(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に有機高分子が吸着している異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を含むコロイド溶液であって、前記有機高分子が、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸又はポリアスパラギン酸から選択されるアミノ酸由来のポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールからなる群から選択される、当該コロイド溶液。
【請求項２】
前記異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶の体積分率が７．６より大きく８．８ｖｏｌ％未満である、請求項１に記載のコロイド溶液。
【請求項３】
前記異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％以上である、請求項１又は２に記載のコロイド溶液。
【請求項４】
液晶性を示す請求項３に記載のコロイド溶液。
【請求項５】
表面に有機高分子が吸着している異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶であって、前記有機高分子が、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸又はポリアスパラギン酸から選択されるアミノ酸由来のポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールからなる群から選択される、該ヒドロキシアパタイト結晶。
【請求項６】
表面に有機高分子が吸着している異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を含む液晶であって、前記有機高分子が、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸又はポリアスパラギン酸から選択されるアミノ酸由来のポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールからなる群から選択される、該液晶。
【請求項７】
請求項５に記載の異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含む配向膜。
【請求項８】
前記異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶のｃ軸がせん断方向におおよそ配向している、請求項７に記載の配向膜。
【請求項９】
前記異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶が放射状に配向している、請求項７に記載の配向膜。
【請求項１０】
請求項１〜４に記載のコロイド溶液に磁場を印加することにより、磁場方向と垂直な一方向に前記ヒドロキシアパタイトの結晶の長軸を配向させることを含む、ヒドロキシアパタイトの結晶の配向の制御方法。
【請求項１１】
請求項５に記載の異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶及び有機分子を含む複合体。
【請求項１２】
（１）カルシウムイオン及び有機高分子を含む第１溶液と、リン酸イオンを含む第２溶液とを混合して混合溶液を調製する工程、及び
（２）前記混合溶液から析出物を分離して回収する工程
を含む、表面に有機高分子が吸着している異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を含むコロイド溶液を調製する方法であって、前記有機高分子が、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸又はポリアスパラギン酸から選択されるアミノ酸由来のポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールからなる群から選択される、該方法。
【請求項１３】
前記有機高分子がポリアクリル酸である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記コロイド溶液における異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％以上である、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％ 以上となるように濃縮する工程を含む、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記コロイド溶液が液晶性を示す、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を含む液晶性コロイド溶液を基板に塗布して、
当該溶液にせん断を印加することを含む、配向膜の製造方法。
【請求項１８】
（１）表面に有機高分子が吸着している異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を含む液晶性コロイド溶液と有機分子を混合する工程、
（２）前記コロイド溶液中の溶媒を蒸発させる過程で、異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を配向させる工程、及び
（３）前記有機分子を光重合する工程、
を含む、ヒドロキシアパタイトの結晶の配向が制御された有機無機複合体の調製方法であって、前記有機高分子が、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸又はポリアスパラギン酸から選択されるアミノ酸由来のポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールからなる群から選択される、該方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異方的形状のヒドロキシアパタイト液晶、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド水溶液及び配向膜、異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を含むコロイド水溶液を調製する方法並びに当該コロイド水溶液から配向膜を製造する方法に関する。また、本発明は、ヒドロキシアパタイトの結晶の配向が制御された有機無機複合体の調製方法にも関る。
【背景技術】
【０００２】
ヒドロキシアパタイトは歯や骨の主成分であり、生体適合性の高い素材として生体材料や医療材料への応用が期待されている。歯や骨においては、ヒドロキシアパタイトのナノ結晶が同一方向に配列し、結晶方位の揃った異方的な構造が形成されている。これまで、このような構造を構築するために有機高分子を用いてヒドロキシアパタイトの結晶配向を制御する試みが数多く報告されている（非特許文献１及び２）。しかしながら、このような手法で得られるヒドロキシアパタイト結晶は、溶液中において分散状態を長期間維持することが困難であり、また、それらの結晶の配列を制御することも難しかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Science, 2001, 294, 1684-1688.
【非特許文献２】Nature Materials, 2010, 9, 1004-1009.
