JP2014046116A - Biologically absorbable composite material and method for producing the same - Google Patents

Biologically absorbable composite material and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2014046116A
JP2014046116A JP2012193651A JP2012193651A JP2014046116A JP 2014046116 A JP2014046116 A JP 2014046116A JP 2012193651 A JP2012193651 A JP 2012193651A JP 2012193651 A JP2012193651 A JP 2012193651A JP 2014046116 A JP2014046116 A JP 2014046116A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
calcium carbonate
biocomposite material
producing
hydroxybutyrate
bone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012193651A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihiro Kasuga
敏宏 春日
Takuma Iwata
拓馬 岩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagoya Institute of Technology NUC
Original Assignee
Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nagoya Institute of Technology NUC filed Critical Nagoya Institute of Technology NUC
Priority to JP2012193651A priority Critical patent/JP2014046116A/en
Publication of JP2014046116A publication Critical patent/JP2014046116A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite biomaterial which has a mechanism to slowly release a chemical composition for effectively developing bone reconstruction ability and which has flexibility to improve fitting to an affected part, and to provide a method for producing the same.SOLUTION: A composite material includes a polyhydroxyalkanoate type copolymer and calcium carbonate mainly of a vaterite phase as principal ingredients, and a method for producing the composite material includes: a step to prepare the composite material by heating and kneading the polyhydroxyalkanoate and calcium carbonate; and a step to form a nonwoven fabric of the composite material by using an electrospinning method.

Description

本発明は、骨修復材料として有用な生体活性材料に関し、特に骨との親和性を高めるために炭酸カルシウムを含有する生体吸収性材料に関する。 The present invention relates to a bioactive material useful as a bone repair material, and more particularly to a bioabsorbable material containing calcium carbonate in order to increase affinity with bone.

骨欠損部に埋入されると、骨と反応して直接化学結合する材料は生体活性材料と呼ばれ、さらに、反応が材料表面に限定される表面活性材料と、反応が材料の内部にまでおよび次第に骨と置き換えられていく生体吸収性材料に分けられる。表面活性材料としては水酸アパタイトセラミックス(たとえばHOYA製の商品名アパセラム)、生体吸収性材料としてはβ型リン酸三カルシウムセラミックス(たとえばオリンパステルモバイオマテリアル製の商品名オスフェリオン)が実用化されている。これら人口材料の表面の生体活性の評価として、擬似体液(SBF)を用いた浸漬実験によりアパタイト生成能の有無を観察することが有用であることが知られている。(非特許文献1) A material that reacts with bone and chemically bonds directly when it is implanted in a bone defect is called a bioactive material. And it is divided into bioabsorbable materials that are gradually replaced by bone. Hydroxyapatite ceramics (for example, product name Apaceram manufactured by HOYA) have been put into practical use as surface active materials, and β-type tricalcium phosphate ceramics (for example, product name Osferion manufactured by Olympus Terumo Biomaterials) have been put to practical use as bioabsorbable materials. . As an evaluation of the bioactivity of the surface of these artificial materials, it is known that it is useful to observe the presence or absence of apatite generation ability by an immersion experiment using simulated body fluid (SBF). (Non-Patent Document 1)

炭酸カルシウム(CaCO3)、石膏(CaSO4・2H2O)についても、生体吸収性であることが知られている。しかし、強度や靱性は低く機械的に加工することも容易ではない。一方、ポリ乳酸やポリグリコール酸、あるいはその共重合体、さらにはポリハイドロキシアルカノエートなどの生分解性高分子は機械加工が容易であるが、生体内で分解されて排出されるという形態の生体吸収性であり、骨形成性は示さない。また分解される過程で乳酸となるなど酸性化し、周囲組織に影響を及ぼすことがあるという報告も一部にはなされている。 Calcium carbonate (CaCO 3 ) and gypsum (CaSO 4 .2H 2 O) are also known to be bioabsorbable. However, the strength and toughness are low and it is not easy to machine mechanically. On the other hand, biodegradable polymers such as polylactic acid, polyglycolic acid, copolymers thereof, and polyhydroxyalkanoates are easy to machine, but they are decomposed and discharged in vivo. It is resorbable and does not show osteogenic properties. In addition, some reports have been made that it may be acidified, such as lactic acid in the process of degradation, affecting the surrounding tissues.

そこで、これらの無機化合物と有機化合物を複合して骨形成性と生体吸収性を持たせ、さらには機械的性質、機械加工性も向上させる研究がされてきた。たとえば、ポリ乳酸と炭酸カルシウムを複合して生体吸収性材料を作製する方法がある(特許文献1参照)。炭酸カルシウムの中でも水への溶解度が高いバテライトを主成分とするものとポリ乳酸等の生分解性高分子化合物を混合して生体吸収性材料を合成する方法が報告されている。ポリ乳酸が分解して酸性化しても炭酸カルシウムが溶解することで緩衝効果を発揮し、pHは常に中性付近で保たれるという利点もあり、機械的性質、加工性の向上も達成されたが、生体組織とのフィッティングに必要な柔軟性の維持は困難であった。 Therefore, studies have been made to combine these inorganic compounds and organic compounds to provide bone formation and bioresorption properties, and to improve mechanical properties and machinability. For example, there is a method of producing a bioabsorbable material by combining polylactic acid and calcium carbonate (see Patent Document 1). There has been reported a method of synthesizing a bioabsorbable material by mixing a main component of calcium carbonate having a high solubility in water with a biodegradable polymer compound such as polylactic acid. Even if polylactic acid is decomposed and acidified, the calcium carbonate dissolves and exhibits a buffering effect. The pH is always kept in the vicinity of neutrality, and mechanical properties and processability are improved. However, it has been difficult to maintain the flexibility required for fitting with living tissue.

