(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽に所定の大きさに整えられた動物の骨及び／又は歯を少なくとも含み、これに更に肉、皮、卵、脂質、血液及び臓器の中の一種又は２種以上を含む混合物を含む生体を入れて、陽極近傍のアノード水溶液中で生体を溶解し、溶解された成分の一部を陰極近傍のカソード水溶液中で結晶化し、その後この電解液をろ過しそのろ液を生体化合物溶解水溶液とし、残渣をハイドロキシアパタイトとすることを特徴とするハイドロキシアパタイトと生体化合物溶解水溶液の製造方法。
【請求項２】
ハイドロキシアパタイトが、ミネラル、アミノ酸、コラーゲン及びタンパク質からなる群から選ばれた一つ以上を含み、かつ生体化合物溶解水溶液がミネラル、アミノ酸、コラーゲン、タンパク質及び糖類からなる群から選ばれた一つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイドロキシアパタイトと生体化合物溶解水溶液の製造方法。
【請求項３】
電解槽の液面がカソード水溶液で覆われていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のハイドロキシアパタイトと生体化合物溶解水溶液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハイドロキシアパタイトと生体化合物溶解水溶液とを製造する方法に関し、石炭乾留や石油精製等と類似した工程で、生体を電気化学的に溶解、再結晶化し、資源化するものである。特に、ミネラル、アミノ酸、コラーゲン、タンパク質、糖類及び脂質からなる群から選ばれた一つ以上を含みかつ、ハイドロキシアパタイトを含む生体より、生体化合物溶解水溶液とハイドロキシアパタイトを同時に製造する方法に関し、全く化学薬品を用いないで生体を水溶液中で電極反応を利用して溶解、再結晶化させて微量のミネラル、アミノ酸、コラーゲン、タンパク質及び糖類からなる群から選ばれた一つ以上を含む生体化合物溶解水溶液と、微量のミネラル、アミノ酸、コラーゲン及びタンパク質からなる群から選ばれた一つ以上を含むハイドロキシアパタイトとを大量に安全かつ安価に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体を資源化する場合、必要とする生体化合物に着目して、個別な方法で溶解、抽出、焼成等がされてきた。従来から、ペプチドやハイドロキシアパタイトは生体組織に取り込まれ易く、それらの成長に不可欠の材料であるため培養液や人工骨等として、天然素材または合成された材料が用いられてきた。
【０００３】
ペプチドは、天然原料（例えばタンパク質）を化学薬品（例えばＨＣｌ）で分解したり、天然原料や合成原料を酵素を用いたバイオテクノロジーで合成されている。化学薬品を用いて、タンパク質を分解した場合には短時間に大量のペプチドが得られたが、分解反応の制御ができないため目的とするペプチドの収率が小さかった。一方、バイオテクノロジーで合成した場合には酵素反応の緻密な管理が必要となり、安価に大量にペプチドを得ることが困難であった。
【０００４】
本発明では、生体の種類と組成、支持電解質の種類、組成、濃度、電解温度と、陽極電流密度、陽極の材質・電位等の電解条件等でアノード反応を制御することにより目的とするペプチドを高い収率で得て、凝結不活性な細菌培養に用いられる細菌の栄養物質を安価に大量に得ることができた。更に、これを抽出法、電気泳動法により分離精製して、バイオテクノロジーの原料として使用することができた。
【０００５】
