JPH06293507A - 水酸アパタイト膜の形成方法 - Google Patents

水酸アパタイト膜の形成方法

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JPH06293507A
JPH06293507A JP10038293A JP10038293A JPH06293507A JP H06293507 A JPH06293507 A JP H06293507A JP 10038293 A JP10038293 A JP 10038293A JP 10038293 A JP10038293 A JP 10038293A JP H06293507 A JPH06293507 A JP H06293507A
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JP
Japan
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substrate
film
aqueous solution
forming
base material
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Withdrawn
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JP10038293A
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Tadashi Kokubo
正 小久保
Takehiro Shibuya
武宏 渋谷
Masaki Ogawa
雅樹 小川
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NIPPON SHERWOOD KK
Nippon Electric Glass Co Ltd
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NIPPON SHERWOOD KK
Nippon Electric Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】基材と強固に結合した水酸アパタイト膜を形成
することが可能な水酸アパタイト膜の形成方法を提供す
る。 【構成】有機高分子からなる基材の表面にアパタイトの
核を生成させた後、カルシウムイオン及びリン酸イオン
を含む水溶液中に浸漬することによって、基材表面に水
酸アパタイトの膜を形成する水酸アパタイト膜の形成方
法において、予め基材の表面をアルカリ性溶液で処理し
ておくことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基材表面に水酸アパタ
イト膜を形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】有機高分子を用いて人工骨、人工歯根、
人工血管等の生体材料を作製する試みが古くからなされ
ているが、有機高分子の中には生体為害性を示すものも
あり、これらを生体内に埋入すると炎症や腫瘍を引き起
こしてしまう等の問題がある。そこでこれら材料の表面
に生体親和性の高いアパタイト膜を形成することが提案
されている。
【0003】アパタイト膜を形成する代表的な方法とし
て、プラズマ溶射法を用いる方法(例えば特開昭62−
34559号、特開昭63−160663号)や、ガラ
スフリットの焼き付けによる方法(例えば第九回バイオ
マテリアル学会大会予稿集1987年 第6頁)が知ら
れている。しかしながらプラズマ溶射法を用いる場合、
複雑で高価な装置を必要とすること、緻密な膜を作り難
いこと、さらに生体内のアパタイト(水酸アパタイト
Ca10(PO46 (OH)2 )と異なる種類のアパタ
イト(酸素アパタイト Ca10(PO46 O)の膜が
形成されてしまうこと等の問題を有している。またガラ
スフリットの焼き付けによる場合、ガラスの焼き付け温
度が700℃以上になるため有機高分子には適用できな
いという問題を有している。
【0004】そこで本発明者等は、特開平2−2551
5号等において、水溶液とガラスを用いて基材表面にア