ところで、ポリハイドロキシアルカノエート種は特定の菌種から生成される生分解性のポリエステルであり、単独重合体、共重合体を合わせて百種類以上のポリマーが属する。代表的なものとしてポリ(3‐ハイドロキシブチレート)があるが、引張試験での破断伸びは5%程度であり、柔軟性には乏しい。そのため、より柔軟にするために、他のモノマーとの共重合体が作製されている。中でもポリ(3‐ハイドロキシブチレート‐4‐ハイドロキシブチレート)共重合体は高い柔軟性を示し、4‐ハイドロキシブチレート含有率が16重量%の時、およそ450%の破断伸びを示す(非特許文献2)。 By the way, a polyhydroxyalkanoate species is a biodegradable polyester produced from a specific bacterial species, and includes a hundred polymers or more including a homopolymer and a copolymer. A typical example is poly (3-hydroxybutyrate), but the elongation at break in a tensile test is about 5%, and the flexibility is poor. Therefore, in order to make it more flexible, copolymers with other monomers have been produced. Among them, the poly (3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate) copolymer shows high flexibility, and when the 4-hydroxybutyrate content is 16% by weight, the elongation at break is about 450% (non-patented). Reference 2).

超高齢化社会における健康維持において、咀嚼能力や運動能力の維持確保は極めて重要であり、骨欠損には一刻も早い治癒が望まれている。骨形成能を向上させるために生体吸収性膜に骨形成伝導剤(特許文献2参照)、成長因子または骨形態発生因子(特許文献3および4参照)を含有させる試みもあるが、このような因子を取り扱うことは容易ではない。骨の自己再生をより確実に早くさせる骨再建能力に優れた生体吸収性材料の開発が求められている。 Maintaining chewing ability and exercise ability is extremely important in maintaining health in a super-aging society, and bone defects are desired to be cured as soon as possible. In order to improve the bone forming ability, there is an attempt to contain a bone-forming conductive agent (see Patent Document 2), a growth factor or a bone morphogenetic factor (see Patent Documents 3 and 4) in the bioabsorbable membrane. Dealing with factors is not easy. There is a need for the development of a bioabsorbable material with excellent bone remodeling ability that makes bone self-renewal faster and more reliable.

最近の生体関連材料の研究動向を見ると、材料と骨とを結合させるという材料設計から、骨を再生させるための材料設計に研究内容が移行している。骨形成に及ぼすケイ素の役割が注目されており、ケイ素含有を特徴とした材料設計が見られるようになった(非特許文献3参照)。例えば、ケイ素の徐放により細胞への遺伝子的働きかけが行なわれ、骨生成が促進されることが報告されている(非特許文献4参照)。また、3種の炭酸カルシウム(カルサイト、アラゴナイト、バテライト)とポリ乳酸の複合体を擬似体液(SBF)に浸漬させると、最も短時間で骨と類似した組成や形態をもつ水酸アパタイトが材料表面に生成するものはバテライトとポリ乳酸の複合体であることが示されている(非特許文献5参照)。これらのことから、ケイ素を徐放するバテライトを用いることが骨再建の速い材料を提供するための重要な手段となる。 Looking at recent research trends in biomaterials, research has shifted from material design that combines materials and bone to material design for bone regeneration. The role of silicon on bone formation has attracted attention, and material design characterized by silicon content has been seen (see Non-Patent Document 3). For example, it has been reported that genetic action is performed on cells by slow release of silicon and bone formation is promoted (see Non-Patent Document 4). In addition, when a complex of three types of calcium carbonate (calcite, aragonite, and vaterite) and polylactic acid is immersed in simulated body fluid (SBF), hydroxyapatite with a composition and form similar to bone is obtained in the shortest time. It is shown that what is generated on the surface is a complex of vaterite and polylactic acid (see Non-Patent Document 5). From these facts, the use of a vaterite that releases silicon gradually is an important means for providing a material having a high bone reconstruction speed.

骨欠損部充填材料の使用にあたっては、患部を切開し、患部を十分に埋める大きさの緻密質あるいは多孔質の材料を直接埋め込む、または顆粒状の材料を充填する、という方法がとられる。骨形成を確実にするためには、患部に隙間無く材料が埋入されていることが望ましいが、緻密質あるいは多孔質の材料の場合、患部の形状にあわせて加工するのは容易ではなく、一方顆粒状の材料を充填した場合には、術後に患部から脱落することが多く、それぞれ対策が必要であった。 In using the bone defect filling material, a method of incising the affected area and directly embedding a dense or porous material large enough to fill the affected area, or filling a granular material is used. In order to ensure bone formation, it is desirable that the material is embedded without any gap in the affected area, but in the case of a dense or porous material, it is not easy to process according to the shape of the affected area, On the other hand, when a granular material is filled, it often drops off from the affected area after the operation, and measures have to be taken for each.

