JP3854408B2

JP3854408B2 - リン酸カルシウムセメント粉体

Info

Publication number: JP3854408B2
Application number: JP11998698A
Authority: JP
Inventors: 洋一郎水谷; 武憲澤村; 昌晃服部; 雅彦奥山
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-04-13
Filing date: 1998-04-13
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2018-04-13
Also published as: JPH11290446A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医科用或いは歯科用のリン酸カルシウムセメント粉体、特に、従来のものより優れた強度を有し、且つ骨置換の作用に優れるセメントを得ることができるリン酸カルシウムセメント粉体に関する。本発明の粉体を用いたリン酸カルシウムセメントは、生体骨の欠損部に充填した場合に、容易に吸収され、生体骨に置換される。
【０００２】
【従来の技術】
生体に用いられる水硬性リン酸カルシウムセメントとしては、現在までに各種の組成のものが数多く提案されている。これらのうちで、実用的な強度を有する硬化体が得られるリン酸カルシウムセメントは、硬化によってハイドロキシアパタイトが形成されるものが多い。これらのリン酸カルシウムセメントを生体骨の欠損部に充填した場合、硬化体であるハイドロキシアパタイトは高い生体親和性を有するため、生体骨に直接強固に接合される。しかし、このハイドロキシアパタイトは、水に難溶性のリン酸カルシウム化合物である。そのため、生体内において体液に溶解して骨欠損部等に吸収されることがなく、そのまま硬化体として体内に残留するとの欠点がある。
【０００３】
そこで、このような欠点を補うものとして、β型第三リン酸カルシウムと第一リン酸カルシウム水和物とからなる粉体を含むリン酸カルシウムセメントが開発された（ＳＩＬＩＣＡＴＥＳＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ１９８７／９−１０ｐ１４１−１４６）。このセメントの場合、充填後、初期の構成相は、第一リン酸カルシウム水和物とβ型第三リン酸カルシウムとが反応して生成する第二リン酸カルシウムと、未反応物であるβ型第三リン酸カルシウムとからなる。これらの構成相、特にβ型第三リン酸カルシウムは、ハイドロキシアパタイトに比べて水に溶解し易く、生体内で容易に吸収され、その吸収にともない、生体骨が成長し、骨置換されることが報告されている（整形外科１９９７，４８巻８号ｐ１１２２−１１２６）。
【０００４】
即ち、粉体としてβ型第三リン酸カルシウムを含有するリン酸カルシウムセメントを、生体骨の欠損部に充填した場合、硬化体に含まれる未反応のβ型第三リン酸カルシウムが溶出し、生体骨に吸収され、生体骨に置換される。このように、欠損部に生体骨が形成されていない初期の段階では、ある程度の強度を有する硬化体によって生体骨が補強され、その後、生体骨の形成とともにβ型第三リン酸カルシウムが吸収され、骨置換されていく。しかし、第一リン酸カルシウム水和物が硬化して生成する第二リン酸カルシウムは強度が小さく、第一リン酸カルシウム水和物とβ型第三リン酸カルシウムとを含むセメントでは、初期の圧縮強度は３０ｋｇ／ｃｍ²程度である。この程度の強度では、適応症例にもよるが、実用上、問題となる場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来の問題点を解決するものであり、第一リン酸カルシウム水和物を加熱し、乾燥して無水物として用いることにより、強度の大きな硬化体とすることができるリン酸カルシウムセメント粉体を提供することを目的とする。また、β型第三リン酸カルシウム粉末を含むリン酸カルシウムセメント粉体を用いることにより、生体内で容易に吸収され、且つ骨置換の作用に優れるセメントを得ることができるリン酸カルシウムセメント粉体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明のリン酸カルシウムセメント粉体は、リン酸カルシウムセメント粉体を１００重量部とした場合、第一リン酸カルシウム水和物を１００〜２２０℃の温度範囲で加熱することにより得られる第一リン酸カルシウム無水物の粉末を２０〜５０重量部含有することを特徴とする。
【０００７】
第１発明では、第一リン酸カルシウム水和物ではなく、その無水物を含むセメント粉体とすることにより、従来のものより優れた強度を有する硬化体が得られることを特徴とする。また、第２発明では、第二リン酸カルシウムと、ハイドロキシアパタイトに比べて生体内で吸収され易い、未反応のβ型第三リン酸カルシウムとを構成相とする硬化体が得られることを特徴とする。この第一リン酸カルシウム無水物を含むセメント粉体が硬化してなる第二リン酸カルシウムは、相当に強度が大きく、生体骨の欠損部が補強される。更に、未反応のβ型第三リン酸カルシウムは、骨欠損部等に容易に吸収され、骨置換される。このように、特に、第２発明の粉体を用いたセメントでは、初期段階では、欠損部の補強がなされ、且つその後の生体骨の成長とともに骨置換が容易に進み、欠損部は生体骨のみとなり、骨欠損部は完治する。
【０００８】
上記「第一リン酸カルシウム水和物」を加熱、乾燥し、上記「第一リン酸カルシウム無水物の粉末」を得るための温度が１００℃未満では、水和物を十分に無水物とすることができない。一方、この温度が２２０℃を越える場合は、水和物が分解し、非晶質のリン酸カルシウム化合物になってしまう。この加熱、乾燥の温度は特に１４０〜２００℃、更には１６０〜２００℃とすることが好ましい。この温度範囲であれば、水和物のすべてが無水物となり、また、分解して非晶質のリン酸カルシウム化合物が生ずることもない。尚、加熱、乾燥の時間は特に限定されず、加熱の温度にもよるが、２〜２４時間とすることができ、特に５〜２０時間、更には１０〜１５時間とすることが好ましい。
【０００９】
第１及び第２発明のリン酸カルシウムセメント粉体において、第一リン酸カルシウム無水物の粉末の含有量は、リン酸カルシウムセメント粉体を１００重量部とした場合に２０〜５０重量部であり、第３発明のように、リン酸カルシウムセメント粉体を１００重量部とした場合に２０〜４０重量部とすることが好ましい。第１及び第２発明のリン酸カルシウムセメント粉体では、酸性の化合物である第一リン酸カルシウム無水物が先ず水等の混練液に溶解し、混練体のｐＨが低下することにより、硬化反応が進行する。そのため、第一リン酸カルシウム無水物の粉末の含有量が１０重量部未満では、セメントは十分に硬化しない。
【００１０】
