JP2018016523A - Apatite ceramic and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apatite ceramic which prevents an increase in the size of a grain aggregate of metallic silver even when fired and is excellent in homogeneous antifungal properties and durability, and to provide a method for producing the same.SOLUTION: There are provided an apatite ceramic and a method for producing the same which includes: a step of adding ethanol to a mixture of powder of carbonic acid-containing apatite hydroxide containing a carbonate group in crystal and silver oxide and kneading the mixture to prepare a slurry-like apatite composition; a step of evaporating and removing the ethanol from the slurry-like apatite composition to obtain a powdery apatite composition; a step of placing the powdery apatite composition into a mold vessel, pressurizing the composition to prepare an apatite composition body having a predetermined shape; and a step of heating and firing the apatite composite body to a setting temperature in a range of 900-1,200°C to obtain apatite ceramic which precipitates silver dissolved as a solid solution once in ceramic as particulate metallic silver.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、銀を含有するアパタイトセラミックスと、その製造方法に関する。   The present invention relates to apatite ceramics containing silver and a method for producing the same.

水酸アパタイト〔組成式:Ca10(PO)(OH)〕や炭酸アパタイト〔組成式:Ca10(PO)CO〕は、生体適合性に優れ、体内で骨と直接結合する性質を持つことから、人工骨補填材や、人工関節等への生体活性コーティング材として、広く臨床応用されている。なかでも、水酸アパタイト(以下、ハイドロキシアパタイトともいう)に銀または銀イオンを担持させた抗菌性アパタイトは、広い抗菌スペクトルを有するため、生体埋植用のインプラント等の分野において、埋植手術後における細菌感染を防止または抑制できると期待されており、それに関する多数の報告がなされている(非特許文献1〜3等を参照)。 Hydroxyapatite [composition formula: Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ] and carbonate apatite [composition formula: Ca 10 (PO 4 ) 6 CO 3 ] are excellent in biocompatibility and directly bind to bone in the body. Therefore, it has been widely clinically applied as a bioactive coating material for artificial bone filling materials and artificial joints. In particular, antibacterial apatite in which silver or silver ions are supported on hydroxyapatite (hereinafter also referred to as hydroxyapatite) has a wide antibacterial spectrum, so in fields such as implants for living body implants, It is expected that bacterial infections can be prevented or suppressed, and many reports on it have been made (see Non-Patent Documents 1 to 3, etc.).

これらの報告は、いずれも、銀イオン(Ag)が水酸アパタイトのカルシウムイオン(Ca2+)と置換した、銀置換水酸アパタイト(銀置換ハイドロキシアパタイト)の合成およびその結晶構造に関する研究であり、たとえば、非特許文献1には、湿式合成により銀置換水酸アパタイトを合成した際、a軸,c軸の増加とともに、銀が、水酸アパタイトのCaIサイトに置換したとの報告がある。また、非特許文献2には、マイクロウェーブ法により作製した銀置換水酸アパタイトを加熱した場合、700℃の温度までは、その構造を維持していることが報告されている。さらに、非特許文献3には、湿式合成により作製した各種Ca/P比の銀置換水酸アパタイトを熱処理した場合の、結晶相の変化が報告されている。 These reports are all about the synthesis and crystal structure of silver-substituted hydroxyapatite (silver-substituted hydroxyapatite) in which silver ions (Ag + ) are replaced with calcium ions (Ca 2+ ) of hydroxyapatite. For example, Non-Patent Document 1 reports that when silver-substituted hydroxyapatite was synthesized by wet synthesis, silver was replaced with CaI sites of hydroxyapatite as the a-axis and c-axis increased. Non-Patent Document 2 reports that when the silver-substituted hydroxyapatite produced by the microwave method is heated, the structure is maintained up to a temperature of 700 ° C. Furthermore, Non-Patent Document 3 reports changes in the crystal phase when silver-substituted hydroxyapatite with various Ca / P ratios prepared by wet synthesis is heat-treated.

なお、これらの研究では、前述の水酸アパタイトおよび銀置換水酸アパタイト〔組成式:Ca10−xAg(PO)(OH)〕の水酸基(OH)をAサイト(A型)、リン酸基(PO 3−)をBサイト(B型)と呼ぶ場合がある。また、水酸アパタイト(六方晶系)の六角柱状(針状)結晶の底面(端面)はc面、側面(壁面)はa面であり、底面(c面)に垂直な柱状結晶の成長方向をc軸、底面(c面)に平行な、c軸周りの径(半径)方向をa軸と呼び、c軸方向に柱状(鎖状)に配列された9配位のカルシウをCaI(columnar Ca)サイト、水酸基の酸素を三角らせん状に取り囲む7配位のカルシウム(Ca2+)をCaII(screw axis Ca)サイトと呼ぶ。 In these studies, the hydroxyl group (OH ) of the aforementioned hydroxyapatite and silver-substituted hydroxyapatite [compositional formula: Ca 10-x Ag x (PO 4 ) 6 (OH) 2 ] is replaced with the A site (A type). ), The phosphate group (PO 4 3− ) may be referred to as a B site (B type). Further, the bottom surface (end surface) of the hexagonal columnar (needle-shaped) crystal of hydroxyapatite (hexagonal system) is the c-plane, the side surface (wall surface) is the a-plane, and the growth direction of the columnar crystal perpendicular to the bottom surface (c-plane) Is the c-axis, the diameter (radius) direction around the c-axis parallel to the bottom surface (c-plane) is called the a-axis, and the nine-coordinate calci arranged in a columnar shape (chain) in the c-axis direction is CaI (columnar The 7-coordinate calcium (Ca 2+ ) surrounding the oxygen of the hydroxyl group and the hydroxyl group is called a CaII (screw axis Ca) site.

L. Badrour, A. Sadel, M. Zahir, L. Kimakh, AE. Hajbi, ”Synthesis and physical and chemical characterization of Ca10−xAgx(PO4)6(OH)2−x x apatite” Annales de Chimie Science des Materiaux, Vol.23, Issue 1-2, (1998), P61-64L. Badrour, A. Sadel, M. Zahir, L. Kimakh, AE. Hajbi, “Synthesis and physical and chemical characterization of Ca10-xAgx (PO4) 6 (OH) 2-x × apatite” Annales de Chimie Science des Materiaux , Vol.23, Issue 1-2, (1998), P61-64 N. Rameshbabu, TS. Sampath Kumar, TG. Prabhakar, VS. Sastry, KV. Murty, K.Prasad Rao, ”Antibacterial nanosized silver substituted: S ynthesis and characterization”, Journal of Biomedical Materials Research Part A, Vol.80, Issue 3, (2007), P581-591N. Rameshbabu, TS. Sampath Kumar, TG. Prabhakar, VS. Sastry, KV. Murty, K. Prasad Rao, “Antibacterial nanosized silver substituted: Synthesis and characterization”, Journal of Biomedical Materials Research Part A, Vol. 80, Issue 3, (2007), P581-591 O. Gokcekaya, K. Ueda, T. Narushima, C. Ergun, ”Synthesis and characterization of Ag - containing calcium phosphates with various Ca/P ratios ”, Materials Science and Engineering: C, Vol.53, (2015), P111-119O. Gokcekaya, K. Ueda, T. Narushima, C. Ergun, “Synthesis and characterization of Ag-containing calcium phosphates with various Ca / P ratios”, Materials Science and Engineering: C, Vol. 53, (2015), P111 -119

前述のように水酸アパタイトは、湿式合成法等により容易にカルシウムを銀に置換して、抗菌性を簡単に付与できるという利点を有する。しかしながら、湿式合成法等によって作製された銀置換水酸アパタイトは、結晶性が低く、その後に加熱処理(焼成)等を行った場合、温度上昇に伴う水酸アパタイトの結晶化または焼結の進展によって、リン酸第3カルシウムβ相(β−TCP),酸化カルシウム(CaO)の析出や、金属銀の析出とその粒成長(大形化)が生じるという、問題があった。   As described above, hydroxyapatite has an advantage that it can easily give antibacterial properties by easily replacing calcium with silver by a wet synthesis method or the like. However, silver-substituted hydroxyapatite produced by a wet synthesis method has low crystallinity, and when heat treatment (firing) is performed thereafter, the crystallization or sintering of hydroxyapatite accompanying the temperature rise Therefore, there is a problem that precipitation of tricalcium phosphate β-phase (β-TCP) and calcium oxide (CaO), precipitation of metal silver, and grain growth (enlargement) occur.

