JPH0331470B2

JPH0331470B2 -

Info

Publication number: JPH0331470B2
Application number: JP62326077A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Oonishi; Takashi Ishii; Kaneo Suzuki
Original assignee: Nitta Gelatin Inc
Current assignee: Nitta Gelatin Inc
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1991-05-07
Also published as: JPH01166763A

Description

【発明の詳細な説明】

〔技術分野〕この発明は、骨セメント、歯科用セメント、根
管充填材などに用いられる医科用および歯科用硬
化性材料に関する。〔背景技術〕歯科用セメントでは、近年、粉末としてハイド
ロキシアパタイト（以下、「HAp」と記す）やα
−リン酸三カルシウム〔α−Ca₃（PO₄）₂。以下、
「α−TCP」と記す〕が用いられ、硬化溶液とし
てポリアクリル酸水溶液が用いられている。粉末
と硬化溶液とを混和し、練和して硬化物を形成す
る。ところが、硬化未反応のポリアクリル酸が残
存することであり、これの溶出による生体為害性
が問題として残されている。骨セメントは、従来、ポリメチルメタクリレー
ト（PMMA）やメチルメタルクリレート
（MMA）などの高分子材料を用いたものが市販
されている。しかし、高分子材料を用いた骨セメ
ントは、次の３つの問題点がある。まず第１に、
埋入する宿主側の骨組織と骨セメントとが直接結
合せず、繊維性組織の介在により、長期間生体内
に埋入した場合、ルーズニング等の問題がある。
第２に、硬化時の発熱により90〜100℃程度の温
度になるため、周囲の細胞の壊死をもたらすとい
う問題点がある。第３に、未反応のモノマーやオ
リゴマーが溶出し、骨に悪影響を及ぼすという問
題点がある。他方、生体硬組織の無機主要成分であるHAp
の類似物質であるα−TCPを用いた生体材料が
提案されている。α−TCPは、化学的活性が高
く、生体内または口腔内と同等の条件下でHAp
変化しうるものである。α−TCP粉末とクエン
酸またはリンゴ酸の水溶液とを組み合わせた材料
が、歯科用セメントおよび骨セメントに有用であ
ると報告されている。この材料およびその硬化
は、生体為害性はないが、強度を高めるため、リ
ン酸カルシウム粉末／硬化溶液比（以下、単に
「粉／液比」と称する）を大きくすると、硬化時
間が極端に短くなり、実用できないという問題点
がある。〔発明の目的〕この発明は、以上のことに鑑みて、室温または
生体の体温付近の温度で硬化し、硬化時間を長く
することができ、しかも、生体為害性のない医科
用および歯科用硬化性材料を提供することを目的
とする。〔発明の開示〕この発明は、上記目的を達成するために、α−
TCPを必須成分とするリン酸カルシウム粉末と、
有機酸を含む硬化溶液との組合わせからなる医科
用および歯科用硬化性材料であつて、硬化遅延剤
として、タンニン、タンニン誘導体およびコラー
ゲンからなる群の中から選ばれた少なくともコラ
ーゲンが用いられるようになつていることを特徴
とする医科用および歯科用硬化性材料を要旨とす
る。以下に、この発明を詳しく説明する。この発明にかかる医科用および歯科用硬化性材
料は、少なくともリン酸カルシウム粉末と硬化溶
液の組み合わせからなる。リン酸カルシウム粉末の一部または全部をα−
TCPが占める。粉末の残部はHAp、炭酸アパタ
イト、β−リン酸三カルシウム、リン酸水素カル
シウム二水和物などが占める。ただし、リン酸四
カルシウムは含まない。リン酸カルシウム粉末
は、その60〜100重量％がα−TCPであり、０〜
30重量％がHApであることが好ましい。α−
TCPがリン酸カルシウム粉末の60重量％未満だ
と、練和後の硬化物の物理的強度が極端に低下す
るという問題を生じることがある。α−TCPお
よびHAp以外のリン酸カルシウムが粉末の10重
量％を上回ると、硬化時間が短くなり、充分練和
できないという問題を生じることがある。粉末は、平均粒子径が１〜25μｍであることが
好ましい。粉末の平均粒子径が1μｍ未満だと、
硬化物の物理的強度は向上するものの、硬化時間
が短くなるという問題を生じることがあり、25μ
ｍを上回ると、特に歯科用セメントに用いる場
