高性能バイオマテリアルとしてのカーボンナノチューブ複合セラミックスの開発

• 研究課題/領域番号: 23360303
• 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: 無機材料・物性
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 樽田 誠一 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00217209)
• 研究分担者: 齋藤 直人 信州大学, 学術研究院保健学系, 教授 (80283258)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2014年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2013年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2012年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2011年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
• キーワード: バイオマテリアル / カーボンナノチューブ / アルミナ / 複合体 / 微構造制御 / 骨伝導性 / 機械的性質 / 発泡体 / 生体材料

研究成果の概要

長寿命セラミック人工関節の開発を目的に、アルミナセラミックスへ強化材として、カーボンナノチューブ（CNTs）を複合化した。複合体の破壊靭性を向上させるには、欠陥の少ない細いCNTsを均一分散させ、さらに微構造を微細化することが必要であることを見出した。また、生体不活性材料であるアルミナセラミックスを粗研磨および熱濃リン酸処理すると、アルミナセラミックスが生体活性を示す可能性があることを見出した。これは人工関節へ応用するには望まれている性質である。さらに、CNTsを骨再生のための足場材料として応用するため、CNTs/ガラス発泡体を作製した。気泡壁にCNTsが比較的均一に分散した発泡体が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication and Fracture Toughness of CNTs/alumina Composites with Fine Microstructures (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ueda, Tomohiko Yamakami, Tomohiro Yamaguchi, Morinobu Endo, Naoto Saito, Seiichi Taruta
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 617 ページ: 205-208
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.617.205
  • NAID: 120007101159
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface modification of carbon nanofibers with SiC by heating different SiO vapor sources in argon atmosphere (2014)
  • 著者名/発表者名: Guosheng Xu, Tomohiko Yamakami, Tomohiro Yamaguchi, Morinobu Endo, Seiichi Taruta, Isao Kubo
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 122 号: 1429 ページ: 822-828
  • DOI: 10.2109/jcersj2.122.822
  • NAID: 130004951028
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pressureless sintering of carbon nanofiber/SiC composites and their properties (2014)
  • 著者名/発表者名: Guosheng Xu, Tomohiko Yamakami, Tomohiro Yamaguchi, Morinobu Endo, Seiichi Taruta, Isao Kubo
  • 雑誌名: International Journal of Applied Ceramic Technology 巻: 11 号: 2 ページ: 280-288
  • DOI: 10.1111/ijac.12131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of CNF content on microstructure and fracture toughness of CNF/alumina composites (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ueda, Tomohiko Yamakami, Tomohiro Yamaguchi, Yuki Usui, Kaoru Aoki, Morinobu Endo, Naoto Saito, Seiichi Taruta
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 122 号: 1424 ページ: 292-299
  • DOI: 10.2109/jcersj2.122.292
  • NAID: 130003393109
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure development and fracture toughness of acid-treated carbon nanofibers/alumina composites (2012)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ueda, Tomohiko Yamakami, Tomohiro Yamaguchi, Kunio Kitajima, Yuki Usui, Kaoru Aoki, Morinobu Endo, Naoto Saito, Seiichi Taruta
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 120 ページ: 560-568
  • NAID: 130004950756
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deposition of apatite on carbon nanofibers in simulated body fluid (2011)
  • 著者名/発表者名: Taruta S, Kidokoro K, Yamakami T, Yamaguchi T, Kitajima K, Endo M, Saito N
  • 雑誌名: Journal of Nanomaterials 巻: 2011 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1155/2011/935320
  • NAID: 120007113685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of CNT toxicity in comparison to tattoo ink nanoparticles for use as a biomaterial (2011)
  • 著者名/発表者名: Hara K, et al
  • 雑誌名: Mater Today 巻: VOL.14 ページ: 434-440
