(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の繊維状結晶からなるリン酸カルシウム系球晶であって、前記球晶が、多数の繊維状結晶が絡み合って多孔質の球晶に形成されていることを特徴とするリン酸カルシウム系球晶。
【請求項２】
リン酸カルシウム系球晶が、下記化学組成式（１）〜（８）で表わされるリン酸カルシウム化合物の少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１に記載のリン酸カルシウム系球晶。
Ｃａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２Ｏ  （１）
Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６  （２）
Ｃａ１０Ｃｌ２（ＰＯ４）６  （３）
Ｃａ１０Ｆ２（ＰＯ４）６  （４）
ＣａＨＰＯ４  （５）
ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ（６）
Ｃａ３（ＰＯ４）２  （７）
Ｃａ３（ＰＯ４）２・ｘＨ２Ｏ（８）
【請求項３】
リン酸イオンとカルシウムイオンとが拡散可能なゲルマトリックスの表面側に、互いに直接接触することなくリン酸イオン源溶液とカルシウムイオン源溶液とを配設し、且つ前記リン酸イオン源溶液とカルシウムイオン源溶液との各々の少なくとも一部分を前記ゲルマトリックスの表面に接触させ、前記リン酸イオン源溶液とカルシウムイオン源溶液との接触面からゲルマトリックス内にリン酸イオンとカルシウムイオンとを拡散させ、前記ゲルマトリックス内でリン酸イオンとカルシウムイオンとを反応させて繊維状結晶からなるリン酸カルシウム系球晶を生成することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系球晶の製造方法。
【請求項４】
リン酸イオンとカルシウムイオンが拡散可能であって、さらに、水酸化物イオンまたはハロゲン化物イオンの少なくとも1種のイオンが拡散可能なゲルマトリックスの表面側に、互いに直接接触することなくリン酸イオン源溶液と、カルシウムイオン源溶液と、水酸化物イオン源溶液またはハロゲン化物イオン源溶液の少なくとも１種の溶液とを配設し、且つ前記各イオン源溶液の少なくとも一部分を前記ゲルマトリックスの表面に接触させ、前記各イオン源溶液からリン酸イオンと、カルシウムイオンと、水酸化物イオンまたはハロゲン化物イオンの少なくとも１種のイオンをゲルマトリックス内に拡散させ、ゲルマトリックス内で、リン酸イオンと、カルシウムイオンと、水酸化物イオンまたはハロゲン化物イオンの少なくとも１種のイオンとを反応させて繊維状結晶からなるリン酸カルシウム系球晶を生成することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系球晶の製造方法。
【請求項５】
リン酸カルシウム系球晶として、下記化学組成式（１）〜（８）で表されるリン酸カルシウム化合物の少なくとも一種からなるリン酸カルシウム系球晶を生成することを特徴とする請求項３または請求項４のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系球晶の製造方法。
Ｃａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２Ｏ  （１）
Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６  （２）
Ｃａ１０Ｃｌ２（ＰＯ４）６  （３）
Ｃａ１０Ｆ２（ＰＯ４）６  （４）
ＣａＨＰＯ４  （５）
ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ（６）
Ｃａ３（ＰＯ４）２  （７）
Ｃａ３（ＰＯ４）２・ｘＨ２Ｏ（８）
【請求項６】
ゲルマトリックスとして、寒天ゲル、ゼラチンゲル、シリカゲルまたはセルロース系ゲルを用いることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系球晶の製造方法。
【請求項７】
リン酸イオン源溶液として、リン酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸ナトリウム、リン酸一水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素アンモニウムナトリウム、およびこれらの水和物からなる群から選択される少なくとも１種が溶解されている溶液を用いることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系球晶の製造方法。
【請求項８】
カルシウムイオン源溶液として、硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸二水素カルシウム、二リン酸カルシウム、水酸化カルシウム、シュウ酸カルシウム、酢酸カルシウム、およびこれらの水和物からなる群から選択される少なくとも１種が溶解されている溶液を用いることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系球晶の製造方法。
【請求項９】
