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特集:生体セラミックスのコーティング技術
Coating Technologies of Biological Ceramics
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はじめに
Introduction
--------------------------------------------------------------------------------
大串始((独)産業技術総合研究所)
--------------------------------------------------------------------------------
プラズマ溶射法による結晶配向性アパタイトコーティング
Crystalline‒oriented Hydroxyapatite Coating using Plasma Spraying Method
--------------------------------------------------------------------------------
稲垣雅彦((独)産業技術総合研究所)
亀山哲也((独)産業技術総合研究所;名古屋工業大学連携大学院)
本稿では人工骨,人工関節や人工歯根などの生体インプラントに利用されている水酸アパタイトの結晶配向性制御技術について,最近の研究動向について紹介する。熱プラズマ溶射法による水酸アパタイトコーティング技術を利用した,結晶配向性アパタイトコーティングの形成手法について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.プラズマ溶射法による生体セラミックスのコーティング技術
3.プラズマ溶射による水酸アパタイトコーティングの配向性制御
4.おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
チタン合金の表面改質
Surface Modification of New Titanium Alloys
--------------------------------------------------------------------------------
春日敏宏(名古屋工業大学)
新家光雄(東北大学)
Ti‒29Nb‒13Ta‒4.6Zr(TNTZ)は生体材料として開発されたβ型チタン合金であり,その力学的性質と高い生体親和性で注目されている。ただし,人工股関節ステムなどに用いる場合など,生体活性(骨との化学的結合)や,非常に高い耐摩耗性など要求されることも多い。本稿では,TNTZ 用として開発した生体活性結晶化ガラスコーティングや,酸化または窒化処理による耐摩耗性向上を中心に紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.TNTZ 表面の生体活性化
2.1 生体活性結晶化ガラスのコーティング
2.2 アパタイト(HA)コーティング
3.耐食性および耐摩耗性向上のための表面改質
4.おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
擬似体液を用いた人工材料へのアパタイトコーティング
Apatite Coating on Artificial Materials by utilizing Simulated Body Fluid
--------------------------------------------------------------------------------
川下将一(京都大学)
高岡義寛(京都大学)
ヒトの体液とほぼ等しい無機イオン濃度を有する擬似体液(SBF)は,アパタイトの構成成分であるカルシウムとリンを多量に含み,アパタイトに対してすでに過飽和な状態にあるので,人工材料表面にアパタイト形成能を付与し,これをSBF に浸漬すれば生体セラミックス(すなわち骨類似アパタイト)をコーティングできると期待される。本稿では,SBF を用いた生体セラミックスのコーティング技術をいくつか紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.アパタイト形成に有効な官能基
3.ガラス粒子を用いた有機高分子へのアパタイトコーティング
4.生体活性層をゾル‒ゲルコーティングした有機高分子の骨類似アパタイト形成
5.クラスターイオンビームを照射した有機高分子の骨類似アパタイト形成
6.電着によるチタン金属へのアパタイトコーティング
7.アルカリおよび加熱処理によるチタン金属へのアパタイト形成能付与
8.おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
バイオミネラリゼーションによるアパタイトコーティング
Biomineralization Approach for Apatite Coating
--------------------------------------------------------------------------------
渡邉順司(大阪大学)
明石 満(大阪大学)
ハイドロキシアパタイト(HAp)は,われわれの歯や骨の主要構成成分であり,有機材料と複合化させることにより高性能バイオマテリアルとしての応用が期待される。われわれは,HAp を構成するイオンが有機材料中において効率よく拡散・浸透できる調製法を新たに見いだした。本稿では高効率のHAp コーティング技術について,そのバイオ機能とともに紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.交互浸漬法の改良によるHAp コーティング
3.電気化学的アプローチによるゲルのHAp コーティング
4.HAp コーティングされた材料の生体内での挙動
5.おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
ナノアパタイト単結晶体コーティング
Nano‒apatite Monocrystal Coating
--------------------------------------------------------------------------------
古薗勉(国立循環器病センター研究所;(独)科学技術振興機構)
岡田正弘(国立循環器病センター研究所)
小粥康充(国立循環器病センター研究所;(独)科学技術振興機構)
