JP3143660B2 - 亜鉛含有リン酸三カルシウムからなるセラミックス及び亜鉛徐放性生体用セラミックス - Google Patents
亜鉛含有リン酸三カルシウムからなるセラミックス及び亜鉛徐放性生体用セラミックスInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛含有リン酸三
カルシウムからなるセラミックスに関する。
カルシウムからなるセラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】硬組織代替用として既に使用が認められ
た生体用セラミックスは、アルミナ、水酸アパタイト、
リン酸三カルシウム、ＡＷ結晶化ガラス、炭素等であ
る。これらの材料を硬組織代替用として用いる場合に
は、組織修復促進、骨形成促進、骨吸収防止という薬理
的作用を、これらの材料が有しているわけではない。従
って、これらの材料には、これらの作用を付与するため
に他の薬剤を添加又は服用することが必要となる。とこ
ろで、亜鉛が生体内に入ると、高濃度の場合には毒性を
発現するが、ある特定の濃度範囲では、上記の三つの薬
理的作用を有していることが知られおり、硬組織代替用
として用いる生体用セラミックスには、亜鉛を用いるこ
とが試みられている。そして、生体用セラミックスに亜
鉛を添加したＺｎＯ（１０−５０ｗｔ％）−ＣａＯ（３
０−４０ｗｔ％）−Ｐ２Ｏ５（１０−４０ｗｔ％）系及
びＺｎＳＯ４（１０−５０ｗｔ％）−ＣａＯ（３０−４
０ｗｔ％）−Ｐ２Ｏ５（１０−４０ｗｔ％）系セラミッ
クスからなる生体用セラミックスが既に提案されてい
る。上記の亜鉛を含有する生体用セラミックスにおいて
は、亜鉛の含有量が多い結果となっている。そのため
に、生体適合性（安全性）が低い相であると言われてい
る、リン酸三カルシウムおよび水酸アパタイト以外の相
を含有しており、その結果、上記の亜鉛を含有する生体
用セラミックスは生体適合性（安全性）が低いという問
題点を有していた。また、上記の亜鉛を含有する生体用
セラミックスに上記の三つの薬理的作用が実際に有るか
どうか調べた動物実験の結果では、薬理的作用は認めら
れていない。上記の亜鉛を含有する生体用セラミックス
に薬理的作用が認められない理由としては、生体適合性
の低いことが原因とされている。一方、リン酸三カルシ
ウム相又は水酸アパタイト相又はこれら両相から成る生
体用セラミックスは、線維性結合組織の介在なしに材料
と骨が直接結合するほど生体適合性が高い。リン酸三カ
ルシウム相単独又はこれに水酸アパタイトを加えた２相
から構成され、同時に、上記三つの作用を有する濃度で
亜鉛を持続的に徐放する機能を有するセラミックスがあ
れば、生体適合性が高く、なおかつ上記三つの薬理的作
用を有する生体用セラミックスとなる。しかしながら、
そのような生体用セラミックスは現在存在していない。
硬組織代替用の生体用セラミックスにおいては、上記三
つの作用を有する亜鉛徐放性の性質を有し、リン酸三カ
ルシウム相単独又はこれに水酸アパタイトを加えた２相
から構成される生体適合性が高い亜鉛含有生体用セラミ
ックスの開発が望まれてきた。
た生体用セラミックスは、アルミナ、水酸アパタイト、
リン酸三カルシウム、ＡＷ結晶化ガラス、炭素等であ
る。これらの材料を硬組織代替用として用いる場合に
は、組織修復促進、骨形成促進、骨吸収防止という薬理
的作用を、これらの材料が有しているわけではない。従
って、これらの材料には、これらの作用を付与するため
に他の薬剤を添加又は服用することが必要となる。とこ
ろで、亜鉛が生体内に入ると、高濃度の場合には毒性を
発現するが、ある特定の濃度範囲では、上記の三つの薬
理的作用を有していることが知られおり、硬組織代替用
として用いる生体用セラミックスには、亜鉛を用いるこ
とが試みられている。そして、生体用セラミックスに亜
鉛を添加したＺｎＯ（１０−５０ｗｔ％）−ＣａＯ（３
０−４０ｗｔ％）−Ｐ２Ｏ５（１０−４０ｗｔ％）系及
びＺｎＳＯ４（１０−５０ｗｔ％）−ＣａＯ（３０−４
０ｗｔ％）−Ｐ２Ｏ５（１０−４０ｗｔ％）系セラミッ
クスからなる生体用セラミックスが既に提案されてい
る。上記の亜鉛を含有する生体用セラミックスにおいて
は、亜鉛の含有量が多い結果となっている。そのため
に、生体適合性（安全性）が低い相であると言われてい
る、リン酸三カルシウムおよび水酸アパタイト以外の相
を含有しており、その結果、上記の亜鉛を含有する生体
用セラミックスは生体適合性（安全性）が低いという問
題点を有していた。また、上記の亜鉛を含有する生体用
セラミックスに上記の三つの薬理的作用が実際に有るか
どうか調べた動物実験の結果では、薬理的作用は認めら
れていない。上記の亜鉛を含有する生体用セラミックス
に薬理的作用が認められない理由としては、生体適合性
の低いことが原因とされている。一方、リン酸三カルシ
ウム相又は水酸アパタイト相又はこれら両相から成る生
体用セラミックスは、線維性結合組織の介在なしに材料
と骨が直接結合するほど生体適合性が高い。リン酸三カ
ルシウム相単独又はこれに水酸アパタイトを加えた２相
から構成され、同時に、上記三つの作用を有する濃度で
亜鉛を持続的に徐放する機能を有するセラミックスがあ
れば、生体適合性が高く、なおかつ上記三つの薬理的作
用を有する生体用セラミックスとなる。しかしながら、
