| Project/Area Number |
22K18310
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中野 貴由 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30243182)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松垣 あいら 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10592529)
小笹 良輔 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (80845347)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
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| Keywords | バイオハイエントロピー合金 / 超急冷金属3Dプリンティング / BioHEA材料学 / 完全固溶状態 / 生体適合性 |
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| Outline of Research at the Start |
研究代表者は2017年に生体為害性（毒性）元素を含まないTi-Zr-Nb-Ta-Mo系生体用ハイエントロピー合金（BioHEAと命名）の創製に世界に先駆けて成功した。本研究では、超急冷金属3Dプリンティングを駆使することで理想的な完全固溶状態を持つ「真のBioHEA」の創製に挑戦するとともに、真のBioHEAの非線形的機能（超高強度・高延性・生体親和性等）発現機構の解明やその生体適用による『BioHEA材料学』ともいうべき新学術分野の開拓に挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
理想的な完全固溶状態を実現した真のBioHEA の創製に挑むとともに、真のBioHEA が発揮する非線形的機能（超高強度・延性・生体親和性等）発現への学理構築を目指し、以下の具体的研究項目を実施した。
昨年度までに見出した合金設計、生体適合性の付与に基づき、真のBioHEA創製のための製粉プロセス(ガスアトマイズ法)制御、HIP処理との組み合わせによる球状・均一粉末作製、緻密度制御、粒度分布・流動性解析、サテライト制御に取り組んだ。さらに超急冷金属3Dプリンティングの最適プロセス条件の選択とそれを精度よく推定可能とする機械学習用データベース構築に取り組んだ。レーザ熱源照射に基づく溶融池形成・凝固シミュレーションを実施し、温度勾配、固液界面移動方向・速度の定量解析と、微細組織形成制御パラメータを探索し、結晶方位安定化条件の解析によりレーザ金属3DプリンティングによるBioHEA造形体作製のための熱源条件・熱源走査戦略・投入熱エネルギー制御指針の確立に着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
超急冷金属3Dプリンティングを駆使することで理想的な完全固溶状態を持つ「真のBioHEAの創製に挑戦」するとともに、真のBioHEAの非線形的機能（超高強度・高延性・生体親和性等）発現機構の解明やその生体適用による新学術分野『BioHEA材料学』構築を目指し研究課題を推進している。
昨年度までに確立した、真のBioHEA創製のための元素選択、合金組成の決定、生体適合性評価の結果を踏まえて、金属3Dプリンティング用製粉プロセス制御、さらに超急冷金属3Dプリンティングの最適プロセス条件の選択とそれを精度よく推定可能とする機械学習用データベース構築に取り組んだ。加えて次年度に向けてレーザ金属3DプリンティングによるBioHEA造形体作製の熱源条件・熱源走査戦略策定に着手しており、当初の計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までに見出された真のBioHEA創製指針に基づき、今後は以下の課題について推進する。
・レーザ金属3DプリンティングによるBioHEA造形体作製。熱源条件・熱源走査戦略・投入熱エネルギー制御による機械学習用
データベース構築に基づく微細組織、力学機能の人為的制御。・真のBioHEAにおける力学機能発現機構の解明。強制固溶による固溶体強化、結晶粒微細化、セル組織形成による強化機構の解明（SEM-EBSDによる微細組織解析、XRD相同定、高分解能TEMによる微細組織・転位解析）。・真のBioHEAにおける細胞学的・生物学的機能発現機構の解明。・骨芽細胞の短期・長期培養による細胞接着・骨形成能評価（免疫染色法によるタンパク質局在、RT-PCR・次世代シーケンサーによる遺伝子発現解析、遺伝子組み換えマウス細胞を用いた細胞応答解析）。・BioHEA/細胞界面での原子－遺伝子相互作用解明、バイオプリンティングによる細胞制御との複合化を駆使したBioHEAによる3次元細胞・組織機能制御、に取り組む。
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