JP2020105060A - HYDROXYAPATITE, ITS PRODUCTION METHOD AND METHOD FOR PRODUCING β-TCP - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、β−ＴＣＰの原料に用いられるハイドロキシアパタイト、その製造方法及びβ−ＴＣＰの製造方法に関する。 The present invention relates to hydroxyapatite used as a raw material for β-TCP, a method for producing the same, and a method for producing β-TCP.
ハイドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）は、骨や歯の主成分であり、生体親和性が高く、ｐＨも中性で安全性が高い生体材料であることから、工業用原料、食品添加物、化粧品原料、医薬品原料、人工骨などの生体材料等に用いられている。 Hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) is a biomaterial that is a main component of bones and teeth, has a high biocompatibility, has a neutral pH, and is highly safe. It is used as a raw material, food additive, cosmetic raw material, pharmaceutical raw material, and biomaterial such as artificial bone.
ハイドロキシアパタイトを製造する方法に関し、水酸アパタイト結晶を析出させるためのサイトが導入された基材を、水酸アパタイト成分を含有する水溶液に浸漬することにより、上記基材の表面に水酸アパタイト結晶を析出させる方法がある(特許文献１）。また、所定のハイドロキシアパタイト分散液を基材に塗布又は印刷した後に、当該基材からハイドロキシアパタイト分散液に含まれる溶媒を蒸発させて、当該基材の表面に低結晶型ハイドロキシアパタイト粒子を生成させる方法がある（特許文献２）。 Regarding a method for producing hydroxyapatite, a substrate into which sites for precipitating hydroxyapatite crystals are introduced, by immersing the substrate in an aqueous solution containing a hydroxyapatite component, hydroxyapatite crystals on the surface of the substrate There is a method of precipitating (Patent Document 1). Further, after coating or printing a predetermined hydroxyapatite dispersion liquid on a substrate, the solvent contained in the hydroxyapatite dispersion liquid is evaporated from the substrate to generate low crystalline hydroxyapatite particles on the surface of the substrate. There is a method (Patent Document 2).
ハイドロキシアパタイトは、それ自体が上述のとおり食品添加物、化粧品原料、医薬品原料、人工骨などに用いられる他、β−ＴＣＰ（β−リン酸三カルシウム）の原料として用いられている。β−ＴＣＰは、骨補填材や人工骨に用いられるものであり、ハイドロキシアパタイトを焼成することにより所定の形状に製造される。 Hydroxyapatite itself is used as a food additive, cosmetic raw material, pharmaceutical raw material, artificial bone, etc. as described above, and is also used as a raw material of β-TCP (β-tricalcium phosphate). β-TCP is used for bone substitutes and artificial bones, and is manufactured into a predetermined shape by firing hydroxyapatite.
しかしながら、従来のハイドロキシアパタイトは、β−ＴＣＰへ加熱による脱水反応で変化させるための焼成温度が１０００〜１２００℃程度の高温を必要とするため温度制御が難しく、また、製造コストが嵩んでいた。ハイドロキシアパタイトに水溶性セルロース誘導体、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、でんぷん等のバインダを水溶液等の形態で添加すれば、焼成温度を下げることができるが、この場合はβ−ＴＣＰ中にバインダの有機分が不純物として残存していた。 However, conventional hydroxyapatite requires a high firing temperature of about 1000 to 1200° C. for changing to β-TCP by a dehydration reaction by heating, and therefore temperature control is difficult, and the manufacturing cost is high. If a binder such as a water-soluble cellulose derivative, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, or starch is added to hydroxyapatite in the form of an aqueous solution, the firing temperature can be lowered. The organic component of the binder remained as an impurity in β-TCP.
そこで本発明は、バインダを用いることなく、従来よりも低温加熱でβ−ＴＣＰに化学変化させることができるハイドロキシアパタイト、その製造方法及びβ−ＴＣＰの製造方法を提供することを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a hydroxyapatite that can be chemically converted to β-TCP by heating at a lower temperature than before without using a binder, a method for producing the same, and a method for producing β-TCP. is there.
本発明者らは、上記問題を解決するために鋭意検討を重ね、カルシウムが所定割合で欠損したハイドロシキアパタイトが、従来よりも低温でβ−ＴＣＰに焼成できることを見出し、本発明に至った。 The present inventors have conducted extensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and have found that hydroxyapatite in which calcium is deficient at a predetermined ratio can be fired into β-TCP at a lower temperature than in the past, and have reached the present invention.