また、ハイドロキシアパタイトは、生体親和材料として注目されている。その製法は湿式化学的合成法が主で、これについては各種の提案がなされている。例えば、特開平４−２０９７１号では、不活性ガス中、攪拌下で水酸化カルシウムスラリーにリン酸水溶液を滴下してハイドロキシアパタイトを合成するに際し、トリス緩衝液、グッドの緩衝液などの生化学緩衝液を用いて理論組成比のＣａ／Ｐ＝１．６７のハイドロキシアパタイトを生成することが提案されている。
【０００６】
しかしながら、こうした化学合成のハイドロキシアパタイトには、生体に本来含まれている微量のミネラルが含まれておらず、生体への迅速かつ有効な利用が期待できないといった欠点があった。従って、これを義歯などの骨欠陥部補填などの医療用に使用すると、十分な生体との適合性が得られないといった問題があった。更にｐＨ制御のため、大量生産が困難で高価でもあった。
【０００７】
最近では、上記のような化学合成手段に代えて豚や牛の骨から、天然ハイドロキシアパタイトを製造する技術が開発されている。これは、牛や豚の骨を炉内で高温焼成しながら流動化して賦活させ、ガス状の水を吹き付けて骨に付着しているタンパク質や脂肪を除去する方法である。しかしながら、この方法は、骨を高温焼成するために、主成分であるハイドロキシアパタイトの結晶形態が変化して、人体への吸収性が低下するといった問題があった。
【０００８】
これを改良するものとして、特開平２−１８８４１５号が提案されている。この方法は、畜産物より得られる骨炭又は焼成骨粉を無機酸で溶解し、これを精密ろ過し、このろ液にアルカリを加えてハイドロキシアパタイトを析出させるものである。
【０００９】
しかしながら、この技術によって得られたハイドロキシアパタイトは、焼成骨粉を酸で溶解してこれにアルカリを加えて析出させたものであるから、得られたハイドロキシアパタイトはミネラルは含むもののタンパク質、アミノ酸、ペプチド等の有機化合物を含まず、人体との相溶性、吸収性が欠けるといった問題があった。
【００１０】
例えば、これらのハイドロキシアパタイトを歯磨き粉として用いた場合などは研磨性が大きく、歯肉後退やエナメル質摩耗が顕著に認められるため、歯磨き粉の研磨剤として少量しか添加することができなかった。更に、ミネラルがまったく無いため、唾液中の歯を形成する酵素がハイドロキシアパタイトを吸収し、エナメル質欠損部を回復する効果は極めて小さいといった問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、常温下で、電解槽の中に生体を入れて電極間に電流を流してミネラル、アミノ酸、コラーゲン、タンパク質及び糖類からなる群から選ばれた一つ以上を含む凝結性のない生体化合物溶解水溶液と、生体で生成される天然のハイドロキシアパタイトに極めて類似したミネラル、アミノ酸、コラーゲン及びタンパク質からなる群から選ばれた一つ以上を含む再結晶ハイドロキシアパタイトを同時に安価かつ安全に大量生産しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電解槽に所定の大きさに整えられた動物の骨及び／又は歯を少なくとも含み、これに更に肉、皮、卵、脂質、血液及び臓器の中の一種又は２種以上を含む混合物を含む生体を入れて、陽極近傍のアノード水溶液中で生体を溶解し、溶解された成分の一部を陰極近傍のカソード水溶液中で結晶化し、その後この電解液をろ過しそのろ液を生体化合物溶解水溶液とし、残渣をハイドロキシアパタイトとすることを特徴とするハイドロキシアパタイトと生体化合物溶解水溶液の製造方法である。
本発明において、ハイドロキシアパタイトが、ミネラル、アミノ酸、コラーゲン及びタンパク質からなる群から選ばれた一つ以上を含み、かつ生体化合物溶解水溶液がミネラル、アミノ酸、コラーゲン、タンパク質及び糖類からなる群から選ばれた一つ以上を含むことが好ましい。
