JP5785705B2 - Manufacturing method of artificial aggregate - Google Patents
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Description
本発明は、人工骨材の製造方法に関するものであり、具体的には例えば、事故等により失われた生体骨の代替となり得る人工骨材の製造方法に関する。
The present invention relates to process for producing an artificial bone material, specifically, for example, a method for producing an artificial bone material that may be lost in living bone substitute by accident.
従来、この種の人工骨材としては、チタンを含む金属基材のみでなるものが知られている。斯かる人工骨材は、金属基材がチタンを含むことから、優れた力学的強度を有し、しかも生体適合性に優れている。 Conventionally, as this type of artificial aggregate, one made only of a metal base material containing titanium is known. Such an artificial aggregate has excellent mechanical strength and excellent biocompatibility because the metal base material contains titanium.
ところが、斯かる人工骨材は、例えば、生体内に入れられても、骨材の表面に生体骨の骨組織が生成されやすいものではなく、生体骨の代替になり得るものとして満足できるものではない。 However, even if such an artificial aggregate is placed in a living body, for example, the bone tissue of the living bone is not easily generated on the surface of the aggregate, and is not satisfactory as a substitute for living bone. Absent.
これに対して、チタンを含む金属基材の表面にチタン酸金属塩が担持されてなる人工骨材が知られている。斯かる人工骨材としては、具体的には、例えば、純チタンからなる金属基材の表面にチタン酸ナトリウム（Ｎａ2ＴｉＯ3）が担持されてなるもの（非特許文献１）、また、純チタンからなる金属基材の表面にチタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ3）が担持されてなるもの（非特許文献２）が提案されている。 On the other hand, an artificial bone material in which a metal titanate is supported on the surface of a metal substrate containing titanium is known. As such an artificial aggregate, specifically, for example, a material in which sodium titanate (Na 2 TiO 3 ) is supported on the surface of a metal base made of pure titanium (Non-patent Document 1), There has been proposed a non-patent document 2 in which calcium titanate (CaTiO 3 ) is supported on the surface of a metal substrate made of titanium.
しかしながら、チタンを含む金属基材の表面にチタン酸金属塩が担持されてなる非特許文献１や非特許文献２に記載のごとき人工骨材は、骨組織が生成され得る生体内などの環境下において、骨組織の生成を誘導する性能を有するものの該性能に必ずしも優れるものではないという問題がある。具体的には、ヒドロキシアパタイトなどの骨組織成分を人工骨材の表面に形成できる性能が十分なものではないという問題がある。 However, artificial bone materials such as those described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 in which a metal titanate is supported on the surface of a metal base material containing titanium are in an environment such as in vivo where bone tissue can be generated. However, there is a problem that although it has the ability to induce the generation of bone tissue, it is not necessarily excellent in the performance. Specifically, there is a problem that the performance of forming a bone tissue component such as hydroxyapatite on the surface of the artificial aggregate is not sufficient.
本発明は、上記の問題点等に鑑み、骨組織成分を形成させる性能に優れる人工骨材の製造方法を提供することを課題とする。
This invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the artificial aggregate excellent in the performance which forms a bone tissue component in view of said problem.