水酸化物イオン源溶液として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、からなる群から選択される少なくとも1種が溶解されている溶液を用いることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系球晶の製造方法。
【請求項１０】
ハロゲン化物イオン源溶液として、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、塩化カルシウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化アンモニウムからなる群から選択される少なくとも１種が溶解されている溶液を用いることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載のリン酸カルシウム系球晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体親和材料、特異原子・分子吸着材料、物性測定用標準材料等に用いることが可能なリン酸カルシウム系球晶およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，リン酸カルシウム系材料は生体親和材料，吸着材料あるいは物性測定用標準材料などに用いられている。また，リン酸カルシウム系結晶の製造方法としては溶液法や焼成法等が提案されている。
【０００３】
溶液法では、例えばリン酸とカルシウム化合物との水懸濁液中から結晶を析出させることにより、鱗片状結晶や柱状結晶が得られることが知られている（特許文献１）。また、リン酸カルシウム系結晶の一種であるリン酸アパタイトの製造方法として、界面活性剤−水−無極性有機液体系、または界面活性剤−水−アルカノール無極性有機液体系Ｗ／Ｏマイクロエマルジョン相に、Ｃａ（ＮＯ３）２／アンモニア水溶液および（ＮＨ４）２ＨＰＯ４／アンモニア水溶液をそれぞれ可溶化させ、これら可溶化液を混合することにより球状アパタイト微粒子を製造する方法が知られている（特許文献２）。
【０００４】
しかしながら、上記の溶液法では結晶の成長速度が速いため、結晶成長や粒径の制御が困難であり、結晶性が低下するという問題があった。溶液を攪拌することにより反応させるため、結晶成長過程において核が発生したり、結晶同士の衝突により結晶が破壊するという不具合が生じ、品質が低下するという問題もあった。また、この方法では高品質な繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合ったリン酸カルシウム系球晶を作製することはできない。
【０００５】
一方、リン酸カルシウム系結晶の原料粉末を焼成して結晶を生成する焼成法では、長時間焼成を行うと結晶粒が粗大化するため機械的強度が低下するなどの問題があり、この方法においても高品質な結晶を得ることは困難である。また、高温で焼成するため無水物の結晶しか得られないという問題もある。さらに、結晶粒の粗大化を抑制するために、放電プラズマを用いて短時間で焼成する方法が特許文献３に開示されているが、この方法においても結晶成長の制御は十分ではなく、繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合ったリン酸カルシウム系球晶を作製することもできない。
【０００６】
また、水熱法によりａ、ｂ軸方向に成長した板状アパタイト（特許文献４）やａ面を優先的に成長させた板状アパタイト（特許文献５）も知られているが、結晶の育成期間が極めて長いため工業化に適さなく、装置が高価であるという問題がある。さらに、副生成物が生成する場合があるため、純粋な結晶を得ることは困難である。この方法でも繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合ったリン酸カルシウム系球晶を作製することはできない。
【０００７】
さらにまた、上記溶液法においては結晶の析出後に焼成を行う場合が多く、上記いずれの方法においても反応条件として高温または高エネルギーを必要とするという問題がある。また、従来の溶液法および焼成法では結晶成長の制御が難しいことから、繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合ったリン酸カルシウム系球晶を製造することは困難であった。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２９８５０５号公報
【特許文献２】特開平５−１７１１１号公報
【特許文献３】特開平１０−２５１０５７号公報
【特許文献４】特開平６−２０６７１３号公報
【特許文献５】特開平１０−４５４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合ったリン酸カルシウム系球晶、およびこのようなリン酸カルシウム系球晶を容易に製造することが可能な製造方法を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、特定の伸長方向を有する繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合うことで多孔質体を形成する自形をもつことを特徴とするリン酸カルシウム系球晶を提供する。
【００１１】
