JPH0425237B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、生体に親和性を有し、新生骨の誘起
により柔軟に強靭な新生骨を作ることができると
共に、径５mm以下の微細空〓通路の入口と出口と
が必ず外部空間に連通して存在し、しかも必要に
より該通路の途中に孔径10mm以下の空孔が存在す
るため血液浄化を可能とし、さらに該通路及び該
空孔の存在により、必要により該通路内壁及び該
空孔内壁に触媒を配置させることにより自動車及
び工場排ガスを浄化せしめ、また該通路、必要に
より該空孔の存在により遺伝子工学操作の各細胞
を分離させ有用細胞のみを取り出さしめ、電子産
業におけるシリコン、ガリウムヒ素、ガリウム・
アルミニウムヒ素の超格子素子、三次元格子素を
形成可能な、該通路の形状を任意に形成すること
ができるセラミツク多孔質体及びその製造方法に
関する。

［従来の技術］ リン酸カルシウム化合物、例えばヒドロキシア
パタイト及びその固溶体は、生体との親和性が良
好であつて、医療用材料、例えば骨又は歯根等の
代替材料又は補綴材料として有用である。

例えば、特開昭56−166843号公報にはリン酸カ
ルシウム化合物の多孔質体からなる骨欠損部及び
空〓部充填材が開示されている。このリン酸カル
シウム化合物の多孔質体に含まれる空孔は、その
最大孔径3.00mm、最小孔径0.05mmであつて、実質
的に連続した三次元の網状構造を形成している。

［発明が解決しようとする問題点］ このような多孔質体の空孔の大きさは大小混在
し、一定の孔径でないばかりか、孔の数の制御が
できず、生体の骨形成成分が進入しやすい形状で
なく、当該成分の進入通路の径も一定でないた
め、同時に骨形成有害細胞も進入し、また該通路
の形状は該多孔質体製部上の成り行きまかせであ
り、ばらばらで一定していないばかりか人工的に
任意の該通路のの形状の形成は不可能であつた。

本発明の目的は、任意に寸法及び形状を形成で
きる微小空〓通路と、必要により空孔とを内部に
形成させたセラミツク多孔質体及びその製造方法
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、外部空間との間で連通する、少なく
とも１本の通路状に伸びた径が５mm以下の、好ま
しくは1μ〜５mm、より好ましくは１〜30μの微細
空〓通路と、必要により該微細空〓通路と互い
に、又は該微細空〓通路を介して外部空間と連通
する、少なくとも１個の10mm以下の、好ましくは
１〜600μの孔径を有する空孔とを内部に形成さ
せたことを特徴とするセラミツク多孔質体であ
る。

該セラミツクは、SiC、Si₃N₄、Al₂O₃、AlN、
サイアロン、ジルコニア、シリコン、ガリウムヒ
素、ガリウム・アルミニウムヒ素、チタン酸バリ
ウム、チタン酸鉛、リン酸カルシウム化合物のう
ち少なくとも１種であればよい。

本発明に使用されるリン酸カルシウム化合物
は、 CaHPO₄ 、 Ca₃（PO₄）₂、 Ca₅（PO₄）₃OH、 Ca₄ Ｏ（PO₄）₂、 Ca₁₀（PO₄）₆（OH）₂、 CaP₄O₁₁、 Ca（PO₃）₂、 Ca₂P₂O₇、 Ca（H₂PO₄）₂・H₂O 等を主成分とするもので、ビドロキシアパタイト
と呼ばれる一群の化合物を含有する。ヒドロキシ
アパタイトは、組成式Ca₅（PO₄）₃OH又はCa₁₀
（PO₄）₆（OH）₂を有する化合物を基本成分とする
もので、Ca成分の一部分が、Sr、Ba、Mg、Fe、
Al、Ｙ、La、Na、Ｋ、Ｈ等の１種以上で置換さ
ていてもよく、また（PO₄）成分の一部分が
VO₄，BO₃、SO₄、CO₃、SiO₄等の１種以上で置
換されていてもよく、さらに（OH）成分の一部
分がＦ、Cl、Ｏ、CO₃等の１種以上で置換されて
いてもよい。