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of carbon fibers to biomaterials : new era of nano-level control of carbon fibers after 30-years of development (2011)
  • 著者名/発表者名: Saito N, et al
  • 雑誌名: Chem Soc Rev 巻: VOL.40 ページ: 3824-3834
  • 査読あり
• [学会発表] アルミナ原料としてγ-アルミナを用いて作製したCNFs/アルミナ複合体の微構造変化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西尾翔多・山口朋浩・齋藤直人・樽田誠一
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2015年年会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] アルミナコーティングしたカーボンナノチューブ複合アルミナセラミックスの作製と機械的性質 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木彩香，荒井善生，植田直樹，山上朋彦，山口朋浩，樽田誠一
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] 研磨およびリン酸処理したアルミナセラミックスの擬似体液中での挙動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福井亮太，山上朋彦，植田直樹，山口朋浩，齋藤直人，樽田誠一
  • 学会等名: 第30回日本セラミックス協会関東支部研究発表会
  • 発表場所: 栃木県那須青年の家
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-03
• [学会発表] 酸処理したCNTsを複合化したアルミナセラミックスの微構造変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 名和大智，山上朋彦，植田直樹，山口朋浩，齋藤直人，樽田誠一
  • 学会等名: 第30回日本セラミックス協会関東支部研究発表会
  • 発表場所: 栃木県那須青年の家
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-03
• [学会発表] Deposition of apatite on alumina ceramics treated in phosphoric acid solution and calcium chloride solution (2014)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Taruta, Ryota Fukui, Naoki Ueda, Tomohiko Yamakami, Tomohiro Yamaguchi, Naoto Saito
  • 学会等名: 5th International Congress on Ceramics
  • 発表場所: Beijing International Convention Center (China)
  • 年月日: 2014-08-17 – 2014-08-21
• [学会発表] Pressureless sintering of SiC-coated carbon nanofiber/SiC composites and their properties (2014)
  • 著者名/発表者名: Guosheng Xu, Tomohiko Yamakami, Tomohiro Yamaguchi, Morinobu Endo, Seiichi Taruta, Isao Kubo
  • 学会等名: 5th International Congress on Ceramics
  • 発表場所: Beijing International Convention Center (China)
  • 年月日: 2014-08-17 – 2014-08-21
• [学会発表] CNTs/アルミナ複合体の微構造と破壊靭性に与えるCNTs繊維径の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 植田直樹,，山上朋彦，山口朋浩，遠藤守信，齋藤直人，樽田誠一
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2,014年年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス （横浜市）
• [学会発表] ベーマイトが析出したカーボンナノチューブの加熱変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木彩香，荒井善生，植田直樹，山上朋彦，山口朋浩，樽田誠一
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2,014年年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス （横浜市）
• [学会発表] CNFs/アルミナ複合体の電気伝導度に与えるCNFs分布状態の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 植田直樹,，山上朋彦，山口朋浩，遠藤守信，齋藤直人，樽田誠一
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第26回シンポジウム
  • 発表場所: 信州大学長野キャンパス （長野市）
• [学会発表] 生体活性アルミナセラミックスの作製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 福井亮太，植田直樹，山口朋浩，齋藤直人，樽田誠一
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第26回シンポジウム
  • 発表場所: 信州大学長野キャンパス （長野市）
• [学会発表] SiCをコーディングしたカーボンナノファイバー複合SiCの常圧焼結と機械的性質 (2013)
  • 著者名/発表者名: 徐 国勝，山口朋浩，遠藤守信，樽田誠一，久保 勲
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第26回シンポジウム
  • 発表場所: 信州大学長野キャンパス （長野市）
• [学会発表] カーボンナノファイバー複合ガラス発泡体の作製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉山貴大，山口朋浩，樽田誠一
  • 学会等名: 第29回日本セラミックス協会関東支部研究発表会
  • 発表場所: 埼玉大学 (さいたま市)
• [学会発表] Fabrication and fracture toughness of CNTs/alumina composites with fine microstructures (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ueda, Tomohiko Yamakami, Tomohiro Yamaguchi, Morinobu Endo, Naoto Saito, Seiichi Taruta
  • 学会等名: Second International Symposium on Inorganic and Enviromental materials
  • 発表場所: University of Rennes 1 (Rennes, France)
