JPH05270945A - 多孔質セラミック材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特定寸法の空孔と、それらを相互に、かつ外
部空間に連通する毛細管状空隙通路とを有し、生体親和
性が高く、骨の再生その他の医療用途、電子機器、遺伝
子工学用材料として有用な多孔質セラミック材料の製造
方法を提供する。 【構成】 １００重量部の卵白を泡立てて、孔径１〜６
００μｍの多数の気泡を形成し、卵白気泡体を３０〜１
２０重量部の燐酸カルシウム化合物粉末と、所望により
長さ５mm以上、直径１〜３０μｍの有機繊維とに混合
し、この混合物を所望形状寸法の型枠に流し込むことに
より成形し、成形された前記混合物を１２０〜１５０℃
の温度に加熱して卵白を硬化させ、次に５００〜７００
℃の温度に加熱して、卵白（および繊維）を炭化し、次
に、酸素含有雰囲気中で８００℃〜１３５０℃の温度に
加熱して、前記炭化物を燃焼除去するとともに前記燐酸
カルシウム化合物粉末を焼結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多孔質セラミック材
料、および、その製造方法に関するものである。更に詳
しく述べるならば、本発明は、多数の特定寸法の空孔
と、少くともこれらを外部空間に連通する、多数の特定
寸法の毛細管状空隙通路とを有し、骨の再生、その他の
医療的用途に用いられる材料、電子材料、および遺伝子
工学用材料として有用な多孔質セラミック材料、および
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燐酸カルシウム化合物、例えば、ヒドロ
キシアパタイト、およびその固溶体は、生体との親和性
が良好であって、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
５６−５４８４１号公報には、アパタイト型結晶構造リ
ン酸カルシウム化合物粉粒体を用いた骨欠損部、およ
び、空隙部充てん材が開示されている。

【０００３】また、特開昭５６−１６６８４３号公報に
は、リン酸カルシウム化合物の多孔体からなる骨欠損部
および空隙部充てん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であって、生体の骨
形成成分が進入しやすい形状寸度を有し、実質的に連続
した三次元の網状構造を形成しているものである。

【０００４】上記のような、従来のリン酸カルシウム化
合物セラミック材料は、充てん、補綴などの外科的手術
を施した後に経時的変形を生じたり、或は、充てん、又
は補綴部分の近傍の軟組織の硬質化を促進し、このため
異常を生じた部分の切除組織を余儀なくされるなどの問
題があった。一般に、生体の硬組織の欠損、例えば、骨
腫瘍部分の切除や、骨の外的損傷による欠損などの治療
において、自然治癒を促進することが最も好ましく、人
工物による代替や補綴は、必ずしも好ましいことではな
い。たとえ、人工物が生体内に充てん、又は補綴された
としても、そのような人工物がやがて生体内で食尽さ
れ、その代りに自然の生体組織が再生して、骨の再生速
度を制御することにより生ずる時間の経過による骨の再
吸収を制御し、欠損部が治癒することが最も望ましいこ
とである。この場合、人工物の生体組織による入れ代わ
り速度（ターンオーバー速度）が適当であることが重要
であって、ターンオーバー速度が過度に速いときは、局
所に炎症等の障害を生じ、それに起因する余病、例え
ば、癌の発生などを併発することがある。また、ターン
オーバー速度が低く、長期間にわたって人工物が生体内
に存在する場合、局所の生体組織（骨）の変形や、その
近傍の軟組織の硬質化などを生じ、このため、切除手術
を要することなどがある。

【０００５】上記のような問題点に対処するためには生
体内に挿入される充てん材又は補綴材が生体組織の誘起
と置換に要する要件を、細胞レベルで満足させ得ること
が重要である。すなわち、生体組織に対する骨食細胞
（オステオリーシス）、骨再生細胞（オステオプラス
ト）の活性化を適切に促進し、骨破壊細胞（オクテオク
ラスト）、および軟組織の硬質化を促進するコラーゲン
繊維の侵入、発達並びに骨組織の硬質化を抑制し、か
つ、赤血球、体液などの進入や、毛細血管の発達を阻害
しないことが重要である。

【０００６】上記のような要件を満たすためには、生体
内に挿入される充てん材又は補綴材は、生体に対し、良
好な親和性、特に生体的対応性（バイオレスポンシビリ
テイ）を有するとともに、所望細胞の活性化のために良
好な居住増殖空間を与え得るとともに、忌避すべき細胞
の侵入を防止し、かつ、コラーゲン繊維の異常発達によ
る骨組織の硬質化を防止できるものであることが必要で
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、生体
内骨組織の再生すなわち新生骨の誘起その他の医療用
途、電子材料、遺伝子工学用材料などの用途に有用な多
孔質セラミック材料、および、その製造方法を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の多孔質セラミッ
ク材料は、燐酸カルシウム化合物の焼結多孔質体からな
り、前記多孔質体中に、多数の通路状に伸びた毛細管状
空隙と、多数の１〜６００μm の孔径を有する空孔とが
形成されており、前記毛細管状空隙通路の径が１〜３０
μm の範囲内にあり、少くとも前記空孔と、前記多孔質
体の外部空間との間が、前記多数の毛細管状空隙通路を
少くとも一部によって連通していることを特徴とするも
のである。

【０００９】上記多数の毛細管状空隙通路の一部は、上
記多数の空孔を相互に連通していてもよい。上記の多孔
質セラミック材料は、下記の方法によって製造すること
ができる。すなわち、本発明の多孔質セラミック材料の
製造方法は、１００重量部の卵白を泡立てて、孔径１〜
６００μm の多数の気泡を形成し、卵白気泡体を、３０
〜１２０重量部の燐酸カルシウム化合物粉末に混合し、
この混合物を所望形状寸法の型枠に流し込むことによっ
て成形し、成形された前記混合物を１２０〜１５０℃の
温度に加熱して卵白を硬化させ、次に５００〜７００℃
の温度に加熱して、卵白を炭化し、次に、酸素含有雰囲
気中で８００℃〜１３５０℃の温度に加熱して、前記炭
化物を燃焼除去するとともに前記燐酸カルシウム化合物
粉末を焼結することを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の多孔質セラミック材料の他
の製造方法は、１００重量部の卵白を泡立てて孔径１〜
６００μm の多数の気泡を形成し、この卵白気泡体を、
３０〜１２０重量部の燐酸カルシウム化合物粉末と、１
〜５重量部の長さ５mm以下と直径１〜３０μm とを有す
る有機繊維とを混合し、この混合物を所望形状寸法型枠
に流し込むことにより成形し成形された前記混合物を１
２０〜１５０℃の温度に加熱して卵白を硬化させ、次に
５００〜７００℃の温度に加熱して前記卵白および繊維
を炭化し、次に、酸素含有雰囲気中で８００℃〜１３５
０℃の温度に加熱して、前記炭化物を燃焼除去するとと
もに前記燐酸カルシウム化合物粉末を焼結することを特
徴とするものである。

【００１１】また、本発明の多孔質セラミック材料の他
の製造方法は、２０〜３００重量部の、１〜６００μm
の粒径を有する昇華性固体物質粉末を、１００重量部の
燐酸カルシウム化合物粉末に混合し、この混合物を所望
形状寸法にプレス成形し、この成形物を３００〜５００
℃の温度に加熱して前記昇華性物質を昇華除去し、次に
８００〜１３５０℃の温度に加熱して、前記燐酸カルシ
ウム化合物粉末を焼結することを特徴とするものであ
る。

【００１２】また、本発明の多孔質セラミック材料の更
に他の製造方法は、２０〜３００重量部の、１〜６００
μm の粒径を有する昇華性固体物質粉末と、１〜５重量
部の５mm以下の長さと１〜３０μm の直径を有する有機
繊維とを１００重量部の燐酸カルシウム化合物粉末に混
合し、この混合物を所望形状寸法にプレス成形し、この
成形物を２００〜８００℃の温度に加熱して前記昇華性
物質を昇華除去するとともに前記有機繊維を炭化し、次
に酸素含有雰囲気中で８００〜１３５０℃の温度に加熱
して、前記炭化物を燃焼除去するとともに前記燐酸カル
シウム化合物粉末を焼結することを特徴とするものであ
る。

【００１３】また、本発明の多孔質セラミック材料の更
に他の製造方法は、２５〜３８０重量部の、１〜６００
μm の粒径を有する、有機合成樹脂粒子を、１００重量
部の燐酸カルシウム化合物粉末に混合し、この混合物
を、所望形状寸法にプレス成形し、得られた成形物を２
００〜８００℃の温度に加熱して前記有機合成樹脂粒子
を熱分解除去し、次に、酸素含有雰囲気中で８００〜１
３５０℃の温度に加熱して前記燐酸カルシウム化合物粉
末を焼結することを特徴とするものである。