ヒドロキシパタイトは通常の結晶体でもよく、
或いは同型固溶体、置換型固溶体又は侵入型固溶
体のいずれであつてもよく、また非量論的格子欠
陥を含むものであつてもよい。

一般に、本発明に用いるリン酸カルシウム化合
物は、そのカルシウム（Ca）とリン（Ｐ）との
原子比（Ca／Ｐ）が1.30〜1.80の範囲内であるも
のが好ましく、1.60〜1.67の範囲内にあるものが
より好ましい。

本発明に用いられるリン酸カルシウム化合物と
しては、リン酸三カルシウム［Ca₃（PO₄）₂］、ヒ
ドロキシパタイト［Ca₅（PO₄）₃OH］及びCa₁₀，
（PO₄）₆（OH）₂が好ましく、特にゾルゲル法によ
つて合成され凍結乾燥されたものが好ましい。ま
た本発明のセラミツク成形層は800〜2500℃で焼
結し、セラミツク多孔質体を製造するが、リン酸
カルシウム化合物の場合は酸化雰囲気中で800〜
1450℃、好ましくは850〜1250℃の温度で焼結さ
れたものである。

前記空孔は微細空〓通路により外部空間に連通
している。この微細空〓通路の径は５mm以下、好
ましくは1μ〜５mm、より好ましくは１〜30μ、特
に好ましくは１〜20μの範囲にある。また空孔は
微細空〓通路により連通していることが好まし
い。空孔は真球又はそれに近い形状を有すること
が好ましく、本発明では有機合成樹脂粒子は真球
等への球型製作及び同樹脂粒子の直径の制御が容
易であるため、有機合成樹脂粒子が主として利用
され、この際炭化・燃焼後に形成される本発明の
多孔質体の孔の形状は真球又は球形に制御形成さ
れる。この真球形状の空孔は本発明のセラミツク
多孔質体の加圧時の応力分散効果（真球状である
ため）により機械的強度が極めて高い。

従つてリン酸カルシウム化合物焼結多孔質体が
人工骨として利用され、生体内に埋め込まれたと
き、これが新生骨によりリターンオーバーされる
まで、高い機械的強度と接着強度を保持し続ける
ことができる。

前記空孔は複数個存在するときは、セラミツク
多孔質体内に均一に分布していることが好まし
い。この空孔は、セラミツク材料が、生体内に受
け込まれたとき、骨食細胞、骨再生細胞等を生物
学的に活性化するための居住空間を提供するもの
である。骨再生細胞等はこの空孔、特に球形空孔
に滞留するのを非常に好むものである。このた
め、空孔の孔径は、本発明の他のセラミツク多孔
質体の場合10mm以下であるが、リン酸カルシウム
化合物焼結多孔質体の場合には１〜600μの範囲
であることが必要であり、10〜300μであること
が好ましい。リン酸カルシウム化合物焼結多孔質
体の場合、孔径が１〜600μの範囲の空孔は前記
細胞に対して良好な居住空間を与えることができ
ない。リン酸カルシウム化合物以外の本発明のセ
ラミツク多孔質体の場合は、前記に限定されない
が、空孔の孔径が10mmを越える場合には強度が低
下し、実用上種々の支障が生ずる。

本発明において、リン酸カルシウム化合物焼結
多孔質体の場合には前記の通りであるが、この場
合、焼結多孔質体内の微細空〓通路を通つて、前
記骨食細胞、骨再生細胞、赤血球、体液等が自由
に多孔質体内に進入することができる。