また、本発明において、電解槽の液面がカソード水溶液で覆われていることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の態様】
図１は、この発明のペプチドとハイドロキシアパタイトの製造方法で用いられる装置の側面を示した説明図である。
図１で、１は電解槽でこの中に電解液２がある。支持電解質として生理的食塩水、海水、食塩、食酢等の食用有機酸を用いるのが好ましい。電解槽１の中の電解液２には、カソード電極３が接続されている。
【００１４】
また、電解槽１の中央部には、アノード容器４がその蓋５をつけて備え付けられ、この中にアノード電極６が付設されている。このアノード電極６は、電解槽１の外部まで突き出している電極支持体７の下部に固着されている。なお、カソード、アノードともに電極の材質はグラファイトである。ハイドロキシアパタイトの用途により陽極に、ＴｉやＰｔ、ＤＳＡ（Dimensionally Stable Anode）を使用する。
【００１５】
電極支持体７は、表面にポリエチレン等の絶縁皮膜を施したグラファイトやＴｉである。アノード容器４は、その側面や底面に小孔８、９を設けておく。また、アノード容器４の中には原料の生体（混合物）１０を多数個充填しておく。ここに用いる原料は畜産廃棄物である豚、牛などの骨、歯、皮、肉などを０．３ｇから３０ｇ程度に小さく破砕したものや、市販骨粉を篩別し水洗して用いる。
【００１６】
アノード容器４は、電解槽１の電解液２（カソード溶液）の中に沈めて保持される。アノード容器４の上部から電極支持体７が突出するが、アノード容器４の蓋５の電極支持体貫通部にはパッキン１１を嵌挿して、電解中に陽極より発生したガスがこの貫通部を通って集中的に大気に出ないようにする。
【００１７】
この状態にして通常電極間に直流１０Ｖを印荷し、１０Ａの電流を通電して１６０時間保持する。すると、アノード容器４の中の生体１０は分解され、カソード３で電解液は褐色を帯びて、この電解液の中に微細な粒子が多数浮遊し、やがて放置するとこれらが底部に沈殿した状態となる。この状態になったら通電を止め、ポンプなどで電解槽１から電解液２を抜き取る。
【００１８】
抜き取ったこの電解液２を静置し直ちに沈降する未反応生体、電解槽液面に浮遊する少量の脂質を取り除く。その後微細な粒子を含んだ電解液２をろ過して、ペプチドを主成分とする生体化合物溶解水溶液とハイドロキシアパタイト粒子を分離する。このようにしてろ液から生体化合物溶解水溶液が得られる。生体化合物溶解水溶液を培養液に使用するときには、支持電解質を除く必要がある。生理的食塩水を電解液として電解すれば、その電解液はそのまま細菌の栄養物質を含む細菌培養液として使用が可能である。
【００１９】
一方、ろ過された微細な粒子にも水を加え攪拌、静置し上澄み液を取り除く。この操作を繰り返すことによって、微細な粒子の表面に付着したアミノ酸、コラーゲン、タンパク質、脂質及び糖類からなる群から選ばれた一つ以上および支持電解質が取り除かれる。次に、この液をろ布でろ過しペースト状の残渣を回収する。これを１週間以上自然乾燥して、塊状のハイドロキシアパタイトを得る。高濃度の生体化合物溶解水溶液を得るためには、ペプチドを含むろ液を繰り返し、電解に用いることにより容易に可能である。
【００２０】
【実施例】
図１に示す電解装置と同じ装置を用いて、生体を原料として、生体化合物溶解水溶液とハイドロキシアパタイトの製造を行った。図１で、１はポリプロピレンの電解槽で容積が２５ｌのものである。また、アノード容器もポリプロピレン製で容積が９ｌのものを用いた。
【００２１】
