JP2010208896A - Method of manufacturing plate-like hydroxyapatite single crystal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for manufacturing a plate-like HAp single crystal with c-surface orientation, which has not been prepared by a conventional technique, in an industrial level. <P>SOLUTION: The method of manufacturing a plate-like hydroxyapatite single crystal includes the steps of: putting an acid aqueous solution containing Ca<SP>2+</SP>ions, PO<SB>4</SB><SP>3-</SP>ions, urea and urease in a vessel; maintaining the acid aqueous solution with outside air in a gas-liquid contact system; generating a crystal nucleus of hydroxyapatite along with the increase of pH of the aqueous solution by hydrolysis of urea by urease; growing the crystal nucleus further in the direction of a-axis and b-axis; separating and collecting precipitation floating on the aqueous solution from the aqueous solution; and then obtaining the plate-like hydroxyapatite single crystal by applying hydrothermal treatment to the precipitation. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、c面配向した板状ヒドロキシアパタイト単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a c-plane oriented plate-like hydroxyapatite single crystal.

ヒドロキシアパタイト(以下、HApと略記する)は、一般に、結晶系が六方晶系に属し、c軸方向に成長した結晶面(以下、この結晶面をa面という)と、a軸およびb軸方向に成長した結晶面(以下、この結晶面をc面という)とをもつ。a面は正に帯電し、c面は負に帯電している。この電荷の異なる2つの結晶面をもつため、HApは、酸性基あるいは塩基性基を持つ化合物を吸着保持することができる。このような吸着特性を有するHApは、タンパク質などの生理活性物質の吸着材(例えば、クロマトグラフィ用充填材)に利用されている。   Hydroxyapatite (hereinafter abbreviated as HAp) generally has a crystal system belonging to the hexagonal system, a crystal plane grown in the c-axis direction (hereinafter, this crystal plane is referred to as a-plane), a-axis and b-axis directions. A crystal plane (hereinafter, this crystal plane is referred to as a c-plane). The a-plane is positively charged and the c-plane is negatively charged. Since HAp has two crystal planes with different charges, HAp can adsorb and hold a compound having an acidic group or a basic group. HAp having such adsorption characteristics is used as an adsorbent for physiologically active substances such as proteins (for example, a packing material for chromatography).

近年、HApの結晶面を選択的に配向させて、その吸着特性に選択性を付与する試みがなされている。例えば、非特許文献1には、均一沈殿法により、a面配向した繊維状HApを合成し、そのa面配向した繊維状HApが塩基性タンパク質(リゾチーム)よりも酸性タンパク質(アルブミン、ポリ−L−グルタミン酸)をより多く吸着することが報告されている。   In recent years, attempts have been made to selectively orient the crystal planes of HAp to impart selectivity to its adsorption characteristics. For example, Non-Patent Document 1 synthesizes a-face-oriented fibrous HAp by a uniform precipitation method, and the a-face-oriented fibrous HAp is more acidic protein (albumin, poly-L) than basic protein (lysozyme). -It has been reported that more glutamic acid) is adsorbed.

また、c面配向した板状HApの研究も進められている。特許文献1には、リン酸カルシウム粒子を、アミノ酸水溶液中にて加熱して、HApに転化し、次いで該HApをa軸およびb軸方向に生長させることを特徴とする板状HApの製造方法が開示されている。   Research on c-plane oriented plate-shaped HAp is also underway. Patent Document 1 discloses a method for producing a plate-like HAp, characterized in that calcium phosphate particles are heated in an amino acid aqueous solution to be converted into HAp, and then the HAp is grown in the a-axis and b-axis directions. Has been.

さらに、非特許文献2には、CaCO、HPO、尿素およびウレアーゼを含む水溶液を50℃で24時間インキュベートし、溶液から均一な生成物を沈殿させ、次いでこの沈殿物に水熱処理を施してc面配向した板状HApを合成する方法が開示されている。
c面配向したHApは、前記a面配向した繊維状HApとは異なり、酸性タンパク質よりも塩基性タンパク質をより多く吸着する吸着材として期待されている。
Furthermore, Non-Patent Document 2 discloses that an aqueous solution containing CaCO 3 , H 3 PO 4 , urea and urease is incubated at 50 ° C. for 24 hours to precipitate a uniform product from the solution, and then this precipitate is subjected to hydrothermal treatment. A method of synthesizing c-plane oriented plate-shaped HAp by applying is disclosed.
Unlike the a-plane oriented fibrous HAp, c-plane oriented HAp is expected as an adsorbent that adsorbs more basic protein than acidic protein.

日本セラミックス協会第1回生体関連セラミックス討論会講演要旨集(1997)11頁11th Annual Meeting of the Ceramic Society of Japan (1997), p. 11 H. Yamamoto and M. Aizawa, Archives of Bioceramics Reseach, 6(2006), 212-215H. Yamamoto and M. Aizawa, Archives of Bioceramics Reseach, 6 (2006), 212-215

特開2004−15596号公報JP 2004-15596 A

前述したa面配向した繊維状HApやc面配向した板状HApを吸着材として用い、酸性タンパク質や塩基性タンパク質などの生理活性物質の分析、あるいは精製・単離を行う上で、使用するHApは単結晶であることが望ましい。多結晶のHApの場合、表面の電荷が均一にならず、生理活性物質に対する特異的な吸着性能が不十分であったり、分離能が悪くなるなどの問題がある。
しかしながら、前記特許文献1に開示された従来技術で得られた板状HApは、X線回折等で結晶構造を調べた結果、多結晶のHApが主体であることが判明した。
また、前記非特許文献2に開示された従来技術で得られた板状HApについても、単結晶に近い構造を有しているものの、多結晶パターンが混在していることが判明した。
このように、従来技術においては、c面配向した板状HAp単結晶を効率的に得ることができなかった。
HAp used for the analysis or purification / isolation of physiologically active substances such as acidic proteins and basic proteins, using the above-mentioned a-plane oriented fibrous HAp and c-plane oriented HAP as adsorbents Is preferably a single crystal. In the case of polycrystalline HAp, there is a problem that the surface charge is not uniform, the specific adsorption performance with respect to the physiologically active substance is insufficient, and the separation performance is deteriorated.
However, as a result of examining the crystal structure of the plate-like HAp obtained by the prior art disclosed in Patent Document 1 by X-ray diffraction or the like, it has been found that the HAp is mainly polycrystalline.
In addition, the plate-like HAp obtained by the conventional technique disclosed in Non-Patent Document 2 also has a structure close to a single crystal, but it has been found that polycrystalline patterns are mixed.
Thus, in the prior art, a plate-shaped HAp single crystal with c-plane orientation could not be obtained efficiently.

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、従来技術では得られなかったc面配向した板状HAp単結晶を効率的に製造するための技術の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for efficiently producing a c-plane oriented plate-shaped HAp single crystal that has not been obtained by the prior art.

前記目的を達成するため、本発明は、Ca2+イオン、PO 3−イオン、尿素及びウレアーゼを含む酸性水溶液を容器に入れ、該酸性水溶液と外気とが気液接触した状態で保持し、ウレアーゼによる尿素の加水分解による水溶液のpH上昇にしたがって、HApの結晶核を生成させ、さらに該結晶核をa軸及びb軸方向に成長させ、次いで前記水溶液に浮上している析出物を水溶液から分離採取し、次いで前記析出物に水熱処理を施して板状HAp単結晶を得ることを特徴とする板状HAp単結晶の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention puts an acidic aqueous solution containing Ca 2+ ions, PO 4 3− ions, urea and urease into a container and holds the acidic aqueous solution and the outside air in a gas-liquid contact state. As the pH of the aqueous solution rises due to the hydrolysis of urea, HAp crystal nuclei are generated, the crystal nuclei are grown in the a-axis and b-axis directions, and then the precipitates floating in the aqueous solution are separated from the aqueous solution. A method for producing a plate-like HAp single crystal is provided, which is collected and then subjected to hydrothermal treatment on the precipitate to obtain a plate-like HAp single crystal.

本発明の板状HAp単結晶の製造方法において、前記酸性水溶液中のCa2+イオンの濃度を0.0025〜0.0100mol・dm−3の範囲とし、PO 3−イオンの濃度を0.0015〜0.0060mol・dm−3の範囲とし、尿素の濃度を1.0〜2.0mol・dm−3の範囲とし、ウレアーゼの濃度を前記尿素1当量に対して0.2倍当量から3倍当量の範囲とすることが好ましい。 In the method for producing a plate-like HAp single crystal of the present invention, the concentration of Ca 2+ ions in the acidic aqueous solution is in the range of 0.0025 to 0.0100 mol · dm −3 , and the concentration of PO 4 3- ions is 0.0015. in the range of ~0.0060mol · dm -3, the concentration of urea in the range of 1.0~2.0mol · dm -3, 3 times 0.2 times by equivalent concentrations of urease to said urea 1 eq It is preferable to be in the range of equivalents.

本発明により、板状HAp単結晶を効率よく製造することができる。
本発明により得られる板状HAp単結晶は、c面配向した板状HAp単結晶であり、これを用いて塩基性タンパク質などの生理活性物質の分析、あるいは精製・単離を行う場合に、多結晶HApに比べて高い吸着性能及び分離性能が得られる。
According to the present invention, a plate-like HAp single crystal can be produced efficiently.
The plate-like HAp single crystal obtained by the present invention is a c-plane oriented plate-like HAp single crystal, which is used in many cases when a physiologically active substance such as a basic protein is analyzed or purified / isolated. High adsorption performance and separation performance can be obtained as compared with crystalline HAp.