本発明の人工骨材の製造方法は、チタンを含む金属基材の表面を無機酸及び過酸化水素を含む水溶液によって酸化させる酸化処理工程と、該酸化工程後の金属基材をカルシウム含有化合物と炭酸アルカリ金属塩と水との存在下で加圧しつつ加熱する水熱処理工程と、を実施することにより、チタンを含む金属基材にチタン酸カルシウムと炭酸カルシウムとを担持させて人工骨材を製造する人工骨材の製造方法であって、前記水熱処理工程において、前記カルシウム含有化合物のカルシウムのモル数が、前記炭酸アルカリ金属塩の炭酸イオンのモル数より多くなるようにカルシウム含有化合物と炭酸アルカリ金属塩とを用いるものである。
上記構成からなる人工骨材の製造方法においては、前記水熱処理工程を実施することから、前記金属基材にチタン酸カルシウムと炭酸カルシウムとが担持され、得られた人工骨材が骨組織成分を形成する性能に優れたものになり得る。
上記人工骨材においては、前記金属基材にチタン酸カルシウムと炭酸カルシウムとが担持されてなることから、骨組織成分が形成され得る生体内などの環境下において、チタン酸カルシウム由来のカルシウムイオンと炭酸カルシウム由来のカルシウムイオンとがカルシウムの供給源になり、骨組織成分としてのヒドロキシアパタイト（Ｃａ １０ （ＰＯ ４ ） ６ （ＯＨ） ２ ）が前記人工骨材の表面に形成されることが促進され得る。
The method for producing an artificial aggregate according to the present invention includes an oxidation treatment step of oxidizing a surface of a metal base material containing titanium with an aqueous solution containing an inorganic acid and hydrogen peroxide , and the metal base material after the oxidation step with a calcium-containing compound. By carrying out a hydrothermal treatment step of heating while applying pressure in the presence of an alkali metal carbonate and water, an artificial aggregate is produced by supporting calcium titanate and calcium carbonate on a metal substrate containing titanium. In the hydrothermal treatment step, the calcium-containing compound and the alkali carbonate so that the number of moles of calcium of the calcium-containing compound is larger than the number of moles of carbonate ions of the alkali metal carbonate. A metal salt is used.
In the method for producing an artificial aggregate having the above configuration, since the hydrothermal treatment step is performed, calcium titanate and calcium carbonate are supported on the metal base material, and the obtained artificial aggregate has a bone tissue component. It can be excellent in forming performance.
In the above-mentioned artificial aggregate, since calcium titanate and calcium carbonate are supported on the metal base material, in an environment such as a living body where a bone tissue component can be formed, calcium ions derived from calcium titanate and Calcium ions derived from calcium carbonate serve as a supply source of calcium, and it is promoted that hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) as a bone tissue component is formed on the surface of the artificial aggregate. obtain.
本発明の人工骨材は、骨組織成分を形成する性能に優れているという効果を奏する。 The artificial bone material of the present invention has an effect of being excellent in the performance of forming a bone tissue component.
以下、本発明に係る人工骨材の一実施形態について詳しく説明する。 Hereinafter, an embodiment of an artificial aggregate according to the present invention will be described in detail.
本実施形態の人工骨材は、チタンを含む金属基材の表面にチタン酸カルシウムと炭酸カルシウムとが担持されてなるものである。
該人工骨材は、前記金属基材にチタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ3）と炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）とが表面に担持されてなることから、例えば、生体内に入れられることにより、表面においてヒドロキシアパタイトなどの骨組織成分が比較的短い期間で形成され得る。また、生体内でなくとも、リン酸イオンを含み骨組織成分が形成され得る人工体液などの存在下において、ヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）などの骨組織成分が比較的短い期間で形成され得る。
The artificial bone material of the present embodiment is obtained by supporting calcium titanate and calcium carbonate on the surface of a metal base material containing titanium.
Since the artificial aggregate is formed by supporting calcium titanate (CaTiO 3 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) on the surface of the metal base material, for example, by placing it in a living body, hydroxyapatite is formed on the surface. Bone tissue components such as can be formed in a relatively short period of time. In addition, bone tissue components such as hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) are compared in the presence of an artificial body fluid that contains phosphate ions and can form bone tissue components even in a living body. Can be formed in a short period of time.
前記金属基材は、金属のチタンを含み人工骨材を力学的に支えるものである。該金属基材の材料としては、具体的には、例えば、純金属チタン、チタン含有合金などが挙げられる。 The metal substrate includes metal titanium and dynamically supports the artificial aggregate. Specific examples of the material for the metal substrate include pure metal titanium and titanium-containing alloys.
前記チタン含有合金としては、例えば、チタン（Ｔｉ）−クロム（Ｃｒ）−アルミニウム（Ａｌ）合金、チタン（Ｔｉ）−クロム（Ｃｒ）−スズ（Ｓｎ）合金、チタン（Ｔｉ）−ニオブ（Ｎｂ）−タンタル（Ｔａ）−ジルコニウム（Ｚｒ）合金等が挙げられる。 Examples of the titanium-containing alloy include titanium (Ti) -chromium (Cr) -aluminum (Al) alloy, titanium (Ti) -chromium (Cr) -tin (Sn) alloy, and titanium (Ti) -niobium (Nb). -A tantalum (Ta)-zirconium (Zr) alloy etc. are mentioned.
