JP2013507171A

JP2013507171A - 二バインダシステムを含む簡略化された化学結合されたセラミック生体材料

Info

Publication number: JP2013507171A
Application number: JP2012533110A
Authority: JP
Inventors: ヘルマンソン，レイフ; ローフ，イェスパー; ファリス，アダム
Original assignee: ドクサアクティボラグ
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2013-03-04
Also published as: BR112012008230A2; CN102753204A; US20120189987A1; EP2485776A1; WO2011043707A1

Abstract

本発明は一般に、二バインダシステムを含む、化学結合されたセラミック生体材料、好ましくは歯科材料または移植材料に関する。主要バインダシステムは水和されると化学結合されたセラミックを形成し、粉末アルミン酸カルシウムと、必要に応じて少量のケイ酸カルシウムとを含む。第２のバインダシステムは架橋有機バインダシステムであって、生体材料を形成する新たに混合されたペーストの最初の架橋結合をもたらす。生体材料はさらに不活性充填材粒子を含む。本発明の生体材料は反応性ガラスを含まず、それにより必要な反応性成分の数が少ない簡略化された二バインダシステムの生体材料を提供する。本発明は、化学結合されたセラミック生体材料を調製するための粉末組成物、この生体材料が形成されるペースト、粉末組成物と水和液体とを含むキット、ならびに歯科および移植への適用における方法および生体材料の使用に関する。

Description

従来技術および問題
当該技術分野において、化学結合されたセラミック（ＣＢＣ）生体材料は既知であり、いくつかの特許出願において記載されている。このような材料は特に歯科での適用に用いられる。いくつかの要件は、このような材料によって好ましくは満たされる。この材料は、その適応症について生体適合しなければならない。特に歯科適用に必要な生体材料の他の特性としては、虫歯の穴への簡単な適用性を有する材料の扱いやすさ、優れた整形機能を可能にするモールディング、充填作業において有害な放熱がなくかつ治療直後の有用性を提供する十分に迅速な材料の硬化および固化、高い硬度および強度、もたらされる硬化材料の耐浸食性、硬化生体材料と生体組織との優れた結合、放射線不透過性、優れた長期特性、ならびにもたらされる硬化材料の優れた美的特性を含む。生体材料は１つ以上の添加剤、たとえば寸法安定性のある長期の属性を与えるよう適合された膨張補正添加剤を含み得る。歯科用充填材としては、システムが水和された材料の透過性に寄与する添加剤を含み、および／またはそのような原料に基づいていることが好ましい。

ＷＯ２００５／０３９５０８は歯科および整形外科に適用するためのＣＢＣシステムを開示する。このシステムは、生物活性を含む、向上した早期特性および向上した最終生成物の特性を提供するよう開発されている。本システムは２つのバインディングシステム、すなわち第１の初期作動システムおよび第２の主要システムを含む。これらシステムは化学的に相互作用する。主要システムは、カルシウムを主要陽イオンとして有する、アルミン酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩、炭酸塩、硫酸塩およびそれらの組合せからなるグループから選択された１つ以上のＣＢＣを含む、セメント系システムである。第１のバインディングシステムは、ポリカルボン酸、その共重合体、またはポリカルボン酸塩（すなわち、ポリカルボン酸の塩またはエステル）、たとえばポリアクリル酸および／もしくはその塩をベースにしている。第１のバインディングシステムはその適切な架橋結合のために、およびそれにより全体のシステムの所望な早期特性を得るために、活性ガラスの存在を必要とする。二成分複合体を最適に形成するためには、ＣＢＣシステムは、Ｃａアルミン酸塩もしくはＣａケイ酸塩、反応性ガラス、ポリアクリル酸および／またはそれらの塩ならびに不活性充填材粒子を必要とする。

ＷＯ２００５／０３９５０８の教示によると、ガラスイオノマーセメントはガラスおよびポリアクリル酸からなる。酸はガラスを溶解し、ガラスからのイオンは酸を架橋結合し、材料は硬化する。この反応はやや迅速であり、約１時間後に最終強度がほとんど達成されている。

本発明者たちは、驚くべきことに、ＷＯ２００５／０３９５０８に開示されているシステムは、その所望な特性を維持しながら実質的に簡略化できることを見出した。この知見に従い、ＷＯ２００５／０３９５０８に開示されている粉末および組成物内において、可溶な（すなわち反応性の）ガラスの代わりに、安定なガラス等の不活性充填材粒子を用いることができる。

