マテリアル インテグレーション 2005年6月号
特集　バイオセラミックス

巻頭言
バイオセラミックス特集にあたって
独立行政法人物質・材料研究機構生体材料研究センター　主任研究員　菊池　正紀
筆者が初めてバイオセラミックスという言葉を目にしたのは,今から二十余年前,まだ高校生になるかならないかの頃であった.ファインセラミックスという言葉が一般にも認知されはじめ,Newtonなどの一般科学雑誌でバイオセラミックスが大々的に取り上げられた時のことである.1969年のHenchによるBioglassの報告に始まり,青木らによるアパタイトセラミックスの研究を嚆矢とする生体活性セラミックスの研究が盛んになったのが1970年代,ペンタックス(当時旭光学)が日本初のアパタイト補填材料を上市したのが1985年であるから,ちょうどアパタイトセラミックスが実用化目前で「生体組織と一体化する夢の材料」として注目されていた時期と一致する.当時,一般人に目に触れるバイオセラミックスと言えば,ほとんどがアパタイトとアルミナであった.アパタイトは,上述の通り骨に直接結合する生体活性セラミックスで,アルミナは,生体と全く反応しない生体不活性セラミックスである.小久保らは,生体活性セラミックスを「生体内で材料表面に骨の中と同じ大きさのアパタイト微結晶が析出し,それを介して骨と直接結合するセラミックス」と定義しているが,その後の研究の発展は,この言葉の定義を越えて,まさに「生体活性」と言える材料を生み出してきている.
硬いセラミックスの応用では王道とも言える人工骨材料では,ペースト状の材料や,骨に良く似た硬くて軟らかい材料,骨の再生を助ける薬理機能を持った材料など,これまでにない機能性の高い材料が開発されているし,生体の持つ自己治癒能力を利用した「再生医療」に対応するための,生体吸収性セラミックスあるいはセラミックス/ポリマー複合材料の研究開発も精力的に進められている.また,ドラッグデリバリーシステムのための薬剤担持材料,靱帯の再建を促進する材料,カテーテルの体への出入り口での細菌感染を押さえる材料など軟組織への応用も進んでいる.さらに生活に近いところでは,生体高分子に対する特異な吸着能を応用して,花粉症対策のマスクなどにアパタイトが使用されているし,最近のヒット家電の一つ,空気清浄機の抗菌消臭フィルター材料から,診断のためのバイオチップまで,バイオセラミックスの応用範囲は広がってきている.
今回,本誌の編集代表であられる一ノ瀬昇先生から,バイオセラミックス特集のお話をいただき,物質・材料研究機構の田中順三生体材料研究センター長および産業技術総合研究所の伊藤敦夫先生と共同で,執筆内容と執筆者を決定するにあたっては,電子セラミックスの研究者にも興味の持てるような話題を必ず含め,現在の最先端のバイオセラミックス研究を紹介すると共に,近隣国の現状も紹介することで,読者に興味を持っていただけるようにすることを心がけた.また,今回の特集と同様の企画が日本セラミックス協会発行の「セラミックス」でも持ち上がっているため,そちらと内容が重ならないように気を配った.本誌の読者には「セラミックス」も購読されている方が多いと思うので,今回の特集でバイオセラミックスの現状に興味を持たれた方は,是非あわせて読んで頂きたいと思う.
最後になりましたが,お忙しい中執筆をご快諾くださった執筆者の皆様には改めまして深く感謝いたします.

セラミック人工骨のニーズ---調査結果をふまえて---
■著者
社団法人日本ファインセラミックス協会　佐々木　博

■要約
我々は硬化時間,強度,安全性などを考慮しながら鋭意改良を進め,門間の基本組成にTeCPを加えた粉体と,コハク酸ナトリウム及びコンドロイチン硫酸ナトリウムを有効成分とする液体からなる骨ペースト(商品名「バイオペックス」)の開発に成功した.しかし,この製品は室温においては長期保存ができず冷蔵保管が要件であった.そこで,我々は更に開発を進め,生体に安全な安定化剤を微量添加して室温保存を可能にした改良品(商品名「バイオペックス--R」:2002年6月発売:以下ではBP-R)を上市するに至った .


バイオアクティブ骨ペーストの開発
■著者
ペンタックス(株)　ニューセラミックス事業部　平野　昌弘

■要約
本調査は平成13年度から16年度までの4年間,独立行政法人　新エネルギー・産業技術総合開発機構 (NEDO) からの委託研究「健康寿命延伸のための医療福祉機器高度化プログラム,身体機能代替・修復システムの開発」の中で「生体親和性材料の開発研究」として財団法人ファインセラミックスセンターが受託し,このうち,社団法人日本ファインセラミックス協会が調査研究として委員会を設置し,次世代セラミック人工骨の臨床現場におけるニーズや世界の技術動向・課題等の調査を受託したものである.


ヒト骨に類似した機械的強度を持つ人工骨--ナノチタニア/ポリエチレン複合体
■著者
財団法人ファインセラミックスセンター (JFCC) 材料技術研究所　橋本　雅美

■要約
本研究では,まずナノサイズのTiO\un{2}とHDPEを用いてHDPE/TiO\un{2}複合体の調製を試みた.次に,TiO\un{2}の充填量,TiO\un{2}のシラン処理および成形時のホットプレス圧力を変化させた場合に,複合体の機械的強度に与える影響を調べた.最後に,複合体の骨結合能の可能性を見るために,擬似体液中におけるアパタイト形成能を調べた結果について紹介する.