パタイト膜を形成する方法を提案している。さらに特開
平3−97466号において、このようにして形成した
アパタイトの膜(核)を有する基材を、よりイオン濃度
の高い水溶液に浸漬して、十分な膜厚を有する水酸アパ
タイト膜を形成する方法を提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した水溶液とガラ
スを用いる方法は、基材をガラスとともに、カルシウム
イオンやリン酸イオンを含む水溶液に浸漬することによ
って、まず基材表面に無数のアパタイトの核を生成さ
せ、次いでこれを成長させてアパタイト膜を形成させる
ものであり、特別な装置を用いる必要がなく、また低温
で処理できるため、どのような基材であっても膜を形成
することができる。しかも生体内に存在するアパタイト
と同じ水酸アパタイトの膜を形成することが可能であ
る。
【0006】しかしながらこのような方法によって形成
された水酸アパタイトの膜は、基材との結合力が不十分
であり、容易に剥がれてしまうという問題を有してい
る。本発明の目的は、基材と強固に結合した水酸アパタ
イト膜を形成することが可能な水酸アパタイト膜の形成
方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は種々の研究
を行った結果、基材となる有機高分子の表面を予めアル
カリ性溶液で処理しておくことにより、上記目的が達成
できることを見いだし、本発明として提案するものであ
る。
【0008】即ち、本発明の水酸アパタイト膜の形成方
法は、有機高分子からなる基材の表面にアパタイトの核
を生成させた後、カルシウムイオン及びリン酸イオンを
含む水溶液中に浸漬することによって、基材表面に水酸
アパタイトの膜を形成する水酸アパタイト膜の形成方法
において、予め基材の表面をアルカリ性溶液で処理して
おくことを特徴とする。以下、本発明の方法を詳細に説
明する。
【0009】本発明の水酸アパタイト膜の形成方法は、
まず基材の表面をアルカリ性溶液で処理する。基材とし
て使用する有機高分子は、特に加水分解により親水基と
なり得る結合を有する有機高分子を使用することが望ま
しい。なおこのような結合は、有機高分子の主鎖或は側
鎖の何れに存在していてもよい。
【0010】加水分解により親水基となり得る結合と
は、エステル結合、アミド結合等である。エステル結合
を有する有機高分子としては、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、
アリル樹脂、オキシベンゾイルポリエステル、ポリアリ
レート、ポリブチレンテレフタレート、AAS樹脂(ア
クリル酸エステル−アクリロニトリル−スチレン共重合
体)、酢酸セルロースや酪酸セルロースやエチルセルロ
ース等のセルロースプラスチック、エチレン−酢酸ビニ
ル−塩化ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステ
ル共重合体等があり、またアミド結合を有する有機高分
子としてはナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6,
10、ナイロン12等のポリアミド樹脂を挙げることが
できる。
【0011】アルカリ性溶液としては、水酸化ナトリウ
ム水溶液、水酸化カリウム水溶液等を用いることができ
る。なお溶液の濃度は、0.5〜10N程度が適切であ
る。またアルカリ性溶液による処理温度、処理時間等の
処理条件は用いる基材によって適宜調整され得るもので
あるが、処理温度については10〜50℃程度、処理時
間については0.5〜120分程度が適当である。次
に、処理した基材の表面にアパタイトの核を生成させ
る。
【0012】アパタイトの核を基材に生成させるには種
々の方法があるが、基材をCaO−SiO2 系やNa2
O−SiO2 系のガラスとともに、カルシウムイオン及
びリン酸イオンを含む水溶液(以下、便宜上第一の水溶
液と称す)に浸漬する方法を利用することが好ましい。
この方法の場合、基材をガラスとともに水溶液中に浸漬
すると、ガラスから溶出したケイ酸イオンがアパタイト
の核の生成を誘起する結果、基材表面に無数のアパタイ
トの核が生成する。