そのような生体用セラミックスは現在存在していない。
硬組織代替用の生体用セラミックスにおいては、上記三
つの作用を有する亜鉛徐放性の性質を有し、リン酸三カ
ルシウム相単独又はこれに水酸アパタイトを加えた２相
から構成される生体適合性が高い亜鉛含有生体用セラミ
ックスの開発が望まれてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、亜鉛
含有リン酸三カルシウムからなる新規なセラミックスを
提供することである。
含有リン酸三カルシウムからなる新規なセラミックスを
提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、特定量の亜鉛を固溶して含有するリン酸
三カルシウム、及びこれに水酸アパタイトを含むセラミ
ックスを合成したところ、このセラミックスは、骨形成
促進、骨吸収防止、組織修復促進効果のある亜鉛をセラ
ミックス材料中から徐々に放出できるものであり、リン
酸三カルシウム、又はこれに水酸アパタイトからなる相
により構成されるているので、生体適合性が高いもので
あることを見いだして、本発明を完成することができた
ものである。
決するために、特定量の亜鉛を固溶して含有するリン酸
三カルシウム、及びこれに水酸アパタイトを含むセラミ
ックスを合成したところ、このセラミックスは、骨形成
促進、骨吸収防止、組織修復促進効果のある亜鉛をセラ
ミックス材料中から徐々に放出できるものであり、リン
酸三カルシウム、又はこれに水酸アパタイトからなる相
により構成されるているので、生体適合性が高いもので
あることを見いだして、本発明を完成することができた
ものである。
【０００５】すなわち、本発明によれば、Ｚｎ０.０１
２６〜１.２６重量％（但し、０．４〜１．２６重量％
を除く。）、好ましくはＺｎ０．０６〜０．７０重量％
（０．４〜０．７０重量％を除く。）を固溶したリン酸
三カルシウム［Ｃａ３（ＰＯ４）２］から成ることを特
徴とするセラミックス、及び Ｚｎ０.０１５０〜８.０
０重量％を固溶したリン酸三カルシウムに、水酸アパタ
イト、又はリン酸三カルシウム又はその両者が添加さ
れ、全体のＺｎ含有量が０.０１２６〜１.２６重量％
（０．４〜１．２６重量％を除く。）、好ましくはＺｎ
０．０６〜０．７０重量％（０．４〜０．７０重量％を
除く。）であることを特徴とするセラミックスが、提供
される。
２６〜１.２６重量％（但し、０．４〜１．２６重量％
を除く。）、好ましくはＺｎ０．０６〜０．７０重量％
（０．４〜０．７０重量％を除く。）を固溶したリン酸
三カルシウム［Ｃａ３（ＰＯ４）２］から成ることを特
徴とするセラミックス、及び Ｚｎ０.０１５０〜８.０
０重量％を固溶したリン酸三カルシウムに、水酸アパタ
イト、又はリン酸三カルシウム又はその両者が添加さ
れ、全体のＺｎ含有量が０.０１２６〜１.２６重量％
（０．４〜１．２６重量％を除く。）、好ましくはＺｎ
０．０６〜０．７０重量％（０．４〜０．７０重量％を
除く。）であることを特徴とするセラミックスが、提供
される。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明のセラミックスは、Ｚｎ
０.０１２６〜１.２６重量％（但し、０．４〜１．２６
重量％を除く。）、好ましくはＺｎ０．０６〜０．７０
重量％（但し、０．４〜０．７重量％を除く。）を固溶
して含有するリン酸三カルシウムから成るものである。
セラミックスの製造に際しては、カルシウム化合物又は
イオン、リン化合物又はイオン、亜鉛化合物又はイオン
の固相反応又は液相反応又はメカノケミカル反応によっ
て、原料粉末を調整するが、粉体の焼結性の点から好ま
しくは液相反応によって原料粉末を調整する。液相反応
法においては、リン酸三カルシウムを形成する溶液中に
全体として含まれる亜鉛が前記割合となるように亜鉛化
合物を添加して、生成した沈澱物をろ別し、乾燥、仮焼
して、バインダーを加え、加圧成形し、焼結して製造す
る。リン酸三カルシウムを含む溶液は、カルシウムエト
キサイドなどのカルシウムアルコキサイドとリン酸溶液
の組み合わせたもの、水酸化カルシウムけんだく液にリ
ン酸を添加したもの、硝酸カルシウム溶液とリン酸アン
モニウム溶液を組み合わせたもの、及びリン酸溶液に炭
酸カルシウムを添加したものなどが用いられる。亜鉛
は、酢酸亜鉛などのカルボン酸亜鉛、硝酸亜鉛、リン酸
亜鉛、炭酸亜鉛、乳酸亜鉛などの化合物が用いられる。
上記リン酸三カルシウム溶液に、セラミックスとなった
ときに、Ｚｎの含有量が０．０１２６〜１．２６重量％
（但し、０．４〜１．２６重量％を除く。）、好ましく
は０．０６〜０．７０重量％（但し、０．４〜０．７０
重量％を除く。）となるように計算して添加する。この
ようにして、得られる溶液から得られる沈澱物を、ろ別
し、乾燥、仮焼、焼結すると、亜鉛をリン酸三カルシウ
ム相に固溶体として含んだセラミックスが得られる。上
記製造に際し、乾燥は、４０〜１５０℃、好ましくは６
０ー１００℃で行われる。バインダーとしては、加圧成
形したときに形を維持できるようにするものであれば、
差し支えない。一般にはポリビニルアルコールなどが用
いられる。焼成は、９００〜１２００℃、好ましくは、
１０５０〜１２００℃の範囲で行うことができる。亜鉛