一方、患部に充填する方法ではないが、骨形成に寄与しない細胞や組織の骨欠損部への侵入を防ぎ、骨の自己再生能力を活かし、骨を再建させるために欠損部を覆う遮蔽膜を用いる骨再生誘導法も知られている。これは、生体が本来もっている治癒力を利用して骨欠損を治癒するものであって、例えば、ケイ素溶出型炭酸カルシウム(バテライト)と生分解性樹脂とを主成分とする不織布層と、生分解性樹脂を主成分とする不織布層との二層構造を有する骨再生誘導膜とその製造方法が記載されている(特許文献5参照)。この膜ではマウス由来骨芽細胞様細胞(MC3T3-E1)の増殖性が良好で、兎の頭蓋骨に設けた骨欠損部を被覆した場合に、その膜内に旺盛な骨形成が見られたことが報告されている(非特許文献6参照)が、引張試験による破断伸びは小さく、骨欠損部充填材料として患部に丸めて挿入することや複雑な形状にフィッティングさせることは容易ではない。 On the other hand, although it is not a method of filling the affected area, a shielding film that covers the defect part to prevent the invasion of cells and tissues that do not contribute to bone formation to the bone defect part and to utilize the self-regenerative ability of bone and rebuild the bone The bone regeneration induction method used is also known. This is to heal bone defects using the healing power inherent in the living body. For example, a nonwoven fabric layer mainly composed of silicon-eluting calcium carbonate (vaterite) and a biodegradable resin, A bone regeneration inducing membrane having a two-layer structure with a non-woven fabric layer containing a degradable resin as a main component and a method for producing the same are described (see Patent Document 5). In this membrane, the proliferation of mouse-derived osteoblast-like cells (MC3T3-E1) was good, and when bone defects on the skull were covered, vigorous bone formation was observed in the membrane Is reported (see Non-Patent Document 6), however, the elongation at break by the tensile test is small, and it is not easy to roll it into the affected part as a bone defect filling material or to fit it into a complicated shape.

特開2001−294673号公報JP 2001-294673 A 特開平6−319794号公報JP-A-6-319794 特表2001−519210号公報Special table 2001-519210 gazette 特開2006−187303号公報JP 2006-187303 A 特開2009−61109号公報JP 2009-61109 A

T. Kokubo and H. Takadama, “How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity”, Biomaterials, 27, 2907-2915 (2006)T. Kokubo and H. Takadama, “How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity”, Biomaterials, 27, 2907-2915 (2006) Y. Doi, A. Sefawa and M. Kunioka “Biosynthesis and characterization of poly(3-hudroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) in Alcaligenes eutrophus”, Int. J. Biol. Macromol., 12 (1990)Y. Doi, A. Sefawa and M. Kunioka “Biosynthesis and characterization of poly (3-hudroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) in Alcaligenes eutrophus”, Int. J. Biol. Macromol., 12 (1990) 都留寛治、小川哲朗、大串始、「生体関連材料の研究技術および標準化の動向」、セラミックス、41, 549-553 (2006)Koji Tsuru, Tetsuro Ogawa, Hajime Ogushi, “Research Technology and Standardization of Biomaterials”, Ceramics, 41, 549-553 (2006) H. Maeda, T. Kasuga and L. L. Hench, “Preparation of Poly(L-lactic acid)-Polysiloxane-Calcium Carbonate Hybrid Membranes for Guided Bone Regeneration”, Biomaterials, 27, 1216-1222 (2006)H. Maeda, T. Kasuga and L. L. Hench, “Preparation of Poly (L-lactic acid) -Polysiloxane-Calcium Carbonate Hybrid Membranes for Guided Bone Regeneration”, Biomaterials, 27, 1216-1222 (2006) H. Maeda, T. Kasuga, M. Nogami and Y. Ota, “Preparation of Calcium Carbonate Composite and Their Apatite-Forming Ability in Simulated Body Fluid”, J.Ceram.Soc.Japan, 112, S804-808 (2004)H. Maeda, T. Kasuga, M. Nogami and Y. Ota, “Preparation of Calcium Carbonate Composite and Their Apatite-Forming Ability in Simulated Body Fluid”, J. Ceram. Soc. Japan, 112, S804-808 (2004) T. Wakita, A. Obata and T. Kasuga, “New Fabrication Process of Layered Membranes Based on Poly(Lactic Acid) Fibers for Guided Bone Regeneration”, Materials Transactions, 50 [7], 1737-1741 (2009T. Wakita, A. Obata and T. Kasuga, “New Fabrication Process of Layered Membranes Based on Poly (Lactic Acid) Fibers for Guided Bone Regeneration”, Materials Transactions, 50 [7], 1737-1741 (2009

本発明の課題は、骨再建能力を有効に導き出す新しいしくみのもとに、患部へのフィッティングを良好にする柔軟性のある生体材料およびその製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a flexible biomaterial and a method for producing the same that can improve the fitting to an affected area based on a new mechanism for effectively deriving a bone reconstruction ability.

