(57)【要約】【課題】  骨の細胞を培養させる足場材に適用した際に十分な強度を発現することが可能なβ−リン酸三カルシウム多孔体及びその多孔体を用いた、骨細胞を培養させる足場材となる生体材料を提供する。【解決手段】  α−リン酸三カルシウム粉末と熱分解性物質を混合して圧粉成形し、次いで１２００〜１４００℃に加熱して得られる焼結体を水蒸気処理して針状結晶のハイドロキシアパタイト多孔体とした後、８５０〜１０００℃に加熱して針状結晶のβ−リン酸三カルシウムからなる多孔体とすることを特徴とする針状結晶のβ−リン酸三カルシウム多孔体の製造方法；前記方法により製造されるβ−リン酸三カルシウム多孔体；及び前記β−リン酸三カルシウム多孔体を用いてなる生体材料。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
α−リン酸三カルシウム粉末と熱分解性物質を混合して圧粉成形し、次いで１２００〜１４００℃に加熱して得られる焼結体を水蒸気処理して針状結晶のハイドロキシアパタイト多孔体とした後、８５０〜１０００℃に加熱して針状結晶のβ−リン酸三カルシウムからなる多孔体とすることを特徴とする針状結晶のβ−リン酸三カルシウム多孔体の製造方法。
【請求項２】
α−リン酸三カルシウム粉末、熱分解性物質としてのパラフィン、及び有機溶媒を混合した後、有機溶媒を蒸発して造粒してなる粉末を圧粉成形して焼結する請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法を用いて製造してなるβ−リン酸三カルシウム多孔体。
【請求項４】
空隙率が１０〜９０％である請求項３に記載のβ−リン酸三カルシウム多孔体。
【請求項５】
圧縮強度が３０〜９０ｋｇ／ｃｍ２である請求項３又は４に記載のβ−リン酸三カルシウム多孔体。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載のβ−リン酸三カルシウム多孔体を用いてなる生体材料。
【請求項７】
骨細胞を培養させる足場材である請求項６に記載の生体材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、β−リン酸三カルシウムからなる多孔体、その製造方法及び該多孔体を用いてなる生体材料、特に人工骨を培養させる足場材に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質などの生体組織との親和性が良好なハイドロキシアパタイトを、人工骨や骨欠損部を再生させる足場材として用いることが試みられている。すなわち、ハイドロキシアパタイト多孔体に骨細胞の増殖を促進する処理を施し、これに生体から得た骨髄細胞や骨芽細胞を吸着させ、これらの細胞を培養して形成された人工骨を移植して生体の骨欠損部を補填することが行われる。そのため、ハイドロキシアパタイト多孔体は、タンパク質などが吸着しやすいように数十〜数百μｍの径の貫通孔が多数形成された１０〜９０％の空隙率を有し、かつ骨が形成されるまで所定の形状を維持することができる強度が必要とされる。しかし、従来のハイドロキシアパタイト多孔体においては、高い空隙率と大きな強度を両立することが極めて困難であった。
【０００３】
このような高い空隙率と大きな強度を両立することを目的として、例えば特許文献１にはリン酸三カルシウム粉末に多孔度を増加させるための水溶性物質又は熱分解性物質からなる粉末を混合し、混合粉を圧粉し、次いで水蒸気処理するか又は更に熱分解性物質の分解温度以上に加熱して水溶性物質又は熱分解性物質を除去することにより、六方晶のハイドロキシアパタイトの多孔質体を得る方法が記載されている。特許文献１の記載によれば、搬送のため手で把持したり、搬送後卓上においたりする際に破壊しない程度のハンドリング強度を有し、２５〜９０％の空隙率を有する多孔質体が得られるとされている。しかし、この特許文献１記載の技術を用いて作成した多孔質体は、直方体の形状に成形した場合に端部が欠けることがあり、人工骨を培養させる足場材として必ずしも十分な強度を有していない。
【０００４】
本出願に関する先行技術文献情報として次のものがある。
【特許文献１】特開２００４−０７３４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、骨の細胞を培養させる足場材に適用した際に十分な強度を発現することが可能なβ−リン酸三カルシウム多孔体の製造方法、及びその製造方法を用いて作成してなるβ−リン酸三カルシウム多孔体、ならびにそのβ−リン酸三カルシウム多孔体を用いた、骨細胞を培養させる足場材となる生体材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の発明を包含する。