前記人工骨材の形状は、生体骨の代替になり得る形状であれば特に限定されるものではなく、該形状としては、例えば、棒状、板状等が挙げられる。前記人工骨材は、多孔質体（ポーラス体）であってもよい。 The shape of the artificial aggregate is not particularly limited as long as it is a shape that can substitute for a living bone, and examples of the shape include a rod shape and a plate shape. The artificial aggregate may be a porous body.
なお、前記人工骨材は、担持されているチタン酸カルシウムと炭酸カルシウムとの量比が特に限定されるものではない。 The artificial aggregate is not particularly limited in the quantity ratio between the supported calcium titanate and calcium carbonate.
また、前記人工骨材は、窒素分子や酸素分子などの気体成分、又は、炭素などの固体成分等を不純物として含み得る。 In addition, the artificial aggregate may contain gas components such as nitrogen molecules and oxygen molecules, or solid components such as carbon as impurities.
次に、本発明における人工骨材の製造方法の一実施形態について説明する。 Next, an embodiment of a method for producing an artificial aggregate according to the present invention will be described.
本実施形態の人工骨材の製造方法は、チタンを含む金属基材をカルシウム含有化合物と炭酸アルカリ金属塩と水との存在下で加圧しつつ加熱する水熱処理工程を実施するものである。
また、前記水熱処理工程においては、カルシウム含有化合物のカルシウムのモル数が、炭酸アルカリ金属塩の炭酸イオンのモル数より多くなるように前記カルシウム含有化合物と前記炭酸アルカリ金属塩とを用いる。
また、前記水熱処理工程の前に、前記金属基材の表面を酸化させる酸化処理工程を実施する。
The manufacturing method of the artificial aggregate of this embodiment implements the hydrothermal treatment process of heating while pressing the metal base material containing titanium in presence of a calcium containing compound, an alkali metal carbonate, and water.
In the hydrothermal treatment step, the calcium-containing compound and the alkali metal carbonate are used so that the number of moles of calcium of the calcium-containing compound is larger than the number of moles of carbonate ions of the alkali metal carbonate.
In addition , an oxidation treatment step for oxidizing the surface of the metal substrate is performed before the hydrothermal treatment step.
即ち、前記人工骨材の製造方法においては、チタンを含む金属基材の表面を酸化させる酸化処理工程を実施した後、カルシウム含有化合物のカルシウムのモル数が、炭酸アルカリ金属塩の炭酸イオンのモル数より多くなるように前記カルシウム含有化合物と前記炭酸アルカリ金属塩とを用いて、酸化処理を施した金属基材をカルシウム含有化合物と炭酸アルカリ金属塩と水との存在下で加圧しつつ加熱する水熱処理工程を実施する。
That is, in the method for manufacturing the artificial aggregate, after performing an oxidation treatment step of oxidizing the surface of the metal substrate including titanium, the number of moles of the calcium of the calcium-containing compound, moles of carbonate ions of alkali metal carbonate Using the calcium-containing compound and the alkali metal carbonate so as to exceed the number, the oxidized metal base material is heated while being pressurized in the presence of the calcium-containing compound, the alkali carbonate metal salt, and water. A hydrothermal treatment process is performed.
