JPH10127753A - Composite material of collagen fiber-calcium phosphate compound and manufacture of the composite material - Google Patents
Composite material of collagen fiber-calcium phosphate compound and manufacture of the composite materialInfo
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- JPH10127753A JPH10127753A JP8303577A JP30357796A JPH10127753A JP H10127753 A JPH10127753 A JP H10127753A JP 8303577 A JP8303577 A JP 8303577A JP 30357796 A JP30357796 A JP 30357796A JP H10127753 A JPH10127753 A JP H10127753A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、コラーゲン繊維
−リン酸カルシウム化合物複合材料及びその製造法に関
するものである。更に詳しくは、本発明は、コラーゲン
繊維を長軸方向に平行に配列し、配列したコラーゲン繊
維上にリン酸カルシウムを均一にコーティングさせるこ
とを特徴とするコラーゲン繊維を基材としたリン酸カル
シウム化合物コーティング複合体及びその製造方法に関
するものであり、リン酸カルシウム化合物と基材である
コラーゲン繊維とが密着し、かつコラーゲン繊維が長軸
方向に配列し、長軸方向の力学的特性に優れる特性を有
するリン酸カルシウム−コラーゲン繊維複合体材料及び
該複合材料を簡便に製造することを可能にする方法に関
するものである。The present invention relates to a collagen fiber-calcium phosphate compound composite material and a method for producing the same. More specifically, the present invention provides a collagen fiber-based calcium phosphate compound coating composite, wherein collagen fibers are arranged in parallel in the longitudinal direction, and calcium phosphate is uniformly coated on the arranged collagen fibers. The present invention relates to a method for producing the same, wherein a calcium phosphate compound and a collagen fiber as a base material are in intimate contact with each other, and the collagen fibers are arranged in the longitudinal direction, and the calcium phosphate-collagen fiber composite has excellent mechanical properties in the longitudinal direction. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a body material and a method that enables easy production of the composite material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】水酸アパタイトに代表されるリン酸カル
シウム化合物は歯や骨の無機主成分であることから医療
用歯骨置換材料として活用されている。従来技術とし
て、チタン合金、ジルコニア、アルミナなど高強度材料
を基材として、水酸アパタイトを基材表面にコーティン
グした材料がある。この場合、圧縮強度、引っ張り強
度、曲げ強度は、人工の材料は生体骨と比べ十分な強度
を有している。しかしながら、生体緻密骨の弾性率１
５．８ＧＰａに対し、純チタンの弾性率は１００ＧＰ
ａ、アルミナは３６４ＧＰａ、ジルコニアは１５１ＧＰ
ａときわめて大きい。水酸アパタイトをコーティングし
た上記の高強度材料は生体骨と結合するが、力学的特性
が大きく異なるため、長期間使用すると、ゆるみ、亀裂
の生成などの問題が生じる。そこで、コラーゲン繊維な
ど弾性率の低い高分子繊維と水酸アパタイトを複合化し
た材料が開発されている（Biomaterials，１１，５６８
−５７２（１９９０））。この場合、上記材料は、コラ
ーゲンと水酸アパタイト顆粒を混合し、加圧成型する方
法で調製され、得られた複合体の弾性率は生体骨に近い
が、圧縮強度、曲げ強度に劣るという問題がある。一
方、骨はコラーゲン繊維が一方向に配列し、繊維の配列
した方向に大きな機械的強度を示す。したがって、その
ような生体骨と比べ、より力学的特性の近い材料とし
て、コラーゲン繊維が一方向に配列したリン酸カルシウ
ム−コラーゲン繊維複合体を製造する技術を開発するこ
とが期待されるものである。2. Description of the Related Art Calcium phosphate compounds represented by hydroxyapatite are used as medical bone replacement materials for medical use because they are inorganic main components of teeth and bones. As a conventional technique, there is a material in which a high-strength material such as a titanium alloy, zirconia, or alumina is used as a base material and hydroxyapatite is coated on the base material surface. In this case, the artificial material has sufficient compressive strength, tensile strength, and bending strength as compared with living bone. However, the elastic modulus of living compact bone is 1
Compared to 5.8 GPa, the elastic modulus of pure titanium is 100 GP
a, alumina is 364 GPa, zirconia is 151 GPa
a and very large. The above-mentioned high-strength material coated with hydroxyapatite binds to the living bone, but its mechanical properties are so different that long-term use causes problems such as loosening and crack formation. Therefore, a material in which a polymer fiber having a low elastic modulus such as a collagen fiber and hydroxyapatite are combined has been developed (Biomaterials, 11,568).
