JP2775386B2 - アパタイト・有機物複合体とその製造法 - Google Patents
アパタイト・有機物複合体とその製造法Info
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- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人工骨、人工歯根等の
インプラント材として用いることのできるアパタイト・
有機物複合体とその製造法に関する。
インプラント材として用いることのできるアパタイト・
有機物複合体とその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】人や動
物の骨や歯は、アパタイトがコラーゲン等の有機物と複
合してできていると見做すことができる。このアパタイ
トは、人工的に容易に合成でき、焼結体として生体内に
埋めても拒否反応が起きないので、現在、顆粒等に加工
されインプラント材として使用されている。
物の骨や歯は、アパタイトがコラーゲン等の有機物と複
合してできていると見做すことができる。このアパタイ
トは、人工的に容易に合成でき、焼結体として生体内に
埋めても拒否反応が起きないので、現在、顆粒等に加工
されインプラント材として使用されている。
【０００３】他方、アパタイトを焼結体として強度が必
要な部位に使用すると、アパタイトは生体内で骨に接合
するが、この接合部に力がかかると、この接合部に強い
応力が発生して破断が起きることが判明しているため、
使用には厳しい限界がある。この原因は、アパタイト焼
結体のヤング率が１００ＧＰaであるのに対し、骨のヤ
ング率は２０ＧＰa以下と低いためである。
要な部位に使用すると、アパタイトは生体内で骨に接合
するが、この接合部に力がかかると、この接合部に強い
応力が発生して破断が起きることが判明しているため、
使用には厳しい限界がある。この原因は、アパタイト焼
結体のヤング率が１００ＧＰaであるのに対し、骨のヤ
ング率は２０ＧＰa以下と低いためである。
【０００４】したがって、アパタイトを単なる焼結体と
してではなく、より実際の骨に近似させ、有機物と複合
してヤング率を低めることは望ましいことであるが、未
だ実現されていない。
してではなく、より実際の骨に近似させ、有機物と複合
してヤング率を低めることは望ましいことであるが、未
だ実現されていない。
【０００５】本発明の目的は、かゝる状況を鑑みて、ア
パタイトと有機物を複合し、生物の骨に近似した物性を
有する成型体とする技術を提供することにある。
パタイトと有機物を複合し、生物の骨に近似した物性を
有する成型体とする技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】アパタイトと有機物を単
に混合しただけでは、生骨に似た強度と弾性を兼ね備え
た成型体はできない。また、アパタイトはその焼結温度
が１２００℃前後と高く、単なる焼結では有機物と複合
することはできない。本発明者は、焼結温度を大幅に低
下させるための方策を検討した結果、アパタイトの焼結
の際に水分が共存すると焼結がより低い温度で進行する
こと、更に、アパタイトの焼結の際に圧力を加えると焼
結がより低い温度で進行することを見い出した。このよ
うな方法によれば、粒径が１００nm程度のアパタイトの
微細な結晶粒がコラーゲンなどの高分子と直接接する構
造となり、水に浸しても水に溶けず、強度と弾性を保持
できることを見出した。以上の知見に基づいて本発明を
完成したものである。
に混合しただけでは、生骨に似た強度と弾性を兼ね備え
た成型体はできない。また、アパタイトはその焼結温度
が１２００℃前後と高く、単なる焼結では有機物と複合
することはできない。本発明者は、焼結温度を大幅に低
下させるための方策を検討した結果、アパタイトの焼結
の際に水分が共存すると焼結がより低い温度で進行する
こと、更に、アパタイトの焼結の際に圧力を加えると焼
結がより低い温度で進行することを見い出した。このよ
うな方法によれば、粒径が１００nm程度のアパタイトの
微細な結晶粒がコラーゲンなどの高分子と直接接する構
造となり、水に浸しても水に溶けず、強度と弾性を保持
できることを見出した。以上の知見に基づいて本発明を
完成したものである。
【０００７】すなわち、本発明は、結晶粒径が０．５μ
ｍ以下のアパタイト粉体と、有機物と、５〜４０重量％
の水分とを含有する焼結成型体であって、２ＧＰａ〜１
００ＭＰａの範囲のヤング率を有することを特徴とする
アパタイト・有機物複合体を要旨としている。
ｍ以下のアパタイト粉体と、有機物と、５〜４０重量％
の水分とを含有する焼結成型体であって、２ＧＰａ〜１
００ＭＰａの範囲のヤング率を有することを特徴とする
アパタイト・有機物複合体を要旨としている。
【０００８】また、その製造法は、結晶粒径が０．５μ
ｍ以下のアパタイト粉と有機物とを含有する組成物粉体
に、５〜４０重量％の水分を含浸させ、２００℃以下０
