水溶液環境を考慮したアパタイト中のドーパント固溶と炭酸イオン効果の設計

• 研究課題/領域番号: 21360308
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属物性
• 研究機関: 名古屋大学 (2011); 京都大学 (2009-2010)
• 研究代表者: 松永 克志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20334310)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2011年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2010年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2009年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
• キーワード: 生体セラミックス / ドーパント / 第一原理計算 / 固溶エネルギー / 相互作用エネルギー

研究概要

本研究では、ハイドロキシアパタイトの生体材料特性の重要因子であるドーパント・炭酸イオンを対象とし、第一原理計算による水溶液環境を考慮した置換固溶エネルギー評価法の確立およびモデル実験による固溶機構の解明を行った。Mg2+およびZn^2+置換固溶については、Zn^2+が4配位構造をとりMg^2+に較べて安定となり、さらに近接Ca^2+空孔の存在により安定化されることがわかった。また、CO-3^2-は高温条件下ではOH-基を置換し、低温ではPO43.基を置換固溶する計算結果が得られ、実験結果とよく一致した。これらの結果は本解析手法の妥当性を示すものといえる。

研究成果

• [雑誌論文] Theoretical calculations of thermodynamic stability of ionic substitutions in hydroxyapatite under aqueous solution environment (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga, H. Murata, and K. Shitara
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 巻: vol.22 号: 38 ページ: 7-7
  • DOI: 10.1088/0953-8984/22/38/384210
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles calculations of Zn-K XANES in Ca-deficient hydroxyapatite (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Murata, K. Shitara, I. Tanaka, A. Nakahira, T. Mizoguchi, and K. Matsunaga
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 巻: vol.22 号: 38 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1088/0953-8984/22/38/384213
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of incorporation of zinc in hydroxyapatite (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga, H. Murata, T. Mizoguchi and A. Nakahira
  • 雑誌名: Acta Biomater 巻: vol.6 号: 6 ページ: 2289-2293
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2009.11.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical defect energetics in calcium phosphate bioceramics (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga
  • 雑誌名: J. Am. Ceram. Soc 巻: vol.93 号: 1 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1111/j.1551-2916.2009.03485.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical calculations of thermodynamic stability of ionic substitutions in hydroxyapatite under aqueous solution environment (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Matsunaga, H.Murata, K.Shitara
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 巻: 22
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical defect energetics in calcium phosphate bioceramics (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Matsunaga
  • 雑誌名: Journal of American Ceramic Society 93 ページ: 1-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation Energies of Substitutional Sodium and Potassium in Hydroxyapatite (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga, and H. Murata
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 50 号: 5 ページ: 1041-1045
  • DOI: 10.2320/matertrans.MC200819
  • NAID: 130004454212
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sr substitution in bioactive calcium phosphates : A first-principles study (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga, and H Murata
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: vol.113 号: 11 ページ: 3584-3589
  • DOI: 10.1021/jp808713m
  • 査読あり
• [学会発表] First-principles Study of Defect Formation in Functional Ceramics under an Aqueous Solution Environment (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga
  • 学会等名: The 9th international meeting of pacific rim ceramic societies
  • 発表場所: Carins, Australia
  • 年月日: 2011-07-14
• [学会発表] First-principles Study of Defect Formation in Functional Ceramics under an Aqueous Solution Environment (2011)
  • 著者名/発表者名: 松永克志
  • 学会等名: The 9^<th> international meeting of pacific rim ceramic societies
  • 発表場所: Carins (Austraria)(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-14
• [学会発表] Theoretical investigation on defect energetics in calcium phosphates under an aqueous solution environment (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga
  • 学会等名: The 2nd international symposium on advanced microscopy and theoretical calculations AMTC2
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2010-06-25
• [学会発表] Theoretical investigation on defect energetics in calcium phosphates under an aqueous solution environment (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Matsunaga, H.Murata
  • 学会等名: The 2nd international symposium on advanced microscopy and theoretical calculations
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2010-06-25
• [学会発表] Computational modeling and design of point defects in bioactive calcium phosphates (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga
  • 学会等名: CIMTEC
  • 発表場所: Italy
  • 年月日: 2010-06-10
• [学会発表] Theoretical modeling of point defects in calcium phosphates from first principles (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga
  • 学会等名: The 34th International Conference & Exposition on advanced ceramics and composites
  • 発表場所: Daytona Beach, Florida, USA
  • 年月日: 2010-01-28
• [学会発表] Point defect the rmodynamics in calcium phosphate bioceramics (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga
  • 学会等名: The 11th International Symposium on Eco-materials Processing and Design ISEPD2010
  • 発表場所: Sakai, Osaka, Japan
  • 年月日: 2010-01-11
• [学会発表] Theoretical defect energetics in bioactive calcium phosphates (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga
  • 学会等名: The 3rd Theory Meets Industry International Workshop TMI2009
  • 発表場所: Nagoya, Jpn
  • 年月日: 2009-11-12
• [学会発表] Computational modeling of ionic substitutions in bioactive calcium phosphates (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2009
  • 発表場所: Pittsburgh, USA
  • 年月日: 2009-10-27
• [図書] リン酸カルシウムにおける活性機能元素の計算設計 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松永克志
  • 出版者: 工業製品技術協会株式会社テクノプラザ
• [図書] 金属イオン添加リン酸カルシウムの合成と微細構造 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中平敦、松永克志
  • 出版者: マテリアルインテグレーション、ティー・アイ・シィー