バイオミネラルの無機組織構造に学ぶ融合マテリアルの構築

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Fusion Materials: Creative Development of Materials and Exploration of Their Function through Molecular Control
• Project/Area Number: 22107007
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 大槻 主税 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00243048)
• Keywords: ハイブリッド材料 / 融合マテリアル / セラミックス / 機能性高分子 / 生体材料 / ヒドロキシアパタイト / バイオミネラル / 擬似体液

Research Abstract

本研究は、骨や歯が作る巧みな無機/有機融合構造を規範にして、有機高分子のテンプレートに水酸アパタイト(ヒドロキシアパタイト;HAp)や炭酸カルシウム、酸化鉄、チタニアなどの無機結晶を階層的に複合化するプロセスの確立を目指している。本年度においては、生成する無機結晶としてリン酸カルシウムを対象とした。バイオミネラルの形成には有機分子が深く関与している。そこで、リン酸カルシウムの結晶生成において、ポリグルタミン酸などの有機高分子、アミノ酸やそのモデル分子が及ぼす影響を調べた。リン酸カルシウム結晶の生成過程については、過飽和溶液中から析出する場合と、準安定相から安定相へと相転移する場合を調べた。体液組成に類似した水溶液(擬似体液;SBF)に、ポリグルタミン酸やポリアクリル酸を添加した場合、それらの濃度に依存して、リン酸カルシウムの析出の促進や制御が可能になることが明らかになった。また、α型リン酸三カルシウム(α-TCP)からのHApやリン酸八カルシウム(OCP)への転化において、水溶液中に共存する有機酸の濃度により、促進や抑制が生じることも明らかになった。さらに、無機イオン濃度の制御とともに、ゲル状の有機高分子のマトリックスを利用したテンプレート効果を利用して、類似の組成のリン酸カルシウム化合物を種々の異なる形態で合成できることも見出した。一方、骨格となる無機固体として炭酸含有アパタイトの合成にも取り組み、その結果、水熱合成法を用いて炭酸含有量が1 mass%のロッド状ヒドロキシアパタイトが生成する条件が明らかになった。

Research Products

• [Journal Article] Effect of ammonium carbonate on formation of calcium-deficient hydroxyapatite through double-step hydrothermal processing (2011)
  • Author(s): Selvakumar, Prakash Parthiban, Ill Yong Kim, Koichi Kikuta, Chikara Ohtsuki
  • Journal Title: Journal of Materials Science : Materials in Medicine Volume: 22 Pages: 209-216
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Monocarboxylic Acid Addition on Crystallization of Calcium Phosphate in a Hydrogel Matrix (2011)
  • Author(s): Taishi Yokoi, Masakazu Kawashita, Chikara Ohtsuki
  • Journal Title: IOP Conference Series : Materials Science and Engineering Pages: 192012(4)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In Vitro Study of Carbonated Hydroxyapatite Blocks Prepared by Double-Step Hydrothermal Method (2011)
  • Author(s): Selvakumar Prakash Parthiban, Ill Yong Kim, Koichi Kikuta, Chikara Ohtsuki
  • Journal Title: IOP Conference Series : Materials Science and Engineering Pages: 192008(4)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] セラミックスの体内挙動の理解に基づいた生体活性材料の創成 (2011)
  • Author(s): 大槻主税
  • Journal Title: バイオマテリアル Volume: 29 Pages: 9-16
• [Journal Article] リン酸カルシウム系バイオマテリアルの進展 (2011)
  • Author(s): 横井太史, 大槻主税
  • Journal Title: 未来材料 Volume: 11 Pages: 20-25
• [Journal Article] Formation of Fibrous Octacalcium Phosphate in a Silica Hydrogel Matrix (2010)
  • Author(s): Taishi Yokoi, Masakazu Kawashita, Masanobu Kamitakahara, Ill Yong Kim, Chikara Ohtsuki
  • Journal Title: Archives of BioCeramics Research, Vol.10, ed.by Ika Dewi Ana, Retno Ardhani and Haamid H.Haikai Volume: 10 Pages: 87-90
• [Journal Article] Formation of Organically Modified Octacalcium Phosphates Through Substitution of Succinate and/or Suberate Ions for Hydrogen Phosphate Ions (2010)
  • Author(s): Taishi Yokoi, Hidetaka Kato, Ill Yong Kim, Masanobu Kamitakahara, Masakazu Kawashita, Koichi Kikuta, Chikara Ohtsuki
  • Journal Title: Archives of BioCeramics Research, Vol.10, ed.by Ika Dewi Ana, Retno Ardhani and Haamid H.Haikai Volume: 10 Pages: 118-121
• [Presentation] 体液模倣環境における鉄系酸化物のアパタイト形成能 (2011)
  • Author(s): 加藤康之, 横井太史, 川下将一, 金日龍, 菊田浩一, 大槻主税
  • Organizer: 公益法人日本セラミックス協会2011年年会
  • Place of Presentation: 静岡大学,浜松
  • Year and Date: 20110316-20110318
