酵素重合法を用いた機能性有機・無機複合材料の作製

生体骨の主成分である水酸アパタイト(HAp)を利用した代替骨の開発が盛んに行われているが、人工HApは生体骨と比較して硬く脆いという性質を有するため、単独では荷重部位への応用が困難である。そこで、代替骨材料の開発を目的に、HApと生分解性高分子との複合化、具体的にはポリ乳酸(PLLA)とポリグリコール酸(PGA)、ポリカプロラクトン(PCL)の共重合体を複合化させることで、機械的強度の改善を試みた。複合体中の生分解性高分子の組成比を変化させ、複合材料に及ぼす力学的特性への影響を検討し、生体適合性の評価を行った。各ホモポリマーとHApの複合体の曲げ強度は、PGA/HAp、PLLA/HAp、PCL/HApでそれぞれ91MPa、50MPa、44MPaとなり、HAp多孔体よりも優れた値を示した。PGA-PLLA共重合体∠HAp複合体の曲げ強度はどの共重合比の場合も、PLLA/HApよりも優れた値となり、一方、PLLA-PCL/HApではHAp多孔体と同程度の値となった。また、破壊靱性値はいずれの複合体でも、0.24MPam^1/2以上となり、HAp多孔体単独(破壊靱性値;0.20MPam^1/2)より優れた値を示した。PLLAと共重合させるPGA成分が増加するにつれて、曲げ強度、破壊靱性値が向上し、PCL成分が増加することで強度が低下する傾向が見られた。以上のように共重合体中の構成成分を変化させることで、力学的特性を制御できることがわかった。分子量をさらに増加させることで、より高強度な複合体の作製が期待できる。作製した複合体の生体適合性評価を骨芽細胞様細胞MC3T3-Elの初期接着率より評価した結果、PGA/HAp以外の複合体では、HAp緻密体と比較して同程度以上の初期接着率を示した。PLLA-PGA共重合体/HApにおいてはPLLA成分が増加するにつれて、PLLA-PCL/HApにおいてはPCL成分が増加するにつれて、接着率が増加した。細胞の蛍光顕微鏡観察の結果、順調に増殖しており、複合体の良好な生体適合性が確認された。

生体骨の主成分である水酸アパタイト(HAp)を利用した代替骨の開発が盛んに行われているが、人工HApは生体骨と比較して硬く脆いという性質を有するため、単独では荷重部位への応用が困難である。そこで、代替骨材料の開発を目的に、HApと生分解性高分子との複合化、具体的にはポリ乳酸(PLLA)とポリグリコール酸(PGA)、ポリカプロラクトン(PCL)の共重合体を複合化させることで、機械的強度の改善を試みた。複合体中の生分解性高分子の組成比を変化させ、複合材料に及ぼす力学的特性への影響を検討し、生体適合性の評価を行った。各ホモポリマーとHApの複合体の曲げ強度は、PGA/HAp、PLLA/HAp、PCL/HApでそれぞれ91MPa、50MPa、44MPaとなり、HAp多孔体よりも優れた値を示した。PGA-PLLA共重合体∠HAp複合体の曲げ強度はどの共重合比の場合も、PLLA/HApよりも優れた値となり、一方、PLLA-PCL/HApではHAp多孔体と同程度の値となった。また、破壊靱性値はいずれの複合体でも、0.24MPam^1/2以上となり、HAp多孔体単独(破壊靱性値;0.20MPam^1/2)より優れた値を示した。PLLAと共重合させるPGA成分が増加するにつれて、曲げ強度、破壊靱性値が向上し、PCL成分が増加することで強度が低下する傾向が見られた。以上のように共重合体中の構成成分を変化させることで、力学的特性を制御できることがわかった。分子量をさらに増加させることで、より高強度な複合体の作製が期待できる。作製した複合体の生体適合性評価を骨芽細胞様細胞MC3T3-Elの初期接着率より評価した結果、PGA/HAp以外の複合体では、HAp緻密体と比較して同程度以上の初期接着率を示した。PLLA-PGA共重合体/HApにおいてはPLLA成分が増加するにつれて、PLLA-PCL/HApにおいてはPCL成分が増加するにつれて、接着率が増加した。細胞の蛍光顕微鏡観察の結果、順調に増殖しており、複合体の良好な生体適合性が確認された。