JPH10508572A - 酸化カルシウム含有量の低い海綿骨セラミックスの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、酸化カルシウムの含有量が低い海綿骨セラミックスの製造法に関する。骨材の無機化工程と焼結セラミックス化工程の間で、脱イオン水を用いて抽出洗浄操作を行い、それによって無機化骨マトリックスから酸化カルシウム成分を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】 酸化カルシウム含有量の低い海綿骨セラミックスの製造法 本発明は、酸化カルシウム含有量の低い海綿骨セラミックスの製造法に関する 。 セラミックスを形成させるために焼結した無機化骨は、比較的古くから骨の代 用材として優れていることが知られている。骨のセラミックスに関しては、当然 化学的組成、構造的組成および天然の骨と比較した機械的強さについて多くの報 告がある。さらに、海綿骨セラミックスは特に骨形成性が高いことが知られてい る。海綿骨セラミックスの多孔性で、相互に絡み合った索状構造はセラミックス 上またはその内部に新しい骨が形成され易く、そのため移植の過程で広範なコロ ニー形成があり、したがってセラミックス移植片の組み込みが起こる。したがっ て、動物起源の骨から製造した骨のセラミックスは骨接合術および疾病または事 故により損傷を受けた骨の再形成に骨代用材としてますます広く使用されている 。 動物の骨を用いた骨セラミックスの一般的な製造は、まず付着軟組織を機械的 に除去した特定の骨または骨片を凍結し、これらの骨または骨片を鋸で適当な形 および大きさにおおまかに切断し、全ての有機成分を除去して無機化して行う。 無機化の工程は、まず水で数回煮沸した骨から始まる。その後、例えばEP 0 141 004に記載されているように、例えば脂肪可溶性またはタンパク可溶性溶媒およ び/または過酸化水素による処理を行う。特に単純で、効果的な方法は、熱の作 用によって骨の有機成分を分解し、得られた炭素をさらに過剰量の酸素の存在下 で完全に燃焼させることによる熱分解無機化である。骨の熱分解においては、５ ００〜１０００℃の温度が一般的である。骨の無機化についで、一般的に８００ 〜１４００℃の温度で焼結を行い、セラミックスを得る。焼結工程のみで、材料 の目的とする最終的な強度が得られる。上記の手順の過程で、もとの骨の多孔性 構造を可能な限り保つように特に注意を払う必要がある。海綿骨材を海綿骨セラ ミックスに転換するためには、特異的な温度管理および酸化または還元雰囲気に よって特に温和な熱分解が可能な、DE 37 27606に記載されている工程にしたが って行うのが望ましい。 かなりの量の酸化カルシウム（例えば、X-線解析で検出可能）とともに主要相 のヒドロキシアパタイトが存在すると、骨のセラミックス化が制御不可能なほど 不安定化する傾向が認められている。これは、酸化カルシウムの濃度が５％を超 える場合に起こる。酸化カルシウムが水酸化カルシウムに変換されると、例えば 裸で保存したときまたは移植後の生体内で周囲の水分の形態で水を吸収し、容積 が著しく増加する。含有量の割合にもよるが、この過程でセラミックスを完全に 破壊させる場合もある。骨セラミックス中の酸化カルシウムの割合は天然のパラ メータに従って変動し、動物の個体および系統によって異なる。酸化カルシウム は天然の骨に存在する炭酸カルシウムによって生成し、熱分解および焼結の過程 で酸化カルシウムに変換される。 DE 40 28 683には、焼結前に有機酸水溶液、特にクエン酸水溶液による無機化 骨材料の処理が記載されている。この段階で材料から酸化カルシウム成分を溶出 させることにより、焼結後に得られた骨セラミックス中のヒドロキシアパタイト の含有量を、X-線解析で９９％を超えるようにする。 この手順はきわめて有効で、安定な骨セラミックスが得られるが、欠点がない わけではない。これらの欠点は、第一に工程管理にある。特に熱分解無機化の場 合、酸処理を行い、必要な洗浄操作を行うために材料をまず室温まで冷却する必 要がある。その後、焼結するために再び材料をはじめから加熱しなければならな い。これらの操作は、時間とエネルギーを浪費する。さらに、酸液の調製および 消費、材料を洗浄して中和するために用いる洗浄水の消費は、製造コストを増加 させる。また、酸処理段階の管理および測定は単純ではない。一方、この段階で ほとんど全ての酸化カルシウムが溶出し、他方でヒドロキシアパタイトマトリッ クスはほとんどまたは全く酸による影響を受けないよう気をつける必要がある。 工程のこの段階では、海綿状微細構造は十分固化していないので、きわめて敏感 である。したがって、本発明の目的には従来の手順の上記のような欠点を減らす ことでもある。 驚くべきことに、無機化骨マトリックス中に存在する酸化カルシウム成分は、 骨マトリックスを１０〜８０℃の脱イオン水で４時間〜７日間洗浄することによ って容易に除去できることを発見した。