【００１４】本発明の多孔性セラミック材料の更に他の
製造方法は、２５〜３８０重量部の、１〜６００μm の
粒径を有する有機合成樹脂粒子と、１〜５重量部の５mm
以下の長さと、１〜３０μm の直径を有する有機繊維と
を、１００重量部の燐酸カルシウム化合物粉末に混合
し、得られた混合物を所望形状寸法にプレス成形し、得
られた成形物を２００〜８００℃の温度に加熱して、前
記合成樹脂を熱分解除去するとともに前記有機繊維を炭
化し、次に酸素含有雰囲気中で８００〜１３５０℃の温
度に加熱して、前記炭化物を燃焼除去するとともに、前
記燐酸カルシウム化合物粉末を焼結することを特徴とす
るものである。

【００１５】本発明の多孔質材料の更に他の製造方法
は、２５〜３８０重量部の、１〜６００μm の粒径を有
する有機合成樹脂粒子と、２〜５重量部の、１〜６００
μm の粒径を有する昇華性固形物質粒子とを、１００重
量部の燐酸カルシウム化合物粉末に混合し、得られた混
合物を所望形状寸法にプレス成形し、得られた成形物を
２００〜８００℃の温度に加熱して前記合成樹脂粒子を
熱分解除去するとともに前記昇華性物質粒子を昇華除去
し、次に酸素含有雰囲気中で８００〜１３５０℃の温度
に加熱して、前記燐酸カルシウム化合物粉末を焼結する
ことを特徴とするものである。

【００１６】本発明の多孔質セラミック材料の別の製造
方法は、２５〜３８０重量部の、１〜６００μm の粒径
を有する有機合成樹脂粒子と、２〜５重量部の、１〜６
００μm の粒径を有する昇華性固形物質粒子と、１〜５
重量部の、５mm以下の長さと１〜３０μm の直径を有す
る有機繊維とを、１００重量部の燐酸カルシウム化合物
粉末に混合し、得られた混合物を、所望形状寸法にプレ
ス成形し、得られた成形物を２００〜８００℃の温度に
加熱して前記有機合成樹脂粒子を熱分解除去し、前記昇
華性物質粒子を昇華除去し、かつ前記有機繊維を炭化
し、次に酸素含有雰囲気中で８００〜１３５０℃の温度
に加熱して、前記炭化物を燃焼除去するとともに前記燐
酸カルシウム化合物粉末を焼結することを特徴とするも
のである。

【００１７】

【作用】本発明の多孔質セラミック材料は、燐酸カルシ
ウム化合物の焼結多孔質体からなるものである。本発明
に使用される燐酸カルシウム化合物は、 ＣａＨＰＯ₄ Ｃａ₃(ＰＯ₄)₂ Ｃａ₅(ＰＯ₄)₃ ＯＨ Ｃａ₄ Ｏ (ＰＯ₄)₂ Ｃａ₁₀（ＰＯ₄)₆(ＯＨ)₂ ＣａＰ₄ Ｏ₁₁ Ｃａ（ＰＯ₃)₂ Ｃａ₂ Ｐ₂ Ｏ₇ Ｃａ（Ｈ₂ ＰＯ₄)₂ ・Ｈ₂ Ｏ などを主成分とするもので、ヒドロキシアパタイトと呼
ばれる一群の化合物を包含する。ヒドロキシアパタイト
は、組成式Ｃａ₅ （ＰＯ₄)₃ ＯＨ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
成分の一部分は、Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｙ，
Ｌａ，Ｎａ，Ｋ，Ｈなどの１種以上で置換されていても
よく、また（ＰＯ₄ ）成分の一部分が、ＶＯ₄ ，Ｂ
Ｏ₃ ，ＳＯ₄ ，ＣＯ₃ ，ＳｉＯ₄ などの１種以上で置換
されていてもよく、更に（ＯＨ）成分の一部分が、Ｆ，
Ｃｌ，Ｏ，ＣＯ₃ などの１種以上で置換されていてもよ
い。ヒドロキシアパタイトは、通常の結晶体でもよく、
或は、同型固溶体、置換型固溶体、および侵入型固溶体
のいづれであってもよく、また、非量論的格子欠陥を含
むものであってもよい。

【００１８】一般に、本発明に用いる燐酸カルシウム化
合物は、そのカルシウム（Ｃａ）と燐（Ｐ）との原子比
が１．３０〜１．８０の範囲内に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燐酸カルシウム化合物として
は、燐酸三カルシウム〔Ｃａ ₃ （ＰＯ₄)₂ 〕、ヒドロキ
シアパタイト〔Ｃａ₅(ＰＯ₄)₃ ＯＨ〕および、Ｃａ
₁₀（ＰＯ₄)₆(ＯＨ）₂ が好ましく、特にゾルゲル法によ
って合成され凍結乾燥されたものが好ましい。また、燐
酸カルシウム化合物は８００〜１３５０℃の温度で焼結
されたものであることが好ましく、焼結温度は８５０〜
１２００℃より好ましい。

【００１９】本発明の多孔質セラミック材料において、
燐酸カルシウム化合物は粉末の形状で焼結されており、
従って互に接触焼結している粉末粒子の間に微細な空隙
を有することができる。本発明の多孔質セラミック材料
の燐酸カルシウム多孔質体は、任意の形状および寸法を
有するものであってもよく、その内部には、多数の通路
状に伸びた毛細管状空隙と、１〜６００μm 、好ましく
は３〜３００μm の孔径を有する多数の空孔とが形成さ
れていて、この毛細管状空隙通路の径が１〜３０μm 、
好ましくは１〜２０μm の範囲内にあり、また、少くと
も前記空孔と、前記多孔質体の外部空間との間が、前記
多数の毛細管状空隙通路の少くとも一部によって連通し
ているものである。このとき一般に空孔は互に、多数の
毛細管状空隙通路の一部により連通している。

【００２０】焼結多孔質体は、４０〜９０％の気孔率を
有することが好ましく、６０〜７０％の気孔率を有する
ことがより好ましい。焼結多孔質体内の空孔は真球又は
それに近い形状を有することが好ましく、また多孔質体
内に均一に分布していることが好ましい。この空孔は、
セラミック材料が、生体内に埋め込まれたとき、骨食細
胞、骨再生細胞など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のである。この
ために空孔の孔径は１〜６００μm の範囲にあることが
必要であり、好ましくは１０〜３００μm である。孔径
が１〜６００μm の範囲外の空孔は、上記細胞に対し、
良好な居住空間を与えることができない。

【００２１】空孔の形状が真球、又は、これに近い球形
である場合、得られる多孔質材料の機械的強度が高い。
従って、この多孔質材料が、生体内に埋め込まれたと
き、それが新生骨によってリターンオーバーされるま
で、高い機械的強度を保持し続け、その間の骨折を防止
することができる。焼結多孔質体内の毛細管状空隙通路
は、少くとも、空孔と、多孔質体の外部空間とを連通す
るものであって、この通路を通って、前記骨食細胞、骨
再生細胞、赤血球体液などが自由に多孔質体内に進入す
ることができ、かつ毛細血管の発達が促進される。しか
しながら、この毛細管状空隙通路の径は１〜３０μm の
範囲、好ましくは１〜２０μm の範囲内にあるため骨破
壊細胞やコラーゲン繊維は、多孔質体内の毛細管状空隙
通路へ進入し難く、コラーゲン繊維の異常発達並びに骨
組織の硬質化を防ぐことができる。すなわち、本発明の
多孔質体において、毛細管状空隙通路は、バイオフイル
ターとしての機能を兼ねそなえるものである。

【００２２】上記毛細管状空隙通路の径が１μm よりも
小さくなると、骨食細胞、骨再生細胞、赤血球体液など
の多孔質内進入が困難となり、また３０μm より大きく
なると、破壊細胞やコラーゲン繊維の侵入および発達を
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ようになる。本発明
の多孔質セラミック材料において、多孔質体中の空孔
は、多数の毛細管状空隙通路の一部によって相互に連通
していてもよく、これによって、多孔質体の食尽および
生体組織の再成（リターンオーバー）を促進すること、
および骨組織のターンオーバー完了後骨が再生する時か
ら生ずる骨破壊細胞の活性化部分を最初の再生速度から
予見して異常に進み過ぎる骨の侵食行為（骨の再吸収）
を制御することができる。

