【特集】バイオマテリアルの高機能化技術最前線
─ 生体組織/生体材料の異方性制御から考える─
Modern Trend of Functionalization of Biomaterials
based on Anisotropic Control of Biological Tissues and Materials

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特集にあたって
Preface

中野貴由(大阪大学 大学院 工学研究科 マテリアル生産科学専攻 生体材料学領域 教授
/大阪大学 臨床医工学研究教育センター 教授)

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メタルバイオマテリアルの高機能化と異方性
High Functionality and Anisotropy of Metallic Biomaterials

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新家光雄(東北大学　金属材料研究所　生体材料学研究部門　教授;所長)

　インプラントと骨との弾性率差により引き起こされる骨吸収などを抑制するために開発
されているTNTZ などの低弾性率生体用β型チタン合金は,弾性率を中心とした力学的
生体適合機能性への異方性が強く,その高度力学的生体機能化には異方性を有効に利用す
ることが重要である。

【目次】
1.はじめに
2.力学的性質と格子歪
3.弾性率
4.熱膨張
5.高耐久機能化
6.おわりに

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人工骨用リン酸カルシウム系材料の形態制御
Morphology Control of Calcium Phosphate-based Materials for Artifi cial Bone

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横井太史(東北大学 大学院　環境科学研究科　助教)
上高原理暢(東北大学 大学院　環境科学研究科　准教授)
大槻主税(名古屋大学 大学院　工学研究科　結晶材料工学専攻　教授)

リン酸カルシウム系化合物は,骨と直接結合する特異な性質を有するため,骨の欠損を
充填するための材料(人工骨)として用いられている。リン酸カルシウム結晶の形態は,
その生理学的な性質を支配する重要な因子である。本稿では,高機能な人工骨の創製に繋
がるリン酸カルシウム結晶の形態制御について紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.柱状ヒドロキシアパタイト
3.板状ヒドロキシアパタイト
4.形態制御型リン酸カルシウム顆粒
5.おわりに

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高分子配列制御による金属表面高機能化
Functionalization of Metal Surfaces with Control of Polymer Confi guration

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塙　隆夫(東京医科歯科大学　生体材料工学研究所　教授)

　金属材料は体内埋入部材(インプラント)の大半に使用され,医療において重要な地位
を占める。しかし,体内には存在しない人工材料であるが故に生体機能を持たない。機能
性高分子を金属表面に配列を制御し耐久性を持たせて固定化することで,バイオフィルム
形成抑制,血栓形成抑制,骨形成促進,軟組織接着などの機能を金属表面に創ることがで
きる。

【目次】
1.はじめに
2.医療用金属材料の表面処理
3.生体分子・生体機能分子の固定化
4.電着による金属材料表面へのPEG の固定化
5.NH2‒PEG‒NH2 を電着した金属表面の生体機能性評価
6.骨形成促進のためのペプチドの配列固定
7.再生医療への応用
8.おわりに

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光反応性MPC ポリマーによるマテリアル表面機能化
Surface Modifi cation of Various Materials Using Photoreactive MPC Polymer

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深澤今日子(東京大学 大学院　工学系研究科　学術支援職員)
石原一彦(東京大学 大学院　工学系研究科　教授)

材料表面へのタンパク質の吸着は医療・食品・環境・エネルギーといった様々な分野で
問題となっている。本稿ではあらゆる材料表面のタンパク質汚れを解決する,光反応性
MPC ポリマーを用いた“早い・簡単・安定”表面処理を紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.表面処理に用いられるMPC ポリマー
3.光反応の特徴
4.光反応性リン脂質ポリマーによる表面処理
5.表面ぬれ性の評価
6.生体成分の付着性評価
7.おわりに

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セラミックスコーティングによる金属系バイオマテリアル表面の高機能化
Fabrication of Functional Surface on Metallic Biomaterials using Ceramic Coating

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成島尚之(東北大学大学院　工学研究科　材料システム工学専攻　教授)
上田恭介(東北大学大学院　工学研究科　材料システム工学専攻　助教)
佐渡翔太(東北大学大学院　工学研究科　材料システム工学専攻)

　生体機能性を有するセラミックスを利用した界面層構築は生体材料,特に金属材料の生
体適合性向上のための有力な手法である。本稿ではチタン上へのRF マグネトロンスパッ
タリング法による非晶質リン酸カルシウムコーティング膜および二段階酸化法によるアナ
ターゼ皮膜作製に関するプロセシングと生体応用のための評価を報告する。

【目次】
1.はじめに
2.気相成長法によるリン酸カルシウムコーティング
2.1　ACP コーティング膜の作製
2.2　ACP コーティング膜の生体内評価
2.3　ACP コーティング膜への元素添加
3.熱酸化法によるTiO2 コーティング
3.1　二段階熱酸化法によるアナターゼ皮膜形成
3.2　アナターゼ含有皮膜の光触媒活性評価
4.まとめ

