(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、高い強度及び耐久性を有し、水性プロセスを用いて調製され、ほぼ同じ屈折率のモノマー、ポリマー、又は樹脂中に置かれたときに高い透明度を有する、生体活性ヘテロ凝集混合物質に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、ジルコニア、及び希土類酸化物から成る群より選択される少なくとも１つのコロイドの、カルシウム若しくはリン酸化物又はその組合せを含有する少なくとも１つの可溶性又は不溶性生物活性物質との組合せの生物活性ヘテロ凝集混合粒子を含む組成物。
【請求項２】
前記少なくとも１つのコロイドが、１〜１００ｎｍの平均一次粒径を有するシリカ、アルミナ、チタニア又はジルコニアから成る群より選択される、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコロイドが、シリカコロイド、及び第２のコロイドを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記少なくとも１つのコロイドが、２００ｎｍ以下の平均粒径を有するシリカコロイド、及び１００ｎｍ以下の平均粒径を有する第２のコロイドを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記少なくとも１つのコロイドが、１００ｎｍ以下の平均粒径を有するシリカコロイド、及び平均粒径が１〜２０ｎｍの第２のコロイド、及び平均粒径が１〜２０ｎｍの少なくとも１つの生物活性物質を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
前記少なくとも１つの生物活性物質が、１００ｎｍ未満の平均粒径を有する物質を含有する不溶性カルシウム及びホスフェートを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
前記ヘテロ凝集混合粒子が、５〜２００ｍ２／ｇの比表面積を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項８】
前記ヘテロ凝集混合粒子が、少なくとも１つの結晶性又は半結晶性相を含有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
前記少なくとも１つの結晶性又は半結晶性相が、５０ｎｍ未満の平均粒径を有する、請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
前記ヘテロ凝集混合粒子が、１．４６〜１．６０の屈折率を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項１１】
前記ヘテロ凝集混合粒子が、表面官能化粒子を作製するために表面剤で官能化されている、請求項１に記載の組成物。
【請求項１２】
前記表面剤が、次の一般式を有するシランカップリング剤、又はシランカップリング剤前駆体加水分解物を含む、請求項１１に記載の組成物：
ＲａＲ’ｂＳｉ（ＯＲ”）４−（ａ＋ｂ）、
ここで、ａ及びｂは１〜３の整数であり；
（ａ＋ｂ）は３以下であり；
Ｒ及びＲ’は１〜３０個の炭素原子を有する有機基であり；及び
Ｒ”はＨ、又は１〜６個の炭素原子を有する有機基である。
【請求項１３】
前記表面剤が、次の一般式を有するシランカップリング剤、又はシランカップリング剤前駆体加水分解物を含む、請求項１１に記載の組成物：
ＲａＳｉ（Ｘ）４、
ここで、ａは１〜３の整数であり；
Ｒは１〜３０個の炭素原子を有する有機基であり；及び
Ｘはハロゲン、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩである。
【請求項１４】
シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、ジルコニア、及び希土類酸化物から成る群より選択される少なくとも１つのコロイドの、マトリックス中に分散されたカルシウム若しくはリン酸化物又はその組合せを含有する少なくとも１つの可溶性又は不溶性生物活性物質との組合せのヘテロ凝集混合粒子を含む組成物。
【請求項１５】
前記マトリックスが、流体、ポリマー、オリゴマー、又はモノマーから成る群より選択される少なくとも１つの要素を含む、請求項１４に記載の組成物。
【請求項１６】
前記組成物が、１．４６〜１．６０の屈折率を有する、請求項１５に記載の組成物。
【請求項１７】
前記ヘテロ凝集混合粒子が実質的に同じ屈折率の流体中に少なくとも２５％の体積分率で分散されたときに、１．５ミリメートル厚の可視光透過率が２５．０％より大きい、請求項１６に記載の組成物。
【請求項１８】
前記ヘテロ凝集混合粒子が実質的に同じ屈折率の流体中に少なくとも２５％の体積分率で分散されたときに、１．５ミリメートル厚の可視光透過率が５０．０％より大きい、請求項１６に記載の組成物。
【請求項１９】
前記複合体が生物活性である及び／又は水性環境中にＣａ２＋を浸出又は交換する能力がある、請求項１４に記載の組成物。
【請求項２０】
前記ポリマー、オリゴマー又はモノマーの親水性及び疎水性が、所与の速度のＣａ２＋放出を生じるように選択される、請求項１５に記載の組成物。
【請求項２１】
シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、ジルコニア、及び希土類酸化物から成る群より選択される少なくとも１つのコロイド、及びカルシウム若しくはリン酸化物又はそれらの組合せを含む可溶性又は不溶性生物活性物質を、高剪断領域にて同時に組合せる工程を含む、生物活性ヘテロ凝集混合粒子を形成する方法。
【請求項２２】
ｂ．前記ヘテロ凝集混合粒子を乾燥して粉末を得る工程；及び
ｃ．前記乾燥粉末を熱処理する工程
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
２０１０年７月１日に出願された、Ｊ．Ｂｒｉｎｇｌｅｙらによる「ＢＩＯＡＣＴＩＶＥ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ」と題する米国仮特許出願第６１／３６０，５２２号の優先権を主張し、前記出願の開示は引用により本明細書に包含される。
【０００２】
本発明は、高い強度及び耐久性を有し、水性プロセスを用いて調製され、ほぼ同じ屈折率のモノマー、ポリマー、又は樹脂の中に置かれたときに高い透明度を有する、生物活性物質に関する。
【背景技術】
【０００３】
人工の生体材料はヒトの体内にその損傷を修復するために導入される。しかし、体内条件は厳しい環境であり、水分、塩、生物流体への常時暴露と数十年にわたる可能性のある連続使用との組合せが困難な環境を提供する。また、身体は異物に対して敏感であり、中毒反応、拒絶反応およびアレルギー反応の兆候を示すことがある。
【０００４】
体内に移植されたすべての材料は周囲組織から反応を導き出す。「生物活性」は、身体にとって異物である物質が生体組織と一体化して強力な結合を形成する能力に関連する固有の特性である。界面接着は、拒絶反応を防止し、治癒プロセスを加速し、移植片、デバイス及び／又は修復術の強度及び耐久性を増大する可能性がある。
【０００５】
生物活性物質は、生物活性ガラス、ガラスセラミック及びセラミックを包含する。生物活性セラミックは、例えば、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウムカルシウムがあり、整形外科で使用される。これらの物質に伴う最も一般的な問題は結晶化に関する。結晶構造は当該物質を扱いにくくし、結晶化を制御することは困難である。摩耗及び劣化のメカニズム、並びにセラミックの耐久性は十分に理解されていない。生物活性ガラスセラミックは、非結晶性ガラス相に埋め込まれた結晶粒子を有するガラス状物質である。セラバイタル（Ｃｅｒａｖｉｔａｌ）は、ガラス状相及びアパタイト結晶相を含有するガラスセラミックである。
