(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、生物活性ガラスセラミックを利用可能にすることであり、この生物活性ガラスセラミックは、その他のＳｉＯ２含有系と対照的に、その材料の表面上のＳＢＦ中のアパタイトの形成について調節可能な化学速度論により特に特徴付けられる。【解決手段】  結晶相およびガラス相を有する生物活性レナナイトガラスセラミックであって、該結晶相は、レナナイトを含み、そして該ガラスセラミックは、以下の成分：    成分                   量（重量％）    ＳｉＯ２                ２９．５〜７０．０    ＣａＯ                 ５．５〜２３．０    Ｎａ２Ｏ                ６．０〜２７．５    Ｐ２Ｏ５                  ２．０〜２３．５    Ｆ                     ０〜１．５を含み、そして本質的にＡｌ２Ｏ３を含まない、ガラスセラミック。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶相およびガラス相を有する生物活性レナナイトガラスセラミックであって、該結晶相は、レナナイトを含み、そして該ガラスセラミックは、以下の成分：
成分                   量（重量％）
ＳｉＯ２                ２９．５〜７０．０
ＣａＯ                 ５．５〜２３．０
Ｎａ２Ｏ                ６．０〜２７．５
Ｐ２Ｏ５                  ２．０〜２３．５
Ｆ                     ０〜１．５
を含み、そして本質的にＡｌ２Ｏ３を含まない、ガラスセラミック。
【請求項２】
４重量％と５０重量％との間のレナナイトを含む、請求項１に記載のガラスセラミック。
【請求項３】
１０重量％と５０重量％との間のレナナイトを含む、請求項１または２に記載のガラスセラミック。
【請求項４】
互いに独立して以下の量で以下の成分を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラスセラミック：
成分                   量（重量％）
ＳｉＯ２                ２９．５〜６５．５
ＣａＯ                 ６．０〜２３．０
Ｎａ２Ｏ                ７．０〜２５．５
Ｐ２Ｏ５                  ３．０〜２３．５
Ｆ                     ０．５〜１．２
【請求項５】
ＣａＯの量が、１１．０〜２３．０重量％である、請求項４に記載のガラスセラミック。
【請求項６】
Ｐ２Ｏ５の量が、５．５〜２３．５重量％である、請求項４に記載のガラスセラミック。
【請求項７】
互いに独立して以下の量で以下の成分を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラスセラミック：
成分                   量（重量％）
ＳｉＯ２                ３５．０〜６０．０
ＣａＯ                 １５．０〜２３．０
Ｎａ２Ｏ                ９．０〜２５．５
Ｐ２Ｏ５                  １０．０〜２３．５
Ｆ                     ０．５〜１．２
【請求項８】
Ｎａ２Ｏの量が、７．０〜１８．０重量％である、請求項７に記載のガラスセラミック。
【請求項９】
Ｐ２Ｏ５の量が、１０．０〜２０．０重量％である、請求項７に記載のガラスセラミック。
【請求項１０】
Ｎａ２Ｏ：ＣａＯの重量比が１．０〜２．１であり、そしてＣａＯ：Ｐ２Ｏ５の重量比が、０．９〜２．２である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガラスセラミック。
【請求項１１】
Ｎａ２Ｏ：ＣａＯの重量比が０．８〜２．０であり、そしてＣａＯ：Ｐ２Ｏ５の重量比が、０．９〜２．２である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガラスセラミック。
【請求項１２】
以下のさらなる成分：
さらなる成分                量（重量％）
Ｒ（Ｉ）２Ｏ                  ０〜１５．０
Ｒ（ＩＩ）Ｏ                  ０〜４．０
Ｒ（ＩＩＩ）２Ｏ３              ０〜１０．０
Ｒ（ＩＶ）Ｏ２                ０〜１０．０
Ｈａｌ                    ０〜２．０
の少なくとも１つをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガラスセラミックであって、ここで、
Ｒ（Ｉ）は、一価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＩ）は、二価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＩＩ）は、三価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＶ）は、四価のカチオンを表し、そして
Ｈａｌは、ハロゲン化物イオンを表す、ガラスセラミック。
【請求項１３】
Ｒ（ＩＶ）Ｏ２の量が、１．０重量％までである、請求項１２に記載のガラスセラミック。
【請求項１４】
Ｒ（Ｉ）が、ＫまたはＡｇを表す、請求項１２に記載のガラスセラミック。
【請求項１５】
