JP6788166B2

JP6788166B2 - アパタイト体の製造方法

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Publication number: JP6788166B2
Application number: JP2017157578A
Authority: JP
Inventors: 奨大梅本; 正彦田近; 英郎鵜沼
Original assignee: Shiraishi Central Laboratories Co Ltd
Current assignee: Shiraishi Central Laboratories Co Ltd
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2020-11-25
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Description

本発明は、少なくとも表面がアパタイト化されたアパタイト体及びその製造方法に関する。

アパタイトは、骨補填材、人工骨等に好適な生体親和性を有する人工生体材料として極めて有用である。生体にアパタイトを埋植する場合、アパタイトを多孔質にすることにより、生体組織が生体埋植材料に滲入しやすくなる。このため、多孔質のアパタイト焼結体を製造することが求められている。

特許文献１においては、リン酸カルシウム系粉体を用いてハイドロキシアパタイトの多孔質焼結体を製造する方法が開示されている。特許文献１の実施例では、ハイドロキシアパタイトの粉末を用いてハイドロキシアパタイトの多孔質焼結体が製造されている。

特開２００４−１１５２９７号公報

しかしながら、アパタイトの粉末を用いてアパタイトの焼結体を製造する場合、製造工程が複雑となり、また焼結などの際にアパタイトの組成が変化してしまい、所望の組成のアパタイト焼結体を得ることができないおそれがあるなどの問題があった。

本発明の目的は、容易に製造することができ、かつ安定したアパタイト組成を有するアパタイト体及びその製造方法を提供することにある。

本発明のアパタイト体は、炭酸カルシウム焼結体の少なくとも表面をアパタイト化したことを特徴としている。

本発明において、炭酸カルシウム焼結体は、多孔質焼結体であってもよい。

本発明の製造方法は、炭酸カルシウム焼結体を作製する工程と、炭酸カルシウム焼結体にリン酸塩またはリン酸の溶液を反応させて、炭酸カルシウム焼結体の少なくとも表面をアパタイト化する工程とを備えることを特徴とするアパタイト体の製造方法である。

本発明の製造方法において、炭酸カルシウム焼結体を作製する工程は、炭酸カルシウムの圧縮成形体を作製する工程と、圧縮成形体を焼結することにより、炭酸カルシウム焼結体を作製する工程とを含むものであってもよい。この場合、圧縮成形体は、炭酸カルシウムと焼結助剤の混合物の圧縮成形体であってもよい。また、圧縮成形体は、純度９９．７質量％以上の炭酸カルシウムの圧縮成形体であってもよい。

本発明の製造方法において、炭酸カルシウム焼結体が多孔質焼結体である場合、炭酸カルシウム焼結体を作製する工程は、炭酸カルシウムとゲル化剤とを含む分散液を調製する工程と、分散液に発泡剤を添加した後撹拌して泡立て、発泡体を作製する工程と、発泡体をゲル化する工程と、ゲル化した発泡体を焼結することにより、多孔質焼結体を製造する工程とを含むものであってもよい。

本発明の製造方法において、炭酸カルシウム焼結体が多孔質焼結体である場合、炭酸カルシウム焼結体を作製する工程は、炭酸カルシウムを含む分散液を調製する工程と、分散液に発泡剤を添加した後撹拌して泡立て、発泡体を作製する工程と、発泡体を焼結することにより、多孔質焼結体を製造する工程とを含むものであってもよい。この場合、上記発泡体を凍結乾燥した後、焼結してもよい。

本発明によれば、容易に製造することができ、かつ安定したアパタイト組成を有するアパタイト体及びその製造方法を提供することができる。

本発明の実施例におけるアパタイト体のＸ線回折チャートを示す図である。リン酸塩水溶液浸漬１日後のアパタイト体の表面を示す走査型電子顕微鏡写真（１００倍）である。リン酸塩水溶液浸漬１日後のアパタイト体の表面を示す走査型電子顕微鏡写真（５０００倍）である。リン酸塩水溶液浸漬１日後のアパタイト体の表面を示す走査型電子顕微鏡写真（１２０００倍）である。リン酸塩水溶液浸漬１４日後のアパタイト体の表面を示す走査型電子顕微鏡写真（１００倍）である。リン酸塩水溶液浸漬１４日後のアパタイト体の表面を示す走査型電子顕微鏡写真（５０００倍）である。リン酸塩水溶液浸漬１４日後のアパタイト体の表面を示す走査型電子顕微鏡写真（１２０００倍）である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

＜炭酸カルシウム＞
本発明において用いる炭酸カルシウムは、炭酸カルシウム焼結体の製造に用いることができるものであれば特に限定されない。密度の高い成形体を作製して焼結することができるという観点からは、透過型電子顕微鏡観察により測定した粒子径分布における平均粒子径（Ｄ_５０）が０．０５〜０．３０μｍの範囲内であり、レーザー回折式粒度分布測定法により測定した粒子径分布における９０％粒子径（Ｄ_９０）が３μｍ以下であり、ＢＥＴ比表面積が５〜２５ｍ^２／ｇである炭酸カルシウムが好ましい。