本発明は、歯科適用のための生体材料として、好ましくは歯科用合着セメントまたは裂溝シーリング材を含む修復充填材として、さらにベニアのための歯科用セメントとして、特に開発された。

本発明は、２つのバインディングシステム、すなわち水和無機セメントの第１のバインダシステムと、第２の架橋有機バインダシステムとに基づく生体材料であって、in vivoで、in situで形成され得る生体材料に関する。

本発明は、ＷＯ２００５／０３９５０８に開示されている生体材料のガラスイオノマーバインディングシステムにおける可溶ガラスが安定なガラスと置き換えられ得るという驚くべき知見に基づいている。したがって、異なる必要な成分の数が少なくなり、それによりペーストおよび結果の硬化生体材料における所望な特性をより厳密に制御でき、かつその最適化を向上させることができる簡略化されたシステムを、提供することができる。本材料は特に歯科用シーリング材として使用することが意図されている。

一局面において、本発明は、化学結合されたセラミック生体材料を調製するための粉末組成物であって、前記粉末組成物は粉末無機セメントを含み、このセメントはアルミン酸カルシウム、必要に応じて少量のケイ酸カルシウム、ポリアクリル酸、および平均粒径が２μｍより小さい安定な不活性ガラスを含む、粉末組成物に関する。

別の局面において、本発明は、粉末組成物を、水をベースとする水性水和液体と混合することによって得られたペーストに関する。

さらなる局面において、本発明は、水をベースとする水性水和液体と粉末とを含むキットに関する。

別の局面において、本発明は、水をベースとする水性水和液体と粉末とを含有するカプセル混合システムに関する。

さらに別の局面において、本発明は、本発明のペーストを用いて、移植組織を別の移植組織および／または歯もしくは骨組織にシールする方法に関する。

別の局面において、本発明は、本発明のペーストを用いて、ベニアを歯に接合する方法に関する。

本発明は、生体材料と生体組織との間の接触領域のシーリングが極めて重要であり、かつ最適化された早期特性および最終特性が維持される、歯科適用のための化学結合されたセラミックに基づく生体材料の問題に対処する。本発明の材料を用いることにより、ＷＯ２００５／０３９５０８の材料ではもたらされてしまうであろう、接触領域における大量の未溶解ガラス粒子を回避することができる。材料が歯科用セメントおよびベニアのシーリング材料等の薄膜層の形態で用いられる際、大量の未溶解ガラス粒子を回避することは非常に重要である。

本発明の詳細な説明
本発明は、ＷＯ２００５／０３９５０８に開示されている生体材料のガラスイオノマーバインディングシステムにおける可溶性ガラスが、安定なガラスのような不活性充填材粒子に置き換えることができるという驚くべき知見に基づいており、より特定的には化学結合されたセラミックシステムからのカルシウムイオンは、架橋結合と主要システムの進行中の水和、すなわち化学結合されたセラミックシステムとの両方において、活性陽イオンとして働く知見に基づいている。ＷＯ２００５／０３９５０８の場合のようにガラスイオノマーシステムが用いられると、可溶性ガラスはある限定量しか溶解されず、残りの可溶性ガラスは充填材粒子として働くことが見出された。架橋重合に関わるＣａイオンはＷＯ２００５／０３９５０８における可溶性ガラスよりも無機セメントバインダシステムから抽出されるという知見は、ＷＯ２００５／０３９５０８における可溶性ガラスの意図される機能が、実際にはカルシウムセメントによって達成され、ＷＯ２００５／０３９５０８における可溶性ガラスの含有は最適な解決策にはならないことを意味する。驚くべきことに、歯科用シール材料として生体材料を特定的に使用するための特定の要件を満たすために、安定なガラスシステムが代わりに有利に用いられる。このような歯科適用で安定なガラスを使用することは、特にその最終特性について、材料の高められた最適化特性を得ることを可能にする。

本発明は、水和した本発明の材料における微構造開発に関連する特性に特に言及した歯科適用のための生体材料の生成を目的とする。本発明は以下においてより詳細に記載される。

化学結合されたセラミックシステム
本発明の化学結合されたセラミックシステムは、アルミン酸カルシウムに基づいている。好ましいアルミン酸カルシウム相は、ＣＡおよび／またはＣ_１２Ａ_７である。平均粒径は５μｍ未満、好ましくは４μｍより小さいが、２μｍ未満であってはならない。

