人工骨材料
【課題】液中で硬化させる用途においても高い強度を得る。
【解決手段】カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内のリン酸ナトリウムカルシウム粉末と、αリン酸三カルシウムと、βリン酸三カルシウムとを含み、前記リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径が、３００μｍ以下である人工骨材料を提供する。
【解決手段】カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内のリン酸ナトリウムカルシウム粉末と、αリン酸三カルシウムと、βリン酸三カルシウムとを含み、前記リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径が、３００μｍ以下である人工骨材料を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工骨材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、リン酸ナトリウムカルシウムとクエン酸塩硬化剤とを含むセメントが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このセメントによれば高い生体適合性を有し、硬化前に整形可能なペーストが形成され取り扱い容易である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平９−５０９５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のセメントは、体液等の液中にて硬化させる用途においては十分な強度が得られないという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、液中で硬化させる用途においても高い強度を得ることができる人工骨材料を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内のリン酸ナトリウムカルシウム粉末と、αリン酸三カルシウムと、βリン酸三カルシウムとを含み、前記リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径が、３００μｍ以下である人工骨材料を提供する。
【０００６】
本発明によれば、適量の蒸留水とともに混練して整形可能なペーストを形成し、整形直後に生理食塩水等の液中に浸漬して養生した後においても、骨として必要とされる最低限の強度である５ＭＰａより大きな強度を得ることができる。すなわち、液中で硬化させる用途に適用しても骨として十分に機能させ得る高い強度を得ることができる。
特に、上記発明においては、リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径を３００μｍとすることにより、上記カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内において１５ＭＰａの圧縮強度を達成でき、液中においても皮質骨として十分に機能させ得る高い強度を得ることができる。
【０００７】
上記発明においては、前記αリン酸三カルシウムが、平均粒径５以上１５μｍ未満の粉末であることが好ましい。
このようにすることで、上記カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内において１５ＭＰａの圧縮強度を達成でき、液中においても皮質骨として十分に機能させ得る高い強度を得ることができる。
【０００８】
また、上記発明においては、前記βリン酸三カルシウムが、平均粒径３００以上５００μｍ未満の粉末であることが好ましい。
このようにすることで、上記カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内において１５ＭＰａの圧縮強度を達成でき、液中においても皮質骨として十分に機能させ得る高い強度を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液中で硬化させる用途においても高い強度を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る人工骨材料を構成するリン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径（目開き）をパラメータとした、カルシウム／ナトリウム比率と圧縮強度との関係のグラフを示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る人工骨材料を構成するαリン酸三カルシウム粉末の平均粒径（目開き）をパラメータとした、カルシウム／ナトリウム比率と圧縮強度との関係のグラフを示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る人工骨材料を構成するβリン酸三カルシウム粉末の平均粒径（目開き）をパラメータとした、カルシウム／ナトリウム比率と圧縮強度との関係のグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１の実施形態に係る人工骨材料について、図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る人工骨材料は、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内のリン酸ナトリウムカルシウム粉末を含み、αリン酸三カルシウム（以下、α−ＴＣＰ）および、βリン酸三カルシウム（以下、β−ＴＣＰ）を含んでいる。また、本実施形態に係る人工骨材料は、リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径が３００μｍである。
