JP2644082B2 - 医科用および歯科用硬化性材料 - Google Patents

医科用および歯科用硬化性材料

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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、骨セメント、歯科用セメント、根管充填
剤などに用いられる医科用および歯科用硬化性材料に関
する。
〔背景技術〕
歯科用セメントでは、近年、粉末としてハイドロキシ
アパタイト(以下、「HAp」と記す)やα−リン酸三カ
ルシウム〔α−Ca3(PO4。以下、「α−TCP」と記
す〕が用いられ、硬化溶液としてポリアクリル酸水溶液
が用いられている。粉末と硬化溶液とを混和し、練和し
て硬化物を形成する。ところが、硬化未反応のポリアク
リル酸が残存することがあり、これの溶出による生体為
害性が問題として残されている。
骨セメントは、従来、ポリメチルメタクリレート(PM
MA)やメチルメタクリレート(MMA)などの高分子材料
を用いたものが市販されている。しかし、高分子材料を
用いた骨セメントは、次の3つの問題点がある。まず第
1に、埋入する宿主側の骨組織と骨セメントとが直接結
合せず、繊維性組織の介在により、長期間生体内に埋入
した場合、ルーズニング等の問題がある。第2に、硬化
時の発熱により90〜100℃程度の温度になるため、周囲
の細胞の壊死をもたらすという問題点がある。第3に、
未反応のモノマーやオリゴマーが溶出し、骨に悪影響を
及ぼすという問題点がある。
他方、生体硬組織の無機主要成分であるHApの類似物
質である、α−TCPやリン酸四カルシウム〔Ca4(PO42
O。以下、「4CP」と記す〕を用いた生体材料が提案され
ている。α−TCPや4CPは、化学的活性が高く、生体内ま
たは口腔内と同等の条件下でHApに変化しうるものであ
る。4CP粉末とクエン酸およびリンゴ酸の水溶液とを組
み合わせた材料が、歯科用セメントおよび骨セメントに
有用であると報告されている。この材料およびその硬化
物は、生成為害性はないが、強度を高めるため、リン酸
カルシウム粉末/硬化溶液比(以下、単に「粉/液比」
と称する)を大きくすると、硬化時間が極端に短くな
り、実用できないという問題点がある。
〔発明の目的〕
この発明は、以上のことに鑑みて、室温または生体の
体温付近の温度で硬化し、硬化時間を長くすることがで
き、しかも、生体為害性のない医科用および歯科用硬化
性材料を提供することを目的とする。
〔発明の開示〕
この発明は、上記目的を達成するために、4CPおよび
α−TCPのうち少なくとも4CPを必須成分とするリン酸カ
ルシウム粉末と、有機酸を含む硬化溶液との組み合わせ
からなる医科用および歯科用硬化性材料であって、有機
酸として、リンゴ酸、ならびに、クエン酸および/また
はマロン酸が用いられ、硬化遅延剤として、タンニンお
よびタンニン誘導体からなる群の中から選ばれた少なく
とも1種が用いられるようになっていることを特徴とす
る医科用および歯科用硬化性材料を要旨とする。
以下に、この発明を詳しく説明する。
この発明にかかる医科用および歯科用硬化性材料は、
少なくともリン酸カルシウム粉末と硬化溶液との組み合
わせからなる。
リン酸カルシウム粉末の一部または全部を4CPが占め
る。粉末の残部はα−TCP、HAp、炭酸アパタイト、β−
リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム二水和物など
が占める。リン酸カルシウム粉末は、その10〜100重量
%が4CPであり、0〜90重量%がα−TCPであり、0〜30
重量%がHApであることが好ましい。4CPがリン酸カルシ
ウム粉末の10重量%未満だと、練和後の硬化物の物理的
強度が極端に低下するという問題を生じることがある。
HApがリン酸カルシウム粉末の30重量%を上回ると、硬
化時間が短くなり、充分練和できないという問題を生じ
ることがある。4CPはα−TCPよりも反応性が高く、ポッ
トライフが短くなって使用しにくくなることがあるの