前記水熱処理工程においては、前記カルシウム含有化合物のカルシウムと前記炭酸アルカリ金属塩の炭酸イオンとの量比を上記のごとく規定し、しかもカルシウム含有化合物と炭酸アルカリ金属塩と水との存在下でチタンを含む金属基材を加圧しつつ加熱する水熱処理を行うことにより、酸化処理を施した金属基材の表面に、チタン酸カルシウムと炭酸カルシウムとを担持させる。前記金属基材にチタン酸カルシウムと炭酸カルシウムとが担持されることにより、人工骨材の骨組織成分の形成促進能が優れたものになり得る。 In the hydrothermal treatment step, the quantitative ratio of calcium of the calcium-containing compound and carbonate ion of the alkali metal carbonate is defined as described above, and titanium is added in the presence of the calcium-containing compound, the alkali metal carbonate and water. By carrying out a hydrothermal treatment in which the metal base material containing is heated while being pressurized, calcium titanate and calcium carbonate are supported on the surface of the oxidized metal base material. By carrying calcium titanate and calcium carbonate on the metal substrate, the ability to promote the formation of bone tissue components of the artificial aggregate can be improved.
前記水熱処理工程においては、炭酸アルカリ金属塩の炭酸イオンのモル数に対してカルシウム含有化合物のカルシウムのモル数が１０以下であることが好ましく、２以下であることがより好ましい。 In the hydrothermal treatment step, the number of moles of calcium of the calcium-containing compound is preferably 10 or less, more preferably 2 or less, relative to the number of carbonate ions of the alkali metal carbonate.
前記カルシウム含有化合物は、カルシウムを含む化合物であれば、特に限定されないが、前記カルシウム含有化合物としては、水溶性のものを用いることが好ましい。また、人工骨材に有機性の不純物が残存しにくいという点で、カルシウム含有無機化合物を用いることが好ましい。
該カルシウム含有無機化合物としては、具体的には、例えば、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）、硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ3）2）などを用いることができる。なかでも、化学的安定性が高く保存が容易であり、水溶液がアルカリ性を示し、水熱処理によってチタン酸カルシウムがより生じやすいという点で、水酸化カルシウムを用いることが好ましい。
Although the said calcium containing compound will not be specifically limited if it is a compound containing calcium, It is preferable to use a water-soluble thing as said calcium containing compound. In addition, it is preferable to use a calcium-containing inorganic compound from the viewpoint that organic impurities hardly remain in the artificial aggregate.
Specific examples of the calcium-containing inorganic compound include calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), calcium chloride (CaCl 2 ), calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 ), and the like. Among them, it is preferable to use calcium hydroxide because it has high chemical stability and is easily stored, the aqueous solution exhibits alkalinity, and calcium titanate is more easily generated by hydrothermal treatment.
前記炭酸アルカリ金属塩としては、具体的には、例えば、炭酸ナトリウム塩、炭酸カリウム塩等を用いることができる。
前記炭酸ナトリウム塩としては、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）等を用いることができる。
また、前記炭酸カリウム塩としては、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）などを用いることができる。
Specific examples of the alkali metal carbonate include sodium carbonate and potassium carbonate.
As the sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and the like can be used.
Further, as the potassium salt, potassium hydrogen carbonate (KHCO 3), potassium carbonate (K 2 CO 3) or the like can be used.
前記水熱処理工程は、前記カルシウム含有化合物と前記炭酸アルカリ金属塩とが水に溶解した水熱処理用水溶液に前記金属基材を浸漬することにより実施することが好ましい。
該水熱処理用水溶液において、前記カルシウム含有化合物の濃度は、特に限定されるものではないが、金属基材の表面にチタン酸カルシウムをより確実に担持させるという点で、カルシウムの濃度で１ｍＭを超え２０ｍＭ以下であることが好ましい。
また、該水熱処理用水溶液における前記炭酸アルカリ金属塩の濃度は、特に限定されるものではないが、金属基材の表面にチタン酸カルシウム及び炭酸カルシウムをより確実に担持させるという点で、炭酸イオンの濃度で１ｍＭ以上２０ｍＭ未満であることが好ましく、１ｍＭ以上１０ｍＭ以下であることがより好ましい。
The hydrothermal treatment step is preferably performed by immersing the metal substrate in an aqueous solution for hydrothermal treatment in which the calcium-containing compound and the alkali metal carbonate are dissolved in water.
In the aqueous solution for hydrothermal treatment, the concentration of the calcium-containing compound is not particularly limited, but the calcium concentration exceeds 1 mM in terms of more reliably supporting calcium titanate on the surface of the metal substrate. It is preferably 20 mM or less.
