骨組織再生のために移植されたカルシウム/リン酸塩含有MAOの可能性と生物学的特性について

The Potential of Calcium/Phosphate Containing MAO Implanted in Bone Tissue Regeneration and Biological Characteristics.

• Shun-Yi Jian
• Salim Levent Aktug
• Hsuan-Ti Huang
• Cheng-Jung Ho
• Sung-Yen Lin
• Chung-Hwan Chen
• Min-Wen Wang
• Chun-Chieh Tseng

抄録

マイクロアーク酸化（MAO）は，バイオマテリアルへの応用を目的として，金属基材上に物理的，化学的，生物学的に有益な特性を持つバイオセラミックコーティング層を形成するための著名な表面処理である。本研究では，生体適合性と耐腐食性を高めるために，AZ31 Mg合金の表面特性を改質するMAO処理を，Ca(PO)とCHNO(EDTA)の電解混合液を用いて行った。この目的のために，リン酸カルシウム（Ca-P）を含む薄膜をインプラント材料の表面に作製することに成功した。ウサギの骨に4週間インビボで埋め込んだところ，軟組織の見かけ上の成長と骨の治癒効果が確認された。SEM，XPS，XRDにより，コーティングの形態，微細構造，化学組成，および相構造を確認した。コーティングの耐食性は，分極および塩水噴霧試験によって分析した。その結果，MAOコーティングを施したAZ31と比較して，連続的に増殖活性を有するCa-P化合物からなるコーティングは，より優れた耐食性と低粗度を示した。腐食電流密度は約2.81×10A/cmに減少し、粗さは0.622μmに減少した。この結果から、この方法を用いれば、分解可能な材料やインプラントの開発が可能になると予想された。本研究は、臨床応用に向けて、生体活性、生体適合性を高め、追加手術やインプラント関連の感染症を防ぐことができる整形外科用マグネシウムインプラントのMAOコーティングを作製することを目的としている。

Micro arc oxidation (MAO) is a prominent surface treatment to form bioceramic coating layers with beneficial physical, chemical, and biological properties on the metal substrates for biomaterial applications. In this study, MAO treatment has been performed to modify the surface characteristics of AZ31 Mg alloy to enhance the biocompatibility and corrosion resistance for implant applications by using an electrolytic mixture of Ca(PO) and CHNO (EDTA) in the solutions. For this purpose, the calcium phosphate (Ca-P) containing thin film was successfully fabricated on the surface of the implant material. After in-vivo implantation into the rabbit bone for four weeks, the apparent growth of soft tissues and bone healing effects have been documented. The morphology, microstructure, chemical composition, and phase structures of the coating were identified by SEM, XPS, and XRD. The corrosion resistance of the coating was analyzed by polarization and salt spray test. The coatings consist of Ca-P compounds continuously have proliferation activity and show better corrosion resistance and lower roughness in comparison to mere MAO coated AZ31. The corrosion current density decreased to approximately 2.81 × 10 A/cm and roughness was reduced to 0.622 μm. Thus, based on the results, it was anticipated that the development of degradable materials and implants would be feasible using this method. This study aims to fabricate MAO coatings for orthopedic magnesium implants that can enhance bioactivity, biocompatibility, and prevent additional surgery and implant-related infections to be used in clinical applications.