-572 (1990)). In this case, the above material is prepared by a method of mixing collagen and hydroxyapatite granules and molding under pressure. The resulting composite has a modulus of elasticity close to that of a living bone, but is inferior in compressive strength and bending strength. There is. On the other hand, bone has collagen fibers arranged in one direction, and exhibits high mechanical strength in the direction in which the fibers are arranged. Therefore, it is expected to develop a technology for producing a calcium phosphate-collagen fiber composite in which collagen fibers are arranged in one direction, as a material having more mechanical properties than such a living bone.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑みてなされたものであって、本発明が解決しよう
とする課題は、基材のコラーゲン繊維を長軸方向に平行
に配列させる方法を提供すること、更に、強固に基材の
コラーゲン繊維と結合したリン酸カルシウム化合物コー
ティング複合材料及び、該複合材料を得ることのできる
新規製造技術を提供することである。更に、本発明は、
基材の長軸方向に並列に配列されたコラーゲン繊維上に
リン酸カルシウムを均一にコーティングさせてなる優れ
た特性を有するリン酸カルシウム化合物−コラーゲン繊
維複合材料及びその製造法を提供することを目的とする
ものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and an object of the present invention is to arrange collagen fibers of a base material in parallel to the longitudinal direction. It is an object of the present invention to provide a method, and further provide a calcium phosphate compound-coated composite material firmly bonded to collagen fibers as a base material, and a novel production technique capable of obtaining the composite material. Further, the present invention provides
An object of the present invention is to provide a calcium phosphate compound-collagen fiber composite material having excellent properties obtained by uniformly coating calcium phosphate on collagen fibers arranged in parallel in the longitudinal direction of a substrate, and a method for producing the same. is there.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の態様は、コラーゲン繊維を長軸方向に配列さ
せる方法であって、コラーゲンを酸性水溶液中で溶解
し、得られた透明な溶液を細長い容器に移し、４℃以下
の低温に保持しつつ溶液を中和し、その後、溶液の温度
を４℃以下の低温から次第に昇温し、細長い容器中でコ
ラーゲン繊維を析出させ、次いで析出したコラーゲン繊
維を不溶化することにより長軸方向に配列させる方法、
である。また、本発明の他の態様は、前記の方法により
長軸方向に並列に配列させたコラーゲン繊維（但し、コ
ラーゲン繊維は、Ｉ型コラーゲン繊維である。）を、カ
ルシウムイオンとリン酸イオンを含む水溶液に漬けるこ
とにより、コラーゲン繊維上にリン酸カルシウムを均一
にコーティングさせることを特徴とするコラーゲン繊維
を基材としたリン酸カルシウム化合物コーティング複合
体の製造法、カルシウムイオンとリン酸イオンを含む水
溶液に漬けることにより、コラーゲン繊維上にリン酸カ
ルシウムを均一にコーティングさせることを特徴とする
コラーゲン繊維を基材としたリン酸カルシウム化合物コ
ーティング複合体の製造法、である。また、本発明の他
の態様は、配列したコラーゲン繊維を、カルシウムイオ
ンとリン酸イオンを含む水溶液に漬ける際のカルシウム
濃度は０．００２ｍｏｌＬ−１〜０．０８ｍｏｌＬ−
１、リン酸濃度は０．００１ｍｏｌＬ−１〜０．０４ｍ
ｏｌＬ−１、保持温度は２０〜５０℃、保持時間は１〜
１４日である上記のコラーゲン繊維を基材としたリン酸
カルシウム化合物コーティング複合体の製造法、であ
る。更に、本発明の他の態様は、上記の製造法により製
造して成るコラーゲン繊維を基材としたリン酸カルシウ
ム化合物コーティング複合体、である。An embodiment of the present invention for solving the above-mentioned problems is a method of arranging collagen fibers in a longitudinal direction, comprising dissolving collagen in an acidic aqueous solution and obtaining a transparent solution. Transfer the solution to an elongated container, neutralize the solution while keeping it at a low temperature of 4 ° C. or less, and then gradually raise the temperature of the solution from a low temperature of 4 ° C. or less to precipitate collagen fibers in the elongated container, A method of arranging in the major axis direction by insolubilizing the precipitated collagen fibers,
It is. In another aspect of the present invention, collagen fibers (collagen fibers are type I collagen fibers) arranged in parallel in the long axis direction by the above method include calcium ions and phosphate ions. A method for producing a calcium phosphate compound coating complex based on collagen fibers, characterized in that calcium phosphate is uniformly coated on collagen fibers by immersing in an aqueous solution, by immersing in an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions. And a method for producing a calcium phosphate compound-coated composite based on collagen fibers, wherein calcium phosphate is uniformly coated on collagen fibers. In another aspect of the present invention, the collagen concentration when the arranged collagen fibers are immersed in an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions has a calcium concentration of 0.002 molL-1 to 0.08 molL-.