【０００６】
バイオグラス（ＢＩＯＧＬＡＳＳ）として販売されている生物活性ガラスは、非結晶性物質である。これらの物質は、生体の骨構築メカニズムの必須部分であるカルシウム（Ｃａ２＋）及びホスフェート（ＰＯ４３−）イオンをゆっくりと放出することによって、その表面上での生きた骨の成長を促進する。生物活性ガラスは約２０年の間、骨充填材及び補綴物として歯科学、整形外科学及び眼科学に使用されており、既存の生物活性ガラスの一部は軟組織及び硬組織のいずれにも結合できる。
【０００７】
３つの主な組成的特徴が生物活性ガラスを従来のソーダ石灰シリカガラスと区別する。従来の生物活性ガラスは一般的に６０モルパーセント未満のＳｉＯ２を含有し、Ｎａ２Ｏ及びＣａＯ含有量が高く（各２０〜２５％）、カルシウム対リンのモル比が高い（５前後の範囲）。現在、生物活性粉末は当該技術分野で周知の従来加工技法によって製造されている。種々の成分（例えば、Ｎａ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ρ２Ｏ５及びＳｉＯ２）が通常はロールミルのような好適な混合装置内で混合され、その後、粒子の溶融及び合体を引き起こすのに十分な温度（一般的に１２５０〜１４００℃）まで白金るつぼ内で加熱される。かかる高温及び特殊機器の使用は、大きな製造コストを生じる。
【０００８】
Ｈｅｎｃｈらの米国特許第５，０７４，９１６号で指摘されたように、従来の生物活性ガラスは他の欠点に悩まされている。これらの組成物はフラックスとして機能するため又は溶融若しくは均質化を助けるためのＮａ２Ｏのようなアルカリ金属酸化物を必要とする傾向がある。しかし、アルカリ金属酸化物イオンが存在するとガラスと周囲の流体又は組織との間の界面が高ｐＨとなり、これは体内で炎症を誘発する恐れがある。さらに、生物活性物質によって促進される界面の組織−ガラス結合を進める組織修復速度は、狭いｐＨ範囲内で変動する傾向がある。従来の生物活性ガラスは、体内への移植を意図する物質の品質管理にとってきわめて重要な基準である均質混合が難しくなる傾向もある。これは、ガラス前駆体の粒径が比較的大きく、一般的に直径１０〜１０００ミクロンであるためである。粘稠なガラス溶融物の攪拌のような通常の混合技法を用いて「分子スケール」での混合、すなわち分子レベルでの均質性を得ることは難しい。
【０００９】
既知の生物活性ガラスは、骨充填材として臨床使用されてきた。しかし、失透（結晶化）する傾向があり、使用範囲が狭い。ガラスはガラス質物質であるが、その一部は低温（約６００℃）で結晶化する。このため、焼結して製品にすること又は球形顆粒の製造に使用することが困難である。さらに、シリカ含有量が少ないために相分離を起こすことも多く、そのためガラス組成はバッチごとに異なる。
【００１０】
生物活性ガラスの使用は、粉末として生物適合性ポリマーと混合して複合体を形成する用途ではさらに制限される。粉末は脆く破片様の特徴を備え、そのため刺激又は過度の摩耗を生じる可能性のあるきわめて研磨性の表面を形成する。
【００１１】
Ａｎｔｏｎｕｃｃｉらに対する米国特許第５，５０８，３４２号は、不飽和モノマー系の混合物を含む骨格組織用石灰化剤、及び非結晶性リン酸カルシウムを含む粒子状石灰化剤を開示している。しかし、非結晶性リン酸カルシウムは脆く、非常に強度が低く、そのため高い硬度、強度及び靭性を要求する用途には適さない。
【００１２】
Ｒｅｎｔｓｃｈに対する米国特許第５，９５２，３９９号は、有機重合性結合材、重合触媒、及び歯科材料を基準にして１〜９５重量％の屈折率が１．５８未満の無機充填材に基づく歯科材料を開示し、その際前記充填材は、フルオロアパタイト、硫酸塩含有アパタイト及びその変形のような混合アパタイトを含む。Ｒｅｎｔｓｃｈは、屈折率を１．６３から好ましい範囲の１．５２〜１．５６付近に調節するためにヒドロキシアパタイト格子の大幅な化学的置換を検討した。Ｒｅｎｔｓｃｈは、上記の範囲内又はその付近の組成物、例えばＣａ４Ｎａ６（ＳＯ４）Ｆ２；η＝１．５２及びＣａ８Ｎａ２［（ＰＯ４）４（ＳＯ４）２］Ｆ２；η＝１．５７を開示している。しかし、開示された物質は、ヒドロキシアパタイトとはかなり異なる化学組成を有し、かかる物質が生物活性であってＣａ２＋及び（ＰＯ４）３−を生体環境と交換できるか否かは不明である。さらに、フルオロアパタイトは難溶性であり、硬度が低く、脆性であるため、高い硬度、強度及び靭性を必要とする用途に不適である。
【００１３】
Ｒｕｓｉｎらに対する特許出願ＷＯ２００６／０５５３１７Ａ１は、カルシウム及びリン放出性ガラスを包含する歯科組成物並びに歯科組成物の製造及び使用方法を開示している。しかし、上述のように、生物活性ガラスは調製が困難及び高額であり、機械的特性及び摩耗特性が低い。
【００１４】
Ｋｅｓｓｌｅｒらに対する米国特許第７，０９０，７２０号は、審美永久充填用の歯科充填材、レジンマトリックス及び８７重量％までのガラス粒子を含有する歯科充填材を開示し、その際前記ガラス粒子は平均粒径が５０ミクロン未満であり、前記ガラス粒子は生物活性ガラス粒子及び非生物活性歯科用ガラス粒子を含み、前記生物活性ガラス粒子はヒドロキシアパタイト層を形成することができ、カルシウムが部分的にストロンチウム及び／又はバリウムで置換された生物活性ガラス材料を含む。さらに、樹脂マトリックスは、生物活性ガラス粒子の屈折率及び／又は非生物活性歯科用ガラス粒子の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する。ただし、上述のように、生物活性ガラスは調製が困難で高額であり、機械的特性及び摩耗特性が低い。
【００１５】
Ｈｅｎｃｈらに対する米国特許第５，０７４，９１６号は、ゾル−ゲル法を用いて調製され、６０重量％を超えるが８６重量％以下のＳｉＯ２、少なくとも４重量％であるが３３重量％未満のＣａＯ及び少なくとも３重量％であるが１５重量％以下のＰ２Ｏ５から本質的に成る生物活性組成物を開示している。ゾル−ゲル法はガラスの溶融温度よりも低い加工温度でガラスを形成できる。しかし、該方法は可燃性炭化水素溶媒を使用し、収率が非常に低く、約２００〜５００ｍ２／ｇというきわめて大きい表面積を有するガラスを生じる。表面積が大きいと、複合体を調製するために該物質をポリマー又はモノマー中に均質に分散することがきわめて困難になることから、問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、低温で加工することができ、それにより結晶化の傾向を避けることができる生物活性物質を製造する必要がある。破片様の従来ガラスの研磨性、又はゾル−ゲル法で加工されたガラスの扱い難さを伴うことなく、ポリマー複合体に配合することができる所与の粒径及び表面積の範囲内の生物活性物質を製造する必要がある。アルカリ金属含有量が高くない生物活性物質を製造する必要がある。明確で狭い分散の屈折率を有する生物活性物質を製造する必要がある。高い生物活性を有し、ポリマー、コポリマー及びその他の樹脂に配合して、生体内で生物活性反応を誘発するのに必要な速度でＣａ２＋及びＰＯ４３−イオンを放出できる複合体を製造することができる生物活性物質を製造する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、ジルコニア、及び希土類酸化物から成る群より選択される少なくとも１つのコロイドを、カルシウム若しくはリン酸化物又はそれらの組合せを含有する少なくとも１つの可溶性又は不溶性生物活性物質と組合せた生物活性ヘテロ凝集混合粒子を含む組成物、及びシリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、ジルコニア、及び希土類酸化物から成る群より選択される少なくとも１つのコロイドを、マトリックス中に分散されたカルシウム若しくはリン酸化物又はそれらの組合せを含有する少なくとも１つの可溶性又は不溶性生物活性物質と組合せたヘテロ凝集混合粒子を含む組成物に関する。