(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料の表面に、コロナ放電処理、プラズマ放電処理、酸処理又は塩基処理し、更に基体表面に親水性の重合性化合物をグラフト重合させた基体、若しくは基体表面に親水性重合体及び／又は親水性オリゴマーをグラフトさせて表面を親水化した基体を、カルシウムイオンを含み、且つ実質的にリン酸イオンを含まないカルシウム溶液と、リン酸イオンを含み、且つ実質的にカルシウムイオンを含まないリン酸溶液とに、交互に浸漬させて、基体の少なくとも表面にハイドロキシアパタイトを生成・固定させる工程を含むハイドロキシアパタイト複合体の製造方法。
【請求項２】
親水性の重合性化合物が、（メタ）アクリル酸である請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
親水性重合体及び親水性オリゴマーが、カルボキシル基を有することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
カルボキシル基を有する親水性重合体及び親水性オリゴマーが、ポリ（メタ）アクリル酸である請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法により得られたことを特徴とするハイドロキシアパタイト複合体。
【請求項６】
請求項５記載の複合体から実質的になる生体適合性材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、骨の構成成分に近似し、人工骨等の各種生体組織、並びに医療用材料等に利用可能なハイドロキシアパタイト複合体の製造方法、該製造方法により得られたハイドロキシアパタイト複合体及び生体適合性材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体骨、歯等は、無機物質であるハイドロキシアパタイト(以下、ＨＡｐと略す場合がある)とタンパク質であるコラーゲンが分子レベルで複合化しさらに３次元的に配列したマトリクスである。そして、骨や歯が損傷した場合の修復には、生体適合性を有するセラミックス材料等が使用できることが知られている。例えば、主に歯周充填材として使用される、商品名"Bioglass"(Nippon Electric Glass Co. Ltd., Otsu. Siga.Japan 製、成分;Ｎａ2Ｏ-ＣａＯ-ＳｉＯ2-Ｐ2Ｏ5)、主に骨充填材として使用される、ＨＡｐの焼結体(Ｃａ10(ＰＯ4)6（ＯＨ)2)、人工すい体及び腸骨スペーサー等として使用される、アパタイトとウォラストナイト（ＣａＯ-ＳｉＯ2)とを含む結晶化ガラス(商品名 "Cerabone A-W"、Nippon Electric Glass Co. Ltd., Otsu. Siga. Japan 製)等が知られている。これらのセラミックス材料は、骨の代替に使用するために、例えば、金属等の強度の高い材料表面に形成する試みがなされている。また、柔軟性、耐久性に富み、骨以外の人工生体組織等への応用を期待して、加工が容易な各種有機高分子材料の表面上にＨＡｐ層を形成する方法、いわゆる生体模倣反応と呼ばれる方法が開発されている。
この生体模倣反応は、ヒト体液に等しいイオン濃度を有する水溶液(疑似体液)に、ＣａＯとＳｉＯ2とを主成分とするガラス粒子を浸し、次いで、有機高分子材料を浸漬し、有機高分子材料の表面に多数のアパタイト核を生成させた後、この有機高分子材料のみを疑似体液の１．５倍のイオン濃度を有する水溶液に浸漬させて反応させる方法である。この生体模倣反応によれば、アパタイト核が有機高分子材料上で自然に成長し、緻密で均質な骨類似のＨＡｐ層が任意の厚さだけ形成されることが報告されている(J. Biomed.Mater.Res. vol.29, p349-357(1995))。
しかし、この生体模倣反応は、ＨＡｐの生成速度が遅く、２週間以上の長期間反応させても、有機高分子材料上に、人工骨に使用し得る程度のＨＡｐを生成させることができないのが実状である。
【０００３】
また、ハイドロキシアパタイトの新しい合成法として、カルシウム溶液に材料を浸漬した後、続けてリン酸溶液に浸漬し、この過程を１サイクルとし、これを繰り返してＨＡｐ層を順次形成させる交互浸漬法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記交互浸漬法を用いて、ポリエチレン、ナイロン、シリコーン等の汎用高分子材料上にＨＡｐ層を形成した場合、得られるＨＡｐ層は、一部にＨＡｐ結晶を含むものの、大部分が無定型ＨＡｐであった。