すなわち本発明は、
［１］カルシウムの欠損度が５モル％以上であるハイドロキシアパタイト、
［２］前記欠損度が１０モル％以上である、［１］のハイドロキシアパタイト、
［３］熱重量分析による変態点温度が９００℃以下である、［１］又は［２］のハイドロキシアパタイト、
［４］８００℃以上で焼成してβ−ＴＣＰになる、［１］〜［３］のいずれかのハイドロキシアパタイト、
［５］Ｍｇを含む、［１］〜［４］のいずれかのハイドロキシアパタイト、
［６］カルシウム塩溶液にリン酸塩溶液を添加する際に、溶液をアルカリ性に保持することを特徴とするハイドロキシアパタイトの製造方法、
［７］［１］〜［４］のいずれかのハイドロキシアパタイトを焼成する工程を備えることを特徴とするβ−ＴＣＰの製造方法、
［８］焼成するときの温度が８００℃以上である［７］のβ−ＴＣＰの製造方法、
である。
That is, the present invention is
[1] Hydroxyapatite having a calcium deficiency of 5 mol% or more,
[2] The hydroxyapatite of [1], wherein the degree of deficiency is 10 mol% or more,
[3] The hydroxyapatite of [1] or [2], which has a transformation point temperature of 900° C. or lower by thermogravimetric analysis,
[4] The hydroxyapatite of any one of [1] to [3], which becomes β-TCP by firing at 800° C. or higher,
[5] The hydroxyapatite of any one of [1] to [4], which contains Mg,
[6] A method for producing hydroxyapatite, characterized in that the solution is kept alkaline when the phosphate solution is added to the calcium salt solution,
[7] A method for producing β-TCP, comprising a step of firing the hydroxyapatite according to any one of [1] to [4],
[8] The method for producing β-TCP according to [7], wherein the temperature for firing is 800° C. or higher,
Is.
本発明のハイドロキシアパタイトは、カルシウムの欠損度が５モル％以上であり、従来よりも低い焼成温度でβ−ＴＣＰにすることができる。 The hydroxyapatite of the present invention has a calcium deficiency of 5 mol% or more, and can be formed into β-TCP at a firing temperature lower than conventional ones.
以下、本発明のハイドロキシアパタイト及びその製造方法を、より具体的に説明する。本発明のハイドロキシアパタイトは、β−ＴＣＰの原料に用いることができる。また、β−ＴＣＰの原料以外にも、食品添加物、化粧品原料、医薬品原料、人工骨などに用いられる。
本発明のハイドロキシアパタイトは、カルシウムの欠損度が５モル％以上である。発明者らの研究により、カルシウムの欠損度が５モル％以上であるハイドロキシアパタイトは、バインダを加えなくても８００℃以上でβ−ＴＣＰを焼成できることが判明した。従来のハイドロシキアパタイトの焼成温度１０００〜１２００℃よりも低い温度で焼成することができることにより、β−ＴＣＰを含む骨補填材や人工骨を、従来よりも温度制御が容易で、かつ、低コストで製造することができる。また、焼成時にバインダが不要であるため、ハイドロキシアパタイトを原料としたβ−ＴＣＰを含む骨補填材や人工骨は、バインダ由来の有機質の不純物を含まない。
Hereinafter, the hydroxyapatite of the present invention and the method for producing the same will be described more specifically. The hydroxyapatite of the present invention can be used as a raw material for β-TCP. In addition to the β-TCP raw material, it is used for food additives, cosmetic raw materials, pharmaceutical raw materials, artificial bones, and the like.
The hydroxyapatite of the present invention has a calcium deficiency of 5 mol% or more. The inventors' studies have revealed that hydroxyapatite, which has a calcium deficiency of 5 mol% or more, can fire β-TCP at 800° C. or more without adding a binder. By being able to be fired at a temperature lower than the firing temperature of conventional hydroxyapatite of 1000 to 1200° C., the temperature of the bone prosthesis or artificial bone containing β-TCP can be controlled more easily than before and the cost can be reduced. Can be manufactured in. In addition, since a binder is not required at the time of firing, the bone substitute and artificial bone containing β-TCP made of hydroxyapatite as a raw material do not contain organic impurities derived from the binder.
ハイドロキシアパタイトにおけるカルシウムの欠損度は、ハイドロシキアパタイトを化学分析して、リン量とカルシウム量とを求め、化学量論的組成からどれぐらいカルシウムが欠損しているかを求めることで得られる。より具体的に、ＩＣＰによる分析により、物質中のカルシウム及びリンの質量％濃度を求め、ハイドロキシアパタイトの理論値（カルシウム４０％）から減少している割合を求めて得られる。 The degree of calcium deficiency in hydroxyapatite can be obtained by chemically analyzing hydroxyapatite to determine the amount of phosphorus and the amount of calcium, and determining how much calcium is deficient from the stoichiometric composition. More specifically, the mass% concentration of calcium and phosphorus in the substance is determined by ICP analysis, and the ratio of decrease from the theoretical value of hydroxyapatite (calcium 40%) is determined.
ハイドロキシアパタイトにおけるカルシウムの欠損度は、５モル％以上であることにより、β−ＴＣＰの焼成温度が明確に低下する。より好ましくは１０モル％以上である。理論的には５０モル％の欠損もあり得るが、実際には純粋なアパタイトを、３０％を超える欠損度で合成は難しいので、実質的な上限は３０モル％である。 When the degree of calcium deficiency in hydroxyapatite is 5 mol% or more, the firing temperature of β-TCP is clearly reduced. More preferably, it is 10 mol% or more. Theoretically, there may be a deficiency of 50 mol %, but in reality, it is difficult to synthesize pure apatite with a deficiency degree of more than 30%, so the practical upper limit is 30 mol %.