そのため、抗菌性インプラント等に用いられる、銀置換水酸アパタイトを焼成したアパタイトセラミックスは、成形,焼成中に析出し粒成長した金属銀の近傍にのみ抗菌性が偏よって発現するという不均一性が生じる可能性があった。また、金属銀が脱離してしまい、所要の抗菌性を維持できないという可能性がある。さらに、このアパタイトセラミックスを、人工関節等の摺動部の近くに適用しようとする場合、脱落した銀が、関節摺動部内に入り込むことで摺動部材の摩耗の原因となるおそれもある。   Therefore, the apatite ceramics fired from silver-substituted hydroxyapatite used for antibacterial implants and the like have non-uniformity that antibacterial properties are unevenly developed only in the vicinity of metallic silver that has precipitated and grown during molding and firing. Could have occurred. Moreover, there is a possibility that metallic silver is detached and the required antibacterial property cannot be maintained. Furthermore, when this apatite ceramic is to be applied in the vicinity of a sliding portion such as an artificial joint, the fallen silver may enter the joint sliding portion and cause wear of the sliding member.

本発明の目的は、焼成を行っても金属銀の粒塊が大形化することのない、均質な抗菌性と耐久性に優れるアパタイトセラミックスおよびその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide an apatite ceramic having excellent homogeneous antibacterial properties and durability, and a method for producing the same, in which a metallic silver agglomerate does not increase in size even when fired.

本発明は、結晶中に炭酸基を含有する炭酸含有水酸アパタイトと銀または酸化銀との混合物を焼成した成形体で構成され、走査型電子顕微鏡によって観察される金属銀粒子のうち、粒子径が0.1〜2.0μmの金属銀粒子の個数の割合が、観察される全金属銀粒子の個数に対して95%以上であることを特徴とするアパタイトセラミックスである。   The present invention is composed of a molded body obtained by firing a mixture of a carbonate-containing hydroxyapatite containing a carbonate group in a crystal and silver or silver oxide, and among the metal silver particles observed by a scanning electron microscope, the particle diameter Is apatite ceramics characterized in that the ratio of the number of metallic silver particles of 0.1 to 2.0 μm is 95% or more based on the number of all metallic silver particles observed.

また、本発明のアパタイトセラミックスは、前記銀の含有量が、前記アパタイトセラミックス全体に対して0.093重量%以上9.3重量%未満であることを特徴とする。   The apatite ceramic of the present invention is characterized in that the silver content is 0.093 wt% or more and less than 9.3 wt% with respect to the entire apatite ceramic.

さらに、本発明のアパタイトセラミックスは、前記炭酸含有水酸アパタイト中の炭酸基含有量が、0.1重量%以上6.0重量%以下であることを特徴とする。   Furthermore, the apatite ceramic of the present invention is characterized in that the carbonate group content in the carbonate-containing hydroxyapatite is 0.1 wt% or more and 6.0 wt% or less.

そして、本発明のアパタイトセラミックスは、前記混合物を900〜1200℃の温度範囲内に所定時間保持して焼成した成形体からなる構成を、好適に採用する。   The apatite ceramic according to the present invention suitably employs a configuration comprising a molded body obtained by firing the mixture for a predetermined time within a temperature range of 900 to 1200 ° C.

一方、本発明のアパタイトセラミックスの製造方法は、結晶中に炭酸基を含有する炭酸含有水酸アパタイトの粉末と銀または酸化銀との混合物に、エタノールを加えて混錬し、スラリー状のアパタイト組成物を作製する工程と、前記スラリー状のアパタイト組成物から前記エタノールを蒸発させて取り除き、粉末状のアパタイト組成物を得る工程と、前記粉末状のアパタイト組成物を金型容器に入れて加圧し、所定形状のアパタイト組成物体を作製する工程と、前記アパタイト組成物体を、900〜1200℃の範囲内の設定温度まで加熱して焼成し、セラミックス中に一旦固溶した銀が粒子状の金属銀として析出するアパタイトセラミックスを得る工程と、を備えることを特徴とする。   On the other hand, in the method for producing an apatite ceramic of the present invention, a mixture of a carbonate-containing hydroxyapatite powder containing a carbonate group in a crystal and silver or silver oxide is kneaded by adding ethanol to form a slurry-like apatite composition. A step of producing a product, a step of evaporating and removing the ethanol from the slurry-like apatite composition to obtain a powdery apatite composition, and a step of putting the powdery apatite composition in a mold container and pressurizing And a step of producing an apatite composition object having a predetermined shape, and the apatite composition object is heated to a set temperature within a range of 900 to 1200 ° C. and fired, and the silver once solid-solved in the ceramic is particulate metal silver And a step of obtaining an apatite ceramic that precipitates as follows.

また、本発明のアパタイトセラミックスの製造方法は、前記セラミックス中に析出した金属銀のうち、粒子径が0.1〜2.0μmの金属銀粒子の個数が、走査型電子顕微鏡によって観察される全金属銀粒子の個数の95%以上を占めることを特徴とする。   Further, the method for producing an apatite ceramic of the present invention is such that the number of metal silver particles having a particle diameter of 0.1 to 2.0 μm among the metal silver precipitated in the ceramic is observed by a scanning electron microscope. It occupies 95% or more of the number of metallic silver particles.

さらに、本発明のアパタイトセラミックスの製造方法は、前記銀の含有量が、前記アパタイトセラミックス全体に対して0.093重量%以上9.3重量%未満である構成を特徴とし、前記炭酸含有水酸アパタイト中の炭酸基含有量が、0.1重量%以上6.0重量%以下である構成を特徴とする。   Furthermore, the method for producing an apatite ceramic of the present invention is characterized in that the silver content is 0.093 wt% or more and less than 9.3 wt% with respect to the entire apatite ceramic, and the carbonic acid-containing hydroxide The carbonate group content in the apatite is from 0.1% by weight to 6.0% by weight.

なお、本発明のアパタイトセラミックスの原材料として用いられる「炭酸含有水酸アパタイト」(炭酸ハイドロキシアパタイト)の組成式は、たとえばCa10−y[(PO)6−y(CO)][(OH)2−2z(CO)]で表され、そのカルシウムの一部を銀に置換したアパタイトセラミックスの組成式は、たとえばCa10−x−yAg[(PO)6−y(CO)][(OH)2−2z(CO)]で表記されるものである。 The composition formula of “carbonate-containing hydroxyapatite” (carbonated hydroxyapatite) used as a raw material for the apatite ceramic of the present invention is, for example, Ca 10-y [(PO 4 ) 6-y (CO 3 ) y ] [( OH) 2-2z (CO 3 ) z ], and the composition formula of apatite ceramics in which a part of the calcium is substituted with silver is, for example, Ca 10-xy Ag x [(PO 4 ) 6-y ( CO 3 ) y ] [(OH) 2-2z (CO 3 ) z ].

本発明によれば、抗菌性および耐久性に優れる、アパタイトセラミックスを、効率よく製造することができる。すなわち、得られたアパタイトセラミックスは、焼成後に、走査型電子顕微鏡によって観察される金属銀粒子のうち、粒子径が0.1〜2.0μmの金属銀粒子の個数の割合が、観察される全金属銀粒子の個数に対して95%以上になっている。そのため、本発明のアパタイトセラミックス(成形体)は、セラミックス中に存在する銀粒子が、均一に満遍なく分布しており、さらに大形の銀粒塊がないため、その抗菌性の発露にむらがないようになっている。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the apatite ceramics which are excellent in antibacterial property and durability can be manufactured efficiently. That is, in the obtained apatite ceramic, the ratio of the number of metal silver particles having a particle diameter of 0.1 to 2.0 μm among the metal silver particles observed by a scanning electron microscope after firing is all observed. It is 95% or more based on the number of metallic silver particles. Therefore, in the apatite ceramic (molded article) of the present invention, the silver particles present in the ceramic are uniformly and evenly distributed, and further, there is no large silver particle lump, so the antibacterial dew is not uneven. It is like that.

