【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔産業上の利用分野〕
本発明は、吸着剤の生体硬組織の代替材料の原
料としてその用途が注目されているヒドロキシア
パタイトの製造方法に関するものである。
〔従来の技術及びその問題点〕
ヒドロキシアパタイト〔Ca10(OH)2(PO4)6の
結晶は、+にチヤージしたCa基(Caサイト)を有
する結晶面と、−にチヤージしたPO4基(Pサイ
ト)を有する結晶面を有するので、COOH基や
NH2基を有する生体高分子(タンパク)を吸着
する能力を有し、分離用吸着剤としての利用が注
目されている。また本来ヒドロキシアパタイト
は、骨や歯の主要な成分とされ、人工的に製造し
たアパタイトを骨や歯の欠損部の補綴物としての
利用が具体化しつつある。
このアパタイトの人工的な製造方法としては、
リン酸塩、カルシウム塩および/またはアパタイ
ト前駆物質〔CaHPO4,Ca3(PO4)2,Ca4H
(PO4)3)の存在下、高温条件で固相反応を行な
う乾式法、および大気下において液相反応を行な
う湿式法、および高温、高圧下において熱水条件
下での反応を行なう水熱反応が知られている。
乾式法は、アパタイト前駆物質の存在下にカル
シウム塩とリン酸塩とを高温下で固相反応させ、
アパタイトを製造する方法であるが、反応させる
粉体の粒度や混合状態が均一でないと、固相反応
に分布を生じ、不定形アパタイトを含むなど完全
にアパタイトにならないことがあつた。
また水熱反応では、オートクレーブ中で100〜
500℃,200〜500気圧の熱水条件下で、リン酸塩
およびカルシウム塩を反応させるが、反応条件が
過酷であるため反応装置や製造コストが高価であ
つた。
湿式法は、リン酸塩のアルカリによる中和の過
程で得られるアパタイト前駆物質を高温下で熟成
し、アパタイトを製造する方法であるが、アパタ
イトへの熟成に非常に長期間を要していた。
一方、アパタイトの製造法として、天然物中に
含まれるアパタイトを利用する方法も公知であ
る。例えば、動物の骨をそのまま人骨の欠損部に
補綴したり、動物の骨を焼成後、粉砕しこれを人
工骨の原料に利用するものである。
しかしながら、動物の骨の組成は、種類、部
位、年令などによつて異なり、特に炭酸アパタイ
トの含有量には分布がある。炭酸アパタイトの含
有量が多い原料を焼成すると、焼成の過程でCO2
が除去され、部分的にCaOが残留したアパタイト
になる。これらを、吸着剤の人工骨の原料に使用
すると、液と接触し、アルカリを溶出するので、
吸着力が低下したり、生体への悪影響が懸念され
た。
〔発明の目的〕
本発明は、前記の従来技術における問題点を解
決し、安定で純度の良いアパタイトを安価に製造
することを目的としている。
〔発明の構成〕
本発明は、動物の骨を600〜1200℃の範囲内の
温度で酸化雰囲気において焼成した後微粉砕し、
リン酸イオン含有液に浸漬した後水洗することを
特徴とするヒドロキシアパタイトの製法である。
発明者らは、アパタイトの製造方法について鋭
意研究した結果、従来必らずしも有効に利用され
ていない動物骨(家畜骨、魚骨)を原料として、
安定で純度の良いアパタイトを製造する方法を発
明するに至つた。
骨は、約65%の無機物質と、35%の有機物質か
ら成り、無機物質の組成は、動物の種類、部位、
年令などによつて多少異なるが、人の骨の乾燥試
料を代表に表−1に示す。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing hydroxyapatite, which is attracting attention for its use as a raw material for an adsorbent substitute for biological hard tissues. [Prior art and its problems] The crystal of hydroxyapatite [Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6 has a crystal face with a positively charged Ca group (Ca site) and a negative charged PO 4 group. Since it has a crystal plane with (P site), COOH group and
It has the ability to adsorb biopolymers (proteins) containing NH 2 groups, and its use as a separation adsorbent is attracting attention. Furthermore, hydroxyapatite is originally considered to be a major component of bones and teeth, and the use of artificially produced apatite as a prosthesis for bone and tooth defects is becoming more concrete. The artificial manufacturing method of this apatite is as follows.
phosphates, calcium salts and/or apatite precursors [CaHPO 4 , Ca 3 (PO 4 ) 2 , Ca 4 H
(PO 4 ) 3 ), a dry method in which a solid phase reaction is carried out at high temperature conditions, a wet method in which a liquid phase reaction is carried out in the atmosphere, and a hydrothermal method in which a reaction is carried out under hydrothermal conditions at high temperature and high pressure. The reaction is known. The dry method involves solid phase reaction of calcium salt and phosphate at high temperature in the presence of an apatite precursor.
