JPH01234308A

JPH01234308A - 球状ヒドロキシアパタイトの製造方法

Info

Publication number: JPH01234308A
Application number: JP63060266A
Authority: JP
Inventors: Minoru Inaba; 稔稲葉; Osamu Iwamoto; 修岩本
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1989-09-19
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JP2575170B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用範囲コ本発明は、新規な球状ヒドロキシアパタイト（以下ヒド
ロキシアパタイトをＨＡＰと言う。）、その製造方法お
よび球状ＨＡＰの用途に間するものである。

［従来の技術及び問題点］ＨＡＰは、生体高分子、重金属イオンなどの吸着剤とし
て高い性能を有しており、タンパク質や酵素なとの分離
のためのクロマトグラフィー用カラム充填材として有用
視されている。

従来ＨＡＰを合成する方法に間しては、多くの方法が知
られているが、以下の三つの方法に大別することが出来
る。

（１）固体間反応によってＨＡＰを合成する乾式（２）
高温高圧の水溶液中でＨＡＰの単結晶を合成する水熱合
成法。

（３）水溶液中でカルシウムイオンとリン酸イオンを反
応させ、ＨＡＰの沈澱を得る湿式合成法。

しかしながら、これらの合成法で得られたＨＡＰ粒子は
、粒子径が小さく目詰まりを起こしやすいこと、不定形
であるためかさ密度が小さく、そのため充填密度が上が
らず、分離能が低いことなどが問題点であった。

そこで近年これらの問題点を解決するために、クロマト
グラフィー用カラム充填材として球状ＨＡＰが用いられ
るようになってきた。これは、ＨＡＰを球状化すること
によって充填密度を向上させることがその狙いである。

この球状ＨＡＰの合成法としては、以下に示す２つの方
法が知られている。

（１）ＨＡＰゲルを、噴霧乾燥機で造粒した後、４００
〜７００℃の温度で焼成し、球状ＨＡＰを得る方法。

（２）カルシウム塩とリン酸塩が溶解した溶液の噴霧熱
分解によって、球状ＨＡＰを得る方法。

しかしながら、これらの方法は噴霧された液滴からの溶
媒の蒸発量をコントロールするのが難しく、球状粒子が
得られる条件の範囲が非常に狭いこと、また得られた球
状ＨＡＰはサブミクロン程度の粒子径を持つ一次粒子の
集合体であり、粒子中に連続孔、及び独立気孔を多く含
んでいるため、粒子自体の強度が小さく、高圧で溶離液
を流すと、粒子がつふれ、目詰まりを起こすという問題
点を有していた。

［問題点を解決するための手段］本発明者らは、クロマトグラフィー用カラム充填材とし
て使用した場合に、高い吸着性能を有しながら、高密度
での充填が可能で、且つ流体の通過における目詰まりの
発生が防止された球状ＨＡＰを開発すべく鋭意研究を重
ねた。

その結果、平均粒子径が０．　１〜１００μｍで、特定
の表面粗度係数と粒子密度とを有する新規な球状ＨＡＰ
を得ることに成功し、該球状ＨＡＰが、前記クロマトグ
ラフィー用カラム充填材における課題を全て達成し得る
ことを見いだし、本発明を完成するに至った。

本発明は、平均粒子径０．１〜１００μｍ、表面粗度係
数Ｆｓｒが１≦Ｆｓｒ≦５、粒子密度が２゜８ｇ／ｃｍ
３以上である球状ヒドロキシアパタイトである。

本発明の表面粗度係数Ｆｓｒとは、以下の式によって定
義される。

Ｆｓｒ＝Ｓ／Ｓｗここで、Ｓ（ｍ２／ｇ）は、粒子の比表面積てあり、Ｂ
ＥＴ法で測定される値である。また、Ｓｖは粒子が真球
状であると仮定したときの、粒度分布から計算される比
表面積であり、次式によって計算される。