透過型電子顕微鏡観察により測定した粒子径分布における平均粒子径（Ｄ_５０）は、０．０５〜０．３０μｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．０８〜０．２５μｍの範囲内であり、さらに好ましくは０．１０〜０．２０μｍの範囲内である。平均粒子径（Ｄ_５０）をこのような範囲内にすることにより、密度の高い成形体を作製することができ、密度の高い炭酸カルシウム焼結体を製造することができる。透過型電子顕微鏡観察による粒子径分布は、測定対象である炭酸カルシウムを透過型電子顕微鏡観察で１０００個以上測定することにより求めることができる。

レーザー回折式粒度分布測定法により測定した粒子径分布における９０％粒子径（Ｄ_９０）が３μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２．５μｍ以下であり、さらに好ましくは２．０μｍ以下である。レーザー回折式粒度分布測定法で粒子径分布を求めることにより、炭酸カルシウムの凝集体の粒子径分布を求めることができる。透過型電子顕微鏡観察により測定した粒子径分布における平均粒子径（Ｄ_５０）が上記範囲内であり、レーザー回折式粒度分布測定法により測定した粒子径分布における９０％粒子径（Ｄ_９０）が上記範囲である炭酸カルシウムは、粒子径分布がシャープであり、成形時の粉体のパッキング性に優れているので、高い密度の成形体を作製することができ、その結果密度の高い炭酸カルシウム焼結体を製造することができる。

また、本発明においては、透過型電子顕微鏡観察により測定した粒子径分布における１０％粒子径（Ｄ_１０）に対する９０％粒子径（Ｄ_９０）の比（Ｄ_９０／Ｄ_１０）が、２．３以下であることが好ましく、２．２以下であることがより好ましく、２．１以下であることがさらに好ましい。Ｄ_９０／Ｄ_１０がこのような範囲となることにより、粒子径分布がさらにシャープとなり、成形体及び炭酸カルシウム焼結体の密度をさらに高めることができる。

本発明において用いる炭酸カルシウムは、例えば、一般的に良く知られた石灰乳に炭酸ガスを吹き込んで反応させる炭酸ガス化合法により製造することができる。特に平均粒子径（Ｄ_５０）が０．１μｍを超える粒子については特許第０９９５９２６号の製造方法に従い製造することができる。

本発明において用いる炭酸カルシウムのＢＥＴ比表面積は、５〜２５ｍ^２／ｇであることが好ましく、７〜２０ｍ^２／ｇであることがより好ましく、８〜１５ｍ^２／ｇであることがさらに好ましい。ＢＥＴ比表面積を上記の範囲内にすることにより、炭酸カルシウムの焼結性を高めることができる。このため、密度の高い炭酸カルシウム焼結体を製造することができる。

本発明において用いる炭酸カルシウムの純度は、９９．０質量％以上であることが好ましく、９９．５質量％以上であることがより好ましく、９９．６質量％以上であることがさらに好ましい。

本発明においては、純度が９９．７質量％以上である高純度炭酸カルシウムを用いることができる。高純度炭酸カルシウム用いることにより、焼結に必要な焼結助剤の量を少なくすることができる。また、焼結助剤を用いることなく、焼結することもできる。純度は、９９．８質量％以上であるものが好ましく、９９．９質量％以上であるものがより好ましく、９９．９５質量％以上であるものがさらに好ましい。このような高純度炭酸カルシウムは、例えば、特開２０１２−２４０８７２号公報に開示された方法で製造することができる。

なお、高純度炭酸カルシウムの純度の上限値は特に限定されるものではないが、一般には、９９．９９９９質量％である。

＜炭酸カルシウム焼結体＞
本発明において用いる炭酸カルシウム焼結体としては、多孔質焼結体及びバルク状焼結体が挙げられる。多孔質焼結体を用いることにより、多孔質のアパタイト体を製造することができる。

多孔質焼結体の製造方法としては、例えば、以下に説明する第１の製造方法及び第２の製造方法が挙げられる。

＜多孔質焼結体の第１の製造方法＞
第１の製造方法は、炭酸カルシウムとゲル化剤とを含む分散液を調製する工程と、分散液に発泡剤を添加した後撹拌して泡立て、発泡体を作製する工程と、発泡体をゲル化する工程と、ゲル化した発泡体を焼結することにより、多孔質焼結体を製造する工程とを含む。第１の製造方法について、以下詳細に説明する。

（分散液の調製）
分散液には、炭酸カルシウムとゲル化剤が含まれる。ゲル化剤を含むことにより、発泡後の分散発泡体中の気泡の強度が上がり、発泡体の形状を安定化することができる。ゲル化剤としては、メチルセルロースなどの多糖類や、イソブチレン―無水マレイン酸共重合体のアルカリ水溶性ポリマーなどが挙げられる。

