HOME材料・素材・技術分野 > 医療用材料の高機能化−生体適合性、DDS 特性、生分解性、接着性−

医療用材料の高機能化
−生体適合性、DDS 特性、生分解性、接着性−


 先進医療を支える医療用材料への様々な期待に応えるため、医療材料の高機能化に関する開発が、研究機関や企業等で活発に行われています。
 例えば、高分子材料では、診断・治療用のデバイス(バイオチップ、内視鏡など)の開発や医療費削減のための安価な材料が求められています。金属やセラミックス材料においても、外科・歯科領域における体内埋入型デバイス(インプラント)などでは、人工材料であるが故に生体適合性と生体機能性を両立させる高い技術ハードルの克服が求められています。
 本書では、種類別、材料形態別にみた医療用材料の開発動向について開発事例を交えてまとめました。また、生体適合性や薬物徐放(DDS)性など生体との界面特性に関連した課題が多いことから、材料開発での要素技術として特に表面機能化技術に関する動向を中心に調査、記述しました。さらに、最近公開された医療用材料に関する国内出願特許より、対象用途や技術課題とその解決方法に関する動向について注目出願例を交えて俯瞰しました。


 
    □体裁 A4判434ページ
    □価格 本体72,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2016年2月

    サンプルページはこちらPDF


章 目 次

 第1章 概説
 第2章 医療用材料の種類とその開発動向
 第3章 医療用材料の形態とその開発動向
 第4章 医療用材料の表面設計および成形加工技術
 第5章 出願特許からみた医療用材料の開発動向

詳 細 目 次

 
第1章 概説 1
 1.1 医療用材料への期待 1
 1.2 医療機器の分類 2
 1.3 領域別 医療用材料の現状 3
  1.3.1 外科領域 4
   (1) 関節外科 4
   (2) 脊椎外科 7
  1.3.2 歯科領域 8
  1.3.3 循環器科領域 11
  1.3.4 眼科領域 13
   (1) 人工角膜 13
   (2) 薬物徐放性コンタクトレンズ 14
   (3) 人工視覚用デバイス 15
  1.3.5 再生医療 16
   (1) 再生医療と組織工学 17
   (2) 細胞シート 17
 1.4 医療用材料に求められている主な機能 18
  1.4.1 生体適合性 19
   (1) 生体適合性の概要 19
   (2) 材料・生体間相互作用の制御 19
  1.4.2 薬物徐放性 22
   (1) ドラッグデリバリーシステム(DDS)用生体適合性担体材料の概要 22
   (2) DDS用医療用材料の課題と未来型の開発 23
   (3) DDS技術を活用した再生医療 24
  1.4.3 生分解性 26
   (1) 生分解性の概要 26
   (2) 生体内分解吸収性高分子材料の臨床応用例 27
  1.4.4 接着性(接着剤) 29
 1.5 医療用材料の開発動向 30
  1.5.1 医療機器の市場動向 30
  1.5.2 医療用金属材料の市場動向 34
  1.5.3 再生医療の市場規模 35
第1章 引用文献 39
 
