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- 金属系バイオマテリアルに関する日本で最初の本格的成書です。
- 執筆陣の専門は、バイオマテリアル、金属物理・材料・加工、精密機械。代謝・細胞毒性、整形外科・外科・歯科臨床の多岐にわたります。
- 金属系バイオマテリアルの現状の系統的整理と問題点の抽出がねらいです。
- 本書は、生体内環境が金属材料におよぼす影響と金属材料が生体組織や器官におよぼす影響の両視点から書かれています。
- 仮説を避けて、データが重視されています。
- 学際性を考慮して、高度の専門用語や難解な表現の使用は極力避けられています。やむをえず使用する場合は、易しい言葉で簡潔に説明されています。
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編集委員・執筆者 |
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角田 方衛(金属材料技術研究所 客員研究官)
筏 義人(鈴鹿医療科学大学 医用工学部 教授)
立石 哲也(東京大学 大学院工学系研究科 機械工学専攻 教授 ) |
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執筆者(執筆順) |
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奥野 攻(東北大学 大学院歯学研究科 口腔機能再建・材料学講座 教授)
岡崎 義光(機械技術研究所 バイオミメティクス研究室 主任研究官)
赤松 功也(山梨医科大学 名誉教授（整形外科学）)
米山 隆之(東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 素材部門 助教授)
中村 森彦(金属材料技術研究所 第3研究グループ 総合研究官)
中澤 崇徳(群馬大学 工学部 機械システム工学科 教授)
飯久保知人(大同特殊鋼株式会社 技術開発研究所 特殊鋼研究部長)
伊藤 喜昌(株式会社神戸製鋼所 チタン本部 チタン技術部 次長)
細田 秀樹(筑波大学 物質工学系 講師)
宮崎 修一(筑波大学 物質工学系 教授)
太田 道雄(九州大学 歯学部 歯科理工学講座 教授)
石川英次郎(瑞穂医科工業株式会社 常任顧問)
塙 隆夫(金属材料技術研究所 生体融和材料研究チーム チームリーダー)
池内 健(京都大学 再生医科学研究所 教授)
牛田多加志(東京大学 大学院工学系研究科 機械工学専攻 助教授)
桜井 弘(京都薬科大学 代謝分析学教室 教授)
田畑 泰彦(京都大学 再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 教授)
富田 直秀(京都大学 再生医科学研究所 助教授)
山本 玲子(金属材料技術研究所 生体融和材料研究チーム)
浜野 英也(東京医科歯科大学 歯学部 歯科補綴学第二講座)
井上 昌幸( 元東京医科歯科大学 助教授)
土屋 利江(国立医薬品食品衛生研究所 療品部 室長)
大西五三男(東京大学 医学部 整形外科 講師)
中村 耕三(東京大学 医学部 整形外科 教授)
宮本 享(京都大学 医学部 脳神経外科 助教授)
森本 将史(京都大学 医学部 脳神経外科)
金子 隆(テルモ株式会社 研究開発センター 主任研究員)
大森 健一(OPS、技術コンサルタント)
片山 國正(テルモ株式会社 研究開発センター 部長)
山根 隆志(機械技術研究所 バイオミメティクス研究室 室長)
宮崎 隆(昭和大学 歯学部 歯科理工学教室 教授)
田中 順三(無機材質研究所 第10研究グループ 総合研究官)
菊池 正紀(無機材質研究所 第10研究グループ 研究員)
陳 国平(産業技術融合領域研究所 バイオグループ 研究員)
馬越 佑吉(大阪大学 大学院工学研究科 マテリアル科学専攻 教授)
肥後 矢吉(東京工業大学 精密工学研究所 教授) |
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体裁／価格 |
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Ｂ５判 652ページ 上製本
定価／本体42,000円＋税
発行日／2000年6月30日
コードNo. 799 |
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バイオマテリアルの研究は学際研究の極めつけといっても過言ではありません。材料の専門家が臨床の分野を理解し、臨床の医師が材料の分野を理解するには、高いハードルが存在しています。そのために、長い間医師は材料の知識が乏しいまま材料やデバイスを体内に埋込んでいました。また、材料側は生体の知識無しにバイオマテリアルを製造してきました。現在使用されているほとんどの金属系バイオマテリアルは、元々工業用として開発されたものです。そのために材料は体内で腐食、摩耗、破損を生じ、その結果生体は炎症、アレルギー、癌、奇形等を起こすことがあります。しかし、現状は両者の情報が整理して蓄積され、共有されているとは思えない状況にあります。世界のバイオマテリアル市場の約1/3は金属材料でもあるにかかわらず、これまでに金属系バイオマテリアルの本は一度も出版されていません。
