JPS63255209A - 自硬化性生体材料 - 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） 本発明は生体代替および充填用の生体材料に関し１．よ
り詳しくは歯骨等の生体硬組織に対して優れた接着性を
有する自硬化性生体材料に関するものである。

（従来の技術） 従来より歯科修復や形成外科分野に於ては歯科用セメン
トあるいはボーンセメントと称される生体硬組織に対す
る接着性材料が種々用いられている。これ等の接着性材
料としては、例えばリン酸亜鉛セメント、グラスアイオ
ノマーセメント、ボリカルボキシセメントやアクリル５
ｌｒＹｉ系の接着剤などが用いられている。しかしなが
らこれらの従来型接着材料は歯および骨の生体硬組織と
は本質的に異なる材質からなるものである。生体硬組織
との接着は単なるファンデルワールス力等の弱い化学的
又は物理的な接着であり、接着性は十分ではなく、とく
に口腔内や生体内で経時的に接着性が低下し、剥離、破
折による欠陥を多々生じていた。また、例えばアクリル
モノマーによる生体への為害性（歯髄刺激性など）を生
じる等の安全性面でも十分ではなかった。

一方、リン酸カルシウムの１種であるカルシウム−リン
系アパタイト（以下単にアパタイトと記す）は歯や骨の
無機質成分の主成分であり、生体内での親和性に優れ生
体硬組織と容易に同化することからアパタイト焼結体を
人工歯根等の生体材料に利用することが試みられている
。さらに近年口腔内や生体内でアパタイトに転化し得る
自硬化性リン酸カルシウムを用いて歯科修復材料などの
生体材料を得る方法が種々提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） これらの自硬化性リン酸カルシウムは硬化後アパタイト
に転化する。これは既述のように歯や骨の無機質成分の
主成分であるために口腔内または生体内で経時的に生体
硬組織と同化して上記したごとき弱い化学的又は物理的
な接着によるものと本質的に異なるはるかに優れた接着
性を期待することができる。

しかしながら、本発明者らの検討によると自硬化性リン
酸カルシウムはそのままではその硬化直後における生体
硬組織に対する初期接着力か著しく低く、歯科用セメン
トなどに利用するためには実用上火きな問題を有するこ
とが判明した。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等はかかる事情に鑑み種々検討を重ねた結果、
意外なことに自硬化性リン酸カルシウムにアンモニアな
どのアミンのフッ化物を特定量併用することにより歯質
等の生体硬組織に対する接着性が大幅に改善されること
を見出し、本発明をなすに至った。

すなわち本発明は、カルシウムとリンをグラムアトム比
としてＣａＨＰＯ４，３〜２．０の割合で含有する水和
自硬性リン酸カルシウムと少なくともアミンフッ化物ま
たは／およびアンモニウムフッ化物とからなり、アミン
フッ化物または／およびアンモニウムフッ化物の添加量
がフッ素とりンのグラムアトム比で表わしたＦ／Ｐで０
．０１〜０．３３であることを特徴とする自硬化性生体
材料を提供するものである。

本発明をさらに詳細に説明する。

本発明に使用するリン酸カルシウムは種々の形態があり
１例えばＣａ（Ｈ２ＰＯ４）２・Ｈ２Ｏ、ＣａＨＰＯ、
ＣａＨＰＯ４・２）１２０、Ｃａ　　Ｐ　　Ｏ、Ｃａａ
　Ｈ２（ＰＯ４）６　・５Ｈ２０、Ｃａｌｏ−ｘ（ＰＯ
４）６０Ｈ２−２Ｘ（但しｘ＝０．４〜２．Ｏ）等のリ
ン酸カルシウムとＣａ０１Ｃａ　（ＯＨ）　　、Ｃａ　
（Ｃｏｏ）２、Ｃａ　（ＮＯ３）　２　、有機酸等のカ
ルシウム塩を７００℃〜１４００℃、好ましくは９００
℃〜１３００℃の温度で１時間〜ｌＯ時間、好ましくは
２時間〜４時間程度焼成したものが好ましい。

これ等のリン酸カルシウムのうちα−第三リン酸カルシ
ウムが特に好ましい、上記範囲外の条件で焼成したもの
を用いる場合は、アパタイト硬化体へ転化する速度が遅
くなる傾向にあり好ましくない。

