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2013 Fiscal Year Research-status Report

超親水性ケイ酸アルミニウムナノチューブを用いたポリマー系複合材料の生体機能高度化

Research Project

Project/Area Number 25630282
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

春日 敏宏  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30233729)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小幡 亜希子  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40402656)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywordsケイ酸アルミニウム / ナノチューブ / イモゴライト / 炭酸カルシウム / シロキサン / バイオマテリアル / 綿玉状構造体 / 細胞親和性
Research Abstract

本研究は、ケイ素含有炭酸カルシウム(SiCC)/PHA複合材料を繊維化し、これを骨格とする綿状構造体としたものを基材とし、さらにその繊維表面に親水性のケイ酸アルミニウムナノチューブ(イモゴライト)を被覆して、機能を高度化させるものである。本年度は先ず、それらの構造を制御する方法を検討した。
1.SiCC粒子の作製:アミノプロピルトリエトキシシランを含む液を用いて炭酸ガス化合法でSiCC粒子を生成させた。SiCC粒子中にはバテライトが5~20 nmのラメラ状一次粒子として含有され、そのc面にはシロキサンが配位していること、またシロキサンがバテライトを安定化し、生理緩衝溶液中での溶解を律速することを明らかにした。合成の際、SiVの前駆体内部でシラン源の縮合とバテライトの結晶化が並進し、上述の一次粒子構造の生成に寄与することを見出した。また、炭酸ガス化合法における溶媒中の炭酸イオンの溶存性に着目し、これを調節することにより、SiCC中のバテライト一次粒子のc面配向制御ができることを見いだした。
2.イモゴライトの作製と評価:(1)イモゴライトの組成を変化させるべく諸条件を調整したが、化学量論組成から大きく変化させることは難しかった。得られたイモゴライトの親水性はいずれも非常に高く有意差は見られなかった。(2)イモゴライトの生体親和性をMC3T3-E1細胞を用いて培養試験により評価した。初期接着性が高いが、増殖性には影響がないことが示された。(3)Lysozyme吸着性の評価を試みたが、多量のイモゴライトを準備するのが難しく、有意差を確認できなかった。さらに検討を続ける。
3.綿玉状構造体の作製: SiCCを用いて、P(3HB-co-4HB)との複合材料を作製し、電界紡糸法で約5~10μmの繊維径の綿玉状構造体に成形することができた。今後さらに繊維径を太くする条件を検討する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

目的として設定した項目について順調に結果が出ていると判断する。とくに、ケイ素含有炭酸カルシウムの構造解析についてはかなり進んだと思われる。一方、イモゴライトの組成制御については当初計画のような制御は容易ではなく、また組成を変化させても親水性に大きな違いが出ないことがわかった。また、タンパク吸着の実験方法を見直す必要もある。以上を総合的に見て、「おおむね順調に進展している」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

平成25年度の実験を継続しつつ、それらの結果を基礎として、綿状構造体へのイモゴライト被覆法の検討を行う。
繊維中のSiCCとイモゴライトの水酸基との相互作用が期待される。ただし、P(3HB-co-4HB)の強い疎水性に打ち勝って結合させる必要がある。まずは、それらの構造解析の結果(前年度)をもとに、強く相互作用する構造と期待されるSiCCを調製(アモルファス相やシロキサンの量・化学状態などを制御)し、これを用いた複合材料とイモゴライトの組み合わせでディップ法のみで被覆できるかを調べる。しかし、難しいことも予想されるため、その場合には、電気泳動法を用いて付着させることを検討する(電着法)。イモゴライト粒子表面のAl-OH基にリン酸基を配置する等、表面電荷制御も加えて最適な付着条件を探る。イモゴライト付着量の制御、付着力、付着状態の評価を行う。基材である複合材料の機械的特性・化学的特性(カルシウム・ケイ酸イオン徐放能)を犠牲にしないよう、極めて薄い被覆で最大の効果が引き出せる条件を探る。
イモゴライト被覆した綿状構造体の生体親和性評価を行う。
マウスおよびヒト骨芽細胞様細胞を用いて、イモゴライト被覆型綿状構造体への初期接着性、増殖性、分化能、石灰化について観察する。イモゴライト被覆の効果としては、おそらくは、初期接着性で大きな差が出るものと期待される。増殖性に大きな差はなくても、結果としては骨形成が早まる可能性がある。また、SiCCからのケイ酸イオンの徐放が増殖性や分化能・石灰化を早めることが期待される。これらの効果が区別できるよう実験系を組み、それぞれの役割を明らかにする。また、本年度評価が難しかったタンパクの吸着性について、実験法を洗い直して再検討する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

