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。

碳酸盐磷灰石是骨矿物质的主要成分，具有较高的骨传导性和骨替代性能，因此在口腔种植治疗过程中用作骨重建的人工骨替代材料。骨移植材料的成骨能力不仅受到其成分的影响，还受到其结构的影响。其中，所有孔相互连通的三维连通孔被认为可以促进骨形成，因为细胞和组织液可以快速引导到材料中。在本研究中，我们将在碳酸盐磷灰石中添加三维连通孔，并控制其尺寸和数量，以验证三维连通孔对碳酸盐磷灰石骨形成的影响。首先，我们决定制造不同孔径的碳酸盐磷灰石。先前的研究表明，通过像小米一样连接粒状碳酸盐磷灰石，可以产生具有三维互连孔隙的碳酸盐磷灰石。我们认为可以通过改变颗粒的尺寸来控制小米状碳酸盐磷灰石中三维互连孔隙的尺寸。将氢氧化钙碳化制备的碳酸钙块体破碎、过筛，制备不同尺寸的碳酸钙颗粒，然后在电炉中热处理，制备不同尺寸的氧化钙颗粒。通过将氧化钙颗粒放入模具中，与水反应并引起水合膨胀，然后将其暴露于二氧化碳以将组合物转化为碳酸钙来制备具有三维连续孔的氢氧化钙。当使用扫描电子显微镜观察所获得的碳酸钙时，在碳酸钙的表面上确认到许多孔。还确认了孔径根据所使用的氧化钙的颗粒尺寸而不同。