で、α−TCPを加えることにより、その反応性を抑える
のである。なお、4CP、α−TCPおよびHAp以外のもの
は、リン酸カルシウム粉末の40重量%以下であることが
好ましい。これらのものがこの割合を越えると、練和硬
化物の物理的強度が極端に低下することがある。
粉末は、平均粒子径が1〜25μmであることが好まし
い。粉末の平均粒子径が1μm未満だと、硬化物の物理
的強度は向上するものの、硬化時間が短くなるという問
題を生じることがあり、25μmを上回ると、特に歯科用
セメントに用いる場合、その硬化物の被膜厚みが30μm
以下にならないという問題を生じることがある。
4CPは、たとえば、γ−Ca2P2O7とCaCO3との1:2モル比
混合物を1300℃以上で焼成した後、粉砕して得られる
が、その他の方法で得られたものでも使用できる。α−
TCPは、たとえば、γ−Ca2P2O7とCaCO3との等モル混合
物を1200℃以上で焼成した後、粉砕して得られるが、そ
の他の方法で得られたものでも使用できる。HAp等は、
骨粉をはじめとする生体由来のリン酸カルシウム、もし
くは、周知または公知の方法で得られる合成HAp,炭酸ア
パタイト,β−リン酸三カルシウム等であってもよい。
これらのリン酸カルシウムは、いずれも生体為害性を持
たない。
硬化溶液としては、生体関連物質の溶液が用いられ
る。生体関連物質としては、タンニン、タンニン誘導
体、および、生体関連有機酸(以下、「有機酸」と称す
る)からなる群の中から選ばれた少なくとも1種が用い
られる。タンニン、タンニン誘導体、および、前記有機
酸は、いずれも生体関連物質であり、生体為害性を持た
ない。
タンニンおよびタンニン誘導体としては、どのような
ものを用いてもよいが、タンニン酸を用いるのが好まし
い。以下では、タンニン酸を例に挙げて説明するが、タ
ンニン酸以外のタンニンおよびタンニン誘導体も同様に
用いることが可能である。タンニン酸は、従来の硬化剤
に比べて硬化速度の遅い硬化剤、すなわち、硬化剤であ
ってかつ硬化遅延剤となる。また、歯科用硬化性材料に
タンニン酸を用いると、口腔・咽頭粘膜の炎症治癒効
果、歯質たんぱくの溶解阻止による虫歯予防効果が期待
できる。タンニン酸溶液のタンニン酸濃度は、特に限定
されないが、0.1〜70重量%の範囲が好ましく、有機酸
の共存下では0.1〜30重量%の範囲が好ましい。これら
の各範囲を下回ると、硬化遅延効果が発揮されないこと
があり、これらの各範囲を上回ると、硬化物が水溶液中
で崩壊してしまうことがある。
有機酸は、クエン酸およびマロン酸のうちの少なくと
も一方とリンゴ酸とが使用される。これら有機酸は、リ
ン酸カルシウム粉末と混和して練和することにより、硬
質の硬化物を生成する。有機酸溶液の有機酸濃度は、特
に限定されないが、0.1〜90重量%の範囲が好ましく、
タンニン酸の共存下では0.1〜90重量%の範囲が好まし
い。これらの各範囲を下回ると、練和後、硬化物の物理
的強度が極端に低下し、水溶液中で崩壊してしまうこと
があり、これらの各範囲を上回ると、練和前に硬化溶液
中に結晶が析出することがある。
この発明では、タンニンおよびタンニン誘導体からな
る群の中から選ばれた少なくとも1種を用いることによ
り、リン酸カルシウム粉末の硬化反応の進行を遅くして
いる。これにより、練和時の操作性が良くなり、また、
粉/液比を高めることができ、より強度の高い硬化物を
得ることができる。また、充填に比較的長い時間を要す
る用途、例えば、歯根管の空洞を埋める根管充填材など
に用いることが可能である。
この発明にかかる医科用および歯科用硬化性材料は、
室温または生体の体温付近の温度で、混和し練和するこ
とにより硬化させることができ、これにより、反応熱に
よる細胞の壊死などの問題がない。
この発明にかかる医科用および歯科用硬化性材料で
は、たとえば、タンニン酸は、有機酸溶液とは別の溶液
にして用いてもよいし、有機酸溶液に溶解させて用いて
もよい。
この発明の材料の使用割合は、特に限定されないが、
粉末30〜80重量部に対して、有機酸5〜60重量部および
タンニン酸0.01〜10重量部の各範囲が好ましい。有機酸
