JP2509254B2 - アパタイト被覆体の製造方法 - Google Patents

アパタイト被覆体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は,アパタイト被覆体の製造方法に関する。特
に,整形外科,口腔外科等の外科分野において,人工歯
根,人工骨等の骨修覆用充填材として有用なハイドロキ
シアパタイトの被膜を有する生体材料が極めて容易に得
られるアパタイト被覆体の製造方法に関する。
[従来の技術] 今日まで,歯科,整形外科分野において,生体材料と
して,有用なハイドロキシアパタイト被膜で金属或いは
セラミックスに被覆しようとする種々の試みが成されて
きた。そのような従来のアパタイト被覆体の製造方法
は,プラズマ容射法,スパッタリング法,固相接合法等
が知られる。然し乍ら,これらの方法は,いずれも高価
な装置を必要とする上に,アパタイト被覆体が基材に付
着よく被覆しないため,生体内でアパタイト被覆体が剥
離するという問題がある。
従って,従来の方法で製造したアパタイト被覆体の場
合,コストが高価となるばかりでなく,生体材料として
満足できるものではなかった。
[発明が解決しょうとする問題点] 本発明の技術的に解決するための課題は,付着性にす
ぐれ,生体親和性にすぐれたアパタイト被覆体の製造方
法を提供することにある。従って,本発明の目的は,生
体内で被覆体が剥離するということがなく,安全性が高
く,生体毒性がないアパタイト被覆体を提供することで
ある。また,本発明の目的は,生体への適応性にすぐ
れ,かつ骨修復材として有用なアパタイト被覆体の製造
方法を提供することである。。また,本発明の目的は,
骨修復の際に,生体による適応する賦形性がすぐれ,同
時に引っ張り付着強度にもすぐれるアパタイト被覆体を
提供することである。
[発明の構成] [問題点を解決するための手段] 本発明によるアパタイト被覆体の製造方法は、上記の
技術的な課題を解決するために、カルシウムと燐のモル
比が1.66〜1.68であるハイドロキシアパタイトを1350℃
以上の高温で脱水熱分解させ、粉砕して得た、燐酸三カ
ルシウム[α−Ca3(PO4]と燐酸四カルシウム[Ca
4O(PO4]の混合物に、水若しくは酸及び塩類を少
なくとも1種を添加した水で混練して、混練物を得、該
混練物を金属表面あるいはセラミック表面に塗布し、水
和反応により硬化させ、ハイドロキシアパタイト被覆体
を得ることを特徴とするハイドロキシアパタイト被覆体
の製造方法である。そのハイドロキシアパタイト被覆体
を、更に、高温蒸気反応槽中で水熱処理することが好適
である。また、そのハイドロキシアパタイト被覆体を、
50〜1300℃の温度範囲で熱処理すると、より付着強度の
すぐれたハイドロキシアパタイト被覆体を得ることがで
きる。更に、得られたハイドロキシアパタイト被覆体が
多孔質ハイドロキシアパタイトであり、このハイドロキ
シアパタイト被覆体のカルシウムと燐のモル比は、1.66
〜1.68であるものが好適である。そして、得られたハイ
ドロキシアパタイト被覆体の気孔率が30〜80%であるも
のが好適である。
本発明によるアパタイト被覆体の製造方法は,燐酸三
カルシウム[α−Ca3(PO4]と燐酸四カルシウム
[Ca4O(PO4]の混合物に,水若しくは酸及び塩類
を少なくとも1種添加した水で混練し,金属或いはセラ
ミックスなどの材料に塗布し,水和反応により硬化さ
せ,生体内で使用することのできるアパタイト被覆体を
得ることにである。
この製造に用いる燐酸三カルシウムと燐酸四カルシウ
ムからなる混合物は,カルシウムとリンのモル比が1.66
〜1.68であるハイドロキシアパタイトを1350℃以上の高
温で脱水熱分解させ粉砕したものが好適である。
この原料ハイドロキシアパタイトを,大気中好ましく
は窒素若しくはアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で1350
℃以上,より好適には1500℃以上の高温で達水熱分解さ
せることにより,得られる燐酸三カルシウムと燐酸四カ
ルシウムの混合物を本発明で用いられる材料の主成分と
する。即ち,燃焼温度が1350℃以下では,完全に分解反
応を起こさせ,ハイドロキシアパタイトを含まない燐酸
三カルシウムと燐酸四カルシウムの混合物を得ることが
できない。
このような原料ハイドロキシアパタイトは,公知の湿
式法で製造できる。
本発明に用いる主成分粉体は,上記のハイドロキシア
パタイトを高温で脱水熱分解したものを粉砕したもので
ある。得られた粉体では,燐酸三カルシウムと燐酸四カ
ルシウムは均一に分散混合されており塗布したとき均一
な反応が生じ,均一なハイドロキシアパタイトの生成が
認められ,硬化時間の調整が容易であり,被覆体賦形性
に優れている。
