JP2007229048A - Tricalcium phosphate-based bone substitute material - Google Patents

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JP2007229048A JP2006051823A JP2006051823A JP2007229048A JP 2007229048 A JP2007229048 A JP 2007229048A JP 2006051823 A JP2006051823 A JP 2006051823A JP 2006051823 A JP2006051823 A JP 2006051823A JP 2007229048 A JP2007229048 A JP 2007229048A
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Madoka Ito
まどか 伊藤
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Coorstek KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tricalcium phosphate-based bone substitute material having a sufficient strength, excellent bone affinity and osteoconducting property, and a good balance between osteogenetic rate and bioabsorption rate. <P>SOLUTION: The bone substitute material is made of a porous material consisting β-tricalcium phosphate and/or α-tricalcium phosphate. The porous material has a porous structure in which spherical pores communicate with each other over the whole, and has a porosity of ≥50% and ≤90%, an average pore diameter of ≥100 μm and ≤500 μm, a diameter of a communication section between respective pores of ≥20 μm and ≤100 μm, and a compressive strength of ≥5 MPa. Ca of ≥0.5 mol% and ≤3 mol% contained in the β-tricalcium phosphate and/or α-tricalcium phosphate is partially substituted by Mg. In the bone substitute material, phase transition temperature of β-tricalcium phosphate to α-tricalcium phosphate within a crystal phase of the porous material is ≥1,200°C and ≤1,350°C. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、整形外科の分野において、骨欠損部の補填に好適に用いることができるリン酸三カルシウムの多孔体からなる骨補填材に関する。   The present invention relates to a bone prosthetic material comprising a porous body of tricalcium phosphate that can be suitably used for filling a bone defect in the field of orthopedics.

近年、整形外科の分野において、外傷、骨腫瘍または人工関節の再置換術等による骨欠損部は、骨補填材を用いて修復されるようになってきた。
前記骨補填材の材質としては、優れた生体親和性および骨伝導能を有していることから、ハイドロキシアパタイト(HAp)、β‐リン酸三カルシウム(β‐TCP)等のリン酸カルシウム系セラミックスが多く用いられている。
In recent years, in the field of orthopedics, bone defects due to trauma, bone tumor or artificial joint revision have been repaired using bone prosthetic materials.
As the material for the bone prosthetic material, since it has excellent biocompatibility and osteoconductivity, there are many calcium phosphate ceramics such as hydroxyapatite (HAp) and β-tricalcium phosphate (β-TCP). It is used.

例えば、HApは、骨補填材として生体内に埋入した場合、これを足場として速やかに骨修復が行われ、新生骨と直接結合するという優れた骨伝導能を発揮する。
また、β‐TCPは、骨欠損部に補填した後、骨形成の進行とともに、材料自体が吸収され、補填部が自家骨に置換されるという優れた生体吸収性を有しており、特に、注目されている材料である。
For example, when the HAp is embedded in a living body as a bone grafting material, the bone is rapidly repaired using this as a scaffold, and exhibits excellent bone conduction ability to directly bond to new bone.
In addition, β-TCP has excellent bioresorbability that the material itself is absorbed as bone formation progresses after filling in the bone defect part, and the filling part is replaced with autologous bone. It is a material that is attracting attention.

このため、近年、様々なリン酸カルシウム系骨補填材が検討されている(例えば、特許文献1,2参照)。特に、リン酸カルシウム系化合物を多孔質化させたものは、その気孔内部に、生体組織や細胞等が容易に侵入することができ、骨伝導性に優れている。   For this reason, in recent years, various calcium phosphate bone filling materials have been studied (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In particular, a porous calcium phosphate compound can be easily penetrated by living tissues, cells, and the like into the pores, and is excellent in osteoconductivity.

