2017 Fiscal Year Annual Research Report
多軸鍛造技術を応用した次世代MDF純チタンの医療材料への展開
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16H05525
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| Research Institution | Kanagawa Dental College |
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Principal Investigator |
木本 克彦 神奈川歯科大学, 大学院歯学研究科, 教授 (70205011)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大久保 力廣 鶴見大学, 歯学部, 教授 (10223760)
星 憲幸 神奈川歯科大学, 大学院歯学研究科, 准教授 (20339782)
三浦 博己 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30219589)
早川 徹 鶴見大学, 歯学部, 教授 (40172994)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 高強度純チタン / 多軸鍛造法 / 生体適合性 / インプラント体 / 表面処理 / クラウン / CAD/CAM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究チームは多軸鍛造法（MDF）を駆使することにより、世界最高レベルの高強度純チタンを開発し、歯科医療材料としての実用化を目指している。 今年度は、3つの実験を行い、学会発表を行なった。
実験１．MDFチタンの機械的メカニズムの検証：多軸鍛造(MDF)を施した純チタンの組織と機械的特性(硬さ、引張強度、疲労強度)について調査した。TiのMDF加工の初期段階(ε＝0.05)から粒内に微細な変形双晶が高密度に導入され、さらにそれらの多重双晶によって、結晶粒は累積ひずみ増加に伴って微細化していった。結晶粒微細化と加工硬化により硬さと引張強度が上昇し、ΣΔε＝2.0 MDF材の86%圧延によって、結晶粒はさらに均一微細化し、最大引張強度は930MPaまで上昇した。
実験２. CAD/CAMシステムで製作したクラウンの臨床応用への基盤研究：CAD/CAMシステムを用いてMDFチタンクラウンを製作し、切削加工性について検証した。その結果、MDFチタンは、同等の強度を有するチタン合金よりも切削加工性が良いことが明らかとなり、CAD/CAMシステムへ応用出来ることが確認出来た。
実験３. インプラント・顎骨再建治療へ応用するための骨適合性実験（in vivo）：スクリュー型チタンインプラントに硫酸による酸処理，およびNaOHによるアルカリ処理を施し，表面性状を確認した．その結果，酸処理では微細な凹凸を有するフラクタル表面が，アルカリ処理では網目状構造の形成が確認された．また，Wistar 系雄性ラット（6週齢）の上顎第一臼歯抜歯窩に酸処理およびアルカリ処理スクリュー型チタンインプラントの即時埋入を行い、骨形成状態を病理組織学に観察した．その結果，酸処理およびアルカリ処理によって骨形成が促進されている様子が確認された．
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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
今年度、３つの実験において、以下の新たな知見が得られた。
知見１． TiのMDF加工の初期段階(ε＝0.05)から粒内に微細な変形双晶が高密度に導入され、さらにそれらの多重双晶によって、結晶粒は累積ひずみ増加に伴って微細化していった。知見２：結晶粒微細化と加工硬化により硬さと引張強度が上昇し、硬さ2.45GPa、最大引張強度710MPaまで上昇した。その後のMDF材の86%圧延によって、結晶粒はさらに均一微細化し、最大引張強度は930MPaまで上昇した。知見3：. CAD/CAMシステムで製作したMDFチタンクラウンは、同等の強度を有するチタン合金クラウンよりも切削加工性が良いことが明らかとなった。知見4：スクリュー型チタンインプラントに硫酸による酸処理，およびNaOHによるアルカリ処理を施すと酸処理では微細な凹凸を有するフラクタル表面が，アルカリ処理では網目状構造の形成が確認された．知見5：動物実験において酸処理およびアルカリ処理スクリュー型チタンインプラントは、骨形成を促進されている様子が確認された．
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| Strategy for Future Research Activity |
１、インプラント・顎骨再建治療へ応用するための骨適合性実験（in vivo）
１）骨適合性の評価【ラット】 酸処理およびアルカリ処理MDF法チタンの骨適合性について，画像解析ソフトを用いて，骨接触率，新生骨形成量の定量解析を進める．また，蛍光ラベリングの測定により，MDF法チタンの酸処理およびアルカリ処理が新生骨形成に与える影響についても検討する．
2）骨適合性の評価【犬】： 実験動物にはビーグル犬を使用し，下顎左右前臼歯部を抜去し後、純チタンスクリュー型インプラント(直径3.3mm，長さ８mm，表面性状：酸処理)とMDF高強度純チタンスクリュー型インプラント（川本重工）を埋入する。埋入90日後、MicroCTによる各種画像解析と病理組織学的に観察する．
２、CAD/CAMシステムで製作したクラウンの臨床応用への基盤研究
CAD/CAMシステムで製作したMDFチタンクラウンの①適合性 ②耐摩耗性について検証する。
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