Development of innovative zirconia artificial bones

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ジルコニアはセラミックスの中でも破壊靭性と強度に優れた材料である。そのため、歯科材料の分野において従来から歯冠材料として用いられてきたが、近年ではチタンに代わる人工歯根（デンタルインプラント）としての利用も進められている。しかし、ジルコニアは典型的な生体不活性材料であり、骨組織と直接結合することは無い。ジルコニアを骨欠損部に埋入すると、材料の周囲がコラーゲン線維性被膜で取り囲まれ、周囲の組織から隔離されてしまう。そのため、機械的性質に優れるものの、骨修復材料としては利用することができない。そこで、ジルコニアの破壊靭性をさらに向上させるとともに、骨結合性を付与することができれば、革新的な人工骨を得られると期待される。研究代表者はこれまでの研究で、カルボン酸含有リン酸八カルシウムを熱分解し、アパタイト／リン酸三カルシウム／熱分解カーボン複合体を得られることを明らかにしており、同複合体を焼結することで、釘を打っても割れないほどの優れた損傷許容性を示す材料を得られることを見出した。これは、同複合体が劈開性を有するためである。ジルコニアに同複合体を添加すれば、同複合体による劈開性によって材料中を進展するき裂の偏向によって靭性の向上を期待できる。また、同複合体にはアパタイトやリン酸三カルシウムといった代表的な骨結合性材料が含まれていることから、ジルコニアに同複合粉末を添加することによって、ジルコニアへの骨結合性の付与も十分に期待できる。つまり、ジルコニアに同複合粉末を添加することによってジルコニアの弱点を克服した新規人工骨を得られる可能性がある。そこで本研究ではジルコニアに種々の量の複合粉末を加えた焼結体を作製し、それらの機械的および生物学的特性を明らかにし、次世代のジルコニア製人工骨の設計指針を確立することを目指す。