しかしながら、リン酸カルシウム系多孔体は、強度に劣り、脆弱であるために、手術時においてハンドリングが困難である等の課題を有していた。
特に、β‐TCP多孔体は、β‐TCPからα‐TCPへの相転移温度が1120〜1180℃であるため、多孔体作製時の焼成温度をそれよりも低くしなければならず、従来の市販品のβ‐TCP骨補填材は、通常、焼成温度1050℃前後で製造されていた。このため、多孔体の骨格部分が十分に焼結せず、未熟な焼結体となり、他のリン酸カルシウム系多孔体に比べて、非常に強度が低かった。
特開2001−259016号公報 特許第3400740号公報
However, the calcium phosphate-based porous body has problems such as difficulty in handling at the time of surgery because it is inferior in strength and fragile.
In particular, since the β-TCP porous body has a phase transition temperature from β-TCP to α-TCP of 1120 to 1180 ° C., the firing temperature at the time of producing the porous body must be lower than that. Commercially available β-TCP bone substitutes are usually manufactured at a firing temperature of around 1050 ° C. For this reason, the skeleton portion of the porous body did not sinter sufficiently, resulting in an immature sintered body, and the strength was very low compared to other calcium phosphate porous bodies.
JP 2001-259016 A Japanese Patent No. 3400740

上記のように、従来のリン酸カルシウム系骨補填材は強度が低いことから、医療現場で求められている大型のものや複雑な形状の骨補填材は、作製時にクラックや欠けが生じてしまうため、小型かつ単純な形状のものしか作製することができなかった。   As mentioned above, since the conventional calcium phosphate-based bone grafting material has low strength, large-scale and complex-shaped bone grafting materials that are required in the medical field cause cracks and chips during production, Only small and simple shapes could be produced.

一方、上記β‐TCPのような生体吸収性材料の場合、多孔体からなる骨補填材は、その気孔率、気孔径、気孔構造、結晶化度、溶解度、粒子の大きさ等の種々のパラメータが、骨形成速度および該骨補填材の吸収速度に大きく影響する。例えば、気孔径が大きすぎたり、気孔率が高すぎたりすると、骨補填材の吸収速度が速すぎて、新生骨形成のための足場を提供することができなくなる。   On the other hand, in the case of the bioabsorbable material such as β-TCP, the bone filling material made of a porous material has various parameters such as porosity, pore diameter, pore structure, crystallinity, solubility, and particle size. However, this greatly affects the bone formation rate and the resorption rate of the bone filling material. For example, if the pore diameter is too large or the porosity is too high, the resorption rate of the bone grafting material is too high to provide a scaffold for forming new bone.

したがって、従来のβ‐TCP多孔体からなる骨補填材は、機械的強度に劣り、かつ、生体内での吸収速度が大きいために、骨生成が遅い部位や大きな骨欠損部においては、骨形成速度とβ‐TCPの生体吸収速度とのバランスを保持することが困難であるという課題を有していた。
すなわち、β‐TCP多孔体からなる骨補填材においては、強度の向上を図り、かつ、骨形成速度と生体吸収速度との適度なバランスを保持可能であることが求められていた。
Therefore, the conventional bone prosthetic material made of β-TCP porous material is inferior in mechanical strength and has a high resorption rate in the living body, so that bone formation takes place at sites where bone formation is slow or large bone defects. The problem was that it was difficult to maintain a balance between the speed and the bioabsorption rate of β-TCP.
That is, it has been demanded that the bone grafting material composed of the β-TCP porous body can improve the strength and can maintain an appropriate balance between the bone formation rate and the bioresorption rate.

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、骨親和性および骨伝導性に優れ、骨形成速度と生体吸収速度とのバランスが良好であり、かつ、十分な強度を有するリン酸三カルシウム系骨補填材を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above technical problems, and is excellent in bone affinity and osteoconductivity, has a good balance between bone formation rate and bioresorption rate, and has sufficient strength. It is an object of the present invention to provide a tricalcium phosphate bone filling material.

