JP5709035B2 - 人工骨材料 - Google Patents
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本発明は、人工骨材料に関するものである。
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。
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。
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。
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。
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を含み、質量分率が０．１より大きく０．５以下のαリン酸三カルシウムを含む人工骨材料を提供する。
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。
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を含み、質量分率が０．１より大きく０．５以下のαリン酸三カルシウムを含む人工骨材料を提供する。
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。
また、本発明は、質量分率０以上０．３以下のβリン酸三カルシウムをさらに含む人工骨材料を提供する。
本発明においても、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。
本発明においても、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。
また、本発明は、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下のリン酸ナトリウムカルシウムを含む粉末と、液剤とを質量比で１：０．１５以上１：０．３以下の割合で混練してなる人工骨材料を提供する。
本発明によれば、粉末と液剤とを質量比で１：０．１５以上１：０．３以下として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。
本発明によれば、粉末と液剤とを質量比で１：０．１５以上１：０．３以下として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。
また、上記発明においては、前記液剤が、５％以上２０％以下の濃度を有するグリセリン水溶液であってもよい。
このようにすることで、グリセリンを含まない場合と比較して、硬化するまでにかかる時間を延長し、整形のための時間を確保して取り扱い容易性を向上することができる。また、グリセリンを２０％より多く含めると硬化後の強度を得ることができないが、２０％以下とすることにより、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。
このようにすることで、グリセリンを含まない場合と比較して、硬化するまでにかかる時間を延長し、整形のための時間を確保して取り扱い容易性を向上することができる。また、グリセリンを２０％より多く含めると硬化後の強度を得ることができないが、２０％以下とすることにより、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。
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。
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を含み、質量分率０．１より大きく０．５以下のαリン酸三カルシウム（以下、α−ＴＣＰ）を含んでいる。
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を含み、質量分率０．１より大きく０．５以下のαリン酸三カルシウム（以下、α−ＴＣＰ）を含んでいる。
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）に含有させるα−ＴＣＰの分率を変化させたときの圧縮強度を、ＣＳＰ内のカルシウム／ナトリウム比率（Ｃａ／Ｎａ）をパラメータとして棒グラフで表示した図である。
各ＣＳＰは、９００℃あるいは１１００℃で１０時間焼成し、開き目３００μｍの篩で分級された粉末を使用し、粉末１．０ｇに、予め粉砕して３００μｍの篩を通過させたクエン酸０．２ｇと、各分率のα−ＴＣＰと、蒸留水０．２ｇとを加えて混練してペースト状とし、整形した後、直ちに生理食塩水中に浸漬して養生させた。
圧縮強度の測定は、生理食塩水中での養生後に行った。
圧縮強度の測定は、生理食塩水中での養生後に行った。
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、α−ＴＣＰ分率が０．２〜０．５の範囲内にある人工骨材料において、いずれの場合も５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができることがわかる。骨として機能させるためには５ＭＰａ以上の圧縮強度が必要であり、本実施形態に係る人工骨材料は、いずれもこの条件を満たしていると言える。
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。
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、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を含み、質量分率０．１より大きく０．５以下のαリン酸三カルシウム（以下、α−ＴＣＰ）を含み、かつ、質量分率０以上０．３以下のβリン酸三カルシウム（以下、β−ＴＣＰ）を含んでいる。