【００１２】
図１は、メカノケミカル法を用いて合成されたリン酸カルシウムナトリウム（ＣＳＰ）におけるカルシウム／ナトリウム比率（Ｃａ／Ｎａ）を変化させたときの圧縮強度を、含有するリン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径をパラメータとして棒グラフで表示した図である。
【００１３】
ここで、ＣＳＰ１〜７のカルシウム／ナトリウム比率は以下の通りである。
ＣＳＰ１ Ｃａ／Ｎａ＝４／１
ＣＳＰ２ Ｃａ／Ｎａ＝３／１
ＣＳＰ３ Ｃａ／Ｎａ＝５／２
ＣＳＰ４ Ｃａ／Ｎａ＝２／１
ＣＳＰ５ Ｃａ／Ｎａ＝７０２／４６５
ＣＳＰ６ Ｃａ／Ｎａ＝２３／２０
ＣＳＰ７ Ｃａ／Ｎａ＝１／１
【００１４】
各ＣＳＰは、１１００℃で１０時間焼成し、得られたＣＳＰ粉末を粉砕し、目開き（平均粒径）が１０６μｍ、３００μｍ、５００μｍの３種類に篩い分けた。
各平均粒径のＣＳＰをそれぞれ０．７ｇ、α−ＴＣＰを０．３ｇ、β−ＴＣＰを０．１ｇ量り取り、さらに無水クエン酸を０．２ｇ加えて混合した。そして、０．２ｍＬの練和液（例えば、蒸留水）を添加して混練することによりセメントを作成し、作成後、５分以内にセメントを直径７ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状に整形し、整形後、直ちに生理食塩水中に浸漬して１００時間養生させた。
圧縮強度の測定は、生理食塩水中での養生後に行った。
【００１５】
図１によれば、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内であれば、平均粒径が３００μｍ以下の場合、すなわち、目開き１０６μｍおよび３００μｍの場合に、５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができ、目開き３００μｍの場合に、１５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができた。すなわち、これらの条件を満たす本実施形態に係る人工骨材料ＣＳＰ２〜ＣＳＰ７によれば、骨として機能させるための５ＭＰａ以上の圧縮強度および皮質骨として機能させるための１５ＭＰａ以上の圧縮強度を達成できるという利点がある。
【００１６】
そして、このように構成された本実施形態に係る人工骨材料によれば、液中において硬化させる用途、例えば、体液で満たされている骨欠損部等に補填する場合においても、骨として機能し得る十分な圧縮強度を発揮することができるという利点がある。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る人工骨材料について、図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る人工骨材料は、α−ＴＣＰ粉末の平均粒径が５μｍ以上１５μｍ未満である点で、第１の実施形態に係る人工骨材料と相違している。
【００１８】
α−ＴＣＰ粉末として、平均粒径５μｍ未満、５μｍ以上１５μｍ未満および１５μｍ以上の３種類を用意し、上記と同様にして混練、整形したセメントの圧縮強度測定を行った。
その結果、図２に示されるように、α−ＴＣＰ粉末の平均粒径が５μｍ以上１５μｍ未満である本実施形態に係る人工骨材料によれば、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内であれば、１５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができた。
【００１９】
このように構成された本実施形態に係る人工骨材料によれば、液中において硬化させる用途、例えば、体液で満たされている骨欠損部等に補填する場合においても、皮質骨として機能し得る十分な圧縮強度を発揮することができるという利点がある。
【００２０】
次に、本発明の第３の実施形態に係る人工骨材料について、図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る人工骨材料は、β−ＴＣＰ粉末の平均粒径が３００μｍ以上５００μｍ未満である点で、第１の実施形態に係る人工骨材料と相違している。
【００２１】
β−ＴＣＰ粉末として、平均粒径３００μｍ未満、３００μｍ以上５００μｍ未満および５００μｍ以上の３種類を用意し、上記と同様にして混練、整形したセメントの圧縮強度測定を行った。
その結果、図３に示されるように、β−ＴＣＰ粉末の平均粒径が３００μｍ以上５００μｍ未満である本実施形態に係る人工骨材料によれば、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内であれば、１５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができた。
【００２２】
このように構成された本実施形態に係る人工骨材料によれば、液中において硬化させる用途、例えば、体液で満たされている骨欠損部等に補填する場合においても、皮質骨として機能し得る十分な圧縮強度を発揮することができるという利点がある。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工骨材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、リン酸ナトリウムカルシウムとクエン酸塩硬化剤とを含むセメントが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このセメントによれば高い生体適合性を有し、硬化前に整形可能なペーストが形成され取り扱い容易である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平９−５０９５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のセメントは、体液等の液中にて硬化させる用途においては十分な強度が得られないという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、液中で硬化させる用途においても高い強度を得ることができる人工骨材料を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内のリン酸ナトリウムカルシウム粉末と、αリン酸三カルシウムと、βリン酸三カルシウムとを含み、前記リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径が、３００μｍ以下である人工骨材料を提供する。
