JPS5858041A - 骨欠損部及び空隙部充てん材 - Google Patents

骨欠損部及び空隙部充てん材

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JPS5858041A
JPS5858041A JP56158300A JP15830081A JPS5858041A JP S5858041 A JPS5858041 A JP S5858041A JP 56158300 A JP56158300 A JP 56158300A JP 15830081 A JP15830081 A JP 15830081A JP S5858041 A JPS5858041 A JP S5858041A
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bone
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porous body
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啓泰 竹内
大久保 義孝
福田 恭彬
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Mitsubishi Mining and Cement Co Ltd
Mitsubishi Industries Cement Co Ltd
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Mitsubishi Mining and Cement Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は医用材料、特に生体の骨腫瘍その他によって生
ずる骨欠損部及び空隙部に充てんし、当該個所の新生骨
の形成を促進し、損傷個所の治癒後に於て、生体の骨組
織と一体化する骨欠損部及び空隙部充てん材に関する。
高度な粉砕骨折や骨腫瘍の切除などに伴い、骨に欠損あ
るいは空隙を生じ、当該個所の補綴を必要とするケース
が外科あるいは整形外科の分野においてしばしば見うけ
られる。従来ががる場合においては、患者本人の腸骨な
どから海綿状の自家骨を採取して、骨欠損個所等にこれ
を充てんし、骨組織の回復治癒を単める手法が採用され
ている。
しかし、該方法によれば患者の損傷個所以外の骨組織を
切除して用いる必要があシ、患者の苦痛は大きく、また
手術に当って多大の労力を要する。
さらに、広範な骨欠損部等を充てんするに十分な量の自
家骨を採取できるとは限らず、不足分については何らか
の代用物をもってこれに充当する必いずれも拒絶反応を
伴うなどの問題点があシ、術後の経過は必ずしも良好と
はいえない。
このようなことから、骨欠損部及び空隙部に充てんした
場合生体適合性に優れ、当該欠損個所並びにその周辺部
における遺骨作用を促進し、骨組織欠損個所の構造機能
を修復及び回復せしめ不人工材料の開発が望まれている
従来、生体の硬組織代替物質としては、各種合体内にお
けるきびしい環境下で溶解や劣下などの変化を生じ、毒
性や異物反応を伴うことなどから、現在では生体との親
和性に優れ、かつ上記の欠点の少ないセラミック系材料
が用いられつつある。
このセラミック系材料の中でも生体適合性に優れたアル
ミナ、カーゼン、リン酸三カルシウム(Ca3(PO4
)2)あるいはヒドロキシアパタイト(Ca3(PO4
)30H)の焼結体若しくは単結晶からなる人工骨、人
工歯根などが開発され注目を集めている。
これらの焼結体若しくは単結晶を骨欠損部及び空隙部に
充てんする試みもなされているが、実際治療を必要とす
る骨欠損部の形状は一定でなく、かつ複雑な形状をして
いることが多く、その形状に適合するようこれらの焼結
体若しくは単結晶を加工することは困難であシ、さらに
、たとえばアルミナの焼結体若しくは単結晶を充てんし
た場合には充てんした周囲の骨組織よシも著しく硬いた
め光てん材周辺でその刺激による骨吸収がおこり、ルー
ズニングなどの問題が生じ、いまだ実用の域には達して