Further, the concentration of the alkali metal carbonate in the aqueous solution for hydrothermal treatment is not particularly limited, but in terms of more reliably supporting calcium titanate and calcium carbonate on the surface of the metal substrate, carbonate ions The concentration is preferably 1 mM or more and less than 20 mM, more preferably 1 mM or more and 10 mM or less.
前記水熱処理工程は、加熱条件下で行う。具体的には、例えば、水の存在下で１００℃を超えるように密閉状態で加熱することにより行うことができる。また、前記水熱処理工程においては、簡便に加圧できるという点で、加熱温度が１００℃を超えることが好ましい。また、人工骨材の基材の強度低下が抑制され得るという点で、加熱温度が２２０℃以下であることが好ましい。 The hydrothermal treatment step is performed under heating conditions. Specifically, for example, the heating can be performed in a sealed state so as to exceed 100 ° C. in the presence of water. Moreover, in the said hydrothermal treatment process, it is preferable that heating temperature exceeds 100 degreeC at the point that it can pressurize simply. Moreover, it is preferable that heating temperature is 220 degrees C or less at the point that the intensity | strength fall of the base material of an artificial aggregate can be suppressed.
前記水熱処理工程は、加圧条件下、即ち、１気圧を超える圧力で行う。また、チタン酸カルシウムと炭酸カルシウムとをより多く基材に担持できるという点で、１気圧を超え１５気圧以下の加圧条件で行うことが好ましい。
また、前記水熱処理工程においては、加熱及び加圧条件下で水熱処理用水溶液に前記金属基材を浸漬する時間が、３〜２４時間であることが好ましく、５〜１２時間であることがより好ましい。
The hydrothermal treatment step is performed under pressure, that is, at a pressure exceeding 1 atmosphere. Moreover, it is preferable to carry out on the pressurization conditions of more than 1 atmosphere and 15 atmospheres or less at the point that more calcium titanate and calcium carbonate can be carry | supported by a base material.
In the hydrothermal treatment step, the time for immersing the metal substrate in the aqueous solution for hydrothermal treatment under heating and pressure conditions is preferably 3 to 24 hours, and more preferably 5 to 12 hours. preferable.
前記水熱処理工程は、密閉された空間内で行うことが好ましい。具体的には、前記水熱処理工程は、例えば、機器としてオートクレーブを用いて実施することができる。 The hydrothermal treatment step is preferably performed in a sealed space. Specifically, the hydrothermal treatment step can be performed using, for example, an autoclave as an apparatus.
前記水熱処理工程の前に実施する酸化処理工程は、チタンを含む金属基材の表面を酸化させるべく、例えば、無機酸及び酸化剤を含む水溶液に前記金属基材を浸すことにより実施できる。前記酸化処理工程において前記金属基材の表面を酸化させることにより、水熱処理工程においてより多くのチタン酸カルシウムと炭酸カルシウムとを前記金属基材に担持させることができるという利点がある。 The oxidation treatment step carried out before the hydrothermal treatment step can be carried out, for example, by immersing the metal substrate in an aqueous solution containing an inorganic acid and an oxidizing agent in order to oxidize the surface of the metal substrate containing titanium. By oxidizing the surface of the metal substrate in the oxidation treatment step, there is an advantage that more calcium titanate and calcium carbonate can be supported on the metal substrate in the hydrothermal treatment step.
前記無機酸としては、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸等を用いることができる。なかでも金属基材表面の不動態膜を確実に破壊できるという点で、硝酸を用いることが好ましい。 As the inorganic acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and the like can be used. Of these, nitric acid is preferably used because the passive film on the surface of the metal substrate can be reliably destroyed.
前記酸化剤としては、過酸化水素、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸等が挙げられ、なかでも、均一でより結晶性の低い酸化チタン（ＴｉＯ２）膜を金属基材表面に合成でき、該酸化チタン膜があることにより金属基材表面にチタン酸カルシウムがより担持されやすくなるという点で、過酸化水素を用いる。 Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, and the like . Among them, a titanium oxide (TiO 2 ) film having a uniform and lower crystallinity can be synthesized on the surface of a metal substrate. Hydrogen peroxide is used in that the presence of the titanium oxide film makes it easier for calcium titanate to be supported on the surface of the metal substrate .