本発明に係るリン酸三カルシウム系骨補填材は、β‐リン酸三カルシウム(β‐TCP)および/またはα‐リン酸三カルシウム(α‐TCP)からなる多孔体であって、前記多孔体は、球状の気孔が全体にわたって連通した多孔質構造を有し、気孔率が50%以上90%以下、平均気孔径が100μm以上500μm以下、各気孔間の連通部の径が20μm以上100μm以下であり、かつ、圧縮強度が5MPa以上であり、前記β‐リン酸三カルシウム(β‐TCP)および/またはα‐リン酸三カルシウム(α‐TCP)のCaの0.5mol%以上3mol%以下が、Mgにより部分置換されており、前記多孔体の結晶相のβ‐リン酸三カルシウム(β‐TCP)からα‐リン酸三カルシウム(α‐TCP)への相転移温度が、1200℃以上1350℃以下であることを特徴とする。
骨親和性および骨伝導性に優れたβ‐TCP多孔体を、上記のような構成とすることにより、焼結性の改善および機械的強度の向上を図ることができ、しかも、骨形成速度と生体吸収速度とのバランスが良好に保持される骨補填材とすることかできる。
The tricalcium phosphate bone filling material according to the present invention is a porous body made of β-tricalcium phosphate (β-TCP) and / or α-tricalcium phosphate (α-TCP), the porous body Has a porous structure in which spherical pores communicate with each other, with a porosity of 50% or more and 90% or less, an average pore size of 100 μm or more and 500 μm or less, and a diameter of a communication portion between each pore of 20 μm or more and 100 μm or less. And the compressive strength is 5 MPa or more, and 0.5 mol% or more and 3 mol% or less of Ca of the β-tricalcium phosphate (β-TCP) and / or α-tricalcium phosphate (α-TCP). The phase transition temperature from β-tricalcium phosphate (β-TCP) to α-tricalcium phosphate (α-TCP) in the crystalline phase of the porous body is 1200 ° C. or higher. Characterized in that at 350 ° C. or less.
By making the β-TCP porous body excellent in bone affinity and osteoconductivity as described above, the sinterability and mechanical strength can be improved, and the bone formation speed and It can be set as the bone grafting material by which the balance with a bioresorption rate is kept favorable.

上述したとおり、本発明に係るリン酸三カルシウム系骨補填材によれば、従来のリン酸カルシウム系骨補填材と比較して、焼結性を改善することができ、強度の向上を図ることができ、また、骨形成速度と生体吸収速度とのバランスが良好に保持することができる。
したがって、骨親和性および骨誘導性に優れ、ハンドリング容易な骨補填材として好適に用いることができるのみならず、組織工学の細胞足場材料(スキャホールド)としての利用も期待される。
As described above, according to the tricalcium phosphate bone substitute material according to the present invention, it is possible to improve the sinterability and improve the strength as compared with the conventional calcium phosphate bone substitute material. In addition, the balance between the bone formation rate and the bioresorption rate can be maintained well.
Accordingly, it can be suitably used as a bone prosthesis material that is excellent in bone affinity and osteoinductivity and easy to handle, and is expected to be used as a cell scaffold material (scaffold) for tissue engineering.

以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係るリン酸三カルシウム系骨補填材は、β‐TCPおよび/またはα‐TCP多孔体からなる骨補填材である。そして、前記多孔体は、球状の気孔が全体にわたって連通した多孔質構造を有し、気孔率が50%以上90%以下、平均気孔径が100μm以上500μm以下、各気孔間の連通部の径が20μm以上100μm以下であり、かつ、圧縮強度が5MPa以上となるように構成されている。
すなわち、本発明に係る骨補填材は、独自の気孔間連通構造を有するTCP多孔体からなり、ハンドリングにおいても十分な強度を備えたものである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The tricalcium phosphate bone substitute material according to the present invention is a bone substitute material composed of β-TCP and / or α-TCP porous material. The porous body has a porous structure in which spherical pores communicate with each other, the porosity is 50% or more and 90% or less, the average pore diameter is 100 μm or more and 500 μm or less, and the diameter of the communication portion between the pores is It is 20 μm or more and 100 μm or less, and the compressive strength is 5 MPa or more.
That is, the bone grafting material according to the present invention is composed of a TCP porous body having a unique interpore communication structure, and has sufficient strength in handling.

本発明に係る骨補填材の材質として用いられるβ‐TCPは、人体への適用も既に認められており、上述のように、骨親和性および骨誘導性に優れた好適な材料である。
一方、α‐TCPは、溶解性が高く、機械的強度が低いことから、単独では、骨補填材として用いることが難しいが、インプラント初期段階において重要な感染症の予防、骨形成促進に有効な薬剤をα‐TCPに担持させることにより、その溶解性の速さを活かすことができる。
したがって、本発明に係る骨補填材は、強度向上の観点から、主成分はβ‐TCPであり、α‐TCPは、骨補填材を構成する多孔体の圧縮強度を5MPa以上に保持することができる限りにおいて含有させることができる。
Β-TCP used as the material for the bone prosthetic material according to the present invention has already been applied to the human body, and as described above, is a suitable material excellent in bone affinity and osteoinductivity.
On the other hand, α-TCP has high solubility and low mechanical strength, so it is difficult to use alone as a bone prosthesis, but it is effective for prevention of important infections and promotion of bone formation at the initial stage of implant. By loading the drug on α-TCP, the speed of solubility can be utilized.
Therefore, the bone grafting material according to the present invention has β-TCP as the main component from the viewpoint of strength improvement, and α-TCP can maintain the compressive strength of the porous body constituting the bone grafting material at 5 MPa or more. It can be contained as much as possible.

