JP3101999B2 - 人工骨及び人工歯とその製造法 - Google Patents

人工骨及び人工歯とその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は腫瘍摘出、外傷等により失われた骨組織を修
復治療するための人工骨及びその製造法並びに歯牙疾患
などにより失われた歯を修復治療するための歯根を備え
た人工歯及びその製造法に関する。
<従来の技術及びその問題点> 生体の硬組織代替物質として生体との親和性に優れた
セラミック系材料例えば、アルミナ、カーボン、リン酸
三カルシウム或いはヒドロキシアパタイトの焼結体若し
くは単結晶等が用いられている。
これらの焼結体若しくは単結晶を人工骨及び人工歯と
して使用する試みもなされているが、実際治療を必要と
する骨欠損部の形状は一定でなく、かつ、複雑な形状を
しており、その形状に適合するようこれらの焼結体若し
くは単結晶を加工することは困難であり、さらにこれら
焼結体若しくは単結晶を充てんしたとしても、充てんし
た周囲の骨組織よりも著しく硬いため充てん材周辺でそ
の刺激による骨吸収がおこり、ルーズニング等の問題点
が残されている。
一方、焼結体を機械的方法により、若しくは粉末に可
熱性ファイバーを成型時に加えて成型しこれを焼結する
方法などにより多孔体とし、これを骨欠損部及び空隙部
の充てん材として使用する方法も考えられるが、人工骨
及び人工歯として用いるには強度的に不十分である等の
欠点がある。
また最近、人工骨及び人工歯として前記欠点を克服し
たリン酸カルシウム化合物と有機重合体とを含む複合物
(特開昭61−68054)が開発されている。
しかしながら前記複合物にも製造する際に、リン酸カ
ルシウム化合物の混合割合を増大させると、均一な組成
が得られにくいという欠点があり、更に複合物自体を生
理食塩水中に長時間浸漬させると、強度劣化が生じる等
の欠点を有しているのが実状である。
<発明の目的> 本発明の目的は、生体適合性に優れ、強度が高く生理
食塩水中に長時間浸漬させても強度劣化の少ない人工骨
及び人工歯を提供することにある。
本発明の別な目的は、撹拌操作性が容易であり均一な
組成を有する人工骨及び人工歯の製造法を提供すること
にある。
<問題点を解決するための手段> 本発明によれば、リン酸カルシウム化合物と有機重合
体とを含む人工骨及び人工歯において、4−メタクリロ
イルオキシエトキシカルボニルフタル酸、p−ビニル安
息香酸、2−メタクリロイルオキシエチルホスフェー
ト、10−メタクリロイルオキシデシルチオホスフェート
又はこれらの無水物からなる群より選択される改質剤に
より、表面を改質したリン酸カルシウム化合物10〜90%
(体積比)と有機重合体90〜10%(体積比)とを含有す
ることを特徴とする人工骨及び人工歯が提供される。
また本発明によれば、リン酸カルシウム化合物と有機
重合体とを含む人工骨及び人工歯を製造するにあたり、
リン酸カルシウム化合物の表面を、4−メタクリロイル
オキシエトキシカルボニルフタル酸、p−ビニル安息香
酸、2−メタクリロイルオキシエチルホスフェート、10
−メタクリロイルオキシデシルチオホスフェート又はこ
れらの無水物からなる群より選択される改質剤により改
質し、次いで前記表面改質されたリン酸カルシウム化合
物と有機重合体の原料モノマーとを混合し、加熱、重合
することを特徴とする人工骨及び人工歯の製造法が提供
される。
以下本発明を更に詳細に説明する。
本発明の人工骨及び人工歯は、表面を改質剤により改
質したリン酸カルシウム化合物と有機重合体とを含有し
てなる複合物である。
本発明に使用するリン酸カルシウム化合物としてはリ
ン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、リン酸四カ
ルシウム、オキシアパタイト、ピロリン酸カルシウム、
フッ素アパタイト、ヒドロキシアパタイトの水酸基の1
部がフッ素イオンで置換された化合物及びこれらの混合
物等を挙げることができるが、これらのうちで新生骨の
生成速度が早いもの、すなわちリン酸三カルシウム、ヒ
ドロキシアパタイト、フッ素アパタイト若しくはリン酸
四カルシウムのうちから選ばれた1種若しくは2種以上
の混合物等を用いることが好ましい。中でも、ヒドロキ
シアパタイトは新生骨生成速度が最も早いことから、最
も好ましいものと言える。ヒドロキシアパタイトの中で
も500℃以上、特に好ましくは700℃以上で熱処理して得
たヒドロキシアパタイトが特に新生骨の生成が早く好ま
しい。熱処理の上限温度については特に限定されるもの
ではないが、ヒドロキシアパタイトが分解を開始するの
で、分解温度以下とすべきである。また本発明にて使用
し得るリン酸カルシウム化合物は湿式法、乾式法、水熱
法などの公知の製造方法により、人工的に合成されたも
のであっても又、骨などから得られる天然のものを用い
