JP2759147B2 - セラミツク多孔体の製造方法 - Google Patents

セラミツク多孔体の製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミックインプラント材の製造方法に関
するものである。 〔従来の技術〕 セラミック多孔体は、生体適合性が良く機械的強度も
比較的大きいことから人工歯根、人工骨などの生体硬組
織代替材料としてのセラミックインプラント材に使用さ
れてきている。 孔径50μ以上の多孔体と骨を接触させると新生骨が侵
入する。他方、孔径の大きな多孔体は機械的強度が低
い。この問題を解決するための一方法として、特開昭49
−109407号公報(引例1)には金属あるいは緻密室セラ
ミック物質と多孔性セラミック物質とから構成される骨
の補綴部材の製法が提案されている。この方法は、一定
寸法のセラミック物質の顆粒をその焼結温度以下に加熱
し、ついで少なくとも約1トン/cm2の圧力で圧縮して
圧縮塊状物となし、さらに前記塊状物を焼結することを
特徴とするものであって、金属との組合せの場合は、塊
状物で焼結したのち鋳型内に設置して金属を鋳造するこ
とによって金属ロッドに固定され、セラミック物質との
組合せの場合は、焼結前の上記塊状物と、別途製造した
孔のないセラミック物質のための圧縮塊状物とを一緒に
圧縮したのち焼結することによって一体化される。多孔
体の孔の半径は100〜200ミクロンで多孔度は30%である
と記載されている。他の方法として実公昭56−34731号
公報(引例2)には単結晶アルミナの芯棒の周囲に多孔
質のアルミナセラミックを固着せしめた骨内インプラン
ト材が提案されている。この方法は、まずセラミック粉
末と焼失性材料とが混合され、圧粉成形ののち焼成して
多孔体を得る。つぎに芯体であるアルミナ単結晶の外殻
に上記多孔体を接着剤を介して、あるいはねじどめによ
り固着する。多孔体の口径は0.2〜0.7mm中であると記載
されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 引例1においては、直径0.5〜1.5mmアルミナ顆粒を焼
結温度以下で加熱後、圧縮塊状物を焼結することで多孔
体を得る方法であるので、直径が0.5〜1.5mmのアルミナ
顆粒が必要であること、アルミナ顆粒の予備焼成を要す
ること、圧縮のために1〜4トン/cm2の圧力を要する
ので大型のものや複雑形状のものに適用し難いことなど
の問題点がある。引例2においては、セラミック粉末と
焼失性材料とが混合され、圧粉成形ののち焼成して多孔
体を得る方法であるので、圧粉成形体の中の焼失性材料
の位置を制御することができず、従って焼成後の多孔体
中の孔が独立気孔か連続気孔か、また気孔の大きさある
いは方向を制御することができない。即ち、多孔体中の
気孔の大きさ・方向を制御することが可能で、特別な装
置を要しない成形方法は解決すべき課題であった。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、構造の制御された熱分解性物質多孔体
の空間部分にセラミック粉末の泥しょうを満たした後に
焼成すれば、気孔の大きさおよび方向の制御されたセラ
ミック多孔体が得られるとの構想のもとに鋭意検討を重
ねた結果、本発明の完成に至ったものである。 本発明は、表面に多孔体の層を有するセラミックイン
プラント材の製造方法であって、厚み方向に1〜3層の
熱分解性物質を三次元的に連結した熱分解性物質多孔体
と、セラミック基材を接触または近接して配置し、該セ
ラミック基材と同質のセラミック粉末の泥しょうでセラ
ミック基材と多孔体間および多孔体の空間部分を満たし
たのち、加熱焼成するセラミックインプラント材の製造
方法にかかるものである。 以下本発明について詳述する。 本発明において使用される熱分解性物質としては、セ
ラミックの焼結温度までに熱分解、燃焼または昇華して
焼失し、灰分を残さないものかまたは灰分が人体に無害
なものであり、その例として合成樹脂、天然樹脂、パラ
フィン、ワックスなどがある。 本発明における熱分解性物質多孔体は、隣接する構成
単位が連結部分と空間とを共有する三次元連結構造を有