ポリカルボン酸、その共重合体、またはポリカルボン酸塩（すなわち、ポリカルボン酸の塩またはエステル）、たとえばポリアクリル酸および／またはその塩の存在によるシステムの最初の低いｐＨは、塩基性アルミン酸カルシウムシステムの迅速な溶解を引き起こす。本発明に従い、少量の（化学結合されたシステム、すなわちセメントの１０重量％より少ない）ケイ酸カルシウム（Ｃ_２Ｓおよび／またはＣ_３Ｓ）を含むこともできる。これらのケイ酸カルシウム相は、アルミン酸カルシウムシステムよりももっと速い溶解度を有する。

化学結合されたセラミックは水と反応し、イオンが形成され、水和物が繰返し沈殿する。形成される水和物の粒径は１００ｎｍ未満である。

架橋システム
本発明に従い、粉末材料および／または水和液体は、ポリカルボン酸（またはその共重合体、またはポリカルボン酸塩、すなわちポリカルボン酸の塩またはエステル）、たとえばポリアクリル酸および／またはその塩を含む。ポリカルボン酸は、溶液としておよび／または固体酸成分として用いることができる。

ポリカルボン酸は、たとえばポリ（マレイン酸）、ポリ（イタコン酸）またはトリカルバリル酸またはそれらのカルボン酸の塩もしくはエステル、たとえばリン酸エステルから選択することができる。

適切には、ポリカルボン酸の分子量は好ましくは５，０００〜１００，０００であり、たとえば歯科適用で用いられるような乾燥添加剤を含んだ粉末材料に基づいて計算すると３０重量％まで、好ましくは５〜２０重量％、および最も好ましくは１０〜１５重量％の量で存在する。好ましくは、ポリカルボン酸の分子量は１０，０００〜１００，０００の範囲内にある。

水和液体
用いられる液体の大部分は水である。最初の溶液はアルミン酸カルシウムおよび存在するケイ酸カルシウムの溶解を促進させ、Ｃａイオンを生成させるために７より低いｐＨを有するべきであり、これがポリカルボン酸の架橋結合を高める。アルミン酸カルシウムおよび存在するケイ酸カルシウムの可溶性が強くなるから、本発明においてｐＨは純粋なガラスイオノマーシステムと対比すると好ましくは５より高くすることができる。ポリカルボン酸の架橋結合の後、ｐＨは８を超え、そのｐＨにおいてアルミン酸カルシウムおよび存在するケイ酸カルシウムの最終水和が起こる。ｐＨの制御は、最初の酸システムを生物活性システム、すなわちアパタイト形成のための条件に達するために、必須である。本発明による高いｐＨ値への迅速な変化は、酸の状態によって高められる、自由金属イオン放出のリスクを減少させる。

化学結合無機セメント全部を完全に水和させ、それによって化学結合されたセラミックの形成を可能にするために、水の量として本発明に従い十分に高い値が選択される。したがって、元のセメント粒子は最終の生成物においては全く残らないか残ったとしても少量しか存在しない。

不活性充填材粒子
本発明に従って用いられる不活性充填材粒子の例として、安定なガラスおよび／または酸化物および／または乾燥アルミン酸カルシウム水和物（すなわちＣＡＨ）のような予め水和された化学結合されたセラミックを挙げることができる。化学結合されたセラミックは、好ましくは５ｇ／ｃｍ^３より大きい密度の重元素の固溶体を有するＣＡＨである。本発明に従う他の可能性としては、マイクロシリカおよび／または水和物のナノスケール単結晶、たとえばケイ酸マグネシウム水和物であるアタパルジャイトを使用することができる。

最適化物性のための添加剤
不活性で安定なガラス添加剤、好ましくはナノサイズの粒子を、最初のペーストおよび硬化材料の物性を向上させるために含めることができる。本発明に従い、安定なガラスは、粘性および粘着性を含む、レオロジーの面で、反応材料の初期段階での特性の向上に寄与する。硬化材料の向上した特性は具体的には、強度、耐摩耗性、および破壊靭性、ならびに光学的特性に関連する。本システムは、粉末材料における不活性充填材として不活性ナノサイズガラスを高い含有量で、好ましくは全体の粉末の４０〜６５体積％に対応する量で含むことが好ましい。粒径は、高い均質性および関連する強度を展開するのに重要である。粒径は好ましくは０．１〜０．４μｍである。粒径はもたらされる硬化材料の所望な透光度に対して特定的に選択され、好ましい範囲のサイズでの粒径は、可視光の下側領域、すなわち４００ｎｍより小さい。不活性ガラス粒子組成物は、Ｓｒおよび／またはＢａおよび／またはＺｒの元素、または５ｇ／ｃｍ^３より大きい密度の他の重元素を含むガラスからなる。

