2015 Fiscal Year Annual Research Report
ニオブイオン徐放性の制御によるリン酸塩ガラス薄膜の生体機能化
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26289238
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 浩孝 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20431538)
小幡 亜希子 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40402656)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | リン酸塩ガラス / インバートガラス / ニオブイオン / マグネシウムイオン / 亜鉛イオン / 生体親和性 / 抗菌性 / ガラス構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、チタン系金属等への生体機能化（骨形成促進や抗菌性付与）コーティングを目的とした、ニオブ含有リン酸カルシウム系インバートガラス薄膜を設計するものである。ニオブイオンの役割は、①リン酸塩ガラスの形成能と化学耐久性を高めて基板上で薄膜として長期間機能させるとともに、②細胞を刺激して骨形成を促進する主源として機能させることである。本年度は、MgO-CaO-P2O5-Nb2O5系インバートガラスの作製と、溶出メカニズムを解明することをめざし、ガラスの構造解析及びイオン溶出挙動の調査を行った。さらに、抗菌性の付与をめざしてZnOを含有するガラスを作製し、その構造・溶出挙動・抗菌性について調査した。
まず、CaOをMgOに徐々に置換した各種リン酸塩ガラスの溶出挙動を調べた。メタリン酸塩ガラスは、電界強度の高いMgOの含有量の増加に伴い溶出量は減少したのに対し、オルトリン酸塩ガラスの溶出量は増加し、その原因は、P-O-Mg結合の形成により、ガラスの化学耐久性を向上させるP-O-Nb結合が形成されにくくなったためと考えられる新たな結果を得た。
一連のガラス組成探索の中で、リン酸の含有量を極端に減少させたガラスを作製することに成功した。そのガラスはオルトリン酸のみを含有し、オルトリン酸をマグネシウムあるいはニオブがつなぐことでガラス網目構造を形成していると考えられた。
ZnOを含有させるとガラスの化学耐久性が向上した。このガラス粉末は、ZnO含有量を増加させるについて抗菌性が向上した。次年度には金属チタン表面にRFスパッタリング法により抗菌性コーティングし、実用的側面からの試験法により抗菌性を評価するとともに、長期安定性が図れるかどうかを主眼に検討する。
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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
溶融急冷法にて作製したガラスを用いて、イオン溶出量、水中でのpH変化、NMRとラマン分光によるガラス構造についての様々な基礎データが得られ、学会発表、論文発表を積極的に行った。
Mg2+イオンがリン酸塩インバートガラスに与える影響を調査することにより、新たなガラス組成の展開へつながりつつあることは極めて大きな成果と考えている。その結果、オルトリン酸のみを含有する特殊なリン酸塩ガラスを得ることができた。
また、ZnOの含有によりガラス作製の自由度がさらに増し、抗菌性を付与できたことも大きな成果であり、実用面でも意義深い。
ただ、計算による構造解析については、Nb周辺のエネルギー状態が不明であることなどから、現状では検討はかなり難しい状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度である程度有望な組成を見いだすことができたので、それら組成についてrfスパッタリングにより金属チタン上に薄膜化する研究を進める。薄膜化したガラスについては、溶融急冷して得たものとの差違の有無（組成のずれ、化学耐久性、ガラス構造）を明らかにし、引張強度試験により金属基板との接合力も調べる。
新種ガラス薄膜上での増殖性と分化能、抗菌性を調査する。細胞の挙動については、細胞数、形態、分化能、蛍光染色による評価を行う。この結果とイオン溶出量を踏まえ、それぞれの機能に応じた最適ガラス組成を決定する。時間的な余裕があれば、最小限の小動物を用いた生体親和性評価を行う。
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| Causes of Carryover |
スパッタ装置の立ち上げ調整をほぼ終えたので、次年度に各種ガラスの作製条件の詳細な検討をすることとし、これに必要な費用を確保する。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
スパッタに必要な原料、治具などの消耗品の購入に充てる。
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Research Products
(22 results)