また、本発明に係る骨補填材は、独自の気孔間連通構造を有する多孔体であり、多数の球状の気孔が全体にわたって三次元的に分布し、隣接する気孔同士が相互に連通した構造を有していることによって、該多孔体の内部への細胞の侵入が促進され、骨の形成促進を図ることができる。
なお、球状の気孔とは、厳密な真球状に限定されるものではなく、真球がやや扁平したり、歪んだりした形状等の気孔も含む。
Further, the bone prosthetic material according to the present invention is a porous body having a unique inter-pore communication structure, in which a large number of spherical pores are distributed three-dimensionally throughout, and adjacent pores communicate with each other. By having, the penetration | invasion of the cell to the inside of this porous body is accelerated | stimulated, and formation of a bone can be aimed at.
The spherical pores are not limited to strictly spherical shapes, and include pores having a shape in which the true sphere is slightly flattened or distorted.

前記多孔体は、表面積、血液や体液等の浸透性、細胞や生体組織、血管等の侵入および付着容易性等の観点から、気孔率が50%以上90%以下、平均気孔径が100μm以上500μm以下とする。
前記平均気孔径が100μm未満である場合は、該多孔体の内部に、細胞や組織が侵入しにくく、気孔内部での骨の形成促進を十分に図ることができない。
一方、前記平均気孔径が500μmを超える場合は、空間が大きすぎるため、気孔内に侵入した細胞が係留されにくく、十分に定着することが困難となり、この場合も、気孔内部での骨の形成促進効果は不十分となる。
The porous body has a porosity of 50% or more and 90% or less and an average pore diameter of 100 μm or more and 500 μm from the viewpoints of surface area, permeability of blood, body fluids, etc., invasion and adhesion of cells, biological tissues, blood vessels and the like. The following.
When the average pore diameter is less than 100 μm, cells and tissues are less likely to enter the porous body, and bone formation inside the pores cannot be promoted sufficiently.
On the other hand, when the average pore diameter exceeds 500 μm, since the space is too large, the cells that have entered the pores are difficult to be anchored, and it is difficult to sufficiently settle them. In this case, too, bone formation inside the pores The promotion effect is insufficient.

また、隣接する前記気孔間の連通部の径は、20μm以上100μm以下である。
上記範囲内の大きさを有する連通部であれば、細胞や生体組織が侵入可能であり、多孔体内部での骨の形成促進を図ることができる。
なお、この気孔間の連通部の径は、水銀ポロシメータを用いた細孔径分布測定から求めることができる。
Moreover, the diameter of the communication part between the said adjacent pores is 20 micrometers or more and 100 micrometers or less.
If it is a communication part which has the magnitude | size within the said range, a cell and a biological tissue can penetrate | invade and it can aim at formation promotion of the bone inside a porous body.
In addition, the diameter of the communicating part between the pores can be obtained from pore diameter distribution measurement using a mercury porosimeter.

上記のような構造を有する本発明に係るリン酸三カルシウム系骨補填材は、特開2002−121088号公報に記載されているような製造方法、すなわち、リン酸カルシウム系セラミックス原料を含むスラリーを撹拌起泡させる方法によって作製することができる。
撹拌起泡により気孔が形成された多孔体は、気孔を区画する骨格自体は緻密であり、気孔がほぼ球状となり、高気孔率であるにもかかわらず、比較的高強度であり、また、毛管現象により、細胞や血液等が浸透しやすい性状が得られる。さらに、単位体積当たりの表面積が大きく、侵入した細胞の足場としても好適な性状となりやすい等の優れた特性を有している。
The tricalcium phosphate bone prosthetic material according to the present invention having the above-described structure is produced by a manufacturing method as described in JP-A No. 2002-112888, that is, a slurry containing a calcium phosphate ceramic material is stirred. It can be produced by a foaming method.
The porous body in which pores are formed by stirring and foaming is dense in the skeleton itself defining the pores, is substantially spherical, has a high porosity, and has a relatively high strength. Due to the phenomenon, a property that allows easy penetration of cells, blood and the like can be obtained. Furthermore, it has excellent characteristics such as a large surface area per unit volume and a suitable property as a scaffold for invading cells.

