JPS6269823A - りん酸カルシウム質フアイバ− - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はファイバー、特に生体骨の欠損部充てん材とし
ての治療効果ならびに引張強さの高いりん酸カルシウム
質ファイバー（Ｃａ、ＰおよびＯを含有するファイバー
、以下同様）に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、生体の硬組織代替物質としては、各種金属合金及
び有機物等が用いられてきたが、これらは生体内におけ
るきびしい環境下で溶解や劣化などの変化を生じ、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、かつ上記の欠点のないセラミックス系材料が
用いられつつある。このセラミ−２クス系材料の中でも
生体適合性に優れたアルミナ。

カーボン、バイオガラス、りん酸三カルシウム（Ｃａ３
　（ＰＯａ　）２　）あるいはヒドロキシアパタイト（
Ｃａｓ　　（ＰＯ４）３０Ｈ）（１’）焼結体、ガラス
、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Ｉｔ１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
をしており、その形状に適合するようこれらの焼結体、
ガラス若しくは単結晶を加工することは困難であり、更
に例えばアルミナ焼結体若しくは単結晶を充てんした場
合においては充てんした周囲の骨組織よりも著しく硬い
ため充てん材周辺でその刺激による骨呼吸がおこり、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。

また、ＦＲＰ、ＦＲＴＰ、ＦＲＲ等に用いられるファイ
バーとしては例えばガラスファイバーが用いられている
が、その引張り強さは１５０〜　ＩＥｌＯｋｇ／■膳２
程度に止まるので更に引張強さの高いファイバーが望ま
れている。しかし。

引張り強さ　１６０ｋｇ／ｍｓ２以上のファイバーは従
来存在していないし、製造方法もわかっていない、また
前記生体適合性、特に積極的な生体親和性を有する物質
ファイバーは、その研究報告も従来皆無であって、その
ことは同時に、必要性はあったけれ共、特に生体親和性
を有する物質のファイバー目体についての発想も存在し
ていなかったことを示している。

しかしながら、このような従来存在しなかつた新規ファ
イノ゛、−を出現させるためには、他方においてその製
造方法の開発も必要とされるものである。

〔本発明の［１的： 発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上記従来技術の諸欠点を除去し、需要に応する
ために種々な治療部位の寸法形状に迅速に適合可能で、
かつ生体親和性に優れて異物反応を伴わず、骨形成能を
有して強度を早期に発生する新規ファイバーな創出し、
その特性を利用したものをＩＭ４発し、提供することを
目的としている。

〔本発明の構成： 問題点を解決するための手段〕

本発明に係る新規な生体材料としてのファイバー（以下
第１発明という。）の要旨とするところはＣａ　／　Ｐ
モル比が０．６乃至　１．７の範囲にありかつＣａＯ＋
Ｐ７０５が８０π驕％以上であることを特徴とする。

また第２の発明（以下：５２発明という。）の要旨とす
るところは第１発明のファイバーがその表面の少なくと
も一部にりん酸カルシウム化合物を有することを特徴と
している。

ところで、本発明に係るりん酸カルシウム質ファイバー
は従来この世に存在しなかったものである。またそのよ
うな物質のいわゆるファイバーについての発想もなかっ
たといってよく、従ってその製造方法についても研究さ
れた形跡もなかった。

そのような従来技術との関連において、前記本発明の構
成について、具体的には本発明に係るファイバーの組成
は次のように生体親和性の特性とその独特な製造法−Ｆ
の可能な範囲によって限定されるから、製造方法と共に
組成について説明する。

先ず原料を熔融してノズルより流出させてファイバー化
しりん酸カルシウム質７アイバーを製造するためには原
料の組成は、製造されたファイバーが上記の欠点を解決
し得るものであるばかりでなく、■業的に実施し得る温
度において熔解物がファイバー化し得る粘度を有するも
のでなければならない。