てもよい。
本発明において、リン酸カルシウム化合物の表面を改
質させる改質剤としては、例えば、4−メタクリロイル
オキシエトキシカルボニルフタル酸(以下4−MECPと称
す)、4−メタクリロイルオキシエトキシカルボニルフ
タル酸無水物(以下4−MECPAと称す)、p−ビニル安
息香酸等の不飽和ポリカルボン酸及びその無水物;2−メ
タクリロイルオキシエチルホスフェート等の不飽和ポリ
リン酸及びその無水物;10−メタクリロイルオキシデシ
ルチオホスフェート等の不飽和ポリチオリン酸及びその
無水物等を好ましく挙げることができる。該改質剤の使
用量は、リン酸カルシウム化合物と有機重合体の原料モ
ノマーとの親和性を向上させ、混合時に容易に均一化で
き、且つ人工骨及び人工歯の強度劣化を防止するように
前記リン酸カルシウム化合物の表面が改質可能であれ
ば、特に限定されるものではないが、リン酸カルシウム
化合物100重量部に対して、0.05重量部以上、特に好ま
しくは、0.1〜0.5重量部の改質剤を用いることが最も高
強度のものが得られるので望ましい。この際、改質剤の
量を増やすことは可能ではあるが、経済的及び生体親和
性の点から2.0以下にすることが好ましい。また改質剤
の中でも、4−MECPA、4−MECPは、少量で改質するこ
とができるので特に好ましい。また改質方法もリン酸カ
ルシウム化合物の表面を改質することができればいかな
る方法も用いることができ、例えばメタクリル酸メチ
ル、メタクリル酸トリフルオロエチル等の有機重合体の
モノマー、アセトン等の溶媒に改質剤を溶解し、次いで
リン酸カルシウム化合物を投入し、3〜10分間撹拌後、
リン酸カルシウム化合物の沈殿物を自然乾燥又は加熱乾
燥等の方法により改質することができる。
本発明に用いる有機重合体としては生体に対し毒性が
なければ特に限定されるものではないが、たとえばポリ
乳酸ポリグリコール酸などのカルボン酸系重合体;ポリ
メタクリル酸メチル(以下PMMAと称す)、ポリ(メタク
リル酸トリフルオロエチル)(以下、PTFEMAと称す)な
どのカルボン酸エステル系重合体;及びポリエチレン
(以下PEと称す)、ポリプロピレンなどのオレフィン系
重合体;を用いることができる。これらのうちでは強度
及びリン酸カルシウム化合物との親和性が高いという点
からPMMA、PTFEMAが好ましい。
前記表面を改質剤により改質したリン酸カルシウム化
合物と前記有機重合体との配合割合は、表面改質された
リン酸カルシウム化合物10〜90%(体積比)、好ましく
は50〜80%(体積比)、及び有機重合体90〜10%(体積
比)、好ましくは50〜20%(体積比)でなければならな
い。前記表面改質されたリン酸カルシウム化合物の配合
割合が10%未満であると、人工骨及び人工歯の生体適合
性が悪くなり且つ周囲への新生骨の生成がほとんど認め
られなくなり、一方、90%を越えると人工骨及び人工歯
の加工が困難となるため欠損部の形状にあわせて加工す
ることが不可能となる。配合割合が50〜80%の範囲では
人工骨及び人工歯の周囲への新生骨の生成量も多く、か
つ物生値も骨に近くできるため好ましい。
本発明の人工骨及び人工歯を製造するには、まず前記
改質方法等によりリン酸カルシウム化合物の表面を改質
し、有機重合体の原料との親和性を向上させる。この際
表面改質されたリン酸カルシウム化合物の形状は、粉末
状又は顆粒状であることが好ましい。次いで前記表面改
質されたリン酸カルシウム化合物と前記有機重合体の原
料モノマーとを、例えば歯科用ミキサー等により混合
後、好ましくは40℃〜110℃の温度範囲にて加熱し、重
合することにより製造することができる。この際の前記
重合法としては、例えば所望の形状をした型枠内に前記
混合物を入れ、水槽中で徐々に加熱し、次いで反応を完
全に終了せしめ、残留モノマーをなくすために、110℃
の乾燥機で加熱する等の方法を用いることができる。
人工骨及び人工歯の物性をより骨のそれに近似させた
い場合、若しくは生体にインプラントした場合の安全を
考え、より高強度、高靭性のものとしたい場合には中心
部に金属棒又は板等を入れることもできる。この場合、
金属としては上記目的に合う限り特に限定されないが、
リン酸カルシウム化合物と有機重合体との混合物に何ら
かの原因でクラック等が入った場合も考えられるため、
生体に対し毒性が少ないか又は無いといわれているステ
ンレス(316L)やチタン等を用いることが好ましいとい
える。中心部に金属を入れる場合、その外側に金属が露
出しないように入れることが好ましい。金属との接着に
は接着剤をもちいるがその種類は所期の接着強度が得ら
れる限り、特に限定されるものではない。本発明のリン
酸カルシウム化合物と有機重合体との混合物は金属との
接着性が他の材料に比し良好であり、且つ靭性が高いた
め曲げねじれに対しクラックが入りにくい。
