JPH05146503A - 生体活性セラミツクス材料 - Google Patents
生体活性セラミツクス材料Info
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- JPH05146503A JPH05146503A JP3317101A JP31710191A JPH05146503A JP H05146503 A JPH05146503 A JP H05146503A JP 3317101 A JP3317101 A JP 3317101A JP 31710191 A JP31710191 A JP 31710191A JP H05146503 A JPH05146503 A JP H05146503A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 人工骨等に使用するセラミックス材料の生
体活性を高め、新生骨の生成、結合を迅速化する。 【構成】 ＣａＯを除くアルカリ土類金属酸化物及び
アルカリ金属酸化物よりなる群から選ばれた少なくとも
１種以上の金属酸化物と、ＳｉＯ2 を必須成分とする非
燐酸カルシウム系組成を有し、Ｐイオン、Ｃａイオンを
含有する水溶液中で表面上にＨＡＰを析出しうる生体活
性セラミックス材料。
体活性を高め、新生骨の生成、結合を迅速化する。 【構成】 ＣａＯを除くアルカリ土類金属酸化物及び
アルカリ金属酸化物よりなる群から選ばれた少なくとも
１種以上の金属酸化物と、ＳｉＯ2 を必須成分とする非
燐酸カルシウム系組成を有し、Ｐイオン、Ｃａイオンを
含有する水溶液中で表面上にＨＡＰを析出しうる生体活
性セラミックス材料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は人工骨、人工歯根、人工
関節、人工血管、骨欠損部充填材、抗体または菌類等の
培養担体等に応用可能な生体活性セラミックス材料に関
するものである。
関節、人工血管、骨欠損部充填材、抗体または菌類等の
培養担体等に応用可能な生体活性セラミックス材料に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまで、人工骨、人工歯根、人工関節
等に用いられる生体インプラント材料としては、ステン
レス鋼、金属チタン、ニッケル・コバルト合金などの金
属類やアルミナ、ジルコニアなどのセラミックス材料が
用いられてきた。
等に用いられる生体インプラント材料としては、ステン
レス鋼、金属チタン、ニッケル・コバルト合金などの金
属類やアルミナ、ジルコニアなどのセラミックス材料が
用いられてきた。
【０００３】しかしながら、これらの材料は、骨等生体
組織と直接結合し同質一体化する性質（生体活性）を有
しないために、埋入手術後、繰り返し応力がかかる状況
下で時間が経過すると、骨とインプラントの境界面で隙
間を生じ、固定力が低下してぐらつきの原因にもなるこ
とがある。更に、これにより骨吸収が生じ骨部を損なう
と共に脱落の恐れも生じうる。
組織と直接結合し同質一体化する性質（生体活性）を有
しないために、埋入手術後、繰り返し応力がかかる状況
下で時間が経過すると、骨とインプラントの境界面で隙
間を生じ、固定力が低下してぐらつきの原因にもなるこ
とがある。更に、これにより骨吸収が生じ骨部を損なう
と共に脱落の恐れも生じうる。
【０００４】これに対し、骨や歯の組成と類似した燐酸
カルシウム系材料は、生体活性を有し、生体内で経時的
に骨と同質一体化し直接結合するので、優れた生体親和
性、結合安定性を有する。
カルシウム系材料は、生体活性を有し、生体内で経時的
に骨と同質一体化し直接結合するので、優れた生体親和
性、結合安定性を有する。
【０００５】この為、最近では、水酸アパタイト（ＨＡ
Ｐ）、燐酸三カルシウム（ＴＣＰ）、バイオガラス等を
主体とした燐酸カルシウム系セラミックスを用いたイン
プラントが注目されるようになってきた。
Ｐ）、燐酸三カルシウム（ＴＣＰ）、バイオガラス等を
主体とした燐酸カルシウム系セラミックスを用いたイン
プラントが注目されるようになってきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の燐酸カルシウム系セラミックスは、新生骨と直接結合
する特徴を有するが、これらの材料によっても未だ新生
骨の成長、成熟、材料との結合には時間がかかり、早期
治癒には十分といえるものではなかった。
の燐酸カルシウム系セラミックスは、新生骨と直接結合
する特徴を有するが、これらの材料によっても未だ新生
骨の成長、成熟、材料との結合には時間がかかり、早期
治癒には十分といえるものではなかった。
【０００７】更に従来、生体活性を示すセラミックス材
料は生体組織と同じ燐酸カルシウム系化合物を基本とす
る組成でなければならないと、信じられていた為に組成
の選択範囲が限られ、必ずしも十分な物性改善を行う事
ができなかった。
料は生体組織と同じ燐酸カルシウム系化合物を基本とす
る組成でなければならないと、信じられていた為に組成
の選択範囲が限られ、必ずしも十分な物性改善を行う事
ができなかった。
【０００８】本発明者等は、上記問題点に鑑み生体セラ
ミックス材料について種々研究を重ねた結果、ＣａＯ，
ＳｉＯ2 を含むセラミックスは非燐酸カルシウム系セラ
ミックスでありながら、意外にも良好な生体活性を示す
ことを発見し、先にこれを出願した（特開平３−９０１
５２）。
ミックス材料について種々研究を重ねた結果、ＣａＯ，
ＳｉＯ2 を含むセラミックスは非燐酸カルシウム系セラ