前記酸化処理工程は、具体的には、例えば、過酸化水素及び硝酸を含む５０〜１００℃の水溶液に、チタンを含む金属基材を５分間〜２時間浸漬することにより実施できる。 Specifically, the oxidation treatment step can be performed, for example, by immersing a metal substrate containing titanium in an aqueous solution containing 50 to 100 ° C. containing hydrogen peroxide and nitric acid for 5 minutes to 2 hours.
本実施形態の人工骨材及び人工骨材の製造方法は、上記例示の通りであるが、本発明は、上記例示の人工骨材及び人工骨材の製造方法に限定されるものではない。また、本発明では、一般の人工骨材及び人工骨材の製造方法において採用される種々の形態を、本発明の効果を損ねない範囲で採用することができる。 The artificial bone material and the method for manufacturing the artificial bone material according to the present embodiment are as described above, but the present invention is not limited to the above-described artificial bone material and the method for manufacturing the artificial bone material. Moreover, in this invention, the various form employ | adopted in the manufacturing method of a general artificial aggregate and an artificial aggregate can be employ | adopted in the range which does not impair the effect of this invention.
以下に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
（実施例１）
５モル濃度の過酸化水素及び０．１モル濃度の硝酸を含む水溶液を８０℃に加熱し、その中へ純チタンのみからなる金属基材を２０分間浸漬し、酸化処理工程を実施した。
次に、酸化処理を施した金属基材を２０ｍＭ濃度の水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）及び１０ｍＭ濃度の炭酸水素ナトリウムを含む水熱処理用水溶液とともにオートクレーブ中に入れ、１８０℃に加熱し、１０気圧を維持するように１２時間置き、水熱処理工程を実施した。
そして、人工骨材をオートクレーブから取り出した。
Example 1
An aqueous solution containing 5 molar hydrogen peroxide and 0.1 molar nitric acid was heated to 80 ° C., and a metal substrate made of pure titanium was immersed therein for 20 minutes to carry out an oxidation treatment step.
Next, the oxidized metal base material is placed in an autoclave together with an aqueous solution for hydrothermal treatment containing 20 mM calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and 10 mM sodium bicarbonate, and heated to 180 ° C., The hydrothermal treatment step was carried out for 12 hours so as to maintain 10 atm.
Then, the artificial aggregate was taken out from the autoclave.
（実施例２）
２０ｍＭ濃度の水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）及び１０ｍＭ濃度の炭酸水素カリウムを含む水熱処理用水溶液を用いて水熱処理工程を実施した点以外は、実施例１と同様にして人工骨材を製造した。
(Example 2)
An artificial aggregate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal treatment step was performed using an aqueous solution for hydrothermal treatment containing 20 mM calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and 10 mM potassium bicarbonate. Manufactured.
（比較例１）
２０ｍＭ濃度の水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）及び１００ｍＭ濃度の炭酸水素ナトリウムを含む水熱処理用水溶液を用いて水熱処理工程を実施した点以外は、実施例１と同様にして人工骨材を製造した。
(Comparative Example 1)
An artificial aggregate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal treatment step was performed using an aqueous solution for hydrothermal treatment containing 20 mM calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and 100 mM sodium bicarbonate. Manufactured.
（比較例２）
２０ｍＭ濃度の水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）及び４０ｍＭ濃度の炭酸水素ナトリウムを含む水熱処理用水溶液を用いて水熱処理工程を実施した点以外は、実施例１と同様にして人工骨材を製造した。
(Comparative Example 2)
An artificial aggregate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal treatment step was performed using an aqueous solution for hydrothermal treatment containing 20 mM calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and 40 mM sodium bicarbonate. Manufactured.