1. Phosphoric acid concentration is 0.001molL-1 ~ 0.04m
olL-1, holding temperature is 20 ~ 50 ° C, holding time is 1 ~
A method for producing a calcium phosphate compound-coated composite based on the collagen fiber described above for 14 days. Still another aspect of the present invention is a calcium phosphate compound-coated composite based on collagen fibers produced by the above production method.
【０００５】本発明によるリン酸カルシウム化合物−コ
ラーゲン繊維複合材料の製造法は、これを詳述すれば、
以下の通りである。この明細書において、「リン酸カル
シウム化合物」なる用語は、水酸アパタイトに代表され
るオルトリン酸化合物全般を意味する。水酸アパタイト
はＣａ10（ＰＯ4 ，Ｘ）6 （ＯＨ，Ｘ）2 （Ｘ＝Ｃ
Ｏ3 ）、の化学式を有する化合物である。コラーゲンに
は少なくとも６種類の分子種が知られており、上記の長
軸方向に配列させる方法はＩ型コラーゲン繊維だけに限
定されるものではない。骨、象牙質、腱等を構成するコ
ラーゲンはＩ型であり、上記の方法をＩ型コラーゲンに
適用することにより、前述した用途において有用な材料
を開発することが期待される。The method for producing a calcium phosphate compound-collagen fiber composite material according to the present invention is described in detail below.
It is as follows. In this specification, the term "calcium phosphate compound" means all orthophosphate compounds represented by hydroxyapatite. Hydroxyapatite is Ca 10 (PO 4 , X) 6 (OH, X) 2 (X = C
O 3 ). At least six types of molecular species are known for collagen, and the method of arranging in the long axis direction is not limited to type I collagen fibers. Collagen constituting bone, dentin, tendon and the like is type I, and by applying the above method to type I collagen, it is expected to develop a material useful in the above-mentioned applications.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】本発明においては、まず、以下の
ような操作を行うことにより、長軸方向に平行に配列し
たコラーゲン繊維を得る。すなわち、コラーゲンを酸性
水溶液中で完全に溶解する。酸性溶液のｐＨは好ましく
は、ｐＨ１ないし４である。得られた透明な溶液のコラ
ーゲンの重量％は、０．１から６０％である。得られた
透明な溶液を細長い容器に移し、低温、好適には４℃以
下の低温に保持しつつ溶液を中和する。細長い容器とし
ては、試験官、メスシリンダーなどが好適なものとして
例示される。次いで、溶液の温度を４℃以下の低温から
次第に昇温し、３７℃まで上げる。この場合、４０℃を
上回るとコラーゲン繊維に変性が生じる。温度が上昇す
るにつれて、細長い容器の中で容器の長軸方向に沿って
コラーゲン繊維が析出する。昇温速度は、好ましくは
０．１℃／分ないしは１０℃／分である。この場合、コ
ラーゲンの形態は、特に限定されるものではなく、例え
ば、繊維状、粉体状、スポンジ状などが好適なものとし
て例示される。上記透明な溶液から析出したコラーゲン
繊維は、室温で保持すると次第に分解する。そのため、
紫外線を照射し不溶化処理を施す。紫外線照射は、好ま
しくは５ないし３０ｗの紫外線ランプで３ないし８時間
照射する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, first, collagen fibers arranged in parallel to the long axis direction are obtained by performing the following operations. That is, the collagen is completely dissolved in the acidic aqueous solution. The pH of the acidic solution is preferably between pH 1 and 4. The weight percent of collagen in the resulting clear solution is between 0.1 and 60%. The resulting clear solution is transferred to an elongated container and the solution is neutralized while keeping it at a low temperature, preferably below 4 ° C. As the elongated container, a tester, a measuring cylinder, and the like are exemplified as suitable ones. Next, the temperature of the solution is gradually raised from a low temperature of 4 ° C. or lower to 37 ° C. In this case, if the temperature exceeds 40 ° C., the collagen fibers are denatured. As the temperature increases, collagen fibers precipitate in the elongated container along the long axis of the container. The heating rate is preferably 0.1 ° C./min to 10 ° C./min. In this case, the form of collagen is not particularly limited, and examples thereof include fibrous, powdery, and sponge-like forms. The collagen fibers precipitated from the transparent solution gradually decompose when kept at room temperature. for that reason,
Irradiation with ultraviolet light is performed for insolubilization. The UV irradiation is preferably performed with a 5 to 30 w UV lamp for 3 to 8 hours.