【００２３】本発明の毛細管状空隙通路は(1) 有機繊維
の燃焼により形成される通路および(2) 卵白、昇華性固
体物質粉末、有機合成樹脂粒子等の燃焼および昇華によ
り発生するガスにより形成される通路である。中でも、
有機繊維の燃焼により形成される通路は直径の制御が良
好にできる点で好ましい。本発明の多孔質セラミック材
料は、充てん、又は補綴すべき欠損部又は空隙部の形状
寸法に対応する形状寸法に容易に自由に加工成形するこ
とができる。また、本発明のセラミック材料は粒径０．
０５〜５mmの顆粒に成形されていてもよい。

【００２４】本発明の多孔質セラミック材料が生体内に
充てん材又は補綴材として埋め込まれたとき、血液、体
液、並びに骨食細胞、骨再生細胞は毛細管状空隙通路を
通って進入し、空孔において増殖した骨食細胞により食
尽され、それと同時に、骨再生細胞によって骨組織が再
生され、所謂ターンオーバーが行われる。このとき、多
孔質体の外部空間に向って空孔を連通している毛細管状
空隙通路は、１〜３０μm の径を有しているので、骨破
壊細胞やコラーゲン繊維は、多孔質体内の毛細管状空隙
通路へ侵入し難く、コラーゲン繊維の異常発達並びにそ
の硬質化を防ぐことが出来る。従って再生された骨の軟
組織が配壊されたり、コラーゲン繊維により硬質化する
ことがない。従って、本発明の多孔質セラミック材料
は、新生骨を誘起し生体内で育成された正常な骨組織に
よって置き換えられる。

【００２５】上述のように、正常な骨組織によって、リ
ターンオーバーされ得る多孔質セラミック材料は新規で
あり、本発明によって初めて実現することのできたもの
である。本発明の多孔質セラミック材料は、種々の方法
によって製造することのできるものである。

【００２６】本発明の多孔質セラミック材料を製造する
ための第１の方法は、１００重量部の卵白を泡立てて、
孔径１〜６００μm の多数の気泡を形成し、卵白気泡体
を、３０〜１２０重量部の燐酸カルシウム化合物粉末に
混合し、この混合物を所望形状寸法の型枠に流し込み成
形し、成形された前記混合物を１２０〜１５０℃の温度
に加熱して卵白を硬化させ、次に５００〜７００℃の温
度に加熱して、卵白を炭化し、次に、酸素含有雰囲気中
で８００℃〜１３５０℃の温度に加熱して、前記炭化物
を燃焼除去するとともに前記燐酸カルシウム化合物粉末
を焼結することを含むものである。

【００２７】一般に、本発明の多孔質セラミック材料を
製造するために用いられる燐酸カルシウム化合物粉末と
しては、０．０５〜１０μm の粒径を有するものが好ま
しい。特に好ましい燐酸カルシウム化合物粉末は、板状
に発達した結晶部分を含むことが好ましく、ＳＥＭ（走
査電子顕微鏡）に基く観測結果によれば粉末粒子の３０
％以下が１μm 以上の粒径を有し、７０％以上が１μm
以下の粒径を有するような粒径分布を有するものが好ま
しい。

【００２８】卵白中に所望の孔径の気泡を形成するには
任意の方法、例えば乳化用ミキサーを使用して卵白をホ
イップし、その液面を軽くなでるようにしてスライドガ
ラス上に卵白気泡体のサンプルを採取し、これを顕微鏡
観察して気泡の孔径を測定する。この操作を、所望の孔
径が得られる迄繰り返えす。次に所定量の燐酸カルシウ
ム化合物粉末を加え再び混合を繰り返す。このとき適当
な気孔制御剤、例えばオレイン酸、マレイン酸などの脂
肪酸および／又はイソプロピルアルコール、イソブチル
アルコールなどの脂肪族アルコール、を少量添加しても
よい。

【００２９】得られた混合物を所定の形状および寸法に
成形する。成形方法および装置は、焼結用成形工程に用
いられている任意のものを用いることができるが、一般
には型枠を用いる流し込み成形が用いられている。得ら
れた成形物を１２０〜１５０℃の温度に、好ましくは６
０〜１２０分間加熱して卵白を硬化させる。このとき加
熱雰囲気の相対湿度を３０〜７０％に調節することが好
ましく、また、昇温速度を５〜１０℃／分に規制するこ
とが好ましい。この硬化した卵白は気泡のフレームワー
クを強化する。

【００３０】次に、成形物を５００〜７００℃の温度に
好ましくは１２０〜１８０分間加熱して卵白を炭化す
る。次に、成形物を酸素含有雰囲気、例えば空気中で、
８００〜１３５０℃、好ましくは８５０〜１２００℃に
加熱し、炭化物を燃焼除去し、燐酸カルシウム化合物粉
末を焼結する。このときの加熱時間は、一般に１〜３時
間程度である。

【００３１】上記の卵白硬化、卵白炭化および、炭化物
燃焼の間に発生したガスは、多孔質体外に逃散するが、
このとき多数の毛細管状空隙通路が形成され、また卵白
気泡体の気泡に対応して空孔が形成される。そして、空
孔は毛細管状空隙通路により多孔質体外部空間に連通
し、一般に、空孔相互間も毛細管状空隙通路によって連
通している。

【００３２】上記の製造方法において、１００重量部の
燐酸カルシウム化合物粉末に対し、１〜５重量部の、５
mm以下の長さと、１〜３０μm の直径とを有する有機繊
維を卵白気泡体に追加して混合することができる。この
場合、卵白硬化加熱後に成形物を５００〜７００℃の温
度に、好ましくは１２０〜１８０分間加熱して、卵白を
炭化するとともに有機繊維も炭化する。これの炭化物は
焼結加熱間に燃焼除去される。

【００３３】上記方法における有機繊維は、径１〜３０
μm の毛細空隙通路の形成を確実にする効果がある。有
機繊維としては、長さ５mm以下と直径１〜３０μm とを
有し、完全燃焼し得るものであれば格別の限定はない
が、一般に、猫、タヌキ、マウスなどの動物繊維で、こ
れらの腹の毛が望ましく、或は、絹繊維、セルローズ繊
維を含めたその他の天然有機繊維、並びに、ポリエステ
ル、ポリプロピレン、ポリアシド、ポリアクリル繊維な
どのような有機合成繊維が好ましい。

【００３４】本発明の多孔質セラミック材料を製造する
ための他の方法は、２０〜３００重量部の１〜６００μ
m の粒径を有する昇華性固体物質粉末を、１００重量部
の燐酸カルシウム化合物粉末を混合し、この混合物を所
望形状寸法にプレス成形し、この成形物を２００〜８０
０℃の温度に加熱して前記昇華性物質を昇華除去し、次
に、８００〜１３５０℃の温度に加熱して、前記燐酸カ
ルシウム化合物粉末を焼結することを含むものである。

【００３５】上記方法において、燐酸カルシウム化合物
粉末は、前述の方法において使用されるものと同一であ
る。また、昇華性固体物質粉末は、多孔質体中に１〜６
００μm の所望寸法の空孔を形成するためのものであっ
て、２００〜８００℃の温度において、容易に昇華し、
実質的に残渣を残さないものであれば、その種類に格別
の限定はない。一般に、昇華性物質としては、樟脳、薄
荷脳、ナフタレン、および、これらの２種以上の混合物
から選ばれる。

【００３６】昇華性物質粉末と燐酸カルシウム化合物粉
末との混合物は、所望の寸法および形状にプレス成形さ
れる。このプレス成形方法には格別の限定はないが、普
通の静圧プレス成形法、例えばラバープレス法、ＣＩＰ
法などを用いることができる。得られた成形物を２００
〜８００℃の温度に好ましくは１２０〜１８０分間加熱
すると昇華性物質は昇華逃散して空孔を形成するが、こ
のときに、空孔から昇華性物質の微粉末の昇華逃散によ
り多孔質体の外部に連通する毛細管状空隙通路が形成さ
れる。また空孔相互間を連通する毛細管状空隙空間も形
成される。

【００３７】次に成形物を再に８００〜１３５０℃、好
ましくは８５０〜１２００℃に好ましくは１〜３時間加
熱して燐酸カルシウム化合物粉末を燃結する。上記の方
法においては、昇華性物質粉末の形状、粒径を調節する
ことにより卵白を使用する方法にくらべて、空孔の形状
や孔径を容易にコントロールすることができる。