• [Presentation] Morphology of Octacalcium Phosphate Formed in Hydrogel Matrices (2011)
  • Author(s): Chikara Ohtsuki, Taishi Yokoi, Ill Yong Kim, Koichi Kikuta, Masakazu Kawashita
  • Organizer: Eleventh International Symposium on Biomimetic Materials Processing (BMMP-11)
  • Place of Presentation: Nagoya University, Japan
  • Year and Date: 20110125-20110128
• [Presentation] Crystalline Morphology of Calcium Phosphate Crystals in a Hydrogel Matrix Containing Carboxylic Acid (2011)
  • Author(s): Taishi Yokoi, Masakazu Kawashita, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: Eleventh International Symposium on Biomimetic Materials Processing (BMMP-11)
  • Place of Presentation: Nagoya University, Japan
  • Year and Date: 20110125-20110128
• [Presentation] 医用材料の開発と産学連携 (2011)
  • Author(s): 大槻主税
  • Organizer: 第4回人工関節研究会,財団法人名古屋産業振興公社
  • Place of Presentation: 名古屋駅前イノベーションハブ,名古屋
  • Year and Date: 2011-03-23
• [Presentation] Crystal Morphology of Octacalcium Phosphate Precipitated in Hydrogel Matrix : Effects of Hydrogel Density and Reaction Temperature (2010)
  • Author(s): Taishi Yokoi, Ill Yong Kim, Masakazu Kawashita, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pachifichem 2010)
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20101215-20101220
• [Presentation] Formation of Self-Organized Calcium Phosphate Crystals through Gel-Mediated Processing (2010)
  • Author(s): Chikara Ohtsuki, Taishi Yokoi, Koichi Kikuta, Masakazu Kawashita
  • Organizer: 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pachifichem 2010)
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20101215-20101220
• [Presentation] Formation of Hydroxyapatite from Tricalcium Phosphate under Hydrothermal Condition (2010)
  • Author(s): Tomoyo Goto, Ill Yong Kim, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: International Symposium on Molecular Nanotechnology
  • Place of Presentation: Nara Prefectural New Public Hall (Big Roof), Nara
  • Year and Date: 20101201-20101202
• [Presentation] In Vitro Calcification of Hydrogels Synthesized from Sodium Carboxymethylcellulose (2010)
  • Author(s): Mi-Young Koh, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: International Symposium on Molecular Nanotechnology
  • Place of Presentation: Nara Prefectural New Public Hall (Big Roof), Nara
  • Year and Date: 20101201-20101202
• [Presentation] 高生体吸収性セラミックスを用いた新材料の設計 (2010)
  • Author(s): 大槻主税
  • Organizer: 第32回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: グランドプリンスホテル広島,広島
  • Year and Date: 20101129-20101130
• [Presentation] In vitro Apatite-forming Ability of Hydrogels Derived from Sodium Carboxymethylcellulose (2010)
  • Author(s): Mi-Young Koh, Yumi Morita, Toshiki Miyazaki, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: 3rd International Congress on Ceramics (ICC3)
  • Place of Presentation: Osaka International Convention Center, Osaka, Japan
  • Year and Date: 20101114-20101118
• [Presentation] Effects of Monocarboxylic Acid Addition on Crystallization of Calcium Phosphate in a Hydrogel Matrix (2010)
  • Author(s): Taishi Yokoi, Masakazu Kawashita, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: 3rd International Congress on Ceramics (ICC3)
  • Place of Presentation: Osaka International Convention Center, Osaka, Japan
  • Year and Date: 20101114-20101118
