ナノインデンテーション試験法を用いた生体硬組織の力学的特性評価に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560064
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 坂本 信 新潟大学, 医学部, 教授 (80215657)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大森 豪 新潟大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助教授 (70283009) ; 田邊 裕治 新潟大学, 工学部, 教授 (60143020) ; 小林 公一 新潟大学, 医学部, 助手 (70296317)
• Keywords: 生体力学 / 材料力学 / 骨 / 歯 / 超微小硬さ / 弾性率 / 強度 / ミネラル量

Research Abstract

生体硬組織の力学的性質を明らかにすることは,硬組織のバイオメカニクスにおける研究のなかで基礎的かつ重要なことであるが,骨の有する材料不均質性および力学的異方性等から,これを正確に求めることは難しく,これまでに種々の材料試験法が提案されてきた.硬さ試験から生体硬組織の力学的評価を行うことができれば,微小領域の組織に対して極めて容易に試験が行えるばかりでなく,組織の不均質性の詳細な検討が可能となる.しかしながら,硬さ試験から得られる「硬さ」の力学的意味が明確でないため,対象とする皮質骨の硬さと剛性あるいは強度との対応が既知である必要がある.そのため,これまでに皮質骨の硬さと力学的性質との関係についての検討が行われてきた.一方,超微小領域の生体硬組織については,その検討が十分に行われていない.このようなことから本研究では,ナノインデンテーション試験法を用いて,生体硬組織やある骨や歯を対象に,その超微小領域の力学的特性評価(硬さ,弾性率等)を明らかにすることを主な目的として平成15年度から行なっている.
平成15年度では,骨については,ウシ椎体シェルおよび脛骨皮質骨を対象にナノインデンテーション試験を行い,弾性率および硬さを求めるとともに,pQCTにより得られた骨密度(BMD)と力学的パラメータとの関係について詳細に明らかにした.
歯硬組織については,ヒト永久歯臼歯を対象に,ナノインデンテーション試験を用い,歯牙横断面内頬側における象牙質-エナメル質界面(DEJ)を含んだエナメル質から象牙質全体にわたる硬さと弾性率の分布について検討を行った結果,DEJ領域においては,象牙質からエナメル質に向かい,硬さでは約5倍,弾牲率では約4倍となった.また,エナメル質では,DEJから歯牙表面に向かい,象牙質では,DEJから歯髄に向かい硬さ,弾性率ともに高くなる傾向を示すこと等を明らかにした.

Research Products

• [Publications] 坂本信: "Elastic Modulus and Hardness of Cortical Bone Determined by Nanoindentation"13th International Conference on Mechanics in Medicine and Biology. 13. 162-163 (2003)
• [Publications] 坂本信: "超微小押込み試験による皮質骨の力学的特性評価"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 24. 1-5 (2003)
• [Publications] 坂本信: "微小押込みによるウシ皮質骨の力学的特性測定"日本機械学会M&M2003材料力学部門講演会. 03-11. 645-646 (2003)
• [Publications] 坂本信: "生体硬組織の力学的特性"日本顎変形症学会総会. 13. 83-84 (2003)
• [Publications] 坂井淳: "歯硬組織のナノレベルにおける力学的性質"日本臨床バイオメカニクス学会第30回講演集. 30. 120 (2003)
• [Publications] 坂本信: "ナノインデンテーションを用いたウシ椎体シェルの弾性率および硬さの測定"日本臨床バイオメカニクス学会第30回講演集. 30. 52 (2003)