JP3490905B2 - 骨補填材の成形方法 - Google Patents

骨補填材の成形方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、術場で埋入困難で
あった顆粒を一時的に結合させ、かつ容易に顆粒状に戻
すことができる骨補填材の成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、顆粒状のリン酸カルシウム系骨補
填材が開発されているが、実際に手術現場でこれらの顆
粒状骨補填材を骨欠損部に埋入する際に、不必要な部位
に顆粒が飛散するといった問題がある。一方、ブロック
状の骨補填材は、手術現場で骨欠損部の形状に適合させ
る成形加工が煩雑であるという問題がある。これらの問
題点を解決するため、本発明者は、粒径100μm以上
のリン酸カルシウム系化合物顆粒と粒径1〜40μmの
微小リン酸カルシウム系化合物粒子と水とを混合し、こ
の混合物を型に入れて乾燥し、焼成することによって、
人の指などでの押圧力で容易に崩壊し、崩壊時には顆粒
自体の形状を保持する程度の強度で結合している焼結接
合体からなる骨補填材を製造することを提案した(特願
平9−278757号)。
【0003】しかしながら、この方法では顆粒が成形型
の途中で詰まる、顆粒を密に充填できない等の欠点があ
った。顆粒は、湿式で充填するには形状が不均一で、か
つ大きすぎ、流動性を損ねてしまうため、成形型の途中
で詰まってしまうものと考えられる。このような顆粒の
詰まりを解消するため、分散剤など、流動性のあるもの
を多量に添加すると、必然的に顆粒の量が少なくなり、
密な充填ができなくなる。さらに、上記の方法で得られ
る焼結体に湾曲が起こることがあり、その原因は未焼成
の微小粒子及び未焼成の顆粒が焼結するときの収縮によ
るものと考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、顆粒を成形
型中にできるだけ密に充填し、微小粒子の使用量を必要
最小限にでき、得られる焼結成形体の湾曲を防止でき、
人の指などでの押圧力で容易に崩壊し、崩壊時には顆粒
自体の形状を保持する程度の強度で結合している焼結接
合体からなる骨補填材の成形方法を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、予め顆粒のみ
タッピングなどの乾式法で充填すれば、型の体積のほと
んどを顆粒で充填することができ、顆粒充填後に微小粒
子を水に分散して充填することにより、顆粒と顆粒をつ
なぐ微小粒子を必要最小限の量で済ますことができ、焼
結体の湾曲を防止することができる、との知見に基づい
て完成したものである。
【0006】本発明の骨補填材の成形方法は、粒径10
0μm以上のリン酸カルシウム系化合物顆粒の粒子同士
が粒径1〜40μmの微小リン酸カルシウム系化合物粒
子によって結合された焼結接合体からなる骨補填材を成
形するため、前記顆粒を所望形状の成形型に充填した
後、前記微小粒子を水又は分散剤及び/又は結合剤の水
溶液中に分散して添加し、乾燥し、焼成することを特徴
とする。
【0007】
【発明の実施の形態】リン酸カルシウム系化合物として
は、Ca/P比が1.0〜2.0のリン酸カルシウム系
化合物、例えば、ハイドロキシアパタイト、フッ素アパ
タイト、リン酸水素カルシウム、リン酸三カルシウム、
リン酸四カルシウムなどから選ばれた1種又は2種以上
を使用することができる。これらのうちハイドロキシア
パタイトを主成分とするものが最も好ましい。顆粒の粒
径は、「顆粒状骨補填材」の範疇に属する程度のもので
あればよく、通常、100μm以上である。また、リン
酸カルシウム系化合物顆粒は、緻密質であっても、多孔
質であってもよく、公知の任意の方法で製造することが
できるが、球状の形状を有するものが好ましい。
【0008】粒径100μm以上のリン酸カルシウム系
化合物顆粒だけを焼結によって粒子同士が単純に接触し
た状態の顆粒接合体を得ることは困難であり、本発明に
おいては、顆粒の結合を補助する目的で微小リン酸カル
シウム系化合物粒子を用いる。この微小粒子は、焼結過
程において、顆粒粒子よりも容易に焼結するため、これ
らの微小粒子同士が焼結する際に大きな顆粒粒子同士の
接合に寄与する。このような微小粒子は、1〜40μm
の粒径のものが好ましい。粒径がこの範囲外であると、
顆粒の結合補助作用、すなわち、バインダー効果が低く
なる。このような微小リン酸カルシウム系化合物粒子
も、公知の任意の方法で製造することができる。
【0009】顆粒は未焼成でも焼成済みのものでもよい
が、未焼成のものを使用すると、焼結収縮による湾曲が
起こる恐れがあるため、焼成したものを用いるのが好ま
しい。焼成温度は、800〜1200℃とするのが好ま
しい。焼成温度が800℃より低温であると、得られた
焼結体は顆粒及び微小粒子同士の結合力が強く、容易に
