2020 Fiscal Year Annual Research Report
Functionalization of implant by bio-active coating with ion release and high bonding strength
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20H02448
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
上田 恭介 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40507901)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成島 尚之 東北大学, 工学研究科, 教授 (20198394)
李 誠鎬 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20850001)
小笠原 康悦 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (30323603)
金高 弘恭 東北大学, 歯学研究科, 教授 (50292222)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 抗菌性 / 表面処理 / チタン / スパッタ / ゾルゲル / 骨形成能 / 溶解性 / 生体活性ガラス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
歯科インプラントの成否は骨との迅速かつ強固な結合と術後のインプラント周囲炎予防がキーとなる。そこで、チタン製歯科インプラント歯根部に求められる硬組織適合性および支台部に求められる抗菌性・軟組織適合性の機能を付与する、密着力の高い生体内溶解性バイオアクティブコーティングの創製を試みた。生体活性ガラスに抗菌元素(X)、溶解性制御元素(Y)を添加したコーティング膜をゾルゲル法およびスパッタ法にて作製した。
スパッタ法においては、非晶質リン酸カルシウム(ACP)を母相として、抗菌性元素にAgを、溶解性制御元素としてTaをそれぞれ添加したコーティング膜を作製した。チタン製基板と60 MPa以上の優れた密着力を有する、平滑な膜厚0.5μmのコーティング膜を作製することができた。添加したAg, TaはACP母相に固溶しており、コーティング膜中に均一に分布していた。Ta添加量の高いコーティング膜においては、ACP母相の溶解性を抑制しつつ、一定のAgイオン放出を達成することができた。生体内における長期間の抗菌性を評価する方法として、繰り返し抗菌性試験方法を確立し、添加Ag量およびTa量により繰り返し抗菌性を変化させることができた。添加Ta濃度を最適化することにより、抗菌性は示しつつ細胞毒性は示さないことコーティング膜を作製することができた。
ゾルゲル法においては、Si-Ca系生体活性ガラスを母相とし、抗菌性元素としてCuを用いた。添加Cu濃度の増加に伴い放出Cuイオン濃度は増加し、母相の溶解性は添加Cu濃度には依存しないことを明らかにした。
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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
スパッタ法によるコーティング膜の作製においては、母相の溶解性を抑制するために必要なTa添加量を明らかにすることができた。加えて、長期間の抗菌性を評価するための繰り返し抗菌性評価方法を確立できた。これは今後の溶解性抗菌材料の評価方法として広く活用できる手法であり、評価できる。
ゾルゲル法における成膜においては、基本的なプロセスを確立することができた。一方、基板との密着力においては、当初の想定値程の値を得ることができず、今後、プロセスの検討を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
スパッタ法においては、母相をこれまでの非晶質リン酸カルシウム(Ca-P-O系)からSi-Ca-P-O系に拡げて検討を行う。本系における溶解性に及ぼす添加元素の影響は、ゾルゲル法により系統的に調査する予定である。
ゾルゲル法においては、基板との密着力向上を目的とした新規プロセスを検討する。
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