2019 Fiscal Year Research-status Report
非水溶媒陽極酸化を用いた“感染症を防ぐ”可視応答光触媒被膜チタン手術器具の創製
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18K04720
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大津 直史 北見工業大学, 工学部, 教授 (10400409)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | チタン材料 / 光触媒抗菌性 / 陽極酸化 / 非水溶媒 / 硝酸塩電界浴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度は、抗菌被膜チタン製手術器具の実用化に不可欠な”光触媒抗菌性の高機能化”と”被膜強度の改善”のうち、特に後者に着目して研究をおこなった。前年度の研究実績により、陽極酸化処理に用いる溶媒を、エチレングルコールからグリセロールに変更することで、被膜強度が飛躍的に改善できるという結果が得られていたので、有機溶媒の効果に着目し、エチレングリコールグリセロールの他に、プロパノールやプロピレングリコールも検討に加え、これら溶媒の変更が形成被膜に及ぼす影響を調べるとともに、被膜強度に与える溶媒のキーファクターを明らかにすることを試みた。
グリセロールなどの高粘度溶媒を使用すると、陰イオンと陽イオンの拡散が抑制され、比較的薄くて緻密な層が形成されるが、プロパノールなどの低粘度溶媒を用いると、カチオンの酸化が促進され、粗い微細構造を持つ強度劣る被膜の形成をもたらすことがわかった。さらに、エチレングリコールなどの低分子量のアルコール溶媒を使用すると、陽極酸化層の成長が大幅に抑制された。溶媒中含水量は、被膜表面の”水ぶくれ”のような凹凸形状に関連し、含水量が僅かに増加するだけで、この凹凸構造による被膜強度の低下につながることがわかった。すなわち、被膜強度のキーファクターは、溶媒の粘度、分子量、含水量であるであり、これらのうち粘度と分子量は、アルコール溶媒の骨格構造に依存する。したがって、硝酸塩/アルコール電解質を使用して準備された陽極酸化層の特性は、アルコール溶媒の骨格構造を調査することによって容易に予測できると言える。
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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
本研究課題では、非水溶媒陽極酸化によるチタン製手術器具への高機能抗菌被膜形成について、実用的および学術的両観点から研究をおこなっている。前年度初期の段階で計画変更をおこない、まずは平成３０年度に溶媒探索をおこない、その後令和元年度に材料表面/電解液の界面で引き起こされる反応を解明するものとした。
令和元年度は、この変更後研究計画の沿って研究遂行し、目標通り、溶媒の特性がチタン材料界面で引き起こす反応を明らかにし、さらに被膜強度の観点から好適な、電解液選択の指針を与えることに成功した。予定していた研究目標を十分に達成することができたので、おおむね順調に進展していると評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である令和２年度は、これまでの研究で明らかにした被膜形成条件を基に作製した光触媒抗菌被膜チタン材料の抗菌性を、大腸菌および黄色ぶどう球菌を試験菌種としたJIS R 1702に準拠した方法で評価する予定である。さらに、当初計画にはなかったが、COVID-19の災禍により注目されている“抗ウイルス”にも着目し、細菌感染症対策だけでなく、ウイルス感染症にも、本材料が有効であるかどうか検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
令和元年度に導入予定であった「雰囲気制御用グローボックス」は、別予算で導入できたため、残額が生じた。令和２年度では、COVID-19の災禍を考慮して、当初予定にはなかった抗ウイルス試験を実施する予定であり、繰り越した補助金は、その準備に活用する予定である。
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