初期および最終硬化の詳細
本発明のシステムおよび材料は、たとえばガラスイオノマーセメント、純アルミン酸カルシウム系システム、およびモノマーをベースとする充填材といったシステム／材料に対してその特性の組合せについて、利点を有する。すなわち、本発明のシステムおよび材料はその生物活性を維持し、初期強度が向上し、寸法的局面(dimensional aspects)および強度の両方において長期安定性を有し、最小限の劣化および２５％を超える透光性を有する。粉末材料および水和液体を最初に混合する際、材料の粘度は、湿潤粒子から注入可能なスラリーまで広範囲に制御できる。材料は２段階、すなわち、有機酸の架橋結合および無機アルミン酸カルシウムをベースとするバインダシステムの水和で反応する。それにより、最適化された早期のおよび最適化された最終生成物特性が得られる。

本発明は、歯科用合着セメント、歯の充填材、裂溝シーリング材および（根管充填(orthograde filling)および逆根管充填(retrograde filling)を含む）内部生成物として用いられ得る。本発明は好ましくはシーリングおよび関連適用、たとえば歯科用合着セメント、歯内充填材を含む歯科用充填材、およびベニア用セメントに用いられる。

原料および調製の説明
ａ．使用されたアルミン酸カルシウム（ＣＡ＝（ＣａＯ）（Ａｌ_２Ｏ_３））は合成され、以下の説明に従い処理された。

ｂ．脱イオン水（水は、そのイオン成分の主要部分が除去されるよう処理されるべきである）。水は好ましくは微生物および他の不純物を除去するためにさらに処理され得る。

ｃ．ポリアクリル酸品、p.a.品質、平均分子量は１０，０００〜１００，０００の範囲内である。

ｄ．ＳｉＯ_２−ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３組成の不活性ガラスであって、重量％は５０−３０−１０−１０であり、平均粒径は０．４μｍ，ｄ（９９）＜３μｍである。

ｅ．ＬｉＣｌは結晶としてまたは予め調製された標準溶液として用いられた、p.a.品質。

ｆ．中和されたナトリウムニトリロ三酢酸（Ｎａ_３−ＮＴＡ）であって、結晶、粉末、または予め調製された標準溶液として用いられた。

実施例１
粉末の調製
本材料に用いられたアルミン酸カルシウムは、高純度Ａｌ_２Ｏ_３ならびにＣａＯおよびＣａＣＯ_３の一方を用いて合成された。原料の正確な量は、適切な容器に対して秤量された（１：１モル比）。粉末は過剰イソプロパノールで回転ドラムにかけられることによって、または乾燥粉末ミキサーを用いて回転ドラムで乾燥されることによって、よく混合された。イソプロパノールでの混合が行なわれたのなら、次の工程はこのイソプロパノールを除去することであり、これはたとえば真空および熱を組合わせた蒸発装置を用いて溶媒を蒸発させ、最後にオーブンで加熱することによって行なわれた。次の工程では、高純度Ａｌ_２Ｏ_３るつぼに粉末混合物を充填し、適切な時間の間１３５０℃より高く熱処理して、上記のほとんど単相のアルミン酸カルシウムを得る。熱処理の後、材料は高エネルギクラッシャーを用いて粉砕され、この場合アルミナローラを有するローラクラッシャーが用いられた。粉砕の後、アルミン酸カルシウムはエアジェットミル（Hosokawa Alpine）を用いて、ｄ（９９）ｖが１０μｍ＜ｄ（９９）ｖ＜１２μｍの特定された粒径分布および４μｍの平均粒径に製粉された。

最終の粉末調合物は以下のとおり得られた：すべての粉末成分は、表１の組成に従い高い精度で秤量された。

表１：最終粉末調合物の組成

成分をガラスビーカーに秤量し、ビーカーを次にドライミキサー内に入れ、成分を中速で３時間混合した。混合の次の工程としては、１２５μｍのふるいにかけて、粉末を均質にして大きい塊を取り除いた。ふるいにかけた後、粉末を適切な容器に移し、密封して乾燥保存した。これで粉末は使用できる状態となった。