カルシウムの欠損度が５モル％以上でβ−ＴＣＰの焼成温度が明確に低下する理由は、必ずしも明確ではないが、例えば、カルシウムが欠損したハイドロシキアパタイトを熱分析すると、カルシウムが欠損していないハイドロキシアパタイトと比較して、変態点温度が低下していた。このことから、カルシウムを欠損させることにより、ハイドロキシアパタイトの結晶構造が不安定になることが理由の一つとして考えられる。カルシウムが欠損したハイドロキシアパタイトの変態点温度は、熱分析のなかでも、示差熱−熱重量同時測定（ＴＧ−ＤＴＡ）によっても測定することができる。 The reason why the firing temperature of β-TCP clearly decreases when the degree of calcium deficiency is 5 mol% or more is not always clear. For example, when thermal analysis of calcium-deficient hydroxyapatite is performed, calcium is not deficient. The transformation temperature was lower than that of hydroxyapatite. From this, it is considered that one of the reasons is that the crystal structure of hydroxyapatite becomes unstable due to the lack of calcium. The transformation point temperature of hydroxyapatite deficient in calcium can be measured by thermal differential analysis and differential thermal-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA).
本発明のハイドロキシアパタイトは、Ｍｇ（マグネシウム）を含むことができる。Ｍｇは、生体骨に含まれているミネラルの一種であり、生体骨においてＭｇは、骨芽細胞や破骨細胞を活性化し、骨細胞の代謝を促進させる作用を有している。このような作用を有するＭｇを含むことにより、従来のハイドロキシアパタイトに比べて、人工骨などの生体材料の用途において、より高い生体親和性を有することができる。 The hydroxyapatite of the present invention may contain Mg (magnesium). Mg is a kind of mineral contained in living bone, and in living bone, Mg has an action of activating osteoblasts and osteoclasts and promoting metabolism of bone cells. By including Mg having such an action, it is possible to have higher biocompatibility in the use of biomaterial such as artificial bone as compared with conventional hydroxyapatite.
Ｍｇを含むハイドロキシアパタイトは、ハイドロキシアパタイトを構成するＣａの一部がＭｇと置換された構造のものであることが好ましい。Ｍｇを含むときの含有量は、１００〜２００００質量ｐｐｍ程度の範囲とすることが好ましい。Ｍｇ含有量が１００質量ｐｐｍ以上であるとＭｇを含有させることの効果が良く現れる。Ｍｇ含有量の上限は特に限定されないが、およそ２００００質量ｐｐｍもあれば生体親和性の観点からは十分である。Ｍｇ含有量は、５００〜６０００質量ｐｐｍであることがより好ましい。 The hydroxyapatite containing Mg preferably has a structure in which a part of Ca constituting the hydroxyapatite is replaced with Mg. The content of Mg is preferably in the range of about 100 to 20,000 mass ppm. When the Mg content is 100 mass ppm or more, the effect of including Mg is well exhibited. The upper limit of the Mg content is not particularly limited, but about 20,000 mass ppm is sufficient from the viewpoint of biocompatibility. The Mg content is more preferably 500 to 6000 mass ppm.
Ｍｇを含むときに、ハイドロキシアパタイトは、生物由来の材料からなることが好ましい。生物由来の材料からなるハイドロシキアパタイトは、Ｍｇを適量に含むことができるからである。例えば、生物由来の材料を、焼成することにより、酸化カルシウムを得て、それを、後述するような方法により処理することによって、Ｍｇを含むハイドロキシアパタイトを得ることができる。焼成条件は特に限定されず公知の条件を採用することができるが、焼成条件としては、例えば、電気炉等を用いて、温度９００〜１３００℃で１〜７２時間焼成することが挙げられる。
また、生物由来の材料からなることにより、カルシウム補給剤として用途のような、経口して服用する用途や食用としても人体に安全なハイドロシキアパタイトとすることができる。
When containing Mg, the hydroxyapatite is preferably made of a biological material. This is because the hydroxyapatite made of a biological material can contain Mg in an appropriate amount. For example, calcium oxide containing Mg can be obtained by calcining a material of biological origin to obtain calcium oxide and treating it with the method described below. The firing conditions are not particularly limited, and known conditions can be adopted. Examples of the firing conditions include firing at a temperature of 900 to 1300° C. for 1 to 72 hours using an electric furnace or the like.
Further, by being made of a bio-derived material, the hydroxyapatite can be made safe to the human body even when it is orally taken or edible, such as a calcium supplement.
生物由来の材料とは、例えば卵殻や、サンゴが挙げられる。なかでも、卵殻は、Ｍｇ含有量が他の生体材料よりも多いので、より好ましい。 Examples of the biological material include egg shell and coral. Among them, egg shells are more preferable because they have a higher Mg content than other biomaterials.
本発明のハイドロキシアパタイトは、更に、Ｎａ、Ｋ、及びＳｉから選ばれる少なくとも一種のミネラルを含むことが好ましい。Ｎａ（ナトリウム）は、骨の代謝や再吸収プロセス、細胞接着に関与するミネラルであり、Ｋ（カリウム）は、生化学反応において多くの機能に関与するミネラルであり、Ｓｉ(けい素）は、骨形成に関与する代謝機構に作用し、骨細胞や係合細胞の発現に関与するミネラルである。したがって、これらのミネラルの少なくとも一種を含むハイドロキシアパタイトは、生体親和性がより向上する。生物由来の材料からなるハイドロキシアパタイトは、Ｍｇを含有し、かつ、Ｎａ、Ｋ、及びＳｉから選ばれる少なくとも一種のミネラルを含む。したがって、Ｍｇを１００質量ｐｐｍ以上含有し、かつ、Ｎａ、Ｋ、及びＳｉから選ばれる少なくとも一種のミネラルを含むハイドロキシアパタイトは、上記の生物由来の材料からなるものであると推定される。 The hydroxyapatite of the present invention preferably further contains at least one mineral selected from Na, K and Si. Na (sodium) is a mineral involved in bone metabolism, resorption process, and cell adhesion, K (potassium) is a mineral involved in many functions in biochemical reactions, and Si (silicon) is It is a mineral that acts on the metabolic mechanism involved in bone formation and is involved in the expression of bone cells and engaging cells. Therefore, the biocompatibility of the hydroxyapatite containing at least one of these minerals is further improved. The hydroxyapatite made of a biological material contains Mg and at least one mineral selected from Na, K, and Si. Therefore, it is estimated that the hydroxyapatite containing 100 mass ppm or more of Mg and containing at least one mineral selected from Na, K, and Si is composed of the above-mentioned biological material.
