JP5393473B2 - リン酸カルシウム複合体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に係る製造方法で用いる基材としては、種々のものを選択できる。例えば、高分子材料を含んで構成される高分子基材、及び無機材料からなる無機基材が挙げられる。高分子基材の具体例としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」という)等のポリエステル、シリコーンポリマー(シリコーンゴムであってもよい)、ポリエチレングリコール、ポリアルキレングリコール、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルフォン、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリアミン、ポリウレア、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等の合成高分子;セルロース、アミロース、アミロペクチン、キチン、キトサン等の多糖類、コラーゲン等のポリペプチド、ヒアルロン酸、コンドロイチン、コンドロイチン硫酸等のムコ多糖類等、シルクフィブロイン等の天然高分子等が挙げられるが、これに限定されるものではない。ここに例示した基材の中でも、医療材料として好適であるという観点から、ポリエステル、シルクフィブロイン、シリコーンポリマー、ポリ乳酸、ポリウレタン、特に、PET、シルクフィブロインが好ましい。また、無機基材の具体例としては、例えば、チタン、酸化チタン、ステンレス等が挙げられる。このように、様々な基材を選択できる点は、本発明に係る製造方法の優れた効果の一つである。従来の方法では選択できる基材は限られていたが、本発明ではオゾン水処理を行なうことにより、様々な基材に対してリン酸カルシウムを結合させることが可能となった。
本発明に係る製造方法で用いるリン酸カルシウムとしては、特に限定されないが、ハイドロキシアパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2)が好ましく、ハイドロキシアパタイト焼結体(ハイドロキシアパタイトセラミックスとも呼ばれる)がより好ましい。ハイドロキシアパタイトは、特にハイドロキシアパタイト焼結体は、生体内において長期間安定に存在し、かつ安全性が高いため、医療用に用いるリン酸カルシウム複合体の原料として優れている。また、ハイドロキシアパタイトは皮膚等の細胞との接着性が高いため、経皮デバイスの材料として特に優れている。
本発明に係る製造方法に含まれる表面処理工程は、上記基材を表面処理する工程であって、上記基材の表面とオゾン水とを接触させる工程であればよい。
本発明に係る製造方法に含まれる結合工程は、上記表面処理工程後の上記基材の表面に上記リン酸カルシウムを結合させる工程であればよい。
本発明に係る製造方法では、結合工程によって得られたリン酸カルシウム複合体を洗浄する洗浄工程を行なってもよい。洗浄工程は、リン酸カルシウム複合体の使用用途に応じて行なえばよい。
本実施例では、繊維状のPET(以下、「カットPET」という)を基材として用いた。
まず、ガス溶解モジュール(ジャパンゴアテック社製、型式:GT‐01T)を用いてオゾン水を製造した。具体的には、ガス溶解モジュール内で水道水(流量600mL/min、圧力0.05MPa)とオゾンガス(流量500mL/min、圧力0.03〜0.05MPa)とを接触させてオゾン水を製造した。
カットPETをドクター試験管に入れた。次に、ドクター試験管に重合混合液(シランカップリング剤としてγ-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業社製、以下、「KBE503」という)500μL、界面活性剤としてペンタエチレングリコールドデシルエーテル(以下、「PGDE」という)73μL、純水18mLの混合液)を入れた。
3回目に融解した後、減圧状態のままグラフト重合反応を開始させた。具体的には、ドクター試験管を恒温槽に浸し、50℃、60分間静置した。
グラフト重合後のドクター試験管を大気圧下に置き、吸引ろ過でカットPETを回収した。次に、カットPETをエタノール200mL中に浸漬してプローブ超音波処理によりホモポリマーを除去した。プローブ超音波処理には、BRANSON SONIC POWER COMPANY社製、型式:SONIFIER450の装置を用いた。
Hapの分散液(濃度1mg/mL、溶媒:エタノール)20mLに、カットPET200mgを入れた。次に、超音波装置(カイジョー社製、型式:CA‐24800)を用いて50Wの出力で超音波処理した。次に、吸引ろ過にてカットPETを回収した。
カットPETを真空乾燥機(プログラムコントロール高温真空乾燥機、清水理化学機器製作所社製、型式:VOPC4‐3H)の中で加熱減圧下に静置した(1kPa(絶対圧力)、80℃、120分間)。これにより、カットPET上にHapが結合され、Hapで被覆されたカットPETを得た。
Hapにより被覆されたカットPETを水200mL中に入れて、プローブ超音波処理を1分間行なった。このプローブ超音波処理は、グラフト重合後に行なったプローブ超音波処理と同じ装置を用い、同じ方法で行なった。これにより、カットPET上に、単に吸着されただけであり結合していなかったHapを除去した。
本実施例で得られたHap複合体を走査型電子顕微鏡(日本電子社製、型式:JSM‐5510)を用いて観察した。結果を図1に示す。図1は、本実施例で得られたHap複合体を走査型電子顕微鏡により観察した結果を示す図であり、(a)は3,000倍、(b)は20,000倍の倍率で観察した結果を示す。
本比較例では、オゾン水処理の代わりに、APS開始剤(ナカライテスク社製)を使用した基材の表面処理を行なうことで、Hap複合体を製造した。
重合混合液として、KBE503を1088μL、PGDE292μL、APS開始剤82mg、純水18mLの混合液の混合液を用いた以外は比較例1と同じ方法でHap複合体を得た。