【非特許文献３】Advanced Materials, 2008, 20, 1633-1637.
【非特許文献４】Angewandte Chemie International Edition, 2008, 47, 2800-2803.
【非特許文献５】MRS Bull, 2010, 35, 127-132.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、溶媒中で分散状態が安定化されたヒドロキシアパタイトの異方的形状の結晶の簡便な合成法とそれらの結晶の配向を巨視的スケールで制御する手法を提供することを目的としている。
また、本発明は、簡便な成形加工と配向制御が可能な液晶性を、硬くてもろい無機セラミックスに付与する手法を確立することで、従来困難であった巨視的スケールでのヒドロキシアパタイト結晶の配向制御の方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、有機高分子により非晶質リン酸カルシウムを安定化させ、これを経由した結晶成長を行うことにより、ヒドロキシアパタイトの異方的な結晶成長を誘起し、ロッド状結晶が得られることを見出した。更に、本発明者は、得られた複合体の表面に高分子が吸着することでナノロッド結晶間の凝集を静電反発により防ぎ、コロイド状態ならびに液晶状態を安定できることを見出した。
【０００６】
即ち、本発明は、
［１］異方的形状のヒドロキシアパタイト液晶。
［２］異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を含むコロイド溶液。
［３］異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶の表面に有機高分子が吸着している、［２］に記載のコロイド溶液。
［４］前記異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶の体積分率が７．６より大きく８．８ｖｏｌ％未満である、［２］又は［３］に記載のコロイド溶液。
［５］前記異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％以上である、［２］又は［３］に記載のコロイド溶液。
［６］液晶性を示す［５］に記載のコロイド溶液。
［７］異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含む配向膜。
［８］異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶のc軸がせん断方向におおよそ配向している、［７］に記載の配向膜。
［９］異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶が放射状に配向している、［７］に記載の配向膜。
［１０］液晶性を示す異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液に磁場を印加することにより、磁場方向と垂直な一方向に前記ヒドロキシアパタイトの結晶の長軸を配向させることを含む、ヒドロキシアパタイトの結晶の配向の制御方法。
［１１］異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶及び有機分子を含む複合体。
［１２］（１）カルシウムイオン及び有機高分子を含む第１溶液と、リン酸イオンを含む第２溶液とを混合して混合溶液を調製する工程、及び
（２）前記混合溶液から析出物を分離して回収する工程
を含む、異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を含むコロイド溶液を調製する方法。
［１３］前記有機高分子がポリアクリル酸である［１２］に記載の方法。
［１４］前記コロイド溶液における異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％以上である、［１２］又は［１３］に記載の方法。
［１５］異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％以上となるように濃縮する工程を含む、［１２］〜［１４］のいずれか１項に記載の方法。
［１６］前記コロイド溶液が液晶性を示す、［１４］又は［１５］に記載の方法。
［１７］異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を含む液晶性コロイド溶液を基板に塗布して、当該溶液にせん断を印加することを含む、配向膜の製造方法。
［１８］（１）異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を含む液晶性コロイド溶液と有機分子を混合する工程、
（２）前記コロイド溶液中の溶媒を蒸発させる過程で、異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を配向させる工程、及び
（３）前記有機分子を光重合する工程、
を含む、ヒドロキシアパタイトの結晶の配向が制御された有機無機複合体の調製方法。
