(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸を含む溶液とカルシウムを含む溶液を混合滴下するような湿式合成をして得られた非晶質リン酸カルシウムを７７５℃〜１１００℃、で仮焼して得られるβ−リン酸三カルシウムを加圧成形すると共に１４００℃〜１４５０℃で焼結した後５００〜１０００℃／hで冷却すること、又は前記非晶質リン酸カルシウムを１１２５℃〜１２００℃で仮焼して得られるα−リン酸三カルシウムを加圧成形すると共に１１５０℃〜１４００℃で焼結した後５００〜１０００℃／hで冷却すること、を特徴とするα−リン酸三カルシウムセラミックの製造方法。
【請求項２】
リン酸を含む溶液とカルシウムを含む溶液を混合滴下するような湿式合成をして得られた非晶質リン酸カルシウムを７７５℃〜１１００℃、で仮焼して得られるβ−リン酸三カルシウムを、スラリー状にしてプラスチック多孔体に含浸させた後、加圧成形すると共に１４００℃〜１４５０℃で焼結した後、５００〜１０００℃／hで冷却すること、又は前記非晶質リン酸カルシウムを１１２５℃〜１２００℃で仮焼して得られるα−リン酸三カルシウムを、スラリー状にしてプラスチック多孔体に含浸させた後、加圧成形すると共に１１５０℃〜１４００℃で焼結した後、５００〜１０００℃／hで冷却すること、を特徴とする請求項１に記載のα−リン酸三カルシウムセラミックの製造方法。
【請求項３】
前記焼結時間が５０〜１００時間である請求項１，２に記載のα−リン酸三カルシウムセラミックの製造方法。
【請求項４】
前記加圧成形すると共に焼成する手法が、ＣＩＰ法、ホットプレス法、ＨＩＰ法から選ばれたものであり、加圧量が５０〜２００ＭＰaである請求項１，２に記載のα−リン酸三カルシウムセラミックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は主に骨充填剤として用いられる生体親和性に優れたα−リン酸三カルシウムセラミック及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、骨充填剤として用いられるセラミックとしてはハイドロキシアパタイト、β−リン酸三カルシウムがある。これらのセラミックは生体活性材料として知られており、天然骨と直接結合する材料である。一般に、これらの材料を骨に埋入した場合、骨と材料界面で、生体内で形成される薄い生体アパタイト層が生じ、それを基点として新生骨が形成されるといわれている。つまり材料表面で生体アパタイト層が形成された後は材料の溶解あるいは吸収はほとんど行われないと考えられている。実際これらの材料は生体に吸収される速度は遅く、新生骨と完全に置換されることはない。
一方、α−リン酸三カルシウムは骨と材料との界面で、生体アパタイト層は生じないといわれており、ハイドロキシアパタイトやβ−リン酸三カルシウムと比べて生体内での吸収速度が速く、新生骨を形成する骨形成能も非常に高い。理想的な骨充填剤としては、高い骨形成能を持つことと、その材料が完全に消失し、骨と完全に置換してしまうことであり、従来からα−リン酸三カルシウム成形体の作成が可能であれば非常に有望な骨充填剤になりうると考えられていた。しかし、α−リン酸三カルシウムは、湿式法による合成が難しいこと、焼結時にクラックの発生が避けられないことなどの理由からこれまでセラミックの作製が困難であり、高純度のα−リン酸三カルシウムセラミック及びその製造方法は未だ提案されていない。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑み本発明は理想的な骨充填剤の材料として期待できる高純度のα−リン酸三カルシウムセラミックの製造を可能にしたものである。
本発明で示す高純度α−リン酸三カルシウムセラミックとは、不純物が５重量％未満で、好ましくは１重量％未満の不純物しか含有しないものを示す。図４に高純度α−リン酸三カルシウムセラミックのＸ線回折図を示した。
不純物としては、例えばリン酸４カルシウム、ハイドロキシアパタイト、酸化カルシウム、β−リン酸３カルシウム等を示す。
又、焼結性、強度、細孔度等を向上すべくこれにＭｇＯ，Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＦ2，Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＣａＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｃ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2等の周知各種添加剤を５重量％未満の範囲で添加混合したものも包含する。
【０００４】
【実施例】
