2014 Fiscal Year Annual Research Report
骨機能を模倣化した新規概念からなる積層造形体の試作
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25630306
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中野 貴由 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30243182)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石本 卓也 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (50508835)
當代 光陽 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10610800)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 金属積層造形 / 低ヤング率 / 衝撃吸収性 / 骨力学機能模倣 / 粉末 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は、凝固部による格子状構造とその空隙部（一方向性孔内部）に配置した粉末部からなる複合体をデザインし、積層造形後に熱処理を施すことにより、低ヤング率と優れた衝撃吸収性を発現する構造体の創製に成功した。その成果をベースに、本年度は、① ヤング率と衝撃吸収性の任意制御化に向けた方策の確立、② 後熱処理を必要としないシングルプロセスでの生体機能模倣化構造体の実現、さらには、③ 動物への埋入試験による生体親和性評価を目標として課題を遂行した。
ヤング率の任意制御化は、凝固部のマクロな構造の制御により実現できた。例えば、上述の格子構造の格子間隔を変化させることで、気孔伸展方向に沿ったヤング率が気孔率に対して直線的に制御された。さらに複雑な凝固部の配置の設計により、細かいヤング率制御が可能となった。なお、ヤング率の予測計算は複合側により実施した。衝撃吸収性の制御は、熱処理条件によりネッキング度合を変化させることにより、ヤング率に大きな影響を与えることなく、低ヤング率を維持したままで達成できた。
シングルプロセスによる低ヤング率かつ優れた衝撃吸収性を発現する構造体の実現は、積層造形時の投入エネルギーを意図的に低下させることにより粉末部を不完全溶融状態とすることで達成できた。
最後に、本手法で作製された材料をウサギ長管骨に埋入し、生体親和性の評価を行った。埋入による炎症反応は生じず、材料周囲・内部に旺盛な骨形成が生じ、形成骨は骨長軸に沿った健全なアパタイト／コラーゲンの優先配向性を有した。さらには、骨髄腔の形成が認められ、造血機能さえ復元された。
以上より、本研究にて、生体骨と類似の力学機能を発揮し、かつ、力学機能の任意制御を可能とする「パウダー／ソリッド構造体」の創製に成功し、金属であるにもかかわらずあたかも骨そのものとして振る舞うインプラント材料が実現に成功した。
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