を、提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、溶媒中で分散状態が安定化されたヒドロキシアパタイトの異方的形状の結晶の簡便な合成法とそれらの結晶の配向を巨視的スケールで制御する手法を提供することができる。ヒドロキシアパタイトを主成分とする歯や骨は、そのナノ構造においてヒドロキシアパタイト結晶が配列した構造を有するところ、本発明による液晶性ヒドロキシアパタイトを利用したヒドロキシアパタイト結晶の配向制御技術は、実際の歯や骨に近い構造を構築できるため、これまでの人工骨、インプラントなどの歯科材料と比べ、優れた生体適合性や患部の修復能を有する医療材料の構築が期待できる。
また、歯や骨のナノ構造を模倣することで、歯や骨のように優れた力学特性を有する高強度材料の開発も可能であると考えられる。
また、本発明により、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含む配向膜を提供することができる。本発明の配向膜は、細胞培養の足場としての応用も考えられ、異方的な構造を有する足場材料の開発も期待でき、その足場上で成長する細胞のモルホロジーを制御できる可能性がある。また、ヒドロキシアパタイトは、ペプチドや核酸、多糖類などのカラムクロマトグラフィーの充填材として利用されている。本発明により、特定の配向構造を有する充填材を構築することが可能であり、薬剤の精製などにおいて優れた分離能を有するカラムクロマトグラフィーへの応用も検討することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１ａ】実施例１のヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶の透過型電子顕微鏡写真
【図１ｂ】実施例１のヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％のコロイド水溶液の写真
【図１ｃ】実施例１のヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％のコロイド水溶液の偏光顕微鏡写真
【図２】ヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶を含むコロイド水溶液の液晶性に関する相図
【図３ａ】液晶性コロイド溶液中のナノロッド結晶の非限定的な例の透過型電子顕微鏡写真
【図３ｂ】液晶性コロイド溶液中のナノロッド結晶の非限定的な例の電子線回折パターン
【図４ａ】せん断により一軸に配向したヒドロキシアパタイトナノロッド集合体の偏光顕微鏡写真及びその模式図
【図４ｂ】スピンコートにより放射状に配向したヒドロキシアパタイトナノロッド集合体の偏光顕微鏡像及びその模式図
【図４ｃ】同心円状に配向したヒドロキシアパタイトナノロッドとポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）の複合体の偏光顕微鏡像及びその模式図
【図５ａ】磁場印加前のヒドロキシアパタイトナノロッドの液晶性コロイド水溶液の偏光顕微鏡写真
【図５ｂ】９．３Ｔの磁場印加後のヒドロキシアパタイトナノロッドの液晶性コロイド水溶液の偏光顕微鏡写真
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
本発明の１つの態様は、異方的形状のヒドロキシアパタイト液晶である。
また、本発明の１つの態様は、異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶である。
【００１１】
ヒドロキシアパタイト液晶及びヒドロキシアパタイト結晶が有する異方的形状としては、ナノスケールのロッド形状（ナノロッド）、ピーナッツ形状、ダンベル形状、プレート形状が挙げられる。
【００１２】
本発明の異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶の非限定的例として、ヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶の透過型電子顕微鏡写真を図１ａに示す。
【００１３】
本発明の異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶の大きさは、例えばナノロッド結晶の場合、その長さは、通常２０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍである。また、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶の幅は、通常５ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜３０ｎｍである。
本発明においては、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶の長さ及び幅は、ポリアクリル酸の濃度等の調整条件を変更することにより調整することが可能である。
【００１４】
本発明のもう１つの態様は、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液である。
本発明の好ましい側面は、異方的形状のヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶を含むコロイド溶液である。
好ましくは、上記コロイド溶液はコロイド水溶液である。
