バイオミメティックプロセスにおけるアパタイト核形成機構

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11490020
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小久保 正 京都大学, 工学研究科, 教授 (30027049)
• キーワード: バイオミメティック / アパタイト / 擬似体液 / 生体活性 / 表面構造 / チタン金属 / タンタル金属 / Na_2O-SiO_2ガラス

研究概要

本研究は、擬似体液を用いてバイオミメティックプロセスにおける各種生体活性材料表面でのアパタイト形成の機構を明らかにすることを目的とする。
NaOH水溶液及び加熱処理により表面にタンタル酸ナトリウムの薄層を形成させたタンタル金属、及びNa_2O-SiO_2ガラスを、ヒトの体液にほぼ等しい無機イオン濃度を有する擬似体液に種々の期間浸漬し、金属及びガラス表面の組成及び構造をX線光電子分光法、エネルギー分散型X線分光法及び透過型電子顕微鏡観察により調べ、擬似体液の元素濃度変化を高周波誘導結合プラズマ発光分光法により調べた。
タンタル金属表面のタンタル酸ナトリウムは、擬似体液中でNa^+イオンを溶出し、その表面にTa-OH基を形成した。同Ta-OH基は、液中のCa^<2+>イオンと結合し、アモルファスタンタル酸カルシウムを形成した。同タンタル酸カルシウムは液中のリン酸イオンと結合し、アモルファスリン酸カルシウムを形成し、その後、同リン酸カルシウムは骨類似のアパタイト結晶に変化した。
Na_2O-SiO_2ガラスは、擬似体液中でNa^+イオンを溶出し、その表面にSi-OH基を形成した。同Si-OH基は直ちに液中のCa^<2+>イオンと結合し、アモルファスケイ酸カルシウムを形成した。同ケイ酸カルシウムは遅れて液中のリン酸イオンと結合してCa/P比の低いアモルファスリン酸カルシウムを形成し、同リン酸カルシウムは液中のCa^<2+>及びリン酸イオン、ならびに少量のNa^+やMg^<2+>イオンなどを取り込み、そのCa/P比を上げ、骨類似のアパタイト結晶に変化した。
以上の結果、生体活性材料表面のTa-OH基やSi-OH基のような官能基は、先ずアモルファスタンタル酸カルシウムやケイ酸カルシウムを形成し、その後アモルファスリン酸カルシウムを形成する過程を経て、骨類似アパタイトを形成することが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] T.Miyazaki: "Bioactive Tantalum Metal Prepared by NaOH Treatment"J.Biomed.Mater.Res.. 50. 35-35 (2000)
• [文献書誌] T.Kokubo: "Apatite-Forming Mechanism on Amorphous Phases in Body Environment"Ceram.Trans. : Surface-Active Processes in Materials. 101. 167-176 (2000)
• [文献書誌] T.Kokubo: "Machanism of Apatite Formation on Bioactive Titanium Metal"Mineralization in Natural and Synthetic Biomaterials. 129-134 (2000)
• [文献書誌] T.Kokubo: "In Vivo Apatite Formation Induced on Titanium Metal and Its Alloys by Chemical Treatment"Bioceramics. 13. 3-6 (2000)
• [文献書誌] H.Takadama: "TEM-EDX Study of Process of Apatite Formation on Bioactive Titanium Metal in Simulated Body Fluid"Bioceramics. 13. 51-54 (2000)
• [文献書誌] T.Kokubo: "Nucleation and Growth of Apatite on Amorphous Phases in Simulated Body Fluid"Glasstech, Ber.Glass Sci.Technol.. 74. 247-254 (2000)
• [文献書誌] T.Kokubo: "Novel Ceramics for Biomedical Applications"J.Australasian Ceram.Soc.. 36. 37-46 (2000)
• [文献書誌] H.Takadama: "An XPS Study of the Process of Apatite Formation on Bioactive Titanium Metal in a Simulated Body fluid"J.Biomed.Mater.Res.. 55. 185-193 (2000)
• [文献書誌] H.Takadama: "Mechanism of Biomineralization of Apatite on a Sodium Silicate Glass : TEM-EDX Study In Vitro"Chem.Mater.. (in press). (2001)
• [文献書誌] T.Kokubo: "Process of Calcification on Artificial Materials,"Z.Kardiologie. (in press). (2001)