硬組織のバイオメカニクス
Hard Tissue Biomechanics
生体硬組織である骨や歯牙は，微視的には無機成分のミネラル結晶と有機成分のコラーゲン分子からなる複合構造です．近年，これらの微視複合構造を模倣した人工骨材料の開発も試みられてはいますが，コラーゲンの力学的役割，特にアパタイトとの力学的相互作用については複雑かつ微細であり，その詳細が未だ不明のため実現には至っていません．本研究室では，このような微視複合構造と力学的特性の関係を明らかにすることを目的とし，脱灰・石灰化が硬組織の力学的特性に及ぼす影響について調査しています．
Bone and teeth, which are biological hard tissues, possess a composite microstructure consisting of inorganic mineral crystals and organic collagen molecules. In recent years, efforts have been made to develop artificial bone materials that mimic these microscopic composite structures. However, the mechanical role of collagen, particularly its mechanical interaction with apatite, is highly complex and occurs at a very fine scale. As the details of these interactions remain unclear, the realization of such biomimetic materials has not yet been achieved. Our laboratory aims to elucidate the relationship between these microscopic composite structures and their mechanical properties by investigating the effects of demineralization and mineralization on the mechanical characteristics of hard tissues.
骨の脱灰・石灰化とそのメカニクス
Bone demineralization and mineralization and the mechanics
歯牙象牙質のバイオメカニクス
Biomechanics of dentin
生体模倣バイオマテリアルの創製
Design of Biomimetic Biomaterials
微視的には骨は無機成分のミネラル結晶と有機成分のコラーゲン分子からなる複合構造です．このような高分子マトリックスの石灰化を目的として，高分子誘導液体前駆体（PILP）プロセスが注目されています．本手法によれば，高分子マトリックス構造に由来した石灰化組織を簡便に生成することが可能となり，より生体骨に近い階層構造性を持ち，力学的機能を併せ持つバイオマテリアル開発に寄与するものと考えられます．本研究室では，PILPプロセスにより作製した石灰化骨様マテリアルについて，その構造特性と力学的特性の関係について明らかにする研究や，魚類コラーゲンをベースとした骨模倣生体材料の創製に関する研究を行っています．
Microscopically, bone is a composite structure composed of inorganic mineral crystals and organic collagen molecules. To achieve the mineralization of such polymer matrices, the Polymer-Induced Liquid-Precursor (PILP) process has attracted considerable attention. This technique enables the facile fabrication of mineralized tissues that inherit the structural characteristics of the original polymer matrix. Consequently, it is expected to contribute to the development of biomaterials that possess hierarchical architectures more closely resembling those of natural bone, together with enhanced mechanical functionality. In our laboratory, we investigate the relationship between the structural characteristics and mechanical properties of bone-like mineralized materials fabricated using the PILP process. We also conduct research on the development of bone-mimetic biomaterials based on fish-derived collagen.
魚類コラーゲンによる骨模倣生体材料の創製
Creation of bone matrix by fish collagen
