JP3634945B2 - 速硬性リン酸カルシウムセメント及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医科用或いは歯科用の速硬性リン酸カルシウムセメント及びその製造方法に関する。本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、その主成分として結晶性の低い（非晶質性の高い）特定のリン酸水素カルシウム粉末を使用することにより、水を添加して混練した場合に、速やかに硬化し得る。また、本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、湿潤環境における圧縮強度、即ち、濡れ圧縮強度及び生体活性等に優れ、人工骨、人工関節及び人工歯根等を形成するための原料として用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
生体に用いられる医療用セメントとしては、現在までに各種の組成のものが数多く提案されている。特に、リン酸カルシウム系の生体用セメントでは、このセメントが硬化とともに生体活性な水酸アパタイトに転化するため、生体親和性に優れた硬化体を得ることができる。
【０００３】
このリン酸カルシウム系の生体用セメントとしては、リン酸四カルシウムが使用されることが多い。例えば、米国特許明細書第４６１２０５３号にも、リン酸四カルシウムを主成分とするリン酸カルシウムセメントが開示されている。しかし、このセメントは硬化に比較的長時間を要するため、実用上は問題がある。そして、硬化に要する時間を短縮するため、クエン酸、リンゴ酸、乳酸等の有機酸或いは無機酸などを添加した酸性の水溶液によってセメントを混練する方法が多数提案されている（特開昭５９−８８３５１号公報、特開昭６２−８３３４８号公報、特開昭６３−２９４８６３号公報など）。
【０００４】
しかし、硬化液に酸を添加し、混練したものを生体内に補填した場合、酸による生体刺激が強く、補填部の周囲に炎症反応等を起こすことがあり、好ましくない。また、特開平２−４８４７９号公報、特表平８−５１０７１３号公報等には、使用するリン酸四カルシウムのカルシウムとリンとの比が過大にならないようにして、酸化カルシウムの副生を抑えることにより、硬化に要する時間を短縮する方法が提案されている。しかし、リン酸四カルシウムは、通常、１４５０℃以上の高温において焼成し、調製する必要があり、焼成中にリンが気化してしまうためカルシウムとリンとの比を調整することは非常に困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決するものであり、特定の非晶質性の高いリン酸水素カルシウム粉末をセメントの主成分として使用することにより、実用上、十分に短い時間で硬化し得る速硬性のリン酸カルシウムセメントを提供することを目的とする。また、本発明は、このようなセメントを、メカノケミカルの手法によって容易に調製し得る製造方法を提供することを目的とする。本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントでは、従来より多数提案されているように、水に酸を添加しｐＨを低くする必要がないため、炎症反応等の問題を起こすこともない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、（１） リン酸水素カルシウム粉末、又は（２） リン酸水素カルシウム粉末及びリン酸四カルシウム粉末を主成分とするリン酸カルシウムセメントにおいて、上記リン酸水素カルシウム粉末の少なくとも一部は非晶質化の処理を施されたものであることを特徴とする。
【０００７】
また、第２発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、第１発明のリン酸カルシウムセメントにおいて、下記の式（１）によって表されるリン酸四カルシウムのＸ線回折強度に対するリン酸水素カルシウムのＸ線回折強度の比（ＩＤＣＰＡ）が３７以下であることを特徴とする。
【式１】
〔但し、Ｉ（２６．４°）は２θ＝２６．４°における上記リン酸水素カルシウムのＸ線回折強度であり、Ｉ（２９．２°）とＩ（２９．８°）とは、それぞれ２θ＝２９．２°及び２９．８°における上記リン酸四カルシウムのＸ線回折強度である。〕
【０００８】
更に、第３発明の速硬性リン酸カルシウムセメントの製造方法は、リン酸水素カルシウム粉末及び他のリン酸カルシウム粉末を主成分として使用し、リン酸カルシウムセメントを製造する方法において、上記リン酸水素カルシウム粉末に非晶質化の処理を施した後、このリン酸水素カルシウムと上記他のリン酸カルシウム粉末とを混合することを特徴とする。