一方、含有量が５０重量部を越える場合は、この第一リン酸カルシウム無水物が硬化して生成する第二リン酸カルシウムからなる硬化体に含まれる未反応のβ型第三リン酸カルシウムの量比が低くなり、セメント硬化体から骨への置換が十分に行われない。また、このように第一リン酸カルシウム無水物の粉末の含有量が多い場合は、非常に短時間で硬化が進み、セメントを骨欠損部等へ充填する際の作業性などが低下するため好ましくない。
【００１１】
尚、第一リン酸カルシウム無水物の粉末の含有量が１０重量部である場合、初期の硬化体の濡れ圧縮強度は３５ｋｇ／ｃｍ²程度と、水和物を用いた場合に比べてそれほど優れているとはいえない。しかし、第一リン酸カルシウム無水物の粉末が少量であるため、骨欠損部に吸収され易く、骨置換が十分に進むβ型第三リン酸カルシウム粉末の量比を相対的に高くすることができる。そのため、このように第一リン酸カルシウム無水物が少量であっても、水和物を用いた場合に比べて骨置換の作用に優れるリン酸カルシウムセメントを得ることができる。
【００１２】
また、第一リン酸カルシウム無水物の粉末の含有量は、特に２０〜４５重量部とすることが好ましい。この範囲の含有量であれば、リン酸カルシウムセメント粉体を１００重量部とした場合に、３０重量部の水を添加して混練し、ＪＩＳＴ６６０２に定められた方法によって硬化させた場合に、得られる硬化体の濡れ圧縮強度が９０ｋｇ／ｃｍ²以上と、従来のものより優れた強度を有する硬化体を得ることができる。この濡れ圧縮強度は、９０〜３２０ｋｇ／ｃｍ^２、特に１２０〜３２０ｋｇ／ｃｍ^２、更には１５０〜３２０ｋｇ／ｃｍ^２とすることができる。
【００１３】
更に、第１発明において、第一リン酸カルシウム無水物を除く粉体成分としては、β型第三リン酸カルシウムの他、第四リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、水酸アパタイト及びα型第三リン酸カルシウム等の粉末を使用することができる。これらの粉末は１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの粉体成分としては、β型第三リン酸カルシウム等の、骨置換の性能に優れたものが特に好ましい。また、第２発明において、主成分とは、リン酸カルシウムセメント粉体を１００重量部とした場合に、第一リン酸カルシウム無水物の粉末とβ型第三リン酸カルシウム粉末との合計量が４０重量部以上、特に６０重量部以上であることを意味する。
【００１４】
無水物の生成に用いられる第一リン酸カルシウム水和物は、どのような方法によって製造されたものであってもよく、市販品をそのまま使用することができる。また、β型第三リン酸カルシウムとしては、炭酸カルシウムと第二リン酸カルシウムとの混合物を９００〜１１５０℃で焼成したものを用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００１５】
本発明のリン酸カルシウムセメント粉体は、純水、蒸留水等を混練液として混練体とし、この混練体を生体骨の欠損部等に充填することによって使用することができる。純水、蒸留水等は、粉体を１００重量部とした場合に、１５〜７０重量部、特に２０〜５０重量部程度添加することが好ましい。また、混練体の操作性、及び生体内での崩壊性等を考慮して、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、多糖類等の水溶性高分子の水溶液を混練液として使用することもできる。更に、この粉体を用いたセメントは、このセメントのみを骨欠損部等に充填して骨置換させる等の用途に用いることができる他、混練時に、骨形成因子、抗ガン剤及び抗生物質等を添加し、薬物徐放のための担体として利用することができる。また、この粉体には、硫酸バリウム、次炭酸ビスマス等のＸ線造影剤を配合することもできる。本発明のリン酸カルシウムセメント粉体は、第４発明のように、医科用或いは歯科用のリン酸カルシウムセメント粉体として好適に使用できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
（１）第一リン酸カルシウム水和物の加熱温度の検討
実験例１
第一リン酸カルシウム水和物（和光純薬工業株式会社製）を、表１に記載の温度に設定された乾燥器に入れ、２時間、加熱し、乾燥した。得られた乾燥粉末をアルミナ乳鉢によって粉砕し、より微細な粉末とした後、Ｘ線回折装置を用いて生成物の同定を行った。結果を表１及び図１に示す。
【００１７】
比較実験例１及び２
比較実験例１では、加熱、乾燥の温度を９０℃とし、時間を２４時間とした。また、比較実験例２では、加熱、乾燥の温度を２４０℃とした。その他は実験例１と同様にして微粉末とし、同様にして生成物の同定を行った。結果を表１及び図１に示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
表１の結果によれば、加熱、乾燥の温度が１００〜２２０℃である実験例１では、生成物は、加熱、乾燥の温度にかかわりなく第一リン酸カルシウム無水物（ＭＣＰＡ）のみとなっている。一方、加熱、乾燥の温度が第１発明の下限を下回っている比較実験例１では、ＭＣＰＡが生成してはいるが、図１において明らかなとおり、実験例１の加熱、乾燥の温度が１８０℃の場合に比べて、その回折ピークは著しく小さくなっている。また、実験例１の加熱、乾燥の温度が１８０℃の場合にはまったく表れていない水和物（ＭＣＰＭ）の大きな回折ピークが表れており、加熱、乾燥の時間が非常に長いにもかかわらず、水和物の多くが無水物にならずにそのまま残っていることが分かる。
【００２０】
更に、加熱、乾燥の温度が第１発明の上限を上回っている比較実験例２でも、ＭＣＰＡが生成してはいるが、図１において明らかなとおり、実験例１の加熱、乾燥の温度が１８０℃の場合に比べて、その回折ピークは非常に小さくなっている。また、この微粉末には、非晶質のリン酸カルシウム化合物が相当量含まれていることがＸ線回折によって確認された。
【００２１】
（２）第一リン酸カルシウム水和物の加熱温度と濡れ圧縮強度との相関
実験例２
第一リン酸カルシウム水和物を、表２に記載の温度に設定された乾燥器に入れ、１０時間、加熱し、乾燥した。得られた乾燥粉末を実験例１と同様にして粉砕し、微粉末とした。その後、これらの第一リン酸カルシウム無水物の粉末３０重量部と、β型第三リン酸カルシウム粉末７０重量部とを混合し、混合粉末を得た。次いで、これらの混合粉末１００重量部に対して３０重量部の純水を加え、混練した後、ＪＩＳＴ６６０２に定められた方法によって硬化させた。得られた硬化体の濡れ圧縮強度をオートグラフを用いて測定した。また、硬化体の構成相をＸ線回折装置を用いて同定した。結果を表２に示す。
【００２２】
比較実験例３、４及び５
比較実験例３では、第一リン酸カルシウム水和物を加熱、乾燥せず、水和物のまま用いた。また、比較実験例４では、加熱、乾燥の温度を９０℃とし、時間を２４時間とした。更に、比較実験例５では、加熱、乾燥の温度を２４０℃とした。得られた乾燥粉末を実験例１と同様にして粉砕し、微粉末とした。その後、実験例２と同様にして硬化体を得、この硬化体の濡れ圧縮強度を測定し、また、その構成相を同定した。結果を表２に示す。
【００２３】
【表２】

