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電気化学的手法により創製された有機-無機複合材料の特性解析とバイオ機能解析

Research Project

Project/Area Number 19655082
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Polymer/Textile materials
Research InstitutionKonan University (2009)
Osaka University (2007-2008)

Principal Investigator

渡邉 順司  Konan University, 理工学部, 准教授 (60323531)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 明石 満  大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20145460)
Project Period (FY) 2007 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2008: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords多孔質膜 / 交流電場 / 炭酸カルシウム / ハイドロキシアパタイト / 結晶多系 / 過飽和 / イオン拡散 / ハイドロゲル / バイオミネラル / コンポジット / 電気泳動
Research Abstract

本研究では、電気化学的アプローチにより有機材料表面に無機結晶を析出させて複合化させる手法について提案し、これを推進している。これまでに直流あるいは交流電場をイオン溶液に与えることによって、イオンの拡散を規定し、有機-無機複合化を検討してきた。本年度は交流電場を多孔質膜に作用させることにより、炭酸カルシウムのみならずリン酸カルシウムの結晶形態制御を膜の両面において規定することに成功したので報告する。具体的には、親水化処理が施されたポリテトラフルオロエチレン(PTFE,膜厚0.04μm)からなる多孔質膜(平均孔径100nm)をツーチャンバーセルに挟み、左右のセル内に目的の無機結晶を構成するイオン水溶液を注入した。炭酸カルシウムの場合においては、塩化カルシウム水溶液(10mmol/L)と炭酸ナトリウム(10mmol/L)を、リン酸カルシウムの場合には塩化カルシウム水溶液(10mmol/L)とリン酸水素二ナトリウム水溶液(10mmol/L)をそれぞれ用いた。白金電極を介して交流電場(10V/cm)を所定時間印加し、PTFE膜表面に無機結晶を析出させた。その結果、炭酸カルシウム析出の場合において、塩化カルシウム水溶液接触面では熱力学的に不安定な炭酸カルシウム結晶多系の一つであるバテライトが優先的に結晶化し、炭酸ナトリウム水溶液接触面では斜方晶を有するカルイトが結晶化していた。さらにリン酸カルシウム析出の場合において、塩化カルシウム水溶液接触面ではハイドロキシアパタイトが結晶化し、リン酸水素二ナトリウム水溶液接触面ではリン酸二カルシウムが結晶化していることがそれぞれ認められた。このようなPTFE膜の両面での異方的な結晶化は交流電場印加下における水溶液の電気分解に起因したpHのわずかな変動が作用していると考えられた。両結晶化に共通しているイオン源である塩化カルシウム水溶液が、電気分解により弱酸性にpHが変化する。これに伴って生じる過飽和が膜の両面で異なる結晶形態を誘起すると結論づけられた。以上の研究成果は国際論文誌、総説により情報を発信し、広く公開した。

Report

(3 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • 2007 Annual Research Report

Research Products

(12 results)

All 2009 2008 2007 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Effect of an Alternating Current for Crystallization of CaCO_3 on a Porous Membrane2009

    • Author(s)
      Junji Watanabe, et al.
    • Journal Title

      Acta Biomaterialia 5

      Pages: 1306-1310

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of Various Polymorphs of Calcium Carbonate on Porous Membrane by Electrochemical Approach2009

    • Author(s)
      Junji Watanabe, et al.
    • Journal Title

      J.Cryst. Growth 311

      Pages: 3697-3701

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dual Mineralization of Dicalcium Phosphate and Hydroxyapatite Formation on Both Sides of Porous Membrane : Alternating Current Induces pH-Modulated Crystal Deposition2009

    • Author(s)
      Junji Watanabe, et al.
    • Journal Title

      J.Cryst. Growth 311

      Pages: 4323-4328

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 電気化学的アプローチによる有機-無機ハイブリッドの創製と硬組織適合材料への応用2009

    • Author(s)
      渡邉順司
    • Journal Title

      バイオマテリアル 27

      Pages: 38-48

    • NAID

      10024786257

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Journal Article] Controlled Deposition of Calcium Carbonate Particles on Porous Membranes by using Alternating Current System2008

    • Author(s)
      Junji Watanabe, et al.
    • Journal Title

      J. Colloid Interface Sci. 327

      Pages: 44-50

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 多様な無機コーティングによる高分子材料のハイブリッド化とバイオ応用2008

    • Author(s)
      渡邉順司, 他
    • Journal Title

      高分子論文集 65

      Pages: 387-398

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 電気化学的手法による有機一無機複合化プロセスの開発2008

    • Author(s)
      渡邉順司, 他
    • Journal Title

      化学工業 59

      Pages: 852-858

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Journal Article] An Electrophoretic Approach Provides Tunable Mineralization Inside Agarose Gels2008

    • Author(s)
      Junji Watanabe, et. al.
    • Journal Title

      Crystal Growth & Design 8

      Pages: 478-482

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anisotropic Hydroxyapatite Formation inside Agarose Gels by Integration of Electrophoretic and Alternate Soaking Approaches

    • Author(s)
      Junji Watanabe, et. al.
    • Journal Title

      Journal Biomaterials Science, Polymer Edition (in press)

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 電気化学的アプローチによる有機一無機ハイブリッドの創製と硬組織適合材料への応用2008

    • Author(s)
      渡漫順司
    • Organizer
      日本バイオマテリアル学会シンポジウム2008
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2008-11-17
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Biomineralization Approach for High Performance Biointerface2007

    • Author(s)
      Junji Watanabe, et. al.
    • Organizer
      The 1st International Symposium on Surface and Interface of Biomaterials
    • Place of Presentation
      Chengdu China
    • Year and Date
      2007-10-05
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Book] Bio-Inorganic Hybrid Nanomaterials2007

    • Author(s)
      Junji Watanabe, et. al.
    • Publisher
      Wiley-VCH Verlag
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

URL: 

Published: 2007-03-31   Modified: 2016-04-21  

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