JPH04342500A - ハイドロキシアパタイトウィスカー - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラムクロマトグラフ
ィーのカラム内充填固定相剤、細胞培養・分離用担体材
料等のバイオテクノロジー材料、各種繊維強化複合材、
アスベスト代替建材等として有用なハイドロキシアパタ
イトウィスカー及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、バイオテクノロジー材料として用
いられているハイドロキシアパタイト粒子及びその製造
方法としては、例えば特開昭６３−２８４号公報におい
て、水溶性高分子化合物の水溶液にハイドロキシアパタ
イトを均一に分散し、得られた分散液を紡糸ノズルを配
列したダイスより押し出し成型した後、焼成して得られ
るハイドロキシアパタイト結晶凝集体からなるハイドロ
キシアパタイト繊維体の製造方法が提案されており、ま
た特開昭６１−２４２９６８号公報においては、オート
クレーブを用い、加圧下水硬反応を行うことによりアス
ペクト比２．５〜３．０の六角柱状１次粒子であるハイ
ドロキシアパタイト結晶粒子を合成する方法が提案され
ている。

【０００３】しかしながら前記各方法により得られるハ
イドロキシアパタイト粒子は、いずれも形状的にウィス
カーと呼べるものではなく、例えばクロマトグラムカラ
ム、細胞培養用担体として用いた場合、優れた分離展開
能が得られないという欠点があり、また繊維強化複合材
に利用した場合、強度向上等のウィスカーとしての効果
も得られないという欠点がある。

【０００４】そこで最近ウィスカー形状を有するハイド
ロキシアパタイトウィスカーの開発が行われており、具
体的にはハイドロキシアパタイトをウィスカー形状とす
るために、炭酸基を０．０１重量％以上含有させたハイ
ドロキシアパタイトウィスカーが提案されている。しか
しながら、該ハイドロキシアパタイトウィスカーは、炭
酸基を０．０１重量％以上含有しているため、炭酸基の
置換している部位で結晶構造に変化を生じて不均一な構
造となり、カラムクロマトグラフィーのカラム内充填固
定相剤として用いた場合、純粋なハイドロキシアパタイ
トを使用したカラム内充填固定相剤と比較して、タンパ
ク質等の吸着能が低下し、また、細胞培養・分離用担体
材料として用いた場合においても、同様に細胞の吸着能
が低下し、培養・分離能が劣化するという問題がある。 更に、各種繊維強化複合材、アスベスト代替建材等に使
用した場合には、炭酸基の混入により部分的に結晶構造
にひずみが生じるため、クラックが発生しやすくなり、
ウィスカー形状による強化複合効果が得られなくなると
いう問題がある。更にまた生体内充填材として用いた場
合には、ハイドロキシアパタイトウィスカーが含有する
炭酸基含有量が多いと生体への吸収速度が速くなり、十
分に生体組織に置換される前に、生体内に吸収されると
いう問題がある。

【０００５】そこで、前記問題を解決した炭酸基を殆ん
ど含有しない高純度なハイドロキシアパタイトウィスカ
ーの開発が望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、結晶構造に不均一性及び歪がほとんどなく、しか
も生体親和性にも優れた炭酸基を殆んど含有しない高純
度なハイドロキシアパタイトウィスカー及びその製造方
法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、炭酸基
含有量が０．０１重量％未満であることを特徴とする高
純度ハイドロキシアパタイトウィスカーが提供される。

【０００８】また本発明によれば、炭酸基を全重量の０
．０１重量％以上含むハイドロキシアパタイトウィスカ
ーを水蒸気の存在下にて加熱処理することを特徴とする
前記高純度ハイドロキシアパタイトウィスカーの製造方
法が提供される。

【０００９】更に本発明によれば、炭酸基を全重量の０
．０１重量％以上含むハイドロキシアパタイトウィスカ
ーをアルカリ性水溶液で処理することを特徴とする前記
高純度ハイドロキシアパタイトウィスカーの製造方法が
提供される。

