(57)【要約】【課題】  多孔体としての優れた生体親和性および細胞、薬剤等の侵入容易性と、緻密体としての優れた強度特性とを兼ね備えたリン酸カルシウム系多孔質焼結体およびその傾斜した気孔分布を容易に制御することができる製造方法を提供する。【解決手段】  リン酸カルシウム系原料粉末と、架橋重合性を有する有機物質を溶解または分散させた分散媒とを混合してスラリーを調製する工程と、前記スラリーに起泡剤を添加して、撹拌および／または気体導入により起泡させて泡沫状スラリーとする工程と、前記泡沫状スラリーに架橋剤および／または架橋開始剤を添加混合し、注型した後、５Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下で振動させながら硬化させて成形体とする工程と、前記成形体を乾燥させた後、焼成する工程とを経ることにより、平均気孔径０ｍｍから３ｍｍ以下までの気孔２が連続的に傾斜して形成されたリン酸カルシウム系多孔質焼結体を得る。【選択図】  図１
2006176371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均気孔径０ｍｍから３ｍｍ以下までの気孔が連続的に傾斜して形成されていることを特徴とするリン酸カルシウム系多孔質焼結体。
【請求項２】
前記平均気孔径は、気孔率５％以下の部分から気孔率７０％以上の部分にかけて増加傾斜し、かつ、気孔率７０％以上の部分における平均気孔径が１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のリン酸カルシウム系多孔質焼結体。
【請求項３】
リン酸カルシウム系原料粉末と、架橋重合性を有する有機物質を溶解または分散させた分散媒とを混合してスラリーを調製する工程と、
前記スラリーに起泡剤を添加して、撹拌および／または気体導入により起泡させて泡沫状スラリーとする工程と、
前記泡沫状スラリーに架橋剤および／または架橋開始剤を添加混合し、注型した後、５Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下で振動させながら硬化させて成形体とする工程と、
前記成形体を乾燥させた後、焼成する工程とを備えていることを特徴とするリン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記スラリー調製工程において、リン酸カルシウム系原料粉末と、架橋重合性を有する有機物質を溶解または分散させた分散媒とを重量比５：６で混合することを特徴とする請求項４記載のリン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨または歯の置換材や修復材、薬剤徐放性基材、骨または軟骨組織等の培養容器や誘導容器等に利用することができるリン酸カルシウム系多孔質焼結体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リン酸カルシウム系焼結体は、本来の骨の組成に近い材質であることから、現在、外科、歯科等の治療において、人工骨や人工歯等に適した材料として、骨等の補填のために用いられている。
このリン酸カルシウム系焼結体は、生体為害性がなく、また、生体親和性に優れ、徐々に自己組織と結合したり、破骨細胞により侵食された後、該侵食部に自家骨が形成される等の性質があることが認められている。すなわち、一旦手術において骨欠損部に埋入するのみで、その後、完全に自家骨に置換させることも可能であるという優れた特性を有している。
特に、多孔質構造とすることにより、そのリン酸カルシウム系焼結体の内部にまで細胞等が侵入しやすくなり、より優れた自家骨への置換性が発揮される。
【０００３】
しかしながら、多孔質構造のリン酸カルシウム系焼結体は、気孔率が高いため、緻密体に比べて、脆く、強度に劣るという欠点を有していた。
このため、リン酸カルシウム系多孔質焼結体において、強度の向上を図るべく、従来から、多孔質部分と緻密質部分とを混在させるための種々の方法が検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、外力を与えて変形させたポリウレタンフォーム等に原料スラリーを含浸させた後、焼成してポリウレタンフォームを焼き抜くことにより、得られる多孔質焼結体の気孔分布を不均一なものとする方法が開示されている。
また、特許文献２には、回転による遠心力を利用して、気孔率の傾斜分布を得る方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−５８６８８号公報
【特許文献２】特開２００１−２０６７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載されているような方法では、気孔率分布および気孔径分布の制御が困難であった。