するもので、構成単位としては球状、粒状、多角形、繊
維状あるいはこれらの多少変形したものなどの形状を有
するもので、隣接する構成単位が部分的に連結されて三
次元に連なり、かつ隣接する構成単位の間に空間が存在
してこの空間が三次元に連なる構造を有する。連結の方
法は例えば融着、接着など通常の方法でよい。連結の程
度は、用途により異なるので目的とする多孔体の平均孔
径、空孔率等を考慮して適宜きめることができ、厚み方
向は1〜3層であり、これより多層になると奥の方まで
清掃・滅菌するのが困難になる。構成単位の大きさはセ
ラミック多孔体としての気孔の大きさによって決まるが
通常0.05〜1.5mm程度、連結部分の大きさは通常0.01〜
0.5mmが好ましい。インプラント材の場合、これらの大
きさは、造骨細胞の侵入しうる大きさによって下限が定
まり、また余りに大きいと強度が低下するので上限が定
まる。多孔体の形状は、平板、円筒、半球状など目的に
応じて適宜決めることができる。 本発明のセラミックインプラント材の製造において使
用するセラミック基材としては、アルミナ、ジルコニ
ア、三燐酸カルシウムまたはヒドロキシアパタイトが好
ましく、所望のインプラントの形状に成形されたもの、
または成形後に焼成された焼結体である。セラミック粉
末の泥しょうはセラミック粉末、バインダーおよび分散
媒からなる泥しょうである。 セラミック原料粉体としてはアルミナ、ジルコニア、
三燐酸カルシウムおよびヒドロキシアパタイトが生体に
対する為害性がないので好ましい。 セラミック原料粉体の粒径は5μ以下好ましくは1μ
以下のものである。粒径が小さいほど焼結性にすぐれ、
かつ泥しょうの安定性が良いので好ましい。バインダー
および分散媒は、溶解により溶液となる組合せによって
選択し、当業者の周知のものが使用できる。その例とし
て、分散媒が水の場合はポリビニルアルコール、ポリエ
チレンオキシド、ヒドロキシエチルセルロースなどがあ
り、非水溶媒の場合はポリビニルブチラール、ポリメチ
ルメタクリレート、セルロースアセテートブチレートな
どがある。泥しょうの調製法は周知の方法が採用でき、
バインダーの溶液にセラミック粉体を混合してよく分散
させて調製する。バインダーおよびセラミック粉体の濃
度は泥しょうの粘度を支配する重要な因子である。 泥しょうの粘度は前述の三次元連結構造である多孔体
の空間部分にセラミック粉末の泥しょうが浸透しうる程
度のものであって、前述の構成単位の大きさ、連結部分
の大きさを考慮して5〜1000センチポイズ程度の範囲で
適宜決めればよい。 セラミック粉体濃度は15〜60重量%が望ましく、バイ
ンダー濃度は重量2〜20%(セラミックに対して)が望
ましいが、両者の組合せによって粘度が決まるので上記
の濃度に限定されるものではない。 セラミックインプラント材の製造方法は熱分解性物質
多孔体とセラミック基材とを接触させるか少し離して配
置し、セラミック基材と同質のセラミック粉末の泥しょ
うで多孔体とセラミック基材の間および多孔体の空間部
分を満たした後、乾燥して成形体を得る。得られた成形
体を周知の方法で加熱して脱バインダーおよび焼成す
る。 構造の制御された熱分解性物質多孔体の空間部分にセ
ラミック粉末の泥しょうを満たしたのち焼成することに
よって、熱分解性物質を焼失させて気孔の大きさおよび
方向の制御されたセラミック多孔体が得られる。 〔発明の効果〕 本発明の方法によれば、気孔の大きさおよび方向の制
御されたセラミック多孔体およびセラミック多孔構造を
表面に有するセラミック成形体が特殊な装置を用いずに
容易に製造できる。 このセラミック成形体はインプラント材、過材等に
使用することができる。 特にインプラント材として用いた場合、該インプラン
ト材は埋入後に多孔構造に新生骨が侵入し、インターロ
ッキング効果によって骨との固着性に優れる。また多孔
構造の強度が高く、かつ滅菌または清掃の点でも著しく
改善されたものである。 〔実施例〕 以下本発明の一例を実施例により説明する。なお実施
例において“部”は重量部である。 実施例1 直径35mmの1,000メッシュの金網に直径0.5mmのポリス
