JP2009173465A - αリン酸三カルシウム多孔体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔質で強度の高いαリン酸三カルシウム多孔体を簡易かつ安価に製造する。
【解決手段】炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップＳ１と、混合された炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとの混合物をα相転移温度以上の温度で焼成する焼成ステップＳ６とを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、αリン酸三カルシウム多孔体の製造方法に関するものである。

従来、リン酸カルシウム系骨セメントの成分として、αリン酸三カルシウム粉末が知られている。このαリン酸三カルシウム粉末は、例えば、特許文献１または特許文献２の製造方法により製造される。
このαリン酸三カルシウム粉末は、水と反応して水酸アパタイトに転化することにより硬化する性質を有しているので、骨セメントの成分として適している。

特許第３９３３７１６号明細書 特開平５−１３１００５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されている製造方法はαリン酸カルシウムの緻密な板状体を製造する方法であり、加圧成形中の加熱処理のような複雑な工程を含み、αリン酸三カルシウムの製造にコストがかかるという不都合がある。
また、特許文献２に開示されている製造方法は、噴霧乾燥法によるものであるため大きな粒子の製造が困難であり、中空の粉粒体が製造されるため強度が低いという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、多孔質で強度の高いαリン酸三カルシウム多孔体を簡易かつ安価に製造することができるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップと、混合された炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとの混合物をα相転移温度以上の温度で焼成する焼成ステップとを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法を提供する。

本発明によれば、混合ステップによりメカノケミカル法によって炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとを混合することにより、非晶質の多孔性の混合物が生成される。このようにして生成された混合物を、焼成ステップにおいてα相転移温度以上の温度で焼成することにより、αリン酸三カルシウム多孔体粉末を容易に得ることができる。
このようにして製造されたαリン酸三カルシウム多孔体粉末は、多数の気孔を有しているので、容易に抗菌剤等の薬剤を含浸させることができる。また、中空構造の従来のαリン酸三カルシウム粉末の製造方法と比較すると、高い強度を有するαリン酸三カルシウム多孔体粉末を得ることができる。

上記発明においては、前記混合ステップにおいて生成された混合物を前記焼成ステップ前に乾燥する乾燥ステップを備えていてもよい。
このようにすることで、焼成ステップ前に乾燥ステップを行って減容を図り、焼成ステップを効率よく行うことができる。

また、本発明は、炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップと、該混合ステップにおいて生成された混合物をβ相転移温度以上α相転移温度以下の温度で仮焼してβリン酸三カルシウム多孔体を得る仮焼ステップと、該仮焼ステップにおいて得られたβリン酸三カルシウム多孔体に解こう剤および発泡剤を混合して発泡スラリーを生成するスラリー生成ステップと、該スラリー生成ステップにおいて生成された発泡スラリーをα相転移温度以下の温度で焼成してβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを生成するブロック生成ステップと、該ブロック生成ステップにおいて生成されたβリン酸三カルシウム多孔体ブロックをα相転移温度以上の温度で焼成する焼成ステップとを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法を提供する。

本発明によれば、スラリー生成ステップおよびブロック生成ステップを介してβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを生成した後、α相転移温度以上の温度で焼成するので、ブロック状の比較的大きな形状を有するαリン酸三カルシウム多孔体を容易に製造することができる。

また、本発明は、炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップと、前記混合ステップにおいて生成された混合物をβ相転移温度以上α相転移温度以下の温度で仮焼してβリン酸三カルシウム多孔体粉末を得る仮焼ステップと、該仮焼ステップにおいて得られたβリン酸三カルシウム多孔体粉末に解こう剤および発泡剤を混合して発泡スラリーを生成するスラリー生成ステップと、該スラリー生成ステップにおいて生成された発泡スラリーをα相転移温度以下の温度で焼成してβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを生成するブロック生成ステップと、該ブロック生成ステップにおいて生成されたβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを粉砕する粉砕ステップと、該粉砕ステップにおいて生成されたβリン酸三カルシウム多孔体顆粒をα相転移温度以上の温度で焼成する焼成ステップとを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法を提供する。

本発明によれば、ブロック生成ステップにおいて一旦生成したβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを粉砕ステップにおいて粉砕することによりβリン酸三カルシウム多孔体顆粒を生成し、これをα相転移温度以上の温度で焼成するので、粉末よりも大きな粒径を有するαリン酸三カルシウム多孔体顆粒を容易に製造することができる。