【0013】ここで使用する第一の水溶液は、水酸アパ
タイトの構成成分となるカルシウムイオン及びリン酸イ
オンを含むものであり、例えばNa+ 142mM、K+
5mM、Ca2+2.5mM、Mg2+1.5mM、HCO
3 -4.2mM、Cl- 147.8mM、HPO4 2- 1m
M、SO4 2- 0.5mMのイオン濃度を有する水溶液が
使用できる。また第一の水溶液のpH値は5〜9の範囲
が良く、好ましくはpH7付近であり、また水溶液の温
度は30〜50℃の範囲が良く、特に36.5℃付近で
あることが好ましい。なおガラス体からのガラス成分の
溶出によって水溶液のpH値が変化し易いために、トリ
スヒドロキシメチルアミノメタン((CH2 OH)3
NH2 )50mMと塩酸(HCl)45mM等を緩衝剤
として加え、pH値を一定に保つようにすることが望ま
しい。
【0014】また上記した方法以外にも、例えば基材を
シランカップリング剤で処理することにより、表面にア
パタイトの核を形成することが可能である。このように
してアパタイトの核を生成させた基材を、さらにカルシ
ウムイオン及びリン酸イオンを含む水溶液(以下、便宜
上第二の水溶液と称す)中に浸漬して、その核を成長さ
せ、水酸アパタイトの膜を形成させる。
【0015】第二の水溶液は、カルシウムイオンとリン
酸イオンを含むものであり、好ましくはこれらのイオン
を、Ca2+及びHPO4 2- に換算してCa2+が0.1〜
10mM、HPO4 2- が0.1〜50mMの濃度を有す
るものである。これらのイオンの濃度を上記の範囲に限
定した理由は、濃度が高すぎると水溶液が不安定にな
り、水溶液中のいたるところに水酸アパタイト結晶が析
出して沈殿してしまい、水溶液の保存や使用に支障をき
たす。また濃度が低すぎると十分な膜厚を有する水酸ア
パタイト膜を形成させるのに長時間を要してしまうため
である。第二の水溶液の具体例を表1に示す。なお表1
中、最も好ましいものはNo.3の水溶液である。
【0016】
【表1】 なお水溶液のpH値は5〜9の範囲がよく、特にpH7
付近であることが好ましい。また水溶液の温度は30〜
50℃の範囲が良く、好ましくは36.5℃付近であ
る。
【0017】
【作用】基材として、加水分解により親水基となり得る
結合を有する有機高分子を使用した場合、基材の表面を
アルカリ性溶液で処理すると、加水分解反応が生じ、有
機高分子中のエステル結合やアミド結合が親水基にな
る。例えばエステル結合を有する有機高分子を水酸化ナ
トリウム水溶液で処理する場合、 R−COO−R’ + NaOH → R−COO−N
a + R’OH R−COO−Na + H2 O → R−CO−OH
+ NaOH のような反応が起こり、親水基であるカルボキシル基が
生成する。さらに表面がエッチングされて微細な凹凸が
形成されることもある。
【0018】また基材として、加水分解により親水基と
なり得る結合を有しない有機高分子を使用した場合にお
いても、アルカリ性溶液で処理することにより、表面が
エッチングされて微細な凹凸が形成される。このように
して形成される基材表面の親水基や微細な凹凸が、水酸
アパタイト膜の結合強度に寄与するものと考えられる。
【0019】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の水酸アパタ
イト膜の形成方法を説明する。表2は本発明の実施例
(試料No.1〜4)及び比較例(試料No.5〜6)
を示している。
【0020】
【表2】 試料No.1〜4は次のようにして作製した。
【0021】まず基材として、ポリエチレンテレフタレ
ート(PET)及びナイロン6からなる10×15×1
t mmの大きさの板状物を用意した。次にこの基材の表
面を次のようにしてアルカリ性溶液で処理した。
【0022】まず表に示すアルカリ性溶液10mlをポ
リエチレン容器に入れ、さらにこの中に基材を浸漬して
表面を処理した後、蒸留水で洗浄した。なお使用したア
ルカリ性溶液の温度は20℃とし、またアルカリ性溶液
の濃度及び処理時間は表の通りとした。続いてこの基材
にアパタイトの核を生成させた。
【0023】アパタイトの核の生成は次のようにして行
った。まずNa+ 142mM、K+5mM、Ca2+2.
