JP2018123040A - 生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた生体親和性及び生体活性を備える生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法を提供する。【解決手段】生物由来の炭酸カルシウム源を焼成し、脱炭酸して、酸化カルシウムを得る工程と、該酸化カルシウムを水に分散することにより、水酸化カルシウム懸濁液を得る工程と、該水酸化カルシウム懸濁液にリン酸を滴下する工程とを備える。【選択図】 なし
Description
本発明は、生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法に関する。
生体内の歯、骨、結石等は、ハイドロキシアパタイトを主成分としている。前記ハイドロキシアパタイトは、化学量論的にはＣａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２で示されるが、生体内の歯、骨、結石等を形成する場合にはＣａの一部がＭｇにより置換されていることが知られている（非特許文献１参照）。
前記生体内の歯、骨、結石等を形成するハイドロキシアパタイトは、例えば、全質量の０．４〜０．８質量％の範囲のＭｇを含むとされている。
青木秀希著、「驚異の生体物質 アパタイト」、医歯薬出版株式会社、１９９９年９月、ｐ．１８−２０
前記化学量論的組成（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）を備えるハイドロキシアパタイトは、例えば、水酸化カルシウムの懸濁液にリン酸を滴下することにより化学的に合成することができる。
しかしながら、前記水酸化カルシウムの懸濁液にＭｇを添加するだけでは、前記生体内の歯、骨、結石等に類似した組成を備え、生体に対する親和性及び生体活性を有するハイドロキシアパタイトを合成することができない。
本発明は、かかる事情に鑑み、生体に対する親和性及び生体活性を有する生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明の生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法は、生物由来の炭酸カルシウム源を焼成し、脱炭酸して、酸化カルシウムを得る工程と、該酸化カルシウムを水に分散することにより、水酸化カルシウムの懸濁液を得る工程と、該水酸化カルシウムの懸濁液にリン酸を滴下する工程とを備えることを特徴とする。
本発明の生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法では、まず、生物由来の炭酸カルシウム源を焼成し、脱炭酸して、酸化カルシウムを得る。
本発明の生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法では、前記生物由来の炭酸カルシウム源として、例えば、ホタテ等の貝殻又は卵殻を用いることができるが、特に卵殻を用いることが好ましい。
次に、前記酸化カルシウムを水に分散させると、酸化カルシウムが水と反応して水酸化カルシウムとなり、水酸化カルシウムの懸濁液を得ることができる。
そこで、次に、前記水酸化カルシウムの懸濁液にリン酸を滴下すると、水酸化カルシウムがリン酸と反応して、Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２で示され、生体に対する親和性を有する生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトを得ることができる。
本発明の製造方法によれば、前記生物由来の炭酸カルシウム源は、Ｍｇを含んでおり生体内の歯、骨、結石等の組成に類似した組成を備えているので、化学量論的組成であるＣａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２におけるＣａの一部がＭｇで置換され、生体に対する親和性及び生体活性を有するハイドロキシアパタイトを得ることができるものと推定される。
次に、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
本実施形態の生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法では、まず、生物由来の炭酸カルシウム源として、ホタテ等の貝殻又は、卵殻を焼成する。前記焼成は、電気炉等の焼成炉を用いる場合には１０００℃以上の温度で、１０〜１００時間、例えば２０時間行う。また、一般的なロータリーキルンを用いる場合には、１〜３０分間行う。
前記生物由来の炭酸カルシウム源は、前記焼成により脱炭酸されて、酸化カルシウムを得ることができる。