ミックスでありながら、意外にも良好な生体活性を示す
ことを発見し、先にこれを出願した（特開平３−９０１
５２）。
【０００９】この材料は、ＣａＯを必須成分とする非燐
酸カルシウム系セラミックスを、体液、擬似体液中に浸
漬すると、水酸アパタイト（ＨＡＰ）を析出し、これに
よって新生骨の生成を良好化するというものである。
酸カルシウム系セラミックスを、体液、擬似体液中に浸
漬すると、水酸アパタイト（ＨＡＰ）を析出し、これに
よって新生骨の生成を良好化するというものである。
【００１０】これは、セラミックス組成中のＣａＯ成分
が体液中のＰイオンと反応して、ＨＡＰが析出するもの
と考えられた。
が体液中のＰイオンと反応して、ＨＡＰが析出するもの
と考えられた。
【００１１】しかしながら、本発明者らが上記の生体活
性セラミックス材料の研究を更に進めていった結果、全
く意外にも析出されるＨＡＰの成分となるＣａＯを含有
しないセラミックス組成の場合であっても、ＢａＯ，Ｍ
ｇＯ，ＳｒＯ等のＣａＯ以外のアルカリ土類金属酸化
物、またはＮa2Ｏ, Ｋ2 Ｏ等のアルカリ金属酸化物の少
なくとも一種以上とＳｉＯ2 を含有する特定組成のセラ
ミックスにおいては、体液中に浸漬すると、そのセラミ
ックス表面に生体骨の組織と極めて近い結晶化度の低い
ＨＡＰを生成することを発見した。
性セラミックス材料の研究を更に進めていった結果、全
く意外にも析出されるＨＡＰの成分となるＣａＯを含有
しないセラミックス組成の場合であっても、ＢａＯ，Ｍ
ｇＯ，ＳｒＯ等のＣａＯ以外のアルカリ土類金属酸化
物、またはＮa2Ｏ, Ｋ2 Ｏ等のアルカリ金属酸化物の少
なくとも一種以上とＳｉＯ2 を含有する特定組成のセラ
ミックスにおいては、体液中に浸漬すると、そのセラミ
ックス表面に生体骨の組織と極めて近い結晶化度の低い
ＨＡＰを生成することを発見した。
【００１２】更にこの場合の生体活性も従来のＨＡＰ，
ＴＣＰ等の燐酸カルシウム系セラミックス材料を上回る
ことを確認した。
ＴＣＰ等の燐酸カルシウム系セラミックス材料を上回る
ことを確認した。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の新たな
発見に基づきなされたものである。
発見に基づきなされたものである。
【００１４】即ち、本発明は、Ｃａを除くアルカリ土類
金属酸化物およびアルカリ金属酸化物よりなる群から選
ばれた少なくとも一種以上の金属酸化物と、ＳｉＯ2 を
必須成分とする非燐酸カルシウム系組成を有し、Ｐイオ
ン、Ｃａイオンを含有する水溶液中で表面に燐酸カルシ
ウム系化合物を析出しうる生体活性セラミック材料であ
り、またアルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金属酸
化物よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の金属
酸化物と、ＳｉＯ2を必須成分とし、Ｐ、Ｃａを実質的
に含有しない非燐酸カルシウム系組成を有し、Ｐイオ
ン、Ｃａイオンを含有する水溶液中で表面に燐酸カルシ
ウム系化合物を析出しうる生体活性セラミック材料であ
る。
金属酸化物およびアルカリ金属酸化物よりなる群から選
ばれた少なくとも一種以上の金属酸化物と、ＳｉＯ2 を
必須成分とする非燐酸カルシウム系組成を有し、Ｐイオ
ン、Ｃａイオンを含有する水溶液中で表面に燐酸カルシ
ウム系化合物を析出しうる生体活性セラミック材料であ
り、またアルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金属酸
化物よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の金属
酸化物と、ＳｉＯ2を必須成分とし、Ｐ、Ｃａを実質的
に含有しない非燐酸カルシウム系組成を有し、Ｐイオ
ン、Ｃａイオンを含有する水溶液中で表面に燐酸カルシ
ウム系化合物を析出しうる生体活性セラミック材料であ
る。
【００１５】ここで、本発明の生体活性セラミックス材
料は、下記の範囲の材料が好ましい。
料は、下記の範囲の材料が好ましい。
【００１６】即ち、前記アルカリ土類金属酸化物がＢａ
Ｏ，ＭｇＯ及びＳｒＯの少なくとも一種以上であり、前
記アルカリ金属酸化物がＮa2Ｏ, Ｋ2 Ｏの少なくとも一
種以上であること。
Ｏ，ＭｇＯ及びＳｒＯの少なくとも一種以上であり、前
記アルカリ金属酸化物がＮa2Ｏ, Ｋ2 Ｏの少なくとも一
種以上であること。
【００１７】また、前記組成中のアルカリ土類金属酸化
物及びアルカリ金属酸化物の合計量とＳｉＯ2 の重量比
が１：４ないし６：１の範囲にあること。
物及びアルカリ金属酸化物の合計量とＳｉＯ2 の重量比
が１：４ないし６：１の範囲にあること。
【００１８】また、前記セラミックスが結晶粒径が０．
００１〜１００μｍであること。
００１〜１００μｍであること。
【００１９】
【作用】本発明では、セラミックス材料として、従来の
燐酸カルシウム系焼結セラミックスを用いず、ＣａＯを
除くアルカリ土類金属酸化物またはアルカリ金属酸化物
の少なくとも一種以上とＳｉＯ2 を含有する組成から成
るセラミックスを用いる。
燐酸カルシウム系焼結セラミックスを用いず、ＣａＯを
除くアルカリ土類金属酸化物またはアルカリ金属酸化物
の少なくとも一種以上とＳｉＯ2 を含有する組成から成
るセラミックスを用いる。
【００２０】ＨＡＰ析出のメカニズムは明らかではない
が、この材料をＰイオン、Ｃａイオンを含有する水溶液
中に浸漬すると該セラミックス表面でセラミックス成分
と共にＰイオン、Ｃａイオンが反応しＨＡＰが析出する