原料の生体は、市販の骨粉を１ｍｍ〜１０ｍｍに篩別したものや、豚の骨をほぼ５〜５０mm（角）に粉砕したものを１０ｋｇと、牛のスジ肉１ｋｇを用いた。電解液には２〜２０％の食塩水溶液を用いた。１６０ｈｒ通電終了ごとに電解液をろ過し、支持電解質と水を補充しながらろ液を再使用し、６４０ｈｒ通電毎に交換し、適宜な量の生体原料をアノード容器内に補充しながら、ＤＣ約１０Ｖを印荷し１０Ａを６ケ月間（４，１６０ｈｒ）断続的に通電した。歯や骨以外のハイドロキシアパタイトを含まない種々の生体は、カソード水溶液に直接投入した。電解が終了した時点、又は１６０ｈｒ通電毎にポンプで電解液を抜き取って別の容器に移した。
【００２２】
この液の上部に浮遊する細かいスジ肉や脂質、さらに沈降している未反応骨を取り除いてから、ろ過してペプチドを主成分とする生体化合物水溶液とハイドロキシアパタイトの浮遊沈澱微細粒子を得た。このろ液は、その後前述の条件で支持電解質、電解液として５回繰り返して使用したところ、最終的に約３０重量％ペプチド水溶液２０ｌが得られた。これ以上電解液を繰り返して高濃度のペプチド水溶液を電解液として使用すると、ハイドロキシアパタイトの収率が低下することが判明した。
【００２３】
電解液にマグネシウム、カリウムのミネラルを多く含んだ生体をアノード容器内に添加するとハイドロキシアパタイトのミネラル含有率は増大した。貝殻をアノード容器内に加えたり、電解中にカーボンパイプで空気やＣＯ2 を吹き込んで電解液を攪拌するとアミノ酸、コラーゲン及びタンパク質からなる群から選ばれた一つ以上を含む炭酸アパタイトが得られた。筋肉、肝臓、鶏卵、豚足、挽肉、血液、海草を直接カソード溶液に加えると、電解液表面に微細な泡の層が形成され、陽極ガスとカソード溶液の接触が十分に行われた。
【００２４】
電解液中の微細な粒子、浮遊沈澱は、前述のとおりろ過され、その残渣に２０ｌの水を加え攪拌後静置２時間以上して上澄み液を除去した。この操作を１０回繰り返した。その後、ろ布でろ過し残渣を１週間以上自然乾燥して塊、粉末状のハイドロキシアパタイトを得た。このハイドロキシアパタイト１２９ｇを、１００℃、３００℃、７００℃で１ｈｒ熱処理すると、それぞれ１２０ｇ、９９ｇ，９１ｇに減量した。熱処理したこのハイドロキシアパタイトを再び大気中に５ｈｒ放置すると、吸湿して約４ｇ増加した。
【００２５】
加熱減量率は、製造条件により異なり自然乾燥後の１００℃、３００℃、７００℃熱処理後の減量率は、それぞれ次のような範囲にあった。
自然乾燥  〜１００℃      減量率：  ４〜  ８％
１００    〜３００℃      減量率：１１〜２０％
３００℃  〜７００℃      減量率：  ４〜  ９％
ハイドロキシアパタイトの収量は０．５〜１．５（ｋｇ／１６０ｈｒ）であった。これをＸ−線回折したところ第１表のとおりであった。また、これらを図２に示した。これより報告されている豚骨のピーク強度と合成されたハイドロキシアパタイトのピーク強度は良い一致を示した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば凝結不活性なペプチドを主成分とする生体化合物水溶液とミネラル、アミノ酸、コラーゲン及びタンパク質からなる群から選ばれた一つ以上が含まれる動物の骨や歯のような天然のハイドロキシアパタイトに類似した再結晶ハイドロキシアパタイトが同時に少量の電気量で、極めて容易にかつ化学薬品や金属をまったく用いること無く安全に得られるようになった。
【００２８】
また、ペプチドを主成分とする生体化合物溶解水溶液は従来Ｔｒｙｐｔｏｎｅなどを用いてきた細菌培養液の代替えができ、凝結性の問題が解決され安価に大量培養が可能となった。さらに、これらのペプチド水溶液は経皮吸収されて、アレルゲンとして作用し吸収部分の皮膚に水泡を生じることがあるが、食べ物や飲酒・喫煙などの嗜好の変化をもたらすことができた。
【００２９】