【０００６】
本発明によれば、適量の蒸留水とともに混練して整形可能なペーストを形成し、整形直後に生理食塩水等の液中に浸漬して養生した後においても、骨として必要とされる最低限の強度である５ＭＰａより大きな強度を得ることができる。すなわち、液中で硬化させる用途に適用しても骨として十分に機能させ得る高い強度を得ることができる。
特に、上記発明においては、リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径を３００μｍとすることにより、上記カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内において１５ＭＰａの圧縮強度を達成でき、液中においても皮質骨として十分に機能させ得る高い強度を得ることができる。
【０００７】
上記発明においては、前記αリン酸三カルシウムが、平均粒径５以上１５μｍ未満の粉末であることが好ましい。
このようにすることで、上記カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内において１５ＭＰａの圧縮強度を達成でき、液中においても皮質骨として十分に機能させ得る高い強度を得ることができる。
【０００８】
また、上記発明においては、前記βリン酸三カルシウムが、平均粒径３００以上５００μｍ未満の粉末であることが好ましい。
このようにすることで、上記カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内において１５ＭＰａの圧縮強度を達成でき、液中においても皮質骨として十分に機能させ得る高い強度を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液中で硬化させる用途においても高い強度を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る人工骨材料を構成するリン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径（目開き）をパラメータとした、カルシウム／ナトリウム比率と圧縮強度との関係のグラフを示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る人工骨材料を構成するαリン酸三カルシウム粉末の平均粒径（目開き）をパラメータとした、カルシウム／ナトリウム比率と圧縮強度との関係のグラフを示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る人工骨材料を構成するβリン酸三カルシウム粉末の平均粒径（目開き）をパラメータとした、カルシウム／ナトリウム比率と圧縮強度との関係のグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１の実施形態に係る人工骨材料について、図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る人工骨材料は、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内のリン酸ナトリウムカルシウム粉末を含み、αリン酸三カルシウム（以下、α−ＴＣＰ）および、βリン酸三カルシウム（以下、β−ＴＣＰ）を含んでいる。また、本実施形態に係る人工骨材料は、リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径が３００μｍである。
【００１２】
図１は、メカノケミカル法を用いて合成されたリン酸カルシウムナトリウム（ＣＳＰ）におけるカルシウム／ナトリウム比率（Ｃａ／Ｎａ）を変化させたときの圧縮強度を、含有するリン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径をパラメータとして棒グラフで表示した図である。
【００１３】
ここで、ＣＳＰ１〜７のカルシウム／ナトリウム比率は以下の通りである。
ＣＳＰ１ Ｃａ／Ｎａ＝４／１
ＣＳＰ２ Ｃａ／Ｎａ＝３／１
ＣＳＰ３ Ｃａ／Ｎａ＝５／２
ＣＳＰ４ Ｃａ／Ｎａ＝２／１
ＣＳＰ５ Ｃａ／Ｎａ＝７０２／４６５
ＣＳＰ６ Ｃａ／Ｎａ＝２３／２０
ＣＳＰ７ Ｃａ／Ｎａ＝１／１
【００１４】
各ＣＳＰは、１１００℃で１０時間焼成し、得られたＣＳＰ粉末を粉砕し、目開き（平均粒径）が１０６μｍ、３００μｍ、５００μｍの３種類に篩い分けた。
各平均粒径のＣＳＰをそれぞれ０．７ｇ、α−ＴＣＰを０．３ｇ、β−ＴＣＰを０．１ｇ量り取り、さらに無水クエン酸を０．２ｇ加えて混合した。そして、０．２ｍＬの練和液（例えば、蒸留水）を添加して混練することによりセメントを作成し、作成後、５分以内にセメントを直径７ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状に整形し、整形後、直ちに生理食塩水中に浸漬して１００時間養生させた。
圧縮強度の測定は、生理食塩水中での養生後に行った。
【００１５】