実施例で行ったHAp合成の手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the procedure of the HAp synthesis | combination performed in the Example. Ca2+,PO 3−濃度変動の実験における気液界面の析出物のXRDパターンである。It is a XRD pattern of the deposit at the gas-liquid interface in the experiment of Ca 2+ , PO 4 3− concentration fluctuation. Ca2+,PO 3−濃度変動の実験における気液界面の析出物のSEM画像である。Ca 2+, an SEM image of a deposit of gas-liquid interface in the experiment of PO 4 3- concentration fluctuations. Ca2+,PO 3−濃度変動の実験における水熱処理後の析出物のXRDパターンである。It is a XRD pattern of a precipitate after hydrothermal treatment in an experiment of Ca 2+ , PO 4 3− concentration variation. Ca2+,PO 3−濃度変動の実験における水熱処理後の析出物のSEM画像である。It is a SEM image of the precipitate after the hydrothermal treatment in the experiment of Ca 2+ , PO 4 3− concentration fluctuation. 尿素濃度変動の実験における気液界面の析出物のXRDパターンである。It is a XRD pattern of the deposit of the gas-liquid interface in the experiment of a urea concentration fluctuation | variation. 尿素濃度変動の実験における気液界面の析出物のSEM画像である。It is a SEM image of the deposit of the gas-liquid interface in the experiment of urea concentration fluctuation. 尿素濃度変動の実験における水熱処理後の析出物のXRDパターンである。It is a XRD pattern of a precipitate after hydrothermal treatment in an experiment of urea concentration fluctuation. 尿素濃度変動の実験における水熱処理後の析出物のSEM画像である。It is a SEM image of the precipitate after the hydrothermal treatment in the experiment of urea concentration variation. ウレアーゼ添加量変動の実験おける気液界面の析出物のXRDパターンである。It is an XRD pattern of the deposit of the gas-liquid interface in the experiment of the urease addition amount fluctuation | variation. ウレアーゼ添加量変動の実験おける気液界面の析出物のSEM画像である。It is a SEM image of the deposit of the gas-liquid interface in the experiment of the urease addition amount fluctuation | variation. ウレアーゼ添加量変動の実験おける水熱処理後の析出物のXRDパターンである。It is a XRD pattern of the precipitate after the hydrothermal treatment in the experiment of urease addition amount variation. ウレアーゼ添加量変動の実験おける水熱処理後の析出物のSEM画像である。It is a SEM image of the deposit after the hydrothermal treatment in the experiment of the urease addition amount fluctuation | variation. 溶液総濃度変動の実験における気液界面の析出物のXRDパターンである。It is a XRD pattern of the deposit of the gas-liquid interface in the experiment of a total solution concentration fluctuation | variation. 溶液総濃度変動の実験における気液界面の析出物のSEM画像である。It is a SEM image of the deposit of the gas-liquid interface in the experiment of the total solution concentration fluctuation. 溶液総濃度変動の実験における水熱処理後の析出物のXRDパターンである。It is a XRD pattern of the precipitate after hydrothermal treatment in the experiment of the total solution concentration fluctuation. 溶液総濃度変動の実験における水熱処理後の析出物のSEM画像である。It is a SEM image of the precipitate after the hydrothermal treatment in the experiment of the total solution concentration fluctuation. サンプルNo.2の生成物(水熱処理後)のTEM画像及び電子線回折画像である。Sample No. 2 is a TEM image and an electron diffraction image of product 2 (after hydrothermal treatment). サンプルNo.2の生成物(水熱処理後)の格子像である。Sample No. 2 is a lattice image of the product 2 (after hydrothermal treatment). サンプルNo.2の生成物(水熱処理後)のEDX図である。Sample No. It is an EDX figure of the product of 2 (after hydrothermal treatment). サンプルNo.2の生成物(水熱処理後)のFT-IRスペクトルである。Sample No. 2 is an FT-IR spectrum of product 2 (after hydrothermal treatment). 気液界面析出物の経時変化を示す画像である。It is an image which shows a time-dependent change of a gas-liquid interface precipitate. 気液界面析出物の経時変化のXRDパターンである。It is a XRD pattern of a time-dependent change of a gas-liquid interface precipitate. 気液界面析出物の経時変化のFT-IRスペクトルである。It is a FT-IR spectrum of a time-dependent change of a gas-liquid interface precipitate. 気液界面析出物の経時変化のSEM画像である。It is a SEM image of a time-dependent change of a gas-liquid interface precipitate. pH変動調査用装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the apparatus for pH fluctuation | variation investigation. pHの経時変化図である。It is a time-dependent change figure of pH. 気液界面析出物の加熱後のXRDパターンである。It is a XRD pattern after the heating of a gas-liquid interface precipitate. 気液界面析出物の加熱後のFT-IRスペクトルである。It is an FT-IR spectrum after heating a gas-liquid interface precipitate. 気液界面析出物の加熱による相変化のSEM画像である。It is a SEM image of the phase change by heating of a gas-liquid interface precipitate. 気液界面析出物の加熱による表面変化のTEM画像である。It is a TEM image of the surface change by heating of a gas-liquid interface precipitate. サンプルNo.2の下層生成物のXRDパターンである。Sample No. 2 is an XRD pattern of the lower layer product of No. 2. サンプルNo.2の下層生成物のSEM画像である。Sample No. It is a SEM image of 2 lower layer products. サンプルNo.2の下層生成物(水熱処理後)のTEM写真および電子線回折画像である。Sample No. It is a TEM photograph and electron beam diffraction image of 2 lower layer products (after hydrothermal treatment). サンプルNo.2の下層生成物(水熱処理後)のFT-IRスペクトルである。Sample No. 2 is an FT-IR spectrum of the lower layer product 2 (after hydrothermal treatment). 凝集体の上部のSEM画像である。It is a SEM image of the upper part of an aggregate. 凝集体の下部のSEM画像である。It is a SEM image of the lower part of an aggregate. 凝集体の側面のSEM画像である。It is a SEM image of the side surface of an aggregate. 凝集体の上部のTEM画像である。It is a TEM image of the upper part of an aggregate. 気液界面合成プロセスのメカニズムのうちステップ1を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating step 1 among the mechanisms of a gas-liquid interface synthesis process. 気液界面合成プロセスのメカニズムのうちステップ2を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating step 2 among the mechanisms of a gas-liquid interface synthesis process. 気液界面合成プロセスのメカニズムのうちステップ3を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating step 3 among the mechanisms of a gas-liquid interface synthesis process. 気液界面合成プロセスのメカニズムのうちステップ4を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating step 4 among the mechanisms of a gas-liquid interface synthesis process. 気液界面合成プロセスのメカニズムのうちステップ5を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating step 5 among the mechanisms of a gas-liquid interface synthesis process. 気液界面合成プロセスのメカニズムのうちステップ6を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating step 6 among the mechanisms of a gas-liquid interface synthesis process.

本発明の板状HAp単結晶の製造方法は、
・Ca2+イオン、PO 3−イオン、尿素及びウレアーゼを含む酸性水溶液を調製する工程(1)と、
・次いで、該水溶液を容器に入れ、該酸性水溶液と外気とが気液接触した状態で保持し、ウレアーゼによる尿素の加水分解による水溶液のpH上昇にしたがって、HApの結晶核を生成させ、さらに該結晶核をa軸及びb軸方向に成長させる工程(2)と、
・次いで前記水溶液に浮上している析出物を水溶液から分離採取する工程(3)と、
・次いで前記析出物に水熱処理を施して板状HAp単結晶を得る工程(4)とを備えている。
The method for producing the plate-like HAp single crystal of the present invention includes:
A step (1) of preparing an acidic aqueous solution containing Ca 2+ ions, PO 4 3− ions, urea and urease;
Next, the aqueous solution is put in a container and held in a state where the acidic aqueous solution and the outside air are in gas-liquid contact, and HAp crystal nuclei are generated according to the increase in pH of the aqueous solution due to hydrolysis of urea by urease. A step (2) of growing crystal nuclei in the a-axis and b-axis directions;
A step (3) of separating and collecting the precipitate floating on the aqueous solution from the aqueous solution;
-Next, the said deposit is hydrothermally processed, and the process (4) of obtaining a plate-shaped HAp single crystal is provided.

前記工程(1)において、酸性水溶液の調製は、Ca化合物とP化合物とをHApの合成に好適なモル比(例えば、Ca/P=1.67)となるように秤量、採取し、尿素と共に精製水に加えて混合し、この水中に硝酸や塩酸などの無機酸、あるいは酢酸、クエン酸、乳酸などの有機酸を加え、pHを酸性側にしてCa化合物、P化合物及び尿素を溶解させ、その後、適当量のウレアーゼを加えて調製することが好ましい。   In the step (1), the acidic aqueous solution is prepared by weighing and collecting the Ca compound and the P compound so as to have a molar ratio suitable for the synthesis of HAp (for example, Ca / P = 1.67), together with urea. In addition to purified water and mixing, an inorganic acid such as nitric acid or hydrochloric acid or an organic acid such as acetic acid, citric acid or lactic acid is added to this water, and the pH is set to the acidic side to dissolve the Ca compound, P compound and urea. Thereafter, it is preferable to prepare by adding an appropriate amount of urease.

前記酸性水溶液の調製に用いるCa化合物としては、酸性水溶液に溶解するものであればよく、特に制限されないが、HAp結晶の析出や単結晶の成長を妨害するような妨害成分を含まないCa化合物を用いることが好ましく、例えば、炭酸カルシウム、硝酸カルシウム、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、乳酸カルシウム、酢酸カルシウムなどが好ましい。   The Ca compound used for the preparation of the acidic aqueous solution is not particularly limited as long as it dissolves in the acidic aqueous solution, but a Ca compound that does not contain an interfering component that interferes with the precipitation of HAp crystals and the growth of single crystals. Preferably, for example, calcium carbonate, calcium nitrate, calcium chloride, calcium hydroxide, calcium lactate, calcium acetate and the like are preferable.

前記酸性水溶液の調製に用いるP化合物としては、酸性水溶液に溶解するものであればよく、特に制限されないが、HAp結晶の析出や単結晶の成長を妨害するような妨害成分を含まないP化合物を用いることが好ましく、例えば、オルトリン酸、ポリリン酸、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸三カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸三アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウムなどが好ましい。   The P compound used for the preparation of the acidic aqueous solution is not particularly limited as long as it dissolves in the acidic aqueous solution. For example, orthophosphoric acid, polyphosphoric acid, trisodium phosphate, disodium hydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate, tripotassium phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, triphosphate Ammonium, diammonium hydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate and the like are preferable.

