(57)【要約】      （修正有）【課題】造骨細胞を含有する人工骨材の原材料として、アパタイトの原料開発を行う。【解決手段】米糠を灰化し、そのアルカリ可溶成分と炭素成分を分離したものは燐酸カルシウムの多く純度が高く均一な燐酸カルシウム原料が得られる。この燐酸カルシウム粉を、塩化カルシウムや塩化マグネシウムなどと混合し、水で素練りた粘土を金型に注入して造形したものを乾燥して焼却炉で８００〜１２００℃で焼成すると固いアパタイト人工骨が形成される。また混合した可燃物は炭化した後灰化して多孔質アパタイト造骨体が出来る。またこの米糠の焼却灰の原料はワカメやコンブなどの海草の乾燥剤や養殖海草の根付け海底基盤にも利用され、パン発酵の栄養剤としても利用される。石膏との組合せやセメントの増容材の建材用にも利用される。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
米糠を脱脂し、発酵によって脱農薬処理した精製米糠を瀘別し、水洗した精製米糠を乾燥して焼却した灰をアパタイト粉として回収し、これを水洗して脱アルカリ精製した米糠アパタイト及びこれを成型加工したものを焼成して人造骨材粉や人造骨セラミック多孔質の成型体と造骨細胞組合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  米糠は７〜８％の燐酸を保持し、燐酸肥料として利用されたが農薬の含有が多くなり白米の精白化が進み米糠量が更に増大し、過剰米糠の有効利用が要求された。
一方人体の組織の細胞の解明が次第に明らかとなり、幹細胞中の遺伝子の行動も明らかになり、高齢者の骨ソ症治療に対して幹細胞による造骨作用が発展してアパタイトの燐酸カルシウムとの組合せによる迅速な造骨作用を呈する事が明確となり、アパタイト原料の量的生産が問題となり、米糠焼灰化が注目される様になった。この米糠の焼却灰には燐酸分とカルシウムが多く米モミ殻には燐酸が少なく硅酸分が多いのでアパタイト原料としてはあまり興味がない。しかし米糠にはアパタイト原料として燐酸が７〜８％も入っていてカルシウムの加減で適したものができる。特に焼却灰はナノ粒子の状態で得られるので造形用に適している。アパタイトの化学式はＣａｏ−Ｃａ２Ｐｏ５である。
【背景技術】
【０００２】  近年分子生物化学や遺伝子や蛋白質構造の解明によって、人間は造骨作用のメカニズムが明らかとなりセラミック加工の発展により人工アパタイトの成型焼成が自由に行える様になり、その人工アパタイトセラミック多孔質の人工骨の研究が盛んとなり更に幹細胞の培養が可能となり、液体ガスによる急速冷凍による保管技術の発展によって高齢者特有の人骨の摺りへりの改善加工に役立つ様になったが、この細胞の生産に合わせて人工アパタイトの粗原料の開発も必要となってきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  品質の一定したアパタイト原料粗材として米糠を焼成した焼却灰を加工して使用する事にした。
人骨の多くは過剰であっても法的制限があり、獣の骨や魚の骨にはバラツキがあり加工にもまた利用にも問題があった。また天然の燐酸砿では不要な不純物が多く含有し精製には手間がかかる欠点がある。【０００４】  本発明は米糠の原料を使用する理由として、過剰な米糠が国内で年間１，５００万トンもあり、東南アジア、中国、韓国、米国、カナダを入れると膨大な量が得られる事、燐酸含有量が多くアパタイト原料として安定している事、焼却灰より作る事で加工が容易である。【０００５】  このアパタイトの成型加工、特に多孔質化する事により幹細胞が吸収増殖する多孔質加工が問題となる。また加熱温度と焼成時間等が問題となり、人骨の簡要な形状や大きさ等が問題となる造骨細胞とアパタイト多孔質成型体はまた圧縮強度が１５０ｋｇ／ｃｍ３以上の強度が必要であるから、多孔質を更に焼結する必要があり、そのためには硅酸、アルミナ、カルシウム、マグネシウム、鉄の混融が必要となるが、鉄は焼結すると収縮し且つまた、酸に弱い欠点があるからあまり使用出来ないが、焼結温度を低下し焼結しやすいこのアパタイトを動物の骨材のアパタイトを粉末化して使用する事もあるが、通常は焼成して粉末化し、塩化マグネシウムや塩化カルシウム１０％水液と１％ポパール樹脂液と繊維粉で粗練りして成型したものを乾燥して８００〜１０００℃で焼成して硬化せしめるが、強度を高めるにはジルコニウム酸化物を１％〜５％入れると焼成温度を１０００℃に高める事も出来る。