（比較例３）
２０ｍＭ濃度の水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）及び４０ｍＭ濃度の炭酸水素カリウムを含む水熱処理用水溶液を用いて水熱処理工程を実施した点以外は、実施例１と同様にして人工骨材を製造した。
(Comparative Example 3)
An artificial aggregate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal treatment step was performed using an aqueous solution for hydrothermal treatment containing 20 mM calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and 40 mM potassium bicarbonate. Manufactured.
（比較例４）
２０ｍＭ濃度の水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）のみを含む水熱処理用水溶液を用いて水熱処理工程を実施した点以外は、実施例１と同様にして人工骨材を製造した。
(Comparative Example 4)
An artificial aggregate was produced in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal treatment step was performed using an aqueous solution for hydrothermal treatment containing only 20 mM calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ).
＜人工骨材の表面形態観察＞
製造した人工骨材の表面形態を走査型電子顕微鏡により観察した。
実施例１、実施例２、及び比較例４の人工骨材の表面形態を比較的低倍率で観察した結果を図１に示す。
実施例１及び実施例２の人工骨材においては、粒状の炭酸カルシウムが観察されるが、比較例４の人工骨材においては、観察されない。
<Observation of surface morphology of artificial aggregate>
The surface morphology of the manufactured artificial aggregate was observed with a scanning electron microscope.
The result of having observed the surface form of the artificial aggregate of Example 1, Example 2, and Comparative Example 4 at a relatively low magnification is shown in FIG.
In the artificial aggregates of Example 1 and Example 2, granular calcium carbonate is observed, but not in the artificial aggregate of Comparative Example 4.
＜Ｘ線回折＞
製造した人工骨材の表面に担持されている物質を、蒸留水を用いて超音波洗浄によって取り除き、取り除いた物質を薄膜Ｘ線回折により、ＣｕＫα線、回折角１０〜６０°、入射角度１°、スキャン速度３°／分の測定条件で測定した。
また、実施例２において、水熱処理工程後の懸濁液から遠心分離器で取り出し、１３０℃で乾燥した沈殿物に対して、粉末Ｘ線回折法によりスキャン速度８°／分でＸ線回折を行った。
<X-ray diffraction>
The material carried on the surface of the manufactured artificial aggregate is removed by ultrasonic cleaning using distilled water, and the removed material is subjected to thin film X-ray diffraction by CuKα ray, diffraction angle 10-60 °, incident angle 1 °. The measurement was performed under the measurement conditions of a scanning speed of 3 ° / min.
Further, in Example 2, X-ray diffraction was performed at a scanning speed of 8 ° / min by a powder X-ray diffraction method on the precipitate taken out from the suspension after the hydrothermal treatment step and dried at 130 ° C. went.
実施例１、２における、表面形態観察及びＸ線回折プロファイルを、それぞれ図２及び図３に示す。また、比較例１〜３の人工骨材における、表面形態観察及びＸ線回折プロファイル（比較例１においては表面形態観察の結果のみ）を、それぞれ図４〜６に示す。
図２（実施例１）及び図３（実施例２）においては、金属基材にチタン酸カルシウムが担持されていることが認識できる。図４（比較例１）、図５（比較例２）、及び図６（比較例３）においては、金属基材に二酸化チタンが担持されていることが認識できる。
Surface morphology observation and X-ray diffraction profiles in Examples 1 and 2 are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. Moreover, the surface form observation and X-ray-diffraction profile (only the result of surface form observation in the comparative example 1) in the artificial bone materials of Comparative Examples 1 to 3 are shown in FIGS.
In FIG. 2 (Example 1) and FIG. 3 (Example 2), it can be recognized that calcium titanate is supported on the metal substrate. In FIG. 4 (Comparative Example 1), FIG. 5 (Comparative Example 2), and FIG. 6 (Comparative Example 3), it can be recognized that titanium dioxide is supported on the metal substrate.
また、実施例２における水熱処理工程後の懸濁液の外観、及び、該懸濁液から取り出した沈殿物のＸ線回折プロファイルを図７に示す。
図７から、実施例２の水熱処理工程後には、炭酸カルシウムが生じていることが認識できる。
FIG. 7 shows the appearance of the suspension after the hydrothermal treatment step in Example 2 and the X-ray diffraction profile of the precipitate taken out from the suspension.