上記のことを考慮して、本書は、（a）臨床医師が必要とする金属材料に関する情報のスタンダード的役割を果たすこと、（b）金属系バイオマテリアルの研究開発あるいは標準化に携わる材料研究者への臨床現場の情報源になること、（c）バイオマテリアルに興味を持つ社会人あるいは学生の参考書となることを目指して出版されました。
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【第１章】バイオマテリアルの概念（筏 義人） |
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1.1 バイオマテリアルの定義
1.2 生体内環境
1.3 生体適合性
1.4 バイオマテリアルの中の金属
1.5 生体組織の力学特性 |
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【第２章】金属系バイオマテリアルの歴史 （奥野 攻） |
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2.1 整形外科用金属材料
2.1.1 初期の金属系バイオマテリアル
2.1.2 ステンレス鋼
2.1.3 コバルトクロム合金
2.1.4 チタンおよびチタン合金
2.2 歯科用金属材料 |
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【第３章】規格（立石哲也・岡崎義光・角田方衛） |
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3.1 材料規格
3.2 生体材料の耐久性試験
3.2.1 強度評価試験
3.2.2 耐摩耗性試験
3.3 規格化された摩耗試験法の実例
3.3.1 ASTM−732試験法
3.3.2 ISO−6474試験法（外科用アルミナセラミック）
3.3.3 両試験方法に対する所見
3.4 金属系生体材料の耐食性の評価方法
1) カソード処理
2) 分極試験用セル及び摩擦条件について
3) アノード分極上限電位
4) 溶液の液抵抗
5) アノード分極曲線の説明
6) 試験溶液
7) 試料を静止させた条件での測定例
3.5 金属系インプラント材料の細胞適合性評価方法
1) 適用範囲
2) 細胞適合性と細胞毒性に関して
3) 細胞系
4) 陰性対照材料及び陽性対照材料
5) 試料の調製
6) 細胞数計数
7) 培地と培養液 |
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【第４章】金属系生体デバイスの種類 |
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4.1 整形外科分野 （赤松功也）
4.1.1 診断に際して
4.1.2 治療に際して
4.2 歯科分野 （米山隆之）
4.2.1 歯冠修復
4.2.2 欠損補綴
4.2.3 歯科矯正
4.2.4 口腔外科 |
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【第５章】代表的生体用金属材料の製造プロセスと機械的性質 |
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5.1 金属の基礎 （中村森彦）
5.1.1 金属とは何か
5.1.2 金属はなぜ加工しやすいか
5.1.3 金属はなぜ強いか
5.1.4 金属はなぜ電気を伝導するか
5.2 SUS316Lステンレス鋼 （中澤崇徳）
5.2.1 はじめに
5.2.2 製造方法
5.2.3 金属組織
5.2.4 物理的性質および機械的性質
5.2.5 耐食性
5.3 バイタリウム （飯久保知人）
5.3.1 種類と化学成分
5.3.2 溶解法
5.3.3 成形加工・熱処理法
5.3.4 機械的性質
5.4 Ti-6Al-4V合金 （伊藤喜昌）
5.4.1 原料
5.4.2 溶解法
5.4.3 加工・熱処理法
5.4.4 機械的性質
5.5 形状記憶合金 （細田秀樹・宮崎修一）
5.5.1 形状記憶合金と形状記憶効果
5.5.2 原料
5.5.3 溶解方法
5.5.4 加工方法
5.5.5 形状記憶・超弾性のための熱処理
5.5.6 機械的性質
5.6 歯科用合金 （太田道雄）
5.6.1 Au合金
5.6.2 Ag合金
5.6.3 Co-Cr合金
5.6.4 Ti合金
5.7 整形外科用金属系インプラントの製造と特性 （石川英次郎）
5.7.1 人工関節
5.7.2 骨折治療用器具
5.7.3 脊椎固定
5.7.4 脳動脈瘤クリップ
5.8 歯科用金属材料の成型法 （奥野 攻）
5.8.1 成型法一般
5.8.2 鋳造加工法
5.8.3 塑性加工法
5.8.4 切削加工（CAD/CAM） |
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【第６章】腐食（塙 隆夫） |
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6.1 はじめに
