JPH0483748A

JPH0483748A - レーザー光照射による硬化作用を有するリン酸カルシウム系セメント組成物及びその硬化方法

Info

Publication number: JPH0483748A
Application number: JP2195791A
Authority: JP
Inventors: Makoto Otsuka; 誠大塚; Yoshihisa Matsuda; 芳久松田
Original assignee: KYORITSU YOGYO GENRYO KK
Current assignee: KYORITSU YOGYO GENRYO KK
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1992-03-17

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】（技術分野）本発明は、レーザー光照射による硬化作用を有するリン
酸カルシウム系セメント組成物及びその硬化方法に係り
、特に医科用或いは歯科用セメントの材料または骨補填
材として用いられるリン酸カルシウム系硬化体を有利に
得る技術に関するものである。

（背景技術）生体の重要な構成成分である無機質リン酸カルシウムか
らなるハイドロキンアパタイト（ＨＡＰ）は、歯や骨等
の生体硬組織を形成しているところから、生体適合性が
非常に良く、そのために、代用骨、人工関節、歯科用イ
ンブラント等の材料として理想的であることか知られて
おり、従来から、各種の検討が行なわれている。

ところで、かかるハイドロキシアパタイトを、アパタイ
ト以外のリン酸力ルンウム系化合物の加水分解により生
成せしめ、そしてそれを硬化させる従来の歯科用或いは
医科用等のリン酸カルシウム系セメント組成物にあって
は、何れも、その硬化に時間がかかり、またその硬度、
強度が低い等という問題を内在するものであった。

そこで、本発明者らは、上記の事情に鑑み、リン酸カル
シウム系セメント組成物の硬化について種々検討した結
果、レーザー光処理によってリン酸カルシウム系セメン
ト組成物の硬化を促進し、同時に得られる硬化体の硬度
や強度の増加をも達成し得る事実を見い出し、本発明を
完成するに至ったのである。

（解決課題）従って、本発明の課題とするところは、リン酸カルシウ
ム系セメント組成物をレーザー光照射により硬化する方
法を提供することにあり、またそのようなレーザー光照
射によって硬化せしめ得るリン酸カルシウム系セメント
組成物を提供することに゛ある。

（解決手段）そして、本発明は、そのような課題の解決のために、リ
ン酸四カルシウム粉末と、これとは異なる、リン酸カル
シウム２水和物、α−リン酸三カルシウム、β−リン酸
三カルシウム等の他のリン酸カルシウム粉末とを、ハイ
ドロキシアパタイト組成を与える割合において、リン酸
水溶液に配合して、混練せしめてなる、レーザー光照射
による硬化作用を有するリン酸カルシウム系セメント組
成物を、その要旨とするものであり、また、そのような
リン酸カルシウム系セメント組成物を調製した後、それ
を所望の形状物と為し、硬化せしめるに際し、レーザー
光を照射して、その硬化を行なうことも、その要旨とす
るものである。

なお、本発明にあっては、かかるリン酸カルシウム系セ
メント組成物には、更に、ハイドロキシアパタイト粉末
が、種晶として、添加、含有せしめられ、以て結晶成長
が有利に促進させられ得るのである。

（具体的構成・作用）このように、本発明にあっては、リン酸カルシウム系セ
メント組成物を与える主たる成分としてリン酸四カルシ
ウムが用いられるのであり、そして、このリン酸四カル
シウムのみではハイドロキシアパタイトとはならないと
ころから、このリン酸四カルシウム粉末と共に、更に、
このリン酸四カルシウムとは異なる他のリン酸カルシウ
ム粉末、例えばリン酸カルシウム２水和物、α−リン酸
三カルシウム、β−リン酸３カルシウム等の粉末が用い
られ、それらが、ハイドロキシアパタイト組成を与える
割合において、即ちＣａ　／　Ｐ比が５／３となるよう
に、リン酸水溶液に配合され、均一に混練せしめられる
のである。なお、この混練に際して（よ、更に、組成物
の結晶成長の促進のために、ハイドロキシアパタイトの
粉末が同時に配合せしめられる。