【０００７】次いで、上記不溶化処理を施した配列した
コラーゲン繊維（但し、コラーゲン繊維は、Ｉ型コラー
ゲン繊維である。）を、好適には、２０℃から５０℃の
温度域でカルシウム濃度０．００２ｍｏｌＬ−１〜０．
０８ｍｏｌＬ−１、リン酸濃度０．００１ｍｏｌＬ−１
〜０．０４ｍｏｌＬ−１の水溶液に漬けるが、このこと
により、まもなくコラーゲン繊維上に生成物が現れはじ
める。この場合、例えば、設定温度３６．５℃、カルシ
ウムイオン０．００３７５ｍｏｌＬ−１、リン酸イオン
０．００１５ｍｏｌＬ−１の場合、１０日程度でコラー
ゲン繊維は緻密で均一な生成物で覆われる。この生成物
は水酸アパタイトであった。この生成物は水洗してもコ
ラーゲン繊維からの脱離は観察されなかった。[0007] Next, the above-arranged collagen fibers subjected to the insolubilization treatment (the collagen fibers are type I collagen fibers) are preferably subjected to a calcium concentration of 0.002 molL in a temperature range of 20 ° C to 50 ° C. -1 to 0.
08 molL-1, phosphoric acid concentration 0.001 molL-1
Soak in an aqueous solution of −１0.04 mol L −1, which causes the product to begin appearing on the collagen fibers shortly. In this case, for example, when the set temperature is 36.5 ° C., calcium ion is 0.00375 mol L−1, and phosphate ion is 0.0015 mol L−1, the collagen fiber is covered with a dense and uniform product in about 10 days. This product was hydroxyapatite. This product did not desorb from the collagen fibers even after washing with water.
【０００８】以上の次第で、この発明によるコラーゲン
繊維を長軸方向に配列させる方法、ならびに配列したコ
ラーゲン繊維−リン酸カルシウム化合物複合材料及びそ
の製造法は、コラーゲン繊維を溶解し、細長い容器の中
でコラーゲン繊維を析出させることによりコラーゲン繊
維をその長軸方向に配列させ、不溶化処理を施した後、
次に、カルシウムイオンとリン酸イオンを含む水溶液に
漬けることにより、コラーゲン表面にリン酸カルシウム
を均一にコーティングさせることを特徴とするものであ
り、これにより、基材のコラーゲン繊維を長軸方向に平
行に配列し、かつリン酸カルシウム化合物を緻密にコラ
ーゲン繊維に被覆することができる。そのため、リン酸
カルシウム化合物と基材であるコラーゲン繊維とが密着
し、かつコラーゲン繊維が長軸方向に配列し、長軸方向
に力学的特性に優れた、生体骨に近い力学的特性値を示
すリン酸カルシウム−コラーゲン繊維複合体材料及び該
複合材料を簡便に製造することができる。[0008] As described above, the method for arranging collagen fibers in the long axis direction, and the arranged collagen fiber-calcium phosphate compound composite material and the method for producing the same according to the present invention dissolve collagen fibers and prepare collagen in an elongated container. After arranging the collagen fibers in the longitudinal direction by precipitating the fibers and performing insolubilization,
Next, the collagen surface is uniformly coated with calcium phosphate by immersing it in an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions. The collagen fibers can be arranged and densely coated with the collagen fibers. Therefore, the calcium phosphate compound and the collagen fiber as the base material are in intimate contact with each other, and the collagen fibers are arranged in the long axis direction, and have excellent mechanical properties in the long axis direction. A collagen fiber composite material and the composite material can be easily manufactured.