分散液中のゲル化剤の含有量は、炭酸カルシウム１００質量部に対して０．１〜５質量部の範囲が好ましく、０．５〜３質量部の範囲がより好ましい。ゲル化剤の含有量が少なすぎると、発泡体中の気泡の強度が上がらず、発泡体の形状を安定化することができない場合がある。ゲル化剤の含有量が多くなりすぎると、含有量に比例した上記効果を得ることができない場合がある。

分散液は、水などの分散媒に炭酸カルシウムを徐々に添加しながら、ディスパー、ミキサー、ボールミル等の攪拌力の強い装置を用いて、炭酸カルシウムを分散媒に分散させて調製することが好ましい。焼結助剤が必要な場合には、一般に、分散液に添加する。炭酸カルシウムの含有量は、一般に、分散液中において３０〜７０質量％であることが好ましい。このとき、必要であれば炭酸カルシウム１００質量部に対して０〜３質量部程度のポリアクリル酸塩などの高分子界面活性剤を分散剤として添加してもよい。

ゲル化剤は、炭酸カルシウムの添加前、添加後、あるいは炭酸カルシウムの添加と同時に、分散媒に添加することができる。

（焼結助剤）
焼結助剤は、炭酸カルシウムを焼結させて焼結体を製造することが可能なものであれば、特に限定されることなく用いることができる。焼結助剤としては、例えば、リチウム、ナトリウム及びカリウムの内の少なくとも２種の炭酸塩を含み、かつ融点が６００℃以下である焼結助剤が挙げられる。焼結助剤の融点は、５５０℃以下であることが好ましく、５３０℃以下であることがより好ましく、４５０〜５２０℃の範囲であることがさらに好ましい。焼結助剤の融点を上記範囲にすることにより、より低温で焼成して炭酸カルシウム焼結体を製造することができる。焼結の際には、炭酸カルシウムに添加して使用することから、実際の融点は上記の温度よりさらに低くなるため焼結助剤として十分に機能する。焼結助剤は、炭酸カリウム及び炭酸リチウムの混合物であることが好ましい。焼結助剤の融点は、例えば、相図から求めることができるし、示差熱分析（ＤＴＡ）により測定することも可能である。

また、リチウム、ナトリウム及びカリウムの内の少なくとも２種のフッ化物を含み、かつ融点が６００℃以下である焼結助剤が挙げられる。このような焼結助剤も、上記の融点の範囲を有するものであることが好ましい。このような焼結助剤として、例えば、フッ化カリウム、フッ化リチウム及びフッ化ナトリウムの混合物が挙げられる。具体的には、例えば、フッ化カリウム１０〜６０モル％、フッ化リチウム３０〜６０モル％、及びフッ化ナトリウム０〜３０モル％の組成範囲を有する混合物が挙げられる。このような範囲とすることにより、より低い温度で焼成し、緻密な壁部を有する炭酸カルシウム多孔質焼結体を製造することができる。

焼結助剤の含有割合は、炭酸カルシウムと焼結助剤の合計に対し、０．１〜３．０質量％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．２〜２．５質量％の範囲内であり、さらに好ましくは０．３〜２．０質量％の範囲内である。焼結助剤の含有割合が少なすぎると、炭酸カルシウムが十分に焼結しない場合がある。焼結助剤の含有割合が多すぎると、炭酸カルシウム多孔質焼結体の壁部の密度を高めることができない場合がある。

なお、上記のように、高純度炭酸カルシウム用いることにより、焼結に必要な焼結助剤の量を少なくすることができる。また、焼結助剤を用いることなく、焼結することもできる。

（発泡体の作製）
上記分散液に発泡剤を添加した後撹拌し泡立てることにより発泡体を作製する。発泡剤としては、ラウリル硫酸トリエタノールアミンなどのアルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、アルキルポリグルコシドなどが挙げられる。

発泡剤は、分散液中の発泡剤の濃度が０.０１〜５質量％程度となるように添加することが好ましく、０.１〜３質量％程度となるように添加することがより好ましい。攪拌は、ハンドミキサーやディスパーなどで行うことが好ましい。撹拌を行うことで分散液の温度が上昇することがあるため、必要であれば、分散液を冷却しながら撹拌を行ってもよい。

（発泡体のゲル化）
上記のようにして作製した発泡体をゲル化する。発泡体をゲル化することにより、焼結の際に発泡体の形状を保持することができる。ゲル化させる方法としては、分散液中のカルシウムイオンで架橋構造を作ることによりゲル化させる方法、ゲル化剤自身の温度特性を利用してゲル化を促進させる方法などが挙げられる。

ゲル化した発泡体は、乾燥させて少なくとも一部の水分を除去した後、焼結することが好ましい。乾燥温度は、３０〜２００℃の範囲であることが好ましい。

（発泡体の焼結）
ゲル化した発泡体を焼結することにより、炭酸カルシウム多孔質焼結体を製造する。本発明においては、仮焼結した後、本焼結することが好ましい。これにより、発泡体中に含まれている有機分が残存、炭化して黒ずんだり、有機分が急激に分解を起こすことで、焼結体にヒビの発生を生じることを防ぐことができる。