本発明は、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、ジルコニア、及び希土類酸化物から成る群より選択される少なくとも１つのコロイド、及びカルシウム若しくはリン酸化物又はそれらの組合せを含む可溶性又は不溶性生物活性物質を高剪断混合領域内で同時に組合せることを含む、生物活性ヘテロ凝集混合粒子を形成する方法にも関する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、数点の利点を包含し、そのすべてが１つの実施形態に組み込まれるわけではない。本明細書の発明は、明確で狭い分散の屈折率を有し、高い生物活性を有し、アルカリ金属を含有せず、回転楕円体の粒子形態並びに高い強度、靭性及び摩耗特性を与える樹脂複合体への配合を可能にする表面特性を有する、生物活性組成物を開示する。本発明は、水溶液から及び低い加工温度にて生物活性組成物を製造する方法も提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、ジルコニア、及び希土類酸化物から成る群より選択される少なくとも１つのコロイドを、カルシウム若しくはリン酸化物又はそれらの組合せを含有する少なくとも１つの可溶性又は不溶性生物活性物質との組合せたヘテロ凝集混合粒子を含む生物活性組成物に関する。好ましくは、前記ヘテロ凝集コロイド状混合物は乾燥され、混合物の溶融温度よりも低い温度で熱加工される。
【００２０】
用語及び定義
一次粒径は、本明細書において、熱加工の前に水溶液中に存在する水性コロイド、又は沈殿種の平均粒径を指すために用いられる。
【００２１】
コロイドという用語は、本明細書で用いられるとき、溶媒又は水のような液体媒体中で安定な懸濁を形成する粒子を指す。
【００２２】
表面機能化粒子とは、本明細書で用いられるとき、無機、ポリマー又は分子種によって機能化された粒子を指す。
【００２３】
表面改質粒子とは、本明細書で用いられるとき、官能基を有する他の化合物とさらに反応して、その表面上に表面官能化によって１つ又は複数の化合物を有する複合体を生成する表面官能化粒子を指す。
【００２４】
ヘテロ凝集（ｈｅｔｅｒｏ−ｃｏａｇｕｌａｔｅｄ）とは、本明細書で用いられるとき、２つ又はそれ以上の化学的に別個のコロイド粒子分散体を含む粒子の集合（ａｓｓｅｍｂｌｙ）、群化（ｇｒｏｕｐｉｎｇ）又はアグリゲーション（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）を指す。粒子は、静電引力によって、表面電荷の変更によって、又は類似のフロキュレーション（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ）プロセスによって、集合、群化又はアグリゲートできる。
【００２５】
生物活性という用語は、本明細書で用いられるとき、発明的組成物、物質、粒子又は複合体の、生体組織と一体化して強力な結合を形成する能力、炎症を低減して治癒を補佐する能力、より具体的には、体内でカルシウム及びホスフェートイオンを放出して骨の成長及び／又は再石灰化を推進する能力を指す。
【００２６】
本発明の組成物は、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、亜鉛及び希土類の酸化物を含む少なくとも１つの金属酸化物及び／又は金属酸化物の混合物から選択されるコロイドのヘテロ凝集によって製造される。他の金属酸化物、及び／又は水酸化物、炭酸塩、ハロゲン化物、リン酸塩、硝酸塩等のような金属化合物も包含することができる。本発明で使用されるコロイドは、好ましくは、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化亜鉛及び希土類酸化物を包含する水分散性金属酸化物粒子から選択される。最も好ましくは、コロイドは、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、又はそれらの組合せである。具体例としては、Ａｌ２Ｏ３及びその同質多形のようなコロイド状、沈殿又はフューム状のシリカ、アルミナ、ＡｌＯＯＨ（ベーマイトとしても知られる）、ジルコニア、ＺｒＯ２又は含水ジルコニア、Ｙ２Ｏ３及びＹｂ２Ｏ３のような希土類酸化物、並びに上記物質の塩基性炭酸塩及び硝酸塩が挙げられる。特に好ましい金属酸化物はシリカである。好ましいシリカ粒子は、一般式ＳｉＯ２を有するコロイド状、沈殿又はヒューム状のシリカである。別の特に好ましい実施形態は、シリカコロイド、及び第２のコロイドである。
【００２７】
ヘテロ凝集前のコロイド状粒子は、好ましくは安定な水性コロイドである。安定な水性コロイドとは、少なくとも１カ月又はそれ以上の間、水性分散体から沈殿又は分離しないものである。安定な水性コロイドは、約１〜１００ｎｍ、より好ましくは１〜５０ｎｍ、最も好ましくは１〜２０ｎｍの平均粒径を有する。コロイド粒子の粒径は、カウンター法、光錯乱法、沈降法、光学顕微鏡及び電子顕微鏡を包含する多数の方法、又は方法の組合せによって特性決定ができる。光錯乱法は、１０９又はそれ以上の粒子を試料としてもよく、卓越したコロイド粒子の統計を与えることができる。光錯乱法を用いて、所与の直径又は大きさの範囲内に存在する粒子のパーセンテージが得られ、例えば、粒子の９０％が所与の値よりも低いことがわかる。光錯乱法を用いて、その粒子について、平均粒径、粒子の平均数分布、粒子の平均体積分布、分布の標準偏差及び分布幅に関する情報を得ることができる。
【００２８】
本発明の組成物は、金属酸化物のコロイドを、カルシウム若しくはリン酸化物又はそれらの組合せを含有する可溶性又は不溶性化合物と共にヘテロ凝集することによって製造される。これらの化合物は、Ｚｎ２＋及びＳｒ２＋のような他の生物学的に関連のある又は有利なイオンと共に添加されてもよい。好ましいカルシウム化合物は、カルシウムのハロゲン化物、硝酸塩、酸化物、炭酸塩、リン酸塩並びに酢酸カルシウム及びクエン酸カルシウムのようなカルシウムの有機酸塩から選択されてもよいが、これらに限定されるものではない。好ましいリン酸化物は、アンモニウム、水素、ナトリウム及びカリウムのリン酸、亜リン酸、次亜リン酸又はピロリン酸塩であり、最も好ましいのはリン酸アンモニウムである。同じく好ましいのは、リン酸トリエチル等のような有機リン酸化合物である。特に好ましい実施形態において、カルシウム及びホスフェート物質は、平均粒径が１００ｎｍ未満、好ましくは５０ｎｍ未満、最も好ましくは２０ｎｍ未満の不溶性粒子状物質である。特に好ましい物質は、化学式がＣａＨＰＯ４、ＣａＨＰＯ４２Ｈ２Ｏ、Ｃａ８（ＨＰＯ４）２（ＰＯ４）４ｎＨ２Ｏの非結晶性及び／又は結晶性リン酸カルシウム、非結晶性リン酸カルシウム、リン酸三カルシウム、Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）、及びフルオロアパタイトである。特に好ましい実施形態において、リン酸カルシウム物質は、１００ｎｍ未満、より好ましくは５０ｎｍ未満、最も好ましくは２０ｎｍ未満の一次粒径を有するＣａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）及びフルオロアパタイトである。より小さい粒子は最も好ましく、これは、屈折率の精密な制御が可能であり、また粒子サイズが約５０ｎｍ未満に低下すると可溶性が大幅に増大し、したがってＣａ２＋及びＰＯ４３−放出速度が大幅に増大することから生物活性も増大するためである。
【００２９】
