骨類似アパタイト形成過程における生体活性材料表面の電位変化

类骨磷灰石形成过程中生物活性材料表面的电位变化

• 批准号: 14780635
• 负责人: 金 鉉敏
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14780635/
• 关键词: 化学表面処理; チタン金属; 水酸アパタイト; 生体活性; 擬似体液; アパタイト; 表面電位; 表面構造

本研究は、体液環境下における、組成及び構造の異なる人工材料の表面電位及び構造の変化を追究し、生体活性材料表面での骨類似アパタイト形成機構の静電モデルを確立することにより、人工材料の生体活性の発現機構を詳細に解明し、新規な生体活性材料を設計するための基礎的指針を与えることを目的とする。NaOH水溶液及び加熱処理により表面に生体活性なチタン酸ナトリウムを形成させたチタン金属を、ヒトの体液と等しいイオン濃度を有する擬似体液に浸漬した。種々の期間後金属表面の電位と構造を、レーザーゼータ電位測定器及ぴエネルギー分散型X線分析装置の付着した透過型電子顕微鏡により調べた。同金属は、擬似体液浸漬後その表面に負に帯電したTi-OH基を形成し、同Ti-OH基を正に帯電した液中のカルシウムイオンと結合させ、正に帯電したアモルファスなチタン酸カルシウムを形成した。同チタン酸カルシウムを後に負に帯電した液中のリン酸イオンと結合し、アモルファスなリン酸カルシウムを形成した。同リン酸カルシウムは最終的に体液中で安定な骨類似アパタイトに転化した。通常の焼結法により調製した水酸アパタイトを、同様に擬似体液中に種々の期間浸漬した後、表面の電位と構造を調べた。同水酸アパタイトは、擬似体液浸漬後その表面を負に帯電させ、正に帯電した液中のカルシウムイオンと結合し、正に帯電したCa/P比の高いアモルファスリン酸カルシウムを形成した。同リン酸カルシウムは負に帯電した液中のリン酸イオンと結合し、Ca/P比の低いアモルファスリン酸カルシウムを形成した。同リン酸カルシウムは最終的に体液中で安定な骨類似アパタイトに転化した。以上の結果より、体液環境下における生体活性材料表面での骨類似アパタイトの形成は、材料表面に形成された官能基と液中のイオン間の静電作用により誘起されることが明らかになった。

在本研究中，我们研究了不同成分和结构的人造材料在体液环境中的表面电位和结构的变化，并建立了生物活性材料表面类骨磷灰石形成机制的静电模型的目的。本研究的目的是详细阐明生物活性的表达机制，并为设计新型生物活性材料提供基本指导。将通过NaOH水溶液和热处理在表面形成生物活性钛酸钠的金属钛浸入离子浓度与人体体液相当的模拟体液中。经过不同时间段后，使用配备激光 Zeta 电位计和能量色散 X 射线光谱仪的透射电子显微镜研究金属表面的电位和结构。金属浸入模拟体液后在其表面形成带负电的Ti-OH基团，Ti-OH基团与液体中带正电的钙离子结合形成带正电的无定形钛酸钙。随后，相同的钛酸钙与液体中带负电的磷酸根离子结合，形成无定形磷酸钙。磷酸钙最终转化为骨状磷灰石，在体液中稳定。将通过常规烧结方法制备的羟基磷灰石类似地浸入模拟体液中不同时间，然后研究其表面电位和结构。羟基磷灰石浸入模拟体液后表面带负电，与液体中带正电的钙离子结合形成带正电的高Ca/P比的无定形磷酸钙。磷酸钙与液体中带负电的磷酸根离子结合形成具有低Ca/P比的无定形磷酸钙。磷酸钙最终转化为骨状磷灰石，在体液中稳定。上述结果表明，体液环境中生物活性材料表面骨状磷灰石的形成是由材料表面形成的官能团与液体中的离子之间的静电相互作用引起的。

项目成果

H.-M.Kim: "Bioactive surface functionalization : concept and applications"Ceramic Engineering and Science Proceedings. 23. 761-771 (2002)

H.-M.Kim：“生物活性表面功能化：概念和应用”陶瓷工程与科学论文集。

T.Miyazaki: "Mechanism of apatite formation on bioactive tantalum metal in a simulated body fluid"Biomaterials. 23. 827-832 (2002)

T.Miyazaki：“模拟体液中生物活性钽金属上磷灰石形成的机制”生物材料。

H.Takadama: "X-ray photoelectron spectroscopy study on the process of apatite formation on a sodium silicate glass in simulated body fluid"J. Am. Ceram. Soc.. 85. 1933-1936 (2002)

H.Takadama：“模拟体液中硅酸钠玻璃上磷灰石形成过程的 X 射线光电子能谱研究”J。