NO138802B

NO138802B - Fremgangsmaate for fremstilling av et polykrystallinsk, sintret keramisk materiale

Info

Publication number: NO138802B
Application number: NO752712A
Authority: NO
Inventors: Michael Jarcho
Original assignee: Sterling Drug Inc
Priority date: 1974-08-02
Filing date: 1975-08-01
Publication date: 1978-08-07
Also published as: ATA599475A; DK347975A; JPS5140400A; FI64131B; SE425563B; CH618952A5; DE2534504C2; CA1096582A; NO138802C; FI752194A; FR2283104B1; IE42442B1; SE426386B; NL7509243A; NL182859C; NL182859B; SE7508751L; IL47794A; GB1522182A; AR210581A1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår keramisk materiale, spesielt materiale som skal brukes for odontologiske og orto-pediske formål.

Meget av den forskning som foregår innen odontologien angår fremstillingen av materialer som kan brukes som en er-statning for tenner og ben, f.eks. som reparasjonsmateriale for fyllinger, broer og kroner, samt for protesemateriale for ben. Odontologisk forskning arbeider også for' å hindre dannelsen av tannsten, noe man antar er årsaken til både tannråte og periodontitt eller rotbetennelse.

Vanlig brukte fyllniaterialer for odontologiske formål er f.eks. kvarts, aluminiumoksyd, silikater, glassperler ote., og disse stoffer har liten kjemisk eller fysisk likhet med tannemalje. En spesiell ulempe ved disse materialer er at disse har en annen lineær utvidelseskoeffisient enn selve tannemaljen, og dette kan eventuelt føre til sprekkdannelse og ny tannråtedannelse. Det har derfor innenfor odontologien longe vært ønskelig med et odontologisk fyllmateriale som har fysiske egenskaper som ligger meget nær de man finner i naturlig tannemalj e.

Videre kan det angis at når det gjelder kirurgiske protesematerialer, som domineres vanligvis av ikke-korroderen-de og meget sterke legeringer, så er det behov for et materiale som har stor likhet med biologisk hardt vev, ettersom pro-blemer i forbindelse med vevs akseptering og tilfesting ikke fullstendig er blitt løst (Hulbert et al., Materials Science Research 5, 'il? (l97l).

Når det gjelder forskning som angår å finne effektive kjemoterapeut!ske midler mot tannsten, er det dessuten et behov for et standard prøvemateriale som har tannlignende overflate både med hensyn til tannstendannelse og motstanden mot kjemiske midler. Skjønt naturlige tenner er blitt brukt for dette formål, så er det den ulempe at de er sterkt variable, det er ofte vanskelig å oppnå dem i store mengder, og de krever meget omgående rengjøring før bruk. Man har følgelig brukt andre materialer hvor man får betydelige mengder tannsten, såsom pulverisert hydroksydapatitt, akrylisk tannmate-riale, glass og tråder. Skjønt disse materialer til en viss grad er tilfredsstillende for studier over dannelsen av tannsten, så har de liten likhet med den naturlige tannoverflaten og er følgelig ikke egnet for studier for å finne midler mot nevnte tannsten. Det er f.eks. kjent at kjemikalier som hem-mer tånnsténdannelse på tenner, ikke nødvendigvis gjør dette på glass og andre typer materialer (Turesky et al., J. Perio-dontology ^3, 263 (1972). Det er således et behov for et billig og lett tilgjengelig materiale som kjemisk ligner tannemalje, og som er hardt, tett og som kan høypoleres.

Hydrosylapatitt, Ca^^(PO^)^(OH)2, er også kjent som basisk kalsiumortofosfat, dvs. mineralfasen i tenner og ben, er blitt foreslått som materiale for de forskjellige formål som er nevnt ovenfor, og US-patent nr. 2 508 816 beskriver således en fremgangsmåte for å oppnå nevnte hydroksylapatitt fra tannemalje og bruke dette materiale i blanding med en syntetisk harpiks som et protesemateriale. Denne fremgangsmåte er meget arbeidskrevende og kostbar, og er begrenset av produksjonen av finfordelt hydroksylapatitt. Videre er fremgangsmåten selvsagt avhengig av at man har tilgjengelig en større mengde naturlige tenner.

Kutty ("Indian J. Chem." 11, 695 (1973) beskriver blandinger av hydroksylapatitt og whitlockite fremstilt ved å dekomponere pulverisert hydroksylapatitt ved forskjellige temperaturer.

Bett, et al., ("J. Amer. Chem. Spe." 89, 5535 (196?) beskriver fremstillingen av partikkelformet hydroksylapatitt med et støkiometrisk forhold som varierer fra Ca/P = 1,6/ til 1,57. Det således fremstilte materiale inneholder store in-terkrystallinske porer. Det ble således angitt at man ved oppvarming opp til 1000°C fikk en delvis omdanning av nevnte hydroksylapatitt som har et underskudd på kalsium til den så-kalte whitlockite fasen.

U.S.-patent nr. 3 787 900 beskriver et protesemateriale for tenner og ben, som består av en ildfast forbindelse og en kalsiumfosfatforbindelse, dvs. whitlockite.

Det har vært gjort flere forsøk på å tilveiebringe en ny og hard og sterk makroform av hydroksylapatitt. Det har imidlertid vist seg at ingen av de tidligere kjente former av hydroksylapatitt har vist seg fullt ut tilfredsstillende. Således har Roy og Linnehan (Nature, 2^7, 220 (197^) beskrevet en arbeidskrevende hydrotermal utbytningsprosess, hvor et gitter av kalsiumkarbonat fra marine koraller ble omdannet til hydroksylapatitt. Det materiale som ble fremstilt hadde imidlertid samme høyporøse egenskaper som man finner i selve korallen, og hfetdde dessuten en relativt lav strekkfasthet på fra 19»5 - ^0 kg, pr. cm , en meget alvorlig ulempe for protesematerialet.

Monroe, et al. ("Journal of Dental Research" 50,

860 (l97l) anga fremstillingen av et keramisk materiale ved å sintre sammenpressede tabletter av hydroksylapatitt. Det materiale som ble fremstilt var i virkeligheten en blanding av hydroksylapatitt og ca. 30$ a-whitlockite, som er Ca^

(PO^^ eller trikalsiumfosfat, som et ordnet mosaikmønster av polyhedriske krystallinske legemer, og dot var tydelig at dette materiale hadde for høy porøsitet til at det kunne brukes for odontologiske formål.

Rao og Boehm ("Journal of Den tal Research" 53, 1351 (l97^) beskriver en polykrystallinsk form av hydroskylapatitt fremstilt ved at man isostatisk sammenprfi.sser pulverisert hydroksylapatitt i en form og isome trlsk sintrer materialet i formen. Det resulterende keramiske materiale var porøst,

og hadde en maksimal kompresjonsstyrke på ca. 1220 kg/cm .

Bhaskar et al. ("Oral Surgery" 32, 336 (l97l) beskriver bruken av et bionedbryIbart kalsiumfosfat keramisk materiale for ifylling i ben. Dette materiale er sterkt po-røst, og absorberes fra det sted hvor materialet plasseres, og materialet mangler dessuten den styrke man finner 1 ot metall oller i et ikke-nedbrytbart keramisk materiale.

Foreliggende oppfinnelse angår således 011 fremgangsmåte for fremstilling av et polykrystallinsk, sintrert keramisk materiale i makroform hvor man omsetter kalsiumioner med fosfationer i et vandig medium og ved en pH fra 10 - 12, hvorved man får fremstilt et gelatinøst bunnfall av et kalsiumfosfat med et molart forhold mellom kalsium og fosfor mellom det omtrentlige molare forhold mellom kalsium og fosfor man finner i hydroksylapatitt og det tilsvarende forhold i whitelockite, hvoretter man utskiller nevnte bunnfall fra oppløsningen, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at man oppvarmer en integral masse av det separerte bunnfall, hvis ønskelig etter forming <p>g skjæring, til en temperatur på minst 1000°C, men under den temperatur ved hvilken det skjer en betydelig dekomponering av hydroksylapatitt, og opprettholder nevnte temperatur i tilstrekkelig lang tid til at man får en sintring og en vesentlig maksimal fortetning av det resulterende produkt.

Ifølge foreliggende oppfinnelse blir det således tilveiebragt en ny keramisk form av hydroksylapatitt som i alt vesentlig består av ren hydroksylapatitt som er hard, tett og som kan høypoleres. Kjemisk ligner dette materiale meget på tannemalje. Videre kan det nye materiale fremstilles på en relativt enkel måte fra billig utgangsmaterialer og kan oppnås i jevn kvalitet, hvorved man unngår de uønske-de variasjoner man finner i naturlige tenner.

Ved å bruke den nye keramiske formen av hydroksylapatitt i sammensetninger for odontologiske formål, får man et tett fyllmateriale som har en lineær utvidelseskoeffisient som er meget nær identisk med den man finner i naturlig tannemalj e.

Det erstatningsmateriale for kirurgiske og odontologiske formål som er tilgjengelig ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, er hardt, sterkt og fullstendig bioforenlig materiale, og det kan fabrikeres eller fremstilles i enhver ønsket form, uten at man trenger høyt trykk eller annen arbeidskrevende teknikk. Videre er det som beskrevet nedenfor, meget lett å gi materialet enhver forønsket grad av porøsi-tet, slik at det kan brukes i forskjellige typer vev.