6.2 腐食によって生じる問題
6.2.1 腐食による劣化と破壊
6.2.2 摩耗粉発生と金属イオン溶出
6.3 腐食機構
6.3.1 基礎となる電気化学
6.3.2 表面酸化物の役割
6.3.3 局部腐食
6.3.4 異種金属間腐食
6.3.5 電気二重層
6.4 生体内での腐食
6.4.1 腐食に影響を及ぼす生体内因子
6.4.2 生体内での腐食機構
6.4.3 摩耗環境での金属イオンの優先溶出
6.4.4 表面酸化物の変化
6.5 腐食測定法
6.5.1 試験溶液
6.5.2 分極とサイクリックボルタンメトリー
6.5.3 浸漬電位（腐食電位）測定
6.5.4 交流インピーダンス法
6.5.5 浸漬法
6.5.6 撹拌法
6.5.7 表面分析法
6.6 まとめ |
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【第７章】腐食疲労およびフレッティング腐食疲労（角田方衛） |
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7.1 はじめに
7.2 金属材料の疲労機構
7.2.1 引張り強度
7.2.2 疲労強度は引張り強度に比べて何故低いのか
7.2.3 疲労き裂発生
7.2.4 疲労き裂伝播
7.3 フレッティング疲労
7.4 疲労およびフレッティング疲労への腐食の影響
7.5 破壊靱性
7.6 金属系生体材料の破壊原因の解析
7.6.1 ボーンプレートの破損例
7.6.2 人工股関節のステムの破損例
7.6.3 創外固定器の破損例
7.7 in vivo（生体内）環境とin vitro（生体外）環境
7.8 疲労およびフレッティング疲労試験法
7.8.1 疲労およびフレッティング疲労特性の表法
7.8.2 疲労およびフレッティング疲労試験法
7.8.3 疲労試験およびフレッティング疲労試験おける注意事項
7.9 疲労試験およびフレッティング疲労試験の結果
7.9.1 in vivoの疲労試験結果
7.9.2 in vitroの疲労試験およびフレッティング疲労試験結果
7.10 おわりに |
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【第８章】トライボロジー（池内 健） |
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8.1 問題点
8.2 機構
8.2.1 人工関節の潤滑
8.2.2 摩耗の種類
8.2.3 金属対ポリエチレンの組み合わせ
8.2.4 金属対金属の組み合わせ
8.3 耐摩耗性の評価
8.3.1 摩耗試験機による評価
8.3.2 関節シミュレータによる評価
8.3.3 毒性試験
8.3.4 臨床試験
8.4 まとめ |
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【第９章】生体組織親和性（牛田多加志） |
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9.1 問題点
9.2 機構
9.2.1 材料への細胞の接着
9.2.2 細胞接着因子
9.2.3 細胞の接着メカニズム
9.3 評価方法
9.3.1 細胞形態測定
9.3.2 細胞接着強度測定
9.3.3 細胞剪断接着強度の測定 （角田方衛）
9.4 まとめ |
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【第10章】表面と表面改質（塙 隆夫） |
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10.1 生体中での金属材料表面
10.1.1 金属材料の表面
10.1.2 表面水酸基と零電荷点
10.1.3 タンパク質の吸着
10.1.4 細胞接着
10.1.5 骨組織-材料界面
10.2 表面改質
10.2.1 表面改質の目的
10.2.2 表面改質プロセス
10.2.3 表面改質層形成法
10.3 まとめ |
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【第11章】金属の生体への影響 |
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11.1 必須元素としての金属 （桜井 弘）
11.1.1 生体元素と必須金属元素
11.1.2 必須金属の資格
11.1.3 必須金属の一日必要量
11.2 異物反応−現象と機構 （田畑泰彦）
11.2.1 組織反応（炎症反応＋組織修復過程）
11.2.2 免疫反応・アレルギー反応
11.2.3 癌化反応
11.2.4. 血栓反応
11.2.5. 石灰化反応
11.2.6 骨吸収 （富田直秀）
11.2.7 感染
11.2.8 メタローシス
11.3 金属の生体毒性 （桜井 弘）
11.3.1 金属毒性の決定因
11.3.2 ヒ素
11.3.3 カドミウム
11.3.4 クロム
11.3.5 コバルト
11.3.6 銅
11.3.7 鉄
11.3.8 水銀
11.3.9 マンガン
11.3.10 ニッケル
11.3.11 鉛
11.3.12 チタン