【０００９】
また、第４発明の速硬性リン酸カルシウムセメントの製造方法は、リン酸水素カルシウム粉末及び他のリン酸カルシウム粉末を主成分として使用し、リン酸カルシウムセメントを製造する方法において、上記リン酸水素カルシウム粉末を上記他のリン酸カルシウム粉末と混合する過程において、上記リン酸水素カルシウム粉末に非晶質化の処理を施すことを特徴とする。
【００１０】
第１発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、非晶質化された上記「リン酸水素カルシウム粉末」を主成分とする。また、このリン酸水素カルシウム粉末と、上記「リン酸四カルシウム粉末」とを主成分とする。これら２種類の粉末を併用すれば、水によって混練した場合に、より速やかに硬化する。これらを併用する場合、その量比は特に限定されないが、モル比で８／２〜２／８、特に６／４〜４／６、更には等量程度を使用することが好ましい。尚、第１及び第２発明における「主成分」とは、セメントの全量を１００重量％とした場合に、上記の２種類の合計量が６０重量％以上、特に好ましくは８０重量％以上であることを意味する。主成分以外の粉末としては、α−リン酸三カルシウム、β−リン酸三カルシウム等の粉末を使用することができる。また、第１発明において、リン酸水素カルシウムとしては、リン酸一水素カルシウムの他にリン酸二水素カルシウムも同様に使用することができる。
【００１１】
上記の非晶質化された特定のリン酸水素カルシウム粉末は、リン酸水素カルシウム二水和物或いは無水物等として市販されているものに、「非晶質化の処理」を施すことにより調製することができる。また、無水物を１２０℃程度の温度で加熱し、脱水したものに非晶質化の処理を施してもよい。リン酸水素カルシウムは、所謂、メカノケミカル法によって容易に非晶質化することができる。このメカノケミカル法では、リン酸水素カルシウム粉末に、圧縮、剪断、摩擦、延伸等の手段によって機械的エネルギーを加えることにより、その物理化学的性質の変化、本発明では、非晶質化がもたらされるものである。非晶質化の具体的な手法としては、遠心ミル、遊星ミル、ライカイ機等による攪拌、混合が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
この非晶質化の処理を施されたリン酸水素カルシウム粉末は、その少なくとも一部或いはすべてが非晶質性となり、結晶性の高いリン酸水素カルシウム粉末に比べて水に溶け易くなる。そのため、この非晶質化された特定のリン酸水素カルシウム粉末を主成分として含むリン酸カルシウムセメントを水によって混練した場合、より速やかに水に溶解してリン酸イオン、カルシウムイオンが生成し、セメントの硬化が促進される。リン酸水素カルシウムの非晶質化の程度はＸ線回折によって評価することができる。第２発明のようにリン酸水素カルシウム粉末とリン酸四カルシウム粉末とを主成分として用いた場合、その非晶質化の程度は式（１） によって表される。第２発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、この「ＩＤＣＰＡ」が「３７以下」であり、特に３５以下、更には３２以下とすることが好ましい。また、ＩＤＣＰＡが２５以下の非晶質化がより進んだリン酸水素カルシウムとすることもできる。
【００１３】
リン酸四カルシウム粉末も、その製法については特に限定されない。例えば、炭酸カルシウム粉末とリン酸水素カルシウム粉末との等モル混合物を所定形状に成形した後、１４５０〜１５５０℃の温度範囲で焼成し、これを平均粒径が約１００μｍ程度の粉末としたものなどを使用することができる。
【００１４】
第３及び第４発明において、上記「他のリン酸カルシウム粉末」としては、リン酸水素カルシウム以外のリン酸カルシウム、例えば、リン酸四カルシウム、α−リン酸三カルシウム及びβ−リン酸三カルシウム等の粉末が挙げられる。また、水酸アパタイトの粉末を併用することもできる。これらのリン酸カルシウム粉末は１種のみを使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントには、硫酸バリウム及び次炭酸ビスマス等のＸ線造影剤を配合することができる。更に、より硬化時間を短縮するために、水酸アパタイト及びフッ化物等を種結晶として添加することもできる。
【００１５】