従来は，多孔性が乏しいものの，化学組成や結晶構造に起因する物性の良さから，リン酸カルシウム系材料が，生体材料，細胞培養基材あるいは吸着材料として利用されてきた。しかしながら，本発明によれば、リン酸カルシウム系球晶が多数の繊維状結晶からなる球晶であるので、従来材料に比べ，例えば生体材料や細胞培養基材等として使用する際には生体や細胞との親和性がよく、生体物質の成長に有利に作用することが期待できる。また、さまざまな物質を担持あるいは吸着する基材として使用することにも適することが期待できる。
【００１２】
また本発明のリン酸カルシウム系球晶は、繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合って形成する多孔質体であって、球晶が単独であるか、あるいは複数の球晶が結合した複合体であることが好ましい。本発明のリン酸カルシウム系球晶が多孔質体を形成することから、種々の用途に用いることが可能となるからである。
【００１３】
さらに本発明のリン酸カルシウム系球晶は、下記化学組成式（１）〜（８）で表される結晶であることが好ましい。
【００１４】
Ｃａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２Ｏ  （１）
Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６  （２）
Ｃａ１０Ｃｌ２（ＰＯ４）６  （３）
Ｃａ１０Ｆ２（ＰＯ４）６  （４）
ＣａＨＰＯ４  （５）
ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ    （６）
Ｃａ３（ＰＯ４）２    （７）
Ｃａ３（ＰＯ４）２・ｘＨ２Ｏ    （８）
【００１５】
本発明はまた、ゲル法により、繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合うことで多孔質体を形成するリン酸カルシウム系球晶を製造することを特徴とするリン酸カルシウム系球晶の製造方法を提供する。
【００１６】
ゲル法では、反応溶液がゲル中に徐々に拡散することにより結晶を育成することから、結晶成長速度をゲルマトリックス密度により制御することができ、純度が高く結晶性の良好な結晶を製造することができる。また、反応場がゲル中であることから、結晶同士の衝突による結晶の破壊を抑制することができ、高品質の結晶を製造することが可能となる。さらに、用いるゲルマトリックスの密度や厚さを調節することにより、ゲル中での反応溶液の拡散透過速度を制御することができ、ゲル中での反応速度を制御することが可能となり、結晶成長および粒径の制御だけでなく、結晶の形状等も制御することができるという効果も期待できる。また、ゲル法では低温条件で結晶を育成することができ、結晶成長の制御が可能であることから、欠陥の少ないリン酸カルシウム系結晶を製造することができる。
【００１７】
また本発明においては、上記リン酸カルシウム系球晶が、下記化学組成式（１）〜（８）で表されるリン酸カルシウム化合物の結晶であることが好ましい。
【００１８】
Ｃａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２Ｏ  （１）
Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６  （２）
Ｃａ１０Ｃｌ２（ＰＯ４）６  （３）
Ｃａ１０Ｆ２（ＰＯ４）６  （４）
ＣａＨＰＯ４  （５）
ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ（６）
Ｃａ３（ＰＯ４）２  （７）
Ｃａ３（ＰＯ４）２・ｘＨ２Ｏ（８）
【００１９】
上記リン酸カルシウム化合物の結晶からなるリン酸カルシウム系球晶は、ゲル法により製造することが比較的容易である。
【００２０】
さらに本発明においては、上記ゲル法において用いるゲルが、寒天ゲル、ゼラチンゲル，シリカゲルまたはセルロース系ゲルであることが好ましい。これらのゲルは、マトリックス密度の制御が容易であるため、反応溶液を効率的にゲル中に拡散させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
従来は，本発明よりも多孔性が乏しいものの，化学組成や結晶構造に起因する物性の良さから，リン酸カルシウム系材料が，生体材料，細胞培養基材あるいは吸着材料として利用されてきた。しかしながら，本発明によれば、繊維状結晶からなるリン酸カルシウム系球晶であり、個々の繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合うことで多孔質体を形成するものであるので、例えば生体材料や細胞培養基材等として使用する際には生体や細胞との親和性がよく、生体物質の成長に有利であるという効果を奏することが従来材料よりも期待できる。また、さまざまな物質を担持あるいは吸着する基材として使用することにも適することが従来材料よりも期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、リン酸カルシウム系球晶およびその製造方法を含むものである。以下、それぞれについて詳細に説明する。
【００２３】
Ａ．リン酸カルシウム系球晶
まず、本発明のリン酸カルシウム系球晶について説明する。
【００２４】
本発明のリン酸カルシウム系球晶は、特定の伸長方向を有する繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合うことで多孔質体を形成する自形をもつことを特徴とするものである。
