CERAMICS
JAPAN
BULLETIN OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN

セラミックヒストリー 100選
生体関連セラミックス

公益社団法人 日本セラミックス協会

セラミックヒストリー 100 選・生体関連セラミックス

一般的な人工材料は生体から異物として認識され，組織と直接結合することはない．ところが 1970 年代，米国
フロリダ大学の Larry L. Hench らは，シリカを主成分とするある種のガラスが生体骨と直接結合することを見出し（J Biomed Mater Res, 5, 117, 1971），人工骨 Bioglass® として製品化した．Hench らの発表以降，約 50 年にわたり，生体骨と直接結合する性質（骨伝導性）を示す医用セラミックスの研究開発が世界中で活発に進められてきた．その結果，生体内で吸収され生体骨に置換される骨補填材や，生体内で硬化する骨セメント・ペースト，柔軟性を有する有機－無機複合材料からなる骨補填材など，新規の高機能医用セラミックスが数多く開発されてきた．
このような流れの中で 1998 年，日本セラミックス協会の最も若い部会として生体関連材料部会が発足した．以降当部会は，我が国ならびに世界の医用セラミックスの研究開発において重要な役割を果たしてきた．
本書「セラミックヒストリー 100 選・生体関連セラミックス」は，生体関連材料部会の有志が中心となり，
2018 年までに発刊されたセラミックス誌の特集記事の中から 100 報を選び，項目別に概要をまとめたものである．
具体的には，整形外科インプラント，組織再生・足場材料，診断・治療用材料，歯科材料といった医用セラミック
スに関する項目を中心とし，表面処理・コーティング，構造制御などの関連技術や，担体・リアクターなどの関連
材料・デバイスに関する項目に加え，バイオミネラル・バイオミメティック，標準化といった基礎的な項目も盛り込んだ．生体関連セラミックス分野の黎明期から現在に至るまでの発展の過程，研究開発の流れを理解できるよう，
各項目は時系列に沿って整理されている．
医用セラミックスの実用化までのハードルは，他の工業材料に比して極めて高いにも関わらず，現在までに 30を超える日本発のセラミックス製骨補填材が臨床応用に至っている．本書で取り上げる材料の中には，医療現場で現在活躍中のセラミックスも多数含まれている．本書を，生体関連セラミックスの発展の記録として，また今後の研究開発の指針として役立てて頂ければ幸いである．

生体関連材料部会
大矢根
遠山

綾子，小幡
岳史，中村

亜希子
仁，吉岡

朋彦

1

アパタイト

新材料としてのアパタイトの科学
金澤 孝文・梅垣 高士・門間 英毅（東京都立大学）
カルシウム 系アパタイトは Ca10(PO4)6X2 の 組 成で 示される．X が F，OH，CO3 と異なる種々のアパタイトが存在し，組成を変化させることで，生体材料だけでなく，蛍光体，触媒などの新機能が発現する．

CERAMICS JAPANアパタイト

10 [7] 461-468 (1975)

生体材料としてのアパタイト
青木 秀希・加藤 一男（東京医科歯科大学）
Ca2+ および PO43- イオンを含む溶液中にコラーゲンを共存させるとアパタイトの析出が促進された．これは，コラーゲンが Ca2+ を優先的に取り込み，局所的にイオン濃度が高まるためと考えられる．

CERAMICS JAPANアパタイト

10 [7] 469-478 (1975)

ハイドロキシアパタイト―生体材料
日高 恒夫・平山 泰彦（旭光学工業（株））
ハイドロキシアパタイトセラミックスを多孔質化すると，体液の接触面積が大きくなり，かつ骨芽細胞が侵入するのに十分な空隙が確保できるため，悪性腫瘍で摘出した骨の補填材などとしての利用が期待できる．

CERAMICS JAPANアパタイト

17 [8] 619-621 (1982)

アパタイト系生体材料
赤尾 勝（東京医科歯科大学）
円柱状のアパタイト歯根の側面にある 12 個の小突起により，骨切削面と歯根の間には 150 ～ 200 µm の隙間を作ることができる．その隙間に骨組織が新生することで，アパタイトが顎骨と強固に固定化される．

CERAMICS JAPAN2

20 [12] 1096-1103 (1985)

アパタイト

水熱ホットプレス法によるアパタイトセラミックスの作製
井奥 洪二（高知大学）
水酸化カルシウムとリン酸水素二アンモニウムのスラリーを 300℃，30
MPa，2 時間の条件下で水熱ホットプレスを行うことで，直径 100 ～300 µm の開気孔を持った，気孔率 50％のアパタイトセラミックスが得られた．

CERAMICS JAPANアパタイト

26 [3] 214-215 (1991)

水酸アパタイトによる培養細胞の分化と石灰化
赤尾 勝（東京医科歯科大学）
多数の動物実験によって，水酸アパタイトの高い生体親和性が実証されている．しかし，培養系における細胞のアパタイトに対する反応は，培養細胞の種類と培養系に大きく左右される．筆者らは，ウシ歯胚由来細胞をアパタイト焼結体とともに長期間培養することで，分化を誘導するような添加物を用いることなく石灰化させることに成功した．組織の再構成には，細胞の成長する場である物理的基質，材料が重要といえる．
CERAMICS JAPANアパタイト

28 [7] 647-650 (1993)

ポーリング水酸アパタイトセラミックスの骨伝導中村 聡・山下 仁大（東京医科歯科大学）
水酸アパタイトはポーリングすることが可能であり，比較的大きな電荷が表面に誘起される．また，ポーリングの緩和速度は極めて遅く，よってその表面電荷によって生体反応を局所的に長期にわたり制御しうる材料となる．実際にイヌ大腿骨に埋入したところ，ポーリングによって骨伝導性が向上することが観察された．さらに，表面電荷の極性によって骨新生の様態が異なることも明らかとなった．

CERAMICS JAPANアパタイト

38 [1] 35-39 (2003)

医療分野におけるバイオインスパイアード材料の応用
井奥洪二 *1・横井太史 *2・上高原理暢 *2（*1 慶應義塾大学・*2 東北大学）

自然界で生物が行っている物質合成に着想を得た，新しい材料合成プ
ロセスであるバイオミメティックプロセスは，骨や歯の治療に向けた物
質の合成に有効であり，生命科学的な見地からも興味深い材料を生み出している．例えば骨のハイドロキシアパタイトに学び化学組成，および結晶面をデザインすることによって，代謝に組み込まれる高機能なハ
イドロキシアパタイト材料が水熱プロセスにて得られている．

CERAMICS JAPAN49 [5] 397-401 (2014)3

ガラス・セラミックス

生化学とガラス・生体とガラス
作花 済夫（三重大学）
酵素固定用として多孔質ガラス，人工骨用としてインバートガラスが応用研究されている．バイコールガラスを製造する過程で作製される多孔質ガラスの細孔を利用し，そこに酵素を固定することで，酵素の再使用や安定性の向上が可能な担体として機能する．人工骨用ガラスにおいては，生体内に埋植後にガラス表面にてコラーゲンや骨類似アパ
タイトを生成し，これを介して自家骨と強固に結合することができる．

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ガラス・セラミックス

化粧品と微粒子
福井 寛・鈴木10 [7] 485-494 (1975)

福二（（株）資生堂）

微粒子による光の遮蔽効果は粒子の断面積に比例するが，粒子がきわめて微細な場合には Mie 散乱を考慮しなければならない．粒径が光の波長と同程度の微粒子では，粒径が波長λの 1/2 前後で光散乱が最大となる．

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ガラス・セラミックス

29 [2] 104-110 (1994)

生体用結晶化ガラス

尾坂 明義 *1・早川 聡 *1・都留 寛治 *2・城崎 由紀 *1（*1 岡山大学・*2 九州大学）
生体用結晶化ガラス（生体用ガラスセラミックス）は，骨組織と直接強固に接合する骨代替材料としての応用からスタートし，その他にガン温熱治療用や歯冠用材料などが開発されてきた．特に市販される骨代替材料において，生体為害性がなく周囲の生体組織と優れた親和性を発揮するものは，SiO2，(Na2O, K 2O)，(MgO, CaO)，P2O5 および TiO2 あ
るいは Al2O3 と F を主成分とするとして過言でない．

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ガラス・セラミックス

43 [12] 1055-1061 (2008)

バイオ・環境機能性リン酸塩結晶化ガラス
春日 敏宏（名古屋工業大学）
リン酸塩ガラスは，ケイ酸塩に比べてより酸性であるため塩基性酸化物の良い媒体となることから，優れたガラス形成能を示すことが多い．
また，生成する結晶には 2 次元層状構造や 3 次元 Nasicon 型構造を持つものもある．骨修復への応用を見据えた生体活性コーティングやマシナブル性材料，歯科応用を見据えたシーリング材や抗菌性材料，
さらには環境材料としての応用を見据えた開発研究が進められている．

CERAMICS JAPAN4

43 [12] 1062-1066 (2008)