いない。
さらに動物の骨を焼成することによシ多孔体とし、これ
全光てん材として使用することも考えられているが、生
体と拒絶反応を起こさない充てん材としての多孔体を作
製するには高温で骨を焼成し完全に有機物を除去したも
のを使用する必要がある。この高−成によ広動物の骨の
無機成分であるリン酸カルシウム化合物は焼結し、得ら
れる多孔体は生体組織中における有機物が存在した部分
がそのまま気孔とはならず、気孔径はこれよシ小さなも
のしか得られない。″また動物の骨に含まれる有機成分
は約35%と一定であシ、これ以上の高気孔率を有する
多孔体を動物の骨から作ることは不可能である。これら
の理由によシ、動物の骨を骨欠損部の充てん材として使
用したとしても、気孔径が小さくなることから気孔内へ
の骨形成成分の進入は困難であり、かつ、部分的に骨形
成成分が進入できたとしても腰元てん材と骨組織が一体
化するまでには腰元てん材の気孔率が約35チと低いた
め長期間を必要とすることとなる。
一方、有機物多孔体にセラミック粉末で付着させ連続多
孔体とし、これを焼成して有機物多孔体を除くことによ
シ、高気孔率のセラミック多孔体を得る方法がある。し
かし該方法によってリン酸カルシウム多孔体を得たとし
ても、該多孔体は高気孔率のものしか得られず、したが
って強度が低く、取扱いに不便であシ、充てん材として
使用する場合、たとえば手術時において骨欠損部等の形
状にあわせ加工することは容易でないという欠点がある
従って、本発明の一つの目的は強度が大であシ、充てん
個所の形状に適合した形状に加工しゃすく且つ生体適合
性にすぐれ、しかも異物反応を伴わず、特に短期間に骨
組織を形成し、充てん材自体が生体と早期に一体化され
る骨欠損部及び空隙部充てん材を提供することにある。
本発明の他の目的は充てん材の気孔内へのコラーゲンの
侵入が特に速かであシ、充てん材自体が速かに固定され
る骨欠損部及び空隙部充てん材を提供することKある。
本発明の他の目的は充てん部における遺骨作用を促進し
、骨組織欠損部分の構造及び機能を特に速やかに修復及
び回復せしめる骨欠損部及び空隙部充てん材を提供する
ことにある。
本発明の更に別の目的は新生骨の生成が特に速やかに行
われる骨欠損部及び空隙部充てん材を提供することKあ
る。
本発明の上記及びその他の目的は以下の記載から明白と
なる。
本発明によれば、三次元の連続気孔を有するリン酸カル
シウム化合物の海綿状多孔体の前記連続気孔壁面にコラ
ーゲンを付着固化せしめてなシ、コラーゲン付着固化後
の連続気孔の口径寸度が50μm乃至500μmで1)
且つ気孔率が40%乃至97チであることを特徴とする
骨欠損部及び空隙部充てん材が提供される。
以下本発明を詳述する。
本発明者らはリン酸カルシウム化合物を骨欠損部及び空
隙部に充てんすると新生骨が当該個所に生成することか
ら、まずこのリン酸カルシウム化合物の骨形成能力を利
用することに着目した。本発明に使用し得るリン酸カル
シウム化合物としては、例えばCa(HPO4)2、C
aHPO4、CaI(Po4・2H2o、Ca2P2O
7、Ca3(PO4)2、Ca5(Po4)3oH1c
a4o(Po4)2等があげられ、これらを単独若しく
は2種以上の混合物として用いることができる。これら
の化合物ノウチ、リン酸三カルシウム〔Ca3(Po4
)2〕、ヒドロキシアノぐタイト〔Ca5(PO4)3
oH〕、リン酸四カルシウム〔Ca40(PO4)2〕
  を用いた場合、特に新生骨の生成が早く好ましい化
合物であると言える。
最も好ましい化合物はこれらの中でも特に新生骨の生成
が早いヒドロキシアパタイトであシ、中でも500℃以
上14000以下、特に好ましくは700℃乃至130
0℃で熱処理して得たヒドロキシアパタイトが特に新生
骨の生成が早く好ましい。また本発明にて使用し得るリ
ン酸カルシウム化合物は公知の製造方法にょフ人工的に
合成されたものであっても、動物の骨などを粉砕して得
られる天然のものを用いてもよい。
本発明では、リン酸カルシウム化合物を多孔体として用
いるが、該多孔体の形状は三次元の連続気孔を有する海