本発明の実施において、リン酸カルシウム粒子は、ヘテロ凝集の前に別の工程で形成され、当該技術分野で既知の方法で特性決定及び精製がなされてもよい。この場合、リン酸カルシウム粒子は安定な水性コロイドであることが好ましい。安定な水性コロイドは、平均粒径が約１〜１００ｎｍ、より好ましくは１〜５０ｎｍ、最も好ましくは１〜２０ｎｍである。好ましいリン酸カルシウム粒子は、続いて、金属酸化物コロイドと共にヘテロ凝集されて、生物活性ヘテロ凝集粒子を調製できる。あるいは、リン酸カルシウム粒子が、他のコロイド状金属酸化物物質の存在下での沈殿によって、ヘテロ凝集コロイドと同時に形成されてもよい。この場合、明確な屈折率を有する物質が得られるようにヘテロ凝集混合粒子の粒径及び均質性を制御することが重要である。
【００３０】
ヘテロ凝集は、選択されたコロイド及びカルシウム又はリン供給源、例えばホスフェートを、好適な溶媒中で混合することによって達成できる。好ましい溶媒は水である。混合は、ブレード若しくはプロペラ式攪拌機又は磁気攪拌機のような好適な混合装置を使用することによって達成できる。好ましい実施形態において、混合は、構成成分を高剪断混合領域に同時に添加することによって達成される。高剪断混合領域は、プロペラ式ミキサ、スタティックミキサ、インラインミキサ、ディスパーセータ（ｄｉｓｐｅｒｓａｔｏｒ）、又はその他の高剪断混合装置によって提供される。装置の混合効率は、選択された混合方法の種類及びミキサの精密な幾何学的形状及び設計に依存する。プロペラ式ミキサの場合、混合効率は、ターンオーバー率によって近似することができ、その際ターンオーバー率は、攪拌速度（回転数／秒）にターンオーバー体積（ｍＬ／回転数）を乗じ、水体積で除したものである。インライン又はスタティックミキサの場合、混合効率は、コロイド状分散体の添加速度の合計にミキサのターンオーバー体積を乗じることで近似できる。いずれの場合も、混合効率の単位はターンオーバー／秒である。混合効率は約０．１０ターンオーバー／秒よりも大きいことが好ましく、より好ましくは１ターンオーバー／秒よりも大きい。２つの溶液の完全な混合は、好ましくは約１０秒未満で達成され、より好ましくは実質的に瞬時に達成される。
【００３１】
本発明の生物活性ヘテロ凝集混合コロイドの水性分散体は、乾燥又は熱処理の前に、好ましくは安定なコロイド状分散体である。コロイド安定性とは、粒子が懸濁液中で安定を保つ（分散体から沈降又は分離しない）能力を指す。３０日を超えて懸濁を維持する粒子の水性分散体は安定とみなすことができる。分散体のコロイド安定性は、多数の方法によって測定できる。分散体を、背が高く細いガラス容器に入れ、数カ月にわたって沈降速度を目視観測してもよい。より定量的な方法は、分散体中の粒子の平均粒径を測定することである。不安定なコロイドはアグリゲート又アグロメレートを形成する傾向を示し、すなわち、粒子が互いに固着し始める。この凝集は、分散体中の粒子の平均粒径の増大として観察される。安定なコロイドは、数カ月間、好ましくは６カ月を超える期間にわたって平均粒径がほとんど変化しない。
【００３２】
本発明の生物活性ヘテロ凝集コロイドの水性分散体は、乾燥され、融点よりも低い温度で熱加工されて、コロイド及び可溶性又は不溶性生物活性物質の均質なヘテロ凝集混合粒子を生成する。前記乾燥及び／又は熱加工は、別々の工程で達成されても、１工程に組み合わされてもよい。乾燥は、通常のオーブン内での分散体の乾燥、噴霧乾燥、回転乾燥、濾過、凍結乾燥等を包含するいかなる従来手段によっても達成されてもよい。乾燥されたヘテロ凝集混合粒子は混合物の融点よりも低い温度で熱加工される。熱加工工程は、混合物の均質性を増大し、見掛けの表面積を低下し、構成成分の結晶化を助ける。熱加工温度は、好ましくは約２００〜１１００℃、より好ましくは約５００〜１０００℃である。熱加工工程中に、粒子構成成分はアグリゲート又は溶融して強力なアグロメレートを形成する。これは、粒子の表面積を低減し、その強度を増大する。ヘテロ凝集混合粒子は、熱加工後に、比表面積が約５〜２００ｍ２／ｇであることが好ましく、表面積は約１０〜８０ｍ２／ｇに制御されることがより好ましい。表面積の低減は本発明の組成物のポリマー、モノマー、複合体及びその他の配合物への統合を促進し、それから作製された複合体の機械的強度も増大する。さらに、表面積が小さい物質はカルシウム及びホスフェート放出特性が低く、本発明の組成物の生物活性は表面積低減によって制限される可能性があることから、表面積は約５ｍ２／ｇ未満に低減されないことが重要である。
【００３３】
熱加工の後、ヘテロ凝集混合粒子は結晶性及び／又は非結晶性物質を含有する。ヘテロ凝集混合粒子は少なくとも１つの結晶性又は半結晶性相を含有することが好ましい。前記結晶性又は半結晶性相は、約５０ｎｍ未満、より好ましくは約２０ｎｍ未満の平均粒径を有することも非常に好ましい。ヘテロ凝集混合粒子に小さい粒子（＜５０ｎｍ）が包含されていると、ヘテロ凝集混合粒子の屈折率を調節すること、及び所与の値に変えることができる。より小さい非結晶、結晶、又は半結晶を包含することで、可視光の錯乱が小さくなることから、屈折を精密な値に調節することができる。屈折率の分散が既知で狭い物質は、特に光学用途及び装置、品目又は物品の美的品質が重視される用途で特に有用である。加工後のヘテロ凝集混合粒子の屈折率は、約１．４６〜１．６０であることが好ましい。これが好ましいのは、光学、医学及びコーティング用途で有用な種々のポリマー及びモノマーの屈折率の範囲を包含するからである。
【００３４】
好ましい実施形態において、本発明は、少なくとも１つのコロイドを可溶性又は不溶性カルシウム及びホスフェート含有物質又はそれらの組合せに、高剪断混合領域で同時に添加することによって調製されるヘテロ凝集混合粒子を含む生物活性物質を提供する。好ましくは、前記ヘテロ凝集混合粒子は、平均粒径が２００ｎｍ以下のシリカコロイド及び平均粒径が１００ｎｍ以下の第２のコロイドを可溶性又は不溶性生物活性カルシウム又はリン含有物質又はそれらの組合せと同時に組合わせることによって作製される。別の好ましい実施形態において、ヘテロ凝集混合粒子は、平均粒径が１００ｎｍ以下のシリカコロイド、平均粒径が１〜２０ｎｍの第２のコロイド、及び平均粒径が１〜２０ｎｍの少なくとも１つの生物活性物質を同時に組み合わせることによって作製される。
【００３５】
前記方法は、前記混合物を乾燥して粉末を得る工程及び該乾燥粉末を熱処理する工程をさらに含むことができる。得られるヘテロ凝集混合粒子は好ましくは屈折率が１．４６〜１．６０であり、実質的に同じ屈折率の流体中に分散したときに高い透明度を有する。
【００３６】
透明度は、本発明の物質の光学及び審美的利用を促進することができるほど高いことが好ましい。透明度は、いかなる方法によっても測定できるが、好ましくは光透過分光法によって測定される。本発明の組成物は、既知の重量分率で、屈折率が同じ又はほぼ同じ流体中に分散される。試料の可視光の透過率を所与の波長で測定する。光透過率は、試料の厚さ及び固相の重量分率に依存する。固相の重量分率及び試料の厚さは、比較の目的で一定に保たれる。本発明の組成物が実質的に同じ屈折率の流体中に少なくとも２５％の体積分率で分散されたときに、１．５ミリメートル厚の可視光透過率は２５．０％を超えることが好ましい。１．５ミリメートル厚の可視光透過率は５０．０％を超えることがより好ましい。
【００３７】
本発明の組成物のポリマー、モノマー、複合体又はその他の配合物への統合を促進するため、ヘテロ凝集混合粒子の表面を表面剤、例えば界面活性剤、塗布助剤、カップリング剤等で改質する必要がある場合がある。粒子は次式のシランカップリング剤、又はシランカップリング剤前駆体加水分解物によって表面改質されていることが好ましく、
ＲａＲ’ｂＳｉ（ＯＲ”）４−（ａ＋ｂ）、
ここで、ａ及びｂは１〜３の整数であり、（ａ＋ｂ）は３以下であり、Ｒ及びＲ’は１〜３０個の炭素原子を有する有機基であり、Ｒ”はＨ、又は１〜６個の炭素原子を有する有機基である。
【００３８】
あるいは、シランカップリング剤は次式を有してもよく：
ＲａＳｉ（Ｘ）４−ａ、
ここで、Ｒは上記に定義された通りであり、Ｘはハロゲン、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩである。
