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アパタイト系セラミックスの量子構造に基づく機能設計

基于磷灰石陶瓷量子结构的功能设计

基本信息

批准号：
18760506
负责人：
松永克志
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760506/
关键词：
バイオマテリアル第一原理計算格子欠陥結晶構造イオン交換

项目摘要

我が国の人口構造の少子高齢化に伴い,福祉や医療を支える生体・福祉材料の果たす役割が益々重要となってきた。なかでも,代表的な生体材料であるアパタイト(リン酸カルシウム)系セラミックスは,人骨と類似した化学組成を持つこと,生体内組織や骨と良好な親和性を有することなどから,人工骨・歯根や骨補填・修復材として期待され,さらなる特性向上を目指した材料開発や臨床実験が行われている。しかしながら、アパタイト系セラミックスの構造や物理的・化学的性質については依然不明な点が多く、さらなる高性能材料の開発を合理的かつ効率的に行うには、金属やセラミックス分野で近年盛んとなってきた電子・原子レベルの材料科学的観点を応用した研究を早急に進めていくことが望まれる。そこで本研究では、計算科学的手法を用いてアパタイト系セラミックスの構造と機能を理論的に解明することを目的とした。水酸アパタイトを主たる対象とし、結晶構造中の点欠陥形成エネルギー、プロトンの挙動などの定量的評価を行い、同物質の生体活性との相関を明らかにする。本年度は,水酸アパタイト中における点欠陥形成エネルギーの水素イオン濃度依存性について主に検討を行った。点欠陥計算に際しては、基礎的検討を終了しているスーパーセルを用い、そこにOH、O、H、Caなどの孤立点欠陥を導入し点欠陥周囲の緩和構造および全エネルギーを計算した。得られた全エネルギーの計算結果を基に、水酸アパタイト結晶と水酸アパタイト飽和水溶液間の固液化学平衡状態を仮定した熱力学解析を行い、各種点欠陥形成エネルギーのpH依存性を調べ、水酸アパタイトでの支配的点欠陥種を調べた。その結果、水溶液からアパタイト結晶へのプロトンの混入が重要であり、Ca置換もしくは格子間サイトでプロトンは安定に存在しうる。また固相アパタイトと化学平衡している水溶液pHにもプロトンの安定性は依存し、酸性側でプロトンがさらに安定化されるのにともない、Ca欠損量が増大することが判明した。これは従来の実験研究結果ともよく一致した傾向であり、本研究での計算解析手法の妥当性を示すとともに、アパタイトの非化学量論性の起源を説明するものであるといえる。

Our country's population structure means a low birthrate and a high mortality rate, and the welfare of the country's health and well-being is important. Nana, the representative Nana biomaterial series The chemical composition of human bone is similar to that of human bone, and the structure of human body is good.なcompatibility を有することなどから, artificial bone, root and bone filling, repair material としてphase To be used, the characteristics of the material are improved, and the material is opened and clinically tested.しかしながら、アパタイトセラミックスのstructure やphysical・chemical propertiesにつIt is still unclear how many points it is, and it is reasonable and efficient because it is a high-performance material.に行うには、metal やセラミックス分野で has become popular in recent years んとなってきたelectronics・atomic レThe point of view of ベルのmaterial science is that it is a research project that has been studied in a short time. The purpose of this study is to explain the purpose of this study using computational science techniques and the theory of structure and function of the system. Aqueous acid アパタイトを main たる対 resemble とし, the point in the crystal structure is formed エネルギー, プロトQuantitative evaluation of ンの挙挙挙などのquantitative evaluation, and を明らかにする related to the biological activity of the same substance. This year, the hydrochloric acid hydrochloric acid in the hydrochloric acid hydrochloride has a certain concentration-dependence on the water content of the hydrochloric acid hydrochloric acid. Point of error calculation is done, and the basic calculation is completed, and the basic calculation is completed, and the basic calculation method is used, and the basics are OH, O, H. Ca's isolated point is not the same as the introduction of the point and the relaxation structure of the week is the calculation of the whole point. The solid-liquid chemical equilibrium state between the hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid hydrochloric acid saturated aqueous solution and the solid-liquid chemical equilibrium state was determined. Thermodynamic analysis of the thermodynamic analysis, various points of the formation of pH-dependent pH dependence of the water, water-acid water-based acid control of the point of the formation of the type of pressure. It is important that the results of the aqueous solution and the crystallization of the aqueous solution are mixed togetherり, Ca replacement もしくは lattice space サイトでプロトンは stable existence しうる.またsolid phase アパタイトとchemical equilibrium しているaqueous solution pH にもプロトンのstability はdependenceし、acidity Side stabilization and stabilization, Ca loss amount increased, and it became clear. The results of the research are consistent and the tendency is the same. The calculation and analysis techniques used in this study are appropriate.するものであるといえる.