図１によれば、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内であれば、平均粒径が３００μｍ以下の場合、すなわち、目開き１０６μｍおよび３００μｍの場合に、５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができ、目開き３００μｍの場合に、１５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができた。すなわち、これらの条件を満たす本実施形態に係る人工骨材料ＣＳＰ２〜ＣＳＰ７によれば、骨として機能させるための５ＭＰａ以上の圧縮強度および皮質骨として機能させるための１５ＭＰａ以上の圧縮強度を達成できるという利点がある。
【００１６】
そして、このように構成された本実施形態に係る人工骨材料によれば、液中において硬化させる用途、例えば、体液で満たされている骨欠損部等に補填する場合においても、骨として機能し得る十分な圧縮強度を発揮することができるという利点がある。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る人工骨材料について、図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る人工骨材料は、α−ＴＣＰ粉末の平均粒径が５μｍ以上１５μｍ未満である点で、第１の実施形態に係る人工骨材料と相違している。
【００１８】
α−ＴＣＰ粉末として、平均粒径５μｍ未満、５μｍ以上１５μｍ未満および１５μｍ以上の３種類を用意し、上記と同様にして混練、整形したセメントの圧縮強度測定を行った。
その結果、図２に示されるように、α−ＴＣＰ粉末の平均粒径が５μｍ以上１５μｍ未満である本実施形態に係る人工骨材料によれば、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内であれば、１５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができた。
【００１９】
このように構成された本実施形態に係る人工骨材料によれば、液中において硬化させる用途、例えば、体液で満たされている骨欠損部等に補填する場合においても、皮質骨として機能し得る十分な圧縮強度を発揮することができるという利点がある。
【００２０】
次に、本発明の第３の実施形態に係る人工骨材料について、図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る人工骨材料は、β−ＴＣＰ粉末の平均粒径が３００μｍ以上５００μｍ未満である点で、第１の実施形態に係る人工骨材料と相違している。
【００２１】
β−ＴＣＰ粉末として、平均粒径３００μｍ未満、３００μｍ以上５００μｍ未満および５００μｍ以上の３種類を用意し、上記と同様にして混練、整形したセメントの圧縮強度測定を行った。
その結果、図３に示されるように、β−ＴＣＰ粉末の平均粒径が３００μｍ以上５００μｍ未満である本実施形態に係る人工骨材料によれば、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内であれば、１５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができた。
【００２２】
このように構成された本実施形態に係る人工骨材料によれば、液中において硬化させる用途、例えば、体液で満たされている骨欠損部等に補填する場合においても、皮質骨として機能し得る十分な圧縮強度を発揮することができるという利点がある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内のリン酸ナトリウムカルシウム粉末と、αリン酸三カルシウムと、βリン酸三カルシウムとを含み、
前記リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径が、３００μｍ以下である人工骨材料。
【請求項２】
前記リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径が、３００μｍである請求項１に記載の人工骨材料。
【請求項３】
前記αリン酸三カルシウムが、平均粒径５以上１５μｍ未満の粉末である請求項１に記載の人工骨材料。
【請求項４】
前記βリン酸三カルシウムが、平均粒径３００以上５００μｍ未満の粉末である請求項１または請求項２に記載の人工骨材料。
【請求項１】
カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲内のリン酸ナトリウムカルシウム粉末と、αリン酸三カルシウムと、βリン酸三カルシウムとを含み、
前記リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径が、３００μｍ以下である人工骨材料。
【請求項２】
前記リン酸ナトリウムカルシウム粉末の平均粒径が、３００μｍである請求項１に記載の人工骨材料。
【請求項３】
前記αリン酸三カルシウムが、平均粒径５以上１５μｍ未満の粉末である請求項１に記載の人工骨材料。
【請求項４】
前記βリン酸三カルシウムが、平均粒径３００以上５００μｍ未満の粉末である請求項１または請求項２に記載の人工骨材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２３９９７８（Ｐ２０１１−２３９９７８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５２１５（Ｐ２０１０−１１５２１５）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（３０４０５０９１２）オリンパステルモバイオマテリアル株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（３０４０５０９１２）オリンパステルモバイオマテリアル株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
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