(57)【要約】【課題】本発明は、簡易且つ短時間でリン酸四カルシウムを調製する方法を提供することにある。【解決手段】本発明は、魚鱗を熱処理し、前記魚鱗を研磨して粉体とし、魚鱗粉体を得る工程（１）と、原料を前記魚鱗粉体中に添加し、前記魚鱗粉体中の鉱物成分を変化させ、原料粉体を得る工程（２）と、前記原料粉体を高温焼結し、リン酸四カルシウムを含有する混合物を得る工程（３）と、を包含する、リン酸四カルシウムを調製する方法を提供している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
魚鱗を熱処理し、前記魚鱗を研磨して粉体とし、魚鱗粉体を得る工程（１）と、
酸化カルシウム、酸化カルシウム前駆体、五酸化二リン及び五酸化二リン前駆体からなる群のいずれかである原料を前記魚鱗粉体中に添加して原料粉体を得る工程（２）と、
前記原料粉体を高温焼結することで、前記原料粉体中の酸化カルシウム／五酸化二リンのモル比の範囲を１．２乃至１．７とし、且つ高温焼結完了後、リン酸四カルシウムを含有する混合物を得る工程（３）と、を包含することを特徴とする、リン酸四カルシウムを調製する方法。
【請求項２】
前記熱処理の温度は、３００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の、リン酸四カルシウムを調製する方法。
【請求項３】
前記魚鱗粉体の粒径範囲は、２０μｍ乃至８００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の、リン酸四カルシウムを調製する方法。
【請求項４】
前記酸化カルシウム前駆体は、炭酸カルシウム、グルコン酸カルシウム及びクエン酸カルシウムを包含することを特徴とする請求項１に記載の、リン酸四カルシウムを調製する方法。
【請求項５】
前記五酸化二リン前駆体は、アパタイト、ハイドロキシアパタイト、リン酸水素カルシウム二水和物及び魚鱗を包含することを特徴とする請求項１に記載の、リン酸四カルシウムを調製する方法。
【請求項６】
前記高温焼結の温度は、１０００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の、リン酸四カルシウムを調製する方法。
【請求項７】
工程（３）の後に続く、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物を冷却する工程（４）をさらに包含することを特徴とする請求項１に記載の、リン酸四カルシウムを調製する方法。
【請求項８】
前記リン酸四カルシウムを含有する混合物を冷却することは、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物を室温で冷却することであることを特徴とする請求項７に記載の、リン酸四カルシウムを調製する方法。
【請求項９】
工程（４）の後に続く、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物が粉体になるように研磨してリン酸四カルシウム粉体を得る工程（５）をさらに包含することを特徴とする請求項７に記載の、リン酸四カルシウムを調製する方法。
【請求項１０】
前記リン酸四カルシウム粉体の粒径は、１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の、リン酸四カルシウムを調製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に魚鱗を原料に用いてリン酸四カルシウムに転化する、リン酸四カルシウムを調製する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人体組織の修復材料の研究及び開発は、世界的に関心を寄せている課題となっており、リン酸カルシウムセメント（Ｃａｌｃｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  Ｃｅｍｅｎｔ，ＣＰＣ）は、自己硬化作用を有する、セラミックハイドロキシアパタイトではない人工骨材料である。硬化粉末及び硬化液を一定の割合で混合してなり、そのうち、硬化粉末は、一つ或いは複数の種類のリン酸カルシウムからなり、硬化液は、水、リン酸塩溶液、希リン酸生理食塩水及び血液とともに組成している。硬化粉末及び硬化液を混合した後に形成する可塑性ペーストは、短時間で、室温或いは体温に近い温度といった適切な温度下において自己硬化し、骨組織の無機成分及び結晶構造と類似するアパタイトを形成し、アパタイトは、好ましい生体親和性、骨伝導性、生分解性及び可塑性を有し、人体の生理的環境下において自己硬化し、且つ硬化反応で熱も発生しないなどの利点もあり、骨のインプラントや修復の分野で幅広く応用されている。