Ｒ（ＩＩ）が、Ｚｎを表す、請求項１２に記載のガラスセラミック。
【請求項１６】
Ｒ（ＩＩＩ）が、Ｂ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｌａまたはランタノイドを表す、請求項１２に記載のガラスセラミック。
【請求項１７】
Ｒ（ＩＶ）が、Ｔｉを表す、請求項１２に記載のガラスセラミック。
【請求項１８】
Ｈａｌが、ＢｒまたはＩを表す、請求項１２に記載のガラスセラミック。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載のガラスセラミックであって、前記結晶相が、以下の結晶成分の少なくとも１つをさらに含む、ガラスセラミック：
ケイ酸ナトリウムカルシウム、アパタイト、リン酸ナトリウム、リン酸ナトリウムカルシウム、およびリン酸ナトリウムカリウムカルシウム。
【請求項２０】
前記レナナイト結晶が、１０μｍ以下のサイズである、請求項１〜１９のいずれか１項に記載のガラスセラミック。
【請求項２１】
前記レナナイト結晶が、０．０１〜５．０μｍの数平均サイズを有する、請求項１〜２０のいずれか１項に記載のガラスセラミック。
【請求項２２】
前記レナナイト結晶が、０．１５〜２．５μｍの数平均サイズを有する、請求項２１に記載のガラスセラミック。
【請求項２３】
前記レナナイト結晶が、０．５〜２．５μｍの数平均サイズを有する、請求項２２に記載のガラスセラミック。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載のガラスセラミックを製造するためのプロセスであって、プロセスは、以下：
ａ）請求項１または１２に記載のレナナイトガラスセラミックの成分を含む開始ガラスを、１２００℃〜１６５０℃の温度で溶融する工程；
ｂ）工程ａ）からのガラス溶融物を冷却する工程；
ｃ）必要に応じて、工程ｂ）からの冷却したガラスを、６００℃〜１０００℃の温度にて、１０分から１０時間までの期間の間熱処理する工程；および
ｄ）必要に応じて、工程ｂ）または工程ｃ）から得られたガラスセラミックを、粉砕して１００ｎｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末にする工程、
を包含する、プロセス。
【請求項２５】
前記工程ｃ）における熱処理の温度が、６００℃〜９８０℃である、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記工程ｃ）における熱処理の期間が、８時間までである、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記工程ｄ）における粉末の粒径が、１〜５０μｍである、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２８】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載のガラスセラミックを含む、成形体。
【請求項２９】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載のガラスセラミックからなる、成形体。
【請求項３０】
骨組織もしくは天然の歯の材料の再構築もしくは修復のため、または骨組織の生長を促進するための材料としての、請求項１〜２３のいずれか１項に記載のガラスセラミック、または請求項２８もしくは２９のいずれか１項に記載の成形体の使用。
【請求項３１】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載のガラスセラミックおよび有機化合物を含む、生物活性複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物活性レナナイト（ｒｈｅｎａｎｉｔｅ）含有ガラスセラミックに関し、この生物活性レナナイト含有ガラスセラミックは、Ｐ２Ｏ５、ＣａＯおよびＮａ２Ｏの高い含有量により特徴付けられ、そして歯科学における骨組織修復材料として、またはぞうげ質もしくは歯のエナメル質のための修復材料として特に適切である。
【背景技術】
【０００２】
生物活性なガラスおよびガラスセラミックは、従来技術から公知である。一方ではこれらは、ケイ質ベースの材料であり、そしてさらなる成分としてＰ２Ｏ５を有し、そして他方では、ＳｉＯ２を含まないリン酸塩ガラスおよびガラスセラミックの群である。これらの材料の特徴は、ガラス状非晶質基質（ｂａｓｅ  ｍａｔｒｉｘ）の存在であり、そしてガラスセラミックスの場合、さらに１つ以上の結晶相が存在する。
【０００３】
さらに、結晶性の、ガラスを含まないリン酸塩の群（単一成分または多成分の系として）は、骨組織修復材料として使用され、そして優れた再吸収性を有する。
【０００４】
以下の説明が示すように、唯一の表面反応性機構のみが、これらの公知の材料群の全ての基礎を形成する。
【０００５】
骨組織修復用の、生物活性なＳｉＯ２含有ガラスセラミックスは、生体の骨組織の再生を促進するために必須の相として主にアパタイト結晶を有する。この生物活性なＳｉＯ２含有ガラスセラミックスは、反応性表面層を提供し、その部分に、さらなるアパタイト結晶の形成を促進するような様式で、ヒト医療および歯科学において骨組織修復のために使用される。この群のアパタイト含有ケイ質ガラスセラミックスとしては、例えば、
Ｃｅｒａｂｏｎｅ(登録商標)：アパタイト−ケイ灰石−ガラスセラミック
Ｃｅｒａｖｉｔａｌ(登録商標)：アパタイト−ガラスセラミック
Ｂｉｏｖｅｒｉｔ  ＩＩ(登録商標)：アパタイト−マイカ−ガラスセラミック
が挙げられる。
【０００６】