ρ　番　Ｅ　　（ｎｉ　　・　ｄｉ　リρ弓　Ｗｌ ρ・Ｅ　　Ｖｉここで、ｄｌは測定された粒度分布の区分ごとの代表径
、ｎｌ、Ｗｌ、Ｖｉはそれぞれ代表径ｄｉで示される区
間に存在する粒子数、粒子の重量、粒子の体積である。

すなわち、Ｆｓｒは連続孔の存在に基づく粒子表面の荒
さを示しており、Ｆｓｒが１に近いほど表面が平滑であ
ることを示す。

本発明の粒子密度とは粒子中の閉じた空孔（独立気孔）
を含めた密度であり、ピラノメーター法で測定される。

本発明の球状とは、粒子の円形度が０．９０以上、好ま
しくは０．９５以上の粒子を言う。かかる円形度は、粉
体の走査型電子顕微鏡写真を撮り、その写真の単位視野
内に観察されるｎ個の粒子について、輪郭の長さくＬｌ
）と、その粒子の写真上の面積と同じ面積を有する円の
周長（Ｍｊ）とを測定し、次式で算出される。円形度が
１．００に近いほど、粒子は真球に近いことを示す。

円形度＝　Σ　Ｍ　ｉ　／　Ｌ　ｉ　／　ｎ１＝１従来、平均粒子径が０．　１〜１００μｍの球状ＨＡＰ
において、表面粗度係数Ｆｓｒが１≦Ｆｓｒ≦５で且つ
粒子・密度が２．８ｇ／ｃｍ’以上の粒子は全く知られ
ていない、即ち、従来より知られている方法により得ら
れる球状ＨＡＰは、平均粒子径が上記範囲のものは存在
するが、これらの球状ＨＡＰは、前記したように製法上
内部に連続孔や独立気孔を有する。従フて、かかる球状
ＨＡＰは表面粗度係数Ｆｓｒが１０以上であったり、ま
た粒子密度も２．８ｇ／ｃｍ３未満となったりする。

本発明の球状ＨＡＰは、球状であると共に前記した特定
の表面粗度係数及び粒子密度を有するため、クロマトグ
ラフィー用カラム充填材として優れた性能を発揮する。

即ち、球状であるため、クロマトグラフィー用カラム内
に高充填が可能であると共に、前記した特定の表面粗度
係数及び粒子密度を有するため、流体の通過による＠損
が極めて少なく、該粒子の破片によって起こる目詰まり
がなく、長期間安定して使用が可能であり、しかも吸着
性能も高く、優れた分解能を示す。

本発明の球状ＨＡＰのカラム充填材が適用可能なりロマ
トグラフィーは特に制限されないが、液体クロマトグラ
フィーにおいて最も効果を発揮する。そのうち、タンパ
ク質、酵素等の生体高分子の分析に特に有効である。

本発明の球状ＨＡＰの製造方法は特に制限されないが、
代表的な製造方法を例示すれば、Ｃａ／Ｐ原子比が１．
　５〜１．８のリン酸カルシウム粉末（以下、ＣＰ粉末
という）を、分散状態で温度１６００℃以上の火炎と接
触させる方法が挙げられる。

一般に、ＨＡＰは１５７０℃付近でリン酸三カルシウム
とリン酸四カルシウムに分解することが知られている。

　（Ｐ、Ｖ、Ｐｉｂｏｎｄ、Ａｎｎ、Ｃｈｉｍ、（Ｐａ
ｒｉｓ）。

８．３８１（［７３）、参照）これに対して、本発明の上記方法は、ＨＡ　Ｐを火炎中
で溶融する場合には、該火炎中の水蒸気により、ＨＡＰ
の分解が極めて少ないという知見に基づきなされたもの
で、従来の常識からは全く予期されないものである。

即ち、本発明の方法によれば、火炎中に導入されたＣＰ
粉末は、火炎中の水蒸気により分解が防止されながら、
その粒子の全体が溶融された後、表面張力によって球状
になる。溶融状態の粒子は球状の形状を維持したまま、
火炎中を通過し、冷却されて固化し、回収される。