本発明者らは、ケイ素溶出型炭酸カルシウム(Si-CaCo)と高い柔軟性を有する生分解性樹脂とを主成分とする複合材料の不織布を利用して、細胞への養分供給のための連通孔を確保するとともに、患部とのフィッティング性を向上させて、前記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の生体複合材料およびその製造方法が提供される。 The present inventors have made use of a composite nonwoven fabric mainly composed of silicon-eluting calcium carbonate (Si—CaCo 3 ) and a highly flexible biodegradable resin for supplying nutrients to cells. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by securing the communication hole and improving the fitting property with the affected part. That is, according to the present invention, the following biocomposite material and a method for producing the same are provided.

[1]ポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体と炭酸カルシウムとを主成分とする生体複合材料。 [1] A biocomposite material mainly comprising a polyhydroxyalkanoate copolymer and calcium carbonate.

[2]ポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体がポリ(3−ハイドロキシブチレート−4−ハイドロキシブチレート)である前記[1]に記載の生体複合材料。 [2] The biocomposite material according to [1], wherein the copolymer of the polyhydroxyalkanoate species is poly (3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate).

ポリ(3−ハイドロキシブチレート−4−ハイドロキシブチレート)における4‐ハイドロキシブチレートの含有率が10〜40重量%である前記[2]に記載の生体複合材料。
[3]
The biocomposite material according to [2] above, wherein the content of 4-hydroxybutyrate in poly (3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate) is 10 to 40% by weight.
[3]

[4]炭酸カルシウムが主にバテライト相である前記[1]または[2]に記載の生体複合材料。 [4] The biocomposite material according to [1] or [2], wherein calcium carbonate is mainly a vaterite phase.

[5]炭酸カルシウムがケイ素を含む前記[1]〜[3]のいずれかに記載の生体複合材料。 [5] The biocomposite material according to any one of [1] to [3], wherein the calcium carbonate contains silicon.

[6]ケイ素を含む炭酸カルシウムがこれを含む生体複合材料全体の10〜40重量%である前記[4]に記載の生体複合材料。 [6] The biocomposite material according to [4], wherein the calcium carbonate containing silicon is 10 to 40% by weight of the whole biocomposite material containing the calcium carbonate.

[7]炭酸カルシウムにおけるケイ素の含有率は1〜10重量%である前記[5]または[6]に記載の生体複合材料。 [7] The biocomposite material according to [5] or [6], wherein the silicon content in calcium carbonate is 1 to 10% by weight.

[8]前記生体複合材料が不織布である前記[1]〜[7]に記載の生体複合材料。 [8] The biocomposite material according to [1] to [7], wherein the biocomposite material is a nonwoven fabric.

[9]ポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体と炭酸カルシウムからなる複合材料を調製する工程と、エレクトロスピニング法を用いてポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体と炭酸カルシウムを主成分とする不織布を形成する工程とを含む生体複合材料の製造方法。 [9] A step of preparing a composite material comprising a copolymer of polyhydroxyalkanoate species and calcium carbonate, and a non-woven fabric mainly comprising a copolymer of polyhydroxyalkanoate species and calcium carbonate using an electrospinning method. The manufacturing method of the biocomposite material including the process to form.

[10]ポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体がポリ(3−ハイドロキシブチレート−4−ハイドロキシブチレート)である前記[9]に記載の生体複合材料の製造方法。 [10] The method for producing a biocomposite material according to [9], wherein the polyhydroxyalkanoate copolymer is poly (3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate).

[11]炭酸カルシウムが主にバテライト相である前記[9]または[10]に記載の生体複合材料の製造方法。 [11] The method for producing a biocomposite material according to [9] or [10], wherein the calcium carbonate is mainly a vaterite phase.

[12]炭酸カルシウムがケイ素を含む前記[9]〜[11]のいずれかに記載の生体複合材料の製造方法。 [12] The method for producing a biocomposite material according to any one of [9] to [11], wherein the calcium carbonate contains silicon.

本発明に係る生体複合材料は引張試験による機械特性評価において高い破断伸びを示し、柔軟性に優れた生体複合材料と期待される。また、本発明に係る製造方法によれば、上記のような可能性を持った生体材料を容易かつ効率よく製造することができる。 The biocomposite material according to the present invention is expected to be a biocomposite material exhibiting high elongation at break in mechanical property evaluation by a tensile test and having excellent flexibility. Moreover, according to the manufacturing method which concerns on this invention, the biomaterial with the above possibilities can be manufactured easily and efficiently.

本発明のSi-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合材不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真である。 3 is a scanning electron micrograph of the surface of the Si—CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite nonwoven fabric of the present invention. 比較例であるP(3HB-4HB)不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真である。3 is a scanning electron micrograph of the surface of a P (3HB-4HB) nonwoven fabric as a comparative example. 本発明のSi-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合材不織布と、比較例であるP(3HB-4HB)不織布の応力−ひずみ曲線である。2 is a stress-strain curve of the Si—CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite nonwoven fabric of the present invention and a P (3HB-4HB) nonwoven fabric as a comparative example. 本発明のSi-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合材不織布のSBF浸漬後の表面の走査型電子顕微鏡写真である。 3 is a scanning electron micrograph of the surface of the Si—CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite nonwoven fabric of the present invention after SBF immersion. 比較例のP(3HB-4HB)不織布のSBF浸漬後の表面の走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the surface of a comparative example P (3HB-4HB) non-woven fabric after SBF immersion. 本発明のSi-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合材不織布のSBF浸漬後のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern after SBF immersion of the Si—CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite nonwoven fabric of the present invention.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be added without departing from the scope of the invention.

