DE4124898A1

DE4124898A1 - Mit apatit ueberzogene tetracalciumphosphat-teilchen

Info

Publication number: DE4124898A1
Application number: DE4124898A
Authority: DE
Inventors: Akitoshi Imura; Toru Saito; Shiro Ikegami
Original assignee: Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1992-01-30
Also published as: GB2246770A; US5569490A; US5536575A; US5652016A; GB9116201D0; US5409982A; GB2246770B

Description

Die Erfindung betrifft Tetracalciumphosphat-Teilchen, die mit einem eine Affinität zum lebenden Körper aufweisenden Material wie Apatit überzogen sind und als osteosynthetische Materialien, Zahnmaterialien und dergleichen brauchbar sind, ferner Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Zusammensetzungen zur Herstellung von gehärteten Materialien oder Produkten, die solche Tetracalciumphosphat-Teilchen enthalten.

Die hier verwendeten Teile und Prozentsätze sind sämtlich Gewichtsteile und Gewichtsprozent, soweit nichts anderes angegeben ist.

Tetracalciumphosphat (Ca₄(PO₄)₂O) ist eine Phosphorsäureverbindung, die die hauptsächliche anorganische Komponente von Knochen, Zähnen usw. ist. Tetracalciumphosphat hat eine hohe chemische Aktivität und reagiert bei Raumtemperatur mit einer wäßrigen Lösung von z. B. anorganischer Säure, gesättigter oder ungesättigter organischer Säure oder einem Homo- oder Copolymer einer ungesättigten organischen Säure oder physiologischer Kochsalzlösung oder dergleichen unter Abbinden. Das erhaltene Härtungsmaterial bzw. -produkt hat eine Affinität zum lebenden Körper und eignet sich als osteosynthetisches Material, Dentalmaterial usw.

Bei der Herstellung von Tetracalciumphosphat werden bisher als Ca-Ausgangsstoff CaCO₃, CaO, Ca(OH)₂ oder dergleichen, als P-Ausgangsstoff P₂O₅, H₃PO₄, NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄ oder dergleichen sowie als Ca- und P-Ausgangsstoffe CaHPO₄, Ca(H₂PO₄)₂ oder dergleichen eingesetzt. Tetracalciumphosphat kann je nach den eingesetzten Materialien mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Am häufigsten wird ein Trockenverfahren gemäß der folgenden Erläuterung angewandt, wobei ein Gemisch aus CaCO₃ und CaHPO₄ calciniert wird:

2CaCO₃ + 2CaHPO₄ → Ca₄(PO₄)₂O + H₂O + 2CO₂

Dieses Verfahren erfordert das Calcinieren eines Gemisches der Ausgangsteilchen bei einer Temperatur von ca. 1300 bis ca. 1600°C und sehr schnelles Abkühlen des erhaltenen Produkts auf ca. 400°C (mit einer Abkühlgeschwindigkeit von nicht weniger als ca. 10°C/min) und ergibt ein Produkt von Phosphorsäureverbindungen, die einen überwiegenden Anteil Tetracalciumphosphat enthalten. Wenn bei diesem Verfahren das Gemisch bei mindestens 1600°C calciniert wird, besteht das Produkt aus einem Phasengemisch eines porösen Teils und eines halbverschmolzenen Teils, was zu dem Problem führt, daß das erhaltene Produkt (Tetracalciumphosphat) unregelmäßige Güte hat. Ferner ist das selbst bei ca. 1300 bis ca. 1600°C durch Calcinieren hergestellte Tetracalciumphosphat hochreaktiv und sehr instabil, so daß das mit einer langsamen Abkühlgeschwindigkeit abgekühlte Produkt Wasserdampf in der Atmosphäre bei 1200-400°C absorbiert, so daß sehr leicht Hydroxylapatit gebildet wird. Wegen dieser Probleme erfordert das Verfahren eine strenge Überwachung der Calciniertemperatur, des Feuchtegehalts in der Atmosphäre im Inneren des Calcinierofens während der Abkühlung und der Abkühlgeschwindigkeit, so daß ein Tetracalciumphosphat gleichbleibender Güte mit höherer Ausbeute erhalten wird.

Es ist aber hinsichtlich der praktischen Durchführung schwierig, die Feuchtigkeit in der Atmosphäre im Inneren des Calcinierofens abzuführen. Eine Zwangskühlung des Produkts im Calcinierofen ist technisch schwer durchführbar und führt zu einer Beschädigung der Feuerfestmaterialien der Calcinierofenwandung wegen zu schneller Abkühlung.

Nachstehend werden vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung einer Abbindemasse, die Tetracalciumphosphat-Teilchen enthält, zum Einsatz als osteosynthetische Materialien, osteosynthetische Füllstoffe, Zahnzement usw. angegeben:

(1) Tetracalciumphosphat-Teilchen werden einer wäßrigen Lösung von organischer Säure vom Tricarbonsäurezyklus-Typ beigemischt.
(2) Tetracalciumphosphat-Teilchen werden einer wäßrigen Lösung beigemischt, deren Zusammensetzung einer Gewebsflüssigkeit im lebenden Körper gleicht, beispielsweise physiologischer Kochsalzlösung, einer Phosphatpufferlösung oder dergleichen.
(3) Tetracalciumphosphat-Teilchen werden einer wäßrigen Polysaccharidlösung beigemischt.
(4) Tetracalciumphosphat-Teilchen werden einer wäßrigen Lösung eines Homopolymers oder eines Copolymers ungesättigter organischer Säure beigemischt.
(5) Es wird eine geeignete Kombination der vorgenannten Verfahren (1) bis (4) durchgeführt.

Diese Abbindemassen werden Klinikern in Form eines Pulver-Flüssig-Produktpakets zur Verfügung gestellt, das eine Kombination von Pulver- und Flüssigmaterialien ist. Für die Behandlung muß der Kliniker die Pulver- und Flüssigmaterialien verkneten, um eine Paste oder ein tonartiges Gemisch zu erhalten, das in jeder gewünschten Form verwendbar ist. Nach dem Aufbringen auf den betroffenen Teil muß die Masse außerdem sehr schnell abbinden oder härten und sicher an dem Teil fixiert werden, um eine hohe biologische Aktivität zu entwickeln. Diese Forderungen können aber durch die mit den oben genannten Verfahren (1) bis (5) hergestellten Abbinde- oder Härtungsmassen nicht vollständig erfüllt werden. Das Tetracalciumphosphat, das der Hauptbestandteil des Pulvermaterials ist, hat eine hohe chemische Aktivität und ist alkalisch. Bei Vermischen mit einer sauren wäßrigen Lösung läuft eine sehr schnelle Abbindereaktion ab, so daß eine homogene Masse, die für eine bestimmte Zeitdauer eine geeignete Weichheit behalten kann, nur schwer herzustellen ist.