本発明においてＣＰ粉末を分散状態にするための気体と
しては、汎用の気体を特に制限なく用いることができる
が、好適に使用される気体は、空気、酸素、アルゴン等
である。粉末の分散には、ＣＰ粉末の粒子が気体中に浮
遊させる方法が特に制限な〈実施される。また、ＣＰ粉
末の火炎中への導入にも公知の手段が限定されずに採用
される。

好ましい方法としては、気体とＣＰ粉末の混合物を火炎
中に噴射する方法がある。

本発明において火炎は、温度が１６００℃以上である可
燃性ガスの炎であればよい。火炎の形成手段として、可
燃性のガスを燃料とした多重管のバーナーを持つ火炎発
生装置が適している。即ち、該可燃性のガス、空気及び
ＣＰ粉末を多重管から同時に供給するようにした装置が
好適である。可燃性のガスとしては、公知の可燃性ガス
が限定されることなく用いられるが、メタン、プロパン
、ブタン、７七チレン、水素等が好適である。特に、Ｈ
Ａ　Ｐの分解を抑えるためには、火炎中の水蒸気分圧が
高い水素が好適に用いられる。

本発明において、火炎の温度は１６００℃以上であれば
限定されない。１６００℃以上の温度が必要な理由は、
ＣＰ粉末を溶融せしめるためである。好ましくは、１７
００〜３０００℃の火炎温度が好適に使用される。

また、ＣＰ粉末の火炎中での滞留時間は、該粉末の粒径
、火炎の温度などを考慮して、火炎中で該粉末が溶融状
態となるように適宜法めることことが出来る。一般に、
滞留時間をあまり長くすると、ＨＡＰが分解し、リン酸
三カルシウム及びリン酸四カルシウムが生成する。その
ため、滞留時間は０．０１〜１０秒とすることが望まし
い。

また、火炎と接触して生成する球状ＨＡＰ粉末の回収に
は、公知の方法が限定されることなく採用される。好適
には、サイクロン、バグフィルタ−等の回収装置の使用
が採用される。

上記製法によって、本発明の球状ＨＡＰを得ることが出
来る。この球状ＨＡＰはそのままクロマトグラフィーカ
ラム充填材として用いることもできるが、回収されたま
まの球状ＨＡＰは溶融後急冷されるため、一部がガラス
状態となっていることがある。この場合、得られた球状
ＨＡＰの結晶性を上げるために、加熱処理を行うことが
好ましい。かかる加熱処理温度は、３００〜１００’０
℃の温度範囲が好適に用いられる。また、加熱時間は０
．　５〜１０時間が一般的である。

また、本発明の球状ＨＡＰはＣＰ粉末をプラズマと接触
させることでも得ることができる。しかし、火炎と比較
してプラズマ中は水蒸気分圧が低く、）（ＡＰがリン酸
三カルシウムとリン酸四カルシウムに分解しやすい。そ
のため、プラズマとの接触時に分解しないように、プラ
ズマの温度を上げ、極めて短時間でＨＡＰを溶融させる
必要がある。この場合、３０００〜７０００℃の温度及
び０．００１〜０．５秒の接触時間が好適に用いられる
。

本発明の球状ＨＡＰの原料として用いられるＣＰ粉末は
、Ｃａ／Ｐ原子比が１．５〜１．８であれば特に限定さ
れないが、粉末状のＨＡＰ　（以下、ＨＡＰ粉末という
。）を用いると、火炎と接触後の分解が少ないために、
好適である。上記ＨＡ’Ｐ粉末はいかなる方法で製造し
たものであっても良い。例えば、原料は、Ｃａ源として
Ｃａ　Ｃ０３、ＣａＯ１Ｃａ（ＯＲ）２、Ｐ源としてＰ
２Ｏ５５Ｈ３ＰＯａ、ＮＨｄ１２ＰＯａ、（ＮＨ４）２
ＨＰＯＪ、ＣａとＰの両方を含有するＣａＨＰＯａ　”
　２Ｈ２０、Ｃａ　ＨＰ　Ｏａ、Ｃａ（）Ｉ２ＰＯａ）
＋、Ｃａ２Ｐ２１）７等が考えられ、原料によフて種々
の製造方法があるが、公知のＣａ１ｌＰＯａ・２Ｈ２０
をＣａＣＯ３と混和焼成する乾式製造法が好適である。