また、上記特許文献２に記載されているような方法によっても、重力との関係、成形体の形状を考慮した上で、気孔率が所望の傾斜状態で分布するように制御することが難しく、また、球状の気孔が保持されず、気孔が扁平状に変形しやすいという課題を有していた。
【０００６】
したがって、多孔質部分と緻密質部分とを有するリン酸カルシウム系多孔質焼結体において、所望の傾斜した気孔分布状態を容易に制御することができる方法が求められていた。
【０００７】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、多孔体としての優れた生体親和性および細胞、薬剤等の侵入容易性と、緻密体としての優れた強度特性とを兼ね備えたリン酸カルシウム系多孔質焼結体を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、前記リン酸カルシウム系多孔質焼結体の傾斜した気孔分布の制御を容易とする製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るリン酸カルシウム系多孔質焼結体は、平均気孔径０ｍｍから３ｍｍ以下までの気孔が連続的に傾斜して形成されていることを特徴とする。
このような気孔径の傾斜構造を備えていることにより、生体親和性のみならず、内部への細胞、薬剤等の侵入容易性がより確保され、しかも、優れた強度特性も備えたリン酸カルシウム系多孔質焼結体とすることができる。
【０００９】
前記平均気孔径は、気孔率５％以下の部分から気孔率７０％以上の部分にかけて増加傾斜し、かつ、気孔率７０％以上の部分における平均気孔径が１ｍｍ以上であることが好ましい。
気孔径のみならず、気孔率も傾斜制御されていることにより、細胞、薬剤等の接触により、該細胞等が気孔内に取り込まれやすく、リン酸カルシウム系多孔質焼結体の内部への侵入をより促進することができ、人工骨等の生体用材料に好適となる。
【００１０】
また、本発明に係るリン酸カルシウム系多孔質焼結体の製造方法は、リン酸カルシウム系原料粉末と、架橋重合性を有する有機物質を溶解または分散させた分散媒とを混合してスラリーを調製する工程と、前記スラリーに起泡剤を添加して、撹拌および／または気体導入により起泡させて泡沫状スラリーとする工程と、前記泡沫状スラリーに架橋剤および／または架橋開始剤を添加混合し、注型した後、５Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下で振動させながら硬化させて成形体とする工程と、前記成形体を乾燥させた後、焼成する工程とを備えていることを特徴とする。
このように、成形工程において振動を利用することにより、多孔質部分と緻密質部分とを有するリン酸カルシウム系多孔質焼結体が形成され、所望の気孔分布状態の傾斜を容易に制御することが可能となる。
【００１１】
前記スラリー調製工程においては、リン酸カルシウム系原料粉末と、架橋重合性を有する有機物質を溶解または分散させた分散媒とを重量比５：６で混合することが好ましい。
このような混合比率で調製されたスラリーは、その泡沫状スラリーに振動を与えることにより、適度な気孔分布制御が可能となり好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上述したとおり、本発明に係るリン酸カルシウム系多孔質焼結体は、生体親和性と、多孔体の特性である内部への細胞の侵入容易性と、緻密体のような優れた強度特性とを兼ね備えたものであり、人工骨等の生体用材料として好適に用いることができる。
また、本発明に係る製造方法によれば、リン酸カルシウム系多孔質焼結体において、多孔質部分と緻密質部分とが形成され、所望の気孔分布状態の傾斜を容易に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
図１に、本発明に係るリン酸カルシウム系多孔質焼結体の断面における気孔分布状態を示す。図１に示すように、本発明に係るリン酸カルシウム系多孔質焼結体は、緻密質部分１と多数の気孔２を有する多孔質部分からなり、前記気孔２が小さい部分から大きい部分まで連続的に変化するように形成されている。
前記気孔２は、平均気孔径が０ｍｍ、すなわち、緻密質部分１から、３ｍｍ以下まで連続的に気孔径が増加するように傾斜している。
このような気孔径の傾斜構造を備えたリン酸カルシウム系多孔質焼結体は、生体親和性のみならず、内部への細胞、薬剤等の侵入容易性がより確保され、しかも、優れた強度特性も備えたものである。
【００１４】
前記気孔の最大平均気孔径が３ｍｍを超える場合は、該気孔周囲における強度が十分でなく、該リン酸カルシウム系多孔質焼結体における強度のばらつきが大きくなり、破損や欠落の原因となる。
【００１５】
