ナノ構造水酸アパタイトペレットの作製

DCPD の熱水処理および乾燥により白色の粉末が得られ，XRD のピークパターンおよび ICDD (international center for diffraction data)カードからDCPと同定された．得られたDCP粉

末は10 x 5 x 5 µm程度の結晶であることがSEM観察で確認された．DCPD，DCP粉末のSEM

画像，XRDパターンを図2.4，2.5に示す．

図2.4 DCPD粉末（a）およびDCP粉末（b）のSEM画像．

図2.5 市販のDCPDおよびその熱水処理で合成したDCPのXRDパターン．ICDDとピー

クが一致したことから生成物はDCPであると同定された．

作製した DCP ペレットを塩基性水溶液 で処理することで様々なナノ構造を表面に 持つHAペレットが得られた（図2.6，2.7）．

なお，得られたHA結晶のうち，ロット状 の結晶が独立して成長したものをfiber（図

2.9a），直径20 nm程度の複数のロッド状結

晶が凝集しているものをneedle（図2.8，図 2.9b）と定義した．また平板状の結晶のう ち幅がナノスケールのものをflake，マイク ロメータースケールのものを sheet とした

（図2.9c）．また各結晶の最短辺のサイズが

細胞親和性に大きな影響を与えると考え，図2.9の矢印で示した部分で測定した．

硝酸でpH 3.0に調整した0.5 M尿素水溶液中にDCPペレットを浸漬し，85°Cで72時間

加熱したところ，表面が直径94 ± 25 nmの繊維状ナノ結晶で覆われたペレットが得られた

（図2.7b, 以下『100-nm fiber』）．溶液のpHは72時間の反応中に7.8程度まで上昇した．ま

た，pH 9，10のアンモニア水にDCPペレットを浸漬し，70°Cで24時間加温した結果，表

面が直径44 ± 11および30 ± 9 nmの繊維状結晶で覆われたペレットが得られた（図2.7c, d,

以下『50-nm fiber』および『30-nm fiber』）．これらの繊維状結晶の長さはすべて数µm程度 であった．さらに，pH 11のアンモニア水やpH 13の水酸化ナトリウム水溶液中で得られた ペレットは，直径数十～数百nmの針状の結晶で覆われていた（図 2.7e, f）．この針状結晶 はより小さなロッド状の一次粒子の集合体であることがSEMで確認され，一次粒子の直径

はpH 11で得られたものは24 ± 5 nm，pH 13で得られたものは19 ± 5 nmであった（図2.8a,

b, 以下『25-nm needle』および『20-nm needle』）．また，アンモニアでpH 9に調整した3 M リン酸水素二アンモニウム水溶液中では，幅259 ± 72 nm，厚さ19 ± 6 nmのフレーク状HA 結晶がペレット表面に得られた（図2.7g, 以下『25-nm flake』）．これらの作製条件を表2.2 にまとめた．

これらのペレット表面は純粋なHA結晶であることがXRDパターンとICDDカードから 同定された（図2.10）．SEM画像より計測されたHA結晶のサイズは表2.3にまとめた．ま た，XRDのピークパターンからScherrer式を用いて算出した結晶子サイズと比較した結果，

SEM画像から算出した一次粒子サイズとほぼ一致した（図2.11）．なお，得られたすべての HAペレットは，マイクロメートルスケールでは目立った凹凸は見られなかった．また生成 したHAナノ結晶はペレットのバルク部分と結合しており（図2.12），分析操作や細胞実験 による結晶の脱落は観測されなかった．

また，結晶表面のラフネスや結晶間隙，間隙の深さなどの定量を試みたが，原子間力顕 微鏡では結晶間隙が深すぎるため，またレーザー顕微鏡では分解能不足のため定量するこ とはできなかった．これらは，表面粗さ計を用いることである程度数値化できると考えら

図2.6 左からDCPペレット，ナノ構造HA

ペ レ ッ ト （30-nm fiber），HA 焼 結 体

（dense-HA）．

れる．

図2.7 作製したHAのSEM画像．(a)：市販のHA粉末をプレス成形・焼成．(b)～(f)：DCP

ペレットをpH 7.8，9，10，11，13で処理．(g)：DCPペレットを3Mリン酸水素二アンモニ ウム溶液（pH 9）で処理．(h)：(a)をSBFに浸漬．

図2.8 作製した25-nm needleおよび20-nm needleの高倍率SEM画像．

図2.9 作製したHA結晶の分類．独立したロッド状の結晶をfiber（a），ロッド状結晶の凝

集体を needle（b），平板状の結晶のうち幅がナノスケールのものを flake，マイクロメータ

ースケールのものをsheetとした（c）．各結晶のサイズは矢印で示した部分を測定した．

表2.2 各HAペレットの作製条件．

soaking of dence-HA in SBF 80-nm sheet

(h)

hydrorysis of DCP at pH 9 with ammonia and 3 M (NH2)HPO4

25-nm flake (g)

hydrorysis of DCP at pH 13 with NaOH 20-nm needle

(f)

hydrorysis of DCP at pH 11 with ammonia 25-nm needle

(e)

hydrorysis of DCP at pH 10 with ammonia 30-nm fiber

(d)

hydrorysis of DCP at pH 9 with ammonia 50-nm fiber

(c)

hydrorysis of DCP at pH 7.8 with 3M urea 100-nm fiber

(b)

sintering of comarcial HA at 1200ºC dense-HA

(a)

fabrication condition

soaking of dence-HA in SBF 80-nm sheet

(h)

hydrorysis of DCP at pH 9 with ammonia and 3 M (NH2)HPO4

25-nm flake (g)

hydrorysis of DCP at pH 13 with NaOH 20-nm needle

(f)

hydrorysis of DCP at pH 11 with ammonia 25-nm needle

(e)

hydrorysis of DCP at pH 10 with ammonia 30-nm fiber

(d)

hydrorysis of DCP at pH 9 with ammonia 50-nm fiber

(c)

hydrorysis of DCP at pH 7.8 with 3M urea 100-nm fiber

(b)

sintering of comarcial HA at 1200ºC dense-HA

(a)

fabrication condition

図2.10 作製したHAペレットのXRDパターン．(a)：市販のHA粉末をプレス成形・焼成．

(b)～(f)：DCPペッレットをpH 7.8，9，10，11，13で処理．(g)：DCPペレットを3Mリン

酸水素二アンモニウム溶液（pH 9）で処理．(h)：(a)をSBFに浸漬．

表2.3 HAペレットを構成する結晶の一次粒子サイズ．(a)：市販のHA粉末をプレス成形・

焼成．(b)～(f)：DCPペレットをpH 7.8，9，10，11，13で処理．(g)：DCPペレットを3M リン酸水素二アンモニウム溶液（pH 9）で処理．(h)：(a)をSBFに浸漬．

primary crystal size (nm) (a) dense-HA 2310 ± 694 (width) (b) 100-nm fiber 94 ± 25 (diameter) (c) 50-nm fiber 44 ± 11 (diameter) (d) 30-nm fiber 30 ± 9 (diameter) (e) 25-nm needle 24 ± 5 (diameter) (f) 20-nm needle 19 ± 5 (diameter)

(g) 25-nm flake 19 ± 6 (thickness) / 259 ± 72 (width) (h) 80-nm sheet 76 ± 16 (thickness) / 2620 ± 736 (width)

図2.11 SEM画像及びXRDパターンから算出された各HAナノ結晶の一次粒子サイズ．

図2.12 HAナノ結晶（100-nm fiber）とペレットのバルク部分との界面．ナノ結晶はバルク 部分と直接結合している．