(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルチル型二酸化チタン粒子と、硬化性又は熱可塑性樹脂とを含む固形人工骨。
【請求項２】
表面に二酸化チタン粒子が露出していることを特徴とする請求項１に記載の固形人工骨。
【請求項３】
ブロック、シート、ファイバー、テープ、又はフィラメント状に成形した形状、若しくはこのものをさらにスライバー、ヤーン、不織布、２次元又は３次元織編物に組織化した形状を有することを特徴とする請求項１に記載の固形人工骨。
【請求項４】
ルチル型二酸化チタン粒子の平均粒径が０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の固形人工骨。
【請求項５】
表面にアパタイトの被覆層を有することを特徴とする請求項１に記載の固形人工骨。
【請求項６】
硬化性又は熱可塑性樹脂がエポキシ系樹脂、飽和又は不飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタールからなる群から選択される少なくとも１種の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の固形人工骨。
【請求項７】
ルチル型二酸化チタン粒子と、硬化性又は熱可塑性樹脂との混合物を固化・成形することを特徴とする請求項１に記載の固形人工骨の製造方法。
【請求項８】
固化・成形した後、機械的研磨及び／又は物理的化学的処理により成形物の表面にルチル型二酸化チタン粒子を露出させることを特徴とする請求項２に記載の固形人工骨の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の製造方法によって得られた固形人工骨を、擬似体液に浸漬させて表面にアパタイト層を形成することを特徴とする固形人工骨の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体親和性に優れた固形人工骨及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨代替材料や骨修復材料としては、従来、アパタイト等のセラミックス、チタン等の金属、ポリエチレン等の高分子化合物が用いられているが、いずれも生体結合性、生体親和性、及び力学的特性の全てを満足するものではなかった。即ち、セラミックスは脆くて破壊されやすく、金属は弾性係数が高すぎて周囲の生体骨を痩せさせてしまうストレスシールディングの原因となる。また、高分子化合物は生体結合性を持たないうえに、ヤング率が低く皮質骨のそれに到底及ばない。
【０００３】
天然骨は、有機コラーゲン繊維がアパタイト結晶と高次に繋ぎ合わさった複合体を有する。骨において有機コラーゲン繊維はアパタイトに対して相補的な補強作用を有し、骨に外圧が加わった時の変形を可能にする。このような、柔軟な機械的構造を、アパタイト形成能を有する材料を含有する有機ポリマー繊維で作りあげることができれば、天然骨と同様の骨結合能と機械的強度を付与でき、人工骨材料として有用である。このような観点に基づいた新しい人工骨として、アパタイト・高密度ポリエチレン複合体人工骨（ＨＡＰＥＸ（登録商標）Ａｐａｔｅｃｈ社製）、人工骨用アナターゼ型二酸化チタン・有機高分子複合体（特許文献１参照）などが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２７０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記人工骨用アナターゼ型二酸化チタン・有機高分子複合体は天然骨に近い人工骨であり、しかもアパタイト形成能を有するものであるが、より一層アパタイト形成能に優れた、すなわち生体結合性に優れた人工骨が求められている。また、アナターゼ型二酸化チタンは、樹脂の劣化をもたらすという懸念並びに、生体に対する毒性の懸念もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前述の問題点を解決すべく鋭意研究した結果、二酸化チタンとしてその結晶系がアナターゼ型であるものに代えてルチル型の二酸化チタンを用い、硬化性又は熱可塑性樹脂とを組み合わせると、意外にもアナターゼ型二酸化チタンでは得られないような優れたアパタイト形成能を有する固形人工骨が得られるとの知見を得、本発明を完成した。