当初計画のタンパクの吸着性の実験方法を見直す必要が生じたため、プロトコルを整理して次年度に実験することとし、これに必要な費用を確保する。
タンパクおよび解析用カラムの購入に充てる。

  • Research Products

    (17 results)

All 2014 2013

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Enhancement of Crystalline Plane Orientation in Silsesquioxane-Containing Vaterite Particles towards Tuning of Calcium Ion Release2014

    • Author(s)
      J. Nakamura, T. Kasuga
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. B

      Volume: 2 Pages: 1250-1254

    • DOI

      10.1039/c3tb21571g

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Cotton Wool-like Poly(lactic acid)/Vaterite Composite Scaffolds Releasing Soluble Silica for Bone Tissue Engineering2013

    • Author(s)
      Akiko Obata, Hiroki Ozasa, Toshihiro Kasuga, Julian R. Jones
    • Journal Title

      J. Mater. Sci.: Mater. Med.

      Volume: 24 Pages: 1649-1658

    • DOI

      10.1007/s10856-013-4930-5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tracking the Formation of Vaterite Particles Containing Aminopropyl-Functionalized Silsesquioxane and Their Structure for Bone Regenerative Medicine2013

    • Author(s)
      Jin Nakamura, Gowsihan Poologasundarampillai, Julian R. Jones, Toshihiro Kasuga
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. B

      Volume: 1 Pages: 4446-4454

    • DOI

      10.1039/c3tb20589d

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface Modification of Poly(L-lactic acid)-Vaterite Composites on a Zirconia Substrate by Imogolite Coating2013

    • Author(s)
      Hirotaka Maeda, Yuta Kogo, Akiko Obata, Keiichi Inukai, Katsuya Kato, Toshihiro Kasuga
    • Journal Title

      J. Ceram. Soc. Japan

      Volume: 121 Pages: 749-752

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.749

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of Poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate)-based Composites Releasing Soluble Silica for Bone Regeneration2013

    • Author(s)
      Akiko Obata, Takuma Iwata, Hirotaka Maeda, Hitoshi Hirata, Toshihiro Kasuga
    • Journal Title

      J. Ceram. Soc. Japan

      Volume: 121 Pages: 753-758

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.753

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of Siloxane-containing Vaterite Particles with Red-blood-cell-like Morphologies and Incorporation of Calcium-salt Polylactide for Bone Regenerative Medicine2013

    • Author(s)
      Jin Nakamura, Toshihiro Kasuga
    • Journal Title

      J. Ceram. Soc. Japan

      Volume: 121 Pages: 792-796

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.792

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Aluminum Silicate Nanotube Modification of Cotton-Like Siloxane-Poly(L-lactic acid)-Vaterite Composites2013

    • Author(s)
      Daiheon Lee, Hirotaka Maeda, Akiko Obata, Keiichi Inukai, Katsuya Kato, Toshihiro Kasuga
    • Journal Title

      Adv. Mater. Sci. Eng.

