JPH01148812A - 無機ファイバーの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は生体との現和性が良好でかつ新生骨形成能を有
し、かつ複雑な形状をした骨欠損部位にもきわめて容易
に適合させうる骨欠損部及び空隙部充填剤としての無機
ファイバーの製造方法に関する。

［従来の技術Ｊ 外科あるいは整形外科の分野においては、骨折や骨腫　
の切除などにより骨に欠損部あるいは空隙部を生じ、ま
た歯科の分野においても歯ＷＪ験漏による顎骨の消耗欠
損等が起こり、当該個所の補綴を必要とする場合にしば
しば遭遇する。　従来かかる場合には患者本人の腸骨等
を切除し、骨欠損個所に充填し、骨組織の欠損あるいは
空隙をうめるとともに当該組織の回復治癒を早めるとい
う方法が多くの場合用いられている。しかし、この方法
を用いるには損傷個所以外の正常な骨組織を切除する必
要があることから、ＨＡ者の苦痛は大きく、しかも手術
に当り、多大の労力を要する。

さらに、骨欠損部等が大きな場合には、それに埋込むだ
けの充分な量の自家骨を採取できるとは限らず、不足分
については何らかの代用物を用いることを余儀なくされ
る。この代用物としては、たとえば同種骨、異種骨があ
るが埋込んだ生体組織と拒絶反応を伴なうことなどの点
に問題が残されており、手術後の経過は必ずしも良好と
はいえず、未だ実用段階には至っていない。

このようなことから、骨欠損部及び空隙部に充填した場
合生体親和性に優れ、当該欠損個所並びにその周辺部に
おける遺骨作用を促進し、骨ｍｌ＆欠損個所の構造機能
を修復及び回復せしめる人■材料の開発が望まれている
。

生体の硬組織代任物質としては、各種金属合金及び有機
物等が用いられてきたが、生体内における環境下での溶
解劣化若しくは生体に対し凝性を有し、異物反応を伴う
といわれており、現在では生体との親和性に優れ、かつ
上記の欠点のないセラミックス系材料が用いられつつあ
る。　このセラミックス系材料の中でも生体親和性に優
れたアルミナ、カーボン、りん酸三カルシウムあるいは
ヒドロキシアパタイトの焼結体若しくは単結晶からなる
人工骨９人工歯根などが開発されつつあり注「−１を築
めている。

［末完（！■の［１的：解決すべき問題点］しかしなが
ら、これらセラミックス系インブラント材はいずれもセ
ラミックス材料共通の硬くてもろいという欠点を有し、
現在のところこれらの材料として充分実用に供し得る状
懲には至っていない６　さらにこれら焼結体若しくは単
結病体からなるセラミックスのブロックを骨欠損部に充
填する試みもなされてはいるが、複誰な形状の骨欠損部
に充填するにあたり該ブロックと骨組織との間に不均一
な間隙が残存することなどから、充填の目的を達成する
ことはできず、−・万たとえばアルミナの場合には、骨
組織より著しイ硬いため充填材周辺でその刺激による骨
吸収が起こるなどの問題点があり、いまだ実用の域には
達していない。

従って、本発明の一目的は生体親和性に優れ、しかも異
物反応を伴わず短期間に生体硬Ｍ１ｍと一体化する骨欠
損部及び空隙部充填材である無機ファイバーの製造方法
を先ず提供することにある。

本９．明の他の目的は充填部における遺骨作用を促進し
、骨組織欠損個所の構造及び機老を特に速やかに修復及
び回復せしめる骨欠損部及び空隙部充填材である無機フ
ァイバーの製造方法を提供することにある。

［本発明の構成：問題を解決するための手段］本発明に
よれば、熔融後Ｃａ　／　Ｐモル比が０．３以上４．０
以下となり、かつＣａｏ＋Ｐ２Ｏ５が８０重量［９６ｊ
未満１５！＃、贋ｃ％］以上となる原料を、熔融−［程
とファイバー化工程とによりファイバーとする無機フィ
バ−の製造方法が提供される。また、前記構成の製造方
法によりファイバー化されたファイバーをりん酸基を含
みかつ［ｐＨ１が２ないし７である溶液に浸漬すること
により、特に骨生成能を増大させた無機ファイバーの製
造方法が提供される。