崩壊するものとなり難く、1200℃より高温である
と、リン酸カルシウム系化合物が分解する恐れがある。
また、微小粒子は、未焼成であることが好ましい。微小
粒子が焼成したものであると、顆粒同士を結合するバイ
ンダーとしての効果が得られ難くなる。
【0010】本発明においては、成形型中にまず顆粒を
タッピングなどの方法で成形型の体積のほとんどを顆粒
で充填し、その後微小粒子を水に分散してから添加す
る。本発明により得られる骨補填材は、粒径100μm
以上のリン酸カルシウム系化合物顆粒と粒径1〜40μ
mの微小リン酸カルシウム系化合物粒子とを重量比で
1:0.1〜1の割合で含むのが好ましい。微小粒子の
割合が少ないと、バインダー効果が発揮されず、また、
1:1より多いと顆粒の焼結強度が強くなり、崩壊時に
顆粒の形状を有しなくなる。
【0011】本発明において、分散剤及び/又は結合剤
の水溶液を添加して微小粒子と混合すると、微小粒子を
均一に分散させることができ、顆粒の隙間に入り込みや
すくなる。微小粒子と、分散剤及び/又は結合剤を必要
に応じて含む水との混合重量比は、0.1:1.0〜1
0:1の範囲とすることが好ましい。この範囲より微小
粒子が多いと流動性がなくなり、微小粒子が充填しにく
くなり、微小粒子が少ないと顆粒と顆粒をつなぐ役割を
果たせないからである。
【0012】分散剤としては、例えば、エタノール、イ
ソプロピルアルコール等の低級アルコールなどを使用す
ることができる。また、結合剤としては、メチルセルロ
ース等のセルロース誘導体、カードラン等の多糖類、ポ
リビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルア
ミド、ポリビニルピロリドン等の合成重合体などを使用
することができる。結合剤は、一般に0.1〜10.0
重量%の水溶液となるように用いる。結合剤の濃度が
0.1重量%より低いとバインダー効果が得られず、ま
た、10.0重量%より高いと粘度が高くなりすぎ、流
動性が悪くなり、微小粒子を均一に混合し難くなり、好
ましくない。また、本発明の方法において、必要に応じ
て、上記のような分散剤と結合剤の両方を添加すること
もできる。
【0013】また、(微小粒子+必要に応じて分散剤及
び/又は結合剤を含む水):顆粒の重量比は、0.1:
1.0〜10:1の範囲とすることが好ましい。この範
囲は、成形型と顆粒間の隙間体積の範囲である。
【0014】本発明の方法においては、上記のように成
形型中に顆粒を充填し、次いで微小粒子を湿式で充填し
た後、乾燥し、焼成する。乾燥は、通常、50〜120
℃の温度範囲で行うのが好ましい。乾燥後、成形型から
成形体を取り出し、焼成する。焼成は、通常、800〜
1200℃の温度範囲で行うのが好ましい。焼成温度が
800℃より低いと、焼結強度が弱すぎて崩れやすいの
で、骨補填材として取り扱い難く、また、焼結温度が1
200℃を超えると、焼結強度が強すぎて手術時に骨欠
損部に骨補填材を埋入しようとしたときに顆粒状に崩れ
ないので、骨欠損部の形状に適合させ難くなり、本発明
の目的に合致しなくなる。
【0015】本発明の方法で得られた顆粒状リン酸カル
シウム系化合物の接合体の構造は、顆粒粒子が非常に大
きいため、顆粒同士は点で接合しており、顆粒の形状を
留めている。接合体の力学的強度は非常に弱く、人の指
などで押圧すれば容易に崩壊するが、崩壊時にも顆粒自
体の形状は保たれる程度である。また、固定用のネジを
骨に挿入する場合に、予め作製したネジ穴中に、本発明
の方法で得られた接合体を入れておき、そこにネジを挿
入すれば、その時接合体が顆粒状に崩壊し、ネジの固定
力を増加させることができる。
【0016】
【実施例】次に、実施例に基づいて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれによって制限されるもので
はない。
【0017】実施例1 100〜400μmに粉砕したハイドロキシアパタイト
の焼成顆粒(焼成温度1200℃)1gを乾燥条件下で
成形型にタッピング充填した後、平均粒径3μmの未焼
成ハイドロキシアパタイト粉体0.5gと水1gを混合
したものをシリンジで圧入し、100℃で5時間乾燥さ
せた。乾燥後、型から取り出し、1200℃で4時間焼
成したところ、湾曲もなく、真っ直ぐな焼結体が得られ
た。焼結体の寸法、形状は、成形型とほぼ同じであっ
た。
【0018】実施例2 100〜400μmに粉砕したハイドロキシアパタイト
の未焼成顆粒1gを乾燥条件下で成形型にタッピング充
填した後、平均粒径3μmの未焼成ハイドロキシアパタ
イト粉体0.5gと水1gを混合したものをシリンジで
圧入し、100℃で5時間乾燥させた。乾燥後、型から
取り出し、1200℃で4時間焼成したところ、全体的
に収縮はしたが、湾曲もなく、真っ直ぐな焼結体が得ら
れた。焼結体の寸法、形状は、成形型とほぼ同じであっ
た。
【0019】実施例3 100〜400μmに粉砕したハイドロキシアパタイト