Angesichts dieser Nachteile wurde bereits versucht, eine ausreichende Verarbeitungszeit sicherzustellen und den Wirkungsgrad bei der Behandlung zu erhöhen. Beispielsweise wurde die Säurekonzentration im Flüssigmaterial reduziert, oder der Wassergehalt der Zusammensetzung wurde erhöht, um die Eigenschaften der Masse in bezug auf Abbinden oder Erhärten zu verbessern bzw. die Abbindezeit zu kontrollieren. In bezug auf das Pulvermaterial wurde versucht, die Abbindereaktion von Tetracalciumphosphat im größtmöglichen Maß zu inhibieren, indem Apatit, Tricalciumphosphat, Calciummonohydrogenphosphat, Citrat, Alkaliphosphat oder dergleichen beigemischt wurde. Diese Versuche haben aber zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Eigenschaften von Abbindemassen auf Tetracalciumphosphat-Basis geführt, und die Verbesserung der Eigenschaften für die Abbindereaktion war nicht ausreichend, um diese Beeinträchtigung auszugleichen. Mit einem Wort haben die Versuche keine vollständige Lösung des Problems erbracht.

Tetracalciumphosphat-Teilchen wurden versuchsweise mit einer neutralen oder im wesentlichen neutralen wäßrigen Lösung vermischt. Dabei wurde jedoch die Abbindereaktionsrate deutlich verringert, so daß die Zusammensetzung auf Tetracalciumphosphat-Basis die verlangten mechanischen und physikalischen Eigenschaften nicht mehr aufweisen kann und alkalisch gemacht wurde, was die Gefahr in sich birgt, daß sie im lebenden Körper als Reizmittel wirkt.

Aus den vorgenannten Gründen ist Tetracalciumphosphat, obwohl es zum Einsatz als medizinische Materialien, Zahnmaterialien oder dergleichen geeignet ist, bisher nicht großtechnisch in Form einer Abbindemasse oder Härtungszusammensetzung auf Tetracalciumphosphat-Basis mit zufriedenstellenden Eigenschaften hergestellt worden, weil Schwierigkeiten in bezug auf die Handhabung vorliegen und die gewünschten Eigenschaften nicht vollständig zum Tragen kommen können.

Hydroxylapatit ist eine Calciumphosphatverbindung, die durch die folgende Formel dargestellt ist:

Ca_10-z(HPO₄)_z(PO₄)_6-z(OH)_2-z · nH₂O

mit n=0-2,5 und z=0-1; sie eignet sich ebenfalls als osteosynthetisches Material, Zahnmaterial usw. aufgrund ihrer Affinität zum lebenden Körper.

Hydroxylapatit ist jedoch kein klinisch leicht handhabbares Material, da es chemisch hochstabil ist. Für den klinischen Einsatz muß es vorher zu einer gewünschten Konfiguration geformt oder feinzerteilt werden, um als Füllmaterial verwendbar zu sein, weil es auch bei Vermischung mit einer Lösung von organischer oder anorganischer Säure oder physiologischer Kochsalzlösung usw. nicht abbindet.

Nachstehend werden Möglichkeiten zur Lösung der genannten Probleme angegeben.

Angesichts des oben beschriebenen Standes der Technik wurden intensive Forschungsarbeiten durchgeführt, wobei die folgenden Resultate gewonnen wurden. Wenn die Oberfläche von Tetracalciumphosphat-Teilchen mit Apatit überzogen ist, haben die überzogenen Teilchen die kombinierten Eigenschaften beider Materialien und können die bekannten Probleme entweder signifikant verringern oder praktisch beseitigen. Außerdem ist eine Abbindemasse, die aus den mit Apatit überzogenen Tetracalciumphosphat-Teilchen hergestellt ist, hinsichtlich ihrer Eigenschaften konventionellen Abbindemassen äquivalent bzw. diesen überlegen.

Gemäß der Erfindung werden bereitgestellt:

(i) Tetracalciumphosphat-Teilchen, die mit Apatit überzogen sind;
(ii) ein Verfahren zur Herstellung von Tetracalciumphosphat-Teilchen, die mit Apatit überzogen sind, bei dem Tetracalciumphosphat-Teilchen einer Hydratisierungsreaktion unterworfen werden; und
(iii) eine Abbindemasse auf Tetracalciumphosphat-Basis, die 100 Gewichtsteile der Tetracalciumphosphat-Teilchen gemäß der obigen Definition in (i) und ca. 5 bis ca. 80 Gewichtsteile einer wäßrigen Lösung einer Säure, berechnet als eine Säure, aufweist.

Die oben in (i) bis (iii) angegebenen Gegenstände werden nachstehend als "erste Erfindung" bezeichnet.

Zusätzlich durchgeführte Forschungsarbeiten ergaben das Folgende. Wenn eine saure wäßrige Lösung, die überwiegend Citronen- und Phosphorsäure enthält, mit einem Pulvergemisch verknetet wird, das überwiegend Tetracalciumphosphat-Teilchen mit einer Doppelstruktur enthält (der hier verwendete Ausdruck "Doppelstruktur" betrifft eine Struktur, in der die Tetracalciumphosphat-Teilchen mit Apatit oder einer ähnlichen Substanz überzogen sind, die für den lebenden Körper unschädlich ist oder dazu eine Affinität hat), kann das Gemisch die bekannten Probleme signifikant verringern oder praktisch lösen.

Gemäß der Erfindung werden also ferner angegeben:

(i) eine Zusammensetzung, die ein Härtungsmaterial hoher Festigkeit bilden kann und die 100 Gewichtsteile eines Pulvergemischs, das hauptsächlich Tetracalciumphosphat-Teilchen enthält, die mit einer für den lebenden Körper unschädlichen Substanz, die eine Affinität zum lebenden Körper hat, überzogen sind, und ca. 5 bis ca. 80 Gewichtsteile, berechnet als Säure, einer sauren wäßrigen Lösung, die hauptsächlich Citronensäure und Phosphorsäure enthält, aufweist; und
(ii) eine Zusammensetzung, die ein Härtungsmaterial hoher Festigkeit gemäß der obigen Definition in (i) bilden kann, wobei die saure wäßrige Lösung sämtlichen nachstehenden Konzentrationsbeziehungen genügt:
- (a) 25% Citronensäure 50%
- (b) 30% Citronensäure + Phosphorsäure 70%
- (c) 10% Citronensäure - Phosphorsäure 50%.

Die oben in (i) und (ii) angegegenen Merkmale werden nachstehend als "zweite Erfindung" bezeichnet.

Die beiden Erfindungen werden nachstehend im einzelnen beschrieben.

I. Erste Erfindung

Das für die erste Erfindung einsetzbare Tetracalciumphosphat ist nicht besonders eingeschränkt, beispielsweise auf mit bestimmten Verfahren hergestellte Materialien. Ein bevorzugtes Tetracalciumphosphat ist eines, das Apatit, Calciumoxid oder dergleichen in der geringstmöglichen Menge enthält.

Derartiges hochreines Tetracalciumphosphat kann durch eine Festphasenreaktion, die nachstehend angegeben ist, hergestellt werden, wobei ein CaCO₃-Pulver einem CaHPO₄ · 2H₂O-Pulver beigemischt und das Gemisch calciniert wird.

2CaCO₃ + 2CaHPO₄ · 2H₂O → Ca₄(PO₄)₂O + 2CO₂ + 5H₂O

Zur Herstellung von Tetracalciumphosphat-Teilchen, die gemäß der Erfindung mit Apatit überzogen sind, wird Tetracalciumphosphat auf eine bestimmte Teilchengröße pulverisiert. Die Teilchengröße des Pulvers ist nicht besonders begrenzt, aber sie liegt vorteilhaft bei ca. 20 µm oder weniger und im Mittel bei ca. 5 µm zum Einsatz als Pulver für eine Abbinde- oder Härtungsmasse.