そして、この得られた混練物（ペースト）が、リン酸カ
ルシウム系セメント組成物として用いられ、適当な成形
手法によって所望形状の成形物とされて、固化せしめら
れ、更には硬化せしめられることとなるのであるが、本
発明に従うリン酸カルシウム系セメント組成物から得ら
れる固化した成形物は、レーザー光感受性の高い、低結
晶性のハイドロキシアパタイトとなるものであるところ
から、かかる成形物にレーザー光エネルギーが直接吸収
せしめられることにより、その再結晶化が行なわれ、以
てその際に、成形体の硬度、更には強度が飛躍的に向上
せしめられることとなるのである。

なお、このレーザー光照射は、公知のレーザー光発生装
置を用いて適宜に行なわれ得るものであるが、好ましく
は、１３００〜８００ｃｍ−’　（７，５〜１２．５μ
ｍ）程度や７００〜５００ａｎ−’　（１４〜２０μｍ
）程度の領域の波長のレーザー光が有利に採用され、そ
れによって、特異的に成形体硬度、強度を向上せしめる
ことが出来る。尤も、このような波長以外のレーザー光
によっても、黒色色素等のレーザー光吸収物質の塗布や
含有により、レーザー光の吸収効果を高め、それによっ
て成形体硬度を向上させることが出来る。

そして、このようなレーザー光照射により硬化されたハ
イドロキシアパタイト成形体は、生体成分と類似のハイ
ドロキシアパタイト結晶性を持つことから、生体適合性
に優れたインブラント等の生体材料となると共に、充分
に実用に耐え得る成形体強度を備えているのである。し
かも、かかるレーザー光照射により硬化成形体の溶解度
も低下せしめられ得て、それにより、その化学的安定性
の向上も有利に図られ得るのである。

（実施例）以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例によって回答限定的に解釈されるものでない
ことは、言うまでもないところである。本発明には、本
発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識↓
こ基づき、種々なる変更、修正、改良等を加え得ること
が、理解されるべきである。

実施例　１リン酸四カルシウム粉末の１．８３　ｇと、リン酸水素
カルシウム２水和物粉末の０．８６　ｇと、種晶として
のハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）粉末の１．７９４
　ｇとを混合し、４０％ＨＡＰ含有セメント粉末とした
。次いで、このセメント粉末の１゜００ｇに、２５　ｍ
ｍｏｌ　／　ｌリン酸水溶液を０．３６ｍ！加え、迅速
に混練して、セメントスラリーを調製した。そして、こ
の得られたセメントスラリーを、直径：２〔の型に流し
込み、生体内条件である、温度＝３７°Ｃ１相対湿度＝
１００％の条件下に２４時間保持し、固化・硬化せしめ
た。

かくして得られた硬化成形体について、ビッカース硬度
計にて、その硬度を測定したところ、２９５ｋｇ／ｃｍ
２の表面硬度を示した。また、硬化後のセメントの粉末
Ｘ線回折（ＣｕＫα、３０ＫＶ。

１５ｍＡ）の結果は、第１図に（ｂ）にて示すように、
標準物質のＨＡＰの結果（ａ）と同一の結晶構造を有し
、また回折強度が低いことから、標準物質よりも結晶化
度がやや低いアパタイト構造を持つことを示している。

更に、第２図に示した赤外線吸収スペクトルの結果は、
ここで調製したアパタイトセメントが、生体適合性を有
するＨＡＰに転移していることを示している。即ち、第
２図において、（ａ）は標準物質たる合成ＨＡＰの赤外
線吸収スペクトルであり、（ｂ）は上記で得られた硬化
成形体の赤外線吸収スペクトルである。

また、上記の如く調製された成形体に対して、炭酸ガス
レーザー（波長：１０．６μｍ）を用い、水蒸気で飽和
させた窒素ガス気流中で５０Ｗの条件下に、直径：１．
４ｃｍのビームで２秒間実施するレーザー光照射を１回
〜５回繰り返した。なお、本条件は、毎回６４．９　Ｊ
　／Ｃｍ２のエネルギー量となり、人の歯エナメル質の
レーザー処理によるう蝕予防の限界エネルギー量８０　
Ｊ　７ｃｍ２以下である。また、粉末Ｘ線回折測定用試
料は、成形体を粉末にして、同様なレーザー処理を行な
った。