℃以上の温度範囲に保持しながら５０ＭＰａ以上に加圧
して焼結し、２ＧＰａ〜１００ＭＰａの範囲のヤング率
を有する成型体を作製することを特徴としている。
ｍ以下のアパタイト粉と有機物とを含有する組成物粉体
に、５〜４０重量％の水分を含浸させ、２００℃以下０
℃以上の温度範囲に保持しながら５０ＭＰａ以上に加圧
して焼結し、２ＧＰａ〜１００ＭＰａの範囲のヤング率
を有する成型体を作製することを特徴としている。
【０００９】
【作用】以下に本発明を更に詳細に説明する。
【００１０】アパタイトと有機物を単に混合しただけで
は、生骨に似た強度と弾性を兼ね備えた成型体はできな
い。これは、コラーゲンなどの生体高分子有機物とアパ
タイト粉とを混合しても、水に浸すと混合物は膨潤し、
ついには溶けてしまうからである。
は、生骨に似た強度と弾性を兼ね備えた成型体はできな
い。これは、コラーゲンなどの生体高分子有機物とアパ
タイト粉とを混合しても、水に浸すと混合物は膨潤し、
ついには溶けてしまうからである。
【００１１】したがって、アパタイトセメントにコラー
ゲンなどを混合した後に固化させるか、又は先ずアパタ
イトを焼結させ、多孔体を作り、これに有機物を含浸さ
せて複合体とすることが考えられる。しかし、このよう
な含浸による複合体では、弾性が認められず、弱いもの
しか作れない。
ゲンなどを混合した後に固化させるか、又は先ずアパタ
イトを焼結させ、多孔体を作り、これに有機物を含浸さ
せて複合体とすることが考えられる。しかし、このよう
な含浸による複合体では、弾性が認められず、弱いもの
しか作れない。
【００１２】このため、少なくとも、アパタイトを有機
物の存在下で焼結する必要がある。しかし、アパタイト
はその焼結温度が１２００℃前後と高く、単なる焼結で
は有機物と複合することはできない。
物の存在下で焼結する必要がある。しかし、アパタイト
はその焼結温度が１２００℃前後と高く、単なる焼結で
は有機物と複合することはできない。
【００１３】一方、本発明では、焼結温度を大幅に低下
させるための方策として、アパタイトの焼結の際に水分
を共存させること、圧力を加えることを特徴としてい
る。これにより、焼結をより低い温度で進行させること
ができる。特に、液体の水を含むアパタイト粉に圧力を
加えると、室温でもアパタイト粉は固まり、高温で焼結
させたアパタイトに類似した成型体となる。したがっ
て、予めアパタイトと有機物を複合しておいてから水共
存下で圧力を加えると、有機物を複合したアパタイト成
型体が得られる。
させるための方策として、アパタイトの焼結の際に水分
を共存させること、圧力を加えることを特徴としてい
る。これにより、焼結をより低い温度で進行させること
ができる。特に、液体の水を含むアパタイト粉に圧力を
加えると、室温でもアパタイト粉は固まり、高温で焼結
させたアパタイトに類似した成型体となる。したがっ
て、予めアパタイトと有機物を複合しておいてから水共
存下で圧力を加えると、有機物を複合したアパタイト成
型体が得られる。
【００１４】すなわち、具体的には、結晶粒径が０．５
μｍ以下のアパタイト粉と有機物とを含有する組成物粉
体に、５〜４０重量％の水分を含浸させ、２００℃以下
０℃以上の温度範囲に保持しながら５０ＭＰａ以上に加
圧して焼結する。
μｍ以下のアパタイト粉と有機物とを含有する組成物粉
体に、５〜４０重量％の水分を含浸させ、２００℃以下
０℃以上の温度範囲に保持しながら５０ＭＰａ以上に加
圧して焼結する。
【００１５】これにより、個々のアパタイト結晶粒と生
体有機高分子が直接接している構造に構成することがで
きる。アパタイトと有機分子との接触面積は、アパタイ
ト結晶粒径の平均値の二乗に逆比例して増大すると近似
的に予測される。アパタイト結晶粒が微細で、その結
果、有機分子との接触面積がある閾値を超えると、複合
体の物性がこの接触面の物性に支配され、生骨に近い特
有の弾性が生ずることが判明した。
体有機高分子が直接接している構造に構成することがで
きる。アパタイトと有機分子との接触面積は、アパタイ
ト結晶粒径の平均値の二乗に逆比例して増大すると近似
的に予測される。アパタイト結晶粒が微細で、その結
果、有機分子との接触面積がある閾値を超えると、複合
体の物性がこの接触面の物性に支配され、生骨に近い特
有の弾性が生ずることが判明した。
【００１６】したがって、本発明においては、アパタイ
トの粒径は０.５μm以下の微細なものを用いる。これに
より、アパタイトと有機分子の接触面が十分広くなり、
生骨に近い弾性が発現する。
トの粒径は０.５μm以下の微細なものを用いる。これに
より、アパタイトと有機分子の接触面が十分広くなり、
生骨に近い弾性が発現する。
【００１７】有機物としては、分子量が１万以上、好ま
しくは数万以上の高分子有機物が望ましい。例えば、多
糖類、硬蛋白質などが挙げられる。有機物とアパタイト
の混合比は弾性及び強度との兼ね合いから適宜決められ
る。
しくは数万以上の高分子有機物が望ましい。例えば、多