骨類似の構造形成のためには、▲１▼高分子鎖への無機イオンの吸着、▲２▼核となるＨＡｐ初期結晶の形成、▲３▼層状ＨＡｐの形成と▲４▼さらなる高分子の分子レベルでの複合化の各段階が必要であると考えられる。上記交互浸漬法では、汎用高分子材料上で▲２▼の段階までは比較的容易に達成できるが、これを超えることは困難である。
【０００５】
従って、本発明の目的は、高分子材料等の基体に、骨の構成成分の組成及び結晶構造に近似し、優れた生体親和性が期待できるハイドロキシアパタイトを、極めて速い生成速度で効率良く、かつ強固に付着させることができるハイドロキシアパタイト複合体の製造方法、該方法により得られる複合体及び生体適合性材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、高分子材料の表面に、コロナ放電処理、プラズマ放電処理、酸処理又は塩基処理し、更に基体表面に親水性の重合性化合物をグラフト重合させた基体、若しくは基体表面に親水性重合体及び／又は親水性オリゴマーをグラフトさせて表面を親水化した基体を、カルシウムイオンを含み、且つ実質的にリン酸イオンを含まないカルシウム溶液と、リン酸イオンを含み、且つ実質的にカルシウムイオンを含まないリン酸溶液とに、交互に浸漬させて、基体の少なくとも表面にハイドロキシアパタイトを生成・固定させる工程を含むハイドロキシアパタイト複合体の製造方法が提供される。
また本発明によれば、上記製造方法により得られたことを特徴とするハイドロキシアパタイト複合体が提供される。
更に本発明によれば、上記複合体から実質的になる生体適合性材料が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を更に詳細に説明する。
本発明のＨＡｐ複合体の製造方法では、特定のカルシウム溶液と、特定のリン酸溶液とに、表面が特定の親水化処理された基体を交互に浸漬させて、基体の少なくとも表面にＨＡｐを生成・固定させる工程を必須の工程として行う。
【０００８】
前記カルシウム溶液は、カルシウムイオンを含み、且つ実質的にリン酸イオンを含まない水溶液である。リン酸イオンが存在する場合は、ＨＡｐの生成速度が低下する恐れがあるので、カルシウム溶液は、通常、カルシウムイオンを含み、且つリン酸イオンを全く含まない水溶液である。カルシウム溶液としては、例えば、塩化カルシウム水溶液、酢酸カルシウム水溶液、塩化カルシウムのトリス緩衝溶液、酢酸カルシウムのトリス緩衝溶液又はこれらの混合物等が挙げられる。カルシウム溶液において、カルシウムイオン濃度は、ＨＡｐの生成速度及び生成効率を考慮した場合、好ましくは０．０１〜１０モル／リットル、特に好ましくは０．１〜１モル／リットルである。カルシウム溶液のｐＨは特に限定されないが、トリス緩衝溶液を用いる場合には、好ましくはｐＨ６〜１０、特に好ましくはｐＨ７．４である。
【０００９】
前記リン酸溶液は、リン酸イオンを含み、且つ実質的にカルシウムイオンを含まない水溶液である。カルシウムイオンが存在する場合は、ＨＡｐの生成速度が低下する恐れがあるので、リン酸溶液は、通常、リン酸イオンを含み、且つカルシウムイオンを全く含まない水溶液である。リン酸溶液としては、リン酸水素ナトリウム水溶液、リン酸二水素ナトリウムアンモニウム水溶液、リン酸水素ナトリウムのトリス緩衝溶液、リン酸二水素ナトリウムアンモニウムのトリス緩衝溶液又はこれらの混合物等が挙げられる。
リン酸溶液において、リン酸イオン濃度は、ＨＡｐの生成速度及び生成効率を考慮した場合、好ましくは０．０１〜１０モル／リットル、特に好ましくは０．１〜１モル／リットルである。リン酸溶液のｐＨは特に限定されないが、トリス緩衝溶液を用いる場合には、好ましくはｐＨ６〜１０、特に好ましくはｐＨ７．４である。
【００１０】
前記カルシウム溶液及びリン酸溶液の組合わせは特に限定されず、例えば、塩化カルシウム水溶液とリン酸水素ナトリウム水溶液の組合わせ、酢酸カルシウム水溶液とリン酸二水素ナトリウムアンモニウム水溶液との組合せ等が挙げられる。
前記カルシウム溶液及びリン酸溶液には、本発明の所望の目的が損なわれない範囲において他のイオンが存在していても良いが、２．５ｍＭ以上のマグネシウムイオン（Ｍｇ2+）が存在する場合には、リン酸三カルシウム（ＴＣＰ）が形成される恐れがあるので好ましくない。
【００１１】
