JPH03165773A

JPH03165773A - 生体用組成物および生体用材料

Info

Publication number: JPH03165773A
Application number: JP1306829A
Authority: JP
Inventors: Taneji Nomoto; 野本　種邦; Tooru Nonami; 亨野浪
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1991-07-17

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、生体用組成物および生体用材料に関する。

〈従来の技術〉アパタイト、第３リン酸カルシウム等のリン酸カルシウ
ム系セラミックスが、生体用の補填・修復材として、人
工歯根、歯冠、人工骨、人工関節等に用いられている。

これは、リン酸カルシウム系セラミックスが、周囲の生
体組織との馴染みがよく、生体活性および生体親和性が
高く、周囲の組織から異物と判定されることが少なく、
特に人工骨類に用いられた場合は、周辺の遺骨を促進し
て自身と骨組織とを強固に結合することができるからで
ある。　特に、水酸化アパタイトは天然骨の主成分であ
るため、生体活性および生体親和性が極めて高い。

〈発明が解決しようとする課題〉このようなリン酸カルシウム系セラミックスは、その生
体親和性の高さを利用して、従来の用途以外にも種々の
利用が考えられる。

その−例として、歯槽堤形成用補填材がある。　歯槽堤
形成用の補填材の充填は、歯周病、歯槽堤の自然吸収に
よって歯の揺動が生じ、歯の抜けを防止する際に、ある
いは人工歯根を嵌植する際に、まえもって歯根が安定に
嵌植できるように行なうものであって、アパタイトの顆
粒を補填材として用いている。

しかし、アパタイト顆粒は、その表面に新生骨が誘導形
成されて顆粒同士および顆粒と顎骨とが接合されるまで
は動き易いため、従来、アパタイトの顆粒をボアテック
ス等の通気性断水性のシートで包み、これを歯槽堤に載
置している。　そして、その後、歯肉を縫合し、歯槽堤
形成後にシートを抜き、歯根の嵌植を行なっている。

ところが、アパタイト表面に新生骨が誘導形成されるに
は−か月以上を要し、この間、顆粒の動きを完全には防
止できないため歯槽堤の形成に支障をきたし、またボア
テックスの抜去が患者の負担になるという欠点がある。

一方、補填・修復材として汎用されている歯科用セメン
トは、成形の必要がなくしかも硬化が迅速に行なえるた
め取り扱いが容易であるが、従来の歯科用セメントは第
３リン酸カルシウムを樹脂バインダ中に分散したもので
あり、樹脂は生体活性および親和性が極めて低いので、
歯槽堤形成用材料など、生体活性および生体親和性が必
要とされる用途には用いられていない。

また、抜歯孔充填材や骨充環材としてアパタイトを用い
る場合にも上記のような問題が生じるため、その解決が
望まれている。

本発明は、歯科用セメントと同様に取り扱いが容易で、
しかも生体活性および生体親和性の高い生体用組成物お
よびこの生体用組成物を含有する生体用材料を提供する
ことを目的とする。

く課題を解決するための手段〉本発明者らは、このような目的を達成するために研究を
重ねた結果、建築・土木分野において用いられている各
種セメントのうち、下記のような組成を有するポルトラ
ンドセメントの水和物が生体活性および生体親和性を有
することを知見し、下記（１）〜（４）の本発明を完成
した。

（１）水硬性のカルシウムシリケート系化合物を含有す
ることを特徴とする生体用組成物。

（２）前記カルシウムシリケート系化合物が、ＣａＯ：４５〜８５重量％ＳｉＯｘ：１５〜５５重量％を含有する上記（１）に記載の生体用組成物。

（３）前記カルシウムシリケート系化合物が、ＭｇＯ，
Ｂａ０％５ｒＯ１Ａｎｔ　０ｓＦｅｓＯｓ　　ＮａｇＯ
ｌＫ、０、Ｌｉａ・０１ＴｉＯ＊　、ＺｒＯ＊　、Ｓｓ
　Ｏｓ　、Ｂｔ　ＯｘおよびＣａ　Ｆ　＊から選ばれる
１種以上を１０重量％以下含有する上記（１）または（
２）に記載の生体用組成物。