De egenskaper man finner i det nye materiale gjør det meget godt egnet for fremstilling av skiver, plater, staver etc., som kan brukes for prøving av midler mot tannstein.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det også fremstilles et tofaset keramisk materiale bestående av hydroksylapatitt og whitlockite. Slik det vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor, er dette nye keramiske materiale hardt, tett, ikke-porøst, bio-forenlig og lett fremstillbart i enhver ønsket form, og på grunn av de kjente resorbsjons-egenskaper man finner i whitlockite, så kan materialet brukes som et sterkt, delvis resorberbart kirurgisk implante-ringsmateriale.

En viss grad av porøsitet er ofte fordelaktig for kirurgiske formål, fordi dette tillater sirkulasjon av kroppsvæsker og sammenvoksing med naturlig vev, så reduserer denne porøsitet selvsagt stykkets mekaniske styrke. Det bifasiske keramiske materiale som tilveiebringes ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, er skjønt det er tett mekanisk sterkt og i alt vesentlig ikke-porøst, allikevel slik at man får en sirkulasjon av kroppsvæsker og en sammenvoksing med' naturlig ved, fordi den tilstedeværende whitlockite- fasen blir langsomt resorbert fra det omkringliggende vev og erstattet med naturlig biologisk hardt ved.

Den nye fysiske form av hydroksylapatitt som'.skiller seg fra alle kjente biologiske og geologiske former samt alle tidligere kjente syntetiske former, består av et sterkt, hardt, tett, hvitt, gjennomskinnelig isotropisk, polykrystallinsk sintrert keramisk materiale som består av i alt vesentlig ren hydroksylapatitt med en midlere krystallinsk størrel-se på fra 0,2 til 3 mikron, en tetthet varierende fra 3,10 til 3,l4 g/cm , og er dessuten videre karakterisert ved et fravær av porer og ved spaltning langs glatte kurvede plan. Slik materialet vanligvis blir fremstilt, har det en kompresjonsstyrke fra 2500 til 9000 kg/cm , en strekkfasthet varierende fra 215 til 2150 kg// cm 2, on lineær varmeutvidelseskoeffisient varierende fra 10 til 12 ppm pr. grad Celsius, en Knoop hardhet varierende fra ^70 til 500 og en elastisitetsmodulus på ca. 0,'(2 x 10 6 kg/cm~2<,> og er et ikke-dobbeltbrytende materiale under polarisert lys. Den første bedømmelse av det nye hydroksylapatitt-keramiske materiale indikerte at det var et sterkt, hardt, tett, hvitt, gjennomskinnelig keramisk materiale, bestående i alt vesentlig av rent mikrokrystallinsk hydroksylapatitt i et vilkårlig, isotropisk mønster og med en kompresjonsstyrke varierende fra 2500 til 5300 kg/cm , en strekkfasthet varierende fra 215 til 360O kg/cm 2, en lineær varmeutvidelseskoeffisient varierende fra 10 til 12 ppm pr. grad Celsius, en Knoop hardhet varierende fra 470 til 500 og en elastisitetsmolulus på ca. 0,42

x 10 6 kg/cm 2, og materialet er karakterisert ved spalting langs glatte kurvede plan, og ved fravær av dobbeltbrytning under polarisert lys.

Begrepet tett, slik det brukes her, betegner et sterkt kompakt arrangement av partiklene hvor det i alt vesentlig ikke er rom mellom de enkelte partikler.

I motsetning til den ovenfor beskrevne form av hydroksylapatitt, er geologisk hydroksylapatitt og syntetisk hydroksylapatitt fremstilt ved en hydrotermal fremgangsmåte makrokrystallinsk, og spalter langs flate plan, og er dob-bel tbrytende. Biologisk hydroksylapatitt utmerker seg ved å inneholde betydelige mengder karbonationer i apatittmønstret, og er i sin reneste tilstand, dvs. i tannemalje, idet den er anisotropisk arrangert i vridde radielle staver, slik at den brytes i rette linjer langs interfasen mellom disse emalje-staver, og har relativt lav strekkfasthet på ca. 132 kg/cm 2.

I tillegg til de ovenfor beskrevne egenskaper i den nye keramiske form av hydroksylapatitt tilveiebragt ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, så er materialet også fullstendig bioforenlig og er derfor meget godt egnet som protesemateriale, både for kirurgiske og odontologiske formål. Således kan det keramiske materiale støpes eller bearbeides til tannkroner, kunstige tenner, ben og 1eddproteser, rør og festeanordninger for kunstige lemmer, som kan festes til benet og gå gjennom huden, samt prøveoverflater for studier av tannstein, carriesdannelse, artritis og andre syk-dommer som kan påvirke tenner og ben. Hvis det er egenet opp-malt kan det nye keramiske materiale brukes som et syntetisk materiale for reparasjon av ben-defekter, som ét slipemateri-ale og kan settes sammen med standard harpikser til et odontologisk reparerende materiale, slik dette vil bli beskrevet i det etterfølgende.

Som en prøveoverflate for bedømmelse av tannstenshemmende midler kan det keramiske materiale opparbeides til legemer av enhver egnet form og størrelse, fortrinnsvis on form og en størrelse som lett kan innsettes i et standard prøverør. Dette kan hensiktsmessig oppnås ved å kutte eller bearbeide store plateliknende stykker av en tørket filterkake, slik at disse får en passende størrelse, hvoretter de sintres. De sintrede produkter blir så høypolert idet man bruker vanlig teknikk, hvoretter de resulterende stykker' brukes som underlag for bedømmelse av tannstanshemmende midler, slik disse fremgangsmåte er beskrevet av Turesky et al, referanse som ovenfor. Etter bruk kan de keramiske legemer bare poleres om igjen og kan således brukes på nytt.

Slik det vanligvis fremstilles vil det keramiske materiale ikke bare være tett, men også ikke-porøst, og skjønt ikke-porøse materialer er viktig for odontologiske formål, så kan det være ønskelig med en viss grad av porøsitet i kunstige stykker som kan tillate sirkulasjon av kroppsvæske og til-vekst av vev. Varierende grader av porøsitet kan tilveiebringes i det foreliggende keramiske materiale på lignende måte, slik det er beskrevet av Monroe, et al, i ovenfor nevnte referanse. Således kan organiske forbindelser som stivelse, cellulose, bomull eller kollagen i mengder varierende fra 5 til 25 vekt-prosent blandes med det gelatinøse bunnfall av hydroksylapatitt. Under den etterfølgende sintringsprosess vil det organiske materiale bli brent ut og vil derved skape hull eller kanaler i et ellers ikke porøst keramisk produkt. - Alternativt kan porøsiteten frembringes mekanisk ved boring eller utfresing av huller og åpninger i materialet.

På denne måten kan en kunstig tunn fremstilt av foreliggende keramiske materiale gjøres porøs ved implanter-ingspunktet, mens den eksponerte tannoverflato kan forbli ikke-porøs. Implantering kan utføres slik dot er angitt av Hodosh et al, Journal of the American Dental Association,

70, 362, (1965). Alternativt kan det keramiske produkt sammensettes med et polymeriserbart eller polymerisert bindemateriale slik det er beskrevet i det etterf ølgctide, og den resulterende sammensetning kan brukes som et belegg for metall-implanteringsstykker, slik det er beskrevet i US-patent 3 609 867 utstedt 5. oktober 197L

Som nevnt kan man ifølge foreliggende oppfinnelse fremstille et sterkt, hardt, tett, hvitt, isotropisk, polykrystallinsk sintret keramisk produkt som inneholder som en fase fra lk til 98 vektprosent hydroksylapatitt og som en annen fase fra 2 til 86 vektprosent whitlockite, og som er karakterisert ved fravær av porer og ved en spalting langs det glatte, kurvede plan.

Whitlockite som også er kjent som trikalsiumfosfat, er et mineral med kjemisk formel Ca.^( PO^) ^ og mineralet kan eksistere enten i a- eller ^-krystallinsk fase. Begrepet whitlockite slik det brukes her, forstås enten med a- eller (3-fasen eller en blanding av de to faser.

Det bifasiske keramiske materiale forblir et ikke-porøst polykrystallinsk materiale uten hensyn til de relative konsentrasjoner av hydroksylapatitt og whitlockite.

Det er imidlertid underforstått at hydroksylapatitt og whitlockite har forskjellige fysiske egenskaper, og at de fysiske egenskaper såsom tetthet og optiske egenskaper for det bifasiske keramiske materiale vil være avhengig av de relative mengder av hydroksylapatitt og whitlockite. Således er den teoretiske tetthet på whitlockite mindre enn den man finner i hydroksylapatitt, og følgelig vil den obser-verte tetthet for en prøve av et bifasisk keramisk materiale inneholde ca. kofi hydroksylapatitt og 60$ whitlockite være 2,98 g/cm sammenlignet med en tetthet på 3,10 g/cm for en prøve av et rent hydroksylapatitt keramisk materiale.