糖類、硬蛋白質などが挙げられる。有機物とアパタイト
の混合比は弾性及び強度との兼ね合いから適宜決められ
る。
【００１８】アパタイトと共存させる水分は、アパタイ
ト・有機物複合体に含浸されていることが必要である。
そのためには少なくとも５重量％の水分が必要である。
しかし、水分が４０重量％を超えると、得られる複合体
の強度が低いので好ましくない。
ト・有機物複合体に含浸されていることが必要である。
そのためには少なくとも５重量％の水分が必要である。
しかし、水分が４０重量％を超えると、得られる複合体
の強度が低いので好ましくない。
【００１９】焼結条件は、５０ＭＰa以上の圧力が必要
であり、温度は２００℃以下０℃以上でよい。圧力が５
０ＭＰaより低いと、焼結の進行が遅く、得られる焼結
体の強度が弱いので好ましくない。温度は室温でよい
が、０℃より低い温度では水が凍結してしまうため焼結
が進行しなくなり、また２００℃を超えると複合しよう
とする有機物が変質、分解してしまうので好ましくな
い。
であり、温度は２００℃以下０℃以上でよい。圧力が５
０ＭＰaより低いと、焼結の進行が遅く、得られる焼結
体の強度が弱いので好ましくない。温度は室温でよい
が、０℃より低い温度では水が凍結してしまうため焼結
が進行しなくなり、また２００℃を超えると複合しよう
とする有機物が変質、分解してしまうので好ましくな
い。
【００２０】次に本発明の実施例を示す。
【００２１】市販のコラーゲン溶液(濃度２重量％、等
電点９.５、pＨ３)５００gを８リットルの純水に希釈
し、これにリン酸０.６モルを加え混合溶液とした。別
に炭酸カルシウム１モルを９００℃で空気中に１０時間
保持して酸化カルシウムを得た。これを乳鉢で微粉体と
した後、３リットルの純水に投入して水酸化カルシウム
の懸濁液を得た。
電点９.５、pＨ３)５００gを８リットルの純水に希釈
し、これにリン酸０.６モルを加え混合溶液とした。別
に炭酸カルシウム１モルを９００℃で空気中に１０時間
保持して酸化カルシウムを得た。これを乳鉢で微粉体と
した後、３リットルの純水に投入して水酸化カルシウム
の懸濁液を得た。
【００２２】水酸化カルシウムの懸濁液を著しく撹拌し
ながら、上記コラーゲン・燐酸混合溶液を徐々に加え
た。加え終わった後、生じた沈殿を濾過、乾燥して、水
分含有量３１重量％とした。これを金属カプセルに排気
封入して４０℃、２００ＭＰaで８時間保持した。この
ようにして得られたアパタイト・コラーゲン複合体の密
度は１.７５g／ml、ヤング率は２ＧＰa、圧縮強度６.５
ＭＰaであった。
ながら、上記コラーゲン・燐酸混合溶液を徐々に加え
た。加え終わった後、生じた沈殿を濾過、乾燥して、水
分含有量３１重量％とした。これを金属カプセルに排気
封入して４０℃、２００ＭＰaで８時間保持した。この
ようにして得られたアパタイト・コラーゲン複合体の密
度は１.７５g／ml、ヤング率は２ＧＰa、圧縮強度６.５
ＭＰaであった。
【００２３】また、アパタイトとコラーゲンの混合比を
変化させて同様の処理を行ったところ、コラーゲンの混
合比率の低下に伴い、ヤング率は１００ＭＰａまで上昇
し、圧縮強度も３０ＭＰａまで増加し、コラーゲンの混
合比が低下するに伴い、硬く脆くなることが確認され
た。
変化させて同様の処理を行ったところ、コラーゲンの混
合比率の低下に伴い、ヤング率は１００ＭＰａまで上昇
し、圧縮強度も３０ＭＰａまで増加し、コラーゲンの混
合比が低下するに伴い、硬く脆くなることが確認され
た。
【００２４】上記実施例によって得られた試験片は、ヤ
ング率２ＧＰaであり、アパタイト焼結体に比較して大
幅に低くできている。このアパタイトとコラーゲンの混
合比を変えると、このヤング率はこの２ＧＰaから１０
０ＭＰaまでの任意の数値にできるので、部位によって
異なる骨のヤング率に合わせてインプラント材を設計製
造できる。
ング率２ＧＰaであり、アパタイト焼結体に比較して大
幅に低くできている。このアパタイトとコラーゲンの混
合比を変えると、このヤング率はこの２ＧＰaから１０
０ＭＰaまでの任意の数値にできるので、部位によって
異なる骨のヤング率に合わせてインプラント材を設計製
造できる。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のアパタイ
ト・有機物複合体によれば、生骨に結合、同化させるこ
とが容易なインプラント材として提供することができ
る。その際、生骨のヤング率２０ＧＰa以下であるのに
対し、ヤング率は２ＧＰaから１００ＭＰaまでの任意の
数値にでき、部位によって異なる骨のヤング率に合わせ
られるので、生体親和性が高く、患者の苦痛をより少な
くできるインプラント材であり、その効果は顕著であ
る。
ト・有機物複合体によれば、生骨に結合、同化させるこ
とが容易なインプラント材として提供することができ
る。その際、生骨のヤング率２０ＧＰa以下であるのに
対し、ヤング率は２ＧＰaから１００ＭＰaまでの任意の
数値にでき、部位によって異なる骨のヤング率に合わせ