• [学会発表] カーボンナノファイバー/アルミナ複合体の微構造および破壊靭性に与えるカーボンナノファイバー添加量の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 植田直樹，山上朋彦，山口朋浩，遠藤守信，齋藤直人，樽田誠一
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2013年年会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京）
• [学会発表] 繊維径の異なるCNTを複合化したアルミナセラミックスの微構造変化および機械的性質 (2012)
  • 著者名/発表者名: 植田直樹, 他
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2012年年会
  • 発表場所: 京都大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] カーボンナノファイバー複合SiCの常圧焼結と機械的性質 (2012)
  • 著者名/発表者名: 徐国勝, 他
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2012年年会
  • 発表場所: 京都大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-19
• [学会発表] Grain growth behavior of acid-treated CNTs/alumina composites (2012)
  • 著者名/発表者名: Ueda N, et al
  • 学会等名: The 50th Anniversary Symposium on Bacis Science of Ceramics
  • 発表場所: 国際ファッションセンター(東京都)
  • 年月日: 2012-01-13
• [学会発表] 金属アルコキシドを用いたカーボンナノファイバーへのアルミナコーティング (2012)
  • 著者名/発表者名: 荒井善生, 他
  • 学会等名: セラミックス基礎科学討論会 第50回記念大会
  • 発表場所: 国際ファッションセンター(東京都)
  • 年月日: 2012-01-12
• [学会発表] Estimation of microstructure development of CNTs/alumina composites by electrical conductivity measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ueda, Tomohiko Yamakami, Tomohiro Yamaguchi, Morinobu Endo, Naoto Saito, Seiichi Taruta
  • 学会等名: Fourth International Congress on Ceramics
  • 発表場所: Sheraton Chicago Hotel & Towers (Chicago, Illinois, USA)
• [学会発表] Influence of acid-treatment of CNTs on microstructural development and mechanical properties of CNTs/alumina composites (2011)
  • 著者名/発表者名: Ueda N, et al
  • 学会等名: Nanocarbon 2011
  • 発表場所: ホテルメトロポリタン長野(長野市)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Carbon nanotubes induce bone calcification by bidirectional interaction with osteoblasts (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimizu M, et al
  • 学会等名: Nanocarbon 2011
  • 発表場所: ホテルメトロポリタン長野(長野市)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Biocompatibility and bone tissue compatibility of alumina ceramics reinforced with carbon nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: Ogihara N, et al
  • 学会等名: Nanocarbon 2011
  • 発表場所: ホテルメトロポリタン長野(長野市)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Carbon nanofiber web for bone tissue regeneration (2011)
  • 著者名/発表者名: Saito N, et al
  • 学会等名: Nanocarbon 2011
  • 発表場所: ホテルメトロポリタン長野(長野市)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Eraluation of CNT toxicity in comparison to tattoo ink nanoparticles for use as a biomaterial (2011)
  • 著者名/発表者名: Hara K, et al
  • 学会等名: Nanocarbon 2011
  • 発表場所: ホテルメトロポリタン長野(長野市)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] カーボンブラック複合ハイドロキシアパタイトセラミックスの作製と性質 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森口悠平, 他
  • 学会等名: 第42回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • 発表場所: 信州大学工学部(長野市)
  • 年月日: 2011-11-06
• [学会発表] 金属アルコキシドを用いたカーボンナノファイバーへのアルミナ粒子の析出 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荒井善生, 他
  • 学会等名: 第27回日本セラミックス協会関東支部研究発表会
  • 発表場所: 千葉大学(千葉市)
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] CNTs複合アルミナセラミックスの微構造および機械的性質に与えるCNTs繊維径の影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 植田直樹, 他
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2011-09-08
• [学会発表] カーボンナノファイバー複合SiCのゲルキャスティングによる作製と性質 (2011)
  • 著者名/発表者名: 徐国勝, 他
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2011-09-08
• [備考] 信州大学 研究者総覧
  • URL: http://soar-rd.shinshu-u.ac.jp/profile/ja.OacaZVkh.html
• [産業財産権] 生体活性アルミナの製造方法、アパタイト－アルミナ複合材料の製造方法 (2013)
  • 発明者名: 樽田誠一，齋藤直人，薄井雄企，青木 薫，植田直樹，福井亮太
  • 権利者名: 信州大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-148825
  • 出願年月日: 2013-07-17