(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸水素カルシウム２水和物粉末及びリン酸水素カルシウム無水物粉末のうちの少なくとも一方を含む速硬性リン酸カルシウムセメントにおいて、上記リン酸水素カルシウム２水和物粉末及び上記リン酸水素カルシウム無水物粉末の比表面積が１〜８．３ｍ２／ｇであることを特徴とする速硬性リン酸カルシウムセメント。
【請求項２】
上記速硬性リン酸カルシウムセメントを１００重量部とした場合に、上記リン酸水素カルシウム２水和物粉末及び／又は上記リン酸水素カルシウム無水物粉末の含有量が２０〜５０重量部である請求項１に記載の速硬性リン酸カルシウムセメント。
【請求項３】
上記リン酸水素カルシウム２水和物粉末、上記リン酸水素カルシウム無水物粉末及びリン酸四カルシウム粉末を主成分とする請求項１又は２に記載の速硬性リン酸カルシウムセメント。
【請求項４】
単糖類がポリグリコシル化し、高分子化することにより生成する多糖類を配合したことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の速硬性リン酸カルシウムセメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医科用或いは歯科用の速硬性リン酸カルシウムセメントに関する。本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、特定の比表面積を有するリン酸水素カルシウム２水和物若しくは無水物の粉末を含み、水を添加して混練することにより速やかに硬化させることができる。また、本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、湿潤環境における圧縮強度、即ち、濡れ圧縮強度及び生体活性等に優れ、人工骨、人工関節及び人工歯根等を形成するための原料として使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
生体に用いられる医療用セメントとしては、現在までに各種の組成のものが数多く提案されている。特に、リン酸カルシウム系の生体用セメントでは、このセメントが硬化とともに生体活性な水酸アパタイトに転化するため、生体親和性に優れた硬化体を得ることができる。このリン酸カルシウム系の生体用セメントとしては、リン酸四カルシウムが使用されることが多い。例えば、米国特許明細書第４６１２０５３号にも、リン酸四カルシウムを主成分とするリン酸カルシウムセメントが開示されている。しかし、このセメントは硬化に比較的長時間を要するため、実用上は問題がある。
【０００３】
このリン酸四カルシウムを主成分とするリン酸カルシウムセメントの硬化に要する時間を短縮するため、クエン酸、リンゴ酸、乳酸等の有機酸或いは無機酸などを添加した酸性の水溶液によってセメントを混練する方法が多数提案されている（特開昭５９−８８３５１号公報、特開昭６２−８３３４８号公報、特開昭６３−２９５８６３号公報など）。しかし、混練液に酸を添加して混練したものを生体内に補填した場合、酸による生体刺激が強く、補填部の周囲に炎症反応等を起こすことがあり、好ましくない。
【０００４】
また、特開平２−４８４７９号公報、特表平８−５１０７１３号公報等には、使用するリン酸四カルシウムのカルシウムとリンとの比が過大にならないようにして、酸化カルシウムの副生を抑えることにより、硬化に要する時間を短縮する方法が提案されている。しかし、リン酸四カルシウムは、通常、１４５０℃以上の高温において焼成し、調製する必要があり、焼成中にリンが気化してしまうためカルシウムとリンとの比を調整することは非常に困難である。
【０００５】
