レーザーアブレーション法による骨組織の薄膜化とその生体への適用

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07680960
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: Kinki University
• Principal Investigator: 本津 茂樹 近畿大学, 生物理工学部, 助教授 (40157102)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 俊郎 近畿大学, 生物理工学部, 助教授 (50110242)
• Keywords: バイオセラミックス / ハイドロキシアパタイト / インプラント / レーザーアブレーション / 薄膜

Research Abstract

ArFエキシマレーザーアブレーション法でハイドロキシアパタイト(HAp)薄膜の作製を試みた。まず、ターゲットとしてHAp粉末と五酸化リン粉末を混合・プレス成形したものを用いることにより、膜中のCa/Pの比を調製した。成膜は4mTorrの酸素雰囲気中で8nm/minの成膜レイトで行い、このとき基板温度を400℃以上にするとHApの構造は得られず、酸化カルシウムとなった。また400℃以下の基板温度ではHAp膜の結晶性は非常に悪くアモルフィスであり、結晶化したHAp膜を得るためには酸素と水蒸気の雰囲気中で550℃1時間以上のポストアニールを行う必要があった。基板としては、チタン、サファイア、チタン酸ストロンチウム、熱酸化シリコンを用いたが、いずれの基板上にもHAp薄膜を得ることができた。得られたHAp薄膜はX線回折より多結晶であったが、トリカルシウムホスフェート(TCP)等の不純相は見られなかった。さらに、得られた薄膜のCa/Pの組成比(重量比)はエネルギー分散型X線分光法(EDX)より02.03であり、生体HApの2.04に近い値であった。これらの膜の表面モルホロジーを電子顕微鏡(SEM)および原子間力顕微鏡(AFM)より観測した結果、平均ラフネスは72nmでありポストアニール法で得られた膜としては比較的平坦であった。HAp薄膜の力学的特性として超微小ダイナミック硬度計により、ダイナミック硬度(DH)を測定した。得られたDH硬度は約390でチタンの100より大きく、硬度と耐摩耗性とが比例関係にあることより、HAp膜をチタン上に成膜することにより、チタンの表面の機械的特性を改善できることがわかった。また、生体HAp(骨・歯)をターゲットにした場合についての成膜も行い、X線回折よりHApの結晶構造が得られたことを確認したが、組成分析を行うには到っていない。