また、本発明のコロイド溶液は、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メタノール、エタノール、ブタノール等の有機溶媒を本発明の効果を損なわない範囲で含有することができる。
【００１５】
本発明のコロイド溶液においては、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶、好ましくはナノロッド結晶は、結晶の表面に有機高分子が吸着している構造を有する。理論に拘束されることを意図するものではないが、結晶の表面に高分子が吸着することで結晶間の凝集を静電反発により防ぎ、コロイド溶液のコロイド状態及び液晶状態を安定化することができ、液晶状態を安定化するための表面修飾や溶媒の置換などの操作を省くことができる。
【００１６】
有機高分子としては、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸及びポリアスパラギン酸等のアミノ酸由来のポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールが挙げられるが、ポリアクリル酸がコロイド状態を安定化できることから好ましい。
【００１７】
本発明のコロイド溶液の一実施例において、その液晶性を観察したところ図２に示すように、ヒドロキシアパタイトナノロッド結晶の体積分率が７．６ｖｏｌ％以下では等方相、７．６％より大きく８．８ｖｏｌ％未満では等方相と液晶相の２相共存であり、８．８ｖｏｌ％以上では液晶相が発現する。
すなわち、本発明の１つの実施態様は、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶の体積分率が７．６ｖｏｌ％より大きく８．８ｖｏｌ％未満であるコロイド溶液である。
また、本発明のもう１つの実施態様は、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％以上であるコロイド溶液である。
【００１８】
また、本発明の１つの側面は、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％以上である液晶性コロイド溶液である。
【００１９】
図３ａは、液晶性コロイド溶液中のナノロッド結晶の非限定的な例の透過型電子顕微鏡写真を示す。図３ａから、このナノロッド結晶はより小さな針状結晶が配向して集まった二次構造を成していることが分かる。また、この透過型電子顕微鏡観察によりヒドロキシアパタイト結晶のc軸がナノロッド結晶の長軸方向に配向していることが分かる。
また、図３ｂは、このナノロッド結晶の電子線回折パターンを示す。電子線回折測定の弧状のパターンは、透過型電子顕微鏡像の範囲でヒドロキシアパタイト結晶が配向していることを示している。
すなわち、本発明の液晶性コロイド溶液中のヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶は多結晶体ながら結晶学的に配向した構造を有する。
【００２０】
本発明の異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド水溶液の非限定的例として、ヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶を含むコロイド水溶液の写真を図１ｂに、偏光顕微鏡写真を図１ｃに示す。ここでナノロッド結晶の体積分率は９．２ｖｏｌ％である。
理論に拘束されることを意図するものではないが、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶、好ましくはナノロッド結晶を含むコロイド水溶液は、結晶表面に存在するポリアクリル酸により分散安定化されており、濃厚な溶液においても沈殿や凝集は見られない（図１ｂ）。さらに、ナノロッド結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％以上のコロイド水溶液は、光学的異方性を示し、ナノロッドが自発的に配列した液晶状態の発現が確認された（図１ｃ）。
【００２１】
本発明のもう１つの態様は、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含む配向膜である。
本発明の好ましい側面は、異方的形状のヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶を含む配向膜である。
本発明の配向膜は、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶にせん断を印加することにより得ることができる。
【００２２】
本発明の１つの実施態様は、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶のc軸がせん断方向におおよそ配向している配向膜である。このような配向膜は、具体的には、例えば、液晶相を示す異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液をガラス等の基板で挟み、一方向にせん断を印加することにより配向膜を得ることができる。
【００２３】