本発明では、セメントと水とを混練する際に酸を併用し、混練、硬化時のｐＨを炎症反応を起こすほどに低くする必要はなく、水のみによって混練しても、実用上、十分に短かい時間で硬化させることができる。そのため、硬化過程において補填部周縁が炎症反応等を起こすことがない。また、生成する硬化体が生体組織に悪影響を及ぼすこともない。更に、本発明のセメントは、濡れ圧縮強度が大きく、操作性にも優れ、混練時に容易に所定の形態を付与することができる。尚、この形態の付与とは、初期形状の付与及び補填後などにおける形状の修正、調整を併せ意味する。
【００１６】
混練物の粘度は、セメントと水との量比によって調整することができる。このセメントと水との量比は、セメント１００重量部に対して水を１５〜４０重量部とすることが好ましい。この量比は、、特に１５〜３５重量部、更には２０〜３０重量部とすることがより好ましい。水の量比が低すぎる場合は、混練時の粘度が高くなりすぎて所定の形態を付与することが難しくなる。また、水の量比が高くなりすぎると、混練時の粘度が低くなって取り扱い易くはなるが、体液等との接触によってセメントが分散し、成形体が崩壊し易くなることがある。尚、この水の量比を高くして混練物の粘度を適度に下げることにより、骨欠損部或いは骨折部等への注射器による補填が可能となり、それによって患者への負担を軽減することもできる。
【００１７】
更に、本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、水によって混練した後、これのみを生体内に補填して人工骨、人工歯根等の用途に用いることができるが、セメントと水とを混練する際に、骨形成因子、抗ガン剤及び抗生物質等を添加し、薬物徐放のための担体として利用することもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の具体的な実施例を示す。
実施例１
リン酸一水素カルシウム二水和物を１２０℃において１０時間加熱し、乾燥して結晶性の高い無水のリン酸水素カルシウム粉末（試料ａ）を得た。その後、この試料ａを遠心式ボールミル（フリッチェ社製、型式「Ｐ−６型」）によってジルコニア製の球石とともに２時間攪拌し、非晶質化の処理を施して試料ｂを得た。この試料ａと試料ｂとのＸ線回折パターンを確認したところ、図１に示すように試料ｂでは２θ＝２６．４°の（０２０）面の回折強度が大きく低下しており、非晶質化されていることが確認された（図１参照）。尚、この試料ａと試料ｂとを、それぞれ１ｇ、１００ｍｌの純水に入れ、２４時間後のｐＨを測定したところ、試料ａでは７．１であったのに対して試料ｂでは６．７であり、非晶質化にともない水溶性が向上していることが裏付けられた。
【００１９】
実施例２
実施例１において得られた試料ｂの非晶質化されたリン酸一水素カルシウム粉末と、等モル量のリン酸四カルシウム粉末とを、ガラスバイアル瓶に入れ、均一に分散されるまで混合してセメント（試料Ａ）を調製した。この試料ＡのＸ線回折パターンを確認したところ、後記の比較例１の試料Ｄの場合に比べて、２θ＝２６．４°の（０２０）面の回折ピークはブロードであり、また、回折強度が低下しており、相当に非晶質化されていることが確認された（図２参照）。この試料Ａ１０ｇに純水２．５ｇを添加して混合し、混練した後、ＪＩＳ Ｔ ６６０２に準じて硬化時間及び濡れ圧縮強度を測定した。尚、Ｘ線回折によって硬化体には水酸アパタイトが生成、析出していることが確認された（図３参照）。
【００２０】
実施例３
実施例１において得られた試料ａの非晶質化されていないリン酸一水素カルシウム粉末と、等モル量のリン酸四カルシウム粉末とを、ライカイ機によって３０分混合してセメント（試料Ｂ）を調製した。この試料ＢのＸ線回折パターンを確認したところ、２θ＝２６．４°の（０２０）面の回折強度が低下しており、非晶質化されていることが確認された（図２参照）。この試料Ｂ１０ｇに純水２．５ｇを添加して混合し、混練した後、ＪＩＳ Ｔ ６６０２に準じて硬化時間及び濡れ圧縮強度を測定した。尚、Ｘ線回折によって硬化体には水酸アパタイトが生成、析出していることが確認された（図３参照）。
【００２１】
実施例４
ライカイ機による混合時間を２時間とした他は実施例３と同様にしてセメント（試料Ｃ）を調製した。この試料ＣのＸ線回折パターンを確認したところ、２θ＝２６．４°の（０２０）面の回折ピークはブロードであり、実施例２の場合よりもさらに回折強度が低下しており、非晶質化が一段と進んでいることが確認された（図２参照）。この試料Ｃ１０ｇに純水２．５ｇを添加して混合し、混練した後、ＪＩＳ Ｔ ６６０２に準じて硬化時間及び濡れ圧縮強度を測定した。尚、Ｘ線回折によって硬化体には水酸アパタイトが生成、析出していることが確認された（図３参照）。