また、本発明に係る骨補填材は、多孔体を構成するβ‐TCPおよび/またはα‐TCPにおいて、そのCaの0.5mol%以上3mol%以下がMgにより置換されたものであり、該多孔体の結晶相のβ‐TCPからα‐TCPへの相転移温度が1200℃以上1350℃以下であることを特徴とするものである。
このようなMg添加によって、多孔体の焼結性を改善することができ、強度の向上を図ることができる。
Further, the bone prosthetic material according to the present invention is obtained by replacing 0.5 mol% or more and 3 mol% or less of Ca with Mg in β-TCP and / or α-TCP constituting the porous body. The phase transition temperature from β-TCP to α-TCP of the crystalline phase of the body is 1200 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower.
By adding such Mg, the sinterability of the porous body can be improved and the strength can be improved.

上述のように、β‐TCPは、1120〜1180℃でα‐TCPに転移するため、β相を維持するためには、通常、焼成温度を低くしなければならない。
これに対しては、TCPのCaの一部をLi,Na,K,MgまたはZnのうちのいずれかで置換することにより、相転移温度を高温側にシフトさせることが可能となる。
本発明においては、上記金属元素のうち、特に、Mgにより置換し、これをTCP中に固溶させる。
Mgは、生体必須元素の一つであり、成人体内中に約30g存在し、そのうち、約60%が骨に存在している。骨の重量は体重の約1/5であることから、骨中のMg含有量は約2000ppmである。このような点からも、骨補填材へのMg添加は好ましい。
As described above, β-TCP transitions to α-TCP at 1120 to 1180 ° C. Therefore, in order to maintain the β phase, it is usually necessary to lower the firing temperature.
On the other hand, the phase transition temperature can be shifted to a higher temperature side by replacing a part of Ca of TCP with any of Li, Na, K, Mg, or Zn.
In the present invention, among the above metal elements, in particular, substitution is made with Mg, which is dissolved in TCP.
Mg is one of the essential biological elements and is present in about 30 g in the adult body, of which about 60% is present in bone. Since the bone weight is about 1/5 of the body weight, the Mg content in the bone is about 2000 ppm. Also from such a point, addition of Mg to the bone grafting material is preferable.

Mgによる置換量は、TCP中のCa分の0.5mol%以上3mol%以下とする。
前記Mg置換量がCa分の0.5mol%未満である場合、β‐TCPからα‐TCPへの相転移量が75%を超え、十分な強度を有するTCP多孔体が得られない。
一方、前記Mg置換量がCa分の3mol%を超える場合、TCP多孔体中のMg含有量が4000ppm以上となり、骨中のMg含有量よりも多くなりすぎるため、好ましくない。
The amount of substitution with Mg is 0.5 mol% or more and 3 mol% or less of Ca in TCP.
When the amount of Mg substitution is less than 0.5 mol% of Ca, the amount of phase transition from β-TCP to α-TCP exceeds 75%, and a porous TCP body having sufficient strength cannot be obtained.
On the other hand, when the amount of Mg substitution exceeds 3 mol% of Ca, the Mg content in the TCP porous body is 4000 ppm or more, which is not preferable because it is excessively higher than the Mg content in bone.

例えば、β‐TCPのうちのCa分の2mol%をMgで部分置換した場合、β‐TCPからα‐TCPへの相転移温度は、約1300℃にまで上昇する。
したがって、焼成温度をHApと同程度まで高くすることができるため、多孔体を構成する骨格部分が十分に焼結し、β‐TCP多孔体の機械的強度の向上を図ることができる。
For example, when 2 mol% of Ca in β-TCP is partially substituted with Mg, the phase transition temperature from β-TCP to α-TCP rises to about 1300 ° C.
Therefore, since the firing temperature can be increased to the same level as HAp, the skeleton portion constituting the porous body is sufficiently sintered, and the mechanical strength of the β-TCP porous body can be improved.