Dann wird das Tetracalciumphosphat-Pulver einer Hydratisierungsreaktion unterzogen. Diese läuft nur durch Kontakt des Tetracalciumphosphat-Pulvers mit Wasser ab. Um jedoch die Reaktion zu beschleunigen, kann das Pulver auf eine Temperatur von ca. 80 bis ca. 100°C, bevorzugt ca. 95°C erwärmt werden, oder es kann ein Reaktionsbeschleuniger zugegeben werden. Brauchbare Reaktionsbeschleuniger sind organische Säuren wie Citronen-, Milch-, Weinstein-, Bernsteinsäure usw.; ihre Salze; anorganische Säuren wie Salz-, Phosphor-, Schwefelsäure usw.; ihre Salze; Phosphatpufferlösung und ähnliche pH-Einstellmittel zur Einstellung auf Neutralität oder schwache Alkalität; usw. Diese Reaktionsbeschleuniger werden in Form einer wäßrigen Lösung in einer Konzentration von 1% oder weniger eingesetzt. Bei der Hydratisierungsreaktion wird auf der Oberfläche der Tetracalciumphosphat-Teilchen durch die folgende Reaktion ein Apatitüberzug gebildet:

3Ca₄(PO₄)₂O + 3H₂O → Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 2Ca(OH)₂

Da Apatit in einer alkalischen wäßrigen Lösung hochstabil ist, ist das bei der Reaktion einzusetzende Wasser bevorzugt insoweit alkalisch, daß ein Apatitüberzug gebildet werden kann. Wenn der pH-Wert des einzusetzenden Wassers 8 oder weniger beträgt, kann Octacalciumphosphat zusätzlich zu Apatit erzeugt werden. Da Octacalciumphosphat ein Vorläufer von Apatit ist, wird der Überzug nicht unbedingt aus hochreinem Apatit gebildet. Selbst wenn beispielsweise der Überzug aus einem Gemisch von Apatit und Octacalciumphosphat oder einem hochreinen Octacalciumphosphat gebildet ist, tritt im praktischen Gebrauch kein Problem auf. Bei der obigen Reaktion wird das Calciumhydroxid im Wasser gleichzeitig mit der Erzeugung von Apatit herausgelöst, so daß es nicht erforderlich ist, eine basische Substanz zuzugeben. Ein Apatitüberzug kann auch in einer auf Alkalität eingestellten wäßrigen Lösung zufriedenstellend hergestellt werden. Bei der Bildung des Apatitüberzugs wird die Reaktionsgeschwindigkeit stark verringert, und die Oberfläche von Teilchen wird ohne die Zugabe von Wasser oder einer wäßrigen Lösung einer Säure nicht aktiviert. Daher wird die Güte der Tetracalciumphosphat-Teilchen nicht aufgrund eines übermäßig schnellen Ablaufs der Reaktion beeinträchtigt.

Die Hydratisierungsreaktion kann in wirksamer Weise auch durch die nachstehend angegebenen weiteren Verfahren durchgeführt werden:

(a) durch Kontakt von Tetracalciumphosphat mit Wasserdampf;
(b) durch Reaktion bei hohen Temperaturen unter Nutzung der in der Atmosphäre enthaltenen Feuchtigkeit;
(c) durch das Durchführen einer Kombination der Methoden (a) und (b).

Bei Methode (a) ist die Behandlungszeit im wesentlichen die gleiche wie bei der Behandlung mit Wasser, wenn der Dampf eine Temperatur von 100°C oder weniger hat. Bei 100°C oder mehr wird mit steigender Temperatur die Behandlungszeit kürzer. Wenn beispielsweise Dampf mit 300°C in Luft mit Tetracalciumphosphat-Pulver vermischt wird, beträgt die Behandlungszeit 1-120 s, bevorzugt ca. 30 bis ca. 60 s.

Methode (b) wird durchgeführt unter Nutzung der Eigenschaft von Tetracalciumphosphat, daß es durch seine positive Absorption von Feuchtigkeit in der Atmosphäre bei ca. 300 bis ca. 1200°C zu Apatit umgewandelt werden kann. Wenn beispielsweise auf 500°C überhitzte Luft mit Tetracalciumphosphat-Pulver vermischt wird, beträgt die Behandlungszeit ca. 1 bis ca. 120 s, bevorzugt ca. 30 bis ca. 60 s.

Bei Methode (c) wird die Oberflächenbehandlung unter gleichzeitiger Einstellung des Dampfpartialdrucks und der Temperatur in der Atmosphäre durchgeführt. Mit anderen Worten ist Methode (c) eine Kombination der Methoden (a) und (b). Wenn beispielsweise Luft mit 350°C, die auf einen Dampfpartialdruck von 15 Torr eingestellt ist, mit Tetracalciumphosphat-Pulver vermischt wird, beträgt die Behandlungszeit ca. 1 bis ca. 120 s, bevorzugt ca. 30 bis ca. 60 s.

Ein Tetracalciumphosphat-Pulver mit doppelter Struktur kann in wirksamer Weise durch die folgenden Methoden ohne Hydratisierungsreaktion hergestellt werden:

(a) eine Methode, bei der hochreines Apatit an der Oberfläche von Tetracalciumphosphat-Teilchen adsorbiert und fixiert wird; und
(b) eine Methode, bei der Apatit in Flüssigform zum Anhaften an der Oberfläche der Tetracalciumphosphat-Teilchen gebracht (bzw. darauf niedergeschlagen) und fixiert wird.

Diese Methoden bieten den Vorteil, daß Überzugsmaterialien nicht auf Apatit beschränkt sind. Mit anderen Worten kann also jedes Material eingesetzt werden, das in einer sauren wäßrigen Lösung allmählich lösbar ist. Zum Einsatz als biologisches Material ist es erwünscht, für den lebenden Körper unschädliche Materialien einzusetzen (etwa Tricalciumphosphat, Dicalciumphosphatdihydrat usw.).

Die Abbindemasse auf Tetracalciumphosphat-Basis gemäß der ersten Erfindung kann durch Einmischen der in der obigen Weise mit Apatit überzogenen Tetracalciumphosphat-Teilchen in eine wäßrige Lösung einer organischen Säure in einer Menge von ca. 5 bis ca. 80%, berechnet als Säure, bezogen auf das Gewicht der Tetracalciumphosphat-Teilchen, hergestellt werden. Die mit Apatit überzogenen Tetracalciumphosphat-Teilchen haben bevorzugt eine Teilchengröße von ca. 20 µm oder weniger und eine mittlere Teilchengröße von ca. 5 µm.

Beispiele von einsetzbaren organischen Säuren sind die folgenden:

(a) Citronen-, Weinstein-, Malon-, Malin-, Malein-, Milch-, Bernstein-, Fumar-, Ascorbin-, Glukon-, Glutar-, Brenztraubensäure und ähnliche Carbonsäuren vom Tricarbonsäurezyklustyp;
(b) Phosphorsäure;
(c) Homopolymere von Acrylsäure, die dargestellt sind durch die Formel mit n=50-50 000;
(d) Copolymere von Acrylsäure und Itaconsäure, die dargestellt sind durch die Formel: mit l=5-10, m=1-5 und n=50-50 000;
(e) Copolymere von Acrylsäure und Fumarsäure, die dargestellt sind durch die Formel: mit l=5-10, m=1-5 und n=50-50 000.