現在、リン酸カルシウムセメントの製造工程では、大量生産することができず、また、現在発表されているリン酸カルシウムセメントに関する文献において、その実験材料の提供元の多くは、依然実験室で自己調製している段階にあり、常用されているリン酸四カルシウム＋リン酸水素カルシウム二水和物（ＴＴＣＰ＋ＤＣＰＤ）系列を例とした場合、リン酸水素カルシウム二水和物（ｄｉｃａｌｃｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｄｉｈｙｄｒａｔｅ，ＤＣＰＤ）粉末は、試薬用の硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ３）２）溶液及びリン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）溶液を酸性条件下において液相析出を介して生成しており、リン酸四カルシウム（ｔｅｔｒａｃａｌｃｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＴＴＣＰ）粉末は、リン酸水素カルシウム二水和物（ＤＣＰＤ）及び炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を１５５０℃において１０時間焼結して生成している。このため、生産方法を改良して生産力を向上させることが当該材料の商業化の要となっている。
【０００３】
魚鱗は、魚類の皮膚の派生物であって、魚類の身体を保護する役割を有し、微生物が体内に侵入することを防止し、疾患や感染を予防している。魚鱗は、その構造的特徴から、骨鱗（ｂｏｎｙ  ｓｃａｌｅ）、硬鱗（ｇａｎｏｉｄ  ｓｃａｌｅ）及び楯鱗（ｐｌａｃｏｉｄ  ｓｃａｌｅ）に分けることができ、そのうち、骨鱗は、さらに円鱗（ｃｙｃｌｏｉｄ  ｓｃａｌｅ）と櫛鱗（ｃｔｅｎｏｉｄ  ｓｃａｌｅ）とに分けることができ、硬骨魚類でよく見られる魚鱗である。魚鱗の主要な成分には、４５％のコラーゲン（ｃｏｌｌａｇｅｎ）及び５５％のハイドロキシアパタイト（ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ；ＨＡｐ）を含んでおり、そのうち、ハイドロキシアパタイトは、リン酸カルシウム化合物の一種で、人体や動物の骨格及び歯牙の主要な無機成分でもあり、骨格中の約６０〜７０％を占めている。ハイドロキシアパタイト中の結晶特性及びこれら結晶の間に形成する微小の孔隙により、ハイドロキシアパタイトは、骨格に対して良好な生物親和力を有することから、歯牙に対して再石灰化する効果があり、また、良好な生物活性をゆうすることから、臨床上において、人工骨、人工歯、硬骨の補綴、人工関節等といった整形外科及び歯科用の生体材料上にすでに幅広く応用されている。
【０００４】
特許文献１乃至３では、魚鱗を原料として用い、機械を介して研磨及びふるいを行い、或いは７００℃の高温で熱前処理した後１５００℃で焼結することで、生物医学用人体組織修復材料を調製しているが、これらリン酸塩系組織修復材料の調製方法は、依然、低い生産効率、高温の熱処理や低純度などといった欠点が存在している。
【０００５】
このため、魚鱗を生物医学用材料に用いる調製方法上、例えば調製工程の簡易化や純度の向上などといった製造工程の改良ができれば、魚鱗の付加価値をさらに向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】アメリカ特許公開第２００９／００３６６５６号
【特許文献２】アメリカ特許公開第２００５／０１９１２２６号
【特許文献２】アメリカ特許明細書第７，８３８，０３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、簡易且つ短時間でリン酸四カルシウムを調製する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、魚鱗を利用して高純度のリン酸四カルシウム粉体を調製しており、魚鱗は、３８０℃の熱処理を介すると、魚鱗の有機質が破壊され、粉砕研磨して粉体となり、前記粉体が３０号メッシュ（ＡＳＴＭ  Ｎｏ．３０  ｍｅｓｈ）に対する通過率は１００％に達することができ、その後、添加率が０％、１０％、１５％、２０％及び２５％の重量パーセントである炭酸カルシウムを前記粉体と混合して混合物が得られ、前記混合物は、１３５０℃で６時間焼結して急速冷却処理を行うと、リン酸四カルシウムを含有した混合物を得ることができる。前記リン酸四カルシウムを含有した混合物に対して行ったＸ線回折（Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＸＲＤ）の試験結果から、炭酸カルシウムを添加していない魚鱗は、高温焼結を介しても依然ハイドロキシアパタイト（ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ；ＨＡｐ）構造であって、炭酸カルシウムの添加率の増加に伴い、リン酸四カルシウムの鉱物相の生成が多くなるが、添加率が２５％以上になると、リン酸四カルシウムに余分な遊離酸化カルシウム（ｆ−ＣａＯ）が存在して充分に反応することができなくなり、前記混合物内の酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）の好ましいモル比は１．４５であって、酸化カルシウム／五酸化二リンのモル比が１．４５の場合に得られるリン酸四カルシウムの純度は９０％以上である。このため、魚鱗に対して一定温度の熱処理を行い、石灰石やカキの殻などといった酸化カルシウム前駆体をさらに合わせた後、ポルトランドセメント（ｐｏｒｔｌａｎｄ  ｃｅｍｅｎｔ）の製造方法のように、原料粉砕、高温焼結及び急速冷却といった製造工程を介することで、９０％以上の高純度のリン酸四カルシウムを調製することができ、且つリン酸四カルシウムの医療規格における重金属含有量基準に符合していることから、本発明は、簡易且つ短時間でリン酸四カルシウムを調製する方法であることが分かった。