Det ovenfor beskrevne bifasiske keramiske materiale er også bioforenlig og følgelig meget godt egnet som et protesemateriale for kirurgiske formål. Materialet kan således støpes eller bearbeides til ben eller leddproteser og kan opparbeides i enhver form som er egnet for å fylle et hulrom eller en defekt i et ben eller benstykke. Den whitlockite som måtte være tilstede i en proteseartikkel fremstilt fra foreliggende bifasiske keramiske materiale, vil til-slutt bli resorbert og erstattet ved et naturlig biologisk hardt vev. Selvsagt vil graden av vevsinnvekst være avhengig av mengden av resorberbart whitlockite i materialet.

Slik det vanligvis blir fremstilt vil det tofasede keramiske materiale være ikke-porøst. Hvis det imidlertid er ønskelig kan varierende grader av porøsitet tilveiebringes i det keramiske materiale slik det er beskrevet ovenfor for den keramiske form av hydroksylapatitt.

Det keramiske materiale kan også gjøres syreresi-stent ved tilsetning av fluorider slik det er beskrevet nedenfor for keramisk hydroksylapatitt.

Den ovenfor beskrevne form av hydroksylapatitt kan fremstilles ved utfelling fra et vandig medium ved en pH på fra 10 - 12 av hydroksylapatitt hvor man har et molforhold mellom kalsium og fosfor varierende fra 1,62 - 1,72, hvoretter man utskiller det utfelte hydroksylapatitt fra opp-løsningen, oppvarmer det utfelte hydroksylapatitt til en temperatur i et tilstrekkelig langt tidsrom til at man får en sintring og får en maksimal fortetning av nevnte hydroksylapatitt uten at det skjer en dekomponering av materialet.

Således blir hydroksylapatitt utfelt fra et vandig medium ved en reaksjon mellom kalsiumioner og fosfationer ved en pH fra 10 - 12. Enhver kalsium- eller fosfatholdig forbindelse som kan tilveiebringe kalsium og fosfationer i vandige medier, er egnet forutsatt at de respektive motioner i nevnte forbindelser lett lar seg skille fra et hydroksyl-apatittprodukt, og ikke i seg selv blir inkorporert i hy-droksylapatittgitteret, eller på annen måte påvirker utfel-ningen eller isoleringen av det i alt vesentlig rene hydroksylapatitt. Forbindelser som kan tilveiebringe kalsiumioner er f.eks. kalsiumnitrat, kalsiumhydroksyd, kalsiumkarbonat og liknende. Fosfationer kan tilveiebringes ved diammoniumhydrogenfosfat, ammoniumfosfat, fosforsyre og liknende. I foreliggende fremgangsmåte er kalsiumnitrat og diammoniumhydrogenfosfat de foretrukne kilder for kalsium og fosfationer, henholdsvis.

Fremstillingen av den nye foreliggende form av hydroksylapatitt kan hensiktsmessig utføres på følgende måte: Først blir kalsiumnitrat og diammoniumhydrogenfosfat i et molforhold på 1,67 til 1 omsatt i en vandig oppløs-ning ved en pH fra 10 - 12, hvorved man får et gelatinøst bunnfall av hydroksylapatitt. Den fremgangsmåte som er beskrevet av Hayek, et al., "Inorganic Syntheses" 7, 63 (l<c>>63) er tilfredsstillende for dette formål. Den gelatinøse suspensjon av hydroksylapatitt forblir deretter i kontakt med den opprinnelige oppløsning i tilstrekkelig langt tidsrom til å la kalsium til fosforforholdet i den suspenderte hydroksylapatitt å nå en verdi fra 1,62 - 1,72. Dette kan hensiktsmessig oppnås enten ved å røre suspensjonen ved romtemperatur i et tidsrom på ikke mindre enn 2k timer, eller ved å koke suspensjonen i et tidsrom fra 10 - 90 minutter, eller ved en kobbinasjon av koking fulgt av en henstand ved romtemperatur. Fortrinnsvis blir suspensjonen kokt i 10 min., og så hensatt ved romtemperatur i fra 15 - 20 timer. Hydroksylapatitten blir så utskilt fra oppløsningen på egnet måte, f.eks. ved sentrifugering og vakuumfiltrering. Det gelati-nøse produkt inneholder store mengder innelukket vann, og dette kan fjernes ved pressing. Hvis det er ønskelig kan det resulterende leiraktige materiale skjæres eller kuttes i hensiktsmessige former, eller det kan støpes i en egnet form. Det skal bemerkes at man vanligvis får én krymping på ca. 25$ når den våte. hydroksylapatitt tørkes, og man får en ytterligere krymping på ca. 25$ når det skjer en sintring slik den er beskrevet i det etterfølgende. Dette må man selvsagt ta hensyn til når man former eller støper materialet. Det våte produkt kan langsomt oppvarmes til en sintringstem-peratur på fra 1000°C til 1250°C, og ved disse temperaturer vil alt tilstedeværende vann bli avdrevet. Man holder en temperatur i nevnte område i ca. 20 min., til 3 timer og vil så få en sintring og maksimal fortetning av produktet. Vanligvis er det foretrukket å isolere det tørkede produkt før sintringen. Således kan det våte produktet tørkes ved temperaturer fra 90°C til 95°C i ca. 15 timer eller inntil vann-innholdet er blitt redusert til 1 til 2$. Hydroksylapatitt oppnådd på denne måten er sprøtt og porøst, men har en betydelig mekanisk styrke. Det kan skje en viss separasjon eller sprekkdannelse i det leirelignende materiale under tørkingen, spesielt hvis man bruker en tykk filterkake. Man kan imidlertid lett oppnå stykker som har en overflate på 100 cm 2 og en tykkelse pa 3 mm. Separasjonen eller sprekk-dannelsen under tørkingen kan nedsettes til et minimum eller hindres ved å tilsette suspensjonen av nylig utfelt hydroksylapatitt fra 0,4 til 0,6 vektprosent av et organisk bindemiddel såsom kollagen, pulverisert cellulose eller bomull, ca. 0,5$ kollagen er foretrukket. Det organiske bindemiddel vil bli avdampet under den etterfølgende sintring, og de fysiske egenskaper i det keramiske produkt synes å være i alt vesentlig uforandret i forhold til de man får når produktet er fremstilt i fravær av et slikt bindemiddel. Vanligvis vil bruken av betydelig større mengder organisk bindemiddel resultere i et porøst keramisk produkt, slik det er beskrevet ovenfor. Man kan selvsagt også bruke andre vanlig kjente organiske eller uorganiske bindemidler.

Det er vanligvis hensiktsmessig på dette trinn å ytterligere skjære eller forme den tørkede hydroksylapatitten til den form man ønsker på sluttproduktet, idet man tar hensyn til den krymping som er nevnt ovenfor som opp-trer ved sintringen.

Legemer av hydroksylapatitt bør før sintringen være jevne og frie for defekter. Nærvær av sprekker av enhver type kan gjøre at stykkene sprekker helt opp under sintringen. Produktene blir så sintret ved 1000°C til 1250°C i tidsrom fra 20 minutter til 3 timer, idet temperatur og tid er omvendt proporsjonale. Sintring blir fortrinnsvis utført ved 1100°C til 1200°C ifra 1/2 til 1 time. Det harde og tette keramiske materiale som blir fremstilt kan så poleres eller bearbeides på vanlig kjent måte.

Det er kritisk i ovennevnte fremgangsmåte å fremstille hydroksylapatitten som et gelatinøst bunnfall fra en vandig oppløsning, for det er bare i denne sammenhengen-de gelatinøse tilstand at hydroksylapatitten kan formes eller støpes og så tørkes og deretter sintres for å få fremstilt det keramiske materiale i makroform. Tørr partikkelformet eller granulær hydroksylapatitt kan ikke gjenskapes i denne gelatinøse tilstand. Hvis f.oks. pulverisert hydroksylapatitt blir suspendert i vann og filtrert, så får man en usammenhengénde, partikkelformet filterkake som ved tørking vil sprekke opp i smuler og småstykker og som ikke kan formes, støpes eller omdannes til en makroform av det keramiske materiale. Skjønt pulverisert hydroksylapatitt mekanisk kan komprimeres til et formet legeme, f.eks. en tablett, så vil et slikt produkt ved sintring ifølge foreliggende oppfinnelse bare gi et sterkt porøst produkt som ikke sprekker opp langs glatte plan, men bare vil falle fra

hverandre i store stykker ved' belastninger.

Skjønt dannelsen av hydroksylapatitt i et vandig medium er en kompleks prosess og ikke fullt ut forstått, så antar man generelt at kalsium og fosfationer i begynnelsen kombinerer seg slik at det dannes en hydroksylapatitt med et underskudd på kalsium og med et forhold mellom kalsium og fosfor på ca. 1,5. I nærvær av kalsiumioner, vil denne forbindelse så langsomt bli omdannet til en hydroksylapatitt med et forhold mellom kalsium og fosfor på 1,67.