また、りん酸カルシウム質物の生体骨の欠損部充てん材
としての治療効果が他の充てん材に比して優れているの
は、生体の硬狙織を主として構成していると同じＣａ及
びＰを含有しており、これら成分が新生骨の生成を促進
する効果を有するためである。−万〇ａ、Ｐ以外の成分
は生体にとって異物となる可ｆ【性があり、このような
異物となるべき成分はできうる限り少なくするとか好ま
しいことから、りん酸カルシウム賀物中のＣａＯ＋Ｐ２
０＋＋含有％は多いことが望ましい。

依って熔融接種々のＣａ　／　Ｐモル比およびＣａＯ＋
Ｐ２Ｏ５含有％となる原料を熔融し、ノズルより流出さ
せ、流出した熔融物に直ちに気体を吹付けるかまたは冷
却固化させつ＼糸車に捲取る方法によってファイバー化
を試みファイバー化の可能性を研究すると共に、ファイ
バー　化し畳た場合にはそのファイバーについて引張り
強ぎの試験を行ない、および生体骨の欠損部に充てんし
て治療効果を観察した。

これ等の研究の結果、ファイバー化し得た場合において
も熔融後のＣａＯ＋Ｐ２Ｏ５が８０％未満の場合は８０
％以Ｆの場合に比し生体骨の欠ｒｉＪ？！６充てん材と
しての治療効果が不充分であることが判明した。また熔
融後のＣａＯ＋Ｐ２Ｏ５が８０％以上となる原料を用い
た場合においても、Ｃａ　／　Ｐモル比が０゜８未満と
なるとＰ２Ｏ５が過多となり熔融物の粘度が過小となり
安定してファイバー化することが不可能となり、Ｃａ　
／　Ｐモル比が１．７を超えた場合には原料の融点が２
激に高くなり工又的に熔融およびファイバー化すること
は不可能であった。

従って本発明に係るファイバーの組成は上記の限定が必
要となる。

また１本発明に係るファ・「バーは従来存在しなかった
新規材料であるから、その製造方法を例示する必要があ
るので、後記実施例中に含め２つの場合を記数する。

〔作用等〕

本発明のファイバーは、治療時に、そのファイ／゛−間
の空隙にりん酸カルシウム化合物の粉粒体を充てんして
用いることにより一層有効にその特性を発揮させること
ができ、そのりん酸カルシウム化合物がヒドロキシアパ
タイト（以下１（Ａ　Ｐという、）であるとき、更に望
ましイはそのＲＡＰが５００℃以Ｊ二１３５０℃以下の
温度で熱処理したものであるときは治療効果は益々大き
い。

即ち該ファイバーの、例えば綿状物単独で。

或はこれにＨＡＰ等の粉粒状物を混合したもの、或は更
に此淳に木又は生理的食塩水を加えたもの１は、生体骨
欠損部が如何に複雑な形状のものであっても、その周辺
部生体骨駈織の凹凸に応じて密に接して充てんすること
ができるので、該周辺骨ｍｓとの接着一体化において、
従来材料よりも特に卓越したインブラント材料となる０
式の上この材料は表面積が大きく、ファイバー間に空隙
が存在するため生体細胞が入り易く、而も該ファイバー
が骨形成滝を４１するため治療期間が極めて短かく、か
つ粉粒状ＨＡＰ”９を加えた場合においては骨欠損部の
骨組ａ修復期間は更に短縮され、また充てん材料周辺に
形成された新生骨組織が幼弱な時期においても１本発明
材料はファイバーの強靭性によって衝撃や曲げの外力に
対しても相当の抵抗力をグーえることが可能となる。此
等は従来技術には全く見られない知見であり、著しい特
徴がある。