【００２２】
比較例１
実施例１において得られた試料ａの非晶質化されていないリン酸一水素カルシウム粉末と、等モル量のリン酸四カルシウム粉末とを、ガラスバイアル瓶に入れ、均一に分散されるまで混合してセメント（試料Ｄ）を調製した。この試料ＤのＸ線回折パターンを確認したところ、２θ＝２６．４°の（０２０）面の回折ピークはシャープであり、回折強度も大きく、結晶性の高いものであることが分かった（図２参照）。この試料Ｄ１０ｇに純水２．５ｇを添加して混合し、混練した後、ＪＩＳ Ｔ ６６０２に準じて硬化時間及び濡れ圧縮強度を測定した。また、尚、Ｘ線回折によって硬化体における水酸アパタイトの回折ピークを確認したが、生成、析出は各実施例に比べて少なかった（図３参照）。
【００２３】
実施例５
実施例２〜４と比較例１の試料Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤのＸ線回折パターンより、リン酸四カルシウムに対するリン酸一水素カルシウムの回折強度の比を前記の式（１）によって求めた。また、試料Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの硬化体のＸ線回折パターンより、リン酸四カルシウムに対する水酸アパタイトの回折強度の比を下記の式（２）によって求めた。
【式２】
〔但し、Ｉ（２５．９°）は２θ＝２５．９°における水酸アパタイトのＸ線回折強度であり、Ｉ（２９．２°）とＩ（２９．８°）とは、それぞれ２θ＝２９．２°及び２９．８°におけるリン酸四カルシウムのＸ線回折強度である。〕
【００２４】
試料Ａ〜Ｄの硬化時間及び濡れ圧縮強度並びに実施例５におけるＩＤＣＰＡ及びＩＨＡＰ の結果を併せて表１に示す。尚、Ｘ線回折の条件は下記の通りである。
電圧；４０ｋＶ
電流；１００ｍＡ
ターゲット；銅、Ｋα
走査速度；１０°／分
【００２５】
【表１】
【００２６】
表１の結果によれば、本発明の範囲に含まれる試料Ａ〜Ｃでは、硬化時間は１２分以下と非常に短く、速硬性のリン酸カルシウムセメントが得られていることが分かる。また、濡れ圧縮強度も４８ＭＰａ以上で優れた性能のセメントであることが分かる。更に、リン酸一水素カルシウムは十分に非晶質性であり、水酸アパタイトへの転化も効率的に進んでいることが分かる。尚、予め非晶質化したリン酸水素カルシウム粉末を使用して得られた試料Ａ（ＩＤＣＰＡ＝２２）に比べて、混合過程において非晶質化を行った試料Ｂ（ＩＤＣＰＡ＝３１）では、リン酸水素カルシウムの結晶性がやや高く、水酸アパタイトへの転化率も少し低い。しかし、試料Ｃ（ＩＤＣＰＡ＝２０）の結果によって明らかな通り、混合過程の時間を長くすれば、予め非晶質化した試料Ａの場合を上回る優れた性能のリン酸カルシウムセメントが得られることが分かる。
【００２７】
【発明の効果】
第１及び第２発明によれば、水のみによって混練することにより、速やかに硬化し、優れた濡れ圧縮強度を有する速硬性リン酸カルシウムセメントを得ることができる。このセメントでは、水を添加し、混練する際に、この水に酸を加える必要はなく、ｐＨを特に低くする必要がない。そのため、硬化反応の過程において炎症反応等、生体への悪影響のないリン酸カルシウムセメントを得ることができる。また、第３及び第４発明によれば、第１及び第２発明のリン酸カルシウムセメントを、攪拌、混合等、メカノケミカルの手法によって容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非晶質化の処理を施したリン酸一水素カルシウム粉末と、処理を施していないリン酸一水素カルシウム粉末のＸ線回折のチャートである。
【図２】試料Ａ〜Ｄのリン酸カルシウムセメントのＸ線回折のチャートである。
【図３】試料Ａ〜Ｄのリン酸カルシウムセメントを水と混練して得られた硬化体のＸ線回折のチャートである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、医科用或いは歯科用の速硬性リン酸カルシウムセメント及びその製造方法に関する。本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、その主成分として結晶性の低い（非晶質性の高い）特定のリン酸水素カルシウム粉末を使用することにより、水を添加して混練した場合に、速やかに硬化し得る。また、本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、湿潤環境における圧縮強度、即ち、濡れ圧縮強度及び生体活性等に優れ、人工骨、人工関節及び人工歯根等を形成するための原料として用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