(Eanes et al. "Nature" 208, 365 (1965) og Bett eta al.,

"J. Amer. Chem. Soc." 89, 5535 (1967). For at man således skal oppnå et keramisk produkt som består i alt vesentlig av rent hydroksylapatitt er det således viktig i foreliggende oppfinnelse at det første gelatinøse bunnfall av hydroksylapatitt må være i kontakt med den opprinnelige oppløsnin-gen i tilstrekkelig langt tidsrom til å la forholdet mellom kalsium og fosfor i nevnte produkt nå en verdi på fra 1,62 til 1,72. Et vesentlig avvik fra dette område resulterer i et mindre gjennomskinnelig keramisk produkt. Hvis f.eks. hydroksylapatitt blir utfelt ved romtemperatur og frafil-trert i løpet av 2 timer etter utfellingen, vil man finne at forholdet mellom kalsium og fosfor er fra 1,55 til 1,57 og

et keramisk produkt fremstilt av nevnte forbindelse vil være ugjennomskinnelig og ved røntgendifraksjon kan man finne at det er en blanding av hydroksylapatitt og whitlockite. Slik det er angitt nedenfor har man funnet at materialer med et forhold mellom kalsium og fosfor på fra l, hh - 1,60 kan brukes ved fremstillingen av det tofasede keramiske materiale som er beskrevet ovenfor. Den fremgangsmåte som er beskrevet her gir et gjennomskinnelig keramisk materiale som består av i alt vesentlig ren hydroksylapatitt, så kan det på bakgrunn av den ikke fullt ut forståtte mekanisme med hensyn til dannelsen av hydroksylapatitt i et vandig medium, være fordelaktig å styre hydroksylapatittdannelsen slik at man sikrer at man oppnår det forønskede forhold mellom kalsium og fosfor, slik at produktet når det er sintret vil be-stå av i alt vesentlig ren hydroksylapatitt. Dette kan hensiktsmessig oppnås ved å fjerne en prøve av hydroksy1apa-tittsuspensjonen, utskille produktet, tørke og sintre det slik det er beskrevet ovenfor, hvoretter det keramiske pro-

duktet undersøkes ved elementær analyse og ved røntgenana-lyse.

Temperatur og varighet av sintring er også kritiske i foreliggende fremgangsmåte. Således kan usintret hydroksylapatitt med deib forønskede forhold mellom kalsium og fosfor på fra 1,62 - 1,72 omdannes til et keramisk produkt ved at det oppvarmes til en temperatur på minst ca. 1000°C til 1200 C. Ved 1000 C kan man få en fullstendig sintring og maksimal fortettning i tidsrom fra 2-3 timer, mens man ved 1200°C kan få dette i løpet av 20-30 minutter. Det er foretrukket å utføre en sintring ved temperaturer på ca. 1100°C

i ca. en time. En temperatur vesentlig under 1000°C vil gi en ufullstendig sintring uten hensyn til oppvarmingstidens lengde, mens en oppvarming over 1250°C i mer enn en time vil resultere i en delvis dekomponering av hydroksylapatitt til whi tlocki te.

Det ovenfor beskrevne tofasede keramiske materiale består av en fase av hydroksylapatitt og en annen fase av whitlockite, og produktet kan fremstilles ved at man fra en vandig opplsøning ved en pH fra 10 - 12 utfeller en kalsiumfosfatforbindelse med et molforhold mellom kalsium og fosfor varierende fra 1,44 - 1,60, fortrinnsvis 1,46 - 1,57 hvoretter man skiller bunnfallet fra oppløsningen og oppvarmer det således oppnådde faste stoff til en temperatur og i tilstrekkelig langt tidsrom til at man får en sintring og maksimal fortettning.

Kalsium-fosfatforbindelsen som har det forønskede støkiometriske forhold, dvs. et Ca/P-forhold på fra 1, 44 - 1,60 kan fremstilles ved at man lar kal siumiojier <p>g fosfationer reagere i et vandig medium ved en pH på 10 - 12, idet man bruker samme kilder for kalsium og fosfationer som beskrevet ovenfor for fremstillingen av enfaset hydroksylapatitt. Kalsiumnitrat og diammoniumhydrogenfosfat er de foretrukne reagenser i så henseende.

Det tofasede keramiske materiale kan således fremstilles ved å omsette kalsiumnitrat og diammoniumhydrogenfosfat i et molforhold på 1,67 til 1, dvs. slik dot er beskrevet ovenfor for fremstillingen av enfaset keramisk hydroksylapatitt, forutsatt at det første gelatinøse bunnfall ikke oppvarmes men hensettes i kontakt med den opprinnelige oppløsningen i et tidsrom som ikke overstiger ca. 4 timer, eller ved at man Lkke lar molforholdet mellom kalsium og fosfor i bunnfallet overstige en verdi på ca. 1,6o.

Som beskrevet ovenfor kan kalsiumfosfat-bunnfallet utskilles fra oppløsningen, vaskes, eventuelt formes eller støpes i hensiktsmessig form, og eventuelt tørkes og isoleres før sintring.

Suspensjonen av nylig utfelt kalsiumfosfat kan også behandles med organiske bindemidler eller fluoridioner, slik det er beskrevet ovenfor for enkeltfaset hydroksylapatitt.

Sintring utføres ved temperaturer fra 1000°C til 1350°C i tidsrom fra 20 min. til 3 timer.

Mengden av whitlockite i det keramiske materiale vil være avhengig av det tidspunkt når bunnfallet utskilles fra den opprinnelige oppløsningen, og kan variere fra 2 til 83$. Når f.eks. produktet isoleres 5 minutter etter utfellingen vil man få et forhold mellom kalsium og fosfor på ca. 1,55 og det keramiske materiale vil i dette tilfelle inneholde ca. 83$ whitlockite. Hvis produktet isoleres 2 timer etter utfellingen vil kalsium/fosfos-forholdet være 1,57 og det resulterende keramiske materiale inneholder ca. 6l$ whitlockite. En isolering av produktet 4,5 time etter utfellingen ga keramisk materiale med ca. 2$ whitlockite, en mengde som nesten ikke kan påvises ved røntgendifraksjon som har en følsomhet med hensyn til konsentrasjon på fra 2-3$. Hvis man imidlertid lot produktet være i kontakt med den opprinnelige oppløsningen utover 7 timer, fikk man et keramisk stoff som i alt vesentlig besto av ren hydroksylapatitt.

Alternativt kan det tofasode keramiske materiale fremstilles ved at man omsetter kalsiumioner med fosfationer i et omtrentlig molart forhold på 1,50 - 1,60 til 1. På denne måte vil det molare forhold mellom kalsium og fosfor i det utfelte produkt ikke overstige en verdi på 1,60 uan-sett hvor lang tid bunnfallet er i kontakt med den opprinnelige oppløsning.

Således kan fremstillingen av det foreliggende tofasede keramiske materiale utføres som beskrevet ovenfor, for fremstilling av det rene hydroksylapatitt, bortsett fra at reaktantene, dvs. kalsiumnitrat og diammoniumhydrogenfosfat, omsettes i et omtrentlig molart forhold på fra 1,50 - 1, 60 til 1, hvorved man får keramiske materialer som inneholder fra 30-50 # hydroksylapatitt og fra 50-70 $ whitlockite.

Det keramiske materiale kan videre anrikes med hensyn til whitlockitefasen ved å kombinere trekk fra de to foregående varianter, dvs. at man reagerer kalsiumioner med fosfationer i et omtrentlig molart forhold på 1,50 -

1,6o til 1 og isolerer den utfelte kalsiumfosfatforbindelse i løpet av kort tid, fortrinnsvis fra 5 min. til k timer, etter utfellingen. Således fremstilte keramiske stoffer inneholder ca. 10-30 $ hydroksylapatitt og 70-90 $ whit-locki te.

Det er kjent at hydroksylapatitt dekomponerer til whitlockite ved ca. 1250°C, og det er følgelig underforstått at en forlenget oppvarming av det enfasede keramiske produkt bestående av hydroksylapatitt til temperaturer på

1250 C ell er høyere, vil resultere i en delvis dekomponering av nevnte hydroksylapatitt til whitlockite, hvorved man får det nevnte tofasede keramiske materiale.