アパタイトコーティングおよび複合化に関して,多種多様な方法が確立されている。それらの中にはバイオセラミックスが元来有する硬い・もろいという欠点を補い,材料の生体親和性,特に硬組織適合性を機械的にも生物学的にも向上させる目的として考案された方法もある。われわれは,軟組織適合性という切り口から新しいナノアパタイト単結晶体コーティング法(ソフトナノセラミック・プロセッシング)を開発した。ここでは,その概念,コーティング方法および材料特性について解説する。
【目次】
1.はじめに
2.高分散性ナノアパタイト単結晶体の調製
3.ナノアパタイト単結晶体のコーティング法
4.コーティング材料の特性
5.おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
細胞が産生するアパタイトを含む骨基質による生物コーティング
Biological Coating with Bone Matrix produced by Osteoblasts
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寿典子((独)産業技術総合研究所)
大串始((独)産業技術総合研究所)
本特集では,セラミックスのコーティングが物理,化学,そして生物コーティングに大きく分類されている。本稿で述べる生物コーティングとは,細胞やその産生物質によって表面を被覆することを指し,単に無機成分であるアパタイトを材料表面にコーティングするのではなく,生体内での骨形成を模したようにコラーゲンやオステオカルシンなどの有機成分もあわせてコーティングできる。われわれはこれら生物コーティングの利点を生かして,セラミックス上に細胞と細胞が産生する骨基質をコーティングし,再生培養骨を作製している。その作製方法と臨床応用についてここに紹介する。
【目次】
1.細胞からのin vitro骨基質産生
2.生体セラミックスのin vitro生物コーティング
3.生物コーティングされたセラミックスのin vivo骨形成
4.生物コーティングセラミックスの臨床応用
5.細胞による骨基質コーティングセラミックスを用いた再生医療
6.おわりに
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生物コーティングの評価法
Evaluation Technology of Biological Coating
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廣瀬志弘((独)産業技術総合研究所)
前田雅彦((独)産業技術総合研究所)
大串始((独)産業技術総合研究所)
間葉系幹細胞を利用した再生治療が臨床応用され始めている。骨の再生医療において,われわれは,患者骨髄に由来する間葉系幹細胞を骨芽細胞へと分化させ,その骨芽細胞と骨芽細胞が産生する骨基質を生体セラミックスに生物コーティングすることにより作製した再生培養組織を用いた臨床応用研究を展開している。再生培養骨組織の有効性を担保するのに重要と考えられるのは,間葉系幹細胞による骨基質コーティング能である。本稿では,骨の再生医療の早期実用化を指向した,非侵襲的な骨基質定量法の開発ならびにその国際標準規格化に向けた取り組みを紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.間葉系幹細胞を用いた再生培養骨組織の作製
3.再生培養骨組織の骨基質定量
4.蛍光色素を用いた骨基質量の非侵襲的定量評価
5.蛍光色素を用いた骨基質定量法の国際標準規格化に向けた取り組み
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Material Report
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R&D
高分子表面のパターニング技術とスフェロイドアレイ
Spheroid Array formed on a Micropatterned Polymer‒Brush Surface
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大塚英典(東京理科大学)
里見智美(東京理科大学;東京大学)
山本雅(東京理科大学)
中曽根祐一(東京理科大学)
本稿では,高分子表面の精密制御法と半導体分野の微細加工技術を用いて,細胞を培養する環境を制御する手法について紹介する。特に,生体内臓器を擬似再現した異種細胞系のスフェロイドアレイを構築した。本アレイは薬物スクリーニング,薬物耐性の発現過程,DDS における組織反応のメカニズムなどでみられる生物学的反応について新しい知見を得るツールを提供できるのみならず,組織工学において有用技術となることが期待できる。
【目次】
1.はじめに
2.細胞のパターン化培養を可能とする材料基板
3.3 次元培養
4.研究方法
4.1 肝細胞スフェロイドマイクロアレイ培養床のマイクロパターン形状が培養に与える影響
4.2 移植不適合検体より採取したヒト肝実質細胞を用いた肝細胞スフェロイドマイクロアレイの調製
5.研究結果
5.1 肝細胞スフェロイドマイクロアレイ培養床のマイクロパターン形状が培養に与える影響
5.2 移植不適合検体より採取したヒト肝実質細胞を用いた肝細胞スフェロイドマイクロアレイの調製
6.おわりに
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連載 SPring-8の産業利用(16)
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X 線磁気円二色性によるナノ構造磁性体の評価
Element‒specific and Microscopic Characterization of Nanostructured Magnets using X‒ray Magnetic Circular Dichroism Measurements
--------------------------------------------------------------------------------
鈴木基寛(㈶高輝度光科学研究センター)
【目次】
1.はじめに
2.X 線磁気円二色性とは
2.1 何がわかるか
2.2 原理
2.3 硬X線と軟X線MCD
3.ビームライン・実験装置
4.XMCD 研究の例
4.1 Co 上に成膜された極薄Pt 膜中の磁気モーメント分布
4.2 FIB パターニングによるCoPt ドットの磁性変化
4.3 軟X線MCDによる研究
5.今後の展望とまとめ
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機能材料マーケットデータ
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高吸水性樹脂の市場動向