Ｎａ、Ｋ、及びＳｉの各含有量は、特に限定されないが、例えばＮａは１００〜５０００質量ｐｐｍ程度、Ｋは１０〜１００質量ｐｐｍ程度、Ｓｉは１０〜１００質量ｐｐｍ程度をそれぞれ含有することが、上記の効果を十分に得られることから好ましい。また、生物由来の材料からなるハイドロキシアパタイトは、ミネラルバランスによりＭｇ含有量に対して、上記の範囲でＮａ、Ｋ、及びＳｉの少なくとも一種を含み得るので、上記の効果を十分に得られ、この点でも好ましい材料である。
なお、Ｎａは、β−ＴＣＰの原料である場合に、多量の含有は生体用の材料として好ましくないので上限を５０００質量ｐｐｍ程度、好ましくは、２０００質量ｐｐｍ程度、より好ましくは５００質量ｐｐｍ程度とするのが好ましい。
Although the respective contents of Na, K, and Si are not particularly limited, for example, Na may be about 100 to 5000 mass ppm, K may be about 10 to 100 mass ppm, and Si may be about 10 to 100 mass ppm. It is preferable because the above effects can be sufficiently obtained. Moreover, since hydroxyapatite made of a biological material can contain at least one of Na, K, and Si in the above range with respect to the Mg content due to the mineral balance, the above effect can be sufficiently obtained. This is also a preferable material.
In addition, when Na is a raw material of β-TCP, a large amount of Na is not preferable as a biomaterial, so the upper limit is about 5000 mass ppm, preferably about 2000 mass ppm, more preferably about 500 mass ppm. Preferably.
Ｎａ、Ｋ、及びＳｉから選ばれる少なくとも一種のミネラルは、例えば、Ｎａ、Ｋ、及びＳｉを含む前述した生体由来の材料を用いてハイドロシキアパタイトを製造することにより、ハイドロキシアパタイトに含有させることができる。 At least one mineral selected from Na, K, and Si may be contained in hydroxyapatite by producing hydroxyapatite using the above-mentioned biological material containing Na, K, and Si. it can.
本発明のハイドロキシアパタイトは、非晶質のハイドロキシアパタイトを含むことができる。非晶質のハイドロシキアパタイトとは、結晶化していない（非結晶型）ハイドロキシアパタイトのみのものであること、又は非結晶型ハイドロキシアパタイトと結晶化の程度が低い（低結晶型）ハイドロキシアパタイトとが混合されたものであることを意味する。すなわち、「非晶質のハイドロキシアパタイト」とは、非結晶性ハイドロキシアパタイトのみの態様に限定されず、非結晶性ハイドロキシアパタイトに、低結晶型ハイドロキシアパタイトが混在している態様も含まれるものである。そして、低結晶型ハイドロキシアパタイトは、本発明のハイドロキシアパタイト中に５０質量％程度以下の割合で含み得るものである。 The hydroxyapatite of the present invention may contain amorphous hydroxyapatite. Amorphous hydroxyapatite is only uncrystallized (non-crystalline) hydroxyapatite, or non-crystalline hydroxyapatite and low degree of crystallization (low crystalline) hydroxyapatite Means mixed. That is, the "amorphous hydroxyapatite" is not limited to the non-crystalline hydroxyapatite alone, but also includes the non-crystalline hydroxyapatite mixed with the low-crystalline hydroxyapatite. .. The low crystalline hydroxyapatite can be contained in the hydroxyapatite of the present invention in a proportion of about 50% by mass or less.
非晶質のハイドロキシアパタイト、すなわち、結晶化していない（非結晶型）ハイドロキシアパタイトのみのものであること、又は非結晶型ハイドロキシアパタイトと結晶化の程度が低い（低結晶型）ハイドロキシアパタイトとが混合されたものであるものは、Ｘ線構造解析によって特定することができる。
具体的にＸ線構造解析において、２θが３１．５００〜３２．５００°に現れるピークにおける結晶子サイズが１０〜２００Åであるハイドロキシアパタイトは、結晶化していない（非結晶型）ハイドロキシアパタイトのみのものであること、又は非結晶型ハイドロキシアパタイトと結晶化の程度が低い（低結晶型）ハイドロキシアパタイトとが混合されたものであるといえる。
なお、結晶子サイズとは、結晶粒の大きさを表し、結晶性を表す目安となる数値である。結晶子サイズの数値が大きいほど、測定対象である物質の結晶性が高いことを意味する。逆に言えば、結晶子サイズの数値が小さいほど、ハイドロシキアパタイトは低結晶又は非結晶であることを意味する。結晶子サイズは、例えば、株式会社リガク社製のＸ線解析装置である、型番：ＲＩＮＴ２２００Ｖ/ＰＣにより測定できる。
好ましくは、２θが３１．５００〜３２．５００°に現れるピークの結晶子サイズが３０〜１５０Å、より好ましくは５０〜１２０Åである。
Amorphous hydroxyapatite, that is, only non-crystallized (non-crystalline) hydroxyapatite, or a mixture of non-crystalline hydroxyapatite and low-crystallization (low-crystalline) hydroxyapatite Those that have been identified can be identified by X-ray structural analysis.