の含有量が、０．０１２６重量％未満とすると、亜鉛を
持続的に徐放させるためには量が不十分であり、適当で
ない。一方、１．２６重量％を越える場合は、毒性が発
現することが考えられるので、適当でない。本発明にお
いては骨中亜鉛濃度の１００倍以下の亜鉛濃度となるよ
うにしている。亜鉛は骨中にすでに０.０１２６〜０.０
２００重量％含まれており、亜鉛の薬理効果を確保する
観点から、本発明の亜鉛徐放性生体用セラミックスにお
いては骨中濃度よりも高い割合の亜鉛濃度を用いること
ができる。
０.０１２６〜１.２６重量％（但し、０．４〜１．２６
重量％を除く。）、好ましくはＺｎ０．０６〜０．７０
重量％（但し、０．４〜０．７重量％を除く。）を固溶
して含有するリン酸三カルシウムから成るものである。
セラミックスの製造に際しては、カルシウム化合物又は
イオン、リン化合物又はイオン、亜鉛化合物又はイオン
の固相反応又は液相反応又はメカノケミカル反応によっ
て、原料粉末を調整するが、粉体の焼結性の点から好ま
しくは液相反応によって原料粉末を調整する。液相反応
法においては、リン酸三カルシウムを形成する溶液中に
全体として含まれる亜鉛が前記割合となるように亜鉛化
合物を添加して、生成した沈澱物をろ別し、乾燥、仮焼
して、バインダーを加え、加圧成形し、焼結して製造す
る。リン酸三カルシウムを含む溶液は、カルシウムエト
キサイドなどのカルシウムアルコキサイドとリン酸溶液
の組み合わせたもの、水酸化カルシウムけんだく液にリ
ン酸を添加したもの、硝酸カルシウム溶液とリン酸アン
モニウム溶液を組み合わせたもの、及びリン酸溶液に炭
酸カルシウムを添加したものなどが用いられる。亜鉛
は、酢酸亜鉛などのカルボン酸亜鉛、硝酸亜鉛、リン酸
亜鉛、炭酸亜鉛、乳酸亜鉛などの化合物が用いられる。
上記リン酸三カルシウム溶液に、セラミックスとなった
ときに、Ｚｎの含有量が０．０１２６〜１．２６重量％
（但し、０．４〜１．２６重量％を除く。）、好ましく
は０．０６〜０．７０重量％（但し、０．４〜０．７０
重量％を除く。）となるように計算して添加する。この
ようにして、得られる溶液から得られる沈澱物を、ろ別
し、乾燥、仮焼、焼結すると、亜鉛をリン酸三カルシウ
ム相に固溶体として含んだセラミックスが得られる。上
記製造に際し、乾燥は、４０〜１５０℃、好ましくは６
０ー１００℃で行われる。バインダーとしては、加圧成
形したときに形を維持できるようにするものであれば、
差し支えない。一般にはポリビニルアルコールなどが用
いられる。焼成は、９００〜１２００℃、好ましくは、
１０５０〜１２００℃の範囲で行うことができる。亜鉛
の含有量が、０．０１２６重量％未満とすると、亜鉛を
持続的に徐放させるためには量が不十分であり、適当で
ない。一方、１．２６重量％を越える場合は、毒性が発
現することが考えられるので、適当でない。本発明にお
いては骨中亜鉛濃度の１００倍以下の亜鉛濃度となるよ
うにしている。亜鉛は骨中にすでに０.０１２６〜０.０
２００重量％含まれており、亜鉛の薬理効果を確保する
観点から、本発明の亜鉛徐放性生体用セラミックスにお
いては骨中濃度よりも高い割合の亜鉛濃度を用いること
ができる。
【０００７】本発明のセラミックスは、Ｚｎ０.０１５
０〜８.００重量％を固溶して含有するリン酸三カルシ
ウムに、水酸アパタイト又はリン酸三カルシウム又は両
者を添加して、全体として含まれるＺｎ含有量が０.０
１２６〜１.２６重量％（０．４〜１．２６重量％を除
く。）、好ましくはＺｎ０．０６〜０．７０重量％
（０．４〜０．７０重量％を除く。）である亜鉛含有セ
ラミックスである。このセラミックスの製造に際して
は、初めにＺｎを０．０１５０〜８．００重量％の特定
量を含有する、亜鉛を固溶した状態で含有するリン酸三
カルシウムを、上記方法により製造する。次に、粉砕処
理して粉末とし、引き続いて、水酸アパタイト又はリン
酸三カルシウム又はその両者からなる粉末を混合し、バ
インダーを添加して、加圧成形後、焼結してＺｎ含有濃
度が０．０１２６〜１．２６重量％（但し、０．４〜
１．２６重量％を除く。）、好ましくは０．０６〜０．
７０重量％（０．４〜０．７０重量％を除く。）となる
ようにして、製造するものである。この製造方法におい
て、乾燥、仮焼、バインダー及び焼結の条件は、上記と
同じである。この場合には、上記の場合より高含有量の
亜鉛を含むリン酸三カルシウムを初めに製造し、これに
水酸アパタイト又はリン酸三カルシウム又は両者を添加
することで亜鉛含有量を調整し、最終的にＺｎ含有量を
０.０１２６〜１.２６重量％（但し、０．４〜１．２６
重量％を除く。）、好ましくは０．０６〜０．７０重量
％（但し、０．４〜０．７０重量％を除く。）とするこ
とが必要である。希釈以前の亜鉛固溶リン酸三カルシウ
ムの亜鉛含有量を０.０１５０〜８.００重量％とした理
由は、 亜鉛含有量が０.０１５０重量％未満では、骨中
亜鉛の最低含有量又は骨中亜鉛含有量未満の量となり、
期待する薬理効果を得ることができないこと、又、亜鉛
の含有量が８.００重量％の場合は、亜鉛のリン酸三カ
ルシウムに対する固溶限界であり、亜鉛濃度８.００重
量％以上では高温焼成時にＣａＺｎ２（ＰＯ４）２やガ
ラス相等の毒性不純物相を生成する結果となることを、
考慮して定めたものである。次に、最終的に得られるセ
ラミックスのＺｎ含有量が０．０１２６重量％未満の場