綿状多孔体とする。特に、該多孔体の連続気孔が三次元
の連鎖球状であると、球状部と球状部との連接部に骨芽
細胞が付着しゃすく、新生骨が速かに形成されるので好
ましい。
本発明に用いる上述のリン酸カルシウム化合物の海綿状
多孔体は、空孔が連続しておシ、かつ三次元の網状構造
を有する有機質多孔体にスラリー状のリン酸カルシウム
化合物を含浸させたのち、乾燥し、該有機質多孔体を加
熱して除去することによシ得ることができる。この場合
、適宜所望とする三次元の網状構造を有する有機質多孔
体を選択することにより、連鎖球状の連続気孔を有する
リン酸カルシウム化合物の海綿状多孔体を得ることがで
きる。
本発明によれば、前述のリン酸カルシウム化合物の海綿
状多孔体にコラーゲンを付着固化することを特徴とする
コラーゲンは生体の硬組織の有機成分を構成する成分で
あフ、ペプシンで溶解して酸性とすることによシ溶液状
態となるが、該溶液を中性若しくは塩基性とすると、溶
液から繊維状の沈殿物としてコラーゲンが析出するとい
う性質を有することが知られている。
本発明ではコラーゲンの該性質を利用する。すなわち、
コラーゲンをペプシ/にて溶解して酸性溶液とし、該酸
性溶液に三次元の連続気孔を有するリン酸カルシウム化
合物の海綿状多孔体ta潰させ、該連続気孔の壁面にコ
ラーゲンを付着させる。この場合、リン酸カルシウム化
合物は弱塩基性の物質であフ、このためコラーゲンを含
む酸性溶液に該化合物の海綿状多孔体全浸漬すると、す
みやかに該化合物と酸性溶液とが反応し、ただちに気孔
壁表面近傍に゛おいて中和がおこシ、このためコラーゲ
ン金倉む溶液から選択的に該気孔壁面にコラーゲンが付
着することとなる。
コラーゲンは上述のように酸性溶液状態で使用するが、
該溶液のpHは1〜5、特に2〜3の範囲にあることが
好ましい。虜が1未満の場合にはすン酸カルシウム化合
物が多量に溶液にとけ、リン酸カルシウム化合物からな
る多孔体が崩壊する恐れがあシ、一方pH5を越える場
合にはコラーゲン全溶液状態としておくことが困難とな
るからである。
コラーゲンは0.1〜2.Owt%のコラーゲン濃度を
有する酸性溶液の状態で使用することが好ましい。コラ
ーゲン濃度がQ、1wt%よシ低くなると補強の効果が
十分でなくなシ、一方、2.Owt%をこえた場合は、
溶液の粘度が高すぎるため、多孔体内部にまでコラーゲ
ンが進入しにくくなシ、均一な補強の効果が期待できな
いことがy÷l’r”;fig“9ゲン濃度が高い場合
には、海綿状多孔体の気孔内部にまで均一にコラーゲン
溶液を侵入させるため減圧下で浸漬させることが望まし
い。
多孔体に付着固化させるためのコラーゲンはどんな動物
から採取したコラーゲンであってもかまわないし、また
、いずれの生体組織よシ採取したものであってもよいが
、本来のコラーゲン構造からテロペゾタイトヲ除去した
コラーゲンが異物反かようにしてコラーゲンを付着させ
た海綿状多孔体は室温、常圧下若しくは減圧下で乾燥さ
せることによシ気孔壁面に固化させることができる。
リン酸カルシウム化合物の海綿状多孔体の気孔壁面にコ
ラーゲン全付着固化させることにょシ、その壕までは強
度が十分でない海綿状多孔体が靭性を有するコラーゲン
によシ補強され、手術にあたり骨欠損部の形状に合わせ
て適宜切断しても崩壊することなく所望の形状の充てん
材とすることができる。さらに、充てん材にコラーゲン
が付着固化されているため、充てん後周囲の骨組織よシ
充てん村内部に侵入してくるコラーゲンが充てん材に付
着固化されているコラーゲンと合体し、充てん材自体が
速かに治療部位に固定され、骨組織と一体化する時間を
短縮することができる。
本発明によれば、コラーゲンの付着率、すなわちリン酸
カルシウム化合物の海綿状多孔体の気孔の全内表面積尚
シのコラーゲン付着面積の割合は5乃至70%、特に1
0乃至50%であることが望ましい。コラーゲンの付着
率が5%未満ではコラーゲン付着による多孔体の補強効
果が発揮されない場合があり、1fC,前述のコラーゲ
ンの一合体による充てん材の固定効果も期待できないこ
とがある。一方、70%を越えると、コラーゲンの付着