即ち、本発明は、ルチル型二酸化チタン粒子と、硬化性又は熱可塑性樹脂とを含む固形人工骨である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の固形人工骨は、二酸化チタン粒子としてルチル型のものを配合しているため、擬似体液中でのアパタイト形成能に優れたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は固形人工骨であって、ルチル型二酸化チタン粒子と、硬化性又は熱可塑性樹脂とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の固形人工骨に配合する二酸化チタン粒子は、その結晶系がルチル型のものであれば特に制限なく使用することができる。なお、本発明の効果を損なわない範囲でアナターゼ型二酸化チタンが混入していたり、またアナターゼ型とルチル型の混相になっていても構わない。粒子形状は、硫酸法、塩素法、気相加水分解法等の通常の工業的製法で得られる粒状若しくは不定形の他、板状、薄片状、針状、棒状、繊維状、柱状など公知な種々の形状のものを使用することもできる。二酸化チタンの粒子サイズも特に制限はなく、通常０．０１〜１００μｍの範囲が使用できるが、人工骨に配合する樹脂との親和性の点で、粒状の場合で平均粒子径を０．１〜１０μｍの範囲とするのが望ましい。また、板状、薄片状、棒状等の異方形状の二酸化チタンを用いる場合は、平均最長径が０．１〜１０μｍの範囲とすると樹脂との親和性にも優れているため望ましい。さらに用いる二酸化チタン粒子は、個々の一次粒子が分散したものであっても、また一次粒子が凝集して二次粒子となったものでもよい。さらに、本発明においては、不純物の少ない高純度のルチル型二酸化チタン粒子を用いることが望ましい。例えば、公知の塩素法、気相加水分解法等の気相合成法を用いると高純度のルチル型二酸化チタン粒子が得られやすく、望ましい。なお、二酸化チタン粒子と樹脂との親和性をよくするために、二酸化チタン粒子として、その表面を、本発明の効果を損なわない範囲でシランカップリング剤等の公知の有機物、シリカ、アルミナ等の公知の無機物で少量被覆処理したものを用いてもよい。
【００１０】
本発明の人工骨に配合する硬化性又は熱可塑性樹脂としては、エポキシ系樹脂、飽和又は不飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタールからなる群から選択される少なくとも１種の樹脂が挙げられる。硬化性樹脂の具体例としては、不飽和ポリエステル、例えばマルトー製の硬組織標本包埋樹脂、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂〔例えば、昭和高分子（株）製、アラルダイド  スタンダード  主剤〕等を挙げることができる。また、熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリアルキレンテレフタレート、ＰＥＴのような飽和ポリエステル系樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン等を挙げることができる。これら樹脂の中でも、ルチル型二酸化チタンと混合したときの複合体の機械的強度が生体骨とほぼ同等となる点で、ポリオレフィンを用いるのが望ましく、その中でも、高密度ポリエチレンを用いるのが最も望ましい。高密度ポリエチレンとしては、例えば、商品名ハイゼックス（三井化学（株））、商品名ＫＥＩＹＯポリエチ（京葉ポリエチレン（株））、商品名ノバテック（登録商標）ＨＤ（日本ポリエチレン（株））、商品名ノバテック（登録商標）ＬＬ（日本ポリエチレン（株））、商品名ノバテック（登録商標）ＬＤ（日本ポリエチレン（株））、商品名ノバテック（登録商標）ＥＶＡ（日本ポリエチレン（株））、商品名ジェイレクスＨＤ（日本ポリエチレン（株））、商品名ニポロンハード（東ソー（株））、商品名サンテック−ＨＤ（旭化成工業（株））及び商品名ＩＤＥＭＩＴＳＵ  ＨＤ（出光石油化学（株））等が挙げられる。
ルチル型二酸化チタン粒子と硬化性又は熱可塑性樹脂の配合容量比は５：９５〜８０：２０、好ましくは１５：８５〜６０：４０である。
【００１１】
本発明の固形人工骨においては、生体結合性の観点より、表面に二酸化チタン粒子が露出していることが望ましい。
【００１２】
本発明の固形人工骨は、その使用形態に応じて種々の形状に成形して使用する。形状としては、顆粒、ブロック、シート、ファイバー、テープ、又はフィラメント状に成形した形状、若しくはこのものをさらにスライバー、ヤーン、不織布、２次元又は３次元織編物に組織化した形状が挙げられる。ブロックの形状に成形したものは、骨補填剤用途に用いるのに好適である。
【００１３】
さらに、本発明の固形人工骨においては、その表面に予めアパタイトの被覆層を有するようにしておくと、生体結合性により一層優れたものになるため望ましい。
【００１４】