生体に用いられる医療用セメントとしては、現在までに各種の組成のものが数多く提案されている。特に、リン酸カルシウム系の生体用セメントでは、このセメントが硬化とともに生体活性な水酸アパタイトに転化するため、生体親和性に優れた硬化体を得ることができる。
【０００３】
このリン酸カルシウム系の生体用セメントとしては、リン酸四カルシウムが使用されることが多い。例えば、米国特許明細書第４６１２０５３号にも、リン酸四カルシウムを主成分とするリン酸カルシウムセメントが開示されている。しかし、このセメントは硬化に比較的長時間を要するため、実用上は問題がある。そして、硬化に要する時間を短縮するため、クエン酸、リンゴ酸、乳酸等の有機酸或いは無機酸などを添加した酸性の水溶液によってセメントを混練する方法が多数提案されている（特開昭５９−８８３５１号公報、特開昭６２−８３３４８号公報、特開昭６３−２９４８６３号公報など）。
【０００４】
しかし、硬化液に酸を添加し、混練したものを生体内に補填した場合、酸による生体刺激が強く、補填部の周囲に炎症反応等を起こすことがあり、好ましくない。また、特開平２−４８４７９号公報、特表平８−５１０７１３号公報等には、使用するリン酸四カルシウムのカルシウムとリンとの比が過大にならないようにして、酸化カルシウムの副生を抑えることにより、硬化に要する時間を短縮する方法が提案されている。しかし、リン酸四カルシウムは、通常、１４５０℃以上の高温において焼成し、調製する必要があり、焼成中にリンが気化してしまうためカルシウムとリンとの比を調整することは非常に困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決するものであり、特定の非晶質性の高いリン酸水素カルシウム粉末をセメントの主成分として使用することにより、実用上、十分に短い時間で硬化し得る速硬性のリン酸カルシウムセメントを提供することを目的とする。また、本発明は、このようなセメントを、メカノケミカルの手法によって容易に調製し得る製造方法を提供することを目的とする。本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントでは、従来より多数提案されているように、水に酸を添加しｐＨを低くする必要がないため、炎症反応等の問題を起こすこともない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、（１） リン酸水素カルシウム粉末、又は（２） リン酸水素カルシウム粉末及びリン酸四カルシウム粉末を主成分とするリン酸カルシウムセメントにおいて、上記リン酸水素カルシウム粉末の少なくとも一部は非晶質化の処理を施されたものであることを特徴とする。
【０００７】
また、第２発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、第１発明のリン酸カルシウムセメントにおいて、下記の式（１）によって表されるリン酸四カルシウムのＸ線回折強度に対するリン酸水素カルシウムのＸ線回折強度の比（ＩＤＣＰＡ）が３７以下であることを特徴とする。
【式１】
【０００８】
更に、第３発明の速硬性リン酸カルシウムセメントの製造方法は、リン酸水素カルシウム粉末及び他のリン酸カルシウム粉末を主成分として使用し、リン酸カルシウムセメントを製造する方法において、上記リン酸水素カルシウム粉末に非晶質化の処理を施した後、このリン酸水素カルシウムと上記他のリン酸カルシウム粉末とを混合することを特徴とする。
【０００９】
また、第４発明の速硬性リン酸カルシウムセメントの製造方法は、リン酸水素カルシウム粉末及び他のリン酸カルシウム粉末を主成分として使用し、リン酸カルシウムセメントを製造する方法において、上記リン酸水素カルシウム粉末を上記他のリン酸カルシウム粉末と混合する過程において、上記リン酸水素カルシウム粉末に非晶質化の処理を施すことを特徴とする。
【００１０】
