Development of new high-entropy alloys for metallic biomaterials and the relationship between microstructure and biocompatibility
Publicly Offered Research
| Project Area | High Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity |
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| Project/Area Number |
19H05172
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
永瀬 丈嗣 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 准教授 (50362661)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | 生体材料 / ハイエントロピー合金 / 熱力学計算 / 凝固 / 鋳造 / 生体合金 / 生体適合性 / 合金設計 / 凝固組織 / 状態図 / 金属 |
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| Outline of Research at the Start |
生体用ハイエントロピー合金の合金設計・組織制御を行い、組成・組織制御された生体ハイエントロピー合金を用いて細胞との相互作用を評価することで、単純な構成元素の線形加算則では説明できず多様な構成原子間の非線形相互作用（すなわちカクテル効果）に起因すると考えられる生体適合性の起源を解明し、新たな生体ハイエントロピー合金の開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ハイエントロピー合金（High Entropy Alloy, 以下HEA）は、構成元素の多様性を特徴とし、これまで金属材料では注目されていなかった「エントロピー制御」の概念のもと設計・開発が進む、新たなカテゴリーに属する金属材料である。HEAは、機械的性質・機能的性質の点からみても従来材料とは異なる特徴を示すことが明らかとなりつつあり、持続可能な開発目標（Sustainable Development Goals, SDGs）に寄与する新金属材料であることが明らかとなりつつある。本研究では、申請者らの研究グループが世界に先駆けて開発に成功した生体用金属材料としてのHEA（High Entropy Alloys for metallic biomaterials, BioHEA）に注目し、単なる金属材料学的な機械的性質評価や耐腐食性などの化学的性質のみならず、合金設計材料の細胞試験による生体適合性を評価し、生体適合性の材料組織学的観点からの支配因子を明らかにすることを目的とした。
本研究により、BioHEAにおける凝固偏析に伴い形成されるデンドライト組織と構成元素の分配が、生体適合性・細胞特性に影響を与える可能性が示唆された。偏析現象の予測には、熱力学計算による分配係数の評価が重要であることを明らかとした。偏析を抑制するために、三次元積層造形（Additive Manufacturing, AM）といった極めて速い冷却速度をもつ凝固プロセスが重要であることを示唆した。さらに本研究により得られた偏析予測・偏析制御技術は、BioHEAのみならず、様々なハイエントロピー合金・金属ガラスでも有効であることを確認し、この知見をBioHEAにフィードバックすることでBioHEAの偏析予測精度の向上を行った。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(29 results)
