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レーザープラズマによる固液界面反応の理解と骨結合性インプラントシステムへの応用

Publicly Offered Research

Project AreaPlasma medical innovation
Project/Area Number 15H00906
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

大矢根 綾子  国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノ材料研究部門, 主任研究員 (50356672)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2015: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywordsリン酸カルシウム / アパタイト / ジルコニア / レーザー加工 / 過飽和溶液 / 表面処理 / パルスレーザー / レーザープラズマ / 骨伝導
Outline of Annual Research Achievements

歯科・外科用インプラントの表面にある種のリン酸カルシウムを成膜すると、骨伝導性を付与することができる。研究代表者らはこれまで、過飽和溶液を反応場とする液相成膜技術とレーザープラズマによる表面加工技術を組み合わせ、インプラント用の材料基材に対するリン酸カルシウム成膜技術を開発してきた。本研究では、レーザープラズマ加工による基材の表面構造変化・液相成膜反応を基礎的に追求するとともに、骨伝導性インプラントの開発に向けて、リン酸カルシウムを成膜したジルコニア基材に対し、動物実験による機能実証を行った。
平成28年度は、前期公募研究を含めたこれまでの基礎検討の結果を総合し、種々の基材にリン酸カルシウムを成膜するためのレーザープラズマ条件について比較検討を行い、和文・英文総説としてまとめた。
ジルコニア基材に対する応用研究においては、平成27年度の予備検討の結果をもとに、ウサギの匹数を増やして動物実験を実施した。ジルコニア基材としては、インプラント材料として有用なイットリア安定化正方晶ジルコニア多結晶体(Y-TZP)を用いた。フェムト秒レーザープラズマ加工後にリン酸カルシウムを成膜したY-TZP基材(A群)が、未加工基材(C群)およびリン酸カルシウム成膜のみを施した基材(B群)に比して、より強固に骨と固着することを実証した。非脱灰標本を作製して骨と基材との界面を観察した結果、B群およびC群に比べ、A群では骨組織がY-TZP基材と直接接触している領域が多く観察され、骨接触率の有意な向上が認められた。A群では、骨組織が基材との隙間を埋めるように再生したことで、骨固着力を向上させたと考えられた。一方、A群およびB群において、表面に成膜したCaPの残存を明確には確認することができなかった。A群で表面に形成させた凹凸構造が骨固着力の向上に重要な役割を持つことが示唆された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (43 results)

All 2017 2016 2015 Other

All Journal Article (7 results) (of which Acknowledgement Compliant: 4 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (34 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 9 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] 液相レーザープロセスによるチタン金属のオンデマンド表面機能化技術2017

    • Author(s)
      中村真紀、大矢根綾子
    • Journal Title

      チタン

      Volume: 65-1 Pages: 48-53

    • NAID

      40021086562

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    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] フェムト秒レーザーによるジルコニアセラミックスの表面修飾2016

    • Author(s)
      欠端雅之、大矢根綾子、屋代英彦、伊藤敦夫、鳥塚健二
    • Journal Title

      OplusE

      Volume: 38-11 Pages: 1034-1039

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  • [Journal Article] Physicochemical fabrication of calcium phosphate-based thin layers and nanospheres using laser processing in solutions2016

    • Author(s)
      M. Nakamura, A. Oyane
    • Journal Title

      J Mater Chem B

      Volume: 4 Issue: 38 Pages: 6289-6301

    • DOI

      10.1039/c6tb01362g

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    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] The mechanism underlying calcium phosphate precipitation on titanium via ultraviolet, visible, and near infrared laser-assisted biomimetic process2016

    • Author(s)
      M. Mahanti, M. Nakamura, A. Pyatenko, I. Sakamaki, K. Koga and A. Oyane
    • Journal Title

      J. Phys. D: Appl. Phys.

      Volume: 49 Issue: 30 Pages: 304003-304012

    • DOI

      10.1088/0022-3727/49/30/304003

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    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Femtosecond laser-induced periodic surface structures on yttria-stabilized zirconia2016

    • Author(s)
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, and K. Torizuka
    • Journal Title

      Proceedings of LAMP2015

      Volume: 296 Pages: 88-95

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  • [Journal Article] Pulsewidth dependence of laser-induced periodic surface structure formed on yttria-stabilized zirconia polycrystal2016

    • Author(s)
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, and K. Torizuka
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE

      Volume: 9740 Pages: 97401G-97401G

    • DOI

      10.1117/12.2209013

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  • [Journal Article] Biomimetic apatite coating on yttria-stabilized tetragonal zirconia utilizing femtosecond laser surface processing2016

    • Author(s)
      A. Oyane, M. Kakehata, I. Sakamaki, A. Pyatenko, H. Yashiro, A. Ito, and K. Torizuka
    • Journal Title

      Surface and Coatings Technology

      Volume: 296 Pages: 88-95

    • DOI

      10.1016/j.surfcoat.2016.03.075

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    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] リン酸カルシウム系足場材料の設計・構築と再生医療応用2017

    • Author(s)
      大矢根綾子
    • Organizer
      技術情報協会セミナー
    • Place of Presentation
      技術情報協会(東京都品川区)
    • Year and Date
      2017-03-15
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    • Invited
  • [Presentation] 元素を利用したリン酸カルシウムの組成・構造制御とバイオメディカル応用2017

    • Author(s)
      大矢根綾子
    • Organizer
      元素ブロック高分子材料の創出第5回合同修士論文発表会
    • Place of Presentation
      京都リサーチパーク(京都府京都市)
    • Year and Date
      2017-03-04
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    • Invited
  • [Presentation] Enhanced Bone-Bonding to Zirconia Ceramics by Femtosecond Laser Plasma Technology2017

    • Author(s)
      A. Oyane, M. Kakehata, H. Yashiro, A. Ito, and H. Mutsuzaki
    • Organizer
      International Conference on Plasma Medical Science Innovation 2017(ICPMSI2017)
    • Place of Presentation
      Nagoya University(Aichi, Nagoya)
    • Year and Date
      2017-02-27
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フェムト秒レーザー加工とリン酸カルシウム成膜により骨固着力を高めたジルコニア基材の表面および骨界面の評価2017

    • Author(s)
      大矢根綾子、欠端雅之、屋代英彦、伊藤敦夫、六崎裕高
    • Organizer
      2017つくば医工連携フォーラム
    • Place of Presentation
      物質・材料研究機構(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2017-01-20
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] PLD法を用いたジルコニア表面へのハイドロキシアパタイト結晶の成膜2017

    • Author(s)
      屋代英彦、梅林信弘、宇田祥平、大矢根綾子、伊藤敦夫、六崎裕高、鳥塚健二
    • Organizer
      2017つくば医工連携フォーラム
    • Place of Presentation
      物質・材料研究機構(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2017-01-20
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] フェムト秒レーザー照射によるジルコニアセラミックスの表面修飾2017

    • Author(s)
      欠端雅之、屋代英彦、大矢根綾子、伊藤敦夫、鳥塚健二
    • Organizer
      2017つくば医工連携フォーラム
    • Place of Presentation
      物質・材料研究機構(茨城県つくば市
    • Year and Date
      2017-01-20
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] fsレーザー加工とリン酸カルシウム成膜により骨固着力を高めたジルコニアの骨界面観察2016

    • Author(s)
      大矢根綾子、欠端雅之、屋代英彦、伊藤敦夫、六崎裕高
    • Organizer
      日本バイオマテリアル学会シンポジウム 2016
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-11-21
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ジルコニア表面へのハイドロキシアパタイト成膜条件による結晶性の影響2016

    • Author(s)
      屋代英彦、梅林信弘、欠端雅之、大矢根綾子、伊藤敦夫、六崎裕高、鳥塚健二
    • Organizer
      日本バイオマテリアル学会シンポジウム 2016
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-11-21
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Laser-Assisted Liquid-Phase Synthesis of Calcium Phosphate-Based Thin Layers and Nanospheres for Biomedical Applications2016

    • Author(s)
      A. Oyane, M. Nakamura
    • Organizer
      The 33rd International Korea-Japan Seminar on Ceramics (K-J Ceramics 33)
    • Place of Presentation
      Daejeon(Korea)
    • Year and Date
      2016-11-16
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 過飽和液中レーザー照射によるチタン表面でのリン酸カルシウム形成反応-パラメーター制御と表面温度計算-2016

    • Author(s)
      大矢根綾子、Mahanti Moumita、Pyatenko Alexander、坂巻育子、中村真紀、古賀健司
    • Organizer
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス(広島県東広島市)
    • Year and Date
      2016-09-07
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 過飽和溶液を利用したリン酸カルシウム形成技術とバイオメディカル応用2016