かかるレーザー照射処理後の試料について、測定された
ＸｗＡ回折ピークは、第１図（ｃ）に示されるように、
ややシャープとなり、レーザー照射処理によって再結晶
化が起こったことが示されている。また、赤外吸収スペ
クトルの結果は、第２図（Ｃ）に示されるように、レー
ザー照射処理成形体粉末が典型的なＨＡＰであることを
示している。

さらに、かかるレーザー照射処理成形体の表面硬度の変
化は、下記第１表に示されるように、レーザー照射強度
に比例し、表面硬度が顕著に増加した。これにより、レ
ーザー光処理がＨＡＰセメント成形体の表面硬度を著し
く改善する硬化作用第表実施例　２リン酸四カルシウム粉末の１．８３　ｇ及びリン酸水素
カルシウム２水和物粉末の０．８６　ｇに、種晶として
のハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）粉末の０．０８　
ｇを混合し、３％ＨＡＰ含有セメント粉末とした。次い
で、このセメント粉末の１．　ＯＯｇに、２５　ｍｍｏ
ｌ　／　ｌリン酸水溶液を０．３６　ｍ　ｌ加え、迅速
に混練して、セメントスラリーを調製した。そして、こ
のセメントスラリーを、直径：２ｃｍの型に流し込み、
生体内条件である温度：３７°Ｃ１相対湿度：１００％
の条件下に、２４時間保存しで、固化・硬化せしめた。

その後、かかる硬化成形体に対して、炭酸ガスレーザー
を用い、実施例１と同様の条件下にて、５０Ｗの２秒間
照射を１回〜３回繰り返し、レーザー照射した。

かくして得られたレーサー照射処理３％ＨＡＰ含有セメ
ント成形体について、その表面硬度をピンカース硬度計
にて測定し、その結果を、下記第２表に示すが、その結
果から明らかなように、かかる成形体の表面硬度の変化
において、レーザー照射強度に比例して、表面硬度が顕
著に増加し、レーザー光処理がＨＡＰセメント成形体の
表面硬度を４０％ＨＡＰ含有セメントの場合よりも著し
く改善する硬化作用を有することを示している。

これは、レーザー照射処理による硬化が、結晶性の高い
種晶よりも、むしろ低結晶性ＨＡＰからなるセメントの
部分に効果的に作用していることを第　　　２　　　表（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、レー
ザー光照射により硬化作用を示すリン酸カルシウム系セ
メント組成物が得られ、またそのようなリン酸カルシウ
ム系セメント組成物から得られた所定の形状物に対して
レーザー光照射を行なうことにより、その硬化作用が促
進され、更にその硬度が向上せしめられ得るのであり、
また機械的強度が効果的に高められ得て、生体適合性の
良い、実用的なインブラント材料が提供され得ることと
なったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、実施例
１において得られた合成ＨＡＰ、レーザー照射前の成形
体、及びレーザー照射後の成形体の粉末Ｘ線回折パター
ンを示す図であり、第２図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は
、それぞれ、実施例１において得られた合成ＨＡＰ、レ
ーザー照射前の成形体、及びレーザー照射後の成形体の
赤外線吸収スペクトルの図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）リン酸四カルシウム粉末と、これとは異なる、リ
ン酸カルシウム２水和物、α−リン酸三カルシウム、β
−リン酸三カルシウム等の他のリン酸カルシウム粉末と
を、ハイドロキシアパタイト組成を与える割合において
、リン酸水溶液に配合して、混練せしめてなる、レーザ
ー光照射による硬化作用を有するリン酸カルシウム系セ
メント組成物。
（２）ハイドロキシアパタイト粉末を、種晶として、添
加せしめてなる請求項（１）記載のリン酸カルシウム系
セメント組成物。
（３）リン酸四カルシウム粉末と、これとは異なる、リ
ン酸カルシウム２水和物、α−リン酸三カルシウム、β
−リン酸三カルシウム等の他のリン酸カルシウム粉末と
を、ハイドロキシアパタイト組成を与える割合において
、リン酸水溶液に配合して、混練せしめ、リン酸カルシ
ウム系セメント組成物を調製した後、所望の形状物と為
し、硬化せしめるに際し、レーザー光を照射することを
特徴とするリン酸カルシウム系セメント組成物の硬化方
法。
（４）前記セメント組成物が、種晶として、ハイドロキ
シアパタイト粉末を含有している請求項（３）記載の硬
化方法。