ものと考えられる。
が、この材料をＰイオン、Ｃａイオンを含有する水溶液
中に浸漬すると該セラミックス表面でセラミックス成分
と共にＰイオン、Ｃａイオンが反応しＨＡＰが析出する
ものと考えられる。
【００２１】これにより、焼結法で得られるＨＡＰより
も結晶化度が低く極めて骨成分に近似したＨＡＰ析出層
が得られ、焼結ＨＡＰよりも新生骨の生成、成熟が早
く、インプラントととの結合が迅速となる。
も結晶化度が低く極めて骨成分に近似したＨＡＰ析出層
が得られ、焼結ＨＡＰよりも新生骨の生成、成熟が早
く、インプラントととの結合が迅速となる。
【００２２】〔具体的構成〕以下本発明の具体的構成を
説明する。
説明する。
【００２３】〔セラミックス材料〕本発明の外表面を構
成するセラミックス材料は、ＣａＯを除くアルカリ土類
金属酸化物またはアルカリ金属酸化物の少なくとも一種
以上の金属酸化物と、ＳｉＯ2 を必須成分とする非燐酸
カルシウム系セラミック材料であり、且つ基本成分とし
てＣａ、Ｐを実質的に含有する必要がないことを特徴と
するものである。
成するセラミックス材料は、ＣａＯを除くアルカリ土類
金属酸化物またはアルカリ金属酸化物の少なくとも一種
以上の金属酸化物と、ＳｉＯ2 を必須成分とする非燐酸
カルシウム系セラミック材料であり、且つ基本成分とし
てＣａ、Ｐを実質的に含有する必要がないことを特徴と
するものである。
【００２４】そして、本材料は、非燐酸カルシウム系で
ありながら生体活性を示し、Ｐイオン、Ｃａイオンを含
有する水溶液（例えば体液、擬似体液）と接触した場
合、その接触面において燐酸カルシウム系化合物例えば
水酸アパタイト（ＨＡＰ）を生成することを特徴とす
る。
ありながら生体活性を示し、Ｐイオン、Ｃａイオンを含
有する水溶液（例えば体液、擬似体液）と接触した場
合、その接触面において燐酸カルシウム系化合物例えば
水酸アパタイト（ＨＡＰ）を生成することを特徴とす
る。
【００２５】これにより、生体に移植した場合、生体骨
との接触面に生体親和性の良好なＨＡＰが迅速、均一に
析出し、新生骨の生成を促進する。
との接触面に生体親和性の良好なＨＡＰが迅速、均一に
析出し、新生骨の生成を促進する。
【００２６】しかも、このようにして形成された生体骨
との結合部分は、組成中の成分が濃度勾配を形成し、結
晶的にもインプラントと生体骨の間で連続したものとな
っているので、非常に強固な結合を生じる。
との結合部分は、組成中の成分が濃度勾配を形成し、結
晶的にもインプラントと生体骨の間で連続したものとな
っているので、非常に強固な結合を生じる。
【００２７】これに対し、従来の焼結ＨＡＰからなるイ
ンプラントは表面に燐酸カルシウム系化合物を析出する
ことが無く、結晶化度も異なるので、新生骨の生成は不
均一で遅く、早期固定が弱いものである。
ンプラントは表面に燐酸カルシウム系化合物を析出する
ことが無く、結晶化度も異なるので、新生骨の生成は不
均一で遅く、早期固定が弱いものである。
【００２８】代表的セラミックス組成としては、アルカ
リ土類金属酸化物またはアルカリ金属酸化物の少なくと
も一種以上とＳｉＯ2 を重量比で１：４ないし６：１の
範囲に有るものであり、好ましくは１：３ないし２：１
の範囲のものである。この範囲外では、生体親和性また
は強度が低下するためである。
リ土類金属酸化物またはアルカリ金属酸化物の少なくと
も一種以上とＳｉＯ2 を重量比で１：４ないし６：１の
範囲に有るものであり、好ましくは１：３ないし２：１
の範囲のものである。この範囲外では、生体親和性また
は強度が低下するためである。
【００２９】本組成において、ＳｉＯ2 の添加量を増加
させることにより、熱膨張係数を増加させることができ
る。
させることにより、熱膨張係数を増加させることができ
る。
【００３０】これにより金属チタンやチタン合金等の金
属基体等に積層、または複合化を行なう場合に熱膨張係
数の整合を図ることができる。
属基体等に積層、または複合化を行なう場合に熱膨張係
数の整合を図ることができる。
【００３１】金属基体上にセラミックス材を積層する場
合、ＳｉＯ2 の含有量をセラミックス組成全体に対し３
０〜７５重量％の範囲、好ましくは３５〜７０重量％の
範囲で含有させる事により金属基体との熱膨張係数の比
を０．５〜１．５の範囲に制御する事ができる。
合、ＳｉＯ2 の含有量をセラミックス組成全体に対し３
０〜７５重量％の範囲、好ましくは３５〜７０重量％の
範囲で含有させる事により金属基体との熱膨張係数の比
を０．５〜１．５の範囲に制御する事ができる。
【００３２】アルカリ土類金属酸化物としては、主にＭ
ｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ等の中から１種もしくは２種以上
が選ばれる。
ｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ等の中から１種もしくは２種以上
が選ばれる。
【００３３】ＭｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯの含有量は合計で
セラミックス組成中に３０〜８０重量％、特に４０〜７
０重量％含有するものが好ましい。
セラミックス組成中に３０〜８０重量％、特に４０〜７
０重量％含有するものが好ましい。
【００３４】特にＭｇＯを主体とするものは、高強度
化、低温焼成化に特に好ましい。
化、低温焼成化に特に好ましい。
【００３５】また、ＭｇＯの含有割合を増加させると熱
膨張係数が減少し熱膨張係数の調整を行なうこともでき
る。
