2016 Fiscal Year Annual Research Report
高生体適合性低弾性率・高強度多孔質生体用金属材料の開発
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15H03016
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
謝 国強 東北大学, 歯学研究科, 産学官連携研究員 (50422134)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金高 弘恭 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (50292222)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 金属ガラス / ポーラス材料 / 放電プラズマ焼結法 / 生体・医療材料 / 微細構造 / 強度 / ヤング率 / 気孔率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属ガラスは従来の結晶金属材料には見られない超高強度、低ヤング率、高耐食性等の優れた特性を示すため、生体・医療材料への応用が期待されている。本研究では、生物学的生体適合性の高い無毒性・非アレルギー元素で構成されたTi基金属ガラス合金粉末を用い、放電プラズマ焼結（SPS）法により、人骨と同程度の低ヤング率を示す生体適合性の優れた高強度多孔質生体用金属材料を創製することを目的とする。放電プラズマ焼結法による、加圧力600 MPa、保持時間10 minに設定し、焼結温度623 K～717 Kを変化させ、焼結した直径15 mm、厚さ約6 mmのTi基金属ガラスバルク試料の組織と性能を評価した。焼結温度643 Kでの単一なTi-Zr-Cu-Pd-Sn金属ガラス粉末のSPS焼結体は、2060 MPaの超高強度の緻密なTi基金属ガラスSPS材ができた。Ti基金属ガラス粉末とNaCl粉末の混合粉末をSPSで焼結し、温水中でNaClを溶出後、ポーラス金属ガラスになった。SPS焼結時の条件、NaCl粉末の添加量を変化させ、気孔率0～60％の金属ガラス材ができた。また、水熱電気化学法で処理したTi-Zr-Cu-Pd-Sn金属ガラス試料を擬似体液（SBF）中に浸漬して、表面に良好な水酸化アパタイトが成長できた。ラットの皮下組織および大腿骨にTi-Zr-Cu-Pd-Sn金属ガラス試料を埋入して生体親和性を検討した結果、Ti基金属ガラス試料は純Ti製試料の場合と同様に良好な生体親和性と骨伝導性を示した。定量的測定による、Ti基金属ガラス試料と純Ti製試料の表面骨形成量はほぼ同等となることがわかった。エネルギー分散型X線分光法（EDX）分析による、移植後12週間後の時点でTi基金属ガラス試料周囲への金属イオンの拡散は検出されなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、(1) 多孔質Ti基金属ガラスの最適プロセスの探索、(2) 生体環境における性能評価、(3) 細胞実験、(4) 動物試験用試料の作製およびその性能評価を行うことを当初計画としていた。平成28年度では、この四つ項目に関する研究を全て実施した。当初の計画に従って順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度の研究計画では、(1) 低ヤング率・高強度多孔質金属ガラスの最適プロセスの確立、(2) 細胞実験、(3) 動物試験用試料の作製およびその性能評価、(4) 研究結果の総括的解析を行う予定である。今後の研究の推進について、当初の研究計画・方法に従って遂行する。
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