JP2539501B2 - 燐酸カルシウム系化合物成形体およびその製造方法 - Google Patents

燐酸カルシウム系化合物成形体およびその製造方法

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JP2539501B2 JP63263279A JP26327988A JP2539501B2 JP 2539501 B2 JP2539501 B2 JP 2539501B2 JP 63263279 A JP63263279 A JP 63263279A JP 26327988 A JP26327988 A JP 26327988A JP 2539501 B2 JP2539501 B2 JP 2539501B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は骨欠損あるいは空隙部充填用材料として好適
な性能を有する燐酸カルシウム系化合物成形体およびそ
の製造方法に関するものである。
[従来の技術] 事故や疾病あるいは抜歯等により骨損傷を来した場
合、骨欠損部あるいは空隙部の充填が必要となる。
生体の硬組織代替物としてはSUS316等のステンレス
鋼,Ti及びTi合金,バイタリウム,プラスチック等各種
の金属ならびに有機物が用いられているが、これらは生
体に対する親和性が良好でなく、また骨との結合性も全
くなく、しかも使用中溶解や劣化等を伴ない溶解物が毒
性を有するものなどもあった。
そこで、生体組織に対して無害であることはいうまで
もなく親和性や結合性に優れた材料が要求されるに至
り、これらを満足するものとしてセラミックス系材料が
注目されている。中でも燐酸カルシウム系セラミックス
は、骨と同じ成分であること、骨と高い親和性を示すこ
と、しかも骨との間に化学的結合を形成すること等から
注目されるようになってきた。
燐酸カルシウム系セラミックスとしては、ヒドロキシ
アパタイト[Ca6(PO410(OH)]およびβ−TCP
[β−Ca3(PO4]が近年特に注目されている。しか
しこれらは他の材料に比べて親和性が良好ではあるもの
の、実際の臨床適用においては初期の骨形成性が必ずし
も良好でなく、場合によっては組織細胞がこれらの表面
を取り巻いて、骨との結合を阻害する状況が認められ、
この欠点を改善する必要がある。
この点の解決策の一つとして、骨芽細胞の侵入をはか
り、結合力を高めるために孔径が10〜30μmの連続気孔
を設けた成形体が提案されている。例えば特開昭60−21
763号,特開昭62−158175号公報にはヒドロキシアパタ
イト原料粉に有機物を混合し、焼成時に有機物を焼失せ
しめて多孔体となす方法、あるいは特開昭62−12680号
公報には成形体をいったん粉砕して表面粗度の高い顆粒
状物を作製し、これを再混合焼成して多孔体とする方法
が開示されている。
[発明が解決しようとする課題] ところが前者のヒドロキシアパタイト原料粉と有機物
を単に混合して焼成し多孔体とする方法においては、混
合を十分に行なわないと気孔分布がかたより、連続気孔
とならずに所期の目的である骨芽細胞の侵入に“むら”
が生じて死孔となってしまうこと、期待されるほどの機
械的強度が得られない等の欠点がある。また粉砕により
粗表面顆粒状物を作製し、これを混合焼成して多孔体と
する方法では製造工程が複雑となるだけでなく粉砕時の
粒度分布制御の困難性を伴なうため気孔率を制御するこ
とが難しく、また気孔分布にばらつきを生じ易いこと、
さらには粉砕粒が鋭利な角を有するために生体細胞がと
り付き難い等の問題があった。
このような状況に鑑み本発明においては骨芽細胞の侵
入性が良好で、且つ溶解吸収により新生骨との置換がす
みやかにおこななわれ、しかも機械的強度の高い骨欠損
部充填材料を得ることのできる燐酸カルシウム系化合物
成形体およびその製造方法について検討した。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決することのできた本発明の燐酸カルシ
ウム系化合物成形体とは、30〜500μmの連続した開気
孔および理論表面積の10倍以上の表面積を有するととも
に、前記開気孔を除いた基質部における気孔率が30%以
下であることを要旨とし、このような燐酸カルシウム系
化合物成形体は粒径5μm以下の燐酸カルシウム系化合
物粉末およびバインダ液とから平均粒径30〜200μmの
1次粒子を造粒し、次いで該1次粒子,バインダ液およ
び燐酸カルシウム化合物粉末とから2次粒子を造粒した
後、該2次粒子をそのままあるいは焼成した後バインダ
を加えて成形し焼成することによって得られる。
[作用] 骨欠損部に充填される充填材は自家骨と接触し、その
接触面において速やかに且つ強固な結合を形成するもの
であること、また自家骨との結合が形成るされるまでの
間に変形したり、動揺したりすることがなく形状および
強度を保持すること等が望まれる。即ち新生骨の形成・