合には、亜鉛を持続的に徐放するためには不十分であ
り、適当でない。又、１．２６重量％を越える場合に
は、毒性が発現する可能性があるので、適当でない。
０〜８.００重量％を固溶して含有するリン酸三カルシ
ウムに、水酸アパタイト又はリン酸三カルシウム又は両
者を添加して、全体として含まれるＺｎ含有量が０.０
１２６〜１.２６重量％（０．４〜１．２６重量％を除
く。）、好ましくはＺｎ０．０６〜０．７０重量％
（０．４〜０．７０重量％を除く。）である亜鉛含有セ
ラミックスである。このセラミックスの製造に際して
は、初めにＺｎを０．０１５０〜８．００重量％の特定
量を含有する、亜鉛を固溶した状態で含有するリン酸三
カルシウムを、上記方法により製造する。次に、粉砕処
理して粉末とし、引き続いて、水酸アパタイト又はリン
酸三カルシウム又はその両者からなる粉末を混合し、バ
インダーを添加して、加圧成形後、焼結してＺｎ含有濃
度が０．０１２６〜１．２６重量％（但し、０．４〜
１．２６重量％を除く。）、好ましくは０．０６〜０．
７０重量％（０．４〜０．７０重量％を除く。）となる
ようにして、製造するものである。この製造方法におい
て、乾燥、仮焼、バインダー及び焼結の条件は、上記と
同じである。この場合には、上記の場合より高含有量の
亜鉛を含むリン酸三カルシウムを初めに製造し、これに
水酸アパタイト又はリン酸三カルシウム又は両者を添加
することで亜鉛含有量を調整し、最終的にＺｎ含有量を
０.０１２６〜１.２６重量％（但し、０．４〜１．２６
重量％を除く。）、好ましくは０．０６〜０．７０重量
％（但し、０．４〜０．７０重量％を除く。）とするこ
とが必要である。希釈以前の亜鉛固溶リン酸三カルシウ
ムの亜鉛含有量を０.０１５０〜８.００重量％とした理
由は、 亜鉛含有量が０.０１５０重量％未満では、骨中
亜鉛の最低含有量又は骨中亜鉛含有量未満の量となり、
期待する薬理効果を得ることができないこと、又、亜鉛
の含有量が８.００重量％の場合は、亜鉛のリン酸三カ
ルシウムに対する固溶限界であり、亜鉛濃度８.００重
量％以上では高温焼成時にＣａＺｎ２（ＰＯ４）２やガ
ラス相等の毒性不純物相を生成する結果となることを、
考慮して定めたものである。次に、最終的に得られるセ
ラミックスのＺｎ含有量が０．０１２６重量％未満の場
合には、亜鉛を持続的に徐放するためには不十分であ
り、適当でない。又、１．２６重量％を越える場合に
は、毒性が発現する可能性があるので、適当でない。
【０００８】上記のセラミックスにおいては、リン酸三
カルシウムからなるセラミックスは、イオン半径０.０
６〜０.０８ｎｍのＺｎ、Ｍｇ、Ｆｅ等のイオンを容易
に固溶して含むことができる。従って、Ｚｎ０．０１２
６〜１．２６重量％（但し、０．４〜１．２６重量％を
除く。）を固溶したリン酸三カルシウムを容易に得るこ
とができる。これに対して、水酸アパタイトは、イオン
半径０.０６〜０.０８ｎｍの上記イオンを固溶しにくい
性質を有している。ところで、リン酸三カルシウムは水
中や体液中で溶解すると、熱力学的に安定性の高い水酸
アパタイトに転化する。そこで、当初、リン酸三カルシ
ウムに亜鉛を固溶させて含ませておき、リン酸三カルシ
ウム単独又は水酸アパタイトとの複合セラミックスとす
れば、亜鉛含有リン酸三カルシウムは溶解してＣａ、
Ｐ、Ｚｎイオンとなり、溶解によって生成したＣａとＰ
イオンのみを水酸アパタイトに変化させることができ
る。これにより、結果として骨形成促進、骨吸収防止、
組織修復促進効果のある亜鉛イオンだけを材料周囲に徐
放する生体用セラミックスを提供することができる。
カルシウムからなるセラミックスは、イオン半径０.０
６〜０.０８ｎｍのＺｎ、Ｍｇ、Ｆｅ等のイオンを容易
に固溶して含むことができる。従って、Ｚｎ０．０１２
６〜１．２６重量％（但し、０．４〜１．２６重量％を
除く。）を固溶したリン酸三カルシウムを容易に得るこ
とができる。これに対して、水酸アパタイトは、イオン
半径０.０６〜０.０８ｎｍの上記イオンを固溶しにくい
性質を有している。ところで、リン酸三カルシウムは水
中や体液中で溶解すると、熱力学的に安定性の高い水酸
アパタイトに転化する。そこで、当初、リン酸三カルシ
ウムに亜鉛を固溶させて含ませておき、リン酸三カルシ
ウム単独又は水酸アパタイトとの複合セラミックスとす
れば、亜鉛含有リン酸三カルシウムは溶解してＣａ、
Ｐ、Ｚｎイオンとなり、溶解によって生成したＣａとＰ
イオンのみを水酸アパタイトに変化させることができ
る。これにより、結果として骨形成促進、骨吸収防止、
組織修復促進効果のある亜鉛イオンだけを材料周囲に徐
放する生体用セラミックスを提供することができる。
【０００９】本発明による亜鉛徐放性生体用セラミック
スにおいては、相組成が生体適合性の高いリン酸三カル
シウム相またはリン酸三カルシウム相と水酸アパタイト
相から成り、かつ亜鉛濃度が骨中亜鉛濃度の１００倍
（１.２６重量％）以下であるので、セラミックス自体
の生体適合性が高いものである。また材料中の亜鉛固溶
リン酸三カルシウムが生体内で水酸アパタイトに転化す
る際に、周囲組織に亜鉛を徐放して骨形成の促進、骨吸
収の防止をするためセラミックスと周囲の骨組織が早く
結合するものである。
スにおいては、相組成が生体適合性の高いリン酸三カル
シウム相またはリン酸三カルシウム相と水酸アパタイト