Diese Säuren sind entweder einzeln einsetzbar, oder es können wenigstens zwei davon im Gemisch eingesetzt werden. Die Säure wird üblicherweise in Form einer wäßrigen Lösung eingesetzt, wobei die Materialien in reinem Wasser gelöst sind, das als Lösungsmittel in einer Konzentration von ca. 30 bis ca. 70% eingesetzt wird.

Die so erhaltene Abbindemasse auf Tetracalciumphosphat-Basis kann jede der dem Tetracalciumphosphat innewohnenden Eigenschaften voll zur Geltung bringen, und zwar nicht, wie im Fall von konventionellen Abbindemassen, auf einem beeinträchtigten Niveau, sondern einem verbesserten Niveau. Daher eignen sich diese Abbindemassen besonders als medizinische Materialien, Zahnmaterialien und ähnliche biologische Materialien.

II. Zweite Erfindung

Das Härtungsmaterial, das durch Vermischen des Pulver- und des Flüssigmaterials gemäß der zweiten Erfindung hergestellt wird, ist hinsichtlich der Eigenschaften konventionellen biologischen Materialien entweder äquivalent oder überlegen und hat ferner vergleichbare oder überlegene physikalische und mechanische Eigenschaften gegenüber Härtungsmaterialien bekannter Zusammensetzung, die keine Affinität zum lebenden Körper haben (wie etwa Zinkphosphat-Zement).

Nachstehend werden im einzelnen das Pulver- und das Flüssigmaterial, die die Abbindemasse nach der zweiten Erfindung bilden, und das Verfahren zum Herstellen eines Härtungsmaterials erläutert.

A. Pulvermaterial

Das Pulvermaterial zum Einsatz bei der zweiten Erfindung sind Tetracalciumphosphat-Teilchen, die mit einem für den lebenden Körper unschädlichen Material, das eine Affinität dazu hat, überzogen sind.

Ein einzusetzendes Tetracalciumphosphat-Pulver kann mit jedem geeigneten Verfahren hergestellt werden und ist vorteilhaft ein hochreines Produkt (besonders bevorzugt mit einer Reinheit von 98% oder höher), das den niedrigstmöglichen Gehalt an Apatit, Calciumoxid und dergleichen aufweist. Derartiges hochreines Tetracalciumphosphat kann ebenso wie bei der zweiten Erfindung hergestellt werden durch eine Festphasenreaktion, wie sie nachstehend gezeigt ist, wobei ein Gemisch von CaCO₃-Pulver und CaHPO₄ · 2H₂O-Pulver calciniert wird:

2CaCO₃ + 2CaHPO₄ · 2H₂O → Ca₄(PO₄)₂O + 2CO₂ + 5H₂O

Bei der Festphasenreaktionsmethode kann ein Tetracalciumphosphat höherer Güte gewonnen werden, indem ein Aluminiumoxidpulver (Al₂O₃) dem Tetracalciumphosphat zugesetzt und das Gemisch in einen Sinterzustand erwärmt wird (nichtgeprüfte JP-Patentveröffentlichung Nr. 180705/1990).

Ein Tetracalciumphosphat-Pulver mit einer Doppelstruktur, das bei der zweiten Erfindung eingesetzt wird, kann wie folgt hergestellt werden: Zuerst wird ein Tetracalciumphosphat zu einer gewünschten Teilchengröße pulverisiert und klassiert. Die Teilchengröße von Tetracalciumphosphat-Teilchen zum Einsatz bei dem Verfahren kann je nach einem bestimmten Verwendungszweck der Abbindemasse änderbar sein und ist nicht speziell begrenzt. Es ist bevorzugt, die Tetracalciumphosphat-Teilchen auf eine Teilchengröße von ca. 20 µm oder kleiner und eine mittlere Teilchengröße von ca. 5 µm einzustellen.

Anschließend wird auf die Oberfläche der wie oben erhaltenen Tetracalciumphosphat-Teilchen zur Bildung eines Überzugs ein Überzugsmaterial aufgebracht, das eine geringere chemische Aktivität als Tetracalciumphosphat hat. Das Überzugsmaterial ist nicht speziell eingeschränkt, es muß lagerbeständig sein und sich bei Kontakt mit dem nachstehend beschriebenen Flüssigmaterial allmählich auflösen oder sich von der Oberfläche der Tetracalciumphosphat-Teilchen lösen. Das Überzugsmaterial zum Einsatz bei der Herstellung von medizinischen Materialien, Zahnmaterialien usw. muß für den lebenden Körper unschädlich sein oder eine Affinität dazu haben. Die Oberfläche von Tetracalciumphosphat-Teilchen kann mit Hilfe von Verfahren überzogen werden, die nicht speziell eingeschränkt sind. Wenn ein Apatitüberzug mit einer Affinität zum lebenden Körper gebildet wird, wird eine Flüssig-Fest-Hydratisierungsreaktion, wie sie nachstehend angegeben ist, durchgeführt, um Tetracalciumphosphat-Teilchen mit Doppelstruktur zu erhalten:

Ca₄(PO₄)₂O + 3H₂O → Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 2Ca(OH)₂

Apatit oder Hydroxylapatit, die bei der Erfindung einsetzbar sind, umfassen diejenigen mit einer chemischen Zusammensetzung gemäß der folgenden Formel:

Ca_10-z(HPO₄)_z(PO₄)_6-z(OH)_2-z · nH₂O

mit n=0-2,5 und z=0-1.

Ferner sind auch von Hydroxylapatit verschiedene Apatite einsetzbar, beispielsweise fluorhaltiges Apatit mit einer durch Fluor substituierten OH-Gruppe, Carboxylapatit mit einer durch Carbonat substituierten OH-Gruppe usw., die den gleichen Wirkungsgrad hervorbringen können. Der Ausdruck "Apatit" umfaßt im vorliegenden Zusammenhang auch diese Apatite.

Die Dicke des Apatitüberzugs ist nicht besonders begrenzt, sie liegt üblicherweise im Bereich von ca. 0,01 bis ca. 1 µm.

B. Flüssigmaterial

Das Flüssigmaterial zum Einsatz bei der zweiten Erfindung ist eine wäßrige Lösung, die Citronensäure und Phosphorsäure aufweist und sämtlichen der folgenden Konzentrationsbeziehungen genügen kann:

(a) 25% Citronensäure 50%
(b) 30% Citronensäure + Phosphorsäure 70%
(c) 10% Citronensäure - Phosphorsäure 50%.

Wenn Citronen- oder Phosphorsäure einzeln eingesetzt wird, wird das gewünschte Ergebnis bei der Erfindung natürlich nicht erhalten. Auch wenn diese beiden Säuren eingesetzt werden, können die gewünschten Abbindemassen nur erhalten werden, wenn die Konzentrationsbeziehungen gemäß (a) bis (c) vollständig erfüllt sind. Andernfalls können die gebildeten Massen kein Härtungsmaterial mit verbesserten Eigenschaften ergeben oder binden sehr schnell ab oder gelangen in einen sandähnlichen oder halbtrockenen tonähnlichen Zustand.