【００２４】
表２の結果によれば、加熱、乾燥の温度が１００〜２２０℃である実験例２では、濡れ圧縮強度は１０２〜３０５ｋｇ／ｃｍ²と、従来のものより優れた強度を有する硬化体が得られていることが分かる。また、その構成相は、反応生成物である第二リン酸カルシウム（ＤＣＰ）と、未反応のβ型第三リン酸カルシウム（β型ＴＣＰ）であることが確認された。一方、第一リン酸カルシウム水和物をそのまま用いた比較実験例３、及び加熱、乾燥の温度が第１発明の下限を下回っている比較実験例４では、構成相は実験例２と同様であったが、その濡れ圧縮強度は相当に小さいことが分かる。更に、加熱、乾燥の温度が第１発明の上限を上回っている比較実験例５では、硬化体が得られなかった。
【００２５】
（３）第一リン酸カルシウム無水物の粉末の含有量と濡れ圧縮強度との相関
実験例３
第一リン酸カルシウム水和物を、１８０℃で１０時間、加熱し、乾燥し、得られた乾燥粉末を実験例１と同様にして粉砕し、微粉末とした。その後、この第一リン酸カルシウム無水物の粉末が表３の量比となるように、β型第三リン酸カルシウム粉末を混合し、混合粉末を得た。次いで、これらの混合粉末を用いて実験例２と同様にして混練し、硬化させ、得られた硬化体の濡れ圧縮強度を測定し、また、構成相を同定した。結果を表３に示す。
【００２６】
比較実験例６及び７
比較実験例６では、β型第三リン酸カルシウム粉末のみを用いて実験例２と同様にして混練した。また、比較実験例７では、６０重量部の第一リン酸カルシウム無水物の粉末と４０重量部のβ型第三リン酸カルシウム粉末との混合粉末を得、実験例２と同様にして混練した。そして、比較実験例６では、実験例２と同様にして混練体の濡れ圧縮強度を測定し、その構成相を同定した。比較実験例７では、実験例２と同様にして硬化体の構成相を同定した。
【００２７】
【表３】