【００２５】
従来の溶液法または焼成法では、結晶成長の制御が困難であり、二次核発生による結晶への核の付着、双晶の形成および結晶同士の衝突による結晶の破壊などにより結晶表面の状態が荒れるため、得られた結晶は結晶面を有してなく、結晶固有の外形を有するものではなかった。これに対し、本発明においては繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合うことで多孔質体を形成するリン酸カルシウム系球晶であるので、例えば生体材料や細胞培養基材等として使用する際には生体や細胞との親和性がよく、生体物質の成長に有利であるという利点を有することが期待できる。また、さまざまな物質を担持あるいは吸着する基材として使用することにも適すると期待できる。
【００２６】
本発明の製造方法で生成する結晶の構造および形態はＸ線回折装置や各種電子顕微鏡を用いてそれぞれ同定および観察するものとする。Ｘ線回折法では、リン酸カルシウム系結晶に起因する鋭い回折線が検出されれば、結晶は欠陥が少なく高品質であると判断される。また、透過型電子顕微鏡では、個々の繊維状結晶は結晶の特定方向に伸長することが観察され、さらに、走査型電子顕微鏡等では、繊維状結晶が複雑に絡み合った多孔質の球晶であることを観察することができる。  
【００２７】
さらに、本発明のリン酸カルシウム系結晶は自形を有することが好ましい。本発明において自形を有するとは、リン酸カルシウム系球晶が、特定方向に伸長した個々の繊維状結晶からなる球晶である状態を意味するものである。このような自形を有するリン酸カルシウム系球晶は、生体材料や生体形成材料などの生体親和材料、細胞などの培養基材、特異原子・分子吸着材料、各種物質の担体、蛍光体材料、物性測定用標準材料等の種々の用途に用いることが可能である。
【００２８】
本発明のリン酸カルシウム系球晶のＳＥＭ写真の一例を図１（a）,(b),(c)に示す。図１(a)、(b)は、球晶は多孔質であることを示している。図１(c)は、球晶は繊維状結晶が複雑に絡み合って形成されていることを示している。本発明のリン酸カルシウム系球晶は、上述したように生体との親和性がよく、また図１に示すように多数の空隙が存在し、表面積が大きいため、生体との複合体を形成しやすい。なお、上記の自形は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて確認できる。
【００２９】
上記リン酸カルシウム系球晶を形成する結晶としては、リン、酸素、カルシウムを主たる構成元素とする結晶のうち、Ｐ−Ｏ結合を含むものであれば特に限定はされないが、中でも本発明においては、下記化学組成式（１）〜（８）で表されるリン酸カルシウム化合物の少なくとも１種からなる化合物の結晶であることが好ましい。
【００３０】
Ｃａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２Ｏ  （１）
Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６  （２）
Ｃａ１０Ｃｌ２（ＰＯ４）６  （３）
Ｃａ１０Ｆ２（ＰＯ４）６  （４）
ＣａＨＰＯ４  （５）
ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ（６）
Ｃａ３（ＰＯ４）２  （７）
Ｃａ３（ＰＯ４）２・ｘＨ２Ｏ（８）
【００３１】
また、本発明において、リン酸カルシウム系球晶はゲル法により作製されることが好ましい。本発明のゲル法は、結晶成長に関与するさまざまなイオンが拡散し，反応し、結晶成長が可能なゲルマトリックスおよび外部反応溶液で構成する反応場において、ゲル中への外部反応溶液中に含まれるイオンの拡散を駆動力として結晶核生成および成長を促す方法である。
【００３２】
上記外部反応溶液は、結晶成長に関与するさまざまなイオンを含む溶液であって、ゲルの外部から前記イオンをゲル内に供給するための溶液である。
【００３３】
本発明のゲル法は、外部反応溶液から結晶成長に関与するさまざまなイオンがゲル中に徐々に拡散することにより結晶を育成することから、結晶成長速度をゲルマトリックスの密度により制御することができ、純度が高く結晶性の良好な結晶を得ることが可能となり、さらに、結晶粒径の制御も容易であるという利点を有する。また、結晶成長反応がゲル中であることから、結晶同士の衝突による結晶の破壊を抑制することができ、高品質の結晶とすることが可能となる。
【００３４】
なお、ゲル法等のリン酸カルシウム系球晶の製造方法に関しては、後述する「Ｂ．リン酸カルシウム系結晶の製造方法」に記載するため、ここでの説明は省略する。
【００３５】
さらに本発明においては、リン酸カルシウム系球晶を上述したゲル法により作製することにより、純度の高いものとすることができるが、具体的な純度としては、本発明のリン酸カルシウム系結晶中に含まれる不純物の含有量が２０重量％以下、中でも１５重量％以下、特に１０重量％以下であることが好ましい。
【００３６】
なお、上記不純物の含有量は、Ｘ線光電子分光法、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析法、あるいは電子プローブマイクロ分析法を用いて測定した値とする。
【００３７】