さらに、本発明の低温焼成アパタイトセラミックスのなかでも、前記炭酸含有水酸アパタイト中の炭酸基含有量が、0.1重量%以上6.0重量%以下であるものは、焼成(昇温)中に前記炭酸基が前記炭酸含有水酸アパタイト中の水酸基(OH:Aサイト)に効率的に置換し、これにより水酸アパタイトの六角柱状結晶のa軸〔底面(c面)に平行な、c軸周りの径(半径)方向の長さ〕が拡大する。したがって、この構成によって、銀イオン(Ag)の、水酸アパタイトのカルシウムイオン(Ca2+)との置換が容易となり、結果として、銀(銀イオン)のアパタイト結晶中への固溶量の増加によって、銀の析出量を制御することができる。 Furthermore, among the low-temperature fired apatite ceramics of the present invention, those whose carbonate group content in the carbonate-containing hydroxyapatite is 0.1 wt% or more and 6.0 wt% or less are being fired (temperature rise). The carbonate group is efficiently substituted with a hydroxyl group (OH : A site) in the carbonate-containing hydroxyapatite, whereby the a-axis of the hexagonal columnar crystal of hydroxyapatite [parallel to the bottom surface (c-plane), The length in the diameter (radius) direction around the c-axis] increases. Therefore, this configuration facilitates the replacement of silver ions (Ag + ) with calcium ions (Ca 2+ ) of hydroxyapatite, resulting in an increase in the amount of silver (silver ions) dissolved in the apatite crystal. Thus, the amount of silver deposited can be controlled.

そして、本発明のアパタイトセラミックスが、前記混合物を、900〜1200℃の温度域で焼成して得られる成形体である場合、常温から所定温度に達するまでの間の500〜900℃に昇温した段階で、アパタイト結晶中に固溶して一旦吸収された銀が、セラミックスの温度上昇に伴ってゆっくりと徐放されて析出し、アパタイトセラミックス中に、粒径の小さな金属銀のみが満遍なく分散されて存在する状態となる。これにより、銀粒塊の成長(大形化)やその生成を抑制することができる。   And when the apatite ceramic of this invention is a molded object obtained by baking the said mixture in the temperature range of 900-1200 degreeC, it heated up to 500-900 degreeC until it reaches predetermined temperature from normal temperature. At this stage, the silver once dissolved and dissolved in the apatite crystal is slowly and slowly released as the ceramic temperature rises, and only metallic silver with a small particle size is uniformly dispersed in the apatite ceramic. Will be present. Thereby, the growth (enlargement) and the production | generation of a silver grain lump can be suppressed.

一方、本発明のアパタイトセラミックスの製造方法によれば、前述のような、大きな銀粒塊を持たない、抗菌性および耐久性に優れる、アパタイトセラミックスを、効率よく製造することができる。また、そのアパタイトセラミックスを、再現性良く製造することができる。   On the other hand, according to the method for producing an apatite ceramic of the present invention, it is possible to efficiently produce the apatite ceramic having no large silver particle agglomerates and excellent in antibacterial properties and durability as described above. Moreover, the apatite ceramic can be manufactured with good reproducibility.

(a)〜(e)は順に、銀を0.93重量%含有する炭酸含有水酸アパタイト(HAP−100)を、400℃,600℃,800℃,1000℃,1200℃で加熱処理して得られるアパタイトセラミックスの状態を示す電子顕微鏡写真である。(A) to (e) are, in order, heat-treated carbonic acid-containing hydroxyapatite (HAP-100) containing 0.93% by weight of silver at 400 ° C., 600 ° C., 800 ° C., 1000 ° C., and 1200 ° C. It is an electron micrograph which shows the state of the obtained apatite ceramics. (a)〜(e)は順に、銀を0.93重量%含有する炭酸含有水酸アパタイト(HAP−200)を、400℃,600℃,800℃,1000℃,1200℃で加熱処理して得られるアパタイトセラミックスの状態を示す電子顕微鏡写真である。(A) to (e) are, in order, heat-treated carbonic acid-containing hydroxyapatite (HAP-200) containing 0.93% by weight of silver at 400 ° C., 600 ° C., 800 ° C., 1000 ° C., and 1200 ° C. It is an electron micrograph which shows the state of the obtained apatite ceramics. (a)〜(e)は順に、銀を0.93重量%含有する炭酸含有水酸アパタイト(HAP−300)を、400℃,600℃,800℃,1000℃,1200℃で加熱処理して得られるアパタイトセラミックスの状態を示す電子顕微鏡写真である。(A)-(e) heat-treat carbonic acid containing hydroxyapatite (HAP-300) which contains 0.93 weight% of silver in order at 400 degreeC, 600 degreeC, 800 degreeC, 1000 degreeC, and 1200 degreeC in order. It is an electron micrograph which shows the state of the obtained apatite ceramics. 銀を0.93重量%含有する炭酸含有水酸アパタイト(HAP−100)を1000℃で焼成して得られるアパタイトセラミックスに存在する金属銀粒子の粒径分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of the metal silver particle which exists in the apatite ceramic obtained by baking the carbonic acid containing hydroxyapatite (HAP-100) containing 0.93 weight% of silver at 1000 degreeC. 銀を0.93重量%含有する炭酸含有水酸アパタイト(HAP−200)を1000℃で焼成して得られるアパタイトセラミックスに存在する金属銀粒子の粒径分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of the metallic silver particle which exists in the apatite ceramic obtained by baking the carbonic acid containing hydroxyapatite (HAP-200) containing 0.93 weight% of silver at 1000 degreeC. 銀を0.93重量%含有する炭酸含有水酸アパタイト(HAP−300)を1000℃で焼成して得られるアパタイトセラミックスに存在する金属銀粒子の粒径分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of the metal silver particle which exists in the apatite ceramic obtained by baking the carbonic acid containing hydroxyapatite (HAP-300) containing 0.93 weight% of silver at 1000 degreeC. 400〜1200℃で加熱処理した、銀を0.93重量%含有するアパタイトセラミックスのX線回折パターンを示すチャート図である。It is a chart figure which shows the X-ray-diffraction pattern of the apatite ceramic containing 0.93 weight% of silver heat-processed at 400-1200 degreeC.

以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態にかかるアパタイトセラミックスは、アパタイト結晶中に炭酸基を含有する炭酸含有水酸アパタイト粉末(炭酸ハイドロキシアパタイト:COHAp)と、酸化銀(AgO)とを原料とし、これらの原料をミル等で充分に混錬した後、加圧成形して成形体とするとともに、この成形体を、アパタイトの焼結が始まる1200℃を超えない、通常900〜1200℃、好ましくは1000〜1200℃の範囲内の温度域で焼成して、前記の酸化銀に由来する小粒径の銀(金属銀)を、セラミックス中に、均一に析出させたものである。なお、本発明における「銀を析出させる」とは、まず、加熱により所定温度(約600〜800℃)に到達して、水酸アパタイトの結晶中に銀イオンとして分散固溶して観察できなくなった銀粒子が、その後のさらなる温度上昇により水酸アパタイトの結晶格子から離脱して、単独の金属銀として顕在化することを言う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The apatite ceramic according to the present embodiment uses, as raw materials, a carbonate-containing hydroxyapatite powder (carbonated hydroxyapatite: CO 3 HAp) containing carbonate groups in apatite crystals, and silver oxide (Ag 2 O). After being sufficiently kneaded with a mill or the like, it is pressure-molded to form a molded body, and this molded body does not exceed 1200 ° C at which apatite sintering starts, usually 900 to 1200 ° C, preferably 1000 to 1200 ° C. It is fired in a temperature range within the range of ° C., and silver (metal silver) having a small particle size derived from the silver oxide is uniformly deposited in the ceramic. In the present invention, “precipitating silver” means that it first reaches a predetermined temperature (about 600 to 800 ° C.) by heating and cannot be observed as being dispersed and dissolved as silver ions in a hydroxyapatite crystal. The silver particles are released from the crystal lattice of hydroxyapatite by subsequent further temperature rise, and manifest as single metallic silver.