【０００９】本発明は冒頭で説明したように、コラーゲ
ン繊維を一方向に配列し、配列したコラーゲンへリン酸
カルシウムを析出させることにより、機械的特性の向上
したリン酸カルシウム−コラーゲン繊維複合材料を製造
するための技術を提供するものである。また、基材のコ
ラーゲン繊維に対し微細なリン酸カルシウム化合物がコ
ラーゲン繊維一面に強固に付着しているコラーゲン繊維
−リン酸カルシウム化合物複合材料を提供するものであ
る。また、この方法によれば、コラーゲンを溶解した溶
液の温度を４℃以下の低温から室温まで上げ、更にコラ
ーゲン繊維を水溶液に比較的低温に保持し漬けておくだ
けという比較的簡便な操作で基材の長軸方向に並列に配
列させたコラーゲン繊維にリン酸カルシウム化合物を均
一にコーティングすることができる。As described at the outset, the present invention provides a method for producing a calcium phosphate-collagen fiber composite material having improved mechanical properties by arranging collagen fibers in one direction and depositing calcium phosphate on the arranged collagen. Offering technology. Another object of the present invention is to provide a collagen fiber-calcium phosphate compound composite material in which a fine calcium phosphate compound is firmly adhered to one surface of the collagen fiber with respect to the collagen fiber of the base material. Further, according to this method, the temperature of the solution in which collagen is dissolved is raised from a low temperature of 4 ° C. or less to room temperature, and the collagen fibers are kept in a solution at a relatively low temperature and immersed in a relatively simple operation. A calcium phosphate compound can be uniformly coated on collagen fibers arranged in parallel in the longitudinal direction of the material.
【００１０】[0010]
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明を具体的に
説明するが、本発明は当該実施例によって何ら限定され
るものではない。EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to the examples.
【００１１】実施例１ （１）長軸方向に配列したコラーゲン繊維の製造 コラーゲン小片１ｇを、希塩酸水溶液２００ｍＬに溶解
した。溶液を径２ｃｍ、高さ１５ｃｍの試験管に入れ、
４℃以下の低温まで冷却した。次に、水酸化ナトリウム
水溶液を加え中和した。中和した水溶液を、２時間で３
７℃まで徐々に温度を上げた。以上の操作により、試験
管の中に長さ数ｃｍの一方向に配列したコラーゲン繊維
が析出する。更に、１０ｗの殺菌灯の下で、４時間紫外
線を照射することにより不溶化した。紫外線を照射せず
室温で３日間放置すると、吸光度は０．８から０．３へ
低下し、析出したコラーゲンが分解したことを示すが、
紫外線を照射すると吸光度は低下せず、不溶化したこと
が確認できた。このようにして得られたコラーゲン繊維
は、走査型電子顕微鏡観察の結果、繊維の成長方向が一
方向である様子が観察された。吸光度は、６６０ｎｍで
の波長域の光の透過性を透明溶液を参照試料に用いて、
比較することにより得た。走査型電子顕微鏡は、収束電
子線を試料表面に走査して、放出される２次電子、反射
電子を検出器に受け、走査と同期してブラウン管に写し
出すもので、試料表面の形態観察を高倍率で行うことが
できる。Example 1 (1) Production of Collagen Fibers Arranged in the Longitudinal Direction One gram of collagen pieces was dissolved in 200 mL of a dilute hydrochloric acid aqueous solution. Put the solution in a test tube 2 cm in diameter and 15 cm in height,
It was cooled to a low temperature of 4 ° C or less. Next, an aqueous sodium hydroxide solution was added for neutralization. The neutralized aqueous solution was
The temperature was gradually raised to 7 ° C. By the above operation, collagen fibers arranged in one direction with a length of several cm are deposited in the test tube. Further, it was insolubilized by irradiating with ultraviolet light for 4 hours under a 10-w germicidal lamp. When left at room temperature for 3 days without UV irradiation, the absorbance decreased from 0.8 to 0.3, indicating that the precipitated collagen was decomposed,
Irradiation with ultraviolet light did not decrease the absorbance, confirming that it was insolubilized. As a result of scanning electron microscope observation, the collagen fibers thus obtained were observed to have a fiber growth direction in one direction. The absorbance is determined by using the transparency of a light solution in the wavelength range at 660 nm as a reference sample using a transparent solution.