この多孔質化は造骨細胞を培養して注射して含浸せしめるにも含浸率の高い事が大切であるからこれを注意する必要がある。【０００６】  米糠を加熱して灰化したものもアパタイトを得るが、造骨細胞が多孔質のアパタイトに含浸して造骨作用を行うためには、アパタイトの中身が均一な多孔質を作る必要がある。またアパタイト成型物が圧縮強度１５０ｋｇ／ｃｍ３以上であることが必要であり、このために焼成温度が充分高くする必要があるが、温度が上昇し硝子化すると多孔質の一部が潰れる事がある。そのためにはカルシウムやマグネシウムやアルミナや鉄、硅酸を適度に配合して組織の結着性を高める必要がある。
【課題を解決しようとする課題】
【０００７】  米糠をアパタイト原料とするには生産コストを低下するために１２％前後の脂肪酸を脂肪回収し、再利用する。農薬を除去するために水溶液に米糠を分散させて、電子レンジで２〜３％の農薬を揮散させた後、バチルス菌発酵を行い。蛋白細胞や脂肪細胞を単離分離し過酸化脂肪発生を防ぎ、焼却を均等に行われる様に電子レンジで加熱乾燥してロータリーキルンに導入して焼却し、同時にアパタイト原料灰を回収する。これはアルカリ性であるので浸水し塩化カルシウムや塩化マグネシウムで中和して水洗し、瀘別乾燥して粉末を作り、粉砕してアパタイト原料を作る。
【０００８】  成型するには繊維粉とポパール水液をアパタイトに加えて素練りしたものを成型機で金型中に圧縮して成型し、取り出して自然乾燥したものを焼成炉中に導入して８００℃〜１２００℃で焼成して成型物を作り、更に焼しめて焼成して多孔質人工骨材を作るが、これを水洗して殺菌する造骨多孔質セラミックを作る。強度を高めるにはセラミックを硝子化する必要があり、焼却温度を高めれば硝子化するが、多孔質が破れるから酸洗する必要もできるが、モミ殻の焼却灰の硅酸を高めあるいはジルコニウムを入れて圧縮強度を１５０ｋｇ／ｃｍ３とするには硝子化して酸洗いして多孔質硝子とする事もある。
【発明の効果】
【０００９】  米糠を原料としてこれを焼成して灰化したものは、アパタイトがナノ微粒子からできていて、脱アルカリを行った物は純度の高いアパタイトが均一のものとして得られる。
これを更に接合剤と共に水で成型するに多孔質剤を入れるには繊維質の粉末の添加がより含浸性が強くなり、これに塩化カルシウムや塩化マグネシウ厶やジルコニウム、硅酸ソーダー、コラーゲン等を使用すると圧縮強度が２００ｋｇ／ｃｍ３以上のものが得られ加工が容易となる。また焼結温度を多孔質の状態で上昇するので更に強度は増大し造骨細胞の住家として充分な働きをする。また米糠アパタイトは人骨に近い成分からなるので造骨の際の歪みが少ない。また溶解しても障害は少ない。
【００１０】  長寿化によって骨そしょう症の多くの患者に対応出来る米糠焼却灰の利用によって多量の人工骨材の補給が可能となった。
米糠の焼却灰から作ったアパタイトは量的均等品質のものができる。また人体に使用する場合は人工骨粗材の成型セラミック加工するばかりでなくナノ粉末として健康食品として摂取する事も出来る。また幹細胞群に混合して注射する事も可能であるので、関節骨ばかりでなく脊椎骨にも利用されるほか、人工入歯の粗材に利用される。またパンやベーキングパウダー材料としても利用されその用途は広い。
この造骨細胞は常法によって培養し、流動性を保ち、増殖余剰の細胞は液体ガス中で冷凍保存すれば変化は少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  アパタイトの原料として米糠を粉砕したものを焼成灰化せしめた焼却灰にはアルカリ性のソーダーやカリを含んでいるので水洗して弱アルカリ性か中性にして灰を瀘別乾燥したものを使用する必要があり、焼却すると米糠中には７〜８％の燐酸が含有されていて、別に米糠中に自然に含浸したカルシウムやマグネシウムや鉄も焼成によって反応して一部に燐酸カルシウムも形成されるが、ソーダーやカリが存在するとカルシウムに水酸基が燐酸基と共に存在する様になる。また多孔質化するには米糠のナノ粉砕粉をこの焼却灰に混合し、多孔質形成の強化剤としてアルミナ、硅酸、マグネシウム、カルシウムを混合して融点を高める必要がある。またその多孔質化が均等に形成される必要がある。
このために多孔質化するために混合する米糠は均一に分散するように素練りするが、強度を高めるには成型を圧縮して行うと共に、結合剤として塩化マグネシウムや塩化カルシウムとポパールやコラーゲンを添加混合すると緻密な多孔質が成型され、これを焼成によって形成される。しかる時は米糠粉は高温加熱８００〜１２００℃に於いて炭化し、炭化後に灰化して多孔質強化膜化する。この多孔質はアパタイト結着して強化される。