    • Author(s)
      大矢根綾子
    • Organizer
      第37回数理の翼夏季セミナー
    • Place of Presentation
      ゆずりはら青少年自然の家(山梨県上野原市)
    • Year and Date
      2016-08-17
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      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Wavelength dependence of femtosecond laser-induced periodic surface structures on yttria-stabilized zirconia2016

    • Author(s)
      M. Kakehata, T. Takahashi, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, T. Nishikawa, and K. Torizuka
    • Organizer
      17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2016)
    • Place of Presentation
      西安(中国)
    • Year and Date
      2016-05-23
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of polarization ellipticity on laser-induced periodic surface structures formed on yttria-stabilized zirconia2016

    • Author(s)
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, and K. Torizuka
    • Organizer
      17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2016)
    • Place of Presentation
      西安(中国)
    • Year and Date
      2016-05-23
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フェムト秒レーザーを利用したジルコニア表面へのアパタイトコーティング2016

    • Author(s)
      大矢根 綾子、坂巻 育子、欠端 雅之、屋代 英彦、鳥塚 健二、伊藤 敦夫
    • Organizer
      名古屋大学「プラズマ科学プラットフォーム」開所記念講演会・見学会
    • Place of Presentation
      名古屋大学豊田講堂(愛知県)
    • Year and Date
      2016-04-26
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズマ表面改質による生体材料の高機能化2016

    • Author(s)
      大矢根綾子
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2016-03-21
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      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] イットリア安定化ジルコニアセラミックス表面のフェムト秒レーザー誘起周期構造形成のレーザーパルス幅依存性2016

    • Author(s)
      欠端 雅之、屋代 英彦、大矢根 綾子、伊藤 敦夫、鳥塚 健二
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2016-03-21
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  • [Presentation] フェムト秒レーザー加工を利用した ジルコニア基材上へのアパタイトコーティング2016

    • Author(s)
      大矢根 綾子、坂巻 育子、欠端 雅之、屋代 英彦、鳥塚 健二、伊藤 敦夫
    • Organizer
      日本セラミックス協会2016年年会
    • Place of Presentation
      早稲田大学西早稲田キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2016-03-14
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  • [Presentation] Pulsewidth dependence of laser-induced periodic surface structure formed on yttria-stabilized zirconia polycrystal2016

    • Author(s)
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, and K. Torizuka
    • Organizer
      Photonics West LASE2016
    • Place of Presentation
      Moscone Center, San Fransisco, Calfornia, U.S.A
    • Year and Date
      2016-02-16
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] インプラントへの応用を目指したジルコニアセラミックスのフェムト秒レーザー加工2016

    • Author(s)
      欠端 雅之、屋代 英彦、大矢根 綾子、伊藤 敦夫、鳥塚 健二
    • Organizer
      つくば医工連携フォーラム2016
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所つくばセンター共用講堂(茨城県)
    • Year and Date
      2016-01-22
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザープロセスを利用したジルコニアの表面加工による生体骨との固着2016

    • Author(s)
      屋代 英彦、欠端 雅之、大矢根 綾子、伊藤 敦夫、六﨑 裕高
    • Organizer
      つくば医工連携フォーラム2016
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所つくばセンター共用講堂(茨城県)
    • Year and Date
      2016-01-22
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] フェムト秒レーザーを利用したジルコニア表面への温和なアパタイト成膜技術2016

    • Author(s)
      大矢根 綾子、欠端 雅之、坂巻 育子、屋代 英彦、伊藤 敦夫、鳥塚 健二
    • Organizer
      つくば医工連携フォーラム2016
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所つくばセンター共用講堂(茨城県)
    • Year and Date
      2016-01-22
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  • [Presentation] Laser-assisted biomimetic processing of calcium phosphate-based thin-layers and spheres2016

    • Author(s)
      A. Oyane, M. Nakamura
    • Organizer
      16th International Symposium on Biomimetic Materials Processing (BMMP-16)
    • Place of Presentation
      名古屋大学環境総合館レクチャーホール(愛知県)
    • Year and Date
      2016-01-22
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] レーザープロセスによるジルコニア表面加工と生体骨の固着2016