上記のようなMg添加されたTCPの多孔体を得るための焼成温度は、1100℃以上1200℃以下であることが好ましい。
前記焼成温度が1100℃未満である場合、焼結が不十分となり、特に、多孔体の骨格部分の焼結が不十分となり、該骨格部分に孔が残存し、十分な強度の焼結体が得られない。
一方、前記焼成温度が1200℃を超える場合、粒成長により、焼結体(多孔体)の生体吸収速度が遅くなる。
It is preferable that the firing temperature for obtaining the above-described Mg-added TCP porous body is 1100 ° C. or more and 1200 ° C. or less.
When the firing temperature is less than 1100 ° C., the sintering becomes insufficient, and in particular, the sintering of the skeleton portion of the porous body becomes insufficient, the pores remain in the skeleton portion, and a sintered body with sufficient strength is obtained. I can't get it.
On the other hand, when the firing temperature exceeds 1200 ° C., the bioabsorption rate of the sintered body (porous body) becomes slow due to grain growth.

上記のように、焼成温度によって、粒子径を制御することができ、これにより、TCP多孔体の生体吸収速度を制御することができるため、用途に応じたTCP多孔体の物性設計が自在となる。
また、前記Mg置換量を変化させることによって、TCP多孔体を構成するβ‐TCPとα‐TCPの割合および気孔率を制御することができ、これにより、該多孔体の生体吸収速度を調整することも可能である。
As described above, the particle diameter can be controlled by the firing temperature, and thereby the bioabsorption rate of the TCP porous body can be controlled, so that the physical property design of the TCP porous body can be freely designed according to the application. .
Further, by changing the amount of Mg substitution, the ratio and porosity of β-TCP and α-TCP constituting the TCP porous body can be controlled, thereby adjusting the bioabsorption rate of the porous body. It is also possible.

上記のようなMg添加されたTCPの原料粉末は、一般に知られている方法により製造することができる。これらのうち、合成方法の一例を以下に述べる。
TCP中のCa分の所望のMg置換量に基づいて、所定量の水酸化カルシウムと塩化マグネシウムと水とを撹拌混合して、水酸化カルシウムスラリーを調製し、これに、リン酸水溶液を徐々に全量滴下した後、撹拌する。
エージング後、ろ過し、固形分を乾燥させ、仮焼することにより、Mg添加されたTCP合成粉体が得られる。
このようにして得られたTCP合成粉体を原料粉末として用いて、上述したような撹拌起泡法によって、本発明に係るTCP多孔体からなる骨補填材を作製することができる。
The raw material powder of TCP to which Mg is added as described above can be produced by a generally known method. Among these, an example of the synthesis method is described below.
A predetermined amount of calcium hydroxide, magnesium chloride, and water are stirred and mixed based on the desired amount of Mg substitution for Ca in TCP to prepare a calcium hydroxide slurry, and an aqueous phosphoric acid solution is gradually added thereto. Stir after the entire amount is dropped.
After aging, filtration, drying of the solid content, and calcination are performed to obtain a Mg-added TCP synthetic powder.
By using the TCP synthetic powder thus obtained as a raw material powder, a bone prosthetic material comprising the porous TCP according to the present invention can be produced by the stirring foaming method as described above.

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
[実施例1]
TCP中の各成分について、(Ca+Mg)/P=1.528、Ca分のMg置換量が2mol%であるβ‐TCP粉末を、以下のようにして作製した。
まず、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)13.4770mol、塩化マグネシウム(MgCl2)0.2750mol、純水15dm330分間撹拌混合して、水酸化カルシウムスラリーを調製した。
一方、リン酸(H3PO4)9.0mol、純水3dm3を30分間撹拌して、リン酸水溶液を調製した。
前記水酸化カルシウムスラリーに、前記リン酸水溶液を20〜25cm3・min-1で徐々に全量滴下した後、4時間撹拌した。
得られたスラリーを24時間エージング後、ろ過し、固形分を乾燥機中で80℃で乾燥させた。
得られた合成粉体を800℃で仮焼し、Mg添加されたβ‐TCP粉末を得た。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example 1]
For each component in TCP, (Ca + Mg) /P=1.528, and β-TCP powder in which the Mg substitution amount of Ca was 2 mol% was prepared as follows.
First, calcium hydroxide slurry was prepared by stirring and mixing calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) 13.4770 mol, magnesium chloride (MgCl 2 ) 0.2750 mol, and pure water 15 dm 3 for 30 minutes.
On the other hand, phosphoric acid (H 3 PO 4 ) 9.0 mol and pure water 3 dm 3 were stirred for 30 minutes to prepare an aqueous phosphoric acid solution.
The phosphoric acid aqueous solution was gradually added dropwise to the calcium hydroxide slurry at 20 to 25 cm 3 · min −1 and stirred for 4 hours.
The obtained slurry was aged for 24 hours and then filtered, and the solid content was dried at 80 ° C. in a dryer.
The obtained synthetic powder was calcined at 800 ° C. to obtain β-TCP powder to which Mg was added.