仮焼結の温度は２００〜５００℃の範囲内であることが好ましく、３００〜４２０℃の範囲内であることがより好ましい。本焼結の温度は、仮焼結の温度以上で、かつ４２０〜６００℃の範囲内であることが好ましく、４５０〜５４０℃の範囲内であることがより好ましい。

また、仮焼結及び本焼結の際の昇温速度は、２〜２０℃／分の範囲内であることが好ましい。これにより、有機分が急激に分解を起こすことで、焼結体にヒビの発生を生じることを防ぐことができる。

焼結の際の雰囲気は、空気中であることが好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、炭酸ガス雰囲気中、あるいは窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中で焼結してもよい。

＜多孔質焼結体の第２の製造方法＞
第２の製造方法は、炭酸カルシウムを含む分散液を調製する工程と、分散液に発泡剤を添加した後撹拌して泡立て、発泡体を作製する工程と、発泡体を焼結することにより、多孔質焼結体を製造する工程とを含む。第２の製造方法について、以下詳細に説明する。

（分散液の調製）
水などの分散媒に炭酸カルシウムを徐々に添加しながら、ディスパー、ミキサー、ボールミル等の攪拌力の強い装置を用いて、炭酸カルシウムを分散媒に分散することが好ましい。炭酸カルシウムの含有量は、一般に、分散液中において３０〜７０質量％であることが好ましい。このとき、必要であれば炭酸カルシウム１００質量部に対して０〜３質量部程度のポリアクリル酸塩などの高分子界面活性剤を分散剤として添加してもよい。

焼結助剤が必要な場合には、一般に、分散液に添加する。焼結助剤は、第１の製造方法と同様のものを用いることができ、第１の製造方法と同様にして分散液に添加することができる。

（賦形剤）
上記分散液に賦形剤を添加してもよい。賦形剤を添加することにより発泡後の分散発泡体中の気泡の強度が上がり、発泡体の形状を安定化することができる。賦形剤としては、デンプン、デキストリン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレングリコール、ペクチン、アルギン酸類、カルボキシセルロースのナトリウム塩などが挙げられる。

（発泡体の作製）
上記分散液に発泡剤を添加した後撹拌し泡立てることにより発泡体を作製する。発泡剤は、分散液中の発泡剤の濃度が０.０１〜５質量％程度となるように添加することが好ましい。攪拌は、ハンドミキサーやディスパーなどで行うことが好ましい。撹拌を行うことで分散液の温度が上昇することがあるため、必要であれば、分散液を冷却しながら撹拌を行ってもよい。発泡剤としては、第１の製造方法における発泡剤と同様のものを用いることができる。

（凍結乾燥）
上記発泡体を凍結乾燥した後、焼結することが好ましい。凍結乾燥することにより、発泡体の形状を容易に維持することができ、多孔質焼結体を良好な形状で得ることができる。

具体的には、発泡体を常圧下に−４０℃以下で２時間以上予備凍結を行い、次に減圧条件下において氷晶を昇華させながら、徐々に温度を上げていくことが好ましい。減圧の条件は、２０Ｐａ以下が好ましく、１０Ｐａ以下がより好ましい。温度は、氷晶が融解をしない範囲で減圧を維持しながら徐々に高くしていくことが望ましく、一般的には−４０℃〜６０℃の範囲で制御を行う。

（発泡体の焼結）
上記のようにして得られた発泡体を、第１の製造方法と同様にして焼結することにより多孔質焼結体を製造することができる。

＜炭酸カルシウム多孔質焼結体＞
炭酸カルシウム多孔質焼結体の気孔率は、５０体積％以上であることが好ましく、６０体積％以上であることがより好ましく、７０体積％以上であることがより好ましく、８０体積％以上であることがさらに好ましく、８５体積％以上であることが特に好ましい。これにより、炭酸カルシウム多孔質焼結体を、生体用途などにも用いることができる。なお、炭酸カルシウム多孔質焼結体の気孔率の上限値は特に限定されるものではないが、一般には、９５体積％である。

炭酸カルシウム多孔質焼結体は、焼結体の外部に至る連通孔が形成されていることが好ましい。このような炭酸カルシウム多孔質焼結体の表面をアパタイト化した多孔質アパタイト体では、内部表面のアパタイトを外部と容易に接触させることができる。従って、表面のアパタイトをより効率良く作用させることができる。

高純度炭酸カルシウムを用いた炭酸カルシウム多孔質焼結体の純度は、９９．７質量％以上であることが好ましく、９９．８質量％以上であることがより好ましく、９９．９質量％以上であることがより好ましく、９９．９５質量％以上であることがさらに好ましく、９９．９９質量％以上であることが特に好ましい。これにより、炭酸カルシウム多孔質焼結体を、生体用途などにも用いることができる。なお、炭酸カルシウム多孔質焼結体の純度の上限値は特に限定されるものではないが、一般には、９９．９９９９質量％である。

＜バルク状焼結体の製造方法＞
バルク状焼結体の製造方法は、炭酸カルシウムの圧縮成形体を作製する工程と、圧縮成形体を焼結することにより、炭酸カルシウム焼結体を作製する工程とを含む。バルク状焼結体の製造方法について、以下詳細に説明する。