その製造方法は、まず、原料となるアパタイト結晶中に炭酸基を含有する炭酸含有水酸アパタイトの粉末と、酸化銀とを準備する。使用する酸化銀に特に制約はなく、粉末状の市販品を用いる。   In the manufacturing method, first, a carbonate-containing hydroxyapatite powder containing a carbonate group in a raw material apatite crystal and silver oxide are prepared. There is no restriction | limiting in particular in the silver oxide to be used, A powdery commercial item is used.

炭酸含有水酸アパタイトは、たとえば組成式Ca10−y[(PO)6−y(CO)][(OH)2−2z(CO)]で表される化合物であり、その水酸アパタイト(結晶)中に、通常0.1重量%以上6.0重量%以下、好ましくは0.5重量%以上5.5重量%以下、より好ましくは1.0重量%以上5.0重量%以下の炭酸基を含有するものである。 Carbonic acid-containing hydroxyapatite is, for example, a compound represented by the composition formula Ca 10-y [(PO 4 ) 6-y (CO 3 ) y ] [(OH) 2-2z (CO 3 ) z ], In the hydroxyapatite (crystal), usually 0.1 wt% or more and 6.0 wt% or less, preferably 0.5 wt% or more and 5.5 wt% or less, more preferably 1.0 wt% or more and 5.0 wt% or less. It contains no more than wt% carbonate groups.

なお、一般に、水酸アパタイト(ハイドロキシアパタイト)は、人工的に合成する場合、乾式合成法では炭酸イオン(CO 2−)が水酸基(OH)Aサイトに置換したA型が、湿式合成法では炭酸イオンがリン酸(PO)基Bサイトに置換したB型と呼ばれる炭酸含有水酸アパタイトが、優先的に生成されることが知られている。本実施形態の場合、湿式合成により製造された水酸アパタイトを好適に採用する。具体的には、結晶性の高い炭酸含有ハイドロキシアパタイト粉末、たとえば、太平化学産業社製高純度リン酸カルシウム HAPシリーズ、HPA−100,HPA−200,HPA−300(グレード名)等を準備する。 In general, when hydroxyapatite (hydroxyapatite) is artificially synthesized, A type in which carbonate ion (CO 3 2− ) is substituted with hydroxyl (OH) A site in the dry synthesis method is used in the wet synthesis method. It is known that carbonate-containing hydroxyapatite called B-type in which carbonate ions are substituted at phosphate B (PO 4 ) group B sites is produced preferentially. In the case of this embodiment, hydroxyapatite produced by wet synthesis is suitably employed. Specifically, carbonic acid-containing hydroxyapatite powder having high crystallinity, for example, high-purity calcium phosphate HAP series, HPA-100, HPA-200, HPA-300 (grade name) manufactured by Taihei Chemical Sangyo Co., Ltd., is prepared.

つぎに、準備した炭酸含有水酸アパタイト粉末(A型,B型混合)に対して、銀を添加するが、その全体に対する銀の含有量を、通常0.093重量%以上9.3重量%未満、好ましくは0.093重量%以上5.58重量%以下、より好ましくは0.093重量%以上1.86重量%以下となるように銀を添加・混合する。さらに分散混合用溶媒としてエタノールを添加して、混錬により充分に混合・分散させる。なお、銀は、前述のように酸化銀(AgO)として添加され、その添加部数(重量部数)は、炭酸含有水酸アパタイト粉末の重量を100とした場合、酸化銀の形でたとえば約1.01〜11.1重量部添加される。これは、金属銀(Ag)換算で約0.094〜10.3重量部の添加である。 Next, silver is added to the prepared carbonate-containing hydroxyapatite powder (mixed type A and B), and the silver content relative to the total is usually 0.093 wt% or more and 9.3 wt%. The silver is added and mixed so that it is less than, preferably 0.093 wt% or more and 5.58 wt% or less, more preferably 0.093 wt% or more and 1.86 wt% or less. Furthermore, ethanol is added as a solvent for dispersion and mixing, and the mixture is sufficiently mixed and dispersed by kneading. As described above, silver is added as silver oxide (Ag 2 O), and the number of added parts (parts by weight) is, for example, about silver oxide in the form of silver oxide when the weight of the carbonate-containing hydroxyapatite powder is 100. 1.01 to 11.1 parts by weight are added. This is an addition of about 0.094 to 10.3 parts by weight in terms of metallic silver (Ag).

なお、酸化銀に由来する銀の、炭酸含有水酸アパタイト混合物全体に対する含有量が、0.093重量%未満の場合は、銀に由来するアパタイトセラミックスの抗菌性能が充分に発揮されないおそれがある。また、逆に、銀の含有量が、9.3重量%以上の場合は、すべての銀がアパタイトセラミックス中に一旦固溶することができず、その残存粒塊がセラミックス中に留まってしまうおそれがある。   In addition, when content with respect to the whole carbonic acid containing hydroxyapatite mixture of silver derived from silver oxide is less than 0.093 weight%, there exists a possibility that the antibacterial performance of the apatite ceramics derived from silver may not fully be exhibited. On the other hand, when the silver content is 9.3 wt% or more, all the silver cannot be once dissolved in the apatite ceramics, and the residual agglomerates may remain in the ceramics. There is.

混合物の混合・混錬は、ボールミル等を用いて行う。たとえば、溶媒としてエタノールを添加した、炭酸含有水酸アパタイトと酸化銀との混合物に、混錬用メディアとしてジルコニアボール等を加え、たとえば重量比が粉末(混合物):溶媒:メディア=1:2:6となるよう配合して、混錬用のポリエチレン容器に入れ、50回転/分の回転数で24時間、ボールミル混合を行い、スラリー状のアパタイト組成物を作製する。   Mixing and kneading of the mixture is performed using a ball mill or the like. For example, zirconia balls or the like are added as a kneading medium to a mixture of carbonic acid-containing hydroxyapatite and silver oxide to which ethanol is added as a solvent. For example, the weight ratio is powder (mixture): solvent: media = 1: 2: 6 and put into a kneading polyethylene container, and ball mill mixing is carried out for 24 hours at a rotational speed of 50 revolutions / minute to produce a slurry-like apatite composition.

ついで、エバポレーター等の吸引手段を用いて、スラリー状のアパタイトからエタノールを蒸発させて取り除き、粉末状のアパタイト組成物を得た。ちなみに、この状態では、分析によっても原料の酸化銀(AgO)のピークは確認されず、代わりに銀(Ag)のピークが確認された。これは、エタノールを添加したボールミル混合中に、酸化銀が銀に還元されたためと考えられる。 Subsequently, ethanol was removed from the slurry apatite by evaporating using a suction means such as an evaporator to obtain a powdery apatite composition. Incidentally, in this state, the peak of the raw material silver oxide (Ag 2 O) was not confirmed by analysis, but the peak of silver (Ag) was confirmed instead. This is presumably because silver oxide was reduced to silver during ball mill mixing with ethanol.

つぎに、粉末状のアパタイト組成物を金型容器等に入れて加圧成形し、所定形状のアパタイト組成物体を作製する。成形方法は、特に限定されるものではないが、金型プレスや冷間等方加圧(CIP)等を用いて行うことが好ましい。なお、目的とするインプラント等の形状に応じて、CIP等の完了した成形体(アパタイト組成物体)に、切削加工や研削加工等を施してもよい。   Next, the powdery apatite composition is put into a mold container or the like and subjected to pressure molding to produce an apatite composition object having a predetermined shape. Although a shaping | molding method is not specifically limited, It is preferable to carry out using a die press, cold isostatic pressing (CIP), etc. Depending on the shape of the target implant or the like, the formed body (apatite composition object) such as CIP may be subjected to cutting or grinding.

ついで、所望の形状に成形されたアパタイト組成物体を、電気炉等を用いて、通常900〜1200℃、好ましくは1000〜1200℃の範囲内の設定温度まで加熱して焼成し、小径の銀粒子が満遍なく析出したアパタイトセラミックス(製品)を作製する。   Next, the apatite composition body formed into a desired shape is fired by using an electric furnace or the like to a set temperature in the range of usually 900 to 1200 ° C., preferably 1000 to 1200 ° C. An apatite ceramic (product) with a uniform deposition of is produced.