前記酸性水溶液の調製に用いるCa化合物とP化合物との比率は、Ca10(PO(OH)で表されるヒドロキシアパタイトにおけるCaとPのモル比(Ca/P)と同じか又は近似した値になるように計算して秤量、採取することが望ましい。
また、前記酸性水溶液中のCa2+イオン濃度及びPO 3−イオン濃度は特に限定されないが、綺麗な板状HAp単結晶を合成するには、Ca2+イオンが0.0025〜0.0100mol・dm−3の範囲、PO 3−イオンが0.0015〜0.0060mol・dm−3の範囲とすることが好ましい。
The ratio of Ca compound and P compound used for the preparation of the acidic aqueous solution is the same as the molar ratio (Ca / P) of Ca and P in hydroxyapatite represented by Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 or It is desirable to weigh and sample by calculating to an approximate value.
Further, the Ca 2+ ion concentration and the PO 4 3- ion concentration in the acidic aqueous solution are not particularly limited, but in order to synthesize a beautiful plate-like HAp single crystal, the Ca 2+ ion is 0.0025 to 0.0100 mol · dm. -3 and PO 4 3- ion are preferably in the range of 0.0015 to 0.0060 mol · dm −3 .

前記酸性水溶液の調製に用いる尿素は、ウレアーゼにより分解されて生じるアンモニウムイオンによって酸性水溶液のpHが上昇し、HApの析出に好適な中性〜弱アルカリ域に徐々に移行させるために好適な量が添加される。尿素の添加量は、酸性水溶液の酸性度などに応じて適宜設定されるが、通常は0.5〜2.0mol・dm−3の範囲、好ましくは1.0〜2.0mol・dm−3の範囲とすることが好ましい。 Urea used for the preparation of the acidic aqueous solution has an amount suitable for gradually shifting to a neutral to weak alkaline region suitable for precipitation of HAp because the pH of the acidic aqueous solution rises due to ammonium ions decomposed by urease. Added. The amount of urea added is appropriately set according to the acidity of the acidic aqueous solution, but is usually in the range of 0.5 to 2.0 mol · dm −3 , preferably 1.0 to 2.0 mol · dm −3. It is preferable to set it as the range.

前記酸性水溶液の調製に用いるウレアーゼは、酸性水溶液中の尿素に作用して加水分解し、アンモニウムイオンを生じて酸性水溶液のpHを上昇させ、HApの析出に好適な中性〜弱アルカリ域に徐々に移行させるために好適な量が添加される。ウレアーゼの添加量は、特に限定されないが、綺麗な板状HAp単結晶を合成するには、ウレアーゼを前記尿素1当量に対して0.2倍当量から3倍当量の範囲で添加することが好ましい。ここで、ウレアーゼ(酵素活性:140unit・mg−1)の1当量は、尿素の1当量を24時間以内にすべて加水分解するに要する量に相当し、0.2倍当量は0.547cmに、3倍当量は8.202cmにそれぞれ相当する。 The urease used in the preparation of the acidic aqueous solution is hydrolyzed by acting on urea in the acidic aqueous solution to generate ammonium ions, gradually increasing the pH of the acidic aqueous solution, and gradually in a neutral to weak alkaline range suitable for precipitation of HAp. Appropriate amounts are added to make the transition. The amount of urease added is not particularly limited, but in order to synthesize a beautiful plate-like HAp single crystal, it is preferable to add urease in a range of 0.2 to 3 equivalents to 1 equivalent of urea. . Here, 1 equivalent of urease (enzyme activity: 140 unit · mg −1 ) corresponds to the amount required to hydrolyze all 1 equivalent of urea within 24 hours, and 0.2 equivalent is 0.547 cm 3 . The 3-fold equivalent corresponds to 8.202 cm 3 , respectively.

前記工程(1)において酸性水溶液を調製後、この酸性水溶液を容器に入れ、該酸性水溶液と外気とが気液接触した状態で保持し、ウレアーゼによる尿素の加水分解による水溶液のpH上昇にしたがって、HApの結晶核を生成させ、さらに該結晶核をa軸及びb軸方向に成長させる工程(2)を行う。この工程(2)を行うための容器や保持条件の詳細については、前述したHApの結晶生成・成長が可能であれば特に限定されない。ただし、保持温度は、20〜55℃の範囲、好ましくはウレアーゼの至適温度近辺に設定することが好ましい。また、反応時間は、24〜120時間の範囲とすることが好ましい。   After preparing the acidic aqueous solution in the step (1), the acidic aqueous solution is put in a container and held in a state where the acidic aqueous solution and the outside air are in gas-liquid contact, and according to the increase in pH of the aqueous solution due to urea hydrolysis by urease, A step (2) of generating crystal nuclei of HAp and further growing the crystal nuclei in the a-axis and b-axis directions is performed. The details of the container and holding conditions for performing this step (2) are not particularly limited as long as the above-described HAp crystal generation and growth are possible. However, the holding temperature is preferably set in the range of 20 to 55 ° C., preferably in the vicinity of the optimum temperature of urease. The reaction time is preferably in the range of 24 to 120 hours.

この工程(2)において、時間の経過とともに、容器の気液界面付近と、液の下層とにHApの結晶が析出し、成長していくが、本発明の製造方法において対象となる板状HAp単結晶は、容器の気液界面付近に浮上した状態で成長していく。   In this step (2), as time elapses, HAp crystals precipitate and grow near the gas-liquid interface of the container and the lower layer of the liquid, but the plate-like HAp that is the object of the manufacturing method of the present invention. The single crystal grows in a state of floating near the gas-liquid interface of the container.

次に、前記水溶液に浮上している析出物を水溶液から分離採取する工程(3)を行う。この析出物の採取方法は特に限定されず、化学分野や製薬分野などで用いられる従来公知の採取法を適用して行うことができる。
容器から分離採取した析出物は、精製水等で十分に洗浄し、乾燥される。
Next, a step (3) of separating and collecting the precipitate floating on the aqueous solution from the aqueous solution is performed. The method for collecting the precipitate is not particularly limited, and can be performed by applying a conventionally known collection method used in the chemical field, the pharmaceutical field, or the like.
The precipitate separated and collected from the container is thoroughly washed with purified water and dried.

このように得られた析出物は、X線回折等で調べると、製造目的とするHApの結晶以外に、リン酸オクタカルシウム(OCP)などの他のリン酸カルシウム化合物が混在している。そこで、前記析出物に水熱処理を施してHApの単一相に転化して、目的とする板状HAp単結晶を得る工程(4)を行う。   When the precipitate thus obtained is examined by X-ray diffraction or the like, other calcium phosphate compounds such as octacalcium phosphate (OCP) are mixed in addition to the HAp crystals intended for production. Therefore, the precipitate (4) is subjected to a hydrothermal treatment to convert it into a single phase of HAp to obtain a target plate-shaped HAp single crystal.

この水熱処理の条件は、リン酸オクタカルシウム(OCP)などの他のリン酸カルシウム化合物をHApの単一相に転化できればよく、特に限定されないが、通常は温度100〜200℃の範囲、処理時間1〜3時間程度の条件で行うことが好ましい。この水熱処理により、目的とする板状HAp単結晶が得られる。   The conditions for this hydrothermal treatment are not particularly limited as long as other calcium phosphate compounds such as octacalcium phosphate (OCP) can be converted into a single phase of HAp. Usually, the temperature is in the range of 100 to 200 ° C., and the treatment time is 1 to 1. It is preferable to carry out under conditions of about 3 hours. The target plate-like HAp single crystal is obtained by this hydrothermal treatment.

本発明の製造方法によって得られる板状HAp単結晶は、図13等に示すように、比較的大きく明瞭な板状をなしており、図12のXRDパターンからわかるようにHApの単一相から形成されている。この板状HAp単結晶は、HApのc面に相当する26°((002)面)の特徴ピークが強く、c面配向したHAp単結晶であることが実証された。   The plate-like HAp single crystal obtained by the production method of the present invention has a relatively large and clear plate shape as shown in FIG. 13 and the like, and as seen from the XRD pattern of FIG. Is formed. This plate-like HAp single crystal has a strong feature peak at 26 ° ((002) plane) corresponding to the c-plane of HAp, and was proved to be a c-plane-oriented HAp single crystal.

本発明の製造方法によって得られる板状HAp単結晶は、c面配向した板状HAp単結晶であり、これを用いて塩基性タンパク質などの生理活性物質の分析、あるいは精製・単離を行う場合に、多結晶HApに比べて高い吸着性能及び分離性能が得られる。   The plate-like HAp single crystal obtained by the production method of the present invention is a c-plane oriented plate-like HAp single crystal, which is used for analysis, purification or isolation of physiologically active substances such as basic proteins. In addition, high adsorption performance and separation performance can be obtained as compared with polycrystalline HAp.

1.実験
(1−1)混合溶液の調製方法
まず、炭酸カルシウムとオルトリン酸及び尿素からなる懸濁液(1000cm)を調製し、2時間撹拌した。この混合懸濁液に、硝酸(1.0mol・dm−3)をpH3.00になるように添加した。更に1時間撹拌し、ウレアーゼを添加した。
出発材料の炭酸カルシウム、オルトリン酸(HPO)、尿素およびウレアーゼ(140unit・mg−1)の配合割合を表1に示す。なお、ウレアーゼの添加量は、0.1質量%水溶液の添加量で表す。
1. Experiment (1-1) Preparation Method of Mixed Solution First, a suspension (1000 cm 3 ) composed of calcium carbonate, orthophosphoric acid and urea was prepared and stirred for 2 hours. Nitric acid (1.0 mol · dm −3 ) was added to this mixed suspension so as to have a pH of 3.00. Stir for another hour and add urease.
Table 1 shows the blending ratio of the starting materials calcium carbonate, orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), urea and urease (140 units · mg −1 ). In addition, the addition amount of urease is represented by the addition amount of 0.1 mass% aqueous solution.