チレンビーズ(住友化学工業(株)製、エスブライト
ビーズT−8K″)を堆積層数が3層となるように注入し
た。これにメチルエチルケトンとエタノールの混合溶剤
(容積比7:3)を堆積層をくずさないように注入し、直
ちに吸引過した。この操作を2回くり返した。自然乾
燥後、グラスフィルターからくり出したポリスチレンビ
ーズはビーズ間が接着されて全体がブロック状に連結さ
れ、かつビーズ間に空間も存在する多孔体であり、寸法
は直径32mm厚さ7mmであった。板状パラフィンで直径32m
m深さ15mm厚さ15mmの石膏型の中に上記ポリスチレン多
孔体をおき、これに次の組成のアルミナ泥しょうを鋳込
み成形した。 アルミナ(住友化学工業(株)製、AKP−20、粒径0.6
μ) 100部 ポリビニールアルコール(重合度約500) 2部 Mg(No32・6H2O 0.3部 水 67部 乾燥後脱枠し、500℃に加熱してポリスチレンを熱分
解したのち、1600℃1時間加熱してアルミナを焼結させ
た。得られたアルミナ多孔体は直径約0.4mmの球状空孔
を有し、更に空孔間を連結する直径0.04〜0.06mm空孔を
有するものであった。 実施例2 ガラス平板で50mm×50mm×深さ10mmの型枠をつくり、
底板上に紙を敷き、この中に直径0.3mmのポリメチルメ
タアクリレートビーズ(住友化学工業(株)製スミペッ
クス−B MH)を堆積層が3層となるように注入した。
これに、ポリメチルメタアクリレートの10%クロロホロ
ム溶液を上層のビーズが一様に濡れる程度に注入し、自
然乾燥した。 脱枠後のポリメチルメタアクリレートビーズはビーズ
間が接着されて全体がブロック状に連結され、かつビー
ズ間に空間も存在する多孔体であり、寸法は50mm×50mm
×厚さ1mmであった。板状パラフィンで50mm×50mm×深
さ10mmの石膏型の中に上記ポリメチルメタアクリレート
多孔体をおき、これに次の組成のヒドロキシアパタイト
泥しょうを鋳込み成形した。 ヒドロキシアパタイト(粒径0.05〜2μ、Ca/p=1.67) 100部 ポリビニルアルコール(重合度約500) 2部 水 67部 乾燥後脱枠し、350℃に加熱してポリメチルメタアク
リレートを熱分解したのち、1100℃1時間加熱してアル
ミナを焼結させた。得られたヒドロキシアパタイト多孔
体は直径0.25mmの球状空孔を有し、更に空孔間を連結す
る直径0.03〜0.05mmの空孔を有するものであった。 実施例3 寸法50mm×70mm×深さ5mm×厚み15mmの石膏型に実施
例1のアルミナ泥しょうを鋳込み、中央に寸法30mm×50
mm×深さ2mmの凹部を有する成形体を得た。この凹部
に、直径1mmのポリスチレンを実施例1の方法で処理し
て得た寸法30mm×50mm×厚さ2mmのポリスチレン多孔体
をおき、これに実施例1と同様にアルミナ泥しょうを鋳
込んだ。乾燥後脱枠し、加熱処理を行った。アルミナ緻
密焼結体の表面にアルミナ多孔体が形成された。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.表面に多孔体の層を有するセラミックインプラント
    材の製造方法であって、厚み方向に1〜3層の熱分解性
    物質を三次元的に連結した熱分解性物質多孔体と、セラ
    ミック基材を接触または近接して配置し、該セラミック
    基材と同質のセラミック粉末の泥しょうでセラミック基
    材と多孔体間および多孔体の空間部分を満たしたのち、
    加熱焼成することを特徴とするセラミックインプラント
    材の製造方法。 2.多孔体が球状、粒状、および/または繊維状物質の
    三次元連結構造体である特許請求の範囲1項記載の製造
    方法。 3.多孔体が直径50〜1500ミクロンの球状、粒状および
    /または繊維状物質の三次元連結構造体である特許請求
    の範囲第1項記載の製造方法。 4.セラミックがアルミナ、ジルコニア、三リン酸カル
    シウムまたはヒドロキシアパタイトである特許請求の範
    囲1、2または3項記載の製造方法。
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