Produktene som fremstilles ifølge foreliggende oppfinnelse kan benyttes i logiske reparerende sammensetninger bestående av en blanding av det keramiske hydroksylapatitt og et polymer!serbart eller polymerisert bindemateriale som er forenlig med de betingelser man finne i munnhulen. Nevnte odontologiske sammensetninger består av fra 10-90 $, fortrinnsvis 60-80 vektprosent av finfordelt keramisk hydroksylapatitt, mens resten av sammensetningen, dvs. 10-90 vektprosent består av odontologisk akseptable polymeriserbare eller polymeriserte bindematerialer sammen mod kjente passende polymeriseringskatalysatorer, såsom alifatiske ketonperoksy-der, benzoylperoksyd etc., samt reaktive fortinningsmidler såsom di-, tri- og tetraetylenglykol dimetakrylat, herdnere såsom N-3-oksohydrokarbon-substi tuerte akrylamider slik disse er beskrevet i US-patent 3 277 056 utstedt k. oktober 1966, samt akselerende forbindelser såsom metall acetyl-acetonater, tertiære aminer, dvs. N,N-bis-(2-hydroksyetyl)-p-toludin etc., tverrbindende midler såsom sinkoksyd etc., som kan alle være tilstede i mengder varierende fra 0,01 til 45 vekt-prosent av den totale sammensetning. Skjønt det er ikke kritisk er det vanlig at man tilsetter en overflateaktiv sam-monomer, såsom reaksjonsproduktet av N-fenylglysin og glysidylmetakrylat slik dette er beskrevet i US-patent 3 200 lh2, utstedt 10. august 1965» metakryloksypropyltrimetoksy-silan, 3 i 4-epoksysykloheksyletyltrimetoksysilan, vinyltri-klorsilan etc., i nevnte sammensetning i mengder fra 0,05 til 10 vektprosent av den totale sammensetning. Bindemid-let fremmer bindingen av det keramiske materiale til' harpiksen og for tannfyllingsmaterialet til den'-naturlige tan-nen. Således vil keramisk hydroksylapatitt ofte opparbeides til egnede partikkelstørrelser på fra 5 til 100 um ved å bruke vanlig oppmålingsteknikk, og kan så blandes med en passende mengde av en standard harpiks slik disse er kjent for odontologiske formål, f.eks. hydroksyetylmetakrylat, polymetylmetakrylat, polyakrylsyre, propylenglykol-fumarat-ftalat-umettede polyestere slik disse kan oppnås som "23 LS8275" og "Selectron 580001", styremodifiserte umettede polyestere såsom "Glidpol 1008", "G-136" og "4CS50", epok-syharpikser såsom "Araldite 6020", "ERL277V og bisakrylat-monomeren fremstilt fra glysidylmetakrylat og Bisfenol S, slik dette er angitt i US-patent 3 O66 112. Harpiksen kan be-stå av en enkeltmonomer eller en blanding av to eller flere sammonomere. Videre kan man bruke additiver som fargestoffer, uorganiske pigmenter eller fluoriserende midler slik dette er kjent fra slike forbindelser. Det er hensiktsmessig å blande harpiksen, den keramiske hydroksylapatitten og eventuelt andre ingredienser, såsom silanbindemiddel, fargestoffer, uorganiske pigmenter eller fluoriserende midler før man blander ingrediensene er imidlertid ikke kritisk, og de kan også blandes samtidig. Ved å bruke vanlig kjent teknikk kan sammensetningen brukes som et tannfyllingsmateriale eller sammensetningen kan støpes i en egnet form, slik at man får fremstilt en kunstig tann eller et sett av tenner.

li

Det er meget fordelaktig hvis det materiale som skal brukes i munnhulen er resistent overfor caries. En slik egenskap kan lett oppnås ifølge foreliggende oppfinnelse ved at man tilsetter fra 0,01 til 1 $ fluoridioner såsom ammonium eller tinnfluorid til suspensjonen av nylig utfelt hydroksylapatitt. Det keramiske produkt som fremstilles ved sintringen er meget resistent overfor melkesyre, eddiksyre eller sitronsyre, i en standard in vitro metode som brukes for å bestemme resisten.se overfor tannråte eller caries. Alternativt kan resistensen overfor tannråte bedres ved at det ferdige keramiske materiale eksponeres overfor en vandig oppløsning av natriumfluorid med en styrke på fra 0,5 til 5 $ i et tidsrom fra 12 timer til fem døgn. Fortrinnsvis bør det keramiske legeme hensettes i en 5 $ vandig na-triumf luoridopplø sning i ca. k døgn.

Det er selvsagt underforstått at i tillegg til organiske eller uorganiske bindemidler og fluoridioner kan det keramiske'amateriale også inneholde mindre mengder av andre elementer, som dog ikke forandrer de keramiske produk-ters vesentlige egenskaper. Det er f.eks. kjent at barium og strontium kan inngå i apatittkrystallgitteret og at disse elementer gjør at materialet blir mer ugjennomskinnelig for røntgenstråler enn kalsium. En tilsetning av mindre mengder barium eller strontiumioner til kalsiumionene før man omsetter sistnevnte med fosfationene, vil således resultere i et barium eller strontiumtilsatt hydroksylapatitt keramisk materiale som kan brukes i et odontologisk reparasjonsmateriale slik det er beskrevet ovenfor, og vil gi tilstrekkelig røntgenabsorbsjon til at man lett kan påvise fylte tenner. Magnesium kan også inngå i apati ttkrystallgitteret og vil hindre utkrystalliseringen av hydroksylapatitt, men vil fremme utkrystalliseringen av whitlockite (Eanes et al., "Calc. Tiss. Res." 2, 32 (1968). En tilsetning av en mindre mengde magnesiumioner til kalsiumionene før disse reagerer med fosfationene vil således fremme dannelsen av whitlockite slik at man får et whitlockite anriket tofaset keramisk materiale.

Keramiske materialer fremstilt som beskrevet ovenfor ble karakterisert på basis av en eller flere av de føl-gende analyseteknikker: Elementæranalyse, tetthet, røntgen-difraksjon, transmisjons-elektron-mikroskopi, lysmikroskopi ved hjelp av polarisert lys samt mekaniske egenskaper.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1.

En rørt blanding inneholdende 130 ml av 1,63N kalsiumnitrat (0,212 mol) og 125 ml konsentrert ammoniakk ble dråpevis i løpet av ca. 20 minutter tilsatt en blanding inneholdende 16,75 g (0,127 mol) av diammonium hydrogenfosfat, koo ml destillert vann og 150 ml konsentrert ammoniakk. Den resulterende suspensjon ble kokt i 10 minutter, avkjølt i et isbad og så filtrert. Filterkaken ble presset ved hjelp av et gummistykke og så tørket over natten ved 95°C. En prøve av den resulterende, harde, porøse, sprø kake ble oppvarmet i en elektrisk ovn i løpet av 115 min. til en slutt-temperatur på 1230°C. Produktet ble så avkjølt til romtemperatur og gav et sprøtt, hardt, hvitt, gjennomskinnelig keramisk produkt.

En standard elementæranalyse av det ferdige produkt samt av det tørkede hydroksylapatitt før sintringen, gav følgende resultater basert på Ca1Q(P0^)^(OH)2:

En undersøkelse av et tynnsjikt av det keramiske produkt ved hjelp av polarisert lysmikroskopi ved 130X og 352X forstørrelse, indikerte klart at materialet i alt vesentlig og tydelige skjelnbare strukturelle trekk, såsom krystallinform, orientering, grenselinjer etc., anga klart en mikrokrystallinsk struktur. En sammenligning mellom optiske bilder av et tynnsjikt av en sintret, komprimert tablett slik dette er angitt av Monroe et al. (for referanse se ovenfor), viste at de to materialer var fullstendig av forskjellig struktur.

Røntgendiffraksjonsmålinger ble utført på vanlig måte. Man beregnet avstanden mellom de indre plan og fant at disse var i alt vesentlig identiske med de verdier som er gitt for hydroksylapatitt av Donnay et al., "Crystal Data", ACA Monogram nr. 5.668 (1963). Røntgendata indikerte videre et fravær av whitlockite i en mengde på mer enn 2 til 3 dvs. den minimale konsentrasjon man har på difrak-tometeret.

EKSEMPEL 2.

En oppløsning inneholdende 79,2 g (0,60 mol) diammoniumhydrogenfosfat i 1500 ml destillert vann ble justert i pH 11-12 med ca. 750 ml konsentrert ammoniakk. Ytterligere destillert vann ble tilsatt slik at man fikk opp-løst det utfelte ammoniumfosfat, og man fikk et totalvolum på 3200 ml. Hvis nødvendig ble pH igjen justert til 11-12. Denne oppløsning ble dråpevis tilsatt i løpet av 30--'*0 minutter tii en kraftig rørt oppløsning inneholdende 1 mol kalsiumnitrat i 900 ml destillert vann på forhånd justert til pH 12 med ca. 30 ml konsentrert ammoniakk og sil fortynnet til et volum på 1800 ml med destillert vann. Da til-setningen var ferdig, ble den resulterende gelatinøse suspensjon rørt i ytterligere 10 minutter og så kokt i 10 minutter, fjernet fra varmekilden, dekket og hensatt i fra 15-20 timer ved romtemperatur. Den overliggende væske ble avfeit og den gjenværende suspensjon sentrifugert ved 2000 omdr./niin. i 10 minutter. Det resulterende bunnfall ble resuspendert i 800 ml destillert vann og igjen sentrifugert ved 2000 omdr./min. i 10 minutter. Tilstrekkelig destillert vann ble tilsatt til de gjenværende faste stoffer, slik at man fikk et totalt volum på 900 ml. Kraftig risting ga en homogen suspensjon, som i alt vesentlig var fri for store fragmenter eller aggregater. Hele suspensjonen ble hoi t over i en Buchner-tråkl på on gang' og filtrert ved hjelp av et svakt vakuum. Da filterkaknn begynte å sprokke satte man på et gummi stykke og vakuumet bJo økot.

Etter en time, ble stykket fjernet og den sprekkfrie og in-takte filterkake ble overfort til en flat overflate, tørket i 15 timer ved <l>)0-95°C og gav fra ')()-100 g av hvite, porøse, sprø stykkor av hydroksylapatitt. Stykkor med et ovorflate-areaJ på fra 1 til U cm^ og frie for sprekker ble plassert

i en elektrisk ovn og temperaturen ble hevet til 1200°C i

løpet av 100 min., hvoretter ovnen og innholdet ble avkjølt til romtemperatur. De resulterende stykkene var harde, tof-te, ikko-porøse, hvite, gjonnomskinneLige keramiske stykker.