本発明においては前記微細空〓通路の形状を任
意の形状に形成することができる。即ち、枠体、
容器又は型枠に連続して、又は非連続して繊維を
張設し、例えば格子状（第１図参照）、渦巻き状
（第２図参照）、ロール巻き状（第３図参照）、円
筒篭状（第４図参照）、波状（第５図参照）等の
任意の形状及び寸法に、微細空〓通路を形成する
ことができる。

第６図及び第７図は第１図に示す繊維７が張設
された枠体８の断面図である。微細空〓通路の入
口と出口とが必ず外部空間に連通して、本発明の
多孔質体内に形成され、該通路の形状及び寸法を
前記のように自由に、任意に制御、形成可能であ
るため、前記骨食細胞、骨再生細胞、赤血球、体
液等の該通路中の通過及び滞留時間を自由に制御
することができ、かつ毛細血管の発達が促進され
る。尚、本発明のセラミツク多孔質体内部の微細
空〓通路を形成するための繊維７を枠体８に張設
する態様は前記第１図乃至第５図のものに限定さ
れない。

前記の通り、微細空〓通路は骨破壊細胞やコラ
ーゲン繊維が該多孔質体内の微細空〓通路へ進入
し難くし、コラーゲン繊維の異常発達及び骨組織
の硬質化を防ぐことができる。即ち、本発明の多
孔質体において、微細空〓通路はリン酸カルシウ
ム化合物の場合にはバイオフイルターとしての機
能を兼ね備えるものであり、その他の本発明のセ
ラミツクの場合にはフイルターとしての機能、そ
の他の機能を前記の通り付与する。微細空〓通路
の径がリン酸カルシウム化合物の場合、1μより
小さくなると、骨食細胞、骨再生細胞、赤血球、
体液等の多孔質体内進入が困難となり、また30μ
より大きくなると、破壊細胞やコラーゲン繊維の
侵入及び発達を許し、このため骨の再生を阻害
し、また再生骨組織や、その近傍の組織の硬質化
を招くことがある。本発明では前記リン酸カルシ
ウム化合物に限定されず、他の本発明のセラミツ
ク多孔質体では微細空〓通路の径が５mmを越える
場合にはフイルターとしての機能を有しないばか
りか本発明の多孔質体の強度を低下させる。

本発明のセラミツク多孔質体の製造方法は、枠
体、容器又は型枠（以下、枠体等と称する）に連
続して（１本の繊維が連続している）、又は非連
続して（枠体等に張設可の幅、その結び、接着代
を含めた寸法で繊維を切断して使用する）繊維を
張設し、固定して、必要により10mm以下の孔径を
有する空孔を形成させるための、卵白、昇華性物
質粒子又は有機合成樹脂粒子（以下、樹脂粒子と
称する）を該繊維上の所定の位置又は任意の位置
に、所定の大きさの径のものを所定の数だけ公知
の方法で接着させて、該繊維、該樹脂粒子及び該
枠体等を包囲するセラミツク成形層を形成し、次
いで200〜800℃の温度で加熱し、繊維、卵白、昇
華性物質粒子又は有機合成樹脂粒子を昇華逃散、
炭化させて炭化物となし、さらに800〜2500℃で
酸化雰囲気中又は非酸化雰囲気中で加熱して前記
炭化物を燃焼除去すると共に、前記セラミツク成
形層を焼結することによるセラミツク多孔質体の
製造方法である。

前記繊維としては、ネコ、タヌキ、ブタ、羊、
人間の毛等の動物繊維、セルローズ、絹、木綿、
麻等の天然繊維、炭素繊維、ナイロン、テトロ
ン、アクリル、ポリエステル、ポリプロビレン等
の合成繊維が挙げられる。

昇華性物質としては、例えば樟脳、薄荷脳、ナ
フタレン等が使用され、また有機合成樹脂として
は、例えばポリメチルメタクリレート、ポリプロ
ピレン、ポリスチレン等の公知の有機合成樹脂が
使用される。