電気炉等による加熱(温度)プロファイルは適宜設定できるが、たとえば、最高温度を1000±10℃と設定した場合は、この最高温度の状態を1〜3時間程度維持する等、設定最高温度の状態を1〜3時間程度保持するように、加熱プロファイルを設定する。なお、先に述べた銀イオンがアパタイト結晶中に分散固溶する時間的猶予を与えるために、昇温の途中で、600〜800℃で維持する時間を1〜3時間程度設けてもよい。   The heating (temperature) profile by an electric furnace or the like can be set as appropriate. For example, when the maximum temperature is set to 1000 ± 10 ° C., this maximum temperature state is maintained for about 1 to 3 hours. The heating profile is set so that is kept for about 1 to 3 hours. In addition, in order to give the time for the silver ion mentioned above to disperse-solid-dissolve in an apatite crystal, you may provide about 1 to 3 hours to maintain at 600-800 degreeC in the middle of temperature rising.

以上のように、本実施形態のアパタイトセラミックスの製造方法は、焼成温度を900〜1200℃、好ましくは1000〜1200℃の範囲内とすることにより、焼成後に存在する銀粒子が、セラミックス中に均一に満遍なく分布するとともに、大形の銀粒塊がなく、粒径の小さな金属銀のみが満遍なく分散されて並ぶ状態となる。   As described above, in the method for producing an apatite ceramic according to the present embodiment, the firing temperature is in the range of 900 to 1200 ° C., preferably 1000 to 1200 ° C., so that the silver particles present after firing are uniform in the ceramic. Are distributed evenly, and there is no large silver particle lump, and only metallic silver having a small particle diameter is evenly dispersed and arranged.

つぎに、得られた、銀含有アパタイトセラミックスの成形体の状態について、以下の実施例のなかで説明する。   Next, the state of the obtained molded body of the silver-containing apatite ceramic will be described in the following examples.

実施例では、原料の、アパタイト結晶中に炭酸基を含有する炭酸含有水酸アパタイト(炭酸含有ハイドロキシアパタイト:COHAp)として、太平化学産業社製高純度リン酸カルシウム HAP−100(白色粉末:粒径1.7mm以下),HAP−200(白色粉末:平均粒径5〜20μm),HAP−300(白色粉末)を用い、酸化銀(AgO)として、関東化学社製酸化銀粉末(平均粒径0.1〜100μm)を用いて、酸化銀粉末に由来する銀の混合割合が1重量%になるように炭酸含有ハイドロキシアパタイト粉末と混合し、それぞれ、アパタイト結晶中のカルシウムの一部を銀に置換した実施例1(Ag−HAP−100)グループ,実施例2(Ag−HAP−200)グループおよび実施例3(Ag−HAP−300)グループを作製した。 In Examples, as a raw material, carbonate-containing hydroxyapatite containing carbonate groups in apatite crystals (carbonate-containing hydroxyapatite: CO 3 HAp), high-purity calcium phosphate HAP-100 (white powder: particle size) manufactured by Taihei Chemical Industry Co., Ltd. 1.7 mm or less), HAP-200 (white powder: average particle size 5 to 20 μm), HAP-300 (white powder), and silver oxide (Ag 2 O), silver oxide powder (average grain) manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. Are mixed with the carbonate-containing hydroxyapatite powder so that the mixing ratio of silver derived from the silver oxide powder is 1% by weight, and a part of calcium in the apatite crystal is silver. Example 1 (Ag-HAP-100) group, Example 2 (Ag-HAP-200) group and Example 3 (Ag-HAP-300) To prepare a group.

[実施例サンプルの作製]
炭酸含有ハイドロキシアパタイト粉末と、所定量(1重量%)の酸化銀粉末とを混合し、溶媒として無水エタノール、混錬用メディアとして5mmφジルコニアボールを添加して、重量比で粉末(混合物):溶媒:メディアが1:2:6となる配合で、これらを混錬用ポリエチレン容器に収容し、ボールミル機で50回転/分×24時間回転させて、充分に混合・分散されたスラリー状のアパタイト組成物を作製した。
[Preparation of Example Sample]
Carbonate-containing hydroxyapatite powder and a predetermined amount (1% by weight) of silver oxide powder are mixed, anhydrous ethanol is added as a solvent, and 5 mmφ zirconia balls are added as a kneading medium, and powder (mixture) in a weight ratio: solvent : The composition is 1: 2: 6 in media, and these are stored in a kneading polyethylene container and rotated at 50 revolutions / minute × 24 hours in a ball mill to fully mix and disperse the slurry-like apatite composition. A product was made.

混合後スラリーを取り出し、エバポレーターを用いて無水エタノールを蒸発させて混合粉末を得た。ついで、各銀濃度の混合粉末を、直径24mmφの金型および抗菌試験用に直径80mmφの金型に収容し、一軸プレスにて仮成形した後、294MPaの圧力で冷間等方加圧(CIP)処理を行い、加熱処理用のタブレット状アパタイト組成物体を作製した。   After mixing, the slurry was taken out and absolute ethanol was evaporated using an evaporator to obtain a mixed powder. Next, the mixed powder of each silver concentration is accommodated in a mold having a diameter of 24 mmφ and a mold having a diameter of 80 mmφ for an antibacterial test, and is temporarily formed by a uniaxial press, followed by cold isostatic pressing (CIP ) To prepare a tablet-like apatite composition object for heat treatment.

つぎに、電気炉中(大気圧下)で各サンプルの加熱焼成を行った。加熱条件は、400℃,600℃,800℃,1000℃,1200℃で、それぞれ2時間加熱した。   Next, each sample was heated and fired in an electric furnace (under atmospheric pressure). Heating conditions were 400 ° C., 600 ° C., 800 ° C., 1000 ° C., and 1200 ° C. for 2 hours, respectively.

得られた銀含有ハイドロキシアパタイトの電子顕微鏡写真を図1〜図3に示す。なお、電子顕微鏡は、走査型電子顕微鏡(SEM:SN−3400N,日立製作所社製)を用いた。   An electron micrograph of the obtained silver-containing hydroxyapatite is shown in FIGS. Note that a scanning electron microscope (SEM: SN-3400N, manufactured by Hitachi, Ltd.) was used as the electron microscope.

図1は、原料の炭酸含有ハイドロキシアパタイトに、HAP−100を使用した実施形態1のものであり、(d)1000℃焼成品と(e)1200℃焼成品においては、大きな金属銀の粒塊が複数見られる。   FIG. 1 shows a first embodiment in which HAP-100 is used as a raw material carbonic acid-containing hydroxyapatite. In (d) 1000 ° C. fired product and (e) 1200 ° C. fired product, large metallic silver agglomerates are shown. There are several.

図2は、原料の炭酸含有ハイドロキシアパタイトに、HAP−200を使用した実施形態2のものであり、(b)600℃焼成品と(c)800℃焼成品においては、金属銀の粒子が全く見られない状態となった。また、(d)1000℃焼成品と(e)1200℃焼成品においては、金属銀の粒子は散見されるものの、大きな粒塊は観察されなかった。   FIG. 2 shows a second embodiment in which HAP-200 is used as a raw material carbonic acid-containing hydroxyapatite. In (b) 600 ° C. calcined product and (c) 800 ° C. calcined product, metallic silver particles are completely absent. I couldn't see it. Moreover, in (d) 1000 degreeC baked goods and (e) 1200 degreeC baked goods, although the particle | grains of metallic silver were scattered, the big lump was not observed.

図3は、原料の炭酸含有ハイドロキシアパタイトに、HAP−300を使用した実施形態3ものであり、HAP−100(図1)と同様、(d)1000℃焼成品と(e)1200℃焼成品においては、大きな金属銀の粒塊が複数見られる状態であった。   FIG. 3 shows Embodiment 3 in which HAP-300 is used for the raw material carbonate-containing hydroxyapatite, and (d) 1000 ° C. calcined product and (e) 1200 ° C. calcined product, similar to HAP-100 (FIG. 1). In, a plurality of large metallic silver agglomerates were observed.