次に、TCP多孔体を以下のようにして作製した。
上記により得られたMg添加β‐TCP原料粉末(平均粒子径1μm)500.00gに、分散媒として20重量%ポリエチレンイミン水溶液334.59gを加え、ボールミルで48時間混合してスラリーを調製した。
得られたβ‐TCPスラリー700.00gに、起泡剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル1.40gを添加し、機械的撹拌により1200cm3まで起泡し、泡沫状のスラリーを得た。
これに、架橋剤としてソルビトールポリグリシジルエーテル13.7gを添加し、撹拌した後、型に鋳込んだ。
得られたゲル化体を型から取り出し、乾燥し、成形体を得た。
これを1050℃で焼成し、TCP多孔体を得た。
Next, a TCP porous body was produced as follows.
A slurry was prepared by adding 334.59 g of a 20 wt% polyethyleneimine aqueous solution as a dispersion medium to 500.00 g of the Mg-added β-TCP raw material powder (average particle diameter 1 μm) obtained as described above, and mixing the mixture with a ball mill for 48 hours.
1.40 g of polyoxyethylene lauryl ether was added as a foaming agent to 700.00 g of the obtained β-TCP slurry, and foamed to 1200 cm 3 by mechanical stirring to obtain a foamy slurry.
To this, 13.7 g of sorbitol polyglycidyl ether was added as a crosslinking agent, stirred, and cast into a mold.
The obtained gelled body was taken out from the mold and dried to obtain a molded body.
This was baked at 1050 ° C. to obtain a TCP porous body.

[実施例2〜6]
実施例1において、表1の実施例2〜6に示す焼成温度とし、それ以外については、実施例1と同様にして、TCP多孔体を得た。
[Examples 2 to 6]
In Example 1, it was set as the calcination temperature shown in Examples 2-6 of Table 1, and it carried out similarly to Example 1, and obtained the porous TCP body.

上記実施例1〜6において得られた各TCP多孔体について、気孔率、圧縮強度、平均気孔径および気孔間連通部の平均孔径を求めた。これらの結果を表1に示す。
なお、気孔率は、体積、重量、真比重から求めた。
また、平均気孔径は、該多孔体を樹脂包埋し、表面を研磨したものを電子顕微鏡観察し、画像解析により求めた。
また、気孔間連通部の平均孔径を、水銀ポロシメータを用いて、水銀圧入法により測定した。
About each TCP porous body obtained in the said Examples 1-6, the porosity, the compressive strength, the average pore diameter, and the average pore diameter of the communicating part between pores were calculated | required. These results are shown in Table 1.
The porosity was determined from the volume, weight, and true specific gravity.
The average pore diameter was determined by image analysis of the porous body embedded in a resin and the surface polished.
Moreover, the average pore diameter of the communicating part between pores was measured by a mercury intrusion method using a mercury porosimeter.

さらに、得られた各TCP多孔体の結晶相の同定を行った結果、いずれもβ‐TCP単相であった。
また、室温から1400℃までのTG‐DTAの結果、β‐TCPからα‐TCPへの相転移温度は、1300℃であった。


















Furthermore, as a result of identifying the crystal phase of each obtained TCP porous body, all were β-TCP single phases.
As a result of TG-DTA from room temperature to 1400 ° C., the phase transition temperature from β-TCP to α-TCP was 1300 ° C.


















Figure 2007229048
Figure 2007229048

前記TCP多孔体はいずれも、全体にわたって気孔同士が連通しており、生体内において、骨芽細胞等が十分に侵入することができ、かつ、骨補填材として十分な強度を有していることが認められた。
また、表1から分かるように、焼成温度が1100℃以上の場合(実施例3〜6)、1100℃未満である場合(実施例1,2)よりも高強度であり、より好ましい。
In any of the TCP porous bodies, the pores communicate with each other over the whole body, and osteoblasts and the like can sufficiently enter in vivo, and have sufficient strength as a bone grafting material. Was recognized.
Moreover, as can be seen from Table 1, when the firing temperature is 1100 ° C. or higher (Examples 3 to 6), the strength is higher than that when the firing temperature is lower than 1100 ° C. (Examples 1 and 2), which is more preferable.

