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2018 年度 実績報告書

真の生体親和性材料の実現に向けた統一的表面階層構造の構築と評価

研究課題

研究課題/領域番号 18H01732
研究機関名古屋大学

研究代表者

黒田 健介  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (00283408)

研究分担者 土屋 周平  名古屋大学, 医学部附属病院, 助教 (20569785)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード生体親和性材料 / 表面改質 / 表面階層構造 / ウエットプロセス / 吸着
研究実績の概要

インプラント基材として,金属・合金,セラミックス焼結体,ポリマーを取り上げ,まず①材料ごとの親水化プロセスの最適化を行い,階層構造の下地を整備し,②その上に,単一物質として,イオンやポリペプチド,界面活性剤,タンパク質,薬剤などを吸着させるための条件最適化を行った.③工学的観点から,物質の吸着・脱離量や吸着・脱離速度などと材料表面の化学的特性の相関関係を明らかにし,④生体内・生体外の両面から評価することによって,細胞や細菌の接着・増殖に関する知見のみならず,生体反応についての知見も得て,⑤表面階層構造の持つどのような因子が生体反応に強い影響を与えるかについて検討した.その結果,金属とセラミックスの基材の表面親水化には,同一の処理法(蒸留水中水熱処理)が使用できるものの,ポリマーに対しては,その種類によって処理方法が異なり,水溶液浸漬と紫外線照射を組み合わせた処理が最適あることがわかった.金属とセラミックスは水酸基により親水化が生じ,ポリマーは主としてカルボキシル基の生成によるところが多いことがわかった.材料の抗菌性・細胞接着性は材料の種類,表面官能基の種類には依存せず,表面親水性に強く依存した.単一物質吸着についても,表面の親水性に強く依存したが,親水性官能基が電離するpHにも大きな影響を受けることがわかった.さらに,物質を材料表面に吸着させただけで,その物質の特性(抗菌性や抗炎症性など)を発揮することも動物実験により明らかとなった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

材料の表面階層構造を厳密に構築するために必須となる材料表面の下地処理(親水化)は,全ての材料(金属,セラミックス,ポリマー)において完了した.その後,単一の各種機能性物質(イオン,たんぱく質,ポリペプチド,抗炎症薬)の表面吸着処理の最適化も完了し,工学的評価のみならず,一部は動物埋植評価まで完了している.

今後の研究の推進方策

単一の各種機能性物質(イオン,たんぱく質,ポリペプチド,抗炎症薬)の表面吸着処理ならびに動物埋植評価を継続する.さらに,複数物質の段階的吸着ならびに同時吸着実験を進め,作製プロセスの最適化の観点だけでなく,複数物質の吸着メカニズムの推定や吸着物質の効能発現の観点からも生体内外評価を継続する.二物質吸着試験が完了の後は,三物質にまで吸着物質を拡張し,二物質吸着において得られた知見を検証する.

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 5件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Osteoconductivity Control Based on the Chemical Properties of the Implant Surface2018

    • 著者名/発表者名
      Kuroda Kensuke、Okido Masazumi
    • 雑誌名

      Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology

      巻: 09 ページ: 26~40

    • DOI

      10.4236/jbnb.2018.91003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In vivo osteoconductivity of surface modified Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr alloy with low dissolution of toxic trace elements2018

    • 著者名/発表者名
      Takematsu Eri、Noguchi Kimihiro、Kuroda Kensuke、Ikoma Toshiyuki、Niinomi Mitsuo、Matsushita Nobuhiro
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 13 ページ: e0189967

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0189967

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Kaempferol-immobilized titanium dioxide promotes formation of new bone: effects of loading methods on bone marrow stromal cell differentiation in vivo and in vitro2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuchiya Shuhei、Sugimoto Keisuke、Kamio Hisanobu、Okabe Kazuto、Kuroda Kensuke、Okido Masazumi、Hibi Hideharu
    • 雑誌名

      International Journal of Nanomedicine

      巻: Volume 13 ページ: 1665~1676

    • DOI

      10.2147/IJN.S150786

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高い骨伝導性を示す材料表面の超親水化2018

    • 著者名/発表者名
      興戸正純、黒田健介
    • 雑誌名

      機能材料

      巻: 38 ページ: 20~27

  • [雑誌論文] Surface Modification of PEEK and Its Osteoconductivity and Anti-Inflammatory Properties2018

    • 著者名/発表者名
      Kuroda Kensuke、Igarashi Kenta、Kanetaka Hiroyasu、Okido Masazumi
    • 雑誌名

      Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology

      巻: 09 ページ: 233~243

    • DOI

      10.4236/jbnb.2018.93013

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 表面階層構造制御と生体活性2018

    • 著者名/発表者名
      黒田健介
    • 雑誌名

      表面技術

      巻: 69 ページ: 329~334

    • 査読あり
  • [学会発表] PEおよびPPの表面改質ならびにAg+吸着能評価2019

    • 著者名/発表者名
      中園智晴, 早崎雄太, 秋山洋輝, 黒田健介, 興戸正純, 田中 太, 寺門 修
    • 学会等名
      六研連携プロジェクト公開討論会
  • [学会発表] 表面親水性制御Tiへのタンパク質およびその模擬物質吸着と骨伝導性2019

    • 著者名/発表者名
      岩本葉月, 木村健太郎, 森 祐輔, 黒田健介, 興戸正純
    • 学会等名
      六研連携プロジェクト公開討論会
  • [学会発表] 表面親水性を制御したTiへのイオン吸着による抗菌性2019

    • 著者名/発表者名
      黒田涼太, 大脇充裕, 黒田健介, 興戸正純, 山口花帆, 大津直史
    • 学会等名
      六研連携プロジェクト公開討論会
  • [学会発表] 表面親水性制御Tiへの薬剤吸着性と生体応答2019

