JP2934090B2 - 生体インプラント材料 - Google Patents
生体インプラント材料Info
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Description
料(インプラント材料)において、特に機械加工性及び
生体親和性に優れたインプラント材料に関するものであ
る。
優れ、その焼結体は骨、歯に置換される生体材料として
使用されることが知られている。
μm〜数百μmの連続気孔を有するリン酸カルシウム系
多孔質インプラント材料が使用されているが、極めて強
度が低い。
くかつ高強度なリン酸カルシウム焼結体の製造方法とし
て、特公昭60−25383号公報において、カルシウ
ム/リンの原子比が1.4〜1.75のリン酸カルシウ
ム塩を主体とする粉末に、焼成後のリン酸カルシウム成
分に対して0.1〜15重量%のリン酸を添加混合し、
焼結する方法により、常圧焼成法において、強度の高い
緻密質リン酸カルシウム焼結体を提供した。
て、カルシウム/リン原子比1.4〜1.75のリン酸
カルシウム塩を主体とする粉末に、焼成後のリン酸カル
シウム焼結体に対し0.5〜15重量%のアルカリ金
属、亜鉛及び/又はアルカリ土類金属の酸化物−リン酸
系フリットを含有せしめ焼結する方法、及びカルシウム
/リン原子比1.4〜1.75のリン酸カルシウム塩を
主体とする粉末に焼成後のリン酸カルシウム焼結体に対
し0.5〜15重量%のアルカリ金属、亜鉛及び/又は
アルカリ土類金属の酸化物−リン酸系フリット及びY2
O33〜23重量%を含有せしめ焼結する方法を提供し
た。これにより、抗折力の範囲が前者の場合およそ13
3〜177MPaに、後者の場合には200MPa以上
におよぶ高強度の新規なリン酸カルシウム焼結体が得ら
れた。これらのインプラント材料を生体に移植すると骨
組織と化学的に結合し、高強度のため容易に破損するこ
となく、良好な結果を示した。
料はあらかじめ移植部分の形状に合わせて粉末成形時に
加工し、焼成後さらに精密加工することにより製造され
ている。
は病巣の進行等により形状が変化するため、インプラン
ト前にあらかじめ製造されたインプラント材料と生体組
織との形状がインプラント時(手術時)に合わなくなる
という不具合が生じることがあった。従って、インプラ
ント時に容易に寸法加工が可能でかつ生体親和性に優れ
たインプラント材料の開発が望まれていた。前述のイン
プラント材料は緻密質であるため焼成後の加工性が低
く、ダイヤモンド砥石を用いた加工で切削速度を高める
とチッピング、クラック等で破損してしまっていた。一
般に多孔質材料は焼成後の加工は容易であるが、特にリ
ン酸カルシウム系多孔体の場合は極めて強度が低くもろ
いため、加工時にカケ等が発生し破損してしまうことが
多かった。
ッピング、カケ、クラック等が発生せず、良好な加工性
を有し、かつ比較的高強度で、かつ生体親和性に優れた
インプラント材料を提供することを目的とする。
のにより、上記目的を達成できる。
なり、該焼結体の平均結晶粒子径が1μm以下であり平
均気孔径が1μm以下であり、気孔率が5〜55%であ
り、曲げ強度が40MPa以上であることを特徴とする
生体インプラント材料。
シウム/リン原子比が1.4〜1.75であることを特
徴とする前記(1)記載の生体インプラント材料。
アパタイトを主結晶とするものであることを特徴とする
前記(1)又は(2)記載の生体インプラント材料。
アパタイトと第三リン酸カルシウムとの複合体であるこ
とを特徴とする前記(1)〜(3)の一に記載の生体イ
ンプラント材料。
イト粒子99.5〜85重量%とリン酸カルシウム系ガ
ラスフリット0.5〜15重量%より調製されることを
特徴とする前記(1)〜(4)のいずれかに記載の生体
インプラント材料。
好適な態様は、水酸アパタイトを主結晶とするリン酸カ
ルシウム化合物から本質上なり、該焼結体の平均結晶粒
子径が1μm以下であり平均気孔径が1μm以下であ
り、気孔率が5〜55%であり、曲げ強度が40MPa
以上であることを特徴とする。
体親和性に優れる水酸アパタイトが好ましいが、特に水
酸アパタイトと第三リン酸カルシウムとの複合体が好ま
しい。これはインプラント後に第三リン酸カルシウムが
生体内で溶出し、生体組織の侵入が容易な寸法の気孔を
生じるためである。
とは、X線回折により解析した時に水酸アパタイトを示
すピークが最大となることをいう。水酸アパタイトと第
三リン酸カルシウムとの結晶相構成比率は公知のX線回
折法により求められる。具体的には、CuKα線を用
い、水酸アパタイトの(2 1 1)面のピーク高さI
HAPと第三リン酸カルシウムの(0 2 10)面及び
(2 1 7)面のピーク高さITCPとから次式により
求めることができる。
10〜50%である。
リットとは、そのガラス成分として、CaO及びP2O5