Etter at man utførte ovennevnte analyse oppdaget man at den analyseteknikk man brukte ikke var fullstendig med hensyn til oppløsning av prøvene, og at resultatene derfor er unøyaktige og noe variable. Uten hensyn til nevnte data så kan det fastslås at prøven var i alt vesentlig homogen, noe som ble bekreftet ved hjelp av elektronmikroskop-iske data. Produktet fra eksempel 3 som ble fremstilt ved en fremgangsmåte som i alt vesentlig er identisk med fremgangsmåten ved eksempel 2 hadde videre de forventede ana-lytiske verdier og kunne videre karakteriseres som et homogent hydroksylapatitt ved hjelp av røntgendiffraksjon og elektronmikro skopi.

To-trinns avstøpningsprøver ble gjort ved skygge-legging på et kollodion avtrykk av prøveoverflaten ved hjelp av krom som så ble belagt med karbon. Transmisjons-elektronmikroskopet av disse prøver viste en jevn korn-størrelse uten tegn til porer eller en utfelning av andre faser, hverken langs korngrensene eller inne i selve kornene i mengder på mer enn ca. 0,5$» noe som er minimumskon-sentrasjonen for elektromikroskopet. En prøve av det keramiske stykke ble så polert ved hjelp av SiC-papir til 600 grit, og så polert til 3 pm ved hjelp av en diamantpasta på et metallografisk hjul dekket med fint nylonklede. Prø-ven ble så etset med 4$ flussyre i 30 sekunder. Avtrykk ble utført både på den polerte og etsede overflate og så bedømt ved hjelp av elektromikroskopi. Heller ikke nå kunne man observere noen andre faser i grensene mellom kornene, men det var imidlertid et visst tegn til små utfeininger av andre faser inne i selve kornene.

Kompresjonsstyrken og elasti si tetsmodulus ble bestemt på vanlig måte og man fant at de var 4050l 1195 kg/ cm^ og 0,'*5 x 10^ kg/cm^, henholdsvis.

Strekkfastheten ble bestemt ved standard tre-punkts bendeprøve og den var 690^ 235 kg/cm^.

Varmeutvidelseskoeffisienten viste seg å være lineær mellom 25°C og 225°C, med en verdi på 11 x 10~ 6/ °C± 10 $.

Man fant en hardhetsverdi på 480 ved å bruke den vanlige kjente Knoop-metoden. Man oppnådde den samme verdi uten hensyn til retning for den påsatte kraft, noe som in-dikerer klart at materialet var isotropisk.

Porøsiteten ble bestemt kvalitativt ved å senke prøvematerialet ned i en fuchsin-fargestoffoppløsning i 15 minutter, vaske prøven med vann, tørke den og så undersøke prøvematerialet for spor av fargestoff. Denne prøven ble ut-ført samtidig på den ikke-porøse form av det keramiske materiale fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse, en sintret komprimert tablett av hydroksylapatitt, og en naturlig tann. Den sintrede komprimerte tablett viste betydelig til-bakeholdelse av fargestoff, mens det nye keramiske stoff og den naturlige tann ikke viste noen tegn til fargestoffab-sorbsjon. I en annen metode ble prøvematerialet senket ned i 6N vandig ammoniakk i 15 minutter, så vasket med vann, tørket og så brettet inn i fuktig lakmuspapir. Eventuell ammoniakk som måtte være tilstede på overflatene vil gjøre at det omkringliggende lakmuspapir blir blått. Når denne prøve blir utført samtidig på det keramiske stoff fremstilt ifølge oppfinnelsen, en sintret komprimert tablett av hydroksylapatitt og en naturlig tann, så ble lakmuspapiret som var i kontakt med den sintrede, komprimerte tabletten blått, noe som viser at det var tilstede ammoniakk i tabletten. Man kunne ikke observere noen fargeforandring på lakmuspapiret som var i kontakt hverken med det keramiske stoff eller med den naturlige tann.

EKSEMPEL 3.

Ved å bruke samme fremgangsmåte som beskrevet i eksempel 2, men ved å bruke 3 mol kalsiumnitrat og 1,8 mol diammonium hydrogenfosfat, fikk man 304 g av et hvitt, sprøtt og porøst hydroksylapatitt.

Man utførte en sintring ved 1100°C i en time og

dette gav et hardt, hvitt, gjennomskinnelig keramisk produkt med en tetthet på 3,10 g/cm . Røntgendiffraksjonen indikerte at materialet var homogent hydroksylapatitt. Elektronmikro-skop undersøkelse viste en krystallinstørrelsesfordeling i

området fra 0,7 til 3 mikron og et fravær av porer og ut-felninger av andre faser.

EKSEMPEL k .

A. Man bruke samme fremgangsmåte som i eksempel 2, men anvendte halvparten av de mengder som der er angitt, og man fikk utfelt ca. 50 g hydroksylapatitt fra en vandig oppløs-ning. Etter sentrifugering og avhelling ble det resulterende mineralske slam resuspendert i - tilstrekkelig vann til et volum på 1 liter og så ble det hele homogenisert i en Varing blander i 2 minutter.

B. En blanding inneholdende 0,5 g pulverisert cellulose (< 0,5 u) i 200 ml vann ble blandet i en Waring-blander i 3 minutter. En 100 ml prøve av den homogene vandige suspensjon av hydroksylapatitt ble så tilsatt og den resulterende blanding blandet i ytterligere 5 minutter. Suspensjonen ble så filtrert, og filterkaken tørket og sintret som angitt i eksempel 2. Filterkaken viste etter tørking meget liten tendens til oppsprekking og det keramiske produkt som ble fremstilt ved sintringen var svakt porøst, noe som kunne angis ved den fuchsin-prøve som er beskrevet ovenfor. C. En blanding inneholdende 0,5 g revet kirurgisk bomull i 200 ml vann ble blandet i en Waring-blander i 45 minutter eller inntil man fikk en nesten homogen suspensjon. En 100 ml prøve av en vandig homogen suspensjon av hydrok--sylapatitt som beskrevet i eksempel 4a, ble så tilsatt og blanding fortsatt i ytterligere 15 minutter. Den resulterende suspensjon ble filtrert og filterkaken tørket og sintret som beskrevet i eksempel 2. Det keramiske produkt forble intakt og var synlig porøst.

EKSEMPEL 5.

A. En blanding inneholdende 5 S kollagen (Akillos-, sener fra kveg) i 300 ml vann ble blandet i en Waring-blander i 5 minutter. Kollagenet opptok store mengder vann og dannet en tykk gelatinøs masse. En mindre mengde finfordelt kollagen (20-30 mg), forble i suspensjonen.

B. Suspensjonen av finfordelt kollagen (250 ml) ble avhelt og blandet i en Waring-blander i 5 minutter med en 100 ml prøve av den homogene vandige suspensjon av hydroksylapatitt som er beskrevet i eksempel hA. Den resulterende blanding ble filtrert og filterkaken tørket og sintret som beskrevet i eksempel 2. Det keramiske produkt forble intakt og var i alt vesentlig ikke-porøst. C. Ca. 20 % av den tykke gelatinøse kollagen ble blandet i en Waring-blander i 6 minutter med 150 ml av den homogene vandige suspensjon av hydroksylapatitt som er beskrevet i eksempel 4A. Den resulterende blanding,ble filtrert og filterkaken tørket og sintret som beskrevet i eksempel 2. Den tørkede filterkake var før sintringen intakt og hadde betydelig mekanisk styrke. Det keramiske produkt som ble fremstilt var hardt, sterkt og synlig porøst.

EKSEMPEL 6.

Prøver av det keramiske produkt fremstilt som beskrevet i eksempel 2, ble hensatt i en 1 $ vandig natrium-fluoridoppløsning i 12 timer. Disse prøver sammen med prø-ver av ubehandlet keramisk materiale og naturlige tenner ble så ekspandert overfor 10 $ melkesyre. Etter 3 døgn viste det fluoridbehandlede keramiske produkt betydelig mindre angrep av melkesyren enn hva som var tilfelle med det ubehandlede produkt og den naturlige tannemaljen. Ved henstand i 1 $ vandig natriumfluorid i 3 døgn, var det ingen synlige angrep på det keramiske produkt etter 3 døgn, og etter 1 måned var det bare svak dekomponering, mens de ubehandlede prøver var sterkt dekomponert.

EKSEMPEL 7.