11.3.13 亜鉛 |
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【第12章】安全性評価 |
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12.1 細胞毒性 （山本玲子）
12.1.1 はじめに
12.1.2 金属系バイオマテリアルの安全性評価における問題点
12.1.3 細胞を用いた毒性試験の意味と位置づけ
12.1.4 細胞を用いた毒性試験の種類
12.1.5 細胞毒性評価法
12.1.6 金属イオン及び酸化物微粒子の細胞毒性試験
12.1.7 まとめ
12.2 金属アレルギーの観点から見た金属の安全性 （井上昌幸・浜野英也）
12.2.1 金属アレルギーの概要
12.2.2 金属アレルギーの機序と問題
12.2.3 金属アレルギーによる疾患
12.2.4 金属アレルギーの原因となる抗原金属の所在
12.2.5 口腔内の歯科用金
12.2.6 口腔内歯科用金属中および生活環境中における原金属の所在の特定
12.2.7 金属アレルギーの検査法とそ
12.2.8 おわりに
12.3 発癌性・変異原性・催奇形性 （土屋利江）
12.3.1 問題点
12.3.3 試験データ
12.3.4 まとめ |
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【第13章】臨床応用 |
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13.1 人工関節 （赤松功也）
13.1.1 関節形成の歴史的変遷
13.1.2 人工骨・関節の発展
13.1.3 人工骨・関節の現状
13.1.4 人工関節の臨床応用
13.1.5 人工関節21世紀への期待
13.1.6 同種関節移植への期待
13.2 ボーンプレート （大西五三男）
13.2.1 現状
13.2.2 問題点
13.2.3 将来の展望
13.3 創外固定器 （大西五三男）
13.3.1 現状
13.3.2 問題点
13.3.3 将来の展望
13.4 髄内釘 （大西五三男・中村耕三）
13.4.1 現状
13.4.2 問題点
13.4.3 展望
13.5 脳神経外科領域における金属クリップ （宮本 享・森本将史）
13.5.1 はじめに
13.5.2 金属クリップを用いる脳神経外科手術
13.5.3 金属クリップの変遷
13.5.4 金属クリップの現状
13.5.5 金属クリップの問題点と今後の展望
13.6 カテーテル （金子 隆）
13.6.1 現状
13.6.2 問題点
13.6.3 展望
13.7 脊柱固定具 （大森健一）
13.7.1 理解のための基礎
13.7.2 脊柱固定具製品
13.7.3 適用金属材料
13.7.4 課題とまとめ
13.8 心臓ペースメーカー （片山國正）
13.8.1 はじめ
13.8.2 ジェネレータ
13.8.3 ペーシングリード
13.8.4 おわりに
13.9 人工心臓 （山根隆志）
13.9.1 現状
13.9.2 問題点
13.9.3 展望
13.10 歯科修復物・補綴装置および人工歯根 （宮崎 隆）
13.10.1 現状
13.10.2 問題点
13.10.3 展望 |
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【第14章】金属材料以外の先進バイオマテリアル |
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14.1 高分子材料 （筏 義人）
14.1.1 高分子材料の基礎
14.1.2 生体用高分子材料の現状
14.1.3 高分子材料の問題点
14.1.4 生体用高分子材料の展望
14.2 セラミックス材料 （田中順三・菊池正紀）
14.2.1 セラミックス材料の基礎
14.2.2 生体用セラミックスの現状
14.2.3 問題点
14.2.4 展望
14.3 生体組織工学用基盤材料 （立石哲也・陳 国平・牛田多加志）
14.3.1 生体組織工学材料の重要性
14.3.2 生体内吸収性高分子材料
14.3.3 生体組織工学材料の現状と問題点
14.3.4 展望 |
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【第15章】将来の金属系バイオマテリアル |
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15.1 新素材 （馬越佑吉）
15.1.1 はじめに
15.1.2 形態制御、表面改質チタン系バイオマテリアル
15.1.3 アモルファスバイオマテリアル
15.1.4 超弾性、形状記憶効果利用バイオマテリアル
15.2 新デバイス （肥後矢吉）
15.2.1 はじめに
15.2.2 今後のデバイスに要求される材料とは
15.2.3 マイクロマテリアル、ナノマテリアル
15.2.4 微細加工
15.2.5 非破壊検査（生体材料と機器の評価、検査）
15.2.6 生体デバイス用電子部品の開発と汎用化
15.2.7 おわりに |
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