（圧縮成形体の作製）
炭酸カルシウム粉末と焼結助剤の混合物、または炭酸カルシウム粉末単体を圧縮成形して成形体を作製する。圧縮成形は、一軸成形であることが好ましい。平均粒子径（Ｄ_５０）が０．０５〜０．３０μｍの範囲内の炭酸カルシウムを用いることにより、一軸成形による成形体を用いても、高い密度を有する高純度炭酸カルシウム焼結体を製造することができる。しかしながら、本発明においては、一軸成形に限定されるものではなく、静水圧プレス成形、あるいはドクターブレード成形、鋳込み成形など他に知られた成形方法により成形体を作製してもよい。

焼結助剤は、第１及び第２の製造方法と同様のものを、同様の割合で用いることができる。高純度炭酸カルシウム用いることにより、焼結に必要な焼結助剤の量を少なくすることができる。また、焼結助剤を用いることなく、焼結することもできる。

成形体の相対密度は、５０％以上であることが好ましく、５５％以上であることがより好ましく、５８％以上であることがさらに好ましい。成形体の相対密度は、成形体のかさ密度を、炭酸カルシウムの理論密度（２．７１１ｇ／ｃｍ^３）で割った値である。成形体のかさ密度は、後述するアルキメデス法により測定することができる。上記成形体の相対密度は、１９６．１Ｍｐａ（２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２）の成形圧で、一軸プレス成形したときに得られるものであることが好ましい。上記範囲の相対密度にすることにより、より高い密度の炭酸カルシウム焼結体を得ることができる。

（圧縮成形体の焼結）
上記の成形体を焼結することにより、バルク状焼結体を製造する。より簡易な工程で焼結するという観点からは、焼結の際の雰囲気は、空気中であることが好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、炭酸ガス雰囲気中、あるいは窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中で焼結してもよい。平均粒子径（Ｄ_５０）が０．０５〜０．３０μｍの範囲内の炭酸カルシウムを用いることにより、空気中で焼結させても、高い密度を有するバルク状焼結体を製造することができる。

焼結温度は、６００℃以下であることが好ましく、より好ましくは５８０℃以下であり、さらに好ましくは５６０℃以下である。焼結温度が高すぎると、炭酸カルシウムが分解し酸化カルシウムが生成しやすくなるため好ましくない。焼結温度は、４２０℃以上であることが好ましく、より好ましくは４３０℃以上であり、さらに好ましくは４４０℃以上である。焼結温度が低すぎると、炭酸カルシウムが十分に焼結しない場合がある。

バルク状焼結体の相対密度は、９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましく、９７％以上であることがより好ましく、９８％以上であることがさらに好ましく、９９％以上であることが特に好ましい。

高純度炭酸カルシウムを用いたバルク状焼結体の純度は、９９．７質量％以上であることが好ましく、９９．８質量％以上であることがより好ましく、９９．９質量％以上であることがより好ましく、９９．９５質量％以上であることがさらに好ましく、９９．９９質量％以上であることが特に好ましい。なお、純度の上限値は特に限定されるものではないが、一般には、９９．９９９９質量％である。

＜アパタイト体＞
上記のようにして得られた炭酸カルシウム焼結体にリン酸塩またはリン酸の溶液を反応させて、炭酸カルシウム焼結体の少なくとも表面をアパタイト化することにより、本発明のアパタイト体を製造することができる。

リン酸塩としては、例えば、リン酸三アンモニウム、リン酸三カリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸二ナトリウムアンモニウム、リン酸ナトリウム二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素カリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸三マグネシウム、リン酸水素アンモニウムナトリウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸水素二カリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素マグネシウムリン酸三ジアセチル、リン酸ジフェニル、リン酸ジメチル、リン酸セルロース、リン酸第一鉄、リン酸第二鉄、リン酸テトラブチルアンモニウム、リン酸銅、リン酸トリエチル、リン酸トリクレジル、リン酸トリストリメチルシリル、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチル、リン酸トリメチル、リン酸グアニジン、リン酸コバルトなどが挙げられる。これらのリン酸塩は、複数の種類を併用して用いてもよい。これらの中でも好ましいリン酸塩は、第１〜第３リン酸塩Ｍ_３−ｘＨ_ｘＰＯ_４（ＭはＮａ、Ｋ、またはＮＨ_４であり、ｘは０〜２の整数である。）である。ｐＨを調整するため、第１〜第３リン酸塩を混合して用いてもよい。

リン酸としては、オルトリン酸、ピロリン酸、縮合リン酸などが挙げられるが、オルトリン酸を用いることが好ましい。

リン酸塩またはリン酸の溶液は、一般には、水溶液が用いられる。リン酸塩またはリン酸の濃度は、０．００１〜３ｍｏｌ／Ｌの範囲内であることが好ましく、０．０１〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内であることがより好ましく、０．１〜１ｍｏｌ／Ｌの範囲内であることがさらに好ましい。リン酸塩またはリン酸の溶液の温度は、１０〜１００℃の範囲内であることが好ましく、６０〜９０℃の範囲内であることがより好ましい。また、耐圧容器などを使用する場合は、１００℃〜２８０℃の範囲でも浸漬を行うことができる。

