JP4192101B2 - 基体にリン酸カルシウムを被覆する方法及び被覆基体 - Google Patents

Description

本発明は、基体（Substrat）にリン酸カルシウム層を被覆する方法及び被覆基体に関する。

プラズマ溶射法は、特に生体作用のあるリン酸カルシウム層、例えばヒドロキシアパタイト、を基体に被覆することに使用される。しかしながら、この方法は、基体が微小片からなる場合や耐熱性がない場合には適さない。同様に、リン酸カルシウムの電気化学的析着は、微小片が電気伝導性であっても、微小片には適用できない。

特許文献１はリン酸カルシウム層の製造方法について記載している。その方法の第一工程において、基体は、カルシウムを含有しないリン酸塩含有浴（溶液）に浸漬される。次に、基体はその溶液から取り出され、乾燥後、カルシウムを含有するｐＨ８の第二溶液に浸漬される。リン酸カルシウムは、この溶液中で基体表面に形成される。

米国特許第６１５３２６６号明細書

この方法の１つめの不都合は、被覆に２つの工程を実施することである。２つめの不都合は、この２工程の方法では所望範囲の層の範囲（厚さ）を得ることができないことである。したがって、層を厚くするためには、公知の方法では、リン酸カルシウム層を被覆した基体をリン酸カルシウム溶液に浸漬する別の工程を予定している。

本発明の基礎となる目的は、公知の方法の不都合を排除し、所望の厚さのリン酸カルシウム層を簡単な方法で得ることである。

上記目的は、本発明によれば、細孔を有する基体を、リン酸カルシウムを含有するリン酸カルシウムゲルに導入し、基体上及び細孔内に存在する空気を減圧することによって取り除き、基体とゲルの混合物に通気し、そしてゲルで被覆された基体を乾燥する請求項１によって達成される。「ゲル」とは、ペーストのような状態の液体のことをいう。

本発明の請求項２によれば、リン酸カルシウム含有のＳｉＯ_２ゲル又はコロイド状ＳｉＯ_２溶液に、細孔を有する基体を導入し、基体上及び細孔内に存在する空気を減圧することによって取り除き、基体とゲル又は溶液の混合物に通気し、ゲル又は溶液で被覆した基体を乾燥する。

また、基体をリン酸カルシウム含有の二酸化ケイ素コロイド状溶液に導入してリン酸カルシウム層を直接基体の表面に施し、次いで溶媒を除去してクラックのない被覆を形成することもできる。即ち、リン酸カルシウム含有の二酸化ケイ素コロイド状溶液に基体を導入し、その混合物を連続的にかき混ぜ、溶媒を除去し、基体表面に二酸化ケイ素コロイドを濃縮することによって基体にリン酸カルシウム層の被覆を生成することができる。

本発明の有利な改良は従属請求項に記載されている。リン酸カルシウムゲルの濃度又はコロイド状溶液の濃度を変えることによって層の厚さを決定することができる。基体上に存在する空気を減圧することによって取り除くことができる。細孔を有する基体を使用することができる。リン酸カルシウムゲルは、ブルッシャイト及び／もしくはモネタイト又はブルッシャイト及び／もしくはモネタイトとヒドロキシアパタイトとの混合物からなることができる。ゲルは、シリカゲルとリン酸カルシウムとの混合物からなることができる。コロイド状溶液は、ヒドロキシアパタイト及び／又はβ‐リン酸三カルシウムを含有することができる。リン酸カルシウムゲル又はコロイド状溶液は、骨誘導因子を含有することができる。リン酸カルシウムゲル又はコロイド状溶液は、薬剤を含有することができる。

また、本発明によれば、上記の方法によって被覆された基体を提供する。例えば、細孔を有する基体を、リン酸カルシウムを含有するリン酸カルシウムゲルに導入し、基体上に存在する空気を減圧することによって取り除き、基体とゲルの混合物に通気し、ゲルで被覆した基体を乾燥し、リン酸カルシウム粒子から分離する、ことによって被覆されたリン酸カルシウム層を有する、リン酸カルシウム層で被覆された基体を提供する。さらには、リン酸カルシウム含有のＳｉＯ _２ ゲル又はコロイド状ＳｉＯ _２ 溶液に、細孔を有する基体を導入し、空気を減圧することによって取り除き、基体とゲル又は溶液の混合物に通気し、ゲル又は溶液で被覆した基体を乾燥し、リン酸カルシウム粒子から分離する、ことによって被覆されたリン酸カルシウム層を有する、リン酸カルシウム層で被覆された基体を提供する。

本発明の上記基体の有利な形態によれば、その基体は、生体適合性のある基体粒子からなる。また、本発明によれば、骨の代用物に適した上記基体、及び／又は骨にインプラントを固定するための使用に適した上記基体を提供する。

本発明の方法の利点は、一工程で基体にリン酸カルシウム層を形成できることである。層の厚さはリン酸カルシウムゲル又はコロイド溶液の濃度に依存するので、所望の層の厚さは、濃度の調節によって得ることができる。当該方法は、大面積の基体（複数）や微小片（複数）の被覆に適している。当該方法は基体を構成する材質に依存しない。