Specifically, in the X-ray structural analysis, the hydroxyapatite having a crystallite size of 10 to 200Å at the peak at 2θ of 31.500 to 32.500° is only uncrystallized (non-crystalline) hydroxyapatite. Or it can be said to be a mixture of non-crystalline type hydroxyapatite and hydroxyapatite having a low degree of crystallization (low crystalline type).
The crystallite size represents the size of crystal grains and is a numerical value that is a standard for indicating crystallinity. The larger the value of the crystallite size, the higher the crystallinity of the substance to be measured. Conversely, the smaller the crystallite size value, the lower the crystallinity or non-crystallinity of the hydroxyapatite. The crystallite size can be measured, for example, by an X-ray analyzer manufactured by Rigaku Corporation, model number: RINT2200V/PC.
The crystallite size of the peak appearing at 2θ of 31.500 to 32.500° is preferably 30 to 150Å, more preferably 50 to 120Å.
Ｘ線構造解析において、２θが３１．５００〜３２．５００°に現れるピークの結晶子サイズが上記範囲内にあるハイドロキシアパタイトであることにより、ハイドロキシアパタイトの表面が複雑で、表面電位を帯びている。これにより吸着力が大きく、蛋白質や脂質、さらには細菌や、花粉等の吸着率に優れているのでフィルター等に用いて好適であり、また、色素を吸着するので、歯の白化に有効である。また、結晶子サイズが上記範囲内にあるハイドロキシアパタイトは、粒子が細かく、肌触りもなめらかで刺激の少ないハイドロキシアパタイトとすることができる。 In the X-ray structural analysis, since the crystallite size of the peak appearing at 2θ of 31.500 to 32.500° is within the above range, the surface of the hydroxyapatite is complicated and has a surface potential. .. Due to this, it has a large adsorptive power and is excellent in the adsorption rate of proteins and lipids as well as bacteria and pollen, so it is suitable for use as a filter and the like, and because it adsorbs a pigment, it is effective for tooth whitening. .. Further, hydroxyapatite having a crystallite size within the above range can be hydroxyapatite having fine particles, smooth texture, and less irritation.
本発明のハイドロシキアパタイトの製造方法は、特に限定されないが、例えば、上記の酸化カルシウムの水又はアルコール懸濁液にリン酸の水又はアルコール溶液を添加し、又はリン酸の水又はアルコール溶液に酸化カルシウムの水又はアルコール懸濁液を添加することにより、ハイドロキシアパタイトスラリーを得て、このハイドロキシアパタイトスラリーを基材に塗布又は印刷して蒸発させるか、スラリーをそのまま蒸発させて、ハイドロシキアパタイト粒子を得ることができる。
この製造過程で、酸化カルシウム懸濁液の酸化カルシウムの原料として、生物由来の材料を用いることにより、Ｍｇを含有するハイドロキシアパタイトを容易に製造することができる。その一方で、Ｍｇや、Ｎａ、Ｋ、及びＳｉから選ばれる少なくとも一種のミネラルを含まない純粋なＣａ欠損アパタイトは、純度等を考慮して生物由来ではないほうが好ましい。
The method for producing hydroxyapatite of the present invention is not particularly limited, for example, by adding water or alcohol solution of phosphoric acid to water or alcohol suspension of calcium oxide, or to water or alcohol solution of phosphoric acid. Hydroxyapatite slurry is obtained by adding a water or alcohol suspension of calcium oxide to obtain a hydroxyapatite slurry and coating or printing this hydroxyapatite slurry on a substrate to evaporate, or evaporating the slurry as it is, to obtain hydroxyapatite particles. Can be obtained.
In this production process, Mg-containing hydroxyapatite can be easily produced by using a biological material as a raw material for the calcium oxide of the calcium oxide suspension. On the other hand, pure Ca-deficient apatite that does not contain at least one mineral selected from Mg, Na, K, and Si is preferably not of biological origin in consideration of purity and the like.
Ｍｇを含み、かつ、非晶質を含むハイドロキシアパタイトは、分子ひとつひとつは凝集しているだけで固く結びついているのではないため、他の物質に対して柔軟な反応を示し、また、吸着力が結晶型に比べて大きい。さらに、粒子が細かく、肌触りもなめらかで刺激を与えない。 Hydroxyapatite, which contains Mg and also contains amorphous, shows a flexible reaction to other substances and has an adsorptive power because each molecule does not bond tightly but only aggregates. Larger than the crystal type. Furthermore, the particles are fine, the texture is smooth, and there is no irritation.