したがって、酸、特にクエン酸水溶液に よる酸化カルシウムの溶出は不必要であることを発見した。 したがって、本発明は、小片に切断した海綿骨を全ての有機成分の除去によっ て無機化し、無機化した骨マトリックスを焼結してセラミックスとするこの製造 法において、無機化した骨マトリックスから酸化カルシウム成分を除去するため に無機化した骨マトリックスを１０〜８０℃の脱イオン水で４時間〜７日間抽出 洗浄に供することを特徴とする酸化カルシウム含有量の低い海綿骨セラミックス の製造法を提供するものである。 本発明の製造法は、実施面ではDE 40 28 683に記載されている方法とよく似て いる。本法の唯一異なる点は、骨の無機化とセラミックス化のための焼結の間に 行う酸処理段階を脱イオン水処理で置き換えることである。脱イオン水はそれ自 体よく知られ、容易に入手することができる。脱イオン水は天然水から公知の方 法、例えば一段階または多段階の蒸留および/またはイオン交換を用いた溶存無 機塩の除去によっていくらでも製造することができる。一般に、脱イオン水は弱 酸性で、pHは約６．０である。このような脱イオン水の弱酸性が無機化骨マトリ ックスから酸化カルシウムを抽出洗浄する上で都合がよいものと推察される。 抽出洗浄操作にあたって、脱イオン水を入れた適当な大きさの水槽に切断した 無機化骨材を移し、適切な温度で、十分かつ適切と思われる時間放置する。水槽 の循環または撹拌は、可溶性成分の溶出を促進する。骨材１ｋｇあたり水１０Ｌ の比で、１０〜８０℃の水槽温度で４時間〜７日間の処理を行うと十分かつ好都 合である。洗浄水を１回または数回交換するか、または新鮮な脱イオン水を連続 的に流しても、良好な結果が得られ、処理時間を短縮することができる。この手 順は、骨マトリックスに存在するか、または存在すると思われる酸化カルシウム をほとんど完全に除去することができ、実際上残留はない。一般に、骨に存在す る天然の酸化カルシウムの量は５〜１０％の範囲にある。最終的に得られたセラ ミックスをX-線解析で分析すると、材料中のヒドロキシアパタイトの含有量は９ ５％を超え、一般に９７〜９９％の範囲にあった。酸化カルシウムは、存在して いても痕跡量であった。 本発明に係わる製造法は、同じ結果を得るために従来必要とされたかなりの量 の酸を節約することができる。さらに、材料を中和するための後洗浄操作を省く ことができ、したがってさらにコストおよび時間を節約することができる。さら に、本発明に係わる製造法は、ヒドロキシアパタイトが脱イオン水処理によって 影響を受けないので、実質的温和である。 抽出洗浄操作の後、骨片を乾燥し、従来の方法にしたがって焼結し、セラミッ クスを得る。 実施例 屠殺直後のウシから採取し、軟組織を除去した骨原料を約３０x ３０x１００ ｍｍの大きさの長方形の骨片に切断し、約１時間３回熱湯で煮沸した。 ついで骨片を１１０℃で６時間乾燥した。つぎに、これらを窒素中で９時間か けて４５０℃に加熱した。その後２０時間かけて４５０℃から６００℃まで加熱 し、その間に雰囲気を直線的に酸素で置換し、さらに９００℃で５時間加熱した 。冷却後、骨片を脱イオン水槽中に置き（骨材ｋｇあたり１０Ｌ）、撹拌しなが ら２０℃で４８時間処理した。この処理の後、骨片を脱イオン水で３回洗浄した 。 最終の焼結を行うため、骨片を２１時間かけて１２５０℃に加熱し、この温度 に３時間保った後、放冷させた。 得られた骨セラミックス片は、もとの海綿骨の多孔性構造を保持していた。X- 線解析によると、セラミックスのヒドロキシアパタイトの含有量は約９９％であ った。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＮ，ＣＺ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 アルメイダ，アントニオ ドイツ連邦共和国 64354 ラインハイム シェファーヴェーク 13 (72)発明者 タウバーテ，イロナ ドイツ連邦共和国 64342 ゼーハイム− ユーゲンハイム パウアーヴェーク 32 (72)発明者 ヴァーゲンクネヒテ，ロルフェ ドイツ連邦共和国 64291 ダルムシュタ ット フランクフルター ランドシュトラ ーセ 227 (72)発明者 エーバーレ，ヴィルヘルム ドイツ連邦共和国 64289 ダルムシュタ ット パンクラティウシュットラーセ 32

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 小片に切断した海綿骨を全ての有機成分を除去することによって無機化し、つ いで無機化した骨マトリックスを焼結してセラミックスとする工程で、無機化骨 マトリックスから酸化カルシウム成分を除去するために無機化骨マトリックスを １０〜８０℃の脱イオン水で４時間〜７日間抽出洗浄することを特徴とする酸化 カルシウム含有量の低い海綿骨セラミックスの製造法