| Project/Area Number |
22K19911
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
Yokoi Taishi 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (00706781)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川下 将一 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (70314234)
陳 鵬 東北大学, 歯学研究科, 助教 (70708388)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
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| Keywords | 人工骨 / ジルコニア / 靭性 / 骨修復材料 / 高靭性 / リン酸八カルシウム / アパタイト / 損傷許容性 |
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| Outline of Research at the Start |
セラミック生体材料分野における材料の研究・開発はリン酸カルシウム系材料を中心に進められてきた。これに対して“骨結合性を有する超高靭性ジルコニア系材料”という新しい材料研究分野の形成を目指し、本研究ではアパタイト／熱分解カーボン複合粉末のジルコニアへの添加量と焼結条件を最適化し、擬似体液を用いた骨結合性評価ならびに作製した材料の機械的特性評価を通じて、骨結合性と超高靭性を発現する革新的ジルコニア人工骨の開発を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
Although zirconia has excellent mechanical properties, it cannot be used as an artificial bone because it does not have bone-binding properties. On the other hand, calcium phosphates have inferior mechanical properties to zirconia, but have bone-binding properties and are therefore used clinically as an artificial bone.
In this study, we aimed to develop an innovative zirconia-based artificial bone that combines the advantages of both zirconia and calcium phosphates. The material made by mixing powder made from carboxylate-containing octacalcium phosphate with zirconia and sintering the mixture was found to strongly inhibit the propagation of cracks. In addition, it was demonstrated that the material has strength three times that of conventional calcium phosphate, and the design guidelines for next-generation artificial bones were successfully established.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究で得られた材料は、次世代の人工骨として利用できるだけでなく、人工歯根としても利用できる可能性がある。これらの材料は健康寿命の延伸とWell-beingを支える医療用材料であり、超高齢社会を迎えた日本において大きな意味を持つ材料であると言える。
加えて、本研究で得られた材料中におけるき裂進展抑制のメカニズムは、他のセラミックスにも応用できると期待され、セラミックスの弱点であった脆性を根本的に解決する材料設計として広く活用されることが強く期待される。
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