【００２８】
表３の結果によれば、実験例３では、ＭＣＰＡの粉末の含有量が２０〜５０重量部であれば、その濡れ圧縮強度は１６２〜３０５ｋｇ／ｃｍ²と、従来のものより優れた強度を有する硬化体が得られていることが分かる。また、その構成相は、ＤＣＰと、未反応のβ型ＴＣＰであることが確認された。尚、ＭＣＰＡの粉末の含有量が第３発明の下限の１０重量部である場合は、濡れ圧縮強度は必ずしも十分であるとはいえないが、β型ＴＣＰが多量に含まれているため、骨置換の作用には優れたセメントであると思われる。一方、β型ＴＣＰのみである比較実験例６では、硬化が進まず、濡れ圧縮強度は０である。更に、ＭＣＰＡの粉末の含有量が第３発明の上限を越えた６０重量部である比較実験例７の場合は、短時間で硬化が完了してしまうため、濡れ圧縮強度を測定するための試料を調製することができなかった。また、その構成相はＤＣＰのみであり、β型ＴＣＰの回折ピークはみられなかった。
【００２９】
【発明の効果】
第１発明によれば、第一リン酸カルシウム水和物を加熱し、乾燥して無水物とし、これに純水等を添加して混練することにより、従来のものより優れた強度を有する硬化体とすることができる。また、第２発明のように、この無水物の粉末とβ型第三リン酸カルシウム粉末とを主成分とする粉体を用いることにより、骨置換の作用に優れるセメントを得ることができる。更に、第３発明のように、特定量の第一リン酸カルシウム無水物の粉末を含有する粉体を含むセメントとすることにより、容易に十分な強度と優れた骨置換の作用とを併せ有するリン酸カルシウムセメントとすることができる。また、第４発明によれば、医科用或いは歯科用のリン酸カルシウムセメント粉体として好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一リン酸カルシウム水和物の加熱、乾燥の温度を変化させた場合の、生成物のＸ線回折の結果を比較して示すチャートである。

Claims

リン酸カルシウムセメント粉体を１００重量部とした場合、第一リン酸カルシウム水和物を１００〜２２０℃の温度範囲で加熱することにより得られる第一リン酸カルシウム無水物の粉末を２０〜５０重量部含有することを特徴とするリン酸カルシウムセメント粉体。
上記第一リン酸カルシウム無水物の粉末とβ型第三リン酸カルシウム粉末とを主成分とする請求項１記載のリン酸カルシウムセメント粉体。
上記リン酸カルシウムセメント粉体を１００重量部とした場合に、上記第一リン酸カルシウム無水物の粉末が２０〜４０重量部である請求項１又は２記載のリン酸カルシウムセメント粉体。
上記リン酸カルシウムセメント粉体は、医科用或いは歯科用のリン酸カルシウムセメント粉体である請求項１乃至３のいずれかに記載のリン酸カルシウムセメント粉体。