量が多すぎて切断加工が困難となる場合がある他、リン
酸カルシウム化合物の露呈面が少ないため新生骨の形成
が速かに行なわれない傾向がみられる。
本発明では、コラーゲンの付着固化後の充てん材の気孔
径が5olzm乃至500μmであることを要する。気
孔径が50μm未満の場合は、骨形成成分が多孔体内部
に進入できず、また気孔径が500μmf越える場合に
は、気孔径が大きすぎてしまい気孔内には繊維化し之組
織が形成され、新生骨の生成はほとんど認められなくな
る。
更にまた本発明によれば、コラーゲンの付着同化後の充
てん材の気孔率は40%乃至97%であることを要する
。気孔率が40%未満では充てん後骨組織と一体化する
壕での期間が長くなシ、場合によっては気孔径が骨形成
成分の進入に適した径より小さくなってしまうためであ
シ、一方97%を越える場合にはリン酸カルシウムの量
が不足し、コラーゲンを多孔体に付着させるに際し、該
多孔体が崩壊しやすく、かつコラーゲンが付着できたと
しても、該多孔体を治療を必要とする部位に適した形状
に加工するに適した強度を持たせえないためである。
本発明の充てん材を骨欠損部及び空隙部に充てんすると
生体の骨形成成分が多孔体である充てん材内部までほぼ
均一に進入し、異物反応などの副作用を全く生じること
なく、新生骨が速やかに形成され、しかも腰元てん材は
最終的には生体組織に吸収置換され生体組織と一体化す
ることになる。
本発明による充てん材は単に外科用及び整形外科用とし
ての用途のみならず、歯科における歯槽庫漏等における
骨欠損部への使用も当然可能である。
以下本発明全実施例によシさらに具体的に説明する。
〔実施例1〕 乾式法で合成しりIJン酸三カルシウム及びリン酸四カ
ルシウムを48時間ボットミルにて湿式粉   メ砕し
、スラリー状としたもの及び湿式合成によりi作製した
ヒドロキシアパタイトスラリーを連続気   環孔を有
する有機多孔体に付着させ、乾燥し、1100  9℃
で3時間焼成することによシ各種リン酸カルシ  Cラ
ム化合物の多孔体を作製した。          許
このようにして作製した多孔体をpH2,5であって各
々0.05 、0.1 、0.25 、0.5 、1.
0 、2.Owtチの  序コラーゲン濃度を有する溶
液に浸漬し、乾燥させ、  負コラーゲンを多孔体に付
着させ圧縮強度を測定し  五た。なお、1.0 + 
2.0wt%のコラーゲン濃度を有す   −る溶液へ
の浸漬は減圧下で行った。この場合比較  力のためコ
ラーゲンを付着させない多孔体について  形も測定を
行った。                 さ圧縮強
度を測定したと同一試料を用い、手術用スでこれらを切
断したところ、コラーゲンを付させなかったもの及び0
.05wt%のコラーゲン濃を有する −溶液に浸漬し
て得た試料については断時形状を保ちえず崩壊した。0
.1〜2.Owt%コラーゲン濃度を有する溶液に浸漬
して得た試については切断が可能であった。
さらに同様の方法にて3.0wt%のコラーゲン濃を有
する溶液にヒドロキシアパタイトヲ用いて製した多孔体
(焼成条件1100℃、3時間、気、率86%)を減圧
下で浸漬させ、乾燥し、コラゲン全多孔体に付着させた
ものも作製し同様の法で切断をこころみた。この結果、
多孔体の外は形状を保っていたが、内部は崩壊が見られ
た。
らに切断面の観察から多孔体の特に外周部はほんど多孔
体の孔がコラーゲンによ多部分的につっていることがわ
かった。
実施例2〕 湿式法にて作製したヒドロキシアパタイトスラーe有機
質多孔体に含浸させ、乾燥し、300℃。
500℃、700℃、900℃、 1100℃及び13
00℃で各3時間加熱し、6種類の多孔体を得た。この
多孔体を溶液pH2、コラーゲン濃度1.Qwt%の溶
液に浸漬し、充てん材を作製した。各稲光てん材の上記
各稲光てん材を家兎の大腿骨に人工的に作製した骨欠損
部(2+++mψ×5簡L)に充てんし、以後の経過を
観察した。
充てん後3週間経過後の骨欠損部の観察によれば、多孔
体作製時の加熱温度が300℃のものは若干異物反応が
見られるが、これ以外はまったく異物反応は観察されな