次に、前記酸化カルシウムを、純水又はイオン交換水に分散する。このようにすると、酸化カルシウムが水と反応して水酸化カルシウムとなり、水酸化カルシウムの懸濁液を得ることができる。
次に、前記水酸化カルシウムの懸濁液に、撹拌下にリン酸水溶液を滴下する。前記リン酸水溶液は、例えば、試薬級のリン酸を、純水又はイオン交換水により４倍に希釈したものを用いる。
このようにすると、水酸化カルシウムがリン酸と反応して、次の反応式に示すように、Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２で示され、生体に対する親和性及び生体活性を有する生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトを得ることができる。
１０Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ ６Ｈ３ＰＯ４ →
Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２ ＋ １８Ｈ２Ｏ
このとき、前記生物由来の炭酸カルシウム源はＭｇを含んでいるので、前記ハイドロキシアパタイト分子にＭｇが取り込まれ、化学量論的組成であるＣａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２におけるＣａの一部がＭｇで置換され、生体に対する親和性及び生体活性を有するハイドロキシアパタイトを得ることができるものと推定される。
Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２ ＋ １８Ｈ２Ｏ
このとき、前記生物由来の炭酸カルシウム源はＭｇを含んでいるので、前記ハイドロキシアパタイト分子にＭｇが取り込まれ、化学量論的組成であるＣａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２におけるＣａの一部がＭｇで置換され、生体に対する親和性及び生体活性を有するハイドロキシアパタイトを得ることができるものと推定される。
〔実施例１〕
本実施例では、まず、生物由来の炭酸カルシウム源としてホタテ貝殻を、電気炉中１２００℃の温度で１０時間焼成して脱炭酸し、焼成物を粉砕して、酸化カルシウムの粉末を得た。次に、前記酸化カルシウム６２０ｇに純水５リットルを加え、酸化カルシウムを水と反応させることにより水酸化カルシウムの懸濁液を得た。
本実施例では、まず、生物由来の炭酸カルシウム源としてホタテ貝殻を、電気炉中１２００℃の温度で１０時間焼成して脱炭酸し、焼成物を粉砕して、酸化カルシウムの粉末を得た。次に、前記酸化カルシウム６２０ｇに純水５リットルを加え、酸化カルシウムを水と反応させることにより水酸化カルシウムの懸濁液を得た。
次に、試薬１級の８５％リン酸（和光純薬工業株式会社製）を純水で４倍に希釈してリン酸水溶液を調製し、該リン酸水溶液を前記水酸化カルシウムの懸濁液に滴下した。この結果、Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２で示され、生体に対する親和性及び生体活性を有するハイドロキシアパタイトを得た。
次に、本実施例で得られたハイドロキシアパタイトのＭｇ含有量を、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析装置（株式会社島津製作所製、商品名：ＩＳＰＳ−８１００）により分析した。この結果、本実施例で得られたハイドロキシアパタイトは、全体に対し６５０ｐｐｍのＭｇを含有しており、生体内の歯、骨、結石等に類似した組成を備えていた。
次に、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのシリカガラスの一方の表面に両面テープを貼り付け、該両面テープ上に本実施例で得られたハイドロキシアパタイト粉末を散布して固定することにより試料を調製した。
次に、ポリスチレン製５０ミリリットルサンプル管に疑似体液３０ミリリットルを取り、該疑似体液中に前述のようにして作成した試料を浸漬し、密封した。前記疑似体液は、１リットルの純水中に、Ｎａ＋１４２ミリモル、Ｋ＋５．０ミリモル、Ｍｇ２＋１．５ミリモル、Ｃａ２＋２．５ミリモル、Ｃｌ−１４８ミリモル、ＨＣＯ３ −４．２ミリモル、ＨＰＯ４ ２−１．０ミリモル、ＳＯ４ ２−０．５ミリモルを含む。
このようにすると、ハイドロキシアパタイトが生体親和性及び生体活性を有する場合には、前記疑似体液に浸漬した試料の表面に該疑似体液中のＣａ２＋イオン及びＨＰＯ４ ２−イオンにより新たなハイドロキシアパタイトの鱗片状結晶が生成する。そこで、前記試料を走査型電子顕微鏡により観察し、ハイドロキシアパタイトの鱗片状結晶の生成が認められるまでの日数を求めた。結果を表１に示す。
〔実施例２〕