ガラス・セラミックス

ジルコニアセラミックスの原料技術による高信頼性化
松井 光二（東ソー（株））
セラミックスの機能は，微細組織に強く依存しており，その微細組織を制御するために原料粉末の焼結メカニズムを理解することが必要である．これまでに，ファインセラミックス材料の一つである Y2O3 安定化
ZrO2（YSZ）について，原料技術を応用することで信頼性や機能性の向上に成功しており，具体的には低温劣化現象の抑制や超塑性の下限
温度を 200℃ほど低温化させることに成功した．

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ガラス・セラミックス

48 [1] 13-17 (2013)

加水分解プロセスを利用した新規ナノセラミックスの合成
中平 敦・村田 秀信（大阪府立大学）
α - リン酸三カルシウムの加水分解・固化反応時の溶媒を調整することで，生成物である水酸アパタイトの微細組織を変化させることが可能である．例えばエタノールを添加した場合，より細いウィスカー状となる．また，ハイドロタルサイト（層状複水酸化物）についても，その加水分解での構造の再構築を利用し，層間に任意のアニオン種をイン
ターカレーションさせたり，層間剥離させることでナノシートなどを合成可能である．
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セメント・ペースト

53 [10] 730-734 (2018)

水硬反応を利用したアパタイトの多孔体
門間 英毅（無機材質研究所）
水硬性リン酸カルシウムを用いて作製されるアパタイト多孔体は，生体関連材料，クロマトグラフィー用材料，そして酵素や薬剤用担体としての応用が期待されている．水硬現象そのものをセメントのように利用できるだけでなく，
50 〜85％の気効率を持つ多孔質構造体を得られる．
さらには，焼結過程を省略すれば，従来法では困難であった非化学量
論組成アパタイトの多孔体をも得ることが可能である．

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セメント・ペースト

23 [8] 745-748 (1988)

リン酸カルシウム骨ペースト
竹内 啓泰（三菱マテリアル（株））
骨セメント用ペースト材として，生体内でアパタイトに変化することを利用した自己硬化型のα型リン酸三カルシウム（α -TCP），β型リン酸三カルシウム（β -TCP），そしてリン酸四カルシウム系材料があげられる．
これらは酸を用いないで硬化する性質を持つが，主に硬化時間，操作性，そして硬化体の機械的特性などの観点から，ペーストの組成設計が進められてきた．生体内に入れた際，４週後には周囲に直接新生骨の形成を認めるなど良好な結果が得られている．
CERAMICS JAPAN34 [7] 539-542 (1999)5セメント・ペースト

リン酸カルシウム骨ペースト
平野 昌弘（三菱マテリアル（株））
リン酸カルシウム骨ペースト（α型リン酸三カルシウム系）であるバイ
オペックス -R がある．これは先に販売されたバイオペックスの改良品にあたる．バイオペックス -R では粉剤と液剤を混合すると 7 〜 8 分程
度で硬化するため，血流に対する抵抗性が以前の製品よりも向上した．
また，機械的強度の発現時期が早まり，バイオペックスでは最高強度に達するのに 7 日程度かかるところ，バイオペックス -R では 3 日程度であった．一方で，粉液比を変化させることで硬化体の微細構造が大きく変化することがわかった．
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セメント・ペースト

38 [1] 47-50 (2003)

生体活性骨ペーストの開発およびスキャホールドへの応用
澤村 武憲・服部 昌晃・奥山 雅彦（日本特殊陶業（株））
リン酸カルシウムセメントの一種であるリン酸四カルシウム / リン酸水
素カルシウム（TeCP/DCPA）系について，臨床応用を見据えた強度，
硬化時間，操作性および安全性を考慮した改良が進められている．
DCPA の一次粒子径や凝集形態によって操作可能時間が変化すること
や，また硬化液にデキストラン硫酸ナトリウム水溶液を用いることで，硬化反応を阻害することなく混練直後のペーストの形状維持性を向上
できることが見出された．
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セメント・ペースト

40 [10] 831-834 (2005)

アパタイトセメントの硬化機構
松家 茂樹 *1・石川 邦夫 *2（*1 福岡歯科大学・*2 九州大学）
リン酸カルシウムセメントはアパタイトセメントまたはブルッシャイトセ
メントに大別される．これは硬化時の液相の pH に依存し，中性ある
いは塩基性領域ではアパタイトが生成し，酸性領域で硬化が進行するセメントではブルッシャイトが生成するものである．アパタイトセメントの場合，リン酸四カルシウムまたはα - リン酸三カルシウムを主成分とするセメントが存在するが，特に前者にて材料粉末の粒径がセメントの強度に影響することがわかっている．
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バイオミネラル・バイオミメティック

43 [4] 298-302 (2008)

植物のシリカ集積機能
福嶋 喜章（（株）豊田中央研究所）
珪藻やイネ等の植物はシリカ (SiO2) を能動的に吸収し，生命活動に利用する．例えばイネは根を経由して外界の数百倍の濃度のケイ酸を蓄える．分裂過程の珪藻の内部ではシリカを貯蔵した小胞が形成される．
植物によるシリカの貯蔵には水酸基を持つ有機分子が寄与しており，
これらがケイ酸と反応することで水への溶解を促すと考えられている．
珪藻中のシリカはナノレベルでの構造の周期性をもつ．珪藻の細胞壁はヒドロキシアミノ酸に富み，これらがシリカと結合することで，形態制御に寄与すると推測されている（左図）．
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28 [1] 7-11 (1993)

バイオミネラル・バイオミメティック

真珠における無機薄膜形成機構
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
和田
長田 浩爾（三重大学）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
真珠層は，タンパク質シートと薄板状のアラレ石型炭酸カルシウム結晶
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，の繰り返し多重層薄膜構造からできている（左図）．真珠層の形成過程
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセでは，まず新たなタンパク質シートによって層状の枠組みがつく
られる．
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
結晶層間基質に空いた小さな孔を通じて炭酸カルシウム結晶が枠組み
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新に入り込み，厚みが増すように結晶成長する．さらに，隣の結晶に接セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の合するまで枠組みの水平方向に結晶成長が進む．その結果，大きく発開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
達した(001) 面を持つ薄板状の炭酸カルシウム結晶が生成する．
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バイオミネラル・バイオミメティック

28 [1] 12-16 (1993)

貝殻の生成機構とそれを真似た無機材料合成
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
内田（株）豊田中央研究所）
長田 清（
実・佐々木
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
真珠層を構成するタンパク質シートの表面には，酸性アミノ酸の配列
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，を含んだ巨大分子が規則的に配列している．これらは貝殻のバイオミ
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセネラリゼーション過程において，特定の炭酸カルシウム多形の核形成をラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ誘起するテンプレートとなる（左図）．この構造を模して人工的に表面りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新の官能基を配列させた有機膜もテンプレートとして機能する．例えば，セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のステアリン酸単分子膜の水平方向に圧縮力をかけると，カルボキシル
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
基が液面に対して縦に向くように分子が配列する．この膜の表面ではバテライト型の炭酸カルシウムが析出する．
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バイオミネラル・バイオミメティック

28 [1] 17-21 (1993)

骨のモデル物質―バイオメカニックスの立場から―セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待佐々木直樹（室蘭工業大学）
長田 実・佐々木高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
骨はコラーゲンタンパク質の繊維中にヒドロキシアパタイト（HAp）にエネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
類似したミネラルのナノ粒子が組み込まれた微構造をもつ．骨のヤング
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ率と緩和時間の関係（緩和ヤング率）を示す曲線（左図）は，骨のミラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
ネラル分率によって時間軸をずらすことで1 本の曲線に重ね合わせられりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新
る，すなわちミネラル分率・時間換算則が成り立つ．一方，HAp
で強セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の化されたコラーゲン複合材料などの骨のモデル材料ではこの規則性が開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている． の成立しない．モデル材料の力学特性を骨に近づけるためには，HAp
粒子径を骨に揃え緩和ヤング率を高める必要がある．
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バイオミネラル・バイオミメティック

28 [1] 44-48 (1993)

生体複合材料における傾斜機能構造
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
岡本）
長田 秀穂（住友化学工業（株）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
生体は多機能複合材料とみなすことができ，それゆえ傾斜機能構造を
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギーとりやすい．傾斜機能構造のうち，繊維強化複合材料の生体における新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
例は竹の稈部であり，一方で粒子強化複合材料の例は貝殻である．こ
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセれまで均質な材料が強度的，科学的な機能面から好ましいとされてきラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
たが，バイオミメティック・デザインの観点による傾斜機能型の不均質りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新化構造の開発は次世代の課題といえる．
セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
セラミック
29 [3] 197-199 (1994)
CERAMICS JAPAN

7

バイオミネラル・バイオミメティック

水溶液プロセスによる階層的で精緻な材料形態のデザイン：
バイオミネラルにおけるナノロッド配向集積体とその模倣
今井 宏明（慶應義塾大学）
バイオミネラリゼーションを人工的なシステムで模倣する場合，過飽和
度，生成サイトおよび結晶成長の制御が重要となる（左図）．高分子電解質を含む炭酸カルシウムに対して高過飽和な溶液中では，水酸基をもつ高分子膜の表面でカルサイトの核生成が高密度で誘起される．さらに，低過飽和な溶液中でゆっくり結晶成長させると，膜に垂直に配向したカルサイトナノロッドの配向構造体が得られる．種結晶の生成と低過飽和な溶液中での結晶成長を応用することで，フッ化アパタイトや酸化亜鉛のナノロッドからなる配向構造体も作製できる．
CERAMICS JAPAN基礎

