JPH04193741A - 多孔質結晶化ガラス - Google Patents

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、多孔質結晶化ガラスに関し、より詳しくは骨
の欠損部を補填するために使用される多孔質結晶化ガラ
スに関するものである。

［従来の技術］ 従来、欠損した骨の補填には、患者本人の正常部位から
採取した海綿状の自家骨、いわゆる海綿骨が用いられて
いたが、この方法では、損傷箇所以外の骨組織を切除す
るため患者の苦痛が大きいこと、またその手術を行うに
あたって多大な労力を要すること、自家骨の採取量に限
界があること等の問題を有している。

このような事情から、人工的に海綿骨様の補填材を作製
することが試みられている。その代表的例として、水酸
化アパタイト等の多孔質セラミックスが提案されている
。水酸化アパタイトは生体親和性がよ＜、シかも高い生
体活性を仔し、欠損箇所へ補填後、気孔内部に新生骨が
増生、侵入し、生体組織と一体化しやすい補填材である
。しかしこの補填材は、材料自身の機械的強度が十分で
ないためその使用部位が著しく制限されるという欠点を
をする。

そこで、機械的強度の高い補填材として、アパタイト（
Ｃａｔｏ（ＰＯ４）ｅｏ　）　、ウォラストナイ’１−
（Ｃａｏ−ｓｔｏ□）等の結晶を析出した多孔質結晶化
ガラスが特公平２−４９２６０号において開示されてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記時公平２−４９２８０号に開示の多孔質結晶化ガラ
スは、独立した球状の気孔や、球状の気孔同士が球の接
点で連結したような連続気孔を有する多孔体である。

しかしながら、このような構造の多孔質結晶化カラスは
、骨欠損部に補填すると、気孔内部の体液の流通性か悪
いために新生骨が増生、侵入しにくく、生体組織と一体
化するのに長時間を要するという問題を有している。

本発明の目的は、機械的強度が高＜、シかも生体組織と
短時間に一体化する多孔質結晶化カラスを提供すること
である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者等は種々の研究を行った結果、新生骨の増生、
侵入を容易にするためには、材料自身に生体親和性や生
体活性があることの他に、海綿骨と同様の構造、即ち、
三次元的に連続した外部連通孔を有する三次元網状構造
でなければならないことを見いだし、本発明として提案
するものである。

即ち、本発明の多孔質結晶化ガラスは、重量百分率で、
５ｉＯ２２２〜５０％、Ｐ２Ｏ５８〜３０％、ＣａＯ２
０〜５３％、Ｍｇ０１〜１６％、Ｆ２０．１〜２％、Ａ
Ｉ。０３０〜９％、Ｂ２０３０〜５％の組成を有し、ア
パタイトと、ウオラストナイト及びジオプサイドの少な
くとも１種以上を析出する多孔質結晶化ガラスにおいて
、平均孔径が２０〜２０００μｍ１気孔率が６６〜９５
体積％であり、三次元網状構造を有することを特徴とす
る。

［作用］ 本発明の多孔質結晶化ガラスは、体液が流通しやすい三
次元網状構造を有する多孔体であり、その平均孔径は２
０〜２０００μｍ１気孔率は６６〜９５体積％である。

平均孔径が２０μｍより小さいと新生骨が侵入できず、
２０００μｍより大きいと十分な機械的強度が得られな
い。気孔率が６６％より小さいと十分な量の新生骨が侵
入せず、また独立気孔を含みやすくなる。一方、気孔率
が９５％より大きいと多孔体の骨格構造が崩れやすくな
り、十分な機械的強度が得られない。

また本発明の多孔質結晶化カラスは、生体親和性を有す
るアパタイトと、機械的強度が高く、シかも生体活性を
有するウオラストナイトや機械的強度の高いジオプサイ
ド（ＣａＯ−ＭｇＯ・２Ｓ　１０２）を析出するため、
生体親和性、生体活性及び機械的強度に優れている。

以下に、本発明の多孔質結晶化カラスの組成を上記のよ
うに限定した理由を述べる。

５ｉ０２はウオラストナイトやジオプサイドの構成成分
であり、その含有量は２２〜５０％である。５ｉ０２が
２２％より少ないとこれらの結晶が少量しか析出せず、
結晶化カラスの機械的強度が不十分となり、５０％より
多いとガラス融液の粘度が高くなってガラスの溶融が困
難になるとともに、アパタイト結晶の析出量が少なくな
る。

Ｐ２Ｏ１５はアパタイトの構成成分であり、その含有量
は８〜３０％である。Ｐ２Ｏ５が８％より少ないと失透
性が高くなってガラスの溶融が困難になるとと−５＝ もに、アパタイトが少量しか析出しなくなる。また３０
％より多いとウオラストナイトやジオプサイドの析出量
が少なくなる。

ＣａＯはアパタイト、ウオラストナイト及びジオプサイ
ドの構成成分てあり、その含有量は２０〜５３％である
。ＣａＯが２０％より少ないとこれらの結晶が少量しか
析出せず、５３％より多いと融液がガラスになり難い。

ＭｇＯはジオプサイドの構成成分であり、その含有量は
１〜１６％である。ＭｇＯが１％より少ないと融液がガ
ラスになり難＜、１６％より多いとアパタイトやウオラ
ストナイトが少量しか析出しなくなる。

Ｆ２は核形成成分てあり、その含有量は０．１〜２％で
ある。Ｆ２が０．１％より少ないと核形成が不十分であ
り、２％より多いと結晶化速度が速くなって焼結性が悪
くなる。