【０００９】
本発明は、魚鱗を熱処理し、前記魚鱗を研磨して粉体とし、魚鱗粉体を得る工程（１）と、酸化カルシウム、酸化カルシウム前駆体、五酸化二リン及び五酸化二リン前駆体からなる群のいずれかである原料を前記魚鱗粉体中に添加して原料粉体を得る工程（２）と、前記原料粉体を高温焼結することで、前記原料粉体中の酸化カルシウム／五酸化二リンのモル比の範囲を１．２乃至１．７とし、且つ高温焼結完了後、リン酸四カルシウム（ｔｅｔｒａｃａｌｃｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＴＴＣＰ）を含有する混合物を得る工程（３）と、を包含する、リン酸四カルシウムを調製する方法を提供している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明が提供するリン酸四カルシウムを調製する方法は、その他の周知技術と比較すると、以下のような利点をさらに有している。
【００１１】
第一に、通常、魚鱗は、魚類において食用としない部分である生物廃棄物に属し、特別な加工処理を介さなければ、魚鱗には何の利用価値もない。このため、本発明の製造工程は、魚鱗からリン酸四カルシウムを調製することで、魚鱗に付加価値がつくことから、本発明の製造工程は、「ゼロ廃棄」、「資源の再利用」及び「リサイクル製品の付加価値の向上」という効果を達することができるため、本発明は、実用的価値を備えている。
【００１２】
第二に、本発明の製造工程は、従来のリン酸四カルシウムを調製する方法より簡易且つ短時間であるため、製造工程の効率が向上すると同時に、本発明の製造工程で使用する温度も従来の製造工程より低いため、本発明は、熱消費量及び高温による環境影響を有効的に低減することができる。さらに、高温焼結時の原料粉体中における酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）の割合が適切であれば、９０％以上の高純度のリン酸四カルシウムを調製することができ、生産力を大幅に向上させている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るリン酸四カルシウムを調製する方法を示すフローチャートである。
【図２】異なる温度で熱処理を介した後破砕研磨を行った魚鱗を示す写真及びこれらのふるい通過率を示すグラフである。
【図３】異なる量の炭酸カルシウムを魚鱗粉体に添加することによって起きたＸ線回折（ＸＲＤ）の鉱物相の変化を示すチャートである。
【図４】ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５のモル比が１．４５の原料粉体を焼結して得た、リン酸四カルシウムを含有する混合物中の各鉱物相の割合をリートベルトＸ線回折（Ｒｉｅｔｖｅｌｄ  ＸＲＤ）で解析した試験結果を示すチャートである。
【図５】本発明に係る骨セメントの構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
具体的な実施例において、前記魚鱗の種類は、骨鱗（ｂｏｎｙ  ｓｃａｌｅ）、硬鱗（ｇａｎｏｉｄ  ｓｃａｌｅ）及び楯鱗（ｐｌａｃｏｉｄ  ｓｃａｌｅ）を包含している。また、具体的な実施例において、前記魚鱗は、ハイドロキシアパタイト（ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ；ＨＡｐ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）及び五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）を包含している。
【００１５】
魚鱗が炭酸カルシウムといった原料粉末と均一な混合を行えるようにするためにリン酸四カルシウムを調整することから、魚鱗は粉砕研磨処理を介して粉末状にする必要がある。しかし、魚鱗は、有機質のコラーゲンと無機質のハイドロキシアパタイトからなるため、一定の靭性を有することから、本発明は、魚鱗を例えば３８０℃以上で熱処理を行った後、魚鱗内部の有機質構造を有効的に破壊することで、魚鱗が効率的に研磨処理されて粉末状態となることができる。具体的な実施例において、前記熱処理の温度は、３００℃以上である。好ましい具体的な実施例において、前記熱処理の温度は、３５０℃以上である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記熱処理の温度は、３８０℃である。その他の具体的な実施例において、前記熱処理の時間は、３０分以上である。好ましい具体的な実施例において、前記熱処理の時間は、１時間以上である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記熱処理の時間は、２時間以上である。
【００１６】