53 [10] 710-713 (2018)

セラミック生体材料の界面化学
近藤 連一（東京工業大学）
セラミックスの水和と溶解に関する挙動は，生体適合性に密接に関係する．溶解度積 log Ksp の小さな Al2O3 では水和は表面に限られるが，カルシウム塩では材料表面からイオンが溶出し，かなりの厚さの浸出層を生じる．

CERAMICS JAPAN基礎

10 [7] 479-484 (1975)

脊椎動物における歯及び骨の形成と成長機構
高木 亨・青木 秀希（東京医科歯科大学）
エナメル質形成時において，成熟期エナメル質芽細胞のミトコンドリアが分泌する H+ やヒドロキシアパタイト生成時に生じる H+ により酸性化する．この H+ により，ヒドロキシアパタイト前駆物質の加水分解が促進され，石灰化が進行する．

CERAMICS JAPAN基礎

28 [1] 22-25 (1993)

骨に関わる材料の力学特性
野末 章（上智大学）
1200℃で焼成した円柱状のハイドロキシアパタイト試験片を擬似体液中に浸漬させ，その後，引張負荷し，破壊抵抗試験を行った．1 ～ 2
週間で破壊抵抗は低下するが，その後，自己修復と思われる現象により回復した．

CERAMICS JAPAN8

38 [1] 21-25 (2003)

基礎

生体材料リン酸カルシウムの計算材料設計
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
松永
長田 克志（名古屋大学）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
ハイドロキシアパタイトはイオン交換により体液中の様々なイオンを結エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
晶内部に取り込む．2
価陽イオンの置換固溶エネルギーを計算したとこ
2+2+
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセろ，Pb，Cd2+，Srは他の 2 価陽イオンよりも取り込まれやすい結果
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよとなった．
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN基礎

46 [6] 462-465 (2011)

アパタイト型化合物の化学と構造；最近の話題と課題
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待伊藤
長田 敦夫（産業技術総合研究所）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
擬似体液中では，クラスター（[Ca3(PO4)2]n）がアパタイトの核生成や結エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
晶成長に関与する．第一原理計算から
S6 対称の Ca9(PO4)6 が安定に存
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ在することを見出し，クラスターの大きさは実測値（0.85 nm）と一致
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよした．
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN構造制御

46 [9] 718-722 (2011)

繊維状ハイドロキシアパタイト
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
岩崎 実・佐々木弘通（立命館大学）
長田
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
ハイドロキシアパタイト繊維の合成法は確立されていない．アルギン酸
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギーナトリウムとピロリン酸ナトリウムを含む溶液を，紡糸器を用いて所定
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，の pH に調整した塩化カルシウムと酢酸カルシウムの混合溶液中で紡
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ
糸した後，乾燥および 900℃での焼成，酸化カルシウムを除くためのラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ塩化アンモニウム溶液での処理を経て繊維状ハイドロキシアパタイトをりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新合成した．得られたゲル状繊維を和紙と同様にすくことにより，ネット
セラミック材料，例えばT( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の状にすることも可能であった．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN構造制御

24 [4] 295-300 (1989)

セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
気孔径の異なる高気孔率水酸アパタイトの骨形成中須・沖花 裕行・坂本
美知子・松本 智勇・小川 哲朗（ペンタックス（株））
長田 正議
実・佐々木
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
高い気孔率を持ち，気孔と気孔が完全に連通している水酸アパタイト
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
人工骨は，選択的に内部へ骨形成させることが可能である．気孔率が高温ガスタービン85%
で，気孔径が，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ
50 ～ 500 μ m（連通孔径 50 ～ 200 μ m）もしくはラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ50～ 300 μ m（連通孔径 50 ～ 150 μ m）の 2 種類の水酸アパタイト
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新人工骨をラット頭蓋骨内へ埋入した．いずれの人工骨も埋入
4 週後にセラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の気孔内部での新生骨形成が観察され，骨形成の程度に統計的有意差開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
はなかった．より長期の観察が必要である．
CERAMICS JAPAN 40 [10] 828-830 (2005)

9

構造制御

骨伝導能に優れた気孔構造を持つ人工骨補填材の開発と臨床応用
井村 浩一 *1・名井 陽 *2（*1 東芝セラミックス（株）・*2 大阪大学）
骨補填材と生体骨の一体化が進まず，疾患が治癒した後に骨補填材を補填した部位から骨折を起こすことがある．骨補填材内部に生体組織が十分に侵入して生体骨と一体化する，骨伝導能に優れた気孔構造（気孔率 75%，気孔径 150 ～ 200 μ m）を持つ水酸アパタイト骨補填材（ネオボーン）を開発し，臨床応用した．連通気孔構造により，骨髄内に挿入するだけで毛細管現象により周囲から骨髄液を吸入した．さらにネオボーンは間葉系幹細胞のスキャホールドとしても応用できる．
CERAMICS JAPAN構造制御

40 [10] 839-842 (2005)

ユニット化した人工骨の集積による人工骨設計・製造－ “ モザイク人工骨 ” の提案－
寺岡 啓・亀山 哲也（産業技術総合研究所）
人工骨を機能的な微小ユニット化し，それらを求める形状に集積することで “ モザイク ”人工骨を形成する方法を開発した．300 μ m の貫通孔を持つ直径約 1mm のハイドロキシアパタイトビーズを集積させ，貫通孔とビーズ隙間からなる完全連通孔ネットワークを持つ人工骨を作製した．“ モザイク人工骨 ” 形成法は，生体材料で意図的な人工骨形状（賦形性の付与）と空間構造を構築するためのプラットフォームである．

CERAMICS JAPAN構造制御

40 [10] 848-851 (2005)

酵素反応を用いたセラミックス合成 －マクロ形態制御への応用－
鵜沼 英郎・松嶋 雄太・川井 貴裕（山形大学）
酵素を利用したセラミックス合成の研究は，使用される酵素の種類，
方法，対象物質が広がっている．このような酵素支援プロセスでは，
温度や pH が比較的穏やかな条件でセラミックスを合成することができる．さらに酵素を基材に固定化すれば，基材の近傍のみで反応が進行することで，セラミックスのマクロ形態を制御できる．生体材料，マイクロカプセル，機能性粉体の合成に応用されると考えられる．

CERAMICS JAPAN構造制御

44 [8] 621-625 (2009)

微細気泡鋳型を多段分級供給した球状水酸アパタイトの合成

相澤 由花 *1・矢沢 勇樹 *1・橋本 和明 *1・戸田（*1 千葉工業大学・*2（株）オーラテック）

善朝 *1・江口俊彦 *2

マイクロバブルを鋳型とした晶析を利用して機能性材料が合成できる．
マイクロバブルとして反応ガスを無機イオンを含有させた水溶液中に流入することで，気液界面のみで反応が進み，常温常圧近傍の条件において結晶が析出する．NH3/N2 系ガスによるマイクロバブルをカルシウ
ムおよびリンの局所的な反応場とすることで，球状機能性リン酸カルシ
ウム塩が合成される．

CERAMICS JAPAN10

44 [8] 630-634 (2009)

構造制御

空間デザインと熱酸化による骨親和性の向上

セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
尾坂 明義 *1・早川 聡 *1・都留 寛治 *2・城﨑 由紀 *1・大槻 主税 *3・杉野 篤史 *4・
*4
*2
長田
実・佐々木
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
藏本 孝一（*1 岡山大学・
九州大学・*3 名古屋大学・*4 ナカシマメディカル（株））
熱処理を施した金属チタンに任意の隙間空間を設定すると，体液環境
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，下で自発的に骨類似アパタイトが析出する．これは
GRAPE（GROOVE
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ＋APATITE）Technologyと名付けられ，従来の切削技術により人工
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ関節表面に溝などによる隙間空間を設け，熱処理を施すだけで骨親和
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新性を与える技術として期待できる．Ti-15Zr-4Nb-4Ta
合金に幅 0.5mm，セラミック材料，例えばT( 臨界温度 1) の高い超電導セラミック材料の深さ
0.5mm の溝を作製し，500℃で時間熱酸化することで，動物実開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
験より金属インプラントの初期固定に効果的であることが確認された．
CERAMICS JAPAN構造制御

46 [4] 293-297 (2011)

セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
超高気孔率セラミックス人工骨の開発と実用化
長田 智勇（HOYA（株）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
松本）
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
マクロ気孔（直径 100 ～ 300 μ m の球状気孔），気孔間連通孔（50 ～新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
150μ m），ミクロ気孔（10 μ m 以下の凹凸細孔構造）からなる三重高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ気孔構造を特徴とした気孔率85% のハイドロキシアパタイト製人工骨
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよおよび気孔率75% のβ - リン酸三カルシウム製人工骨を開発した．そりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新
れぞれ動物実験より骨組織再生で良好な結果が得られた．前者は「ア
セラミック材料，例えばT( 臨界温度) の高い超電導セラミック材料のパセラム-AX」という名称で2006 年に，後者は「スーパーポア」とい開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
う名称で2010 年に上市されている．
CERAMICS JAPAN 46 [9] 757-760 (2011)

