生体セラミックスの原子レベルの構造と機能の発現

本研究プロジェクトは、2023 年度に引き続き「水酸アパタイト(HA)の OH 欠陥
と同型イオン置換に伴う構造変化と生体親和性の発現」を主たる研究内容とする。代表者の井奥は種々のリン酸カルシウム系バイオセラミックスを作製し生体親和性を評価してきたが、原子レベルでのキャラクタリゼーションが課題として残されている。メンバーの藤森は中性子回折実験により歯や骨の主成分である HA の電気伝導性のメカニズムを解明し成果を挙げてきた。本研究プロジェクトでは、HA の欠陥・同型イオン置換に伴う原子レベルの構造変化と生体親和性、そして電気伝導性が虫歯に与える影響を解明する。本研究プロジェクトは、再生医療や虫歯治療の分野に新たな画期的視点を与えられると期待される。

本研究プロジェクトメンバーは、HA の高温中性子回折測定によってイオン伝導の
メカニズムにプロトン(水素イオン)が関与していることを実験的に明らかにした。そこで本研究では、代表者が OH 欠陥量を制御した oxy- HA および Ca サイトに同型イオンを置換した HA を合成し、メンバーがその原子レベルの構造を評価し、あわせて電気伝導度の測定も行う。既往の研究では、欠損量や同型イオンの置換量を全く評価することなく物性評価のみが行われている。所望の置換イオンを合成出発原料に仕込んだとしても、それらの全てが Ca に置換する保証はなく、発現した機能が何に起因するものなのか評価できていないのが現状である。そこで、それらの問題を解決するために、我々が得意としているラマン散乱、固体NMR、X線回折データのリートベルト解析を用いて原子レベルの構造評価を行う。X線回折は、重原子からなる結晶構造のメインフレームに関する情報を与えるものであるが、その一方で欠陥などの長距離的な周期構造が乱れた系、あるいは重原子と共存する酸素、水素などの軽原子の挙動を研究する手段としては不適当であるため、これらの手法も相補的に用いて研究を進める。前年度に続いて 2024 年度においても、精密分光分析の専門家である山口大学の藤森宏高准教授を研究プロジェクトメンバーとして共同で研究を行うことが必要である。