がその範囲を下回ると、硬化が不充分となることがあ
り、その範囲を上回ると、室温下で充分練和できなくな
ることがある。タンニン酸がその範囲を下回ると、硬化
遅延効果が発揮されなくなることがあり、その範囲を上
回ると、室温下で充分練和できなくなることがある。
この発明の材料の反応機構は、X線粉末回折、赤外吸
収スペクトルおよび走査電子顕微鏡像等による解析結果
から、たとえば、つぎのようなものであると考えられ
る。リン酸カルシウム粉末、有機酸溶液およびタンニン
酸を室温または生体の体温付近の温度で混和し、練和す
ると、粉末中の4CPやCaや、α−TCPのCaと有機酸のカル
ボキシル基との間にキレート結合が生じ、中和反応が進
む。他方、タンニン酸が会合体(繊維状のものと考えら
れる)を形成し、そのキレート化物がその会合体に凝集
する。水の存在下、室温または生体の体温付近の温度で
そのキレート化物および未反応の4CPやα−TCPがそれぞ
れ水和反応をすることによりリン酸八カルシウム〔Ca8H
2(PO4・5H2O。以下、「OCP」と称する〕や非晶質
リン酸カルシウム〔Ca3(PO4・nH2O。以下、「AP
C」と称する〕を生成し、このOCPやACPがHApに転化し、
HApがタンニン酸会合体に結晶化して硬化が進む。
この発明の材料をそれぞれ混和して練和すると、タン
ニン酸を用いない場合よりも硬化の進行が遅くなる。た
とえば、室温または生体の体温程度の温度で、練和開始
後5〜60分間で硬化し、硬質の硬化物が得られる。この
ため、リン酸カルシウム粉末/有機酸比を高めることが
でき、これにより、酸化物の強度を強くすることができ
る。
この発明の材料は、たとえば、骨セメント、歯科用セ
メントなどの生体硬組織の充填、補綴用材料として利用
することができる。
この発明の材料を骨セメントとし、生体の骨に埋入す
ると、セメントが生体活性であり、それ自体が骨様構造
となり、骨との界面で物理・化学的に結合し骨組織と一
体化してしまう。すなわち、この発明にかかる硬化性材
料のうち、有機酸を硬化剤として使用し、硬化遅延剤と
してタンニン酸を用いるようにしたものを骨セメントと
して利用すると、埋入してから経時的に骨組織と置換
し、既存部分と一体化する。
なお、この発明の材料は、この発明の目的達成を妨げ
ないならば、上述したもの以外の材料を含むことが可能
である。
また、用途も上記の例に限らない。
以下に、この発明の実施例を比較例とともに示すが、
この発明は下記実施例に限定されない。
(実施例1〜5および比較例1〜4) タンニン酸および有機酸を第1表に示す濃度で含む溶
液を調製し、この溶液と第1表に示す配合のリン酸カル
シウム粉末とを第1表に示す粉/液比で混和し、手動で
約1分間練和した。この練和泥を用いて、下記の測定を
行って、結果を第1表に示した。なお、下記の測定で
は、すべて、温度23±2℃、相対湿度50±10%の条件下
で、ADAS No.61に準じて行った。
(a)初期硬化時間測定 各練和度泥を、縦横厚みが15mm×15mm×15mmであるガ
ラス板上に置いた内径10mm、高さ5mmの円筒形ステンレ
ス金型内に流し込んで表面を平らにし、練和を終了した
時から1分後に、温度37±1℃、相対湿度100%の恒温
器中に移し、試験片とした。質量2.94N(300g)のビッ
カー針(針の断面積1mm2)をその試験片の表面に静かに
落とし、針跡を残さなくなった時を、練和開始から起算
して初期硬化時間とした。初期硬化時間は、3回の測定
値の平均を15秒単位で丸めて表した。
(b)破砕抗力測定 内径6mm、高さ12mmの円筒状ステンレス金型に各練和
泥を充填し、両端を肉厚のガラス板で挟み、加圧した。
練和開始2.5分後、加圧したまま温度37℃±1℃、相対
湿度100%の恒温器中に移した。1時間後、硬化物を金
型から取り出し、37±1℃の蒸留水中に浸漬し、練和開
始24時間後に蒸留水から取り出し、試験片とした。この
試験片を島津オートグラフAG−2000Aを用いて破砕抗力
を測定した。クロスヘッドスピードは1mm/分、測定は6
個の試験片について行い、その総平均値の−15%以下の