本発明に用いる上記の燐酸カルシウム混合物は,ハイ
ドロキシアパタイトを高温で脱水熱分解したものを粉砕
したものであるため,燐酸三カルシウムと燐酸四カルシ
ウムは均一に分散混合されており,塗布したとき均一な
反応が生じ,均一なハイドロキシアパタイトの生成が認
められ,そのために,硬化が容易であり,かつ賦形性に
優れているものである。これに対して,従来用いられた
乾式法で得られる燐酸三カルシウムと燐酸四カルシウム
を混合した燐酸カルシウムでは,反応速度が異なるた
め,塗布したときに,均一な反応が起こらず,反応硬化
時間の調整や被覆体賦形性の点で満足するものが得られ
なかった。
この本発明で用いられる燐酸カルシウム混合物粉体の
原料として,カルシウムと燐のモル比が,1.66〜1.68で
あるハイドロキシアパタイトを用いる理由は,熱分解し
て得られるα−Ca3(PO4とCa4O(PO4の割合が
2対1の時,水和反応後ハイドロキシアパタイトを完全
に生成することができるためである。即ち,Ca/P比が1.6
6以下では,熱分解物のα−Ca3(PO4の割合が多く
なり,水和反応後のアパタイト硬化被覆体はカルシウム
欠損型のアパタイトとなる。亦,1.68以上では熱分解物
の中に酸化カルシウムが含まれ,この酸化カルシウムは
生体材料として使用する際に刺激が強く作用することが
できなく臨床適用に困難をきたすものとなる。以上の理
由によりCa/P=1.66〜1.68とした。この本発明に用いら
れる燐酸三カルシウムと燐酸四カルシウムからなる混合
物は,上記のようなハイドロキシアパタイトを焼成し,
脱水熱分解後に,粉砕機を用いて粉砕し,特に88μm以
下の粒径に粒度調整することが好ましい。88μmより粒
度が大きければ,アパタイト熱分解物を金属或いはセラ
ミックス材料の上に塗布した時に,塗りムラが生じ易い
ためである。
本発明の製造方法によると,このように得られた燐酸
三カルシウム[α−Ca3(PO4]と燐酸四カルシウム
[Ca4O(PO4]の混合粉体に,水若しくは,酸及び
塩基を少なくとも1種添加された水で混和し,金属或い
はセラミックス体などの材料体の上に塗布し,水和反応
により硬化させて,アパタイト被覆体を得る。この場
合,本発明により,用いられる酸は,塩酸,硫酸,硝
酸,燐酸等の無機酸,若しくは,クエン酸,リンゴ酸,
ギ酸,乳酸,マロン酸などの有機酸が挙げられる。更
に,本発明に使用できる塩類は,塩化ナトリウム,硫酸
ナトリウム,燐酸ナトリウムなどの無機塩,酢酸塩,ク
エン酸塩,ギ酸塩,乳酸塩などの有機酸塩がある。
本発明によれば,このようにして得られたアパタイト
被覆体を更に高圧上記反応槽中で水熱処理することによ
り,より高強度で,高い付着力を有するアパタイト被覆
体が得られる。この水熱処理は,温度120℃以上,水蒸
気圧1.2kgf/cm2以上の条件が好適である。
亦,更に,本発明によれば,上記のようにして水和反
応により硬化させて得られたアパタイト被覆体を50℃〜
1300℃の温度範囲において熱処理することにより,より
高い強度を有し,より付着力の高いアパタイト被覆体を
得ることができる。
このように,本発明の製法で得られるアパタイト被覆
体は,燐酸三カルシウム[α−Ca3(PO4]と燐酸四
カルシウム[Ca4O(PO4]の混合粉体を水若しく
は,酸及び塩類を少なくとも1種添加した水で混和した
後,水和反応により硬化させて得るために,多孔性ハイ
ドロキシアパタイトとなる。水,又は酸及び/或いは塩
類を添加した水で混練する場合,該粉体と水との比率
は,1.0〜5.0の範囲が好適である。即ち,この比率範囲
の外では,均一に塗布できないためである。
この混和比率範囲で,得られる本発明によるアパタイ
ト被覆体は,その気孔率が30〜80%である。
また,本発明による製造されるアパタイト被覆体は,
以上の製造方法によるために,その含有するカルシウム
とリンのモル比が1.66〜1.68であるハイドロキシアパタ
イトである。
本発明による得られるアパタイト被覆体は,生体親和
性に著しくすぐれ,被覆強度のすぐれた材料であり,例
えば,人工関節ステム部への被覆材料,人工歯根部への
被覆材料などに適用できる。
次に本発明によるアパタイト被覆体の製造方法を具体
的に実施例により説明するが,本発明はそれによって限
定されるものではない。
[実施例1] 燐酸三カルシウムと燐酸四カルシウムの混合物の製造 公知の(水酸化カルシウム懸濁液に燐酸を滴下する)
湿式法により,水酸化カルシウムスラリーにリン酸水溶
液を滴下してカルシウムとリンのモル比が1.66のハイド
ロキシアパタイトを合成し,濾過洗浄した後,凍結乾燥
し,粒径150μm以下のハイドロキシアパタイト粉末を
得た。そして,このハイドロキシアパタイト粉末をアル
ゴンガスで置換した電気炉中で1500℃,10時間,脱水熱