相から成り、かつ亜鉛濃度が骨中亜鉛濃度の１００倍
（１.２６重量％）以下であるので、セラミックス自体
の生体適合性が高いものである。また材料中の亜鉛固溶
リン酸三カルシウムが生体内で水酸アパタイトに転化す
る際に、周囲組織に亜鉛を徐放して骨形成の促進、骨吸
収の防止をするためセラミックスと周囲の骨組織が早く
結合するものである。
【００１０】
【実施例】以下本発明を実施例に基づいて説明する。本
発明はこの実施例に限定されるものではない。実施例１
〜３では、Ｚｎを固溶体化して含有するリン酸三カルシ
ウムについて、又実施例４〜６では、Ｚｎを固溶体化し
て含有するリン酸三カルシウムに、水酸アパタイト及び
リン酸三カルシウムを添加して得られるものについての
実施例である。これらの実施例で得られたセラミックス
については、どのような相から構成されているかについ
ては、粉末Ｘ線回折パターンにより確認を行う。又、ｐ
Ｈ５．０の酢酸ー酢酸ナトリウム緩衝液及び細胞培養液
に浸漬してＺｎ溶出試験を行う。さらに、得られたセラ
ミックス上で細胞を培養して毒性試験を、家兎の大腿骨
中に埋め込んで新生骨の形成試験を行う。
発明はこの実施例に限定されるものではない。実施例１
〜３では、Ｚｎを固溶体化して含有するリン酸三カルシ
ウムについて、又実施例４〜６では、Ｚｎを固溶体化し
て含有するリン酸三カルシウムに、水酸アパタイト及び
リン酸三カルシウムを添加して得られるものについての
実施例である。これらの実施例で得られたセラミックス
については、どのような相から構成されているかについ
ては、粉末Ｘ線回折パターンにより確認を行う。又、ｐ
Ｈ５．０の酢酸ー酢酸ナトリウム緩衝液及び細胞培養液
に浸漬してＺｎ溶出試験を行う。さらに、得られたセラ
ミックス上で細胞を培養して毒性試験を、家兎の大腿骨
中に埋め込んで新生骨の形成試験を行う。
【００１１】実施例１ カルシウムエトキサイドと８５％リン酸と酢酸亜鉛を、
（Ｃａ＋Ｚｎ）／Ｐモル比＝１.５０、Ｚｎ／（Ｃａ＋
Ｚｎ）モル比＝０〜２０ｍｏｌ％となるよう窒素雰囲気
下アルコール中で反応させ、濾別、乾燥、８５０℃仮
焼、バインダーとしてＰＶＡを３％添加、加圧成形後１
１００℃、５時間の条件で焼結し、セラミックスを得
た。得られたセラミックスの相組成を粉末Ｘ線回折法で
調べたところ、Ｚｎ：０〜８．００重量％未満では生体
適合性の高いβ型リン酸三カルシウム相のみ又はこれと
少量の水酸アパタイト相から成ることがわかった。また
各ピークの２θ値が変化しており、亜鉛が固溶している
ことがわかった。Zｎ：８．００重量％以上ではＣａＺ
ｎ２（ＰＯ４）２やガラス相が不純物として共存した。
すなわち、Ｚｎ：８.００重量％が亜鉛の固溶限界であ
ること、及びＺｎ：０.０１２６〜１.２６重量％の範囲
では、生体適合性の高いβ型リン酸三カルシウム単相又
はこれと少量の水酸アパタイト相を含むセラミックスが
得られることが確認された。図１に得られたセラミック
スの粉末Ｘ線回折パターンを純粋なβ型リン酸三カルシ
ウムの粉末Ｘ線回折パターンと共に示す。
（Ｃａ＋Ｚｎ）／Ｐモル比＝１.５０、Ｚｎ／（Ｃａ＋
Ｚｎ）モル比＝０〜２０ｍｏｌ％となるよう窒素雰囲気
下アルコール中で反応させ、濾別、乾燥、８５０℃仮
焼、バインダーとしてＰＶＡを３％添加、加圧成形後１
１００℃、５時間の条件で焼結し、セラミックスを得
た。得られたセラミックスの相組成を粉末Ｘ線回折法で
調べたところ、Ｚｎ：０〜８．００重量％未満では生体
適合性の高いβ型リン酸三カルシウム相のみ又はこれと
少量の水酸アパタイト相から成ることがわかった。また
各ピークの２θ値が変化しており、亜鉛が固溶している
ことがわかった。Zｎ：８．００重量％以上ではＣａＺ
ｎ２（ＰＯ４）２やガラス相が不純物として共存した。
すなわち、Ｚｎ：８.００重量％が亜鉛の固溶限界であ
ること、及びＺｎ：０.０１２６〜１.２６重量％の範囲
では、生体適合性の高いβ型リン酸三カルシウム単相又
はこれと少量の水酸アパタイト相を含むセラミックスが
得られることが確認された。図１に得られたセラミック
スの粉末Ｘ線回折パターンを純粋なβ型リン酸三カルシ
ウムの粉末Ｘ線回折パターンと共に示す。
【００１２】実施例２ Zｎ含有量０〜１.２６重量％、直径１３ｍｍ、厚さ１ｍ
ｍの亜鉛固溶リン酸三カルシウムセラミックス１個を５
０ｍｌの酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ５.０）に
浸漬し、３７℃で６０日間放置した。放置後の液の亜鉛
濃度をＩＣＰで分析したところ、Ｚｎが溶出しているこ
とが確認された。その結果を図２に示す。
ｍの亜鉛固溶リン酸三カルシウムセラミックス１個を５
０ｍｌの酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ５.０）に
浸漬し、３７℃で６０日間放置した。放置後の液の亜鉛
濃度をＩＣＰで分析したところ、Ｚｎが溶出しているこ
とが確認された。その結果を図２に示す。
【００１３】実施例３ 直径２.５ｍｍ、長さ１０ｍｍ、Zｎ含有量０〜０.３１
６重量％の亜鉛固溶リン酸三カルシウムセラミックスを
麻酔下で家兎大腿骨中に埋入した。１ヶ月後にと殺し
て、亜鉛固溶リン酸三カルシウムセラミックスが埋入さ
れた大腿骨を取り出し、セラミックスの長軸に平行な薄