Obtained by comparison. A scanning electron microscope scans a sample surface with a converging electron beam, receives emitted secondary electrons and reflected electrons on a detector, and projects them on a CRT in synchronization with the scanning. It can be done at magnification.
【００１２】（２）リン酸カルシウム化合物コーティン
グ複合体の製造 次に、上記生成物（Ｉ型コラーゲン繊維）を、０．００
１５ｍｏｌＬ−１のリン酸イオンと０．０３７５ｍｏｌ
Ｌ−１のカルシウムイオンを含む溶液に３６．５℃で３
日漬けた。走査型電子顕微鏡観察の結果、コラーゲン繊
維上に緻密に被覆物が密着していることが観察され、マ
イクロフーリエ変換赤外分光分析によると水酸アパタイ
トの吸収スペクトルを示し、元素分析の結果カルシウム
とリンの比は１．７であり、これらによるとコラーゲン
繊維上の生成物は、水酸アパタイトであった。マイクロ
フーリエ変換赤外分光分析は、以下のようにして行っ
た。試料への照射光を１０から５０ミクロンに絞り、試
料からの赤外領域の光を光干渉計に入れ、出てくる光の
強度を可動鏡の移動距離の関数として測定し、そのフー
リエ変換によってスペクトルを得た。また、走査型電子
顕微鏡においてエネルギー分散分析により微小部の元素
分析を併せて行うことができる。また、耐水試験とし
て、毎分３リットルの流水で１０分間の条件で水洗して
も生成物のコラーゲン繊維からの脱離は観察されなかっ
た。(2) Production of Calcium Phosphate Compound Coating Composite Next, the above product (type I collagen fiber) was
15molL-1 phosphate ion and 0.0375mol
A solution containing calcium ions of L-1 at 36.5 ° C.
Pickled. As a result of scanning electron microscope observation, it was observed that the coating was closely adhered to the collagen fibers, and the micro Fourier transform infrared spectroscopy showed an absorption spectrum of hydroxyapatite. The phosphorus ratio was 1.7, according to which the product on the collagen fibers was hydroxyapatite. Micro Fourier transform infrared spectroscopy was performed as follows. The irradiation light on the sample is reduced to 10 to 50 microns, the light in the infrared region from the sample is input to the optical interferometer, and the intensity of the emitted light is measured as a function of the moving distance of the movable mirror. A spectrum was obtained. In addition, elemental analysis of a minute portion can be performed by energy dispersion analysis in a scanning electron microscope. Further, as a water resistance test, detachment of the product from the collagen fibers was not observed even after washing with 3 liters of flowing water per minute for 10 minutes.
【００１３】実施例２ （１）長軸方向に配列したコラーゲン繊維の製造 コラーゲン小片１５ｇを、希塩酸水溶液２００ｍＬに溶
解した。溶液を径２ｃｍ、高さ１５ｃｍの試験管に入
れ、４℃以下の低温まで冷却した。次に、水酸化ナトリ
ウム水溶液を加え中和した。中和した水溶液を、２時間
で37℃まで徐々に温度を上げた。以上の操作により、試
験管の中に長さ数ｃｍの一方向に配列したコラーゲン繊
維が析出する。更に、１０ｗの殺菌灯の下で、４時間紫
外線を照射することにより不溶化した。紫外線を照射せ
ず室温で３日間放置すると、吸光度は０．８から０．３
へ低下し、析出したコラーゲンが分解したことを示す
が、紫外線を照射すると吸光度は低下せず、不溶化した
ことが確認できた。このようにして得られたコラーゲン
繊維は、走査型電子顕微鏡観察の結果、繊維の成長方向
が一方向である様子が観察された。吸光度は、６６０ｎ
ｍでの波長域の光の透過性を透明溶液を参照試料に用い
て、比較することにより得た。走査型電子顕微鏡は、収
束電子線を試料表面に走査して、放出される２次電子、
反射電子を検出器に受け、走査と同期してブラウン管に
写し出すもので、試料表面の形態観察を高倍率で行うこ
とができる。Example 2 (1) Production of Collagen Fibers Arranged in the Longitudinal Direction 15 g of a small piece of collagen was dissolved in 200 mL of a dilute hydrochloric acid aqueous solution. The solution was placed in a test tube having a diameter of 2 cm and a height of 15 cm and cooled to a low temperature of 4 ° C or lower. Next, an aqueous sodium hydroxide solution was added for neutralization. The temperature of the neutralized aqueous solution was gradually raised to 37 ° C. in 2 hours. By the above operation, collagen fibers arranged in one direction with a length of several cm are deposited in the test tube. Further, it was insolubilized by irradiating with ultraviolet light for 4 hours under a 10-w germicidal lamp. When left at room temperature for 3 days without UV irradiation, the absorbance is 0.8 to 0.3.
