高強度β-リン酸三カルシウム骨材を組み込んだリン酸カルシウムセメントの補強

Reinforcement of calcium phosphate cement by incorporating with high-strength β-tricalcium phosphate aggregates.

抄録

リン酸カルシウムセメント（CPC）は、移植後に凝固してハイドロキシアパタイトを形成し、整形外科手術や歯科治療で使用されてきた。しかし、リン酸カルシウムセメントは脆く、強度が低いため、応力を受ける多くの部位に使用することができない。そのため、圧縮強度の向上がリン酸カルシウムセメントの研究の焦点の一つとなっている。本研究では、200μmから450μmの大きさの高強度分解性β-リン酸三カルシウム（β-TCP）顆粒を骨材としてセメント中に分散させることにより、CPCの機械的性能を向上させる新しい方法を用いた。水和後、骨材とCPCマトリックスとの間に親密な結合が形成された。その結果，調製したβ-TCP骨材を20wt%添加することにより，リン酸カルシウムセメントの圧縮強度が約70%向上する一方，CPCコンクリートのペーストは注入性を維持し，水和過程における熱放出が明らかに減少した（約25%）．β-TCP骨材の高強度または高剛性、および骨材とCPCマトリックス間の良好な界面結合が、機械的性能の大幅な向上に寄与しているようである。

Calcium phosphate cement (CPC) sets to form hydroxyapatite after implantation and has been used in orthopedic and dental procedures. However, the brittleness and low strength of CPC prohibit its use in many stress-bearing locations, and so the improvement of the compressive strength is one of the focuses of research on CPC. In this study, a novel way was used to improve the mechanical performance of CPC by dispersion of high-strength degradable β-tricalcium phosphate (β-TCP) granules sized between 200 μm and 450 μm in the cement as aggregates. Intimate bonding was formed between the aggregates and CPC matrix after hydration. The results showed that, by addition of 20 wt % the as-prepared β-TCP aggregates, the compressive strength of the calcium phosphate cement was increased by about 70%, while the paste of the CPC concrete still maintained injectable, and the heat release decreased obviously (about 25%) in the hydration process. The high strength or high rigidity of the β-TCP aggregates and good interfacial bonding between the aggregates and the CPC matrix seemed to contribute to the significant improvement in the mechanical performance.