かった。これらの中では特に700℃〜1300℃で焼
成した多孔体を使用したものにおいて新生骨の生成が多
く観察された。
〔実施例3〕 湿式法にて合成したヒドロキシアノぐタイトを用い、実
施例1と同様の方法にて(1100℃、3時間焼成)多
種多孔体を作製し、これを溶液pHO、コラーゲン濃度
Q、5 wt%の溶液に浸漬し、ラーゲンを付着固化後
の気孔率20%、40%。
0%、97%の充てん材を作製した。各充てんのコラ−
と〆す七卆1占d化後の気孔口径寸度は各々)0μm、
 140μm + 24(bcm、 340μmであっ
た。こらの各充てん材を犬の大腿骨に人工的に作製し一
骨欠損部に(2IIIIIIψX 4 mm L )充
テンシ、以後の経過を観察した。
充てん後10週間経過後の充てん部位の観察によれば気
孔率が20%の充てん材を充てんした場合を除き、充て
ん材と生体組織との境界は明確でなく、かつ充てん材内
部においても本来の骨組織と一体化していた。気孔率が
20%の場合には充てん材と周囲の骨組織の接する部分
では充てん材と生体組織との境界は不明確であるが、充
てん材内部においては、空孔のまま残っている部分も認
められ、本来の骨組織と一体化するには至っていなかっ
た。
〔実施例4〕 湿式法にて作製したヒドロキシアノξタイトスラIJ 
 i用い、実施例1と同様の方法で(1100℃、3時
間焼成)多孔体を作製した(気孔口径寸度320μm1
気孔率87%)。同様にして作製した多孔体にさらにこ
れにコラーゲンを付着させ、(溶液pH2、コラーゲン
濃度1.0wt%の溶液全使用)、付着固化後の気孔口
径寸度300μm1気孔率80%の充てん材を作製した
。これらの充てん材を犬の大腿骨に人工的に作製した骨
欠損部に(2叫ψ×5 ran L )に充てんし、以
後の経過を観察した。
この結果光てんののち、2週間経過後においてすでに両
光てん材とも新生骨の生感が認められるが、その量はコ
ラーゲンを付着させない多孔体にくらべ、コラーゲンを
付着させた充てん材の方がよシ多く観察された。
〔実施例5〕 湿式法にて合成したヒドロキシアノぐタイトスラ℃、3
時間焼成)種々の気孔径をもつ多孔体を作製し、これに
溶液pH2、コラーゲン製産1.Owt%の液中に減圧
とした容器内で浸漬させ、充てん材を作製した。このよ
うにして作製した充てん材のコラーゲン付着固化後の気
孔径は28μm、50μm。
120μ”tao□μm、500μm、l■であった。
コラーゲン付着固化後の気孔率は各々次の2通シであっ
た。
このようにして得た充てん材を犬の大腿骨に人為的に作
製した欠損部(3瓢ψX 4 mn L )に充てんし
、2週間後の新生骨の状態を観察した。その結果、充て
ん材の気孔径が50μm〜50014/rnのものにつ
いては内部まで多量の新生骨の生成が認められたが、気
孔径が2 Bttmのものについては充てん材内部は空
孔のまま残っていた。一方、気孔径が1酵のものについ
ては新生骨の生成はわずかに認められるもののその量は
わずかであシ、代わって繊維状組織が気孔内に充満して
いた。
〔実施例6〕 コラーゲンの濃度が各0.5 wi%である酸性溶液p
H0,5、1,0、2,0、3,0、5,0である溶液
を作製した。この場合、同様にpH6,0の溶液を作製
しようとしたがコラーゲンが析出し、作製できなかった
上記pHQ、5〜5.0の溶液を用い、これに実施例1
と同様の方法で作製したヒドロキシアノぐタイト多孔体
(1100℃、3時間焼成)を浸漬させ多孔体表面にコ
ラーゲンを付着させようと試みた。溶液のpHが1.0
〜5.0の場合には多孔体が崩壊することなくコラーゲ
ンの付着が可能であったが、溶液pH0,5の場合には
多孔体が崩壊してしまった。
このようにして作製した多孔体は以下の性状であった。
手術用メスにより上記光てん材を切断し、充てん材の加
工性をしらべたが、その結果、溶液pH2,0〜3.0
でコラーゲンを付着させたものが最も加工しやすかった
〔実施例7〕 コラーゲン濃度0.5wt%、pH3,0の溶液を用い
、これに実施例1によシ作製したヒドロキシアパタイト
多孔体(1100℃、3時間焼成)を浸漬時間を変化さ