また、リン酸カルシウムのカルシウムとリンの比（ｇ−
ａｔｏｍｓ　Ｃａ／ｇ−ａｔｏｍｓ　Ｐ）は１．３〜２
．０、好ましくは１．４〜１．６の範囲である。この範
囲外のＣａ　／　Ｐ比の組成のものでは、アパタイトの
理論組成のＣａ　／　Ｐ比（１０／６″、１．６７）と
の差が大きすぎるため酸類などの硬化促進剤と練和して
もアパタイト構造に転化しにくく、良好な硬化体が得ら
れにくい。

本発明の自硬化性生体材料において上記リン酸カルシウ
ムが硬化の過程およびその終了後に速やかに生体硬組織
との接着力を発揮させるためにアミンフッ化物または／
およびアンモニウムフッ化物（以下単にアミンフッ化物
という）を用いる。

本発明に用いられるアミンフッ化物としては特に生体に
対して為害性の少ない化合物を選択することが好ましく
、その例としてフッ化アンモニウム、酸性フッ化アンモ
ニウム、セチルアミンハイドロクロライド、ジエタノー
ルアミノブロピルーＮ−エタノールオクタデシルアミン
ージハイトロフロライト、エタノールアミン、イソプロ
パツールアミン等のアルカノールアミンのフッ化物など
があげられる。これらのうち酸性フッ化アンモニウムが
特に好ましい。

これらアミンフッ化物の添加量はこれに含まれるフッ素
と該自硬化性材料中に含まれるリンとのグラムアトム比
Ｆ／Ｐとして０．０１〜０．３３の範囲にあることか好
ましく、０．０５〜０．３０の範囲が特に好ましい。

１記範囲より少ない量のアミンフッ化物を用いた場合は
、本発明の生体接着力向上効果はほとんど見られない、
一方、上記範囲を越えた多量のアミンフッ化物を用いる
ことはもちろん可能であるが、該過剰量を用いても本発
明の効果はそれ以上増大しない、この理由については次
のように考えられる。

すなわち本発明で使用するアミンフッ化物中に含まれる
フッ素原子のほとんどはリン酸カルシウムがアパタイト
に転化し硬化する際にその結晶構造中に取り込まれるも
のと考えられる。アパタイトの理論式はＣａ　（ＰＯ２
）６Ｘ２で示される。

Ｏ （ＸはＯＨ−、Ｃ文−１Ｆ−等の陰イオンを示す、理論
式ではＣａ　／　Ｐのグラムアトム比はｌＯ／６である
が、実際にはＣａ　／　Ｐ比として１．３〜２．０の範
囲でアパタイト構造を取ることか可能とされている。） リン酸カルシウムがアパタイトに転化する際にフッ素原
子がその結晶構造中へ取り込まれる場合上記理論式のＸ
サイトに入る。この際フッ素原子が取り込まれる量は理
論式より明らかなようにＦ／Ｐ比として２／６＝０．３
３が最大となる。

したがってＦ／Ｐ比として０．３３を越えるような多量
のアミンフッ化物を用いてももはや入るサイトがなく過
剰になるためと考えられる。もちろん、あまりに大過剰
のアミンフッ化物を用いた場合は組成的に有効に働かな
い成分が多くなり組成物全体としての効果は落ちる。

本発明の自硬化性生体材料におい上記アミンフッ化物と
併用して金属フッ化物を用いてもよい。これら金属フッ
化物としては、例えばフッ化カルシウム、フッ化マグネ
シウム、フッ化ベリリウム、フッ化ストロンチウム、フ
ッ化バリウム。

フッ化チタニウム、フッ化コバルト、フッ化スズ、フッ
化アルミニウム、フッ化ナトリウム、フッ化リチウム、
フッ化カリウム、フッ化セシウム、フッ化第−鉄、フッ
化第二鉄、フッ化ルビジウムなどのフッ化物があげられ
る。これらのうちカルシウムなどのアルカリ土類金属の
フ・ン化物が特に好ましい。