（４）上記（１）ないしく３）のいずれかに記載の生体
用組成物とリン酸カルシウム系セラミックスとを含有す
ることを特徴とする生体用材料。

〈作用〉本発明の生体用組成物は水硬性であるため、アパタイト
顆粒に比べ迅速に生体内に固定することができる。　ま
た１通常、粉末状にて用いられるため成形が不必要であ
り、取り扱いが容易である。

そして、本発明の生体用組成物は、硬化後の水和物が生
体内環境において水酸化アパタイト誘導形成能を有する
ため、生体内において新生骨の形成を誘導し、骨組織と
強力に接着することができる。

このような生体用組成物は、歯槽堤形成用の補填材、抜
歯孔充填材、骨充環材などの用途に、従来用いられてい
るアパタイト顆粒に替えて好ましく用いることができる
。　また、本発明の生体用組成物は、その生体親和性の
高さを活かして、従来、歯科用セメントが用いられてい
る用途にも好適である。

本発明の生体用材料は、上記した生体用組成物に、粉末
状、顆粒状あるいは塊状等の状態のリン酸カルシウム系
セラミックスが混合されたものである。

アパタイト等のリン酸カルシウム系セラミックスは、表
面に新生骨が誘導されなければセラミックス粒子同士の
接着は生じない。　しかし、本発明の生体用組成物およ
び生体用材料は水硬性のカルシウムシリケート系化合物
を含有するため、水和反応によりこの化合物同士が接着
したり、この化合物がリン酸カルシウム系セラミックス
を結合する結合材としてはたらき、迅速な固化が実現す
る。

そして、リン酸カルシウム系セラミックスを含有するこ
とにより水硬性のカルシウムシリケート系化合物の使用
量を減らすことができるため、水和物形成時の発熱を抑
えることができる。

このような生体用材料は、上記した生体用組成物と同様
な用途に好ましく適用される。

く具体的構成〉以下、本発明の具体的構成を詳細に説明する。

本発明の生体用組成物は、水硬性のカルシウムシリケー
ト系化合物を含有する。

水硬性のカルシウムシリケート系化合物°はポルトラン
ドセメントの１種であり、通常Ａ１１ｔｅと称される３
ＣａＯ５ｉｆｔと、通常Ｂｅ１ｉｔｅと称される２Ｃａ
Ｏ・ＳｉＯ□とを主成分とし、水と反応して難溶性の水
和物を生成する。

本発明では、カルシウムシリケート系化合物中における
ＣａＯおよびＳ　ｉ　Ｏ＊の含有量がＣａＯ：４５〜８
５重量％ＳｉＯ，：１５〜５５重量％、であることが好ましく、特にＣａＯ：６５〜８５重量％５ｉＯａ：１５〜３５重量％であることが好ましい。

ＣａＯの含有量が上記範囲未満でＳｔｏｗの含有量が上
記範囲を超えると硬化が起こらず、また、水酸化アパタ
イトが誘導されに（くなる。

ＣａＯの含有量が上記範囲を超え５ｉＯ−の含有量が上
記範囲未満となると、硬化が起こらな（なる。

本発明で用いる水硬性カルシウムシリケート系化合物に
は、ＭｇＯ１Ｂａｄ、５ｒＯ１Ａ２＊　Ｏｘ　、Ｆｅｗ
　Ｏｓ　、Ｎａｇ　０％Ｋｇ　０１Ｌｉｔ　０１ＴｔＯ
ａ　　ＺｒＯ＊　　Ｓｚ　０ｓＢ８０３およびＣａ　Ｆ
　＊から選ばれる１種以上が、１０重量％以下含有され
ていてもよい。

これらの化合物について詳述すると、Ａ℃、０．およびＦｅｗ　０１は、水硬性カルシウムシ
リケート系化合物を製造する際の焼成時にＡ１１ｔｅを
安定して生成させる作用を有し、結果として硬化を容易
にする作用を有する。　　ＭｇＯ，Ｎａｇ　Ｏおよびに
、Ｏは、焼成時にＡ１１ｔｅおよびＢｅ１ｉｔｅを安定
して生成させ、硬化を容易にする作用を有する。　また
、Ｎａｎｏは水和速度を向上させる。