合、その硬化物の被膜厚みが30μｍ以下にならな
いという問題ろ生じることがある。 α−TCPは、たとえば、γ−Ca₂P₂O₇と
CaCO₃との等モル混合物を1200℃以上で焼成し
た後、粉砕して得られるが、その他の方法で得ら
れたものでも使用できる。HAp等は、骨粉をは
じめとする生体由来のリン酸カルシウム、もしく
は、周知または公知の方法で得られる合成HAp、
炭酸アパタイト、β−リン酸三カルシウム等であ
つてもよい。これらのリン酸カルシウムは、いず
れも生体為害性を持たない。硬化溶液としては、生体関連物質の溶液が用い
られる。生体関連物質のとしては、タンニン、タ
ンニン誘導体、および、生体関連有機酸（以下、
「有機酸」と称する）からなる群の中から選ばれ
た少なくとも有機酸が用いられる。タンニン、タ
ンニン誘導体、および、前記有機酸は、いずれも
生体関連物質であり、生体為害性を持たない。タンニンおよびタンニン誘導体としては、どの
ようなものを用いてもよいが、タンニン酸を用い
るのが好ましい。以下では、タンニン酸を例に挙
げて説明するが、タンニン酸以外のタンニンおよ
びタンニン誘導体も同様に用いることが可能であ
る。タンニン酸は、従来の硬化剤に比べて硬化速
度の遅い硬化剤、すなわち、硬化剤であつてかつ
硬化遅延剤となる。また、歯科用硬化性材料にタ
ンニン酸を用いると、口腔・咽頭粘膜の炎症治癒
効果、歯質たんぱくの溶解阻止による虫歯予防効
果が期待できる。タンニン酸溶液のタンニン酸濃
度は、特に限定されないが、0.1〜70重量％の範
囲が好ましく、有機酸の共存下では0.1〜30重量
％の範囲が好ましく、コラーゲンの共存下では
0.1〜20重量％の範囲が好ましく、有機酸および
コラーゲンの共存下では0.1〜10重量％の範囲が
好ましい。これらの各範囲を下回ると、硬化遅延
効果が発揮されないことがあり、これらの各範囲
を上回ると、硬化物が水溶液中で崩壊していまう
ことがある。有機酸は、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸、グ
リセリン酸およびグルタル酸からなる群の中から
選ばれた１種が単独で、あるいは、２種以上が混
合されて使用される。これら有機酸は、リン酸カ
ルシウム粉末と混和して練和することにより、硬
質の硬化物を生成する。有機酸溶液の有機酸濃度
は、特に限定されないが、0.1〜90重量％の範囲
が好ましく、タンニン酸の共存下では0.1〜90重
量％の範囲が好ましく、コラーゲンの共存下では
0.1〜70重量％の範囲が好ましく、タンニン酸お
よびコラーゲンの共存下では0.1〜70重量％の範
囲が好ましい。これらの各範囲を下回ると、練和
後、硬化物の物理的強度が極端に低下し、水溶液
中で破壊してしまうことがあり、これらの各範囲
を上回ると、練和前に硬化溶液中に結晶が析出す
ることがある。コラーゲンとしては、アテロコラーゲンを用い
るのが好ましいが、他のコラーゲンを用いてもよ
い。アテロコラーゲンは、酸素処理により分子末
端のテロペプタイドが一部または全部除去されて
いるコラーゲンであり、生体為害性を持たないも
のである。コラーゲンは、硬化溶液に溶解して用
いてもよいし、硬化溶液と別とは別の溶液にして
用いてもよいし、粉末状態で用いてもよい。コラ
ーゲン溶液のコラーゲン濃度は、特に限定されな
いが、0.01〜35重量％の範囲が好ましく、有機酸
の共存下では0.05〜35重量％の範囲が好ましく、
タンニン酸の共存下では0.01〜30重量％の範囲が
好ましく、有機酸およびタンニン酸の共存下では
0.01〜30重量％の範囲が好ましい。これらの各範
囲を下回ると、コラーゲン、タンニン酸による硬
化遅延効果が発揮されなくなることがあり、これ
らの各範囲を上回ると、練和前の有機酸溶液中で
コラーゲンが分解を受けたり、溶液粘膜が上がり
すぎることがある。コラーゲンを粉末状態で用い
る場合には、上記の理由により上記平均粒子径で
あることが好ましい。この発明では、タンニン、タンニン誘導体およ
びコラーゲンからなる群の中から選ばれた少なく
ともコラーゲンを用いることにより、リン酸カル
シウム粉末の硬化反応の進行を遅くしている。こ
れにより、練和時の操作性が良くなり、また、
粉／液比を高めることができ、より強度の高い硬
化物を得ることができる。また、充填に比較的長
い時間を要する用途、たとえば、歯根管の空洞を
埋める根管充填材などに用いることが可能であ
る。なお、硬化遅延効果は、タンニン酸とコラー
ゲンとをそれぞれ別々に使用する場合よりも、タ