【００３８】上記昇華性物質粉末を使用する方法におい
て、１００重量部の燐酸カルシウム化合物粉末に対し
て、１〜５重量部の、５mm以下の長さと１〜３０μm の
直径を有する有機繊維を添加混合してもよい。このよう
な混合物を２００〜８００℃の温度に好ましくは１２０
〜１８０分間加熱すれば、昇華性物質は昇華逃散し、か
つ有機繊維は炭化する。次に、８００〜１３５０℃の温
度に、好ましくは１〜３時間加熱すれば、炭化物は燃焼
消失し、燐酸カルシウム化合物粉末は焼結する。

【００３９】この方法において、有機繊維の混用は１〜
３０μm の直径を有する毛細管状空隙通路を確実に形成
する上で有効である。この有機繊維は、前述ものと同様
である。有機繊維や昇華性物質粉末を燐酸カルシウム化
合物粉末と混合するとき、メタノール、エタノールなど
の揮発性低級アルコールを添加すると、容易に均一な混
合物が得られるばかりでなく、昇華性物質粒子の粒径を
制御し、かつ昇華性物質粒子と有機繊維との接着を良好
にし、これによって空孔に連通する毛細管状空隙通路の
形成を促進することができる。

【００４０】本発明の多孔性セラミック材料を製造する
ための更に他の方法は、２５〜３８０重量部の１〜６０
０μm の粒径を有する、有機合成樹脂粒子を、１００重
量部の燐酸カルシウム化合物粉末に混合し、この混合物
を、所望形状寸法に成形し、得られた成形物を２００〜
８００℃の温度に加熱して前記有機合成樹脂粒子を熱分
解除去し、次に、酸素含有雰囲気中で８００〜１３５０
℃の温度に加熱して前記燐酸カルシウム化合物粉末を焼
結することを含むものである。

【００４１】上記の方法に用いられる１〜６００μm の
粒径を有する有機合成樹脂粒子は、多孔質体中に１〜６
００μm の空孔を形成するために有効なものである。有
機合成樹脂の種類については、それが２００〜４００℃
の温度において熱分解し、多孔質体から逃散するもので
あれば格別の限定はないが、一般には、メチルメタクリ
レート、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの熱加塑性
合成樹脂から選ばれ、特にメチルメタクリレートが好ま
しい。上記のような有機合成樹脂は担当の硬度を有して
いるので、その粒子を燐酸カルシウム化合物粉末と混合
したり、この混合物をプレス成形するときに球形粒子が
変形や破砕することがなく、従って使用した粒子の寸法
形状に正確に対応した寸法形状の空孔を形成することが
できる。

【００４２】有機合成樹脂球形粒子と燐酸カルシウム化
合物粉末との混合物は、所望の寸法および形状を有する
成形物にプレス成形される。このときの成形方法には格
別の限定はなく通常の静圧プレス成形法、たとえばラバ
ープレス法、ＣＩＰ法などを用いることができる。得ら
れた成形物を、先づ２００〜５００℃の温度で、好まし
くは３００〜３５０℃で１２０〜１８０分間加熱し、有
機合成樹脂粒子を熱分解除去し、対応する空孔を形成す
るとともに、この空孔から伸び出る毛細空隙通路を形成
する。

【００４３】次に、この成形物を酸素含有雰囲気中で８
００〜１３５０℃、好ましくは８５０〜１２００℃で、
好ましくは１〜３時間加熱し、燐酸カルシウム化合物粉
末を焼結する。このとき、有機合成樹脂粒子の熱分解残
渣があっても、これは焼結加熱間に燃焼除去される。上
記有機合成樹脂粒子を使用する方法において、１００重
量部の燐酸カルシウム粉末に対し、１〜５重量部の、５
mm以下の長さと、１〜３０μm の直径を有する有機繊維
を追加することができる。この有機繊維の種類や効用
は、前述と同じである。

【００４４】更に、上記有機合成樹脂粒子を使用する方
法において、１００重量部の燐酸カルシウム化合物粉末
に対し、２〜１５重量部の、１〜６００μm の粒径を有
する昇華性固形物質粒子を追加添合することができる。
この昇華性物質の種類は前述と同一である。この方法に
おいては、昇華性物質粒子は、１〜６００μm の粒径を
有するものであって毛細管状空隙通路の形成に有効であ
る。

【００４５】更にまた、上記有機合成樹脂粒子を使用す
る方法において、１００重量部の燐酸カルシウム化合物
粉末に対し、２〜５重量部の、５mm以下の長さと、１〜
３０μm の直径を有する有機繊維と、２〜５重量部の、
１〜６００μm の粒径を有する昇華性固形粒子とを追合
混合してもよい。これら有機繊維、および昇華性固形粒
子の種類および効用は前述と同じである。

【００４６】本発明において使用する有機繊維の繊維長
は５mm以下であるが、その下限は格別限定されるもので
はなく、約１μm としてもよい。

【００４７】

【実施例】実施例１ １００ｇの卵白と３ｇのオレイン酸との混合物を乳化用
ミキサーを用いてホイップし、時々、その液面をスライ
ドグラスの表面で軽くなでてサンプリングし、これを顕
微鏡で観察し、卵白気泡の最小粒径が３μm となる迄ホ
イップを続けた。上記卵白気泡体に、９０ｇの合成ヒド
ロキシアパタイト（Ｃａ₅ （ＰＯ₄)₃ ＯＨ、Ｃａ／Ｐ原
子比＝１．６７、粒径０．０５〜１０μm ）を混合し
た。この混合物を枠型に流し込み成形した。成形物を相
対湿度３０％の雰囲気中において、１０℃／分の昇温速
度で１５０℃に昇温し、この温度で１８０分間加熱して
卵白を硬化させ気泡のフレームワークを形成した。次
に、この成形物を徐々に昇温して５００℃に１２０分間
加熱し、卵白を炭化させた。最後に成形物を空気中で１
０００℃温度で１時間加熱し、ヒドロキシアパタイト粉
末を焼結した。

【００４８】得られた多孔質体は７６％の気孔率を有
し、これを顕微鏡で観察したところ孔径１０〜５００μ
m の多数の空孔と、１２μm の径を有する多数の毛細管
状空隙通路が認められ、空孔と外部との間、空孔相互間
は、前記毛細管状空隙通路により連通していた。上記多
孔質成形物から、１×１×１cmの立方体を切り出し、そ
の一軸圧縮強度を測定したところ１２kg／cm² であっ
た。実施例２ 実施例１と同様の操作を行った。但し、５ｇのポリプロ
ピレン繊維（長さ＝５〜１０μm 、直径＝３〜１０μm
）を卵白のホイップ工程で追加混合した。得られたヒ
ドロキシアパタイト多孔質体は実施例２のものと同様の
空孔と毛細管状空隙通路を有してたが、直径３〜１０μ
m の毛細管状通路が多数認められた。

【００４９】また、多孔質体の一軸圧縮強度は１０kg／
cm² であった。実施例３ 市販局方樟脳を粉砕して、粒径１〜６００μm の粒子１
００ｇを篩別け採取した。この樟脳粒子に４０ｇのヒド
ロキシアパタイト粉末（実施例１記載のものと同一）を
均一に混合した。この混合物をラバープレス成形機によ
って２kg／cm²の静圧下にプレスし、約１０分間放置し
て成形した。この成形物を３５０℃で１８０分間加熱
し、次に空気中で１０００℃で１時間加熱した。

【００５０】得られた多孔質成形物は７７％の気孔率を
有しその一軸圧縮強度は３０kg／cm ² であった。この多
孔質体は、１００〜５００μm （平均約３００μm ）の
多数の空孔と、直径１〜３０μm の多数の毛細管状空隙
通路を有するものであった。 実施例４ 実施例３と同様の操作を行った。但し、実施例２記載の
ものと同一のポリプロピレン繊維５ｇを追加混合し３５
０℃の加熱後更に５００℃に１２０分間加熱して、繊維
を炭化した。

【００５１】得られた多孔質体中に形成された毛細管状
空隙通路のうち、約５〜１０μm の直径を有する毛細管
状空隙通路が多数認められた。得られた多孔質は６８％
の気孔率と２８kg／cm² の一軸圧縮強度を有していた。実施例５ ６０ｇの真球状メチルメタクリレート粒子（粒径３０〜
３００μm 、平均粒径約１００μm ）と、５０ｇのヒド
ロキシアパタイト粒子（実施例１記載のものと同じ）
と、少量のメチルアルコールとを加温しながら均一に混
合した。

