感染症防止のためのフッ素コートDLC膜の基礎的検討
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20K15060
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
西村 直之 信州大学, 先鋭領域融合研究群バイオメディカル研究所, 教授(特定雇用) (10644940)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | DLC / フッ素 / 感染症 / 抗菌 / 表面処理 / 有効性 / 脊椎ケージ / ダイヤモンドライクカーボン / 金属材料 / イオン / 溶出 |
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| Outline of Research at the Start |
人工関節置換術術後に感染症に罹患する患者は少なからず存在し、再手術は命に関わる。感染症は早期と遅発性に分かれ、遅発性は血行性感染によるとされているが詳細は分かっていない。我々は原因の1つに体内に挿入される金属材料に注目し、体内へ金属イオンが継続的な溶出を行い免疫低下により発症するのではないかと考えている。この解決策として2点に関して検討を行い、課題を解決する。
1）生体親和性の高い炭素材料の1つであるDLC（Diamond-Like-Carbon）の金属材料表面コーティングによる溶出の遮断及び生体安全性に関する研究
2）DLC膜にフッ素をベースとした抗菌性の付与による感染症発症防止とその機構の研究
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| Outline of Annual Research Achievements |
体内埋入型医療機器は近年人工関節、脊椎ゲージなどの進展により適用数が増加している。一方で手術初期から晩期にわたって感染症も増加し、解決に関する 具体的な方策が求められている。また今後のIoTの進展などにより在宅での医療機器適用が診断機器から治療機器への拡大に伴い、在宅で患者自身もしくは診断 機器、治療機器を内蔵したパッドを使用した際、体内外を接続する必要があり、これらの対応も必要になってくる。この様な考えから抗菌性処理の1つとして DLC(ダイヤモンドライクカーボン)に着目し、DLCコーティングの平滑性に基づく菌付着の防止、F(フッ素)添加による糖代謝抑制による増殖の阻害を目的とし て、試験片の試作及び化学的評価、実証試験を行なっている。
これまでにPBII法によりDLC膜を製膜し、有効性評価を行った。動物での骨誘導能の 確認を行うために、日本兎の大腿骨遠位に所定の試験片を4週間および12週間程度の間埋入し、その間の骨組織と試験片周辺の組織観察による生体親和性の評価、 及び押し抜き試験による周辺骨成長によるインプラント材料としての固定性の評価を実施した。結果として従来の材料と比較して骨誘導能の向上がみられた。
これらの結果を踏まえて、2022年度、日本整形外科学会基礎集会にてポスター発表を行なった。
一方、基材をポリウレタンに変更しDLCコーティングを検討したが、コーティング時の発熱による材料劣化が激しく、現在のところ実用的にコーティングできる条件を模索中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画において予定されているDLCの製膜方法などの検討を行った。試験片の準備に関してはDLC膜の作製方法、フッ素などのコーティング方法などに関して確定出来ている。
全体として化学的な特性の把握、機械摺動性などの試験は全て終了している。生物学的評価に関しては細胞による評価は実施しており、また動物への埋入試験を行なっている。
現在はその有効性や安全性に関する検証を中心に実施している。 申請書項目1)に関しては複数のイオン種による際の防毒性の評価に関して、実際に影響の出る濃度に対して試験を実施中である。
申請書項目4)日本兎の大腿骨遠位に所定の形状を持つ試験片を埋入し、4週間、および12週間埋入して摘出後、それぞれの組織観察、押し抜き試験を実施した。その結果押し抜き試験などの結果より骨伝導性において有効性を確認した。また組織観察の結果からDLC表面に新生骨組織はかなりの割合で接着する事ができており、また炎症などの発生も見られないことから安全性に関しても大きな影響はないものと考えている。
その他TOF-SIMSによる表面の化学構造解析などを実施し、構造の変化などの検証を実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
フッ素コーティングを依頼している企業サイドのコロナ禍の影響及び操業状態の関係で1部の試験編の作製が遅れいている。企業サイドより2023年度中の復旧・再操業の確約をとっているので、試験片は2023年度前半には完成する。
このためフッ素処理の試験片が完成次第、残りの試験を実施して終了する予定である。実施内容としてはMC3T3E1やV79を用いた細胞試験の実施する予定である（1部はすでに実施済み）。
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Report
(3 results)
Research Products
(3 results)