第2章 医療用材料の種類とその開発動向 40
 2.1 医療用高分子系材料 40
  2.1.1 医療機器用プラスチック材料の現状と特性 41
  2.1.2 目的別に使用されている高分子材料の概要 44
   (1) 医療器具、包装材 44
    A. 医療器具 44
    B. 医薬品・医療用包装材 47
   (2) ドラッグデリバリ−システム(DDS) 50
   (3) 医療用接着剤 54
  2.1.3 生分解性ポリマーの製造方法 57
   (1) ポリ乳酸及びステレオブロック型ポリ乳酸(sb-PLA)の合成法 57
   (2) 高圧二酸化炭素を用いたポリ乳酸(PLA)の創製 60
   (3) 柔軟なポリ乳酸マルチブロック共重合体の合成 62
  2.1.4 各種生体適合性材料 64
   (1) キトサン 64
   (2) 絹フィブロイン 66
   (3) ポリエチレングリコール(PEG)誘導体 68
    A. PEGの概要 68
    B. PEG誘導体の合成と応用 70
   (4) ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA) 71
   (5) MPCポリマー及びPC基含有ポリマー 73
   (6) ポリリン酸エステルとブロックコポリマーの合成 76
   (7) コラーゲン・エラスチン 78
   (8) マルチコンポーネント型シリコーンエラストマー 79
  2.1.5 高分子系医療用材料の開発事例 81
   (1) 生体適合性高分子 81
    A. 生体適合性高分子の精密重合 81
    B. 生体親和性ポリマーブラシ(MPC系ポリマー)を用いた高感度バイオセンシング 84
    C. 導電性高分子の生体親和性評価 85
   (2) 薬物徐放性材料 87
    A. 超分子集合体のDDSへの応用 87
    B. 超臨界二酸化炭素による徐放剤 88
   (3) 接着剤 90
    A. キチン誘導体を用いた生体接着剤 90
    B. 食品添加物を用いた医療用接着剤 92
    C. 高分子ナノシート 94
   (4) 再生医療用材料(組織接着性) 97
    A. MPCポリマーを基盤とした細胞チップ 97
    B. PEGを用いたスフェロイド培養 101
    C. β-シートペプチド上でのES細胞の培養 102
    D. 細胞選択的接着ペプチドを用いた人工血管 103
    E. アルカリ処理コラーゲン-クエン酸架橋剤を用いた人工血管 105
 2.2 医療用金属系材料 106
  2.2.1 医療用金属材料の設計技術 107
  2.2.2 医療用金属材料の課題と生体安全性 110
   (1) 金属アレルギー対策 110
   (2) 金属ステント材と生体適合性 112
   (3) 歯科用金属の開発 114
   (4) チタンおよびチタン合金の生体適合性 115
  2.2.3 チタン系材料の医療応用 119
   (1) 歯科材料としての金合金とチタン合金の選択評価 119
   (2) 生体用準安定β型チタン合金の機械的強度、生体親和性 121
    A. 生体用準安定β型Ti-Fe-Nb-Zr合金 121
    B. Ti-Mn系2元合金 123
   (3) 多孔質チタンの焼鈍と力学的生体適合性 124
  2.2.4 ジルコニウム系材料の医療応用 125
   (1) Zr添加剤による細胞適合性向上 125
   (2) 生体用Zr-Nb系合金のNb含有量の影響の検討 127
  2.2.5 マグネシウム合金の医療応用 128
 2.3 医療用セラミックス・カーボン系材料 131
  2.3.1 バイオインスパイアード材料 132
   (1) 新しい生体材料の開発 132
   (2) バイオインスパイアード材料の作製、評価、応用 132
  2.3.2 ナノセラミックス生体材料 133
  2.3.3 圧電セラミックス 137
   (1) PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)およびリラクサ系材料 137
   (2) PZTの鉛問題 139
  2.3.4 セラミックス系材料の開発事例 140
   (1) セラミック人工骨における薬物徐放性 140
   (2) 生体適合性ナノキャリアの設計と細胞内デリバリー(DNA、RNA、タンパク質)への応用 141
  2.3.5 無機-有機ナノハイブリッドの微細構造と細胞適合性 142
  2.3.6 医療用カーボン系材料 144
   (1) カーボン系ナノ材料 144
    A. バイオインターフェイスへの応用 144
    B. 骨組織への親和性 148
    C. 埋め込み型センサへの応用 149
    D. チタン合金へのCNT添加効果 151
   (2) DLCコーティングの医療への適用 151
    A. フッ素ドープDLC膜と窒素ドープDLC膜の生体親和性 152
    B. DLCと高機能真性カーボン膜(ICF) 153
    C. 歯科インプラントと冠動脈ステントへの応用 155
第2章 引用文献 157
 