【目次】
1.概要
2.用途分野
3.需要動向
3.1 高吸水性樹脂の出荷量推移
3.2 紙おむつの国内生産動向
4.企業動向
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Coating Technologies of Biological Ceramics
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はじめに
Introduction
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大串始((独)産業技術総合研究所)
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プラズマ溶射法による結晶配向性アパタイトコーティング
Crystalline‒oriented Hydroxyapatite Coating using Plasma Spraying Method
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稲垣雅彦((独)産業技術総合研究所)
亀山哲也((独)産業技術総合研究所;名古屋工業大学連携大学院)
本稿では人工骨,人工関節や人工歯根などの生体インプラントに利用されている水酸アパタイトの結晶配向性制御技術について,最近の研究動向について紹介する。熱プラズマ溶射法による水酸アパタイトコーティング技術を利用した,結晶配向性アパタイトコーティングの形成手法について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.プラズマ溶射法による生体セラミックスのコーティング技術
3.プラズマ溶射による水酸アパタイトコーティングの配向性制御
4.おわりに
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チタン合金の表面改質
Surface Modification of New Titanium Alloys
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春日敏宏(名古屋工業大学)
新家光雄(東北大学)
Ti‒29Nb‒13Ta‒4.6Zr(TNTZ)は生体材料として開発されたβ型チタン合金であり,その力学的性質と高い生体親和性で注目されている。ただし,人工股関節ステムなどに用いる場合など,生体活性(骨との化学的結合)や,非常に高い耐摩耗性など要求されることも多い。本稿では,TNTZ 用として開発した生体活性結晶化ガラスコーティングや,酸化または窒化処理による耐摩耗性向上を中心に紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.TNTZ 表面の生体活性化
2.1 生体活性結晶化ガラスのコーティング
2.2 アパタイト(HA)コーティング
3.耐食性および耐摩耗性向上のための表面改質
4.おわりに
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擬似体液を用いた人工材料へのアパタイトコーティング
Apatite Coating on Artificial Materials by utilizing Simulated Body Fluid
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川下将一(京都大学)
高岡義寛(京都大学)
ヒトの体液とほぼ等しい無機イオン濃度を有する擬似体液(SBF)は,アパタイトの構成成分であるカルシウムとリンを多量に含み,アパタイトに対してすでに過飽和な状態にあるので,人工材料表面にアパタイト形成能を付与し,これをSBF に浸漬すれば生体セラミックス(すなわち骨類似アパタイト)をコーティングできると期待される。本稿では,SBF を用いた生体セラミックスのコーティング技術をいくつか紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.アパタイト形成に有効な官能基
3.ガラス粒子を用いた有機高分子へのアパタイトコーティング
4.生体活性層をゾル‒ゲルコーティングした有機高分子の骨類似アパタイト形成
5.クラスターイオンビームを照射した有機高分子の骨類似アパタイト形成
6.電着によるチタン金属へのアパタイトコーティング
7.アルカリおよび加熱処理によるチタン金属へのアパタイト形成能付与
8.おわりに
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バイオミネラリゼーションによるアパタイトコーティング
Biomineralization Approach for Apatite Coating
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渡邉順司(大阪大学)
明石 満(大阪大学)
ハイドロキシアパタイト(HAp)は,われわれの歯や骨の主要構成成分であり,有機材料と複合化させることにより高性能バイオマテリアルとしての応用が期待される。われわれは,HAp を構成するイオンが有機材料中において効率よく拡散・浸透できる調製法を新たに見いだした。本稿では高効率のHAp コーティング技術について,そのバイオ機能とともに紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.交互浸漬法の改良によるHAp コーティング
3.電気化学的アプローチによるゲルのHAp コーティング
4.HAp コーティングされた材料の生体内での挙動
5.おわりに
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ナノアパタイト単結晶体コーティング
Nano‒apatite Monocrystal Coating
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古薗勉(国立循環器病センター研究所;(独)科学技術振興機構)
岡田正弘(国立循環器病センター研究所)
小粥康充(国立循環器病センター研究所;(独)科学技術振興機構)
アパタイトコーティングおよび複合化に関して,多種多様な方法が確立されている。それらの中にはバイオセラミックスが元来有する硬い・もろいという欠点を補い,材料の生体親和性,特に硬組織適合性を機械的にも生物学的にも向上させる目的として考案された方法もある。われわれは,軟組織適合性という切り口から新しいナノアパタイト単結晶体コーティング法(ソフトナノセラミック・プロセッシング)を開発した。ここでは,その概念,コーティング方法および材料特性について解説する。