また、本発明のリン酸カルシウム系球晶は、欠陥の少ないものであることが好ましい。結晶中に欠陥が存在する場合、リン酸カルシウム系球晶の有する性質が変化する可能性があり、目的とする用途に用いることが困難となる場合があるからである。本発明においては、リン酸カルシウム系球晶は特定方向に成長した繊維状結晶で構成されていることから、欠陥の少ないものとすることができる。
【００３８】
なお、欠陥が少ないとは、具体的にＸ線回折パターンにおけるピークの半値幅により判断することができる。ここでは、半値幅が小さいほど結晶中に欠陥が少ないとする。また、ＴＥＭ観察による回折パターンや格子像からも判断することができる。
【００３９】
一般に欠陥の生成は吸熱反応であることから、結晶中に欠陥が生じるにはエネルギーが必要であり、温度が高いほど多くの欠陥が導入されるといえる。本発明のリン酸カルシウム系結晶は、上述したようにゲル法により作製されることが好ましく、ゲル法では低温条件で結晶を育成することができ、かつ結晶成長の制御が可能であることから、自形の発達したものとすることができるのである。
【００４０】
Ｂ．リン酸カルシウム系球晶の製造方法
次に、本発明のリン酸カルシウム系球晶の製造方法について説明する。
【００４１】
本発明のリン酸カルシウム系球晶の製造方法は、ゲル法により、特定方向に成長した繊維状結晶からなるリン酸カルシウム系球晶を製造することを特徴とするものである。
【００４２】
ゲル法とは、ゲルおよびそれに接触する２種あるいはそれ以上の外部反応溶液で構成される反応場において、ゲル中へのそれぞれの外部反応溶液の拡散を駆動力として結晶核生成および成長を促す方法である。ただし，外部反応溶液同士が直接接触してはならない。図２に、本発明のリン酸カルシウム系球晶の製造方法の一例を示す。図２に示すように、Ｕ字型試験管４の中央部に存在する寒天ゲル２をはさんで、片側にカルシウム供給材料を含む外部反応溶液１aを、反対側にリン酸供給材料を含む外部反応溶液１bを注入すると、外部反応溶液１aと１bから、結晶成長に関与するさまざまなイオンが寒天ゲル２の中を拡散し、寒天ゲルの内部においてリン酸カルシウム化合物の結晶核が生成し、繊維状に成長しながら複雑に絡み合ってリン酸カルシウム系球晶３を形成する。
【００４３】
このようにゲル法では外部反応溶液がゲル中に徐々に拡散することにより結晶を育成することから、結晶成長速度をゲルマトリックス密度により制御することができ、純度が高く結晶性の良好な結晶を製造することができる。また、反応場がゲル中であることから、結晶同士の衝突による結晶の破壊を抑制することができ、結晶面を有する高品質な結晶を製造することが可能となる。さらに、用いるゲルのマトリックス密度やゲルの厚さを調整することにより、ゲル中での外部反応溶液の拡散透過速度を制御することができ、ゲル中での反応速度を制御することが可能となるため、結晶成長および粒径の制御だけでなく、結晶の形状等も制御することができるという効果も期待できる。
【００４４】
また一般に、結晶中の欠陥の生成は吸熱反応であることから、結晶中に欠陥が生じるにはエネルギーが必要であり、温度が高いほど多くの欠陥が導入される。従来の溶液法および焼成法においては高温条件を必要とし、結晶成長の制御が困難であることから、欠陥が生じやすいという不具合があったが、本発明に用いられるゲル法は低温条件でよく、結晶成長の制御が可能であることから、欠陥の少ないリン酸カルシウム系球晶を製造することができる。
【００４５】
したがって、本発明により製造されたリン酸カルシウム系球晶は、純度が高く結晶性が良好であり欠陥が少ないことから、生体材料や生体形成材料などの生体親和材料、細胞などの培養基材、特異原子・分子吸着材料、各種物質の担体、蛍光体材料、物性測定用標準材料等の種々の用途に用いることが可能となることが期待できる。
【００４６】
本発明のリン酸カルシウム系球晶の製造方法は、ゲルあるいは複数の外部反応溶液を調製する外部反応溶液調製工程と、前記ゲルおよび前記外部反応溶液を接触させ、ゲル中に外部反応溶液を拡散させて球晶を成長させる結晶成長工程と、前記球晶および前記ゲルを分離する結晶分離工程とを有するものである。
以下、このようなリン酸カルシウム系球晶の製造方法の各工程について説明する。
【００４７】
１．ゲルおよび外部反応溶液の調製工程
まず、本発明のリン酸カルシウム系球晶の製造方法におけるゲル調製工程について説明する。本発明においてゲル調製工程は、外部反応溶液を拡散させるゲルマトリックスを作製する工程である。
【００４８】
本発明に用いられるゲルとしては、外部反応溶液を支持することができるものであれば特に限定はされなく、一般に支持体として用いられるゲルを使用することができる。中でも本発明においては、寒天ゲル、ゼラチンゲル，シリカゲルまたはセルロース系ゲルを用いることが好ましい。これらのゲルは、比較的マトリックス密度を制御しやすく、後述する外部反応溶液を効率的にゲル中に拡散させることができるからである。
【００４９】
ここで、上記寒天ゲルは、所定の量の寒天粉末を温水中に溶解し、寒天溶液を冷却することにより得ることができる。寒天は、溶液の濃度や冷却速度などを調整することにより、マトリックス密度を制御でき、溶液冷却によりゲルマトリックスを形成するため、三次元網目構造の寒天ゲルとなる。
【００５０】
次に、本発明のリン酸カルシウム系球晶の製造方法における外部反応溶液調製工程について説明する。本発明における外部反応溶液調製工程は、外部反応溶液を調製する工程である。
【００５１】