次の本発明は、上記固形人工骨の製造方法であって、ルチル型二酸化チタン粒子と、硬化性又は熱可塑性樹脂との混合物を固化・成形することを特徴とする。前記混合物を得るには、通常の樹脂組成物を得る方法を用いることができる。例えば、溶融した硬化性又は熱可塑性樹脂にルチル型二酸化チタン粒子を、混練機を用いて配合して得られる。混練機としては、一般的に使用されるものでよく、例えばバッチニーダー、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー等のインテンシブルミキサー、ロール成形機等が挙げられる。このようにして得られた混合物を固化・成形して本発明の固形人工骨が得られる。成形物を得るには、所望の形状を有する型枠に混合物を入れ、必要に応じて加熱、加圧下で固化・成形する方法等が挙げられる。
【００１５】
本発明の固形人工骨の製造方法においては、上記成形後、機械的研磨及び／又は物理的化学的処理などの研磨手段によって、これら固化・成形物の表面にルチル型二酸化チタン粒子を露出させると、アパタイト形成能がより優れた固形人工骨が製造できるので望ましい。機械的研磨としては、研磨シート、研磨剤、サンドブラストから選択される少なくとも１種を用いた研磨などが挙げられる。また、物理的化学的処理としては、有機溶剤処理、鉱酸及び／又は有機酸による酸処理、紫外線照射等が挙げられる。
露出量は特に限定されず、所望のアパタイト形成能により適宜、設定される。
【００１６】
さらに、本発明の望ましい実施態様である表面に予めアパタイトの被覆層を有する固形人工骨は、上記で得られた固形人工骨を、擬似体液に浸漬させることにより製造することができる。アパタイトの被覆層の厚みは特に限定されず、所望の生体結合性により適宜、設定される。擬似体液としては、Ｔ．Ｋｏｋｕｂｏ，Ｈ．Ｋｕｓｈｉｔａｎｉ，Ｓ．Ｓａｋｋａ，Ｔ．Ｋｉｔｓｕｇｉ  ａｎｄ  Ｔ．Ｙａｍａｍｕｒｏ，“Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  ａｂｌｅ  ｔｏ  ｒｅｐｒｏｄｕｃｅ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｃｈａｎｇｅｓ  ｉｎ  ｂｉｏａｃｔｉｖｅ  ｇｌａｓｓ−ｃｅｒａｍｉｃ  Ａ−Ｗ”，Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．２４，７２１−７３４（１９９０）に記載の擬似体液（ＳＢＦ：Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｂｏｄｙ  Ｆｌｕｉｄ）等が挙げられる。なお、擬似体液は、ヒトの血漿とほぼ等しい無機イオン濃度を有する水溶液を指し、その組成は第１表に示した通りである。
【００１７】
【表１】
0004777714.tif 000002
【実施例】
【００１８】
次に本発明の実施例を記載するが、本発明はこれらに限定される訳ではない。
【００１９】
実施例１
塩素法で製造されたルチル型二酸化チタン微粒子（商品名ＣＲ−ＥＬ；石原産業株式会社、平均粒子径０．２５μｍ）と高密度ポリエチレン（商品名ＨＩ−ＺＥＮ２１００Ｊ；三井化学株式会社）とを、それぞれ重量比４：１となるように２３０℃の温度で加熱混練し、これを成形枠に入れ２．５ＭＰａの圧力下で１時間加圧成形した後、１５×１０×２ｍｍの試料片を切り出し、＃４００ＳｉＣ研磨シートにて研磨した後、１０ｍＷ／ｃｍ２の強度の紫外線を６時間照射し、本発明の固形人工骨（試料Ａ）を得た。
【００２０】
比較例１
ルチル型二酸化チタン微粒子に代えてアナターゼ型二酸化チタン微粒子（商品名ＳＴ−４１；石原産業株式会社、平均粒子径０．１５μｍ）を用いた以外は実施例１と同様に処理して比較試料の固体人工骨（試料Ｂ）を得た。
【００２１】
実施例及び比較例で得られた試料Ａ及び試料Ｂを前記第１表に示した組成を有する擬似体液中に５日間浸漬した。浸漬５日後の試料表面の走査型電子顕微鏡観察を行ない、両試料の電子顕微鏡写真を図１及び図２に示した。図１及び図２より、試料Ｂに較べ試料Ａはその表面にアパタイトが密に形成されていることがわかった。また、薄膜Ｘ線回折強度測定を行なったところ、試料表面に形成されたアパタイトのピーク強度（２θ／ｄｅｇｒｅｅ＝３１．８°）が試料Ａ（実施例）の場合、２８３．３（ｃｐｓ）であり、試料Ｂ（比較例）の場合、１６０．０（ｃｐｓ）であった。以上より、ルチル型二酸化チタン粒子を含む本発明の固形人工骨は、アナターゼ型二酸化チタン粒子を含む固形人工骨と較べ、優れたアパタイト形成能を有することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】擬似体液浸漬５日後の試料Ａ（実施例１）表面の走査型電子顕微鏡写真を示す。
【図２】擬似体液浸漬５日後の試料Ｂ（比較例１）表面の走査型電子顕微鏡写真を示す。
【図１】
0004777714.tif 000003
【図２】
0004777714.tif 000004