本発明のＪＳＳラフアイバーりんおよびカルシウムの原
料としてはりん酸四カルシウム、ヒドロキシアパタイト
、りん酸三カル・ンウム、プルッシャイ；・、モネタイ
）７りんおよびカルシウムを含む化合物を単独で、若し
くはこれらと生石灰、消石灰、炭酸カルシウム等カルシ
ウムを含む化合物又はりん酸三アンモニウム、りん酸−
水素アンモニウム、りん酸ナトリウム、りん酸カリウム
、りんｌｖ′ｖりんを含む化合物のうちから選ばれた１
種若しくは２種以上の混合物を、更に、前記カルシウム
を含む化合物とりんを含む化合物のそれぞれから選ばれ
た１種若しくは２種以上の混合物を適宜使用することが
でＪる。　また、ＣａＯ及びＰ２Ｏ５以外の成分の合計
を２０［％］以１１８５［％］未満とする原料としては
、アルミニウム。

珪素、ナトリウム等を含む化合物から選ばれた１種また
は２ａ以上の混合物を適宜使用することができる。　な
おこれらに代え、天然に存する物質例えば動物の骨やカ
オリン等も、生体にとって有害となる成分たとえばひ素
、カドミウム等を含んでいないか又はその含有量が少量
であれば使用できる。

本発明の無機ファイバーはたとえば前述した原料を適宜
混合し、該混合物を底部にノズルを有するつぼに入れ熔
融し、清澄化させ、底部のノズルより熔融物を流出させ
、これに高圧気体をふきつけることにより綿状ファイバ
ーとすることができ、−実流出物をドラムにまきとらせ
ることにより長ファイバーとすることができる。

該無機ファイバーはＣａ　／　Ｐモル比が０．３以上４
．０以下であり、かつＣａＯ＋Ｐ２０ｓ含有量が８０［
％］未満１５［％］以との範囲にあることが必要である
。Ｃａ／Ｐが０．３未満の場合には熔融物の粘度が小さ
くなりすぎるため、ファイバーとなすことが困難なため
であり、Ｃａ　／　Ｐが４．ｏを越える場合、及びＣａ
Ｏ＋Ｐ２０５含有量が８０［％］以上の場合には、とも
に原料の融点が著しく高くなり、熔融できなくなるか又
は熔融できたとしても熔融物の粘度がファイノく−とす
るためには大きすぎるため、ファイバーを作りえないた
めである。一方ＣａＯ＋ＰｚＯ５含有量が１５「％」未
満の場合には生体親和性が悪くなり、かつ新生骨生成能
も低くなり、骨組織の修復及び回復が遅くなるため好ま
しくない。

本発明の無機ファイバーの製造方法はその表面にりん酸
カルジム化合物を有せしめる方法が好ましく、りん酸カ
ルシウム化合物を無機ファイバー表面に有せしめる効果
はＳ＊ファイバーの生体宸相性を更に改良し、新生骨生
成能をより大きくすることにより生体骨組織の修復及び
回復ならびに骨組織と充填材の一体化をより早くするこ
とにある。

無機ファイバーの表面にりん酸カルシウム化合物を有せ
しめる方法としては、無機ファイバーをりん酸水溶液と
アンモニア水の混合により、又はりん酸−水素アンモニ
ウム、りん酸二水素アンモニウム又はりん酸三アン舌ニ
ウムの水溶液又はこれらの混合溶液、又はこれらとりん
酸水溶液若しくはアンモニア水とを混合し所望の［ｐＨ
１となし、これに浸漬させることにより該溶液中に存在
するりん酸基と無機ファイバーから溶出するカルシウム
イオンとを反応せしめ、りん酸カルシウム化合物をファ
イバーの表面に析出させる方法を用いることができる。

上記無機ファイバー表面にりん酸カルシウム化合物を析
出させるりん酸基を含む溶液の［ｐＨ］は２〜７にある
ことが必要である。溶液の［ｐＨ］が２未満の場合には
無機ファイバーが劣化し、ファイバーの強度が著しく低
下するためこれを充填材として使用するのに１分な強度
のものが得られないためである。一方［ｐＨ１が７を超
える場合には無機ファイバー表面に析出するりん酸カル
シウム化合物がきわめてわずかとなるため、表面改質の
効果が殆ど期待でＳないためである。゛ なお、篤機ファイバーの表面にりん酸カルシウム化合物
を右せしめる方法としては、ブルツシャイト、りん酸三
カルシウム、ヒドロキシアパタイト等のりん酸カルシウ
ム化合物のスラリーを無機ファイバーの表面に付着せし
め、これを乾燥してりん酸カルシウム化合物を該ファイ
バーの表面に固定する方法等も使用し得る。