This indicates that the precipitated collagen was decomposed, but the UV absorbance did not decrease the absorbance, indicating that the collagen was insolubilized. As a result of scanning electron microscope observation, the collagen fibers thus obtained were observed to have a fiber growth direction in one direction. Absorbance is 660n
The transmission of light in the wavelength range at m was obtained by comparison using the transparent solution as a reference sample. A scanning electron microscope scans a sample surface with a focused electron beam and emits secondary electrons,
The reflected electrons are received by a detector and are projected onto a CRT in synchronization with scanning, so that morphological observation of the sample surface can be performed at high magnification.
【００１４】（２）リン酸カルシウム化合物コーティン
グ複合体の製造 次に、上記生成物（Ｉ型コラーゲン繊維）を、０．００
１５ｍｏｌＬ−１のリン酸イオンと０．０３７５ｍｏｌ
Ｌ−１のカルシウムイオンを含む溶液に３６．５℃で３
日漬けた。走査型電子顕微鏡観察の結果、コラーゲン繊
維上に緻密に被覆物が密着していることが観察され、マ
イクロフーリエ変換赤外分光分析によると水酸アパタイ
トの吸収スペクトルを示し、元素分析の結果カルシウム
とリンの比は１．７であり、これらによるとコラーゲン
繊維上の生成物は、水酸アパタイトであった。生成物を
真空乾燥し、得られた試料は、曲げ強度は５０ＭＰａか
ら１００ＭＰａ、弾性率は２ＧＰａから２０ＧＰａと生
体骨に近い値を示した。マイクロフーリエ変換赤外分光
分析は、以下のようにして行った。試料への照射光を１
０から５０ミクロンに絞り、試料からの赤外領域の光を
光干渉計に入れ、出てくる光の強度を可動鏡の移動距離
の関数として測定し、そのフーリエ変換によってスペク
トルを得た。また、走査型電子顕微鏡においてエネルギ
ー分散分析により微小部の元素分析を併せて行うことが
できる。また、耐水試験として、毎分３リットルの流水
で１０分間の条件で水洗しても生成物のコラーゲン繊維
からの脱離は観察されなかった。(2) Production of Calcium Phosphate Compound Coating Composite Next, the above product (type I collagen fiber) was
15molL-1 phosphate ion and 0.0375mol
A solution containing calcium ions of L-1 at 36.5 ° C.
Pickled. As a result of scanning electron microscope observation, it was observed that the coating was closely adhered to the collagen fibers, and the micro Fourier transform infrared spectroscopy showed an absorption spectrum of hydroxyapatite. The phosphorus ratio was 1.7, according to which the product on the collagen fibers was hydroxyapatite. The product was vacuum-dried, and the obtained sample had a flexural strength of 50 MPa to 100 MPa and an elastic modulus of 2 GPa to 20 GPa, which were close to those of living bone. Micro Fourier transform infrared spectroscopy was performed as follows. Irradiate the sample with 1
The aperture was squeezed to 0 to 50 microns, the light in the infrared region from the sample was injected into the optical interferometer, and the intensity of the emitted light was measured as a function of the distance traveled by the movable mirror, and the spectrum was obtained by Fourier transform. In addition, elemental analysis of a minute portion can be performed by energy dispersion analysis in a scanning electron microscope. Further, as a water resistance test, detachment of the product from the collagen fibers was not observed even after washing with 3 liters of flowing water per minute for 10 minutes.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、長軸方
向に並列に配列したコラーゲン繊維を、カルシウムイオ
ンとリン酸イオンを含む水溶液に漬けることによりコラ
ーゲン繊維上にリン酸カルシウムを均一にコーティング
させることを特徴とするコラーゲン繊維を基材としたリ
ン酸カルシウム化合物コーティング複合体及びその製造
方法、に関わるものであり、本発明によれば、基材のコ
ラーゲン繊維に被覆層のリン酸カルシウム化合物が密着
し、かつ基材のコラーゲン繊維がその長軸方向に平行に
配列させることができる。そのため、長軸方向の力学的
特性が優れるとともに、従来のセラミックスあるいは金
属をベースにした生体材料と比べ、生体骨に近い力学的
特性を有するリン酸カルシウム化合物−コラーゲン繊維
複合材料を製造することができる。また、この方法によ
れば、コラーゲン繊維を水溶液に比較的低温に保持し漬
けておくだけという比較的簡便な操作で基材のコラーゲ
ン繊維にリン酸カルシウム化合物を均一にコーティング