【００５２】この混合物が十分に乾燥する前にラバープ
レスにより２kg／cm² の圧力で約１０分間静圧成形し
た。この成形物を３５０℃の温度で１８０分間加熱して
メチルメタクリレート粒子を熱分解し次に空気中で１０
００℃に１時間加熱した。得られた焼結多孔質体は７０
％の気孔率と８０kg／cm² の一軸圧縮強度を有してお
り、３０〜３００μm の孔径を有する多数の真球状空孔
と直径２〜１０μmの多数の毛細管状空隙通路を有して
いた。実施例６ 実施例５と同様の操作を繰り返えした。但し、メチルメ
タクリレート粒子とヒドロキシアパタイト粉末との混合
物に更に消毒脱脂した猫の腹部の毛（凍結した猫の腹部
の毛をクライスタットで切断して乾燥したもの、直径２
〜１０μm 、長さ約５〜１０μm ）２ｇを追加混合し、
成形物に対し３５０℃の加熱工程の後７５０℃で１２０
分間の加熱を施して、猫毛を炭化した。

【００５３】得られた多孔質成形物は７３％の気孔率と
９０kg／cm² の一軸圧縮強度を示した。また実施例５と
同様の球形空孔と毛細管状空隙通路が認められたが２〜
１０μm の径を有する多数の毛細管状通路の形成が認め
られた。実施例７ 実施例５と同様の操作を行った。但し、メチルメタクリ
レート粒子と、ヒドロキシアパタイト粉末との混合物
に、更に３ｇの１〜６００μm の粒径を有する樟脳粉末
をメチルアルコールと共に混合し、完全に乾燥する前に
ラバープレスで成形し、これを３５０℃で加熱乾燥した
後更に５００℃で１２０分間加熱し樟脳を昇華した。

【００５４】得られた焼結多孔質体は６５％の気孔率と
１６０kg／cm² の一軸圧縮強度を示した。またこの多孔
質体は、実施例５と同様の球形空孔と、毛細管状空隙通
路とを有していた。実施例８ 実施例５と同一の操作を行った。但し、メチルメタクリ
レート粒子とヒドロキシアパタイト粉末との混合物に更
に、実施例６に記載のものと同一の猫の毛２ｇと、実施
例７記載のものと同一の樟脳粉末３ｇとを追加混合し、
これにメチルアルコールを混練混合し、混合物をラバプ
レスで成形し成形物を３５０℃で加熱した後、更に７５
０℃で１２０分間加熱して猫毛を炭化するとともに樟脳
を昇華除去した。

【００５５】得られた焼結多孔質体は７６％の気孔率
と、１１０kg／cm² のすぐれた圧縮強度を示した。また
実施例５と同様の球形空孔と、毛細管状空隙通路とが形
成されていたが、その中に、２〜１０μm の直径を有す
る多数の毛細管状通路が認められた。実施例９ 前記実施例１〜８の各々で得られた多孔質体を、直径
０．５cm、長さ１cmの円柱状に切り出し、これをビーグ
ル犬の大腿骨の外科手術によって生じた欠損部に充てん
した。２週間後に切開観察したところいづれも球形空孔
中に新生骨のいちじるしい誘起が認められた。また、２
〜３ケ月後には、多孔質体の外周部から内部に新生骨の
発達が認められ、所謂リターンオーバーが順調に進行
し、コラーゲン繊維細胞の異常成長や組織の硬質化など
の現象は認められなかった。

【００５６】

【発明の効果】本発明の多孔質セラミック材料は、１〜
６００μm 、好ましくは３〜３００μの孔径を有する空
孔と１〜３０μm 好ましくは１〜２０μの径を有する毛
細管状空隙通路とを有するものであるが、この毛細管状
空隙通路は、バイオフイルターとしての機能を果すこと
ができるので、コラーゲン繊維の侵入によるその異常発
達やコラゲン繊維の触媒作用による骨組織の硬質化や、
新生骨の誘起阻害骨破壊細胞の毛細管状空隙通路への侵
入を難かしくし、コラーゲン繊維の異常発達によるコラ
ーゲン繊維自身の硬質化を阻止し、骨食細胞、骨再生細
胞、赤血球、体液などのみを選択的に通過させることが
できる。また特定孔径を有する空孔は、骨食細胞や骨再
生細胞の細胞レベルでの活性化を促進させることができ
る。従って、本発明の多孔質セラミック材料を用いるこ
とによって、生体との良好な親和性を保ちながら親生骨
の誘起を促進し、そして骨の再生速度を制御することに
より生ずる時間の経過による骨の再吸収を制御し、骨の
リターンオーバーを促進することができる。

【００５７】又、本発明の多孔質セラミック材料は、空
孔と空孔との間が毛細管状空隙通路で連通され、更にこ
の空孔と本発明多孔体の外部空間が毛細管状空隙通路で
連通されている構造、空孔と本発明多孔体の外部空間が
毛細管状空隙通路と連通している構造の他、本発明多孔
体は空孔と毛細管状空隙通路と本発明多孔体の外部空間
との３者の間の全ての組合せから構成されているが本発
明の特色、構成ばかりでなく、本発明では毛細管状空隙
通路が１〜３０μ好ましくは１〜２０μと極めて小さい
通路となっているので新生骨の誘起に有効に働き、更に
詳述すると、既に骨に本発明の多孔質セラミック材料を
埋めたとき従来のアパタイト多孔体では孔の粒径および
形状のコントロールが不完全であるばかりか、コラーゲ
ン繊維が孔の中に入る位に大きな孔となっているのでコ
ラーゲン繊維が入り込み、新生骨が誘起されてもコラー
ゲン繊維の触媒効果によりコラーゲンの異常な発達と硬
質化してしまうので埋め込んだ周辺から炎症を発生させ
たりガンの発生が懸念されるが、本発明の多孔質セラミ
ック材料は上記した通り毛細管状空隙通路の径が１〜３
０μ好ましくは１〜２０μと極めて小さいのでコラーゲ
ン繊維が毛細管状空隙通路へ侵入し難くコラーゲン繊維
の硬化、硬質化を防止出きると共に、新生骨の誘起に有
効となる蝕細胞、骨再生細胞、赤血球体液のみを選択的
に通過させることが出来るので非常にやわらかい骨を当
初形成させ、それがだんだん外側に向い骨の組織化が可
能である。そして、人、動物の自然骨と同じ構造で中心
部に骨ずい、その周辺に硬質化した骨を形成することが
できる。それ故人・動物の自然骨を全く同じ構造すなわ
ち骨の中心部を骨ずいの形とし、外周部を組織化又骨密
度の増加された骨という構造のものを作ることが出来る
ので、従来の硬質化骨１本やりのアパタイト骨と全く異
なり自然骨と全く同じ構造にして強靱な新生骨を作るこ
とが出来る。これは本発明の多孔質セラミック材料が既
存の骨に埋め込まれると本発明の骨が食いつくされて消
失されながらその代りに自然骨と同じ構造の新生骨が誘
起され、そして、骨組織のターンオーバー完了後骨が再
生する時から生ずる骨破壊細胞の活性化部分を最初の再
生速度から予見して異常に進み過ぎる骨の侵食行為（骨
の再吸収）を制御することができ、長期でも全く無毒の
強靱な柔軟な骨が形成される。前述した通り、本発明の
構造の多孔質セラミック材料はこのような構造のため非
常にやわらかい骨が最初つくられ骨ずいに相当するもの
が最初作られるこれは自然骨と同じで、この骨ずいが外
へ向って組織化・骨密度の増加により人・動物の自然骨
と全く同じく柔軟にして強靱な骨が形成される。

【００５８】又は毛細管状空隙通路、球形空孔から成る
本発明の多孔質セラミック材料は上記の生体材料ばかり
でなくＩＣＬＳＩ用電子材料、遺伝子工学用媒体材料等
にも利用出来る。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年１０月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 多孔質セラミック材料の製造方法

【特許請求の範囲】

【請求項９】 １００重量部の卵白を泡立てて孔径１〜
６００μm の多数の球形気泡を形成し、この卵白気泡体
を、３０〜１２０重量部の燐酸カルシウム化合物粉末と
１〜５重量部の、長さ５mm以下と直径１〜３０μm とを
有する有機繊維とを混合し、この混合物を所望形状寸法
に成形し、成形された前記混合物を１２０〜１５０℃の
温度に加熱して卵白を硬化させ、次に５００〜７００℃
の温度に加熱して前記卵白および繊維を炭化し、次に、
酸素含有雰囲気中で８００℃〜１３５０℃の温度に加熱
して、前記炭化物を燃焼除去するとともに前記燐酸カル
シウム化合物粉末を焼結し、それによって１〜６００μ
ｍの孔径を有する多数の球形空孔と、それらを相互に、
かつ外部空間に連通し、１〜３０μｍの、但し、前記球
形空孔よりも小さな径を有する多数の毛細管状空隙通路
を形成することを特徴とする、多孔質セラミック材料の
製造方法。