つぎに、得られた各サンプルのうち、実施例1(Ag−HAP−100)の1000℃焼成品〔図1(d)に相当〕、実施例2(Ag−HAP−200)の1000℃焼成品〔図2(d)に相当〕、実施例3(Ag−HAP−300)の1000℃焼成品〔図3(d)に相当〕を用いて、サンプル中に存在する銀粒子(銀粒塊)の粒径分布を、以下の方法により計測した。結果を図4〜図6の粒度分布図に示す。   Next, among the obtained samples, the 1000 ° C. baked product of Example 1 (Ag-HAP-100) (corresponding to FIG. 1 (d)), and the baked 1000 ° C. of Example 2 (Ag-HAP-200). Product (corresponding to FIG. 2 (d)), 1000 ° C. baked product of Example 3 (Ag-HAP-300) (corresponding to FIG. 3 (d)), ) Was measured by the following method. The results are shown in the particle size distribution diagrams of FIGS.

[銀の粒径(粒度)分布の測定方法]
各焼結体の断面写真を、加速電圧:15kV、観察倍率:2000倍の条件で走査型電子顕微鏡(SEM)にて反射電子像で取得した。各試料につき、10枚ずつ反射電子像を取得し、各SEM写真上にて、画像解析ソフト(Win ROOF)を用いて、銀粒子部分と、その他のハイドロキシアパタイト部分と、を2値化処理を行い、各銀粒子の円相当径を測定し、銀の粒径分布の結果を得た。
[Measuring method of silver particle size distribution]
A cross-sectional photograph of each sintered body was obtained as a reflected electron image with a scanning electron microscope (SEM) under the conditions of acceleration voltage: 15 kV and observation magnification: 2000 times. 10 backscattered electron images are obtained for each sample, and binarization processing is performed on silver particle portions and other hydroxyapatite portions on each SEM photograph using image analysis software (Win ROOF). Then, the equivalent circle diameter of each silver particle was measured, and the result of silver particle size distribution was obtained.

図4に記載のグラフより、実施例1(1重量%銀含有、原料にHAP−100を使用)の1000℃焼成品では、その焼成後に、最大横断径0.1〜4.4μmの銀粒子が多数存在し、そのうち、粒子径が0.1〜2.0μmの金属銀粒子の個数が、観察された全金属銀粒子の個数の96%を占めることがわかった。また、実際の計測では、
最大横断径0.1〜2.0μmの粒子の個数:153個
最大横断径が2.0μmを超える粒子の個数:6個
であった。
From the graph shown in FIG. 4, in the 1000 ° C. fired product of Example 1 (containing 1% by weight of silver and using HAP-100 as a raw material), silver particles having a maximum transverse diameter of 0.1 to 4.4 μm after the firing. It was found that the number of metal silver particles having a particle diameter of 0.1 to 2.0 μm accounted for 96% of the total number of metal silver particles observed. In actual measurement,
Number of particles having a maximum transverse diameter of 0.1 to 2.0 μm: 153 Number of particles having a maximum transverse diameter exceeding 2.0 μm: 6.

図5に記載のグラフより、実施例2(1重量%銀含有、原料にHAP−200を使用)の1000℃焼成品では、その焼成後に、最大横断径0.1〜1.4μmの銀粒子が多数存在し、そのうち、粒子径が0.1〜2.0μmの金属銀粒子の個数が、観察された全金属銀粒子の個数の100%を占めることがわかった。また、実際の計測では、
最大横断径0.1〜2.0μmの粒子の個数:182個
最大横断径が2.0μmを超える粒子の個数:0個
であり、実施例1や実施例3と比べても、最も均質なアパタイトセラミックスを得ることができた。
From the graph shown in FIG. 5, in the 1000 ° C. fired product of Example 2 (containing 1 wt% silver and using HAP-200 as a raw material), silver particles having a maximum transverse diameter of 0.1 to 1.4 μm after firing. It was found that the number of metallic silver particles having a particle diameter of 0.1 to 2.0 μm accounted for 100% of the number of all metallic silver particles observed. In actual measurement,
Number of particles having a maximum transverse diameter of 0.1 to 2.0 μm: 182 Number of particles having a maximum transverse diameter exceeding 2.0 μm: 0, which is the most homogeneous as compared with Example 1 and Example 3. Apatite ceramics could be obtained.

図6に記載のグラフより、実施例3(1重量%銀含有、原料にHAP−300を使用)の1000℃焼成品では、その焼成後に、最大横断径0.1〜4.4μmの銀粒子が多数存在し、そのうち、粒子径が0.1〜2.0μmの金属銀粒子の個数が、観察された全金属銀粒子の個数の96%を占めることがわかった。また、実際の計測では、
最大横断径0.1〜2.0μmの粒子の個数:196個
最大横断径が2.0μmを超える粒子の個数:8個
であった。
From the graph shown in FIG. 6, in the 1000 ° C. fired product of Example 3 (containing 1 wt% silver, using HAP-300 as a raw material), the silver particles having a maximum transverse diameter of 0.1 to 4.4 μm after the firing. It was found that the number of metal silver particles having a particle diameter of 0.1 to 2.0 μm accounted for 96% of the total number of metal silver particles observed. In actual measurement,
Number of particles having a maximum transverse diameter of 0.1 to 2.0 μm: 196 Number of particles having a maximum transverse diameter exceeding 2.0 μm: 8

ついで、得られたサンプルのうち、実施例2(Ag−HAP−200)の800℃焼成品〔図2(c)〕、1000℃焼成品〔図2(d)〕、1200℃焼成品〔図2(e)〕を用いて、抗菌性を評価した。   Next, among the obtained samples, the 800 ° C. baked product of Example 2 (Ag-HAP-200) [FIG. 2 (c)], the 1000 ° C. baked product [FIG. 2 (d)], and the 1200 ° C. baked product [FIG. 2 (e)] was used to evaluate antibacterial properties.

[抗菌性の評価]
抗菌試験は、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA,UOEH6)を用いて実施した。非働化牛血清(インビトロジェン社製)培地を用いて、菌数が1mLあたり6.9×10cell/mLの菌数になるように調整し、試験菌液とした。シャーレ内に設置した滅菌済の実施例2の各サンプルの上に、0.4mLの試験菌液を滴下し、菌液の上に40mm×40mm角のポリエチレンフィルで覆って、養生した。そして、35℃大気圧下で24時間培養後、生菌数を計測した。なお、試験は、各サンプルともn=3とし、それぞれ、銀を添加しないアパタイトセラミックスを作製して、コントロール(ブランク)とした。
[Evaluation of antibacterial properties]
Antibacterial tests were performed using methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA, UOEH6). Using inactivated bovine serum (manufactured by Invitrogen) medium, the number of bacteria was adjusted to 6.9 × 10 5 cells / mL per mL, and used as a test bacterial solution. On each sterilized sample of Example 2 placed in a petri dish, 0.4 mL of the test bacterial solution was dropped, covered with a 40 mm × 40 mm square polyethylene film, and then cured. Then, after culturing at 35 ° C. and atmospheric pressure for 24 hours, the number of viable bacteria was counted. In the test, n = 3 was set for each sample, and apatite ceramics to which silver was not added was prepared and used as a control (blank).

<抗菌性試験の結果>
生 菌 数 (CFU) 試験開始時 24時間後
実施例2 800℃焼成品 2.1×10 <10
1000℃焼成品 2.1×10 <10
1200℃焼成品 2.1×10 4.6×10
コントロール 800焼成品 2.1×10 4.3×10
1000焼成品 2.1×10 1.7×10
1200焼成品 2.1×10 1.5×10
<Results of antibacterial test>
Viable count (CFU) 24 hours after starting the test Example 2 800 ° C. baked product 2.1 × 10 5 <10
1000 ° C. fired product 2.1 × 10 5 <10
1200 x baked product 2.1 x 10 5 4.6 x 10 3
Control 800 calcined product 2.1 × 10 5 4.3 × 10 6
1000 calcined product 2.1 × 10 5 1.7 × 10 7
1200 calcined product 2.1 × 10 5 1.5 × 10 7

「抗菌性試験」の結果から、銀を含有しないコントロールのサンプルは、いずれも、生菌数が2.1×10CFUから増加する傾向が見られた。一方、実施例2(HAP−200を使用、銀を1重量%含有)では、800℃焼成品および1000℃焼成品が、24時間後に<10CFU(測定限界以下)まで菌が死滅し、非常に高い抗菌性を示すことが確認された。 From the results of the “antibacterial test”, it was observed that the number of viable bacteria increased from 2.1 × 10 5 CFU in all of the control samples not containing silver. On the other hand, in Example 2 (using HAP-200, containing 1% by weight of silver), the 800 ° C. and 1000 ° C. baked products were killed until <10 CFU (below the measurement limit) after 24 hours. It was confirmed to show high antibacterial properties.