    • Author(s)
      屋代 英彦、欠端 雅之、大矢根 綾子、伊藤 敦夫、鳥塚 健二
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第36回年次大会
    • Place of Presentation
      名城大学天白キャンパス(愛知県)
    • Year and Date
      2016-01-10
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] イットリア安定化ジルコニア表面へのフェムト秒レーザー誘起周期構造形成2016

    • Author(s)
      欠端 雅之、屋代 英彦、大矢根 綾子、伊藤 敦夫、鳥塚 健二
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第36回年次大会
    • Place of Presentation
      名城大学天白キャンパス(愛知県)
    • Year and Date
      2016-01-09
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Physicochemical fabrication of calcium phosphate-based bioceramics2015

    • Author(s)
      A. Oyane, M. Nakamura
    • Organizer
      15th Asian BioCeramics symposium (ABC2015)
    • Place of Presentation
      東京医科歯科大学(東京都)
    • Year and Date
      2015-12-11
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] レーザーのジルコニア表面ナノ周期構造形成とリン酸カルシウム成膜による骨固着力向上2015

    • Author(s)
      屋代英彦、欠端雅之、大矢根綾子、伊藤敦夫、六崎裕高
    • Organizer
      第37回日本バイオマテリアル学会大会
    • Place of Presentation
      京都テルサ(京都府)
    • Year and Date
      2015-11-10
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  • [Presentation] 過飽和液中レーザープロセスによるチタン金属表面での迅速リン酸カルシウム形成2015

    • Author(s)
      大矢根綾子、Mahanti Moumita、坂巻育子、越崎直人、中村真紀、古賀健司
    • Organizer
      第37回日本バイオマテリアル学会大会
    • Place of Presentation
      京都テルサ(京都府)
    • Year and Date
      2015-11-10
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  • [Presentation] リン酸カルシウム薄膜・粒子の液相合成とバイオメディカル応用2015

    • Author(s)
      大矢根綾子
    • Organizer
      第2回ガラス科学技術研究会
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      日本ガラス工業センター(東京都)
    • Year and Date
      2015-10-09
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    • Invited
  • [Presentation] Increased water wettability of yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal by femtosecond-laser induced periodic surface structure formation2015

    • Author(s)
      M. Kakehata, A. Oyane, H. Yashiro, A. Ito and K. Torizuka
    • Organizer
      Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE2015)
    • Place of Presentation
      Ramada Plaza Jeju Hotel, Korea
    • Year and Date
      2015-09-24
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  • [Presentation] Laser-assisted calcium phosphate precipitation on metal alloy in supersaturated calcium phosphate solution2015

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      A. Oyane, M. Nakamura, Y. Shimizu, K. Koga and I. Sakamaki
    • Organizer
      Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE2015)
    • Place of Presentation
      Ramada Plaza Jeju Hotel, Korea
    • Year and Date
      2015-09-23
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  • [Presentation] リン酸カルシウム系融合マテリアルの合成とバイオメディカル応用2015

    • Author(s)
      大矢根綾子、中村真紀
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学川内キャンパス(宮城県)
    • Year and Date
      2015-09-16
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    • Invited
  • [Presentation] イットリア安定化ジルコニアに形成されたレーザー誘起周期的表面構造の断面観察2015

    • Author(s)
      欠端 雅之、屋代 英彦、大矢根 綾子、伊藤 敦夫、鳥塚 健二
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • Year and Date
      2015-09-14
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  • [Presentation] Cross-sectional image of femtosecond laser-induced periodic surface structures on yttria-stabilized zirconia2015

    • Author(s)
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito and K. Torizuka
    • Organizer
      The 13th Conference on Laser Ablation (COLA-2015)
    • Place of Presentation
      Australian National University, Cairns, Australia
    • Year and Date
      2015-09-03
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Femtosecond laser-induced periodic surface structures on yttria-stabilized zirconia2015

    • Author(s)
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito and K. Torizuka
    • Organizer
      The 7th international congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP2015)
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(福岡県)
    • Year and Date
      2015-05-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 大矢根のホームページ

    • URL

      https://staff.aist.go.jp/a-oyane/

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 医療機器材料の製造方法および医療機器材料2015

    • Inventor(s)
      欠端雅之、屋代英彦、伊藤敦夫、大矢根綾子
    • Industrial Property Rights Holder
      欠端雅之、屋代英彦、伊藤敦夫、大矢根綾子
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2015-089715
    • Filing Date
      2015-04-24
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-04-16   Modified: 2018-03-28  

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