カルシウムが欠損したハイドロシキアパタイトを得るために、ハイドロキシアパタイトスラリーの調製の際に、酸化カルシウム懸濁液中の酸化カルシウムの総量と、リン酸溶液中のリン酸の総量の比率は、例えば、化学量論的組成であるモル比でカルシウムイオン：リン酸イオンが１０：６となる比率から、リン酸イオンの比率を高めた比率とする。勿論、反応条件等によって、前記比率を適宜変更することも可能である。かかるモル比率の調整は、添加液及び被添加液の濃度及び量を調整することにより調整できる。 In order to obtain calcium-deficient hydroxyapatite, the ratio of the total amount of calcium oxide in the calcium oxide suspension and the total amount of phosphoric acid in the phosphoric acid solution during the preparation of the hydroxyapatite slurry is, for example, The ratio of calcium ion:phosphate ion is 10:6 at a molar ratio of stoichiometric composition, and the ratio of phosphate ion is increased. Of course, it is also possible to appropriately change the ratio depending on the reaction conditions and the like. The molar ratio can be adjusted by adjusting the concentrations and amounts of the added liquid and the liquid to be added.
リン酸イオンの比率を高めるためには、酸化カルシウム懸濁液及び／又はリン酸溶液をアルカリ性の状態にして化学量論的組成の量よりも多くリン酸イオンを添加することが好ましい。酸化カルシウム懸濁液及び／又はリン酸溶液が中性又は酸性では、リン酸を加えることで更にｐＨが下がり、ｐＨが下がるとハイドロキシアパタイト以外のリン酸カルシウム化合物を生成してしまうため、リン酸イオンを多く添加することが困難である。酸化カルシウム懸濁液及び／又はリン酸溶液をアルカリ性にする具体的な方法は特に限定されないが、例えば苛性ソーダを加えることが考えられる。苛性ソーダの添加量は、液のｐＨが９〜１０となるような量とするのが好ましい。 In order to increase the ratio of phosphate ions, it is preferable to make the calcium oxide suspension and/or the phosphate solution alkaline and to add more phosphate ions than the stoichiometric amount. When the calcium oxide suspension and/or the phosphoric acid solution is neutral or acidic, the pH is further lowered by adding phosphoric acid, and when the pH is lowered, a calcium phosphate compound other than hydroxyapatite is produced, so that phosphate ion It is difficult to add much. The specific method for making the calcium oxide suspension and/or the phosphoric acid solution alkaline is not particularly limited, but it is conceivable to add caustic soda, for example. The amount of caustic soda added is preferably such that the pH of the liquid becomes 9-10.
添加液を被添加液に添加する際の温度条件は、例えば、添加液及び被添加液の温度を５〜９０℃の範囲とすることが好ましく、１５〜６０℃の範囲とすることがより好ましく、２０〜４０℃の範囲とすることがさらに好ましい。添加液及び被添加液の温度をかかる範囲とすることにより、ハイドロキシアパタイトの結晶化を抑制し、かつハイドロキシアパタイトを得るための反応をスムーズに進行させるという効果が得られる。なお、被添加液を攪拌しながら添加液を添加することも可能である。 The temperature condition when the additive liquid is added to the liquid to be added is, for example, preferably the temperature of the liquid to be added and the liquid to be added is in the range of 5 to 90° C., and more preferably in the range of 15 to 60° C. It is more preferable that the temperature is in the range of 20 to 40°C. By setting the temperature of the additive liquid and the liquid to be added in such a range, the effects of suppressing the crystallization of hydroxyapatite and smoothly proceeding the reaction for obtaining hydroxyapatite can be obtained. It is also possible to add the addition liquid while stirring the addition target liquid.
ハイドロキシアパタイトスラリーを蒸発させる際には特に加熱する必要は無く、環境温度において自然乾燥させることにより蒸発させて良い。しかしながら、良好な生産効率を達成し、かつ、非結晶型アパタイトの低結晶化を促進するために、溶媒を蒸発させる際及び／又は蒸発させた後に、基材又はスラリーを加熱しても良い。基材を加熱する際の加熱温度は、４０〜３００℃であることが好ましく、４０〜１８０℃であることがより好ましく、８０〜１５０℃であることがさらに好ましい。加熱温度を上記範囲とすることにより、適切な粒径の低結晶型ハイドロキシアパタイト粒子を基材表面に生成でき、基材表面からの低結晶型ハイドロキシアパタイト粒子の脱落を抑制できる。加熱時間には特に制限が無く、基材表面に低結晶型ハイドロキシアパタイト粒子が生成するまで行えば良い。但し、塗布又は印刷後の基材を過度に加熱すると、低結晶型ハイドロキシアパタイトが結晶型ハイドロキシアパタイトに変化してしまうおそれがある。低結晶型ハイドロキシアパタイトは、結晶型ハイドロキシアパタイトよりも、細菌及び花粉等の微小な生物由来物質並びに重金属物質等を吸着する性能に優れていることから、加熱条件の一つの目安として、例えば、１００℃以上の温度で加熱する場合には、加熱時間を７２０分以下にして、低結晶型ハイドロキシアパタイトの結晶型ハイドロキシアパタイトへの変化を抑制することが好ましい。 When the hydroxyapatite slurry is evaporated, it is not particularly necessary to heat it, and it may be evaporated by being naturally dried at ambient temperature. However, the substrate or the slurry may be heated during and/or after the solvent is evaporated in order to achieve good production efficiency and promote low crystallization of the amorphous apatite. The heating temperature for heating the substrate is preferably 40 to 300°C, more preferably 40 to 180°C, and further preferably 80 to 150°C. By setting the heating temperature in the above range, low crystalline hydroxyapatite particles having an appropriate particle diameter can be generated on the surface of the base material, and falling of the low crystalline hydroxyapatite particles from the surface of the base material can be suppressed. The heating time is not particularly limited, and may be performed until low-crystalline hydroxyapatite particles are formed on the surface of the base material. However, if the substrate after coating or printing is excessively heated, the low crystalline hydroxyapatite may be transformed into crystalline hydroxyapatite. Since low crystalline hydroxyapatite is superior to crystalline hydroxyapatite in its ability to adsorb minute biological materials such as bacteria and pollen and heavy metal substances, one of the heating conditions is, for example, 100%. When heating at a temperature of ℃ or more, it is preferable to control the heating time to 720 minutes or less to suppress the conversion of low-crystalline hydroxyapatite to crystalline hydroxyapatite.