（１）α−リン酸三カルシウム粉末と熱分解性物質を混合して圧粉成形し、次いで１２００〜１４００℃に加熱して得られる焼結体を水蒸気処理して針状結晶のハイドロキシアパタイト多孔体とした後、８５０〜１０００℃に加熱して針状結晶のβ−リン酸三カルシウムからなる多孔体とすることを特徴とする針状結晶のβ−リン酸三カルシウム多孔体の製造方法。
（２）α−リン酸三カルシウム粉末、熱分解性物質としてのパラフィン、及び有機溶媒を混合した後、有機溶媒を蒸発して造粒してなる粉末を圧粉成形して焼結する前記（１）に記載の製造方法。
（３）前記（１）又は（２）に記載の製造方法を用いて製造してなるβ−リン酸三カルシウム多孔体。
（４）空隙率が１０〜９０％である前記（３）に記載のβ−リン酸三カルシウム多孔体。
（５）圧縮強度が３０〜９０ｋｇ／ｃｍ２である前記（３）又は（４）に記載のβ−リン酸三カルシウム多孔体。
（６）前記（３）〜（５）のいずれかに記載のβ−リン酸三カルシウム多孔体を用いてなる生体材料。
（７）骨細胞を培養させる足場材である前記（６）に記載の生体材料。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の製造方法を用いて作成したβ−リン酸三カルシウム多孔体は、熱分解性物質を混合して造粒しない通常のα−リン酸三カルシウム粉末を用い焼結して得られる多孔体と同様の高い空隙率を有するが、端部に欠けが生じにくく、ハンドリング強度に優れている。そのため、本発明のβ−リン酸三カルシウム多孔体は、骨細胞を培養させる足場材としての生体材料として好適に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明によるβ−リン酸三カルシウム多孔体の製造に際しては、好ましくは、出発原料として１〜６０μｍの粒径を有するα−リン酸三カルシウム粉末を用い、３〜２０ＭＰａの加圧力を負荷して加圧成形した後、成形体を１２００〜１４００℃の温度範囲で３０分〜４時間加熱して焼結する。本発明においては、好ましくは、出発原料のα−リン酸三カルシウム粉末にパラフィンやパルプ繊維などの熱分解性物質を好ましくは５〜７０体積％で添加して混合し、更にアセトンなどの有機溶媒を添加して混合した後、有機溶媒を蒸発させてα−リン酸三カルシウム粉末の表面を熱分解性物質で被覆するように造粒した粉末を用いる。造粒粉を用いることにより、焼結体の端部に欠けが更に生じにくくなり、ハンドリング強度が向上する。焼結温度が１２００℃未満であるとα−リン酸三カルシウムが本発明の目的とする針状結晶のβ−リン酸三カルシウムとは異なる、結晶形状が塊状であるβ−リン酸三カルシウムに変換するので好ましくない。１４００℃を超える温度で焼結しても差し支えないが、エネルギー的に不経済である。また焼結時間が１時間未満では焼結が進行せず、十分なハンドリング強度を有する焼結体が得られない。一方、焼結時間が４時間を超えると焼結体の強度の向上効果が飽和し、経済的に有利でなくなる。
【００１０】
また、多孔体の空隙率を高めるために、塩化ナトリウムなどの水溶性物質や、前記のパラフィンやパルプ繊維以外に、１２００〜１４００℃の焼結温度で熱分解するポリエチレン粉末やナイロン粉末などの有機樹脂粉末、炭酸水素アンモニウムや炭酸水素ナトリウムなどの無機粉末を加えて混合し、これらの混合粉を前記と同様に加圧成形して焼結してもよい。パラフィン、パルプ繊維、ポリエチレン粉末あるいはナイロン粉末は粒径５〜１５０μｍ、添加量５〜７０体積％が望ましい。特に、パラフィンは添加物として望ましい。更に、アルミナ粉、ジルコニア粉などのセラミックス粉末やチタン粉などの金属粉で生体許容性のある物質からなる粉末を含有させてもよい。なお、これらの粉末の粒径は１０〜５００μｍであることが好ましい。このようにしてα−リン酸三カルシウム粉末とこれらの粉末を混合して加圧成形して焼結することにより、１０〜９０％の空隙率を有するα−リン酸三カルシウム多孔体が得られる。
【００１１】
次いで、前記のようにして得られたα−リン酸三カルシウム多孔体を、好ましくは１００〜１８０℃の水蒸気中で１〜５０時間処理することにより、針状結晶のハイドロキシアパタイト多孔体に変換させる。このようにして得られる針状結晶のハイドロキシアパタイト多孔体は、タンパク質などの生体組織との親和性が良好であるが、更に加熱処理により、針状結晶のハイドロキシアパタイトを針状結晶のβ−リン酸三カルシウムに変換させることにより骨内に吸収させることが可能な材料となるので、欠損した骨組織を完全に近い状態に修復することができる。針状結晶のβ−リン酸三カルシウム多孔体は、針状結晶のハイドロキシアパタイト多孔体を８５０〜１０００℃で１〜４時間に加熱することにより得られる。８５０℃未満の温度及び１時間未満の加熱時間ではハイドロキシアパタイトの全てをβ−リン酸三カルシウムに変換させることができない。１０００℃を超える温度又は４時間を超える加熱時間で加熱しても差し支えないが、エネルギー的に不経済である。このようにして、本発明の目的とする針状結晶のβ−リン酸三カルシウム多孔体が得られる。