一般には、炭酸カルシウム焼結体をリン酸塩またはリン酸の溶液に浸漬することにより、炭酸カルシウム焼結体をリン酸塩またはリン酸と反応させて炭酸カルシウム焼結体の表面をアパタイト化する。しかしながら、これに限定されるものではなく、炭酸カルシウム焼結体の表面をリン酸塩またはリン酸の溶液に接触させて反応することができる方法であればよい。

炭酸カルシウム焼結体をリン酸塩またはリン酸の溶液に浸漬する時間は、特に限定されるものではないが、例えば、１時間〜４週間の範囲、好ましくは３日〜２週間の範囲で浸漬させることができる。

浸漬後、アパタイト体を取り出し、必要に応じて、水洗、乾燥等を行う。

以下、本発明に従う具体的な実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
（炭酸カルシウム多孔質焼結体の製造：第２の製造方法）
炭酸カルシウムとして、純度９９．９９質量％、平均粒子径（Ｄ_５０）０．１５μｍ、ＢＥＴ比表面積１０ｍ^２／ｇである炭酸カルシウムを用いた。純度は、差分法により導出した。具体的には、誘導結合プラズマ発光分析装置を用いて、質量既知の試料を溶解した測定検液中の不純物量を測定し、得られた結果の和を不純物含量として、全体から不純物含量を引いた値を純度とした。平均粒子径（Ｄ_５０）は、測定対象である炭酸カルシウム粒子について、透過型電子顕微鏡観察により１５００個の粒子径を測定し、粒子径分布から求めた。ＢＥＴ比表面積は、島津製作所製のフローソーブ２２００を用いて、１点法により測定した。

適量のジルコニアボールが入ったポリエチレン瓶に純水を入れ、３９体積％になるように上記炭酸カルシウムを純水に添加した。次に、炭酸カルシウム１００質量部に対して、賦形剤としてのポリビニルアルコールを０．８質量部、分散剤としての高分子界面活性剤(花王株式会社製、特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤、商品名「ポイズ５２０」)を２．５質量部添加した後、ポッドミルを用いて１２時間湿式混合を行った。得られたスラリーに、スラリー１０ｇあたり２ｍｌとなるように、発泡剤としてのポリオキシエチレンアルキルエーテル１９質量％水溶液を添加して分散液とした。

上記分散液をハンドミキサーを用いて発泡し、発泡体を得た。得られた発泡体を型枠に流し込み、この状態で凍結乾燥を行った。凍結乾燥の条件は、常圧下に−４０℃で１２時間の予備凍結を行い、１０Ｐａの減圧下で３０℃４８時間保持した。

凍結乾燥した発泡体を、仮焼結温度（３５０℃）まで毎分１０℃で昇温させ、昇温後１０時間仮焼結を行った。冷却した後、同様の昇温速度で本焼結温度（５１０℃）まで昇温させ、昇温後３時間本焼結を行い、炭酸カルシウム多孔質焼結体を得た。

得られた炭酸カルシウム多孔質焼結体の純度は９９．９質量％であり、気孔率は８９．０％であった。純度は、上記の差分法により測定した。気孔率は、焼結体を直方体ブロック状に切出し、ブロックの重量と見かけの体積から密度を求め、炭酸カルシウムの真密度２．７１１ｇ/ｃｍ^３で除し、相対密度を求め、全体から相対密度を引いた値を気孔率とした。

（アパタイト体の製造）
得られた炭酸カルシウム多孔質焼結体を、６０℃に保持した濃度１ｍｏｌ／Ｌのリン酸水素二ナトリウム（Ｎａ_２ＨＰＯ_４）水溶液中に浸漬することにより、表面をアパタイト化してアパタイト体を製造した。浸漬時間を、１日、３日、５日、７日、１４日と変化させ、浸漬時間の異なるアパタイト体をそれぞれ製造した。

図１は、各アパタイト体のＸ線回折チャートを示す図である。図１には、ハイドロキシアパタイト及び炭酸カルシウム（カルサイト）のＸ線回折ピークの位置を併せて示している。

図１に示すように、７日浸漬して得られたアパタイト体及び１４日浸漬して得られたアパタイト体は、炭酸カルシウムのピークが小さくなり、ハイドロキシアパタイトのピークが大きくなっており、炭酸カルシウム多孔質焼結体の多くの部分がアパタイト化されていることがわかる。

図２（１００倍）、図３（５０００倍）及び図４（１２０００倍）は、１日浸漬して得られたアパタイト体を示す走査型電子顕微鏡写真である。また、図５（１００倍）、図６（５０００倍）及び図７（１２０００倍）は、１４日浸漬して得られたアパタイト体を示す走査型電子顕微鏡写真である。