From FIG. 7, it can be recognized that calcium carbonate is generated after the hydrothermal treatment step of Example 2.
＜人工骨材における骨組織成分形成能の評価＞
実施例１、実施例２及び比較例４で製造した人工骨材を下記組成の擬似体液（ハンクス液）に浸漬し、３７℃に保持したインキュベータ中で保持した。この間、擬似体液は２日毎に交換した。
擬似体液の成分組成：Ｎａ+ １４２．０ ｍＭ
Ｋ+ ５．８ ｍＭ
Ｍｇ2+ ０．９ ｍＭ
Ｃａ2+ １．３ ｍＭ
Ｃｌ- １４５．６ ｍＭ
ＨＣＯ3 - ４．２ ｍＭ
ＨＰＯ4 2- ０．８ ｍＭ
ＳＯ4 2- ０．４ ｍＭ
所定の期間（２，４，６日間）擬似体液に浸漬した後、人工骨材を取り出し、蒸留水で洗浄した。乾燥機中で十分乾燥した後、走査型電子顕微鏡で骨組織成分（主にハイドロキシアパタイト）の形成について観察した。結果を図８に示す。
図８において左上に○がある写真は、ハイドロキシアパタイトの形成（析出）が観察されたものである。図８における実施例の人工骨材では、明瞭に見える凹凸が４日目で不明瞭になり、比較例の人工骨材より早く骨組織成分（ハイドロキシアパタイト）の形成が確認される。
<Evaluation of bone tissue component forming ability in artificial aggregate>
The artificial aggregates produced in Example 1, Example 2 and Comparative Example 4 were immersed in a simulated body fluid (Hank's solution) having the following composition and held in an incubator maintained at 37 ° C. During this time, the simulated body fluid was changed every two days.
Component composition of simulated body fluid: Na + 142.0 mM
K + 5.8 mM
Mg 2+ 0.9 mM
Ca 2+ 1.3 mM
Cl - 145.6 mM
HCO 3 - 4.2 mM
HPO 4 2- 0.8 mM
SO 4 2- 0.4 mM
After dipping in simulated body fluid for a predetermined period (2, 4, 6 days), the artificial aggregate was taken out and washed with distilled water. After sufficiently drying in a dryer, the formation of bone tissue components (mainly hydroxyapatite) was observed with a scanning electron microscope. The results are shown in FIG.
In FIG. 8, the photograph with ◯ in the upper left shows the formation (precipitation) of hydroxyapatite. In the artificial bone material of the example in FIG. 8, the clearly visible irregularities become unclear on the fourth day, and the formation of bone tissue components (hydroxyapatite) is confirmed earlier than the artificial bone material of the comparative example.
本発明の人工骨材は、例えば、骨との結合が必要な硬組織代替材料として好適に用いられ得る。より具体的には、例えば、大腿骨ステム、人工歯根などに好適に用いられ得る。 The artificial bone material of the present invention can be suitably used, for example, as a hard tissue substitute material that needs to be bonded to bone. More specifically, for example, it can be suitably used for a femoral stem, an artificial tooth root, and the like.
Claims (1)
前記水熱処理工程では、前記カルシウム含有化合物のカルシウムのモル数が、前記炭酸アルカリ金属塩の炭酸イオンのモル数より多くなるようにカルシウム含有化合物と炭酸アルカリ金属塩とを用いる、人工骨材の製造方法。
An oxidation treatment step of oxidizing the surface of the metal substrate containing titanium with an aqueous solution containing an inorganic acid and hydrogen peroxide , and the metal substrate after the oxidation step in the presence of a calcium-containing compound, an alkali metal carbonate, and water. A hydrothermal treatment step of heating while applying pressure is a method for producing an artificial bone material by carrying calcium titanate and calcium carbonate on a metal substrate containing titanium to produce an artificial bone material,
In the hydrothermal treatment step, production of an artificial aggregate using a calcium-containing compound and an alkali metal carbonate so that the number of moles of calcium in the calcium-containing compound is larger than the number of moles of carbonate ions in the alkali metal carbonate. Method.
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