【請求項１０】 前記有機繊維が、動物繊維、絹繊維、
セルローズ繊維および／又は有機合成繊維である、請求
項９に記載の方法。

【請求項１１】 前記有機繊維の長さが１μm 〜５mmで
ある、請求項９または請求項１０に記載の方法。

【請求項１２】 前記卵白硬化加熱工程が、３０〜７０
％の相対湿度を有する雰囲気内において、５〜１０℃／
分の昇温速度で行われる、請求項９に記載の方法。

【請求項１３】 前記燐酸カルシウム化合物粉末が０．
０５〜１０μｍの粒径を有する、請求項９に記載の方
法。

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多孔質セラミック材料
の製造方法に関するものである。更に詳しく述べるなら
ば、本発明は、多数の特定寸法の球形空孔と、これらを
相互に、かつ外部空間に連通する、多数の特定寸法の毛
細管状空隙通路とを有し、骨の再生、その他の医療的用
途に用いられる材料、或いは電子材料、および遺伝子工
学用材料として有用な多孔質セラミック材料の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燐酸カルシウム化合物、例えば、ヒドロ
キシアパタイト、およびその固溶体は、生体との親和性
が良好であって、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
５６−５４８４１号公報には、アパタイト型結晶構造リ
ン酸カルシウム化合物粉粒体を用いた骨欠損部、およ
び、空隙部充填材が開示されている。

【０００３】また、特開昭５６−１６６８４３号公報に
は、燐酸カルシウム化合物の多孔体からなる骨欠損部お
よび空隙部充填材が開示されている。この燐酸カルシウ
ム化合物の多孔体に含まれる空孔は、その最大孔径３．
００mm、最小孔径０．０５mmであって、生体の骨形成成
分が進入しやすい形状寸度を有し、実質的に連続した三
次元の網状構造を形成しているものである。

【０００４】上記のような、従来の燐酸カルシウム化合
物セラミック材料は、充填、補綴などの外科的手術を施
した後に経時的変形を生じたり、或は、充填、又は補綴
部分の近傍の軟組織の硬質化を促進し、このため異常を
生じた部分の切除組織を余儀なくされるなどの問題があ
った。一般に、生体の硬組織の欠損、例えば、骨腫瘍部
分の切除や、骨の外的損傷による欠損などの治療におい
て、自然治癒を促進することが最も好ましく、人工物に
よる代替や補綴は、必ずしも好ましいことではない。た
とえ、人工物が生体内に充填、又は補綴されたとして
も、そのような人工物がやがて生体内で食尽され、その
代りに自然の生体組織が再生して、骨の再生速度を制御
することにより生ずる時間の経過による骨の再吸収を制
御し、欠損部が治癒することが最も望ましいことであ
る。この場合、人工物の生体組織による入れ代わり速度
（ターンオーバー速度）が適当であることが重要であっ
て、ターンオーバー速度が過度に速いときは、局所に炎
症等の障害を生じ、それに起因する余病、例えば、癌の
発生などを併発することがある。また、ターンオーバー
速度が低く、長期間にわたって人工物が生体内に存在す
る場合、局所の生体組織（骨）の変形や、その近傍の軟
組織の硬質化などを生じ、このため、切除手術を要する
ことなどがある。

【０００５】上記のような問題点に対処するためには生
体内に挿入される充填材又は補綴材が生体組織の誘起と
置換に要する要件を、細胞レベルで満足させ得ることが
重要である。すなわち、生体組織に対する骨食細胞（オ
ステオリーシス）、骨再生細胞（オステオプラスト）の
活性化を適切に促進し、骨破壊細胞（オクテオクラス
ト）、および軟組織の硬質化を促進するコラーゲン繊維
の侵入、発達並びに骨組織の硬質化を抑制し、かつ、赤
血球、体液などの進入や、毛細血管の発達を阻害しない
ことが重要である。

【０００６】上記のような要件を満たすためには、生体
内に挿入される充填材又は補綴材は、生体に対し、良好
な親和性、特に生体的対応性（バイオレスポンシビリテ
イ）を有するとともに、所望細胞の活性化のために良好
な居住増殖空間を与え得るとともに、忌避すべき細胞の
侵入を防止し、かつ、コラーゲン繊維の異常発達による
骨組織の硬質化を防止できるものであることが必要であ
り、このような多孔質材料を効率よく製造する方法の開
発が強く望まれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、生体
内骨組織の再生、すなわち新生骨の誘起、その他の医療
用途、電子材料、遺伝子工学用材料などの用途に有用な
多孔質セラミック材料の製造方法を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明方法により製造さ
れる多孔質セラミック材料は、燐酸カルシウム化合物の
焼結多孔質体からなり、前記多孔質体中に、通路状に伸
びた多数の毛細管状空隙と、１〜６００μm の孔径を有
する多数の球形空孔とが形成されており、前記毛細管状
空隙通路の径が１〜３０μm の範囲内にあり、但し、前
記球形空孔の孔径よりも小さく、前記球形空孔と、前記
多孔質体の外部空間との間、および前記球形空孔相互の
間が、前記多数の毛細管状空隙通路によって連通してい
るものである。

【０００９】上記の多孔質セラミック材料は、下記の本
発明方法によって製造することができる。すなわち、本
発明の多孔質セラミック材料の製造方法は、１００重量
部の卵白を泡立てて、孔径１〜６００μm の多数の球形
気泡を形成し、卵白気泡体を、３０〜１２０重量部の燐
酸カルシウム化合物粉末に混合し、この混合物を所望形
状寸法の型枠に流し込むことによって成形し、成形され
た前記混合物を１２０〜１５０℃の温度に加熱して卵白
を硬化させ、次に５００〜７００℃の温度に加熱して、
卵白を炭化し、次に、酸素含有雰囲気中で８００℃〜１
３５０℃の温度に加熱して、前記炭化物を燃焼除去する
とともに前記燐酸カルシウム化合物粉末を焼結し、それ
によって１〜６００μｍの孔径を有する多数の球形空孔
と、それらを相互に、かつ外部空間に連通し、１〜３０
μｍの、但し、前記球形空孔よりも小さな径を有する多
数の毛細管状空隙通路を形成することを特徴とするもの
である。

【００１０】また、本発明の多孔質セラミック材料の他
の製造方法は、１００重量部の卵白を泡立てて孔径１〜
６００μm の多数の球形気泡を形成し、この卵白気泡体
を、３０〜１２０重量部の燐酸カルシウム化合物粉末
と、１〜５重量部の長さ５mm以下と直径１〜３０μm と
を有する有機繊維とを混合し、この混合物を所望形状寸
法型枠に流し込むことにより成形し成形された前記混合
物を１２０〜１５０℃の温度に加熱して卵白を硬化さ
せ、次に５００〜７００℃の温度に加熱して前記卵白お
よび繊維を炭化し、次に、酸素含有雰囲気中で８００℃
〜１３５０℃の温度に加熱して、前記炭化物を燃焼除去
するとともに前記燐酸カルシウム化合物粉末を焼結し、
それによって１〜６００μｍの孔径を有する多数の球形
空孔と、それらを相互に、かつ外部空間に連通し、１〜
３０μｍの、但し、前記球形空孔よりも小さな径を有す
る多数の毛細管状空隙通路を形成することを特徴とする
ものである。

【００１１】

【作用】本発明方法により製造される多孔質セラミック
材料は、燐酸カルシウム化合物の焼結多孔質体からなる
ものである。本発明方法に使用される燐酸カルシウム化
合物は、 ＣａＨＰＯ₄ Ｃａ₃(ＰＯ₄)₂ Ｃａ₅(ＰＯ₄)₃ ＯＨ Ｃａ₄ Ｏ (ＰＯ₄)₂ Ｃａ₁₀（ＰＯ₄)₆(ＯＨ)₂ ＣａＰ₄ Ｏ₁₁ Ｃａ（ＰＯ₃)₂ Ｃａ₂ Ｐ₂ Ｏ₇ Ｃａ（Ｈ₂ ＰＯ₄)₂ ・Ｈ₂ Ｏ などを主成分とするもので、ヒドロキシアパタイトと呼
ばれる一群の化合物を包含する。ヒドロキシアパタイト
は、組成式Ｃａ₅ （ＰＯ₄)₃ ＯＨ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
成分の一部分は、Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｙ，
Ｌａ，Ｎａ，Ｋ，Ｈなどの１種以上で置換されていても
よく、また（ＰＯ₄ ）成分の一部分が、ＶＯ₄ ，Ｂ
Ｏ₃ ，ＳＯ₄ ，ＣＯ₃ ，ＳｉＯ₄ などの１種以上で置換
されていてもよく、更に（ＯＨ）成分の一部分が、Ｆ，
Ｃｌ，Ｏ，ＣＯ₃ などの１種以上で置換されていてもよ
い。ヒドロキシアパタイトは、通常の結晶体でもよく、
或は、同型固溶体、置換型固溶体、および侵入型固溶体
のいづれであってもよく、また、非量論的格子欠陥を含
むものであってもよい。