本発明においては、このようにアミンフッ化物と金属フ
ッ化物を併用するのが特に好ましく、これにより、得ら
れる硬化体の表面硬度や圧縮強度などの物理的物性を高
めるばかりでなく、実用上火きな問題となっていた硬化
直後の生体硬組織に対する初期接着力を大幅に向上させ
ることができる。

なお、アミンフッ化物と金属フッ化物を併用した場合、
それらの使用量は硬化体中の全フッ素量と全リン量の割
合かグラムアトム比で表わしたＦ／Ｐで０．０２〜０．
３３の割合となるように用いることが好ましい、またア
ミンフッ化物と金属フッ化物の併用割合はそれぞれに含
まれるフッ素の比率として金属フッ化物がアミンフッ化
物に対して２倍以下となることが好ましい。

本発明の自硬化性生体材料には硬化促進剤として有機酸
類および無機酸類などの酸類が用いられる。

本発明の実施に用いる有機酸類としては、ギ酸、酢酸、
プロピオン酸等の低級−塩基脂肪酸；りんご酸、グリコ
ール酸、乳酸、クエン酸、糖酸、アスコルビン酸等ヒド
ロキシカルボン酸；グルタミン酸、アスパラギン酸等の
酸性アミノ酸；シュウ酸、マロン酸、コハク酸、ゲルタ
ール酸、アジピン酸、マレモノ醜、フマル酸、ムコン酸
等の二塩基酸：ビルビン酸、アセト酢酸、レブリン酸等
のケト酸；サリチル酸、安息香酸、桂皮酸、フタル酸等
の芳香族カルボン酸類および、そのアルカリ金属、アル
カリ土類金属、またはアンモニウム塩等の塩および加水
分解により容易にカルボン酸基を生成する上記有機酸の
誘導体１例えば、酸無水物や酸塩化物等があげられる。

また、無機酸類としては、リン酸、塩酸、硝酸、硫酸お
よびそのアルカリ金属、アルカリ土類金属もしくはアン
モニウム塩等の塩かあげられる。これらのうち有機酸類
が特に好ましい。

これらの酸類は本発明の自硬化性生体材料が硬化するま
での硬化時間の短縮及び硬度増加の効果を与える。硬化
速度及び硬化体の物性等から見て酸類な水溶液として用
いる場合そのＰＨは２．５〜６．０の範囲が好ましく３
．０〜５．０程度がより好ましい。

次に、本発明の自硬化性生体材料を用いるにはこれに水
を添加して練和し、硬化反応を進行せしめる。水の量は
Ｐ　（ＰＯ４として１モル）に対し、硬化反応の理論上
最低１７３モル必要である。しかし、練和性１作業性な
どを考慮して、これ以上適当量の水を用いることができ
るが、通常ＨＯ／ＰＯ４モル比＝ｌ／３〜５０程度が好
まま しい。

本発明の自硬化性生体材料は上記のごとき各成分の組合
せからなる硬化処理前ないしは未硬化の材料をいう、そ
の使用態様としては、各成分を各別に準備し使用に際し
練和、硬化させて目的の硬化体としてもよいが、実際的
な取り扱いの便宜性を考慮して１例えば下記のごとき粉
体成分と液体成分、すなわち粉体部、液部として各別に
準備し、使用に際しこれを練和し硬化させて目的の硬化
体とするのが好ましい。

例えば（ｉ）粉体成分がリン酸カルシウムとアミンフッ
化物（および金属フッ化物）および酸類よりなり、一方
、液体成分が水である場合、（ｉｉ）粉体成分がリン酸
カルシウムおよびアミンフッ化物（および金属フッ化物
）よりなり液体成分が酸類水溶液である場合、口ｉｉ）
粉体成分がリン酸カルシウム（および金属フッ化物）よ
りなり液体成分がアミンフッ化物および酸類の水溶液で
ある場合等が代表的な場合であるが、もちろんこれに限
られるものではない。

かかる粉体成分と液体成分は重量比として１０．０：２
．０ないし１０．Ｏ：５．Ｏの割合で混合使用するのが
好ましい、液体成分がこれより少ないと、粉体成分と液
体成分を混合した練和物の流動性が不足であり所望の形
に形成しがたく、これより多いと練和物の流動性が過剰
になって特定の形を保持しがたくなり、いずれも好まし
くない。