また、実施例2の1200℃焼成品は、前記の800℃焼成品および1000℃焼成品ほど、顕著な抗菌性は示さなかったが、コントロールに比べると十分な抗菌性を示している。抗菌性が比較的低かった理由としては、焼成温度1200℃では、アパタイト結晶の緻密化(焼結)が進行し、銀粒子が粒成長(粒塊化)してしまったと考えられるのに対し、800℃焼成品および1000℃焼成品は、バルク密度が低く気孔が多く存在しているため比表面積が大きいことに加え、銀粒子が微細でかつ多くの銀がカルシウムと置換(固溶)していることで、抗菌性を発揮する銀イオンの溶出が、前記1200℃焼成品より多かったことが、要因と考えられる。   Moreover, the 1200 degreeC baked product of Example 2 did not show remarkable antibacterial properties as the above-mentioned 800 ° C baked product and 1000 ° C baked product, but showed sufficient antibacterial properties compared to the control. The reason why the antibacterial property was relatively low is that at a firing temperature of 1200 ° C., the apatite crystals were densified (sintered), and the silver particles were thought to have grown (granulated). The 800 ° C. and 1000 ° C. fired products have a large specific surface area due to their low bulk density and a large number of pores. In addition, the silver particles are fine and many silvers are replaced with calcium (solid solution). Therefore, it is considered that the silver ions that exhibit antibacterial activity were more eluted than the 1200 ° C. baked product.

つぎに、本発明のアパタイトセラミックスにおいて、析出する銀粒子が微細化する理由について、説明する。   Next, the reason why the precipitated silver particles are miniaturized in the apatite ceramic of the present invention will be described.

図7は、前記実施例2(銀を1重量%含有、原料の炭酸含有ハイドロキシアパタイトにHAP−200を使用)の未焼成品および400〜1200℃焼成品に、X線回折による結晶構造解析を行った結果である。なお、X線回折(XRD)測定は、X線回折装置(PW6003/00,スペクトリス社製)を用いて、CuKα線を使用し、以下の測定条件で、XRDパターンを取得した。
管球電圧:45kV 管球電流:40mA スキャンスピード:2.2°/分
FIG. 7 shows the crystal structure analysis by X-ray diffraction on the unfired product and the 400-1200 ° C. fired product of Example 2 (containing 1% by weight of silver, and HAP-200 is used for the raw material carbonate-containing hydroxyapatite). It is the result of having gone. X-ray diffraction (XRD) measurement was performed using an X-ray diffractometer (PW6003 / 00, manufactured by Spectris) using CuKα rays and obtaining an XRD pattern under the following measurement conditions.
Tube voltage: 45 kV Tube current: 40 mA Scan speed: 2.2 ° / min

図7の実施例2群のXRDパターンによれば、加熱処理(焼成)前の成形体(CIPプレス後)の状態では、原材料の酸化銀(AgO)のピークは確認されず、代わりに銀(Ag)のピークが確認された。これは、ボールミル混合中に、酸化銀が銀に還元されたためと考えられる。 According to the XRD pattern of Example 2 group in FIG. 7, the peak of the raw material silver oxide (Ag 2 O) was not confirmed in the state of the molded body (after CIP pressing) before the heat treatment (baking), instead of A silver (Ag) peak was observed. This is probably because silver oxide was reduced to silver during ball mill mixing.

実施例2群では、未焼成品および400℃焼成品において、銀に帰属する回折ピーク〔図7中では黒塗り丸●Ag(cubic)で表示〕が見られたが、600℃焼成品および800℃焼成品では、前記銀のピークは消失した。そして、1000℃焼成品および1200℃焼成品では、前記銀のピークが再度現れ、銀の析出が推定された。なお、1000℃焼成品および1200℃焼成品では、同時に酸化カルシウム(CaO)の析出ピーク(白抜き三角△で表示)が確認された。この一連の銀に関する現象は、前述のSEMの観察の結果〔図2の(b)600℃焼成品,(c)800℃焼成品〕とも一致する。   In Example 2 group, diffraction peaks attributed to silver (indicated by black circles ● Ag (cubic) in FIG. 7) were observed in the unfired product and the 400 ° C. fired product, but the 600 ° C. fired product and 800 ° C. In the baked product at 0 ° C., the silver peak disappeared. And in the 1000 degreeC baked product and the 1200 degreeC baked product, the said silver peak appeared again and silver precipitation was estimated. In the 1000 ° C. and 1200 ° C. fired products, calcium oxide (CaO) precipitation peaks (indicated by white triangles Δ) were simultaneously confirmed. This series of silver-related phenomena is consistent with the results of the SEM observation described above (FIG. 2 (b) 600 ° C. fired product, (c) 800 ° C. fired product).

すなわち、XRDパターンと、これとは別に行った実施例2群のIRスペクトルの測定から、600〜800℃付近における、アパタイト結晶の「a軸拡張,c軸収縮」と「Aサイトへの炭酸イオンの置換の増加」が示唆された。この現象は、大きい平面的な炭酸基(CO 2−)グループが、小さく直線的な水酸基(OH)に置換することにより発生していると考えられる。 That is, from the XRD pattern and the IR spectrum measurement of Example 2 group performed separately from this, “a-axis expansion and c-axis contraction” and “carbonate ions to the A site” in the vicinity of 600 to 800 ° C. "Increased replacement". This phenomenon is considered to be caused by replacing a large planar carbonate group (CO 3 2− ) group with a small linear hydroxyl group (OH ).

ここで、銀イオン(Ag)のイオン半径(1.28オングストローム)は、カルシウムイオン(Ca2+)のイオン半径(0.99オングストローム)に較べて大きく、しかも、原料に使用したHAP−200(水酸アパタイト)は非常に結晶性が高いため、通常、銀イオンは、容易には水酸アパタイト結晶中のカルシウムイオンと置換しにくくなっており、600℃程度の熱処理までは、銀(金属銀)またはリン酸銀(AgPO)として存在していたと思われる。 Here, the ionic radius (1.28 angstroms) of silver ions (Ag + ) is larger than the ionic radius (0.99 angstroms) of calcium ions (Ca 2+ ), and the HAP-200 ( Hydroxyapatite) is very high in crystallinity, and therefore silver ions are usually difficult to replace with calcium ions in the hydroxyapatite crystals. ) Or silver phosphate (Ag 3 PO 4 ).

そして、600℃〜800℃の熱処理で、水酸アパタイト結晶のa軸が急激に広がったことで、大きなイオン半径の銀イオンの侵入が容易となり、結晶構造中のカルシウムイオン(Ca2+)と銀イオン(Ag)との置換が進展したものと考えられる。しかしながら、さらに昇温して、1000℃以上となった状態では、AサイトおよびBサイト両方から炭酸基が脱離し、a軸の拡張は元に戻るとともに、一部の銀イオンは水酸アパタイト結晶格子から脱離して、銀として析出したと考えられる。また、リン酸基サイトから炭酸基が消失したことから、化学量論的な水酸アパタイトの結晶化が進行するとともに、余分なカルシウムイオンは、酸化カルシウムとして析出したと思われる。 Then, the a-axis of the hydroxyapatite crystal rapidly spreads by heat treatment at 600 ° C. to 800 ° C., so that silver ions having a large ionic radius can be easily penetrated, and calcium ions (Ca 2+ ) and silver in the crystal structure can be obtained. It is considered that substitution with ions (Ag + ) has progressed. However, when the temperature is further raised to 1000 ° C. or more, the carbonate group is eliminated from both the A site and the B site, the expansion of the a-axis is restored, and some silver ions are produced from hydroxyapatite crystals. It is thought that it was detached from the lattice and precipitated as silver. Further, since the carbonate group disappeared from the phosphate group site, crystallization of stoichiometric hydroxyapatite progressed, and excess calcium ions seem to have precipitated as calcium oxide.