切片を作成し、セラミックス周囲の骨組織を染色した。
セラミックス周囲の骨組織の画像を顕微鏡を通してコン
ピューターに取り込み、新たに形成された骨組織の面積
を画像解析によって求めた。その結果、亜鉛固溶リン酸
三カルシウムセラミックスの周囲では、純粋なリン酸三
カルシウムセラミックス周囲に比べて、新生骨の形成量
が多いことが確認された。特にZｎ含有量０.３１６重量
％のリン酸三カルシウムセラミックスは、亜鉛を含まな
いリン酸三カルシウムセラミックスに比較して、統計的
に有意水準８％で新生骨形成量が増加した（標本数
６）。その結果を図３に示す。また、亜鉛固溶リン酸三
カルシウムセラミックスと骨との間には線維性結合組織
の介在は認められず、生体適合性の高いこともあわせて
確認された。
６重量％の亜鉛固溶リン酸三カルシウムセラミックスを
麻酔下で家兎大腿骨中に埋入した。１ヶ月後にと殺し
て、亜鉛固溶リン酸三カルシウムセラミックスが埋入さ
れた大腿骨を取り出し、セラミックスの長軸に平行な薄
切片を作成し、セラミックス周囲の骨組織を染色した。
セラミックス周囲の骨組織の画像を顕微鏡を通してコン
ピューターに取り込み、新たに形成された骨組織の面積
を画像解析によって求めた。その結果、亜鉛固溶リン酸
三カルシウムセラミックスの周囲では、純粋なリン酸三
カルシウムセラミックス周囲に比べて、新生骨の形成量
が多いことが確認された。特にZｎ含有量０.３１６重量
％のリン酸三カルシウムセラミックスは、亜鉛を含まな
いリン酸三カルシウムセラミックスに比較して、統計的
に有意水準８％で新生骨形成量が増加した（標本数
６）。その結果を図３に示す。また、亜鉛固溶リン酸三
カルシウムセラミックスと骨との間には線維性結合組織
の介在は認められず、生体適合性の高いこともあわせて
確認された。
【００１４】実施例４ Ｃａ（ＯＨ）２１.６２０ｍｏｌ、Ｈ３ＰＯ４１.２０ｍ
ｏｌ、Ｚｎ（ＮＯ３）２０.１８０ｍｏｌを超純水に加
えて沈殿を生成し、これを濾別、乾燥、８５０℃で仮
焼、粉砕して７.９９重量％亜鉛固溶リン酸三カルシウ
ム粉末を得た。この亜鉛固溶リン酸三カルシウム粉末に
純粋なリン酸三カルシウム粉末及び水酸アパタイト粉末
を混合、粉砕、バインダーとしてＰＶＡを３％添加、加
圧成形後１１００℃、１時間の条件で焼結し、亜鉛固溶
リン酸三カルシウム−リン酸三カルシウム−水酸アパタ
イト複合セラミックスを得た。以下これを単に「複合セ
ラミックス」と略記する。得られた複合セラミックスの
相組成を粉末Ｘ線回折法で調べたところ、亜鉛含有量
０.０１２６〜１.２６重量％の範囲では、β型リン酸三
カルシウム相と水酸アパタイト相のみから成ることが確
認された。その結果を図４に示す。
ｏｌ、Ｚｎ（ＮＯ３）２０.１８０ｍｏｌを超純水に加
えて沈殿を生成し、これを濾別、乾燥、８５０℃で仮
焼、粉砕して７.９９重量％亜鉛固溶リン酸三カルシウ
ム粉末を得た。この亜鉛固溶リン酸三カルシウム粉末に
純粋なリン酸三カルシウム粉末及び水酸アパタイト粉末
を混合、粉砕、バインダーとしてＰＶＡを３％添加、加
圧成形後１１００℃、１時間の条件で焼結し、亜鉛固溶
リン酸三カルシウム−リン酸三カルシウム−水酸アパタ
イト複合セラミックスを得た。以下これを単に「複合セ
ラミックス」と略記する。得られた複合セラミックスの
相組成を粉末Ｘ線回折法で調べたところ、亜鉛含有量
０.０１２６〜１.２６重量％の範囲では、β型リン酸三
カルシウム相と水酸アパタイト相のみから成ることが確
認された。その結果を図４に示す。
【００１５】実施例５ Zｎ含有量０〜１.２６重量％、 直径１３ｍｍ、厚さ１
ｍｍの複合セラミックスを酢酸−酢酸ナトリウム（ｐＨ
５）緩衝液５０ｍｌ中に1個投入し、３７℃で６０日間
放置した。また生体内環境をよりよく模擬するために同
一の複合セラミックス５個を細胞培養液（５％ＣＯ２雰
囲気）５ｍｌ中に投入し、３７℃で７日間放置した。放
置後の液の亜鉛濃度をＩＣＰで分析したところＺｎが溶
出していることが確認された。酢酸−酢酸ナトリウム
（ｐＨ５）緩衝液中での溶出量を図５に、細胞培養液中
での溶出量を図６に示す。
ｍｍの複合セラミックスを酢酸−酢酸ナトリウム（ｐＨ
５）緩衝液５０ｍｌ中に1個投入し、３７℃で６０日間
放置した。また生体内環境をよりよく模擬するために同
一の複合セラミックス５個を細胞培養液（５％ＣＯ２雰
囲気）５ｍｌ中に投入し、３７℃で７日間放置した。放
置後の液の亜鉛濃度をＩＣＰで分析したところＺｎが溶
出していることが確認された。酢酸−酢酸ナトリウム
（ｐＨ５）緩衝液中での溶出量を図５に、細胞培養液中
での溶出量を図６に示す。
【００１６】実施例６ 直径１３ｍｍ、厚さ１ｍｍの複合セラミックス及び亜鉛
を含まない複合セラミックスを直径１６ｍｍの細胞培養
用ディッシュに入れ、この中にマウス骨原性細胞ＭＣ３
Ｔ３−Ｅ１を５００個と細胞培養液１ｍｌを投入して、
４日間上記細胞を複合セラミックス上で培養した。ここ
に、骨原性細胞とは骨を形成する骨芽細胞の前駆細胞で
あり、細胞分化によって骨芽細胞に変化する細胞であ
る。培養後細胞をグルタールアルデヒド固定、染色後、
両複合セラミックス上の細胞数を顕微鏡下にて計数し
た。亜鉛を含む複合セラミックス上の細胞数ｎと亜鉛を
含まない複合セラミックス上の細胞数ｎ０との比ｎ／ｎ
０（相対増殖率）を求めた。その結果、亜鉛含有量０.