数値を除いた残りの数値の平均値を測定値とした。ただ
し、総平均値の−15%以下の数値が2個以上の時は、再
試験を行った。
第1表にみるように、実施例1、2と比較例1とを、
実施例3と比較例3とを、実施例5と比較例2とを、そ
れぞれ、対比すると、実施例の方が初期硬化時間が長か
った。実施例5のように粉/液比を高めて硬化物の破砕
抗力を高めても、初期硬化時間が実用上問題ない程度の
長さであった。しかし、比較例2では、粉/液比を高め
たことにより初期硬化時間が極端に短くなって実用困難
であった。比較例4では、粉/液比を下げて硬化時間を
長くしているが、当然のことながら得られた硬化物は非
常に小さい破砕抗力を示した。
また、実施例1〜5および比較例1〜4の各材料をそ
れぞれφ6mm×長さ12mmの円柱状ピースに初期硬化させ
て、犬の大腿骨欠損部に埋入し、2週間、4週間、6週
間それぞれ経過した後、取り出し、骨組織との接着面の
組織観察および骨との固着力を押し出し法で評価した。
その結果、移植2週間後、比較例1〜4の材料では、骨
との直接結合が始まっていたものの軽度の円形細胞浸潤
が見られた。これに対し、実施例1〜5の各材料では、
そのような炎症反応がなく、すでに骨との直接結合が進
んでいた。移植4週間後および6週間後、比較例1〜4
の材料では、次第に炎症症状が消失し、この部分に骨形
成が次第に増量していた。実施例1〜5の各材料では、
骨組織との界面部に骨細胞も存在していた。
〔発明の効果〕
この発明にかかる医科用および歯科用硬化性材料は、
以上のように、4CPおよびα−TCPのうち少なくとも4CP
を必須成分とするリン酸カルシウム粉末と、有機酸を含
む硬化溶液との組み合わせからなり、有機酸として、ク
エン酸およびマロン酸のうちの少なくとも一方と、リン
ゴ酸とが用いられ、硬化遅延剤として、タンニンおよび
タンニン誘導体からなる群の中から選ばれた少なくとも
1種が用いられるようになっているので、室温または生
体の体温付近の温度で硬化し、硬化時間を長くすること
ができ、しかも、生体為害性を持たない。このため、こ
の発明にかかる医科用および歯科用硬化性材料は、硬化
に長時間を要する用途に利用したり、リン酸カルシウム
粉末/硬化剤との比を高めて強度の強い硬化物を必要と
する用途に利用したりすることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−72363(JP,A) 特開 昭62−211069(JP,A) 歯科材料、機械、vol.6.No. 4、403〜410頁(1987年)窯業工学ハン ドブック、1662−1668頁、社団法人窯業 協会編、技報堂、昭和48年4月15日

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リン酸四カルシウムおよびα−リン酸三カ
    ルシウムのうち少なくともリン酸四カルシウムを必須成
    分とするリン酸カルシウム粉末と、有機酸を含む硬化溶
    液との組み合わせからなる医科用および歯科用硬化性材
    料であって、有機酸として、リンゴ酸、ならびに、クエ
    ン酸および/またはマロン酸が用いられ、硬化遅延剤と
    して、タンニンおよびタンニン誘導体からなる群の中か
    ら選ばれた少なくとも1種が用いられるようになってい
    ることを特徴とする医科用および歯科用硬化性材料。
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JPH0793941B2 (ja) * 1986-03-12 1995-10-11 三金工業株式会社 生体硬組織修復材料の製法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
歯科材料、機械、vol.6.No.4、403〜410頁(1987年)窯業工学ハンドブック、1662−1668頁、社団法人窯業協会編、技報堂、昭和48年4月15日

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