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を含み、質量分率０．１より大きく０．５以下のαリン酸三カルシウム（以下、α−ＴＣＰ）を含み、かつ、質量分率０以上０．３以下のβリン酸三カルシウム（以下、β−ＴＣＰ）を含んでいる。
図２は、メカノケミカル法を用いて合成されたカルシウム／ナトリウム比率が１／１のリン酸カルシウムナトリウム（ＣＳＰ）０．７ｇに対して、α−ＴＣＰ０．３ｇを混合し、β−ＴＣＰを質量分率０〜０．６６の範囲で変化させたときの圧縮強度を示したグラフである。
各ＣＳＰの製造方法は、β−ＴＣＰを含有する以外は第１の実施形態と同様である。
図２によれば、α−ＴＣＰ分率が０以上０．３以下の範囲内にある人工骨材料において、いずれの場合も５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができることがわかる。骨として機能させるためには５ＭＰａ以上の圧縮強度が必要であり、本実施形態に係る人工骨材料は、いずれもこの条件を満たしていると言える。
図２によれば、α−ＴＣＰ分率が０以上０．３以下の範囲内にある人工骨材料において、いずれの場合も５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができることがわかる。骨として機能させるためには５ＭＰａ以上の圧縮強度が必要であり、本実施形態に係る人工骨材料は、いずれもこの条件を満たしていると言える。
また、図２では、カルシウム／ナトリウム比率が１／１であるが、他の比率のＣＳＰについても同様の範囲において骨として機能し得る十分な圧縮強度を確保することができると予想される。
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っても、液中において硬化させる用途においても、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。
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、第１の実施形態に係る粉末の人工骨材料とともに混練する液剤の量を調整したもので、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲の粉末の人工骨材料に対して質量比で１：０．１５以上０．３以下の範囲内の液剤（例えば、蒸留水）を加えて混練したものである。
本実施形態に係る人工骨材料は、第１の実施形態に係る粉末の人工骨材料とともに混練する液剤の量を調整したもので、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下の範囲の粉末の人工骨材料に対して質量比で１：０．１５以上０．３以下の範囲内の液剤（例えば、蒸留水）を加えて混練したものである。
図３によれば、本実施形態に係る人工骨材料によれば、上記液剤の混合比率の範囲においては、いずれの場合も５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができることがわかる。また、粉末の人工骨材料に対する液剤の質量比が１：０．１５以上０．２以下の範囲内では、カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上４／１以下の範囲のリン酸カルシウムナトリウムにおいて、いずれの場合も５ＭＰａ以上の圧縮強度を得ることができることがわかる。
また、混練する液剤としては、グリセリン水溶液を用いることが好ましい。
図４は、グリセリン水溶液の濃度と硬化時間との関係を示している。この図４によれば、グリセリンが含まれない場合と比較して、グリセリン濃度が高いほど、硬化時間を長くすることができる。すなわち、硬化時間が長くなることで、混練後の整形作業と移植部位への補填作業に要する時間をより長く確保することができ、操作性を向上することができるという利点がある。
図４は、グリセリン水溶液の濃度と硬化時間との関係を示している。この図４によれば、グリセリンが含まれない場合と比較して、グリセリン濃度が高いほど、硬化時間を長くすることができる。すなわち、硬化時間が長くなることで、混練後の整形作業と移植部位への補填作業に要する時間をより長く確保することができ、操作性を向上することができるという利点がある。
一方、図５に示されるように、グリセリン濃度を高くするほど、硬化後に得られる人工骨材料の圧縮強度が低下していく。
したがって、グリセリン濃度は、５質量％以上２０質量％以下の場合に、液中において硬化させる用途においても、骨として機能し得る５ＭＰａ以上の十分な圧縮強度を発揮することができ、かつ、操作性を向上することができるという利点がある。
したがって、グリセリン濃度は、５質量％以上２０質量％以下の場合に、液中において硬化させる用途においても、骨として機能し得る５ＭＰａ以上の十分な圧縮強度を発揮することができ、かつ、操作性を向上することができるという利点がある。
Claims (4)
- 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を含み、質量分率０．１より大きく０．５以下のαリン酸三カルシウムを含む人工骨材料。
- 質量分率０以上０．３以下のβリン酸三カルシウムをさらに含む請求項１に記載の人工骨材料。
- カルシウム／ナトリウム比率が１／１以上３／１以下のリン酸ナトリウムカルシウムを含む粉末と、液剤とを質量比で１：０．１５以上１：０．３以下の割合で混練してなる人工骨材料。
- 前記液剤が、５％以上２０％以下の濃度を有するグリセリン水溶液である請求項３に記載の人工骨材料。
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