Figure 2010208896
Figure 2010208896

(1−2)混合溶液からの合成
前記(1−1)で得られた混合溶液(1000cm)を外径12.3cmのガラスシャーレ8個(各シャーレに125cm)に入れ密封し、インキュベーターの中で50℃、96時間の反応を行った。反応後、吸引ろ過器で液面上に浮かぶ生成物だけを吸引ろ過・洗浄し、110℃、24時間乾燥し、合成粉体を得た。ここでの合成の概略を図1に示す。
(1-2) Synthesis from mixed solution The mixed solution (1000 cm 3 ) obtained in (1-1) above was placed in 8 glass petri dishes having an outer diameter of 12.3 cm (125 cm 3 in each petri dish), and sealed. The reaction was conducted at 50 ° C. for 96 hours. After the reaction, only the product floating on the liquid surface was suction filtered and washed with a suction filter and dried at 110 ° C. for 24 hours to obtain a synthetic powder. An outline of the synthesis here is shown in FIG.

(1−3) 水熱処理
水熱処理では反応器にフッ素樹脂製内筒を有するオートクレーブ(耐圧硝子工業社製TVS−1型(容積50cm))を用いた。前記(1−2)で得られた合成粉末0.1gを50cmの純水中に加え、120℃、2.5時間加熱して水熱処理を行った。その後、処理物をろ過・洗浄して110℃、48時間で乾燥した。
(1-3) Hydrothermal treatment
In the hydrothermal treatment, an autoclave (TVS-1 type (volume: 50 cm 3 ) manufactured by Pressure Glass Industrial Co., Ltd.) having a fluororesin inner cylinder in the reactor was used. The synthetic powder (0.1 g) obtained in (1-2) above was added to 50 cm 3 of pure water and heated at 120 ° C. for 2.5 hours for hydrothermal treatment. Thereafter, the treated product was filtered and washed, and dried at 110 ° C. for 48 hours.

2.実験結果
(2−1)気液界面の析出物のキャラクタリゼーション
(2−1−1)Ca2+,PO 3−濃度変動(表1中のNo.1−No.4)
尿素の濃度を1.0mol・dm−3、添加する0.1質量%ウレアーゼ水溶液の体積を当量である2.734cmに固定し、CaCO,HPOの濃度をパラメーターとして変動させ、50℃,96時間で加熱した。液面の析出物とシャーレ底部の生成物を分けて、それぞれろ過・乾燥を行った。
なお、以下の記載において、X線回折法(又は装置)はXRDと略記し、走査型電子顕微鏡法(又は装置)はSEMと略記し、透過型電子顕微鏡法(又は装置)はTEMと略記し、エネルギー分散型X線分析法(又は装置)はEDXと略記し、赤外吸光法(又は装置)はFT-IRと略記する。
2. Experimental Results (2-1) Characterization of Precipitate at Gas-Liquid Interface (2-1-1) Ca 2+ , PO 4 3- Concentration Variation (No. 1-No. 4 in Table 1)
The concentration of urea is 1.0 mol · dm −3 , the volume of the 0.1 mass% urease aqueous solution to be added is fixed to 2.734 cm 3 , which is equivalent, and the concentrations of CaCO 3 and H 3 PO 4 are varied as parameters, Heated at 50 ° C. for 96 hours. The precipitate on the liquid surface and the product on the bottom of the petri dish were separated and filtered and dried, respectively.
In the following description, X-ray diffraction (or apparatus) is abbreviated as XRD, scanning electron microscopy (or apparatus) is abbreviated as SEM, and transmission electron microscopy (or apparatus) is abbreviated as TEM. The energy dispersive X-ray analysis method (or apparatus) is abbreviated as EDX, and the infrared absorption method (or apparatus) is abbreviated as FT-IR.

図2に界面の析出物のXRDパターンを示す。図中、OCPはリン酸オクタカルシウム、HApはヒドロキシアパタイトを表す。アパタイトの特徴パターンのほか、4°付近のOCPの特徴ピークも現れたため、すべての生成物はHApとOCPの混合相であることが確認できた。また、Ca2+,PO 3−高濃度の場合(No.3,No.4)、OCPの特徴ピークが非常に強いので、主生成物はOCPであることが分かった。一方、Ca2+,PO 3−低濃度の場合(No.1,No.2)、OCPの特徴ピークが弱くなり、代わりにHApの26°((002)面)および53°((004)面)の特徴ピークが発達したことにより、主生成物はc面が多く露出しているHApであることが推察できる。 FIG. 2 shows the XRD pattern of the precipitate at the interface. In the figure, OCP represents octacalcium phosphate and HAp represents hydroxyapatite. In addition to the characteristic pattern of apatite, a characteristic peak of OCP near 4 ° also appeared, so that it was confirmed that all products were a mixed phase of HAp and OCP. Further, in the case of high concentration of Ca 2+ , PO 4 3- (No. 3, No. 4), it was found that the main product was OCP because the characteristic peak of OCP was very strong. On the other hand, in the case of Ca 2+ , PO 4 3 -low concentration (No. 1, No. 2), the characteristic peak of OCP becomes weak, and instead of HAp 26 ° ((002) plane) and 53 ° ((004) It can be inferred that the main product is a HAp with many c-planes exposed due to the development of the characteristic peak of (plane).

図3には、No.1〜No.4の界面の析出物のSEM画像を示す。Ca2+,PO 3−高濃度の場合(No.3,No.4)、析出物は短冊状あるいは周囲が崩れた板状の形態を呈したが、Ca2+,PO 3−低濃度の場合(No.1,No.2)、析出物形態は凝集しているものの綺麗な板状となった。 In FIG. 1-No. The SEM image of the deposit of the interface of 4 is shown. In the case of high concentration of Ca 2+ , PO 4 3- (No. 3, No. 4), the precipitates were in the form of a strip or a plate with the surroundings collapsed, but the Ca 2+ , PO 4 3- low concentration In the case (No. 1, No. 2), the precipitate form was agglomerated but became a beautiful plate.

この析出物に対して120℃、2.5時間で水熱処理を行った。
水熱処理後のXRDパターンを図4に示す。すべての粉体は水熱処理により、OCPが消滅され、HApの単一相に転化した。Ca2+,PO 3−濃度が低いほどHApのc面に相当する26°((002)面)の特徴ピークが強くなる傾向が見られる。また、Ca2+,PO 3−高濃度の場合(No.3,No.4)、HApのa面に相当する32°((300)面)の特徴ピークも発達していることが検出された。
The precipitate was hydrothermally treated at 120 ° C. for 2.5 hours.
The XRD pattern after hydrothermal treatment is shown in FIG. All powders were hydrothermally treated to eliminate OCP and convert to a single phase of HAp. There is a tendency that the characteristic peak at 26 ° ((002) plane) corresponding to the c-plane of HAp becomes stronger as the Ca 2+ and PO 4 3− concentration is lower. In addition, in the case of high concentration of Ca 2+ , PO 4 3- (No. 3, No. 4), it was detected that a characteristic peak of 32 ° ((300) plane) corresponding to the a-plane of HAp was also developed. It was.

図5には水熱処理後のNo.1〜No.4の界面の析出物のSEM画像を示す。Ca2+,PO 3−濃度が低い場合(No.1,No.2)生成物の形態が処理前と比べて多少崩れるが、板状である(a軸配向)ことが確認できた。また、Ca2+,PO 3−濃度が高い場合(No.3,No.4)、生成物は板状のものではなく、短冊状の形態(c軸配向)となった。SEMにより観察された生成物の特異的な配向性は、図3のXRDの結果と一致している。 FIG. 5 shows No. after hydrothermal treatment. 1-No. The SEM image of the deposit of the interface of 4 is shown. When the Ca 2+ and PO 4 3− concentrations were low (No. 1, No. 2), the form of the product was slightly collapsed compared with that before the treatment, but it was confirmed that it was plate-like (a-axis orientation). Further, when Ca 2+, is PO 4 3- concentration is high (No.3, No.4), the product is not plate-shaped, has a rectangular form (c-axis orientation). The specific orientation of the product observed by SEM is consistent with the XRD results in FIG.

表2には、No.1〜No.4の各条件における収量および収率を示す。収量および析出物形態から考えると、CaCO 0.0050mol・dm−3,HPO 0.0030mol・dm−3(No.2)は、Ca,Pの最適濃度条件であると判断できる。 In Table 2, no. 1-No. The yield and yield in each of the four conditions are shown. Considering the yield and the precipitate form, it can be determined that CaCO 3 0.0050 mol · dm −3 , H 3 PO 4 0.0030 mol · dm −3 (No. 2) is the optimum concentration condition for Ca and P.

Figure 2010208896
Figure 2010208896

(2−1−2)尿素濃度変動(表1中のNo.2,No.5−No.7)
前記(2−1−1)の実験結果より、No.2のCaCO,HPOの濃度条件では効率よく高い配向性を持つ板状HApを合成したため、ここではCaCO,HPOの濃度およびウレアーゼの添加量を、それぞれ0.0050mol・dm−3,0.0030mol・dm−3および2.734cmに固定し、尿素の濃度をパラメーターとして変動させ、50℃、96時間で加熱した。なお、ウレアーゼはNo.2の実験条件が当量添加となり、No.5では、ウレアーゼが2倍過剰、No.6及びNo.7では、それぞれ2/3倍および0.5倍過剰となる。液面の析出物とシャーレ底部の生成物を分けて、濾過・乾燥を行った。
(2-1-2) Urea concentration fluctuation (No. 2, No. 5-No. 7 in Table 1)
From the experimental result of (2-1-1), No. Since plate-shaped HAp having high orientation was efficiently synthesized under the concentration conditions of 2 CaCO 3 and H 3 PO 4 , the concentration of CaCO 3 and H 3 PO 4 and the amount of urease added here were 0.0050 mol · The sample was fixed at dm −3 , 0.0030 mol · dm −3 and 2.734 cm 3 , and the urea concentration was varied as a parameter and heated at 50 ° C. for 96 hours. In addition, urease is No. No. 2 experimental condition is equivalent addition. In No. 5, urease was doubled excessively, 6 and no. 7 is 2/3 times and 0.5 times excess, respectively. The liquid level precipitate and the petri dish bottom product were separated and filtered and dried.

