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2014 年度 実施状況報告書

ポリマー基板上への迅速なアパタイト膜形成による新規医療デバイスの開発と評価

研究課題

研究課題/領域番号 25420736
研究機関上智大学

研究代表者

板谷 清司  上智大学, 理工学部, 教授 (90129784)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードポリエーテルエーテルケトン / メッシュ / 硫酸処理 / 表面改質 / マイクロ波加熱 / 水酸アパタイト被覆
研究実績の概要

ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)は脊椎椎体骨スペーサーを始め,医療分野への応用が期待される。昨年度はゾルーゲル法と真空紫外光(VUV)照射によって,PEEK基板上にシリカ質膜を形成後,疑似体液に14日間浸漬して,約6 umの厚さの水酸アパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2;HAp)膜を形成させることに成功した。本年度は,PEEKメッシュ(網目の間隔:約0.5 mm)のような三次元的な形状に対しても効率良くHAp膜を形成させるため,(1) 硫酸処理によって表面改質(スルホン基の形成)したのち,(2) HAp溶解水溶液(HApを精製水に懸濁させ,炭酸ガスを通じて溶解させた溶液)中に表面改質したPEEKメッシュを浸漬し,マイクロ波加熱を行って迅速なHAp被覆を試みた。硫酸水溶液は,濃硫酸と精製水とを等体積で混合して調製したもの(50%硫酸溶液)と3 : 7で混合して調製したもの(30%硫酸溶液)をそれぞれ用いた。いずれの濃度の硫酸中にPEEKを12 h浸漬しても,X線光電子分光分析法で調べたスペクトルからは,170 eV付近にピークが観察されたことから,PEEK基板表面にスルホン基が形成されたことが確認された。表面改質したPEEKメッシュをHAp溶解水溶液に浸漬し、マイクロ波加熱を行ってHAp膜の形成を試みた。50%濃度の硫酸にPEEK基板を12 h浸漬し,アパタイト溶解水溶液中でマイクロ波加熱(100℃, 10分間)の操作を5回繰り返したところ,X線回折ではHApが検出された。一方,PEEKメッシュの表面をSEMで観察すると,球状粒子が広範囲に析出していた。PEEKメッシュを50%硫酸に12 h浸漬後、HAp溶解水溶液に浸漬し,マイクロ波照射して100℃で5回繰り返し加熱を行ったところ,X線回折ではHApだけが検出された。以上,複雑な形状を有するPEEKメッシュでも,本研究によってHApを被覆できることが分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

PEEKメッシュは三次元的な形状をしており,PEEK基板のように二次元的な面への被覆と異なり,当初はメッシュ全体にわたって水酸アパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2;HAp)の被覆を均質に行うのが困難と判断された。そこで,PEEKメッシュへのHApの被覆方法について再度見直した。すなわち,昨年度はゾルーゲル法によってPEEK基板上にシリカ質膜を形成後,疑似体液に14日間浸漬してHAp膜を形成させたが,平成26年度は,シリカ質膜の形成操作を省略し,硫酸処理によって表面改質を行うとともに,疑似体液中で14日間浸漬を行う代わりに,HAp溶解水溶液(HApを精製水に懸濁させ,炭酸ガスを通じて溶解させた溶液)中に表面改質したPEEKメッシュを浸漬し,マイクロ波加熱(100℃で10分間)を行って迅速なHAp被覆を試みたところ,PEEKメッシュ全体を均質に被覆することができた。以上,本研究によってHApを均質に,また短時間に被覆が可能となり,当初の研究計画以上の成果を収めることができた。

今後の研究の推進方策

平成27年度はPEEK基板の表面改質を更に簡便な方法で行う手法について検討を行う。具体的には,VUV照射を空気中で行うと周囲に酸素ラジカルが生成するとの報告もあるため,この現象を利用してドライな方法でPEEK表面を親水性に改質できるかどうか検討を行う。なお,PEEK表面に親水性の官能基を形成後,HAp膜を形成する方法については昨年度と同じようにHAp溶解水溶液中でマイクロ波加熱を行う手法を利用する予定である。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた物品購入の支出が少なかったため。

次年度使用額の使用計画

平成26年度に使用を抑えた物品の購入費用として支出を予定している。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Formation of hydroxyapatite layer on polyeteretherketone by vacuum ultraviolet irradiation and microwave heating techniques2015

    • 著者名/発表者名
      K. Itatani. T. Sumi, S. Horikoshi, H. Kuwahara, T. Toyama, Y. Musha and T. Umeda
    • 雑誌名