本発明に用いられる外部反応溶液としては、前記ゲルと反応性を持たず、ゲルを通過することができ、リン酸供給材料またはカルシウム供給材料を含有するものであれば特に限定されるものではない。
【００５２】
本発明のリン酸カルシウム系球晶の形成材料は、リン酸供給材料およびカルシウム供給材料に分けることができ、それぞれが別々の外部反応溶液に含有されているものである。また、リン酸あるいはカルシウム供給材料として２種以上の原料を使用する場合や、ｐＨ調整のための添加剤や反応調整剤などを使用する場合には、それらを別々の外部反応溶液として準備する必要がある。その場合、３種以上の外部反応溶液を用いることとなる。
【００５３】
本発明のリン酸供給材料としては、リンおよび酸素を主たる構成元素とする化合物であり、Ｐ−Ｏ結合を有するものであって、水溶性であり、前記ゲルと反応性を持たないものであれば特に限定はされないが、例えばリン酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸カルシウム、リン酸一水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム、リン酸カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸一水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素アンモニウムナトリウム、リン酸マグネシウム、リン酸リチウム、およびこれらの水和物等が挙げられる。また、上記の化合物は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記の中でも、リン酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸ナトリウム、リン酸一水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素アンモニウムナトリウム、およびこれらの水和物からなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００５４】
また、本発明のカルシウム供給材料としては、カルシウムを主たる構成元素とする化合物であり、水溶性であって、上記ゲルと反応性を持たないものであれば特に限定はされないが、例えば硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸二水素カルシウム、二リン酸カルシウム、水酸化カルシウム、シュウ酸カルシウム、酢酸カルシウム、アルギン酸カルシウム、クエン酸カルシウム、酪酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、グリピロリン酸カルシウム、ヨウ化カルシウム、乳酸カルシウム、酸化カルシウム、ピロリン酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、硫酸カルシウム、およびこれらの水和物が挙げられる。また、上記の化合物は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記の中でも、硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸二水素カルシウム、二リン酸カルシウム、水酸化カルシウム、シュウ酸カルシウム、酢酸カルシウム、およびこれらの水和物からなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００５５】
また、水酸化物イオン（ＯＨ−）を供給する外部反応溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウムなどの水溶性化合物からなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましく、ハロゲン化物イオン（Cl-, F-）を供給する外部反応溶液としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、塩酸、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化アンモニウム、フッ酸などの水溶性化合物からなる群から、選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００５６】
上記外部反応溶液に用いられる溶媒としては、上記リン酸供給材料または上記カルシウム供給材料を溶解または分散させることができるものであれば特に限定はされないが、通常は水が用いられる。
【００５７】
さらに、ゲル溶液に用いられる溶媒としては、ゲル粉末を溶解または分散させることができるものであれば特に限定はされないが、通常は水が用いられる。例えば、湯煎により溶解したゲル水溶液を冷却あるいは加熱することによりゲル化させる、あるいはゲル溶液にｐＨ調整剤を添加することでマトリックスを形成する方法等を用いることができる。
【００５８】
また、上記ゲル中におけるリン酸供給材料またはカルシウム供給材料の濃度としては、これらの材料を水に溶解させる際、その飽和濃度以下であればよい。飽和濃度以下であれば、結晶の育成が可能であるからである。また、上記濃度により、結晶サイズや核発生数に影響が及ぼされると考えられるが、濃度の下限値としては特に限定はされない。得られた結晶が微細である場合は、注射器などにより生体内に直接注入することができるという利点を有するからである。