構造制御

骨侵入に優れた一方向性多孔体人工骨の開発
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
堀田（株）クラレ）長田 裕司（実・佐々木
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
連通性（貫通性）のある柱状の気孔が特定の方向に配向した構造の多エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
孔体は，組織の良好な侵入性，再生組織の異方性付与，強度の点で人
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ工骨への応用が効果的である．気孔率75%，気孔径分布のモード径がラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ約50 μ m である，ハイドロキシアパタイトからなる一方向性連通多孔
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新体がfreeze casting 法で作製され，人工骨として「リジェノス」というセラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の名称で上市された．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN構造制御

46 [9] 761-764 (2011)

骨配向化を制御する配向溝付き人工股関節ステムの開発
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
野山 義裕 *1・中野 貴由 *2・石本 卓也 *2・石坂 春彦 *1・坂井 孝司 *2・
*2
*1
長田
実・佐々木
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
吉川 秀樹
・中島 義雄（*1 ナカシマメディカル（株）・*2 大阪大学）
人工股関節を用いた置換手術において，金属製インプラント埋入によエネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
る骨の応力遮蔽は骨質の劣化を招く．そのため，インプラント周囲骨
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセへの応力負荷を促すため骨の配向構造に着目し，低ヤング率のステム
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよの表面に配向溝構造を導入して，骨新生，骨微細構造の健全化，ステりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新ムの長期固定化を促進した．
セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN49 [5] 402-405 (2014)

11

構造制御

スラリー積層造形技術によるカスタムメイド人工骨の開発
佐藤 元彦・大塚 淳（日本特殊陶業（株））
3D 造形技術によるセラミックス製インプラントのカスタムメイド化が進められている．スラリー供給・塗工と UV レーザ照射の工程を繰り返す
スラリー積層造形によってアルミナ系の人工関節では実寸サイズの人工膝関節モデルが作製でき，ハイドロキシアパタイト系の骨補填材では気孔特性の制御が可能であった．今後，強度や摩耗特性の評価，動物試験等での有用性の確認が必要である．

CERAMICS JAPAN

歯科材料

52 [10] 713-715 (2017)

人工歯冠用結晶化ガラス
日野 年澄・丸山 剛郎（大阪大学）
従来の前歯部の補綴修復に用いられてきた金属焼付ポーセレンクラウ
ンに代わる材料として，人工歯冠用結晶化ガラス（キャスタブルガラス
セラミックス）が研究されている．この材料は，ロストワックス法による鋳造ができ，ポーセレンに比べて高い曲げ強さや圧縮強さをもつ．
さらに，材料中に含まれた微細なセラミックス結晶が光を散乱するため，天然歯と近似した優れた審美性を発揮する（左図）．

CERAMICS JAPAN

歯科材料

24 [7] 608-613 (1989)

傾斜機能人工歯根
亘理 文夫（北海道大学）
強度特性に優れるチタン（Ti）と，骨組織との親和性に優れたヒドロキ
シアパタイト（HAp）を人工歯根の材料として選択し，これらの配合比（HAp/Ti）を歯冠側から顎骨側にかけて徐々に高くすることで，傾斜機能をもつ人工歯根（左図）が得られる．このような人工歯根は，チタンとヒドロキシアパタイトを種々の濃度で配合した混合粉末を，濃度勾配がつくように型に充填し，アルゴン雰囲気中で焼結させることで作製できる．
CERAMICS JAPAN

歯科材料

29 [3] 191-193 (1994)

歯冠修復用セラミックス材料とその性質
伴 清治（鹿児島大学）
ジルコニアやアルミナなどの高強度セラミックス材料の改良による機械的性質の飛躍的な向上と CAD/CAM 技術の進歩により，化学的安定性と審美性を兼ね備えた新たなオールセラミックの人工歯冠の成型加工システムが開発された．この手法では，デジタル化した支台歯形態を元に，ソフトウェア上で人工歯冠の形状を設計する（CAD）．焼成収縮を考慮した寸法で外形を機械研削（CAM）した後，焼成工程を経て高密度に焼結したコアフレームが完成する（左図）．
CERAMICS JAPAN12

43 [4] 303-307 (2008)

歯科材料

無機フィラーと多官能メタクリレートからなる歯冠用コンポジット
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
松村
長田 英雄（日本大学）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
歯冠用コンポジットは無機フィラーにモノマーの有機分子が配合されたエネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，材料であり，歯の色を再現でき，光照射で簡便に硬化できる．そのた
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセめ，齲歯の充填や人工歯用の材料として利用される．無機フィラーにラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよはシリカを主成分としたミクロまたはナノ粒子が用いられ，粒径の異なりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新るフィラーを組み合わせることで，耐摩耗性と表面の滑沢性を同時に向セラミック材料，例えばT(
臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の上することもできる（左図）．歯の代替として十分な強度を持たせるため，開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
モノマーには2 官能以上のメタクリル酸エステルが用いられる．
CERAMICS JAPAN

歯科材料

43 [4] 308-311 (2008)

歯科用セラミックスの焼成
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
吉本（株）松風）
長田 龍一（実・佐々木
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
セラミックスクラウンは，フレーム部分とその上にガラスセラミックス材
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，料を溶着することによって天然歯類似の色調を再現する（左図）．CAD/
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセCAM技術にて製作されたジルコニアフレームの表面に，焼成後の収縮ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ量を考慮しながら，歯頸部，象牙質，エナメル質の順に専用の陶材をりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新築盛する．築盛後のクラウンは，予備乾燥工程を経て予熱された炉内
セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のに置かれた後，減圧下でさらに昇温することで焼成される．昇温速度
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
を調節することで，十分に焼成させると共に，気泡の混入や陶材の浮き上がりを抑制する．
CERAMICS JAPAN

診断・治療用材料

49 [2] 115-118 (2014)

磁性超微粒子と生体セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
松永
長田 是（東京農工大学）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
磁気微粒子を合成し，それを保持する微生物や動物が知られている．
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
マグネタイト微粒子が10 ～ 20 個ほど連なったマグネトソームと呼ばれ高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセるチェーンを保持し磁気を感知する走磁性細菌（左図）や，首や頭部にラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよマグネタイトを保持し磁気を感知するハトなどがその例である．走磁性
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新細菌の磁気微粒子を用い，イムノアッセイ用の酵素や抗体の固定化や，セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の磁力で操作できる赤血球やマクロファージを調製することができる．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN

診断・治療用材料

24 [7] 639-643 (1989)

セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
抗菌性セラミックス
長田
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
吉成 実・佐々木彪・内田 眞志（品川燃料（株））
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
A 型ゼオライトのイオン交換によって得られる銀ゼオライト（Ag=2.5
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，wt%），銅ゼオライト（Ag=10 wt%），亜鉛ゼオライト（Zn=10 wt%）
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ中で，銀ゼオライトが最も強い抗菌性を示した．銀ゼオライトの抗菌ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ性は，銀イオン置換率の増加に従い増大した．銀ゼオライトを混錬しりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新たポリエステル繊維（左図）は，メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）
セラミック材料，例えばT( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のに対し抗菌性を示し，白衣などの院内衛生管理製品として利用されて開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
いる．
CERAMICS JAPAN28 [7] 651-657 (1993)

13診断・治療用材料

ガンを治療するセラミックス
八尾 健・小久保 正（京都大学）
腫瘍近傍に埋入し，放射線照射あるいは加熱処理することで，がん細胞だけを死滅させるのに有効なセラミックス材料が開発された．がん放射線治療用のセ
ラミックス材料としては，90Y を含むイットリア・アルミナ・シリカ系ガラスのほか，
90
Y よりも半減期の長い 32P を含むシリカガラスが開発された．がん温熱治療用のセラミックス材料としては，LiO2-Fe2O3-P2O5 系結晶化ガラスならびに Fe2O3CaO-SiO2 系結晶化ガラスが有用である．後者に B2O3 と P2O5 を添加することで，強磁性と生体活性を併せ示す結晶化ガラスを得た（左図）．この結晶化ガラスが交流磁場の下で発熱し，腫瘍増殖抑制効果を有することをウサギ動物実験により確認した．
CERAMICS JAPAN

診断・治療用材料

28 [7] 679-683 (1993)

DDS －薬物放出制御機能を有する生体材料の開発
大塚 誠（神戸薬科大学）
硬組織への薬剤送達機能を有する自己硬化型生体活性セメントを開発した．骨欠損部において硬化した生体活性セメントは，抗生物質，抗炎症剤，ポリペプチドなどの各種薬物を長期間にわたって放出する．
アパタイトセメントからの薬物放出が体液中のカルシウムイオン濃度に依存する現象を利用して，骨粗しょう症病態応答性の薬物放出制御製剤を構築し（左図），その有効性をラット動物実験により実証した．