【００１０】以下本発明を更に詳細に説明する。

【００１１】本発明の高純度ハイドロキシアパタイトウ
ィスカー（以下ＨＡｐウィスカー１と称す）は、細胞等
の分離又は培養能率に優れたカラム内充填固定相剤、細
胞培養・分離用担体材料等のバイオテクノロジー材料、
各種繊維強化複合材若しくはアスベスト代替建材等とし
て使用可能であり、生体為害性がないウィスカーであっ
て、炭酸基の含有量が０．０１重量％未満のウィスカー
である。前記炭酸基の含有量が０．０１重量％以上の場
合には、カラム内充填固定相剤若しくは細胞培養・分離
用担体材料として用いる場合に、吸着能が低下し、また
前記各種繊維強化複合材若しくはアスベスト代替建材と
して用いる場合に、十分な強度が得られないので０．０
１重量％未満とする必要がある。

【００１２】本発明のＨＡｐウィスカー１のアスペクト
比（ｃ軸／ａ軸）は、平均１０．０以上とするのが好ま
しい。前記アスペクト比が１０．０未満の場合には、カ
ラム内充填固定相剤として用いる場合に、吸着率特性が
低下し、また前記各種繊維強化複合材若しくはアスベス
ト代替建材として用いる場合に、十分な強度が得られな
いので好ましくない。

【００１３】また本発明のＨＡｐウィスカー１における
ａ軸及びｃ軸の長さは、造粒を容易とし、カラム内充填
固定相剤等に用いる場合に、目づまり等が生じないよう
に、また繊維状にした際において強度の低下が生じない
ように、ａ軸方向の結晶の長さを０．１〜１０μｍ、ｃ
軸方向の結晶の長さを１〜１０００μｍとするのが好ま
しい。

【００１４】本発明のＨＡｐウィスカー１の製造方法は
、炭酸基を全重量の０．０１重量％以上含むハイドロキ
シアパタイトウィスカー（以下ＨＡｐウィスカー２と称
す）を水蒸気の存在下にて加熱処理（以下製造方法Ａと
称す）又はアルカリ性水溶液で処理（以下製造方法Ｂと
称す）することを特徴とする。

【００１５】本発明において用いるＨＡｐウィスカー２
は、ハイドロキシアパタイト中の水酸基の一部が炭酸基
に置換されて、炭酸基を全重量の０．０１重量％以上含
有するハイドロキシアパタイトウィスカーであれば特に
限定されるものではないが、具体的には例えば、アスペ
クト比（ｃ軸／ａ軸）が平均１０．０以上であり、ａ軸
方向の結晶の長さが０．１〜１０μｍ、ｃ軸方向の結晶
の長さが１〜１０００μｍであるウィスカー等を好まし
く挙げることができる。

【００１６】前記ＨＡｐウィスカー２を調製するには、
例えば、先ず添加剤を含むリン酸カルシウム化合物スラ
リー（以下スラリー１と称す）またはその溶液（以下溶
液１と称す）、カルシウム化合物、添加剤及びリン酸化
合物の混合スラリー（以下スラリー２と称す）またはそ
の溶液（以下溶液２と称す）若しくは有機カルシウム化
合物とリン酸化合物（以下スラリー３と称す）又はその
溶液（以下溶液３と称す）或いは有機リン酸化合物とカ
ルシウム化合物との混合スラリー（以下スラリー４と称
す）またはその溶液（以下溶液４と称す）を調製する。

【００１７】前記ＨＡｐウィスカー２を調製する際に用
いる前記リン酸カルシウム化合物としては、ハイドロキ
シアパタイトに転化しやすいものを好ましく用いること
ができ、具体的には例えば、ハイドロキシアパタイト、
リン酸三カルシウム、ブルシャイト、モネタイト等を挙
げることができる。