【００３９】
本発明の実施に有用なシランカップリング剤の具体例としては、これらに限定されるものではないが、３−メルカプトプロピル（トリメトキシ）シラン、３−メルカプトプロピルメチル（ジエトキシ）シラン、メタクリルオキシプロピル（トリメトキシ）シラン、２−［メトキシ（ポリエチレンオキシ）プロピル］（トリクロロ）シラン、２−［メトキシ（ポリエチレンオキシ）プロピル］（トリメトキシ）シラン、オクチル（トリメトキシ）シラン、オクタデシル（トリメトキシ）シラン、３−イソシアネートプロピルジメチルクロロシラン、３−イソシアネートプロピル（トリエトキシ）シラン、ビス（２−ヒドロキシエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノプロピルシラントリオール、３−アミノプロピル（トリエトキシ）シラン、３−アミノプロピル（トリメトキシ）シラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルシラントリオール、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル（トリメトキシ）シラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、イソプロピル（トリメトキシ）シラン、（３−グリシドキシプロピル）メチルジメトキシシラン、テトラデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）塩化アンモニウム、（３−トリメトキシシリルプロピル）ジエチレントリアミン及びオクタデシルジメチル（３−アンモニウム）プロピル（トリメトキシ）シランが挙げられる。
【００４０】
表面改質反応を開始するには、粒子及び表面剤（類）を、高剪断混合領域にて分散媒体中で一緒に混合する。分散媒体は水であることが好ましいが、他の溶媒又は液体も使用してもよい。
【００４１】
別の実施形態において、ヘテロ凝集混合粒子はマトリックス内に分散される。マトリックスは少なくとも１つの流体、ポリマー、オリゴマー、モノマー又はそれらの組合せを含んでもよい。本発明の組成物は、１〜６０重量％の装填量にてポリマー、オリゴマー、又はモノマー中に分散されることが好ましい。ポリマー、オリゴマー及び／又はモノマー（類）は、熱又は光硬化性ポリマーであることが好ましい。ポリマーの有用な例は、アクリレート官能性物質、メタクリレート官能性物質、エポキシ官能性物質、ビニル官能性物質、及びそれらの混合物である。一般的に、硬化性樹脂は１つ又はそれ以上のマトリックス形成オリゴマー、モノマー、ポリマー、又はそれらのブレンドから作製される。ウレタン類、フルオロポリマー類、シロキサン類及びラテックスポリマー類も有用である。
【００４２】
特定の実施形態において、本発明の物質は歯科用途又は整形外科若しくはその他の生体内用途に使用される。これらの用途への使用に好適な重合性物質としては、口腔内又は生体内環境での使用に好適とするのに十分な強度、加水分解安定性、及び無毒性を有する硬化性有機物質が挙げられる。かかる物質の例としては、アクリレート、メタクリレート、ウレタン、カルバモイルイソシアヌレート、エポキシ、並びにそれらの混合物及び誘導体が挙げられる。好ましい硬化性物質の１つの分類としては、フリーラジカル活性の官能基を備えた重合性構成成分を有する物質が挙げられる。かかる物質の例としては、１つ又はそれ以上のエチレン不飽和基を有するモノマー、１つ又はそれ以上のエチレン不飽和基を有するオリゴマー、１つ又はそれ以上のエチレン不飽和基を有するポリマー、及びそれらの組合せが挙げられる。
【００４３】
フリーラジカル活性官能基を有する硬化性樹脂の分類において、本発明での使用に好適な重合性構成成分は少なくとも１つのエチレン不飽和結合を含有し、付加重合を起こすことができる。かかるフリーラジカルエチレン不飽和化合物としては、例えば、モノー、ジ−又はポリ−（メタ）アクリレート（すなわち、アクリレート及びメタクリレート）、例えば（メタ）アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ−ヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸アリル，グリセロールトリアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、１，３−プロパンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、１，２，４−ブタントリオールトリメタクリレート、１，４−シクロヘキサンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ビス［１−（２−アクリルオキシ）］−ｐ−エトキシフェニルジメチルメタン、ビス［１−（３−アクリルオキシ−２−ヒドロキシ）］−ｐ−プロポキシフェニルジメチルメタン、エトキシ化ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、及びトリスヒドロキシエチル−イソシアヌレートトリメタクリレート；（メタ）アクリルアミド（すなわち、アクリルアミド及びメタクリルアミド）、例えば（メタ）アクリルアミド、メチレンビス−（メタ）アクリルアミド、及びジアセトン（メタ）アクリルアミド；ウレタン（メタ）アクリレート及びポリエチレングリコールのビス−（メタ）アクリレートが挙げられる。その他の好適なフリーラジカル重合性化合物としては、シロキサン官能性（メタ）アクリレート及びフルオロポリマー官能性（メタ）アクリレートが挙げられる。望ましい場合には、２つ又は３つのフリーラジカル重合性化合物の混合物を使用することができる。
【００４４】
その他の有用なポリマーの例としては、ペプチド、蛋白質、ゼラチン、ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、ポリ（カプロラクトン）、キトサン及びその誘導体、アルギネート等のような天然及び合成のバイオポリマーが挙げられる。
【００４５】
別の実施形態において、本発明は、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、ジルコニア、又は希土類酸化物から選択される少なくとも１つのコロイドを含むコロイド；及び酸化カルシウム及び酸化リンの両方を含有する可溶性又は不溶性化合物；のヘテロ凝集によって調製される生物活性組成物を含む生物活性複合体又は物品を提供し、その際前記ヘテロ凝集コロイド混合物は、乾燥され及び混合物の溶融温度よりも低い温度で熱加工され、熱加工されたヘテロ凝集混合粒子（類）は、ポリマー、オリゴマー又はモノマー中に分散されて複合体を形成し；前記複合体は生物活性及び／又は水性環境中へＣａ２＋を浸出又は交換する能力がある。Ｃａ２＋は身体自体の生物学的修復機構を刺激することから、Ｃａ２＋の放出は重要である。ホスフェートイオン及びシリケートイオンを環境、特に生体内環境と交換することも望ましい。カルシウム及びその他の有用なイオンの放出は、唾液、血液、又はその他の生物学的流体内に存在するイオンとのイオン交換によって促進される。この交換は、生体適合物質内での供給が短時間で枯渇するほど速すぎず、放出イオンの濃度が低すぎて身体の生物学的修復機構を刺激できないほど遅すぎないことが不可欠である。放出速度は、医学用途では骨成長又は骨癒合を刺激するように；また歯科用途では歯表面の再石灰化に作用して歯を脱灰から保護するように、制御されることが好ましい。生物学的に関連する濃度のイオンが複合体から放出されるには、イオン拡散が起こるように水が複合体に浸透することが必要である。
【００４６】