実施例２
液体の調製
まず物理的に結合した水分を取り除くために、ＬｉＣｌを少なくとも２時間１５０℃で乾燥した。ＬｉＣｌをＰＥボトルに秤量し、水を加えた後の最終組成としてＬｉＣｌが２５ｍＭおよびＮａ_３−ＮＴＡが０．３５ｗｔ％であるようにした。水を加えた後、すべての塩が溶解するまでボトルを振った。これで液体は使用できる状態となった。

実施例３
テストの説明および標準テストに基づく結果
上記の粉末および液体を、粉末対液体（Ｐ：Ｌ）比が３．０：１．０のものを用いて、以下のテストで検査した。材料をへらを用いて手で混合した。具体的には必要な量の粉末および液体を混合パッド上に置き、３５秒間完全に混合した。カプセルシステムも用いることができる。後者の場合、必要なＰ：Ｌ比＝３．０：１．０を得るために、粉末および液体を正しい量で歯科用カプセルシステム内に予め充填した。カプセルは次にカプセルミクシングマシンに移され、十分な時間混合された。３Ｍ／ＥＳＰＥロトミックスを用いて、時間は６秒よりも短く、最終的には３ｓ遠心分離段で行なった。混合の後、用意された材料は従来のアプリケータを用いて所望のサンプル型またはコンテナに分配した。材料が手で十分に混合されたかまたはカプセルシステムを用いたかにかかわらず、特性に著しい違いはない。

材料に実施されたテストは、表２に示されるテストである。

上記に従いシーリング材料を生成し、Ｐ：Ｌ比が３．０：１．０のものを用いることにより、ＩＳＯ９９１７：２００３による上記のテストがすべて満たされたことを結果は示す。

生物活性について、エネルギ分散方式分光法（ＥＤＳ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、視斜角入射Ｘ線回折（ＧＩ−ＸＲＤ）によって、２〜３０日間リン酸塩緩衝食塩水（ＰＢＳ）に浸されると、結晶したヒドロキシルアパタイトの層が材料の表面に形成されたことが示された。

実施例３
破壊靭性は片刃ノッチ技術を用いて測定され、０．７ＭＰａｍ^１／２であることがわかった。

本発明は記載されている実施形態に限定されず、特許請求の範囲内において変えることができる。

Claims

アルミン酸カルシウムと必要に応じて少量のケイ酸カルシウムとを含有する粉末無機セメント、ポリカルボン酸、その共重合体またはポリカルボン酸塩、および不活性充填材粒子を含む、化学結合されたセラミック生体材料を調製するための粉末組成物であって、
前記充填材粒子の平均粒径が２μｍより小さく、活性ガラスが存在しないことを特徴とする、組成物。
不活性充填材粒子の平均粒径が、０．１〜０．４μｍの範囲内にある、請求項１に記載の組成物。
アルミン酸カルシウムの平均粒径が、５μｍより小さい、請求項１または２に記載の組成物。
不活性充填材粒子が、５ｇ／ｃｍ^３より大きい密度の元素の固溶体を有する、予め水和された乾燥ＣＡＨ相である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
アルミン酸カルシウムおよび必要に応じて少量のケイ酸カルシウムを含有する粉末無機セメントと、
ポリカルボン酸、その共重合体、またはポリカルボン酸塩と、
不活性充填材粒子と、ならびに
水をベースとする水性水和液体とを組合せることによって得られるペーストであって、
充填材粒子の平均粒径が２μｍより小さく、反応性ガラスが含まれないことを特徴とする、ペースト。
不活性充填材粒子の平均粒径が、０．１〜０．４μｍの範囲内にある、請求項５に記載のペースト。
アルミン酸カルシウムの平均粒径が、５μｍより小さい、請求項５または６に記載のペースト。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の粉末および水をベースとする水性水和液体を含む、キット。
請求項１に記載の粉末および水をベースとする水性水和液体を含むカプセル混合システムの形にある、請求項８に記載のキット。
移植組織を別の移植組織および／または歯もしくは骨組織にシールするための、請求項５〜７のいずれか１項に記載のペーストの使用。
ベニアを歯に接合するための、請求項５〜７のいずれか１項に記載のペーストの使用。
裂溝シーリング材における、根管充填および逆根管充填を含む内部生成物における、歯の充填材としての、請求項５〜７のいずれか１項に記載のペーストの使用。
請求項５〜７のいずれか１項に記載のペーストを使用して、移植組織を別の移植組織および／または歯もしくは骨組織にシールする方法。
請求項５〜７のいずれか１項に記載のペーストを使用して、ベニアを歯に接合する方法。