2013 Fiscal Year Research-status Report
高生体活性を有する酸化チタン微粒子の開発およびPMMA骨セメントへの応用
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25420767
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Japan Fine Ceramics Center |
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Principal Investigator |
橋本 雅美 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 上級研究員 (20450851)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金高 弘恭 東北大学, 歯学研究科(研究院), 准教授 (50292222)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオマテリアル / 酸化チタン / 骨セメント / 生体活性 / アパタイト / 細胞 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、酸窒化処理によって生体活性能を飛躍的に向上させた酸化チタン(TiO2)粒子を新規に創製し、骨セメント組成物(ポリメタクリル酸メチル(PMMA))に混合するだけで、高い機械的強度を示し、骨と結合する生体活性骨セメント(PMMA-TiO2)を作製することである。
平成25年度は、1. 高いアパタイト形成能を有する酸化チタン粒子の作製、2. 本酸化チタン粒子の細胞学的評価を行い、以下の結果を得た。
1.非晶質の酸化チタン粒子の酸窒化(800℃, 6時間)を行うと(酸素分圧を厳密に制御した窒素雰囲気中)、ルチル型の酸化チタンが生成し、擬似体液浸漬後に形成したアパタイト量は従来の空気中で熱処理した場合と比較して、1日浸漬で約2倍、4日浸漬で約1.3倍、7日浸漬で約1.9倍の重量増加を示すことがわかった(比表面積あたりに換算)。2.熱処理後のルチル型酸化チタン(酸窒化および空気中で熱処理したもの)粒子で成形体を作製し(一軸プレス後に冷間静水圧成形(CIP))、その成形体上での細胞学的評価を行った(MC3T3細胞を播種、14および28日経過後にALP活性を測定)。しかし、培養中に成形体が崩壊し、両試料上でのALP活性値に差は無く、細胞の増殖を確認することが不可能であった。以上の結果から、擬似体液中におけるアパタイト形成能のみからではあるが、非晶質の酸化チタンに高い生体活性能を付与する至適酸窒化処理条件を確立した。
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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
H25年度は大きく分けて以下の2つを目標とした。
1. 高いアパタイト形成能を有する酸化チタン粒子の作製
従来の空気中で熱処理した場合に比べて、格段にアパタイト形成能の高い酸化チタン粒子を作製するための至適酸窒化処理条件を確立した。(達成度100%)
2. 酸化チタン粒子の細胞学的評価
酸化チタン粒子の成形体では、細胞学的評価を行うことが不可能であったため、次年度はPMMA骨セメントと酸化チタンを混練したPMMA-TiO2セメント上で細胞学的評価を行い、細胞評価の可能性を検討する。(達成度50%)
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度は、1.酸素分圧を厳密に制御した環境下において、酸化チタン(非晶質)の酸窒化処理を行い、従来の空気中で熱処理した場合と比べてアパタイト形成能が格段に向上することを明らかにした。平成26年度は、形成した酸化チタン膜からなる酸化膜のナノ・ミクロレベル構造評価を行い、酸化膜中に存在する溶質元素（N）の存在状態を明らかにする。2.酸窒化処理を行った酸化チタンと比較材として空気中で熱処理した酸化チタン粒子をPMMA骨セメントと混練し、その上での細胞学的生物学的評価を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度に行った細胞評価に関して、酸化チタン粒子上では定量的な評価が不可能であることが実験途中で判明した。そのため、計画通りに研究が進まず約22万円の次年度使用額が発生した。
平成26年度は、1.酸化チタン粒子表面に形成したアパタイトの形成量の定量的評価 (担当：JFCC橋本) 擬似体液中、酸化チタン断面の走査型電子顕微鏡(SEM)観察を行いアパタイト形成量の定量的評価の検討を行い、さらに酸化チタン粒子表面の酸化膜のNの存在状態の確認(X線光電子分光法(XPS)等の表面分析)を行う。消耗品費で試薬、装置用部品等を計上し、表面分析費をその他の細目で計上した。2.細胞学的評価 (担当：東北大学 金高) PMMA-TiO2骨セメント上での細胞学的評価および分子生物学的評価を行うために、細胞実験用消耗品を物品費で計上した。
最新の成果動向の調査や成果報告のための学会発表を旅費の細目で計上し、学会参加費をその他の細目で計上した。
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Research Products
(12 results)