第１発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、非晶質化された上記「リン酸水素カルシウム粉末」を主成分とする。また、このリン酸水素カルシウム粉末と、上記「リン酸四カルシウム粉末」とを主成分とする。これら２種類の粉末を併用すれば、水によって混練した場合に、より速やかに硬化する。これらを併用する場合、その量比は特に限定されないが、モル比で８／２〜２／８、特に６／４〜４／６、更には等量程度を使用することが好ましい。尚、第１及び第２発明における「主成分」とは、セメントの全量を１００重量％とした場合に、上記の２種類の合計量が６０重量％以上、特に好ましくは８０重量％以上であることを意味する。主成分以外の粉末としては、α−リン酸三カルシウム、β−リン酸三カルシウム等の粉末を使用することができる。また、第１発明において、リン酸水素カルシウムとしては、リン酸一水素カルシウムの他にリン酸二水素カルシウムも同様に使用することができる。
【００１１】
上記の非晶質化された特定のリン酸水素カルシウム粉末は、リン酸水素カルシウム二水和物或いは無水物等として市販されているものに、「非晶質化の処理」を施すことにより調製することができる。また、無水物を１２０℃程度の温度で加熱し、脱水したものに非晶質化の処理を施してもよい。リン酸水素カルシウムは、所謂、メカノケミカル法によって容易に非晶質化することができる。このメカノケミカル法では、リン酸水素カルシウム粉末に、圧縮、剪断、摩擦、延伸等の手段によって機械的エネルギーを加えることにより、その物理化学的性質の変化、本発明では、非晶質化がもたらされるものである。非晶質化の具体的な手法としては、遠心ミル、遊星ミル、ライカイ機等による攪拌、混合が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
この非晶質化の処理を施されたリン酸水素カルシウム粉末は、その少なくとも一部或いはすべてが非晶質性となり、結晶性の高いリン酸水素カルシウム粉末に比べて水に溶け易くなる。そのため、この非晶質化された特定のリン酸水素カルシウム粉末を主成分として含むリン酸カルシウムセメントを水によって混練した場合、より速やかに水に溶解してリン酸イオン、カルシウムイオンが生成し、セメントの硬化が促進される。リン酸水素カルシウムの非晶質化の程度はＸ線回折によって評価することができる。第２発明のようにリン酸水素カルシウム粉末とリン酸四カルシウム粉末とを主成分として用いた場合、その非晶質化の程度は式（１） によって表される。第２発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、この「ＩＤＣＰＡ」が「３７以下」であり、特に３５以下、更には３２以下とすることが好ましい。また、ＩＤＣＰＡが２５以下の非晶質化がより進んだリン酸水素カルシウムとすることもできる。
【００１３】
リン酸四カルシウム粉末も、その製法については特に限定されない。例えば、炭酸カルシウム粉末とリン酸水素カルシウム粉末との等モル混合物を所定形状に成形した後、１４５０〜１５５０℃の温度範囲で焼成し、これを平均粒径が約１００μｍ程度の粉末としたものなどを使用することができる。
【００１４】
第３及び第４発明において、上記「他のリン酸カルシウム粉末」としては、リン酸水素カルシウム以外のリン酸カルシウム、例えば、リン酸四カルシウム、α−リン酸三カルシウム及びβ−リン酸三カルシウム等の粉末が挙げられる。また、水酸アパタイトの粉末を併用することもできる。これらのリン酸カルシウム粉末は１種のみを使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントには、硫酸バリウム及び次炭酸ビスマス等のＸ線造影剤を配合することができる。更に、より硬化時間を短縮するために、水酸アパタイト及びフッ化物等を種結晶として添加することもできる。
【００１５】
本発明では、セメントと水とを混練する際に酸を併用し、混練、硬化時のｐＨを炎症反応を起こすほどに低くする必要はなく、水のみによって混練しても、実用上、十分に短かい時間で硬化させることができる。そのため、硬化過程において補填部周縁が炎症反応等を起こすことがない。また、生成する硬化体が生体組織に悪影響を及ぼすこともない。更に、本発明のセメントは、濡れ圧縮強度が大きく、操作性にも優れ、混練時に容易に所定の形態を付与することができる。尚、この形態の付与とは、初期形状の付与及び補填後などにおける形状の修正、調整を併せ意味する。
【００１６】
