2020 Fiscal Year Research-status Report
粒子分散により骨再生医療への貢献を目指すマルチディメンジョン・バイオマテリアル
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20K05081
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| Research Institution | Oyama National College of Technology |
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Principal Investigator |
川越 大輔 小山工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (80420008)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
多賀谷 基博 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (20621593)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アパタイト / 分散 / 透明 / 薄膜 / ゼータ電位 / ナノ / 骨芽細胞 / 微細構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
iPS細胞の樹立により社会からの再生医療への期待は非常に大きくなっている。細胞を用いた再生医療において、細胞の研究だけでは生体を再生することは難しく、細胞が増えたり新しい生体組織を構築したりするのに必要な足場材料の研究も重要である。
骨再生における足場材料の候補として、生体骨の無機主成分に類似しているアパタイトが期待されており、多くの研究が進められている。よりよい骨再生の足場材料を作製するためには、アパタイト上での細胞試験の知見を集積することが必要であり、アパタイトを透明薄膜とすることで、透明なポリスチレンやガラスのような細胞試験に適したアパタイトの作製を試みている。この透明アパタイト薄膜の作製には、アパタイトの粒子制御が重要であり、我々はクエン酸を用いてアパタイトの粒子の形状や大きさの制御を行っている。
2020年度は加熱処理で接触角を超親水性としたガラス表面に、クエン酸分散したリン酸カルシウム透明薄膜を作製した。この透明薄膜の作製は研究分担者とともに行い、申請者がクエン酸を分散剤として使用し種々のリン酸カルシウムへの展開を目指し、分担者がクエン酸をキレート剤として使用しHA一次粒子の微細化・希土類添加による高機能化を目指した。
さらに、生体骨とリン酸カルシウム人工骨の固定で臨床応用されているマグネシウム合金は、治癒に合わせた生体への吸収速度の制御が重要で、マグネシウム合金をHAコーティングすることで吸収速度の制御が行われている。分散粒子によって合成した膜は、均一な微細構造を有し高強度化が予想できることから、バイオメタルにリン酸カルシウムを成膜するために、分散アパタイトスラリーの粘性の最適化や、ディップコーティングの条件検討などのプレ試験も実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
カルシウムとリンを含む水溶液にトリスヒドロキシメチルアミノメタン（トリス）を加えて沈殿を生成させた後、クエン酸を添加することで生成させたリン酸カルシウムを分散させた。このアパタイトスラリーについて、pHや濃度などを変えて分散条件を検討し、本条件では0.002MでpH8.6としたアパタイトスラリーの分散性が高いことを確認した。得られた分散アパタイトスラリーをスピンコーターを用いてガラス基板にコーティングし透明アパタイト薄膜の作製条件を検討した。アパタイトスラリーについては濃度やpHを検討し、スピンコートについては、回転速度、滴下量、粘度などを検討した。また、レンタル装置による先行試験として、ディップコーターを用いて薄膜作製を試みたが、ディップコーターの引き上げ速度の影響よりもアパタイトスラリーの状態（分散状態や濃度）が薄膜に与える影響の方が大きいことが分かった。
前述のとおり、当初予定していたスピンコート法の条件検討は実施することができたが、本系において均一な薄膜形成の課題としてスラリー検討の継続が必要であることが明らかとなった。スラリー検討が必要な点はやや遅れているが、R3年度に実施予定のディップコートの条件検討については先行実施できたことから（2）おおむね順調に進展しているを選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
成膜に適したアパタイトスラリーの再検討を行う予定である。1つめとしては、本系の重要な分散剤であるクエン酸と合わせて、分散性向上や粘度調整を目的として種々の試薬添加を検討する予定である。２つめとしては、リン酸カルシウムの粒子が生成してから分散剤として添加していたクエン酸を、カルシウムのキレート剤として粒子生成前に添加しておくことで、核成長の抑制をはかり、アパタイト粒子の凝集をふせぐ。３つ目としては、今までの粒子生成後にブレークダウンの１方法として利用したソニケーターを粒子生成時も引荷することによって、粒子の凝集を抑制する。４つ目としては、耐圧容器を用いた水熱処理により粒子の凝集性を低下させる。上記の種々の粒子制御を検討することで、成膜に適したアパタイトスラリーの調整を検討する。また、R2年度にプレ検討したディップコーティング条件での成膜が可能なアパタイトスラリーについても検討したうえで、R3年度はディップコーターを導入し3次元形状の基板へアパタイトの成膜を検討する予定でいる。
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| Causes of Carryover |
3月発注物品の想定金額と実額とに差額があったことからB-Aの差額が発生した。
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