の焼成顆粒(焼成温度1200℃)1gを乾燥条件下で
成形型にタッピング充填した後、平均粒径3μmの未焼
成ハイドロキシアパタイト粉体0.5gと1%メチルセ
ルロース水溶液1gを混合したものをシリンジで圧入
し、100℃で5時間乾燥させた。乾燥後、型から取り
出し、1200℃で4時間焼成したところ、湾曲もな
く、真っ直ぐな焼結体が得られた。焼結体の寸法、形状
は、成形型とほぼ同じであった。
【0020】実施例4 100〜400μmに粉砕したハイドロキシアパタイト
の焼成顆粒(焼成温度1200℃)1gを乾燥条件下で
成形型にタッピング充填した後、平均粒径3μmの未焼
成ハイドロキシアパタイト粉体1gと水1gを混合した
ものをシリンジで圧入し、100℃で5時間乾燥させ
た。乾燥後、型から取り出し、1200℃で4時間焼成
したところ、実施例1よりも強固に顆粒が接合されてい
た。また、湾曲もなく、真っ直ぐな焼結体が得られた。
焼結体の寸法、形状は、成形型とほぼ同じであった。
【0021】実施例5 リン酸三カルシウムを錠剤成形機により圧縮した後、乳
鉢で粉砕し、さらに100〜400μmに粒度を整え、
粒径100〜400μmのリン酸三カルシウムの未焼成
顆粒を得た。この顆粒1gに平均粒径3μmの未焼成リ
ン酸三カルシウム粉体1gと水1gを混合したものをシ
リンジに圧入し、100℃で5時間乾燥させた。乾燥
後、型から取り出し、1200℃で4時間焼成したとこ
ろ、実施例1よりも強固に顆粒が接合されていた。ま
た、湾曲もなく、真っ直ぐな焼結体が得られた。焼結体
の寸法、形状は、成形型とほぼ同じであった。
【0022】比較例1 100〜400μmに粉砕したハイドロキシアパタイト
の焼成顆粒(焼成温度1200℃)1gと平均粒径3μ
mの未焼成ハイドロキシアパタイト粉体0.5gと水1
gを予め混合した後、成形型にシリンジで圧入し、10
0℃で5時間乾燥させた。乾燥後、型から取り出し、1
200℃で4時間焼成したところ、弓状に湾曲した形で
焼結していた。
【0023】比較例2 100〜400μmに粉砕したハイドロキシアパタイト
の未焼成顆粒1.0gと平均粒径3μmの未焼成ハイド
ロキシアパタイト粉体1.0gと水1.5gを予め混合
した後、成形型にシリンジで圧入し、100℃で5時間
乾燥させた。乾燥後、型から取り出し、1200℃で4
時間焼成したところ、比較例1で得られたものより激し
く湾曲していた。
【0024】比較例3 100〜400μmに粉砕したハイドロキシアパタイト
の焼成顆粒(焼成温度1200℃)1gと平均粒径3μ
mの未焼成ハイドロキシアパタイト粉体1.5gと1%
メチルセルロース水溶液1gを予め混合した後、成形型
にシリンジで圧入し、100℃で5時間乾燥させた。乾
燥後、型から取り出し、1200℃で4時間焼成したと
ころ、湾曲した形で焼結していた。
【0025】
【発明の効果】本発明の方法によれば、顆粒粒子が密に
詰まった状態で成形型に充填でき、顆粒粒子に対してバ
インダーの作用をする微小粒子の使用量を必要最小限で
済ますことができ、湾曲のない焼結接合体からなる骨補
填材が得られる。本発明により得られる骨補填材は、顆
粒状リン酸カルシウムをその顆粒の形状を残した状態で
互いに接合させた接合体から成り、ブロック状で取り扱
いうるが、手術時に埋入する際に人の指などでの押圧力
で容易に崩壊し、崩壊時には顆粒自体の形状を保持する
程度の強度で結合しているので、周囲への飛散のおそれ
がなく、骨欠損部の形状に容易に適合させることができ
る。また、固定用のネジを骨に挿入する場合に、予め作
製したネジ穴中に、本発明の方法で得られた接合体を入
れておき、そこにネジを挿入すれば、その時接合体が顆
粒状に崩壊し、ネジの固定力を増加させることができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61L 15/00 - 33/18 JSTPlus/JMEDPlus(J OIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒径100μm以上のリン酸カルシウム
    系化合物顆粒の粒子同士が粒径1〜40μmの微小リン
    酸カルシウム系化合物粒子によって結合された焼結接合
    体からなる骨補填材を成形するため、前記顆粒を所望形
    状の成形型に充填した後、前記微小粒子を水又は分散剤
    及び/又は結合剤の水溶液中に分散して添加し、乾燥
    し、焼成することを特徴とする骨補填材の成形方法。
  2. 【請求項2】 顆粒を成形型にタッピング充填する請求
    項1記載の骨補填材の成形方法。
  3. 【請求項3】 微小粒子が未焼成のものであり、顆粒が
    800〜1200℃で焼成したものである請求項1記載
    の骨補填材の成形方法。
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