分極処理による低LTD型生体活性イットリア安定化ジルコニアの開発

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21760528
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 田中 優実 九州大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (00436619)
• キーワード: イットリア安定化正方晶ジルコニア / バイオセラミックス / 酸化物イオン伝導 / 分極 / エレクトレット / 低温劣化 / アルカリ処理 / 骨類似アパタイト

研究概要

イットリア安定化正方晶ジルコニア(Y-TZP)は、その優れた強度と生体親和性により生体材料として臨床利用されている。しかし、湿潤環境下で長期間保持すると、低温劣化(LTD)と呼ばれる現象により単斜晶への相転移が発生して強度が大幅に低下するため、埋入期間が数十年の長期にわたるようなインプラント用の材料としては信頼性が低い。LTDの発生機構は現時点で未解明であるが、表面欠陥が影響しているとの説が有力であることから、本研究では、Y-TZPの持つ酸化物イオン伝導性を利用して直流電界下で分極処理を行うことにより、酸化物イオン欠陥濃度の異なるY-TZP表面を作成、そのLTD挙動を評価した。更にY-TZPに生体活性を付与する為、分極処理とSiクラスター含有NaOH水溶液による化学処理を併用した表面改質を試みた。
分極後のY-TZPにおいては、正に帯電した面(酸化物イオン欠陥濃度大)、負に帯電した面(酸化物イオン欠陥濃度小)共に低温劣化が抑制される傾向が見られた。分極Y-TZPの、加熱下での脱分極挙動を検討した結果、Y-TZPセラミックス内では、双極子は結晶粒ごとに形成されており、各結晶粒表面の正・負面は別の結晶粒の逆極性の面と粒界を介する形で対向しているものと予想された。このように個々の結晶粒の正、負面の欠陥構造が対向する逆の面によって静電的に安定化されていることで、分極Y-TZPの低温劣化進行が抑制されたものと考えられた。一方、未分極、分極Y-TZPセラミックスをNaOH水溶液中で化学処理すると、正に帯電した面でより多くのシロキサン修飾が起こり、またこの面において、疑似体液中での骨類似アパタイト形成速度が最も速くなることが確認された。これは、酸化物イオン欠陥がシロキサン修飾の活性サイトとなり、かつ導入されたシロキサン基が骨類似アパタイトの核形成サイトとして機能した結果であると考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] Polarization and microstructural consideration of ceramic hydroxyapatite electrets (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumi Tanaka, Takeshi Iwasaki, Miho Nakamura, Akiko Nagai, Keiichi Katayama, Kimihiro Yamashita
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 107 ページ: 0141071-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biocompatibility and water durability of alumina-zirconia ceramics blended with a small amount of HA nanoparticles (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Tanaka, M.Yoshida, M.Nakamura, A.Nagai, K.Hashimoto, Y.Toda, K.Yamashita
  • 雑誌名: Archives of BioCeramics Research 9 ページ: 79-82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of Calcite Thin Films by Cooperation of Polyacrylic Acid and Self-generating Electric Field due to Aligned Dipoles of Polarized Substrates (2009)
  • 著者名/発表者名: Norio Wada, Miho Nakamura, Yumi Tanaka, Kiyoshi Kanamura, Kimihiro Yamashita
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 330 ページ: 374-379
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ion conduction mechanism in Ca deficient hydroxyapatite whisker (2009)
  • 著者名/発表者名: Yumi Tanaka, Miho Nakamura, Akiko Nagai, Takeshi Toyama, Kimihiro Yamashita
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering : B 161 ページ: 115-119
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficacy of polarized hydroxyapatite and silk fibroin composite dressing on epidermal recovery from full-thickness porcine skin wounds (2009)
  • 著者名/発表者名: Rumi Okabayashi, Miho Nakamura, T Okabayashi, Yumi Tanaka, Akiko Nagai, Kimihiro Yamashita
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials 90B[2] ページ: 641-646
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarized hydroxyapatite promotes spread and motility of osteoblastic cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Miho Nakamura, Akiko Nagai, Yumi Tanaka, Yasutaka Sekijima, Kimihiro Yamashita
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research Part A 92A ページ: 783-790
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of enhancement of bone ingrowth into hydroxyapatite ceramics with highly and poorly interconnected pores by electrical polarization (2009)
  • 著者名/発表者名: Wei Wang, Soichiro Itoh, Yumi Tanaka, Akiko Nagai, Kimihiro Yamashita
  • 雑誌名: Acta Biomaterialia 5[8] ページ: 3132-3140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled Crystallization of Calcite Under Surface Electric Field Due to Polarized Hydroxyapatite Ceramics (2009)
  • 著者名/発表者名: Norio Wada, Yumi Tanaka, Miho Nakamura, Kiyoshi Kanamura, Kimihiro Yamashita
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 92[7] ページ: 1586-1591
