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バイオマテリアル


・バイオセラミックス評価技術と材料技術
 日本は急速に高齢化社会になりつつあります。このため、生体代替材料としてバイオマテリアルが注目されています。人の骨・関節等とほぼ同等の機能を有する次世代型人工骨開発のためには、生体模擬環境下において使用部位を考慮した機械的特性評価、生体活性評価等の技術開発が必要です。JFCCは医学系研究機関と連携しながら、生体用ファインセラミックスの基盤評価技術の開発と生体骨に類似した力学的特性と生体活性をもつ生体にやさしい人工骨材料を開発しています。
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生体内における生体材料の経時変化の測定・解析
イメージ ラットを生かしたまま、生体材料(生体活性リン酸カルシウム骨ペースト)の経時変化を1年以上にわたり、評価する技術を開発しました。マイクロX線CTを用いて、骨ペーストを体内に埋め込んだままで、その体積・形状の三次元的測定および解析に成功しました。この結果、骨ペーストが体内吸収により体積が減少していくプロセス等が明らかになりました
研究成果
X線CTによる骨修復材料の生体内変化の直接観察 NEW
多孔材料内の骨形成評価
イメージ マイクロX線CTを用いて多孔材料内の骨形成評価に成功しました。

←ラットに3週間埋入後のAWガラスセラミックスのCT像です(白色:AWガラス)(灰色:骨形成領域)
研究成果
3次元CTによる生体骨形成の可視化と形成量の測定
骨粗鬆症診断用超音波3次元画像解析 NEW
主な使用装置
マイクロX線CT装置

人工股関節の生体模擬環境下における摩耗特性評価
イメージ 12連のヒップシミュレータ試験装置を用いて、生体内環境を模擬した条件(牛血清、ヒト歩行時応力パターン等)で、股関節部材の摩耗特性評価技術を開発しました。被摩耗量、摩耗面観察、摩耗粉サイズ・形状、潤滑液への溶出成分等を評価します
研究成果
人工関節のin vitroおよびin vivoにおける摩耗粉特性評価法の開発
人工股関節部材の表面処理による耐摩耗性の向上
潤滑液成分の股関節摩耗特性への影響 NEW
人工骨材料の生体模擬環境下における疲労、強度、耐衝撃特性評価
イメージ 生体模擬環境下において使用部位の負荷状態を考慮し、HAp-TCP 多孔材の疲労特性に及ぼす試験環境の影響を明らかにしました。 疲労特性の他、圧縮・曲げ・引張強度、落錘方式による耐衝撃性等も評価)しました
研究成果
多孔質セラミックスの各種環境下における強度評価
主な使用装置
環境槽付き機械特性評価試験機, 落錘方式による耐衝撃性試験装置

インプラント材料の生体活性評価
イメージ 動物実験によらず、ヒト血漿とほぼ等しい無機イオン濃度をもつ擬似体液を用いたin vitro試験により、材料の生体活性を評価しました。生体活性の高い材料表面程、短時間でHApが生成します。
他に、マイクロX線CTを用いて多孔質材料内での新生骨の形成を三次元的に評価する技術も開発しました
研究成果
改良擬似体液を用いた生体用セラミックスの生体活性評価法の開発
模擬体液の調整法とアパタイト形成能の評価方法
主な使用装置
擬似体液調製装置, 走査型電子顕微鏡, FT−IR
生体用ファインセラミックスの標準化
開発した評価技術は、国際標準化機構ISO/TC150(外科用インプラント)において、国内関係機関と連携を取りながら規格化しています。現在、疑似体液を用いた材料のin vitroアパタイト形成能(≒生体活性)規格、生体用セラミックス材料規格への疲労特性の追加等のISO標準化を推進しています。
その結果、生体インプラント用のアルミナ材料とジルコニア材料の具有すべき特性値とその測定方法を定める内容の2つのISO規格に、疲労特性の評価方法とその特性値の提案が採用されました。アパタイト形成能に関する規格化は、JFCCがプロジェクトリーダーとなりISO/TC150/SC1(材料)で進めています
研究成果
生体用セラミックスの機械特性および生体活性評価技術の開発

生体にやさしい人工骨材料の開発
イメージ ナノサイズの酸化チタンを高密度ポリエチレン中に均一に分散させた無機−有機複合体を作製することにより、これまでに例のない、生体活性(骨と自然に結合する性質)と生体骨と同等の力学的特性を有する、生体になじみやすい人工骨の作製に成功しました
研究成果
生体親和性を有する人工骨材料 NEW
3次元CTによる内部構造解析技術
イメージ 物体を非破壊で断面の観察・計測が高分解能で測定できます。一度に100枚程のCT像が得られ、多数のCT像から3次元構築できます。3次元データから求める【X線CT3次元内部構造解析】を開発し、多孔質材料等の内部構造を3次元解析できます
研究成果
高分解能CTによる多孔質材料の微視的構造解析技術
主な使用装置
マイクロフォーカスX線透視システム, 高分解能X線CT装置(BIR製 ACTIS3+ 仕様)

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