生物活性ガラス（すなわち、結晶を含まない材料）も同様に公知である。Ｂｉｏｇｌａｓｓ(登録商標)およびＰｅｒｉｏｇｌａｓｓ(登録商標)は、物質系Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５の代表例である。非特許文献１は、天然の骨組織と共にこのようなガラス間で直接互いに交わって生長すること（ｉｎｔｅｒｇｒｏｗｔｈ）が１１の反応工程で起きると記載する。Ｃａ、Ｎａ、Ｐおよびその他のイオンの放出に関連する急速な表面反応は、これらの材料に典型的である。しかし、この高い溶解度は、これらの生物活性ガラスの機械的強度に対して不利な影響を有する。従って、アパタイト−ケイ灰石ガラスセラミックスと対照的に、負荷耐性機能を有する骨組織修復材としての使用（例えば、胸椎の置換）は、不可能である。
【０００７】
生物活性ガラスのさらなる欠点は、顆粒状粒子が、それらの体液中の高い溶解度に起因して、新しい骨組織が形成し得る前に、移植部位およびその周囲から運び去られてしまうことである。
【０００８】
非特許文献２は、Ｂｉｏｇｌａｓｓ(登録商標)（リン酸塩を含まない結晶相（ＮａＣａ２Ｓｉ３Ｏ９）および残りのリン酸塩含有ガラス基質を含む）に基づくガラスセラミックを記載する。これは、列挙した生体ガラスセラミックに比べると改善された生物活性を有し、そしてヒトの体液に基づく溶液（模擬体液（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｂｏｄｙ  Ｆｌｕｉｄ）（ＳＢＦ））中で、ヒドロキシルカーボネートアパタイト（ＨＣＡ）の形成を生じる。
【０００９】
完全に再吸収可能なＳｉＯ２を含まないガラスセラミックは、さらに、Ｂｉｏｖｅｒｉｔ(登録商標)ＩＩＩとして特許文献１より公知である。これは、主要な結晶相としてアパタイトおよびＡｌＰＯ４、ならびにその他の複雑なリン酸塩を含む。しかし、これは、骨組織再生の生物学的系を妨害するＡｌ３＋イオンを含有するという深刻な欠点を有する。この結果、ある濃度になると、アパタイトの形成は、より困難になるか、または完全に妨害されさえする。
【００１０】
完全にガラスを含まない、結晶性のリン酸塩化合物（例えば、Ｃａ２ＮａＫ（ＰＯ４）２およびＣａＫＰＯ４）は、同様に生体適合材料として記載される（特許文献２を参照のこと）。これらのリン酸ナトリウムカリウムカルシウムまたはリン酸カリウムカルシウムは、生物学的分解性および骨組織再生を改善する。Ｃａ２ＫＮａ（ＰＯ４）２は、骨組織の欠損の治癒に非常に良く適している（非特許文献３および非特許文献４に記載を参照のこと）。しかし、これらの結晶性材料は、非常に高い分解速度および変換速度を有するという欠点を有する。結果として、これらの材料の保存安定性およびまた臨床適用の間の処理時間は、非常に短い。成形の可能性もまた、ガラスおよびガラスセラミックスに比べて制限される。
【００１１】
レナナイトまたは他の公知の結晶相（特に、ヒドロキシアパタイト）と組み合わせたレナナイトも同様に、既に骨組織修復材料として記載されている。
【００１２】
純粋なβ−ＮａＣａＰＯ４（すなわち、レナナイト）の生物活性特性は、Ｄｒｉｅｓｓｅｎｓら（非特許文献５）およびＳｕｃｈａｎｅｋら（非特許文献６）による研究に記載された。これらによれば、レナナイトは、ＳＢＦ中で骨組織伝導性、すなわち、骨組織修復材料としての高レベルの効率および品質を示す。
【００１３】
レナナイトは、アパタイトおよび二次相としてのさらなる結晶性リン酸カルシウム相と共に、リン酸カルシウムガラスおよびガラスセラミック中に見られる。多くて５ｍｏｌ％のＮａ２Ｏを添加した、基本的にリン酸塩を含有しＳｉＯ２を含まない系におけるレナナイトの形成を記載する（非特許文献７を参照のこと）。
【００１４】
レナナイトは、セラミック歯科修復のための仕上げ材料として使用される半透明のアパタイト−白榴石ガラスセラミックにおける可能な二次結晶相として、特許文献３にさらに記載される。しかし、このガラスセラミックは、表面反応性ではなく、すなわち、生物活性ではなく、そして生物学的系に不利であるＡｌ２Ｏ３を含有する。
【特許文献１】独国特許出願公開ＤＥ−Ａ−４１  １３  ０２１号明細書
【特許文献２】国際公開第ＷＯ０１／１２２４２号パンフレット
【特許文献３】独国特許出願公開ＤＥ−Ａ−１９７  ２５  ５５５号明細書
【非特許文献１】Ｈｅｎｃｈ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，７４（１９９１）ｐ．１４８７−１５１０
【非特許文献２】Ｐｅｉｔｌら、Ｊ．Ｎｏｎｃｒｙｓｔ．Ｓｏｌｉｄｓ，２９２（２００１）ｐ．１１５−１２６
【非特許文献３】Ｎｉｕ  Ｊｉｎｌｏｎｇら、Ｊ．Ｍａｔ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３６（２００１）ｐ．３８０５−３８０８
【非特許文献４】Ｇ．Ｂｅｒｇｅｒら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  １６（１９９５）ｐ．１２４１−１２５８
【非特許文献５】Ｄｒｉｅｓｓｅｎｓら、Ｊ，Ｍａｔ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，３（１９９２）ｐ．４１３−４１７
【非特許文献６】Ｓｕｃｈａｎｅｋら、Ｊ．Ｅｕｒｏｐ．Ｃｅｒ．Ｓｏｃ．１８（１９９８）ｐ．１９２３−１９２９