膨張係数が減少し熱膨張係数の調整を行なうこともでき
る。
【００３６】また、上記のアルカリ土類金属酸化物にか
えて、またはその一部にアルカリ金属酸化物を用いるこ
とができる。
えて、またはその一部にアルカリ金属酸化物を用いるこ
とができる。
【００３７】この場合は、主としてＮａ2 Ｏ，Ｋ2 Ｏ，
Ｌｉ2 Ｏの中から１種もしくは２種以上が選ばれ、好ま
しくはＭｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ等への添加組成として用
いられ、添加の場合は好ましくは、０．１〜２５重量％
の範囲で用いられる。
Ｌｉ2 Ｏの中から１種もしくは２種以上が選ばれ、好ま
しくはＭｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ等への添加組成として用
いられ、添加の場合は好ましくは、０．１〜２５重量％
の範囲で用いられる。
【００３８】本発明で用いるセラミックス組成は、アル
カリ土類金属酸化物を含有する材料では、例えば、ホル
ステライト（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ：２ＭｇＯ−ＳｉＯ
2 ）、プロトエンスタタイト（Ｐｒｏｔｏｅｎｓｔａｔ
ｉｔｅ：ＭｇＯ−ＳｉＯ2 ）、トリジマイト（Ｔｒｉｄ
ｙｍｉｔｅ：ＳｉＯ2 ）などの領域に属するセラミック
ス材料を挙げることができるが、好ましいのは強度の高
いホルステライト領域のものである。
カリ土類金属酸化物を含有する材料では、例えば、ホル
ステライト（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ：２ＭｇＯ−ＳｉＯ
2 ）、プロトエンスタタイト（Ｐｒｏｔｏｅｎｓｔａｔ
ｉｔｅ：ＭｇＯ−ＳｉＯ2 ）、トリジマイト（Ｔｒｉｄ
ｙｍｉｔｅ：ＳｉＯ2 ）などの領域に属するセラミック
ス材料を挙げることができるが、好ましいのは強度の高
いホルステライト領域のものである。
【００３９】但し、前記の他の化合物との混合物も用い
る事ができる。
る事ができる。
【００４０】アルカリ金属酸化物を含有する材料では、
ＳｉＯ2 −Ｋ2 Ｏ，ＳｉＯ2 −Ｌｉ2 Ｏ−ＭｇＯ，Ｓｉ
Ｏ2 −Ｌｉ2 Ｏ−ＴｉＯ2 ，ＳｉＯ2 −Ｎａ2 Ｏ系等の
組成系のものがある。
ＳｉＯ2 −Ｋ2 Ｏ，ＳｉＯ2 −Ｌｉ2 Ｏ−ＭｇＯ，Ｓｉ
Ｏ2 −Ｌｉ2 Ｏ−ＴｉＯ2 ，ＳｉＯ2 −Ｎａ2 Ｏ系等の
組成系のものがある。
【００４１】特に低温焼成できるのは、ＳｉＯ2 −Ｋ2
Ｏ，ＳｉＯ2 −Ｎａ2 Ｏ系のものである。
Ｏ，ＳｉＯ2 −Ｎａ2 Ｏ系のものである。
【００４２】本発明で用いるセラミックスには、前記し
た成分の他に、必要に応じて所望の物性を損なわない程
度の量、通常は５重量％以下の量の任意成分、例えばＴ
ｉＯ2 ，ＺｎＯ，Ｂ2 Ｏ3 ，ＦｅＯ，ＺｒＯ2 等を含有
する事ができる。
た成分の他に、必要に応じて所望の物性を損なわない程
度の量、通常は５重量％以下の量の任意成分、例えばＴ
ｉＯ2 ，ＺｎＯ，Ｂ2 Ｏ3 ，ＦｅＯ，ＺｒＯ2 等を含有
する事ができる。
【００４３】特に、ＴｉＯ2 等金属基体材料の酸化物を
セラミック中に含有せさることにより金属基体及び中間
層との接合強度の向上を図ることもできる。
セラミック中に含有せさることにより金属基体及び中間
層との接合強度の向上を図ることもできる。
【００４４】〔セラミックスの製造方法〕本発明に用い
るセラミックスは、常法に従い酸化ケイ素と酸化マグネ
シウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化ナト
リウム、酸化カリウム等を所定の割合で混合し、仮焼し
た後、この仮焼物を粉砕し、必要に応じてポリビニルア
ルコールのような溶媒成分を加え、成形、焼成すること
により得られる。
るセラミックスは、常法に従い酸化ケイ素と酸化マグネ
シウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化ナト
リウム、酸化カリウム等を所定の割合で混合し、仮焼し
た後、この仮焼物を粉砕し、必要に応じてポリビニルア
ルコールのような溶媒成分を加え、成形、焼成すること
により得られる。
【００４５】これらの酸化物の代わりに焼成条件下でこ
れらの酸化物を生成しうる物質、例えばマグネシウム、
バリウム、ストロンチウム、ナトリウム、カリウム等の
炭酸塩、重炭酸塩、水酸化物やケイ酸などを用いても良
い。
れらの酸化物を生成しうる物質、例えばマグネシウム、
バリウム、ストロンチウム、ナトリウム、カリウム等の
炭酸塩、重炭酸塩、水酸化物やケイ酸などを用いても良
い。
【００４６】これらの原料は、粉末状、顆粒状の他、ス
ラリーまたは溶液として用いることができる。
ラリーまたは溶液として用いることができる。
【００４７】これらの個々の成分原料を用いる代わり
に、あらかじめ形成されたホルステライト等のセラミッ
クス粉を用いることもできる。
に、あらかじめ形成されたホルステライト等のセラミッ
クス粉を用いることもできる。
【００４８】前記の混合は、ボールミル、振動ミル、自
動乳鉢、ミキサー、ジューサー、サウンドミル、泡立て
器等の常法にて行い、仮焼は、５００〜１６００°Ｃ、
好ましくは８００〜１０００°Ｃで１０分〜２００時間
行なう。
動乳鉢、ミキサー、ジューサー、サウンドミル、泡立て
器等の常法にて行い、仮焼は、５００〜１６００°Ｃ、
好ましくは８００〜１０００°Ｃで１０分〜２００時間
行なう。
【００４９】焼成は、通常は５００〜１６００°Ｃ、好