この反応は、６ＣａＨＰＯａ　６２Ｈ２０＋　４ＣａＣＯ３→Ｃａｔ
＠（ＰＯ−）ｓ（ＯＨ）２　　　＋　　４ＣＯ２＋　　
　　ｌ０Ｈ２０の反応式で示され、水蒸気を含む大気中
で焼成することて純粋なＨＡＰ粉末が得られる。焼成温
度は、７００〜１４００℃が一般的に用いられる。

また、球状ＨＡＰの原料に用いられるＣＰ粉末は、０．
０１〜１００μＩｎの平均粒子径を持つものが用いられ
る。

本発明の球状ＨＡＰは、クロマトグラフィーの分離能を
向上させるために、他の元素を制限なく固溶させること
が出来る０例えば、フッ素、ナトリウム、塩素、カリウ
ム、マグネシウム、などが挙げられる。添加の方法も制
限されないが、例えば、他の元素を予めＣＰ粉末に固溶
させた原料粒子を火炎と接触させる、あるいは添加する
元素を含む塩をＣＰ粉末と共に火炎と接触させるなどの
方ン去が挙げられる。

本発明の球状ＨＡＰを用いたクロマトグラフィー用カラ
ム充填材の使用方法は、従来のＨＡＰクロマトグラフィ
ー用カタカラム充填材じである。

また、クロマトグラフィー用カラム充填材として用いる
には、充填密度を高めるために、前記製造方法で製造し
た球状ＨＡＰを分級し、粒度分布の揃フた粒子を用いる
ことが好ましい、この場合、平均粒径ｌ〜２０μｍの粒
子が好適に使用される。

また、本発明の球状ＨＡＰはクロマトグラフィー用カラ
ム充填材以外の用途にも制限されず用いることが出来る
。例えば、骨充填材や生体用レジンのフィラーとしての
用途が考えられる。

［効果］本発明の球状ＨＡＰは、クロマトグラフィー用カラム充
填材として用いた場合、球状であるため充填密度が高く
、高い分離性能を持つ。ま々、粒子が緻密質であるため
、強度が高く、粒子の目詰まりが起こりにくい。従って
、従来の球状ＨＡＰカラム充填材と比較して、扱い易く
分離性能の高いＨＡＰカラム充填を才を提供することが
できる。

［実施例コ以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、
本文中並びに実施例中に示した材料の性状に関する諸量
の定義及びそれらの測定方法については次の通りである
。

（１）平均粒子径得られた粒子を水に分散させて、粒度分布計（ＣＡＰＡ
−５００、堀場製作所製、あるいは、マイクロトラック
、リードアンドノーストラップ社製）で測定した。測定
原理は遠心沈降法、及びレーザー光による散乱回折像の
測定によるものである。

（２）構造Ｘ線回折測定装置（日本電子（株）社！りを用いて粉末
のＸ線回折を測定し、得られた粒子の構造を同定した。

（３）比表面積柴田化学機器工業株式会社、迅速表面積測定装置５Ａ−
１０００を用いた。測定原理はＢＥＴ法である。

（４）粒子の円形度、表面粗度係数前記の方法で行った。

（５）粒子密度ピクノメータ法で行った。

実施例ＩＣａＨＰＯｊ・２■２０粉末と（ａｃＯ３粉末を３：　
２（モル比）で混合し、７０℃飽和水蒸気を含む空気を
毎分６リツトル吹き込みながら、１４００℃で２時間焼
成した。生成した粒子はＨＡＰであることをＸ線回折図
から確認した。このＨＡＰをアルミナ製ボールミルにか
け、３時間粉砕した。これを２６０メツシユの目開きの
ふるいにかけＨＡＰ粉末（平均粒径１０．４μｍ）を得
た。