【００１８】また前記カルシウム化合物としては、添加
剤と反応して溶解しやすいものを好ましく用いることが
でき、具体的には例えば、水酸化カルシウム、硝酸カル
シウム、炭酸カルシウム等を挙げることができ、有機カ
ルシウム化合物としては、乳酸カルシウム、クエン酸カ
ルシウム、酢酸カルシウム、フマル酸カルシウム等を好
ましく挙げることができる。

【００１９】更に前記リン酸化合物としては、水に対す
る溶解度が高く、且つ容易にカルシウムと反応してハイ
ドロキシアパタイトを生成するものを好ましく用いるこ
とができ、具体的には例えば、リン酸、リン酸アンモニ
ウム、リン酸カリウム等を挙げることができ、有機リン
酸化合物としては、リン酸トリ酢酸、ＤＬ−Ｏ−ホスホ
セリン、Ｏ−ホスホ−Ｌ−チロシン等を好ましく挙げる
ことができる。

【００２０】更にまた前記添加剤としては、リン酸カル
シウム化合物若しくはカルシウム化合物中のカルシウム
と反応して、カルシウム塩化合物を生成する有機化合物
を好ましく用いることができ、具体的には例えば、クエ
ン酸、乳酸等のハイドロキシカルボン酸類、またはＥＤ
ＴＡ、ＣｙＤＴＡ等のアミノカルボン酸類等を挙げるこ
とができる。

【００２１】前記スラリー１を調製するには、例えばリ
ン酸カルシウム化合物を水中に撹拌混合することにより
スラリーを得、次いで前記添加剤を好ましくは得られた
スラリー１００重量部に対して１〜５０重量部加えるこ
とにより得ることができる。この際スラリー中のリン酸
カルシウム化合物と水との配合割合は重量比で１：１〜
１００とするのが好ましい。また前記スラリー１におい
て、リン酸カルシウム化合物及び添加剤がほとんど溶解
した状態が溶液１である。

【００２２】また前記スラリー２を調製するには、例え
ばリン酸化合物と添加剤とを水中において撹拌混合した
後、更にカルシウム化合物を添加して撹拌混合すること
によりスラリ−を得ることができる。この際前記添加剤
を得られたスラリー１００重量部に対して１〜５０重量
部加えるのが好ましい。またスラリー中のカルシウム化
合物とリン酸化合物と水との配合割合は、重量比で１：
０．１〜１：１〜１００とするのが好ましい。また前記
スラリー２において、カルシウム化合物、リン酸化合物
及び添加剤がほとんど溶解した状態が溶液２である。

【００２３】更に前記スラリー３又は４を調製するには
、例えば、前記有機カルシウム化合物と前記リン酸化合
物又はカルシウム化合物と有機リン酸化合物とを水中に
おいて撹拌混合することにより得ることができる。この
際用いる有機カルシウム化合物又はカルシウム化合物と
有機リン酸化合物又はリン酸化合物と水との配合割合は
、１：０．１〜１：１〜１００とするのが好ましい。 また前記スラリー３又は４において、夫々の化合物がほ
とんど溶解した状態が溶液３又は４である。

【００２４】次いで、前記スラリー１、スラリー２、溶
液１又は溶液２中にて、リン酸カルシウム化合物又はカ
ルシウム化合物に含まれるカルシウムと添加剤とを反応
させて得られる溶解した化合物と、溶存しているリン酸
基とを反応再析出させ、析出成長させることにより、ま
たスラリー３、スラリー４、溶液３又は溶液４において
は、有機カルシウム化合物又はカルシウム化合物中に含
まれるカルシウムと、夫々リン酸化合物又は有機リン酸
化合物とを反応させることにより、前記ＨＡｐウィスカ
ー２を得ることができる。またこの際析出する化合物を
、例えばスラリー溶媒の沸点以上の飽和蒸気圧下におい
て水熱処理等の加熱処理等を行うことにより得ることが
でき、この際特にアスペクト比（ｃ軸／ａ軸）を１０．
０以上に析出成長させることができる。