分解させた。この熱分解物をX線回折により同定し,生
成相が燐酸三カルシウム[α−Ca3(PO4]と燐酸四
カルシウム[Ca4O(PO4]であることを確認した。
次に,この熱分解物を小型ポットミルにより粉砕し,88
μm以下の粒度に調整した。
[実施例2] 本発明によるアパタイト被覆体の製造 実施例1で製造した燐酸三カルシウムと燐酸四カルシ
ウムの混合物粉末と蒸溜水を粉末対液の重量比2.0で1
分間混練し,この混練物を,5重量%NaOH溶液で,80℃,10
分間洗浄し,次に,20重量%H3PO4溶液で,80℃,30分間洗
浄処理したステンレス鋼板上に,ドクターブレード法に
よって,塗布し,その後,50℃で湿度保持気中で,24時間
養生して,アパタイト被覆体を得た。
このアパタイト被覆体は,ステンレス鋼板との間の引
張り付着強度は,11kgf/cm2であった。また,そのアパタ
イト被覆体の気孔率は,45%であった。そして,このア
パタイト被覆体についてX線回折により同定すると,す
べてハイドロキシアパタイトであった。
[実施例3] 本発明によるアパタイト被覆体の熱処理 実施例2で得たアパタイト被覆体を,150℃,5kgf/cm2
の圧力の高圧蒸気反応槽中で,5時間水熱処理をした。こ
の水熱処理したアパタイト被覆体のステンレス鋼板に対
する引張り付着強度は,32kgf/cm2であった。
[発明の効果] 本発明のアパタイト被覆体の製造方法は,燐酸三カル
シウム[α−Ca3(PO4]と燐酸四カルシウム[Ca4O
(PO4]の混合物に,水若しくは,酸及び/或いは
塩類を添加した水で,混和し,金属面或いはセラミック
ス面に塗布し,水和反応により硬化させたアパタイト被
覆体を被覆させるもので,従来の製造方法のような高価
な装置を必要とせず,しかも,極めて容易にアパタイト
被覆体を得ることのできる製造方法を提供するものであ
る。また,付着強度の高く,金属板面に引っ張り付着強
度のすぐれたアパタイト被覆体を作製することのできる
方法を提供するものである。以上のような種々の顕著な
技術的効果が得られた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宍倉 勉 千葉県千葉市源町208番3号 (56)参考文献 特開 昭62−91479(JP,A) 特開 昭62−221359(JP,A) 特開 昭63−24952(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カルシウムと燐のモル比が1.66〜1.68であ
    るハイドロキシアパタイトを1350℃以上の高温で脱水熱
    分解させ、粉砕して得た、燐酸三カルシウム[α−Ca3
    (PO4]と燐酸四カルシウム[Ca4O(PO4]の混
    合物に、水若しくは酸及び塩類を少なくとも1種を添加
    した水で混練して、混練物を得、該混練物を金属表面あ
    るいはセラミックス表面に塗布し、水和反応により硬化
    させ、ハイドロキシアパタイト被覆体を得ることを特徴
    とするハイドロキシアパタイト被覆体の製造方法。
  2. 【請求項2】前記ハイドロキシアパタイト被覆体を、更
    に、高圧蒸気反応槽中で水熱処理することを特徴とする
    特許請求の範囲第1項のハイドロキシアパタイト被覆体
    の製造方法。
  3. 【請求項3】前記ハイドロキシアパタイト被覆体を、50
    〜1300℃の温度範囲で熱処理することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項のハイドロキシアパタイト被覆体の製
    造方法。
  4. 【請求項4】得られたハイドロキシアパタイト被覆体
    は、多孔質ハイドロキシアパタイトであり、このハイド
    ロキシアパタイト被覆体のカルシウムと燐のモル比は、
    1.66〜1.68であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項のハイドロキシアパタイト被覆体の製造方法。
  5. 【請求項5】得られたハイドロキシアパタイト被覆体の
    気孔率は、30〜80%であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項のハイドロキシアパタイト被覆体の製造方
    法。
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JPS62221359A (ja) * 1986-03-24 1987-09-29 ペルメレツク電極株式会社 リン酸カルシウム化合物被覆チタン複合材とその製造方法
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