を50重量%以上含有するものである。特に好ましいガ
ラスフリットの組成は特公昭60−50744号に記載
のものであり、P2O540〜75モル%及びBaO,C
aO,MgO,ZnO,Na2O及びK2Oから成る群か
ら選ばれた1以上のアルカリ金属、亜鉛及び/又はアル
カリ土類金属の酸化物20〜55モル%を含有し、かつ
これらの合量がフリット全体の90モル%以上あるもの
で、フリットの残部成分はB2O3,Fe2O3,Ti
O2,Al2O3,SiO2等が通例フリット溶融、原料自
体、その他の調製工程等から混入するが、これら不純物
は合計でフリット全体の約10モル%以内であればよ
い。
44%,ZnO9%となる様にH3PO4,CaCO3,
ZnOを混合し、該混合物を1300〜1400℃でア
ルミナ質るつぼ中にて溶解し、その溶融物を水中急冷し
てガラスカレットとし、これをボールミル(例えばアル
ミナ質)を用いて粉砕することにより得られる比表面積
約5m2/gのガラスフリットを用いるとよい。
たせばその製造方法を特に限定しないが、例えば以下の
方法で製造される。
水酸アパタイト粒子と、リン酸カルシウム系ガラスフリ
ットの組合わせが好ましく、焼成中の粒子成長も少な
く、またガラスフリットが焼成中に粘度の低い融液と微
細な粒子間を濡らし、ネックの焼結を促進させるものと
考えられ、目的の組織が容易に得られる。ガラスフリッ
トのかわりにメタリン酸カルシウム等のメタリン酸塩も
使用可能であり、同様の効果を生むが、但しその効果は
低い。その他にはピロリン酸カルシウム、第一リン酸カ
ルシウム等のリン酸カルシウム原料に、炭酸カルシウム
等のカルシウム塩を添加して水酸アパタイトまたは第三
リン酸カルシウムに近似の組成になるように調合し、7
00〜1400℃の熱処理(仮焼)により得られる粉末
を使用することもできる。
造方法の一例を含め、本発明の好適な実施の態様につい
てさらに詳細に説明する。
子99.5〜85.0重量%とリン酸カルシウム系ガラ
スフリット0.5〜15重量%よりなる混合成形物を9
00〜1300℃で焼成する。好ましくは、平均粒子径
0.3〜0.8μmの水酸アパタイト粒子99.0〜9
3.0重量%と、リン酸カルシウム系ガラスフリット1
〜7重量%の混合物を成形し、1000〜1200℃で
焼成する。
0.5重量%未満では粒子間のネックの成長が起こりに
くく、ネックの成長を促進させるために焼成温度を高く
すると粒子自身の成長が起こり、平均粒子径、平均気孔
径が増大し、気孔率が低下してしまい、強度が低く、切
削性の劣る焼成体が得られる。
ットと水酸アパタイトとが反応して第三リン酸カルシウ
ムを生成し、第三リン酸カルシウムが100%の焼成体
または第三リン酸カルシウムとリン過剰のガラス相とか
らなる焼成体となってしまい水酸アパタイトが0%とな
るため、水酸アパタイトを主結晶とするものないしは水
酸アパタイトと第三リン酸カルシウムとの複合体を得る
ことができない。
の通り1〜7重量%であり、これは1%未満では有意の
効果が思うように得られず、7%を超えると粒子径、気
孔径の増大した組織が一部にみられる様になるからであ
る。
率を低下させず、各粒子間のネッキングが良好に進行す
るので、本発明のインプラント材料を安価に良好に製造
可能である。
晶粒子径1μm以下の結晶粒子(本質上リン酸カルシウ
ム化合物)からなり、さらに平均気孔径1μm以下の気
孔を有することにより、比較的高い曲げ強度(40〜7
0MPa)と極めて優れた加工性を示すことが見い出さ
れた。この平均結晶粒子径及び平均気孔径は走査型電子
顕微鏡(SEM)観察で測定される。具体的にはSEM
像を写真撮影した後、各粒子または気孔についてそれぞ
れ最長径及び最短径を測定し、その積の平方根を平均粒
子径または平均気孔径として求めることができる。ま
た、平均気孔径については、水銀圧入法を用いると更に
精度よく求めることができる。本発明品の細孔径分布曲
線の例を図1に示すが、これによると平均気孔径は最大
ピーク点の約0.5μmにあり、1μmより大きい気孔
の無いことが確認できる。平均結晶粒子径が1μmより
も大きくなると平均気孔径も増加する傾向があり、また
その強度も低下するが、最も著しい効果としてその加工
性、特に加工時のカケ等が発生しやすくなった。
と強度の著しい低下がみられ、これらは気孔率を低下さ
せることにより改善させるが、その一方で、加工時にチ
ッピングが発生しやすくなった。
孔率を示すものであり、かさ比重と真比重とから次式を
用いて求めることができる。
100 (%)
めた体積と重量から求めることができる。真比重は、試
料を粉砕し、比重ビンを用いる公知の方法により求める
ことができる。気孔率は加工性(切削速度)及び強度と
密接な関係を示し、気孔率が増加すると加工性は向上す
るが強度は低下する。気孔率が5%未満では良好な加工