ましくは８００〜１５５０°Ｃの範囲で行なうが、金属
等にセラミックスを焼付る場合等は１２００°Ｃ以下、
好ましくは１０００°Ｃ以下にすることが好ましい。
ましくは８００〜１５５０°Ｃの範囲で行なうが、金属
等にセラミックスを焼付る場合等は１２００°Ｃ以下、
好ましくは１０００°Ｃ以下にすることが好ましい。
【００５０】〔セラミックス材料粉の合成方法〕上記の
ホルステライト粉末等のセラミックス材料粉末は、乾式
合成法、湿式合成法等により合成することができる。
ホルステライト粉末等のセラミックス材料粉末は、乾式
合成法、湿式合成法等により合成することができる。
【００５１】しかし、低温焼成化、材料の均質化の為に
は、微細で均一な粉末を生成することが好ましく、特に
噴霧熱分解法、共沈法や沈澱法等の液相合成法、アルコ
キシド法、ゾルゲル法等の方法が好適である。
は、微細で均一な粉末を生成することが好ましく、特に
噴霧熱分解法、共沈法や沈澱法等の液相合成法、アルコ
キシド法、ゾルゲル法等の方法が好適である。
【００５２】即ち、噴霧熱分解法は、所望組成に調整
したセラミックス成分イオンを含む水溶液をガスまたは
超音波振動子により霧化し、これを加熱し合成を行うも
のであり、球状、中空の微細粒子を得ることができる。
また、得られた中空粒子を更に粉砕し、ＢＥＴ値を高め
ることも好ましい。
したセラミックス成分イオンを含む水溶液をガスまたは
超音波振動子により霧化し、これを加熱し合成を行うも
のであり、球状、中空の微細粒子を得ることができる。
また、得られた中空粒子を更に粉砕し、ＢＥＴ値を高め
ることも好ましい。
【００５３】共沈法は、各セラミックス成分イオンを
水溶液状態で均一混合した後、溶解度の差を利用して化
学的に混合成分を同時に固相として析出させるものであ
り、成分純度が高く、６０ｍ2 ／ｇ以上の微粒子を得る
事が出来る。
水溶液状態で均一混合した後、溶解度の差を利用して化
学的に混合成分を同時に固相として析出させるものであ
り、成分純度が高く、６０ｍ2 ／ｇ以上の微粒子を得る
事が出来る。
【００５４】アルコキシド法は、各セラミックス成分
を含むアルコキシド溶液を用意し、これをを加水分解反
応させて合成するものであり、高純度でＢＥＴ値の大き
い微細粒子を得ることができる。
を含むアルコキシド溶液を用意し、これをを加水分解反
応させて合成するものであり、高純度でＢＥＴ値の大き
い微細粒子を得ることができる。
【００５５】ゾルゲル法は、所望成分を水溶液で混合
しゾル状態とし、それを脱水しゲル化し、仮焼して酸化
物とするものである。
しゾル状態とし、それを脱水しゲル化し、仮焼して酸化
物とするものである。
【００５６】〔セラミックスの結晶粒径〕セラミックス
は，平均結晶粒径が０．００１〜１００μｍである事が
好ましく、０．０１〜５０μｍの範囲がより好ましく、
０．１〜２０μｍが更に好ましい。結晶粒径がこれ未満
だと製造が困難であり、他方これを超えると強度が低下
するからである。
は，平均結晶粒径が０．００１〜１００μｍである事が
好ましく、０．０１〜５０μｍの範囲がより好ましく、
０．１〜２０μｍが更に好ましい。結晶粒径がこれ未満
だと製造が困難であり、他方これを超えると強度が低下
するからである。
【００５７】尚、結晶粒径は走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）により測定した結晶粒子面積からこれを円と仮定し
てその平均直径を求めて測定できる。
Ｍ）により測定した結晶粒子面積からこれを円と仮定し
てその平均直径を求めて測定できる。
【００５８】〔インプラント化〕本発明の生体活性セラ
ミックス材料は、セラミックス単体のみからなるバルク
状のインプラントや、金属等の基体にセラミックスを積
層した複合インプラント、または粉末状、顆粒状、これ
らと生理食塩水等を混合したペースト状の生体充填材等
にもちいられる。
ミックス材料は、セラミックス単体のみからなるバルク
状のインプラントや、金属等の基体にセラミックスを積
層した複合インプラント、または粉末状、顆粒状、これ
らと生理食塩水等を混合したペースト状の生体充填材等
にもちいられる。
【００５９】セラミックス単体のインプラント、または
粉末状、顆粒状の生体充填材の製造方法は、前記セラミ
ックス原材料粉末に溶媒成分を混合し、プレス法、ホッ
トプレス法、スリップキャスティング法等により所望の
形状に成形、または造粒、粉砕し、その後、乾燥、焼成
して得ることができる。
粉末状、顆粒状の生体充填材の製造方法は、前記セラミ
ックス原材料粉末に溶媒成分を混合し、プレス法、ホッ
トプレス法、スリップキャスティング法等により所望の
形状に成形、または造粒、粉砕し、その後、乾燥、焼成
して得ることができる。
【００６０】顆粒状体として用いる場合には、新生骨の
生成と強度の関係から、通常、０．０５〜５ｍｍ、好ま
しくは０．１〜３ｍｍ、より好ましくは０．１〜２ｍｍ
の範囲で選ばれる。
生成と強度の関係から、通常、０．０５〜５ｍｍ、好ま
しくは０．１〜３ｍｍ、より好ましくは０．１〜２ｍｍ
の範囲で選ばれる。
【００６１】金属基体へのセラミックスの積層方法とし
ては、例えば、焼付け法等が好適に用いられる。
ては、例えば、焼付け法等が好適に用いられる。
【００６２】即ち、前記のセラミックス材料粉末に有機
樹脂等のバインダ成分やアルコ−ル類の溶媒成分を混合
し、ペ−スト化し、このペ−ストを金属基体上に塗布
し、焼成して焼き付けを行う。これにより、強固な接合
が可能になる。
樹脂等のバインダ成分やアルコ−ル類の溶媒成分を混合
し、ペ−スト化し、このペ−ストを金属基体上に塗布
