2023 Fiscal Year Annual Research Report
Study of biocompatible implant TiNbSn alloy
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20H02458
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
正橋 直哉 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20312639)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 優 東北大学, 大学病院, 講師 (70634541)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | インプラント / 生体親和性 / 陽極酸化 / TiNbSn / 光触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
応力遮蔽の抑制を目的に申請者グループが開発した低ヤング率のTiNbSn合金にバイオ機能を付与するために陽極酸化法で酸化膜をコーティングし、実用のTi6Al4V合金にも同様の陽極酸化処理を施して、その機能の比較検討を行った。その結果、TiNbSn基板陽極酸化膜は空孔密度が低い多孔質状のルチル型TiO2を主相とするのに対し、比較材のTi6Al4V基板陽極酸化材では空孔密度の高い層と低い層が交互に出現するグラッシーなアナタース型TiO2を主相としていた。また、両基板上酸化膜とも、TiO2以外の基板合金元素の酸化物を含んでおり、その分率は比較材ではAlとVの酸化物が予想値より多く、TiNbSn基板ではNb酸化物が予想値より多かった。バイオ機能として、黄色ブドウ球菌を用いた抗菌特性もメチレンブルー色素の光分解性能も、そして疑似体液中でのtribocorrosion特性も、TiNbSn基板陽極酸化膜がTi6Al4V基板陽極酸化膜よりも優れていた。この原因として、光誘起機能については二つの機構を提案した。第一はTiNbSn基板を用いた陽極酸化膜では絶縁破壊によるスパーク放電が発生した結果、陽極酸化膜中の格子欠陥量が少ないため励起種の再結合が抑制されたことである。そして今一つは、TiO2と合金元素酸化物との間のバンド構造で、Ti6Al4V基板上陽極酸化膜では、価電子帯の上端電位が最も高く伝導帯の下端電位が最も低いV2O5に励起種が集まり、再結合はおこり易いのに対し、TiNbSnでは正孔は価電子帯の上端電位が最も低いNb2O5に、電子は伝導帯の下端が最も高いSnO2に移動し電荷分離がおこり易く、再結合がおこり難いことである。一方、tribocorrosion特性は高硬度のルチル相と高い基板との密着強度に起因すると結論した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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