本発明における研磨は、限定せずに従来の研磨方法を用いることができ、好ましくはボールミルである。具体的な実施例において、前記魚鱗粉体の粒径範囲は、２０μｍ乃至８００μｍである。好ましい具体的な実施例において、前記魚鱗粉体の粒径範囲は、５０μｍ乃至７００μｍである。さらに好ましい具体的な実施例において、前記魚鱗粉体の粒径範囲は、７５μｍ乃至６００μｍである。
【００１７】
原料粉体を高温焼結する過程において、前記原料粉体中にある酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）のモル比が特定の範囲に達するようにするため、リン酸四カルシウムの鉱物を焼結させている。このため、魚鱗粉体自身にある酸化カルシウム及び五酸化二リンの重量パーセントを確認し、例えば、前記酸化カルシウム前駆体（又は酸化カルシウム）或いは五酸化二リン前駆体（又は五酸化二リン）だけを添加したり、前記酸化カルシウム前駆体（又は酸化カルシウム）及び五酸化二リン前駆体（又は五酸化二リン）を同時に添加したり、前記原料の添加する種類及びその添加量を決定することで、前記原料及び前記魚鱗粉体を混合して得た前記原料粉体を焼結過程において、その酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）のモル比が特定の範囲に達している。具体的な実施例において、前記原料の形状は、粉末状である。好ましい具体的な実施例において、前記原料は、原料粉末である。
【００１８】
このため、本発明の目的は、原料粉体を高温焼結する過程において、前記原料粉体中にある酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）のモル比が特定の範囲に達するようにすることにある。従って、本発明は、前記魚鱗粉体に、酸化カルシウム或いは五酸化二リンを直接添加したり、酸化カルシウム及び五酸化二リンの両方を添加したりすることで、焼結する前に、前記原料粉体中にある酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）のモル比が特定の範囲に達する方法と、前記魚鱗粉体に、炭酸カルシウムなどの酸化カルシウム前駆体或いは五酸化二リン前駆体を添加したり、酸化カルシウム前駆体及び五酸化二リン前駆体の両方を添加することで、焼結過程において、酸化カルシウム前駆体が加熱反応を介して酸化カルシウムを発生させ、五酸化二リン前駆体が加熱反応を介して五酸化二リンを発生させるため、同じように、前記原料粉体中にある酸化カルシウム及び五酸化二リンの成分割合に変化が発生し、酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）のモル比が焼結過程において、同じように特定の範囲に達する方法という二つの方法を用いることができる。
【００１９】
なお、本明細書にある「酸化カルシウム前駆体」は、反応を介して酸化カルシウムを発生させる物質を包含するものの、これに限定するものではない。具体的な実施例において、前記酸化カルシウム前駆体は、炭酸カルシウム、グルコン酸カルシウム及びクエン酸カルシウムを包含している。好ましい具体的な実施例において、前記酸化カルシウム前駆体は、炭酸カルシウムを包含している。
【００２０】
また、本明細書にある「五酸化二リン前駆体」は、反応を介して五酸化二リンを発生させる物質を包含するものの、これに限定するものではない。具体的な実施例において、前記五酸化二リン前駆体は、アパタイト、ハイドロキシアパタイト、リン酸水素カルシウム二水和物及び魚鱗を包含している。
【００２１】
高温焼結時に、前記原料粉体中にある酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）のモル比が特定の範囲に達しなければ、リン酸四カルシウムの鉱物を発生することができない。好ましい具体的な実施例において、前記原料粉体中にある酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）のモル比の範囲は、１．３５乃至１．６７である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記原料粉体中にある酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）のモル比の範囲は、１．４乃至１．６である。
【００２２】
本発明に係る原料粉体は、高温焼結を介することで、前記原料粉体中にある酸化カルシウム（ＣａＯ）及びハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）に結合反応を発生させ、リン酸四カルシウムの鉱物相を成長させている。本明細書にある「高温焼結」は、高温炉を利用して焼結を行うことを包含し、そのうち、前記高温炉は、電気窯、ガス窯及び薪窯を包含している。具体的な実施例において、前記高温焼結の温度は、１０００℃以上である。好ましい具体的な実施例において、前記高温焼結の温度は、１２００℃である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記高温焼結の温度は、１３５０℃以上である。その他の具体的な実施例において、前記高温焼結の時間は、０．５時間以上である。好ましい具体的な実施例において、前記高温焼結の時間は、２時間以上である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記高温焼結の時間は、６時間以上である。