また、本発明の更に１つの実施態様は、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶が放射状に配向している配向膜である。このような配向膜は、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液をスピンコートすることにより得ることができる。具体的には、例えば、液晶相を示す異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液をガラス等の基板上でスピンコートすることにより配向膜を得ることができる。
【００２４】
本発明の異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含む配向膜の非限定的例を図４に示す。図４ａは、せん断により一軸に配向したヒドロキシアパタイトナノロッド集合体の偏光顕微鏡写真とその模式図を示す。
また、図４ｂは、スピンコートにより放射状に配向したヒドロキシアパタイトナノロッド集合体の偏光顕微鏡像とその模式図を示す。
【００２５】
本発明の更に１つの実施態様は、液晶性を示す異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液に磁場を印加することにより、磁場方向と垂直な一方向に前記ヒドロキシアパタイトの結晶の長軸を配向させることを含む、ヒドロキシアパタイトの結晶の配向の制御方法である。
好ましくは、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶は異方的形状のヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶である。また、好ましくは、コロイド溶液はコロイド水溶液である。
印加する磁場は、通常２〜１０Ｔ、好ましくは８〜１０Ｔである。
【００２６】
本実施態様の一実施例として、液晶相を示すヒドロキシアパタイトナノロッドコロイド水溶液に９．３Ｔの磁場を印加することで、磁場方向と垂直な一方向にナノロッド結晶の長軸を配向させた結果を図５に示す（実施例6参照）。図５ａは．磁場印加前の、図５ｂは、９．３Ｔの磁場印加後のヒドロキシアパタイトナノロッドの液晶性コロイド水溶液の偏光顕微鏡写真である。
【００２７】
本発明の更に１つの態様は、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶及び有機分子を含む複合体である。
本発明の複合体は、液晶相を示す異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液と有機分子を混合し、当該コロイド溶液中の溶媒を蒸発させる過程で、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を配向させ、更に、前記有機分子を光重合することにより、ヒドロキシアパタイトの結晶が配向した構造を固定化させることにより得ることができる。
【００２８】
有機分子としては、光重合性分子が好適に使用される。光重合性分子として、例えば、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド等が挙げられるが、２−ヒドロキシエチルメタクリレートがナノロッドの分散状態を妨げない点から好ましい。
【００２９】
本発明の異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶及び有機分子を含む複合体の非限定的例を図４ｃに示す。同図は、同心円状に配向したヒドロキシアパタイトナノロッド結晶とポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）の複合体の偏光顕微鏡像とその模式図である。
【００３０】
本発明のもう１つの態様は、（１）カルシウムイオン及び有機高分子を含む第１溶液と、リン酸イオンを含む第２溶液とを混合して混合溶液を調製する工程、及び（２）前記混合溶液から析出物を分離して回収する工程を含む、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液を調製する方法である。
【００３１】
本発明のコロイド溶液を調製する方法は、まず、ポリアクリル酸等の有機高分子、カルシウムイオン、リン酸イオンとともに水を内部に含有するアモルファス構造である複合体、即ち、非晶質リン酸カルシウムの前駆体を形成させ、同一反応容器内でこれを結晶化させることを特徴とする。このような工程を有することにより、従来は得ることができなかったヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶、及びこれを含むコロイド溶液を調製することができる。
【００３２】
有機高分子としては、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸及びポリアスパラギン酸等のアミノ酸由来のポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールが挙げられるが、ポリアクリル酸がコロイド状態を安定化できることから好ましい。
【００３３】
第１溶液におけるポリアクリル酸の濃度範囲は、４０ｍＭ以上、好ましくは６０ｍＭ以上であり、１５０ｍＭまでぐらいが適切である。４０ｍＭ以上であれば、ナノロッド結晶が形成される。