従って、本発明ではこれらの化合物のうち、ＭｇＯ１Ａ
Ｉ２ｔ　Ｏｓ　、Ｆｅｗ　Ｏｎ　、Ｎａｇ　Ｏおよびに
、０の１種以上が含有されることが好ましい。

本発明で用いる水硬性カルシウムシリケート系化合物の
製造方法に特に制限はなく、通常のポルトランドセメン
トの製造方法に従って製造すればよい。

例えば、ＣａＣ０ｚ　、Ｓ　ｉ　Ｏｘ　、ＡＩｌ＊　Ｏ
ｓなど、目的とする組成に対応する酸化物や焼成により
酸化物となる各種化合物を湿式混合あるいは乾式混合し
、１２００〜１７００℃程度の温度で焼成する。　得ら
れた焼結体を粉砕し、カルシウムシリケート系化合物の
粉末を得る。

カルシウムシリケート系化合物の粒径に特に制限はない
が、迅速に硬化させるためには０．１〜５００−程度の
粒径とすることが好ましい。

なお、このようにして得られた粉末をバインダと混練し
、粒径５０〜５０００−程度の顆粒として用いることも
できる。

本発明の生体用組成物を、歯槽堤形成用の補填材や抜歯
孔充填材などに適用する場合、粉末のまま充填を行なっ
ても生体内の水分により硬化が行なわれるが、取り扱い
が容易になることから、生体用組成物と水との混合物を
用いることが好ましい。

本発明の生体用組成物が実用的に十分な程度に硬化する
までの時間は、生体内環境においてｌＯ分間〜１週間程
度である。

本発明の生体用材料は、上述した生体用組成物と、リン
酸カルシウム系セラミックスとを含有する。

リン酸カルシウム系セラミックスは、生体活性および生
体親和性を有する。

本発明では、リン酸カルシウム系セラミックスとして種
々のものを用いることができるが、特にアパタイトまた
は第３リン酸カルシウムを用いることが好ましい。

アパタイトの化学量論組成は、Ｃａ　ｔｏ　（Ｐ　０４）６　Ｘ　＊（ただし、Ｘは、水酸基、ハロゲン原子またはＣ０１）
である。　本発明に用いるアパタイトとしては、水酸化
アパタイトまたはフッ化アパタイトが好ましい。

また、用いるアパタイトのＣａ　／　Ｐ原子比は１．６
〜１．７５であることが好ましい。

なお、これらアパタイトと同様、第３リン酸カルシウム
Ｃａ５（ＰＯ４）ａも好ましい。

これらのセラミックスは、焼結助剤等を含んでよく、全
体の７０重量％以下の範囲内にて、ＡＱ＊　Ｏｘ　、５
ｉｆｔ　、ＭｇＯさらにはＣａＯ等が含有されていても
よい。

本発明で用いるリン酸カルシウム系セラミックスは、各
種を推動物の骨や歯などから回収された天然物であって
もよく、また各種湿式法や乾式法で製造された合成品で
あってもよい。

上記生体用組成物と混合されるリン酸カルシウム系セラ
ミックスは、粉末状、顆粒状あるいは塊状等のいずれの
状態であってもよ（、用途に応じて適当なものを選択す
ればよい。　また、これらの寸法および上記生体用組成
物との混合比にも特に制限はなく、用途、目的等に応じ
て適宜選定すればよい。

例えば、抜歯孔等の充填材に適用する場合などに所定の
大きさの塊状として用いれば、手術直後から高い強度が
得られる。

〈実施例〉以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明を更に詳細
に説明する。

Ｃａ　ＣＯｓ　　Ｓ　ｉ　Ｏｘ　　Ａ　１　＊　Ｏｓお
よびＭｇＯから選択した原料粉末をボールミルで混合し
、１５００℃にて焼成後、粉砕し、下記表１に示す組成
を有する生体用組成物サンプルを得た。