基体への層の付着強度は、減圧して基体上に存在するガス（空気）を除去することにより増大させることができる。この方法は、基体が細孔を有している場合に特に利点がある。空気が細孔（複数）から取り除かれ、リン酸カルシウムゲルが細孔に入り込む。ゲルの適当な組成により種々のリン酸カルシウム修飾ないし変形物質（Modifikationen）から層を作製することができることもさらなる利点と考えられる。このことは生体作用層にとって特に重要である。層の生体作用度は、生理学的環境における層の不安定性と共に増大することが知られている。ブルッシャイトやモネタイトなど、ヒドロキシアパタイトより溶解度が非常に大きいリン酸カルシウムは、とりわけ骨への結合段階にとって特に重要である。被覆した微小片が基体と骨組織との結合の改良目的で使用されるならば、ゲルはブルッシャイト及び／もしくはモネタイト又はブルッシャイト及び／もしくはモネタイトとヒドロキシアパタイトとの混合物からなる。しかしながら、ゲルはシリカゲルとリン酸カルシウムとの混合物から構成しても良い。加えて、ゲルは硫酸カルシウムなどの充填剤や骨誘導効果のある因子を含有しても良い。また、抗生物質又は骨の成長を促進させるもしくは骨の分解を抑制する薬品などの薬剤を、例えばゲルに混合することによって、層に導入することもできる。

本発明の方法を使用して被覆した基体（複数）は、骨の欠損に充填する又はインプラントとインプラントを挿入した骨との隙間に充填する骨の代用物として特に適している。生体適合性のある被覆基体微小片は好ましくはこれらの目的に使用される。また、該微小片は骨にインプラントを固定するために使われることもできる。

本発明は、実施例によって以下により詳細に説明されるが、実施例に制限されることはない。

リン酸溶液を連続的に撹拌しながら水酸化カルシウム溶液に導入する。形成する微細沈殿を遠心分離によって濃縮し、澄んだ上澄み液から分離する。あらかじめ脱脂及び洗浄したチタニウム細粒（Titan-Granulat）をこのようにして得たリン酸カルシウムゲルに導入し、入念に混合する。この混合物を減圧チャンバに入れる。適当な圧力に減圧すると、チタニウム細粒の細孔（複数）から空気が取り除かれる。続いて通気すると、リン酸カルシウムゲルがその細孔（複数）に入り込む。被覆した細粒を乾燥、単離し、ふるいによって（基体から）離れたリン酸カルシウム粒子から分離する。リン酸カルシウム層の厚さは可変であり、用意するゲルの濃度によって調節することができる。

適当なリン酸カルシウム粉末をシリカゲルと混合する。脱脂及び洗浄したチタニウム細粒をこのゲルに導入し、入念に混合する。実施例１のように、通気によってリン酸カルシウムシリカゲルがチタニウム細粒の細孔に入り込むことができるように、細孔から空気を取り除く。被覆した細粒を乾燥、個別粒子に分離（解砕）し、（基体から）遊離したリン酸カルシウム−シリカ粒子から空気流によって分離する。ケイ酸リン酸カルシウム（リン酸カルシウム+シリカ）層の厚さは、ゲル濃度によって調節することができる。

［参考例１］
適当なリン酸カルシウム粉末をアルコキシシラン（Ｒ’_ｎＳｉ（ＯＲ）_４−ｎ）（例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）の加水分解生成物の親水性コロイドに導入し、撹拌により均一に分散させる。次に、さらに撹拌しながら、所望の粒子径のチタニウム粉末もしくは細粒をこのコロイド状溶液に導入し、入念に撹拌した後、連続的にかき回しながら、蒸留による溶媒の慎重な蒸留除去を始める。被覆の完了は、流動可能になったチタニウム粒子及び基体表面に直接形成したクラックのない被膜によって特徴付けられる。最後に、被覆した基体を１５０℃まで数段階かけて熱処理する。

Claims (12)

1. 細孔を有する基体にリン酸カルシウム層を被覆する方法であって、
   リン酸カルシウムを含有するリン酸カルシウムゲルに前記基体を導入し、
   前記基体上及び前記細孔内に存在する空気を減圧することによって取り除き、
   前記基体と前記ゲルの混合物に通気し、
   前記ゲルで被覆した前記基体を乾燥する、
   ことを特徴とする基体をリン酸カルシウム層で被覆する方法。
2. 細孔を有する基体にリン酸カルシウム層を被覆する方法であって、
   リン酸カルシウム含有のＳｉＯ_２ゲル又はコロイド状ＳｉＯ_２溶液に基体を導入し、
   前記基体上及び前記細孔内に存在する空気を減圧することによって取り除き、
   前記基体と前記ゲル又は前記溶液の混合物に通気し、
   前記ゲル又は前記溶液で被覆した前記基体を乾燥する、
   ことを特徴とする基体をリン酸カルシウム層で被覆する方法。
3. 前記リン酸カルシウムゲルの濃度又は前記コロイド状溶液の濃度を変えることによって層の厚さを決定する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記リン酸カルシウムゲルは、ブルッシャイト及び／もしくはモネタイト又はブルッシャイト及び／もしくはモネタイトとヒドロキシアパタイトとの混合物からなる、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記ゲルは、シリカゲルとリン酸カルシウムとの混合物からなる、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記コロイド状溶液は、ヒドロキシアパタイト及び／又はβ‐リン酸三カルシウムを含有する、
   ことを特徴とする請求項２記載の方法。
7. 前記リン酸カルシウムゲル又は前記コロイド状溶液は、骨誘導因子を含有する、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記リン酸カルシウムゲル又は前記コロイド状溶液は、薬剤を含有する、
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によってリン酸カルシウム層で被覆された基体。
10. 生体適合性のある基体粒子からなる、ことを特徴とする請求項９に記載のリン酸カルシウム層で被覆された基体。
11. 骨の代用物に適したものである、ことを特徴とする請求項９又は１０のいずれか一項に記載のリン酸カルシウム層で被覆された基体。
12. 骨にインプラントを固定するための使用に適したものである、ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載のリン酸カルシウム層で被覆された基体。