ンニン酸とコラーゲンとを併用する場合の方が大
きい。この発明にかかる医科用および歯科用硬化性材
料は、室温または生体の体温付近の温度で、混和
し練和することにより硬化させることができ、こ
れにより、反応熱による細胞の壊死などの問題が
ない。この発明にかかる医科用および歯科用硬化性材
料は、たとえば、次のようなものがある。リン酸カルシウム粉末、有機酸およびコラー
ゲンの組み合わせからなる系。この系では、有機酸が硬化剤となる。コラーゲ
ンは、硬化遅延剤として働く。コラーゲンは、有
機酸溶液とは別の溶液にして用いてもよいし、有
機酸溶液に溶解させて用いてもよいし、粉末状態
で用いてもよい。の系の材料の使用割合は、特に限定されない
が、リン酸カルシウム粉末30〜80重量部に対し
て、有機酸５〜70重量部およびコラーゲン0.01〜
30重量部の各範囲が好ましい。有機酸がその範囲
を下回ると、硬化が不充分となることがあり、そ
の範囲を上回ると、コラーゲンによる硬化遅延効
果が発揮されないことがある。コラーゲンがその
範囲を下回ると、硬化物の強度が向上しないこと
があり、その範囲を上回ると、室温下で充分練和
できなくなることがある。の系の材料の反応機構は、Ｘ線粉末回折、赤
外吸収スペクトルおよび走査電子顕微鏡像等によ
る解析結果から、たとえば、つぎのように生体硬
組織のコラーゲン石灰化モデルに準ずるものであ
ると考えられる。リン酸カルシウム粉末、有機酸
溶液およびコラーゲンを室温または生体の体温付
近の温度で混和し、練和すると、粉末中のα−
TCPのCaと有機酸のカルボキシル基との間にキ
レート結合が生じ、中和反応が進む。他方、コラ
ーゲンが繊維化し、α−TCPと有機酸とのキレ
ート化物がそのコラーゲン繊維に凝集する。水の
存在下、室温または生体の体温付近の温度でその
キレート化物および未反応のα−TCPがそれぞ
れ水和反応をすることにより非晶質リン酸カルシ
ウム〔Ca₃（PO₄）₂・nH₂O。以下、「ACP」と称
する〕を生成し、このACPがHApに転化し、
HApがコラーゲン繊維に結晶化し、硬化が進む。リン酸カルシウム粉末、有機酸、タンニン酸
およびコラーゲンの組み合わせからなる系。この系でも、有機酸が硬化溶液となる。タンニ
ン酸およびコラーゲンが硬化遅延剤である。タン
ニン酸およびコラーゲンは、それぞれ、有機酸溶
液とは別の溶液にして用いてもよいし、有機酸溶
液に溶解させて用いてもよいし、タンニン酸およ
びコラーゲンの両方を含む溶液にして用いてもよ
い。また、コラーゲンは、粉末状態で用いてもよ
い。の系の材料の使用割合は、特に限定されない
が、リン酸カルシウム粉末30〜80重量部に対し
て、有機酸５〜60重量部、タンニン酸0.05〜10重
量部およびコラーゲン0.05〜30重量部の各範囲が
好ましい。有機酸がその範囲を下回ると硬化が不
充分となることがあり、その範囲を上回ると、未
反応の有機酸が多量に溶出することがある。コラ
ーゲン酸がその範囲を下回ると、硬化遅延効果が
発揮されないことがあり、その範囲を上回ると、
室温下で充分練和できなくなることがある。コラ
ーゲンがその範囲を下回ると、硬化遅延効果が発
揮されないことがあり、その範囲を上回ると、室
温下で充分練和できなくなることがある。の系の材料の反応機構は、Ｘ線粉末回折、赤
外吸収スペクトルおよび走査電子顕微鏡像等によ
る解析結果から、たとえば、つぎのように骨組織
のコラーゲン石灰化モデルに準するものであると
考えられる。リン酸カルシウム粉末、有機酸溶
液、タンニン酸およびコラーゲンを室温または生
体の体温付近の温度で混和し、練和すると、粉末
中のα−TCPのCaと有機酸のカルボキシル基と
の間にキレート結合が生じ、中和反応が進む。他
方、タンニン酸とコラーゲンとが架橋構造化した
複合体（繊維状のものと考えられる）を形成す
る。α−TCPと有機酸とのキレート化物がその
複合体に凝集する。水の存在下、室温または生体
の体温付近の温度でそのキレート化物および未反
応のα−TCPがそれぞれ水和反応をすることに
よりACPを生成し、このACPがHApに転化し、
HApが前記複合体に結晶化し、硬化が進む。
およびの各系の材料をそれぞれ混和して練和す
ると、タンニン酸やコラーゲンを用いない場合よ
りも硬化の進行が遅くなる。たとえば、室温また
は生体の体温程度の温度で、練和開始後５〜60分
間で硬化し、硬質の硬化物が得られる。このた
め、リン酸カルシウム粉末／有機酸比を高めるこ
とができ、これにより、硬化物の強度を強くする