骨と直接結合させるための人工関節部材の表面処理技術
■著者
日本メディカルマテリアル株式会社・顧問　松下　富春　他

■要約
わが国は高齢化が進んでおり,国内で使用される医療機器は増加傾向にある.金額的には約2兆円規模であり,その内40\%以上が輸入品である.一方,整形外科分野の国内市場は約1400億円/年の規模に達しているが,国産メーカーの市場シェアは10年前とほぼ同じ20\%程度で,海外メーカー依存の状態にある.最近は国産メーカーが医師と共同で研究開発・臨床試験に取組んで,海外製品に劣らないインプラントが開発されて臨床使用されるに至っている.人工関節の臨床使用においてはインプラントのデザイン,材料,骨との固定法,摩耗粉,折損などが問題になる.本稿では金属系材料やバイオイナートなセラミックスを骨と固定するための表面処理法に焦点をあてて技術の現状を紹介する.


生体組織に働きかけるタンパク担持アパタイト
■著者
(独)産業技術総合研究所　ナノテクノロジー研究部門・研究員　大矢根　綾子　他

■要約
基材となる人工材料,生理活性タンパク質,及びリン酸カルシウム過飽和溶液を適切に組み合わせることによって,使用目的にかなった機能や物性を有する生体材料を開発できる可能性がある.以下に,基材となる人工材料別に,タンパク担持アパタイトによる新規生体材料の開発に向けた試みを紹介する.


リン酸カルシウム手術中に移植腱に複合化する新しい膝靭帯再建術---リハビリとスポーツ復帰の短縮を目指して
■著者
筑波大学大学院人間総合科学研究科　先端応用医学専攻(整形外科)　坂根　正孝　他

■要約
1998年,Taguchiらが人工材料をカルシウム溶液とリン酸溶液に交互に浸漬させることにより,材料表面・内部にハイドロキシアパタイトを析出させる,交互浸漬法を報告した.われわれは1999年よりこの方法を生体軟組織に応用し,骨--靭帯付着部の手術後早期固定性向上を図って基礎実験を重ね,2003年1月より臨床応用している.本論文では,交互浸漬法の概要と固着メカニズムの詳細,また臨床応用の実際について述べる.


DLC抗血栓性皮膜:長期間使用できる人工心臓のために
■著者
東京電機大学理工学部電子情報工学科　平栗　健二　他

■要約
炭素系材料の1つであるダイヤモンド状炭素膜は,ダイヤモンドと類似し,高硬度,耐腐食性,耐磨耗性等に優れた特性を有している.また,低温プロセスによる成膜のため,生体材料として汎用性の高い高分子材料極表面への成膜が可能であり,既存の材料の特性を損なうことなく,DLC膜の特性をそのまま付加することが可能である.これまでDLC膜は,主に機械的磨耗低下保護用のコーティング材として考えられてきたが,炭素を主成分とするため生体との親和性にも優れ,生体材料としての新たな応用性が検討されている.しかし,実際に生体材料へ応用する場合,その使用用途に応じた複合的な要求を満たさなければならない.
本研究では,人工心臓システムの開発において,依然として問題視されている血液適合性やシステムの安全性の改善を目的として,人工心臓へのDLC膜の応用を検討した.


生体接着性と抗菌性を発現する新規なカテーテル複合材料
■著者
国立循環器病センター研究所先進医工学センター　生体工学部　室長　古薗　勉　他

■要約
我々はカテーテル感染を低減できる新規材料の開発を進めている.ここでは我々が現在取り組んでいる新しいカテーテル材料,すなわち生体接着性と抗菌性の両方を発現する酸化チタン粒子・シリコーン複合体の開発について述べる.


半導体技術を用いたバイオチップ
■著者
物質・材料研究機構　生体材料研究センター　宮原　裕二

■要約
本稿では,半導体技術のバイオチップへの応用例として,遺伝子解析用電気泳動チップ及びDNAチップについて紹介する.また,特徴的なナノ構造と生体分子の特異的反応を組み合わせたDNA/蛋白質検出技術について最近の動向を紹介する.


Artificial Tooth Root Development in Korea
■著者
Institute of Physics & Applied Physics, and Yonsei Center for Nano Technology, Yonsei University　In-Seop Lee

■要約
Teeth must be managed carefully since they are the most useful tools for intake of food to sustain life. In comparing teeth to other living tissue they can be easily lost, and once lost the results can affect the physical and mental states of human being. The cause of tooth loss is
diversified, such as periodontal disease, unexpected accident, caries and weakness of tooth with aging. Since the loss of permanent teeth cannot be regenerated naturally, surgical operations such as tooth implants, bridges, or dentures are needed. Restoration of a lost tooth
can not only provide the functional and aesthetic needs for patients, but also protect patients from physiological damage .


連載
近代日本のセラミックス産業と科学・技術の発展に尽力した偉人,怪人,異能,努力の人々(19)哲学者,宗教者,技術者の信念を持ち,ガラスの研究に尽力された森谷太郎東京工業大学教授,東京理科大学教授
■著者
宗宮　重行


連載
第2次世界大戦後の日本のセラミックス科学の発達に友好や親善に尽力した世界の大学教授 (16) 実験を確実にし,一歩一歩研究を進めて行く型で多数の酸化物系の状態図,特に酸化物が酸素分圧により原子価が変化する例えばFe++,Fe+++などを含有する系の状態図を作成して多大の貢献をし,これに掛図用のCaO-Al2O3-SiO2系状態図などの大型図面を作成し,月の石の相平衡的研究したアメリカペンシルバニア州立大学　Arnulf Muan教授
■著者
宗宮　重行