性が得られず、また55%を越えると曲げ強度が著しく
低くなる(例えば10MPa)。気孔率は20%以上5
0%以下が強度と加工性のバランスの点で特に好まし
い。
いリン酸カルシウム化合物において、上記のような平均
粒子径、平均気孔径、及び気孔率を持つ構造物とするこ
とによりはじめて得られるものであり、それらの相乗効
果によるものと思われる。
る多孔体は生体組織の侵入を考慮し数十μm〜数百μm
の気孔を形成させているため、その気孔が欠陥として働
き、強度が低い。それに対して本発明品では平均結晶粒
子径が1μm以下と微細なため、リン酸カルシウム化合
物の各粒子が隣接しあう他の粒子と焼結により形成する
ネックも1μm以下となり、このネックが多数存在する
ために、比較的高い強度を示す。
気孔率が大きいほど加工性が優れていると考えられてい
るが、本発明品では大きなネックがないため、チッピン
グ、クラック等のガラス的破壊性状を示さないため気孔
率が大きいにもかかわらず、優れた加工性が得られると
考えられる。また、リン酸カルシウム系のガラスフリッ
トを添加すると、焼成中にガラスフリットが粒子のネッ
ク部分に拡散して粒成長を抑制し、ネック部の焼結を進
める。これにより更に強度が増し、チッピング等も発生
しずらくなるので、加工性も増すものと考えられる。
その平均結晶粒子径、平均気孔径及び気孔率の相乗効果
により、優れた加工性と比較的高い強度を有する。
する。
のリン酸カルシウム系ガラスフリット及びアクリル系バ
インダー3重量%を添加しアセトン中で混合後、乾燥
し、成形圧800kg/cm2にて金型成形し、さらに
成形圧4000kg/cm2にて冷間静水圧加圧成形
し、得られた成形体を電気炉にて昇温速度300℃/時
間、1100℃で5時間保持の焼成を行なった。この焼
成体の断面の走査型電子顕微鏡写真を図2に示す。この
焼成体について諸特性を測定したところ、平均結晶粒子
径0.7μm、平均気孔径0.5μm、気孔率40%
で、結晶相の構成は水酸アパタイト(約80%)と、β
−第三リン酸カルシウム(約20%)であった。また、
この焼成体では曲げ強度が70MPaを示した。これを
歯科用の棒状ダイヤモンド砥石(120番)を用いて回
転数15000rpmで湿式にて貫通孔の研削加工を試
みたところ、クラック、チッピング、カケ等が無く良好
に切削できた。また、生体に移植したところ、良好な生
体親和性を示し、インプラント材料内部への生体骨の侵
入がみられた。
い他は、実施例1と同様にして焼成体を作製した。この
焼成体について諸特性を測定したところ、平均結晶粒子
径0.6μm、平均気孔径0.6μm、気孔率51%
で、結晶相の構成は水酸アパタイト(約80%)とβ−
第三リン酸カルシウム(約20%)であった。また、こ
の焼成体では曲げ強度が45MPaを示した。
における実施例に対応> 平均粒子径1.5μmの水酸アパタイト粉末を用いて実
施例2と同様にして成形体を作製し、これを1300℃
で5時間保持の焼成を行なった。この焼成体について諸
特性を測定したところ、平均結晶粒子径3μm、平均気
孔径2μm、気孔率3%で、結晶相の構成は水酸アパタ
イト(約80%)とβ−第三リン酸カルシウム(約20
%)であった。また、この焼成体では曲げ強度が120
MPaを示した。しかし、これを実施例1と同様にして
ダイヤモンド砥石で湿式研削を試みたところ加工が困難
で、無理に行うとチッピング、クラックが発生し破損し
た。
パタイト粉末を用いて実施例2と同様にして成形体を作
製し、これを1100℃で5時間保持の焼成を行なっ
た。この焼成体について諸特性を測定したところ、平均
結晶粒子径20μm、平均気孔径12μm、気孔率40
%で、結晶相の構成は水酸アパタイト(約80%)とβ
−第三リン酸カルシウム(約20%)であった。また、
この焼成体では曲げ強度が20MPaと低く、これを実
施例1と同様にしてダイヤモンド砥石で湿式研削すると
2〜5mmのカケが発生した。
用い、成形圧500kg/cm2の加圧成形以外は実施
例2と同様にして成形体を作製し、これを1050℃で
2時間保持の焼成を行なった。この焼成体について諸特
性を測定したところ、平均結晶粒子径0.7μm、平均
気孔径0.5μm、気孔率60%で、結晶相の構成は水
酸アパタイト(約80%)とβ−第三リン酸カルシウム
(約20%)であった。また、この焼成体では曲げ強度
は20MPa以下で、これを実施例1と同様にしてダイ
ヤモンド砥石で湿式研削するとカケ(インプラント材の
部分的脱落)が発生した。
工性に優れ、比較的高い機械的強度(曲げ強度40MP
a以上)を有し、かつ生体親和性に優れたものであるの
で、インプラント時(手術中)にチッピング、クラッ
ク、カケ等を起こすことなく移植部の形状に合わせて加
工することが可能であり、インプラント時の寸法形状の
不具合を著しく低減せしめるものである。
を示す走査型電子顕微鏡写真である。