This is a method for producing apatite, but if the particle size or mixing state of the powder to be reacted is not uniform, a distribution may occur in the solid phase reaction, and apatite may not be completely formed, such as containing amorphous apatite. In addition, in hydrothermal reactions, 100~
Phosphates and calcium salts are reacted under hydrothermal conditions of 500°C and 200 to 500 atm, but the reaction conditions are harsh and the reaction equipment and manufacturing costs are expensive. The wet method is a method of producing apatite by ripening the apatite precursor obtained through the process of neutralizing phosphate with an alkali at high temperatures, but it takes a very long time to ripen it into apatite. . On the other hand, as a method for producing apatite, a method using apatite contained in natural products is also known. For example, animal bones can be directly used as a prosthesis for human bone defects, or animal bones can be burned and then crushed to be used as a raw material for artificial bones. However, the composition of animal bones varies depending on the species, site, age, etc., and there is a particular distribution in the content of carbonate apatite. When raw materials with a high carbonate apatite content are fired, CO 2 is emitted during the firing process.
is removed, resulting in apatite with some remaining CaO. When these are used as raw materials for adsorbent artificial bone, they come into contact with liquid and elute alkali, so
There were concerns that the adsorption power would decrease and that it would have an adverse effect on living organisms. [Object of the Invention] The object of the present invention is to solve the problems in the prior art described above and to produce stable and highly pure apatite at a low cost. [Structure of the Invention] The present invention involves firing animal bones in an oxidizing atmosphere at a temperature within the range of 600 to 1200°C, and then finely pulverizing the bones.
This method of producing hydroxyapatite is characterized by immersing it in a phosphate ion-containing solution and then washing it with water. As a result of intensive research into the production method of apatite, the inventors discovered that they can produce apatite using animal bones (livestock bones, fish bones) as raw materials, which have not always been effectively used in the past.
We have invented a method for producing stable and pure apatite. Bone is composed of approximately 65% inorganic material and 35% organic material, and the composition of inorganic material varies depending on the type of animal, location, and
Although it varies somewhat depending on age, etc., Table 1 shows a representative sample of dried human bone.
【表】
骨の構成する無機塩(骨塩という)の主体は、
〔Ca10(OH)2(PO4)6〔Ca(OH)2・3Ca3(PO4)2〕
で、その他に炭酸アパタイト〔CaCO3・3Ca3
(PO4)2〕を含有している。
本発明においては、この動物の骨を酸化雰囲気
で所定温度条件で焼成した後、物理化学的処理を
行なうことにより、安定で、純度の高いアパタイ
トを得るものである。
本発明の実施態様は以下のとおりである。
あらかじめ洗浄、脱脂した牛骨を約1000℃で空
気中において焼成する。牛骨は焼成により、線維
性タンパク質、コラーゲン、糖類などが除去さ
れ、同時に殺菌される。焼成によりアパタイトの
結晶性が良好(X線回折のピークがシヤープにな
る)になり、かつ材料の易粉砕化が促進される。
しかし、焼成の過程で、骨塩中の各成分は、
CO2やH2Oを放出し、部分的に〔CaO・3Ca3
(PO4)2〕を含む構造となる。そこで、焼成した
牛骨を粉砕機で粉砕した後、必要に応じて篩分
け、分級後、リン酸イオン含有溶液に浸漬し、該
浸漬処理により、液中に徐々に溶解しようとする
CaO分をリン酸イオンで固定、安定化させる。過
剰のリン酸分は、水洗により除去される。
CaO分の固定及びアパタイト化をさらに一層促
進するためには、高温で、かつCa(OH)2,KH2