【非特許文献７】Ｚｈａｎｇら、Ｊ．Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔ．Ｓｏｌｉｄｓ  ２７２（２０００）ｐ．１４−２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、本発明の目的は、生物活性ガラスセラミックを利用可能にすることであり、この生物活性ガラスセラミックは、その他のＳｉＯ２含有系と対照的に、その材料の表面上のＳＢＦ中のアパタイトの形成について調節可能な化学速度論により特に特徴付けられる。さらに、このガラスセラミックはまた、Ａｌ化合物のような生物学的に不利な物質を含有しなくても、生成され得るべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的は、驚くべきことに、特許請求の範囲に記載の生物活性レナナイトガラスセラミックにより達成される。
【００１７】
特許請求の範囲に記載のプロセス、特許請求の範囲に記載の成形体、使用、および生物活性複合材料もまた、本発明の主題を形成する。
【００１８】
１つの局面において、本発明は、結晶相およびガラス相を有する生物活性レナナイトガラスセラミックであって、該結晶相は、レナナイトを含み、そして該ガラスセラミックは、以下の成分：
成分                   量（重量％）
ＳｉＯ２                ２９．５〜７０．０
ＣａＯ                 ５．５〜２３．０
Ｎａ２Ｏ                ６．０〜２７．５
Ｐ２Ｏ５                  ２．０〜２３．５
Ｆ                     ０〜１．５
を含み、そして本質的にＡｌ２Ｏ３を含まない、ガラスセラミックに関する。
【００１９】
好ましい実施形態において、本発明のガラスセラミックは、４重量％と５０重量％との間のレナナイトを含み得る。
【００２０】
より好ましい実施形態において、本発明のガラスセラミックは、１０重量％と５０重量％との間のレナナイトを含み得る。
【００２１】
別の好ましい実施形態において、本発明のガラスセラミックは、互いに独立して以下の量で以下の成分を含み得る：
成分                   量（重量％）
ＳｉＯ２                ２９．５〜６５．５
ＣａＯ                 ６．０〜２３．０
Ｎａ２Ｏ                ７．０〜２５．５
Ｐ２Ｏ５                  ３．０〜２３．５
Ｆ                     ０．５〜１．２。
【００２２】
さらに好ましい実施形態において、ＣａＯの量が、１１．０〜２３．０重量％であり得る。
【００２３】
別のさらに好ましい実施形態において、Ｐ２Ｏ５の量が、５．５〜２３．５重量％であり得る。
【００２４】
別の好ましい実施形態において、本発明のガラスセラミックは、互いに独立して以下の量で以下の成分を含み得る：
成分                   量（重量％）
ＳｉＯ２                ３５．０〜６０．０
ＣａＯ                 １５．０〜２３．０
Ｎａ２Ｏ                ９．０〜２５．５
Ｐ２Ｏ５                  １０．０〜２３．５
Ｆ                     ０．５〜１．２
さらに好ましい実施形態において、Ｎａ２Ｏの量が、７．０〜１８．０重量％であり得る。
【００２５】
別のさらに好ましい実施形態において、Ｐ２Ｏ５の量が、１０．０〜２０．０重量％であり得る。
【００２６】
別のさらに好ましい実施形態において、Ｎａ２Ｏ：ＣａＯの重量比が１．０〜２．１であり得、そしてＣａＯ：Ｐ２Ｏ５の重量比が、０．９〜２．２であり得る。
【００２７】
別のさらに好ましい実施形態において、Ｎａ２Ｏ：ＣａＯの重量比が０．８〜２．０であり得、そしてＣａＯ：Ｐ２Ｏ５の重量比が、０．９〜２．２であり得る。
【００２８】
別の好ましい実施形態において、本発明のガラスセラミックは、以下のさらなる成分：
さらなる成分                量（重量％）
Ｒ（Ｉ）２Ｏ                  ０〜１５．０
Ｒ（ＩＩ）Ｏ                  ０〜４．０
Ｒ（ＩＩＩ）２Ｏ３              ０〜１０．０
Ｒ（ＩＶ）Ｏ２                ０〜１０．０
Ｈａｌ                    ０〜２．０
の少なくとも１つをさらに含み得、ここで、
Ｒ（Ｉ）は、一価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＩ）は、二価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＩＩ）は、三価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＶ）は、四価のカチオンを表し、そして
Ｈａｌは、ハロゲン化物イオンを表す。
【００２９】
さらに好ましい実施形態において、Ｒ（ＩＶ）Ｏ２の量が、１．０重量％までであり得る。
【００３０】
別のさらに好ましい実施形態において、Ｒ（Ｉ）が、ＫまたはＡｇを表す。
【００３１】
別のさらに好ましい実施形態において、Ｒ（ＩＩ）が、Ｚｎを表す。
【００３２】
別のさらに好ましい実施形態において、Ｒ（ＩＩＩ）が、Ｂ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｌａまたはランタノイドを表す。
【００３３】
別のさらに好ましい実施形態において、Ｒ（ＩＶ）が、Ｔｉを表す。
【００３４】
別のさらに好ましい実施形態において、Ｈａｌが、ＢｒまたはＩを表す。
【００３５】
別の好ましい実施形態において、前記結晶相が、以下の結晶成分の少なくとも１つをさらに含み得る：
