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2018 年度 実績報告書

ピエゾ電気により骨形成を促すバイオマテリアルの設計

研究課題

研究課題/領域番号 16K14403
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

春日 敏宏  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30233729)

研究分担者 平田 仁  名古屋大学, 予防早期医療創成センター(医), 教授 (80173243)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードバイオマテリアル / 骨形成 / ピエゾ電気 / 複合材料 / セラミック粒子
研究実績の概要

本研究では、高い延伸性を示すポリマーに圧電性セラミック粒子を分散し、ピェソ電気を発生させることにより骨形成を促す、新しいバイオマテリアルの設計指針を提案することを目的とした。穏やかな生分解性を示すポリヒドロキシアルカノエート(PHA)にニオブ酸ナトリウムカリウム(NKN)結晶粒子を複合し、通常の生活内での運動により生体内に埋入した材料に応力がかかることで帯電し骨形成を促すしくみを構築することとした。
エレクトロスピニング法を用いてNKN/PHA複合不織布を作製したところ、厚さ方向の荷重に対して、フィルムよりも高い圧電性を示した。不織布の方が柔軟であるため、より大きく変位したことが考えられる。また、均一にNKN粒子が分散した構造より、表面に多く存在した構造とする方が、より高い値が得られることがわかった。
そこで、摩擦帯電 (TC)法を用いて静電的にPHA繊維表面にNKNを付着させ、さらにポリマーの軟化が始まる温度付近で熱処理することで、表面にNKN粒子の一部が埋め込まれた状態を作ることに成功した。NKN粒子添加量や熱処理温度を変化させることで、NKN粒子固定量や合着面積が変化し、圧電性が変化した。
さらに、NKN/PHA不織布とPHA不織布をホットプレスにより積層化し、その機械的引張特性や圧電性を評価したところ、単層のNKN/PHA不織布と比較して、機械的性質、圧電性とも大幅に向上した。不織布中の繊維同士を適所で合着させることで、機械的特性や圧電性を向上させることができた。圧電定数d33 0.6 pC/N、静電容量 40 pF、比誘電率1.45、誘電損失3.1%であった。2 Hzの振動で発生電圧160 mVが得られた。これはPLLAの約2~3倍であり、圧電性による骨形成促進が十分に期待される。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Oriented siloxane-containing vaterite/poly(lactic acid) composite scaffolds for controlling osteoblast alignment and proliferation2019

    • 著者名/発表者名
      Lee Sungho、Kiyokane Yuriko、Kasuga Toshihiro、Nakano Takayoshi
    • 雑誌名

      Journal of Asian Ceramic Societies

      巻: 7 ページ: 1~10

    • DOI

      https://doi.org/10.1080/21870764.2019.1599528

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of bifunctional oriented bioactive glass/poly(lactic acid) composite scaffolds to control osteoblast alignment and proliferation2019

    • 著者名/発表者名
      Lee Sungho、Matsugaki Aira、Kasuga Toshihiro、Nakano Takayoshi
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Materials Research Part A

      巻: 107 ページ: 1031~1041

    • DOI

      10.1002/jbm.a.36619

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Preparation of Calcium Phosphate Glasses Containing Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> and TiO<sub>2</sub>2018

    • 著者名/発表者名
      Sato Patricia Suemi、Maeda Hirotaka、Obata Akiko、Kasuga Toshihiro
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 782 ページ: 47~52

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/KEM.782.47

    • 査読あり
  • [学会発表] 圧電性セラミック粒子を埋め込んだ生体用不織布の作製2019

    • 著者名/発表者名
      速水康平、前田浩孝、小幡亜希子、柿本健一、春日敏宏
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2019年年会
  • [学会発表] ニオブ酸ナトリウムカリウム-ポリハイドロキシアルカノエート複合体の作製2018

    • 著者名/発表者名
      速水康平、藤田雄紀、前田浩孝、小幡亜希子、柿本健一、春日敏宏
    • 学会等名
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会

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公開日: 2019-12-27  

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