Man brukte samme fremgangsmåte som beskrevet i eksempel 2, men brukte halvparten av de mengder som der ble anvendt, og man fikk utfelt ca. 50 g hydroksylapatitt fra en vandig oppløsning. Etter sentrifugeriug ble det mineralske bunnfall suspendert i tilstrekkelig vann til at man fikk et totalvolum på 500 ml. Suspensjonen blo oppdelt i ti like porsjoner som hver ble fortynnet med 50 ml vann og behandlet med ammoniumfluorid på følgende måte: Prøvene 1 til 5 ble henholdsvis tilsatt 0, 0,1, 0,5, 1,0 og 2,0 ml av en vandig ammoniumfluoridoppløsning inneholdende 0,00085 g F~ /ml. Prøvene 6, 7 og 8 ble behandlet med 0,5, 1,0 og 10,0 ml.henholdsvis av en vandig ammoniumfluorid-oppløsning inneholdende 0,0085 g F™ / ml. Prøvene 9 og 10 ble tilsatt 2,0 og 4,0 ml henholdsvis av en vandig ammo-niumf luoridopplø sning inneholdende 0,045 g F /ml. Suspen-sjonene ble så rystet i en roterende ristemaskin i 1,5 ti-me og så filtrert. Filterkakene ble presset i 15 minutter ved hjelp av et gummistykke, tørket i 2 døgn ved 95°C og så oppvarmet i en elektrisk ovn til en temperatur på 1200°C. De resulterende keramiske produkter ble malt til et fint pulver og siktet gjennom en sikt på 325 mesh. Atti mg prø-ver av hver av de nevnte pulvere ble blandet med 80 ml av en pH på 4,1 natriumlaktat bufferoppløsning,(0,4 mol) ved 23°C, og ristet i en Burrell-ristemaskin. 2, 9» 25 og 40 minutter etter ristingen, tok man ut en 3 ml prøve fra hver blanding, denne ble umiddelbart filtrert for å fjerne uoppløste prøver, og mengden av oppløst keramisk produkt ble uoppløste prøver, og mengden av oppløst keramisk produkt ble bestemt kolometrisk. Resultatene er angitt i tabell A. For sammenligningsformål tok man en sintret del av prøve 1 og lot den stå i 4 døgn i 1 ml oppløsning av 5 $ natriumfluorid. Det faste stoff ble utskilt, vasket med vann, tørket og så undersøkt på samme måte som prøve IA. Resultatene er angitt i tabell A. Det fremgår av de ovenfor beskrevne eksperimentelle betingelser at disse ikke ligner in vivo betingelser, men ble valgt slik at man fikk tilstrekkelig løseliggjøring av en prøve innenfor et rimelig tidsrom, hvorved man fikk en nøyaktig bedømmelse av den relative effekten av fluoridionekonsentrasjonen. Således vil in vivo oppløsningshastighetene for det keramiske hydroksylapatitt være betydelig mindre enn de ovennevnte hastig-heter som man altså fant i en sterk laktatbuffer.

EKSEMPEL 8.

Store fragmenter av tørket filterkake ca. 3-4 mm brede fremstilt som beskrevet i eksempel 2 og med et Ca/P = 1,64 - 1,66 ble brukket løs i rektangulære plater ca. 14 - 15 mm lange og 7-8 mm brede, og det ble boret et lite hull igjennom hver ende. Ett tusen av disse plater ble så sintret som beskrevet i eksempel 2, og så polert til en høy-glans overflate med vanlig kjent teknikk. De resulterende keramiske legemer hadde en tetthet på 3,12 - 3,l4 g/cm og var i form av rektangulære plater ca. 10 - 11 mm lange, 4 - 5 mm brede og 2-3 mm tykke, og hadde et hull i hver ejide hvorigjennom man tredde en tråd. Platene som ved hjelp av disse tråder kunne senkes ned til ethvert forønsket dyp i et prøverør, ble brukt som prøveoverflater for bedømmelse av tannstenshemmende midler, slik det er beskrevet tidligere .

EKSEMPEL 9.

En oppløsning inneholdende 0,24 mol diammoniumhydrogenfosfat i 600 ml destillert vann ble justert til pH 11,4 med 340 ml konsentrert ammoniakk, og det endelige volum ble justert til 1280 ml med destillert vann. Denne opp-løsning ble dråpevis i løpet av 30 minutter tilsatt en kraftig rørt oppløsning som inneholdt 0,4 mol kalsiumnitrat i 360 ml destillert vann på forhånd justert til pH 11 med konsentrert ammoniakk og fortynnet til et volum på 720 ml med destillert vann. Den resulterende suspensjon ble rørt uten koking og periodevis tok man ut 250 ml prøver som ble vasket og tørket som beskrevet i eksempel 2. Alle prøver ble så oppvarmet i en time ved 1100°C, og sammensetningen på det resulterende keramiske produkt ble bestemt ved rønt-gendiffraksjon. De oppnådde resultater er angitt i tabell B.

a. Disse verdier ligger på grensen av den minimale konsentrasjon som man kan påvise ved hjelp av røntgendiffrak-tometeret (2-3$) og den nøyaktighet som derved er angitt er noe tvilsom.

EKSEMPEL 10.

A. Man brukte samme fremgangsmåte som beskrevet i eksempel 2, men brukte 0,3 mol kalsiumnitrat og 0,2 mol diammoniumhydrogenfosfat, og man fikk et hardt, sprøtt, po-røst produkt med følgende kjemiske sammensetning: Ca =

38,85 $; P = 19,77 $; Ca/P = 1,52. Dette materiale ble i 1 time holdt på 1200°C og gav et sterkt, hardt, ikke-porøst,

hvitt, noe ugjennomskinnelig keramisk, materiale som besto av ca. 4o $ hydroksylapatitt og 60 $ whitlockite slik dette kunne påvises ved røntgendiffraksjon.

B. Når ovennevnte reaksjon ble utført med motsatt tilsetning av utgangsmaterialene, fikk man et produkt som besto av ca. 40 $ hydroksylapatitt og 60 $ whitlockite, og med et Ca/P = 1,52 og en tetthet på 2,982 g/cm<3>.

EKSEMPEL 11.

En oppløsning inneholdende 0,0625 mol diammoniumhydrogenfosfat i 150 ml destillert vann ble behandlet med 95 ml konsentrert ammoniakk, og sluttvolumet ble justert til 320 ml med destillert vann. Denne oppløsning ble i løpet av 30 minutter tilsatt dråpevis til en kraftig rørt oppløs-ning inneholdende 0,1 mol kalsiumnitrat og 2,5 ml konsentrert ammoniakk i 180 ml destillert vann. Den resulterende suspensjon ble rørt i 5 minutter, så avkjølt i is i 45 minutter, hvoretter de suspenderte faste stoffer ble isolert, vasket og tørket som beskrevet i eksempel 2, hvorved man fikk et hardt, sprøtt og.porøst, hvitt, fast stoff med føl-gende kjemiske sammensetning: Ca = 35,4 $; P = 18,59 $> Ca/P = 1,46. Dette materiale ble i 1 time holdt på 1350°C og gav et sterkt, hardt, ikke-porøst noe ugjennomskinnelig keramisk produkt som besto av ca. l4 $ hydroksylapatitt og 86 % whitlockite, slik dette kunne påvises ved røntgendif-f raksjon.

Produktene fra eksemplene 1-11 tilsvarer produkter fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse, og har fysiske egenskaper slik disse er beskrevet ovenfor.

Gjenstander fremstilt som beskrevet i eksemplene 1, 2, 3, 5B og 6 - 8 er sterke, harde, tette, hvite, gjennom-skinnelige keramiske legemer som består i alt vesentlig av ren isotropisk polykrystallinsk hydroksylapatitt, fri for porer, og som har en kompresjonsstyrke i området fra 2500 til 9000 kg/cm 2, en strekkfasthet i området fra 215 til 2150 kg/cm 2, en lineær varmeutvidelseskoeffisient varierende fra 10 til 12 ppm pr. grad Celsius, en Knoop-hardhet i området fra 470 til 500 og en elastisitetsmodul på.ca. 0,43 x 10 6 kg/cm 2, og materialet er karakterisert ved spalting, langs glatte, kurvede plan, og ved et fravær av dobbeltbrytning under polarisert lys.

Gjenstander fremstilt som beskrevet i eksemplene k og 5C er det samme materiale som fremstilt som beskrevet i eksemplene 1, 2, 3» 5B og 6-8, men har forskjellige typer porer med varierende antall og størrelse. Det er selvsagt innlysende at en opptreden av porer i nevnte artikler i vesentlig grad påvirker disse artiklers fysiske egenskaper, f.eks. en reduksjon i kompresjonsstyrken, strekkfastheten, elastisiteten og hardheten.

Nedenfor skal det gis eksempler på anvendelsesom-råder for produkter som er fremstilt ifølge oppfinnelsen.

I. En sammensetning som egner seg som tannsement og

tannfyllingsmiddel ble fremstilt på følgende måte:

A. En oppløsning inneholdende 20 mg kondensasjonspro-dukt av N-fenylglysin og glysidylmetakrylat (beskrevet i US-patent 3 200 l42 og der beskrevet som NPG-GMA) i 7 ml etanol, ble tilsatt 2,0 g pulverisert keramisk hydroksylapatitt. Etter røring i 5 minutter ble etanolen fordampet under vakuum ved romtemperatur og det resulterende faste stoff ble tørket i 2 timer ved 1 mm Hg. B. En 80 mg prøve av det ovennevnte materiale ble blandet med 0,4 mg benzylperoksyd og 30 mg av en 1:2 blanding av hydroksyletylmetakryla't og reaksjonsproduktet av bisfenol A og glysidylmetakrylat som er beskrevet i US-patent 3 066 112 og der beskrevet som bis-GMA. Den resulterende blandingen ble plassert i en sylindrisk stålform og ble herdnet der ifra 3-5 minutter. Kompresjonsstyrken ble bestemt på fire sylindriske plugger, fremstilt som beskrevet ovenfor. Den midlere verdien var 17^0 kg/cm 2. II. En blanding bestående av 60 deler pulverisert keramisk hydroksylapatitt, 13 deler hydroksyletylmetakrylat, 27 deler av kondensasjonsproduktet av bisfenol A og glysidylmetakrylat, 0,3 deler N,N-bis-(2-hydroksyetyl)-p-toluidin og 0,8 deler benzoyl peroksyd ble blandet og gav en tynn, frittflytende blanding som kan brukes som tannfyllingsmateriale og som tetningsmateriale for sprekker. Blandingen ble helt over i en sylindrisk stålform og herdnet der i ca. 3 minutter. Man bestemt kompresjonsstyrken på syv sylindriske legemer, og den midlere verdi var l46o kg/cm . III. Det følgende er et eksempel på en sammensetning som kan brukes som tannfyllingsmateriale. 5 ml 2 -propanol ble tilsatt 0,5 g pulverisert keramisk hydroksylapatitt. 2-propanolen ble så fordampet under vakuum ved romtemperatur for å fjerne eventuelt hy-dratas jonsvann fra overflaten av det keramiske materiale.