Claims (5)
- 【請求項1】リン酸カルシウム化合物から本質上なり、
該焼結体の平均結晶粒子径が1μm以下であり平均気孔
径が1μm以下であり、気孔率が5〜55%であり、曲
げ強度が40MPa以上であることを特徴とする生体イ
ンプラント材料。 - 【請求項2】前記リン酸カルシウム化合物のカルシウム
/リン原子比が1.4〜1.75であることを特徴とす
る請求項1記載の生体インプラント材料。 - 【請求項3】前記リン酸カルシウム化合物が水酸アパタ
イトを主結晶とするものであることを特徴とする請求項
1又は2記載の生体インプラント材料。 - 【請求項4】前記リン酸カルシウム化合物が水酸アパタ
イトと第三リン酸カルシウムとの複合体であることを特
徴とする請求項1〜3の一に記載の生体インプラント材
料。 - 【請求項5】平均粒子径1μm以下の水酸アパタイト粒
子99.5〜85重量%と、リン酸カルシウム系ガラス
フリット0.5〜15重量%より調製されることを特徴
とする請求項1〜4の一に記載の生体インプラント材
料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3350422A JP2934090B2 (ja) | 1991-12-11 | 1991-12-11 | 生体インプラント材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3350422A JP2934090B2 (ja) | 1991-12-11 | 1991-12-11 | 生体インプラント材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05161707A JPH05161707A (ja) | 1993-06-29 |
JP2934090B2 true JP2934090B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=18410391
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3350422A Expired - Lifetime JP2934090B2 (ja) | 1991-12-11 | 1991-12-11 | 生体インプラント材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2934090B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7214635B2 (en) | 2003-10-14 | 2007-05-08 | Pentax Corporation | CaO-MgO-SiO2-based bioactive glass and sintered calcium phosphate glass using same |
US7332452B2 (en) | 2002-07-15 | 2008-02-19 | Pentax Corporation | CaO-SiO2-based bioactive glass and sintered calcium phosphate using same |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3679570B2 (ja) * | 1997-03-14 | 2005-08-03 | ペンタックス株式会社 | 骨補填材及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-12-11 JP JP3350422A patent/JP2934090B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7332452B2 (en) | 2002-07-15 | 2008-02-19 | Pentax Corporation | CaO-SiO2-based bioactive glass and sintered calcium phosphate using same |
US7214635B2 (en) | 2003-10-14 | 2007-05-08 | Pentax Corporation | CaO-MgO-SiO2-based bioactive glass and sintered calcium phosphate glass using same |
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---|---|
JPH05161707A (ja) | 1993-06-29 |
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