図6に界面の析出物XRDパターンを示す。尿素濃度が低すぎる場合(No.5)は、気液界面では析出物が得られなかった。それは、尿素の濃度が不十分なので、溶液中のpHが上昇しにくいためであると考えられる。No.2,No.6,No.7の析出物に対してXRDによりキャラクタリゼーションを行ったところ、アパタイトの特徴ピークのほか、4°付近のOCPの特徴ピークも現れたため、すべての生成物はHApとOCPの混合相であることが確認できた。   FIG. 6 shows a precipitate XRD pattern at the interface. When the urea concentration was too low (No. 5), no precipitate was obtained at the gas-liquid interface. This is thought to be because the pH in the solution is difficult to increase because the concentration of urea is insufficient. No. 2, no. 6, no. As a result of XRD characterization of No. 7 precipitate, an OCP characteristic peak in the vicinity of 4 ° appeared in addition to the characteristic peak of apatite. It could be confirmed.

図7には界面の析出物のSEM画像を示す。すべての生成物(No.2,No.6,No.7の析出物)は凝集した板状の析出物形態を持っており、尿素の濃度が低いほど、析出物のサイズが大きくなることが確認された。   FIG. 7 shows an SEM image of precipitates at the interface. All products (No.2, No.6, No.7 precipitates) have an aggregated plate-like precipitate form, and the lower the urea concentration, the larger the size of the precipitate. confirmed.

界面の析出物(No.2,No.6,No.7の析出物)に対して120℃、2.5時間で水熱処理を行った。
水熱処理後のXRDパターンを図8に示す。すべての粉体は水熱処理により、OCPが消滅され、HApのc面に相当する26°((002)面)の特徴ピークが強くなるHApの単一相に転化した。
Hydrothermal treatment was performed on the interface precipitate (No. 2, No. 6, No. 7 precipitate) at 120 ° C. for 2.5 hours.
The XRD pattern after hydrothermal treatment is shown in FIG. All the powders were converted into a single phase of HAp in which OCP disappeared and the characteristic peak at 26 ° ((002) plane) corresponding to the c-plane of HAp became strong by hydrothermal treatment.

水熱処理後の各粉体のSEM画像を図9に示す。すべての粉体は板状の形態を維持したが、尿素濃度の上昇とともに、生成した析出物の板状形態が崩れて悪くなる傾向が見られた。
表3には各条件における収量および収率を示す。収量および析出物形態から考えると、1.0mol・dm−3(No.2)が尿素の最適値であると考えられる。
FIG. 9 shows an SEM image of each powder after hydrothermal treatment. Although all the powders maintained a plate-like form, there was a tendency that the plate-like form of the generated precipitate collapsed and deteriorated as the urea concentration increased.
Table 3 shows the yield and yield under each condition. Considering the yield and the form of precipitate, 1.0 mol · dm −3 (No. 2) is considered to be the optimum value for urea.

Figure 2010208896
Figure 2010208896

(2−1−3)ウレアーゼ添加量の変動(表1中のNo.2,No.8−No.11)
前記(2−1−1)及び前記(2−1−2)の実験結果より、Ca2+,PO 3−および尿素濃度をそれぞれ最適値に固定し、ウレアーゼの添加量をパラメーターとして変動させ、50℃、96時間で加熱した。液面の析出物とシャーレ底部の生成物に分けて、濾過・乾燥を行った。
図10に生成物のXRDパターンを示す。アパタイトに特徴的なピークのほか、4°付近のOCPの特徴ピークも現れたため、すべての生成物はHApとOCPの混合相であることが確認できた。また、アパタイトの26°((002)面)および53°((004)面)の特徴ピークが発達したことにより、生成したアパタイトはc面が多く露出していることが推察できる。
(2-1-3) Variation of urease addition amount (No. 2, No. 8-No. 11 in Table 1)
From the experimental results of (2-1-1) and (2-1-2), Ca 2+ , PO 4 3− and urea concentrations are fixed to optimum values, and the amount of urease added is varied as a parameter, Heated at 50 ° C. for 96 hours. Filtration and drying were performed separately on the liquid level precipitate and the petri dish bottom product.
FIG. 10 shows the XRD pattern of the product. In addition to the peak characteristic of apatite, the characteristic peak of OCP near 4 ° also appeared, so that it was confirmed that all products were a mixed phase of HAp and OCP. Moreover, it can be inferred that the apatite produced has a lot of c-plane exposed due to the development of characteristic peaks at 26 ° ((002) plane) and 53 ° ((004) plane).

図11には気液界面の析出物のSEM画像を示す。水熱処理前では、生成物は何れも板状の形態であり、ウレアーゼの添加量の減少と共に、析出物のサイズが大きくなる傾向が見られた。0.1質量%ウレアーゼの添加量が0.5468cmのとき(No.8)、最も配向性が良くかつサイズが大きな析出物が得られた。 FIG. 11 shows an SEM image of precipitates at the gas-liquid interface. Before the hydrothermal treatment, all the products were in the form of a plate, and as the amount of urease added decreased, the size of the precipitate tended to increase. The addition amount of 0.1 mass% urease when 0.5468cm 3 (No.8), most orientation good and Very Large precipitate.

図12には、水熱処理後の各析出物のXRDパターンを示す。水熱処理により、OCPが消滅され、HApのc面に相当する26°((002)面)の特徴ピークが強くなるHApの単一相に転化した。   FIG. 12 shows an XRD pattern of each precipitate after hydrothermal treatment. By hydrothermal treatment, OCP disappeared and converted to a single phase of HAp in which the characteristic peak at 26 ° ((002) plane) corresponding to the c-plane of HAp became strong.

図13には、水熱処理後の各析出物のSEM画像を示す。水熱処理後、すべてのサンプルの配向性はやや低くなったことが確認され、図12の水熱処理後のXRDパターンの変化と一致している。ウレアーゼ添加量は0.5468cmのとき(No.8)、最も配向性が良くかつサイズが大きな析出物が得られた。 FIG. 13 shows an SEM image of each precipitate after hydrothermal treatment. After the hydrothermal treatment, it was confirmed that the orientation of all the samples was slightly lowered, which is consistent with the change in the XRD pattern after the hydrothermal treatment in FIG. When the amount of urease added was 0.5468 cm 3 (No. 8), a precipitate having the best orientation and a large size was obtained.

表4には各条件における収量および収率を示す。収量及び析出物形態から考えると、Ca2+,PO 3−および尿素濃度をそれぞれ最適値に設定した場合、反応系の尿素に対する当量添加である2.734cm(No.2)がウレアーゼの最適添加量であると判断した。 Table 4 shows the yield and yield under each condition. Considering the yield and the form of precipitates, when Ca 2+ , PO 4 3− and urea concentrations are set to optimum values, 2.734 cm 3 (No. 2), which is equivalent addition to urea in the reaction system, is the optimum for urease. It was judged that the amount was an addition amount.

Figure 2010208896
Figure 2010208896

(2−1−4)溶液総濃度の変動(表1中のNo.2,No.12−No.14)
前記(2−1−1)、(2−1−2)及び(2−1−3)の実験結果より、Ca2+,PO 3−、尿素濃度およびウレアーゼの添加量の最適比は、CaCO 0.0050mol・dm−3,HPO 0.0030mol・dm−3、尿素 1.0mol・dm−3、ウレアーゼ 2.734cmとなる。ここでは、各試薬の濃度および添加量の比をこのように固定し、溶液の総濃度を変動させて実験を行った。液面の析出物とシャーレ底部の生成物を分けて、濾過・乾燥を行った。
(2-1-4) Variation in total solution concentration (No. 2, No. 12-No. 14 in Table 1)
From the experimental results of (2-1-1), (2-1-2) and (2-1-3), the optimum ratio of Ca 2+ , PO 4 3− , urea concentration and urease addition amount is CaCO 3 0.0050mol · dm -3, H 3 PO 4 0.0030mol · dm -3, urea 1.0 mol · dm -3, the urease 2.734cm 3. Here, the ratio of the concentration of each reagent and the ratio of the addition amount was fixed in this way, and the experiment was performed by changing the total concentration of the solution. The liquid level precipitate and the petri dish bottom product were separated and filtered and dried.

図14に、生成物のXRDパターンを示す。アパタイトに特徴的なピークのほか、4°付近のOCPの特徴ピークも現れたため、すべての生産物はHApとOCPの混合相であり、総濃度の増大に伴い、4°付近のOCPの解析強度も強くなることが確認できた。また、アパタイトの26°((002)面)および53°((004)面)の特徴ピークが発達したことにより、生成したアパタイトのc面が多く露出していることが推察される。   FIG. 14 shows the XRD pattern of the product. In addition to the characteristic peak of apatite, the characteristic peak of OCP near 4 ° also appeared, so all products are a mixed phase of HAp and OCP. As the total concentration increases, the analytical strength of OCP near 4 ° Was also confirmed to be stronger. In addition, it is inferred that a large amount of the c-plane of the apatite is exposed due to the development of characteristic peaks at 26 ° ((002) plane) and 53 ° ((004) plane) of apatite.

図15に、気液界面の析出物のSEM画像を示す。生成物の何れも板状の形態であり、溶液の総濃度の増大と共に、析出物のサイズが小さくなる傾向が見られた。   In FIG. 15, the SEM image of the deposit of a gas-liquid interface is shown. All of the products had a plate-like form, and there was a tendency for the size of the precipitate to decrease as the total concentration of the solution increased.

図16に、前記各析出物の水熱処理後のXRDパターンを示す。水熱処理により、OCPが消滅され、HApのc面に相当する26°((002)面)の特徴ピークが強くなるHApの単一相に転化した。   FIG. 16 shows an XRD pattern after hydrothermal treatment of each of the precipitates. By hydrothermal treatment, OCP disappeared and converted to a single phase of HAp in which the characteristic peak at 26 ° ((002) plane) corresponding to the c-plane of HAp became strong.