Nachstehend sind bevorzugte Konzentrationsbeziehungen von Citronensäure und Phosphorsäure in der wäßrigen Lösung als dem Flüssigmaterial angegeben:

(d) 35% Citronensäure 45%
(e) 35% Citronensäure + Phosphorsäure 60%
(f) 20% Citronensäure - Phosphorsäure 45%.

Die am meisten bevorzugten Konzentrationsbeziehungen von Citronen- und Phosphorsäure in der wäßrigen Lösung sind die folgenden:

(g) 37% Citronensäure 42%
(h) 45% Citronensäure + Phosphorsäure 55%
(i) 23% Citronensäure - Phosphorsäure 42%
(j) 7% Phosphorsäure 15%.

Insoweit Citronen- und Phosphorsäure in der wäßrigen Lösung sämtlichen Konzentrationsbeziehungen (a) bis (c) genügen können, kann die Lösung bis zu 10% wenigstens einer weiteren organischen oder anorganischen Säure enthalten. Einsetzbare organische und anorganische Säuren sind Salz-, Salpeter-, Ascorbin-, Polycarbonsäure usw.

Fakultativ kann Malinsäure und/oder Milchsäure die Citronensäure teilweise (bis zu 40%) ersetzen, obwohl ihr Einsatz die Eigenschaften des Härtungsmaterials wie Druckfestigkeit, Löslichkeit in Wasser usw. geringfügig verschlechtert.

Die in die saure wäßrige Lösung einzubauende Phosphorsäure ist wenigstens eine Säure, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die Ortho-, Pyro-, Poly-, Metaphosphorsäure und phosphorige Säure umfaßt.

C. Verfahren zur Bildung eines Härtungsmaterials

Die Abbindemasse gemäß der zweiten Erfindung kann hergestellt werden, indem ca. 5 bis ca. 80 Teile, berechnet als eine Säure, des Flüssigmaterials mit 100 Teilen des Pulvermaterials unmittelbar vor dem Gebrauch vermischt werden. Die erhaltene Abbindemasse wird in konventioneller Weise auf den betroffenen zu behandelnden Teil aufgetragen, und zwar entweder so, wie sie ist, oder erforderlichenfalls vermischt mit Bariumphosphat, Calciumfluorid, Röntgenkontrastmittel oder anderen pilzfesten medizinischen Materialien usw.

In diesem Fall wird die Phosphorsäure mit Tetracalciumphosphat in Anwesenheit von Citronensäure umgesetzt unter Erzeugung von Apatit, wobei gleichzeitig eine erhebliche Festigkeitssteigerung eintritt. Bei konventionellen Abbindemassen liegt Phosphorsäure als eine Substanz vor, die für den lebenden Körper schädlich ist, und wurde vom biologischen, physikalischen und mechanischen Standpunkt als geringfügiger Bestandteil biologischer Zusammensetzungen angesehen. Im Gegensatz dazu zeigt Phosphorsäure bei der zweiten Erfindung eine ganz spezielle Wirkung.

Gemäß der ersten Erfindung können also die folgenden bedeutsamen Resultate erzielt werden:

(1) Ein Apatitüberzug kann auf der Oberfläche von Tetracalciumphosphat-Teilchen mittels eines einfachen Verfahrens ohne spezielle Einrichtungen gebildet werden.
(2) Die mit Apatit überzogenen Tetracalciumphosphat-Teilchen behalten ihre Güte über einen langen Zeitraum und haben ausgezeichnete Beständigkeit gegen Verwitterung sowie sehr gute Lagereigenschaften.
(3) Die apatitüberzogenen Tetracalciumphosphat-Teilchen haben verbesserte mechanische und physikalische Eigenschaften, während sie gleichzeitig die Eigenschaften von Tetracalciumphosphat als biologische Materialien behalten.
(4) Abbindemassen mit verschiedenen Abbindeeigenschaften können erhalten werden, indem die Bedingungen für die Oberflächenbehandlung eingestellt werden, und können somit in einem großen Bereich von Anwendungsgebieten von Tetracalciumphosphat als biologische Materialien eingesetzt werden.

Gemäß der zweiten Erfindung werden die folgenden signifikanten Ergebnisse erzielt:

(1) Das schließlich erhaltene Härtungsmaterial erhält bedeutend verbesserte mechanische und physikalische Eigenschaften (Druckfestigkeit, Härtungszeit, Schichtdicke usw.), ohne daß die ausgezeichneten Eigenschaften von Tetracalciumphosphat als biologische Materialien beeinträchtigt sind.
(2) Die erzeugte Abbindemasse ergibt Härtungsmaterialien, die hinsichtlich der mechanischen und physikalischen Eigenschaften denjenigen äquivalent oder überlegen sind, die aus konventionellen biologisch inaktiven Abbindemassen (wie Zinkphosphat-Zement) gebildet sind.
(3) Die erhaltene Abbindemasse ergibt ein Härtungsmaterial hoher mechanischer Festigkeit und ist daher in einem größeren Bereich von Anwendungsgebieten als biologisches Material einsetzbar.
(4) Phosphorsäure, die in konventionellen Materialien nur in geringem Umfang als biologisches Material eingesetzt wird, verbessert die Eigenschaften der Abbindemassen besonders aufgrund des synergistischen Effekts, der durch den gemeinsamen Einsatz mit Citronensäure eintritt.
(5) Die erhaltene Abbindemasse härtet nach einer geeigneten Zeitdauer (weder zu lang noch zu kurz) aus, wodurch der jeweilige Vorgang vereinfacht wird.
(6) Das Härtungsmaterial hat eine geeignete Härte, die zu einer Verbesserung des Operations-Wirkungsgrads führt.

Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Referenzbeispiel 1

CaCO₃ und CaHPO₄ · 2H₂O in Pulverform mit einer Teilchengröße von ca. 5 µm wurden miteinander in einem Ca/P-Molverhältnis von 2 : 1 vermischt. Das Gemisch wurde geformt und in Atmosphäre bei 1600°C für 3 h calciniert unter Erhalt eines Sinterkörpers. Der Sinterkörper wurde zu Teilchen einer maximalen Teilchengröße bis zu 20 µm und einer mittleren Teilchengröße von ca. 5 µm pulverisiert unter Erhalt von pulverförmigem Tetracalciumphosphat.

Das erhaltene Produkt wurde der Röntgenbeugungsanalyse mit dem Ergebnis nach Fig. 1 unterworfen. Die Ergebnisse der Tabelle 1 zeigen, daß das erhaltene Produkt ein hochreines Produkt ist, das im wesentlichen nur aus Tetracalciumphosphat besteht.

In den folgenden Beispielen wurde das so gewonnene hochreine Tetracalciumphosphat eingesetzt.

Beispiel 1

Eine Menge von 20 g reinem Wasser, das auf 95°C erwärmt war, wurde 10 g pulverförmigem Tetracalciumphosphat zugesetzt. Das resultierende Gemisch wurde in sieben Portionen geteilt, so daß sieben hermetisch abgeschlossene Proben erhalten wurden. Die Proben wurden in einem auf 95°C gehaltenen Konstanttemperaturbad behandelt und daraus nach 1 h, 3 h, 24 h, 7 d, 14 d, 30 d bzw. 60 d nach Beginn der Behandlung entnommen. Jede Probe wurde bei 105°C getrocknet, und die erhaltenen Teilchen wurden mittels Röntgenbeugung analysiert. Die Ergebnisse sind mit den Symbolen A-G in Fig. 2 gezeigt.