本発明の好ましい実施の形態によれば、ポリマー溶液にプラス高電圧を印加し、マイナスに帯電したコレクターにスプレーされる過程でファイバー化を起こさせるエレクトロスピニング法を用いることにより不織布材料を製造することができる。 According to a preferred embodiment of the present invention, a nonwoven material is produced by using an electrospinning method in which a positive high voltage is applied to a polymer solution and fiberization occurs in the process of being sprayed on a negatively charged collector. Can do.

本発明はポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体と炭酸カルシウムとを主成分とする生体複合材料であるが、ポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体と炭酸カルシウムとの合計がこの複合材の90重量%以上であることが好ましく、97重量%であることがより好ましい。ポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体がポリ(3−ハイドロキシブチレート−4−ハイドロキシブチレート)、すなわち、P(3HB-4HB)であることが好ましい。また、いずれの組成のP(3HB-4HB)共重合体においても、ポリ(3‐ハイドロキシブチレート)単独重合体に比べて高い柔軟性を有し、柔軟な複合材の作製に用いることが可能であるが、好ましくは4‐ハイドロキシブチレートの含有率が10〜40重量%のものを用いることで患部へのフィッティングに必要な高い柔軟性を有することが期待できる。炭酸カルシウムは主にバテライト相であることが好ましく、またケイ素を含有することが好ましい。炭酸カルシウムに対するケイ素の配合率は1〜10重量%であることが好ましい。ケイ素は炭酸カルシウムから骨等の生体内溶け出して、骨の修復あるいは再建に寄与する。なお、本発明の生体複合材料としては、フィルムに比して不織布のほうがより柔軟性が高く好ましい。 The present invention is a biocomposite material mainly comprising a copolymer of polyhydroxyalkanoate species and calcium carbonate. The total of the copolymer of polyhydroxyalkanoate species and calcium carbonate is 90% by weight of the composite material. % Or more, and more preferably 97% by weight. The copolymer of polyhydroxyalkanoate species is preferably poly (3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate), that is, P (3HB-4HB). In addition, P (3HB-4HB) copolymer of any composition has higher flexibility than poly (3-hydroxybutyrate) homopolymer and can be used for the production of flexible composite materials. However, it is preferable to use a 4-hydroxybutyrate content of 10 to 40% by weight, so that high flexibility necessary for fitting to the affected area can be expected. Calcium carbonate is preferably mainly in the vaterite phase, and preferably contains silicon. It is preferable that the compounding ratio of silicon with respect to calcium carbonate is 1 to 10% by weight. Silicon dissolves in the living body such as bone from calcium carbonate and contributes to bone repair or reconstruction. In addition, as a biocomposite material of this invention, a nonwoven fabric is more flexible and preferable compared with a film.

本発明の生体複合材料の作製にあたっては、P(3HB-4HB)をクロロホルム(CHCl3)、もしくはジクロロメタン(DCM)に溶解させて不織布材料作製用の紡糸溶液を用意する。良好な紡糸状態を維持するためにジメチルホルムアミド(DMF)、またはメタノール(CH3OH)をCHCl3やDCMに対して50 重量%まで適宜加えてもよい。次に、P(3HB-4HB)の紡糸溶液にSi-CaCO3を加え、複合材不織布作製用の紡糸溶液を用意する。複合材のSi-CaCO3含量が40重量%、より好ましくは35重量%以下になるように混合すると、引張試験において高い破断伸びを示すことができる。一方で、良好な骨形成促進のためには10重量%、より好ましくは15重量%以上の含有率を持つことが好ましい。上記の紡糸溶液作成法以外に、予め所定の割合のP(3HB-4HB)とSi-CaCO3を加熱ニーダーで混練して調製した複合体を溶媒に溶かして紡糸溶液としてもよい。Si-CaCO3は、例えば特開2006‐161816号公報に記載される方法を用いて調製する。なお、Si-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合材料には、生体用として問題のないリン酸三カルシウム、硫酸カルシウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸水素カルシウム、リン酸八カルシウム、リン酸四カルシウム、ピロリン酸カルシウム、塩化カルシウム等の無機物が含まれていてもよい。 In producing the biocomposite material of the present invention, a spinning solution for producing a nonwoven material is prepared by dissolving P (3HB-4HB) in chloroform (CHCl 3 ) or dichloromethane (DCM). In order to maintain a good spinning state, dimethylformamide (DMF) or methanol (CH 3 OH) may be appropriately added up to 50% by weight based on CHCl 3 or DCM. Next, Si-CaCO 3 is added to the spinning solution of P (3HB-4HB) to prepare a spinning solution for producing a composite nonwoven fabric. When mixed so that the Si—CaCO 3 content of the composite is 40% by weight, more preferably 35% by weight or less, high elongation at break can be exhibited in a tensile test. On the other hand, in order to promote good bone formation, the content is preferably 10% by weight, more preferably 15% by weight or more. In addition to the above spinning solution preparation method, a composite prepared by kneading a predetermined ratio of P (3HB-4HB) and Si—CaCO 3 with a heating kneader in advance may be dissolved in a solvent to form a spinning solution. Si—CaCO 3 is prepared using a method described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-161816. Si-CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite material has tricalcium phosphate, calcium sulfate, sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate, calcium hydrogen phosphate, octacalcium phosphate, which are not problematic for biological use. Further, inorganic substances such as tetracalcium phosphate, calcium pyrophosphate, and calcium chloride may be contained.

