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細胞存在下における電気化学測定用セルと細胞存在下における電気化学測定方法

国内特許コード P020000097
掲載日 2003年5月27日
出願番号 特願平11-359609
公開番号 特開2001-141687
登録番号 特許第3328696号
出願日 平成11年11月12日(1999.11.12)
公開日 平成13年5月25日(2001.5.25)
登録日 平成14年7月19日(2002.7.19)
発明者
  • 廣本 祥子
  • 塙 隆夫
  • 山本 玲子
出願人
  • 国立研究開発法人物質・材料研究機構
発明の名称 細胞存在下における電気化学測定用セルと細胞存在下における電気化学測定方法
発明の概要 【課題】 生体外において、固体試料表面で細胞を培養し、同時に、あるいは続けて、該試料の電気化学測定を行うための電気化学測定用セルを提供する。
【解決手段】 細胞培養液導入部(A)と、試料台部(B)を備え、細胞培養液導入部(A)が、側壁(1)と、細胞培養液(6)を固体試料(7)に接触させるための穴部(2)を持つ底面(3)と、蓋(4)を有し、試料台部(B)は、試料(7)の装脱着を可能とする構造を有する電気化学測定用セルとする。
従来技術、競合技術の概要



生体内の体液はNa、K、Clなどの様々なイオンやアルブミン、グロブリンなどの各種の蛋白質を含んだ一種の電解質液である。体液のpHは通常は7.35とややアルカリ側にあるが、手術後や外傷などの存在により5.3~5.6と酸性側になることもある。したがって、従来より、歯科、整形外科材料として金属が使用されているが、生体内は、金属材料にとって厳しい環境であるといえる。顎の骨などに埋植して使用する人工歯根や、骨折箇所などの固定具に使用されるボーンプレートなどのインプラント材料は、生体内特有の腐食が生じやすく、これらの材料を選定する上で、腐食機構の解明や生体内での材料の耐食性評価は重要な課題である。

このような事情から、従来より、生体用金属材料の耐食性評価が電気化学的に行われている。生体用金属材料の電気化学測定における疑似生体内環境としては、リン酸緩衝液や細胞培養液が用いられてきた。これらの溶液中では、金属材料の評価を、一般的な電気化学測定用容器を用いて行うことができ、簡便である。一方、生体に埋入して用いる材料は、実際には常に周辺組織、つまり細胞と接触しており、溶液を疑似生体内環境として用いたこれまでの方法では、正確な評価を行うことは、ほとんど不可能であった。

また、現在生体用に最も多く使用されているのは、ステンレス鋼(とくにSUS316、SUS316L)であり、次いでCo-Cr合金、Ti合金の順になっている。これらの材料において生体内で最も起こりやすい腐食は、すきま腐食である。すきま腐食とは、Clなどの攻撃性アニオンを含む水環境において、金属同士、または金属と非金属よりなるすきまが存在する場合に、その内部で発生する腐食である。すきまの内部では酸素が消費され、酸素不足となった領域近傍にアノード環境ができることにより、徐々にpHが低下し、腐食箇所中のCl濃度が上昇して、金属腐食箇所が拡大する。

生体内には、前述のとおり、Clを含む様々なイオンが存在しており、生体細胞と金属材料の間ですきま腐食や濃度差電池の生成による腐食が進行しやすい。また、細胞の存在により、細胞の代謝物が生体用金属材料の腐食に影響を与えることや、細胞と材料の間ですきま腐食が進行することなどがわかっている。さらに、人工関節のように、2個以上の生体用金属材料部品からなるものでは、すきま腐食が進行しやすいだけでなく、部品の原料が異種合金であれば、体液中で電池を生じ、腐食が起こることがある。このような腐食は、生体用金属材料部品の劣化とともに、周囲の細胞を損傷する恐れがあるという点で問題である。生体用金属材料を評価するためには、生体内に近い環境を再現する必要があり、そのためには、細胞の共存が必要条件の一つであるといえる。

細胞を金属材料表面に共存させた状態で金属材料の評価を行うためには、従来より動物に材料を埋め込む試験が行われているが、手間、時間、コストがかかる上、再現性の確認が難しいという問題があった。また、ガラス電極上で荷電しながら細胞を培養することが行われているものの、細胞存在下における金属上での電気化学的測定を行なえる細胞培養器は、これまで知られていなかった。

産業上の利用分野



この出願の発明は、細胞存在下における電気化学測定方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、試料表面で細胞を培養することと該試料の電気化学測定を行うことを同一セル中で行うことが可能な電気化学測定用セルに関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
細胞培養液導入部(A)と、試料台部(B)を備え、細胞培養液導入部(A)は、(a)側壁と、(b)細胞培養液を固体試料に接触させるための穴部を持つ底面と、(c)蓋を有し、試料台部(B)は、試料の装脱着部を有していることを特徴とする電気化学測定用セル。

【請求項2】
細胞培養液導入部(A)において、(b)底面の穴部が固体試料の装脱着部方向に向かうにしたがって小さくなるような、すり鉢状の構造を有していることを特徴とする請求項1の電気化学測定用セル。

【請求項3】
細胞培養液導入部(A)において、(c)蓋に、対極および参照電極を差し込むための差し込み口があることを特徴とする請求項1または2記載の電気化学測定用セル。

【請求項4】
試料台部(B)において、固体試料の装脱着のための昇降機構が設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの電気化学測定用セル。

【請求項5】
固体試料を装着して、高温高圧下で滅菌した後、培養液を導入して、細胞培養および電気化学測定を行なうことが可能とされていることを特徴とする1ないし4のいずれかの電気化学測定用セル。

【請求項6】
固体試料、培養液、電極を含めて恒温することが可能とされていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかの電気化学測定用セル。

【請求項7】
請求項1ないし6のいずれかの電気化学測定用セルを、高温高圧下で滅菌し、細胞培養液を導入して、試料表面域で細胞を培養し、同時に、またはその後に、電気化学測定を行うことを特徴とする、細胞存在下における電気化学測定方法。

【請求項8】
請求項1ないし6のいずれかの電気化学測定用セルを、高温高圧下で滅菌し、細胞培養液を導入して、試料に荷電しながら試料表面域で細胞を培養することを特徴とする細胞存在下における電気化学測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP1999359609thum.jpg
出願権利状態 登録
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