• [Presentation] In Vitro Study of Carbonated Hydroxyapatite Blocks Prepared by Double-Step Hydrothermal Method (2010)
  • Author(s): Selvakumar Prakash Parthiban, Ill Yong Kim, Koichi Kikuta, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: 3rd International Congress on Ceramics (ICC3)
  • Place of Presentation: Osaka International Convention Center, Osaka, Japan
  • Year and Date: 20101114-20101118
• [Presentation] Effects of Ethanol Addition on Formation of Hydroxyapatite through Hydrothermal Treatment of Dicalcim Phosphate Dihydrate (2010)
  • Author(s): Tomoyo Goto, Masanobu Kamitakahara, Ill Yong Kim, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: 3rd International Congress on Ceramics (ICC3)
  • Place of Presentation: Osaka International Convention Center, Osaka, Japan
  • Year and Date: 20101114-20101118
• [Presentation] Formation of Fibrous Octacalcium Phosphate in a Silica Hydrogel Matrix (2010)
  • Author(s): Taishi Yokoi, Masakazu Kawashita, Masanobu Kamitakahara, Ill Yong Kim, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: The Tenth Asian BioCeramics Symposium (ABC2010)
  • Place of Presentation: Gadjah Mada University, Yogyakarta, Indonesia
  • Year and Date: 20101102-20101105
• [Presentation] Formation of Organically Modified Octacalcium Phosphates Through Substitution of Succinate and/or Suberate Ions for Hydrogen Phosphate Ions (2010)
  • Author(s): Taishi Yokoi, Hidetaka Kato, Ill Yong Kim, Masanobu Kamitakahara, Masakazu Kawashita, Koichi Kikuta, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: The Tenth Asian BioCeramics Symposium (ABC2010)
  • Place of Presentation: Gadjah Mada University, Yogyakarta, Indonesia
  • Year and Date: 20101102-20101105
• [Presentation] Formation of Octacalcium Phosphate in Hydrogel Matrices (2010)
  • Author(s): Chikara Ohtsuki, Taishi Yokoi, Ill Yong Kim, Masakazu Kawashita
  • Organizer: 3rd Nagoya Univ.-Tsinghua Univ.-Toyota Motor Corp.-Hokkaido Univ.Joint Symposium (3rd NTTH)
  • Place of Presentation: Sapporo, Japan
  • Year and Date: 20101007-20101009
• [Presentation] Effects of Amino Acid on Transformation of α-Tricalcium Phosphate to Hydroxyapatite (2010)
  • Author(s): Takayuki Yamamoto, Taishi Yokoi,Ill Yong Kim, Koichi Kikuta, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: 3rd Nagoya Univ.-Tsinghua Univ.-Toyota Motor Corp.-Hokkaido Univ.Joint Symposium (3rd NTTH)
  • Place of Presentation: Sapporo, Japan
  • Year and Date: 20101007-20101009
• [Presentation] In Vitro Calcification on Hydroxyapatite Modified with Silver Nanoparticles (2010)
  • Author(s): Hiroyuki Shibata, Yuji Ichikawa, Ill Yong Kim, Koichi Kikuta, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: 3rd Nagoya Univ.-Tsinghua Univ.-Toyota Motor Corp.-Hokkaido Univ.Joint Symposium (3rd NTTH)
  • Place of Presentation: Sapporo, Japan
  • Year and Date: 20101007-20101009
• [Presentation] コハク酸とスベリン酸の共存した溶液を用いるリン酸八カルシウムの有機修飾 (2010)
  • Author(s): 横井太史, 加藤秀隆, 金日龍, 上高原理暢, 川下将一, 菊田浩一, 大槻主税
  • Organizer: 第20回無機リン化学討論会
  • Place of Presentation: 東北大学青葉記念会館(青葉山キャンパス)
  • Year and Date: 20101007-20101008
• [Presentation] Formation of Organically Modified Octacalcium Phosphate in a Hydrogel (2010)
  • Author(s): Taishi Yokoi, Hidetaka Kato, Masanobu Kamitakahara, Masakazu Kawashita, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: 23rd European Conference on Biomaterials (ESB2010)
  • Place of Presentation: Tampere, Finland