ケイ酸ナトリウムカルシウム、アパタイト、リン酸ナトリウム、リン酸ナトリウムカルシウム、およびリン酸ナトリウムカリウムカルシウム。
【００３６】
別の好ましい実施形態において、前記レナナイト結晶が、１０μｍ以下のサイズであり得る。
【００３７】
別の好ましい実施形態において、前記レナナイト結晶が、０．０１〜５．０μｍの数平均サイズを有し得る。
【００３８】
さらに好ましい実施形態において、前記レナナイト結晶が、０．１５〜２．５μｍの数平均サイズを有し得る。
【００３９】
なおさらに好ましい実施形態において、前記レナナイト結晶が、０．５〜２．５μｍの数平均サイズを有し得る。
【００４０】
別の局面において、本発明は、本発明のガラスセラミックを製造するためのプロセスでに関し、このプロセスは、以下：
ａ）本発明のレナナイトガラスセラミックの成分を含む開始ガラスを、１２００℃〜１６５０℃の温度で溶融する工程；
ｂ）工程ａ）からのガラス溶融物を冷却する工程；
ｃ）必要に応じて、工程ｂ）からの冷却したガラスを、６００℃〜１０００℃の温度にて、１０分から１０時間までの期間の間熱処理する工程；および
ｄ）必要に応じて、工程ｂ）または工程ｃ）から得られたガラスセラミックを、粉砕して１００ｎｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末にする工程、
を包含する。
【００４１】
好ましい実施形態において、前記工程ｃ）における熱処理の温度が、６００℃〜９８０℃であり得る。
【００４２】
別の好ましい実施形態において、前記工程ｃ）における熱処理の期間が、８時間までであり得る。
【００４３】
別の好ましい実施形態において、前記工程ｄ）における粉末の粒径が、１〜５０μｍであり得る。
【００４４】
別の局面において、本発明は、本発明のガラスセラミックを含む、成形体に関する。
【００４５】
さらに別の局面において、本発明は、本発明のガラスセラミックからなる、成形体に関する。
【００４６】
さらに別の局面において、本発明は、骨組織もしくは天然の歯の材料の再構築もしくは修復のため、または骨組織の生長を促進するための材料としての、本発明のガラスセラミック、または本発明の成形体の使用に関する。
【００４７】
さらに別の局面において、本発明は、本発明のガラスセラミックおよび有機化合物を含む、生物活性複合材料に関する。
【発明の効果】
【００４８】
本発明は、生物活性レナナイトガラスセラミックに関し、これは、Ｐ２Ｏ５、ＣａＯおよびＮａ２Ｏの高い含有量で特徴付けられ、そして歯科学における骨組織置換材料として特に適切である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
結晶相およびガラス相を有する本発明に従う生物活性レナナイトガラスセラミックは、結晶相がレナナイトを含み、そしてガラスセラミックが、以下の成分を含み：
成分                   量（重量％）
ＳｉＯ２                ２９．５〜７０．０
ＣａＯ                 ５．５〜２３．０
Ｎａ２Ｏ                ６．０〜２７．５
Ｐ２Ｏ５                  ２．０〜２３．５
Ｆ                     ０〜１．５
そして本質的にＡｌ２Ｏ３を含まないという点で特徴付けられる。
【００５０】
本発明によるガラスセラミックにおいて、レナナイト（すなわち、β−ＮａＣａＰＯ４）は、好ましくは、主要な結晶相を形成する。残りの生物活性ガラス相は、ＳＢＦ中のその高い溶解度に起因して急速なアパタイト形成に寄与する。一方、骨組織伝導性に作用する（ｏｓｔｅｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ−ａｃｔｉｎｇ）レナナイト結晶相は、より遅いアパタイト形成をもたらすが、インプラントの改善された機械的安定性を保証する。このガラスセラミックの反応性の二重の機構は、生物活性の制御を可能にし、そして本発明のガラスセラミックの特定の利点である。
【００５１】
本発明によるガラスセラミックは、好ましくは、０．１重量％未満のＡｌ２Ｏ３を含み、特に好ましくは０．０１重量％未満のＡｌ２Ｏ３を含み、そして特に好ましくはＡｌ２Ｏ３を含まない。Ａｌ２Ｏ３は、上記のように、ガラスセラミックの生物活性およびアパタイトの形成を低減し得る。
【００５２】
このガラスセラミックの溶解度は、上記の公知の生体ガラスと比較するとより低い。この減少した溶解度は、このガラスセラミックが、新しい骨組織が形成し得る前に移植部位から運び去られてしまうことを防止する。さらに、分解速度および変換速度もまた、ガラスを含まないリン酸塩ほどは高くなく、このガラスを含まないリン酸塩では、生体適合性材料の処理時間および保存安定性が、アパタイト形成についての急速な化学速度論の材料変換により制限される。
【００５３】
ガラスセラミック中のレナナイトの結晶の割合の変動の結果として、アパタイト形成の化学速度論の制御が可能であり、そして４重量％と５０重量％との間、特に１０重量％と５０重量％との間、または４重量％と４０重量％との間のレナナイトを含むガラスセラミックが好ましい。
【００５４】
互いに独立して以下の量で以下の成分を含む本発明のガラスセラミックが好ましい：
成分                   量（重量％）
ＳｉＯ２                ２９．５〜６５．５
ＣａＯ                 ６．０〜２３．０  （特に１１．０〜２３．０）
Ｎａ２Ｏ                ７．０〜２５．５
Ｐ２Ｏ５                  ３．０〜２３．５  （特に、５．５〜２３．５）
Ｆ                     ０．５〜１．２