前記気孔の平均気孔径は、気孔率５％以下の部分から気孔率７０％以上の部分にかけて増加傾斜し、かつ、気孔率７０％以上の部分における平均気孔径が１ｍｍ以上であることが好ましい。
すなわち、気孔が小さい部分は、比較的低気孔率であり、気孔が大きくなるにつれて、より気孔率が高い多孔質部分となるように形成されていることが好ましい。
上記のようなリン酸カルシウム系多孔質焼結体において、生体親和性および内部への細胞、薬剤等の侵入容易性をより一層向上させ、人工骨等の生体用材料に好適なものとするためには、気孔径の傾斜制御のみならず、上記のような気孔率の傾斜制御もなされていることが好ましい。
【００１６】
上記のように、気孔率７０％以上の高気孔率の部分における気孔率が、平均気孔径が１ｍｍ以上であれば、細胞、薬剤等の接触により、該細胞等が気孔内に取り込まれやすく、リン酸カルシウム系多孔質焼結体の内部への侵入を促進することができる。
気孔率７０％未満の部分において、平均気孔径が１ｍｍ以上の大きな気孔が存在する場合、該気孔周囲において、局所的な強度低下を招くおそれがある。
【００１７】
ここで、本発明でいうリン酸カルシウム系焼結体とは、例えば、ＣａＨＰＯ4、Ｃａ3（ＰＯ4）2、Ｃａ5（ＰＯ4）3ＯＨ、Ｃａ4Ｏ（ＰＯ4）2、Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2（ハイドロキシアパタイト）、ＣａＰ4Ｏ11、Ｃａ（ＰＯ3）2、Ｃａ2Ｐ2Ｏ7、Ｃａ（Ｈ2ＰＯ4）2、Ｃａ2Ｐ2Ｏ7、Ｃａ（Ｈ2ＰＯ4）2・Ｈ2Ｏ等の化合物を主成分とする焼結体を意味する。
【００１８】
前記リン酸カルシウム系化合物においては、そのＣａの一部が、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｙ、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈおよびその他の希土類から選ばれる１種以上の元素で置換されていてもよい。
また、ＰＯ4の一部が、例えば、ＶＯ4、ＢＯ3、ＳＯ4、ＣＯ3、ＳｉＯ4から選ばれる１種以上で置換されたものであってもよい。
さらに、ＯＨの一部が、Ｆ、Ｃｌ、Ｏ、ＣＯ3、Ｉ、Ｂｒから選ばれる１種以上で置換されていてもよい。
なお、前記リン酸カルシウム系化合物は、通常の結晶体以外に、同型固溶体、置換型固溶体、侵入型固溶体のいずれかであってもよく、また、非化学量論的欠陥を含むものであってもよい。
【００１９】
上記のようなリン酸カルシウム系多孔質焼結体は、リン酸カルシウム系原料粉末と、架橋重合性を有する有機物質を溶解または分散させた分散媒とを混合してスラリーを調製する工程と、前記スラリーに起泡剤を添加して、撹拌および／または気体導入により起泡させて泡沫状スラリーとする工程と、前記泡沫状スラリーに架橋剤および／または架橋開始剤を添加混合し、注型した後、５Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下で振動させながら硬化させて成形体とする工程と、前記成形体を乾燥させた後、焼成する工程とを備えた本発明に係る製造方法により、容易に製造することができる。
【００２０】
前記製造方法において、スラリーおよび泡沫状スラリーの調製工程は、上記特許文献２に記載されたような従来の方法と同様にして行うことができる。
前記スラリー調製工程において添加される架橋重合性を有する有機物質には、例えば、ポリビニルアルコール、メタクリル酸メチル、メチルセルローズ等を用いることができる。特に、アミノ基を含む線状、分枝状、ブロック状形態を有するポリマーが、カチオン性に富み、原料粉末の分散性を向上させ、良好なスラリーを調製することができるため好ましい。
【００２１】
また、前記スラリー調製工程においては、リン酸カルシウム系原料粉末と、架橋重合性を有する有機物質を溶解または分散させた分散媒とを重量比５：６で混合することが好ましい。
このような混合比率でスラリーを調製することにより、後に泡沫状スラリーに振動を与えることによる適度な気孔分布制御が可能となる。
なお、前記分散媒には、水、アルコール等の有機溶媒等を適宜用いることができる。また、前記スラリー中には、分散剤、整泡剤、増粘剤等を適宜添加してもよい。
【００２２】
前記スラリーに添加する起泡剤は、陰イオン性、陽イオン性、両イオン性、ノニオン性の界面活性剤を用いることができる。
ただし、架橋重合性を有する有機物質に、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、プロピレンイミン等のようにアミノ基を含むポリマーを選択した場合は、陰イオン性界面活性剤を用いると、そのイオン性の相違から、イオンコンプレックスを形成し、起泡操作が困難になる場合があるため、陰イオン界面活性剤の使用は好ましくない。
【００２３】