【００２５】前記調製方法により得られるＨＡｐウィス
カー２は、ｐＨの影響を受けずにアパタイトウィスカー
に成長させるために、リン酸カルシウム化合物又はカル
シウム化合物と添加剤との反応により生じる化合物若し
くは有機リン酸化合物あるいは有機カルシウム化合物中
の有機成分の分解生成物として生成するＣＯ２ガスから
生じる炭酸基を一部取り込むので、一定量以上、少なく
とも０．０１重量％以上の炭酸基を含有する。

【００２６】本発明の製造方法Ａにおいては、前記ＨＡ
ｐウィスカー２に水蒸気を作用させながら、加熱処理を
行なうことにより、下記化学反応式化１に示すように反
応が進行し、ＨＡｐウィスカー２に含有される炭酸基が
水酸基に置換され、ＨＡｐウィスカー１を得ることがで
きる。

【００２７】

【化１】

【００２８】前記製造方法Ａにおいて水蒸気を作用させ
る方法としては、循環法、流通法等の方法を好ましく用
いることができ、該循環法、流通法等の方法においては
、流量を１０ｍｌ／分以上とするのが好ましい。また水
蒸気の濃度は２０体積％以上とするのが好ましく、飽和
蒸気圧に近い程好ましい。前記水蒸気の濃度が２０体積
％未満の場合には炭酸基置換反応が十分に進行しないの
で好ましくない。また加熱処理を行なう際の処理温度は
、４００℃以上、とくに８００〜１０００℃とするのが
好ましく、処理時間は１〜５時間の範囲とするのが好ま
しい。前記処理温度が４００℃未満の場合には、炭酸基
置換反応が進行しにくくなるので好ましくない。

【００２９】本発明の製造方法Ｂにおいては、前記ＨＡ
ｐウィスカー２を、アルカリ性水溶液で処理することに
より、下記化学反応式化２に示すように反応が進行して
、前記ＨＡｐウィスカー２が含有する炭酸基が水酸基に
置換され、ＨＡｐウィスカー１を得ることができる。

【００３０】

【化２】

【００３１】本発明の製造方法Ｂにおいて用いるアルカ
リ性水溶液は、ｐＨ＝１０．０以上であるのが好ましい
。ｐＨが１０．０未満の場合には、炭酸基置換反応が進
行しにくくなるので好ましくない。またこの際用いるア
ルカリ源としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム
、アンモニア水等を好ましく用いることができる。更に
アルカリ性水溶液で処理を行なう際のＨＡｐウィスカー
２の濃度は、１０〜１００ｇ／ｌの範囲とするのが好ま
しい。また処理温度は、５０〜１００℃の範囲とするの
が好ましく、更にまた処理時間は１〜２４時間の範囲と
するのが好ましい。前記処理温度が５０℃未満の場合に
は、反応に長時間を要し、１００℃を超えると溶媒の蒸
散及びアルカリ成分のハイドロキシアパタイトウィスカ
−内への固相反応が生じるので好ましくない。

【００３２】

【発明の効果】本発明の高純度ハイドロキシアパタイト
ウィスカーは、炭酸基含有量０．０１重量％未満の高純
度なハイドロキシアパタイト組成を有しているため、結
晶構造に不均一性及びひずみがほとんどなく、またウィ
スカー形状に形態制御されており、且つ生体に対する毒
性がないため、カラムクロマトグラフィーのカラム内充
填固定相剤、細胞培養用担体材料、各種繊維強化複合材
、アスベスト代替建材等として有用である。また生体内
充填材として用いた場合、充填箇所に長期間安定に存在
するので、生体親和性に優れる充填材等として用いるこ
ともできる。