[比較例1〜6]
実施例1〜6において、Mg無添加でβ‐TCP粉末を調製し、これを原料粉末として用い、それ以外については、実施例1〜6と同様にして、TCP多孔体を得た。
得られた各TCP多孔体について、気孔率、圧縮強度、平均気孔径および気孔間連通部の平均孔径を、実施例1と同様にして求めた。これらの結果を表2に示す。
[Comparative Examples 1-6]
In Examples 1 to 6, β-TCP powder was prepared without adding Mg, and this was used as a raw material powder. Otherwise, a porous TCP was obtained in the same manner as in Examples 1 to 6.
About each obtained TCP porous body, the porosity, the compressive strength, the average pore diameter, and the average pore diameter of the communicating part between pores were calculated | required like Example 1. FIG. These results are shown in Table 2.

さらに、得られた各TCP多孔体の結晶相の同定を行った結果、比較例1〜3はβ‐TCP単相、比較例4,5はα‐TCPとβ‐TCPの混合相、比較例6はα‐TCP単相であった。
また、室温から1400℃までのTG‐DTAの結果、β‐TCPからα‐TCPへの相転移温度は、1150℃であった。












Furthermore, as a result of identifying the crystalline phase of each obtained TCP porous body, Comparative Examples 1 to 3 are β-TCP single phase, Comparative Examples 4 and 5 are α-TCP and β-TCP mixed phase, Comparative Example 6 was an α-TCP single phase.
As a result of TG-DTA from room temperature to 1400 ° C., the phase transition temperature from β-TCP to α-TCP was 1150 ° C.












Figure 2007229048
Figure 2007229048

前記TCP多孔体の気孔構造はいずれも、上記実施例とほぼ同様であった。
また、表2に示したように、焼成温度が1130℃以上の場合(比較例4〜6)において、強度の低下が見られるが、これは、多孔体の結晶相がβ‐TCPからα‐TCPに転移する際に、その結晶構造が変化して体積膨張が生じ、多孔体構造に欠陥が生じたことによると考えられる。
The pore structure of the TCP porous body was almost the same as in the above example.
In addition, as shown in Table 2, when the firing temperature is 1130 ° C. or higher (Comparative Examples 4 to 6), a decrease in strength is observed. This is because the crystalline phase of the porous body is changed from β-TCP to α- When transitioning to TCP, the crystal structure is changed to cause volume expansion, which is considered to be due to defects in the porous structure.

以上の結果から、本発明に係るリン酸三カルシウム系骨補填材は、TCP原料粉末合成時のMg添加によって、従来より高強度の多孔体として得られることが認められた。   From the above results, it was confirmed that the tricalcium phosphate bone substitute material according to the present invention can be obtained as a porous body having higher strength than before by adding Mg at the time of TCP raw material powder synthesis.

Claims (1)

β‐リン酸三カルシウムおよび/またはα‐リン酸三カルシウムからなる多孔体であって、
前記多孔体は、球状の気孔が全体にわたって連通した多孔質構造を有し、気孔率が50%以上90%以下、平均気孔径が100μm以上500μm以下、各気孔間の連通部の径が20μm以上100μm以下であり、かつ、圧縮強度が5MPa以上であり、
前記β‐リン酸三カルシウムおよび/またはα‐リン酸三カルシウムのCaの0.5mol%以上3mol%以下が、Mgにより部分置換されており、
前記多孔体の結晶相のβ‐リン酸三カルシウムからα‐リン酸三カルシウムへの相転移温度が、1200℃以上1350℃以下であることを特徴とするリン酸三カルシウム系骨補填材。
a porous body composed of β-tricalcium phosphate and / or α-tricalcium phosphate,
The porous body has a porous structure in which spherical pores communicate with each other, the porosity is 50% or more and 90% or less, the average pore diameter is 100 μm or more and 500 μm or less, and the diameter of the communication portion between each pore is 20 μm or more. 100 μm or less and the compressive strength is 5 MPa or more,
0.5 mol% or more and 3 mol% or less of Ca in the β-tricalcium phosphate and / or α-tricalcium phosphate is partially substituted with Mg,
A tricalcium phosphate-based bone grafting material characterized in that a phase transition temperature from β-tricalcium phosphate to α-tricalcium phosphate in a crystalline phase of the porous body is 1200 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower.
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