エレクトロスピニング装置を用いることで、ノズルから出た電荷を帯びたSi-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合体不織布作製用の紡糸溶液は、電界中で溶媒を揮発させながらファイバーとなってマイナス電極のコレクターに向かい、コレクター上で多数のファイバーからなる層を形成する。紡糸条件(紡糸溶液の濃度、溶媒の種類、供給速度、紡糸時間、印加電圧、あるいはノズルとコレクターの距離など)を変えることによって所望の不織布材料にすることが可能である。また、得られた不織布をプレスすることで緻密化や膜厚を調整することもできる。なお、ファイバー径としては1〜50μm、5〜20μmであることがより好ましい。 By using an electrospinning device, the spinning solution for producing the charged Si-CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite nonwoven fabric discharged from the nozzle becomes a fiber while volatilizing the solvent in an electric field and minus. Facing the collector of the electrode, a layer of many fibers is formed on the collector. By changing the spinning conditions (concentration of spinning solution, type of solvent, supply speed, spinning time, applied voltage, distance between nozzle and collector, etc.), a desired nonwoven material can be obtained. Moreover, densification and a film thickness can also be adjusted by pressing the obtained nonwoven fabric. In addition, as a fiber diameter, it is more preferable that they are 1-50 micrometers and 5-20 micrometers.

以下、本発明に係るSi-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合体不織布の製造方法の実施例について説明する。以下の実施例についての説明は本発明をより深く理解するためのものであって、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。 Examples of the method for producing a Si—CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite nonwoven fabric according to the present invention will be described below. The following description of the examples is for a better understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

各実施例では以下に示す原料を使用した。
・ケイ素溶出型炭酸カルシウム(Si-CaCO3):消石灰(ミクロスターT 純度96%以上 矢橋工業株式会社)、メタノール(特級試薬 純度99.8%以上 キシダ化学株式会社)、γ‐アミノプロピルトリエトキシシラン(TSL8331 純度98%以上 GE東芝シリコーン株式会社)、炭酸ガス(高純度液化炭酸ガス 純度99.9% 大洋化学工業株式会社)を用いて調製されたSi2.9重量%を含むバテライト相炭酸カルシウム
・ポリ(3−ハイドロキシブチレート−4−ハイドロキシブチレート)(P(3HB-4HB):PURE PHA POWDER、PHA-0600、分子量約110万Da、 G5 JAPAN株式会社)
・クロロホルム(CHCl3):特級試薬純度99.0%以上 キシダ化学株式会社
In each example, the following raw materials were used.
・ Silicon-eluting calcium carbonate (Si-CaCO 3 ): Slaked lime (Microstar T purity 96% or more Yabashi Kogyo Co., Ltd.), methanol (special grade reagent purity 99.8% or more Kishida Chemical Co., Ltd.), γ-aminopropyltriethoxysilane ( TSL8331 purity 98% or higher GE Toshiba Silicone Co., Ltd.), carbon dioxide (high purity liquefied carbon dioxide, purity 99.9%, Taiyo Chemical Industry Co., Ltd.), a battery phase calcium carbonate poly (3) containing 2.9% by weight of Si -Hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate) (P (3HB-4HB): PURE PHA POWDER, PHA-0600, molecular weight about 1.1 million Da, G5 JAPAN Co., Ltd.)
・ Chloroform (CHCl 3 ): Special grade reagent purity 99.0% or higher Kishida Chemical Co., Ltd.

(実施例)
P(3HB-4HB)とSi-CaCO3を加熱ニーダーで110℃、10分間混練してSi-CaCO3を30重量%含有するSi-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合体を調製した。そして、Si-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合体とクロロホルムとを混合して紡糸溶液を作製した。また、比較用の試料として、P(3HB-4HB)をクロロホルムと混合して紡糸溶液を作製した。本実施例では、複合材試料、比較用試料共に、P(3HB-4HB)をクロロホルムに対して6 重量%となるように溶液を作製した。作製した溶液の粘度は、複合体試料で約2500 [mPa・s]、比較用試料で約3000 [mPa・s]であった。
(Example)
P (3HB-4HB) and Si-CaCO 3 110 ℃ in heating kneader, kneaded for 10 minutes containing Si-CaCO 3 30 wt% Si-CaCO 3 / P ( 3HB-4HB) and the complex was prepared. Then, a spinning solution was prepared by mixing Si—CaCO 3 / P (3HB-4HB) complex and chloroform. As a comparative sample, P (3HB-4HB) was mixed with chloroform to prepare a spinning solution. In this example, a solution was prepared so that P (3HB-4HB) was 6% by weight with respect to chloroform for both the composite material sample and the comparative sample. The viscosity of the prepared solution was about 2500 [mPa · s] for the composite sample and about 3000 [mPa · s] for the comparative sample.