    • 著者名/発表者名
      岩本葉月, 黒田健介, 興戸正純
    • 学会等名
      日本金属学会春期講演大会
  • [学会発表] ポリマー表面の親水化処理とタンパク質ならびにイオン吸着性評価2019

    • 著者名/発表者名
      中園智晴, 黒田健介, 興戸正純
    • 学会等名
      日本金属学会春期講演大会
  • [学会発表] 陽極酸化処理がTi及びTi-15Zr-4Nb-4Ta合金の表面状態に及ぼす影響2019

    • 著者名/発表者名
      岡野 聡, 森 雅之, 小林千悟, 黒田健介, 岡本威明
    • 学会等名
      日本金属学会春期講演大会
  • [学会発表] 金属Ti表面の親水性制御に基づく機能化2018

    • 著者名/発表者名
      黒田健介
    • 学会等名
      日本バイオマテリアル学会北海道地区講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] チタン・チタン合金の生体適合性制御のための表面改質とその応用2018

    • 著者名/発表者名
      黒田健介
    • 学会等名
      軽金属奨学会第23回課題研究成果発表会
    • 招待講演
  • [学会発表] Surface hydrophilization of PEEK for the improvement of biocompatibility2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kuroda, M. Okido
    • 学会等名
      Inter. Conf. on Processing & Manufacturing of Adv. Mater. (THERMEC 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effects of Titanium Surface Wettability on Osteoblast Behavior in Vitro2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nisogi, S. Okano, S. Kobayashi, K. Kuroda, T. Okamoto
    • 学会等名
      13th Inter. Conf. on Physical Properties and Application on Advanced Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] タンパク質等の吸着による材料表面の階層構造制御と生体反応2018

    • 著者名/発表者名
      黒田健介
    • 学会等名
      日本金属学会シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 表面親水性を制御したTiへのタンパク質模擬物質の吸着挙動2018

    • 著者名/発表者名
      森 祐輔, 黒田健介, 興戸正純
    • 学会等名
      日本金属学会秋期講演大会
  • [学会発表] イオン吸着によるTiへの抗菌性の付与2018

    • 著者名/発表者名
      大脇充裕, 黒田健介, 興戸正純, 大津直史, 山口花帆
    • 学会等名
      日本金属学会秋期講演大会
  • [学会発表] 骨芽細胞培養挙動に与えるTi表面濡れ性の影響2018

    • 著者名/発表者名
      二艘木健太, 岡野 聡, 小林千悟, 岡本威明, 黒田健介
    • 学会等名
      日本金属学会秋期講演大会
  • [学会発表] Adsorption of organic matters on Ti substrate and its osteoconductivity2018

    • 著者名/発表者名
      M. Okido, Y. Mori, K. Kuroda
    • 学会等名
      iLiM-3
    • 国際学会
  • [学会発表] Adsorption of Ag+ on Ti substrate and its antibacterial property2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kuroda, M. Owaki, M. Okido, K. Yamaguchi, N. Ohtsu
    • 学会等名
      iLiM-3
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on new HAp coating method on PEEK surface2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kanetaka, M. Furuya, H. Akiyama, K. Kuroda
    • 学会等名
      iLiM-3
    • 国際学会
  • [学会発表] 金属・ポリマー材料の表面改質と生体適合性2018

    • 著者名/発表者名
      黒田健介
    • 学会等名
      表面技術協会めっき部会10月例会
    • 招待講演
  • [学会発表] 表面改質したポリマー材料の海洋適用2018

    • 著者名/発表者名
      黒田健介
    • 学会等名
      第1回 日本金属学会 第4分野講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] PEの表面改質ならびにAg+吸着能評価2018

    • 著者名/発表者名
      秋山洋輝, 黒田健介, 興戸正純, 田中 太, 寺門 修
    • 学会等名
      第1回 日本金属学会 第4分野講演会
  • [学会発表] 親水化処理を施したPC表面へのタンパク質吸着能評価2018

    • 著者名/発表者名
      中園智晴, 黒田健介, 興戸正純, 田中 太, 寺門 修
    • 学会等名
      第1回 日本金属学会 第4分野講演会
  • [学会発表] 表面親水性を制御したTiへのタンパク質模擬物質吸着挙動2018

    • 著者名/発表者名
      森 祐輔, 黒田健介, 興戸正純
    • 学会等名
      日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] TiへのAg+吸着による抗菌性付与2018

    • 著者名/発表者名
      大脇充裕, 黒田健介, 興戸正純, 山口花帆, 大津直史
    • 学会等名
      日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] SDS-PAGEを用いた材料表面上へのタンパク質吸着挙動解析2018

    • 著者名/発表者名
      川上拓野, 庄司拓巳, 黒田健介, 大津直史
    • 学会等名
      日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] 金属・ポリマー材料の表面階層構造の制御2018

    • 著者名/発表者名
      黒田健介, 興戸正純
    • 学会等名
      六研連携プロジェクト,生体医療・福祉材料分野全体会議
  • [学会発表] Ti基金属ガラス表面に形成したナノ構造セラミックスの生体活性と抗菌性2018

    • 著者名/発表者名
      藤井勇輔, 生駒俊之, 松下伸広, 新家光雄, 黒田健介, 加藤秀実, 和田 武
    • 学会等名
      六研連携プロジェクト,生体医療・福祉材料分野全体会議
  • [学会発表] 表面微細構造パターニングによる細胞挙動変化に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      竹中啓輔, 塚本雅裕, 篠原直希, 浅井 知, 篠永東吾, 黒田健介, 陳 鵬, 永井亜希子, 塙 隆夫
    • 学会等名
      六研連携プロジェクト,生体医療・福祉材料分野全体会議

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公開日: 2019-12-27  

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