実施例1、比較例1及び2において、Hap被覆後の洗浄処理(プローブ超音波処理)の前後におけるカットPETの表面を走査型顕微鏡により観察することで、Hapの接着強度を比較した。結果を図2に示す。図2はHapの接着強度を比較した結果を示す図であり、図2の(a)及び(a’)は実施例1のカットPETの表面を観察した結果を示し、図2の(b)及び(b’)は比較例1のカットPETの表面を観察した結果を示し、図2の(c)及び(c’)は比較例2のカットPETの表面を観察した結果を示す。また、図2の(a)、(b)、(c)はプローブ超音波処理前のカットPETの表面を観察した結果であり、図2の(a’)、(b’)、(c’)はプローブ超音波処理後のカットPETの表面を観察した結果である。
オゾン水の濃度及びオゾン水処理時間を次の4通りとした以外は、実施例1と同じ方法でハイドロキシアパタイト複合体を得た。即ち、オゾン水の濃度及びオゾン水処理時間を、(a)40ppm、20分間、(b)2ppm、20分間、(c)40ppm、5分間、(d)2ppm、5分間とした。
本実施例では、基材としてシルクフィブロインの繊維(藤村製糸社製、以下、「カットシルク」という)を用い、また、以下の条件を変更した以外は、実施例1と同じ方法でHap複合体を製造した。
オゾン水濃度を35ppmとした以外は実施例4と同じ方法によりHap複合体を製造した。
本実施例ではオゾン水処理で用いるオゾン水がカットシルクに与える影響を検討した。具体的には、オゾン水処理直後のカットシルク表面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察した。結果を図4に示す。図4は実施例4及び5におけるオゾン水処理直後のカットシルクを走査型電子顕微鏡により観察した結果を示す図であり、図4の(a)は実施例4のカットシルクを観察した結果を示し、図4の(b)は実施例5のカットシルクを観察した結果を示す。
実施例4で得たHap複合体の評価を行なった。具体的には走査型電子顕微鏡による観察、及びFT‐IRによる分析を行なった。結果を図5及び図6に示す。図5は実施例4においてカットシルクにHapを結合させる前後の状態を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図であり、図5の(a)はグラフト重合処理直後のカットシルクを観察した結果を示し、図5の(b)は得られたHap複合体を観察した結果を示す。また、図6は実施例4におけるカットシルクをFT‐IRにより分析した結果を示す図であり、横軸は波長(cm−1)を示し、縦軸は透過率(%)を示す。また、図6中の直線で示したスペクトルはグラフト重合させる前のスペクトルを示し、破線で示したスペクトルは、グラフト重合後のカットシルクのスペクトルを示す。
本実施例では、グラフト重合、及びグラフト重合後の洗浄において発生した残渣の量を比較した。
オゾン水処理の代わりにオゾンガスを用いて基材(PET)の表面処理を行なった。具体的には、オゾン水処理の代わりに、オゾンガスをPETに接触させた以外は、実施例1と同じ操作を行なった。結果を図7に示す。図7は、オゾンガス処理(オゾンガス:70重量%、20分間)によってHapを被覆させたPETの表面を観察した結果を示す図であり、図7の(a)はプローブ超音波処理前の基材の表面を観察した結果を示し、図7の(b)はプローブ超音波処理後の基材の表面を観察した結果を示す。
本実施例では、オゾン水の濃度を実施例1及び3よりも高濃度とした以外は、実施例1と同じ方法でハイドロキシアパタイト複合体を得た。即ち、オゾン水の濃度を、80ppmとした。結果を図8に示す。
本実施例では、オゾン水の濃度を実施例1及び3よりも低濃度とした以外は、実施例1と同じ方法でハイドロキシアパタイト複合体を得た。即ち、オゾン水の濃度を、0.8ppmとした。結果を図9に示す。
本実施例では、ポリウレタンを基材として用いて、種々の条件を変更した以外は実施例1と同じ方法でハイドロキシアパタイト複合体を得た。具体的には、実施例11では、直径15mmの板状の基材を5枚使用し、オゾン水処理条件において、オゾン水の濃度を15ppmとし、グラフト重合条件において、PGDEを36.5μLとした。また、Hap吸着時において、分散液20mLに対し、グラフト重合後の基材(直径15mmの板)を2枚処理した。
本実施例では、ポリメタクリル酸メチルを基材として用いた以外は、実施例11と同じ方法でハイドロキシアパタイト複合体を得た。
本実施例では、シリコーンを基材として使用し、種々の条件の変更以外は実施例1と同じ方法で得られたハイドロキシアパタイト複合体の接着強度を比較した。
即ち、本実施例では、オゾン水の濃度を15ppmとし、グラフト重合剤としてシランカップリング剤(KBE)の代わりに10重量%アクリル酸18mlを使用し、10分間重合反応を行なった。なお、グラフト重合剤としてアクリル酸を使用した理由としては、シリコーンに酸素原子が多量に含まれるため、KBEを使用すると重合反応が阻害されるためである。
本実施例では、ポリスチレンを基材として使用した以外は、実施例13と同じ方法で得られたハイドロキシアパタイト複合体の接着強度を比較した。なお、グラフト重合剤としてアクリル酸を使用した理由としては、ポリスチレンはKBEに可溶性を示すためである。
Claims (3)
- 基材の表面にリン酸カルシウムが結合してなるリン酸カルシウム複合体の製造方法であって、
上記基材を表面処理する表面処理工程と、
上記表面処理工程後の上記基材の表面に上記リン酸カルシウムを結合させる結合工程と、を含み、
上記表面処理工程が、上記基材の表面とオゾン水とを接触させる工程であり、上記基材としてシルクを用い、上記オゾン水の濃度が27ppmであることを特徴とする製造方法。 - 上記基材の表面と上記オゾン水とを接触させる時間が、5分以上30分以下であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 上記基材の表面と上記オゾン水との接触を、20℃以上60℃以下で行なうことを特徴とする請求項1又は2に記載の製造方法。
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