混練物の粘度は、セメントと水との量比によって調整することができる。このセメントと水との量比は、セメント１００重量部に対して水を１５〜４０重量部とすることが好ましい。この量比は、、特に１５〜３５重量部、更には２０〜３０重量部とすることがより好ましい。水の量比が低すぎる場合は、混練時の粘度が高くなりすぎて所定の形態を付与することが難しくなる。また、水の量比が高くなりすぎると、混練時の粘度が低くなって取り扱い易くはなるが、体液等との接触によってセメントが分散し、成形体が崩壊し易くなることがある。尚、この水の量比を高くして混練物の粘度を適度に下げることにより、骨欠損部或いは骨折部等への注射器による補填が可能となり、それによって患者への負担を軽減することもできる。
【００１７】
更に、本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、水によって混練した後、これのみを生体内に補填して人工骨、人工歯根等の用途に用いることができるが、セメントと水とを混練する際に、骨形成因子、抗ガン剤及び抗生物質等を添加し、薬物徐放のための担体として利用することもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の具体的な実施例を示す。
実施例１
リン酸一水素カルシウム二水和物を１２０℃において１０時間加熱し、乾燥して結晶性の高い無水のリン酸水素カルシウム粉末（試料ａ）を得た。その後、この試料ａを遠心式ボールミル（フリッチェ社製、型式「Ｐ−６型」）によってジルコニア製の球石とともに２時間攪拌し、非晶質化の処理を施して試料ｂを得た。この試料ａと試料ｂとのＸ線回折パターンを確認したところ、図１に示すように試料ｂでは２θ＝２６．４°の（０２０）面の回折強度が大きく低下しており、非晶質化されていることが確認された（図１参照）。尚、この試料ａと試料ｂとを、それぞれ１ｇ、１００ｍｌの純水に入れ、２４時間後のｐＨを測定したところ、試料ａでは７．１であったのに対して試料ｂでは６．７であり、非晶質化にともない水溶性が向上していることが裏付けられた。
【００１９】
実施例２
実施例１において得られた試料ｂの非晶質化されたリン酸一水素カルシウム粉末と、等モル量のリン酸四カルシウム粉末とを、ガラスバイアル瓶に入れ、均一に分散されるまで混合してセメント（試料Ａ）を調製した。この試料ＡのＸ線回折パターンを確認したところ、後記の比較例１の試料Ｄの場合に比べて、２θ＝２６．４°の（０２０）面の回折ピークはブロードであり、また、回折強度が低下しており、相当に非晶質化されていることが確認された（図２参照）。この試料Ａ１０ｇに純水２．５ｇを添加して混合し、混練した後、ＪＩＳ Ｔ ６６０２に準じて硬化時間及び濡れ圧縮強度を測定した。尚、Ｘ線回折によって硬化体には水酸アパタイトが生成、析出していることが確認された（図３参照）。
【００２０】
実施例３
実施例１において得られた試料ａの非晶質化されていないリン酸一水素カルシウム粉末と、等モル量のリン酸四カルシウム粉末とを、ライカイ機によって３０分混合してセメント（試料Ｂ）を調製した。この試料ＢのＸ線回折パターンを確認したところ、２θ＝２６．４°の（０２０）面の回折強度が低下しており、非晶質化されていることが確認された（図２参照）。この試料Ｂ１０ｇに純水２．５ｇを添加して混合し、混練した後、ＪＩＳ Ｔ ６６０２に準じて硬化時間及び濡れ圧縮強度を測定した。尚、Ｘ線回折によって硬化体には水酸アパタイトが生成、析出していることが確認された（図３参照）。
【００２１】
実施例４
ライカイ機による混合時間を２時間とした他は実施例３と同様にしてセメント（試料Ｃ）を調製した。この試料ＣのＸ線回折パターンを確認したところ、２θ＝２６．４°の（０２０）面の回折ピークはブロードであり、実施例２の場合よりもさらに回折強度が低下しており、非晶質化が一段と進んでいることが確認された（図２参照）。この試料Ｃ１０ｇに純水２．５ｇを添加して混合し、混練した後、ＪＩＳ Ｔ ６６０２に準じて硬化時間及び濡れ圧縮強度を測定した。尚、Ｘ線回折によって硬化体には水酸アパタイトが生成、析出していることが確認された（図３参照）。
【００２２】
比較例１
実施例１において得られた試料ａの非晶質化されていないリン酸一水素カルシウム粉末と、等モル量のリン酸四カルシウム粉末とを、ガラスバイアル瓶に入れ、均一に分散されるまで混合してセメント（試料Ｄ）を調製した。この試料ＤのＸ線回折パターンを確認したところ、２θ＝２６．４°の（０２０）面の回折ピークはシャープであり、回折強度も大きく、結晶性の高いものであることが分かった（図２参照）。この試料Ｄ１０ｇに純水２．５ｇを添加して混合し、混練した後、ＪＩＳ Ｔ ６６０２に準じて硬化時間及び濡れ圧縮強度を測定した。また、尚、Ｘ線回折によって硬化体における水酸アパタイトの回折ピークを確認したが、生成、析出は各実施例に比べて少なかった（図３参照）。