以上のような理由により、本実施形態のアパタイトセラミックスおよびその製造方法では、セラミックスの焼成温度を、アパタイトの焼結が始まる1200℃を超えない温度範囲、すなわち900〜1200℃、好ましくは1000〜1200℃の範囲内の温度域とする。これにより、原料中の銀が、まず、加熱により約600〜800℃に到達して、水酸アパタイトの結晶中に銀イオンとして分散固溶し、その後のさらなる温度上昇により、小径の金属銀として、満遍なく均質に析出したものと思われる。   For the reasons described above, in the apatite ceramic and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the firing temperature of the ceramic does not exceed 1200 ° C. at which apatite sintering starts, that is, 900 to 1200 ° C., preferably 1000 to 1200. The temperature is within the range of ° C. As a result, the silver in the raw material first reaches about 600 to 800 ° C. by heating, and is dispersed and dissolved as silver ions in the hydroxyapatite crystal. It seems that it was deposited evenly and uniformly.

なお、本実施形態では、本発明に好適な、結晶中に0.1重量%以上6.0重量%以下の炭酸基を含有し、結晶性の高い炭酸含有水酸アパタイト粉末として、太平化学産業社製 高純度リン酸カルシウム HAPシリーズのなかで、HAP−100,HAP−200,HAP−300(グレード名)を使用したが、本発明で用いる炭酸含有水酸アパタイト粉末としては、他の炭酸含有水酸アパタイトを使用することもできる。   In the present embodiment, Taihei Chemical Industry is suitable as a carbonate-containing hydroxyapatite powder containing 0.1% by weight or more and 6.0% by weight or less of a carbonate group suitable for the present invention and having high crystallinity. HAP-100, HAP-200, and HAP-300 (grade name) were used in the high purity calcium phosphate HAP series manufactured by the company. As the carbonate-containing hydroxyapatite powder used in the present invention, other carbonate-containing hydroxides are used. Apatite can also be used.

使用できる炭酸含有水酸アパタイト粉末の好適な仕様としては、六角柱状結晶の成長の可能なリン酸水素ナトリウム(DCPA,モネタイト)を出発物質とすることが望ましく、湿式合成法を用いて、炭酸基(CO 2−)がリン酸基サイト(Bサイト)に優先的に置換しているタイプの水酸アパタイトが好ましい。一例としては、炭酸基の含有量は、2.8〜4.8重量%程度であるが、加熱(焼成)前の「Bサイト(リン酸基)置換炭酸基/Aサイト(水酸基)置換炭酸基」の割合が、「1/2」程度かそれ以下で、800℃の加熱によって、炭酸基がBサイトから排出すると同時に、Aサイトに炭酸基が導入されることが可能な結晶構造であることが好ましい。そして、炭酸含有水酸アパタイト単体での比表面積は、10m・g−1以下で、好ましくは5m・g−1以下。細孔分布は、5nmを超える細孔が少ない分布を持つものが好ましい。 As a preferred specification of the carbonate-containing hydroxyapatite powder that can be used, it is desirable to use sodium hydrogen phosphate (DCPA, monetite) capable of growing hexagonal columnar crystals as a starting material. Hydroxyapatite of the type in which (CO 3 2− ) is preferentially substituted at phosphate group sites (B sites) is preferred. As an example, the carbonate group content is about 2.8 to 4.8% by weight, but “B site (phosphate group) substituted carbonate group / A site (hydroxyl group) substituted carbonate before heating (firing)”. The ratio of the “group” is about “½” or less, and the crystal structure allows the carbonate group to be introduced into the A site at the same time as the carbonate group is discharged from the B site by heating at 800 ° C. It is preferable. The specific surface area of the carbonate-containing hydroxyapatite alone is 10 m 2 · g −1 or less, preferably 5 m 2 · g −1 or less. The pore distribution is preferably one having a distribution with few pores exceeding 5 nm.

Claims (8)

結晶中に炭酸基を含有する炭酸含有水酸アパタイトと銀または酸化銀との混合物を焼成した成形体で構成され、走査型電子顕微鏡によって観察される金属銀粒子のうち、粒子径が0.1〜2.0μmの金属銀粒子の個数の割合が、観察される全金属銀粒子の個数に対して95%以上であることを特徴とするアパタイトセラミックス。   It is composed of a molded body obtained by firing a mixture of a carbonate-containing hydroxyapatite containing a carbonate group in the crystal and silver or silver oxide, and among the metallic silver particles observed by a scanning electron microscope, the particle diameter is 0.1. An apatite ceramic characterized in that the ratio of the number of metallic silver particles of ˜2.0 μm is 95% or more with respect to the number of all metallic silver particles observed. 前記銀の含有量が、前記アパタイトセラミックス全体に対して0.093重量%以上9.3重量%未満であることを特徴とする請求項1に記載のアパタイトセラミックス。   2. The apatite ceramic according to claim 1, wherein a content of the silver is 0.093 wt% or more and less than 9.3 wt% with respect to the entire apatite ceramic. 前記炭酸含有水酸アパタイト中の炭酸基含有量が、0.1重量%以上6.0重量%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のアパタイトセラミックス。   3. The apatite ceramic according to claim 1, wherein the carbonate group content in the carbonate-containing hydroxyapatite is 0.1 wt% or more and 6.0 wt% or less. 前記混合物を900〜1200℃の温度範囲内に所定時間保持して焼成した成形体で構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のアパタイトセラミックス。   The apatite ceramic according to any one of claims 1 to 3, wherein the apatite ceramic is composed of a molded body obtained by firing the mixture within a temperature range of 900 to 1200 ° C for a predetermined time. 結晶中に炭酸基を含有する炭酸含有水酸アパタイトの粉末と銀または酸化銀との混合物に、エタノールを加えて混錬し、スラリー状のアパタイト組成物を作製する工程と、
前記スラリー状のアパタイト組成物から前記エタノールを蒸発させて取り除き、粉末状のアパタイト組成物を得る工程と、
前記粉末状のアパタイト組成物を金型容器に入れて加圧し、所定形状のアパタイト組成物体を作製する工程と、
前記アパタイト組成物体を、900〜1200℃の範囲内の設定温度まで加熱して焼成し、セラミックス中に一旦固溶した銀が粒子状の金属銀として析出するアパタイトセラミックスを得る工程と、
を備えることを特徴とするアパタイトセラミックスの製造方法。
A step of preparing a slurry-like apatite composition by adding ethanol to a mixture of a carbonate-containing hydroxyapatite powder containing a carbonate group in the crystal and silver or silver oxide;
Evaporating and removing the ethanol from the slurry apatite composition to obtain a powdery apatite composition;
Putting the powdery apatite composition into a mold container and pressurizing it to produce an apatite composition object of a predetermined shape;
The apatite composition body is heated to a set temperature in the range of 900 to 1200 ° C. and fired to obtain apatite ceramics in which silver once dissolved in the ceramics is precipitated as particulate metallic silver;
A method for producing an apatite ceramic, comprising:
前記セラミックス中に析出した金属銀のうち、粒子径が0.1〜2.0μmの金属銀粒子の個数が、走査型電子顕微鏡によって観察される全金属銀粒子の個数の95%以上を占めることを特徴とする請求項5に記載のアパタイトセラミックスの製造方法。   Among the metallic silver precipitated in the ceramics, the number of metallic silver particles having a particle diameter of 0.1 to 2.0 μm accounts for 95% or more of the total number of metallic silver particles observed by a scanning electron microscope. The method for producing an apatite ceramic according to claim 5. 前記銀の含有量が、前記アパタイトセラミックス全体に対して0.093重量%以上9.3重量%未満であることを特徴とする請求項5または6に記載のアパタイトセラミックスの製造方法。   The method for producing an apatite ceramic according to claim 5 or 6, wherein the silver content is 0.093 wt% or more and less than 9.3 wt% with respect to the entire apatite ceramic. 前記炭酸含有水酸アパタイトの粉末中の炭酸含有量が、0.1重量%以上6.0重量%以下であることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1つに記載のアパタイトセラミックスの製造方法。   The apatite ceramic according to any one of claims 5 to 7, wherein the carbonate content of the carbonate-containing hydroxyapatite powder is 0.1 wt% or more and 6.0 wt% or less. Production method.
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