2018 Fiscal Year Research-status Report
人工関節の長寿命化を実現する生体適合性と耐摩耗性に優れた炭化物コーティングの開発
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18K04722
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
塩田 忠 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (40343165)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
生駒 俊之 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (20370306)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 炭化物薄膜コーティング / セラミック人工関節 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，長寿命セラミック人工関節を実現するため，セラミック骨頭とセラミックライナーの摺動部摩耗低減を目指した炭化物セラミックコーティングの開発を目的としている．
本年度は、各種炭化ケイ素（SiC）セラミックス（焼結体の鏡面研磨面，導電性単結晶(0001)面のSi面とC面，絶縁性単結晶(0001)面のSi面とC面）を，SiC焼結体ボールと生理食塩水下で摺動させ摺動特性を評価した．比較のため，セラミック人工関節材料の一つであるアルミナ焼結体の鏡面研磨面とアルミナボールの同条件下での摺動特性も評価した．その結果，摩擦係数は，アルミナ焼結体よりもSiCセラミックスの方が小さく，その中でも，絶縁性SiC単結晶(0001)Si面が最も小さい値を示した．また，摩耗量は，アルミナ焼結体が最も少なく，SiCセラミックスの中では，絶縁性SiC単結晶(0001)Si面が最も少なかった．
次に，SiC薄膜を，アルミナ基板上にパルスレーザー堆積法を用いて，ジルコニア基板上にスパッタ法を用いて，それぞれ製膜した．製膜したSiC薄膜は，製膜温度に関わらず全てアモルファス構造であった．その中でも，アルミナ基板上に300度で製膜したSiC薄膜が，最も高いナノインデンテーション硬さを示し，さらに，生理食塩水下で絶縁性SiC単結晶(0001)Si面と同等の摺動特性，すなわち，低い摩擦係数と低い摩耗率を示すことが分かった．また，金属基材上のSiC薄膜表面へのタンパク質吸着特性と細胞接着性を評価し，SiC薄膜上へのタンパク質吸着量と細胞接着量が基材上よりも減少する結果を得た．
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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
本年度の主な研究計画は，SiCセラミックスのバイオトライボロジー特性評価，炭化ケイ素（SiC）薄膜の合成と機械特性評価，SiCセラミックスの生体適合性評価，であった．研究実績の概要にも記述したように，それら3つの課題に関する研究を進め，それぞれに有用な知見を得ることができたため，本研究の進歩状況はおおむね順調に進歩していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，本年度の研究において，薄膜の密着性が問題点として明らかになったため，まず，その改善に取り組む．その上で，組成の異なるSiC薄膜を作製し，薄膜組成が，バイオトライボロジー特性と生体適合性に及ぼす影響について検討する．
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