【００５９】
２．結晶成長工程
次に、本発明のリン酸カルシウム系球晶の製造方法における結晶成長工程について説明する。本発明における結晶成長工程は、上記ゲルおよび２種以上の上記外部反応溶液を接触させ、上記ゲル中に上記外部反応溶液を拡散させて結晶を成長させる工程である。
【００６０】
上記ゲルおよび上記外部反応溶液を接触させる方法としては、ゲルが破壊されない方法であれば特に限定されるものではないが、例えば図２に示すように、ゲル２が入った容器４に外部反応溶液１a,1bを注入するバッチ式作製方法等が挙げられる。さらに，流動しているゲルに外部溶液を接触させ，ゲルあるいは外部溶液を連続供給する連続式作製方法も挙げられる。
【００６１】
本工程においては、ゲルマトリックスへのリン酸供給材料またはカルシウム供給材料の濃度が一定であるため、時間の経過とともに結晶の成長速度が低下する傾向にある。したがって、結晶の成長速度を一定に保持したい場合は、外部反応溶液の濃度が濃くなるように適宜調製してもよく、または外部反応溶液の濃度を一定にして外部反応溶液の供給速度を速くしてもよい。
【００６２】
本工程における温度としては、ゲルが破壊されない、あるいは結晶成長を妨げない温度であれば特に限定はされなく、通常は室温程度とする。
【００６３】
３．結晶分離工程
次に、本発明のリン酸カルシウム系球晶の製造方法における結晶分離工程について説明する。本発明における結晶分離工程は、上記球晶および上記ゲルを分離する工程である。
【００６４】
球晶およびゲルを分離する方法としては、例えば温水中でゲル溶解させる方法等が挙げられる。ゲルを溶解させる媒体としては、温水に限定されるものではないが、経済的・環境的にも水系の媒体が最も有効である。水系の媒体として、温水の他に、沸騰水（熱水）も使用することができる。
【００６５】
本発明により製造されたリン酸カルシウム系球晶の平均粒径としては特に限定されるものではない。粒径が小さい結晶、例えば１μｍ未満のものは、例えばナノ粒子として生体内に直接注入することが可能となるからである。さらに、表面積が格段に増大するため、吸着・吸収材料として高性能を発揮することが期待できる。また、粒径が大きい結晶、例えば１μｍ以上のものは、加工が容易となり、例えば骨形成材料として直接使用が可能となるからである。さらに、１つの球晶にて、細胞培養基材として使用できる大きさにも達する。
【００６６】
なお、上記リン酸カルシウム系球晶のその他の点に関しては、上述した「Ａ．人工リン酸カルシウム系球晶」に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００６９】
［実施例１］
６０ｍｌのイオン交換水をＵ字型試験管に入れ、寒天粉末（０．２７ｇ）を添加し、９０℃の温水で湯煎しながら寒天粉末を溶解した。この試験管を水中で冷却し、ゲル化した。ゲル化後、外部反応溶液として０．２５Ｍに調整したＣａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ水溶液（２０ｍｌ）をゲルが破壊されないように一方の投入口から静かに注ぎ、もう一方の投入口から（ＮＨ４）２ＨＰＯ４水溶液（２０ｍｌ、０．１５Ｍ）を同様にして注ぎ、３７℃の恒温槽中に静置した。結晶育成後、温水中でゲルを溶解し、育成した球晶を分離した。２０日間の育成後、最大直径約３００μｍに達する白色のＣａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２Ｏ球晶を育成できた。得られた球晶のＳＥＭ写真を図１に示す。また、この結晶をＴＥＭ観察したところ、球晶を形成する個々の繊維状結晶は＜００１＞伸長することが確認できた。
【００７０】
［実施例２］
カルシウムイオン源を含む外部反応溶液として０．２５Ｍに調整したＣａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ水溶液を用い，リン酸イオン源を含む外部反応溶液として０．１５Ｍに調整したＮａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ，ＯＨ源を含む外部反応溶液として０．０５Ｍに調整したＮａＯＨ（２０ｍｌ）を用いた以外は実施例１と同様の方法で結晶を育成したところ，白色のＣａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２ＯとともにＣａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６球晶を育成できた。
【００７１】
［実施例３］
カルシウムイオン源を含む外部反応溶液として０．２５Ｍに調整したＣａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ水溶液を用い，リン酸イオン源を含む外部反応溶液として０．１５Ｍに調整したＮａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ，ＯＨ源を含む外部反応溶液として０．０５Ｍに調整したＮａＣｌ（２０ｍｌ）を用いた以外は実施例１と同様の方法で結晶を育成したところ，白色のＣａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２ＯとともにＣａ１０Ｃｌ２（ＰＯ４）６球晶を育成できた。
