2015 Fiscal Year Annual Research Report
環境浄化および生体適合性に優れた二酸化チタンの研究
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15H04138
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
正橋 直哉 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20312639)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 優 東北大学, 大学病院, 助教 (70634541)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 陽極酸化 / インプラント / チタン合金 / 骨伝導性 / 生体適合性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題の目的はチタン合金表面に陽極酸化法でTiO2を担持し、優れた光誘起環境浄化機能と生体適合性を得ることである。TiO2はTiならびにTi合金の表面に熱力学的に平衡して共存し、基板と高い密着性を有することから、剥離や金属イオン溶出抑制を期待できる。生体への安全性を鑑み酢酸水溶液を電解浴に使用し、申請者グループが開発したTiNbSn合金に陽極酸化後、温水処理を施してハンクス液中での骨成分であるハイドロキシアパタイト（HAp）の生成挙動を調べた結果、HAp析出を観察できたことから良好な骨伝導性を確認した。さらに、同じ処理を施したTiNbSn製ロッドを日本白色家兎大腿骨の骨髄腔に埋め込み、所定の期間保持後の調査した結果、骨組織形成新生を確認できた。またインプラント材の引抜試験から、表面処理を施していないロッドと比べ高い接合強度を確認した。インプラント材と骨界面をFIBでサンプリングし、EDX解析を行った結果、骨成分であるCaとPが陽極酸化TiO2に拡散浸透し、高い密着力は骨成分のTiO2への拡散に起因すると考察した。またこの様にして創製した陽極酸化TiO2は、電解浴中の酢酸濃度および成膜時の印加電圧の選択により、優れた親水性ならびに光触媒性能を有することが明かになった。陽極酸化で使用した酢酸は乖離定数が小さく、陽極酸化には高圧印加が必要である。そこで、高圧下での分極測定が可能な電気化学セルを設計し電気化学挙動を調べた結果、反応促進には最適な酢酸濃度（1～2M）の存在と、250V程度の高圧印加で反応が促進され、その結果TiO2の結晶性が向上することが判明した。この最適条件で成膜したTiO2は光触媒ならびに生体適合性の改善を期待でき、28年度に調査する予定である。また本結果を利用し、TiO2を担持した耐食Ti-Pd合金について光誘起機能を調べた結果、優れた機能の発現を確認した。
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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
第一の理由は、研究分担者である医学部との共同研究により、動物実験も含む生体適合性に関連する実験が加速し、申請者の行っている光誘起機能ならびに電気化学の研究との有機的な連携が進んだことである。第二の理由は、これまで垣間見られてこなかった高圧印加下での分極曲線測定の実験手法を確立することで成膜反応における基礎的知見をはじめ、本研究に関わる学術を深めることが出来た点である。そして第三の理由は、文部科学省「ナノテクノロジープラットフォーム」を活用することで、有意な分析データを迅速に得ることが出来た点にある。以上のように、申請者だけでなく、分担者ならびに研究支援組織の尽力により、現在のところ当初の計画以上の成果を得ることが出来ていると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究成果を学術的、ならびに応用的に実りあるものにするには、成膜ならびにそれに係る現象と膜機能の基礎的知見を把握すると共に、動物実験も含めたインプラント材としての生体適合実験とを協調させることが肝要である。具体的には骨伝導性や生体適合性に優れた、開発チタン合金表面への陽極酸化膜の担持条件の最適化とその機能発現機構の解明、そしてそのような酸化膜の光誘起機能把握による、生体医療ならびに環境浄化材料への適用検討である。本研究の応用研究として、経済産業省「医工連携事業化推進事業」に採択され、平成28年度から東北大学医学研究科が中心に県内5ヶ所の病院で「治験」を開始する。大学発の基礎的知見が社会に役立つように、学術発表は勿論、報道や特許など様々な手段でアピールする予定である。
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[Presentation] Apatite Formation and Biocompatibility of a Low Young’s Modulus Ti-Nb-Sn Alloy Treated with Anodic Oxidation and Hot Water2016
Author(s)
H. Tanaka , Y. Mori , A. Noro , A. Kogure , M. Kamimura , N. Yamada , S. Hanada , N. Masahashi , E. Itoi
Organizer
Orthopaedic Research Society 2016 Annual Meeting
Place of Presentation
Orlando, Florida, USA
Year and Date
2016-03-05 – 2016-03-08
Int'l Joint Research
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