用語「互いに独立して」とは、好ましい量範囲のうち少なくとも１つのみでも選択され得ることを意味する。
【００５５】
互いに独立して以下の量で以下の成分を含むガラスセラミックは、非常に特に好ましい：
成分                   量（重量％）
ＳｉＯ２                ３５．０〜６０．０
ＣａＯ                 １５．０〜２３．０
Ｎａ２Ｏ                ９．０〜２５．５  （特に、７．０〜１８．０）
Ｐ２Ｏ５                  １０．０〜２３．５  （特に、１０．０〜２０．０）
Ｆ                     ０．５〜１．２
このようなレナナイトガラスセラミックは、特に、ＳＢＦ中でのリン酸塩（特に、アパタイト）の形成に関する高い表面反応性により特徴付けられる。
【００５６】
このことは、制御された様式で以下の特性に影響を及ぼすために、以下のさらなる成分（これらは、前述の成分とは異なる）の少なくとも１つをガラスセラミックが含む場合に、有利である。
【００５７】
生物学的反応性の向上のために、Ｋ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａの酸化物の添加が有用であることが分かった。この場合、元素Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＴａの酸化物は、反応性ＯＨ基を形成する。Ｂの酸化物は、一般的には高い生体適合性を示す。Ｋは、レナナイト中にＮａの代わりに導入され、そして混合結晶の形成により結晶相を強化する。
【００５８】
Ｘ線不透過度を増強するために、元素Ｎｂ、Ｔａ、ＹおよびＬａの酸化物の添加が好結果であることが分かった。
【００５９】
抗菌活性は、Ａｇ、ＺｎおよびＹをガラスセラミックに添加することにより達成される。
【００６０】
成分                        量（重量％）
Ｒ（Ｉ）２Ｏ                  ０〜１５．０
Ｒ（ＩＩ）Ｏ                  ０〜４．０
Ｒ（ＩＩＩ）２Ｏ３              ０〜１０．０
Ｒ（ＩＶ）Ｏ２                ０〜１０．０  （特に、１．０まで）
Ｈａｌ                    ０〜２．０
ここで、
Ｒ（Ｉ）は、一価のカチオン（特に、ＫまたはＡｇ）を表し、
Ｒ（ＩＩ）は、二価のカチオン（特に、Ｚｎ）を表し、
Ｒ（ＩＩＩ）は、三価のカチオン（特に、Ｂ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｌａまたはランタノイド）を表し、
Ｒ（ＩＶ）は、四価のカチオン（特にＴｉ）を表し、そして
Ｈａｌは、ハロゲン化物イオン（特に、ＢｒまたはＩ）を表す。
【００６１】
さらなる成分が存在する場合、ガラスセラミック中のそれらの量は、少なくとも０．１重量％である。
【００６２】
以前に述べた成分および必要に応じて上述のさらなる成分からなるガラスセラミックが特に好ましい。
【００６３】
Ｎａ２Ｏ：ＣａＯの重量比が０．８〜２．０であり、かつＣａＯ：Ｐ２Ｏ５の重量比が０．９〜２．２である場合が、本発明のガラスセラミックにおいてさらに好ましい。これは、自発的に結晶化するガラスセラミックが製造されるべき場合に特に有利である。
【００６４】
Ｎａ２Ｏ：ＣａＯの重量比が１．０〜２．１であり、かつＣａＯ：Ｐ２Ｏ５の重量比が０．９〜２．２である場合もまた、本発明のガラスセラミックにおいて有利である。これは、ガラスセラミックが、熱処理を必要とする製造法により製造されるべき場合に特に有利である。
【００６５】
本発明のガラスセラミックの結晶相が、以下の結晶成分の少なくとも１つをさらに含む場合は、さらに有利である：ケイ酸ナトリウムカルシウム、アパタイト、リン酸ナトリウム、リン酸ナトリウムカルシウム、およびリン酸ナトリウムカリウムカルシウム。
【００６６】
レナナイト結晶が多くても１０μｍの大きさであるレナナイトガラスセラミックが好ましい。さらに、レナナイト結晶が、０．０１μｍと５．０μｍの間の平均サイズ（数平均）を有するレナナイトガラスセラミックが好ましい。平均サイズが、０．１５μｍと２．５μｍとの間であるものが非常に特に好ましい。なぜなら、生物活性は、再吸収プロセスにより正の影響を受けるからである。この好ましいサイズにおいて、レナナイト結晶の溶解および変換の反応速度論は、インプラントの生長（ｇｒｏｗｉｎｇ−ｉｎ）を特に促進する。結晶化により、０．０１〜５．０μｍというナノスケールの平均サイズ（数平均）で結晶を得ることが可能であった。新しい結晶を既に形成された結晶の表面上で個別の結晶として成長させ、そして既に形成された結晶のサイズを増大させることによってではなく、プロセス制御により残りのガラス基質または集塊物において分離された結晶を得ることが可能であった。
【００６７】
本発明のガラスセラミックの製造のために、
ａ）これらの成分および必要に応じてさらなる成分を含む組成物と共に開始ガラスを、１２００℃〜１６５０℃の温度で溶融し、
ｂ）ａ）からのガラス溶融物を冷却し、特に、このガラス溶融物は、
（ｉ）水に注いで、これによりガラス顆粒を形成するか、または
（ｉｉ）鋳型に注入されるか、または
（ｉｉｉ）金属板間で急冷され、
ｃ）必要に応じて、ｂ）からの冷却したガラスを、６００℃〜１０００℃（特に、６００〜９８０℃）の温度で、１０分から１０時間まで（特に、８時間まで）の期間熱処理し、そして
ｄ）必要に応じて、ｂ）またはｃ）から得られたガラスセラミックを粉砕して、１００ｎｍ〜１００μｍ（好ましくは、１〜５０μｍ）の粒径を有する粉末とする。