上記のＨＡＰ粉末を、多重管を有するバーナーより毎分
５．５ｇの供給速度で、水素（４０リットル／分）、酸
素（２０リットル／分）及び空気（３０リットル／分）
と共に燃焼室に供給し、火炎中に分散させて溶融した。

ＨＡＰ粉末は火炎中で瞬時に溶融状態となったのち、火
炎から出ると冷却されて固化した。該粒子をサイクロン
で回収した。得られた粒子は、Ｘ線回折測定の結果、Ｈ
ＡＰであることを確認した。また、円形度０．９８、　
平均粒径８．２１μｍ１　　比表面積０．７５ｍ２７ｇ
、表面粗度係数２．４５、粒子密度３．　１４ｇ／ｃｍ
３であった。この粒子及び粒子の断面のＳＥＭ写真を、
それぞれ第１．２図に示した。

上記方法によって得られた該球状ＨＡＰを内径（３ｍｍ
、有効長１０ｃｍのステンレス製カラムに充填した。こ
の方ラムを用いて、トリプトファン（０，２重量％）、
生血端アルブミン（５，０重量％）、リゾチウム（２，
０重量％）、チトクロムＣ（１，０重量％）を含有する
混合溶液を試料として展開を行った。展開はリン酸緩衝
２１１０ｍＭ（ｐＨ６，８）と３５０ｍＭ（ｐＨ６，８
）による直線密度勾配法により行い、上記試料をｌＯμ
ｌ注入した。また流速は１　ｍ　ｌ　／　ｍ　ｉ　ｎで
行った。送液圧力は２３　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２であ
フた。タンパク質の検出は２８０ｎｍの吸光度を測定し
た。この方ラムにより得られたクロマトグラムを第３図
に示した。第３図から試料中の４成分がきれいに分離さ
れていることがわかる。またチトクロムＣの酸化体、還
元体のピークもきれいに分かれ、分離能が優れているこ
とがわかる。

また、上記試料の分離を３００回行った。３００回目に
得られたクロマトグラムを第４図に示した。第４図から
れかる通り、本発明のカラムは３００回目の使用に対し
ても優れた分離性能を示し、劣化は見られなかった。

実施例２ＣａＨＰＯ−・２＋１２０粉末と（ａｃＯ３粉末をＣａ
　／　Ｐ原子比が１．　５〜１．　８となるように混合
し、７０℃飽和水蒸気を含む空気を毎分６リツトル吹き
込みながら、１４００℃で２時間焼成し、ＣＰ粉末を得
た。このＣＰ粉末をアルミナ製ボールミルにかけ、３時
間粉砕した。これを２５０メツシユの目開きのふるいに
かけＣＰ粉末を得た。

上記のＣＰ粉末を、多重管を有するバーナーより毎分５
．５ｇの供給速度で、水素（４０リットル／分）、酸素
（２０リットル／分）及び空気（３０リットル／分）と
共に燃焼室に供給し、火炎中に分散させて溶融し、サイ
クロンで回収した。

得られた粒子の組成はすべてＨＡＰであった。また、得
られた粒子の円形度、平均粒径、比表面積、表面粗度係
数、粒子密度を第１表に示した。

上記方法によって得られた球状ＨＡ　Ｐを実施例１と同
様にカラムに充填し、同様な方法で試料を展開した結果
、実施例１と同様に優れた分離能を示した。

また、上記試料の分離を３００回行った。３００回使用
後でも送液圧力、クロマトグラムに変化のなかフた物を
Ｏ２送液圧力の上昇、あるいはクロマトグラムに変化の
あった物を×として、併せて第１表に示した。

実施例３実施例１て得たＨＡＰ粉末を、多重管を有するバーナー
より毎分５．５ｇの供給速度で、水素、Ｍ素及び空気と
共に燃焼室に供給し、種々の温度の火炎中に分散させて
接触させ、サイクロンで回収した。得られた粒子の組成
はすべてＨＡＰてあった。また、得られた粒子の円゛形
度、平均粒径、比表面積、表面粗度係数、粒子密度を第
２表に示した。