<発明の効果> 本発明によれば、原料であるリン酸カルシウム化合物
の表面を改質することによって、強度が高く、生理食塩
水中に長時間浸漬させても強度劣化の少ない人工骨及び
人工歯を提供することができ、更に表面改質されたリン
酸カルシウム化合物を用いることにより、有機重合体と
の親和性が向上され、混合する際に、特別な混合法及び
熟練等を必要とせず、容易にリン酸カルシウム化合物と
有機重合体モノマーとを均一に混合することができる人
工骨及び人工歯の製造法を提供することが可能である。
<実施例> 以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説
明する。
実施例1 アセトンに改質剤として、4−MECPを溶解し、次いで
リン酸カルシウム化合物としてリン酸三カルシウム及び
ヒドロキシアパタイトの各粉末を投入後、夫々を沈殿さ
せ該沈殿物を乾燥させリン酸三カルシウム及びヒドロキ
シアパタイトの表面を改質した。その後夫々の該沈殿物
にPMMA、PTFEMAの各モノマーを夫々混合し、加熱、重合
させリン酸カルシウム化合物と有機重合体との混合物を
作製したところ、リン酸カルシウム化合物と有機重合体
とのぬれが非常によく、混合が容易であった。この場合
いずれも配合割合はリン酸カルシウム化合物の割合を80
%(体積比)とした。
これら各混合物を5×5×5mmの大きさに切断し、成
犬脛骨に作製した欠損(5×5×5mm)に充てんし、術
後1週〜6ヶ月まで経時的に観察し、その結果、いづれ
も混合物周囲に直接接して新生骨の生成が認められた
が、なかでもヒドロキシアパタイトとPMMAの場合、ヒド
ロキシアパタイトとPTFEMAの場合が新生骨の生成量が最
も多かった。
実施例2 リン酸カルシウム化合物としてヒドロキシアパタイト
のみを用いた以外は全て実施例1と同様にリン酸カルシ
ウム化合物と有機重合体との混合物を作製した。これら
混合物を乾燥状態及び生体中に近似させるため生理食塩
水(37℃)中に3か月間浸漬後ぬれたままの状態で夫々
曲げ強度を測定した。曲げ試験はJIS R 1601にしたが
い、三点曲げにて実施した。その結果を表1に示す。
比較例1 ヒドロキシアパタイト粉末の表面処理を行なわない以
外は全て実施例2と同様にして曲げ強度を測定した。そ
の結果を表1に示す。また、この際、ヒドロキシアパタ
イト粉末とPMMA又はPTFEMAとのぬれが悪く混合が困難で
あり、均一な組成が得られにくかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 昌弘 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三菱鉱業セメント株式会社セラミックス 研究所内 (72)発明者 新井 和行 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三菱鉱業セメント株式会社セラミックス 研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−216050(JP,A) 特開 昭61−68054(JP,A) 特開 昭62−211069(JP,A) 特開 平1−121059(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61L 27/ A61C 13/ A61K 6/

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リン酸カルシウム化合物と有機重合体とを
    含む人工骨及び人工歯において、 4−メタクリロイルオキシエトキシカルボニルフタル
    酸、p−ビニル安息香酸、2−メタクリロイルオキシエ
    チルホスフェート、10−メタクリロイルオキシデシルチ
    オホスフェート又はこれらの無水物からなる群より選択
    される改質剤により、表面を改質したリン酸カルシウム
    化合物10〜90%(体積比)と有機重合体90〜10%(体積
    比)とを含有することを特徴とする人工骨及び人工歯。
  2. 【請求項2】リン酸カルシウム化合物と有機重合体とを
    含む人工骨及び人工歯を製造するにあたり、 リン酸カルシウム化合物の表面を、4−メタクリロイル
    オキシエトキシカルボニルフタル酸、p−ビニル安息香
    酸、2−メタクリロイルオキシエチルホスフェート、10
    −メタクリロイルオキシデシルチオホスフェート又はこ
    れらの無水物からなる群より選択される改質剤により改
    質し、次いで前記表面改質されたリン酸カルシウム化合
    物と有機重合体の原料モノマーとを混合し、加熱、重合
    することを特徴とする人工骨及び人工歯の製造法。
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