表面改質は単にファイバーのみでなく前述した長ファイ
バーを織物状となしたものについても同様に行うことが
でき、この織物状の表面改質したものを骨欠損部周囲に
巻きつける方法等に使用することも当然可能である。

［作用］ 本発明の製造方法では原料を混合し、底部にノズルを有
する、るつぼで熔融し、気泡等を飛散させ清澄化させた
後ノズルより流出させるが、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２など
の成分が相当に含有されているので、非常に紡糸しやす
いから、殆ど断糸することなくフィアバー化することが
できる。

このような形状とすることにより骨欠損部及び空隙ｉの
充填材としての使用に際し、その形状をきわめて容易に
かつ自由に変えうることとなり。

また塊状物に比して表面積を大とすることができること
から、新生骨の生成量も多くしうる。更に該形状とする
ことにより該ファイバーを充填材として使用した場合、
連続した空孔を付与することができ、したがって骨形成
成分が充填材内部にまで進入することになる結果、骨組
織欠損個所の修復及び回復、更には生体硬組織と充填材
の一体化を著しく早めることができる。

無機ファイバーの表面に析出させたりん酸カルシウム化
合物の種類は詳細には確定し得ないが、ｘ！ｌ解析の結
果より、りん酸基を含む前記溶液の［ｐＨ］が低い場合
はブルツシャイトが、［ｐＨ１が高い場合はアパタイト
が主体となっているものと思われる。

以下本発明を実施例により更に具体的に説明する。

「実施例１」 第１表に示す原料を混合し底部にノズルを有する、るつ
ぼにて熔融し、該熔融物を十分清澄化後るつぼのノズル
より熔融物を流出させ該流出物をドラムに巻きとること
により長ファイバーの作製を試みた。　結果を第１表に
示す。

この結果、Ｃａ　／　Ｐが０．２の場合はいずれもファ
イバー化できなかったが、これはこれらを熔融した場合
の熔融物の粘度が低すぎるためであった。一方、Ｃａ／
Ｐが０．３又はｌ−７の場合でＣａＯ＋Ｐ２Ｏ５が９０
［％］の場合には一応熔融物となるが、これらについて
はファイバーを作製するに当り、しばしば断糸し連続し
てファイバー化することは困難であった。Ｃａ／Ｐが４
．０で、かツＣａ　Ｏ＋　Ｐ２０５が９０［％］の場合
及びＣａ　／　Ｐが５．０の場合には１７００［’Ｃ］
にても混合した原料が熔融せず、ファイバーを得ること
はできなかった。

以上あげた以外の場合については、いずれの場合にも、
はぼ断糸することなく長ファイバーを作製しえた。

第１表 ［実施例２］ 実施例における試験Ｎｏ、７．９，１１，１３．１７．
１９で作製したファイバーを犬の大腿骨に人工的に作製
した骨欠損部（３ｍ　ｍφ７×４ｍｍＬ）に充填し、１
２ｉＪ間経過後の骨欠損部の様子を観察した。その結果
、試験Ｎｏ、７．９゜１３．１７．１９のファ・ｆバー
を使用した場合には、いずれの場合も、周囲の骨組織と
殆ど一体化しており、充填材と周囲の骨組織との境界は
明確でなかった。しかしながら試験Ｎｏ、ｌｌのファイ
バーを使用した場合には充填したファイバー表面にわず
かに新生骨の生成がみとめられるのみで周囲の骨組織と
充填材とは明確に区別することができた。

［実施例３］ 実施例１における試験Ｎｏ、７．１３．１９と同一組成
の原料を用い実施例１と同様に底部にノズルを有するる
つぼ中に熔融物を作製し、該熔融物を底部のノズルより
流出させ、これに高圧空気をふきつけることにより綿状
のファイバーの作製を試みた。

