ガラスを用いた生体活性セメントの硬化、反応機構

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03455015
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小久保 正 京都大学, 工学部, 教授 (30027049)
• 研究分担者: 中村 孝志 京都大学, 生体医療工学研究センター, 助教授 (10201675) ; 大槻 主税 京都大学, 工学部, 助手 (00243048)
• キーワード: 生体活性 / セメント / ガラス / 凝固 / 硬化

研究概要

1.研究目的:本研究代表者らは最近、CaOとSiO_2を主成分とするガラス粉末をリン酸アンモニウム水溶液に混ぜると数分以内に固まり、生体骨と自然に結合し、しかもポルトランドセメントの3〜4倍の圧縮強度を示す生体活性セメントが得られることを見い出した。この種の材料は手術室で任意の形に成形できる骨修復材料として、また薬物を所望の場所に所望の速度で放出させる薬物担体などとして有用である。本研究は、同生体活性セメントの凝固硬化機構、並びに体液との反応機構を追究することを通して、上記の応用の可能性を明らかにすることを目的とする。
2.研究成果:平成3年度の研究により、数分以内に固まり、擬似体液中で比較的高い圧縮強度を与えることが明らかになったガラス粉末とリン酸アンモニウム水溶液の組み合わせについて、その混合物を擬似体液に浸漬し、その凝固時間、圧縮強度及び構成相、並びに擬似体液の元素濃度を調べた。その結果、同セメントは混合後直ちに擬似体液に浸漬された場合(A法)も、いったん相対湿度100%,36.5℃の環境下に1時間置き、その後擬似体液に浸漬された場合(B法)も共に、ガラス粒子間に非晶質リン酸カルシウム相(ACP相)を生成して凝固するが、その後は、A法ではACP相を直接アパタイトに転化させて硬化するのに対し、B法ではACP相をいったんリン酸アンモニウムカルシウム一水和物に転化させ、これを擬似体液中でより多くのアパタイトに転化させて硬化することが分かった。この硬化過程の違いにより、B法の硬化体は、A法のそれよりも高い圧縮強度を示した。さらに、2枚の板状ガラスの間にリン酸アンモニウム水溶液を挟んで、反応の初期過程を調べた結果、ガラスから先ずカルシウムイオンが溶出し、次いでケイ酸イオンも溶出し、これらのイオンがリン酸アンモニウム水溶液中のリン酸イオンと反応して、ガラス間にケイ酸イオンを含むACP相を形成することが分かった。

研究成果

• [文献書誌] M.Otsuka: "A New Skeletal Drug Delivery System Containing Antibiotics Using Self-Setting Bioactive Glass Cement" Chem.Pharm.Bull.40. 3346-3348 (1992)
• [文献書誌] 小久保 正: "ガラスと水溶液の反応:その機能性材料への応用" ニューガラス. 7. 102-107 (1992)
• [文献書誌] 小久保 正: "生体活性を有する骨修復材料の設計" 病態生理. 11. 535-531 (1992)
• [文献書誌] 小久保 正: "高機能骨修復用セラミックスの設計" The Bone. 6. 49-55 (1992)
• [文献書誌] S.Yoshihara: "Effects of glass composition on compressive strength of bioactive cement based on CaO-SiO_2-P_2O_5 glass powders" J.Mater.Sci.:Medicine.
• [文献書誌] S.Yoshihara: "Bioceramics,Vol.3" Rose-Hulman Institute of Technology, 371 (1992)
• [文献書誌] T.Kokubo: "Proceeding of International Congress on Glass,Vol.1" Sociedad Espanola de Ceramica y Vidrio, 239 (1992)