JPH0564658A - 生体活性セメント及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生体組織に対して炎症反応を誘起することな
く、早期に自己凝固硬化して人工生体材料を接着固定さ
せることができ、さらに生体骨と化学結合すると共に高
強度であるため、長期に亙って安定である生体活性セメ
ント及びその製造方法を提供する。 【構成】 リン酸アンモニウムカルシウム水和物を含む
ガラス粉末及び／又は結晶化ガラス粉末と、リン酸塩を
主成分とする水溶液とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医科あるいは歯科の分
野で用いられる人工骨や人工歯根等の人工生体材料の接
着材として、また骨や歯の欠損部への充填材として使用
する生体活性セメント及びその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】整形外科分野において骨折や骨腫瘍など
によって骨の一部を欠損したり、切除した場合、また歯
科分野において抜歯や歯槽膿漏などによって顎骨に欠損
を生じた場合、このような部所を修復するために金属、
セラミック、結晶化ガラス等からなる人工生体材料が使
用されている。

【０００３】このような人工生体材料は、修復部に早期
に適合性良く埋入固定されることが望ましく、そのため
には、修復部の形状に合わせて研削するか、あるいは人
工生体材料の形状を修復部の形状に合わせて加工する必
要があるが、このような研削や加工を正確に施すことは
非常に困難である。

【０００４】このため一般に人工生体材料を使用する場
合、それと生体骨とを接着固定する目的で生体用セメン
トが使用されており、例えば、整形外科分野では、広く
ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）セメントが使用
され、歯科分野では、リン酸亜鉛セメントやカルボキシ
レートセメントが使用されている。またアパタイトやア
ルミナセラミックの顆粒を直接修復部に充填することに
より、形状の適合を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
各種の生体用セメントは、人工生体材料とは強固に接着
するが、生体骨とは化学的に結合しないため、長期間使
用すると生体骨との間に緩みが生じたり、周囲組織に炎
症反応を引き起こす恐れがある。

【０００６】またアパタイトやアルミナセラミックの顆
粒は、顆粒同士が結合することがないため、上記の生体
用セメント等で固定する必要があり、やはり生体骨との
間に緩みの生じる恐れがある。

【０００７】近年、上記事情に鑑み、骨と化学的に結合
する生体活性セメントが各種提案されており、例えばＣ
ａを構成成分とするガラス粉末に、硬化液としてリン酸
アンモニウム水溶液を混合してなり、ガラス粉末のＣａ
²⁺（カルシウム）イオンと硬化液中のＨＰＯ₄ ^2- （リン
酸）イオンとが反応し、非晶質リン酸カルシウム物やリ
ン酸アンモニウムカルシウム塩等の前駆体を経て、水酸
アパタイトが生成することによって硬化する生体活性セ
メントが提案されている。しかしながらこの生体活性セ
メントは、初期強度が低く、実用上必要な早期固定性が
得られ難いという問題を有している。

【０００８】本発明は、生体組織に対して炎症反応を誘
起することなく、早期に自己凝固硬化して人工生体材料
を接着固定させることができ、さらに生体骨と化学結合
すると共に高強度であるため、長期に亙って安定である
生体活性セメント及びその製造方法を提供することを目
的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の生体活性セメン
トは、リン酸アンモニウムカルシウム水和物を含むガラ
ス粉末及び／又は結晶化ガラス粉末と、リン酸塩を主成
分とする水溶液とからなることを特徴とする。

【００１０】また本発明の生体活性セメントの製造方法
は、Ｃａを含有するガラス粉末及び／又は結晶化ガラス
粉末と、リン酸アンモニウム水溶液とを混合することに
よって硬化させた後、粉砕してリン酸アンモニウムカル
シウム水和物を含むガラス粉末及び／又は結晶化ガラス
粉末を作製し、次いで該粉末と、リン酸塩を主成分とす
る水溶液とを混合することを特徴とする。

【００１１】本発明において使用されるガラス粉末及び
結晶化ガラス粉末の好ましい組成は、重量百分率でＣａ
Ｏ ２０〜６０％、ＳｉＯ₂ ２０〜５０％、Ｐ₂ Ｏ₅
０〜３０％、ＭｇＯ ０〜２０％、ＣａＦ₂ ０〜５
％であり、このような組成からなる結晶化ガラス粉末に
は、内部にアパタイト結晶やウォラストナイト結晶が析
出する。ガラス粉末や結晶化ガラス粉末の粒径は小さい
ほど高強度のセメントが得られるので好ましく、具体的
には最大粒径４４μｍ以下のものが好ましい。