【００１２】一般に、本発明方法に用いる燐酸カルシウ
ム化合物は、そのカルシウム（Ｃａ）と燐（Ｐ）との原
子比が１．３０〜１．８０の範囲内にあるものが好まし
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燐酸カルシウム化合物として
は、燐酸三カルシウム〔Ｃａ ₃ （ＰＯ₄)₂ 〕、ヒドロキ
シアパタイト〔Ｃａ₅(ＰＯ₄)₃ ＯＨ〕および、Ｃａ
₁₀（ＰＯ₄)₆(ＯＨ）₂ が好ましく、特にゾルゲル法によ
って合成され凍結乾燥されたものが好ましい。また、燐
酸カルシウム化合物は８００〜１３５０℃の温度で焼結
されたものであることが好ましく、この焼結温度は８５
０〜１２００℃であることがより好ましい。

【００１３】本発明方法により得られる多孔質セラミッ
ク材料において、燐酸カルシウム化合物は粉末の形状で
焼結されており、従って互に接触焼結している粉末粒子
の間に微細な空隙を有することができる。本発明方法に
より得られる多孔質セラミック材料の燐酸カルシウム多
孔質体は、任意の形状および寸法を有するものであって
もよく、その内部には、多数の通路状に伸びた毛細管状
空隙と、１〜６００μm 、好ましくは３〜６００μm 、
より好ましくは３０〜６００μｍの孔径を有する多数の
球形空孔とが形成されていて、この毛細管状空隙通路の
径が１〜３０μm 、好ましくは２〜３０μm の範囲内に
あり、また、前記球形空孔と、前記多孔質体の外部空間
との間が、前記多数の毛細管状空隙通路を介して連通し
ているものである。また球形空孔は互に、毛細管状空隙
通路を介して連通している。

【００１４】焼結多孔質体は、４０〜９０％の気孔率を
有することが好ましく、６０〜７０％の気孔率を有する
ことがより好ましい。焼結多孔質体内の空孔は真球又は
それに近い形状を有することが好ましく、また多孔質体
内に均一に分布していることが好ましい。この空孔は、
セラミック材料が、生体内に埋め込まれたとき、骨食細
胞、骨再生細胞など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のである。この
ために空孔の孔径は１〜６００μm の範囲にあることが
必要であり、好ましくは１０〜３００μm である。孔径
が１〜６００μm の範囲外の空孔は、上記細胞に対し、
良好な居住空間を与えることができない。

【００１５】空孔の形状が真球、又は、これに近い球形
である場合、得られる多孔質材料の機械的強度が高い。
従って、この多孔質材料が、生体内に埋め込まれたと
き、それが新生骨によってリターンオーバーされるま
で、高い機械的強度を保持し続け、その間の骨折を防止
することができる。焼結多孔質体内の毛細管状空隙通路
は、球形空孔を相互に、かつ、多孔質体の外部空間に連
通するものであって、この通路を通って、前記骨食細
胞、骨再生細胞、赤血球体液などが自由に多孔質体内に
進入することができ、かつ毛細血管の発達が促進され
る。しかしながら、この毛細管状空隙通路の径は１〜３
０μm の範囲、好ましくは２〜３０μm の範囲内にある
ため骨破壊細胞やコラーゲン繊維は、多孔質体内の毛細
管状空隙通路へ進入し難く、コラーゲン繊維の異常発達
並びに骨組織の硬質化を防ぐことができる。すなわち、
本発明の多孔質体において、毛細管状空隙通路は、バイ
オフイルターとしての機能を兼ねそなえるものである。

【００１６】上記毛細管状空隙通路の径が１μm よりも
小さくなると、骨食細胞、骨再生細胞、赤血球体液など
の多孔質内進入が困難となり、また３０μm より大きく
なると、破壊細胞やコラーゲン繊維の侵入および発達を
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ようになる。本発明
方法により得られる多孔質セラミック材料において、多
孔質体中の球形空孔は、多数の毛細管状空隙通路を介し
て相互に連通されており、これによって、多孔質体の食
尽および生体組織の再成（ターンオーバー）を促進する
こと、および骨組織のターンオーバー完了後骨が再生す
る時から生ずる骨破壊細胞の活性化部分を最初の再生速
度から予見して異常に進み過ぎる骨の侵食行為（骨の再
吸収）を制御することができる。

【００１７】本発明方法において毛細管状空隙通路は
(1) 有機繊維の燃焼により形成される通路、および(2)
硬化卵白の燃焼により発生するガスにより形成される通
路である。中でも、有機繊維の燃焼により形成される通
路は直径の制御が良好にできる点で好ましい。本発明方
法により得られる多孔質セラミック材料は、充填、又は
補綴すべき欠損部又は空隙部の形状寸法に対応する形状
寸法に容易に自由に加工成形することができる。また、
本発明のセラミック材料は粒径０．０５〜５mmの顆粒に
成形されていてもよい。

【００１８】本発明方法により製造された多孔質セラミ
ック材料が生体内に充填材又は補綴材として埋め込まれ
たとき、血液、体液、並びに骨食細胞、骨再生細胞は毛
細管状空隙通路を通って進入し、空孔において増殖した
骨食細胞により食尽され、それと同時に、骨再生細胞に
よって骨組織が再生され、所謂ターンオーバーが行われ
る。このとき、多孔質体の外部空間に向って空孔を連通
している毛細管状空隙通路は、１〜３０μm の径を有し
ているので、骨破壊細胞やコラーゲン繊維は、多孔質体
内の毛細管状空隙通路へ侵入し難く、コラーゲン繊維の
異常発達並びにその硬質化を防ぐことが出来る。従って
再生された骨の軟組織が配壊されたり、コラーゲン繊維
により硬質化することがない。従って、本発明の多孔質
セラミック材料は、新生骨を誘起し生体内で育成された
正常な骨組織によって置き換えられる。

【００１９】上述のように、正常な骨組織によって、タ
ーンオーバーされ得る多孔質セラミック材料は新規であ
り、本発明方法によって初めて実現することのできたも
のである。

【００２０】本発明の多孔質セラミック材料を製造する
ための第１の方法は、１００重量部の卵白を泡立てて、
孔径１〜６００μm の多数の球形気泡を形成し、卵白気
泡体を、３０〜１２０重量部の燐酸カルシウム化合物粉
末に混合し、この混合物を所望形状寸法の型枠に流し込
み成形し、成形された前記混合物を１２０〜１５０℃の
温度に加熱して卵白を硬化させ、次に５００〜７００℃
の温度に加熱して、卵白を炭化し、次に、酸素含有雰囲
気中で８００℃〜１３５０℃の温度に加熱して、前記炭
化物を燃焼除去するとともに前記燐酸カルシウム化合物
粉末を焼結することを含むものである。

【００２１】一般に、本発明の多孔質セラミック材料製
造方法に用いられる燐酸カルシウム化合物粉末として
は、０．０５〜１０μm の粒径を有するものが好まし
い。特に好ましい燐酸カルシウム化合物粉末は、板状に
発達した結晶部分を含むことが好ましく、ＳＥＭ（走査
電子顕微鏡）に基く観測結果によれば粉末粒子の３０％
以下が１μm 以上の粒径を有し、７０％以上が１μm 以
下の粒径を有するような粒径分布を有するものが好まし
い。

【００２２】卵白中に所望の孔径の気泡を形成するには
任意の方法、例えば乳化用ミキサーを使用して卵白をホ
イップし、その液面を軽くなでるようにしてスライドガ
ラス上に卵白気泡体のサンプルを採取し、これを顕微鏡
観察して気泡の孔径を測定する。この操作を、所望の孔
径が得られる迄繰り返えす。次に所定量の燐酸カルシウ
ム化合物粉末を加え再び混合を繰り返す。このとき適当
な気孔制御剤、例えばオレイン酸、マレイン酸などの脂
肪酸および／又はイソプロピルアルコール、イソブチル
アルコールなどの脂肪族アルコール、を少量添加しても
よい。