未発１！１材料の此等の特長について尚詳説すれば、前
記骨欠損部に本発明りん酸カルシウム質ファイバーを綿
状として密に充てんすると前記ｌす欠損部の周辺部骨Ｊ
ｉｌ！端部の：！ｕ雑な凹凸部分に密着して接し、必要
な場合には該ファイバーは骨髄腔内に至るまで充てんさ
れる。而して従来技術のＨＡＰ焼結体では１〜３ケ月を
要していた新生骨の形成が本発明ファイバーを使用する
ならば術後僅かｌｉＩ！間で認められるようになる。而
も異物反応は皆無で造管作用が盛んであるから該欠損部
の修復は極めて短時日のうちになされるのである。そし
て此の特長は該ファイバーにりん酸カルシウム化合物の
粉粒体を骨形成促進材として加えて用い、必要に応じ生
理的食塩水を添加するときは非常に顕著である。更に該
りん酸カルシウム化合物としてＨＡＰを選び５００℃以
上１３５０℃以下の温度範囲で熱処理したものを使用す
る場合は該特長は一層ｍ著となる。

またりん酸カルシウム化合物としては種々形態のものが
知られているが、ヒドロキシアパタイト（前記ＨＡＰ）
と称される化合物はその中に含まれるのであり、その組
成式として学説によりＣａ１ｏ　（ＰＯ４）ｂ　　（Ｏ
Ｈ）２又はＣａ３（ＰＯ４）　３０Ｈが与えられている
。そして前記５００℃〜１３５０℃で熱処理したＨＡＰ
粉粒体を該ファイバーに併用して用いるときその特長が
一層ＷＪ茗になるのは造管作用が更に促進されるからで
特に優れた結果をｌ）ることができる、但し１３５０℃
を超えるとＨＡＰは分解し安定に存在し得ないので本発
明の目的に対して実用的でない。

また他のりん酸カルシウム化合物としてＴＣＰがあり生
体と親和性があることが知られている。而して本発明の
ファイバーに粉粒状のＴＣＰを併用しても前記ＲＡＰを
併用した場合同様に骨形成能があり類似の結果を得るこ
とができる。かつまた若干の程度の差はあるとしても、
前記ファイバー単独を綿状として使用した場合、或はま
た前記りん酸カルシウム化合物粉粒体を骨形成促進材と
して添加併用した場合においても、骨欠損部の組織学的
完全修復は、従来技術では６〜１２ケ月を要していたと
ころ、本発明材料を使用すれば２〜３ケ月という画期的
短期間のうちに達成され得るのである。

次に実施例に沿い本発明について更に詳細に説明する。

〔実施例〕

実施例！ 試薬の生石炭、りん酸三アンモニウム、アルミナ等を用
い、此等を熔融後Ｃａ　／　Ｐモル比が０．５．　　Ｇ
、６、　ｉ、ｏ、　ｌ−７、！、８であり、かつ人々の
Ｃａ　／　Ｐモル比の場合においてＣａＯ＋Ｐ２Ｏ５が
重賃で第１表に示した割合となるよう混合し、ノズルを
有する白金ルツボを用いて熔融し、ファイバー化し得た
ものについて、引張強さの測定及び動物実験による骨の
治療効果をＷｉ察した。その結果は第１表等に比較例と
ともに記載した通りである。た（シ１呵表中のファイバ
ー化方法の欄中の記号は下記のものを表わす。

た。

ｍ１表記載の如＜　Ｃａ　／　Ｐモル比が０．５のもの
は粘度が低くなり過ぎてファイバー化不１近であった。

従って０．５未満のものも同様であることが推定された
。またＣ　ａ　／　Ｐモル比が１．８のものは熔融が極
めて困難なのでファイバー化が不老であった。従ってま
た１、８を超えるものも同様であることが推定され、依
ってＣａ　／　Ｐモル比が０．６〜１−７の範囲でのみ
ファイバー比が可能であることがわかった。またＣ　Ｆ
ｈ　Ｏ＋　Ｐ　２０５の含有量が８０％以上の範囲で５
は引張強さが特に太きくなることがわかった。た（し短
ファイバーの引張強さについては直径が一定せず正確に
測定することが困難であるため省略した。