【００６８】
より高いリン酸塩含有量（６重量％より多くのＰ２Ｏ５）では、開始ガラスは、Ａｌを含まないるつぼ中にておよそ１時間で室温から１２００℃まで便宜上最初に加熱され、次いで冷却される。次いで、このようにして作製したこの焼成ケークを、上記のように、開始ガラスの代わりに１２００〜１６５０℃にてＰｔ−Ｒｈるつぼで溶融させる。
【００６９】
本発明のガラスセラミックの製造において、レナナイトは、工程（ｃ）における開始ガラスの熱処理を使用するその後の結晶化および工程（ｂ）における溶融物からガラスを冷却した場合の自発的結晶化の両方により、生成され得る。レナナイトの結晶化は、組成物中のＮａ２Ｏ：ＣａＯ比およびリン酸塩含量により、明確に決定される。
【００７０】
自発的結晶化の間、レナナイトは、唯一の結晶相として存在し得るか、また組成に依存して、ケイ酸塩（とりわけ、Ｎａ２ＳｉＯ５、Ｎａ２ＣａＳｉ３Ｏ８、ＮａＣａ２Ｓｉ３Ｏ９、ＮａＣａ３Ｓｉ６Ｏ１６）または他のリン酸塩など（Ｎａ３ＰＯ４、Ｎａ２Ｃａ（ＰＯ４）Ｆ、ＫＮａＣａ２（ＰＯ４）２、ＫＣａ（ＰＯ４）、Ｃａ５（ＰＯ４）３Ｆ）と共に存在し得る。
【００７１】
相分離に対して高い傾向を有する開始ガラスから、レナナイトは、熱処理の間に偏析小滴（ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ  ｄｒｏｐ）から結晶化する。これらの結晶は、好ましくは数平均で０．０１μｍと０．５μｍとの間のサイズである。結晶相は、特に、４〜５０重量％の割合を有する。より長い焼きもどし時間またはより高い温度は、より粗い構造を生じる。最初は別々の小滴が、対になって結合し、そして鎖状に結合する。工程（ｃ）における好ましい熱処理は、低いリン酸塩含量を有する組成物については、６５０〜７５０℃の温度範囲で１〜６時間の保持時間、そしてナノ結晶分離を含む組成物については、６５０〜１０００℃の温度範囲で０．５〜１０時間の熱処理の１工程プロセスまたは多工程プロセスにおいて行われる。
【００７２】
自発的結晶化の場合、分枝した構造を有するより大きな群れが形成される。複合構造または貫入（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｖｅ）構造は、好ましくは、０．２μｍ〜０．８μｍの厚さおよび１．０〜５．０μｍの長さを有するより粗い結晶が存在する場合に形成される。
【００７３】
組成および冷却条件に依存して、非常に微細な結晶（直径０．０５μｍ）が、溶融物から生成され、従って、この結晶は、ナノ結晶構造を有する。
【００７４】
本発明に従う全ての型のガラスセラミックについての結晶の量は、好ましくは、約４〜５０重量％である。
【００７５】
本発明のガラスセラミックを含む成形体、特に、本発明のガラスセラミックからなる成形体は、さらに本発明の一部である。これらの成形体は、好ましくは、モノリシックであり、すなわち、およそ２〜２００μｍのポアー直径の孔隙を有する稠密または多孔性の成形体である。これらは、特に骨移植片、特に歯科分野において取り扱われ得る。
【００７６】
本発明は、さらに、本発明に従うガラスセラミックから作製される成形体の製造のためのプロセスに関し、このプロセスにおいて、本発明のガラスセラミックは、最初に所望のように成形され、そして得られた成形体が、６００℃〜７５０℃でおよそ３０分間プレスした後に焼成される。
【００７７】
成形体を製造するために、上で列挙したレナナイトガラスセラミックの成分および必要に応じて上で列挙したさらなる成分を含む組成物と共に、開始ガラスを、所望の粒径分布を有する所望の粒径に（１から５０μｍの粒径（数平均）が好ましく、そして粒径分布は、一モード、二モードまたは三モードであり得る）粉砕すること、ならびにこの粉末からブランクを生成し、次いで所定の時間および所定の温度間隔（例えば、６００℃で３０分間）で稠密な成形体へと焼成することも同様に可能である。この熱処理の結果として、ガラスの結晶化およびそれによるガラスセラミックの形成が達成され得る。
【００７８】
孔隙を有する成形体は、Ｋｉｍら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２４、３２７７−３２８４（２００３）に記載されるプロセスに従って、プラスチックフォーム（例えば、ポリウレタンフォーム）のポアーの内部表面を、３００μｍより小さい粒径のガラスセラミック粒子を含む高度な液体分散でコーティングすることにより、製造され得る。続いて、このプラスチックフォームは、７００℃まで小さい加熱速度で焼成される。結果として、約１００〜２００μｍの直径の孔隙を有するセラミックフレームワーク（「骨組み（ｓｃａｆｆｏｌｄ）」が生じる。
【００７９】
本発明のガラスセラミックの、骨組織の再構築および／または骨組織の修復のための材料として（特に、歯科において、すなわち、歯科材料として、または天然の歯の材料（特に、ぞうげ質または歯のエナメル質）のための修復材料として）の使用も、同様に本発明の一部である。
【００８０】
本発明に従うガラスセラミックは、好ましくは、特に、歯科において、骨組織の生長を促進するために使用される。これは、例えば、金属インプラントの周囲領域において、有利な様式で、生体適合性材料の生物活性層として、歯髄プロテクターとして、デンタルケア製品（例えば、歯磨き粉）に添加する形態のぞうげ質および歯のエナメル質の修復材料として、イオンの制御された放出および／または活性成分の制御された放出をする、生物活性成分（例えば、増殖因子、ホルモン、タンパク質、ポリペプチドおよびサッカリドなど）または静菌活性もしくは治療的活性を有する活性成分のためのフレームワークおよび／または支持材料として、使用され得る。