CERAMICS JAPAN

診断・治療用材料

34 [7] 553-559 (1999)

セラミックスナノ粒子のバイオメディカル応用─現状と展望─
曽我 公平（東京理科大学）
セラミックスナノ粒子には様々な医療応用が期待されている．希土類
ドープ蛍光セラミックスナノ粒子は，核磁気共鳴イメージングのほか，生体透過性の高い近赤外波長域を利用したバイオメディカル蛍光イ
メージングに有用である．ナノ粒子の血中滞留を担保するためには 100
nm 以下の単分散状態が要請されることが多いが，これを実現する手段の一つとして，親水性高分子であるポリエチレングリコール（分子量：千～数千）のナノ粒子表面への導入が行われる．
CERAMICS JAPAN

診断・治療用材料

52 [3] 114-117 (2017)

光機能ナノバイオセラミックス粒子の創製と細胞可視化技術への応用
多賀谷 基博（長岡技術科学大学）
シリカやチタニア，アパタイトの合成段階で光機能物質を共存させることで，光機能ナノバイオセラミックス発光ナノ粒子を創製した．例えば，
蛍光色素含有ナノ粒子として，細胞可視化に用いられるフルオレセインを含有したチタニア/ オクタデシルアミン複合球状粒子などを合成した．
また，希土類イオン含有ナノ粒子として，Eu3+ をドープした球状シリカ
メソ構造体粒子（左図）を合成した．がん細胞に特異的に結合する分子で修飾した前記ナノ粒子は，がん細胞に特異的に取り込まれ，その細胞を可視化した．
CERAMICS JAPAN14

52 [3] 122-125 (2017)

診断・治療用材料

3D グラフェンによるがんの早期診断デバイスの開発
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
松山
長田 想・生駒実・佐々木俊之（東京工業大学）
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
３D グラフェン（グラフェン特有の性質を保ちつつ構造を三次元化し表エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，面積を増大させた新材料）および３D
酸化グラフェンを作製し（左図），
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ
これらを利用してガス分子検出デバイスを作製した．特に３D
酸化グ
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
ラフェンデバイスが，がん細胞が特異的に放出する有機揮発性化合物
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新（VOC）を室温で高感度に検出することを明らかにした．また，VOCのセラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の種類により，電流値の変化が異なることを示した．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN

診断・治療用材料

52 [3] 126-129 (2017)

光と生体物質に応答する有機－無機ハイブリッド中空ナノ粒子の新規合成法とセラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
イメージガイド下三種同時治療
長田実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
林 幸壱朗（名古屋大学）
シリカをベースとする中空構造の有機－無機ハイブリッドナノ粒子（左エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
図）のone-pot 合成法を開発した．この中空ハイブリッドナノ粒子は，
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ光に応答して発熱したり，活性酸素を生成する機能を持つほか，細胞ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
内グルタチオンと光に応答して抗がん剤を放出する機能を持つ．また，りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新
生体透過性の高い波長域で蛍光を発することから，蛍光イメージガイ
セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のド下での温熱療法＋光線力学療法＋化学療法の3 種同時治療にも有開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
効である．
CERAMICS JAPAN

診断・治療用材料

52 [3] 130-133 (2017)

再生医療に役立つナノアパタイト／生体吸収性高分子からなるコアシェル微粒子
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
*1
*2
古薗 勉
・福本 真也（*1 近畿大学・*2 大阪市立大学）
長田実・佐々木高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
ピッカリングエマルション法を用い，生体吸収性高分子（ポリ L 乳酸）
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，のコアと，水酸アパタイトナ
ノ粒子のシェルからなるコアシェル微粒子
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ（左図）を開発した．この微粒子を虚血下肢治療のための細胞移植用
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ足場として用いると，共移植した単核細胞を筋肉内に長期間留め置き，りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新血管増殖因子の分泌を持続させることで救肢率を向上できることを，
セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の下肢虚血モデル動物を用いた実験により確認した．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN

診断・治療用材料

52 [3] 134-137 (2017)

炭酸アパタイトナノ粒子の設計と応用
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待─医薬・核酸の細胞内・体内デリバリーシステムの革新─
長田実・佐々木高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
後藤 光昭・関禎子・赤池敏宏（国際科学振興財団）
リン酸イオンとカルシウムイオンを含む水溶液に第三成分として炭酸イエネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，オンを加えることで，ナノサイズの炭酸アパタイト粒子を合成できること
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセを実証し，動物細胞にDNA や siRNA，タンパク質，低分子量薬物をラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ導入するための効率的なキャリアを開発した．炭酸アパタイト粒子に細りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新胞を認識する分子を付与したキャリアも開発した．核酸を内包したサイセラミック材料，例えばT( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のズ
10 nm のキャリアは，マウス尾静脈から静注
4 時間で腫瘍細胞に取開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
り込まれ，抗腫瘍活性を示した．
CERAMICS JAPAN52 [3] 138-141 (2017)15

診断・治療用材料

がん免疫療法のためのセラミックナノ粒子アジュバント─イムノバイオアクティブセラミック─伊藤 敦夫 *1・王 秀鵬 *1・李 霞 *2・十河 友 *1・辻 典子 *1（*1 産業技術総合研究所・*2 物質・材料研究機構）
アパタイトやメソポーラスシリカ，リン酸三カルシウムなどのナノ粒子に病原体関連分子パターン（PAMP: 免疫細胞を活性化する分子パターン）を担持させたがん免疫療法のアジュバントを開発した．アパタイトと PAMP を含むアジュバントの臨床試験において重篤な有害事象は認められなかった．さらに近年，PAMP のような生体由来物質を併用せずとも，セラミックナノ粒子単独でもアジュバントとして機能することを明らかにした．このようなナノ粒子はイムノバイオアクティブ材料と呼ぶことができる．
CERAMICS JAPAN

診断・治療用材料

52 [3] 142-145 (2017)

磁性ナノ粒子を使用した温熱療法小林 猛（中部大学）
磁性ナノ粒子をがん組織に集積させて交番磁界を印可すると磁性微粒子だけが発熱する性質を利用し，がん組織だけを選択的に加温する温熱療法を開発した．
発熱体として，平均粒径 10 nm のマグネタイト微粒子をリポソームで包み込んだ製剤（MCL），マグネタイト微粒子をリポソームで包み込み，がん細胞を特異的に認識する抗体を結合させた製剤（AML），ならびにマグネタイト微粒子をカ
ルボキシメチルセルロースで固めて針状にした製剤（SCM）を開発した（左図）．
MCL について，動物実験および専門機関による安全性試験と薬物動態学的試験を実施した後，第 1 相臨床研究を行った結果，MCL 投与による有害事象は認められなかった．
CERAMICS JAPAN

診断・治療用材料

52 [3] 146-149 (2017)

経カテーテル動脈塞栓治療用微小球の合成
川下 将一（東北大学）
がんに栄養を補給している肝動脈を塞栓することで腫瘍を壊死させる，
径カテーテル動脈塞栓療法用のセラミックス微小球を開発した．具体的には，肝動脈末端部の血管と同程度の直径（20 ～ 30 μ m）を有す
る多孔質酸化チタン微小球，栄養供給遮断と同時に局所的な放射線治療を可能にする酸化イットリウム微小球やリン酸イットリウム微小球のほか，局所的な温熱治療を可能にするコア－シェル型シリカ－酸化鉄
微小球（左図），酸化鉄ナノ粒子含有シリカ微小球などを開発した．
CERAMICS JAPAN

整形外科インプラント

53 [11] 814-818 (2018)

インプラント材料とセラミックス
川原 春幸（大阪歯科大学）
セラミックスはインプラント材料として適している．これは，表面が極性化しており，細胞膜表面のタンパク質と水素結合またはファンデル
ワールス結合が生じていると考えられる．このため，細胞がセラミック
スに「なじむ」と考えられる．

CERAMICS JAPAN16

10 [7] 442-460 (1975)

整形外科インプラント

整形外科領域における生体材料としてのアルミナセラミックス
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
大井長田 淑雄（自治医科大学）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
単結晶アルミナセラミックスを用いて手術を行った．スクリュー型は骨エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，同士を結合するために用いられる形状であり，金属製のものとおおよ高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセそ形状は同じであるが，頭とスクリュードライバーに特殊な工夫が施さ
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよれている．
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN

整形外科インプラント

17 [5] 329-334 (1982)

セラミックス人工骨の設計と製造
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待中島）
長田 武彦（旭光学工業（株）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
相対密度 99.2％以上の緻密水酸アパタイトセラミックスを作製し，犬エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，の顎骨に埋入した．2ヶ月後には骨と人工骨のアパタイト結晶格子が界
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ面で同一方向に配列しており，完全に癒合（化学結合）しているのがラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ確認できた．
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
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整形外科インプラント

34 [7] 516-521 (1999)