【００３４】
ポリアクリル酸の平均分子量としては、２０００程度のものを用いることができる。
【００３５】
第１溶液には、ポリアクリル酸以外にさらにポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールを加えることもでき、ポリアクリル酸に対してそれぞれ５０モル％、５０モル％、２０モル％以上１００モル％以下、１０モル％以上１００モル％以下となるように添加した場合にも、透明かつアモルファスな複合体を得ることができる。
【００３６】
第１溶液におけるカルシウムイオンを生成する化合物として、塩化カルシウムを好適に用いることができる。第１溶液におけるカルシウムイオンの濃度は、８０ｍＭ以上、好ましくは８０ｍＭ以上１２０ｍＭ以下である。８０ｍＭ以上であれば、十分な量の非晶質リン酸カルシウムが形成される。
また、第１溶液におけるカルシウムイオンを生成する化合物としては、１００ｍＭ程度の溶液ができる溶解度を持っていれば、ＣａＸのＸにあたる部分は他のものでも構わない。その例としては、酢酸を挙げることができ、酢酸カルシウム（Ｃａ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）も好適に使用することができる。８０ｍＭ以上であれば同様の透明・アモルファスな固体が得られるが、７０ｍＭになると、固体ではなく白濁したコロイド分散液となる。このコロイドを利用することで複合体が得られることになる。なお、７０ｍＭ以下であっても、収量に変動があるとは言え５０ｍＭ以上であればコロイドを得ることができる。
【００３７】
第２溶液におけるリン酸イオンを生成する化合物として、リン酸三カリウム（Ｋ３ＰＯ４）が好ましい。また、リン酸三ナトリウム（Ｎａ３ＰＯ４）、リン酸三アンモニウム（（ＮＨ４）３ＰＯ４）も使用することが可能である。
第２溶液におけるリン酸イオンの濃度は、８０ｍＭ以上、好ましくは８０ｍＭ以上１２０ｍＭ以下である。８０ｍＭ以上であれば、十分な量の非晶質リン酸カルシウムが形成される。
【００３８】
第１溶液と第２溶液の混合比は、通常体積比で１：１程度である。
【００３９】
第１溶液と第２溶液を室温で混合した混合溶液を、通常６０℃で３〜７日間程度撹拌する。
混合溶液の調製は、通常、室温・大気圧下で行われ、撹拌は、通常、６０℃、大気圧下で行われる。ただし、４０℃以下では結晶化の進行が遅くなる可能性があるが、溶媒である水に変化が無ければ、２０℃以上９０℃以下程度の範囲内で同様の構造の析出物が得られると考えられる。
【００４０】
混合溶液を１０分から３０分撹拌後には、ポリアクリル酸、リン酸イオン、カルシウムイオンとともに水を内部に含有し、アモルファス構造である複合体が生成する。複合体は、透明・アモルファスな固体として析出することもでき、また、固体ではなく白濁したコロイド分散液中に存在することもできる。
【００４１】
上記複合体の分散液をそのまま３〜７日程度、６０℃で撹拌することにより、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液を調製することができる。また、撹拌後に上記複合体が結晶化することにより生成する析出物を分離し、異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を得ることができる。また、析出物の回収は、遠心分離でなくとも、析出物が回収できれば他の方法でもよい。
【００４２】
異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液は、結晶の体積分率が７．６ｖｏｌ％より大きく８．８ｖｏｌ％未満の範囲となるように濃縮すると等方相と液晶相の２相が共存した状態となる。
また、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液を、結晶の体積分率が８．８ｖｏｌ％以上の範囲となるように濃縮すると液晶性を示す。このような液晶性を示すコロイド溶液を基板に塗布して、当該溶液にせん断を印加することにより配向膜を製造することができる。
【００４３】
基板としては、ガラス基板、プラスチックフィルム等コーティングが可能であれば材料は特に限定されない。
【００４４】
塗布の方法としては、スピンコート、リバースコート、グラビアコート、マイクログラビアコート、ディップコート、フローコート等薄膜を形成するのに用いられるコーティング方法を適宜用いることができる。
【００４５】
せん断の印加は、例えば、コロイド溶液をガラス基板に塗布し、その上からガラス基板を重ねてコロイド溶液を挟み、一方向にせん断を印加することにより行うことができる。このような方法でせん断を印加すると、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶のc軸がせん断方向におおよそ配向している配向膜を好適に得ることができる。
【００４６】
また、例えば、液晶相を示す異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液をガラス等の基板上でスピンコートすることにより配向膜を得ることができる。この場合には、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶が放射状に配向している配向膜を好適に得ることができる。