【００１２】リン酸塩を主成分とする水溶液としては、
正リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸ナトリウム、リ
ン酸カリウムが使用可能である。

【００１３】本発明におけるＣａを含有するガラス粉末
や結晶化ガラス粉末と、リン酸アンモニウム水溶液との
割合、すなわち粉液比としては、粉末１ｇに対して水溶
液０．１〜０．５ｍｌが適当であり、また硬化体を粉砕
した後のガラス粉末や結晶化ガラス粉末と、硬化液との
粉液比としては、粉末１ｇに対して水溶液０．３〜０．
６ｍｌが適当である。さらに硬化体の粉砕は、最大粒径
４４μｍ以下の粉末になるように行うのが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明において、まずＣａを構成成分とするガ
ラス粉末や結晶化ガラス粉末に、リン酸アンモニウム水
溶液を混合すると、粉末の表面あるいはその周辺に溶出
するＣａ²⁺イオンとリン酸アンモニウム水溶液中のＨＰ
Ｏ₄ ^2- （リン酸）イオン及びＮＨ₄ ⁺（アンモニウム）イ
オンとが反応し、リン酸アンモニウムカルシウム水和物
が生成することによって硬化する。

【００１５】さらにこの硬化体を所定の粒度に粉砕する
ことによって作製したリン酸アンモニウムカルシウム水
和物を含むガラス粉末や結晶化ガラス粉末に、硬化液と
してリン酸塩を主成分とする水溶液を混合すると、ガラ
ス粉末や結晶化ガラス粉末中のＣａ²⁺イオンと硬化液中
のＨＰＯ₄ ^2-イオンが反応し、水酸アパタイト等のリン
酸カルシウム結晶が生成して硬化する。さらにもともと
の粉末に含まれるリン酸アンモニウムカルシウム水和物
同士も結合するために早期に硬化することになる。硬化
体中のリン酸アンモニウムカルシウム水和物は、生体中
で徐々にアンモニウムを溶出し、且つ、水酸アパタイト
に変化し、生体骨との化学結合性に優れ、生体内で安定
な物質となり得る。

【００１６】ガラス粉末と結晶化ガラス粉末とは、Ｃａ
²⁺イオンの溶出速度が異なり、ガラス粉末の方が結晶化
ガラス粉末よりも溶出速度が大きく、硬化時間が短い。
硬化液中のＨＰＯ₄ ^2- イオン濃度との組合せによっても
硬化時間は、異なるが、使用の必要に応じて適当なＣａ
⁺ イオン溶出速度を有するようにガラス粉末と結晶化ガ
ラス粉末との混合割合を選択すれば良い。

【００１７】尚、本発明においては、酸化アルミニウ
ム、酸化珪素、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛等の無機材
料の粗粒子やそれらを繊維状にしたもの、あるいはウィ
スカー等の補強材を、粉末１００重量％に対して１重量
％以上添加することによって、より強度を高めることが
可能となる。但し、補強材を多量添加すると、硬化時間
が長くなるので好ましくない。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。

【００１９】表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜
６）及び比較例（試料Ｎｏ．７〜９）の生体活性セメン
トを示すものである。

【００２０】

【表１】

【００２１】表中のガラス粉末Ａ及びＢは、以下のよう
にして作製した。

【００２２】まず重量百分率で、ＣａＯ ４７．０％、
ＳｉＯ₂ ３５．５％、Ｐ₂ Ｏ₅１７．０％、ＣａＦ₂
０．５％の組成を有するガラスとなるように調合した
原料を１５００℃で２時間溶融し、ガラス化した後、ロ
ール成形し、次いでこの成形体をボールミルで粉砕し、
ふるいで分級して最大粒径が４４μｍ以下のガラス粉末
Ａを得た。また同様のガラス成形体をボールミルに入
れ、さらにリン酸アンモニウム水溶液をガラス１０に対
して１体積比となるように混合して粉砕し、ふるいで分
級することによって最大粒径が４４μｍ以下であり、リ
ン酸アンモニウムカルシウム水和物を含むガラス粉末Ｂ
を得た。