整形外科におけるセラミックス人工骨－臨床の現状と課題
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
中村 実・佐々木孝志（京都大学）
長田
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
アパタイトとウォラストナイトの結晶を含む結晶化ガラス（AW）は骨とエネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
結合し，機械強度も高い材料である．腫瘍摘出後の骨欠損部に自家骨新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，と共に AW ブロックを補填したところ，術後7 年経過には骨と結合して高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセいるのが確認できた．
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN

整形外科インプラント

34 [7] 529-533 (1999)

関節・骨修復用セラミックスの新展開
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
小久保
正・金 鉱敏・川下将一（京都大学）
長田 実・佐々木高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
骨のコラーゲン繊維と同様に編み上げた高分子表面に官能基を形成さエネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
せ，擬似体液（SBF）に浸漬することで，繊維表面に骨類似アパタイト
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，を析出させる．このような材料は変形能を有する新規生体活性材料と高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセして利用できる．
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN 38 [1] 2-10 (2003)17整形外科インプラント

骨・関節の機能を代替する金属材料塙 隆夫（物質・材料研究機構）
擬似体液中で合金の磨耗試験や疲労試験を行ったところ，合金の主成分である Ti はほとんど溶出せず，微量元素である Ni や Fe などが検出された．合金組成だけでなく，微量元素や不純物元素の溶出まで考慮する必要がある．

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整形外科インプラント

38 [1] 16-20 (2003)

水酸アパタイトセラミックス人工骨の材料設計と臨床応用
小川 哲朗・阿部 慶太・冨永 芳恵・中島 武彦（ペンタックス（株））
人工骨の材料設計は要求事項に応じて吸収性，骨誘導性能，柔軟性，靱性などを制御しなければならない．そのためには，複合化も含め適切な素材を選定し，溶解度・気孔率との関係をイメージ化することが重要である．

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整形外科インプラント

38 [1] 51-54 (2003)

抗菌薬を必要最小限に抑えた環境低負荷医療の実現を目指すセラミック技術

伊藤 敦夫 *1・大矢根 綾子 *1・六崎 裕高 *2・十河 友 *1・上高原 理暢 *3・井奥 洪二 *3（*1 産業
技術総合研究所・*2 つくばセントラル病院・*3 東北大学）

皮膚を貫通して使用する経皮デバイスでは上皮組織とデバイスとの空隙から細菌感染が起こる．デバイス表面にアパタイトをコーティングすることで上皮とデバイスが密接に接着し，感染症を予防することができる．

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整形外科インプラント

43 [10] 836-839 (2008)

骨伝導能に優れる新規骨補填材およびその製造方法の開発
梅沢 卓史（コバレントマテリアル（株））
多孔質セラミックスは材料内部に生体組織が侵入するため骨伝導能に優れるが機械強度は低い．そこで，多孔体 - 緻密体コンポジット骨補填材を開発した．多孔質部分は三次元連通構造を有しており，37 kNの負荷に耐えられた．

CERAMICS JAPAN18

46 [9] 753-756 (2011)生体吸収性材料

バイオミメティックス生体材料の開発
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待田中
長田 順三・菊池実・佐々木 正紀（無機材質研究所）
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
ハイドロキシアパタイトとコラーゲンからなる骨と同じ成分を持った人エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，工材料の合成に成功した．アパタイトの出発原料とコラーゲンを混合
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセし，共沈物を成形することで得た物質は，骨と同様に
c 軸方向に細長
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよいアパタイト微結晶を含んでいた．このような骨類似ナノ構造は，アパ
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新タイト微結晶とコラーゲン分子間の相互作用によって自己組織化的にセラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の誘起されたことが考えられた．ラット頭蓋骨に埋入した時，自家骨に開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
極めて類似した代謝様式を示すことがわかった．
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生体吸収性材料

34 [7] 543-546 (1999)

HAp/TCP バイフェーズ人工骨
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
近藤）
長田 和夫（日本特殊陶業（株）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
水酸アパタイト（HAp）とリン酸三カルシウム（TCP）のバイフェーズ組
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，成を有する人工骨材料は，高強度と良好な骨結合性を兼ね揃えた材料
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセであり，緻密体，多孔体，大気孔多孔体という３種類の構造の異なる
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ製品が展開されている．特に大気孔多孔体は，気孔同士が連結する部
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新位の径が60 〜 80 μ m と比較的大きい．その結果，動物実験においセラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のて，多孔体内部への骨組織や血流などの侵入が促進され，生体組織と開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
の複合化による機械的特性の向上をも確認された．
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生体吸収性材料

38 [1] 44-46 (2003)

自家骨に置換する人工骨
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
入江 実・佐々木洋之（オリンパス光学工業（株））
長田
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
β - リン酸三カルシウム（β -TCP）は骨伝導能に加えて吸収性を有してエネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
おり，骨欠損部に補填すると補填部が自家骨に置換していくという特徴
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，がある．このβ -TCP
骨補填材の吸収は，化学的な溶出だけでなく，細高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ胞による生物学的な吸収の方がむしろ支配的となっている．例えば大ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ腿骨顆部に埋入した場合，破骨細胞様細胞によるβ -TCP の吸収が確
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新認されるが，大腿部軟組織に埋入した場合はほとんど吸収が観察されセラミック材料，例えばT( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のなかった．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
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生体吸収性材料

38 [1] 55-57 (2003)

綿形状バイオマテリアル（骨充填剤の新しい形）
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待*1
春日・西川 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
靖俊 *2（*1 名古屋工業大学・*2ORTHOREBIRTH（株））
長田 敏宏
実・佐々木
新たな形態の人工骨として，
綿形状のポリ乳酸・β - リン酸三カルシウム
・エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
シリカ含有炭酸カルシウム複合材料が開発された．細胞の侵入を可能
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，とすべくファイバー径は10 μ m 以上であり，かつ三次元的なファイバー
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ構造を設計した．ケイ酸イオンやカルシウムイオンの徐放を示すことか
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよら，これらイオンによる細胞活動の促進が見込まれる．家兎の大腿骨
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新部に埋入したところ，ファイバー間で骨が形成しつつ材料が吸収されてセラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のいることがわかった．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN 52 [6] 397-400 (2017)19生体吸収性材料

骨代謝に完全に取り込まれる柔らかい骨補填材
菊池 正紀（物質・材料研究機構）
自己組織化による水酸アパタイト / コラーゲン骨類似ナノ複合体は，生体内にて骨リモデリングプロセスに取り込まれて骨に置換する材料である．つまり，材料周辺にて破骨細胞による吸収と骨芽細胞による新生骨形成が進行する．この材料は緻密体，スポンジ状多孔体（リフィット®），
シート，コアシェル型，そして自己硬化型ペーストなど様々な形態が開発されている．

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組織再生・足場材

52 [6] 401-404 (2017)

骨・軟骨の組織工学 －整形外科臨床医の立場からー
松本 秀男（慶應義塾大学）
従来の治療で回復の望めない広範囲の骨や軟骨欠損などに対して，再生医学の手法を用いた治療法が開発されつつある．特に関節軟骨は修復が極めて難しいのが特徴である．軟骨は血管分布が少ないため再生に不利とされてきたが，無血管でも栄養が確保できるため細胞培養移植に有利な側面も持っている．培養した軟骨細胞を生体内で生着できることが動物実験で確認されている．関節軟骨障害の臨床的な問題点を紹介し，再生医学について整形外科的視点から解説する．
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組織再生・足場材

38 [1] 11-15 (2003)

セラミックスを利用した再生医学・組織工学
大串 始（産業技術総合研究所）
患者から採取した間葉系幹細胞をアルミナセラミック人工関節上で培養して骨芽細胞へ分化させ，再生培養骨とする．また間葉系幹細胞を多孔体セラミックスと混和して骨欠損部に埋入できる．変形性関節症，骨腫瘍，骨壊死，骨軟骨障害の患者に移植されている．今後，間葉系幹細胞のさまざまな組織構成細胞への分化能力を利用して，幅広い再生治療におけるセラミックスの応用が期待できる．

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組織再生・足場材

40 [10] 823-827 (2005)

β -TCP 柱状粒子による新しいスキャホールドの創製
井奥 洪二（東北大学）
骨再生に必用となるスキャホールドの有力候補はリン酸カルシウムであり，生体に吸収されるスキャホールドとしてβ型リン酸三カルシウムが代表的セラミックスである．β型リン酸三カルシウムが骨内で吸収される速度は約 0.1 ～ 1 μ m の微細気孔に依存するという知見から，0.1～ 0.5 μ m の微細気孔を柱状粒子の絡み合いで制御し，あわせて直径約 100 μ m 以上の気孔を持つ多孔体を開発した．

CERAMICS JAPAN2040 [10] 852-854 (2005)

