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2015 年度 実績報告書

高生体活性を有する酸化チタン微粒子の開発およびPMMA骨セメントへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 25420767
研究機関一般財団法人ファインセラミックスセンター

研究代表者

橋本 雅美  一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 研究員 (20450851)

研究分担者 金高 弘恭  東北大学, 歯学研究科(研究院), 准教授 (50292222)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード酸化チタン粒子 / 水酸化アパタイト / 擬似体液 / 酸窒化
研究実績の概要

本研究の目的は、酸窒化処理によって生体活性能を飛躍的に向上させた酸化チタン(TiO2)粒子を新規に作製し、骨セメント組成物(ポリメタクリル酸メチル(PMMA))に混合するだけで、高い機械的強度を示し、骨と結合する生体活性骨セメント(PMMA-TiO2)を作製することである。
酸化チタン前駆体を極少量の酸素を含む(低PO2)窒素雰囲気中で熱処理して得られるルチル型の酸化チタンは、大気中(高PO2)で熱処理した酸化チタンと比べて、擬似体液中におけるHAp形成能が高いことを明らかにした。TEM-EELS分析の結果より、低および高PO2下で熱処理した粒子の表面および内部には窒素の存在が確認できなかった。一方、ESR分析結果から、低PO2下で熱処理した場合のみTi3+に相当するg=1.96のピークが確認できたため、粒子中のTi4+がTi3+に還元し、それに伴い酸素空孔が形成したと考えられる。次にゼロ電荷点の結果は、低PO2下では5であるのに対し、高PO2下では8であった。従って、pH7.4のSBF中においては、低PO2下で熱処理した粒子表面は負に、高PO2下ではほぼゼロであると考えられる。以上より、酸化チタン表面の電荷が負に帯電することによって、擬似体液中で反対の電荷を有するCaイオンの優先的な吸着が促進され、その結果として、その後のHApの核形成と成長が促進されたと考えられた。
また、圧縮強度は、上記高生体活性酸化チタンを混練したPMMA-TiO2に関しては118 MPaであり、PMMAに関しては104 MPaであった。TiO2をPMMAに混合することによって、機械的強度が上昇することを確認した。さらに、TiO2を8vol%混練したPMMA-TiO2は擬似体液中でHAp形成能を示した。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] The microstructure of scale formed by oxynitriding of Ti and exhibiting significant apatite-forming ability2016

    • 著者名/発表者名
      Masami Hashimoto, Satoshi Kitaoka, Shunsuke Muto, Kazuyoshi Tatsumi, Yoshihiro Obata
    • 雑誌名

      Journal of Materials Research

      巻: 31 ページ: 1004-1011

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1557/jmr.2016.79

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of extra irradiation on surface and bulk properties of PMPC-grafted cross-linked polyethylene2016

    • 著者名/発表者名
      Shihori. Yamane, Masayuki Kyomoto, Toru Moro, Kenichi Watanabe, Masami Hashimoto, Yoshio Takatori, Sakae Tanaka, Kazuhiko Ishihara
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Materials Research: Part A

      巻: 104A ページ: 37-47

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1002/jbm.a.35538

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wear resistance of the biocompatible phospholipid polymer-grafted highly cross-linked polyethylene liner against larger femoral head2015

    • 著者名/発表者名
      Toru Moro, Yoshio Takatori, Masayuki Kyomoto, Kazuhiko Ishihara, Hiroshi Kawaguchi, Masami Hashimoto, Takeyuki Tanaka,
    • 雑誌名

      J Orthop Res

      巻: 33 ページ: 1103-1110

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1002/jor.22868

    • 査読あり
  • [学会発表] 表面電荷を制御した酸化チタン粒子表面におけるHAp形成能の向上2016

    • 著者名/発表者名
      橋本雅美、北岡諭、金高弘恭
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2016年会
    • 発表場所
      東京都新宿区早稲田大学
    • 年月日
      2016-03-14 – 2016-03-16
  • [学会発表] フィブロネクチンを吸着させた水酸アパタイトおよびアルミナに対するMC3T3-E1細胞の応答2016

    • 著者名/発表者名
      川下 将一、長谷川 蒔、林 純平、工藤 忠明、金高 弘恭、宮崎 敏樹、橋本雅美
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2016年会
    • 発表場所
      東京都新宿区早稲田大学
    • 年月日
      2016-03-14 – 2016-03-16
  • [学会発表] Preparation of Highly Bioactive TiO2 Particles for Polymethylmethacrylate Bone Cement2015

    • 著者名/発表者名
      Masami Hashimoto, Satoshi Kitaoka
    • 学会等名
      JK-Ceramics 32
    • 発表場所
      新潟県長岡市ホテルニューオータニ長岡
    • 年月日
      2015-11-18 – 2015-11-21
    • 国際学会
  • [学会発表] 酸窒化処理した酸化チタン表面における水酸化アパタイト形成機構2015

    • 著者名/発表者名
      橋本雅美、北岡諭、金高弘恭
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      富山県富山市富山大学
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [学会発表] Preparation of high bioactive TiO2 particles for polymethylmethacrylate bone cement2015

    • 著者名/発表者名
      Masami Hashimoto, Satoshi Kitaoka
    • 学会等名
      Pac Rim 11
    • 発表場所
      ICC Jeju, Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-08-30 – 2015-09-04
    • 国際学会
  • [学会発表] 水酸化アパタイト形成のために作製されたTi酸化層中のNの化学状態分析2015

    • 著者名/発表者名
      小幡佳弘、巽一巌、武藤俊介、橋本雅美、北岡諭
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第71回学術講演会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      2015-05-13 – 2015-05-15

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公開日: 2017-01-06  

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