本実施例では、生物由来の炭酸カルシウム源として、ホタテ貝殻に代えて卵殻を用いた以外は、実施例１と全く同一にして生体に対する親和性及び生体活性を有するハイドロキシアパタイトを得た。
本実施例では、生物由来の炭酸カルシウム源として、ホタテ貝殻に代えて卵殻を用いた以外は、実施例１と全く同一にして生体に対する親和性及び生体活性を有するハイドロキシアパタイトを得た。
次に、本実施例で得られたハイドロキシアパタイトのＭｇ含有量を、実施例１と全く同一にして分析した。この結果、本実施例で得られたハイドロキシアパタイトは、全体に対し２０３９ｐｐｍのＭｇを含有しており、生体内の歯、骨、結石等に類似した組成を備えていた。
次に、本実施例で得られたハイドロキシアパタイトを用いた以外は、実施例１と全く同一にして試料を作成し、該試料について、実施例１と全く同一にしてハイドロキシアパタイトの鱗片状結晶の生成が認められるまでの日数を求めた。結果を表１に示す。
〔比較例１〕
本比較例では、生物由来の炭酸カルシウム源から得られたハイドロキシアパタイトに代えて、全体に対し４８５ｐｐｍのＭｇを含有する市販の鉱物由来ハイドロキシアパタイトを用いた以外は、実施例１と全く同一にして試料を作成し、該試料について、実施例１と全く同一にしてハイドロキシアパタイトの鱗片状結晶の生成が認められるまでの日数を求めた。結果を表１に示す。
本比較例では、生物由来の炭酸カルシウム源から得られたハイドロキシアパタイトに代えて、全体に対し４８５ｐｐｍのＭｇを含有する市販の鉱物由来ハイドロキシアパタイトを用いた以外は、実施例１と全く同一にして試料を作成し、該試料について、実施例１と全く同一にしてハイドロキシアパタイトの鱗片状結晶の生成が認められるまでの日数を求めた。結果を表１に示す。
表１から、比較例１の全体に対し４８５ｐｐｍのＭｇを含有する市販のハイドロキシアパタイトでは前記疑似体液に浸漬して７日間経過後にも新たなハイドロキシアパタイトの鱗片状結晶の生成が認められないのに対し、実施例１、２で得られた生物由来の炭酸カルシウム源を用いるハイドロキシアパタイトによれば、該市販のハイドロキシアパタイトより多量のＭｇを含有しており、生体内の歯、骨、結石等に類似した組成を備えているので、該疑似体液に浸漬して１〜７日後には新たなハイドロキシアパタイトの鱗片状結晶の生成が認められる。従って、実施例１、２で得られた生物由来の炭酸カルシウム源を用いるハイドロキシアパタイトは、比較例１の前記市販のハイドロキシアパタイトよりも優れた生体親和性及び生体活性を備えていることが明らかである。
また、実施例２で得られた卵殻由来の炭酸カルシウム源を用いるハイドロキシアパタイトによれば、全体に対し２０３９ｐｐｍのＭｇを含有しており、前記疑似体液に浸漬して１日後には新たなハイドロキシアパタイトの鱗片状結晶の生成が認められる。一方、実施例１で得られたホタテ貝殻由来の炭酸カルシウム源を用いるハイドロキシアパタイトによれば、全体に対し６５０ｐｐｍのＭｇを含有しており、前記疑似体液に浸漬して７日後に新たなハイドロキシアパタイトの鱗片状結晶の生成が認められる。
従って、実施例２で得られた卵殻由来の炭酸カルシウム源を用いるハイドロキシアパタイトは、実施例１のホタテ貝殻由来の炭酸カルシウム源を用いるハイドロキシアパタイトよりも、生体内の歯、骨、結石等に類似した組成を備えており、さらに優れた生体親和性及び生体活性を備えていることが明らかである。
上述のように、実施例１、２で得られた生物由来の炭酸カルシウム源を用いるハイドロキシアパタイトは、優れた生体親和性及び生体活性を備えているので、骨欠損部の充填剤等の生体親和性材料として用いることができる。
Claims (3)
- 生物由来の炭酸カルシウム源を焼成し、脱炭酸して、酸化カルシウムを得る工程と、
該酸化カルシウムを水に分散することにより、水酸化カルシウム懸濁液を得る工程と、
該水酸化カルシウム懸濁液にリン酸を滴下する工程とを備えることを特徴とする生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法。 - 請求項１記載の生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法において、前記生物由来の炭酸カルシウム源は、貝殻又は卵殻であることを特徴とする生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法。
- 請求項２記載の生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法において、前記生物由来の炭酸カルシウム源は、卵殻であることを特徴とする生体親和性材料用ハイドロキシアパタイトの製造方法。
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