Ａｌ２Ｏ３の含有量は０〜９％である。ＡＩ。０３が９
％より多いと生体親和性が悪くなる。

Ｂ２Ｏ３の含有量は０〜５％である。Ｂ２Ｏ３が５％よ
り多いと生体組織との一体化に長時間を要する。

なお、本発明の多孔質結晶化ガラスは上記成分の他に、
Ｌｌ。０、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ，５ｒＯ１Ｔ１０゜、Ｚｒ
Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ。の群から選ばれる１種又
は２種以上を合量で１０％以下含有することができる。

次に、本発明の多孔質結晶化ガラスの製造方法を説明す
る。

まず、上記組成よりなるガラス粉末を適当な割合で水、
バインダーと混合してスラリーにする。

バインダーとしては種々のものが使用できるが、特にポ
リビニルアルコール（ＰＶＡ）が好ましい。次に、スラ
リーを三次元網状構造を有する有機質多孔体（例えばウ
レタンフオーム）に含浸させ、乾燥させる。その後、こ
れらを加熱してを機雷多孔体及びバインダーを燃焼除去
するとともに、ガラス粉末を焼結し、結晶化させること
により、三次元網状構造を有する多孔質結晶化ガラスを
得ることができる。

なお、結晶化ガラスの平均孔径及び気孔率は、使用する
有機質多孔体を適宜選択することにより、また含浸させ
るスラリーの量を調整することにより、所望の値を得る
ことが可能である。

［実施例コ 以下、本発明の多孔質結晶化ガラスを実施例及び比較例
に基づいて説明する。

（実施例） 下表は本発明の実施例（試料Ｎｏ、　１〜５）を示すも
のである。

以　　下　　余　　白 試料Ｎα１〜５は次のようにして調製した。表中の組成
になるようにガラス原料を調合し、白金坩堝にいれて１
４００〜１６００℃で３時間溶融し、ロール成形した後
、ボールミルにて粉砕し、２ｏｏメツシユの篩で分級し
た。このガラス粉末を適当な割合で水、ＰＶＡと混合し
てスラリーにし、ウレタンフオームに含浸して乾燥させ
た後、１時間に３０〜ｂ 成することにより三次元網状構造を有する試料を得た。

表から明らかなように、各試料は平均孔径が１５０〜４
００μｍ１気孔率が６８〜８０％であった。またＸ線回
折により析出結晶を求めたところ、試料Ｎｏ、　１がア
パタイトとウオラストナイトを析出しており、試料Ｎα
２〜５はさらにジオプサイドを析出していた。

次に各試料をＩＯＸ　ＩＯＸ　１０ｍｍの大きさに切断
し、オートグラフにより圧縮強度を測定したところ、表
に示すように１００〜１４０ｋｇ　／　ｃｍ２の値を示
した。また、犬の大腿骨に人為的に骨欠損部（４φＸ１
０ｍｍ）を形成し、各試料を充填して術後の経過を観察
したところ、２週間後、すべての試料において気孔内部
に新生骨の形成が認められた。

（比較例１） 湿式法により合成した水酸化アパタイトを乾燥させ、８
００°Ｃて仮焼した後、粉砕し、２００メツシユの篩で
分級した。次に、この水酸化アパタイト粉末を水、ＰＶ
Ａと混合してスラリーにし、ウレタンフオームに含浸さ
せ、乾燥させた後、１時間に３０°Ｃの割合で昇温し、
１２００°Ｃで焼成した。このようにして得られた試料
は三次元網状構造を有し、平均孔径が２００μｍ１気孔
率が７０％であった。

この試料の圧縮強度及び新生骨の形成速度を実施例と同
様にして測定したところ、圧縮強度は２０ｋｇ／ｃｍ２
であり、３週間後、気孔内部に新生骨の形成が認められ
た。

（比較例２） 表の試料Ｎα１の組成を有するガラスを粉砕して２００
メツシユの篩で分級した後、粒径２００μｍのポリメチ
ルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のビーズに少量のパラフ
ィンを加えたものを、ガラス粉末に対して６０重量％加
えて加熱混合し、ビーズ表面をガラス粉末で薄く被覆し
た。次いて、これを金型に入れ、６００ｋｇ／Ｃｍ２の
圧力を加えて成形し、１時間に３０°Ｃの割合て昇温し
、１２００°Ｃて焼成して試料を得た。このようにして
得られた試料は、独立した球状の気孔や、球状の気孔同
士が球の接点で連結したような連続気孔を有する多孔体
であり、三次元網状構造を有するものではなかった。ま
たその平均孔径は２００μｍ１気孔率は７０％であり、
アパタイト及びウオラストナイトを析出していた。

この試料の圧縮強度及び新生骨の形成速度を実施例と同
様の方法で測定したところ、圧縮強度は１１０ｋｇ／ｃ
ｍ２と高かったものの、３週間を経過しても気孔内部に
は新生骨の形成がほとんど認められなかった。

［効果］ 以上説明したように、本発明の多孔質結晶化ガラスは、
高い機械的強度を有するきともに、生体組織と早期に一
体化することが可能であり、骨欠損部の補填祠として好
適である。

特許出願人　日本電気硝子株式会社 代表者　　岸１）清作

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量百分率で、ＳｉＯ＿２２２〜５０％、Ｐ＿２
   Ｏ＿５８〜３０％、ＣａＯ２０〜５３％、ＭｇＯ１〜１
   ６％、Ｆ＿２０．１〜２％、Ａｌ＿２Ｏ＿３０〜９％、
   Ｂ＿２Ｏ＿３０〜５％の組成を有し、アパタイトと、ウ
   オラストナイト及びジオプサイドの少なくとも１種以上
   を析出する多孔質結晶化ガラスにおいて、平均孔径が２
   ０〜２０００μｍ、気孔率が６６〜９５体積％であり、
   三次元網状構造を有することを特徴とする多孔質結晶化
   ガラス。