【００２３】
また、高温焼結完了時における原料粉体の鉱物相の活性を保有するため、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物中にある前記リン酸四カルシウムの含有量を維持しなければならない。このため、本発明は、工程（３）の後に続く、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物を冷却する工程（４）をさらに包含している。本明細書にある「冷却」は、急速冷却、即ち焼結完了後冷却を即座に行うことを包含するものの、これに限定するものではない。具体的な実施例において、前記冷却は、温度差を利用して冷却を行っている。その他の具体的な実施例において、前記温度差は、前記冷却の温度が前記高温焼結の温度より８００℃以上低い。好ましい具体的な実施例において、前記温度差は、前記冷却の温度が前記高温焼結の温度より１０００℃以上低い。さらに好ましい具体的な実施例において、前記温度差は、前記冷却の温度が前記高温焼結の温度より１２００℃以上低い。従って、例えば、１３５０℃以上の高温焼結を行った後に発生した前記リン酸四カルシウムを含有する混合物を約２５℃の室温で直接冷却すると、瞬間的温度差が極めて大きいことから、急速冷却の効果を達することができる。具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物を冷却することは、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物を室温で冷却することである。この「冷却」工程の目的は、焼結し終えたばかりの前記リン酸四カルシウムを含有する混合物中の鉱物成分を維持するためのものであって、焼結し終えたばかりの前記リン酸四カルシウムを含有する混合物の温度を高温炉内でゆっくり下げさせると、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物中の鉱物成分を変化させる、即ち前記リン酸四カルシウムの含有量を低下させる恐れがある。従って、急速冷却の工程を介することで、焼結し終えたばかりの前記リン酸四カルシウムを含有する混合物中の鉱物成分を保有し、高純度のリン酸四カルシウムを含有する産物を得ることができる。
【００２４】
また、リン酸四カルシウムの応用製品に併せるため、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物に対して研磨及びふるいをさらに行うことで、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物を応用し易いように粒径の大きさが一定である産物を形成している。このため、本発明は、工程（４）の後に続く、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物が粉体になるように研磨してリン酸四カルシウム粉体を得る工程（５）をさらに包含している。具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウム粉体の粒径は、１５０μｍ以下である。好ましい具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウム粉体の粒径は、１００μｍ以下である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウム粉体の粒径は、７５μｍ以下である。その他の具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウム粉体の粒径は、５０μｍ以下である。
【００２５】
前記リン酸四カルシウムを含有する混合物は、前記リン酸四カルシウム及びハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）を包含している。具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物に占める前記リン酸四カルシウムの重量パーセントは、６０％以上である。好ましい具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物に占める前記リン酸四カルシウムの重量パーセントは、８０％以上である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物に占める前記リン酸四カルシウムの重量パーセントは、９０％以上である。その他の具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物に占める前記ハイドロキシアパタイトの重量パーセントは、４０％以下である。好ましい具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物に占める前記ハイドロキシアパタイトの重量パーセントは、２０％以下である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウムを含有する混合物に占める前記ハイドロキシアパタイトの重量パーセントは、１０％以下である。