第3章 医療用材料の形態とその開発動向 161
 3.1 ゲル材料 161
  3.1.1 高分子ミセルやゲルの生体材料への応用 162
  3.1.2 ゲル材料による薬物徐放性機能 165
   (1) 高分子ゲルのDDS材料の形態 165
   (2) 薬物徐放性ハイドロゲル 167
   (3) ゲル材料による応用展開 168
    A. 分子インプリント法を用いた徐放性シリコーンハイドロゲルレンズの作製 168
    B. 両親媒性高分子を用いた生分解・温度応答性ナノゲル 170
    C. 外部刺激応答性DDS担体の設計 172
  3.1.3 ゲル材料によるその他のインテリジェント機能 174
   (1) 応答性反応を利用した応用展開 174
    A. 応答膨潤・収縮型のDNA応答性ゲルの合成 174
    B. グルコース応答ゲルによる血糖値変化制御 176
   (2) ゲル材料の多様性の研究開発 179
    A. シクロデキストリン含有ゲルによる自己修復の検討 179
    B. 生分解性多糖類ゲルの局所投与材料 180
    C. 生体適合性グリコール核酸ハイドロゲル 182
    D. ボロン酸基含有MPCポリマーハイドロゲルによる細胞固定機能 184
    E. タンパク質内包ゲルの有効活用 186
 3.2 膜材料 187
  3.2.1 医用膜の設計 188
   (1) 血液接触時の性能向上 188
   (2) 微細ハニカム構造膜 190
  3.2.2 膜材料に関する開発事例 192
   (1) ヨウ素徐放性シリコーン膜の抗微生物特性 192
   (2) キトサンやゼラチンをコーティングした人工硬膜用ポリ乳酸フィルムの調製 194
   (3) ナノ細孔構造制御と表面機能化による医療用分離膜の創製 195
 3.3 繊維(ファイバー) 198
  3.3.1 ファイバーの種類と性質 198
   (1) 歯科領域で利用される材料 198
   (2) 再生医療で利用されるナノファイバー 201
   (3) 炭素繊維強化樹脂 203
  3.3.2 繊維に関する開発事例 205
   (1) 生分解性縫合糸用キチンコンポジット繊維 205
   (2) フィブロインファイバー不織布を利用した人工角膜 207
   (3) ポリ乳酸をコーティングした分解吸収性ステント 208
   (4) テーラーメイド心臓形態矯正ネット 209
   (5) 抗血栓性人工腎臓用分離膜(中空糸膜) 212
   (6) サイトカイン吸着性の血液濾過器(中空糸膜) 214
 3.4 微粒子および多孔質体 215
  3.4.1 セラミックス系微粒子 215
   (1) 水中レーザアブレーション法による生体親和性ナノ粒子(HAp)の創成 215
   (2) 炭酸カルシウムで被覆されたキトサン微粒子 217
   (3) 新規磁気ナノ微粒子の医療への応用 219
  3.4.2 多孔質材料 220
   (1) 骨補填材用多孔質材料の実用化 220
   (2) 人工骨用水酸アパタイト系複合材料 222
   (3) 再生医療用高分子系複合材料 225
   (4) 高分子多孔質材料の作製技術 227
第3章 引用文献 231
 