することができる。As described above in detail, the present invention provides a method for coating collagen fibers uniformly on collagen fibers by immersing collagen fibers arranged in parallel in the longitudinal direction in an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions. The present invention relates to a calcium phosphate compound coating composite based on collagen fibers and a method for producing the same, which is characterized by being made to adhere.According to the present invention, the calcium phosphate compound of the coating layer adheres to the collagen fibers of the substrate, Moreover, the collagen fibers of the base material can be arranged in parallel to the major axis direction. Therefore, it is possible to produce a calcium phosphate compound-collagen fiber composite material having excellent mechanical properties in the major axis direction and having mechanical properties closer to that of living bone as compared with conventional biomaterials based on ceramics or metals. Further, according to this method, the collagen fibers as the base material can be uniformly coated with the calcium phosphate compound by a relatively simple operation of keeping the collagen fibers in the aqueous solution at a relatively low temperature and immersing them.
Claims (4)
方法であって、コラーゲンを酸性水溶液中で溶解し、得
られた透明な溶液を細長い容器に移し、４℃以下の低温
に保持しつつ溶液を中和し、その後、溶液の温度を４℃
以下の低温から次第に昇温し、細長い容器中でコラーゲ
ン繊維を析出させ、次いで析出したコラーゲン繊維を不
溶化することにより長軸方向に配列させる方法。1. A method for arranging collagen fibers in a longitudinal direction, comprising dissolving collagen in an acidic aqueous solution, transferring the obtained transparent solution to an elongated container, and keeping the solution at a low temperature of 4 ° C. or lower. And then raise the temperature of the solution to 4 ° C.
A method in which the temperature is gradually raised from the following low temperature, collagen fibers are precipitated in an elongated container, and then the precipitated collagen fibers are insolubilized to be arranged in the long axis direction.
列に配列させたコラーゲン繊維（但し、コラーゲン繊維
は、Ｉ型コラーゲン繊維である。）を、カルシウムイオ
ンとリン酸イオンを含む水溶液に漬けることにより、コ
ラーゲン繊維上にリン酸カルシウムを均一にコーティン
グさせることを特徴とするコラーゲン繊維を基材とした
リン酸カルシウム化合物コーティング複合体の製造法。2. The method according to claim 1, wherein the collagen fibers (collagen fibers are type I collagen fibers) arranged in parallel in the longitudinal direction are converted into an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions. A method for producing a calcium phosphate compound-coated complex based on collagen fibers, wherein the collagen fibers are uniformly coated on the collagen fibers by immersion.
イオンとリン酸イオンを含む水溶液に漬ける際のカルシ
ウム濃度は０．００２ ｍｏｌＬ−１〜０．０８ ｍｏ
ｌＬ−１、リン酸濃度は０．０１ ｍｏｌＬ−１〜０．
０４ ｍｏｌＬ−１、保持温度は２０〜５０℃、保持時
間は１〜１４日である請求項２記載のコラーゲン繊維を
基材としたリン酸カルシウム化合物コーティング複合体
の製造法。3. The calcium concentration when the arranged collagen fibers are immersed in an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions has a calcium concentration of 0.002 mol L-1 to 0.08 mol.
IL-1 and phosphoric acid concentration are 0.01 molL-1 to 0.1 molL-1.
The method for producing a calcium phosphate compound-coated complex based on collagen fibers according to claim 2, wherein the holding temperature is 20 to 50 ° C and the holding time is 1 to 14 days.
り製造して成るコラーゲン繊維を基材としたリン酸カル
シウム化合物コーティング複合体。4. A calcium phosphate compound-coated composite based on collagen fibers produced by the production method according to claim 2.
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| JP8303577A JP2869528B2 (en) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | Collagen fiber-calcium phosphate compound composite material and method for producing the same |
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| JPH10127753A true JPH10127753A (en) | 1998-05-19 |
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