三次元連通気孔制御による炭酸アパタイト骨補填材の骨造成能力向上

通过控制三维连续孔隙提高碳酸磷灰石骨替代材料的成骨能力

基本信息

批准号：
22K20995
负责人：
田中啓喬
金额：
$ 1.75万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

炭酸アパタイトは骨無機質の主成分であり、高い骨伝導性、骨置換性を有することから人工骨補填材として口腔インプラント治療時の骨再建に使用されている。骨補填材の骨造成能力は組成だけでなく構造にも影響を受ける。中でも全ての気孔が互いに連通した三次元連通気孔は細胞や組織液を迅速に材料内部に誘導することができるため、骨造成を促進すると考えられる。本研究では炭酸アパタイトに三次元連通気孔を付与し、そのサイズや量を制御することで、三次元連通気孔が炭酸アパタイトの骨造成に与える影響について検証を行う。まずは異なる気孔サイズを有する炭酸アパタイトの作製を行うこととした。先行研究では顆粒状の炭酸アパタイトを粟おこしの様に連結することで、三次元連通気孔を有する炭酸アパタイトを作製できることを明らかにしている。我々は顆粒のサイズを変えることで粟おこし様の炭酸アパタイトの三次元連通気孔のサイズを制御できると考えた。水酸化カルシウムを炭酸化して調製した炭酸カルシウムブロックを粉砕・篩分けし、サイズの異なる炭酸カルシウム顆粒を調製、電気炉で熱処理してサイズの異なる酸化カルシウム顆粒を調製した。酸化カルシウム顆粒を型枠に入れ、水と反応させ、水和膨張させることによって三次元連通気孔を有する水酸化カルシウムを調製し、これを二酸化炭素に曝露して、組成を炭酸カルシウムに変換させた。得られた炭酸カルシウムを走査型電子顕微鏡で観察したところ、炭酸カルシウム表面に多数の気孔を確認することができた。また、その気孔サイズは使用した酸化カルシウムの顆粒サイズにより異なっていることが確認できた。

磷灰石碳酸盐是骨矿物质的主要组成部分，具有高骨电导率和骨骼替代特性，可用作口服植入物治疗期间骨骼重建的人造骨填充剂。骨填充剂的骨形成能力不仅受其组成的影响，而且还受其结构的影响。其中，所有毛孔相互通信的三维通风孔可以快速指导材料内部的细胞和组织液，这被认为可以促进骨骼形成。在这项研究中，我们将通过为碳酸磷灰石提供三维通信通风孔并控制其大小和数量，研究三维通信通风口对碳酸磷灰石骨形成的影响。首先，我们决定准备具有不同孔径的磷灰石碳酸盐。先前的研究表明，通过将颗粒状碳酸盐磷灰石（如小米）连接起来，可以使用三维通信孔产生碳酸盐磷灰石。我们认为改变颗粒的大小可以控制磷灰石（小米样碳酸盐）的三维通信通风口的大小。通过碳酸钙氢氧化钙制备的碳酸钙块被磨碎，并筛分出不同尺寸的碳酸钙颗粒，并在电炉中进行热处理，以制备不同尺寸的氧化钙颗粒。氢氧化钙具有三维通信孔，是通过将氧化钙颗粒放在模板中，与水反应，补水和膨胀来制备，并将其暴露于二氧化碳以将成分转化为碳酸钙。当使用扫描电子显微镜观察到获得的碳酸钙时，在碳酸钙表面确认了大量孔。还可以证实，孔径不同，取决于所用氧化钙的颗粒大小。