られるので、生体親和性が高く、患者の苦痛をより少な
くできるインプラント材であり、その効果は顕著であ
る。
Claims (4)
- 【請求項１】 結晶粒径が０．５μｍ以下のアパタイト
粉体と、有機物と、５〜４０重量％の水分とを含有する
焼結成型体であって、２ＧＰａ〜１００ＭＰａの範囲の
ヤング率を有することを特徴とするアパタイト・有機物
複合体。 - 【請求項２】 有機物は、分子量が１万以上の高分子有
機物である請求項１記載のアパタイト・有機物複合体。 - 【請求項３】 結晶粒径が０．５μｍ以下のアパタイト
粉と有機物とを含有する組成物粉体に、５〜４０重量％
の水分を含浸させ、２００℃以下０℃以上の温度範囲に
保持しながら５０ＭＰａ以上に加圧して焼結し、２ＧＰ
ａ〜１００ＭＰａの範囲のヤング率を有する成型体を作
製することを特徴とするアパタイト・有機物複合体の製
造法。 - 【請求項４】 有機物は、分子量が１万以上の高分子有
機物である請求項３記載のアパタイト・有機物複合体の
製造法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5271265A JP2775386B2 (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | アパタイト・有機物複合体とその製造法 |
| US08/302,016 US5514210A (en) | 1993-10-04 | 1994-09-09 | Apatite-organic material complex and process for its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5271265A JP2775386B2 (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | アパタイト・有機物複合体とその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07101708A JPH07101708A (ja) | 1995-04-18 |
| JP2775386B2 true JP2775386B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=17497676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5271265A Expired - Lifetime JP2775386B2 (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | アパタイト・有機物複合体とその製造法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5514210A (ja) |
| JP (1) | JP2775386B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3592920B2 (ja) * | 1998-01-19 | 2004-11-24 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 有機無機配向性複合材料の製造方法 |
| KR100384311B1 (ko) | 1998-11-13 | 2003-05-16 | 미쯔이카가쿠 가부시기가이샤 | 분산안정성이 우수한 유기중합체/무기미립자분산수용액 및그 용도 |
| DE19930335A1 (de) * | 1999-07-02 | 2001-01-18 | Henkel Kgaa | Kompositmaterialien aus Calciumverbindungen und Proteinkomponenten |
| JP4790917B2 (ja) * | 2001-02-23 | 2011-10-12 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 人工椎体 |
| JP4408603B2 (ja) * | 2001-10-19 | 2010-02-03 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 有機無機複合生体材料およびその製造方法 |
| WO2003092759A1 (fr) | 2002-05-01 | 2003-11-13 | Japan Science And Technology Agency | Procede de preparation d'un materiau composite poreux |
| DE60318613T2 (de) | 2002-11-06 | 2008-12-24 | Hoya Corp. | Apatit/collagen-vernetztes poröses material mit selbstorganisiertem apatit/collagen-verbundstoff und herstellungsverfahren dafür |