せ浸漬し、該多孔体全表面積がコラーゲ/によシおおわ
れている割合の種々異なる試料を作製した。コラーゲン
によシ多孔体全表面積のおおわれている割合を光学顕微
鏡にょシ測定したところ、それらは3,5,10,30
.50,70,90チであった。その他の性状は次の通
シであった。
これらの充てん材を手術用メスにて切断し、その加工し
やすさの観察を行ったところ、コラーゲンによシ全表面
積のおおわれている割合が3%の場合を除き、切断可能
であシ、加工性は良好であると考えられた。しかし、3
%の場合には切断時形状を保ちえず崩壊し加工性は不良
であった。
次いでコラーゲンによシ全表面積のおおわれている割合
5,10,30,50,70.90%の充てん材を犬に
人工的に作製した骨欠損部(2■ψX41111L)に
充てんし、3週間後の新生骨生成の様子を観察した。そ
の結果、いずれの場合にも新生骨の生成が観察されたが
、内でも5.10.30.50゜70%、特に10,3
0.50%の充てん材を使用した場合、その生成量が多
く観察された。
手続補正書(自発) 昭和56年l1月20日 特許庁長官 島田春樹 殿 l 事件の表示 昭和56 年 特 許 願第158300 号2、発明
の名称  骨欠損部及び空隙部充てん材3、 補正をす
る者 事件との関係 特許出願人 5、 補正命令の日付 6、 補正により増加する発明の数 明細書中の「う5発明の詳細な説明」の項を以下のよう
に補正します。
3 4    単める    早める 48(Ca3(PO4〕2)〔Ca3(PO4)2〕l
9(Ca3(PO4)30H)〔Ca5(PO4)3O
H〕6  2   セラミック粉末で付 セラミック粉
末を付着着 I 下2    侵入      進入B   4  
  Ca ()iPO4)2    Ca (H2PO
4)2I 下5  部分的に    (削除)18 4
   多種       各種18 11 欠損部に(
2簡φX4mnL)欠損部(2wφ×41alL:に

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)三次元の連続気孔を有するリン酸カルシウム化合物
    の海綿状多孔体の前記連続気孔壁面にコラーゲンを付着
    固化せしめてなり、コラーゲン付着固化後の連続気孔の
    口径寸度が50μm乃至500μmであシ且つ気孔率が
    40%乃至97%であること全特徴とする骨欠損部及び
    空隙部充てん材。 2)前記コラーゲンの付着率が5乃至70%であること
    全特徴とする特許請求の範囲第1項記載の充てん材。 3)前記リン酸カルシウム化合物がリン酸三カルシウム
    、ヒドロキンアパタイト及びリン酸四カルシウムからな
    る群よシ選ばれた1種若しくは2種以上の混合物からな
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の充てん
    材。 4)前記ヒドロキンアパタイト’e700℃乃至130
    0℃で焼成することを特徴とする特許請求の範囲第3項
    記載の充てん材。 5)前記リン酸カルシウム化合物の海綿状多孔体の連続
    気孔が三次元の連鎖球状であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項、第2項、第3項、又は第4項記載の充
    てん材。 6)前記コラーゲンを付着するにあたシ、0.1乃至2
    .6wt%の濃度の酸性溶液のコラーゲンを用いること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第5項のいずれ
    かに記載の充てん材。 7)前記酸性溶液のpHが1乃至5であることを特徴と
    する特許請求の範囲第6項記載の充てん材。
JP56158300A 1981-10-05 1981-10-05 骨欠損部及び空隙部充てん材 Granted JPS5858041A (ja)

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