有機および無機成分の複合構造の共同機能の役割と、人間の骨の電気特性に対するそれらの影響

背景：コラーゲン変位によって骨で生成される電位は、十分に文書化されています。しかし、骨圧電におけるミネラル結晶の役割はまだ解明されていません。 目的：有機成分および無機成分の複合構造とその共同機能が、人間の骨の電気特性に重要な役割を果たすメカニズムを調べました。 方法：電位と骨の構造は、それぞれ熱刺激脱分極電流（TSDC）とマイクロコンピューター断層撮影を使用して評価されました。骨標本の電極偏光後、TSDC測定を使用して保存された電荷を計算しました。CO3/PO4ピーク比は、弱毒化された全反射を使用して計算され、骨標本の炭酸塩イオンの含有量を比較しました。 結果：TSDC曲線には、4つのパターンに分類された100、300、500°Cの3つのピークが含まれていました。CO3/PO4ピーク比は、偏光骨の約300°Cでの保存電荷と正の相関がありました。貯蔵された骨電荷と骨鉱物密度のみに正の相関がありました。 結論：300°Cでのピークは、炭酸塩のアパタイトに起因し、3次元構造ではなくヒト骨の総骨量が保存された電荷に影響することが示唆されています。

BACKGROUND: The electrical potential, which is generated in bone by collagen displacement, has been well documented. However, the role of mineral crystals in bone piezoelectricity has not yet been elucidated. OBJECTIVE: We examined the mechanism that the composite structure of organic and inorganic constituents and their collaborative functions play an important role in the electrical properties of human bone. METHODS: The electrical potential and bone structure were evaluated using thermally stimulated depolarized current (TSDC) and micro computed tomography, respectively. After electrical polarization of bone specimens, the stored electrical charge was calculated using TSDC measurements. The CO3/PO4 peak ratio was calculated using attenuated total reflection to compare the content of carbonate ion in the bone specimens. RESULTS: The TSDC curve contained 3 peaks at 100, 300 and 500°C, which were classified into 4 patterns. The CO3/PO4 peak ratio positively correlated with the stored charges at approximately 300°C in the polarized bone. There was a positive correlation between the stored bone charge and the bone mineral density only. CONCLUSIONS: It is suggested that the peak at 300°C is attributed to carbonate apatite and the total bone mass of human bone, not the three-dimensional structure, affects the stored charge.