し、焼成して焼き付けを行う。これにより、強固な接合
が可能になる。
【００６３】また、このほかガス溶射またはプラズマ溶
射等により積層することも可能である。
射等により積層することも可能である。
【００６４】〔多孔質化〕これらのインプラント、充填
材においてその一部または全体を独立気孔及び連続気孔
を有する多孔質体にすることもでき、これにより、骨芽
細胞の保持及び骨芽細胞、血液等の流通の促し、新生骨
の生成、結合を促進することができる。
材においてその一部または全体を独立気孔及び連続気孔
を有する多孔質体にすることもでき、これにより、骨芽
細胞の保持及び骨芽細胞、血液等の流通の促し、新生骨
の生成、結合を促進することができる。
【００６５】この多孔質体は、通常、気孔径５〜２００
０μｍ、好ましくは１０〜１００μｍ、気孔率１０〜８
０％、好ましくは２０〜７０％、更に好ましくは２５〜
６０％の範囲とする。
０μｍ、好ましくは１０〜１００μｍ、気孔率１０〜８
０％、好ましくは２０〜７０％、更に好ましくは２５〜
６０％の範囲とする。
【００６６】この多孔質体は、原材料粉に結晶性セルロ
ース等の熱分解物質粒子を所望の寸法と量で混合し焼成
することにより製造できる。
ース等の熱分解物質粒子を所望の寸法と量で混合し焼成
することにより製造できる。
【００６７】熱分解物質粒子としては、通常平均粒径５
〜２０００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍのものを
用い、セラミックス材料粉１００重量部に対し通常１０
〜２００重量部、好ましくは２０〜１００重量部の範囲
で混合する。
〜２０００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍのものを
用い、セラミックス材料粉１００重量部に対し通常１０
〜２００重量部、好ましくは２０〜１００重量部の範囲
で混合する。
【００６８】〔セラミックスの低温焼成化〕前記のよう
に、金属基体上に本発明のセラミックス材料を焼き付け
等で積層する場合には、金属材料の融点以下にセラミッ
クスの焼成温度を抑えることが好ましい。
に、金属基体上に本発明のセラミックス材料を焼き付け
等で積層する場合には、金属材料の融点以下にセラミッ
クスの焼成温度を抑えることが好ましい。
【００６９】例えば、主な金属材料の溶融温度としては
金属チタンでは１６６８°Ｃ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金
では１６５０°Ｃ、ステンレス鋼では１４００°Ｃ，ニ
ッケル合金では１３００°Ｃ、である。
金属チタンでは１６６８°Ｃ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金
では１６５０°Ｃ、ステンレス鋼では１４００°Ｃ，ニ
ッケル合金では１３００°Ｃ、である。
【００７０】従って、セラミックスの焼成温度は１２０
０°Ｃ以下、好ましくは１０００°Ｃ以下にする事が好
ましい。
０°Ｃ以下、好ましくは１０００°Ｃ以下にする事が好
ましい。
【００７１】低温焼成化の方法としては、後述の組成を
調整する方法のほか、原料粉末の微細化等によりセラミ
ックスの活性度を高める方法が有効である。
調整する方法のほか、原料粉末の微細化等によりセラミ
ックスの活性度を高める方法が有効である。
【００７２】これらは別個に用いることも出来るが、相
互組み合わせて実施するのが好ましい。
互組み合わせて実施するのが好ましい。
【００７３】セラミックスの活性度を高める方法として
は、原料粉末の微細化を行う方法、セラミックス原料粉
の表面を酸処理し活性化する方法等がある。
は、原料粉末の微細化を行う方法、セラミックス原料粉
の表面を酸処理し活性化する方法等がある。
【００７４】原料粉末の微細化としては、セラミックス
の原料粉末粉径をＢＥＴ値粒度で好ましくは５ｍ2 ／ｇ
以上、より好ましくは１０ 〜２００ｍ2 ／ｇの範囲に
する。
の原料粉末粉径をＢＥＴ値粒度で好ましくは５ｍ2 ／ｇ
以上、より好ましくは１０ 〜２００ｍ2 ／ｇの範囲に
する。
【００７５】ここで、前記範囲より粒径が大きくＢＥＴ
値が低いと低温焼成化が図られ難く、逆に前記範囲より
粒径が小さくＢＥＴ値が高いと製造が通常困難となるた
めである。
値が低いと低温焼成化が図られ難く、逆に前記範囲より
粒径が小さくＢＥＴ値が高いと製造が通常困難となるた
めである。
【００７６】また、活性を高めるうえでは、セラミック
ス材料粉末が微細であるとともに、均一であることがよ
り好ましい。
ス材料粉末が微細であるとともに、均一であることがよ
り好ましい。
【００７７】上記のような材料粉末を焼成前に塩酸等で
酸処理し、表面の活性を高めることも行っも良い。
酸処理し、表面の活性を高めることも行っも良い。
【００７８】
【実施例】以下、本発明を実施例を示し説明する。
【００７９】サンプルの曲げ強度は３点曲げ試験により
測定し、生体活性は以下の方法により評価した。
測定し、生体活性は以下の方法により評価した。
【００８０】Ｎａ+ １４２．０ｍｍｏｌ，Ｋ+ ５．０ｍ
ｍｏｌ，Ｍｇ2+１．５ｍｍｏｌ，Ｃａ2+２．５ｍｍｏ
ｌ，Ｃｌ- １４８．８ｍｍｏｌ，ＨＣＯ3 - ４．２ｍｍ
ｏｌ，及びＨＰＯ4 2- １．０ｍｍｏｌを含有する水溶液
から成る擬似体液１５０ｍｌを３７°Ｃに保ち、この中
に各サンプルを浸漬し７日及び１４日後にＳＥＭでＨＡ
Ｐ析出相の有無を測定した。ここで、その析出の程度に
より、全体に均一にＨＡＰが析出しているものを◎印、
一部に析出しているものを〇印と評価した。