また前記ファイバー化し得たもののうち長ファイバーを
家兎の大腿管に人為的に形成した骨欠損部に充てんし以
後の新生骨の発達の状況を観察した０本実施例中Ｃａｏ
＋Ｐ２Ｏ５含有率が８０％以トのものは僅か３週間で充
てんしたファイバー周辺部に新生骨の生成が認められ、
異物反応は全くなく早期に大きな治療効果が認められた
。しかしＣａＯ÷Ｐ２Ｏ５含有率が７０％になると同様
の状態に達するのに約４週間を要した。

短ファイバーについても同様の動物実験を行ったが新生
骨の生成は長ファイバーと同程度であり、同様に早期治
療効果が大であった。

実施例２ １１１１記第１表中試験陥中Ｎｏ６で得た長ファイバー
を、りん酸の水溶液アンモニア水を加えてｐＨを１．２
．４．７，８に夫々ＪＪ整した油に、１１０分間浸漬し
て乾爆した。これらのうち１ｔ１記長フアイバーをｐＨ
１の液に浸漬したもの（以Ｆ　ｐ　Ｈ阿々のものという
、）は侵コれて劣化したが、ＰＨ２，４，７のものは表
面にりん酸カルシウム化合物の充分な析出が見られた。

またｐＨ８のもはりん酸カルシウム化合物の析出は不充
分であった。

次にこれらの処理済民ファイバーのうち、ＰＨ２，４，
７，８のものを夫々家兎の大腿骨に人為的に形成した骨
欠損部に充てん治療し新生骨の生成の状況を観察したと
ころ。

ｐＨ８のものは約３週間で新生骨の生成が見られ実施例
１の場合と同程度の効果しか得られなかったが、ｐＨ２
のものは約２週間で、ｐＨ４，７のものは約１週間で新
生骨の生成が見られ、りんＭＭで未処理のものに比し一
層大なる早期治療の効果が得られることがわかった。

また試ｖｋＮｏ中Ｎｏ＋５で得られた類ファイバーにつ
いても同様の実験を行なったが略々同様の結果が得られ
た。

実施例３ 前記第１表中の試験間中Ｎｏ６、Ｎｏ１ｌ、　Ｎｏ１５
の配合を用い実施例６のすべての操作を併用して得た長
ファイバーを各１０本ずつ集束して、実施例２のりん酸
処理と同様の処理を行ない表面処理前のものと引張強さ
について比較し、結果を第２表に示した。

第２表 第２表によればＰＨ１と８の液で処理したちの以外は引
張強さは、処理１ｉｊのものに比較し増加しており、特
にｐＨ４乃至７では増加鉦！向がｍｘである。これは各
々の中ファイバーの表面に析出したりん酸カルシウム化
合物が夫々のファイバーを相ｑに強固に一体的に結合し
たためである。

更に、これらの処理済の長ファイバーのうちｐＨ２，４
，７，８のものを用いて実施例２と同様の動物実験を行
ない新生骨の生成状況をａ察したところ、ＰＨ８のらの
は術後約３週間で新生骨の生成が見られ実施例１の場合
と同様の効果に止まったが、ＰＨ２のものは約２週間で
、ｐＨ４，７のものは約１週間で新生骨の生成が見られ
、実施例７の場合同様に、りん酸液で未処理のものに比
し非常に大きなＶ期治療の効果が得られた。

以ヒにより本発明の効果は次の通りである。

木兄Ｉｊｌに係る無機ファイバーによる効果（１）　　
未発明に係る無機ファイノヘーは従来存在しなかった新
規なものであり、その物性は強靭であって、生体との親
和性に富み、かつ優れた骨形成能な有するので、単独或
は粉粒状りん酸カルシウム化合物及び又は水、生理的食
塩水を添加して生体骨欠損部の充てん材料として利用す
れば従来材料に比し非常に速やかな治療効果が得られる
。