ことができる。特に、コラーゲンを用いると、リ
ン酸カルシウム粉末／有機酸比を高めなくても、
圧縮強度が強まり、しかも、上記硬化後も経時的
に圧縮強度が高まり、弾性に富むようになる。
およびの各系の材料は、たとえば、骨セメン
ト、歯科用セメントなどの生体硬組織の充填、補
綴用材料として利用することができる。およびの各材料をそれぞれ混和し練和して
得た初期硬化物を37℃のリン酸バツフアー化生理
的食塩水（PBS：Phosphate Buffered Saline）
中に浸漬しておくと、経時的に破砕抗力が向上す
る。すなわち、上記、の各材料は、骨セメン
トとして用いると、埋入後も経時的に強度が向上
するのである。これは、コラーゲンを用いたこと
によるものと考えられる。およびの材料を骨セメントとし、生体の骨
に埋入すると、α−TCPが生体溶解性
（Biodegradable）であるため、６か月ないし１
年程度で次第に新生骨に置換されうる。すなわ
ち、この発明にかかる硬化性材料のうち、有機酸
を硬化剤として使用し、硬化遅延剤としてタンニ
ン酸およびコラーゲンの少なくともコラーゲンを
用いるようにしたものを骨セメントとして利用す
ると、埋入してから経時的に骨組織と置換し、既
存部分と一体化する。なお、上記およびの各系の材料は、いずれ
も、この発明の目的達成を妨げないならば、上述
したもの以外の材料を含むことが可能である。また、用途も上記の例に限らない。以下に、この発明の実施例を比較例とともに示
すが、この発明は下記実施例に限定されない。実施例１〜５および比較例１〜４タンニン酸、コラーゲン、および有機酸を第１
表に示す濃度で含む溶液を調製し、この溶液と第
１表に示す配合のリン酸カルシウム粉末とを第１
表に示す粉／液比で混和し、手動で約１分間練和
した。この練和泥を用いて、下記の測定を行つ
て、結果を第１表に示した。なお、下記の測定で
は、すべて、温度23±２℃、相対湿度50±10％の
条件下で、ADAS No.61に準じて行つた。 (a) 初期硬化時間測定各練和泥を、縦横厚みが15mm×15mm×15mmで
あるガラス板上に置いた内径10mm、高さ５mmの
円筒形ステンレス金型内に流し込んで表面を平
らにし、練和を終了した時から１分後に、温度
37±１℃、相対湿度100％の恒温器中に移し、
試験片とした。質量2.94N（300ｇ）のビツカー
針（針の断面積１mm²）をその試験片の表面に静
かに落とし、針跡を残さなくなつた時を、練和
開始から起算して初期硬化時間とした。初期硬
化時間は、３回の測定値の平均を15秒単位で丸
めて表した。 (b) 破砕抗力測定内径６mm、高さ12mmの円筒状ステンレス金型
に各練和泥を充填し、両端を肉厚のガラス板で
挟み、加圧した。練和開始2.5分後、加圧した
まま温度37±１℃、相対湿度100％の恒温器中
に移した。１時間後、硬化物を金型から取り出
し、37±１℃の蒸留水中に浸漬し、練和開始24
時間後に蒸留水から取り出し、試験片とした。
この試験片を島津オートグラフAG−2000Aを
用いて破砕抗力を測定した。クロスヘツドスピ
ードは１mm／分、測定は６個の試験片について
行い、その総平均値の−15％以下の数値を除い
た残りの数値の平均値を測定値とした。ただ
し、総平均値の−15％以下の数値が２個以上の
時は、再試験を行つた。

【表】

〔発明の効果〕

この発明にかかる医科用および歯科用硬化性材
料は、以上のように、α−TCPを必須成分とす
るリン酸カルシウム粉末と、有機酸を含む硬化溶
液との組み合わせからなり、硬化遅延剤として、
タンニン、タンニン誘導体およびコラーゲンから
なる群の中から選ばれた少なくともコラーゲンが
用いられるようになつているので、室温または生
体の体温付近の温度で硬化し、硬化時間を長くす
ることができ、しかも、生体為害性を持たない。
このため、この発明にかかる医科用および歯科用
硬化性材料は、硬化に長時間を要する用途に利用
したり、リン酸カルシウム粉末／硬化剤との比を
高めて強度の強い硬化物を必要とする用途に利用
したりすることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

１ α−リン酸三カルシウムを必須成分とするリ
ン酸カルシウム粉末と、有機酸を含む硬化溶液と
の組み合わせからなる医科用および歯科用硬化性
材料であつて、硬化遅延剤として、タンニン、タ
ンニン誘導体およびコラーゲンからなる群の中か
ら選ばれた少なくともコラーゲンが用いられるよ
うになつていることを特徴とする医科用および歯
科用硬化性材料。