2015 Fiscal Year Annual Research 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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| 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, 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 | 酸化チタン粒子 / 水酸化アパタイト / 擬似体液 / 酸窒化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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)粒子を新規に作製し、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。
酸化チタン前駆体を極少量の酸素を含む(低PO2)窒素雰囲気中で熱処理して得られるルチル型の酸化チタンは、大気中(高PO2)で熱処理した酸化チタンと比べて、擬似体液中におけるHAp形成能が高いことを明らかにした。TEM-EELS分析の結果より、低および高PO2下で熱処理した粒子の表面および内部には窒素の存在が確認できなかった。一方、ESR分析結果から、低PO2下で熱処理した場合のみTi3+に相当するg=1.96のピークが確認できたため、粒子中のTi4+がTi3+に還元し、それに伴い酸素空孔が形成したと考えられる。次にゼロ電荷点の結果は、低PO2下では5であるのに対し、高PO2下では8であった。従って、pH7.4のSBF中においては、低PO2下で熱処理した粒子表面は負に、高PO2下ではほぼゼロであると考えられる。以上より、酸化チタン表面の電荷が負に帯電することによって、擬似体液中で反対の電荷を有するCaイオンの優先的な吸着が促進され、その結果として、その後のHApの核形成と成長が促進されたと考えられた。
また、圧縮強度は、上記高生体活性酸化チタンを混練したPMMA-TiO2に関しては118 MPaであり、PMMAに関しては104 MPaであった。TiO2をPMMAに混合することによって、機械的強度が上昇することを確認した。さらに、TiO2を8vol%混練したPMMA-TiO2は擬似体液中でHAp形成能を示した。
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