Development of tough hybrid materials by regulated crystallization of hydroxyapatite inspired by bone formation

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K05982
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Organic and hybrid materials
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: Mizutani Tadashi 同志社大学, 理工学部, 教授 (40229696)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 廣田 健 同志社大学, 理工学部, 教授 (30238414)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 複合材料 / 高分子 / バイオセラミックス / 力学的性質 / エコマテリアル

Outline of Final Research Achievements

Water-soluble polymers such as ethylene-vinyl alcohol copolymer and starch was hybridized with hydroxyapatite by co-precipitation from aqueous solutions. The hybrid powder was densified with uniaxial press at 120 oC at 120 MPa to prepare test blocks. These test blocks showed flexural strength up to 80 MPa and elastic modulus up to 4.5 GPa, and some showed stronger than plastics. Hybrid prepared from starch showed larger elastic modulus than that prepared from synthetic polymer such as ethylene-vinyl alcohol copolymer, showing that the rigid polymer structure lead to tough hybrid blocks.

Free Research Field

有機材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

骨や歯などのバイオセラミックスは、軽くて剛性が高い（弾性率が大きい）という特性があり、しかも、環境に負荷をかけない（廃棄してもすぐに分解される）という性質があるので、このようなものを人工的につくることができれば新しいエコ材料として非常にインパクトが大きい。本研究では、水に溶ける高分子（天然の高分子と石油由来の高分子）の表面で骨の無機成分であるヒドロキシアパタイト（リン酸カルシウム）を結晶化させ、両者が分子レベルで複合化した材料の合成を行った。その結果、プラスチックなどを超える力学性能をもつ複合材料の合成に成功した。