また、本発明は、炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップと、混合された炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとの混合物をα相転移温度以上の温度で焼成してαリン酸三カルシウム多孔体粉末を得るステップと、得られたαリン酸三カルシウム多孔体粉末に解こう剤および発泡剤を混合して発泡スラリーを生成するスラリー生成ステップと、該スラリー生成ステップにおいて生成された発泡スラリーをα相転移温度以上の温度で焼成してαリン酸三カルシウム多孔体ブロックを生成するブロック生成ステップと、該ブロック生成ステップにおいて生成されたαリン酸三カルシウム多孔体ブロックを粉砕する粉砕ステップと、該粉砕ステップにおいて生成されたαリン酸三カルシウム多孔体顆粒を焼成する焼成ステップとを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法を提供する。

本発明によれば、ブロック生成ステップにおいて一旦生成したαリン酸三カルシウム多孔体ブロックを粉砕ステップにおいて粉砕することによりαリン酸三カルシウム多孔体顆粒を生成し、これを焼成するので、粉末よりも大きな粒径を有するαリン酸三カルシウム多孔体顆粒を容易に製造することができる。

また、本発明は、炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップと、該混合ステップにおいて生成された混合物をβ相転移温度以上α相転移温度以下の温度で仮焼してβリン酸三カルシウム多孔体を得る仮焼ステップと、該仮焼ステップにおいて得られたβリン酸三カルシウム多孔体に解こう剤および発泡剤を混合して発泡スラリーを生成するスラリー生成ステップと、該スラリー生成ステップにおいて生成された発泡スラリーをα相転移温度以上の温度で焼成する焼成ステップとを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法を提供する。

本発明によれば、多孔質で強度の高いαリン酸三カルシウム多孔体を簡易かつ安価に製造することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法について、図１および図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法は、図１に示されるように、炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップＳ１と、該混合ステップＳ１において生成された混合物を仮焼してβリン酸三カルシウム多孔体を得る仮焼ステップＳ２と、該仮焼ステップＳ２において得られたβリン酸三カルシウム多孔体を用いて発泡スラリーを生成するスラリー生成ステップＳ３と、該スラリー生成ステップＳ３において生成された発泡スラリーを焼成してβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを生成するブロック生成ステップＳ４と、該ブロック生成ステップＳ４において生成されたβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを粉砕してβリン酸三カルシウム多孔体顆粒を得る粉砕ステップＳ５と、該粉砕ステップＳ５において生成されたβリン酸三カルシウム多孔体顆粒を焼成してαリン酸三カルシウム多孔体顆粒を生成する焼成ステップＳ６とを備えている。

混合ステップＳ１は、炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムを１：２のモル比でメカノケミカル法により混合する。これにより非晶質リン酸カルシウムを合成することができる。
仮焼ステップＳ２は、混合ステップＳ１において得られた非晶質リン酸カルシウムを７００℃〜１１２５℃の範囲の温度、例えば、７００℃で仮焼する。この温度範囲はβ相転移温度であるため、これにより、βリン酸三カルシウムの粉末が得られる。

スラリー生成ステップＳ３は、仮焼ステップＳ２において得られたβリン酸三カルシウム粉末に対して解こう剤および発泡剤を１００対８０の重量比で混合し発泡スラリーを生成する。

ブロック生成ステップＳ４は、スラリー生成ステップＳ３において生成された発泡スラリーを型に流し込んで乾燥させることにより、所定の形状を有するブロック状のグリーン体を形成する。そして、形成されたグリーン体をα相転移温度以下の温度、例えば、１１００℃で焼成してβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを生成する。

粉砕ステップＳ５は、ブロック生成ステップＳ４において生成されたβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを粉砕し、篩を用いて１００〜３００μｍのβリン酸三カルシウム多孔体顆粒を生成する。

焼成ステップＳ６は、粉砕ステップＳ５において得られたβリン酸三カルシウム多孔体顆粒をα相転移温度以上の温度、例えば１２００℃〜１４００℃の範囲の温度で１〜１２時間焼成する。
これによりαリン酸三カルシウム多孔体顆粒が製造される。