この比重は２．２のものが多孔質化により１．７に軽量化される。またこの多孔気泡は連続気泡を形成する。
【実施例１】
【００１２】  図１は米糠より焼成したアパタイト粉とその成型焼成の人工多孔アパタイトの製法の工程図を示す。米糠粉（Ａ）をコンベアー（１）によりオートクレーブ（２）の投入口（３）から投入し密閉し、ヘキサンアルコールタンク（４）からポンプ（５）によりヘキサンアルコール溶媒をオートクレーブにパイプ（６）から導入してパイプ（６’）から溶媒を循環せしめてた脱油脂を行う。必要に応じて加熱器（７）により加温して油脂分を抽出する。（９）は温度調節器を経て分溜器（８）に入り分溜油脂タンク（１０）に入り溶媒はポンプ（１１）からオートクレーブ（２）にパイプ（１２）から導入する。
脱脂した米糠はパイプ（１３）からフィルタープレス（１４）で瀘別された溶媒はタンク（１６）に貯溜して溶媒を回収し、米糠（Ａ’）は移動車（１７）により乾燥室（１８）を経て乾燥した米糠（Ａ’）をオートクレーブ（２１）に投入して水に栄養剤を入れて発酵菌（バチルス菌）を入れて２６０℃で３０分間発酵する。発酵した米糠（Ａ”）をフィルタープレス（２４）により瀘別し、洗滌水を（２７）のポンプで押し込み洗滌した米糠（Ａ”）を乾燥器（１８）に送り込み、乾燥したものをロータリーキルン（２９）のホッパー（３０）に投入してバーナー（３０’）により焼却する。焼却灰はタンク（３１）に誘導して回収し洗滌タンク（３２）に搬送して投入し、水洗ポンプ（３３）フィルタープレス（３４）で瀘別水洗して固形アパタイトペーストを（３５）の乾燥室で乾燥したものをアパタイト粗材として回収し、フィルタープレス（３４）から分離したアルカリ水は浄化器（３６）（３７）で中和した浄水を稀釈して放流する。フィルタープレスで脱水した米糠焼却灰はロータリーキルン（２９）から取り出して水洗した焼却灰の固形物（３８）を台車に搬送し、乾燥器（３９）に入り乾燥させたアパタイトをホッパー（３９’）に入れニーダー（４０）で混合素練りしたものを金型（４１）に圧入してプレス機（４２）で圧縮成型し離型した後１０００℃の焼成炉中で焼成して人工骨成型物を作る。
このアパタイトは常法によって陶磁器加工の要領で加工する。【００１３】  この米糠を脱油脂して発酵による脱農薬を行った加工米糠の焼却灰化物は５％〜８％である。これを更に脱アルカリすると３％に減ずる。これを焼成したものはアパタイト即ち燐酸カルシウム塩が得られる。この燐酸カルシウムは砒素硫黄はなく、食品としても無害であり、パン発酵のペキングパウダー原料にも使用され、人工歯や人工骨の原料として最適である。
一般の天然燐酸砿石の様な毒性成分はないから食品用の燐酸原料としても利用される。【００１４】  人工骨の配合例は次の如くである。
例４    米糠灰アパタイト粉                １００ｇ
塩化カルシウム                        ５ｇ
水                                １２０ｇ
米糠粉                                ７ｇ
１％ポパール水                        ５ｇ
例５    米糠灰アパタイト粉                １００ｇ
塩化アルミナ                          ５ｇ
水                                  ６０ｇ
米糠粉                              １０ｇ
塩化マグネシウム粉                    ３ｇ
硅酸カルシウム                        ３ｇ
１％ポパール樹脂水                  ７０ｇ
例３    アパタイト粉                      １００ｇ
３％硅酸ソーダー                    ３０ｇ
炭酸カルシウム                      １０ｇ
米糠粉                                ８ｇ
酸化マグネシウム                      １ｇ
酸化ジルコニウム                      ３ｇ
水                                １００ｇ
例４    アパタイト石膏ボード
石膏粉                            １００ｇ