特定の実施形態において、本発明の組成物のポリマー（類）、オリゴマー（類）、モノマー（類）は透水性であることが好ましい。これが好ましいのは、透水性は生体環境と物品との間での金属及びその他の関連イオンの交換を促進するからである。種々の高分子付加物の透水性の尺度は透過係数Ｐで与えられ、Ｐは次式によって与えられる：
Ｐ＝（透過量）（膜厚）／［面積×時間×（膜前後での圧力降下）］
【００４７】
種々のポリマーについて水の透過係数及び拡散データが、Ｊ．ＣｏｍｙｎｎによってＰｏｌｙｍｅｒ  Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ｎ．Ｙ．，１９８５及び”Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｆｉｌｍ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  Ｏｆ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ”，  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｌｉｂｒａｒｙ，ＮＹ，１９９５で考察されている。透過係数が高いほど、高分子媒体の透水性が大きい。特定のポリマーの透過係数は、密度、結晶化度、分子量、架橋度、及び塗装助剤、可塑剤等の付加物の存在によって変動する場合がある。ポリマーは１０［（ｃｍ３ｃｍ）／（ｃｍ２秒／Ｐａ）］×１０１３を超える透水性を有することが好ましい。ポリマーは１００［（ｃｍ３ｃｍ）／（ｃｍ２秒／Ｐａ）］×１０１３を超える透水性を有することがさらに好ましい。当業者は、異なる水親和性を有するポリマー及び／又はモノマーを混合することによって本発明の複合体の透水性を最適化することができる。ポリマー、オリゴマー又はモノマーの親水性及び疎水性は、所与のＣａ２＋放出速度を生じるように選択できる。
【００４８】
例えば、透水性を増大するために親水性モノマーを配合物にブレンドすることができるのに対し、疎水性モノマーは透水性を低下するであろう。本発明の実施に有用な典型的な親水性モノマーは、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート及びポリ（エチレングリコール）ジメタクリレートである。本発明の実施に好適な疎水性モノマー及びポリマーには、ビス−ＧＭＡ及びヘキサンジオールジメタクリレートが挙げられる。
【００４９】
実施例
以下の実施例は、本発明を例示するために提供される。
【００５０】
材料
特記のない限り、すべての材料の濃度は、重量対重量百分率として与えられており、すべての分散体は水分散体である。
【００５１】
ＮＡＬＣＯ２３２７は、シリカのコロイド状水分散体であり、シリカの平均粒径は２０ｎｍで、固体濃度は４０．０％である。ＮＡＬＣＯ１０５０はシリカのコロイド状水分散体であり、シリカの平均粒径は２０ｎｍで、固体濃度は５０．０％である。ＮＡＬＣＯ１０６０はシリカのコロイド状水分散体であり、シリカの平均粒径は６０ｎｍで、固体濃度は５０．０％である。ＮＡＬＣＯ２３２９はシリカのコロイド状水分散体であり、シリカの平均粒径は７５ｎｍで、固体濃度は４０．０％である。
【００５２】
試験方法
【００５３】
屈折率の計算
式１に与えられた関係を用いて、すべての組成物について屈折率（ηｔｏｔ）を推定した。
（１）ηｔｏｔ＝（η１Ｖ１＋η２Ｖ２＋η３Ｖ３）／Ｖｔｏｔ
【００５４】
式中、η１、η２、及びη３は個々の構成成分の屈折率であり、Ｖ１、Ｖ２及びＶ３は該構成成分それぞれの体積分率である。使用した屈折率は報告値であった；（ＳｉＯ２は１．４６、ＺｒＯ２は２．１１、Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）は１．６２８及びＡ１２Ｏ３は１．６７５）。各相の体積は、構成成分の重量百分率及び密度（ＳｉＯ２は２．２ｇ／ｃｍ３；ＺｒＯ２は５．６８ｇ／ｃｍ３；Ａ１２Ｏ３は３．６ｇ／ｃｍ３、及びＣａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）は３．１６ｇ／ｃｍ３）に基づいて計算される。
【００５５】
光学的測定
モノマー流体における屈折率の一致及び相対的透明度は、既知の屈折率のモノマー中に２５〜３５重量％の混合粒子の混合物を作製することによって決定した。前記モノマーはＳａｒｔｏｍｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ又はＥｓｓｔｅｃｈ  Ｉｎｃ．より購入した、歯科修復材に一般的に使用されるメタクリレートモノマーである。前記混合物を超音波処理して気泡を除去し、該混合物３．０８ｇをガラスバイアルに深さ７．０ｍｍまで添加した。混合物をライトボックス上に置き、一連の光学的ターゲットを試料の厚さ方向を通して見ることによって観察した。混合物に、識別可能な（はっきりと見えて「判読可能な」）最小フォントに対応する相対的透明度の評点を与えた。フォントサイズは２６ポイント〜２ポイントであった。例えば、評点１は２６ポイントのフォントのみが判読可能であることを示し、評点５は１８ポイント以上のフォント；１０＝８ポイント以上及び１３＝２ポイント以上が判読可能であることを指す。この単純で定量的な透明度測方法は、±評点１の精度があると推定される。この混合物の相対的透明度の格付け方法は、透過分光光度法を用いて確認された（すなわち、透過度は格付けと相関した）。粉末の屈折率は、既知の屈折率の一連の流体中に粉体を入れ、最も高い透明度を記録することによって近似した。追加情報は、Ｐ．Ｌａｍｂｅｒｔらに対する、「Ｓｉｌｉｃａ−Ａｌｕｍｉｎａ  Ｍｉｘｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ」と題する米国特許出願に見ることができ、その全体を参照により本願に包含する。
【００５６】
比較用混合酸化物（ａ）の調製
２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式攪拌機で攪拌された、３００．０ｇの蒸留水が入った２．０Ｌステンレス鋼製反応器内に、６４０．０ｇのコロイドシリカ（ＮＡＬＣＯ  １０６０；シリカ固体５０．０％）を速度２０．０ｇ／分で；及び５３３．３ｇの５〜１０ｎｍジルコニアコロイド（Ｎｙａｃｏｌ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、ジルコニア固体２０．０％）を速度１６．７ｇ／分で、同時に添加した。添加の間中、０．１Ｎ酢酸を、混合物のｐＨが４．０〜４．４に保たれる速度で添加した。添加速度は±０．１ｇ／分の範囲内に制御するよう予め校正された蠕動ポンプで制御した。添加後、反応混合物を１時間攪拌した。続いて該懸濁液を４８時間静置し、その後の混合物は目に見える沈降のない半透明であった。調製後、生成物を熱風乾燥器内で１００℃にて乾燥し、得られた固体を、９ｍｍアルミナビーズを用いて１６時間粉砕し、得られた微粉末をプログラマブル炉内で９５０℃にて３時間加熱した後、放置冷却した。続いて、得られた白色粉末を１００ミクロンのナイロン篩にかけ、大きな粒子を除去した。
【００５７】
ヒドロキシアパタイトコロイド（ｂ）の調製