      Volume: 2013 Pages: -

    • DOI

      10.1155/2013/169721

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of Electrospun Fiber Mats using Siloxane-Containing Vaterite and Biodegradable Polymer Hybrids for Bone Regeneration2013

    • Author(s)
      Kie Fujikura, Sen Lin, Jin Nakamura, Akiko Obata, Toshihiro Kasuga
    • Journal Title

      J. Biomed. Mater. Res. B: Appl. Biomater.

      Volume: 101B Pages: 1350-1358

    • DOI

      10.1002/jbmb.32952

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 細胞を活性化する無機イオン徐放能をもつ生体機能材料の設計2014

    • Author(s)
      春日敏宏、小幡亜希子、前田浩孝
    • Organizer
      日本金属学会(第154回)春期講演大会
    • Place of Presentation
      東京(東京工業大学大岡山キャンパス)
    • Year and Date
      20140321-20140323
    • Invited
  • [Presentation] アミノ修飾シロキサンによるバテライトの結晶配向化とその溶解挙動2014

    • Author(s)
      中村仁、前田浩孝、小幡亜希子、 春日敏宏
    • Organizer
      日本金属学会(第154回)春期講演大会
    • Place of Presentation
      東京(東京工業大学大岡山キャンパス)
    • Year and Date
      20140321-20140323
  • [Presentation] Preparation of siloxane-containing calcium carbonate particles consisting of c-face oriented vaterite and their dissolution behaviors2013

    • Author(s)
      J. Nakamura, T. Kasuga
    • Organizer
      13th Asian BioCeramics Symposium
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20131204-20131206
  • [Presentation] 材料から溶出するケイ酸イオンの骨芽細胞様細胞への影響2013

    • Author(s)
      小幡亜希子、岩永憲彦、脇田博正、前田浩孝、春日敏宏
    • Organizer
      第35回日本バイオマテリアル学会大会
    • Place of Presentation
      東京(タワーホール船堀)
    • Year and Date
      20131125-20131126
  • [Presentation] Aluminum silicate nanotube coating on poly(lactic acid)-based composite microfibers for bone regeneration2013

    • Author(s)
      Hirotaka Maeda, Daiheon Lee, Akiko Obata, Keiichi Inukai, Katsuya Kato, Toshihiro Kasuga
    • Organizer
      2nd International Symposium on Inorganic and Environmental Materials
    • Place of Presentation
      Rennes, France
    • Year and Date
      20131027-20131031
  • [Presentation] アルミニウムシリケートナノチューブとポリエチレングリコールを用いたゲル状複合材料の作製2013

    • Author(s)
      藤倉喜恵、前田浩孝、小幡亜希子、春日敏宏、犬飼恵一、加藤且也
    • Organizer
      日本金属学会2013年秋期(第153回)講演大会
    • Place of Presentation
      金沢(金沢大学角間キャンパス)
    • Year and Date
      20130917-20130919
  • [Presentation] ポリ乳酸系有機・無機複合体不織布上での細胞応答性評価2013

    • Author(s)
      小幡亜希子、脇田博正、前田浩孝、春日敏宏
    • Organizer
      日本セラミックス協会第26回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      長野(信州大学長野キャンパス)
    • Year and Date
      20130904-20130906
  • [Presentation] 結晶配向性シロキサン含有バテライト粒子の作製とその溶出挙動2013

    • Author(s)
      中村 仁、前田浩孝、小幡亜希子、春日敏宏
    • Organizer
      日本セラミックス協会第26回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      長野(信州大学長野キャンパス)
    • Year and Date
      20130904-20130906
  • [Presentation] Preparation of poly(ethylene glycol)-imogolite nanotube composite gels2013

    • Author(s)
      Kie Fujikura, Hirotaka Maeda, Akiko Obata, Keiichi Inukai, Katsuya Kato, Toshihiro Kasuga
    • Organizer
      13th International Conference of the European Ceramic Society
    • Place of Presentation
      Limoges, France
    • Year and Date
      20130623-20130627

URL: 

Published: 2015-05-28  

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