以下、本発明α−リン酸三カルシウムセラミックの製造方法につき詳細に説明する。本発明におけるα−リン酸三カルシウムとはリン酸三カルシウムの高温安定相であり、その化学組成はＣａ3(ＰＯ4)2で表される。リン酸三カルシウムにはβ相（低温相）、γ相（高圧相）そしてα相（高温相）が存在するが、組成に変化はない。α相の安定領域は１１２５〜１５００℃である。α−リン酸三カルシウム緻密セラミックの製造方法は以下の通りである。湿式法の１例として０.５Ｍ水酸化カルシウム懸濁液にリン酸水溶液を徐々に滴下し、攪拌しながら均一に反応させて非晶質リン酸三カルシウムを得る。この非晶質リン酸三カルシウムを濾過後、６０℃で乾燥したのちライカイ機で粉砕して得られる粉末を６００〜１２００℃で仮焼して増粘剤を均一に混和し、プレス機を用いて５０〜２００ＭＰaの圧力で成形する。なお仮焼の際、６００〜７５０℃の温度範囲では非晶質リン酸カルシウム、７７５〜１１００℃の温度範囲ではβ−リン酸三カルシウム、１１２５〜１２００℃の温度範囲ではα−リン酸三カルシウムとなる。この成形体を１１５０〜１５００℃で１〜２００時間焼結させ、さらに５００〜１０００℃/ｈで冷却することにより得られる。また、プレス機は一軸加圧プレス機、ホットプレス機、ラバープレス機などを用いる。α−リン酸三カルシウム多孔質セラミックの製造方法は以下の通りである。上記記載の合成方法により合成したリン酸三カルシウム粉末に増粘剤を均一に混和後、水またはエタノールを加えてスラリー状にする。これをスポンジに均一に含浸させ、上記の緻密体と同様の焼結を行うことにより得られる。上記のように高温で長時間焼結させることにより高純度のα−リン酸三カルシウムセラミックを作製することができる。また、合成条件、焼結条件などを変えることによりハイドロキシアパタイト、β−リン酸三カルシウム、リン酸四カルシウムなどの他のリン酸カルシウムを含有したものを作製することも可能である。
【０００５】
実験例（１）
湿式法により合成したα−リン酸三カルシウム粉末、及びβ−リン酸三カルシウム粉末を一軸加圧プレス機を用いて直径約２８ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状成形体を作製し、１０００〜１５００℃の温度範囲で焼結させた後、粉末Ｘ線回折法により相の同定を行った。その結果、β−リン酸三カルシウム粉末からのものは１４００〜１４５０℃の条件下で焼結させたときに高純度のα−リン酸三カルシウムセラミックが得られ、α−リン酸三カルシウム粉末からのものは１１５０〜１４００℃の条件下で焼結させたときに高純度のα−リン酸三カルシウムセラミックが得られた。また条件次第では、表面はα相で内部はβ相であるリン酸三カルシウムセラミックの作製も可能であった。表１は、焼結温度と相との関係を示すもので、表中のα-ＴＣＰ、β-ＴＣＰは出発原料粉末がそれぞれα-リン酸三カルシウム粉末、β-リン酸三カルシウム粉末である。"セラミック表面"は焼結体表面からの粉末Ｘ線回折の情報であり、"粉砕後"は焼結体の粉砕後の粉末からの情報である。
【表１】
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次にα−リン酸三カルシウム粉末の成形体を、焼結温度を１４００℃と一定にし、焼結時間を変えたときに得られるα型リン酸三カルシウムセラミックの相対密度を求めた。焼結時間とともに相対密度が増大し、焼結時間１００時間で約９５％の緻密体が得られた。
実験例（２）
湿式法により合成したα−リン酸三カルシウム粉末をホットプレス機を用いて８０ＭＰa、１３５０℃の条件で加圧加熱処理を行ったところ、高純度のα−リン酸三カルシウムセラミックが得られた。
実験例（３）
湿式法により合成したα−リン酸三カルシウム粉末、β−リン酸三カルシウム粉末および非晶質リン酸カルシウム粉末に水を５０ｗｔ％加えてスラリー状にし、これをポリウレタン製スポンジに含浸後乾燥させたものを焼結温度１４００℃、焼結時間５０時間で焼結させたところ、高純度のα型リン酸三カルシウムセラミックが得られた。これは、骨充填剤として実用上十分な強度を有していた。（図１）
実験例（４）
０.７ｍｍ×０.７ｍｍ×５ｍｍの角柱状に切断したα−リン酸三カルシウム及びハイドロキシアパタイト緻密体を卵巣摘出手術を施した骨粗鬆症モデルラットの大腿骨内にそれぞれ埋入し、骨組織との反応を調べた。その結果、α−リン酸三カルシウムは試料の周囲に直接新生骨が形成されており、線維性結合組織の介は認められず、新生骨と材料は直接接合していた。また新生骨はほぼ試料表面を完全に覆っており、角柱状の材料が円形に変化していたことから、経時的に吸収されていく様子がうかがわれ、長期埋入時に完全に消失する可能性を示唆している。（図２）
一方、ハイドロキシアパタイトは試料の周囲に線維性結合組織が形成されており、新生骨の形成は少なかった。また埋入時の形状をそのまま保っていたことから溶解した様子はなく、長期埋入時においても吸収されることはないと考えられる。（図３）
【０００６】
【発明の効果】
以上詳述の如く本発明の製造方法によれば、骨充填剤として用いられる生体親和性に優れ、骨形成能が高く、骨置換機能を有するセラミックを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼結温度と相対密度との関係を示す図。
【図２】骨粗鬆症モデルラットの大腿骨中に埋入した時のα−リン酸三カルシウムセラミックの非脱灰標本写真（埋入３ヶ月）を印刷した図。
【図３】骨粗鬆症モデルラットの大腿骨中に埋入した時のハイドロキシアパタイトセラミックの非脱灰標本写真（埋入３ヶ月）を印刷した図。
【図４】製造されたα−リン酸三カルシウムセラミックのＸ線回折図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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