リン酸カルシウムに対する酸類の量は約２×１０−５ｍ
ｏｌ／ｇ−１、２Ｘ　Ｉ　Ｏ−３ｍｏｌ／ｇの範囲にな
ることが好ましい、この下限未満では硬化に長時間を要
し、また上限を越えると硬化スピードが速すぎて操作性
が悪い。

なお、粉体成分がリン酸カルシウム及びフッ化物であり
、液体成分が酸類の水溶液である場合は０　、１　ｍｏ
ｌ／ｉ〜２．５ｍｏｌ／ｉの酸類の水溶液を粉体成分に
加えて練和することが好ましい。

（発明の意義および作用効果） 以上詳細に述べたごとく、本発明の自硬化性生体材料の
各成分、すなわちＣａ　／　Ｐのグラムアトム比が１．
３ないし２，０の範囲にある水和自硬性のリン酸カルシ
ウムとアミンフッ化物と必要に応じて用いられる金属フ
ッ化物と酸類と、水とを所定の割合で混合して本発明の
自硬化性生体材料とし、これを練和し、放置し、水和自
硬化せしめると、フッ化アパタイトを主成分とし生体硬
組織に対して特に初期接着力が従来のものに比して著し
く優れた硬化物が得られる。かかる生体硬組織に対する
接着力の意義は以下のごとくである。

すなわち、後述の実施例に示すように１本発明のアミン
フッ化物を含有する硬化性生体材料はそれを含有しない
場合と比較して生体硬組織に対して優れた接着性を示す
のである。一般に水和自硬性のリン酸カルシウムを用い
た生体材料は硬化後アパタイトに転化し、口腔内または
生体内で歯や骨の生体硬組織と接触した部分が相互に同
化し、優れた接着性を有するとされている。しかしなが
ら実際は後記比較例に示したように、アミンフッ化物を
用いない場合は初期の接着力は全く発揮されていないの
である。従ってアミンフッ化物を含まない水利自硬性リ
ン酸カルシウムを、例えば歯科用セメントなど特に接着
性を問題とする用途に用いる場合は硬化体が口腔内条件
下で歯質と同化して接着力を発揮するまでに比較的長時
間を要するのでこの間は他の何らかの補助手段を用いて
充填物を固定する必要があり、実用上大きな問題を生ず
る。

しかるに本発明によれば、後記実施例に示したようにア
ミンフッ化物を用いたいずれの例も実用と十分大きい初
期接着力を発揮しており、水和自硬性のリン酸カルシウ
ムを用いた硬化性材料を生体材料に利用する場合に初期
接着力が不足するという問題が解決されたのである。

従って本発明の技術を用いることにより水和自硬性リン
酸カルシウムを歯科セメントなどに特に初期接着力を必
要とされる分野に好適に利用することが出来るようにな
り、きわめて意義深いものである。かかる意義はいくら
強調してもしすぎることがないことは実際に歯科セメン
トを扱ってその問題点を深く認識している当業者であれ
ば、容易に理解できることであろう。

なお、本発明の生体組成物は実施例を含めた本発明者ら
の実験によるとアミンフッ化物を含有していることによ
り該硬化性生体材料が硬化する過程においてその寸法収
縮を極めて小さくする効果も併せ有するのである。これ
により本発明の自硬化性生体材料を充填材として例えば
歯の窩洞に充填した場合に歯質と硬化体の間のいずれの
部分にも間隙を生ずることなく、従って歯質と硬化体の
界面が同化しやすく辺縁封鎖性もよく細菌の侵入を防ぐ
など臨床面におけるきわめて大きな利点が得られる。

（実施例） 次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。

実施例１ １３００℃で２時間焼成して得たｃ　ａ　３　（ｐ　ｏ
　４）　ｚＯ，９７：ＩｇおよびＮＨ４ＦＨＦ　０．０
２７ｇから成る粉末に１．０Ｍグリコール酸溶液（但し
アンモニア水にてｐ）１３．０に調整したもの）０．２
５０１７１［ｊを添加し、十分練和した。この練和物を
ＪＩＳ　　Ｔ６６０４に準じて凝結時間を測定した結果
７分で凝結した。

