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組成制御したハイドロキシアパタイト中の固溶元素の局所環境解析と生体機能構築

Research Project

Project/Area Number 12J02608
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Inorganic materials/Physical properties
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

設樂 一希 (2012, 2014)  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

設楽 一希 (2013)  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsハイドロキシアパタイト / 生体材料 / 溶解性 / Zn / 局所環境解析 / 細胞毒性
Outline of Annual Research Achievements

ハイドロキシアパタイト(Hydroxyapatite; HAp)[Ca10(PO4)6(OH)2]は骨や歯の無機主成分であり,人工骨等の生体材料に利用されている.HApは固溶元素やCa空孔によりその生体材料特性が変化するため,これらを利用した特性の精密な制御が期待されている.本研究ではこのような特性の変化と,固溶元素やCa空孔の局所環境との関係を調査し,特性を制御することを目的とした.
当該年度は組成およびZnの局所環境を制御したHAp試料を作製し,生体特性の評価として溶解性試験とアパタイト形成能の評価を行った.結果の一例として溶解性の結果について記す.溶解量はZnの添加,無添加に関わらず,(Ca+Zn)/Pに対して直線的に変化しており,溶解性とCa欠損量に強い相関があることがわかった.これらの試料のうちZn添加試料に関して,ZnがCa空孔および格子間水素と会合して複合欠陥を形成していることを前々年度に明らかにしている.また,無添加試料についてはCa/Pの理想比からの低下はCa空孔によるものであることがわかっている.これらの結果から,溶解量の増大に対してCa空孔および格子間水素による影響が大きいことが示唆された.
一方,固溶元素により特性が変化する他の例として,Bi2O3が挙げられる.Bi2O3の高温相であるδ相は高い酸化物イオン伝導度を示すが,希土類元素の濃度に伴いイオン伝導度は大きく低下する.δ構造の固溶体について,系統的な第一原理分子動力学(MD)計算を行い,添加元素や酸素の局所環境やその合金濃度による影響を定量化した.MD中の角度分布関数を解析した結果,添加元素周囲の酸素の配位環境がC希土構造様に規則化し,それが酸化物イオン伝導の抵抗になっていることが示唆された.

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2015 2014

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Efficient determination of alloy ground-state structures2014

    • Author(s)
      A. Seko, K. Shitara, and I. Tanaka
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 90 Issue: 17 Pages: 174104-174104

    • DOI

      10.1103/physrevb.90.174104

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cytotoxicity of stoichiometric hydroxyapatites with different crystallite sizes2014

    • Author(s)
      K. Shitara, H. Murata, K. Watanabe, C. Kojima, Y. Sumida, A. Nakamura, A. Nakahira, I. Tanaka and K. Matsunaga
    • Journal Title

      Journal of Asian Ceramic Societies

      Volume: 2 Issue: 1 Pages: 64-67

    • DOI

      10.1016/j.jascer.2014.01.002

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] δ-Bi2O3系固溶体における酸素の局所環境とイオン伝導度2015

    • Author(s)
      設楽一希,世古敦人,小山幸典,田中功
    • Organizer
      日本金属学会第156回春期講演大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理分子動力学計算によるBi2O3系固溶体における酸化物イオン伝導の解析2015

    • Author(s)
      設楽一希,世古敦人,小山幸典,田中功
    • Organizer
      第53回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2015-01-08 – 2015-01-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Prediction of Order-disorder Transition Temperature of δ-Bi2O3 by Systematic First-principles Calculations2014

    • Author(s)
      Kazuki Shitara, Seko Atsuto, Yukinori Koyama, and Isao Tanaka
    • Organizer
      AMTC4
    • Place of Presentation
      浜松
    • Year and Date
      2014-05-08 – 2014-05-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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