本発明の製造方法に用いる基体は、高分子材料の表面に、コロナ放電処理、プラズマ放電処理、酸処理又は塩基処理し、更に基体表面に親水性の重合性化合物をグラフト重合させた基体、若しくは基体表面に親水性重合体及び／又は親水性オリゴマーをグラフトさせて表面を親水化した基体である。このような表面が親水化された基体としては、例えば、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリエステル、ナイロン、ポリカーボネート、テフロン（登録商標）、シリコーン系エラストマー、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリ−γ−グルタミン酸、コラーゲン、グルコシルエチルメタクリレート(ＧＥＭＡ)、部分硫酸化ＧＥＭＡや、ムコ多糖(ヒアルロン酸等)、セルロース、キチン、キトサン、プルラン等の多糖類、フィブロネクチン等の合成又は天然の高分子材料表面に、コロナ放電処理、プラズマ放電処理、酸処理又は塩基処理し、更に上記グラフト処理を施した基体等が挙げられる。
前記親水性の重合性化合物、親水性重合体及び親水性オリゴマーとしては、カルボキシル基等の親水性基を有するものであれば特に限定されず、例えば、(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸のアルキルエステル、(メタ)アクリル酸のアルキドアミド、ウレタン結合を有する(メタ)アクリル酸、ウレア結合を有する(メタ)アクリル酸等の構成単位を含むオリゴマー等が挙げられる。グラフト化は通常のグラフト方法により行なうことができ、グラフト量は特に限定されないが、緻密な層状のＨＡｐが生成するように、一定量以上のグラフト量とすることが好ましく、特に、グラフト量が２３〜４３μｇ／ｃｍ2、特に３０μｇ／ｃｍ2前後が適当である。
前記コロナ放電処理、プラズマ放電処理、酸処理又は塩基処理は、公知の方法で行なうことができ、基体表面が親水化する条件であれば特に限定されない。前記基体の分子量は特に限定されず、また形態も特に限定されず、板状、フィルム状、膜状、筒状、メッシュ状、繊維状等が挙げられる。
【００１２】
本発明の製造方法において、カルシウム溶液とリン酸溶液とに前記基体を浸漬させる方法としては、(1)カルシウム溶液に前記基体を浸漬させた後に、リン酸溶液に基体を浸漬させる操作を１サイクルとして１回以上行う方法、(2)リン酸溶液に前記基体を浸漬させた後に、カルシウム溶液に基体を浸漬させる操作を１サイクルとして１回以上行う方法等が挙げられる。この際、前記各操作を繰り返して行うことにより、ＨＡｐの生成量を増大させることができる。前記操作の繰り返し回数は、通常１〜２００回、好ましくは５〜１００回である。前記操作を繰り返す場合、前記(1)の方法において、必ずしも最終が、リン酸溶液に基体を浸漬させることにより終了させる必要はなく、カルシウム溶液に基体を浸漬させて終了させても良い。同様に、前記(2)の方法において、必ずしも最終が、カルシウム溶液に基体を浸漬させることにより終了させる必要はなく、リン酸溶液に基体を浸漬させて終了させても良い。この際、カルシウム溶液とリン酸溶液とに基体を交互に浸漬させるにあたり、各浸漬前に、基体表面に残存するカルシウムイオン又はリン酸イオン等を水等により洗浄して除去した後に、次の溶液に浸漬させることが好ましい。
【００１３】
前記カルシウム溶液に前記基体を浸漬させる浸漬時間は、ＨＡｐの生成速度及び生成効率を考慮して適宜選択できる。通常、トータルの浸漬時間は、１０分間〜７日間、好ましくは３０分間〜３日間、特に好ましくは１時間〜２４時間である。一方、前記リン酸溶液に前記基体を浸漬させる浸漬時間もＨＡｐの生成速度及び生成効率を考慮して適宜選択できる。通常、トータルの浸漬時間は、１０分間〜７日間、好ましくは３０分間〜３日間、特に好ましくは１時間〜２４時間である。カルシウム溶液及びリン酸溶液に基体を浸漬させる操作を繰り返す場合の各１回あたりの浸漬時間は、前記好ましいトータルの浸漬時間を考慮して適宜選択することができる。
前記各溶液に基体を浸漬させる際の各溶液の液温は、ＨＡｐの生成速度及び生成効率を考慮して適宜選択することができ、通常、０〜９０℃、好ましくは４〜８０℃である。
【００１４】
上述の製造方法により、本発明のＨＡｐ複合体を得ることができる。この複合体が有するＨＡｐは、結晶ＨＡｐを含み、その結晶形態が、フレーク状、板状等の種々の形態のアパタイトを形成できる。特に、従来は得られなかった、緻密な層状の一定の結晶面が保持された新規な構造のハイドロキシアパタイトまで得ることが可能である。また、この複合体におけるＨＡｐ層は、基材に強固に付着しており、高分子鎖とＨＡｐが分子レベルで複合化していると考えられる。