【００３３】

【実施例】以下実施例により、本発明を更に詳細に説明
するが本発明はこれらに限定されるものではない。

【００３４】

【実施例１】合成ハイドロキシアパタイト及び合成リン
酸３カルシウム（重量比＝１：１）の混合粉末１０ｇを
５００ｍｌの水に懸濁させてスラリ−を得た。得られた
スラリ−に、クエン酸２５ｇを添加溶解させた後、オ−
トクレ−ブに充填し、２００℃、２ＭＰａ、５時間の条
件にて水熱処理を行った。処理終了後、得られたスラリ
−を蒸留水１ｌを用いて洗浄し、濾過した後、乾燥機に
て１００℃で乾燥し、アパタイトウィスカ−を得た。得
られたアパタイトウィスカーの形状及び炭酸基含有量を
測定したところ、炭酸基含有量０．１重量％、形状：平
均の長さ１０μｍ、長径０．５μｍ、アスペクト比（ｃ
軸／ａ軸）２０であった。測定方法を以下に示す。

【００３５】次いで得られたアパタイトウィスカー１．
０ｇをマッフル炉（（株）モトヤマ社製）に投入し、水
蒸気を５ｍｌ／分、０．１Ｍｐａの条件で還流させなが
ら、９００℃にて１０時間加熱処理を行なった。その結
果、得られたアパタイトウィスカーの炭酸基含有量を測
定したところ、炭酸基含有量０．００５重量％の高純度
なハイドロキシアパタイトウィスカーであった。

【００３６】炭酸基含有量　　：ウィスカー試料を１２
５０℃の温度で酸素ガス中にて焼成し、その際生成する
炭酸ガスを赤外線検出器にて分析した。 使用装置；商品名「ＥＭ１Ａ−１１０型」堀場製作所製
形　　　　状　　　　　　：ＳＥＭ（商品名「Ｔ−２０
」日本電子（株）社製）を用いて測定した。

【００３７】

【実施例２】クエン酸２５ｇ及び８５％リン酸６．８９
ｇを５００ｍｌの水に溶解した。次いで得られた溶液に
水酸化カルシウム７．３７ｇを添加溶解し、得られた溶
液をオ−トクレ−ブに充填して、２００℃、２ＭＰａ、
５時間の条件にて水熱処理を行った。処理終了後、得ら
れたスラリ−を蒸留水１ｌを用いて洗浄し、濾過した後
、乾燥機にて１００℃で乾燥を行い、アパタイトウィス
カ−を得た。得られたアパタイトウィスカーの形状及び
炭酸基含有量を実施例１と同様にして測定したところ、
炭酸基含有量０．１重量％、形状：平均の長さ２０μｍ
、長径０．５μｍ、アスペクト比（ｃ軸／ａ軸）４０で
あった。測定方法を以下に示す。

【００３８】次いで得られたアパタイトウィスカー１．
０ｇをｐＨ＝１４の１．０ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム
水溶液５０ｍｌ中に混合し、撹拌しながら８０℃にて２
４時間加熱処理を行なった。その結果、得られたアパタ
イトウィスカーの炭酸基含有量を測定したところ、炭酸
基含有量０．００７重量％の高純度なハイドロキシアパ
タイトウィスカーであった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　炭酸基含有量が０．０１重量％未満で
   あることを特徴とする高純度ハイドロキシアパタイトウ
   ィスカー。
2. 【請求項２】　　炭酸基を全重量の０．０１重量％以上
   含むハイドロキシアパタイトウィスカーを水蒸気の存在
   下にて加熱処理することを特徴とする請求項１記載の高
   純度ハイドロキシアパタイトウィスカーの製造方法。
3. 【請求項３】　　炭酸基を全重量の０．０１重量％以上
   含むハイドロキシアパタイトウィスカーをアルカリ性水
   溶液で処理することを特徴とする請求項１記載の高純度
   ハイドロキシアパタイトウィスカーの製造方法。