成長を促進し且つ新生骨が充填材の内部に広く・深く侵
入して両者の一体性を速やかに高めるものでなければな
らない。その為充填材は新生骨の生成にとって有用なCa
を溶出し得る材料が必要となり、前述した様なアパタイ
ト、特にヒドロキシアパタイト(以下HAPという)やβ
−TCP等の燐酸カルシウムが使用される。そしてこれら
の材料は前述した様に生体液との接触によってCaを溶出
(特に新生骨の形成が進む間持続的にCaを溶出)すると
共に、新生骨の成長先端の侵入を許して一体性を高める
という観点から、下記のような条件を定めた。
連続した開気孔の径:30〜500μm 表面積:成形体としての理論表面積の10倍以上 連続した開気孔を除いた 基質部における気孔率:30%以下 気孔率の測定に当たっては水銀圧入法を採用し、成形
体中の連続した開気孔の体積を除いた残部(本明細書で
は基質部といい、閉基孔を内包する)の体積を求め、 として計算した。
以下これらの点について説明していく。まず適度なCa
溶出速度を有しなければならない点であるが、Caの溶出
速度を高める手段としては、大きく分けて次の2つが挙
げられる。
第1は燐酸カルシウム系化合物のCa/P組成あるいはア
パタイト相以外の可溶塩相を増やす手段である。これは
可溶塩相を予め多く配合するかあるいは組成内で可溶塩
相が生成する様な配合にして成形体を作るものである
が、Caの溶出を制御するのが難しいこと、可溶塩相の溶
脱後の組織強度が低下すること,可溶塩相の毒性の有無
等多くの難点を抱えている。
第2は燐酸カルシウム系化合物組成はそのままとして
おき、成形体の表面積を増加させる手段である。その手
段として本発明においては成形体表面に連続開気孔を設
けて表面積を上げることとした。連続開気孔の形成は骨
芽細胞の侵入を促すと共にCaの持続的溶出という作用効
果を発揮するので、新生骨の成長期間中を通じてCaを供
給できることとなり、骨誘導機能が向上して新生骨の成
長を更に促進するという効果がある。
成形体の表面積が理論表面積の10倍未満では骨芽細胞
の侵入とCaの溶出速度が小さくて骨誘導性が芳しくない
ので10倍以上とする。さらに成形体の理論表面積を10倍
以上とするために設ける連続開気孔サイズは表面積と成
形体サイズから30〜500μmとする。30〜500μmの連続
し合った開気孔を設けることは、上記骨芽細胞の侵入と
Ca溶出効果に非常に有効である。しかしこの様な連続開
気孔を設けると強度を低下させるという不都合な面もあ
るので強度低下を防ぐために成形体の連続した開気孔を
除いた基質部における気孔率を30%以下と定めた。
本発明の成形体は次のようにして製造することができ
る。まず粒径5μm以下の燐酸カルシウム系化合物粉末
およびバインダから30〜200μmの1次粒子を造粒す
る。造粒に際しては粒径分布を狭くすることが望まし
く、転動造粒法は緻密顆粒の製造に適した方法であるの
でこの方法を用いることが望ましい。また密度90%以上
を達成すれば高強度の1次粒子が得られる。この1次粒
子に原料粉末を追加して更にバインダとともに造粒する
と1次粒子同士が互いに接合しあうとともに各1次粒子
が核となって粒子が大きく成長し、複数個の1次粒子を
核とした多核粒子即ち2次粒子を形成する。2次粒子の
造粒も前述の理由により転動造粒法を採用することが望
ましい。この2次粒子をそのままあるいは焼成した後バ
インダを加えて成形し焼成するとバインダ成分が除去さ
れてこの除去された部分が30〜500μmの連続開気孔を
構成し、本発明で規制したような成形体となる。
また成形体の基質部の密度を高めたい場合には、焼成
前の成形体をHIP(静水圧高圧プレス法)下で900℃以上
にて熱処理すれば良い。また成形体表面を水蒸気雰囲気
にて養成してやればHAPのひずみが解消できる。
[実施例] 実施例1 直径360mmのパン型転動造粒機にHAP粉末500gを装入
し、5%ポリビニルアルコール(PVA)液480mlを20分間
にわたってスプレー圧1kg/cm2以下で噴霧しながら粒径5
0〜100μmになるように造粒し、ついでこれに90gのHAP
粉末を加えて調湿し1次粒子とした。さらにこの1次粒
子に10%PVA液300mlを前記と同条件で20分間にわたって
噴霧しながらHAP粉末120gを徐々に加え2次粒子を造粒
し、該2次粒子に10%PVA液5mlを加えて成形し、1250℃
で焼成してブロック体を得た。
該ブロック体は、 理論表面積:6cm2/g, 実表面積:0.04m2/g, 連続開気孔径(平均):200μm であり動物試験の結果、2週間で非常に良好な骨誘導能
を示していた。
実施例2 直径360mmのパン型転動造粒機にHAP粉末500gを装入
し、5%ポリビニルアルコール(PVA)液480mlを20分間
にわたってスプレー圧1kg/cm2以下で噴霧しながら粒径5
0〜100μmになるように造粒し、ついでこれに90gのHAP
