2011 Fiscal Year Annual Research Report
生体化学・力学的複合環境における金属系バイオマテリアルの生体適合性と表面改質
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22860036
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
宮部 さやか 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (50584132)
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| Keywords | 生体材料 / 金属系バイオマテリアル / 腐食挙動 / 急速歪み電極法 / 模擬生体環境 / 金属イオン溶出 / 変形 / 不働態皮膜破壊 |
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| Research Abstract |
模擬生体環境でTi、Ti6Al4V合金およびSUS316L鋼に急速ひずみを付与することで、生体内において動的荷重が加えられた際の生体材料用金属・合金の溶解、再不働態化挙動を検討し、次の知見を得た。
Ti、Ti6Al4V合金およびSUS316L鋼は、ひずみが付与された際に不働態皮膜が破壊され金属イオン溶出が生じた。その後、不働態皮膜破壊後ただちに再不働態化が生じることで電流はひずみ付与前の値まで減衰し、金属イオン溶出は抑制されることが確認された。具体的には、Ti、Ti6Al4V合金では、弾性変形の途中からアノード電流は増加したが、SUS316L鋼では弾性域でのアノード電流増加は認められなかった。このことから、弾性域でのTiおよびTi6A14V合金とSUS316L鋼の表面の力学特性は異なることが示唆される。また、Ti、Ti6Al4V合金およびSUS316L鋼は表面上にタンパク質や細胞が接着することで再不働態化が阻害され、発生した電気量が増加したことから、表面上にタンパク質や細胞が接着することで金属イオン溶出量が増加することを明らかにした。さらに、ひずみ付与時のアノード電流変化は試料の分極電位に影響を受けることを本研究にて明らかにした。
特にTi6A14V合金は高電位側でひずみが付与された際、アノード反応が促進され、再不働態化中に電流の停滞が生じた。この試料表面をFE・SEMで観察すると、局部腐食とみられる跡が観察されたことから、Ti6Al4V合金で認められた局部腐食の発生は細胞による再不働態化阻害の顕著な例であると考えられる。こうした知見から、生体内という特殊環境において金属材料表面上にタンパク質や細胞が接着することで、荷重負荷による変形が生じた際の金属表面の再不働態化が阻害され局部腐食が発生することが懸念される。
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