図17に前記水熱処理後の各析出物のSEM画像を示す。溶液の総濃度の増大とともに、生成物の析出物サイズが小さくなり、析出物形態も崩れて悪くなる傾向が見られた。   FIG. 17 shows an SEM image of each precipitate after the hydrothermal treatment. As the total concentration of the solution increased, the precipitate size of the product decreased, and the form of the precipitate also tended to collapse and deteriorated.

また、各濃度条件における生成物の収量および収率を表4に示す。析出物形態および収量から総合的に考えると、CaCO 0.0050mol・dm−3,HPO 0.0030mol・dm−3および尿素 1.0mol・dm−3に、さらに0.1質量%ウレアーゼ水溶液を2.734cm添加する溶液の最適濃度であると判断した。 Table 4 shows the yield and yield of the product under each concentration condition. Taken together the precipitate morphology and yield, CaCO 3 0.0050mol · dm -3, the H 3 PO 4 0.0030mol · dm -3 and urea 1.0 mol · dm -3, further 0.1% It was judged that this was the optimum concentration of the solution to which 2.734 cm 3 of urease aqueous solution was added.

Figure 2010208896
Figure 2010208896

(2−1−5)サンプルNo.2のキャラクタリゼーション
前記(2−1−1)〜(2−1−4)の実験結果より、サンプルNo.2の合成条件、すなわち、CaCO 0.0050mol・dm−3,HPO 0.0030mol・dm−3および尿素1.0mol・dm−3に、さらに0.1質量%ウレアーゼ水溶液を 2.734cm添加した合成条件が最適であることが分かった。この濃度条件の生成物に対し、さらにTEM,EDX、FT-IRなどの装置を用いてキャラクタリゼーションを行った。
(2-1-5) Sample No. 2. From the experimental results of (2-1-1) to (2-1-4), sample No. 2 was characterized. 2 synthesis conditions, i.e., CaCO 3 0.0050mol · dm -3, the H 3 PO 4 0.0030mol · dm -3 and urea 1.0 mol · dm -3, further 0.1% by mass urease aqueous solution 2. It was found that the synthesis conditions with the addition of 734 cm 3 were optimal. The product of this concentration condition was further characterized using an apparatus such as TEM, EDX, FT-IR.

TEM画像及び電子線回折の結果を図18に示す。TEM画像では、SEM画像と同様に板状の形態であることが確認された。電子線回折では明確なスポットが認められ、この析出物が単結晶であることが確認できた。   The TEM image and the result of electron beam diffraction are shown in FIG. The TEM image was confirmed to have a plate-like form as with the SEM image. A clear spot was recognized by electron diffraction, and it was confirmed that the precipitate was a single crystal.

図19は水熱処理後の析出物をさらに、強拡大した格子像である。結晶内部に線状または、編み目のような模様が見られ、白い部分と黒い部分とが混在していた。この格子像から、結晶の方位を推測した。10本分の空間の距離を測定したところ、3.424nmであった。JCPDSカード検索により、最も近い値の格子面間隔のミラー指数は(002)面であった。もし、この結晶が(002)面の方向を向いているとしたら、格子定数は0.6848nmとなるので、c軸の格子定数(0.6883nm)に近い値であり、測定した方向はc軸、その垂直方向はa軸と推測できる。   FIG. 19 is a lattice image obtained by further enlarging the precipitate after hydrothermal treatment. A linear or knitted pattern was observed inside the crystal, and a white portion and a black portion were mixed. From this lattice image, the orientation of the crystal was estimated. When the distance of 10 spaces was measured, it was 3.424 nm. According to the JCPDS card search, the mirror index of the closest lattice spacing was (002) plane. If this crystal is oriented in the (002) plane direction, the lattice constant is 0.6848 nm, which is close to the c-axis lattice constant (0.6883 nm), and the measured direction is the c-axis. The vertical direction can be assumed to be the a-axis.

図20は前記サンプルNo.2の析出物のEDX図である。EDXを用いてキャラクタリゼーションを行ったところ、Ca,P,O元素のほか、C元素のピークも発見されたため、この最終生成物は炭酸を含有していると判断した。   FIG. It is an EDX figure of 2 precipitates. When characterization was performed using EDX, the peak of the C element was also found in addition to the Ca, P, and O elements, so this final product was judged to contain carbonic acid.

図21に、サンプルNo.2の生成物(水熱処理後)のFT-IRスペクトルを示す。HApに特徴的なOH基に基づく吸収が3570cm−1付近に、またPO 3−基に基づく吸収が1300〜900,600および570cm−1付近に認められた。これらのHApに関係する吸収のほかに、CO 2−イオンに基づく吸収が1600〜1400および880cm−1付近において認められた。これらの吸収スペクトルから、No.2の生成物は炭酸含有(Type AB)HApであることがわかる。この結果は図20のEDX結果と一致している。 In FIG. 2 shows the FT-IR spectrum of product 2 (after hydrothermal treatment). HAp the characteristic OH - absorption based on groups in the vicinity of 3570cm -1, The absorption based on PO 4 3- groups was observed near 1300~900,600 and 570 cm -1. In addition to these HAp-related absorptions, absorption based on CO 3 2− ions was observed near 1600-1400 and 880 cm −1 . From these absorption spectra, no. It can be seen that the product of 2 is carbonate-containing (Type AB) HAp. This result is consistent with the EDX result of FIG.

また、このNo.2の生成物のCa粉体のCa含有量を原子吸光法、P含有量をリンバナドモリブデン酸法により定量したところ、Ca含有量は36.8質量%、P含有量は17.7質量%であった。これらの値からCa/P比を求めると1.59となり、HApの
化学量論組成のCa/P比である1.67より低い値を示している。以上の結果を総合し、このNo.2の条件で合成したHApは、凝集した板状HAp単一相の単結晶であり、Ca/P=1.59の炭酸を含有するカルシウム欠損型ヒドロキシアパタイトである。
In addition, this No. When the Ca content of the Ca powder of product 2 was quantified by the atomic absorption method and the P content was quantified by the phosphovanadmolybdic acid method, the Ca content was 36.8% by mass and the P content was 17.7% by mass. Met. The Ca / P ratio obtained from these values is 1.59, which is lower than 1.67 which is the Ca / P ratio of the stoichiometric composition of HAp. By combining the above results, this No. HAp synthesized under the condition 2 is a single crystal of aggregated plate-like HAp single phase, and is a calcium deficient hydroxyapatite containing carbonic acid of Ca / P = 1.59.

(2−1−6)気液界面析出物の経時変化
図1に示すように、シャーレに各材料を入れて50℃のインキュベーターに静置しておくと、反応の進行に伴い、図22に示すように気液界面から白い膜状の物質が析出してくる。この析出物の構造・組成の経時変化について調べた。
(2-1-6) Temporal Change of Gas-Liquid Interface Precipitate As shown in FIG. 1, when each material was put in a petri dish and allowed to stand in an incubator at 50 ° C., as the reaction progressed, As shown, a white film-like substance is deposited from the gas-liquid interface. The change with time in the structure and composition of the precipitate was examined.

図23に、気液界面析出物の経時変化のXRDパターンを示す。この析出物はHApとOCPの混合相であるが、インキュベート時間の経過に伴い4°付近のOCPの回折強度が弱くなり、26°付近のHAp回折強度が強くなる傾向が見られた。これについては、反応の進行に伴い、尿素が加水分解することにより、気液界面付近のpH値が酸性からアルカリ性へシフトし、OCPがHApに転化したためであると考えられる。96時間及び120時間の析出物のXRDパターンがほぼ一致していることから、インキュベート時間96時間が反応の終点と考えられた。   FIG. 23 shows an XRD pattern of the change with time of the gas-liquid interface precipitate. Although this precipitate is a mixed phase of HAp and OCP, the diffraction intensity of OCP near 4 ° becomes weaker as the incubation time elapses, and the HAp diffraction intensity near 26 ° tends to become stronger. This is considered to be because urea was hydrolyzed with the progress of the reaction, the pH value in the vicinity of the gas-liquid interface was shifted from acidic to alkaline, and OCP was converted to HAp. Since the XRD patterns of the 96-hour and 120-hour precipitates almost coincided, the incubation time of 96 hours was considered to be the end point of the reaction.

図24は、図23で用いたものと同じサンプルのFT-IRスペクトルである。このFT-IRスペクトルより、3570cm−1付近のOHの吸収が徐々に強くなることが認められ、それは時間が経つと、OCPからHApへの転換が進行するので、析出物中のHApの割合が大きくなったためであると考えられる。 FIG. 24 is an FT-IR spectrum of the same sample used in FIG. From this FT-IR spectrum, it is recognized that the absorption of OH − in the vicinity of 3570 cm −1 gradually increases, and over time, since the conversion from OCP to HAp proceeds, the ratio of HAp in the precipitate This is thought to be due to the fact that

図25は、図23で用いたものと同じサンプルのSEM画像である。このSEM画像より、24〜48時間の時間帯では、板状の析出物サイズが著しく成長したが、48〜120時間の時間帯では、析出物サイズおよび形態にはほぼ変化が見られなかった。
なお、本プロセスでは、反応がガラスシャーレ中において進行するため、溶液中のpHの経時変化を測定することが困難であるが、図26に示すように、フラスコを用いて溶液中のpH変化を模擬した。
FIG. 25 is an SEM image of the same sample used in FIG. From this SEM image, the plate-like precipitate size grew significantly in the 24-48 hour time zone, but almost no change was observed in the precipitate size and morphology in the 48-120 hour time zone.
In this process, since the reaction proceeds in the glass petri dish, it is difficult to measure the change in pH over time in the solution. However, as shown in FIG. 26, the pH change in the solution is measured using a flask. Simulated.