PO4を含有する液に浸漬すると良い。この浸漬に
より、結晶構造は純粋なアパタイトに近づく。ア
パタイトの熟成速度が大となるように浸漬液中の
pHを7〜9に維持するような濃度になるように
例えばCa(OH)2またはNaOHを加え、かつ、ま
たリン酸イオンの存在量は、焼成骨塩中のCaO分
と反応し得る量よりも過剰な値とするのが好まし
い。
浸漬処理後、浸漬液から分離し、水洗すること
により、塩類の過剰分や重金属などの不純物を洗
い出す。
浸漬するリン酸含有溶液としては、0.01〜5%
程度の溶液を用いることが好ましい。リン酸源と
しては、H3PO4,KH2PO4,K2HPO4,Na3
PO4,(NH4)3PO4などが使用できる。
なお、焼成温度は、600〜1200℃が好ましい。
本法により、動物骨中の骨塩を利用して、焼成
後、化学的物理的処理を行なうことにより、安定
で純度の良いアパタイトを製造でき、さらに、こ
のアパタイトの構造は、もともと骨中に存在して
いたものを利用しているので、人工骨や人工歯根
の原料としても好ましいものを提供する。
実施例 1
水洗した牛骨100gを空気中において、それぞ
れ500℃,600℃,1200℃,1300℃で焼成した後、
粉砕機で粉砕し、50〜100μmの粒径に調整し、こ
れを常温のKH2PO43%溶液に約30分間浸漬し
た。その後、それぞれ牛骨の10倍量の水で洗浄し
た。各サンプルのX線回折パターン及びCa/P
比を測定した。結果を第1図に示す。500℃では、
アパタイトのピークが不明瞭であるが、600℃以
上で焼成すると、アパタイトのピークがシヤープ
(結晶性が良好)になつた。即ち結晶性が良好に
なつた。また純粋なアパタイトのCa/Pは2.15で
あるが、600℃以上で、Ca/P比はほぼ一定とな
つた。なお1300℃で焼成すると一部で溶融が起こ
り、材料の回収が困難であつた。600,1000℃で
焼成したサンプルは、清水に浸漬してもアルカリ
の溶出がなかつた。
実施例 2
牛骨100gを空気中において、600℃で焼成した
後、粉砕機で粉砕後、10〜20μmに粒径を調整し、
これを10℃,20℃,60℃,80℃のCa(OH)21%,
KH2PO42.5%溶液に2時間浸漬し、その後水洗
した。また80℃でKH2PO42.5%含有液に2時間
浸漬後、水洗したサンプルも入手した。
各サンプルのX線回折図を第2図に示す。
この結果、600℃以上で消石灰−リン酸イオン
含有液に浸漬した場合が、アパタイトの結晶性が
もつとも良好であつた。一方、浸漬なしの場合
は、アパタイトの結晶性が悪く、かつ清水に浸漬
するとアルカリを溶出した。[Table] The main inorganic salts (called bone minerals) that make up bones are:
[Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6 [Ca (OH) 2・3Ca 3 (PO 4 ) 2 ]
In addition, carbonate apatite [CaCO 3・3Ca 3
(PO 4 ) 2 ]. In the present invention, stable and highly pure apatite is obtained by calcining the animal bone under predetermined temperature conditions in an oxidizing atmosphere and then subjecting it to physicochemical treatment. Embodiments of the invention are as follows. Beef bones that have been cleaned and degreased in advance are fired in the air at approximately 1000℃. By baking beef bones, fibrous proteins, collagen, sugars, etc. are removed, and at the same time, they are sterilized. Firing improves the crystallinity of apatite (the peak of X-ray diffraction becomes sharp) and facilitates the material to be easily crushed. However, during the firing process, each component in bone mineral is
CO 2 and H 2 O are released, and partially [CaO・3Ca 3
(PO 4 ) 2 ]. Therefore, after the calcined beef bones are crushed in a crusher, they are sieved and classified as necessary, and then immersed in a solution containing phosphate ions, and through this immersion treatment, they are gradually dissolved in the liquid.
Fix and stabilize CaO with phosphate ions. Excess phosphoric acid is removed by washing with water. In order to further promote the fixation of CaO content and apatite formation, it is necessary to use high temperature and Ca(OH) 2 , KH 2
It is best to immerse it in a solution containing PO 4 . This immersion brings the crystal structure closer to pure apatite. in the soaking liquid to increase the maturation rate of apatite.
For example, Ca(OH) 2 or NaOH is added to a concentration that maintains the pH between 7 and 9, and the amount of phosphate ions is lower than the amount that can react with the CaO content in the calcined bone mineral. It is also preferable to set it to an excessive value. After the immersion treatment, it is separated from the immersion liquid and washed with water to wash out impurities such as excess salts and heavy metals. The phosphoric acid-containing solution to be immersed in is 0.01 to 5%.