さらに、ウシ象牙質より厚さｌ、５■■の板状テストピ
ースを切り出し表面を研磨（＃１Ｏ００）した、このテ
ストピース上に内径６騰醜、高さ５ｍ１１のアクリル樹
脂リングをのせ、底部がウシ象牙質、側面がアクリル樹
脂から成る円筒状型を作成し、この型に上記練和物を流
し込んだ、この型を湿度１００％、温度３７℃の雰囲気
に３０分間（練和開始より）静置した。さらにこの硬化
体を型に入れたまま３７℃に保温した下記の人工唾液中
に１昼夜保存した後、ウシ象牙質に対する硬化体の接着
強度を測定した。その結果接着力は６．７±３．１ｋｇ
／ｃ−であった、この結果をまとめて第１表に示した。

人工唾液 Ａ液　塩化アンモニウム（ＮＨ４ＦＨＦ　）　　　　０
．４６６ｇ塩化カリウム（ＫＣｌ　）　　　　　　　　
２．：１２４ｇ第一リン酸カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）　
　　０−７０−７Ｏ８コ（Ｃ６１１２Ｑ７）２８２０　
　　　　　　　　　　　　　　　　０．０２０８ｇ２０
８ｇ第二リンウムＮａ２１１Ｐ０４０．７５０ｇ尿素（
Ｎｌ１２）２Ｃ００，３４６ｇ を水に溶解し１文とする。

Ｂ液　塩化カルシウム２水塩ＣＣａＣ１２２Ｈ２０）０
．４２０ｇ 塩化マグネシウムＣＭｇＣ１ｚ）　　　　　０．０４ｇ
を水に溶解し１文とする。

使用時にＡ液とＢ液を重量比でｌ対ｌの割合で混合する
。

実施例２〜６、比較例１．２ 第１表に示したように、所定量のリン酸カルシウム、ア
ミンフッ化物、金属フッ化物、酸類および練和液を用い
、所定の粉液比を採用し、実施例１と同様の操作により
練和物を調製し、凝結時間を測定し、接着力試験を行っ
た。その結果を第１表に示した。

第１表の結果より明らかなようにアミンフッ化物を用い
た実施例１〜６のいずれの場合も硬化後−昼夜人工唾液
に浸漬した時点での接着力か５．４〜８．４　ｋｇ／ｃ
ｍ２と実用上問題のない値を示している。アミンフッ化
物を用いない比較例１．２のいずれの場合も硬化後、実
施例と同じ時点において接着力は全く発揮していなかっ
た。

金属フッ化物のＣａ　Ｆ　２を添加しアミンフッ化物を
用いなかった比較例２とアミンフッ化物を用いた各実施
例の結果を比較して明らかなように、金属フッ化物のみ
では接着性を示さないが、これをアミンフッ化物と併用
することにより、接着性向上効果も認められるが、アミ
ンフッ化物が接着性を増すための主体的な役割をになっ
ていることは明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）カルシウムとリンをグラムアトム比としてＣａ／Ｐ
   ＝１．３〜２．０の割合で含有する水和自硬性リン酸カ
   ルシウムと少なくともアミンフッ化物または／およびア
   ンモニウムフッ化物とからなり、アミンフッ化物または
   ／およびアンモニウムフッ化物の添加量がフッ素とリン
   のグラムアトム比で表わしたＦ／Ｐで０．０１〜０．３
   ３であることを特徴とする自硬化性生体材料。 ２）粉体成分と酸及び水を含む液体成分とを重量比で、
   １０．０：２．０〜１０．０：５．０の割合で組合わせ
   て用いる特許請求の範囲第１項記載の自硬化性生体材料
   。 ３）酸をリン酸カルシウムに対し２×１０＾−＾５ｍｏ
   ｌ／ｇ〜１．２×１０＾−＾３ｍｏｌ／ｇ用いる特許請
   求の範囲第１項記載の自硬化性生体材料。 ４）アミンフッ化物または／およびアンモニウムフッ化
   物がフッ化アンモニウムまたは／および酸性フッ化アン
   モニウムであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の自硬化性生体材料。