【００２３】また表中の結晶化ガラス粉末Ｃ及びＤは、
以下のようにして作製した。

【００２４】上記したガラス粉末Ａと同様のガラス成形
体を１０５０℃で４時間焼成することによって結晶化さ
せた後、この結晶化ガラス成形体をボールミルで粉砕
し、ふるいで分級して最大粒径が４４μｍ以下の結晶化
ガラス粉末Ｃを得た。また同様の結晶化ガラス成形体を
ボールミルに入れ、さらにリン酸アンモニウム水溶液を
結晶化ガラス１０に対して１体積比となるように混合し
て粉砕し、ふるいで分級することによって最大粒径が４
４μｍ以下であり、リン酸アンモニウムカルシウム水和
物を含む結晶化ガラス粉末Ｄを得た。

【００２５】硬化液としては、正リン酸を蒸留水に混合
した希薄な弱酸性を示す正リン酸水溶液、弱酸性から中
性を示す希薄リン酸アンモニウム水溶液、リン酸ナトリ
ウム水溶液及びリン酸カリウム水溶液を使用した。

【００２６】表中の粉液比は、各粉末と硬化液との割合
であり、圧縮強度が最大となる値を選んだ。

【００２７】セメントの特性評価は、固定性を得るため
の圧縮強度と生体骨あるいは組織との係わりを検討し
た。

【００２８】圧縮強度は、ＪＩＳ Ｔ ６６０２（歯科
用リン酸亜鉛セメント）に準じて測定したものであり、
各粉末と硬化液とを十分に混練した後、所定の型に流し
込んで１時間放置して硬化させ、次いで型から取り出
し、疑似体液中に２４時間浸漬した後、濡れ圧縮強度を
測定した。

【００２９】また炎症反応は、各粉末と硬化液とを混練
した後、直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの型に流し込み、４
分間放置した後、混練物をラットの皮下に埋入し、その
周囲の軟部組織を顕微鏡で観察することによって判断し
たものであり、壊死のみられたものを有、壊死のみられ
なかったものを無とした。

【００３０】さらに生体骨との結合は、ラットの脛骨顆
部に４ｍｍφの穴をあけ、ここに練和後の各試料を充填
し、４週間後に屠殺し、セメントの周囲組織を摘出して
周囲骨との結合性を顕微鏡で観察したものであり、また
硬化時間は、ＪＩＳ Ｔ ６６０２（歯科用リン酸亜鉛
セメント）に準じて測定したものであり、混練物に重さ
３００ｇ、断面積１ｍｍ² の針を落とし、針跡がつかな
くなる時間によって求めた。

【００３１】その結果、本発明の実施例であるＮｏ．１
〜６の各試料は、７０ＭＰａ以上の圧縮強度を有してお
り、また周囲の生体組織との炎症反応も無く、周囲骨と
の結合も示し、さらに早期に自己凝固硬化した。

【００３２】それに対し、ガラス粉末Ａと硬化液として
リン酸アンモニウム水溶液を使用したＮｏ．７の試料
は、圧縮強度が５０ＭＰａと低く、また結晶化ガラス粉
末Ｃと硬化液としてリン酸アンモニウム水溶液を使用し
たＮｏ．８の試料は、硬化時間が長かった。さらにＰＭ
ＭＡセメントを示すＮｏ．９の試料は、圧縮強度が８０
ＭＰａと高いが、周囲組織に炎症反応を引き起こし、且
つ、周囲骨との結合が認められなかった。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明の生体活性セメント
は、生体組織に対して炎症反応を誘起することなく、早
期に自己凝固硬化して人工生体材料を接着固定させるこ
とができ、また生体骨と化学結合すると共に高強度を有
するため、長期間使用しても生体骨との緩みが生じるこ
とがなく安定である。さらにそれ自体を各種の形状にし
て骨や歯の欠損部の充填材として使用することも可能で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リン酸アンモニウムカルシウム水和物を
   含むガラス粉末及び／又は結晶化ガラス粉末と、リン酸
   塩を主成分とする水溶液とからなることを特徴とする生
   体活性セメント。
2. 【請求項２】 Ｃａを含有するガラス粉末及び／又は結
   晶化ガラス粉末と、リン酸アンモニウム水溶液とを混合
   することによって硬化させた後、粉砕してリン酸アンモ
   ニウムカルシウム水和物を含むガラス粉末及び／又は結
   晶化ガラス粉末を作製し、次いで該粉末と、リン酸塩を
   主成分とする水溶液とを混合することを特徴とする生体
   活性セメントの製造方法。