      Journal of the Society of Inorganic Materials, Japan

      巻: 22 ページ: 66-73

    • 査読あり
  • [学会発表] 真空紫外光照射によって表面改質したポリエーテルエーテルケトン基板の諸性質 -マイクロ波加熱を利用したアパタイトの迅速な被覆-2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木直人,梅田智広,堀越 智,鷲見卓也,桑原英樹,武者芳朗,遠山岳史,板谷清司
    • 学会等名
      無機マテリアル学会第129回学術講演会
    • 発表場所
      アバンセ(佐賀県・佐賀市)
    • 年月日
      2014-11-20 – 2014-11-21
  • [学会発表] 中空球状リン酸カルシウムとナノセルロースの複合化による新規骨被覆膜の作製と力学的性質の評価2014

    • 著者名/発表者名
      能崎泰典,梅田智広,齋藤継之,磯貝 明,武者芳朗,板谷清司
    • 学会等名
      無機マテリアル学会第129回学術講演会
    • 発表場所
      アバンセ(佐賀県・佐賀市)
    • 年月日
      2014-11-20 – 2014-11-21
  • [学会発表] 真空紫外光照射によって表面改質したポリエーテルケトン基板上へのアパタイの被覆と評価2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木直人,梅田智広,堀越 智,鷲見卓也,桑原英樹,武者芳朗,遠山岳史,板谷清司
    • 学会等名
      (公社)日本セラミックス協会秋季シンポジウム
    • 発表場所
      鹿児島大学(鹿児島県・鹿児島市)
    • 年月日
      2014-09-09 – 2014-09-11
  • [学会発表] リン酸カルシウムとナノセルロースとの複合化による新規骨被覆膜の作製と評価2014

    • 著者名/発表者名
      能崎泰典,梅田智広, 武者芳朗,齋藤継之,,磯貝 明,板谷清司
    • 学会等名
      (公社)日本セラミックス協会秋季シンポジウム
    • 発表場所
      鹿児島大学(鹿児島県・鹿児島市)
    • 年月日
      2014-09-09 – 2014-09-11
  • [学会発表] 表面改質したポリエーテルケトン上への水酸アパタイ被覆に及ぼすマイクロ波加熱の影響2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木直人,鷲見卓也,堀越 智,桑原英樹,梅 田智広,遠山岳史,武者芳朗,板谷清司
    • 学会等名
      (公社)日本セラミックス協会関東支部
    • 発表場所
      芳賀青年の家(栃木県・益子町)
    • 年月日
      2014-09-02 – 2014-09-03
  • [学会発表] リン酸カルシウムとナノセロースを複合化して作製た新規骨被覆膜の微細構造の評価2014

    • 著者名/発表者名
      能崎泰典,梅田智広,武者芳朗,齋藤継之,磯貝 明,板谷清司
    • 学会等名
      (公社)日本セラミックス協会関東支部
    • 発表場所
      芳賀青年の家(栃木県・益子町)
    • 年月日
      2014-09-02 – 2014-09-03
  • [学会発表] Coating of hydroxyapatite on the surface-modified polyetheretherketone2014

    • 著者名/発表者名
      Naoto Suzuki, Tomohiro Umeda, Yoshiro Musha and Kiyoshi Itatani
    • 学会等名
      13th International Conference on Modern Materials and Technologies
    • 発表場所
      Montecatini Terme (Florence, Italy)
    • 年月日
      2014-06-15 – 2014-06-20
  • [学会発表] 表面改質したポリエーテルエーテルケトン上へのリン酸カルシウムの被覆に及ぼすマイクロ波加熱の影響2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木直人,梅田智広,鷲見卓也,堀越 智,桑原英樹,遠山岳史,武者芳朗,板谷清司
    • 学会等名
      無機マテリアル学会第128回学術講演会
    • 発表場所
      日本大学(東京都・神田駿河台)
    • 年月日
      2014-06-05 – 2014-06-06
  • [学会発表] 噴霧熱分解法により調製したリン酸カルシウムの諸性質に及ぼすコロイダルシリカ添加の影響2014

    • 著者名/発表者名
      能崎泰典,梅田智広,武者芳朗,板谷清司
    • 学会等名
      無機マテリアル学会第128回学術講演会
    • 発表場所
      日本大学(東京都・神田駿河台)
    • 年月日
      2014-06-05 – 2014-06-06

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公開日: 2016-05-27  

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