Die Ergebnisse A-G in Fig. 2 zeigen, daß das Tetracalciumphosphat allmählich in Hydroxylapatit umgewandelt wurde und daß das Tetracalciumphosphat auch in heißem Wasser über einen langen Zeitraum relativ stabil vorhanden blieb.

Beispiel 2

Eine Menge von 2 g pulverförmigem Tetracalciumphosphat wurde in 1 l reinem Wasser dispergiert und auf 37°C bzw. 95°C für 5 h erwärmt. Das Pulver wurde durch Filtration abgetrennt und durch Stehenlassen für 24 h getrocknet. Das gewonnene Pulver wurde durch Röntgenbeugung analysiert.

Die Ergebnisse der Röntgenbeugung sind bei H und I in Fig. 3 gezeigt.

Die Ergebnisse von Fig. 3 zeigen, daß das gemäß der Erfindung erhaltene Tetracalciumphosphat in einer Überschußmenge Wasser stabil vorhanden sein kann.

Beispiel 3

Eine Menge von 20 g reinem Wasser wurde 10 g pulverförmigem Tetracalciumphosphat zugesetzt. Das resultierende Gemisch wurde einer Oberflächenbehandlung unter den Bedingungen (Temperatur und Zeit) gemäß der Tabelle 1 unterzogen und durch Filtration abgetrennt. Der Filterkuchen wurde zum Trocknen für 24 h stehengelassen, so daß ein Pulver für eine Abbindemasse erhalten wurde. In der Tabelle 1 bezeichnen die Zahlen 1-40 die Probennummern.

Danach wurde mit dem obigen Pulver eine wäßrige Citronensäurelösung in einer Konzentration von 40% vermischt zum Erhalt von Abbindemassen. Die Abbindezeit jeder Masse wurde bestimmt. Das Pulver wurde mit der wäßrigen Lösung in einem Pulver-Flüssig-Verhältnis von 2,3 g/ml vermischt.

Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 1

Proben-Nr.
Abbindezeit
1
innerhalb 20 s
2	innerhalb 20 s
3	innerhalb 20 s
4	innerhalb 20 s
5	30 s
6	1 min
7	4 min 30 s
8	4 min 45 s
9	6 min 15 s
10	7 min 50 s
11	innerhalb 20 s
12	40 s
13	1 min 50 s
14	3 min 45 s
15	4 min 30 s
16	4 min 55 s
17	5 min 10 s
18	5 min 30 s
19	6 min 45 s
20	7 min 40 s
21	innerhalb 20 s
22	30 s
23	45 s
24	2 min
25	4 min
26	4 min 20 s
27	4 min 30 s
28	4 min 40 s
29	6 min
30	7 min 40 s
31	1 min 30 s
32	2 min
33	4 min 45 s
34	5 min 30 s
35	5 min 40 s
36	5 min 45 s
37	5 min 50 s
38	6 min
39	7 min 45 s
40	11 min 15 s

Beispiel 4

Eine Menge von 100 g pulverförmigem Tetracalciumphosphat wurde für 3 h in 200 g destilliertem Wasser gerührt, das auf 95°C erwärmt war, und das resultierende Gemisch wurde filtriert. Der Filterkuchen wurde bei 105°C für 24 h getrocknet. Das gewonnene pulverförmige Tetracalciumphosphat, das mit Apatit überzogen war, wurde mit wäßrigen Lösungen unter den folgenden Bedingungen zum Erhalt von Abbindemassen vermischt:

(a) das Pulver wurde mit einer wäßrigen Lösung von 40% Citronensäure in einem Verhältnis Pulver/Flüssigkeit=2,4 (g/ml) vermischt;
(b) das Pulver wurde mit einer wäßrigen Lösung, enthaltend 40% Citronensäure und 5% Polyacrylsäure, in einem Verhältnis Pulver/Flüssigkeit=2,2 (g/ml) vermischt;
(c) das Pulver wurde mit einer wäßrigen Lösung aus 38% Citronensäure, 1% Weinsteinsäure und 2,5% Polyacrylsäure in einem Verhältnis Pulver/Flüssigkeit=2,2 (g/ml) vermischt;
(d) das Pulver wurde mit einer wäßrigen Lösung von 29% Citronensäure, 10% Malonsäure und 2,5% Polyacrylsäure in einem Verhältnis von Pulver/Flüssigkeit=2,3 (g/ml) vermischt; und
(e) das Pulver wurde mit einer wäßrigen Lösung von 40% Citronensäure und 20% Phosphorsäure in einem Verhältnis von Pulver/Flüssigkeit=2,0 (g/ml) vermischt.

Die so erhaltenen Abbindemassen wurden geprüft im Hinblick auf (1) Abbindezeit, (2) Druckfestigkeit nach 24 h (kgf/cm²) und (3) Schichtdicke, und zwar sämtlich nach den Prüfmethoden gemäß JIS T6602.

Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 3

Vergleichsbeispiel 1

Abbindemassen wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, wobei jedoch Tetracalciumphosphat-Teilchen eingesetzt wurden, die nicht oberflächenbehandelt waren.

Abbindemassen wurden mit den gleichen Methoden wie in Beispiel 4 geprüft, und die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt. Dabei haben die Symbole (a) bis (e) und (1) bis (3) die gleiche Bedeutung wie in der Tabelle 3.

Tabelle 4

Wie aus den Ergebnissen der Tabelle 4 ersichtlich ist, binden die unter den gleichen Mischbedingungen wie in Beispiel 4 hergestellten Massen innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums ab, d. h. sie binden praktisch sofort ab, so daß keine weiche, leicht handhabbare Abbindemasse erhalten wird.

Vergleichsbeispiel 2

Abbindemassen wurden unter den gleichen Mischbedingungen wie in Beispiel 4 hergestellt, wobei allerdings nicht-oberflächenbehandelte Tetracalciumphosphat-Teilchen eingesetzt wurden und eine erhöhte Menge der sauren wäßrigen Lösung eingesetzt wurde, um Abbindemassen zu erhalten, deren physikalische Eigenschaften meßbar sind.