前記起泡剤を添加して起泡させる方法は、機械的な撹拌であっても、または、気体を吹き込んで導入する方法でもよく、あるいはまた、両者を同時に行ってもよい。いずれの方法であっても、全体が均一な状態で起泡した泡沫状スラリーとすることが好ましい。
また、このような泡沫状スラリーを成形したものを焼成して焼結体とすることにより、隣接する気泡間に気孔の連通部を形成することができる。
【００２４】
次に、成形工程においては、前記泡沫状スラリーに架橋剤または架橋開始剤の少なくともいずれか一方を添加混合して、所定の型に鋳込む。
前記架橋剤または架橋開始剤は、スラリー調製工程において添加された架橋重合性を有する物質を架橋させることができるものを用いる。特に、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリプロピレンイミン等のアミノ基を含む架橋重合性を有する有機物質を用いる場合には、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、グルセロールポリグリシジルエーテル、ポリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル等のエポキシ基を２以上含むエポキシ化合物を用いることが好ましい。
【００２５】
上記のようにして型に鋳込まれた泡沫状スラリーは、型ごと５Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下で振動させながら硬化させて成形体とする。
このような特定の振動を与えることにより、気孔分布状態を容易に制御することが可能となり、下方が緻密部分、上方が気孔径および気孔率が連続して増加するように傾斜した多孔質部分とすることができる。
【００２６】
前記成形体は、乾燥させた後、焼成することにより、所望のリン酸カルシウム系多孔質焼結体を得ることができる。
成形体の乾燥は、加湿下で行うことが好ましい。急激な水分の減少により成形体内部と外部の寸法差が生じ、亀裂が発生することを防止するためである。
前記焼成温度は、８００℃以上１３００℃以下であることが好ましい。
上記のようにして作製された焼結体は、気孔分布の傾斜方向における圧縮強度が３０ＭＰａ以上であり、人工骨等に用いる場合においても十分な強度で得られる。
【００２７】
上記のようにして得られた焼結体は、所定形状に仕上加工して使用されるが、その際、前記焼結体の表面部分に、骨生成を促進するための薬剤や他の作用を有する薬剤を吸着させて用いることができ、また、気孔内部に包含させることも可能である。
また、前記焼結体の表面部分を、コラーゲン等の蛋白質を含む生体親和性に優れた有機物質で被覆して使用することもできる。
本発明に係るリン酸カルシウム系多孔質焼結体は、このような態様で使用することにより、より人工骨や薬剤徐放性基材等の生体用部材として好適な材料となり得る。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
原料粉末としてハイドロキシアパタイト粉末１００ｇ、分散媒として水１００ｇ、架橋重合性を有する有機物質としてポリエチレンイミン（固形分６０％、数平均分子量８０００〜１０５００）１０ｇを用いて、これらをボールミルで５時間混合してスラリーを調製した。
このスラリー１９２ｇに、起泡剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル（非イオン界面活性剤）０．８ｇを添加し、機械的な撹拌により、３００ｃｍ3になるまで起泡し、泡沫状スラリーとした。
この泡沫状スラリーに、架橋剤としてソルビトールポリグリシジルエーテル４ｇを添加して、十分に撹拌して、注型し、振動機を用いて１０Ｈｚで１０分間振動させて成形体とした。
前記成形体を脱型した後、４０℃で８時間乾燥させ、１２００℃で２時間焼成した。
得られた焼結体を切断し、気孔分布状態の観察および圧縮強度の測定を行った。
【００２９】
［比較例１］
実施例１において、泡沫状スラリーを注型した後、振動させずに、静置して成形体を作製した。それ以外は実施例１と同様にして、焼結体を作製し、気孔分布状態の観察および圧縮強度の測定を行った。
【００３０】
比較例１の焼結体の切断面は、気孔が一様に分布しており、圧縮強度は１５ＭＰａであった。
一方、実施例１の焼結体は、切断面において、気孔径が０ｍｍから１．５ｍｍまで連続的に変化して分布していることが認められ、また、圧縮強度は３２ＭＰａであった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るリン酸カルシウム系多孔質焼結体の断面における気孔分布状態を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  緻密質部分
２  気孔
【図１】
2006176371.tif 000003