第4章 医療用材料の表面設計および成形加工技術 233
 4.1 表面設計技術(表面機能化技術) 233
  4.1.1 高分子材料の表面設計 233
   (1) バイオマテリアルの表面構築の重要性 233
   (2) 高分子材料の表面機能化と医療機器への応用 234
   (3) 生体親和性高分子材料の表面特性と水の影響 237
   (4) 高分子材料の表面設計および生体適合性材料への応用に関する開発事例 239
    A. MPCポリマーによる表面改質の概論 239
    B. MPCポリマーを利用したナノ表面処理(人工股関節) 241
    C. PEGによる表面設計の開発状況 243
    D. PEGとPyの櫛形共重合体による生体適合性界面の評価 245
    E. 刺激応答性ナノ粒子の表面修飾 247
    F. イオンビーム照射による高分子表面の改質 249
    G.  カーボンおよびポリマー材料への官能基付与 251
    H. 電子線照射接着技術 253
  4.1.2 金属材料の表面設計 256
   (1) 金属表面への化学的改質による生体適合性の向上 258
    A. 軟組織接着(歯科インプラント)のための金属表面形状と性状の制御 258
    B. アノード酸化ポーラス皮膜によるチタンの表面改質および生体活性化 261
    C. アノード酸化を用いたチタン系人工骨 262
    D. 医療用Ti-10Cr-Al合金の表面修飾(化学・水熱複合処理) 264
   (2) 金属表面への紫外線・電子線ビームによる生体親和性付与技術 265
    A. 酸化チタン膜への紫外線照射による生体親和性付与(酸化チタン膜) 265
    B. 大面積電子ビーム照射による表面改質(チタン合金、ステンレス鋼) 266
    C. フェムト秒レーザによる生体適合性向上(Ti基金属ガラス) 268
    D. 大気圧プラズマ法薄膜形成による金属アレルギーの発現抑制効果(ニッケルイオン) 270
   (3) 表面加工技術の検討 271
    A. 微粒子ピーニング(FPP)技術 271
    B. 微粒子ピーニングによる細胞適合表面の創製と応用 273
    C. ガスジェット流体処理によるチタン粉末焼結体の表面特性と生体適合性評価 274
    D. ハイドロキシアパタイトナノ粒子コーティングによる金属への生体親和性付与 275
   (4) デバイスにおける表面技術 276
    A. バイオ医療応用半導体デバイスの利点と課題 276
    B. 血栓・バイオフィルム形成防止のためのチタン表面PEG電着 278
    C. 人工関節摺動部材のためのジルコニウム合金表面酸化処理 280
    D. 医療用チタン合金感染防止のためのヨウ素化合物担持表面改質 282
    E. カテーテル感染防止のための生体親和性インターフェイス構築 283
 4.2 成形加工技術 285
  4.2.1 成形技術 285
   (1) プラスチック材料の成形技術 285
   (2) マルチルーメンチューブの成形技術 287
   (3) 高速微細加工(チタニウム合金) 288
  4.2.2 3次元積層造形 290
   (1) インプラントのテーラーメイド化の可能性と3次元積層造形技術 290
   (2) 電子ビーム積層造形法の医療用材料への適用 291
    A. 電子ビーム積層造形法の適用 291
    B. 電子ビーム積層造形法によるチタン合金造形体の評価 293
   (3) 電子ビーム積層造形法による骨代替材料(異方構造)の成形 295
   (4) レーザ照射粉末積層による歯科用陶材焼付Co-Crクラウン 296
第4章 引用文献 297
 
第5章 出願特許からみた医療用材料の開発動向 299
 5.1 出願特許の概要 299
 5.2 用途別 主な技術課題 300
 5.3 解決手段における主な要素技術 301
 5.4 出願人別件数 301
 5.5 注目出願特許例 306
  5.5.1 高分子材料系 306
   (1) インプラントやステント・カテーテル、人工臓器などの関連 306
   (2) DDS関連 313
   (3) 再生医療関連 316
   (4) 重合体合成関連 317
   (5) 構造体作製関連 326
   (6) 医療用具製造関連 336
  5.5.2 高分子系以外の材料(金属、セラミックス、複合系、他) 339
   (1) 医療機器関連 339
   (2) 再生医療関連 351
   (3) 診断・検査機器関連 353
   (4) 金属構造体作製関連 357
   (5) 医療用具製造関連 363
「資料編」 医療用材料に関する出願特許抄録 369
 ―特許公開公報の要約 369

□ このページのトップへ
□ 材料・素材・技術分野の目次へ