本発明方法としては、第８図及び第９図に示す
ように、枠体１に連続して（第８図参照）、又は
非連続して（第９図参照）繊維２を張設し、固定
して、必要により有機合成樹脂粒子３等を該繊維
に接着させたものを得、この枠体を容器の中に入
れ、その容器の中にセラミツク原料のスラリーを
流し込み、加熱硬化させた後、枠体内側のセラミ
ツク成形体（焼結前のもの）を公知の方法で切り
出し、次いで200〜800℃の温度で加熱して繊維、
有機合成樹脂粒子等を炭化させ、さらに800〜
2500℃で酸化雰囲気中又は非酸化雰囲気中で加熱
焼結することによりセラミツク多孔質体を製造す
る方法の他、前記枠体の他、前記容器や型体に直
接に連続して、又は非連続して該繊維を張設し、
固定して、前記容器や型枠の内側のセラミツク成
形体を切り出し、他は前記と同様な方法でセラミ
ツク多孔質体を製造する方法、さらに枠体、容器
又は型枠自体を加熱性物質（木、合成樹脂、コ
ム、紙（含段ボール）等）又は低融点金属、合金
もしくは非鉄金属で形成し、枠体、容器又は型枠
自体を前記方法で炭化して消失させ、多孔質体を
形成し、その後この部位を取り除くか、このまま
多孔質体として使用する方法も採用される。

本発明によれば前記繊維及び前記有機合成樹脂
粒子又は昇華性物質粒子の表面のうち少なくとも
一部に公知の触媒を接着させ、次いで前記方法で
焼結させて形成させた空孔及び微細空〓通路の表
面壁の少なくとも一部に触媒を接着させて自動
車、工場排ガス浄化用フイルターを製造すること
ができ、その他の用途にも利用することができ
る。

［実施例］ 公知の湿式法により、水酸化カルシウムスラリ
ーにリン酸溶液を滴下してCa／Ｐ＝1.65のリン酸
カルシウムを合成し、乾燥後150μ以下のリン酸
カルシウムを得た。このリン酸カルシウム100g
に対し、５〜300μの粒径を有するポリメチルメ
タアクリレート樹脂37gを混合し、この混合物に
対し高速度撹拌機でメタノールを媒体とする加温
撹拌を繰り返して混合物を得た。

一方、第１０図に示すように、直径5μの生糸
４をポリプロピレン製の枠体５に非連続して張設
し、固定したものを得た。この繊維張設枠体６を
所定の容器内に配置し、次いで前記リン酸カルシ
ウムから成る混合物を流し込み、300℃で24時間
加熱し、繊維、有機合成樹脂粒子及び枠体を熱分
解除去し、孔径５〜300μの空孔と直径5μの微細
空〓通路（外部空間と必ず連通する構造であり、
しかも多孔質体に出入口を必ず有し、外部空間と
必ず連通している）とを有する多孔質体硬化体を
得た。さらに1000℃で１時間焼結して孔径５〜
300μの空孔を有する骨補綴材を得た。この場合、
前記枠体内側の多孔質体を切り取り一定の型のも
のを使用した。この骨補綴材を実際の生体（人）
の腸骨部位の一部を切り除いた部位に入れて使用
した。本発明の成形体による新生骨の誘起等につ
いて観察した。２週間後手術を行い、生体の腸骨
部位で手術した部位の経過を観察した。その結
果、新生骨の生成が良好であり、13週経過後の観
察から当該部位は新生骨で置き換わり、経過は良
好であつた。

本発明は上記実施に限定されないことはいうま
でもない。

［発明の効果］ 本発明のセラミツク多孔質体によれば前記リン
酸カルシウムの場合、前述の通り、既存の骨に埋
め込まれる本発明のセラミツク多孔質体が食いつ
くされて消失されながら、その代わりに自然骨と
同じ構造（中心部骨髄、周辺部へ骨の組織化硬質
化した構造）の新生骨が誘起され、骨の再吸収の
ない長期でも全く無毒で生体親和性のある強靭な
柔軟な骨が形成される。これは、好ましくは孔径
１〜600μの空孔と、直径１〜30μの微細空〓通路
とを有するセラミツク多孔質体であるために、骨
破壊細胞とコラーゲン繊維とを本発明の多孔質体
の該通路内へ侵入させ難くし、新生骨の生成に有
効である骨食細胞、骨再生細胞、赤血球、体液等
ののみを侵入させることができる構造としたこと
により、前記生体親和性のある長期でも全く無毒
でしかも柔軟にして強靭な新生骨の形成が可能と
なつたのである。