０１２６〜１.２６重量％の範囲では、亜鉛の増加とと
もに骨原性細胞の相対増殖率が大きくなることが確認さ
れた。すなわち、亜鉛含有量０.０１２６〜１.２６重量
％の範囲で、骨形成促進効果が確認された。また亜鉛含
有量１.２６重量％以上では相対増殖率は急激に小さく
なり、亜鉛の毒性が発現することが確認された。これら
の結果を図７に示す。
を含まない複合セラミックスを直径１６ｍｍの細胞培養
用ディッシュに入れ、この中にマウス骨原性細胞ＭＣ３
Ｔ３−Ｅ１を５００個と細胞培養液１ｍｌを投入して、
４日間上記細胞を複合セラミックス上で培養した。ここ
に、骨原性細胞とは骨を形成する骨芽細胞の前駆細胞で
あり、細胞分化によって骨芽細胞に変化する細胞であ
る。培養後細胞をグルタールアルデヒド固定、染色後、
両複合セラミックス上の細胞数を顕微鏡下にて計数し
た。亜鉛を含む複合セラミックス上の細胞数ｎと亜鉛を
含まない複合セラミックス上の細胞数ｎ０との比ｎ／ｎ
０（相対増殖率）を求めた。その結果、亜鉛含有量０.
０１２６〜１.２６重量％の範囲では、亜鉛の増加とと
もに骨原性細胞の相対増殖率が大きくなることが確認さ
れた。すなわち、亜鉛含有量０.０１２６〜１.２６重量
％の範囲で、骨形成促進効果が確認された。また亜鉛含
有量１.２６重量％以上では相対増殖率は急激に小さく
なり、亜鉛の毒性が発現することが確認された。これら
の結果を図７に示す。
【００１７】実施例７ 直径２.５ｍｍ、長さ１０ｍｍ、亜鉛含有量０〜０.３１
６重量％の複合セラミックスを麻酔下で家兎大腿骨中に
埋入した。１ヶ月後にと殺して、複合セラミックスが埋
入された大腿骨を取り出し、複合セラミックスの長軸に
平行な薄切片を作成し、セラミックス周囲の骨組織を染
色した。複合セラミックス周囲の骨組織の画像を顕微鏡
を通してコンピューターに取り込み、新たに形成された
骨組織の面積を画像解析によって求めた。その結果複合
セラミックスの周囲では、亜鉛を含まない複合セラミッ
クスすなわちリン酸三カルシウム−水酸アパタイト複合
セラミックスの周囲に比べて新生骨の形成量が多いこと
が確認された。特にＺｎ含有量０.３１６重量％の複合
セラミックスは、亜鉛を含まない複合セラミックスに比
較して、統計的に有意水準５％で新生骨形成量が増加し
た（標本数６）。その結果を図８に示す。また、亜鉛を
含む複合セラミックスと骨との間には線維性結合組織の
介在は認められず、生体適合性の高いこともあわせて確
認された。
６重量％の複合セラミックスを麻酔下で家兎大腿骨中に
埋入した。１ヶ月後にと殺して、複合セラミックスが埋
入された大腿骨を取り出し、複合セラミックスの長軸に
平行な薄切片を作成し、セラミックス周囲の骨組織を染
色した。複合セラミックス周囲の骨組織の画像を顕微鏡
を通してコンピューターに取り込み、新たに形成された
骨組織の面積を画像解析によって求めた。その結果複合
セラミックスの周囲では、亜鉛を含まない複合セラミッ
クスすなわちリン酸三カルシウム−水酸アパタイト複合
セラミックスの周囲に比べて新生骨の形成量が多いこと
が確認された。特にＺｎ含有量０.３１６重量％の複合
セラミックスは、亜鉛を含まない複合セラミックスに比
較して、統計的に有意水準５％で新生骨形成量が増加し
た（標本数６）。その結果を図８に示す。また、亜鉛を
含む複合セラミックスと骨との間には線維性結合組織の
介在は認められず、生体適合性の高いこともあわせて確
認された。
【００１８】
【発明の効果】本発明による亜鉛含有リン酸三カルシウ
ムを含むセラミックスによれば、相組成はリン酸三カル
シウム相単独、又は、リン酸三カルシウム相と水酸アパ
タイト相であり、他の相を含まないので、生体適合性が
極めて高く、亜鉛はリン酸三カルシウム中に固溶体とし
て含有させてあるので、生体環境下で亜鉛を徐放させる
ことができ、骨形成促進、骨吸収防止、及び組織修復促
進などの効果を得ることができる。そして、このセラミ
ックスは、硬組織代替用の生体用セラミックスとして使
用することができる。
ムを含むセラミックスによれば、相組成はリン酸三カル
シウム相単独、又は、リン酸三カルシウム相と水酸アパ
タイト相であり、他の相を含まないので、生体適合性が
極めて高く、亜鉛はリン酸三カルシウム中に固溶体とし
て含有させてあるので、生体環境下で亜鉛を徐放させる
ことができ、骨形成促進、骨吸収防止、及び組織修復促
進などの効果を得ることができる。そして、このセラミ
ックスは、硬組織代替用の生体用セラミックスとして使
用することができる。
【図１】亜鉛を固溶体として含むセラミックスの相組成
を示す粉末Ｘ線回折パターン
を示す粉末Ｘ線回折パターン
【図２】亜鉛を固溶体として含むセラミックスの亜鉛含
有量と、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液中での亜鉛溶出量
との関係を示す図
有量と、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液中での亜鉛溶出量
との関係を示す図
【図３】亜鉛を固溶体として含むセラミックスの亜鉛含
有量と、家兎大腿骨中での新生骨形成量との関係を示す
図
有量と、家兎大腿骨中での新生骨形成量との関係を示す
図
【図４】亜鉛を固溶体として含むセラミックスの相組成
を示す粉末Ｘ線回折パターン
を示す粉末Ｘ線回折パターン
【図５】亜鉛を固溶体として含むセラミックスの亜鉛含
有量と、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液中での亜鉛溶出量
との関係を示す図
有量と、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液中での亜鉛溶出量
との関係を示す図
【図６】亜鉛を固溶体として含むセラミックスの亜鉛含
有量と、細胞培養液中での亜鉛溶出量との関係を示す図
有量と、細胞培養液中での亜鉛溶出量との関係を示す図
【図７】亜鉛を固溶体として含むセラミックスの亜鉛含
有量と、骨原性細胞の相対増殖率との関係を示す図
有量と、骨原性細胞の相対増殖率との関係を示す図
【図８】亜鉛を固溶体として含むセラミックスの亜鉛含
有量と、家兎大腿骨中での新生骨形成量との関係を示す
図
有量と、家兎大腿骨中での新生骨形成量との関係を示す
図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピエール レイロール 茨城県つくば市東１−１−４ 工業技術 院産業技術融合領域研究所内 (72)発明者 河村 春生 茨城県つくば市下広岡500−67 審査官 三崎 仁 (56)参考文献 特開 昭55−140756（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−161368（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−162668（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/447 A61L 27/00 C01B 25/32
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｚｎ０.０１２６〜１.２６重量％（但
し、０．４〜１．２６重量％を除く。）を固溶したリン
酸三カルシウム［Ｃａ３（ＰＯ４）２］から成ることを
特徴とするセラミックス。 - 【請求項２】 Ｚｎ０.０１５０〜８.００重量％を固溶
したリン酸三カルシウムに、水酸アパタイト、又はリン
酸三カルシウム又はその両者が添加され、全体のＺｎ含
有量が０.０１２６〜１.２６重量％（但し、０．４〜
１．２６重量％を除く。）であることを特徴とするセラ
ミックス。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09342033A JP3143660B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 亜鉛含有リン酸三カルシウムからなるセラミックス及び亜鉛徐放性生体用セラミックス |
| US09/199,333 US6090732A (en) | 1997-11-27 | 1998-11-25 | Zinc-doped tricalcium phosphate ceramic material |