| WO2006049032A1 (ja) * | 2004-11-01 | 2006-05-11 | Tokyo Medical And Dental University | ナノゲル－アパタイト複合体の調製 |
| DE102006009793A1 (de) * | 2005-10-31 | 2007-09-06 | Sus Tech Gmbh & Co. Kg | Verwendung von schwer wasserlöslichen Calciumsalzen und/oder deren Kompositen |
| DE102006009799A1 (de) * | 2006-03-01 | 2007-09-06 | Henkel Kgaa | Vorwiegend plättchenförmige schwer wasserlösliche Calciumsalze und/oder deren Kompositmaterialien, umfassend diese |
| DE102006060910A1 (de) * | 2006-12-20 | 2008-07-03 | Henkel Kgaa | Suspensionen von Kompositmaterialien |
| JP2009095650A (ja) * | 2008-07-31 | 2009-05-07 | National Institute For Materials Science | 人工椎体 |
| WO2013157638A1 (ja) | 2012-04-19 | 2013-10-24 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | HAp/Col複合体によって被覆された生体材料 |
| US11234747B2 (en) | 2015-02-25 | 2022-02-01 | National University Corporation Tokyo Medical And Dental University | Medical device, device structures for dentistry, for head and neck surgery and for orthopedic surgery, and method for bonding medical device to bone |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2967060D1 (en) * | 1979-12-18 | 1984-07-19 | Oscobal Ag | Bone replacement material and process for producing a bone replacement material |
| US4503157A (en) * | 1982-09-25 | 1985-03-05 | Ina Seito Co., Ltd. | Sintered apatite bodies and composites thereof |
| JPS62221358A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-29 | 東燃株式会社 | 骨欠損部及び空隙部充填材 |
| US4865602A (en) * | 1986-11-06 | 1989-09-12 | Collagen Corporation | Gamma irradiation of collagen/mineral mixtures |
| JPH01126249A (ja) * | 1987-11-11 | 1989-05-18 | Toa Nenryo Kogyo Kk | 合成アパタイト成形物及びその製造方法 |
| JPH02180709A (ja) * | 1988-12-29 | 1990-07-13 | Tonen Corp | 多孔質球状アパタイト系化合物及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-10-04 JP JP5271265A patent/JP2775386B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-09-09 US US08/302,016 patent/US5514210A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5514210A (en) | 1996-05-07 |
| JPH07101708A (ja) | 1995-04-18 |
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