図27に、前記の通り測定した溶液中のpHの経時変化を示す。反応の進行に従って、pHはまず3.0付近から6.5付近まで上昇してから(第一段階)、一度pH6.2付近まで下がり(第二段階)、その後再び上昇する(第三段階)傾向が見られた。第一段階では、尿素の加水分解反応により溶液中のpHが上がり始め、第二段階では結晶核が生成するため、pHが下がり、第三段階ではpHが再び上がり、結晶が成長していくと考えられる。   FIG. 27 shows the change over time of pH in the solution measured as described above. As the reaction proceeds, the pH first rises from around 3.0 to around 6.5 (first stage), then falls to around pH 6.2 (second stage) and then rises again (third stage). There was a trend. In the first stage, the pH in the solution starts to increase due to the hydrolysis reaction of urea, and since crystal nuclei are generated in the second stage, the pH decreases, and in the third stage, the pH increases again and the crystal grows. Conceivable.

(2−1−7)気液界面析出物の加熱による相変化
サンプルNo.2の析出物を水熱処理してから、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃および1200℃まで加熱し、それぞれの結晶相、形態を調べた。
(2-1-7) Phase change due to heating of gas-liquid interface precipitate Sample No. The hydrolyzed precipitates 2 were heated to 600 ° C., 700 ° C., 800 ° C., 900 ° C., 1000 ° C., 1100 ° C. and 1200 ° C., and the respective crystal phases and forms were examined.

図28に水熱処理後の析出物の加熱による相変化を調べたXRDパターンを示す。600℃まで加熱した析出物は、配向性を維持したHAp単一相のXRDパターンを示した。700℃では、HApのほかに、31°付近においてβ-リン酸三カルシウム(β-Ca(PO:β-TCP)のピークが認められた。800℃、900℃および1000℃の場合、β-TCPのピークは強められたが、HApのピークはまだ残留していた。1100℃および1200℃になると、HAp,β-TCPのほかに、高温型のα-TCPのピークも検出され、3つの相が共存していることが確認された。 FIG. 28 shows an XRD pattern in which the phase change due to heating of the precipitate after hydrothermal treatment was examined. The precipitate heated to 600 ° C. showed an XRD pattern of the HAp single phase maintaining the orientation. At 700 ° C., in addition to HAp, a peak of β-tricalcium phosphate (β-Ca 3 (PO 4 ) 2 : β-TCP) was observed at around 31 °. At 800 ° C., 900 ° C. and 1000 ° C., the β-TCP peak was enhanced, but the HAp peak still remained. At 1100 ° C. and 1200 ° C., a peak of high-temperature α-TCP was detected in addition to HAp and β-TCP, confirming the coexistence of the three phases.

図29に、図28と同じサンプルについてのFT-IRスペクトルを示す。加熱により、1600〜1400および880cm−1付近のCO 2−イオンに基づく吸収が徐々に弱められていくことが確認された。 FIG. 29 shows an FT-IR spectrum for the same sample as FIG. It was confirmed that the absorption based on CO 3 2− ions in the vicinity of 1600 to 1400 and 880 cm −1 was gradually weakened by heating.

図30は、図28および図29と同じサンプルのSEM画像である。700℃まで加熱すると、析出物形態は多少崩れるが、一応板状を維持した。さらに加熱すると、析出物表面が融解していき、1200℃加熱において、板状の形態が完全に観測できなくなった。   FIG. 30 is an SEM image of the same sample as FIG. 28 and FIG. When heated to 700 ° C., the form of the precipitate collapsed somewhat, but the plate shape was maintained. Upon further heating, the precipitate surface melted, and a plate-like form could not be observed completely at 1200 ° C. heating.

図31に、未加熱粉体と1200℃まで加熱した粉体のTEM画像を示す。加熱する前の滑らかな析出物表面に対し、1200℃の加熱により、析出物表面が凹凸になっている様子が確認された。   FIG. 31 shows TEM images of unheated powder and powder heated to 1200 ° C. It was confirmed that the precipitate surface was uneven by heating at 1200 ° C. with respect to the smooth precipitate surface before heating.

前記の結果より、本プロセスから得られた板状HAp粉体は、通常の化学量論的なHApに比べると、熱力学的に安定性が低いことが確認された。それは、カルシウム欠損のためであると考えられる。   From the above results, it was confirmed that the plate-like HAp powder obtained from this process is thermodynamically less stable than ordinary stoichiometric HAp. It is thought to be due to calcium deficiency.

(2−2)下層生成物のキャラクタリゼーション
表1に示したすべての濃度条件下で生成した、シャーレの下層の生成物は、配向性を持たない、OCPとHApの混合相であった。以下には、サンプルNo.2の下層生成物のキャラクタリゼーションの結果を示す。
(2-2) Characterization of Lower Layer Product The petri dish lower layer product produced under all the concentration conditions shown in Table 1 was a mixed phase of OCP and HAp without orientation. In the following, sample no. Figure 2 shows the characterization results of 2 underlayer products.

図32に、サンプルNo.2の下層生成物のXRDパターンを示す。図32より、この下層の合成粉体は、OCPとHApの混合相であり、XRDパターンでは、4°付近のOCPの回折強度および32°付近のHApの(300)面の回折強度が発達した。   In FIG. 2 shows the XRD pattern of the lower layer product of 2. From FIG. 32, the synthetic powder of this lower layer is a mixed phase of OCP and HAp, and in the XRD pattern, the diffraction intensity of OCP near 4 ° and the diffraction intensity of (300) plane of HAp near 32 ° developed. .

図33に、前記合成粉体のSEM画像を示す。このSEM観察により、生成した析出物の形態は棒状、球状および板状であることがわかる。   FIG. 33 shows an SEM image of the synthetic powder. From this SEM observation, it can be seen that the generated precipitates are rod-shaped, spherical, and plate-shaped.

水熱処理後、4°付近のOCPの回折が消え、32°付近のHApの(300)面の回折も弱められ、HApの単一相へ転化した。図33のSEM画像では、特異的な配向性を失っていた。   After hydrothermal treatment, the diffraction of OCP near 4 ° disappeared, the diffraction of the (300) plane of HAp near 32 ° was also weakened, and it was converted into a single phase of HAp. In the SEM image of FIG. 33, the specific orientation was lost.

図34に、水熱処理後の粉体のTEM画像を示す。このTEM観察により、規則的でない一次析出物の形態が観察され、電子線回折では、スポットが認められたが、乱雑に配列しているため、多結晶であることもわかる。   FIG. 34 shows a TEM image of the powder after hydrothermal treatment. By this TEM observation, the form of non-regular primary precipitates was observed, and spots were recognized by electron diffraction, but it was found that the crystals were polycrystalline because they were randomly arranged.

図35に、水熱処理後の粉体のFT-IRスペクトルを示す。このFT-IRスペクトルでは、HApに特徴的なOH基に基づく吸収が3570cm−1付近に、またPO 3−基に基づく吸収が1300〜900,600および570cm−1付近に認められた。これらの吸収のほかにCO 2−イオンに基づく吸収が1600〜1400および880cm−1付近において認められた。これらの吸収スペクトルから、下層から得られたHApは炭酸含有(Type AB)HApであることがわかる。 FIG. 35 shows the FT-IR spectrum of the powder after hydrothermal treatment. This FT-IR spectrum, characteristic of OH to HAp - absorption based on groups in the vicinity of 3570cm -1, The absorption based on PO 4 3- groups was observed near 1300~900,600 and 570 cm -1. In addition to these absorptions, absorption based on CO 3 2− ions was observed in the vicinity of 1600 to 1400 and 880 cm −1 . From these absorption spectra, it can be seen that the HAp obtained from the lower layer is a carbonate-containing (Type AB) HAp.

また、このHAp粉体のCa含有量を原子吸光法により、P含有量をリンバナドモリブデン酸法により定量したところ、Ca含有量は35.4質量%、P含有量は18.2質量%であった。これらの値からCa/P比を求めると1.51になり、HApの化学量論組成でのCa/P比1.67より低い値を示している。   Moreover, when the Ca content of this HAp powder was quantified by the atomic absorption method and the P content was quantified by the phosphovanadmolybdic acid method, the Ca content was 35.4% by mass and the P content was 18.2% by mass. there were. The Ca / P ratio obtained from these values is 1.51, which is lower than the Ca / P ratio 1.67 in the stoichiometric composition of HAp.

3.考察
本実施例では、混合溶液の気液界面からOCPを含有する膜状のHApを析出・成長させ、次いで、該析出物に水熱処理を行って、単一相の板状HApを得た。アパタイトの理論密度は3.16g・cm−3であるため、通常では液面にHApが安定して存在することはあり得ない。以下、本プロセスの特異的なメカニズムについて検討した。
3. Discussion In this example, a film-like HAp containing OCP was precipitated and grown from the gas-liquid interface of the mixed solution, and then the precipitate was subjected to hydrothermal treatment to obtain a single-phase plate-like HAp. Since the theoretical density of apatite is 3.16 g · cm −3 , HAp cannot normally exist stably on the liquid surface. The specific mechanism of this process was examined below.

図36は、シャーレ内の気液界面に生じた膜状析出物の上部(界面の上)から撮影したSEM画像である。互いに直交した板状析出物の上に、花の芯のような部分が見られる。それは、液面に沿って成長したHApの基盤に相当すると考えられる。   FIG. 36 is an SEM image taken from the upper part (above the interface) of the film-like precipitate generated at the gas-liquid interface in the petri dish. A portion like a flower core is seen on the plate-like precipitates orthogonal to each other. It is thought that it corresponds to the base of HAp grown along the liquid surface.

図37は、シャーレ内の下層に生じた析出物のSEM画像である。下部の析出物では、直交した板状HApしか観察されず、図36の場合のようなHApの基盤が全く観察されなかった。   FIG. 37 is an SEM image of precipitates generated in the lower layer in the petri dish. In the lower precipitate, only the orthogonal plate-shaped HAp was observed, and the HAp base as in FIG. 36 was not observed at all.

図38は、シャーレ内の気液界面に生じた膜状析出物の側面から撮影したSEM画像である。図38では、この膜状析出物の上部及び下部が明瞭に観察できた。   FIG. 38 is an SEM image taken from the side surface of the film-like precipitate generated at the gas-liquid interface in the petri dish. In FIG. 38, the upper part and the lower part of the film-like precipitate were clearly observed.