【００２３】得られた混合物を所定の形状および寸法に
成形する。成形方法および装置は、焼結用成形工程に用
いられている任意のものを用いることができるが、一般
には型枠を用いる流し込み成形が用いられている。得ら
れた成形物を１２０〜１５０℃の温度に、好ましくは６
０〜１２０分間加熱して卵白を硬化させる。このとき加
熱雰囲気の相対湿度を３０〜７０％に調節することが好
ましく、また、昇温速度を５〜１０℃／分に規制するこ
とが好ましい。この硬化した卵白は気泡のフレームワー
クを強化する。

【００２４】次に、成形物を５００〜７００℃の温度に
好ましくは１２０〜１８０分間加熱して卵白を炭化す
る。次に、成形物を酸素含有雰囲気、例えば空気中で、
８００〜１３５０℃、好ましくは８５０〜１２００℃に
加熱し、炭化物を燃焼除去し、燐酸カルシウム化合物粉
末を焼結する。このときの加熱時間は、一般に１〜３時
間程度である。

【００２５】上記の卵白硬化、卵白炭化および、炭化物
燃焼の間に発生したガスは、多孔質体外に逃散するが、
このとき多数の毛細管状空隙通路が形成され、また卵白
気泡体の球形気泡に対応して球形空孔が形成される。そ
して、空孔は毛細管状空隙通路を介して多孔質体外部空
間に連通し、また、空孔相互間も毛細管状空隙通路を介
して連通している。このようにして形成される毛細管状
空隙通路の径は、球形空孔の孔径よりも小さい。

【００２６】上記の製造方法において、１００重量部の
燐酸カルシウム化合物粉末に対し、１〜５重量部の、５
mm以下の長さと、１〜３０μm の直径とを有する有機繊
維を卵白気泡体に追加して混合することができる。この
場合、卵白硬化加熱後に成形物を５００〜７００℃の温
度に、好ましくは１２０〜１８０分間加熱して、卵白を
炭化するとともに有機繊維も炭化する。これの炭化物は
焼結加熱間に燃焼除去される。

【００２７】上記方法における有機繊維は、径１〜３０
μm の毛細空隙通路の形成を確実にする効果がある。有
機繊維としては、長さ５mm以下と直径１〜３０μm とを
有し、完全燃焼し得るものであれば格別の限定はない
が、一般に、猫、タヌキ、マウスなどの動物繊維で、こ
れらの腹の毛が望ましく、或は、絹繊維、セルローズ繊
維を含めたその他の天然有機繊維、並びに、ポリエステ
ル、ポリプロピレン、ポリアシド、ポリアクリル繊維な
どのような有機合成繊維が好ましい。

【００２８】

【実施例】本発明を下記実施例により更に説明する。

【００２９】実施例１ １００ｇの卵白と３ｇのオレイン酸との混合物を乳化用
ミキサーを用いてホイップし、時々、その液面をスライ
ドグラスの表面で軽くなでてサンプリングし、これを顕
微鏡で観察し、卵白の球形気泡の最小泡径が３０μm と
なる迄ホイップを続けた。上記卵白気泡体に、９０ｇの
合成ヒドロキシアパタイト（Ｃａ₅ （ＰＯ₄)₃ ＯＨ、Ｃ
ａ／Ｐ原子比＝１．６７、粒径０．０５〜１０μm ）を
混合した。この混合物を枠型に流し込み成形した。成形
物を相対湿度３０％の雰囲気中において、１０℃／分の
昇温速度で１５０℃に昇温し、この温度で１８０分間加
熱して卵白を硬化させ気泡のフレームワークを形成し
た。次に、この成形物を徐々に昇温して５００℃に１２
０分間加熱し、卵白を炭化させた。最後に成形物を空気
中で１０００℃温度で１時間加熱し、ヒドロキシアパタ
イト粉末を焼結した。

【００３０】 得られた多孔質体は７６％の気孔率を有
し、これを顕微鏡で観察したところ孔径３０〜５００μ
m の多数の球形空孔と、１２μm の径を有する多数の毛
細管状空隙通路が認められ、空孔と外部との間、空孔相
互間は、前記毛細管状空隙通路により連通していた。上
記多孔質成形物から、１×１×１cmの立方体を切り出
し、その一軸圧縮強度を測定したところ１２kg／cm² で
あった。

【００３１】実施例２ 実施例１と同様の操作を行った。但し、５ｇのポリメチ
ルメタアクリレート繊維（長さ＝５〜１０μm 、直径＝
３〜１０μm ）を卵白のホイップ工程で追加混合した。
得られたヒドロキシアパタイト多孔質体は実施例２のも
のと同様の球形空孔と毛細管状空隙通路を有してたが、
直径３〜１０μm の毛細管状通路が多数認められた。

【００３２】実施例３ 前記実施例１〜２の各々で得られた多孔質体を、直径
０．５cm、長さ１cmの円柱状に切り出し、これをビーグ
ル犬の大腿骨の外科手術によって生じた欠損部に充填し
た。２週間後に切開観察したところ、いづれも球形空孔
中に新生骨の著しい誘起が認められた。また、２〜３ケ
月後には、多孔質体の外周部から内部に新生骨の発達が
認められ、所謂ターンオーバーが順調に進行し、コラー
ゲン繊維細胞の異常成長や組織の硬質化などの現象は認
められなかった。

【００３３】

【発明の効果】本発明方法によって得られる多孔質セラ
ミック材料は、１〜６００μm 、好ましくは３０〜６０
０μｍの孔径を有する球形空孔と１〜３０μm 、好まし
くは２〜３０μｍの径を有する毛細管状空隙通路とを有
するものであるが、この毛細管状空隙通路は、バイオフ
イルターとしての機能を果すことができるので、コラー
ゲン繊維の侵入によるその異常発達やコラーゲン繊維の
触媒作用による骨組織の硬質化や、新生骨の誘起阻害骨
破壊細胞の毛細管状空隙通路への侵入を困難にし、コラ
ーゲン繊維の異常発達によるコラーゲン繊維自身の硬質
化を阻止し、骨食細胞、骨再生細胞、赤血球、体液など
のみを選択的に通過させることができる。また特定孔径
を有する球形空孔は、骨食細胞や骨再生細胞の細胞レベ
ルでの活性化を促進させることができる。従って、本発
明の多孔質セラミック材料を用いることによって、生体
との良好な親和性を保ちながら親生骨の誘起を促進し、
そして骨の再生速度を制御することにより生ずる時間の
経過による骨の再吸収を制御し、骨のターンオーバーを
促進することができる。本発明方法は、上記の生体材料
ばかりでなくＩＣＬＳＩ用電子材料、遺伝子工学用媒体
材料等にも有用な多孔質セラミック材料を効率よく生産
することを可能にするものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｓ 8924−4Ｇ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １００重量部卵白を泡立てて、孔径１〜
   ６００μm の多数の気泡を形成し、卵白気泡体を３０〜
   １２０重量部の燐酸カルシウム化合物粉末に混合し、こ
   の混合物を所望形状寸法の型枠に流し込むことにより成
   形し、成形された前記混合物を１２０〜１５０℃の温度
   に加熱して卵白を硬化させ、次に５００〜７００℃の温
   度に加熱して、卵白を炭化し、次に、酸素含有雰囲気中
   で８００℃〜１３５０℃の温度に加熱して、前記炭化物
   を燃焼除去するとともに前記燐酸カルシウム化合物粉末
   を焼結することを特徴とする多孔質セラミック材料の製
   造方法。
2. 【請求項２】 前記卵白硬化加熱工程が、３０〜７０％
   の相対湿度を有する雰囲気内において、５〜１０℃／分
   の昇温速度で行われる、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記燐酸カルシウム化合物粉末が０．０
   ５〜１０μm の粒径を有する、請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 １００重量部の卵白を泡立てて孔径１〜
   ６００μm の多数の気泡を形成し、この卵白気泡体を、
   ３０〜１２０重量部の燐酸カルシウム化合物粉末と１〜
   ５重量部の、長さ５mm以下と直径１〜３０μm とを有す
   る有機繊維とを混合し、この混合物を所望形状寸法に成
   形し、成形された前記混合物を１２０〜１５０℃の温度
   に加熱して卵白を硬化させ、次に５００〜７００℃の温
   度に加熱して前記卵白および繊維を炭化し、次に、酸素
   含有雰囲気中で８００℃〜１３５０℃の温度に加熱し
   て、前記炭化物を燃焼除去するとともに前記燐酸カルシ
   ウム化合物粉末を焼結することを特徴とする、多孔質セ
   ラミック材料の製造方法。
5. 【請求項５】 前記有機繊維が、動物繊維、絹繊維、セ
   ルローズ繊維および／又は有機合成繊維である、請求項
   ４に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記有機繊維の長さが１μm 〜５mmであ
   る、請求項４または請求項５に記載の方法。