本発明の複合体において、ＨＡｐ層の厚さは、基体の種類や形状、若しくは複合体を用いる用途等によって適宜選択することができる。例えば、複合体におけるＨＡｐ層の厚さは、０．０００１〜５ｍｍ程度が適当である。複合体の形状は、基体の形状を適宜選択することにより、また複合体を所望形状に加工することによって様々な形状とすることができる。
従って、本発明の複合体は、基体の種類や形態を適宜選択し、また、複合体を所望形状に加工することにより、人工骨をはじめとする様々な生体適合性材料とすることができる。
本発明の複合体には、用途に応じて公知の焼結工程、表面処理工程等を行うことができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明のＨＡｐの製造方法では、基体として表面が特定の親水化された基体を用い、かつ交互浸漬法によりＨＡｐを生成・固定させるので、基体と生成したＨＡｐが強固に付着し、しかもＨＡｐが結晶性を示すので、骨に近似した組成及び構造を備える複合体を速やかに、また容易に得ることができる。この方法により得られる複合体は、人工骨をはじめとする各種生体適合性材料として有用である。
【００１６】
【実施例】
以下本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
参考例
５×６ｃｍのポリエチレン(以下、ＰＥと略す)フィルム(昭和電工社製)に、１５ｋＶで２分間コロナ放電処理を行なって、表面が親水化されたＰＥフィルム基体を調製した。次いで、得られた基体を、２００ｍＭＣａＣｌ2／Tris−ＨＣｌ（ｐＨ７．４，液温３７℃）溶液１０ｍｌに１分間浸漬し、続いて、基体表面を純水で洗浄後、アセトンに浸漬、風乾した(このカルシウム溶液への浸漬処理を"浸漬(i)"という)。次に、１２０ｍＭＮａ2ＨＰＯ4溶液（液温３７℃）１０ｍｌに１分間浸漬し、続いて、基体表面を純水で洗浄後、アセトンに浸漬、風乾した(このリン酸溶液への浸漬処理を"浸漬(ii)"という)。
これら浸漬(i)及び浸漬(ii)の交互浸漬操作を１サイクルとして、５０サイクル行って、ＨＡｐ複合体を調製した。電子顕微鏡(ＳＥＭ)写真及びＸ線回折(理学電機社製、Ｘ線回折装置ガイガーフレックス2013)により生成したＨＡｐ層を観察した結果、得られた層は、２６度及び３２度に特徴的なピークを有するＨＡｐ層であり、また、ＨＡｐ層は、フレーク状の結晶ＨＡｐにより主に形成されていることがわかった。
【００１７】
実施例２，３及び比較例１
１０vol％のアクリル酸(以下、ＡＡｃと略す)(和光純薬製特級を減圧蒸留して得られたもの)水溶液中に、参考例で調製した、表面が親水化されたＰＥフィルム基体を浸漬し、６０℃でラジカル重合させることにより、グラフト量２３μｇ／ｃｍ2(実施例２)及びグラフト量４３μｇ／ｃｍ2(実施例３)のポリＡＡｃグラフトＰＥフィルム基体を調製した。また、参考例で使用したものと同様な、表面親水化する前のＰＥフィルム基体(比較例１)を用意した。
次いで、各基体を、２００ｍＭＣａＣｌ2／Tris−ＨＣｌ（ｐＨ７．４，液温３７℃）溶液１０ｍｌに１分間浸漬し、続いて、基体表面を純水で洗浄後、アセトンに浸漬、風乾した(このカルシウム溶液への浸漬処理を"浸漬(i)"という)。次に、１２０ｍＭＮａ2ＨＰＯ4溶液（液温３７℃）１０ｍｌに１分間浸漬し、続いて、基体表面を純水で洗浄後、アセトンに浸漬、風乾した(このリン酸溶液への浸漬処理を"浸漬(ii)"という)。
これら浸漬(i)及び浸漬(ii)の交互浸漬操作を１サイクルとして、５０サイクル行って、それぞれＨＡｐ複合体を調製した。電子顕微鏡(ＳＥＭ)写真及びＸ線回折(理学電機社製、Ｘ線回折装置ガイガーフレックス2013)により生成したＨＡｐ層を観察した結果、得られた層はいずれも、２６度及び３２度に特徴的なピークを有するＨＡｐ層であった。また、得られたＨＡｐ層は、実施例２及び３の場合は層状のＨＡｐ結晶であり基体に強固に付着していた。特に、実施例３のものはＨＡｐ結晶が従来には見られない緻密なものであった。一方、比較例１のものは、無定型ＨＡｐ及びフレーク状のＨＡｐ結晶を有するものであり、基体への付着強さが弱いものであった。
これらの結果を示すＳＥＭ写真の写しを図１〜３に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例１で調製したＨＡｐ複合体のＨＡｐ層のＳＥＭ写真を示す図である。
【図２】実施例２で調製したＨＡｐ複合体のＨＡｐ層のＳＥＭ写真を示す図である。
【図３】実施例３で調製したＨＡｐ複合体のＨＡｐ層のＳＥＭ写真を示す図である。
【図１】
0004515553.tif 000002
【図２】
0004515553.tif 000003
【図３】
0004515553.tif 000004