2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of polymer-modified calcium phosphate coating with self-healing ability for biodegradable Mg alloys
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16H04511
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
廣本 祥子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (00343880)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 智彦 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (50419264)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 生体材料 / 生体内溶解性金属材料 / リン酸カルシウム被膜 / ポリマー複合化 / 自己修復 / 細胞接着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リン酸カルシウム（Ca-P）被覆Mg合金のCa-P被膜の欠陥やMg合金の局部腐食箇所の修復を促進するポリマーの探索を行った。
アニオン性ポリマーであるポリアクリル酸ナトリウム（SPA）はCa-P析出の核になる可能性があることから、Ca-P被覆AZ31合金に修飾し、表面にカッターで基材合金に達する傷を付けた後、Hanks液に浸漬した。SPA複合化により傷中に顆粒状のCa-Pの析出が促進された。断面観察では、Ca-P被膜のみでは傷の内側は10 um程度の比較的厚いCa-P層に覆われ、傷の修復が起こったことが示されたが、傷の底部から孔食の発生がみられた。SPAを複合化した場合、傷の内側のCa-P層は数um程度に薄く均一になり、傷内部からの孔食発生はみられなかった。これらの結果より、アニオン性ポリマーはCa-P被覆Mg合金の表面の傷の修復に効果を発揮することがわかった。
生体適合性に優れた中性ポリマーと前述のアニオン性ポリマーがCa-P修復に及ぼす影響を比較したところ、アニオン性ポリマーの方が高い修復促進能を示した。そこで、細胞適合性に優れた中性ポリマーの末端官能基をアニオン性官能基に置換し、Ca-P被膜との複合化を目指した。しかし、当該ポリマーの末端基をアニオン性官能基に置換したポリマーの市販品はなく、ポリマー合成が専門の共同研究者に合成を依頼したため、非常に少量のアニオン性ポリマーしか得られなかった。予備実験として、合成したアニオン性ポリマーをMg合金表面に直接修飾し、細胞培養液中に浸漬したところ、未被覆Mg合金よりもMgイオン溶出が抑制された。アニオン性ポリマーはCa-PやMg合金との結合力が中性ポリマーよりも高いことから、修飾ポリマーの表面での安定性が向上したことがポリマーによる培養液中からのCa-P析出を促進したと考えられる。本研究で開発した表面は特許出願準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
H28年度に、当初候補としていた中性ポリマーではなくアニオン性ポリマーの方が本研究の目的に即していることがわかったため、中性ポリマーの末端官能基置換によりアニオン性ポリマーに切り替えていくことにした。アニオン性ポリマーの合成に時間が掛かったこと、ポリマー複合化前のリン酸カルシウムのみ被覆したMg合金の被膜と細胞の相互作用の検討に時間が掛かったことにより、当初の予定より全体の進捗は遅れている。一方、市販のアニオン性ポリマーを修飾したリン酸カルシウム被覆AZ31において、アニオン性ポリマーが被膜の傷修復促進に有効であったことから、ポリマー複合化によるリン酸カルシウム被膜の自己修復能向上は順調に進捗していると考えられる。このため、全体ではやや遅れているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度は、アニオン性ポリマーが、大気中でできた被膜の傷の修復促進に有効であることを示したことから、今後は疑似体液中でin-situにできた被膜の傷の修復にアニオン性ポリマーが及ぼす影響を検討する。また、共同研究者が合成した、当初の候補ポリマーの末端基を置換してアニオン性にしたポリマーを用い、リン酸カルシウム被覆Mg合金の腐食挙動に及ぼすアニオン性ポリマーの影響を検討する。末端基置換ポリマーの実験室での合成では、得られる量と再現性（置換率）に課題があるため、市販の同組成のポリマーの探索を行う。アニオン性ポリマーはMg合金の腐食を促進する可能性があることから、予備実験としてアニオン性ポリマー修飾がMg合金の腐食挙動に及ぼす影響を検討する。
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