本実施形態に係るαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法によれば、混合ステップにおいてメカノケミカル法により炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムを混合した結果得られた非晶質リン酸カルシウムを熱処理することで、内部に１０μｍ以下の多数の気孔を有するαリン酸三カルシウム多孔体顆粒を容易に製造することができる。

内部に多数の気孔を有することで、αリン酸三カルシウム多孔体顆粒は、表面のみならず内部にも抗菌剤等の薬剤を含浸させることができ、例えば、骨セメントとして使用する場合には、αリン酸三カルシウム多孔体の吸収に伴って抗菌剤を徐放させることが可能となる。

この場合に、従来のような複雑な工程を必要とせず、製造コストの低減や製造時間の短縮を図ることができる。また、中空構造にする必要もないので、強度の高いαリン酸三カルシウム多孔体顆粒を安価に製造することができるという利点がある。

また、本実施形態に係るαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法では、発泡スラリを生成してグリーン体を一旦構成しているので、その後粉砕したときに、比較的大きな顆粒を構成することができる。

ここで、本実施形態に係るαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法の一実施例について説明する。
図２は、焼成ステップＳ６における焼成条件を、ａ）１４００℃、１２時間、ｂ）１４００℃、１時間、ｃ）１３００℃、１時間、ｄ）１２００℃、１時間としたときの顆粒の顕微鏡写真をそれぞれ示している。

これらの写真によれば、１２００℃〜１４００℃、１〜１２時間の全ての焼成条件において、顆粒内に気孔が多数形成されていることがわかる。そして、焼成温度を高く、焼成時間を長くする程、骨格が太いαリン酸三カルシウム多孔体顆粒を製造することができる。したがって、焼成条件を調節して強度を調節することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法について、図３を参照して説明する。
本実施形態に係る製造方法は、混合ステップＳ１と、該混合ステップＳ１において生成された混合物を１００〜９００℃で乾燥させる乾燥ステップＳ７と、乾燥した非晶質リン酸カルシウムをα相転移温度以上の温度で焼成する焼成ステップＳ６とを備えている。

本実施形態に係る製造方法によれば、第１の実施形態に係る製造方法とは異なり、グリーン体を形成しないので、粒径の小さいαリン酸三カルシウム多孔体顆粒や粉末を製造することができるという利点がある。

図４に、ａ）市販のαリン酸三カルシウムの表面形状、ｂ）第１の実施形態に係る製造方法において１４００℃で１２時間焼成することより製造されたαリン酸三カルシウム多孔体の表面形状、および第２の実施形態に係る製造方法において、ｃ）９００℃で乾燥した場合とｄ）１００℃で乾燥した場合であって、いずれも１４００℃で１２時間焼成した場合のαリン酸三カルシウム多孔体の表面形状の顕微鏡写真をそれぞれ示す。

これらの写真によれば、第１の実施形態に係る製造方法により製造されたαリン酸三カルシウム多孔体の骨格が最も太く、第２の実施形態に係る製造方法により製造されたαリン酸三カルシウム多孔体の場合には、９００℃の高温で乾燥した場合の方が、１００℃の低温で乾燥した場合よりも骨格が太いαリン酸三カルシウム多孔体が製造されることがわかる。

そして、これらのαリン酸三カルシウム多孔体を水と混合して骨セメントとして硬化させた場合には、いずれの場合においても、図５に示されるように微細なハイドロキシアパタイトの結晶が析出することが示された。さらに、これらの硬化した骨セメントの圧縮強度は、表１に示されるように、第１の実施形態および第２の実施形態のいずれの製造方法により製造したαリン酸三カルシウム多孔体においても、メカノケミカル法により非結晶リン酸カルシウムを生成することで、αリン酸三カルシウムの活性が高められ、従来のαリン酸三カルシウムを用いた場合よりも高い値が示された。
表１は骨セメントの成分と圧縮強度とを示す表である。

このように、本実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、従来のような複雑な工程を必要とせず、製造コストの低減や製造時間の短縮を図ることができる。また、中空構造にする必要もないので、強度の高いαリン酸三カルシウム多孔体顆粒を安価に製造することができるという利点がある。