【００１２】
本発明の針状結晶のβ−リン酸三カルシウム多孔体は１０〜９０％の空隙率を有し、成形体の端部に欠けが生じにくくハンドリング強度に優れているので、生体材料、特に患者の生体から得た骨髄細胞や骨芽細胞などを播種し、培養して骨細胞が十分に形成された人工骨とし、患者に移植して骨の欠損部分を補填するために用いられる骨細胞を培養させる足場材として好適に適用することができる。
【実施例】
【００１３】
以下、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［供試材の作成］
１〜３０μｍの粒径を有するα−リン酸三カルシウム粉末に、表１に示す粒径のパラフィン粉末を表１に示す量で添加して混合し、更にアセトンを添加して混合した後、アセトンを蒸発させてα−リン酸三カルシウム粉末表面にパラフィンを被覆した造粒粉を作成した。この造粒粉を油圧プレスを用いて５ＭＰａの圧力を負荷して３０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの形状に成形した。この成形体を大気中１３００℃で１時間加熱して焼結した。次いで、この焼結体に１６０℃で６時間の水蒸気処理を施した。引き続いて、水蒸気処理を施した焼結体を、大気中９００℃で２時間加熱した。このようにして試料番号１〜４の供試材を作成した。また比較用にパラフィンを添加せずにα−リン酸三カルシウム粉末のみを用いた以外は試料番号１〜４の供試材と同様にして作成したもの（試料番号５）、及び造粒粉を油圧プレスした後の焼結を省略した以外は試料番号１〜４の供試材と同様にして作成したもの（試料番号６）も作成した。
【００１４】
【表１】
2006089311.tif 000002
【００１５】
［特性評価］
前記の試料番号１〜６の供試材を、下記の項目について特性評価した。
＜アスペクト比＞
各供試材のＳＥＭ像（倍率１５００倍）をそれぞれ５視野撮影し、それぞれの視野について代表的な結晶粒子を１０個選択して粒径を測定してアスペクト比を算定し、その平均値を表２にアスペクト比として記載した。
【００１６】
＜空隙率＞
各供試材のそれぞれの重量（ｇ）を供試材の体積（３０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍ）で除した見かけ密度（Ｘ）、及びβ−リン酸三カルシウムの理論密度（３．１４）（Ｙ）を用い、以下の式にしたがって空隙率を求めた。
空隙率（％）＝［（Ｙ−Ｘ）／Ｙ］×１００
【００１７】
＜孔径＞
各供試材のＳＥＭ像（倍率１５００倍）をそれぞれ５視野撮影し、それぞれの視野について代表的な結晶粒子を１０個選択して孔径を測定し、その平均値を表２に孔径として記載した。
【００１８】
＜圧縮強度＞
試料番号１〜４は、６００番の研磨紙を用いて試料サイズを底面７ｍｍ×７ｍｍ、長さ２８ｍｍに調整した。比較材試料番号５及び６は端部の欠けが発生するため、サイズ調整は行わず、試料サイズ底面１０ｍｍ×１０ｍｍ、長さ３０ｍｍのままとした。圧縮強度試験は、長さ方向に圧縮することで行った。圧縮強度は試料が破壊した際の加重ｋｇを断面積ｃｍ２で割った数値（ｋｇ／ｃｍ２）とした。
【００１９】
＜ハンドリング性＞
各供試材のハンドリング性を下記の評価基準で評価した。
○：搬送のため手で把持したり搬送後卓上に置いたりする際に供試材の端部に欠けが生じない程度のハンドリング性を有している。
×：搬送のため手で把持したり搬送後卓上に置いたりする際に供試材の端部に欠けが生じる。
【００２０】
以上の特性評価結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の針状結晶のβ−リン酸三カルシウム多孔体は１０〜９０％の空隙率を有し、成形体の端部に欠けが生じにくくハンドリング強度に優れている。また、針状結晶のβ−リン酸三カルシウムは骨内に吸収可能であるので、欠損した骨組織を完全に近い状態に修復することができる。そのため、本発明の針状結晶のβ−リン酸三カルシウム多孔体は生体材料、特に患者の生体から得た骨髄細胞や骨芽細胞などを播種し、培養して骨細胞が十分に形成された人工骨とし、患者に移植して骨の欠損部分を補填するために用いられる骨細胞を培養させる足場材として好適に適用することができる。