【００２６】
本発明に係るリン酸四カルシウムは、例えば、人工骨及び歯根管充填材料として用いたり、合成乳酸リン酸カルシウムの原料としたりすることができる骨セメントといった生体材料を用いることができる。また、リン酸四カルシウムを液相解離（カルシウムイオンやリン酸イオン）程度に向上すれば、人体のカルシウム補給剤及びデンタルケアの修復材料として用いることができる。
【００２７】
本発明が提供する骨セメントは、球状構造を有し、そのうち、前記骨セメントの材質は、リン酸塩である。
【００２８】
具体的な実施例において、前記リン酸塩は、リン酸四カルシウム及びハイドロキシアパタイトを包含している。好ましい具体的な実施例において、前記リン酸四カルシウムの形状は、単斜晶である。その他の具体的な実施例において、前記ハイドロキシアパタイトの形状は、六方晶である。
【００２９】
また、具体的な実施例において、前記球状構造の直径は、１５０μｍ以下である。好ましい具体的な実施例において、前記球状構造の直径は、１００μｍ以下である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記球状構造の直径は、７５μｍ以下である。
【００３０】
また、具体的な実施例において、前記リン酸塩において前記リン酸四カルシウムが占める重量パーセントは、６０％以上である。好ましい具体的な実施例において、前記リン酸塩において前記リン酸四カルシウムが占める重量パーセントは、８０％以上である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記リン酸塩において前記リン酸四カルシウムが占める重量パーセントは、９０％以上である。その他の具体的な実施例において、前記リン酸塩において前記ハイドロキシアパタイトが占める重量パーセントは、４０％以下である。好ましい具体的な実施例において、前記リン酸塩において前記ハイドロキシアパタイトが占める重量パーセントは、２０％以下である。さらに好ましい具体的な実施例において、前記リン酸塩において前記ハイドロキシアパタイトが占める重量パーセントは、１０％以下である。  
【００３１】
本発明は、上述及び後述する説明を包括するものの、これに限定するものではない。実施方法は、以下の通りに例示する。
【００３２】
１．材料及び方法
（ａ）魚鱗の熱分析及び熱前処理試験
本発明は、一般の魚鱗をリン酸四カルシウム（ｔｅｔｒａｃａｌｃｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ；ＴＴＣＰ）粉体を調製するための原料として使用することから、熱処理を介した魚鱗が研磨設備で粉砕されて粉末状となる特性を理解するために、示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ／ＤＴＡ，  Ｈｉｔａｃｈｉ  ＴＧ７２００）で、サンプルの温度上昇条件を２５℃から６００℃に上昇させ、温度上昇速度を１０℃／ｍｉｎとして魚鱗の熱分解特性を調べている。熱処理を介した魚鱗は、粉砕研磨設備で５分間の研磨を行って３０号メッシュ（ＡＳＴＭ  Ｎｏ．３０  ｍｅｓｈ）でふるいにかけ、異なる温度処理を介した魚鱗がふるい通過率に対する影響を調べている。
【００３３】
（ｂ）魚鱗の酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）に対する割合の制御
本発明は、魚鱗表面にある汚染物を水で洗浄した後、高温炉を利用して３８０℃で乾燥と焼成前処理を行い、熱前処理を介した魚鱗は、研磨設備で研磨を行って魚鱗粉体にし、３０号メッシュで前記魚鱗粉体をふるっており、３８０℃の焼成を介した魚鱗粉体と炭酸カルシウム粉体との化学成分は、表１のとおりである。本発明では、異なる割合（重量パーセント０％、１０％、１５％、２０％及び２５％）の炭酸カルシウム粉末を魚鱗粉体に添加し、前記魚鱗粉体に対して配合設計を行うことで、前記魚鱗粉体を高温焼結する際に含有する酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）のモル比を１．１５、１．２８、１．３６、１．４５及び１．５５にそれぞれ制御している。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
（ｃ）高温焼結試験及びＸＲＤ試験
本発明は、３８０℃で焼成処理した魚鱗粉体及び炭酸カルシウム粉末を混合して得た原料粉体を、高温炉で高温焼結を行い、原料粉体中に含有する酸化カルシウム／五酸化二リン（ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５）の異なるモル比がリン酸四カルシウムの鉱物相の生成状況に対する影響を調べている。高温中における原料粉体の反応速度を増加させるため、２５トンのタブレット設備を利用して原料粉体にタブレット処理を行い、タブレット処理したリン酸四カルシウム原料を１３５０℃の温度で焼結し、６時間保温してリン酸四カルシウムの模擬焼結を行い、これと同時に、焼結後の鉱物相の活性を保持するため、１３５０℃の高温で６時間保温した後に急速冷却処理を行い、即ち、原料粉体を高温炉から取り出した後、室温下に即座に放置して冷却している。焼結後の原料粉体は、急速冷却を介した後、再度研磨及びふるいを行い、サンプル走査角度（２θ）が１０−７５°、走査速度が０．０１５°／ｓ、走査時間が０．３５秒としてＸ線回折機器（Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＸＲＤ）（ＸＲＤ  ｍｏｄｅｌ  Ｄ２  ｐｈａｓｅｒ，Ｂｒｕｋｅｒ）で、研磨後の粉体（粒径７５μｍ以下）に対して鉱物相の分析を行っている。
