レーザー光を用いた新しい手法による人体インプラント材料への高度生体親和性付与

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450301
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 中山 斌義 近畿大学, 理工学部, 教授 (60023313)
• 研究分担者: 橋新 裕一 近畿大学, 理工学部, 助教授 (90156266) ; 中田 淳一 近畿大学, 理工学部, 助教授 (80122076)
• キーワード: レーザーアブレーション / LALA法 / 表面改質 / 生体親和性材料 / ハイドロキシアパタイト / チタン / セラミックス / アルミナ

研究概要

本研究は生体硬組織代替材料として現在使用されているアルミナセラミックス(Al_2O_3)やチタン(Ti)の表面に、高生体親和性を持つハイドロキシアパタイト(HAp)層を形成することにより、生体親和性が高く、機械的強度に優れた複合材料の開発を目指すものである。本研究期間(平成13〜15年度)に得られた知見は以下の通りである。
1.複合インプラント材料開発
(1)Al_2O_3上に結晶性の高いHAp層を形成する事が出来、これを疑似生体溶液に浸漬した時、試料表面に真性骨の形成がみられ、生体親和性の著しい向上を確認した。
(2)レーザー照射法を工夫することで、通常の方法ではAl_2O_3上の片面にしか出来ないHAp層を両面に形成することに成功し、実用化の目処がついた。
2.ターゲット材料のHApコーティング層に及ぼす効果
アブレーションターゲットに3種類の結晶性の異なるHAp粉末材料(微小粒子凝集体、六角状結晶、板状結晶)を利用して成膜した。成膜直後のHAp層の結晶性には大きな違いは認められなかったが、二週間疑似生体液に漬けると板状結晶では他のものとは異なったHApの成長がみられた。
3.新しいレーザー照射法(レーザーアシストレーザーアブレーション法:LALA法)の開発
(1)アシストレーザー照射タイミングを制御することにより、Ti上に極めて高品質のHAp層を形成する事が出来た。
(2)アシストレーザーにArFレーザーを用いると良好なコーティング層が出来ることがわかった。
これらの成果は、APLS'2000(招待講演、2000.8、Shanghai)、IMLAS'03(2003.6、Luxembourg)、COLA'03(2003.10、Crete)の国際会議、レーザー学会(招待講演、2003.1、浜松)、レーザー医学会関西地方会(招待講演、2003.7、狭山)の国内学会で発表した。

研究成果

• [文献書誌] T.Nakayama, T.Tanaka, Y.Tsumoto, H.Katayama, M.Katto: "High quality hydroxyapatite coating on biocompatible materials by laser-assisted laser ablation method"Applied Physics. A(in print). (2004)
• [文献書誌] M Katto, M.Nakamura, T.Tanaka, T.Matsutani, M.Kuwata, T.Nakayama: "Hydroxyapatite coatings using novel pulsed laser ablation methods"Surface and Coatings Technology. 169/1970. 712-715 (2003)
• [文献書誌] M.Katto, M.Nakamura, T.Tanaka, T.Nakayama: "Hydroxyapatite coatings deposited by laser-assisted laser ablation method"Applied Surface Science. 197/198. 768-771 (2002)
• [文献書誌] T.Nakayama, M.Kuwata, T.Matsutani: "New hydroxyapatite coating method for biocompatible material"Chinese Journal of Lasers. B10 Suppl.. VI1-VI6 (2001)
• [文献書誌] 甲藤正人, 黒沢宏, 中山斌義, 塚本雅裕, 瀧川靖雄, 高橋健治: "パルスレーザー堆積法による機能性材料皮膜の形成-構造制御と基礎課程の解明に向けて-"レーザー学会第317回研究会報告. RTM-03-44. 37-42 (2003)
• [文献書誌] 甲藤正人, 中村昌弘, 田中俊治, 中山斌義: "レーザーアブレーション法によるHApコーティング層のターゲット材料効果"レーザー学会第289回研究会報告. RTM-01-29. 86-90 (2001)
• [文献書誌] 中山 斌義 他9名: "レーザー血行再建術(「循環器科」特別増刊号、第3章 分担執筆)"科学評論杜. 170(25) (2003)