本発明は前記リン酸カルシウム化合物以外にも
前述のように繊維が枠体に張設して作られ、その
結果セラミツク多孔質体の微細空〓通路の出入口
が必ず外部空間と連通して作られるため、生体の
血液の浄化、汚水処理、海水の飲料水化、再水の
飲料水化、さらに自動車及び工場排ガスの浄化に
利用さればかりか、遺伝子工学上、動物、植物の
細胞のうち特定の細胞の分離、空気浄化の他、電
子産業上ではシリコン、ガリウムヒ素、カリウ
ム・アルミニウムヒ素、GGGチタン酸鉛、チタ
ン酸バリウム等の三次元格子素子、超格子素子、
多層、多格子コンデンサー（この場合、繊維の代
わりに金属、合金、非鉄金属、SiC、その他セラ
ミツクのフアイバを利用する）の製造基礎研究技
術として利用でき、その応用範囲の極めて広い技
術である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明に係るセラミツク多
孔質体を成形するために使用される枠体に、微細
空〓通路を形成するための繊維を張設した状態を
示す斜視図、第６図は第１図の―線断面図、
第７図は第１図の―線断面図、第８図及び第
９図は本発明に係るセラミツク多孔質体の製造方
法において、枠体に繊維を張設し、さらにセラミ
ツク多孔質体内に空〓を形成するための有機合成
樹脂粒子を該繊維に接着させた状態を示す斜視
図、第１０図は本発明に係る実施例に使用される
繊維が張設された枠体を示す斜視図である。 １，５，８…枠体、２，４，７…繊維、３…有
機合成樹脂粒子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外部空間との間で連通する、少なくとも１本
   の通路状に伸びた径が５mm以下の微細空〓通路
   と、必要により該微細空〓通路と互いに、又は該
   微細空〓通路を介して外部空間と連通する、少な
   くとも１個の10mm以下の孔径を有する空孔とを内
   部に形成させたことを特徴とするセラミツク多孔
   質体。 ２ 該微細空〓通路の形状を格子状、渦巻き状、
   ロール巻き状、篭状、波状等の任意の形状に形成
   することができることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のセラミツク多孔質体。 ３ 枠体、容器又は型枠（以下、枠体等と称す
   る）に連続して、又は非連続して繊維を張設し、
   固定して、必要により10mm以下の孔径を有する空
   孔を形成させるための、卵白、昇華性物質粒子又
   は有機合成樹脂粒子（以下、樹脂粒子と称する）
   を該繊維上に接着させて、該繊維、該樹脂粒子及
   び該枠体等を包囲するセラミツク成形層を形成
   し、次いで200〜800℃の温度で加熱し、繊維、卵
   白、昇華性物質粒子又は有機合成樹脂粒子を昇華
   逃散、炭化させて炭化物となし、さらに800〜
   2500℃で酸化雰囲気中又は非酸化雰囲気中で加熱
   して前記炭化物を燃焼除去すると共に、前記セラ
   ミツク成形層を焼結することを特徴とするセラミ
   ツク多孔質体の製造方法。 ４ 該繊維がネコ、タヌキ、ブタ、羊、人間の毛
   等の動物繊維、セルローズ、絹、木綿、麻等の天
   然繊維、炭素繊維、ナイロン、テトロン、アクリ
   ル、ポリエステル、ポリプロピレン等の合成繊維
   であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載のセラミツク多孔質体の製造方法。