更に、セメントに水酸アパタイトを添加することにより、硬化に要する時間を短縮する方法も知られている（歯科材料・器械、６巻、１号、５３〜５８頁及び歯科材料・器械、６巻、４号、４２６〜４３１頁など）。しかし、この方法では、混練液にリン酸の水溶液を配合する必要があり、このリン酸による生体刺激が懸念され、また、硬化時間は短縮されるものの、濡れ圧縮強度等が低下するため好ましくない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するものであり、特定の比表面積を有するリン酸水素カルシウム２水和物若しくは無水物の粉末を含むリン酸カルシウム粉末をセメントの主成分として使用することにより、混練液である純水等の水に酸の配合を要することなく、実用上、十分に短い時間で硬化し得る速硬性リン酸カルシウムセメントを提供することを目的とする。本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントでは、従来より多数提案されているように、水に酸を添加しｐＨを低くする必要がないため、炎症反応等の問題を起こすことがない。更に、このセメントには水酸アパタイトを配合する必要もなく、水酸アパタイトによる濡れ圧縮強度等の低下もない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１発明の速硬性リン酸カルシウムセメント（以下、単に「セメント」ということもある。）は、リン酸水素カルシウム２水和物粉末及びリン酸水素カルシウム無水物粉末のうちの少なくとも一方を含む速硬性リン酸カルシウムセメントにおいて、上記リン酸水素カルシウム２水和物（以下、「ＤＣＰＤ」という。）粉末及び上記リン酸水素カルシウム無水物（以下、「ＤＣＰＡ」という。）粉末の比表面積が１〜８．３ｍ２／ｇであることを特徴とする。
【０００８】
上記「ＤＣＰＤ粉末」及び上記「ＤＣＰＡ粉末」の「比表面積」は１〜８．３ｍ２／ｇである。ＤＣＰＤ粉末及びＤＣＰＡ粉末の比表面積が１ｍ２／ｇ未満であると、これらの粉末がセメントの硬化の際の結晶核として機能せず、硬化が十分に促進されない。なお、この比表面積が５０ｍ２／ｇを超える場合は、ＤＣＰＤ粉末及びＤＣＰＡ粉末が凝集し、セメント中に均一に分散しないため、硬化時間の短縮が認められない。。
【０００９】
また、ＤＣＰＤ粉末及び／又はＤＣＰＡ粉末の含有量は、第２発明のように、速硬性リン酸カルシウムセメントを１００重量部とした場合に、２０〜５０重量部とすることが好ましい。この含有量は、特に２５〜４５重量部、更には３０〜４０重量部とすることがより好ましい。ＤＣＰＤ粉末及び／又はＤＣＰＡ粉末の含有量が２０重量部未満であると、硬化に要する時間を十分に短くすることができない。一方、この含有量が５０重量部を超える場合は、硬化体中に未硬化のＤＣＰＤ粉末若しくはＤＣＰＡ粉末が残留し、濡れ圧縮強度等が低下するため好ましくない。
【００１０】
第１発明の速硬性リン酸カルシウムセメントは、各種のリン酸カルシウム化合物の粉末を含有し得るが、第３発明のように、ＤＣＰＤ粉末、ＤＣＰＡ粉末及びリン酸四カルシウム（以下、「ＴｅＣＰ」という。）粉末を主成分とすることが好ましい。これら３種類の粉末を併用すれば、純水等、水によって混練した場合に、より速やかに硬化させることができる。これらの粉末を併用する場合、その量比は特に限定されないが、モル比で、ＤＣＰＤ粉末及びＤＣＰＡ粉末／ＴｅＣＰ粉末＝８／２〜２／８、特に６／４〜４／６とすることが好ましく、更には等量程度を使用することがより好ましい。尚、この「主成分」とは、セメントの全量を１００重量部とした場合に、上記の３種類の粉末の合計量が６０重量部以上、特に好ましくは８０重量部以上であることを意味する。
【００１１】