図３及び図４に示されるように、１日浸漬して得られたアパタイト体の表面には、ひげ状の凸部が観察される。このひげ状の凸部は、表面をアパタイト化していない炭酸カルシウム多孔質焼結体では観察されないものである。従って、ひげ状の凸部は表面がアパタイト化することにより発生するものであると考えられ、１日浸漬して得られたアパタイト体の表面がアパタイト化していることが確認された。

（タンパク質吸着実験）
試料として、上記の炭酸カルシウム多孔質焼結体、及び上記と同様のリン酸水素二ナトリウム水溶液に６７時間浸漬してアパタイト化したアパタイト体を用いた。これらの試料について、以下の手順でタンパク質吸着実験を行った。なお、試料は、乳鉢で粉砕して用いた。

（１）試料１０ｍｇをポリプロピレン製チューブにはかり取る。

（２）チューブに濃度１ｍｇ／ｍｌのリゾチーム溶液を１ｍｌ添加する。

（３）タッチミキサーで撹拌したのちに、振とう機で１時間振とうする。

（４）振とうしたチューブを遠心分離によって試料を沈降させ、上澄み液８０マイクロリットルを別のチューブに分取する。

（５）タンパク質定量用の溶液４ｍｌ（ＢｉｏＲａｄ社製プロテインアッセイ）を加え、タッチミキサーで混合後に静置する。

（６）静置後に、分光光度セルに入れて、５９５ｎｍの波長における吸光度を測定する。この時、試料の上澄み液中に含まれているタンパク質は定量用の溶液と反応することで、呈色反応をおこし、５９５ｎｍ付近の波長域での吸光度が大きくなる。

炭酸カルシウム多孔質焼結体の場合の吸光度は０．５９８４％であるのに対して、アパタイト体の場合の吸光度は０．５３１９％であり、アパタイト体の方が吸光度が小さくなっていた。このことから、表面をアパタイト化したアパタイト体は、表面をアパタイト化していない炭酸カルシウム多孔質焼結体に比べ、タンパク質の吸着量が増加することが確認された。

また、これらの試料についてＢＥＴ比表面積を測定したところ、炭酸カルシウム多孔質焼結体のＢＥＴ比表面積は０．７ｍ^２／ｇであったのに対し、アパタイト体のＢＥＴ比表面積は３．５ｍ^２／ｇであった。

＜実施例２＞
（炭酸カルシウム多孔質焼結体の製造：第１の製造方法）
炭酸カルシウムとして、純度９９．６１質量％、平均粒子径（Ｄ_５０）０．１５μｍ、ＢＥＴ比表面積１０ｍ^２／ｇである炭酸カルシウムを用いた。

イオン交換水５５質量部と、上記炭酸カルシウム１００質量部と、メチルセルロース０．５５質量部と、特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤２．５質量部（有効部数１．０質量部）と、炭酸カリウム０．３２質量部と、炭酸リチウム０．２８質量部とをホモディスパーを用いて混合し、分散液を得た。メチルセルロースはゲル化剤であり、特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤は分散剤であり、炭酸カリウム及び炭酸リチウムは焼結助剤である。

得られた分散液に、発泡剤としてのラウリル硫酸トリエタノールアミン０．９７質量部（有効部数０．３９質量部）を添加し、ハンドミキサーで、１０００ｒｐｍ、１０分間撹拌して泡立て、発泡体を作製した。

発泡体を紙で作製した成形型に入れ、成形型を熱風乾燥機に移し、熱風乾燥機内で発泡体を８０℃、０．５時間加熱することにより、発泡体をゲル化させた。ゲル化した発泡体を、８０℃、１２時間加熱することにより、乾燥させた。

ゲル化して乾燥させた発泡体を、仮焼結温度（４００℃）まで５℃／分の昇温速度で昇温させ、昇温後１０時間仮焼結を行った。次に、４００℃から、同様の昇温速度で本焼結温度（５１０℃）まで昇温させ、昇温後３時間本焼結を行い、その後、１０℃／分の速度で室温まで冷却し、炭酸カルシウム多孔質焼結体を得た。得られた炭酸カルシウム多孔質焼結体の気孔率は、８２体積％であった。

（アパタイト体の製造）
得られた炭酸カルシウム多孔質焼結体を、６０℃に保持した濃度１ｍｏｌ／Ｌのリン酸水素二ナトリウム（Ｎａ_２ＨＰＯ_４）水溶液中に６７時間浸漬することにより、表面をアパタイト化してアパタイト体を製造した。

得られたアパタイト体について、上記と同様にしてタンパク質吸着実験を行い、表面をアパタイト化したアパタイト体は、表面をアパタイト化していない炭酸カルシウム多孔質焼結体に比べ、タンパク質の吸着量が増加することを確認した。

＜実施例３＞
（炭酸カルシウムバルク状焼結体の製造）
炭酸カルシウムとして、純度９９．９９質量％、平均粒子径（Ｄ_５０）０．１５μｍ、ＢＥＴ比表面積１０ｍ^２／ｇである炭酸カルシウムを用いた。この炭酸カルシウムを用いて、以下のようにして、炭酸カルシウムバルク状焼結体を製造した。