以下、実施例により本発明の内容をさらに詳しく説明する。なお、実施例により、本発明の範囲が限定されないことはいうまでもない。 Hereinafter, the content of the present invention will be described in more detail with reference to examples. Needless to say, the scope of the present invention is not limited by the examples.
（実施例１） (Example 1)
水５リットルに酸化カルシウム（和光純薬製 ＣＡＳ１３０５−７８−８）を５６０ｇ（１０モル）添加し、酸化カルシウム懸濁液（水１リットルに対して２モルの酸化カルシウムを含む）を調製した。
リン酸（和光純薬製 ＣＡＳ７６６４−３８−２）０．４６リットル６．７モルを水１．３８リットルに溶解させ、３．６５Ｍのリン酸溶液を調製した。
Calcium oxide suspension (containing 2 mol of calcium oxide per 1 liter of water) was prepared by adding 560 g (10 mol) of calcium oxide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. CAS 1305-78-8) to 5 liter of water.
Phosphoric acid (CAS7664-38-2 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.46 liter 6.7 mol was dissolved in water 1.38 liter to prepare a 3.65M phosphoric acid solution.
上記酸化カルシウム懸濁液及び上記リン酸溶液の温度を、２５℃に調整した。５Ｌの酸化カルシウム懸濁液及を１０Ｌの酸アルカリ耐性容器に入れ、当該容器をラボスターラ（ヤマト科学株式会社製 ＬＴ４００）で攪拌しながら（酸化カルシウム懸濁液中の酸化カルシウム１モルに対して、リン酸換算で０．９モル／ｈ）の速度で、リン酸溶液を滴下してハイドロキシアパタイトを生成させた。このハイドロキシアパタイトを生成の際に、苛性ソーダを酸化カルシウム懸濁液に加えて、酸化カルシウム懸濁液をアルカリ性にした。
得られたハイドロキシアパタイト分散液を乾燥させ、１３０℃に加熱して実施例１のハイドロキシアパタイトを得た。
The temperature of the calcium oxide suspension and the phosphoric acid solution was adjusted to 25°C. 5 L of calcium oxide suspension and 10 L of acid-alkali resistant container were placed, and the container was stirred with a lab stirrer (LT400 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) (to 1 mol of calcium oxide in the calcium oxide suspension, A phosphoric acid solution was added dropwise at a rate of 0.9 mol/h in terms of phosphoric acid to generate hydroxyapatite. When producing this hydroxyapatite, caustic soda was added to the calcium oxide suspension to make the calcium oxide suspension alkaline.
The resulting hydroxyapatite dispersion was dried and heated to 130° C. to obtain hydroxyapatite of Example 1.
実施例１のハイドロキシアパタイトのＣａ濃度を、ＩＣＰ発光分析装置 島津製作所（株）製ＩＣＰＳ−８１００で分析したところ、Ｃａ濃度は３７．４質量％であり、Ｃａが１０モル％欠損しているカルシウムアパタイトの理論値と同じであった。 When the Ca concentration of the hydroxyapatite of Example 1 was analyzed by ICP emission spectrometer ICPS-8100 manufactured by Shimadzu Corporation, the Ca concentration was 37.4% by mass, and Ca with 10 mol% Ca deficiency. It was the same as the theoretical value of apatite.
（比較例１）
リン酸（和光純薬製 ＣＡＳ７６６４−３８−２）１リットル（１４．５モル）を水３リットルに溶解させ、３．６２５Ｍのリン酸溶液を調製し、ハイドロキシアパタイトを生成の際に、苛性ソーダを加えなかった以外は実施例１と同様にして、Ｃａが欠損していない比較例１のハイドロキシアパタイトを調製した（０％Ｃａ欠損ハイドロキシアパタイト）。
(Comparative Example 1)
Phosphoric acid (Wako Pure Chemical Industries CAS7664-38-2) 1 liter (14.5 mol) was dissolved in 3 liters of water to prepare a 3.625 M phosphoric acid solution, and caustic soda was added when hydroxyapatite was produced. A hydroxyapatite of Comparative Example 1 in which Ca was not deficient was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was not added (0% Ca-deficient hydroxyapatite).