It is preferable to use a solution of about Phosphoric acid sources include H 3 PO 4 , KH 2 PO 4 , K 2 HPO 4 , Na 3
PO 4 , (NH 4 ) 3 PO 4 etc. can be used. Note that the firing temperature is preferably 600 to 1200°C. With this method, stable and highly pure apatite can be produced by using bone mineral in animal bones and performing chemical and physical treatments after firing.Furthermore, the structure of this apatite is originally Since it uses something that already existed, it provides a material that is also preferable as a raw material for artificial bones and artificial tooth roots. Example 1 After baking 100g of washed beef bones in air at 500℃, 600℃, 1200℃, and 1300℃,
The particles were ground with a grinder to adjust the particle size to 50 to 100 μm, and immersed in a 3% KH 2 PO 4 solution at room temperature for about 30 minutes. Thereafter, each bone was washed with 10 times the amount of water as the beef bone. X-ray diffraction pattern and Ca/P of each sample
The ratio was measured. The results are shown in Figure 1. At 500℃,
Although the peak of apatite is unclear, when fired at 600°C or higher, the peak of apatite becomes sharp (good crystallinity). That is, the crystallinity was improved. Moreover, the Ca/P ratio of pure apatite is 2.15, but the Ca/P ratio becomes almost constant at temperatures above 600°C. Note that when fired at 1300°C, some melting occurred, making it difficult to recover the material. Samples fired at 600 and 1000°C did not elute alkali even when immersed in fresh water. Example 2 100g of beef bone was calcined in the air at 600°C, then crushed in a crusher, and the particle size was adjusted to 10 to 20μm.
This is Ca(OH) 2 1% at 10℃, 20℃, 60℃, 80℃,
It was immersed in a 2.5% KH 2 PO 4 solution for 2 hours, and then washed with water. A sample was also obtained which was immersed in a solution containing 2.5% KH 2 PO 4 at 80° C. for 2 hours and then washed with water. The X-ray diffraction pattern of each sample is shown in FIG. As a result, the crystallinity of apatite was good when it was immersed in a solution containing slaked lime and phosphate ions at 600°C or higher. On the other hand, in the case of no immersion, the apatite had poor crystallinity, and when immersed in fresh water, alkali was eluted.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第1図は牛骨の焼成温度と生成物のX線回折パ
ターンとCa/P比を示す図、第2図は骨粉の
KH2PO4溶液への浸漬温度と生成物のX線回折図
とCa/P比を示す図である。
Figure 1 shows the calcining temperature of beef bones, the X-ray diffraction pattern of the product, and the Ca/P ratio, and Figure 2 shows the calcining temperature of beef bones.
FIG. 2 is a diagram showing the immersion temperature in a KH 2 PO 4 solution, the X-ray diffraction pattern of the product, and the Ca/P ratio.
【特許請求の範囲】[Claims]
1 次の一般式
NaaAlbHc(PO4)d・nH2O
(ここで、a,b,c,d及びnは、a+3b
+c=3dも関係を守りながらそれぞれ0.6〜3.3,
1.8〜3.3,12〜16,7〜9及び0〜5の間にある
数である)
に相当する結晶化した酸性りん酸アルミニウムナ
トリウムを製造するにあたり、前記酸性りん酸塩
の先駆体溶液を固体粒子の撹拌床に噴霧すること
を特徴とする結晶化した酸性りん酸アルミニウム
ナトリウムの製造方法。
2 固体粒子が製造すべき酸性りん酸塩の組成と
同じ組成であることを特徴とする請求項1記載の
方法。
3 先駆体溶液の化学量論的割合が式
NaAl3H14(PO4)8・4H2Oの酸性りん酸アルミニ
ウムナトリウムを得るのに相当するようなもので
あることを特徴とする請求項1又は2のいずれか
に記載の方法。
1 The following general formula Na a Al b H c (PO 4 ) d・nH 2 O (where a, b, c, d and n are a+3b
+c=3d is also 0.6 to 3.3, respectively, while maintaining the relationship.
1.8 to 3.3, 12 to 16, 7 to 9, and 0 to 5), the precursor solution of the acid phosphate is converted into a solid. A method for producing crystallized sodium acid aluminum phosphate, characterized in that it is sprayed onto a stirred bed of particles. 2. Process according to claim 1, characterized in that the solid particles have the same composition as the acid phosphate to be produced. 3. Claim 1 characterized in that the stoichiometric proportion of the precursor solution is such that it corresponds to obtaining acid sodium aluminum phosphate of the formula NaAl 3 H 14 (PO 4 ) 8.4H 2 O. or the method described in any of 2.