ハイドロキシアパタイト粒子が一部溶解したため、粒子形状が変化した。
酸化チタン粒子担持ハイドロキシアパタイト粒子を800℃で1時間焼成すると、結晶系はルチルとなり、光触媒活性も幾分低かった。
以下、本発明の本発明のリン酸カルシウム‐酸化チタン複合粒子からなる生体用材料の製造方法中、工程(1)におけるリン酸カルシウム粒子の表面活性化処理について詳説する。
前記表面活性化、即ちリン酸カルシウム粒子の水酸基量増加は、工程(1)中で加えられる緩衝溶液のpHを変動させることにより調整できる。図7において、工程(1)における表面処理の終了時のリン酸カルシウム粒子の表面上の水酸基量を、近赤外吸収分光光度計によって測定し、緩衝溶液のpHとの関係を示す。図7が示すように、緩衝溶液のpHが高くなるにつれ、水酸基量は減少する。逆に、pHが低くなるに従い、水酸基量は増加するが、リン酸カルシウム粒子の表面の溶解により粒子形状が変化してしまう。したがって、本発明に係る緩衝溶液のpHは、2.5〜7.0に調整される。
Claims (9)
- 少なくともリン酸カルシウム粒子及び酸化チタン粒子からなり、前記酸化チタン粒子が前記リン酸カルシウム粒子に担持されてなるリン酸カルシウム‐酸化チタン複合粒子からなることを特徴とする生体用材料。
- 前記リン酸カルシウム粒子が集合して平板を形成するように制御され、その表面に酸化チタン粒子が担持されてなることを特徴とする請求項1に記載の生体用材料。
- 前記平板が長軸1cm〜10nm、短軸1mm〜10nmの平板状であることを特徴とする請求項2に記載の生体用材料。
- 前記酸化チタン粒子の担持量が、前記リン酸カルシウム粒子の重量に対して0.01〜50重量%であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の生体用材料。
- 前記酸化チタン粒子の粒径が1nm〜50nmであることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の生体用材料。
- 前記酸化チタン粒子の結晶系がアナタースであることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の生体用材料。
- 少なくとも表面の一部が、前記請求項1乃至6のいずれかの生体用材料で覆われていることを特徴とする医療用材料。
- 以下の工程(1)〜(4)により、酸化チタン粒子がリン酸カルシウム粒子に担持されてなるリン酸カルシウム‐酸化チタン複合粒子からなる生体用材料を製造するための方法。
(1)リン酸カルシウム粒子をpH2.5〜pH7.0の緩衝溶液中で分散させた後、
攪拌することにより、前記リン酸カルシウム粒子の表面を活性化する工程
(2)工程(1)で得た表面活性化リン酸カルシウム粒子を含むアルコール溶液を、
有機溶媒と界面活性剤を含む溶液に加えた後、
攪拌することによりエマルション溶液を調製する工程
(3)安定剤とアルコール、及びチタン化合物を加えた溶液を、
工程(2)で得られたエマルション溶液に加える工程
(4)工程(3)で得られた溶液を、遠心分離した後、洗浄し、
乾燥した後、400℃〜750℃で焼成を行う工程。 - 前記工程(1)中で加えられるリン酸カルシウム粒子が集合して平板を形成するように制御されていることを特徴とする請求項8記載の生体用材料を製造するための方法。
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JP2004075445A (ja) * | 2002-08-15 | 2004-03-11 | Masahiro Yoshimura | 酸化チタン・アパタイト複合体及びその製造方法 |
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