ナノ構造チタニアの生体活性とバイオ医用応用

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(1)ミクロ条溝形成チタニア表面への細胞接着表面に幅12及40ミクロンの溝を形成したチタニア(TiO2)と平滑面試料をゾルーゲル法とリソグラフィー法を組合せて作製し、骨芽細胞(MC3T3-E1)を培養し光学顕微鏡とSEMで細胞接着挙動を調べた。細胞は溝の方向に沿って配列し、溝幅が狭いほどその傾向は強くなった。Alamar blue assay解析からミクロ溝は細胞の成長を規定し、ALP活性解析から増殖速度を規定すること、溝幅が狭いほどその傾向が強くなることが示された。表面エネルギーは12<40<平滑面の順であり、骨芽細胞の増殖と分化は表面エネルギーとよく関連している。(2)チタニアへの蛋白質吸着特性のシミュレーション計算評価分子軌道(MD)法を用いてRGDペプチドとチタニアの界面での相互作用をRGDの初期構造、チタニアの結晶構造、表面欠陥、水性環境の4つの因子を考慮しシミュレーション計算した。RGD初期構造よりもチタニア結晶構造のほうが、ルチル(110)面よりもアナターゼ(101)面のほうが、及び原子面のステップ構造がRGDの吸着に大きな影響を及ぼすことが示された。インプラントの歯科・整形外科応用へのチタンの表面修飾に理論的な指針を与えるものである。(3)チタニアナノチューブ表面への細胞接着チタン表面に形成したチタニアナノチューブ上に、熱水条件下で断面六角形のプリズム型ハイドロキシアパタイト(HA)結晶を合成した。HAの成長を制御し形態に影響を与える沈殿エージェントとして尿素を添加し、尿素の分解を導く熱水温度を選択した。密度関数理論(DFT)計算から、尿素の結合工ネルギーは(001)より(100)表面のほうが高く、HA結晶の形態に影響し、核生成・成長段階でHA結晶の成長を制御できることが示された。