| JP2000131258A JP3360122B2 (ja) | 1997-11-27 | 2000-04-28 | 亜鉛含有リン酸三カルシウムからなる亜鉛徐放性生体用セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09342033A JP3143660B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 亜鉛含有リン酸三カルシウムからなるセラミックス及び亜鉛徐放性生体用セラミックス |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000131258A Division JP3360122B2 (ja) | 1997-11-27 | 2000-04-28 | 亜鉛含有リン酸三カルシウムからなる亜鉛徐放性生体用セラミックス |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11157923A JPH11157923A (ja) | 1999-06-15 |
| JP3143660B2 true JP3143660B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=18350657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09342033A Expired - Lifetime JP3143660B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 亜鉛含有リン酸三カルシウムからなるセラミックス及び亜鉛徐放性生体用セラミックス |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3143660B2 (ja) |
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| US6846493B2 (en) * | 1995-09-01 | 2005-01-25 | Millenium Biologix Inc. | Synthetic biomaterial compound of calcium phosphate phases particularly adapted for supporting bone cell activity |
| EP0847376B1 (en) | 1995-09-01 | 2005-02-23 | Millenium Biologix Inc. | An artificial stabilized composition of calcium phosphate phases particularly adapted for supporting bone cell activity |
| JP2001259016A (ja) * | 2000-03-17 | 2001-09-25 | Olympus Optical Co Ltd | β−リン酸三カルシウム骨補填材 |
| US8545786B2 (en) * | 2000-09-22 | 2013-10-01 | Colorado School Of Mines | Manufacture of porous net-shaped materials comprising alpha or beta tricalcium phosphate or mixtures thereof |
| JP4161031B2 (ja) * | 2000-10-31 | 2008-10-08 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 亜鉛含有リン酸カルシウム微粒子含有懸濁液または粒子溶媒混合系及び亜鉛欠乏症治療剤 |
| KR100557853B1 (ko) * | 2003-09-17 | 2006-03-10 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 인산염계 저유전율 세라믹 조성물 |
| JP2006296945A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Olympus Corp | 生体組織補填材の製造方法 |
| CN1302984C (zh) * | 2005-09-28 | 2007-03-07 | 浙江大学 | 一种缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法 |
| CN104941004B (zh) | 2009-11-25 | 2018-09-14 | 扩散技术公司 | 用抗微生物金属离子对掺杂沸石的塑料的后加载方法 |
| CN102834122B (zh) | 2009-12-11 | 2015-03-11 | 扩散技术公司 | 制备聚醚醚酮抗微生物植入物的方法 |
| EP2571542B1 (en) | 2010-05-07 | 2018-06-20 | Difusion Technologies Inc. | Medical implants with increased hydrophilicity |
| US10118827B2 (en) | 2013-05-10 | 2018-11-06 | Reed A. Ayers | Combustion synthesis of calcium phosphate constructs and powders doped with atoms, molecules, ions, or compounds |
| DE102014100026A1 (de) * | 2014-01-02 | 2015-07-02 | Chemische Fabrik Budenheim Kg | Gemischtmetallische kristalline Orthophosphate für die zeitlich kontrollierte Freisetzung von Spurenelementen im rhizodermalen und epidermalen Bereich von Pflanzen |
| CN108498860B (zh) * | 2018-03-30 | 2020-09-08 | 西南交通大学 | 一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3d陶瓷支架的方法 |
| US20210205085A1 (en) * | 2019-11-15 | 2021-07-08 | 4Web, Inc. | Piezoelectric coated implants and methods of using piezoelectric coated implants to repair bone structures |
| CN111635224B (zh) * | 2020-06-11 | 2021-11-16 | 中国科学院金属研究所 | 掺Mg和Zn的磷酸三钙材料、3D打印陶瓷浆料及其制备方法 |
| CN114767927B (zh) * | 2022-04-02 | 2023-07-18 | 华南理工大学 | 硅/锌离子掺杂双相磷酸钙陶瓷支架及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| GB1487181A (en) * | 1974-10-30 | 1977-09-28 | Colgate Palmolive Co | Sintered ceramics |
| US4308064A (en) * | 1978-10-19 | 1981-12-29 | Ngk Spark Plugs Co., Ltd. | Phosphate of calcium ceramics |
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| EP0372676A1 (en) * | 1988-12-08 | 1990-06-13 | Spyros Carantinos | Therapeutic preparation and method |
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