各サンプル０．７０ｇと水０．３１ｇとをそれぞれ混合
し、よく混練した後、３Ｘ４Ｘ５ｍｍの型に入れ、水和
反応させた。

水との混合後の経過日数と、圧縮強度との関係を、下記
表１に示す。

なお、表１に示す圧縮強度は、硬化後のサンプルを粒径
１　ｍｍ程度に粉砕し、これに圧力を加えて破壊が生じ
たときの圧力値である。

また、表１に示す各サンプルを、水と混合して１日後に
、３７℃に保持した疑似体液ＡＢＦ［ダルベツコＰＢＳ
　（＋）　］　ｌ　５０ｍｊに浸漬した。　疑似体液の
組成は、下記の通りとした。

塩化ナトリウム　　　　：８０００ｍｇ塩化カリウム　
　　　　：　　２００ｍｇリン酸−水素ナトリウム：１
１５０ｍｇリン酸二水素カリウム　：　　２００ｍｇ塩
化カルシウム　　　　：　　１００ｍｇ塩化マグネシウ
ム　　　：　　１００ｍｇ３日経過後に疑似体液からサ
ンプルを取り出し、走査型電子顕微鏡により表面を観察
した。

サンプルＮｏ、　　１の走査型電子顕微鏡写真を第１図
に示す。　第１図では、粒径７戸程度のカルシウムシリ
ケート系化合物の水和物粒子表面に、誘導形成された水
酸化アパタイトの析出層が認められる。

なお、水酸化アパタイトの同定は、電子線回折により行
なった。

表１では、水酸化アパタイトが誘導形成されたサンプル
をＯで評価した。

表１に示される結果から、本発明の生体用組成物サンプ
ルは、水和反応により十分な圧縮強度が得られることが
明らかであり、特に、Ａβ２０ｓまたはＭｇＯを含有す
る場合、極めて高い圧縮強度が得られることがわかる。

また、本発明の各サンプルが、水酸化アパタイト誘導形
成能を有することも明らかである。

これに対し、本発明範囲を外れた組成を有するサンプル
Ｎｏ、　９．１０では、硬化が起こらなかったため圧縮
強度の測定が不可能であった。

なお、表１に示すＡＪ２□０．およびＭｇＯの他、Ｂａ
Ｏ１ＳｒＯ１Ｆ　ｅｘ　Ｏｓ　、Ｎ　ａｔ　０１Ｋ２０
．Ｌｉａ　ＯｌＴ　ｉ　Ｏａ、Ｚ　ｒ　Ｏｘ、Ｓ、Ｏ３
゜Ｂ２０．およびＣａＦ、から選ばれる１種以上を添加
した場合でも、上記したような圧縮強度および水酸化ア
パタイトの誘導形成が実現した。

また、上記実施例で得られた生体用組成物にリン酸カル
シウムの粉末、顆粒または塊状体・を混合して得られた
生体用材料に対し、上記したような水和反応を行なわせ
たところ、上記実施例と同等以上の圧縮強度が得られ、
水酸化アパタイトの生成も認められた。

〈発明の効果〉本発明によれば、充填材や補填材として用いられる生体
用材料であって、生体活性を有し、しかも硬化可能な材
料が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は粒子構造を示す図面代用写真であって、本発明
の生体用組成物の水和物の走査型電子顕微鏡写真である
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水硬性のカルシウムシリケート系化合物を含有す
ることを特徴とする生体用組成物。
（２）前記カルシウムシリケート系化合物が、ＣａＯ：４５〜８５重量％ＳｉＯ＿２：１５〜５５重量％を含有する請求項１に記載の生体用組成物。
（３）前記カルシウムシリケート系化合物が、ＭｇＯ、
ＢａＯ、ＳｒＯ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｆｅ＿２Ｏ＿３、Ｎ
ａ＿２Ｏ、Ｋ＿２Ｏ、Ｌｉ＿２Ｏ、ＴｉＯ＿２、ＺｒＯ
＿２、Ｓ＿２Ｏ＿３、Ｂ＿２Ｏ＿３およびＣａＦ＿２か
ら選ばれる１種以上を１０重量％以下含有する請求項１
または２に記載の生体用組成物。
（４）請求項１ないし３のいずれかに記載の生体用組成
物とリン酸カルシウム系セラミックスとを含有すること
を特徴とする生体用材料。