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骨組織の補填と再生を両立・促進する配向コラーゲン/アパタイト複合ナノ構造体の創製

Research Project

Project/Area Number 21J10328
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

柴 亜東  長岡技術科学大学, 大学院工学研究科 博士後期課程 エネルギー・環境工学専攻, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsラビン処理技術 / コラーゲンフィブリル / 配向制御
Outline of Research at the Start

骨腫瘍の切除手術に伴って骨欠損が生じる。この骨欠損を補填し、且つ、周囲組織を早期に再生・治療するためには『生体内の骨と類似した組成・構造を持ち、且つ、周囲組織を活性化しながら組織接合して再生を促す材料』の創製が重要である。そこで、本研究では、骨組織に類似した組成・構造を有する骨補填性能と骨再生能を両立する無機/有機複合ナノ構造膜の創製により微小な骨欠損部位を補填して周囲組織を治療する目的である。

Outline of Annual Research Achievements

生体内の配向性構造を有する組織は,ナノからマイクロメートルスケールの配向によって機能が発現する場合がある。しかし,この配向構造の形成機構が解明されておらず,生体に類似する高い配向性ナノ構造の模倣が人工的に実現していない。そこで,本研究では,摩擦転写 (ラビング) 処理したポリイミド (PI) 膜の物理・化学的な異方性を利用して,その表面での自己組織化による配向性ナノシリンダー型バイオマテリアルの創製技術の創成に着想した。生体組織の配向構造を模倣し,ラビング処理によって形成したPI膜表面におけるナノシリンダー型バイオマテリアルの配向機構を評価・考察した。
ラビング処理強度を変えることでナノグルーブと化学官能基の配向性を有するPI膜を作製し,配向性コラーゲン (Col) フィブリルの一軸配向構造を創製し,Col分子とPI膜の相互作用、Colフィブリルの配向機構及び配向性Colフィブリルへのリン酸カルシウム (CP) 析出について評価・考察した。その結果,ラビング処理強度を変えることでPI膜表面にナノグルーブが形成されることを見出した。特に,ラビング強度が2.4 mの条件下ではPI膜表面にナノグルーブが最も効果的に形成し,高い密度を有する配向性Col フィブリル配向構造の形成を誘導した。Col分子がラビング処理と同方向に吸着・配向し,ラビング処理方向と垂直方向に配向したPI表面のC=O基とCol表面β-Sheetのアミノ基の間に水素結合が生じることでCol分子がPI膜のナノグルーブ内でフィブリル化されたと考察した。さらに,Colフィブリルを擬似体液へ浸漬し,Colフィブリル表面に露出したカルボキシレートイオンをCP形成場としたところ,配向性Colフィブリル表面にCP結晶が析出した。これらの結果から,ラビング処理したPI膜におけるナノグルーブ形成と化学官能基の配向性を利用し,配向性Colフィブリル配向技術を確立し,CP析出を実現した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 6 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Preparation of Citric Acid-Modified Poly(vinyl alcohol) Films for Effectively Precipitating Calcium Phosphate Particles2022

    • Author(s)
      Yanni Zhou; Yadong Chai; Mari Miyata; Motohiro Tagaya
    • Journal Title

      CrystEngComm

      Volume: 24 Issue: 31 Pages: 5552-55567

    • DOI

      10.1039/d2ce00800a

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation into Self-Assembled Collagen Arrays Guided by Surface Properties of Polyimide Films2022

    • Author(s)
      Yadong Chai; Yanni Zhou; Mari Miyata; Motohiro Tagaya
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 18 Issue: 38 Pages: 7333-7340

    • DOI

      10.1039/d2sm01057g

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of oriented collagen fibril array on polyimide film Yadong2022

    • Author(s)
      Yadong Chai,Yanni Zhou,Haruki Hosokai,Mari Miyata,Motohiro Tagaya
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 317 Pages: 132100-132100

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2022.132100

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Biomimetic Mineralization in External Layer of Decalcified Fish Scale2022

    • Author(s)
      Yanni Zhou; Yadong Chai; Kurisu Mikami; Motohiro Tagaya
    • Journal Title

      Biomimetics

      Volume: 7 Issue: 3 Pages: 97-97

    • DOI

      10.3390/biomimetics7030097

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fabrication of Oriented Nanomaterials by Biomimetic Synthesis2022

    • Author(s)
      Yadong Chai, Yanni Zhou, Motohiro Tagaya
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 13 Issue: 8 Pages: 1358-1358

    • DOI

      10.3390/mi13081358

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] PEG functionalization effect of silicate-containing hydroxyapatite particles on effective collagen fibrillation with hydration layer state change2022

    • Author(s)
      Yamada Shota、Chai Yadong、Tagaya Motohiro
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 24 Issue: 11 Pages: 6788-6802

    • DOI

      10.1039/d1cp04768j

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mild Reaction of Highly-Oriented Collagen Fibril Arrays with Simulated Body Fluid2021

    • Author(s)
      Yadong Chai,Zizhen Liu,Daichi Noda,Motohiro Tagaya
    • Journal Title

      Solid State Phenomena

      Volume: 324 Pages: 166-172

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/ssp.324.166

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Preparation of Monodispersed Nanoporous Eu(III)/Titania Loaded with Ibuprofen: Optimum Loading, Luminescence, and Sustained Release2021

    • Author(s)
      Takuya Kataoka,Kota Shiba,Shinya Nagata,Iori Yamada,Yadong Chai,Motohiro Tagaya
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 60 Issue: 12 Pages: 8765-8776

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.1c00718

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 一軸配向性コラーゲンフィブリル配列技術の開発とリン酸カルシウム析出への展開2023

    • Author(s)
      柴 亜東,周 燕ジ,多賀谷 基博
    • Organizer
      日本セラミックス協会2023年年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 配向性シリカメソ構造体膜へのタンパク質の吸着2022

    • Author(s)
      柴 亜東,円子 友理,宮田 真理,多賀谷 基博
    • Organizer
      第71回高分子学会年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 一軸配向コラーゲンフィブリル配列の作製とリン酸カルシウム析出への展開2022

    • Author(s)
      柴 亜東,周 燕ジ,多賀谷 基博
    • Organizer
      第31回無機リン化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] アパタイト析出のための一軸配向性コラーゲンフィブリル構造膜の創製2022

    • Author(s)
      柴 亜東,周 燕ジ,宮田 真理,多賀谷 基博
    • Organizer
      第60回セラミックス基礎討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] コラーゲンフィブリルの一軸配列技術の開発とアパタイト析出2022

    • Author(s)
      柴 亜東,周 燕ジ,宮田 真理,多賀谷 基博
    • Organizer
      つくば医工連携フォーラム2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] コラーゲンフィブリルの一軸配列化とその表面へのリン酸カルシウム析出2022

    • Author(s)
      柴 亜東,周 燕ジ,宮田 真理,多賀谷 基博
    • Organizer
      日本セラミックス協会2022年年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Mild Reaction of Highly-oriented Collagen Fibril Arrays with Simulated Body Fluid2021

    • Author(s)
      Yadong Chai,Zizhen Liu,Daichi Noda,Motohiro Tagaya
    • Organizer
      3rd International Conference on Biomacromolecules and Biomimetic Materials
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-03-26  

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