組織再生・足場材

骨組織の自己再生を支援するセラミックスの材料設計
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
大槻 主税 *1・上高原 理暢 *1・宮崎 敏樹 *2
長田 実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）（*1 奈良先端科学技術大学院大学，*2 九州工業大学）
生体吸収性の人工骨として実用化されているβ型リン酸三カルシウム
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
は，使用される部位によっては吸収されるまでの期間が長過ぎる問題
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセが指摘されている．より高い生体吸収性が期待できる高温型のα型リラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよン酸三カルシウムからなる，気孔率約80%，10 ～ 50 μ m の連続気りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新孔を主に有する多孔体を作製した．吸収速度をヒドロキシプロピルセ
セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のルロースもしくはセリシンによる被覆や，α相とβ相の2 相を含む多孔開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
体としその割合を変えることで制御した．
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組織再生・足場材

40 [10] 862-864 (2005)

アパタイトファイバースキャホールドの開発と臨床応用に向けた試み
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待*1
松本・森末 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
光 *1・相澤 守 *2（*1 慶應義塾大学・*2 明治大学）
長田 守雄
実・佐々木
気孔形成材としてカーボンビーズを用い，長軸径 100 μ m のアパタイト
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
単結晶ファイバーを用いて気孔率98 ～ 99%，気孔径 100 ～ 250 μ m
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセのアパタイトファイバースキャホールドを作製した．同スキャホールドは，
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ生体吸収性を有するとともに，ラット骨芽細胞様細胞のスキャホールド
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新として有用であった．骨形成タンパク質（rh-BMP2）を担持させることで，セラミック材料，例えばT( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のラッ
トの腰椎後側方固定術モデルにおいて良好な骨癒合が得られた．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
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組織再生・足場材

40 [10] 865-868 (2005)

リン酸オクタカルシウムの骨再生能と生体内吸収性
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
鈴木
長田 治（東北大学）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
リン酸オクタカルシウム（OCP）は，骨や歯のアパタイト形成過程におエネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
いて核として働くことが示され，骨再生材料として注目されている．骨高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ伝導能が認められ，骨芽細胞賦活化能および生体吸収性を有するが，ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
長期的に新生骨と完全置換するかはまだ解明されていない．OCP
は加りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新熱で脱水して分解するため，焼結による成型が困難である．骨再生材
セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の料として，形態付与性の向上にはコラーゲンのような高分子材料との複開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
合化が有効である．
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組織再生・足場材

43 [4] 286-289 (2008)

セラミックス製人工関節における再生医療の応用

セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待～再生骨組み込みアルミナセラミックス製人工足関節の基礎研究から臨床応用まで～
*1,*2
*3
藤間 保晶
・田中 康仁高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
・大串 始 *2
長田実・佐々木（*1 国立病院機構奈良医療センター・*2 産業技術総合研究所・*3 奈良県立医科大学）
人工足関節の臨床成績には術後早期の固着性が重要で，いかに早くイ
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
ンプラントと骨組織をロッキングさせるかに依る．アルミナセラミックス
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ製人工足関節に患者由来の幹細胞の骨分化能力を利用する再生医療
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ技術を融合させることで，臨床成績の向上が期待できる方法として確りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新立されつつある．
移植細胞の長期安全性は引き続き検討が必要である．
セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN46 [4] 298-303 (2011)21

組織再生・足場材

光造形法を用いたバイオスキャフォードの作製
田崎 智子・桐原 聡秀（大阪大学）
ハイドロキシアパタイト微粒子を分散した光硬化性の液体樹脂を用いて，コンピュータ支援を基盤とした精密成形によって，生体骨構造の傾斜気孔率を模した生体親和性の高い傾斜型デンドライト構造を有する
人工骨インプラントを作製した．さらに有限要素法を使用し，デンドラ
イト構造における体液の循環挙動をシミュレーションした．

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組織再生・足場材

47 [12] 924-928 (2012)

柔軟性を備えた膜状材料による骨再生鵜沼 英郎 *1・古澤 利武 *1,*2・湊谷 勤 *2（*1 山形大学・*2 東北口腔インプラント研究会）
歯科インプラント埋入前に必要な量の歯槽骨を再建するための技術として骨誘導再生（GBR）がある．GBR のために，柔軟性を備えた骨再生用材料が求められている．柔軟性を特徴とする材料として，ゼラチン
もしくはコラーゲンの層を介して低結晶性の水酸アパタイトを被覆した
ポリエチレンテレフタラート（PET）メンブレンと，生体活性ガラス繊維織布が紹介されている．

CERAMICS JAPAN

担体・リアクター

52 [6] 405-408 (2017)

ハイドロキシアパタイト結晶粒子を充てん剤とする高速液体クロマトグラフィー
川崎 力（（株）高研）
ハイドロキシアパタイト（HA）を充てん剤に用いたクロマトグラフィー
では，タンパク質，核酸をはじめとする生体高分子やウイルスを相互に分離できる（左図）．HA 結晶表面のカルシウムイオンやリン酸イオンと，
生体高分子の表面におけるカルボキシル基やアミノ基の局所配置が幾
何学的に重なり合うように吸着が生じる．そのため，大きさや等電点，アミノ酸組成が類似した生体高分子であっても，局所構造の微細な差違に基づいて分離される．
CERAMICS JAPAN

担体・リアクター

20 [3] 195-202 (1985)

バイオリアクター用多孔質セラミックス
川瀬 三雄・纐纈 満（日本ガイシ（株））
生体触媒（微生物や酵素）を多孔質セラミックスに固定化したバイオリ
アクター（左図）では，より多くの触媒を固定化することが装置の効率向上につながる．多孔質セラミックスに対して，化学修飾を施し生体触媒とは反対の符号の表面電位を与えることや，加熱処理により生体触媒の大きさに見合う細孔分布（たとえば数十～百Åの大きさの酵素に対して数百Åの細孔径）を与えることで，生体触媒の固定化量を増大できる．
CERAMICS JAPAN22

24 [7] 618-623 (1989)

担体・リアクター

DNA 合成担体用多孔質ガラス
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
長田 和雄（旭硝子（株）
中村実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構））
多孔質ガラスは，溶 媒による膨 潤がなく高圧にも耐えられるため，エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，DNAを固相法で化学合成する際の担体に利用されている．とくに，分高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ相法で合成された多孔質ガラスは細孔径分布が狭く（左図），DNA の
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ化学合成に適している．さらに，多孔質ガラスの組成はDNA の収率とりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新相関性をもち，SiO
2-B2O3-Na2O 系のガラスを用いることで，高い収率
セラミック材料，例えばT( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のが得られる．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
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担体・リアクター28 [7] 636-641 (1993)

ウイルス，細胞分離セラミックス
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
長田 恒男（旭光学工業（株）
平出実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構））
ハイドロキシアパタイト（HA）クロマトグラフィーは，タンパク質などのエネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
生体高分子の分離だけでなく，ヒト血液由来のリンパ球からT 細胞の高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセみを短時間で分離することにも利用できる．これは，T細胞表面のタラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
ンパク質の
HA に対する吸着力が，他のリンパ球中の細胞に比べて弱りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新い性質を利用している．この他，インフルエンザをはじめとするウイル
セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のスの表面に存在するタンパク質は，HAに強く吸着される．この性質を開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
利用してウィルス感染予防用のマスクなどが製品化されている（左図）．
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診断・治療用材料 リアクター

28 [7] 642-646 (1993)

多孔質水酸アパタイトを用いたバイオ人工肝臓
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
松浦 知和 *1・幡場 良明 *1・石川 周太郎 *2・小川 哲朗 *3
長田実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
*1
*2
*3

（ 東京慈恵会医科大学・ （株）バイオット・ ペンタックス（株））

良好な組織適合性とヒト肝臓由来細胞の付着性を示す水酸アパタイト
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギーの多孔質ビーズを細胞培養担体として用い，これを筒状のリアクター
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，に充填することで，細胞充填型のラジアルフロー型バイオリアクター
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ(radial － flow bioreactor：RFB) を構築した（左図）．RFB を利用してラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
還流培養することで，高密度 3 次元培養を実現できた．体外循環型バ
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新イオ人工肝臓の機能発現やスケールアップにも，水酸アパタイトビーズ
セラミック材料，例えばT( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のは有用であった．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
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担体・リアクター

40 [10] 869-872 (2005)

環境技術を指向したリン酸カルシウム塩の反応性制御
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待～土壌汚染対策技術を中心に～
長田 実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
袋布昌幹（富山高等専門学校）

エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
リン酸水素カルシウム二水和物（DCPD）は水溶液中でフッ化物イオン
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，と反応し，数時間の誘導時間を経て数十 nm の微細な前駆体相を生成
高温ガスタービン
し，その後速やかにフッ素アパタイト，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ（FAp）に転化する．この前駆体
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ
相をあらかじめ表面に形成させた DCPD 粒子（左図）は，土壌中やリりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新サイクルセッコウから溶出したフッ素化合物を FAp として不溶化する，セラミック材料，例えば
土壌汚染対策用の材料として利用できる．
T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
CERAMICS JAPAN46 [9] 723-726 (2011)23