5mM、Mg2+1.5mM、HCO3 -4.2mM、Cl
- 147.8mM、HPO4 2- 1mM、SO4 2- 0.5
mMのイオン濃度を有し、トリスヒドロキシメチルアミ
ノメタン50mMと塩酸45mMを添加した第一の水溶
液(pH7.25、36.5℃)を用意した。また重量
百分率でMgO 4.6%、CaO 44.7%、Si
2 34.0%、P25 16.2%、CaF 2 0.5
%の組成を有するガラス粉末(粒径150〜300μ
m)を用意した。次いでポリエチレン容器に、用意した
第一の水溶液30mlとガラス粉末1.5gを入れ、さ
らに基材を入れて1日放置することによって基材の表面
に無数のアパタイトの核を生成させた。なお基材はガラ
ス粉末上に載置した。
【0024】このようにしてアパタイトの核を表面に生
成させた基材を、全てのイオン濃度が第一の水溶液の
1.5倍である第二の水溶液30mlが入ったポリエチ
レン容器に移し替え、6日間浸漬することによって基材
表面に水酸アパタイト膜を形成させた。なお第二の水溶
液は2日置きに交換した。一方、試料No.5〜6は、
アルカリ性溶液による基材の表面処理を行わず、他は上
記と同様にして、水酸アパタイト膜を形成させた。
【0025】このようにして作製した各試料について、
基材と水酸アパタイト膜との引き剥がし強度を測定し
た。測定の方法は、図1に示すように、シアノアクリレ
ート系接着剤を用いて試料10の表裏にそれぞれ真鍮製
治具11a、11bを取り付け、万能試験機(図示せ
ず)を用いて1mm/分のクロスヘッドスピードで治具
11a、11bを引っ張り、単位面積当たりの引き剥が
し強度を求めた。なお図中10aは水酸アパタイト膜、
10bは基材をそれぞれ表している。結果を表2に示
す。
【0026】表2より、PETからなる基材を用いた場
合、表面をアルカリ処理して作製した試料No.1〜2
は、引き剥がし強度が8.1〜8.3MPaであり、ア
ルカリ処理しなかった試料No.5と比較して2倍以上
の値が得られた。またナイロン6からなる基材を用いた
場合、アルカリ処理して作製した試料No.3〜4は、
引き剥がし強度が5.3〜5.7MPaであり、アルカ
リ処理をしなかった試料No.6に比べて8倍以上の値
が得られた。
【0027】
【発明の効果】本発明の方法によれば、特別な装置を用
いたり、加熱処理を施したりすることなく有機高分子か
らなる基材の表面に水酸アパタイト膜を形成することが
できる。しかも基材と強固に結合した水酸アパタイト膜
を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】基材と水酸アパタイト膜の引き剥がし試験を示
す説明図である。
【符号の説明】
10 試料 10a 水酸アパタイト膜 10b 基材 11a、11b 治具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 雅樹 東京都渋谷区千駄ヶ谷5丁目27番7号 日 本ブランズウイックビルディング5階 日 本シャーウッド株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機高分子からなる基材の表面にアパタ
    イトの核を生成させた後、カルシウムイオン及びリン酸
    イオンを含む水溶液中に浸漬することによって、基材表
    面に水酸アパタイトの膜を形成する水酸アパタイト膜の
    形成方法において、予め基材の表面をアルカリ性溶液で
    処理しておくことを特徴とする水酸アパタイト膜の形成
    方法。
  2. 【請求項2】 アルカリ性溶液が、水酸化ナトリウム水
    溶液又は水酸化カリウム水溶液であることを特徴とする
    請求項1の水酸アパタイト膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 基材が、加水分解により親水基となり得
    る結合を有する有機高分子からなることを特徴とする請
    求項1の水酸アパタイト膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 加水分解により親水基となり得る結合
    が、エステル結合又はアミド結合であることを特徴とす
    る請求項3の水酸アパタイト膜の形成方法。
JP10038293A 1993-04-02 1993-04-02 水酸アパタイト膜の形成方法 Withdrawn JPH06293507A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001294411A (ja) * 2000-04-06 2001-10-23 Takeshi Yao アパタイト構造体、及びアパタイトパターン形成方法
JP2006198874A (ja) * 2005-01-20 2006-08-03 Yokohama National Univ 燐酸カルシウム被覆微小球体、及び、その製造方法
EP1754495A2 (en) 2005-08-19 2007-02-21 Sun Medical Technology Research Corporation Sheet-like covering member used for implant medical device
WO2007086421A1 (ja) * 2006-01-26 2007-08-02 National University Corporation Hokkaido University 硬組織再生治療に用い得るハニカム状多孔質体
JP4515553B2 (ja) * 1999-05-11 2010-08-04 日油株式会社 ハイドロキシアパタイト複合体の製造方法、その複合体及び生体適合性材料

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