（成形体の作製）
炭酸カルシウムを適量のジルコニアボールが入ったポリエチレン瓶に入れ、一晩乾式混合を行い、原料粉末とした。この原料粉末を円筒状の金型内に入れ、プレス機を用いて一軸プレス成形した。９８Ｍｐａ（１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２）の成形圧で１分間予備プレス成形した後、１９６．１Ｍｐａ（２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２）の成形圧で１分間プレス成形した。

（成形体の焼成）
得られた成形体を、空気中で５４０℃の焼成温度で３時間焼成し焼結させた。なお、焼成温度に達するまで毎分１０℃で昇温させた。この焼成により、炭酸カルシウムバルク状焼結体を得た。

（炭酸カルシウムバルク状焼結体の相対密度の測定）
アルキメデス法より炭酸カルシウム焼結体のかさ密度ρ_b［ｇ／ｃｍ^３］を求め、得られたかさ密度を炭酸カルシウムの理論密度（２．７１１ｇ／ｃｍ^３）で割り、その相対密度を求めた。炭酸カルシウム焼結体のかさ密度は、次のように求めた。先ず、炭酸カルシウム焼結体の試料の乾燥重量Ｗ_１を測定し、湯煎したパラフィン中にその試料を１０分程度静置した後、取り出して常温になるまで冷やした。冷めた後にパラフィンを含有した試料の重量Ｗ_２を測定した。その後、その試料の水中重量Ｗ_３を測定し、下記の式より試料のかさ密度ρ_bを求めた。

かさ密度ρ_b［ｇ／ｃｍ^３］＝Ｗ_１ρ_W／（Ｗ₂−Ｗ₃）
ρ_W：水の密度［ｇ／ｃｍ^３］
Ｗ_１：試料の乾燥重量［ｇ］
Ｗ_２：パラフィンを含有した試料の重量［ｇ］
Ｗ_３：試料の水中重量［ｇ］
炭酸カルシウム焼結体の相対密度は、９７．０％であった。

（炭酸カルシウムバルク状焼結体の純度の測定）
上記の差分法により導出した炭酸カルシウム焼結体の純度は、９９．９９％であった。

（アパタイト体の製造）
得られた炭酸カルシウムバルク状焼結体を、６０℃に保持した濃度１ｍｏｌ／Ｌのリン酸水素二ナトリウム（Ｎａ_２ＨＰＯ_４）水溶液中に６７時間浸漬することにより、表面をアパタイト化してアパタイト体を製造した。

得られたアパタイト体について、タンパク質吸着実験を行い、表面をアパタイト化したアパタイト体は、表面をアパタイト化していない炭酸カルシウムバルク状焼結体に比べ、タンパク質の吸着量が増加することを確認した。

Claims

純度が９９．９質量％以上である炭酸カルシウム焼結体を焼結助剤を用いることなく作製する工程と、
前記炭酸カルシウム焼結体にリン酸塩またはリン酸の溶液を反応させて、前記炭酸カルシウム焼結体の少なくとも表面をアパタイト化する工程と、
を備えることを特徴とするアパタイト体の製造方法。
前記炭酸カルシウム焼結体を作製する工程が、
炭酸カルシウムの圧縮成形体を作製する工程と、
前記圧縮成形体を焼結することにより、前記炭酸カルシウム焼結体を作製する工程とを含む、請求項１に記載のアパタイト体の製造方法。
前記圧縮成形体が、焼結助剤を含まない炭酸カルシウムの圧縮成形体である、請求項２に記載のアパタイト体の製造方法。
炭酸カルシウム焼結体を作製する工程と、
前記炭酸カルシウム焼結体にリン酸塩またはリン酸の溶液を反応させて、前記炭酸カルシウム焼結体の少なくとも表面をアパタイト化する工程と、
を備え、
前記炭酸カルシウム焼結体が多孔質焼結体であって、
前記炭酸カルシウム焼結体を作製する工程が、
炭酸カルシウムとゲル化剤とを含む分散液を調製する工程と、
前記分散液に発泡剤を添加した後撹拌して泡立て、発泡体を作製する工程と、
前記発泡体をゲル化する工程と、
前記ゲル化した発泡体を焼結することにより、前記多孔質焼結体を製造する工程とを含む、アパタイト体の製造方法。
炭酸カルシウム焼結体を作製する工程と、
前記炭酸カルシウム焼結体にリン酸塩またはリン酸の溶液を反応させて、前記炭酸カルシウム焼結体の少なくとも表面をアパタイト化する工程と、
を備え、
前記炭酸カルシウム焼結体が多孔質焼結体であって、
前記炭酸カルシウム焼結体を作製する工程が、
炭酸カルシウムを含む分散液を調製する工程と、
前記分散液に発泡剤を添加した後撹拌して泡立て、発泡体を作製する工程と、
前記発泡体を焼結することにより、前記多孔質焼結体を製造する工程とを含む、アパタイト体の製造方法。
前記発泡体を凍結乾燥した後、焼結する、請求項５に記載のアパタイト体の製造方法。