比較例１のハイドロキシアパタイトのＣａ濃度を、（ＩＣＰ発光分析装置 島津製作所（株）製ＩＣＰＳ−８１００装置で分析したところ、Ｃａ濃度は３９．９質量％であり、この測定値はアパタイトに含まれる水分や不純物や分析誤差を考慮するとＣａが欠損していないカルシウムアパタイトの理論値とほぼ同じであった。 When the Ca concentration of the hydroxyapatite of Comparative Example 1 was analyzed by (ICP emission spectrometer ICPS-8100 manufactured by Shimadzu Corporation), the Ca concentration was 39.9 mass %, and this measured value was included in the apatite. Considering water content, impurities, and analysis error, it was almost the same as the theoretical value of calcium apatite without Ca deficiency.
（比較例２）
リン酸（和光純薬製 ＣＡＳ７６６４−３８−２）０．４３リットル６．２モルを水１．２３リットルに溶解させ、３．６５Ｍのリン酸溶液をリン酸溶液を調製した以外は実施例１と同様にして、Ｃａが３モル％欠損している比較例２のハイドロキシアパタイトを調製した（３モル％Ｃａ欠損ハイドロキシアパタイト）。
(Comparative example 2)
Example 1 except that 0.43 liters 6.2 mol of phosphoric acid (CAS7664-38-2 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 1.23 liters of water to prepare a phosphoric acid solution of 3.65M. In the same manner as above, a hydroxyapatite of Comparative Example 2 in which Ca was deficient in 3 mol% was prepared (3 mol% Ca-deficient hydroxyapatite).
比較例２のハイドロキシアパタイトのＣａ濃度を、ＩＣＰ発光分析装置 島津製作所（株）製ＩＣＰＳ−８１００で分析したところ、Ｃａ濃度は３８．８質量％であり、Ｃａが３モル％欠損しているカルシウムアパタイトの理論値と同じであった。 When the Ca concentration of the hydroxyapatite of Comparative Example 2 was analyzed by ICP emission spectrometer ICPS-8100 manufactured by Shimadzu Corporation, the Ca concentration was 38.8% by mass, and Ca lacking 3 mol% of Ca. It was the same as the theoretical value of apatite.
［熱重量分析］
実施例１、比較例１及び比較例２のハイドロキシアパタイトを（株式会社日立ハイテクサイエンス社製 ＤＭＡ７１００／ＳＴＡ７３００によりＴＧ−ＤＴＡ分析をした。その結果を図１〜３にグラフで示す。
[Thermogravimetric analysis]
The hydroxyapatite of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was subjected to TG-DTA analysis by DMA7100/STA7300 manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd. The results are shown in graphs in FIGS.
図１は、実施例１の１０モル％ハイドロキシアパタイトのＴＧ−ＤＴＡ分析のグラフである。図１のＴＧの曲線から、実施例１の１０モル％ハイドロキシアパタイトの変態点温度は７３０℃であった。 FIG. 1 is a graph of TG-DTA analysis of 10 mol% hydroxyapatite of Example 1. From the TG curve of FIG. 1, the transformation point temperature of 10 mol% hydroxyapatite of Example 1 was 730° C.
図２は、比較例１の０％ハイドロキシアパタイトのＴＧ−ＤＴＡ分析のグラフである。図２のＴＧの曲線から、比較例１の０％ハイドロキシアパタイトの変態点温度は９００℃であった。 FIG. 2 is a graph of TG-DTA analysis of 0% hydroxyapatite of Comparative Example 1. From the TG curve of FIG. 2, the transformation temperature of 0% hydroxyapatite of Comparative Example 1 was 900°C.
図３は、比較例２の３モル％ハイドロキシアパタイトのＴＧ−ＤＴＡ分析のグラフである。図３のＴＧの曲線から、比較例２の３％ハイドロキシアパタイトの変態点温度は８１０℃であった。 FIG. 3 is a graph of TG-DTA analysis of 3 mol% hydroxyapatite of Comparative Example 2. From the TG curve of FIG. 3, the transformation temperature of 3% hydroxyapatite of Comparative Example 2 was 810°C.
［β−ＴＣＰの製造］
実施例１、比較例１及び比較例２のハイドロキシアパタイト粉を原料としてβ−ＴＣＰの製造を行った。この製造プロセスでは、実施例１、比較例１及び比較例２の各ハイドロキシアパタイト粉を焼成炉にて８００℃及び１０００℃の各条件で焼成した。
[Production of β-TCP]
Β-TCP was produced using the hydroxyapatite powder of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 as a raw material. In this manufacturing process, each hydroxyapatite powder of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was fired in a firing furnace under each condition of 800°C and 1000°C.
その結果、実施例１のハイドロキシアパタイトは、８００℃及び１０００℃の焼成温度でいずれもβ−ＴＣＰが得られた。これに対して、比較例１及び比較例２のハイドロキシアパタイトは、１０００℃の焼成温度ではβ−ＴＣＰが得られたものの、８００℃の焼成温度ではβ−ＴＣＰが得られなかった。
As a result, with respect to the hydroxyapatite of Example 1, β-TCP was obtained at both firing temperatures of 800°C and 1000°C. On the other hand, in the hydroxyapatite of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, β-TCP was obtained at the firing temperature of 1000° C., but β-TCP was not obtained at the firing temperature of 800° C.
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