【００４７】
配向膜の厚みは、通常２μｍ〜１０μｍである。
【００４８】
また、本発明のもう１つの態様は、（１）異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶を含むコロイド溶液と有機分子を混合する工程、（２）前記コロイド溶液中の溶媒を蒸発させる過程で、異方的形状のヒドロキシアパタイト結晶を配向させる工程、及び（３）前記有機分子を光重合する工程、を含む、異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶及び有機分子を含む複合体の調製方法である。
【００４９】
有機分子としては、光重合性分子が好適に使用される。光重合性分子として、例えば、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド等が挙げられるが、２−ヒドロキシエチルメタクリレートがナノロッドの分散状態を妨げない点から好ましい。
【００５０】
異方的形状のヒドロキシアパタイトの結晶及び有機分子を含む複合体の調製は、例えば、ヒドロキシアパタイトのナノロッド結晶を含むコロイド水溶液と２−ヒドロキシエチルメタクリレート等の光重合性分子を複合化し、円筒状のガラス容器内で水を蒸発させる過程で、ナノロッドが同心円状に配向し、更に、２−ヒドロキシエチルメタクリレート等の光重合性分子を光重合することにより配向構造を固定化することにより行うことができる。
【００５１】
以下実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されることはない。
【実施例】
【００５２】
［実施例１］
ヒドロキシアパタイトナノロッド結晶を含むコロイド水溶液の調製
分子量２．０×１０３のポリアクリル酸を７．２×１０-１ｗｔ％を含む１００ｍＭの塩化カルシウム水溶液を作製し、それと等量の１００ｍＭリン酸三カリウム水溶液を作製する。作製した２種類の水溶液を室温で混合した後、６０℃の恒温槽内で７日間撹拌する。遠心分離により水溶液から析出物を回収する。回収物は乾燥させずに、水に再分散させて洗浄し、遠心分離により再び析出物を回収する。
【００５３】
上記で得た析出物であるヒドロキシアパタイトナノロッド結晶の透過型電子顕微鏡（ＪＥＭ−２８００、ＪＥＯＬ）による観察結果を図１ａに示す。
また、１本のヒドロキシアパタイトナノロッド結晶の透過型電子顕微鏡の観察結果を図３ａに示す。図３ａから、大きさおよそ１０−４０ｎｍ程度の棒状結晶子が確認される。また、ヒドロキシアパタイトナノロッド結晶の電子線回折（ＪＥＭ−２８００、ＪＥＯＬ）の測定結果を図３ｂに示す。図３ｂから、ヒドロキシアパタイト結晶のｃ軸がナノロッド結晶の長軸方向に配列していることが分かる。すなわちナノロッド結晶は多結晶体ながら結晶学的に配向した構造である。
【００５４】
［実施例２］
次に、ヒドロキシアパタイトナノロッド結晶を９．２ｖｏｌ％含むコロイド水溶液（図１ｂ）を偏光顕微鏡（ＢＸ５１、Ｏｌｙｍｐｕｓ）で観察した結果を図１ｃに示す。コロイド溶液は図１ｃの写真に示す流動性のあるテクスチャーが観察され、液晶性を示した。液晶性に関する相図を図２に示す。コロイド水溶液中のヒドロキシアパタイトナノロッド結晶の体積分率が７．６ｖｏｌ％以下では等方相、７．６ｖｏｌ％より大きく８．８ｖｏｌ％未満では等方相と液晶相の２相共存、８．８ｖｏｌ％以上では液晶相が発現した。
【００５５】
［実施例３］
９．２ｖｏｌ％のヒドロキシアパタイトナノロッド結晶を含むコロイド溶液をガラス基板で挟み、一方向にせん断を印加した。この結晶について偏光顕微鏡（ＢＸ５１、Ｏｌｙｍｐｕｓ）観察を行ったところ、図４ａに示すように、偏光顕微鏡観察下４５度ごとに明暗を繰り返し、ヒドロキシアパタイト結晶のｃ軸の巨視的な一軸配向が観察された。
【００５６】
［実施例４］
７．３ｖｏｌ％のヒドロキシアパタイトナノロッド結晶を含むコロイド溶液をガラス基板に載せ、２０００ｒｐｍで３０秒スピンコーティングすると、図４ｂに示すように、偏光顕微鏡によりヒドロキシアパタイトナノロッドの巨視的な放射状配列が観察された。
【００５７】
［実施例５］
７．１ｖｏｌ％のヒドロキシアパタイトナノロッド結晶を含むコロイド溶液２５０μＬに２−ヒドロキシエチルメタクリレート９０μＬ、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド４ｍｇ、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン２ｍｇを加え、室温で静置して水を蒸発させた後、１時間ＵＶ照射（ＳＰ−９、Ｕｓｈｉｏ）したところ、図４ｃに示すように、偏光顕微鏡によりヒドロキシアパタイトナノロッドの同心円状配向が観察された。
【００５８】
［実施例６］
８．８ｖｏｌ％のヒドロキシアパタイトナノロッド結晶を含むコロイド溶液に９．３Ｔの磁場を核磁気共鳴装置（ＪＮＭ−ＬＡ４００、ＪＥＯＬ）により印加したところ、図５に示すように、偏光顕微鏡によりヒドロキシアパタイトナノロッド長軸の磁場方向と垂直な一軸配向が観察された。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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