JPH04193742A - 多孔質結晶化ガラスの製造方法 - 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の製造方法に関し、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
結晶化ガラスの製造方法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
体活性を有し、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
ないことからその使用部位が著しく制限されるという欠
点を有する。

そこで、機械的強度の高い捕ｆＪｉ　ｊＡとして、アパ
タイト（Ｃａ＋ｏ（ＰＯ４）６０　）　、ウオラストナ
イト（ＣａＯ・５ｉＯ２）等の結晶を析出した多孔質結
晶化ガラスが持公平２−４９２ＢＱ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］ 」二記特公平２−４９２６０号に開示の多孔質結晶化ガ
ラスは、ガラス粉末と可燃性物質粒子を均一に混合して
成形した後、加熱して可燃性物質粒子を燃焼除去すると
ともに、ガラス粉末を焼結、結晶化させることにより作
製される。

しかしながら、このような方法で作製される多孔質結晶
化ガラスは、骨欠損部に補填しても気孔内部への体液の
流通性が悪いために新生骨が増生、侵入しにくく、生体
組織上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の製造方法を提
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、相別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、本発明を提案する
に至った。

即ち、本発明の多孔質結晶化ガラスの製造方法は、重惜
百分率で、５ｉＯ９２２〜５０％、Ｐ２Ｏ５８〜３０％
、ＣａＯ２０〜５３％、ｌｌＩｇｏ　１〜１６％、Ｆ２
０．１〜２％、Ａ１２０３０〜９％、Ｂ２０３０〜５％
の組成を有するガラス粉末を水、バインターと混合して
スラリーにし、該スラリーを三次元網状構造を有する何
機質多孔体に含浸させ、乾燥させた後、熱処理すること
によって該有機質多孔体及びバインダーを燃焼除去する
とともに、該ガラス粉末を焼結し、結晶化させることを
特徴とする。

［作用］ 本発明の多孔質結晶化ガラスの製造方法によれば、体液
が流通しやすい三次元網状構造を有する多孔体が形成さ
れる。また、生体親和性を有するアパタイトと、機械的
強度が高く、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−ＭｇＣ１２ＳｉＯ
２）が析出するため、得られる多孔質結晶化ガラスはこ
れらの特性に優れている。

以下に、本発明において使用するガラス粉末の組成を上
記のように限定した理由を述べる。

５ｉＯ９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。５ｉｎ２が
２２％より少ないとこれらの結晶が少量しか析出せず、
結晶化ガ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。

Ｐ２Ｏ５はアパタイトの構成成分てあり、その含有量は
８〜３０％である。Ｐ２Ｏ５が８％より少ないと失透性
が晶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
ドの構成成分であり、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てあり、その含有量は
　１〜１６％である。ＭｇＯカ月％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は核形成成分であり、その含有量は０．１〜２％で
ある。Ｆ２が０１％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。Ａｌ２Ｏ３か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、本発明において使用するガラス粉末は」−記成分
の他に、Ｌｉ２０１Ｎａ２０、Ｆ２０　、ＳｒＯ、Ｔｉ
Ｏ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２０５の群から選ば
れる１種又は２種以上を含量で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。また水及びバインダーの混合量は、ガラ
ス粉末１００重量％に対して、各々２０〜１００％、０
．５〜４％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、これらを加熱して有機
質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、得られる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が、以下の理由から平均孔径は
２０〜２０００μｍ１気孔率は６６〜９５体積％が好ま
しい。即ち、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。

［実施例］ 以下、本発明の多孔質結晶化ガラスの製造方法を実施例
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〜Ｉ　Ｇ　００　’Ｃ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。このカラス粉末１ｏｏ重Ｈ％ニ対して、水
６０％、ＰＶＡ３％を混合してスラリーとし、ウレタン
フオームに含浸して乾燥させた後、１時間に３０〜３０
０°Ｃ／分の割合で昇温し、１０００〜１２００°Ｃで
焼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
００μｍ、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Ｎｏ
、　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　／　ｃｍ”の値を示
した。また、犬の大腿骨に人為的に骨欠損部（４φＸ　
１０ｍｍ）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℃で仮焼した後、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１００重量％
に対して、水６０％、Ｐ’ＶＡ３％を混合してスラリー
とし、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／ｃｍ”
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の組成を存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（被覆し
た。次いで、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℃の割合で昇温し、
１２００℃で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。また平均孔
径２００μｍ１気孔率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の製
造方法によれば、機械的強度が高く、シかも新生骨が増
生、侵入しやすい三次元網状構造を有する多孔質結晶化
ガラスを作製することが可能である。

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％の組成を有するガラス粉末を、水
   、バインダーと混合してスラリーにし、該スラリーを三
   次元網状構造を有する有機質多孔体に含浸させ、乾燥さ
   せた後、熱処理することによって該有機質多孔体及びバ
   インダーを燃焼除去するとともに、該ガラス粉末を焼結
   、結晶化させることを特徴とする多孔質結晶化ガラスの
   製造方法。