これらの紡糸溶液を用いて、エレクトロスピング法によりSi-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合材の不織布およびP(3HB-4HB)の不織布を作製した。不織布作製条件として、紡糸溶液供給速度が約0.200 ml/min、印加電圧が10 kV、ノズルとコレクターの距離が80 mm、ノズルを100 mm/minで左右(5-6 cm幅)に移動、コレクターはコンベア式(コンベア速度:2 m/min、接地)、紡糸時間は180分であった。 Using these spinning solutions, a non-woven fabric of Si-CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite and a non-woven fabric of P (3HB-4HB) were prepared by electrosping. Nonwoven fabric production conditions were as follows: Spinning solution supply speed was about 0.200 ml / min, applied voltage was 10 kV, nozzle-collector distance was 80 mm, nozzle was moved left and right (5-6 cm width) at 100 mm / min, collector Was a conveyor type (conveyor speed: 2 m / min, grounding), and the spinning time was 180 minutes.

Si-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合材不織布、P(3HB-4HB)不織布の表面微構造の走査型電子顕微鏡(SEM)写真をそれぞれ図1、図2に示す。Si-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合材不織布ではP(3HB-4HB)ファイバーに粒状のSi-CaCO3が含有されていることが確認できる。 Scanning electron microscope (SEM) photographs of the surface microstructures of the Si—CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite nonwoven fabric and the P (3HB-4HB) nonwoven fabric are shown in FIGS. 1 and 2, respectively. It can be confirmed that the Si-CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite nonwoven fabric contains granular Si-CaCO 3 in the P (3HB-4HB) fiber.

5mm×40 mmサイズに切り出したSi-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合材不織布、およびP(3HB-4HB)不織布を5 mm/minで引張試験を行った際の応力‐ひずみ曲線を図3に示す。Si-CaCO3/P(3HB-4HB)複合材不織布はP(3HB-4HB)不織布に比べて高い引張強度と、100 %を超える破断伸びを示し、高い柔軟性を有していると言える。 Figure shows the stress-strain curve when a tensile test was performed at 5 mm / min on a Si-CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite nonwoven fabric cut into 5 mm × 40 mm size and P (3HB-4HB) nonwoven fabric. 3 shows. It can be said that the Si—CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite non-woven fabric has high flexibility compared with P (3HB-4HB) non-woven fabric and exhibits high tensile strength and break elongation exceeding 100%.

Si-CaCO3/ P(3HB-4HB)複合材不織布を擬似体液(SBF:人間の体液(血漿)と類似したイオン濃度を持つ緩衝溶液(Ca2+;2.5,Mg2+;1.5,Na+;142.0,K+;5.0,Cl-;148.8,HCO3-;4.2,HPO4 2-;1.0 mmol/L))に浸漬(37 ℃で1日間)後のSEMによる観察写真を図4に示し、SBF浸漬前後のX線回折パターンを図6に示す。なお、比較のため、P(3HB-4HB)不織布を前記擬似体液に同条件で浸漬した後のSEMによる観察写真を図5に示す。図4および図6により、浸漬後の複合材表面には水酸アパタイトが生成され、優れた生体活性を持つことを示している。一方、P(3HB-4HB)不織布では、同様の試験において水酸アパタイトの生成は見られなかった。 Si-CaCO 3 / P (3HB-4HB) composite non-woven fabric is simulated body fluid (SBF: buffer solution with ion concentration similar to human body fluid (plasma) (Ca 2+ ; 2.5, Mg 2+ ; 1.5, Na + 142.0, K + ; 5.0, Cl ; 148.8, HCO 3− ; 4.2, HPO 4 2− ; 1.0 mmol / L)), and a photograph taken by SEM after immersion (at 37 ° C. for 1 day) is shown in FIG. FIG. 6 shows X-ray diffraction patterns before and after SBF immersion. For comparison, FIG. 5 shows an SEM observation photograph after a P (3HB-4HB) nonwoven fabric is immersed in the simulated body fluid under the same conditions. FIG. 4 and FIG. 6 show that hydroxyapatite is generated on the surface of the composite material after immersion and has excellent bioactivity. On the other hand, with the P (3HB-4HB) non-woven fabric, formation of hydroxyapatite was not observed in the same test.

本発明の複合材料は、生体用、特に骨再建用に利用することができる。
The composite material of the present invention can be used for living bodies, particularly for bone reconstruction.

Claims (12)

ポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体と炭酸カルシウムとを主成分とする生体複合材料。 A biocomposite material comprising a polyhydroxyalkanoate copolymer and calcium carbonate as main components. ポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体がポリ(3−ハイドロキシブチレート−4−ハイドロキシブチレート)である請求項1に記載の生体複合材料。 The biocomposite material according to claim 1, wherein the copolymer of the polyhydroxyalkanoate species is poly (3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate). ポリ(3−ハイドロキシブチレート−4−ハイドロキシブチレート)における4‐ハイドロキシブチレートの含有率が10〜40重量%である請求項2に記載の生体複合材料。 The biocomposite material according to claim 2, wherein the content of 4-hydroxybutyrate in poly (3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate) is 10 to 40% by weight. 炭酸カルシウムが主にバテライト相である請求項1〜3のいずれかに記載の生体複合材料。 The biocomposite material according to any one of claims 1 to 3, wherein calcium carbonate is mainly a vaterite phase. 炭酸カルシウムがケイ素を含む請求項1〜4のいずれかに記載の生体複合材料。 The biocomposite material according to any one of claims 1 to 4, wherein the calcium carbonate contains silicon. ケイ素含有炭酸カルシウムがこれを含む生体複合材料全体の10〜40重量%である請求項5に記載の生体複合材料。 The biocomposite material according to claim 5, wherein the silicon-containing calcium carbonate is 10 to 40% by weight of the whole biocomposite material containing the silicon-containing calcium carbonate. 炭酸カルシウムにおけるケイ素の含有率は1〜10重量%である請求項5または6に記載の生体複合材料。 The biocomposite material according to claim 5 or 6, wherein the content of silicon in calcium carbonate is 1 to 10% by weight. 前記生体複合材料が不織布である請求項1〜7に記載の生体複合材料。 The biocomposite material according to claim 1, wherein the biocomposite material is a nonwoven fabric. ポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体と炭酸カルシウムからなる複合材料を調製する工程と、エレクトロスピニング法を用いてポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体と炭酸カルシウムを主成分とする不織布を形成する工程とを含む生体複合材料の製造方法。 A step of preparing a composite material comprising a copolymer of polyhydroxyalkanoate species and calcium carbonate, and a step of forming a nonwoven fabric mainly comprising a copolymer of polyhydroxyalkanoate species and calcium carbonate using an electrospinning method. A method for producing a biocomposite material comprising: ポリハイドロキシアルカノエート種の共重合体がポリ(3−ハイドロキシブチレート−4−ハイドロキシブチレート)である請求項9に記載の生体複合材料の製造方法。 The method for producing a biocomposite material according to claim 9, wherein the copolymer of the polyhydroxyalkanoate species is poly (3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate). 炭酸カルシウムが主にバテライト相である請求項9または10に記載の生体複合材料の製造方法。 The method for producing a biocomposite material according to claim 9 or 10, wherein calcium carbonate is mainly a vaterite phase. 炭酸カルシウムがケイ素を含む請求項9〜11のいずれかに記載の生体複合材料の製造方法。
The method for producing a biocomposite material according to any one of claims 9 to 11, wherein the calcium carbonate contains silicon.
JP2012193651A 2012-09-04 2012-09-04 Biologically absorbable composite material and method for producing the same Pending JP2014046116A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012193651A JP2014046116A (en) 2012-09-04 2012-09-04 Biologically absorbable composite material and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012193651A JP2014046116A (en) 2012-09-04 2012-09-04 Biologically absorbable composite material and method for producing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014046116A true JP2014046116A (en) 2014-03-17

Family

ID=50606380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012193651A Pending JP2014046116A (en) 2012-09-04 2012-09-04 Biologically absorbable composite material and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014046116A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10159737B1 (en) Guided bone regeneration membrane and manufacturing method thereof
Wang et al. “Tree to bone”: lignin/polycaprolactone nanofibers for hydroxyapatite biomineralization
Torgbo et al. Bacterial cellulose-based scaffold materials for bone tissue engineering
Feng et al. In situ generation of hydroxyapatite on biopolymer particles for fabrication of bone scaffolds owning bioactivity
Toskas et al. Chitosan (PEO)/silica hybrid nanofibers as a potential biomaterial for bone regeneration
Gritsch et al. Polylactide-based materials science strategies to improve tissue-material interface without the use of growth factors or other biological molecules
Gönen et al. Fabrication of bioactive glass containing nanocomposite fiber mats for bone tissue engineering applications
US9498561B2 (en) Fiber wadding for filling bone defects
Dos Santos et al. In vitro evaluation of bilayer membranes of PLGA/hydroxyapatite/β-tricalcium phosphate for guided bone regeneration
JP5594815B2 (en) Bone regeneration inducing membrane and method for producing the same
MX2013003089A (en) Pressure control apparatus.
Wang et al. Fabrication and characterization of strontium-hydroxyapatite/silk fibroin biocomposite nanospheres for bone-tissue engineering applications
US20110245922A1 (en) Material for filling bone defects and production method thereof
JP2011015865A (en) Material for filling bone defect and production method thereof
Kalidas et al. Mechanical, biocompatibility and antibacterial studies of gelatin/polyvinyl alcohol/silkfibre polymeric scaffold for bone tissue engineering
Sun et al. Chirality‐Induced Bionic Scaffolds in Bone Defects Repair—A Review
JP2012161363A (en) Floc with sustained-release property of silicon and calcium, and method of manufacturing the same
Liu Biomimetic synthesis of collagen/nano-hydroxyapitate scaffold for tissue engineering
Yang et al. A study on in vitro and in vivo bioactivity of nano hydroxyapatite/polymer biocomposite
JP2014046116A (en) Biologically absorbable composite material and method for producing the same
Chen et al. Flexible organic–inorganic hybrid bioceramic for bone tissue regeneration
Mazón et al. Enhancing bone tissue regeneration with rGO-coated Si-Ca-P bioceramic scaffold
Razavi et al. Nanobiomaterials in periodontal tissue engineering
Soleymani Eil Bakhtiari et al. Keratin-containing scaffolds for tissue engineering applications: a review
Gupta et al. A Review on Biodegradable Polymeric Materials for Bone Tissue Engineering (BTE) Applications