ナノ粒子状ヒドロキシアパタイトを、Ｗｅｌｚｅｌら（”Ｔｒａｎｓｆｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｅｌｌｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｕｓｔｏｍ−ｍａｄｅ  Ｃａｌｃｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｃｏａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  ＤＮＡ”，  Ｔ．  Ｗｅｌｚｅｌ，Ｗ．Ｍｅｙｅｒ−Ｚａｉｋａ，Ｒ．Ｈｅｕｍａｎｎ  ａｎｄ  Ｍ．Ｅｐｐｌｅ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．１４，２２１３（２００４））が詳述した手順を用いて調製した。２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式ミキサで攪拌された、１４７．０ｇの蒸留水及び３．０ｇのポリアクリル酸（ＭＷ２５，０００ｋＤａ，Ｗａｋｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）が入った０．７５Ｌステンレス鋼製反応器内に、ｐＨが９．６に調節された９６．０ｍＬの０．５０Ｍ  Ｃａ（ＮＯ３）２溶液を速度４．０  ｍＬ／分で；及びｐＨが９．６に調節された９６．０ｍＬの０．３０Ｍ  （ΝΗ４）２ΗΡＯ４溶液を速度４．０ｍＬ／分で、同時に添加した。添加後のｐＨは９．２であった。続いて、この安定な半透明のコロイドを蒸留水で４８時間透析し、過剰な塩を除去した。コロイドの最終的な固形分は、０．９６重量％と測定された。
【実施例１】
【００５８】
発明的実施例１
２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式攪拌機で攪拌された、１５０．０ｇの蒸留水が入った０．７５Ｌステンレス鋼製反応器内に、８７．３２ｇのコロイドシリカ（ＮＡＬＣＯ２３２７；シリカ固体４０．０％）を添加した。該懸濁液を１０分間攪拌した後、２５５ｍＬの１．０Ｍ  Ｃａ（ＮＯ３）２を速度１０．０ｇ／分で；及びｐＨを約７．８〜８．０に保つための１Ｎ  ＮＨ４ＯＨ溶液を、同時に添加した。この実施例におけるシリカ対ＣａＯの比は７０：３０ｗ／ｗであった。添加速度は±０．１ｇ／分の範囲内に制御するよう予め校正された蠕動ポンプで制御した。添加後、反応混合物を１時間攪拌した。調製後、生成物を熱風乾燥器内で１００℃にて乾燥し、得られた固体を、９ｍｍアルミナ媒体を用いて２４時間粉砕し、得られた微粉末をプログラマブル炉内で５５０℃にて３時間加熱した後、放置冷却した。続いて、得られた白色粉末を１００ミクロンのナイロン篩にかけ、大きな粒子を除去した。最終的なモル組成は（ＳｉＯ２）０．７０（ＣａＯ）０．３０であった。
【実施例２】
【００５９】
発明的実施例２
２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式攪拌機で攪拌された、１５０．０ｇの蒸留水が入った０．７５Ｌステンレス鋼製反応器内に、６５．２０ｇのコロイドシリカ（ＮＡＬＣＯ２３２７；シリカ固体４０．０％）を７．３ｇ／分の速度で、及び６９．０ｍＬの１．０Ｍ  Ｃａ（ＮＯ３）２を１０．０ｇ／分の速度で；及び添加後のｐＨを約７．８〜８．０に保つための１．０Ｎ  ＮＨ４ＯＨ溶液を、同時に添加し、その後ｐＨを１．０Ｎ  ＮＨ４ＯＨ溶液の添加により９．２に調節した。続いて、前記攪拌混合物に、１９７．２ｍＬの１．０Ｍ  Ｃａ（ＮＯ３）２を速度１．７ｇ／分で；及び１１８．４ｍＬの１．０Ｍ（ＮＨ４）２ＰＯ４溶液を速度３．０ｍＬ／分で、同時に添加した。添加の間中、１．０Ｎ  ＮＨ４ＯＨ溶液の添加により、ｐＨを約８．８〜９．２に調節した。調製後、生成物を熱風乾燥器内で１００℃にて乾燥し、得られた固体を、９ｍｍアルミナ媒体を用いて２４時間粉砕し、得られた微粉末をプログラマブル炉内で５５０℃にて３時間加熱した後、放置冷却した。続いて、得られた白色粉末を１００ミクロンのナイロン篩にかけ、大きな粒子を除去した。最終的なモル組成は（ＳｉＯ２）０．８０（ＣａＯ）０．１２［Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）］０．０８であった。
【実施例３】
【００６０】
発明的実施例３
２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式攪拌機で攪拌された、１５０．０ｇの蒸留水が入った０．７５Ｌステンレス鋼製反応器内に、７１．２０ｇのコロイドシリカ（ＮＡＬＣＯ２３２７；シリカ固体４０．０％）を速度３．０ｇ／分で及び１８３．３ｍＬの１．０Ｍ  Ｃａ（ＮＯ３）２を速度１０．０ｇ／分で；及びｐＨを約８．８〜９．２に保つための１．０Ｎ  ＮＨ４ＯＨ溶液を、同時に添加した。続いて、前記攪拌混合物に、１０７．７ｍＬの１．０Ｍ  Ｃａ（ＮＯ３）２を速度３．３ｍＬ／分で；及び６４．６ｍＬの１．０Ｍ  （ＮＨ４）２ＰＯ４溶液を２．０ｍＬ／分で、同時に添加した。添加の間中、１．０Ｎ  ＮＨ４ＯＨ溶液の添加により、ｐＨを約８．８〜９．２に調節した。調製後、生成物を熱風乾燥器内で１００℃にて乾燥し、得られた固体を、９ｍｍアルミナ媒体を用いて２４時間粉砕し、得られた微粉末をプログラマブル炉内で５５０℃にて３時間加熱した後、放置冷却した。続いて、得られた白色粉末を１００ミクロンのナイロン篩にかけ、大きな粒子を除去した。最終的なモル組成は（ＳｉＯ２）０．８０（ＣａＯ）０．２７［Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）］０．０３であった。
【実施例４】
【００６１】
発明的実施例４（ＡＷバイオグラス（ＢＩＯＧＬＡＳＳ））
２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式攪拌機で攪拌された、１５０．０ｇの蒸留水が入った０．７５Ｌステンレス鋼製反応器内に、４６．５０ｇのコロイドシリカ（ＮＡＬＣＯ２３２７；シリカ固体４０．０％）を速度１．２ｍＬ／分で、及び；２３９．４ｍＬの１．０Ｍ  Ｃａ（ＮＯ３）２と６４．０ｍＬの１．０Ｍ  Ｍｇ（ＮＯ３）２との混合物３０３．４ｍＬを速度１．０ｍＬ／分で、同時に添加した。添加終了時のｐＨは７．８であった。続いて、前記攪拌溶液に１０．０ｍＬの蒸留水に溶解した０．４７４ｇのＮＨ４Ｆを速度２．５ｍＬ／分で添加した。続いて、前記攪拌混合物に、１５２．８ｍＬの１．０Ｍ  Ｃａ（ＮＯ３）２を速度５．１ｍＬ／分で；及び９１．６７ｍＬの１．０Ｍ（ＮＨ４）２ＰＯ４溶液を３．０  ｍＬ／分で、同時に添加した。添加の間中、１．０Ｎ  ＮＨ４ＯＨ溶液の添加により、ｐＨを約８．８〜９．２に調節した。調製後、生成物を熱風乾燥器内で１００℃にて乾燥し、得られた固体を、９ｍｍアルミナ媒体を用いて２４時間粉砕し、得られた微粉末をプログラマブル炉内で５５０℃にて３時間加熱した後、放置冷却した。続いて、得られた白色粉末を１００ミクロンのナイロン篩にかけ、大きな粒子を除去した。最終的なモル組成はおおよそ（ＳｉＯ２）０．４７（ＣａＯ）０．３７［Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）］０．０９（ＭｇＯ）０．０５（ＣａＦ２）０．０２であった。
【実施例５】
【００６２】
発明的実施例５
２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式攪拌機で攪拌された、１５０．０ｇの蒸留水が入った０．７５Ｌステンレス鋼製反応器内に、１９５．６７ｇのコロイドシリカ（ＮＡＬＣＯ２３２７；シリカ固体４０．０％）を速度７．５０ｍＬ／分で；及び７９．４ｇの５〜１０ｎｍジルコニアコロイド（Ｎｙａｃｏｌ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  ジルコニア固体２０．０％）を速度４．０ｍＬ／分で、同時に添加した。添加の間中、０．１Ｎ酢酸を、混合物のｐＨが４．０〜４．４に保たれる速度で添加した。添加速度は±０．１ｇ／分の範囲内に制御するよう予め校正された蠕動ポンプで制御した。添加後、反応混合物を１時間攪拌した。安定で半透明のシリカ−ジルコニアコロイド状集合体の最終的な固形分は、９．５２重量％であった。
【００６３】
