生体吸収性プラスチック複合材料の材料設計法の開発

生体吸収性プラスチックスであるポリ乳酸と生体活性セラミックスであるリン酸三カルシウムを対象とし,重量含有率として15wt%までのリン酸三カルシウムを含有する複合材料を作製した。実用状態での力学的特性を評価するために,ひずみ速度10^1/sまでの引張・圧縮試験を行なった。ひずみ速度10^0/sまでの負荷では負荷速度の増加とともに弾性率・強度が増加し,それ以上のひずみ速度では一定値となることが明らかとなった。引張負荷下における応力-ひずみ挙動を予測するためにマイクロメカニックスと損傷力学を融合したマイクロダメージメカニックスを提案し,負荷に伴うリン酸三カルシウム/ポリ乳酸界面のはく離ははく離粒子をボイドで置き換えることで力学的挙動を予測する手法を提案した。提案した手法はある特定のひずみ速度において,ある粒子体積含有率の複合材料に対して応力ひずみ曲線をフィッティングすることにより臨界エネルギー解放率を求め,その臨界エネルギー解放率を用いることで,任意の含有率の複合材料の応力-ひずみ曲線を予測可能であることを示した。また,その際の粒子/母材界面のはく離に伴うエネルギー解放率はひずみ速度が増加するのに従い増加することが明らかとなった。さらに,生体環境下における分解を模擬するため,人体のpHと等しいpH7.4のリン酸緩衝液を用いてin vitro実験を行なった。最長で24週の浸漬を行い,浸漬後の試験片に対して引張・圧縮試験を行なった。試験結果より,20週以上の浸漬により急激に弾性率・強度が低下することが明らかとなった。このため,モデル試験片として分解速度の速いポリブチレンサクシネートとポリ乳酸のブレンド体を作成し,in vitro試験を行ない,ブレンド量を制御することにより,浸漬初期の時点から徐々に分解を生じさせることが可能であることを明らかとした。

生体吸収性プラスチックスであるポリ乳酸と生体活性セラミックスであるリン酸三カルシウムを対象とし,重量含有率として15wt%までのリン酸三カルシウムを含有する複合材料を作製した。実用状態での力学的特性を評価するために,ひずみ速度10^1/sまでの引張・圧縮試験を行なった。ひずみ速度10^0/sまでの負荷では負荷速度の増加とともに弾性率・強度が増加し,それ以上のひずみ速度では一定値となることが明らかとなった。引張負荷下における応力-ひずみ挙動を予測するためにマイクロメカニックスと損傷力学を融合したマイクロダメージメカニックスを提案し,負荷に伴うリン酸三カルシウム/ポリ乳酸界面のはく離ははく離粒子をボイドで置き換えることで力学的挙動を予測する手法を提案した。提案した手法はある特定のひずみ速度において,ある粒子体積含有率の複合材料に対して応力ひずみ曲線をフィッティングすることにより臨界エネルギー解放率を求め,その臨界エネルギー解放率を用いることで,任意の含有率の複合材料の応力-ひずみ曲線を予測可能であることを示した。また,その際の粒子/母材界面のはく離に伴うエネルギー解放率はひずみ速度が増加するのに従い増加することが明らかとなった。さらに,生体環境下における分解を模擬するため,人体のpHと等しいpH7.4のリン酸緩衝液を用いてin vitro実験を行なった。最長で24週の浸漬を行い,浸漬後の試験片に対して引張・圧縮試験を行なった。試験結果より,20週以上の浸漬により急激に弾性率・強度が低下することが明らかとなった。このため,モデル試験片として分解速度の速いポリブチレンサクシネートとポリ乳酸のブレンド体を作成し,in vitro試験を行ない,ブレンド量を制御することにより,浸漬初期の時点から徐々に分解を生じさせることが可能であることを明らかとした。