担体・リアクター

アパタイトを用いた放射性ヨウ素の固定化
末次 寧（物質・材料研究機構）
アパタイト構造は，多様なイオン種の組み合わせを構成成分として許容し得る．アパタイト構造を持つ化合物を，放射性ヨウ素の固定化に応用する試みがなされている．例えば，ヨウ素をゼオライトに吸着させた
後，リン酸カルシウムアパタイトのマトリックス中に分散させて両者を複合焼結する手法がある．その際，ゼオライトの表面を微細なヒドロ
キシアパタイト結晶で覆う（左図）と，焼結過程でのヨウ素の脱離を抑制できる．また，ヨウ素バナジナイト（Pb₁₀(VO₄)₆I₂）はアパタイト構造をもち，純水中におけるヨウ素の溶出量は極めて低い．
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標準化

46 [9] 727-730 (2011)

バイオセラミックスの製造と国際標準―企業におけるバイオセラミックスと関連する国際標準
小川 哲朗（旭光学工業（株））
ヒドロキシアパタイト製の人工骨は体内に半永久的に埋入され，かつ感染を防ぐため滅菌工程が必要となり，一般工業製品より厳しい品質が要求される．研究段階から製品化を目的とした開発設計段階に至ると，国際規格（ISO9001）に準拠した設計管理が適用される．開発された製品には，厚生省の生物学的試験ガイドラインに従い埋植試験，急性
毒性や遺伝毒性に関する試験が実施される．人工骨の滅菌工程にも国際規格（ISO/TC198 規格）に準拠した検証がなされる（左図）．
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標準化

35 [6] 459-461 (2000)

人工関節に使用される材料の標準化戦略
堤 定美（京都大学）
人工股関節置換術の普及に伴い，摺動面に発生した人工関節材料の摩耗粉による骨融解などの問題が増加している（左図）．そのため，セラミックスの脆性的破壊特性の改良や有機―無機ハイブリッドによる新規な骨修復材料の創成が求められる．さらに，潤滑液への血清希釈液の利用や多方向摩擦など，生体内での長期稼働による材料特性変化を予測できる新たな摩耗特性評価法を開発し，国際標準として主張することが望まれる．
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標準化

38 [1] 30-34 (2003)

国際規格に関する取り組み
堤 定美（日本大学）
医療用セラミックス材料の開発は日本が世界を牽引している分野であり，国際標準化を主導することは産業競争力の向上に資する．人工股関節に衝撃荷重が繰り返し負荷される場合の摩耗試験方法や潤滑液は標準化されていない．そのため，セラミック骨頭の衝撃強度試験方法を開発し，標準化に向けてより信頼性のある試験条件が決定された（左図）．さらに，生体活性セラミックスの多孔質材料や骨ペースト材料の性能を臨床に即した環境で評価する手法を確立し，国際規格の修正案と原案，日本工業規格の原案として提出した．
CERAMICS JAPAN24

46 [4] 308-313 (2011)

標準化

バイオセラミックス分野における標準化の取り組み ～ ISO 提案を中心にセラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待菊池
長田 正紀（物質・材料研究機構）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
バイオセラミックスやリン酸カルシウム骨ペーストの標準的な評価手法
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，を国際規格として提案した．例えば破骨細胞直下のpH を模倣した緩高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ衝溶液に材料を浸漬することで，生体内溶解速度と相関した溶解速度
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよを測定できる．リン酸緩衝生理食塩水への材料の浸漬は，実験室レベ
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新ルで生体模倣環境下の機械的強度試験を行う上で有効である．
さらに，セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の
多孔質な材料を骨芽細胞様の株化細胞の上に静置し培養することで，開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
材料内部への細胞侵入性を測定できる（左図）．
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表面処理・コーティング

48 [10] 824-828 (2013)

表面構造制御による生体活性の発現
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
小久保正・宮路 史明・金鉉敏（京都大学）
長田 実・佐々木高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
人工材料の表面構造を制御することによって，金属材料や有機高分子
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，材料の表面に，体液環境下で骨類似アパタイト層を形成することがで
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセきる．例えば，アルカリおよび加熱処理されたチタン金属をヒトの体液
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよとほぼ等しい無機イオン濃度を有する水溶液（擬似体液）に浸漬する
りよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新と，金属表面に，ち密で均一な骨類似アパタイト層を形成できる．また，セラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の布に織った有機高分子の極細線維の表面にも，アパタイト層を形成で開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
きる（左図）．
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表面処理・コーティング

33 [4] 303-306 (1998)

アパタイトコーティング複合材料の開発
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待
横川 実・佐々木善之（名古屋工業技術研究所）
長田
高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
骨セメントの不要な人工関節を得る手法として，プラズマ溶射法によるエネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
アパタイト成膜や，チタン金属の超塑性現象を利用したアパタイト顆粒
新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，埋入などが提案されている．プラズマ溶射法としては，直流プラズマ
高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ溶射法，高周波熱プラズマ溶射法などがある．高品位のアパタイト皮
ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよ膜を得るためには，プラズマ溶射におけるプロセシングパラメーターにりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新より，副生成物の量や膜厚，アパタイトの結晶性，c
軸配向度（左図）
セラミック材料，例えばT( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料のなどを適切に制御することが重要である．
開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
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表面処理・コーティング

34 [7] 547-552 (1999)

人工関節用セラミックスと生体活性セラミックコーティング
セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待藤沢）長田 章（京セラ（株）
実・佐々木 高義（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
人工関節の構造はその機能上，関節摺動部と周囲骨への固定部に分け
エネルギー関連のセラミックス材料について概説している．エネルギー
ることができる（左図）．関節摺動部には，摩擦・摩耗の少ない骨頭と新技術では，材料がその成否の鍵を握っているものが多く，核燃料，
カップ（臼蓋）の組み合わせとしてアルミナ―アルミナ，ジルコニア―超高温ガスタービン，MHD，高温型燃料電池，新型二次電池では特にセ高分子量ポリエチレンなどが用いられている．周囲骨への固定部には，ラミック材料が重要な役割を占めている．上に挙げた材料を改良してよリン酸カルシウム系セラミックスコーティングにより，セメント固定のりよい性能を与える努力をする一方，例えば全く新しい発想に基づく新不要な人工関節が臨床応用されている．例えば，チタン合金製母材のセラミック材料，例えば T( 臨界温度 ) の高い超電導セラミック材料の表面にミクロ凹凸構造を設け（チタンのプロアーク溶射による），20 ～開発といった課題に挑戦することも重要であることを述べている．
40 μ m の水酸アパタイトをコーティングした人工関節が臨床応用されている．
CERAMICS JAPAN 38 [1] 40-43 (2003)25表面処理・コーティング

ハイドロキシアパタイトコーティングインプラントの特徴と臨床
舞田 健夫・田村 誠（北海道医療大学）
歯科用金属製インプラントの表面に水酸アパタイトをコーティングすると，未コーティングのインプラントよりも高い骨結合力を示すようになる．アパタイトコーティングの表面と骨組織との界面にカルシウムが沈着し，両者は隙間なく，直接生化学的に結合する（左図）．水酸アパタ
イトコーティングインプラントは，より早く，より確実に骨結合を獲得し，患者の機能回復を助ける．

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表面処理・コーティング

43 [4] 324-327 (2008)

軟組織適合性材料としてのアパタイトナノ単結晶ハイブリッドマテリアル
古薗 勉・岡田 正弘（近畿大学）
ハイドロキシアパタイトは，歯や骨といった硬組織適合性材料として数多くの研究開発がなされてきたが，新たに開発されたナノコーティング
法（ソフトナノセラミック・プロセッシング）を用いることで，軟組織適合性材料としても十分高い機能を提供できることが明らかとなった．これまでに経皮デバイス，人工血管，および末梢動脈疾患治療用細胞担体として有効性が実証されている．

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表面処理・コーティング

45 [8] 645-650 (2010)

レーザーアブレーション法によるアパタイト薄膜の形成とバイオセンサへの応用
本津 茂樹・楠 正暢・西川 博昭（近畿大学）
水酸アパタイトはたんぱく質等の生体関連分子を吸着する性質をもち，吸着分子や置換イオンにより電気的特性を変化させる．レーザーアブ
レーション（Pulsed Laser Deposition； PLD）法により水酸アパタイト
薄膜を形成し，水晶振動子微小天秤（QCM）型 バイオセンサに応用した（左図）．また，PLD 法により，Ca2+ を Na+ で置換した Na ドープ水酸アパタイト膜を作製し，インピーダンス型バイオセンサに応用した．

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表面処理・コーティング

46 [9] 745-749 (2011)

スパッタリング法による薄膜 HA コーティングの開発と臨床試験
青木 秀希・李 団団（（株）国際アパタイト研究所 )従来のプラズマやフレーム溶射法による水酸アパタイト（HA）厚膜コー
ティングにおける問題点を解決する手法として，スパッタリング法を開発した．スパッタリング法により，ナノサイズの HA 結晶からなり，低気孔率（ち密）で，金属母材との結合力の強いミクロン薄膜を形成させる技術を開発した．スパッタリング法により製造された HA 薄膜コー
ティング歯科用インプラントについて，治験（臨床試験）を実施し，薬事申請し，承認を取得した．
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46 [9] 750-752 (2011)

セラミックヒストリー 100 選
2020 年 3 月発行

生体関連セラミックス（非売品）

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BULLETIN OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN

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