（２）本発明に係る無機ファイバーは鋼ファイバーと同
１以上の強さを何しているので、粉粒状りん酸カルシウ
ム化合物のみの使用ではその周辺に形成した骨１１織が
？１期幼弱時にはあまり大きな強度は９み得ないが、該
ファイバーにりん酸カルシウム化合物を添加して用いれ
ばファイバーの効果により早期においても可成りの強さ
を発揮し得るから、急速回復を要する治療には特に効果
が大きい。

（３）本発明材料は整形外科１口腔外科等の分野におけ
る手術を容易ならしめるものである。

即ち人工的に製造するものであるから自家づすを用いる
場合の如き賃的制約は全くなく、而もｆ、術部位の形状
に応じて充てん材としての形を１１山に適合させ得る材
料である。

（４）本発明に係る材料は従来技術によるセラミ−、ク
ス焼結体や、金属を使用したものに比しニーＣ比１Ｆが
数分の１と特に軽；獄で而も強靭であるから治療後の運
動機渣も従来技術を使用した場合に比し溝かに優れてい
る。

（５）　　ま亀従来骨移植の必要な患者を治療するのに
１７１らの腸骨を採取したり、近親者の骨を採取したり
するような二屯のｔ痛と経済的負担を避けさせることが
できる。

（６〕　　史にまた金属を用いた場合のような再切開等
も不要となり前記同様に患者の負担を軽減し得る。

（７）従って本発明材料はＨＡＰの°Ｌ体親和性、りん
酸カルシウム系多孔質セラミックスの積極的造管壱、並
びにバイオガラス等に見られる生体との一体化能力と鋼
の長所である強靭性と、従来技術における此の種材料の
夫々の利点を兼ね備え、異物反応も全くなく、此等の利
点の相乗効果を発揮し得るもので、此の分野における医
療のためにＪｇ！想に近い新材料を提供し得たものとい
うことができる。

（８）本発明に係る新規に創出されたファイバーの引張
強さは、従来通常のガラスファイバーの引張強さ　１５
０乃至　１６０ｋｇ／ｍｍ２を−・段と一ヒ廻り、　１
８０乃至２００ｋｇ／ｍｍ２に達しスチールファイバー
と同簿以上の強靭性を有するに至った。その結果これを
ＦＲＰ、ＦＲＴＰ。

ＦＲＲなどに使用するときは従来以−Ｌに一層軽清でか
つ強靭な複合材料となる。

（３）　　更に未発ＩＪＩの第２の発明である、内部組
成が第１発明回様であって、その表面の少なくとも一部
にりん酸カルシウム化合物を有するりん酸カルシウム賀
ファイバーは、特に治療効果の大なる生体骨の治療材料
となり得る。

（（０）更にまた、本発明のりん酸力ルシウｌ−質フア
イバーを複数本集束してストランドとなし、かつその表
面の少なくとも一部にりん酸カルシウム質化合物を有す
るものは、相〃に化学的に結合して一体物となったもの
であるから、その強靭性は所ｒＩ撚り合わせのストラン
ド効果以トに相乗的に増大することにより、生体骨の治
療に用いる時、特に大きな効果を期待できるのみならず
、これを使用したＦＲＰＶの性能向上についても非富に
大きな効果を期待することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃａ／Ｐモル比が０．６乃至１．７の範囲にあり
   かつＣａＯ＋Ｐ＿２Ｏ＿５が８０重量％以上であること
   を特徴とするりん酸カルシウム質ファイバー。
2. （２）Ｃａ／Ｐモル比が０．６乃至１．７の範囲にあり
   かつＣａＯ＋Ｐ＿２Ｏ＿５が８０重量％以上であるファ
   イバーが、その表面の少なくとも一部にりん酸カルシウ
   ム化合物を有することを特徴とするりん酸カルシウム質
   ファイバー。