ｍｏｌ，Ｍｇ2+１．５ｍｍｏｌ，Ｃａ2+２．５ｍｍｏ
ｌ，Ｃｌ- １４８．８ｍｍｏｌ，ＨＣＯ3 - ４．２ｍｍ
ｏｌ，及びＨＰＯ4 2- １．０ｍｍｏｌを含有する水溶液
から成る擬似体液１５０ｍｌを３７°Ｃに保ち、この中
に各サンプルを浸漬し７日及び１４日後にＳＥＭでＨＡ
Ｐ析出相の有無を測定した。ここで、その析出の程度に
より、全体に均一にＨＡＰが析出しているものを◎印、
一部に析出しているものを〇印と評価した。
【００８１】尚、析出相の成分は電子線回析により確認
した。
した。
【００８２】〔実施例１〜６、比較例７〜９〕平均粒径
５μｍのＳｉＯ2 及びＭｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ，Ｎａ2
Ｏ，Ｋ2 Ｏ，の粉末を所定量の割合で混合し、８０°Ｃ
で５時間乾燥した後、９５０°Ｃで５時間仮焼した。次
にこの仮焼物を粉砕し、溶媒としてポリビニルアルコー
ル２重量％を加え、成形圧５０ｋｇ／ｃｍ2 でプレス成
形し、８０°Ｃで５時間乾燥後、所定温度で焼成を行う
ことにより、第１表に示す組成のセラミックスサンプル
（実施例１〜６）を得た。
５μｍのＳｉＯ2 及びＭｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ，Ｎａ2
Ｏ，Ｋ2 Ｏ，の粉末を所定量の割合で混合し、８０°Ｃ
で５時間乾燥した後、９５０°Ｃで５時間仮焼した。次
にこの仮焼物を粉砕し、溶媒としてポリビニルアルコー
ル２重量％を加え、成形圧５０ｋｇ／ｃｍ2 でプレス成
形し、８０°Ｃで５時間乾燥後、所定温度で焼成を行う
ことにより、第１表に示す組成のセラミックスサンプル
（実施例１〜６）を得た。
【００８３】これらの材料の生体活性、曲げ強度の評価
結果をＡｌ2 Ｏ3 （比較例７）、ＨＡＰ（比較例８）、
ＴＣＰ（比較例９）の結果と共に第１表に記載する。
結果をＡｌ2 Ｏ3 （比較例７）、ＨＡＰ（比較例８）、
ＴＣＰ（比較例９）の結果と共に第１表に記載する。
【００８４】
【表１】
【００８５】この表から明らかなように、Ａｌ2 Ｏ3 、
ＨＡＰ、ＴＣＰはＨＡＰの生成能を有していないが、本
発明のセラミックス材料はいずれも良好なＨＡＰ生成能
を示し、生体材料として好適なことが分かる。
ＨＡＰ、ＴＣＰはＨＡＰの生成能を有していないが、本
発明のセラミックス材料はいずれも良好なＨＡＰ生成能
を示し、生体材料として好適なことが分かる。
【００８６】〔適用例〕前記実施例１のサンプルを直径
４ｍｍ、長さ６ｍｍの寸法のインプラントに切出し、雄
性家兎の下顎骨に形成した穴に補填した。
４ｍｍ、長さ６ｍｍの寸法のインプラントに切出し、雄
性家兎の下顎骨に形成した穴に補填した。
【００８７】また比較の為に、比較例８のサンプルも同
様にして雄性成熟家兎の下顎骨に形成した穴に補填し
た。
様にして雄性成熟家兎の下顎骨に形成した穴に補填し
た。
【００８８】手術後、８週間経過後、非脱灰研磨標本を
作成し、両インプラントと新生骨の界面をＳＥＭ像で観
察した。
作成し、両インプラントと新生骨の界面をＳＥＭ像で観
察した。
【００８９】その結果、両インプラントとも、インプラ
ント表面のほぼ全体に新生骨が形成されていたが、実施
例１のインプラントでは、新生骨の成熟が十分行なわ
れ、且つインプラントと新生骨との接合も緊密であっ
た。
ント表面のほぼ全体に新生骨が形成されていたが、実施
例１のインプラントでは、新生骨の成熟が十分行なわ
れ、且つインプラントと新生骨との接合も緊密であっ
た。
【００９０】これに対し、比較例８のインプラントで
は、新生骨の成熟は劣り、またインプラントと新生骨と
の界面には間隙が見られた。
は、新生骨の成熟は劣り、またインプラントと新生骨と
の界面には間隙が見られた。
【００９１】また、手術後、３０週間経過後の実施例１
のインプラントと新生骨の界面をＴＥＭで観察したとこ
ろ骨細胞の配列がインプラント側と母床骨側とが連続し
ており、境界はほとんど識別されなかった。
のインプラントと新生骨の界面をＴＥＭで観察したとこ
ろ骨細胞の配列がインプラント側と母床骨側とが連続し
ており、境界はほとんど識別されなかった。
【００９２】〔実施例９〕前記実施例１に記載の組成か
らなるセラミックス粉混合物１００重量部に、平均粒径
５０μｍ結晶性セルロース粉末６０重量部、及び溶媒と
してポリビニルアルコール２重量％を加え混合したの
ち、これを平均粒径０．５〜３．０ｍｍの顆粒に造粒し
１４７０°Ｃにおいて焼成して、平均孔径５０μｍの連
続気孔を有する気孔率３５％の粒状焼結体を得た。
らなるセラミックス粉混合物１００重量部に、平均粒径
５０μｍ結晶性セルロース粉末６０重量部、及び溶媒と
してポリビニルアルコール２重量％を加え混合したの
ち、これを平均粒径０．５〜３．０ｍｍの顆粒に造粒し
１４７０°Ｃにおいて焼成して、平均孔径５０μｍの連
続気孔を有する気孔率３５％の粒状焼結体を得た。
【００９３】このようにして得た顆粒状焼結体に１００
重量部に生理食塩水１００重量部を加え、骨欠損部充填
材とした。
重量部に生理食塩水１００重量部を加え、骨欠損部充填
材とした。
【００９４】この内、顆粒粒径０．５ｍｍのものからな
る骨欠損部充填材を、雄性成熟家兎の下顎骨に形成した
穴に補填した（実施例９）。
る骨欠損部充填材を、雄性成熟家兎の下顎骨に形成した
穴に補填した（実施例９）。
【００９５】手術後、６週間経過後、セラミックス顆粒
体と新生骨の界面を観察したところ、新生骨が顆粒体を
完全に囲み結合しており、気孔内にも新生骨が入り込ん
でいた。
