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Title
天然アパタイトの組成と生体応用の可能性
Author(s)
見明, 康雄; 三島, 弘幸
Journal
歯科学報, 117(6): 441-443
URL
http://hdl.handle.net/10130/4427
Right
Description
―――― カラーアトラス ――――
天然アパタイトの組成と生体応用の可能性
み あけ やす お見 明 康 雄
１），
み しま ひろ ゆき三 島 弘 幸
２） １） 東京歯科大学組織・発生学講座 ２） 鶴見大学歯学部歯科理工学講座カ ラ ー ア ト ラ ス の 解 説
はじめに アパタイトは歯科領域ではよく知られた材料であ り白というイメージがあるが，天然アパタイトは 色々な色彩を持ちパワーストーンとしても知られて いる。アパタイトの核形成や結晶成長には，Mg， Al，Si，S，Cl といった微量元素が大きく関与して いるが，生体アパタイト結晶は微細な単結晶の集合 物で，炭酸イオンが多く，これが歯や骨アパタイト の変異や多様性を作り出し，結晶構造に格子不正を 引き起こしている。一方，天然鉱物のアパタイトは 極めて大きな単結晶であり，比較的結晶構造に歪み は少ないが，色調や組成に変異がみられ，種々の結 晶のインクルージョンも認められている１，２） 。 この研究では，天然アパタイトを解析し，生体ア パタイトとの組成や構造の類似性あるいは違いを探 求し，新たな歯科材料や硬組織の標準試料を開発す るための情報を得ることを目的とした。今回は特に 色彩と構成成分との関係について検索を行った。 方 法 天然アパタイトの分析は，各結晶を c 軸と垂直方 向の板状に切出し表面を鏡面研磨した後，EPMA を用いて EDS および WDS で定性分析と定量分析 を行った。また顕微ラマン分光分析で測定を行った。 石灰化組織の定量評価のため，天然アパタイトを標 準試料としてＸ線撮影（CMR）を行った。撮影に際 しエナメル片と天然アパタイトを同一ブロックとし て樹脂包埋し，種々の厚み（１３０∼２００µm）の研磨片 を作製して画像解析装置で石灰化度の比較検討を 行った。 結 果 今回観察した結晶を図１ａ∼ｄに示す。メキシコ 産はやや黄色みを帯びた透明で（Yellow），コロン ビア産は光の透過性の高いピンク色（Pink），ブラジ ル産は透過性のある青色（Blue）と透過性のほとんど ない濁った灰緑色（Green）であった。 EPMA の定性分析では，全てのサンプルから Ca， P と F が検出され，Fluorapatite であることが示さ れた。また他の含有元素として O，Na，Si，S，Cl， Mn が広範囲で検出された（図２ａ∼ｄ）。面分析を 行ったところ，透過性の高い結晶ではこれらの元素 が比較的均一に分布し（図３ａ，ｃ），一部でにイン クルージョンがみられ（図３ｂ，ｄ），定量分析では 色の違いにより含有元素比に差がみられた（Table １）。灰緑色結晶ではインクルージョンが特に多く 観察され（図３ｄ，図４），C，O，F，Na，Mg，Si， P，S，Ca，Fe，Mo，Ba，La，Ce，Th 等が検出さ れた（図５）。 ラマン分光分析法ではリン酸基 PO４３−のピーク値 が９６４∼９６７cm−１ であり（図６），これは F によるピー クシフトと考えられ，天然アパタイトは Fluorapa-tite であることが示された。 天然アパタイトとエナメル質の CMR 撮影を行っ たところ，天然アパタイトの密度を１００vol％とした 場合， エナメル質では８０∼９０vol％位の値であった。 考 察 天然アパタイトの色の変化は微量元素の含有比が かなり異なることから，微量元素量の違いによるも のと思われた。面分析ではこれらの元素が均一に分 布していることより結晶格子に組み込まれている可 能性も高い。灰緑色（Green）の結晶はインクルー ジョンが特に多く，これが透過性の低下を招いてい ると思われた。またインクルージョン結晶として ThSiO４ハットナイト，CaSO４石膏，SiO２シリカ，Ca２MgSi２O７オケルマナイト，BaSO４重晶石，CaCO３方解
石等が考えられた。 ラマン分光分析では，アパタイトの PO４３−のピー ク値は４種類認められ，CO３含有アパタイトである 骨アパタイトの v１は９６０cm −１ で３） ，ヒトエナメル質 では v１が９６１cm−１，サメエナメロイドでは９６３cm−１ である。天然アパタイトはサメエナメロイドに近い ピークシフトを示していることより Fluorapatite に近いものと考えられた。また，これらのピークは 生体アパタイトの特徴であることや，天然アパタイ トは長さ１０mm 以上ある大きな単結晶で１００％近い 密度を持つことから，生体石灰化組織の密度，結晶 成長や結晶化などの測定のための標準試料や骨代替 材料のインプラント後に，その周囲に形成される骨 組織の結晶成熟度の比較対照試料としての可能性が 示唆された。 また，CMR による定量評価実験では，天然アパ タイトの密度を１００vol％とした場合，エナメル質で は８０∼９０vol％位の値であったが，エナメル質の無 機質重量パーセントは９７％前後であるのに対し容量 パーセントは８９％で有ることが報告されており４） ， 概ね容量パーセントに近い値を得ることが出来た。 従って，エナメル質の無機容量パーセントについ て，動物種による違いや部位による違いを詳細に検 討する上で重要な指標となる可能性が示唆された。 謝 辞 顕微ラマン分光装置の分析では，東京都市大学機器分析室 の吉田明先生と新藤恵美先生のご助力を受けた。本研究は東 京歯科大学共同研究プロジェクト研究費と科研費基盤研究 C （２３５９２７２７）の助成を受けた。 文 献 １）小林暉子：本邦産燐灰石について．東京歯科大学教養系 研究紀要，８：２２−３４，１９９２． ２）小林暉子：渦の沢産燐灰石のインクルージョンについ て．東京歯科大学教養系研究紀要，１３：１０−１３，１９９７． ３）Penel G, Delfosse C, Descamps M, Leroy G :
Composi-tion of bone and apatitic biomaterials as revealed by in-travital Raman microspectroscopy. Bone, ３６：８９３−９０１， ２００５．
４）Boyde A : Enamel. Teeth（Handbook of Microscopic Anatomy V/６）（ed by Oksche A, Vollrath L）,pp. ３０９− ４７３，Springer-Verlag, Berlin, １９８９．
