2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of corrosion protection coatings of biomedical Mg alloys showing cell adhesion changing with time
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19H02449
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
廣本 祥子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, グループリーダー (00343880)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 智彦 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (50419264)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マグネシウム / アパタイト被覆 / 非イオン性ポリマー / アニオン性ポリマー / 腐食 / 細胞適合性 / 生体材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
それぞれ2種類のアニオン性および非イオン性ポリマーを修飾した水酸アパタイト（HAp）被覆AZ31（Mg-3Al-1Zn）、WE43（Mg-4Y-3RE）および純Mgを作製し、予めカッターでキズ付けてからの疑似体液浸漬試験、および疑似体液中でin-situにキズを付けた場合の被膜修復電流の測定を行った。HAp被覆のみサンプルと比較して、浸漬1日目のMgイオン溶出量はポリマー修飾で増加する傾向がみられたが、浸漬7日目の溶出量はポリマー修飾で減少する傾向がみられた。浸漬直後は、ポリマーはキズからの腐食を促進するが、腐食によるpH上昇でリン酸カルシウム析出が促進され、キズ溝内とともにサンプル表面全体を覆うと考えられる。ポリマー修飾によりリン酸カルシウム析出が促進されるため、浸漬2日目以降のMgイオン溶出が抑制されることが示唆された。
浸漬1日目と7日目とも、非イオン性ポリマー修飾サンプルの方がアニオン性ポリマー修飾サンプルよりも若干Mgイオン溶出量が小さかったが、顕著な差ではなかった。AZ31を用いた被膜修復電流測定より、アニオン性ポリマーではキズ修復が停滞する時間帯が現れ、浸漬試験1日目のMgイオン溶出量が増加する傾向と一致した。キズ修復の停滞の詳細については今後の検討課題である。
断面観察より、アニオン性ポリマー修飾サンプルではキズ溝内へのリン酸カルシウム析出が促進されていた。表面全体でのリン酸カルシウム析出は、修飾に用いたポリマー水溶液の粘性が高いと析出量が多い傾向がみられた。基材の種類でキズ部分の金属変形挙動が異なったため、基材の組成の影響は検討できなかった。
ポリマー修飾HAp被覆Mg合金表面で骨芽細胞様細胞MC3T3-E1の培養試験を行った。アニオン性ポリマーでは細胞の接着・増殖が阻害された。生体適合性の観点から、ポリマーは非イオン性が適していることが明らかとなった。
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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
2020年度は、計4種類のポリマーからHAp被膜修復に適し、細胞適合性を示すポリマーを選択することを目的としていた。細胞適合性の観点より、アニオン性よりも非イオン性ポリマーの方が適していること、2種類の非イオン性ポリマーともHAp被膜修復を少なくとも阻害しないことが分かった。
一方、カッター傷付与後の浸漬試験でも、in-situ被膜修復電流測定試験でも、被膜修復におけるポリマー修飾の顕著な優位性を明らかにすることができなかった。一つの理由として、被膜修復電流測定のためのインデンテーションを行う先端を尖らせたセラミックス棒の剛性が不足していたために、棒先端押し付けの圧痕サイズや力を一定に制御しきれなかったことが考えられる。2021年度初めに装置を改良し、より再現性の高い結果を得られるようにする。
上記の結果を鑑みて、全体的にはおおむね順調に研究が進捗していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画では、被膜修復電流の測定は、急速ひずみ付与試験で行う予定であったが、引張試験片の加工・被覆に時間がかかるため、ディスク試験片で測定が行えるよう、インデンテーション試験装置を作製した。これにより、被膜修復挙動の検討を加速することができた。
2020年度にポリマーの種類を2種類に絞ることができたため、2021年度は修飾ポリマー量を変化させるなどして、ポリマーの効果を高める試みを行う。
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