粉末を加えて調湿し1次粒子とした。さらにこの1次粒
子に10%PVA液300mlを前記と同条件で20分間にわたって
噴霧しながらHAP粉末120gを徐々に加え2次粒子を造粒
し、該2次粒子を乾燥後1200℃で焼成した後10%PVA液1
0mlを加えて成形し、1250℃で焼成してブロック体を得
た 該ブロック体は、 理論表面積:6cm2/g, 実表面積:0.02m2/g, 連続開気孔径(平均):300μm であり動物試験の結果、2週間で非常に良好な骨誘導能
を示していた。
実施例3 実施例1と同様にしてHAP粉末から粒径50〜100μmの
1次粒子を造粒し、該1次粒子500gに8%ヒドロキシプ
ロピルセルロース(HPC)溶液200mlを8分間同条件で噴
霧しながら0.1μmのHAP粉末60gを添加して2次粒子を
得た。該2次粒子を乾燥後1200℃で焼成し、10%HPC溶
液10mlを加えて成形し、1250℃で焼成してブロック体を
得た。
該ブロック体は、 理論表面積:0.003m2/g, 実表面積:0.05m2/g, 連続開気孔径(平均):100μm であり動物試験による結果では、実施例1で得られた顆
粒体とほとんど同じ骨誘導能を示した。
実施例4 実施例1と同様にしてHAP粉末500gに対し、450mlの10
%PVA液を25分間スプレーしながら添加して調湿し、さ
らにHAP粉末を200g添加して造粒し粒径30〜200μmの1
次粒子を得た。
つづいて1次粒子500gを分取し、これに150mlの10%P
VA液を10分間スプレーしながらHAP粉末280gを徐々に添
加して造粒し、得られた粒子を500g分取し40mlの10%PV
A液を2分間スプレーしながら造粒し、この粒子300g
に、1次粒子300gを添加しながら3分間転造して2次粒
子を製造した。乾燥後1200℃で焼成し、さらに10%PVA
液10mlを加えて成形し、1250℃で焼成してブロック体を
得た。
該ブロック体は、 理論表面積:6cm2/g, 実表面積:0.05m2/g, 連続開気孔径(平均):300μm であり、実施例1と同様の動物試験結果が得られた。
実施例5 実施例1と同様にしてHAP粉末500gに、560mlの10%PV
A液を加えて造粒した後、HAP粉末200gを徐々に添加しな
がら調湿粒子とした。つづいてこの調子粒子500gを転造
させながら残りの調湿粒子を徐々に添加し、50mlの10%
PVA液を5分間添加し、仕上げにHAP粉末30gを添加し粒
径50〜200μmの1次粒子を造粒した。該1次粒子500g
を核にしてPVA液100mlを7分間にわたりスプレーしなが
らHAP粉末120gを添加して2次粒子を製造した。乾燥後1
200℃で焼成し、さらに10%PVA液5mlを加えて成形し、1
250℃で焼成してブロック体を得た。
該ブロック体は、 理論表面積:6cm2/g, 実表面積:0.02m2/g, 連続開気孔径(平均):150μm であり、実施例1と同様の動物試験結果が得られた。
比較例1 HAP粉末を成型プレスにて65kg/cm2で加圧成形して得
たブロック体の気孔率は10%であった。表面は光沢を有
し、微細孔のみであった。動物試験の結果、実施例に比
べて骨の生成が劣っていた。
比較例2 HAP粉末を10kg/cm2で成形して得たブロック体の気孔
率は50%であったが気孔径は10μm程度であった。動物
試験の結果、比較例1よりは良好であったが、前記実施
例に比べて骨の生成能が劣っていた。
[発明の効果] 本発明は以上のように構成されているので、本発明の
成形体よりなる骨欠損部充填材は骨芽細胞の侵入性が良
く、適度なCaの溶出により新生骨の形成がすみやかに行
なわれる。従って充填材と自家骨は強固な結合によって
一体化する。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】30〜500μmの連続した開気孔および理論
    表面積の10倍以上の表面積を有するとともに、前記開気
    孔を除いた基質部における気孔率が30%以下であること
    を特徴とする燐酸カルシウム系化合物成形体。
  2. 【請求項2】粒径5μm以下の燐酸カルシウム化合物粉
    末およびバインダ液とから平均粒径30〜200μmの1次
    粒子を造粒し、次いで該1次粒子,バインダ液および燐
    酸カルシウム化合物粉末とから2次粒子を造粒した後、
    該2次粒子をそのままあるいは焼成した後バインダを加
    えて成形し焼成して請求項(1)の燐酸カルシウム系化
    合物成形体を製造する方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60142857A (ja) * 1983-12-29 1985-07-29 住友セメント株式会社 骨セメント組成物

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