２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式攪拌機で攪拌された、１３０．０ｇの蒸留水が入った０．７５Ｌステンレス鋼製反応器内に、３７．０６ｇの上記シリカ−ジルコニアコロイド状集合体及び１２．９４ｇの蒸留水を含有する混合物５０．０ｇを速度２．５ｍＬ／分で；及び２０８．０ｇのヒドロキシアパタイトコロイド（ｂ）を速度１０．４ｍＬ／分で、同時に添加した。添加終了後、生成物を熱風乾燥器内で８０℃にて乾燥し；得られた固体を、９ｍｍアルミナ媒体を用いて２４時間粉砕し、得られた微粉末をプログラマブル炉内で５５０℃にて３時間加熱した後、放置冷却した。続いて、得られた白色粉末を１００ミクロンのナイロン篩にかけ、大きな粒子を除去した。最終的なモル組成は（ＳｉＯ２）０．８６（ＺｒＯ２）０．１１［Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）］０．０３であった。
【実施例６】
【００６４】
発明的実施例６
微粉末を７５０℃にて３時間加熱し、放置冷却した点を除いて、実施例５と同じ方法で実施した。
【実施例７】
【００６５】
発明的実施例７
２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式攪拌機で攪拌された、１５０．０ｇの蒸留水及び４０．０ｇのモル組成（ＳｉＯ２）０．８６（ＺｒＯ２）０．１４の混合酸化物（ａ）が入った０．７５Ｌステンレス鋼製反応器内に、（ｉ）４２．９ｍＬの１．０Ｍ  Ｃａ（ＮＯ３）２溶液を５．０ｍＬ／分で；及び（ｉｉ）２８．６ｍＬの１．００Ｍ（ＮＨ４）２ＨＰＯ４溶液を３．３ｍＬ／分で、同時に添加した。反応供給速度は制御され（＋／−０．１ｍＬ／分）、添加の間中、ｐＨは０．１Ｎ  ＮＨ４ＯＨの添加により７．４に保たれた。添加後、反応混合物を１時間攪拌し、粒子を回収して５，０００ｒｐｍ、５分間の遠心分離によって洗浄し、上清を廃棄した；塩副生成物の完全な除去を確実とするため、このプロセスを４回繰返した。続いて、得られた白色粉末を炉内で１００℃にて一晩乾燥した。重量分析の結果、収率は９９．６％であった。最終的に回収された組成物は、約９０重量％のＳｉＯ２−ＺｒＯ２及び１０重量％のＣａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）を含有した。
【実施例８】
【００６６】
発明的実施例８
２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式攪拌機で攪拌された、１５０．０ｇの蒸留水及び４０．０ｇのモル組成（ＳｉＯ２）０．８６（ＺｒＯ２）０．１４の混合酸化物（ａ）が入った０．７５Ｌステンレス鋼製反応器内に、（ｉ）９６．７ｍＬの１．０  ＭＣａ（ＮＯ３）２溶液を５．０ｍＬ／分で；及び（ｉｉ）６４．５ｍＬの１．００Ｍ  （ＮＨ４）２ＨＰＯ４溶液を３．３ｍＬ／分で、同時に添加した。反応送り速度は制御され（＋／−０．１ｍＬ／分）、添加の間中、ｐＨは０．１Ｎ  ＮＨ４ＯＨの添加により７．４に保たれた。添加後、反応混合物を１時間攪拌し、粒子を回収して５，０００ｒｐｍ、５分間の遠心分離によって洗浄し、上清を廃棄した；塩副生成物の完全な除去を確実とするため、このプロセスを４回繰返した。続いて、得られた白色粉末を炉内で１００℃にて一晩乾燥した。重量分析の結果、収率は９９．３％であった。最終的に回収された組成物は、約８０重量％のＳｉＯ２−ＺｒＯ２及び２０重量％のＣａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）を含有した。
【実施例９】
【００６７】
発明的実施例９
４０５ｇの蒸留水が入った１．５Ｌステンレス鋼製反応器に、２４５．５ｇの５〜１０ｎｍジルコニアコロイド（２０．３７重量％のＺｒＯ２）を添加した。２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式ミキサ内で、この均質化溶液に、４８５．４ｇのコロイドシリカ（ＮＡＬＣＯ２３２７  ４１．２重量％、氷酢酸でｐＨ５．５に調節）を１０ｍＬ／分で添加した。得られた半透明で安定なコロイドは、固形分が２２重量％であった。
【００６８】
１Ｍ  ＮＨ４ＯＨでｐＨ８．３５に調節された２２５０ｍＬの蒸留水が入った４Ｌガラスビーカー内で、５７９．５ｇの上記コロイドを蒸留水で総量１１２５ｍＬに希釈したものを、コロイド（ｂ）として調製されたヒドロキシアパタイト２３４４ｇと共に、２０００ｒｐｍで回転するプロペラ式ミキサに同時に添加した。前記シリカ−ジルコニアコロイドは１０．８７ｍＬ／分で添加され、コロイド（ｂ）は２１．１ｍｌ／分で添加された。添加中、前記集合溶液のｐＨはｐＨ７．６〜８．０に保たれた。添加終了後、生成物を１００℃にて２０時間乾燥した。得られた固体を、９ｍｍアルミナビーズを用いて２４時間粉砕し、得られた粉末を９００℃にて３時間加熱した。得られた粉末を１００ミクロンの篩にかけた。最終的なモル組成は（ＳｉＯ２）０．８７（ＺｒＯ２）０．１１［Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）］０．０２であった。
【００６９】
表１のデータは、実施例及び比較実施例１〜９について得られた透明度指標値を示す。可溶性Ｃａ２＋及びＰＯ４３−供給源から調製されたヘテロ凝集混合粒子は、ほぼ同じ屈折率の流体中に置かれたときに中〜低度の透明度評点を示す。実施例１のみが、高い透明度の指標である６を超える値の透明度指標を示す。不溶性又は粒子状リン酸カルシウムから調製されたヘテロ凝集混合粒子は、明確で鋭い分布の屈折率を有することを示す６を十分に超える非常に高い透明度評点を示す。
【００７０】
【表１】
2013531010.tif 000002
【００７１】
実施例１、３及び５〜８から得られた物質及び比較としての混合酸化物（ａ）について、細胞毒性及び生物活性を評価するための試験を実施した。すべての実験で、試料を陰性対照（粒子なし）及び陽性対照（純粋なナノサイズのヒドロキシアパタイト、生物活性の標準品として評価）と比較した。ヒト皮膚繊維芽細胞を用いた細胞毒性試験並びに非形質転換ヒト骨芽細胞（骨形成細胞）を用いた骨芽細胞接着及び増殖試験を実施した。細胞毒性データを表２に示す。培養物を粒子状物質１０００μｇ／ｍＬの用量に暴露した。表２のデータは、混合酸化物（ａ）が対照及び参照物質と比較して皮膚繊維芽細胞の成長を阻害することを示す（注−生細胞／死細胞の比が小さいほど、成長阻害が大きい）。これは、非常に穏やかな細胞毒性を示唆する。対照的に、本発明の例は、参照及び対照と比較して同等又は低い阻害を示す。データは、酸化物物質の細胞毒性をリン酸カルシウムのような生物活性物質とのヘテロ凝集によって改善できることを示す。細胞毒性の低下は、炎症の低下及び生体内への移植片植え込み後の治癒の高速化に変換される可能性がある。
【００７２】
実施例及び参照物質の細胞毒性
【００７３】
【表２】
2013531010.tif 000003
【００７４】
実施例及び参照物質の骨芽細胞増殖
【００７５】
【表３】
2013531010.tif 000004
【００７６】
骨芽細胞増殖実験の結果を表３に示す。骨芽細胞は骨形成細胞であり、その表面への接着力及び表面上での成長は、該表面の生物活性の指標である。実施例及び対照のいずれの物質も、試験前にペレット状に圧縮された。骨芽細胞は基材表面上に無作為に播かれ、標準細胞培養条件下で１、３及び５日間培養された。骨芽細胞増殖は、Ｈｏｅｓｃｈｓｔ３３２５８染色剤（Ｓｉｇｍａ）及び蛍光分光光度計を用いてパパイン（ｐａｐｉｎ）消化物中のＤＮＡの量を測定することによって評価した。実験試料中の細胞数は、既知の細胞数あたりのＤＮＡ量と相関する標準曲線から決定した（約１，０００の感度のアッセイ）。増殖は細胞密度（単位表面積細胞毒性あたりの細胞）として報告される。
【００７７】
表３のデータは、発明的実施例が、参照、比較及び対照物質と比べて有意に大きい骨芽細胞成長速度を有することを示す。骨芽細胞の細胞密度の増大は、生物活性表面を示唆する。
【国際調査報告】
2013531010.tif 000005