水                                １００ｇ
アパタイト粉                        ５０ｇ
重亜燐酸カルシウム                  １０ｇ
５％ポパール水                      ３０ｇ
例４は建材壁や地下盤に利用するアパタイト石膏ボードである。石膏のように水に溶解する事がない。
例５    乾燥ワカメ
米糠焼却灰                        １００ｇ
養殖ワカメ（海草）                １００ｇ
例５の配合は海洋養殖による海草ワカメを引き上げて採集したものを乾燥する前にこの米糠焼却灰を塗着して天日で乾燥して、水洗して乾燥して乾燥ワカメを作る。【００１５】  図２は焼成成型した人工骨の側面図を示し、米糠から加工したアパタイト成型体（関節）（１ａ）である。この成型体は金型にアパタイト配合体に水を加えて素練りしたものを詰め込んで成型したアパタイト混合物を離型して天日乾燥する。この乾燥アパタイト混合成型物を焼成炉に誘導して８００〜１２００℃の温度で２時間加熱し、徐々に冷ましながら常温に戻したアパタイト成型体（１ａ）を取り出し、アパタイトの上部突起（２ａ）の中央に旋盤で穿孔して螺線孔を作る。また突起に面なる底部（３ａ）を末広として多孔質アパタイトとする。この多孔質アパタイトはナノ粒子粉とした米糠によって炭化し、炭酸ガスとなり多類穿孔を作る。米糠加工のアパタイトは比較的に圧縮強度が低いので強化剤を混合して改善する。（４ａ）は対照骨骼となる関節を示し、アパタイト人工成型体（１ａ）の下部空間（５ａ）に造骨細胞液（Ｗ）を注入すると造骨細胞は時間と共に増殖し拡大し、成型体（１ａ）の多孔質に侵入して人工的成型アパタイト骨を住家として繁殖し、人工アパタイト成型骨の平面底辺の破線を球状に造骨して摩耗した球骨代用人工アパタイト成型体の表面の造骨として円形部を作る。【００１６】  図３は造骨細胞とアパタイト多孔質の人工骨の側面図を示し、図２の造骨した状態を示している。増殖した人工骨の突起骨の底部は屈曲して球状化し、上突起（２ａ）の穿孔（２’ａ）に差し込み金属ステンレスボルト（７ａ）を螺着して上骨と連結する。
増殖した造骨（６ａ）は屈曲した底面を形成する。（４ａ）は下部関節骨で空間（５ａ）を人工増殖骨で埋め込む様に成長する。（８ａ）は関節部を示す。【００１７】  図４は養殖海草の根付け海底基盤の側面図を示す。
【産業上の利用可能性】
【００１７】  米糠には７〜８％の燐酸が含有されミネラルのカルシウム、マグネシウム、ソーダー、カリも多く含まれている。これを焼却して水洗して回収した焼却灰の精製灰は人工骨アパタイト原料として重要であり、純度が高く不純物が少ない特徴がある。また品質が比較的安定している。従って、この焼却灰を使って成型多孔質化した人工骨は、骨そしょう症による関節の炎症摩耗骨の補強改善に利用される。またこの造骨細胞液をこの多孔アパタイトに含浸する時は、人工骨材に増殖造成され障害を改善する。
またアパタイト粉に人工骨細胞を体内に注入すると骨間患部を増殖によって改善する。
また動物の骨粉のアパタイト粉と混合成型焼成によって併用したアパタイト商品が得られるばかりでなく、建材原料にも使用される。そのほかワカメなど養殖海草の根付け基盤に利用される。また石膏とアパタイトの混合物の成型物は生産性を高めると共に、燐酸カルシウ厶は服用の健康食品として利用される。
また米糠を原料として人工骨のアパタイト粉やその成型体を作るには、まず脱油脂を行って８〜１０％の油脂を抽出し、これを石鹸や化粧品や薬品の原料として使用した後の抽出残渣を焼却して焼却灰を作るにあるが、これを徐燃した燻製魚畜産加工に利用し、出来た灰を焼成してアパタイトの原料として水洗して、脱アルカリ精製を行う。これを包着剤として海草の乾燥灰として利用する事も可能であり、この組合せによって生産性の合理化が可能となり、より付加価値を高める事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  米糠より焼成したアパタイト粉とその成型焼成の人工多孔アパタイトの製造の工程図
【図２】  成型焼成した人工骨の側面図
【図３】  造骨細胞とアパタイトの多孔質の人工骨の側面図
【図４】  養殖海草の根付け海底基盤の側面図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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