この結果いずれの場合においても綿状のファイバーを得
ることができた。

これらを犬の大腿骨に人工的に作製した骨欠損部（３ｍ
　ｍφＸ４ｍｍＬ）に充填し、以後の経過を観察した。

　その結果いずれの場合においても充填後４週間ですで
に充填したファイバー表面に新生骨が多量に生成してい
ることが認められた。

［実施例４１ 実施例１における試験Ｎｏ、７．１３．１９で作製した
ファイバーを用い、該ファイバーをそれぞれ、りん酸−
水素アンモニウムを１０Ｅ％］含みりん酸又はアンモニ
ヤ水にて［ｐＨ］１．０゜２．０，４．０．６−０．７
．０，８．０にした水溶液中にそれぞれ３０分間ずつ浸
漬し、ファイバーの表面処理を行った。　このようにし
て得たファイバー表面を走査型電子顕微鏡にてｍ察した
ところ、いずれの場合も［ｐＨ１１，０で処理したファ
イバーについては、ファイバー表面が侵され大きな凸凹
が見られた。　　　［ｐＨ］ａ、ｏで処理したファイバ
ーはファイバー表面に殆ど析出物状のものは見られなか
った。［ｐＨ］２．０゜４．０，６．０，７．０で処理
を行った場合のファイバー表面は析出物にておおわれて
いたが、中でも、［ｐＨ］　４．０，６．０で処理した
ものにおいては１表面がより均一に析出物でおおわれて
いた。

試験Ｎｏ、１３で作製したファイバーを上記各［ｐＨ１
で処理した場合の引張強さを第２表に示す。

第２表 第２表（続き） この結果によれば、［ｐＨ１が１．０の場合には引張強
さが著しく低下していた。

［実施例％］ 実施例１における試験Ｎｏ、７．１９で作製したファイ
バー及び、該ファイバーを実施例４と同様の方法にて、
［ｐＨ１２，０，４，０，６，０，７，０，８，０にて
表面処理を行ったファイバーを用い、犬の大圏骨に人工
的に作製した骨欠損部（３ｍｍφＸ４ｍｍＬ）に充填し
、３週間経過後の新生骨の生成の様子を観察した。

この結果、ファイバーの表面処理を行なわない場合にく
らべ表面処理を行なったファイバーは、［ｐＨ］８．０
で表面処理を行った場合を除き、いずれの場合も、より
多量の新生骨の生成が見られた。［ＰＨ１８，０で表面
処理を行った場合は、表面処理を行わないで使用した場
合とほぼ同じであった・ ［本発明の効果ｊ （１）本発明の無機ファイバーの製造方法が発明された
ことにより、従来存在しなかったりん酸カルシウムを含
み骨生成能のすぐれた新規の無機ファイバーが始めてＢ
１出された。

（２）本発明の無機ファイバーの製造方法は、りん酸カ
ルシウム分の他にＡ１２０３　．５ｉＯ２ｔｔ相当量用
いるので、熔融、清澄、紡糸するに当たり、殆ど断糸す
ることなく長ｗＡ、Ｉｌを製造することができる。

（３）本発明の製造方法による生産物の効果としては、
長ファイバーはそのまま骨欠損部等に充填材として用い
ることもできるが、織物状とすることにより同様の方法
で若しくは該欠損部又は骨折個所算の周囲に巻きつけて
１用いることができる。

骨欠損部にファイバーを充填し、更にその周囲に織物状
として巻きつけるという方法をとれば骨欠損部の修復又
は回復は、骨欠損部にファイバーを充填したのみの場合
にくらべ治療期間が短縮される。

（４）本発明に係る無機ファイバーは単に外科及び整形
外科の分野への用途のみばかりでなく歯科における抜歯
後の１堤低下防止のため、又は歯槽膿漏等によって生じ
た歯根部周辺の骨欠損部などへの利用も当然回部であり
、更にりん酸基を含む水の処理材としても用いることが
できる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熔融後Ｃａ／Ｐモル比が０．３以上４．０以下と
   なり、かつＣａＯ＋Ｐ＿２Ｏ＿５が８０重量［％］未満
   １５重量［％］以上となる原料を、熔融工程と清澄化工
   程とファイバー化工程とによりファイバーとすることを
   特徴とする、無機ファイバーの製造方法。
2. （２）前記請求項１に記載の製造方法により製造された
   ファイバーを、りん酸基を含みかつ ［ｐＨ］が２ないし７である溶液に浸漬することを、特
   徴とする、無機ファイバーの製造方法。