有機-無機ナノハイブリッドの生体活性制御

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450272
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 大槻 主税 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教授 (00243048)
• 研究分担者: 上高原 理暢 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教務職員 (80362854) ; 宮崎 敏樹 九州工業大学, 生命体工学研究科, 助手 (20324973) ; 谷原 正夫 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (50294286)
• キーワード: ナノハイブリッド / 生体活性 / 人工骨 / 人工軟骨 / 水酸アパタイト / 骨結合性 / 複合材料 / 擬似体液

研究概要

骨結合性、すなわち生体活性と、骨に近い力学的性質を併せ示す素材が求められている。材料が生体活性を示すためには、体液との反応により材料表面に骨類似アパタイト層が形成されることが必須である。このアパタイト層の形成には、シラノール(Si-OH)基とカルシウムイオン(Ca^<2+>)が基礎成分として働く。これらの知見に基づけば、有機高分子を、Si-OH基とCa^<2+>で化学修飾して得られる有機-無機ハイブリッドは、生体活性と柔軟性を併せ示すと期待される。しかし、ハイブリッドの組成や合成手法が、その物性にどのような影響を与えるかについては未だ明らかでない。そこで本研究では、種々の有機成分や無機成分を導入した有機-無機ハイブリッドを合成し、その微構造、生体活性ならびに力学的性質に影響を及ぼす因子を基礎的に追求する。
本年度は、親水性高分子であるポリヒドロキシエチルメタクリレートに、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(MPS)によりSi-OH基を、塩化カルシウムによりCa^<2+>を導入した有機-無機ハイブリッドを合成する過程における触媒の効果を検討し、シロキサンのネットワーク構築と機械的特性の関係を考察した。アンモニアを添加した場合には、添加しなかった場合に比べ強度は大きくなり、破断ひずみは小さくなったのに対し、塩酸を添加した場合には、強度は小さくなり、破断ひずみは大きくなった。得られたハイブリッドは、ヒトの関節軟骨と同等の弾性率および破断ひずみを示した。触媒を添加しなかった場合およびアンモニアを添加したハイブリッドは、体液類似環境で7日後にアパタイト層を形成したが、塩酸を添加した場合には、アパタイトを形成しなかった。合成過程において触媒を用いることにより、ハイブリッドの生体活性と力学的性質を制御できることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] T.Miyazaki: "Synthesis of Bioactive Organic-Inorganic Nanohybrid for Bone Repair through Sol-Gel Processing"Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 3. 511-515 (2003)
• [文献書誌] T.Miyazaki: "Bioactive PMMA bone cement prepared by modification with methacryloxypropyltrimethoxysilane and calcium chloride"Journal of Biomedical Materials Research. 67A. 1417-1423 (2003)
• [文献書誌] A.Mori: "Bioactive PMMA-Based Bone Cement Modified with Methacyloxypropyltrimetoxysilane and Calcium Salts-Effects of Calcium Salts on Apatite-Forming Ability Apatite-Forming Ability-"Journal of the Ceramic Society of Japan. 111. 738-742 (2003)
• [文献書誌] T.Uchino: "Proceedings of the Workshop on Biomechanical Engineering and Biomatenials, International Symnosium on Bio-inspired Systems (ISBS2004)"Kyushu Institute of Technology. 4 (2004)
• [文献書誌] T.Miyazaki: "Archives of BioCeramics Research Vol.3"Saga Printing Ltd. 4 (2003)
• [文献書誌] A.Sugino: "Archives of BioCeramics Research Vol.3"Saga Printing Ltd. 5 (2003)
• [文献書誌] S.Yasunaga: "Archives of BioCeramics Research Vol.3"Saga Printing Ltd. 4 (2003)
• [文献書誌] K.Hosoya: "Archives of BioCeramics Research Vol.3"Saga Printing Ltd. 5 (2003)
• [文献書誌] C.Ohtsuki: "Ceramic Engineering & Science Proceedings"The American Ceramic Society. 6 (2003)
• [文献書誌] T.Miyazaki: "Bioceramics, Vol.16 (Key Engineering Materials Vols.254-256)"Trans Tech Publications Ltd.. 4 (2004)
• [文献書誌] C.Ohtsuki: "Materials Science Forum, Vols.426-432"Trans Tech Publications. 6 (2003)
• [文献書誌] C.Ohtsuki: "Advances in Science and Technology 41, Materials in Clinical Applications VI"Techna Srl. 12 (2003)