【００７２】
［実施例４］
カルシウムイオン源を含む外部反応溶液として０．２５Ｍに調整したＣａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ水溶液を用い，リン酸イオン源を含む外部反応溶液として０．１５Ｍに調整したＮａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ，ＯＨ源を含む外部反応溶液として０．０５Ｍに調整したＮａＦ（２０ｍｌ）を用いた以外は実施例１と同様の方法で結晶を育成したところ，白色のＣａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２ＯとともにＣａ１０Ｆ２（ＰＯ４）６球晶を育成できた。
【００７３】
［実施例５］
カルシウムイオン源を含む外部反応溶液として０．２０Ｍに調整したＣａＣｌ２水溶液を用い，リン酸イオン源を含む外部反応溶液として０．１５Ｍに調整したＮａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏを用いた以外は実施例１と同様の方法で結晶を育成し，生成した結晶を１００℃の乾燥器にて乾燥したところ，白色のＣａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２ＯとともにＣａＨＰＯ４球晶を育成できた。
【００７４】
［実施例６］
カルシウムイオン源を含む外部反応溶液として０．２０Ｍに調整したＣａＣｌ２水溶液を用い，リン酸イオン源を含む外部反応溶液として０．１５Ｍに調整したＮａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏを用いた以外は実施例１と同様の方法で結晶を育成したところ，白色のＣａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２ＯとともにＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ球晶を育成できた。
【００７５】
［実施例７］
カルシウムイオン源を含む外部反応溶液として０．１５Ｍに調整したＣａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ水溶液を用い，リン酸イオン源を含む外部反応溶液として０．１０Ｍに調整したＮａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏを用いた以外は実施例１と同様の方法で結晶を育成したところ，白色のＣａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２ＯとともにＣａ３（ＰＯ４）２球晶を育成できた。
【００７６】
［実施例８］
カルシウムイオン源を含む外部反応溶液として０．３０Ｍに調整したＣａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ水溶液を用い，リン酸イオン源を含む外部反応溶液として０．１５Ｍに調整したＮａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏを用いた以外は実施例１と同様の方法で結晶を育成したところ，白色のＣａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２ＯとともにＣａ３（ＰＯ４）２・ｘＨ２Ｏ球晶を育成できた。
【００７７】
［実施例９］
実施例１で作製したＣａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２Ｏ球晶（０．２ｇ）あるいは水溶液法で作製したリン酸カルシウム系球晶（０．２ｇ），メチレンブルー粉末（０．２５ｍｇ）と１００ｍｌのイオン交換水をビーカーに入れ，攪拌し，結晶を遠心分離したところ， 実施例１で作製した球晶はメチレンブルーをすべて吸着したが，水溶液法で作製した結晶では一部メチレンブルーが水溶液中に残存した。
【００７８】
［比較例１］
寒天ゲルマトリックスを使用せず、カルシウム供給材料を含んだ外部反応溶液とリン酸供給材料を含んだ外部反応溶液を混合したところ、非常に微細な結晶が生成するものの、その微結晶は自形を有しておらず、本発明特有の高品質な繊維状結晶がきわめて複雑に絡み合うことで多孔質体を形成するリン酸カルシウム系球晶を得ることができなかった。
【００７９】
［比較例２］
カルシウム供給材料を含んだ外部反応溶液を加えない以外は、実施例１と同様にして結晶を育成したところ、結晶が生成しなかった。
【００８０】
［比較例３］
リン酸供給材料を含んだ外部反応溶液を加えない以外は、実施例１と同様にして結晶を育成したところ、結晶が生成しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明のリン酸カルシウム系球晶の一例を示すＳＥＭ写真である。
【図２】本発明のリン酸カルシウム系球晶の製造方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
【００８２】
１a    外部反応溶液
１b    外部反応溶液
２     寒天ゲル
３    リン酸カルシウム系球晶
４    Ｕ字型試験管
【図１】
0005360791.tif 000002
【図２】
0005360791.tif 000003