2013 Fiscal Year Annual Research Report
骨形成強化型バイオアクティブTi-Mg系インプラント合金の開発
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25293400
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高田 雄京 東北大学, 歯学研究科(研究院), 准教授 (10206766)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 良央 東北大学, 歯学研究科(研究院), 助教 (30302152)
高橋 正敏 東北大学, 歯学研究科(研究院), 助教 (50400255)
佐藤 秀樹 東北大学, 歯学研究科(研究院), 助教 (60154085)
泉田 明男 東北大学, 大学病院, 助教 (40333827)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | チタン / チタン合金 / マグネシウム / 気固反応 / 固溶体 / インプラント / 骨誘導 / ALP |
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| Research Abstract |
本研究課題では、骨形成初期に必要不可欠と考えられるMgをトリガーとして生体組織を刺激し、環境に応じた骨形成の誘導を促すことができるインプラントに最適なバイオレスポンス型Ti-Mg合金の開発および応用を試みることである。
平成25年度は、基材であるTi-Mg固溶体相を気固反応により作製することを目的とした。気固反応の温度（850～1100℃)によりMgの蒸気圧を制御し、Mg蒸気によるTi-Mg固溶相のTi表層への形成を試みた。Ti箔で包んだMgとTiを石英管に真空封入したところ、溶融Mgと石英管が接触し、亀裂等の発生によりTi-Mg固溶体をうまく形成することができなかった。そこで、内径8mmの石英管に入る大きさで溶融Mgがこぼれ出ない気固反応用Ti製坩堝を作製中である。
同時に、細胞培養実験を遂行し、Mgイオンが骨形成および骨吸収マーカーに及ぼす効果を調べた。Mgイオン濃度を0、10、100、1000ppmに制御した細胞培養液中で細胞培養を行ったところ、5日間の培養において、1000ppmのMgイオンの存在で、ALP活性値がコントロールの比べ有意に増加し、Mgイオンの細胞活性の再現性が確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
Mg蒸気の雰囲気中で気固反応を利用してTi-Mg固溶体をTi表面に生成する過程において、加熱中の溶融Mgが周囲を覆っていたTi箔から流れ出し、圧力調整用の石英管と接触して亀裂および破壊が生じ、十分にMgの蒸気圧を得ることができなかった。
そこで、溶融Mgがこぼれ出ることなく、Mg蒸気のみを効果的に排出できる小型のTi製坩堝を作製し、繰り返し気固反応を行いながら効率の良い坩堝形状を試行錯誤で設計することに多くの時間の要したため、計画に遅れが生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、内径8mmの石英管に容易に収まり、溶融Mgがこぼれ出ないTi製坩堝の設計及び試作ができている。定常的にTi-Mg固溶体を作製できるようになれば、Ti製坩堝の作製を外注する予定であり、機材作製における律速は解消される予定である。
細胞培養等の実験においては、計画に近い遂行ができているため、研究の遅れを解消できると考えている。
これにより、計画から遅れていたTi-Mg合金の材料学的評価実験を順次こなし、平成26年度計画のTi-Mg合金の安全性評価、Mgイオンの骨誘導評価を遂行予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
Mg蒸気を利用した気固反応でTi-Mg固溶体をTi表面に生成する過程において、Ti箔で覆った溶融Mgが圧力調整用の石英管と接触して亀裂および破壊が生じ、目的のTi-Mg固溶体を得ることができず、改善に多くの時間の要した。そのため、予定した計画の一部（Ti-Mg合金の材料学的評価及び耐食性評価、Ti-Mg固溶体合金のMgイオン徐放効果）を遂行できなかったため、次年度使用額が生じた。
新たに開発したTi製坩堝の作製を外注し、実験遂行に支障ない数の坩堝を作製する。また、時間不足で遂行できなかったTi-Mg合金の材料学的評価実験（Ti-Mg合金の機械的性質及び耐食性）を評価する。最も重要なMgイオンの徐放については、ICPによるMgイオンの定量分析を行い、Ti-Mg固溶体合金のMgイオン徐放効果を確認する。以上の実験に次年度使用額を使用する。
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