また、従来の天然ハイドロキシアパタイトの製造のように原料を焼成していないので、得られたハイドロキシアパタイトは水分を含み、さらにミネラル、アミノ酸、コラーゲン及びタンパク質からなる群から選ばれた一つ以上が含まれていて、人体との相溶性、吸収性に優れたものとなっている。
【００３０】
このため、例えば添加物の全く無いこのハイドロキシアパタイト粉やペーストをそのまま歯磨き粉や洗顔剤（パック）などに用いることが可能となる。一切の添加物を加えること無くそのまま歯磨きに使用した場合、このハイドロキシアパタイトを濡らした歯ブラシに付けてブラッシングすることにより、歯のエナメル質やセメント質表面部分に付着しているタバコの脂や歯垢などが簡単に取り除かれる。
【００３１】
さらに、歯の付け根や裏側、歯間の歯石なども徐々に剥離する。虫歯などで生じた歯の孔底部に、このハイドロキシアパタイトを唾液で練ったペーストを詰めると、孔底部がコーテイングされて冷水などの刺激に対して緩和される。
【００３２】
特に、このハイドロキシアパタイト粉末を濡らした軟質な獣毛の歯ブラシにつけて朝晩３分間ブラッシングすると、歯槽膿漏部が治癒され数日から１週間で歯肉の盛り上がりが認められる。ブラッシングし、口をすすいだ後この粉末を適量口に含ませると、この効果はより顕著に認められる。
【００３３】
洗顔剤（パック）として用いた場合、顔面や手足などの体表面の脂質を極めて良く吸収し、皮膚の血行を旺盛にし、さらに手などの皮膚で顔面や体表面を摩擦することにより、角質層が容易に除去され皮膚に張りが生じてきてシワがなくなって肌がスベスベするという点で大変に好ましいものとなる。特に化学薬品などの化粧品を落すことは、少量で１回の洗顔も完璧にできる。
【００３４】
頭皮に塗布すると、毛髪の脂質が吸収され微細なハイドロキシアパタイトの結晶が毛髪表面に付着するので、櫛が通らなくなる程であるが、毛髪の無い頭皮部分や毛髪の少ない頭皮に塗布すると、頭皮の脂質は取り除かれ血行が良くなってくる。継続すると毛髪の少ない部分の抜け毛が防止できるだけでなく、新たな毛髪の成長が期待できる。
【００３５】
止血された切創部や火傷部に、このハイドロキシアパタイトのペーストを塗布すると切創部に密着し、患部を乾燥させて感染を防止しながら回復を助長することが期待できる。種々の皮膚炎にも効果的で、塗布、ハイドロキシアパタイトを入れた風呂の入浴で、かゆみ等は完全になくなり患部は乾燥され、雑菌の抑制作用があるため、治癒期間が短縮される。
【００３６】
一方、食品に添加する場合、例えばパンを作る際小麦粉にハイドロキシアパタイトを添加したとき、従来のハイドロキシアパタイトが均質に分散されないのに対して、極めて良好に分散されるため、添加率を大きくすることが可能であり、食べ易くなるという優れた特徴をもっている。直接摂取すると骨密度の増大が期待できる。生体内で、このハイドロキシアパタイト成形体は良好な生体活性を示す。
【００３７】
松柏等の盆栽用肥料として、粒状又は塊状のハイドロキシアパタイトを用土に加えると、この表面で微生物が生長し、徐々にハイドロキシアパタイトを溶解するため、遅効性肥料として骨粉に比べて少量で済み、管理がし易い特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明で用いる一実施例の装置の側面を示した説明図。
【図２】この発明で得られたハイドロキシアパタイトのＸ線チャート
【符号の説明】
１……電解槽、２……電解液、３……カソード電極、４……アノード電極、５……アノード容器蓋、６……アノード電極、７……電極支持体、８，９……小孔、１０……原料の生体、１１……パッキン。
【図１】
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【図２】
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