体と新生骨の界面を観察したところ、新生骨が顆粒体を
完全に囲み結合しており、気孔内にも新生骨が入り込ん
でいた。
【００９６】
【発明の効果】以上のように、本発明の生体活性インプ
ラント材料では、従来の燐酸カルシウム系セラミックス
材料に比べ新生骨の生成、成熟、セラミックスと骨との
結合がはるかに迅速であり、かつ均一な結合を生じる。
ラント材料では、従来の燐酸カルシウム系セラミックス
材料に比べ新生骨の生成、成熟、セラミックスと骨との
結合がはるかに迅速であり、かつ均一な結合を生じる。
【００９７】また、本発明の材料では、体液中で生体骨
に極めて近似した結晶化度の低いＨＡＰを析出し、且つ
新生骨と直接接合している為、結合が強固であり疲労し
にくいという効果を有する。
に極めて近似した結晶化度の低いＨＡＰを析出し、且つ
新生骨と直接接合している為、結合が強固であり疲労し
にくいという効果を有する。
Claims (5)
- 【請求項１】Ｃａを除くアルカリ土類金属酸化物および
アルカリ金属酸化物よりなる群から選ばれた少なくとも
一種以上の金属酸化物と、ＳｉＯ2 を必須成分とする非
燐酸カルシウム系組成を有し、Ｐイオン、Ｃａイオンを
含有する水溶液中で表面に燐酸カルシウム系化合物を析
出しうる生体活性セラミック材料。 - 【請求項２】アルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金
属酸化物よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の
金属酸化物と、ＳｉＯ2 を必須成分とし、Ｐ、Ｃａを実
質的に含有しない非燐酸カルシウム系組成を有し、Ｐイ
オン、Ｃａイオンを含有する水溶液中で表面に燐酸カル
シウム系化合物を析出しうる生体活性セラミック材料。 - 【請求項３】前記アルカリ土類金属酸化物がＢａＯ，Ｍ
ｇＯ及びＳｒＯの少なくとも一種以上であり、前記アル
カリ金属酸化物がＮa2Ｏ, Ｋ2 Ｏの少なくとも一種以上
であることを特徴とする請求項第１から第２のいずれか
に記載の生体活性セラミック材料。 - 【請求項４】前記組成中のアルカリ土類金属酸化物及び
アルカリ金属酸化物の合計量とＳｉＯ2 の重量比が１：
４ないし６：１の範囲にあることを特徴とする請求項第
１から第３のいずれかに記載の生体活性セラミック材
料。 - 【請求項５】前記セラミックスの結晶粒径が０．００１
〜１００μｍである事を特徴とす請求項第１から第４の
いずれかに記載の生体活性セラミック材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3317101A JPH05146503A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 生体活性セラミツクス材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3317101A JPH05146503A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 生体活性セラミツクス材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05146503A true JPH05146503A (ja) | 1993-06-15 |
Family
ID=18084452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3317101A Withdrawn JPH05146503A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 生体活性セラミツクス材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05146503A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002541984A (ja) * | 1999-04-28 | 2002-12-10 | ブルース、メディカル、アクチボラグ | 骨組織および／または結合組織の内成長および成長をもたらすためのボディ並びにこのようなボディを作る方法 |
| JP2010533016A (ja) * | 2007-07-09 | 2010-10-21 | サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク | ストロンチウムを添加した生体活性ガラス |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP3317101A patent/JPH05146503A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002541984A (ja) * | 1999-04-28 | 2002-12-10 | ブルース、メディカル、アクチボラグ | 骨組織および／または結合組織の内成長および成長をもたらすためのボディ並びにこのようなボディを作る方法 |
| JP2010533016A (ja) * | 2007-07-09 | 2010-10-21 | サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク | ストロンチウムを添加した生体活性ガラス |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990204 |