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生体骨異方性に基づくバイオマテリアルの高機能化
Fabrication of Functional Biomaterials based on Bone Tissue Anisotropy

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松垣あいら(大阪大学 大学院　工学研究科　マテリアル生産科学専攻　特任研究員)
中野貴由(大阪大学 大学院　工学研究科　マテリアル生産科学専攻　/
生体材料学領域;臨床医工学研究教育センター　教授)

　生体骨異方性構造は,骨力学機能を支配する重要な骨質指標であり,生体内外の環境因
子と骨系細胞との相互作用により制御・構築される。本稿では,細胞周囲環境を利用した
細胞形態・配列制御による異方性骨組織の構築,さらには細胞形態制御を利用したバイオ
マテリアルの高機能化による既存骨・再生骨の骨質健全化への取り組みについて紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.再生骨におけるアパタイト配向性と力学機能の相関性
3.骨芽細胞配列制御による異方性骨微細構造構築
3.1　材料表面形状と細胞との相互作用
3.2　応力・ひずみ環境と細胞との相互作用
3.3　材料表面性状と細胞との相互作用
4.異方性溝導入型人工関節による高配向化骨形成
5.おわりに

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核酸の主鎖構造に倣ったポリマーバイオマテリアル
Polymeric Biomaterials Designed by Mimicking of a Nucleic Acid Backbone

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岩﨑泰彦(関西大学　化学生命工学部　教授)

本稿では,核酸の主鎖構造をまねて設計されたポリリン酸エステルの合成および基礎物
性について解説するとともに,酵素に応答する薬物輸送担体,骨芽細胞の働きを亢進する
マトリクス素材,低分子骨治療薬と同様な性質をもつカルシウム結合性ポリマーなど,ポ
リリン酸エステルの構造的特長を活かしたバイオマテリアルについて紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.ポリリン酸エステルの制御合成
2.1　ポリリン酸エステルの合成
2.2　ポリリン酸エステルのトポロジー制御
3.ポリリン酸エステルの特徴
4.バイオマテリアル応用
4.1　デリバリー担体
4.2　骨指向性ポリリン酸エステルの合成
5.まとめ

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積層造形法を用いた材質・構造設計による人工関節の高機能化
High Functionality of Artifi cial Joints by Material and Structural Design
using Electron Beam Melting Method

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福田英次(ナカシマメディカル㈱　開発部　開発グループ　主任)
西村直之(ナカシマメディカル㈱　開発部　開発グループ　課長)
中川誠治(ナカシマメディカル㈱　開発部　部長)
中野貴由(大阪大学 大学院　工学研究科　マテリアル生産科学専攻　生体材料学領域
臨床医工学研究教育センター　教授)
中島義雄(ナカシマメディカル㈱　代表取締役社長)

著者らは,金属積層造形技術を活用した材質・構造設計による人工関節の高機能化を目
指している。本稿では,人工関節の形状カスタマイズ,表面構造制御,パウダー/ソリッ
ド複合構造体による人工関節の骨類似機能化,マルチスケール階層構造からなる生体骨類
似機能型人工股関節の開発および生体為害性を示さないチタン合金の積層造形法の確立に
ついて紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.金属積層造形法による構造制御した人工関節の開発
2.1　人工関節の形状カスタマイズ
2.2　人工関節の表面構造制御
2.3　パウダー/ソリッド複合構造体による人工関節の骨類似機能化
2.4　マルチスケール階層構造からなる生体骨類似機能型人工股関節
3.生体為害性を示さないチタン合金の積層造形法の確立
4.おわりに

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Material Report -R&D-

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有機系の相変化型光記録材料の開発
Phase-Change Organic Materials for Optical Recording

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木原秀元(()独産業技術総合研究所　ナノシステム研究部門　スマートマテリアルグループ　
研究グループ長)

　室温で安定な2 つの相(結晶相とアモルファス固体相)を取り得る単一の有機化合物を
開発した。この2 つの相は光と熱の作用により可逆的に相変化するので,本化合物は書き
換え可能な光記録材料への応用が期待できる。ここでは,この化合物の相変化のメカニズ
ムと光記録材料を指向した簡単な光パターニングについて解説する。

【目次】
1.はじめに
2.アントラセン誘導体の相変化メカニズム
3.アントラセン誘導体を用いた光パターニング
4.二官能性アントラセン誘導体を用いた多諧調を有する光パターニング
5.おわりに

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マスターズ・カフェ　第2回


浅原和人　NPO 法人テクノメイトコープ　理事;元・不二製油㈱　会長

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