120 mg pulverisert hydroksylapatitt behandles som beskre-

vet ovenfor, ble tilsatt 0,3 mg benzoylperoksyd og 4o mg av en blanding bestående av kondensasjonsproduktet av bisfenol A og glysidylmetakrylat, trietylenglykol-dimetakrylat og N, N-bis-('2-hydroksyetyl )-p-toluidin og denne blanding selges under varemerket "Epoxylite HL-72". Blandingen ble utjevnet til en glatt pasta og plassert i sylindriske stålformer og hensatt i 4 i timer. De sylindriske pluggene ble sa*5 fjernet fra formene og man undersøkte 3 stykker og disse hadde en midlere kompresjonsstyrke på 1580. IV. En oppløsning 30 mg av kondensasjonsproduktet av N«»fenylglysin og glysidylmetakrylat i 7 ml etanol ble under røring tilsatt 1 g pulverisert keramisk hydroksylapatitt. Etanolen ble fordampet under vakuum ved romtemperatur. En blanding bestående av 180 mg pulverisert keramisk hydroksylapatitt behandlet som beskrevet ovenfor, og 3,0 mg benzoyl peroksyd ble tilsatt 7^ mg av en blanding inneholdende 60 deler av kondensasjonsproduktet av bisfenol A og glysidylmetakrylat og 4-0 deler trietylenglykol dimetakrylat, og det resulterende materiale ble utjevnet til en glatt pasta som ble plassert i sylindriske stålformer og hensatt i 3 timer. De sylindriske stykkene ble fjernet fra formene og man prøvet k stykker og disse hadde en midlere kompresjonsstyrke på 1580 kg/cm . V. En sammensetning egnet som tannsement eller odontologisk sement eller som kortvarig tannfyllingsmiddel ble fremstilt ved å blande 100 mg pulverisert keramisk hydroksylapatitt, 300 mg sinkoksyd og 300 mg 4o $ vandig polyakrylsyre. Den resulterende blanding ble plassert i sylindriske stålformer og herdnet ifra 3-5 minutter. De sylindriske stykkene ble fjernet fra formene og k stykker ble prøvet og hadde en midlere kompresjonsstyrke på 87O kg/cm'<o>""<.>

5 andre stykker ble undersøkt for midlere diametrisk strekkfas thet og denne var 116 kg/cm 2. Den ho $ vandige polyakry1 syre og sinkoksydet ble oppnådd som den flytende og faste komponent henholdsvis en kommersiell polykarbok-sylatsement som er tilgjengelig under varemerket "Durelon".

VI. En sammensetning som egnet seg som tannsement og tannfyllingsmiddel ble fremstilt ved å blande 6 deler av en kO $ vandig polyakrylsyre med en blanding inneholdende 6 vektdeler sinkoksyd. Den resulterende sammensetning hadde

en herdningstid på fra 5 til 10 minutter. Nevnte ho % vandige polyakrylsyre og sinkoksydet ble oppnådd som den flytende og faste komponent henholdsvis i en kommersiell poly-karboksylatsement som er tilgjengelig under varemerket "Durelon".

VII. Det følgende er et eksempel på et tannfyllingsma-o

teriale:

VIII. Det følgende er et eksempel på en sammensetning som er egnet som tannsement, foringsmiddel i hulrom og som kronemateriale:

IX. Det følgende er et eksempel på en sammensetning som egner seg for fremstilling av en kunstig tann eller sett av tenner.

En blanding inneholdende 60 vektdeler keramisk hydroksylapatitt ca. 150 til 200 mesh og kO vektdeler pulverisert polymetylmetakrylat ble blandet med ca. 15 vektdeler glytende monomerisk metylmetakrylat, og den resulterende blanding ble hensatt i et lukket kar ved romtemperatur inntil materialet ikke lenger festet seg til veggene i karet og hadde en ikke-klebrig plastisk konsistens. Materialet ble så pakket i en passende form og formen og dens innhold nedsenket i vann som ble oppvarmet til kokepunktet i løpet av en time og holdt på denne temperatur i ca. 30 minutter. Formen ble hensatt for luftavkjøling i ca. 15 minutter og så avkjølt i kaldt, rennende vann.

Bio-forenligheten av den keramiske form av hydroksylapatitt tilveiebragt ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, ble bekreftet ved implanteringsstudier, hvor man fant at man ikke fikk inflammatorisk reaksjon når stykker av det keramiske materiale fremstilt som beskrevet i eksempel 1, ble implantert intraperitonalt i rotter eller innsatt sub-cutenøst på ryggen av kaniner, og ingen resopsjDn av det keramiske materiale kunne påvises etter 28 døgn.

Pellets av det keramiske hydroksylapatitt fremstilt som beskrevet i eksempel 3, ble kirurgisk implantert i lårmusklene hos hunder. Det implanterte stykke ble under-søkt in vivo ved periodisk røntgenundersøkelse. Etter pe-rioder på henholdsvis en måned og seks måneder ble dyrene obdusert og lårmusklene som inneholdt det implanterte stykke ble fjernet. Musklene ble snittet på det sted hvor im-planteringen hadde funnet sted og undersøkt både optisk og ved hjelp av scanning-elektronmikroskopi. Både de stykker som var implantert 1 måned og i seks måneder var karakterisert ved normal vekst, sterk binding til det nye ben til den implanterte overflate uten fibrøst vev, det var ingen tegn til inflammasjon eller reaksjon på fremmede stykker, og man fant ingen resorpsjon av det implanterte materiale.

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et polykrystallinsk, sintret keramisk materiale i makroform hvor man omsetter kalsiumioner med fosfationer i et vandig medium og ved en pH fra 10-12, hvorved man får fremstilt et gelatinøst bunnfall av et kalsiumfosfat med et molart forhold mellom kalsium og fosfor mellom det omtrentlige molare forhold mellom kalsium og fosfor man finner i hydroksylapatitt og det tilsvarende forhold i whitelockite, hvoretter man utskiller

nevnte bunnfall fra oppløsningen, karakter! sert ved at man oppvarmer en integral masse av det separerte bunnfall, hvis ønskelig etter forming og skjæring, til en temperatur på minst 1000°C, men under den temperatur ved hvilken det skjer en betydelig dekomponering av hydroksylapatitt, og opprettholder nevnte temperatur i tilstrekkelig lang tid til at man får en sintring og en vesentlig maksimal fortetning av det resulterende produkt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at bunnfallet oppvarmes til en temperatur på minst 1050°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forholdet mellom reaktantene som benyttes i reaksjonen, velges slik at det dannes et bunnfall med et molforhold mellom kalsium og fosfor i det vesentlige som i hydroksylapatitt. k.

Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at bunnfallet har et molart forhold mellom kalsium og fosfor i området fra 1,62 - 1,72, og ved at materialet holdes på en temperatur av 1250°C i et tidsrom fra 20 minutter til 3 timer. ,

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at temperaturen holdes på mellom 1100°C og 1200°C i et tidsrom fra 0,5 til 1 time.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at bunnfallet har ét molart forhold mellom kalsium og fosfor i området fra 1,44 - 1,60, fortrinnsvis fra 1,46 - 1,57» hvoretter man oppvarmer nevnte bunnfall til en temperatur på omkring 1350°C i et tidsrom fra 20 minutter til 3 timer.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at de tilstedeværende kalsiumioner tilveiebringes ved hjelp av kalsiumnitrat mens fosfationene tilveiebringes ved hjelp av diammoniumhydrogenfosfat.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at den fremstilte keramikk i makroform hensettes i en 0,5 til 5 $ vandig natriumfluorid-oppløsning i et tidsrom fra 12 timer til fem døgn.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at det til presipi- .tåtet settes en kilde for fluor-ioner før det separeres fra oppløsningen.

10. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at man tilsetter fra 0,4 til 0,6 vekt-$ av et organisk bindemiddel til nevnte bunnfall, og ved at nevnte organiske bindemiddel fordampes under nevnte oppvarming.

11. Fremgangsmåte ifølge krav '9, karakterisert ved at det organiske bindemiddel er kollagen.

12. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 8, for fremstilling av en porøs form av det keramiske materiale, karakterisert ved at man til bunnfallet tilsetter fra 5 til 25 vekt-$ av et organisk bindemiddel, og ved at nevnte organiske bindemiddel fordamper eller forsvin-ner under nevnte oppvarmingsprosess.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at det organiske bindemiddel er pulverisert cellulose, bomull eller kollagen.