本発明の第１の実施形態に係るαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法を説明するフローチャートである。 図１の製造方法により、焼成条件をａ）１４００℃、１２時間、ｂ）１４００℃、１時間、ｃ）１３００℃、１時間、ｄ）１２００℃、１時間と変えてそれぞれ製造されたαリン酸三カルシウム多孔体の顕微鏡写真を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法を説明するフローチャートである。 ａ）市販のαリン酸三カルシウムの表面形状、ｂ）図１の製造方法において１４００℃で１２時間焼成することより製造されたαリン酸三カルシウム多孔体の表面形状、図３の製造方法において、ｃ）９００℃、ｄ）１００℃で乾燥し、１４００℃で１２時間焼成することにより製造されたαリン酸三カルシウム多孔体の表面形状の顕微鏡写真を示す図である。 図４により製造されたαリン酸三カルシウム多孔体を用いた骨セメントの硬化後の顕微鏡写真を示す図である。

符号の説明

Ｓ１ 混合ステップ
Ｓ２ 仮焼ステップ
Ｓ３ スラリー生成ステップ
Ｓ４ ブロック生成ステップ
Ｓ５ 粉砕ステップ
Ｓ６ 焼成ステップ
Ｓ７ 乾燥ステップ

Claims (6)

1. 炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップと、
   混合された炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとの混合物をα相転移温度以上の温度で焼成する焼成ステップとを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法。
2. 前記混合ステップにおいて生成された混合物を前記焼成ステップ前に乾燥する乾燥ステップを備える請求項１に記載のαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法。
3. 炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップと、
   該混合ステップにおいて生成された混合物をβ相転移温度以上α相転移温度以下の温度で仮焼してβリン酸三カルシウムを得る仮焼ステップと、
   該仮焼ステップにおいて得られたβリン酸三カルシウムに解こう剤および発泡剤を混合して発泡スラリーを生成するスラリー生成ステップと、
   該スラリー生成ステップにおいて生成された発泡スラリーをα相転移温度以下の温度で焼成してβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを生成するブロック生成ステップと、
   該ブロック生成ステップにおいて生成されたβリン酸三カルシウム多孔体ブロックをα相転移温度以上の温度で焼成する焼成ステップとを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法。
4. 炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップと、
   該記混合ステップにおいて生成された混合物をβ相転移温度以上α相転移温度以下の温度で仮焼してβリン酸三カルシウムを得る仮焼ステップと、
   該仮焼ステップにおいて得られたβリン酸三カルシウムに解こう剤および発泡剤を混合して発泡スラリーを生成するスラリー生成ステップと、
   該スラリー生成ステップにおいて生成された発泡スラリーをα相転移温度以下の温度で焼成してβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを生成するブロック生成ステップと、
   該ブロック生成ステップにおいて生成されたβリン酸三カルシウム多孔体ブロックを粉砕する粉砕ステップと、
   該粉砕ステップにおいて生成されたβリン酸三カルシウム多孔体顆粒をα相転移温度以上の温度で焼成する焼成ステップとを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法。
5. 炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップと、
   混合された炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとの混合物をα相転移温度以上の温度で焼成してαリン酸三カルシウムを得るステップと、
   得られたαリン酸三カルシウムに解こう剤および発泡剤を混合して発泡スラリーを生成するスラリー生成ステップと、
   該スラリー生成ステップにおいて生成された発泡スラリーをα相転移温度以上の温度で焼成してαリン酸三カルシウム多孔体ブロックを生成するブロック生成ステップと、
   該ブロック生成ステップにおいて生成されたαリン酸三カルシウム多孔体ブロックを粉砕する粉砕ステップと、
   該粉砕ステップにおいて生成されたαリン酸三カルシウム多孔体顆粒を焼成する焼成ステップとを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法。
6. 炭酸カルシウムとリン酸水素カルシウムとをメカノケミカル法により混合する混合ステップと、
   該混合ステップにおいて生成された混合物をβ相転移温度以上α相転移温度以下の温度で仮焼してβリン酸三カルシウム多孔体を得る仮焼ステップと、
   該仮焼ステップにおいて得られたβリン酸三カルシウム多孔体に解こう剤および発泡剤を混合して発泡スラリーを生成するスラリー生成ステップと、
   該スラリー生成ステップにおいて生成された発泡スラリーをα相転移温度以上の温度で焼成する焼成ステップとを備えるαリン酸三カルシウム多孔体の製造方法。