更に、このセメントでは、上記の３種類の主成分以外にも、α−リン酸三カルシウム、β−リン酸三カルシウム等の粉末を併用することができ、炭酸カルシウム等、リン酸カルシウム化合物以外のカルシウム化合物などを含有させることもできる。また、濡れ圧縮強度等が低下しない程度に水酸アパタイト（以下、「ＨＡＰ」という。）粉末を配合することもできる。これらのリン酸カルシウム粉末等は１種のみを使用してもよいし、２種以上を併用することもできる。
【００１２】
ＤＣＰＤ粉末としては、市販の試薬を遠心ミルやアルミナポットで粉砕したものを使用することができる。更に、ＤＣＰＡ粉末としては、市販のＤＣＰＡ試薬、或いは市販のＤＣＰＤ試薬を１２０℃程度の温度に加熱し、脱水させる等の方法によって得られるＤＣＰＡを、同様に遠心ミルやアルミナポットで粉砕したものを用いることができるが、これらに限定されるものではない。また、ＴｅＣＰ粉末の製法も特に限定されず、炭酸カルシウム粉末とＤＣＰＤ粉末との等モル混合物を所定形状に成形した後、１４５０〜１５５０℃の温度範囲で焼成し、これを約１００μｍ程度の平均粒径に整粒したものなどを使用することができる。
【００１３】
本発明の速硬性リン酸カルシウムセメントでは、混練液に、デキストラン硫酸塩等、各種の単糖類がポリグリコシル化し、高分子化することにより生成する多糖類を配合することもできる。この多糖類の配合により、混練液の粘性が高くなり、操作性に優れ、混練時に容易に所定の形態を付与することができるセメントとすることができる。更に、このセメントには、硫酸バリウム、次炭酸ビスマス等のＸ線造影剤を配合することもできる。
尚、上記の形態の付与とは、初期形状の付与及び補填後などにおける形状の修正、調整を併せ意味するものである。
【００１４】
また、本発明のセメントは、純水等の水によって混練した後、これのみを生体内に補填して人工骨、人工歯根等の用途に用いることができるが、セメントと水とを混練する際に、骨形成因子、抗ガン剤及び抗生物質等を添加し、薬物徐放のための担体として利用することもできる。
【００１５】
なお、ＤＣＰＤ粉末及びＤＣＰＡ粉末の比表面積が１〜５０ｍ２／ｇの速硬性リン酸カルシウムセメントでは、ＪＩＳ  Ｔ  ６６０２に準じて測定した硬化時間を、５〜２０分、特に５〜１８分、更には５〜１５分とすることができ、硬化体の濡れ圧縮強度を、５００〜６００ｋｇ／ｃｍ２、特に５３０〜６００ｋｇ／ｃｍ２、更には５５０〜６００ｋｇ／ｃｍ２とすることができる。また、ＤＣＰＤ粉末及びＤＣＰＡ粉末の比表面積が３〜１０ｍ２／ｇの範囲内であれば、７〜１１分の短時間で安定して硬化させることができ、濡れ圧縮強度も５２０〜５７０ｋｇ／ｃｍ２であって十分な強度を併せ有する優れた性能のセメントとすることができる。
【００１６】
【作用】
本発明では、セメントと混練液である水とを混練するに際し、酸を併用する必要がなく、水のみによって混練しても、実用上、十分に短かい時間で硬化させることができる。そのため、混練、硬化の過程においてｐＨがそれほど低くはならず、補填部周縁に炎症反応等を生ずることがない。また、生成する硬化体が生体組織に悪影響を及ぼすこともない。更に、本発明のセメントは、濡れ圧縮強度が大きく、且つ操作性にも優れ、混練時に容易に所定の形態を付与することができる。この形態の付与の意味は前記のとおりである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、実施例によって本発明を更に詳しく説明する。
製造例１（比表面積の異なるＤＣＰＡ粉末及びそれを用いたセメントの調製）