【目次】
1.はじめに
2.高分散性ナノアパタイト単結晶体の調製
3.ナノアパタイト単結晶体のコーティング法
4.コーティング材料の特性
5.おわりに
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細胞が産生するアパタイトを含む骨基質による生物コーティング
Biological Coating with Bone Matrix produced by Osteoblasts
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寿典子((独)産業技術総合研究所)
大串始((独)産業技術総合研究所)
本特集では,セラミックスのコーティングが物理,化学,そして生物コーティングに大きく分類されている。本稿で述べる生物コーティングとは,細胞やその産生物質によって表面を被覆することを指し,単に無機成分であるアパタイトを材料表面にコーティングするのではなく,生体内での骨形成を模したようにコラーゲンやオステオカルシンなどの有機成分もあわせてコーティングできる。われわれはこれら生物コーティングの利点を生かして,セラミックス上に細胞と細胞が産生する骨基質をコーティングし,再生培養骨を作製している。その作製方法と臨床応用についてここに紹介する。
【目次】
1.細胞からのin vitro骨基質産生
2.生体セラミックスのin vitro生物コーティング
3.生物コーティングされたセラミックスのin vivo骨形成
4.生物コーティングセラミックスの臨床応用
5.細胞による骨基質コーティングセラミックスを用いた再生医療
6.おわりに
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生物コーティングの評価法
Evaluation Technology of Biological Coating
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廣瀬志弘((独)産業技術総合研究所)
前田雅彦((独)産業技術総合研究所)
大串始((独)産業技術総合研究所)
間葉系幹細胞を利用した再生治療が臨床応用され始めている。骨の再生医療において,われわれは,患者骨髄に由来する間葉系幹細胞を骨芽細胞へと分化させ,その骨芽細胞と骨芽細胞が産生する骨基質を生体セラミックスに生物コーティングすることにより作製した再生培養組織を用いた臨床応用研究を展開している。再生培養骨組織の有効性を担保するのに重要と考えられるのは,間葉系幹細胞による骨基質コーティング能である。本稿では,骨の再生医療の早期実用化を指向した,非侵襲的な骨基質定量法の開発ならびにその国際標準規格化に向けた取り組みを紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.間葉系幹細胞を用いた再生培養骨組織の作製
3.再生培養骨組織の骨基質定量
4.蛍光色素を用いた骨基質量の非侵襲的定量評価
5.蛍光色素を用いた骨基質定量法の国際標準規格化に向けた取り組み
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Material Report
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R&D
高分子表面のパターニング技術とスフェロイドアレイ
Spheroid Array formed on a Micropatterned Polymer‒Brush Surface
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大塚英典(東京理科大学)
里見智美(東京理科大学;東京大学)
山本雅(東京理科大学)
中曽根祐一(東京理科大学)
本稿では,高分子表面の精密制御法と半導体分野の微細加工技術を用いて,細胞を培養する環境を制御する手法について紹介する。特に,生体内臓器を擬似再現した異種細胞系のスフェロイドアレイを構築した。本アレイは薬物スクリーニング,薬物耐性の発現過程,DDS における組織反応のメカニズムなどでみられる生物学的反応について新しい知見を得るツールを提供できるのみならず,組織工学において有用技術となることが期待できる。
【目次】
1.はじめに
2.細胞のパターン化培養を可能とする材料基板
3.3 次元培養
4.研究方法
4.1 肝細胞スフェロイドマイクロアレイ培養床のマイクロパターン形状が培養に与える影響
4.2 移植不適合検体より採取したヒト肝実質細胞を用いた肝細胞スフェロイドマイクロアレイの調製
5.研究結果
5.1 肝細胞スフェロイドマイクロアレイ培養床のマイクロパターン形状が培養に与える影響
5.2 移植不適合検体より採取したヒト肝実質細胞を用いた肝細胞スフェロイドマイクロアレイの調製
6.おわりに
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連載 SPring-8の産業利用(16)
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X 線磁気円二色性によるナノ構造磁性体の評価
Element‒specific and Microscopic Characterization of Nanostructured Magnets using X‒ray Magnetic Circular Dichroism Measurements
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鈴木基寛(㈶高輝度光科学研究センター)
【目次】
1.はじめに
2.X 線磁気円二色性とは
2.1 何がわかるか
2.2 原理
2.3 硬X線と軟X線MCD
3.ビームライン・実験装置
4.XMCD 研究の例
4.1 Co 上に成膜された極薄Pt 膜中の磁気モーメント分布
4.2 FIB パターニングによるCoPt ドットの磁性変化
4.3 軟X線MCDによる研究
5.今後の展望とまとめ
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機能材料マーケットデータ
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高吸水性樹脂の市場動向
【目次】
1.概要
2.用途分野
3.需要動向
3.1 高吸水性樹脂の出荷量推移
3.2 紙おむつの国内生産動向
4.企業動向
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