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transformation of OCP-based cement filled in root canal to hydroxyapatite (2009)
  • 著者名/発表者名: Yuki Imamura, Yumi Tanaka, Kimihiro Yamashita, Yuzo Takagi
  • 雑誌名: Dental Materials 25[5] ページ: 13-14
• [学会発表] 生体に刺激を与える生体親和性セラミックスの創生にむけて (2010)
  • 著者名/発表者名: 田中優実
  • 学会等名: 日本材料学会 平成21年度第2回ナノ材料部門委員会(講演会)
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20100200
• [学会発表] Preparation and characterization of ceramic hydroxyapatite electrets for biomedical utilization (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumi Tanaka, Takeshi Iwasaki, Miho Nakamura, Akiko Nagai, Keiichi Katayama, Kimihiro Yamashita
  • 学会等名: The 11th international symposium on eco-materials processing and design (ISEPD2010)
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20100100
• [学会発表] B型炭酸含有アパタイトの酸化物イオン伝導機構 (2010)
  • 著者名/発表者名: 田中優実、田中一正、萩原梓、橋本和明、戸田善朝、杉山龍男、宗像文男、山下仁大
  • 学会等名: 第48回セラミックス基礎討論会
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2010-01-12
• [学会発表] Biocompatibility and water durability of alumina-zircoma ceramics blended with a small amount of HA nanoparticles (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Tanaka, M.Yoshida, M.Nakamura, A.Nagai, K.Hashimoto, Y.Toda, K.Yamashita
  • 学会等名: 9^<th> Asian Bioceramics symposium
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20091200
• [学会発表] Consideration of electrochemical property of biocompatible B-type carbonated apatite (2009)
  • 著者名/発表者名: Yumi Tanaka, Azusa Hagiwara, Akiko Nagai, Tatsuo Sugiyama, Fumio Munakata, Kazuaki Hashimoto, Kimihiro Yamashita
  • 学会等名: The 26th International Japan-Korea Seminar on Ceramics
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20091100
• [学会発表] In Vitro Method to Characterize Resorption of Calcium Phosphate-Based Ceramic Scaffolds (2009)
  • 著者名/発表者名: Atsuo Ito, Yu Sogo, Atsushi Yamazaki, Mamoru Aizawa, Akiyoshi Osaka, Satoshi Hayakawa, Masanori Kikuchi, Ikuko Akahane, Kimihiro Yamashita, Yumi Tanaka, Mika Tadokoro, Hajime Ohgushi
  • 学会等名: The 26th International Japan-Korea Seminar on Ceramics
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20091100
• [学会発表] Evaluating the Durability of Phosphoric Acid Promoted Bioglass-dentin Interaction Layer (2009)
  • 著者名/発表者名: A.S.Bakry, K.Matin, Y.Tanaka, M.Otsuki, H.Takahashi, K.Yamashita, J.Tagami
  • 学会等名: IADR/AADR/CADR 87th General Session & Exhibition
  • 発表場所: Florida, USA
  • 年月日: 20090400
• [学会発表] 電場活性空間を有する生体用ハイドロキシアパタイトの創製 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田中優実、中村美穂、永井亜希子、山下仁大
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会平成21年度秋季大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2009-10-28
• [学会発表] 分極アパタイトによる骨芽細胞挙動制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中村美穂、永井亜希子、田中優実、山下仁大
  • 学会等名: 第54回日本歯科理工学会学術講演会
  • 発表場所: 鹿児島
  • 年月日: 2009-10-02
• [学会発表] アルミナ混合Y-TZPセラミックスの低温劣化抑制に及ぼすHA微量添加効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田中優実、中村美穂、永井亜希子、山下仁大
  • 学会等名: 第54回日本歯科理工学会学術講演会
  • 発表場所: 鹿児島
  • 年月日: 2009-10-02
• [学会発表] ハイドロキシアパタイトエレクトレットの分極緩和機構 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田中優実、岩崎健、片山恵一、永井亜希子、山下仁大
  • 学会等名: セラミックス協会第22回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 愛媛
  • 年月日: 2009-09-18
• [学会発表] Ionic conduction mechanism of B-type carbonated apatite (2009)
  • 著者名/発表者名: Yumi Tanaka, Masumi Sasaki, Akiko Nagai, Tatsuo Sugiyama, Fumio Munakata, Masayuki Nagai, Toshinori Okura, Kimihiro Yamashita
  • 学会等名: 17th Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 年月日: 2009-06-07
• [学会発表] 分極水酸アパタイト局所場による表面機能制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中村美穂、大倉利典、田中優実、永井亜希 子、山下仁大
  • 学会等名: 無機マテリアル学会第118回学術講演会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2009-06-04
• [学会発表] 炭酸含有アパタイトの分極特性に及ぼす炭酸イオンの効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田中優実、笹木眞澄、宗像文男、中村美穂、永井亜希子、大倉利典、門間英毅、山下仁大
  • 学会等名: 無機マテリアル学会第118回学術講演会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2009-06-04