上記方法によって得られた球状ＨＡＰを実施例１と同様
にカラムに充填し、同様な方法で試料をル関した結果、
第２表の番号ｌを除いて、実施例１と同様優れた分離能
を示した。

また、上記試料の分離を３００回行った。３００回使用
後でも送液圧力、クロマトグラムに変化のなかフた物を
○、送液圧力の上昇、あるいはクロマトグラムに変化の
あった物を×として、併せて第２表に示した。

比較例１０、’　５ｍｏ　ｌ　／　ｌの水酸化カルシウム懸濁液
と０．３ｍｏｌ／ｉのリン酸水溶渣を、４０℃で混合し
、２４時間攪拌した。該反応溶液から沈澱を濾過し、こ
の沈澱物に水を加え２０重量％のスラリーとした。

このスラリーを噴霧乾燥８Ｉ！（ヤマト科学社製、ＧＢ
−２１）を用いて、１４０℃の気流中にノズルから噴霧
し、得られた粉末をサイクロンで回収した。この粉末を
、７００　’Ｃて３時閉焼成した。

得られた粒子は、Ｘ線回折測定の結果、ＨＡＰであるこ
とを確認した。また、円形度０．９３、平均粒径４．１
４μｍ、比表面積１９．３ｍ２／ｇ、表面粗度係数１３
．７、粒子密度２．７４ｇ／ｃｎ１’てあった・該）ＩＡＰを内径６　ｍ　ｍ、　　有効長１０ｃｍのス
テンレス製カラムに充填した。この方ラムを用いて、ト
リプトファン（０，２ｆｆｉ量％）、牛血清アルブミン
（５，０重量％）、リゾチウム（２，０重量％）、チト
クロムＣ（１，−０重量％）を含有する混合溶液を試料
として展開を行った。展開はリン酸緩衝液１０ｍＭ（ｐ
Ｈ６，８）と３５０ｍＭ（ｐＨ６゜８）による直線密度
勾配法により行い、上記試料を１０μｌ注入した。また
流速は１　ｍ　ｌ／ｍｉｎで行った。送液圧力は７４ｋ
ｇ／ｃｍ２であった。タンパク質の検出は２８０ｎｍの
吸光度を測定した。このカラムにより得られたクロマト
グラムを第５図に示した。第５図かられかるように、第
３図と比較してブロードなピークを示した。

また、上記カラムを使用して試料の連続的分離を試みた
結果、１００回使用後あたりから、クロマトグラム上の
ピークが更にブロードになった。

例として、１５０回目のクロマトグラムを第６図に示し
た。また、圧力も１６０ｋｇ／ｃｍ２に上昇し、これよ
りカラムが目詰まりしていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ実施例１で得られた球状ＨＡ
Ｐの粒子構造を示すＳＥＭ写真である。第３図、第４図は、実施例１で得られたクロマトグラム
を示すものである。第５図、第６図は、比較例１て得られたクロマトグラム
を示すものである。第３図から第６図中、Ｔはトリプトファン、Ｂは生血清
アルブミン、Ｌはりゾチウム、Ｃ１，Ｃ２はチトクロム
Ｃのクロマト分離ピークを示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平均粒子径０．１〜１００μｍ、表面粗度係数Ｆ
ｓｒが１≦Ｆｓｒ≦５、粒子密度が２．８ｇ／ｃｍ＾３
以上である球状ヒドロキシアパタイト。
（２）Ｃａ／Ｐ原子比が１．５〜１．８のリン酸カルシ
ウム粉末を、分散状態で温度１６００℃以上の火炎と接
触させることを特徴とする球状ヒドロキシアパタイトの
製造方法。
（３）特許請求の範囲第１項記載の球状ヒドロキシアパ
タイトよりなるクロマトグラフィー用カラム充填材。