【００３６】
従って、本発明に係るリン酸四カルシウムを調製する方法を示すフローチャートである図１のように、本発明は、魚鱗に対して３８０℃で１時間の熱処理を行うことで、魚鱗の有機構造を破壊して円滑に研磨し、魚鱗粉体にする熱処理及び研磨工程（１）と、原料を添加して前記魚鱗粉体と混合し、原料粉体を得て、その目的は焼結過程における前記原料粉体に含有する酸化カルシウム／五酸化二リンの割合を調製するためにあり、そのうち、前記原料は、酸化カルシウム、酸化カルシウム前駆体、五酸化二リン及び五酸化二リン前駆体からなる群のいずれかである原料添加工程（２）と、高温炉を利用して１３５０℃の高温で前記原料粉体を焼結することで、前記原料粉体中の鉱物相に変化を発生させてリン酸四カルシウムを生成する高温焼結工程（３）と、焼結し終えたばかりの前記原料粉体の鉱物成分、即ち純度の高いリン酸四カルシウムを保有するため、焼結し終えたばかりの前記原料粉体を室温環境下に即座に放置することで、極めて大きな温度差を発生させて急速冷却の効果を達し、高純度を維持したリン酸四カルシウムを得ることができる急速冷却工程（４）とを包含している。また、得られた高純度のリン酸四カルシウムは、製品ニーズに基づいて研磨及びふるいの動作をさらに行うことができ、例えば、研磨後のリン酸四カルシウムは粒径が７５μｍ以下のリン酸四カルシウム粉末を形成している。
【００３７】
２．結果
（ａ）魚鱗の熱分析及び熱前処理
本発明は、魚鱗をリン酸四カルシウムの原料として使用することから、魚鱗が炭酸カルシウム粉末と均一に混合するようにするため、魚鱗は粉砕研磨処理を介して粉末状にしなければならない。しかし、魚鱗は有機質のコラーゲンと無機質のハイドロキシアパタイトとが組み合わさってなるため、一定の靭性を有することから、本発明は、まず、機械を利用して魚鱗を研磨し、図２Ａのように、機械を介して研磨した魚鱗がプレート状の接合体となることが分かり、魚鱗中にある有機質と無機質とを有効的に分離させることができず、且つ３０号メッシュ（ＡＳＴＭ  Ｎｏ．３０  ｍｅｓｈ）でふるいにかけると、そのふるい通過率は約２９％しかなかった。
【００３８】
このため、魚鱗の有機構造を有効的に破壊するため、本発明は、示差熱熱重量同時測定装置で魚鱗の熱分解温度を測定し、魚鱗の示差熱、熱重量の測定結果から、温度がそれぞれ５６℃及び３４３℃の時に最大速度の熱重量減少速度を有し、熱重量減少率はそれぞれ１３．１％及び２６．７％となり（データは掲示されていない）、それぞれ魚鱗表面の水の揮発及び魚鱗に構造分解が発生したことを表している。このことから、魚鱗を９０℃及び３８０℃でそれぞれ熱処理を行い、研磨機で５分間研磨した後３０号メッシュでふるいをかけた。９０℃で熱処理した魚鱗は、粉砕研磨を介してもなお、図２Ｂのように、フロック構造を呈し、粉砕研磨しても完全な粉末状態にならないため、ふるい通過率は３５％で、熱処理をしていない魚鱗のふるい通過率と差異がほとんどない。しかし、３８０℃で熱処理した魚鱗は、粉砕研磨を行ったら、図２Ｃのように、完全な粉末状態となり、そのふるい通過率は１００％に向上し、魚鱗の研磨効率を大幅に向上させた。図２Ｄは、熱処理をしていない、９０℃の熱処理及び３８０℃の熱処理といった異なる温度で熱処理を介した後破砕研磨を行った魚鱗のふるい通過率（３０号メッシュ使用）を示しており、この結果から、魚鱗は、３８０℃の熱処理を介すると、魚鱗内の有機質構造を有効的に破壊することができ、魚鱗が効率よく粉末状態に処理されることができる。
【００３９】
（ｂ）ＸＲＤ鉱物相の分析
３８０℃で熱処理した魚鱗は、研磨を介して魚鱗粉体となり、まず３０号メッシュ（ＡＳＴＭ  Ｎｏ．３０  ｍｅｓｈ）で最初のふるいをかけ、さらに、２００号メッシュ（ＡＳＴＭ  Ｎｏ．２００  ｍｅｓｈ）でより粒径が小さい魚鱗粉末をふるい分ける。次に、それぞれ異なる重量パーセント０％、１０％、１５％、２０％及び２５％の炭酸カルシウム粉末を魚鱗粉末中に添加し、魚鱗粉体と炭酸カルシウム粉末が均一になるように混合して原料粉末を得て、高温炉を利用して１３５０℃の高温で６時間焼結した後急速冷却処理を介し、白色の粉末である、リン酸四カルシウム（ｔｅｔｒａｃａｌｃｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ；ＴＴＣＰ）を含有する混合物を得ることができる。図３Ａ乃至図３Ｅは、異なる添加割合の炭酸カルシウムが前記原料粉体中の鉱物相の成長に対する影響を示したものであって、その結果から、炭酸カルシウムの添加割合が０％の場合、主な構造は、依然、魚鱗にあるハイドロキシアパタイト（ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ；ＨＡｐ）構造であるが、炭酸カルシウムの添加割合の増加に伴い、ＸＲＤのパターンにリン酸四カルシウム構造が現れており、酸化カルシウム（ＣａＯ）が魚鱗のハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）と結合反応を発生し、リン酸四カルシウム構造が徐々に成長しているといえる。