【００８１】
本発明のガラスセラミックはまた、有機化合物と組み合わせて使用され得る。この場合、このガラスセラミックは、特にモノリシック形態、粉末形態または多孔質形態で使用される。有機化合物は、ヒドロキシ酸または環状カーボネート、ラクテート、および／もしくはアクリルアミドに基づく生体高分子であり得る。このような組合せは、特に歯科学における生物活性複合材料として有用である。したがって、本発明はまた、このような生物活性複合材料に関する。
【００８２】
本発明は、以下の実施例を使用してさらに説明される。
【実施例】
【００８３】
１５種の異なるＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−Ｐ２Ｏ５系のガラスを作製し、その組成に依存して、この組成物を制御された様式で冷却することにより結晶化させるか、または冷却プロセスの間に直接的にかのいずれかにより結晶化させた。これらのガラスの組成を、表１に示す。全てのサンプルを、Ｐｔ／Ｒｈるつぼで１２０ｇのバッチとして１２００℃〜１６５０℃の温度にて溶融させた。組成に依存して、溶融時間は、１〜３時間であった。１１ｍｍの直径および５５ｍｍの長さを有するロッドを、予熱した鋼鋳型に注入した溶融物から得た。
【００８４】
【表１】
2004249113.tif 000002
実施例１、２、４および６〜１０ならびに１５のガラスの場合、レナナイトは、その後の２〜８時間７５０℃の熱処理により結晶化し、そして本発明のレナナイトガラスセラミックが生成する。実施例３、５および１１〜１４のガラスの場合、レナナイトは、鋳型に注入された後、冷却すると溶融物から自発的に結晶化し、これに伴い、本発明のレナナイトガラスセラミックが形成する。
【００８５】
表２において、実施例８、１０、１３、１４および１５についての条件（溶融温度および期間）が示され、これらの条件下で、それぞれの出発ガラスを溶融した。この表はまた、冷却後の材料の外観を示す。実施例８および１０のガラスの非自発的な結晶化については、熱処理の詳細も示す。最後に、それぞれのガラスセラミックを、それらの材料特性および特に、それらの結晶相およびレナナイトの割合ならびにそれらのＳＢＦ中でアパタイトの形成を達成する能力に関して記載する。
【００８６】
特に実施例８に関して、約２００ｎｍの平均結晶サイズを有するナノ領域で均一に分布した晶子を有する微細構造が達成された。これは、９００℃／１時間の熱処理により得られた。実施例１５の場合、約２０〜１００ｎｍのサイズを有するナノ結晶を有するレナナイトガラスセラミックを、７５０℃／８時間および９００℃／１時間の制御された結晶化により得た。
【００８７】
示差熱分析（Ｎｅｔｚｓｃｈ  ＳＴＡ  ４０９  ＰＣ）を使用して、転移温度Ｔｇおよび結晶化温度を決定した。ガラスまたは９０μｍ未満の粒径を有するガラスセラミック顆粒を測定に使用した。実施例１５の場合において、ＤＳＣピークが小さすぎたので、結果としての結晶化の決定のために、ＳＥＭ写真を撮影した。その理由としては、ガラスセラミックの結晶含量が少なかったか、そうでなければ測定が正確でなかったようである。
【００８８】
アパタイト形成についてのインビトロ試験のために、直径１１ｍｍおよび厚さ２ｍｍの２つの固体プレートを各々調製し、そして密封したポリエチレン瓶中の５０ｍｌのＳＢＦ中に３７で保存した。ＳＢＦ溶液（Ｋｏｋｕｂｏ溶液９番としても知られる（Ｋｏｋｕｂｏら、Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．２４（１９９０）７２１を参照のこと））を新たに調製し、そして３７℃にて４５ｍＭ  ＨＣｌおよび５０ｍＭ  （ＣＨ２ＯＨ）３ＣＮＨ２を用いてｐＨ値を７．３に調整した。
【００８９】
２４時間後に、試験片を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）によりアパタイト形成について試験した。４８時間以内に、全ての試験片においてアパタイトが形成した。このことは、本発明のガラスセラミックの良好な生物活性およびそれらの歯科材料としての使用または骨組織生長の促進に対する特有の適性を示す。
【００９０】
ＳＡＯＳ−２細胞（ヒト腫瘍細胞）を用いる細胞培養試験は、１時間の反応時間後でさえ、この細胞が、本発明のガラスセラミックの表面に接着し始めることを示した。２４時間後、元の球形の細胞が、完全に平坦になり、そして表面に強固に接着する。骨組織再生の迅速かつ有利な生物活性プロセスについての特徴は、細胞培養試験の間に観察された細胞成長（増殖）および細胞分化である。驚くべきことに、このプロセスは、本発明のレナナイトガラスセラミックを用いて指数関数的様式で進行する（生体適合性材料に非常に有利な特性）ことが見出された。細胞の死滅は観察されなかった。さらに、ヒドロキシルアパタイトの形成が、細胞培養試験および模擬体液（ＳＢＦ）中の試験において観察された。後者は、モノリシック材料および多孔性材料について同じ様に観察された。形成されたアパタイトは、針状形態であり、そして球形に凝集していた。７日後、０．５μｍの厚さを有するヒドロキシルアパタイトの層が、生物活性材料の表面上に形成された。アパタイトとは別に、リン酸八カルシウム（アパタイトの前駆体）もまた、二次結晶相として観察された。
【００９１】
【表２】
2004249113.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、生物活性レナナイトガラスセラミックに関し、これは、Ｐ２Ｏ５、ＣａＯおよびＮａ２Ｏの高い含有量で特徴付けられ、そして歯科学における骨組織置換材料として特に適切である。