図39は、この析出物の凝集体の上部から撮影したTEM画像である。凝集体の内部の板状析出物同士が互いに直交した構造をなしていることが明らかになった。   FIG. 39 is a TEM image taken from above the precipitate aggregates. It was clarified that the plate-like precipitates inside the agglomerates had a structure perpendicular to each other.

析出物の下部と上部の違いおよび気液界面という特別な環境から総合的に考える上で、気液界面合成プロセスのメカニズムを、次のように推測した。   The mechanism of the gas-liquid interface synthesis process was presumed as follows, considering the difference between the lower part and the upper part of the precipitate and the special environment of the gas-liquid interface.

ステップ1:図40に示すように、気液界面付近の溶液の蒸発により、気液界面ではCa2+,PO 3−およびOHイオンの濃度が高くなる。
ステップ2:図41に示すように、HApの過飽和度を越えると、HApの結晶核が生成し、気液界面付近のCa2+,PO 3−およびOHイオンの濃度が低くなるため、溶液中のイオンが気液界面に移動して補充する。
ステップ3:図42に示すように、液面と溶液中のCa2+,PO 3−およびOHイオンの濃度差が生じ、結晶のc軸方向よりa,b軸方向にはCa2+,PO 3−およびOHイオンが大量に存在するため(pH値も高い)、析出したアパタイトはa,b軸に沿ってc面が優先的に成長していく。
ステップ4:図43に示すように、気液界面から析出したHApの(−)に帯電するc面が溶液中のHAp核の(+)に帯電するa面を静電的に吸引し、凝集体(各結晶の間に新しい結合が生成する可能性がある)となる。
ステップ5:図44に示すように、界面の底部に存在する微細なHAp結晶は、溶液中のCa2+,PO 3−およびOHイオンを取り込み、大きく成長する。ここでは、静電的な反発および立体空間の障害などの影響により、a軸方向はc軸方向より著しく成長していくと考えられる。
ステップ6:気液界面では、図45に示すような小さい凝集体が多数生成し、互いにさらに凝集が起き、船のように気液界面で安定して浮かぶことができるようになる。
Step 1: As shown in FIG. 40, the concentration of Ca 2+ , PO 4 3− and OH ions increases at the gas / liquid interface due to evaporation of the solution near the gas / liquid interface.
Step 2: As shown in FIG. 41, when the supersaturation degree of HAp is exceeded, crystal nuclei of HAp are generated, and the concentrations of Ca 2+ , PO 4 3− and OH ions near the gas-liquid interface become low. The ions inside move to the gas-liquid interface and replenish.
Step 3: As shown in FIG. 42, Ca 2+ of the liquid surface in solution, PO 4 3- and OH - concentration difference of the ion occurs, a more c-axis direction of the crystal, Ca 2+ is in the b-axis direction, PO Since a large amount of 4 3− and OH ions are present (the pH value is also high), the c-plane of the precipitated apatite grows preferentially along the a and b axes.
Step 4: As shown in FIG. 43, the c-plane charged to the (−) of the HAp deposited from the gas-liquid interface electrostatically attracts the a-plane charged to the (+) of the HAp nucleus in the solution. Aggregates (new bonds may form between each crystal).
Step 5: As shown in FIG. 44, fine HAp crystals present at the bottom of the interface take in Ca 2+ , PO 4 3− and OH ions in the solution and grow large. Here, it is considered that the a-axis direction grows significantly more than the c-axis direction due to the influence of electrostatic repulsion and obstacles in the three-dimensional space.
Step 6: Many small aggregates as shown in FIG. 45 are generated at the gas-liquid interface, and further aggregation occurs with each other, so that they can float stably at the gas-liquid interface like a ship.

本発明により、板状HAp単結晶を工業的規模で製造することができる。この板状HAp単結晶は、(−)に帯電するc面が広く露出しているものなので、塩基性タンパク質などの生理活性物質の吸着材(例えば、クロマトグラフィ用充填材)に利用される。   According to the present invention, a plate-like HAp single crystal can be produced on an industrial scale. Since this plate-like HAp single crystal has a widely exposed c-plane charged to (−), it is used as an adsorbent for physiologically active substances such as basic proteins (for example, a packing material for chromatography).

Claims (2)

Ca2+イオン、PO 3−イオン、尿素及びウレアーゼを含む酸性水溶液を容器に入れ、該酸性水溶液と外気とが気液接触した状態で保持し、ウレアーゼによる尿素の加水分解による水溶液のpH上昇にしたがって、ヒドロキシアパタイトの結晶核を生成させ、さらに該結晶核をa軸及びb軸方向に成長させ、次いで前記水溶液に浮上している析出物を水溶液から分離採取し、次いで前記析出物に水熱処理を施して板状ヒドロキシアパタイト単結晶を得ることを特徴とする板状ヒドロキシアパタイト単結晶の製造方法。 An acidic aqueous solution containing Ca 2+ ion, PO 4 3- ion, urea and urease is put in a container and held in a state where the acidic aqueous solution and the outside air are in gas-liquid contact, and the pH of the aqueous solution is increased by hydrolysis of urea by urease. Accordingly, hydroxyapatite crystal nuclei are generated, the crystal nuclei are further grown in the a-axis and b-axis directions, and then the precipitate floating on the aqueous solution is separated and collected from the aqueous solution, and then the hydrothermal treatment is performed on the precipitate. To obtain a plate-like hydroxyapatite single crystal. 前記酸性水溶液中のCa2+イオンの濃度を0.0025〜0.0100mol・dm−3の範囲とし、PO 3−イオンの濃度を0.0015〜0.0060mol・dm−3の範囲とし、尿素の濃度を1.0〜2.0mol・dm−3の範囲とし、ウレアーゼの濃度を前記尿素1当量に対して0.2倍当量から3倍当量の範囲とすることを特徴とする請求項1に記載の板状ヒドロキシアパタイト単結晶の製造方法。 The concentration of Ca 2+ ions in the acidic aqueous solution is in the range of 0.0025 to 0.0100 mol · dm −3 , the concentration of PO 4 3− ions is in the range of 0.0015 to 0.0060 mol · dm −3 , and urea 2. The concentration of urea is in the range of 1.0 to 2.0 mol · dm −3 , and the concentration of urease is in the range of 0.2 to 3 equivalents to 1 equivalent of urea. A method for producing a plate-like hydroxyapatite single crystal according to claim 1.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105000540A (en) * 2015-06-14 2015-10-28 青岛科技大学 Preparation method for overlength hydroxyapatite microbelt /nanobelt
JP2019042728A (en) * 2017-04-27 2019-03-22 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Adsorbent for selectively adsorbing material having basic site
CN109809809A (en) * 2019-03-07 2019-05-28 华南理工大学 A kind of construction method of the hexagonal prisms microarray of hydroxyapatite scaffold apparent height orientation
WO2020138422A1 (en) 2018-12-27 2020-07-02 シライシ カルシウム(シンガポール) プライベート リミテッド Hydroxyapatite particulate
CN114057173A (en) * 2021-09-13 2022-02-18 曲阜师范大学 Method for synthesizing hydroxyapatite with large specific surface area by using seed crystal
CN115227719A (en) * 2022-07-18 2022-10-25 西南交通大学 Calcium-phosphorus nano enzyme with excellent peroxidase activity
US11759405B2 (en) 2018-12-27 2023-09-19 Sunstar Suisse Sa Composition for oral cavity

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004155596A (en) * 2001-09-28 2004-06-03 Mamoru Aizawa Manufacturing process of sheet-like hydroxyapatite particle

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004155596A (en) * 2001-09-28 2004-06-03 Mamoru Aizawa Manufacturing process of sheet-like hydroxyapatite particle

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6013004625; 庄志, 山本宏明, 瀧絢子, 相澤守: '均一沈澱法によるc面を多く露出した板状アパタイトの合成とその評価' 無機マテリアル学会学術講演会講演要旨集 Vol.116th, 20080605, Page.56-57 *
JPN6013004627; 相澤守: '生体適合性アパタイト粒子の結晶形態制御プロセスの確立とその応用' コスメトロジー研究報告 Vol.14, 20060901, Page.16-21 *
JPN6013004630; 山本宏明, 相沢守: '酵素反応によるc面を多く露出したアパタイトの合成とそのキャラクタリゼーション' 日本セラミックス協会年会講演予稿集 Vol.2006, 20060314, Page.135 *
JPN6013004634; 山本宏明, 相沢守: '尿素とウレアーゼとの酵素反応を利用した水酸アパタイトの合成とその形態' 無機マテリアル学会学術講演会講演要旨集 Vol.110th, 20050602, Page.34-35 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105000540A (en) * 2015-06-14 2015-10-28 青岛科技大学 Preparation method for overlength hydroxyapatite microbelt /nanobelt
JP2019042728A (en) * 2017-04-27 2019-03-22 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Adsorbent for selectively adsorbing material having basic site
JP7137816B2 (en) 2017-04-27 2022-09-15 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Adsorbent that selectively adsorbs substances with basic sites
WO2020138422A1 (en) 2018-12-27 2020-07-02 シライシ カルシウム(シンガポール) プライベート リミテッド Hydroxyapatite particulate
US11759405B2 (en) 2018-12-27 2023-09-19 Sunstar Suisse Sa Composition for oral cavity
CN109809809A (en) * 2019-03-07 2019-05-28 华南理工大学 A kind of construction method of the hexagonal prisms microarray of hydroxyapatite scaffold apparent height orientation
CN114057173A (en) * 2021-09-13 2022-02-18 曲阜师范大学 Method for synthesizing hydroxyapatite with large specific surface area by using seed crystal
CN114057173B (en) * 2021-09-13 2023-12-15 曲阜师范大学 Method for synthesizing hydroxyapatite with large specific surface area by using seed crystal
CN115227719A (en) * 2022-07-18 2022-10-25 西南交通大学 Calcium-phosphorus nano enzyme with excellent peroxidase activity

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