しかし、炭酸カルシウムの添加割合が２５％まで増加、ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５のモル比が１．５５となると、余分な酸化カルシウムは、ハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）と結合反応を発生せず、遊離酸化カルシウム（ｆｒｅｅ−ＣａＯ，ｆ−ＣａＯ）がリン酸四カルシウム粉体に多く存在し、リン酸四カルシウム（ｔｅｔｒａｃａｌｃｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＴＴＣＰ）を応用する際の体積安定性に影響する恐れがある。このため、図３のパターンからわかるとおり、好ましい炭酸カルシウムの添加割合は２０％、即ち、原料粉体の成分構成中にあるＣａＯ／Ｐ２Ｏ５のモル比が１．４５の時、望ましいリン酸四カルシウム（ＴＴＣＰ）の生成を有している。
【００４０】
リン酸四カルシウムの生成割合を理解するため、本発明は、焼結したリン酸四カルシウムを含有する混合物中のリン酸四カルシウムの割合をリートベルトＸ線回折（Ｒｉｅｔｖｅｌｄ  ＸＲＤ）で解析している。リートベルトＸ線回折法が模擬計算を行う際、設定した標準パターンを基準値とする必要があるため、ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５のモル比が１．４５の原料粉体を焼結し得た、リン酸四カルシウムを含有する混合物は、再度設定測定条件を介して鉱物相の標準パターンとし、リートベルトＸ線回折法の模擬計算パターンと比較している。図４は、ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５のモル比が１．４５の原料粉体を焼結して得た、リン酸四カルシウムを含有する混合物中の各鉱物相の割合をＲｉｅｔｖｅｌｄ  ＸＲＤが解析した結果である。この結果からわかるとおり、リン酸四カルシウムの生成率は９２％で、その他の８％はハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）構造であった。このことから、魚鱗を利用して調製したリン酸四カルシウム粉体は、一定温度の焼結処理を介すると、９０％以上の高純度のリン酸四カルシウムを得ることができ、従来のリン酸四カルシウムの科学調製方法と比べ、顕著な差異を有しているといえる。
【００４１】
また、表２は、医療用リン酸四カルシウムの重金属成分規格表であって、そのうち、鉛（Ｐｂ）の含有量は３０ｐｐｍ以下、水銀（Ｈｇ）の含有量は５ｐｐｍ以下、ヒ素（Ａｓ）の含有量は３ｐｐｍ以下、カドミウム（Ｃｄ）の含有量は５ｐｐｍ以下必要である。ＣａＯ／Ｐ２Ｏ５のモル比が１．４５の魚鱗粉末を利用して炭酸カルシウムと混合する原料を焼結して得た本発明に係るリン酸四カルシウム粉体は、リートベルトＸ線回折（Ｒｉｅｔｖｅｌｄ  ＸＲＤ）で化学成分の分析を行い、その化学成分の分析結果は、表３のとおり、本発明に係るリン酸四カルシウム（ＴＴＣＰ）粉末の化学主成分がカルシウム及びリン元素であり、且つ重金属含有量が少なく、少量のクロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）などの重金属元素しかないため、医療用リン酸四カルシウムの規格に符合している。
【００４２】
【表２】
2018118896.tif 000004
【００４３】
【表３】
2018118896.tif 000005
【００４４】
従って、本発明で製造したリン酸四カルシウムを利用して骨充填材料、即ち骨セメントを製造することができる。図５のように、本発明に係る骨セメント１０は、球状構造１００を有し、且つその材質は、リン酸塩である。前記リン酸塩は、リン酸四カルシウム２００及びハイドロキシアパタイト３００を包含し、そのうち、前記リン酸四カルシウム２００の形状は、単斜晶であって、前記ハイドロキシアパタイト３００の形状は、六方晶である。
【００４５】
なお、本発明に係る適切な叙述は、本明細書で具体的に示唆していない元素或いは制限下においても実施することができる。また、すでに叙述された用語は、本発明を制限するものでもない。これら用語及びこれら用語以外でこれ等用語に等しい如何なる表現や叙述には差異がないものの、本発明は、修正を加えることが可能であることを理解されたい。このことから、本発明は実施例及びその他の状況を言及しているものの、本発明で示唆された内容は、当該分野において通常の知識を有する者が修正及び変更を行うことができるが、これら修正及び変更は、本発明に属するものである。
【符号の説明】
【００４６】
１０            骨セメント
１００          球状構造
２００          リン酸四カルシウム
３００          ハイドロキシアパタイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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