【００２３】
実施例５
実施例２〜４と比較例１の試料Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤのＸ線回折パターンより、リン酸四カルシウムに対するリン酸一水素カルシウムの回折強度の比を前記の式（１）によって求めた。また、試料Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの硬化体のＸ線回折パターンより、リン酸四カルシウムに対する水酸アパタイトの回折強度の比を下記の式（２）によって求めた。
【式２】
【００２４】
試料Ａ〜Ｄの硬化時間及び濡れ圧縮強度並びに実施例５におけるＩＤＣＰＡ及びＩＨＡＰ の結果を併せて表１に示す。尚、Ｘ線回折の条件は下記の通りである。
電圧；４０ｋＶ
電流；１００ｍＡ
ターゲット；銅、Ｋα
走査速度；１０°／分
【００２５】
【表１】
表１の結果によれば、本発明の範囲に含まれる試料Ａ〜Ｃでは、硬化時間は１２分以下と非常に短く、速硬性のリン酸カルシウムセメントが得られていることが分かる。また、濡れ圧縮強度も４８ＭＰａ以上で優れた性能のセメントであることが分かる。更に、リン酸一水素カルシウムは十分に非晶質性であり、水酸アパタイトへの転化も効率的に進んでいることが分かる。尚、予め非晶質化したリン酸水素カルシウム粉末を使用して得られた試料Ａ（ＩＤＣＰＡ＝２２）に比べて、混合過程において非晶質化を行った試料Ｂ（ＩＤＣＰＡ＝３１）では、リン酸水素カルシウムの結晶性がやや高く、水酸アパタイトへの転化率も少し低い。しかし、試料Ｃ（ＩＤＣＰＡ＝２０）の結果によって明らかな通り、混合過程の時間を長くすれば、予め非晶質化した試料Ａの場合を上回る優れた性能のリン酸カルシウムセメントが得られることが分かる。
【００２７】
【発明の効果】
第１及び第２発明によれば、水のみによって混練することにより、速やかに硬化し、優れた濡れ圧縮強度を有する速硬性リン酸カルシウムセメントを得ることができる。このセメントでは、水を添加し、混練する際に、この水に酸を加える必要はなく、ｐＨを特に低くする必要がない。そのため、硬化反応の過程において炎症反応等、生体への悪影響のないリン酸カルシウムセメントを得ることができる。また、第３及び第４発明によれば、第１及び第２発明のリン酸カルシウムセメントを、攪拌、混合等、メカノケミカルの手法によって容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非晶質化の処理を施したリン酸一水素カルシウム粉末と、処理を施していないリン酸一水素カルシウム粉末のＸ線回折のチャートである。
【図２】試料Ａ〜Ｄのリン酸カルシウムセメントのＸ線回折のチャートである。
【図３】試料Ａ〜Ｄのリン酸カルシウムセメントを水と混練して得られた硬化体のＸ線回折のチャートである。
Claims (4)
- （１）リン酸水素カルシウム粉末、又は（２）リン酸水素カルシウム粉末及びリン酸四カルシウム粉末を主成分とするリン酸カルシウムセメントにおいて、上記リン酸水素カルシウム粉末は非晶質化の処理を施されたものであることを特徴とする速硬性リン酸カルシウムセメント。
- 下記の式（１）によって表されるリン酸四カルシウムのＸ線回折強度に対するリン酸水素カルシウムのＸ線回折強度の比（ＩＤＣＰＡ）が３７以下である請求項１記載の速硬性リン酸カルシウムセメント。
【式１】
〔但し、Ｉ（２６．４°）は２θ＝２６．４°における上記リン酸水素カルシウムのＸ線回折強度であり、Ｉ（２９．２°）とＩ（２９．８°）とは、それぞれ２θ＝２９．２°及び２９．８°における上記リン酸四カルシウムのＸ線回折強度である。〕 - リン酸水素カルシウム粉末及び他のリン酸カルシウム粉末を主成分として使用し、リン酸カルシウムセメントを製造する方法において、上記リン酸水素カルシウム粉末に非晶質化の処理を施した後、このリン酸水素カルシウムと上記他のリン酸カルシウム粉末とを混合することを特徴とする速硬性リン酸カルシウムセメントの製造方法。
- リン酸水素カルシウム粉末及び他のリン酸カルシウム粉末を主成分として使用し、リン酸カルシウムセメントを製造する方法において、上記リン酸水素カルシウム粉末を上記他のリン酸カルシウム粉末と混合する過程において、上記リン酸水素カルシウム粉末に非晶質化の処理を施すことを特徴とする速硬性リン酸カルシウムセメントの製造方法。
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