  • Year and Date: 20100911-20100915
• [Presentation] Formation of Hydroxyapatite through Double-Step Hydrothermal Processing of Beta-Tricalcium phosphate and Dicalcium Phosphate Dihydrate (2010)
  • Author(s): Chikara Ohtsuki, Tomoko Watanabe, Tomoyo Coto, Ill Yong Kim
  • Organizer: 23rd European Conference on Biomaterials (ESB2010)
  • Place of Presentation: Tampere, Finland
  • Year and Date: 20100911-20100915
• [Presentation] Homogenous Morphology Control of Carbonate-Substituted Hydroxyapatite Block Prcpared by Double-Step Hydrothermal Method (2010)
  • Author(s): Selvakumar Prakash Parthiban, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: 23rd European Conference on Biomaterials (ESB2010)
  • Place of Presentation: Tampere, Finland
  • Year and Date: 20100911-20100915
• [Presentation] シリカゲルを被覆したマグネタイトのバイオミメティックな石灰化挙動 (2010)
  • Author(s): 加藤康之, 横井太史, 川下将一, 金日龍, 菊田浩一, 大槻主税
  • Organizer: 日本ゾル-ゲル学会第8回討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
  • Year and Date: 20100729-20100730
• [Presentation] Effects of the metal ions on formation of silicate hydrogels under presence of polyethylene glycol (2010)
  • Author(s): Ill Yong Kim, Sung Baek Cho, Koichi Kikuta, Chikara Ohtsuki
  • Organizer: 日本ゾル-ゲル学会第8回討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
  • Year and Date: 20100729-20100730
• [Presentation] 水和シリカゲル内において生成するリン酸カルシウム結晶の形態制御 (2010)
  • Author(s): 横井太史, 川下将一, 金日龍, 菊田浩一, 大槻主税
  • Organizer: 日本ゾル-ゲル学会第8回討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
  • Year and Date: 20100729-20100730
• [Presentation] ポリアクリル酸を添加した擬似体液中におけるリン酸カルシウムの生成 (2010)
  • Author(s): 輪湖勇一, 金日龍, 菊田浩一, 大槻主税
  • Organizer: 平成22年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • Place of Presentation: 名城大学天白キャンパス,名古屋
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] 水熱条件下におけるリン酸三カルシウムからの水酸アパタイトの生成 (2010)
  • Author(s): 後藤知代, 上高原理暢, 金日龍, 菊田浩一, 大槻主税
  • Organizer: 平成22年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • Place of Presentation: 名城大学天白キャンパス,名古屋
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] 水熱環境におけるα-リン酸三カルシウムからのヒドロキシアパタイトの生成に及ぼすpHの影響 (2010)
  • Author(s): 後藤知代, 金日龍, 菊田浩一, 大槻主税
  • Organizer: 第14回生体関連セラミックス討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ,京都
  • Year and Date: 2010-12-03
• [Presentation] 形態の異なるヒドロキシアパタイトの体液模倣環境における石灰化挙動 (2010)
  • Author(s): 柴田宏之, 後藤知代, 金日龍, 菊田浩一, 大槻主税
  • Organizer: 第14回生体関連セラミックス討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ,京都
  • Year and Date: 2010-12-03
• [Presentation] 体液模倣環境におけるCaO-Fe_2O_3系セラミックス表面での骨類似アパタイト膜形成 (2010)
  • Author(s): 加藤康之, 横井太史, 川下将一, 金日龍, 菊田浩一, 大槻主税
  • Organizer: 第14回生体関連セラミックス討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ,京都
  • Year and Date: 2010-12-03
• [Presentation] 高分子水和ゲルを反応場としたリン酸八カルシウムの生成:高分子濃度の影響 (2010)
  • Author(s): 横井太史, 川下将一, 金日龍, 大槻主税
  • Organizer: 第14回生体関連セラミックス討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ,京都
  • Year and Date: 2010-12-03
• [Presentation] 生体活性を持つ機能性セラミックス (2010)
  • Author(s): 大槻主税
  • Organizer: 生物医工学サロン第41回集会
  • Place of Presentation: 大阪大学理学部,大阪
  • Year and Date: 2010-07-07
• [Book] セラミックス機能化ハンドブック (2011)
  • Author(s): 上高原理暢, 大槻主税
  • Total Pages: 644
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Book] バイオマテリアルの基礎 (2010)
  • Author(s): 宮崎敏樹, 大槻主税
  • Total Pages: 272
  • Publisher: 日本医学館
• [Remarks]
  • URL: http://kenpro.mynu.jp:8001/Profiles/0052/0005218/profile.html