ＤＣＰＤ（和光純薬株式会社製、試薬特級）を１２０℃に加熱し、脱水して得られたＤＣＰＡを、それぞれ表１に記載の装置によって、表１に記載の時間粉砕し、比表面積の異なるＤＣＰＡ粉末を調製した。このＤＣＰＡ粉末とＴｅＣＰ粉末とを、ライカイ器によって３５／６５の重量比で混合し、試料番号２〜５の速硬性リン酸カルシウムセメントを調製した。尚、試料番号１のセメントでは、加熱、脱水により得られたＤＣＰＡを粉砕せず、そのまま用いたが、このＤＣＰＡとＴｅＣＰ粉末との重量比は同様に３５／６５である。また、表１において＊は第１発明の範囲外であることを表す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
製造例２（ＤＣＰＡ粉末の含有量の検討及びセメントの調製）
ＤＣＰＤ（和光純薬株式会社製、試薬特級）を１２０℃に加熱し、脱水して得られたＤＣＰＡを、遠心ミルによってエタノール中で１時間粉砕し、比表面積４．２ｍ２／ｇのＤＣＰＡ粉末を得た。その後、このＤＣＰＡ粉末とＴｅＣＰ粉末とを、表２に記載の重量比で、バイアル瓶を使用し、５時間混合して試料番号６〜１０の速硬性リン酸カルシウムセメントを調製した。表２において＊＊は第２発明の範囲外であることを表す。
尚、製造例１〜２において、各粉末の比表面積は、ユアサアイオニクス株式会社製、型式「マルチソーブ１２」を使用し、１００℃で６０分の脱気条件で測定した。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
実験例１〜１０
試料番号１〜１０の速硬性リン酸カルシウムセメントと、混練液である純水とを粉液比０．２５で混練し、硬化させ、硬化時間及び得られた硬化体の濡れ圧縮強度をＪＩＳ  Ｔ  ６６０２に準じて測定した。また、混練開始から２４時間擬似体液に浸漬して得られた硬化体について、その結晶構成相をＸ線回折によって確認した。結果を表３に示す。尚、表３において、＊は第１発明を、＊＊は第２発明をそれぞれ外れていることを表す。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
表３の結果によれば、ＤＣＰＡ粉末の比表面積が第１発明の範囲内である実験例２〜４では、硬化時間が９〜１７分であり、濡れ圧縮強度が５１０〜５４０ｋｇ／ｃｍ２であって、優れた性能のセメントが得られていることが分かる。特に、ＤＣＰＡ粉末の比表面積が４．０ｍ２／ｇ、８．３ｍ２／ｇである実験例３〜４では、より優れた性能のセメントが得られている。また、ＤＣＰＡ粉末の含有量が第２発明の範囲内である実験例７〜９では、硬化時間が１０〜１４分であり、濡れ圧縮強度が５００〜５５０ｋｇ／ｃｍ２であって、優れた性能のセメントが得られていることが分かる。
【００２４】
一方、ＤＣＰＡ粉末の比表面積が第１発明の範囲外である実験例１及び５では、硬化に長時間を要し、濡れ圧縮強度も低下していることが分かる。また、ＤＣＰＡ粉末の含有量が第２発明の下限値未満である実験例６では、硬化体の濡れ圧縮強度はそれほど低下していないものの、硬化に長時間を要し、この含有量が上限値を超えている実験例１０では、短時間で硬化するものの、濡れ圧縮強度が大きく低下している。
【００２５】
更に、ＤＣＰＡ粉末の含有量が５０重量部以下である実験例１〜９では、硬化体の結晶構成相はＨＡＰとＴｅＣＰであったが、ＤＣＰＡ粉末が５０重量部を超える実験例１０では、ＨＡＰ及びＴｅＣＰ以外にＤＣＰＡの回折ピークが観察された。このようにＤＣＰＡ粉末の含有量が第２発明の上限値を超える場合は、過剰のＤＣＰＡ粉末が未硬化のまま残留し、それによって上記のように硬化体の濡れ圧縮強度が大きく低下することが分かる。
【００２６】
【発明の効果】
第１発明によれば、純水等、水のみによって混練することにより、速やかに硬化し、優れた濡れ圧縮強度を有する速硬性リン酸カルシウムセメントを得ることができる。このセメントでは、水を添加し、混練する際に、この水に酸を加える必要はなく、ｐＨを特に低くする必要がない。そのため、硬化反応の過程において炎症反応等、生体への悪影響のないリン酸カルシウムセメントを得ることができる。