Die in der Tabelle 5 angegebenen Mischbedingungen (f) bis (j) sind folgende:

(f) die wäßrige Lösung (a) von Beispiel 4 wurde in einem Verhältnis von Pulver/Flüssigkeit=1,5 (g/ml) vermischt;
(g) die wäßrige Lösung (b) von Beispiel 4 wurde in einem Verhältnis von Pulver/Flüssigkeit=1,5 (g/ml) vermischt;
(h) die wäßrige Lösung (c) von Beispiel 4 wurde in einem Verhältnis von Pulver/Flüssigkeit=1,5 (g/ml) vermischt;
(i) die wäßrige Lösung (d) von Beispiel 4 wurde in einem Verhältnis von Pulver/Flüssigkeit=1,5 (g/ml) vermischt;
(j) die wäßrige Lösung (e) von Beispiel 4 wurde in einem Verhältnis von Pulver/Flüssigkeit=1,5 (g/ml) vermischt;

Tabelle 5

Beispiel 5

Als Pulvermaterial wurde ein pulverförmiges Tetracalciumphosphat (mit einer größten Teilchengröße von 20 µm und einer mittleren Teilchengröße von 5 µm) mit Doppelstruktur eingesetzt, wobei die Teilchenoberfläche mit Apatit überzogen war, indem das Tetracalciumphosphat einer Hydratisierungsreaktion unterworfen worden war. Als Flüssigmaterial wurde eine saure wäßrige Lösung eingesetzt, die Citronen- und Phosphorsäure enthielt. Unter Einsatz dieser Materialien wurde eine Abbindemassenprobe erhalten, indem das Pulver- und das Flüssigmaterial in einem Verhältnis von Pulver/Flüssigkeit=2,4 g/ml vermischt wurden.

Die Konzentrationen von Citronen- und Phosphorsäure in dem zur Herstellung der Proben eingesetzten Flüssigmaterial waren folgende:

Nr. 41 - Citronensäure = 35%, Orthophosphorsäure = 7%
Nr. 42 - Citronensäure = 40%, Orthophosphorsäure = 5%
Nr. 43 - Citronensäure = 45%, Orthophosphorsäure = 5%
Nr. 44 - Citronensäure = 40%, Orthophosphorsäure = 17%
Nr. 45 - Citronensäure = 35%, Orthophosphorsäure = 15%
Nr. 46 - Citronensäure = 40%, Orthophosphorsäure = 15%
Nr. 47 - Citronensäure = 45%, Orthophosphorsäure = 15%

Die so hergestellten Abbindemassen wurden geprüft im Hinblick auf (1) Abbindezeit, (2) Druckfestigkeit (kgf/cm²) nach 24 h und (3) Schichtdicke, und zwar sämtlich nach den Prüfmethoden gemäß JIS T 6602.

Die Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 6

Beispiel 6

Als Pulvermaterial wurde ein Gemisch aus 100 Teilen der gleichen apatitüberzogenen Tetracalciumphosphat-Doppelstrukturteilchen wie in Beispiel 5, 25 Teilen Bariumsulfat (Röntgenkontrastmittel) und 2,5 Teilen Calciumfluorid (Antipilzmittel) eingesetzt. Das Pulvermaterial wurde mit einer sauren wäßrigen Lösung vermischt, die Citronen- und Phosphorsäure als Flüssigmaterial enthielt, und es wurde eine Abbindemassenprobe erhalten.

Nachstehend folgen die Konzentrationen von Citronen- und Phosphorsäure in dem Flüssigmaterial sowie das für die Herstellung von Proben verwendete Pulver/Flüssig-Verhältnis.

Nr. 48 - Citronensäure=42%, Orthophosphorsäure=10%, Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,5 g/ml
Nr. 49 - Citronensäure=41%, Orthophosphorsäure=11%, Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,6 g/ml
Nr. 50 - Citronensäure=38%, Orthophosphorsäure=8%, Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,7 g/ml

Die so hergestellten Abbindemassen wurden im Hinblick auf (1) Abbindezeit, (2) Druckfestigkeit (kgf/cm²) nach 24 h und (3) Schichtdicke in gleicher Weise wie in Beispiel 5 geprüft.

Die Tabelle 7 zeigt die Prüfergebnisse

Tabelle 7

Wie aus den Ergebnissen der Tabellen 6 und 7 hervorgeht, liegt die Abbindezeit der Proben Nr. 41-50 in einem Idealbereich von 4-8 min, und die Schichtdicke beträgt ca. 30 µm, was bedeutet, daß die Proben weder zu hart noch zu weich und damit leicht handhabbar sind.

Da die mittlere Druckfestigkeit natürlicher Knochen ca. 1500 kgf/cm² beträgt, haben die Produkte gemäß der Erfindung offensichtlich eine ausreichende Festigkeit, um als Ersatz verwendet zu werden.

Vergleichsbeispiel 3

Das gleiche apatitüberzogene, doppelstrukturierte pulverförmige Tetracalciumphosphat, das in Beispiel 5 als Pulvermaterial eingesetzt wurde, wurde mit einer sauren wäßrigen Lösung als Flüssigmaterial vermischt, das Citronen- und Phosphorsäure enthielt, so daß eine Abbindemassenprobe erhalten wurde.

Die Konzentrationen von Citronen- und Phosphorsäure im Flüssigmaterial und das Verhältnis von Pulver- zu Flüssigmaterial zur Herstellung der Proben waren wie folgt:

Nr. 51 - Citronensäure=51%, Phosphorsäure=5%, Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,0 g/ml
Nr. 52 - Citronensäure=46%, Phosphorsäure=26%, Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,0 g/ml
Nr. 53 - Citronensäure=35%, Phosphorsäure=30%, Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,0 g/ml
Nr. 54 - Citronensäure=30%, Phosphorsäure=25%, Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,0 g/ml
Nr. 55 - Citronensäure=24%, Phosphorsäure=15%, Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,2 g/ml
Nr. 56 - Citronensäure=23%, Phosphorsäure=7%, Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,2 g/ml
Nr. 57 - Phosphorsäure=10%, Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,4 g/ml

Die so erhaltenen Abbindemassen wurden geprüft im Hinblick auf (1) Abbindezeit, (2) Druckfestigkeit nach 24 h (kgf/cm²) und (3) Schichtdicke, und zwar in gleicher Weise wie in Beispiel 5.

Die Tabelle 8 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 8

Wie aus den Ergebnissen der Tabelle 8 deutlich wird, erfolgte, wenn das Verhältnis von Citronen- zu Phosphorsäure in einem Flüssigmaterial außerhalb des durch die Erfindung angegebenen Bereichs lag, ein Abbinden der erhaltenen Proben innerhalb eines extrem kurzen Zeitraums, oder sie wurden nicht gehärtet, oder sie wurden scheinbar gehärtet, aber die Härtungsmaterialien wiesen einen schwerwiegenden Defekt auf, z. B. hatten sie praktisch keine mechanische Festigkeit und waren somit nicht für den Gebrauch geeignet.

Vergleichsbeispiele 4-7

Die folgenden handelsüblichen oder bekannten Abbindemassen für medizinischen oder dentalen Gebrauch, die aus Pulver- und Flüssigmaterial bestanden, wurde auf ihre physikalischen Eigenschaften in gleicher Weise wie in Beispiel 5 geprüft.

[Vergleichsbeispiel 4]
apatitüberzogenes handelsübliches Produkt A:
Pulvermaterial: alpha-Tricalciumphosphat
Flüssigmaterial: wäßrige Lösung von organischer Säure mit hohem Molekulargewicht
Pulver/Flüssig-Verhältnis=1,3 g/g

[Vergleichsbeispiel 5]
Produkt nach der nichtgeprüften JP-Patentveröffentlichung Nr. 72363/1987:
Pulvermaterial: Tetracalciumphosphat
Flüssigmaterial: wäßrige Citronensäurelösung
Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,0 g/g

[Vergleichsbeispiel 6]
Produkt nach der nichtgeprüften JP-Patentveröffentlichung Nr. 176252/1989:
Pulvermaterial: Tetracalciumphosphat+zweibasisches Calciumphosphat
Flüssigmaterial: wäßrige Phosphorsäurelösung Pulver/Flüssig-Verhältnis=3,8 g/g

[Vergleichsbeispiel 7]
Produkt nach der nichtgeprüften JP-Patentveröffentlichung Nr. 100049/1989:
Pulvermaterial: alpha-Tricalciumphosphat+Tetracalciumphosphat
Flüssigmaterial: wäßrige Lösung eines Gemischs von Citronensäure, Saccharose und Chitosan
Pulver/Flüssig-Verhältnis=2,0 g/g

Die Tabelle 9 zeigt die Prüfergebnisse.

