Improvement of bone fracture characteristics based on microstructural considerations

• Project/Area Number: 24500503
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: FUJISAKI Kazuhiro 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (90435678)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): YOKOTA Hideo 理化学研究所, 画像情報処理研究チーム, チームリーダー (00261206) ; TODOH Masahiro 北海道大学, 大学院工学研究院, 准教授 (10314402)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2013: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2012: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 生物・生体工学 / 機械材料・材料力学 / 生体材料 / 物性実験 / 医療・福祉 / 骨折予防

Outline of Final Research Achievements

Bone tissue is a composite material consisting of hydroxyapatite-like mineral particles and collagen fibers. The stiffness of the tissue is strongly dependent on the form of apatite phase. Mechanical properties of cortical bone vary drastically with the change of apatite concentration under demineralization processes. Thus we focused on the demineralization to improve the fracture toughness of bone tissue. In this study, we developed a Charpy-type impact loading device for bone fracture tests. And we showed that the demineralization process increased the impact toughness of bovine cortical bone specimens. And the demineralization improved the impact toughness of notched specimens even if the process was locally applied to the defected area.

Research Products

• [Presentation] 骨―インプラント早期結合のためのチタン表面へのアパタイト誘引法 (2015)
  • Author(s): 伊達駿斗, 藤﨑和弘, 笹川和彦
  • Organizer: 日本機械学会 東北学生会 第45回卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 八戸市
  • Year and Date: 2015-03-10
• [Presentation] 逐次断面切削-観察技術に基づいた工業材料の内部構造観察・組成分析システムの開発 (2015)
  • Author(s): 藤崎和弘, 古城直道, 中土裕樹, 山下典理男, 横田秀夫
  • Organizer: 理研シンポジウム「3次元内部構造顕微鏡による3次元計測の生物・材料分野への挑戦と展開」
  • Place of Presentation: 和光市
  • Year and Date: 2015-02-06
• [Presentation] ラマン分光法による骨コラーゲン/アパタイト複合構造に基づく力学機能評価 (2014)
  • Author(s): 東藤正浩, 但野茂
  • Organizer: 第29回日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 鹿児島市
  • Year and Date: 2014-10-09 – 2014-10-10
• [Presentation] 皮質骨構造欠陥部の破壊特性に及ぼす脱アパタイト処理の影響 (2014)
  • Author(s): 長谷川歩, 藤崎和弘, 笹川和彦
  • Organizer: 日本機械学会 バイオフロンティア講演会
  • Place of Presentation: 鳥取市
  • Year and Date: 2014-10-03 – 2014-10-04
• [Presentation] Effect of Demineralization on Impact Fracture Characteristics of Bovine Cortical Bone Tissue (2014)
  • Author(s): Kazuhiro Fujisaki, Hiroya Yokoyama, Ayumi Hasegawa, Kazuhiko Sasagawa
  • Organizer: The 7th World Congress of Biomechanics
  • Place of Presentation: ボストン、米国
  • Year and Date: 2014-07-06 – 2014-07-11
• [Presentation] 皮質骨組織の破壊特性に及ぼす脱アパタイトの影響 (2014)
  • Author(s): 長谷川歩, 藤崎和弘, 笹川和彦
  • Organizer: 日本非破壊協会 平成26年度東北支部講演会
  • Place of Presentation: 仙台市
  • Year and Date: 2014-04-18
• [Presentation] Mechanical analysis of mineral and collagen phases in bone by Raman spectroscopy (2013)
  • Author(s): Todoh M, Tadano S
  • Organizer: 15th International Conference on Biomedical Engineering
  • Place of Presentation: National University of Singapore, Singapore
• [Presentation] Raman spectroscopy for mechanical analysis of bone tissue (2013)
  • Author(s): Todoh M, Tadano S
  • Organizer: International Symposium on Interdisciplinary Research and Education on Medical Device Developments
  • Place of Presentation: Hirosaki University, Japan
• [Presentation] 皮質骨のラマン分光現象と引張負荷の関係 (2013)
  • Author(s): 門谷琢郎, 東藤正浩, 但野茂
  • Organizer: 機械学会2013年度年次大会
  • Place of Presentation: 岡山大学, 津島キャンパス
• [Presentation] 皮質骨組織の衝撃破壊強度に及ぼす微視的損傷の影響 (2013)
  • Author(s): 藤崎和弘, 横山弘矢, 笹川和彦
  • Organizer: 機械学会2013年度年次大会
  • Place of Presentation: 岡山大学, 津島キャンパス
• [Presentation] 鉄鋼材料内の介在物、組織の3次元情報収集と数値解析システムの開発
  • Author(s): 横田秀夫, 藤崎和弘, 山下典理男, 中村篤人
  • Organizer: 日本鉄鋼協会 鉄鋼ゲノムの解明フォーラムシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学, 大岡山キャンパス
• [Presentation] Effect of Apatite Crystal Alignments on Anisotropic Fracture Characteristics of Cortical Bone
  • Author(s): K. Fujisaki, H. Yokoyama, M. Todoh, S. Tadano
  • Organizer: Korea-Japan Joint Session/ KSME 2013 Bioengineering Division Spring Conference
  • Place of Presentation: The Ocean Resort YeoSu, Korea
• [Presentation] 後方散乱Ｘ線による歯牙表層アパタイトの結晶構造観察
  • Author(s): 藤崎和弘、太田恭介、東藤正浩、但野茂
  • Organizer: 第23回バイオフロンティア講演会
  • Place of Presentation: 弘前文化センター
• [Presentation] 生体硬組織の応力測定技術とバイオメカニクス
  • Author(s): 藤崎和弘、但野茂、東藤正浩
  • Organizer: 第28回寒地技術シンポジウム
  • Place of Presentation: 弘前文化センター