Tabelle 9

Aus den Ergebnissen der Tabelle 9 ist ersichtlich, daß keines der hergestellten Produkte sämtliche der nachstehend aufgeführten Eigenschaften hatte, und zwar eine geeignete Abbindezeit (bevorzugt ca. 2 bis ca. 10 min), eine zur Verwendung als Knochen- oder Zahnersatz oder dergleichen ausreichende Druckfestigkeit (bevorzugt 1000 kgf/cm² oder mehr), eine Weichheit, die die Handhabung erleichtert (bevorzugt eine Schichtdicke von bis zu 30 µm) und ähnliche Eigenschaften. Allgemein gilt, daß bei besonders guter Ausbildung einer bestimmten Eigenschaft eines Produkts die übrigen Eigenschaften schlecht waren.

Referenzbeispiel 2

Das Diagramm von Fig. 4 zeigt die Mengenbeziehungen zwischen Citronen- und Phosphorsäure im Flüssigmaterial für Abbindemassen nach der Erfindung, insbesondere die Beziehung, die in einer Verbesserung von Eigenschaften resultiert (also den Bereich nach der Erfindung), die Beziehung, die in einer Erhöhung der Druckfestigkeit resultiert (den stärker bevorzugten Bereich nach der Erfindung) und die Beziehung, die in der höchsten Steigerung der Druckfestigkeit resultiert (den am meisten bevorzugten Bereich nach der Erfindung).

Der von der äußersten Linie umgebene Bereich zeigt den normalen Bereich der Erfindung, der von der Zwischenlinie umgebene Bereich zeigt den bevorzugten Bereich der Erfindung, und der von der innersten Linie umgebene Bereich zeigt den am meisten bevorzugten Bereich der Erfindung.

Beispiel 7

Das gleiche Vorgehen wie in Beispiel 5 wurde wiederholt, wobei jedoch Citronen- und Phosphorsäure in den folgenden Verhältnissen eingesetzt wurden, so daß Abbindemassen erhalten wurden, deren Verhältnis von Pulver/Flüssigkeit 2,4 g/ml war.

Nr. 58 - Citronensäure=40%, Pyrophosphorsäure=10%
Nr. 59 - Citronensäure=40%, Polyphosphorsäure=10%
Nr. 60 - Citronensäure=40%, Metaphosphorsäure=10%
Nr. 61 - Citronensäure=40%, Phosphorsäure=10%

Die so hergestellten Abbindemassen wurden geprüft auf (1) Abbindezeit, (2) Druckfestigkeit (kgf/cm²) nach 24 h und (3) Schichtdicke (µm), und zwar in gleicher Weise wie in Beispiel 5.

Die Tabelle 10 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 10

Beispiel 8

Abbindemassen wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, wobei Citronen- und Phosphorsäure in den folgenden Verhältnissen eingesetzt wurden und die Pulver/Flüssig-Verhältnisse wie folgt waren:

Nr. 62 - Citronensäure=25%, Orthophosphorsäure=5%, Verhältnis Pulver/Flüssigkeit=3,0 g/ml
Nr. 63 - Citronensäure=45%, Phosphorsäure=25%, Verhältnis Pulver/Flüssigkeit=1,0 g/ml
Nr. 64 - Citronensäure=30%, Phosphorsäure=20%, Verhältnis Pulver/Flüssigkeit=2,2 g/ml
Nr. 65 - Citronensäure=48%, Orthophosphorsäure=5%, Verhältnis Pulver/Flüssigkeit=2,0 g/ml

Die so hergestellten Abbindemassen wurden geprüft in bezug auf (1) Abbindezeit, (2) Druckfestigkeit (kgf/cm²) nach 24 h und (3) Schichtdicke (µm), und zwar in der gleichen Weise wie in Beispiel 5.

Die Tabelle 11 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 11

Claims

1. Mit Apatit überzogene Tetracalciumphosphat-Teilchen.

2. Verfahren zur Herstellung von mit Apatit überzogenen Tetracalciumphosphat-Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß Tetracalciumphosphat-Teilchen einer Hydratisierungsreaktion unterworfen werden.

3. Abbindemasse auf Tetracalciumphosphat-Basis, die 100 Gewichtsteile der Tetracalciumphosphat-Teilchen gemäß der Definition von Anspruch 1 und ca. 5 bis ca. 80 Gewichtsteile einer wäßrigen Lösung einer Säure, berechnet als eine Säure, aufweist.

4. Abbindemasse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Säurelösung ca. 30 bis ca. 70% wenigstens einer Säure enthält, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus:

(a) Carbonsäuren vom Tricarbonsäurezyklus-Typ;
(b) Phosphorsäure;
(c) Acrylsäure-Homopolymeren, die dargestellt sind durch die Formel mit n = 50-50 000;
(d) Copolymeren von Acrylsäure und Itaconsäure, die dargestellt sind durch die Formel mit l=5-10, m=1-5 und n=50-50 000; und
(e) Copolymeren von Acrylsäure und Fumarsäure, die dargestellt sind durch die Formel mit l=5-10, m=1-5 und n=50-50 000.

5. Zusammensetzung zur Bildung eines hochfesten Härtungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung aufweist:
100 Gewichtsteile eines Pulvergemisches, das überwiegend Tetracalciumphosphat-Teilchen, die mit einer für den lebenden Körper unschädlichen Substanz, die zum lebenden Körper eine Affinität hat, überzogen sind, und ca. 5 bis ca. 80 Gewichtsteile, berechnet als eine Säure, einer sauren wäßrigen Lösung enthält, die überwiegend Citronensäure und Phosphorsäure enthält.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die saure wäßrige Lösung, die als Hauptbestandteile Citronen- und Phosphorsäure enthält, sämtlichen nachstehenden Konzentrationsbeziehungen genügt:

7. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorsäure in der sauren wäßrigen Lösung wenigstens eine Säure ist, die ausgewählt ist aus der Ortho-, Pyro-, Poly-, Metaphosphorsäure und phosphorige Säure umfassenden Gruppe.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Citronensäure und die Phosphorsäure in der wäßrigen Lösung den folgenden Konzentrationsbeziehungen genügen:

9. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Citronensäure und die Phosphorsäure in der wäßrigen Lösung den folgenden Konzentrationsbeziehungen genügt:

10. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die saure wäßrige Lösung bis zu 10% wenigstens einer Säure enthält, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die Salz-, Salpeter-, Ascorbin- und Polycarbonsäure umfaßt.

11. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Affinität zum lebenden Körper aufweisende Überzug aus Apatit gebildet ist.

12. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Apatitüberzug eine Dicke von ca. 0,01 bis ca. 1 µm hat.