2014 Fiscal Year Research-status Report
レーザ加工を利用したチタン系バイオマテリアルの表面改質に関する研究
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25820365
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
水谷 正義 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50398640)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | レーザ加工 / 表面改質 / 生体材料 / インプラント / 生体活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，レーザ加工を利用したチタン系バイオマテリアルの新たな表面改質手法を確立し，骨を引き寄せ，強調し融合する骨伝導能を有する表面を創成することを目的としている．そのために本研究では，レーザ加工プロセス中に加工面で生じる現象を解明し，得られた表面上でどのような機序で骨形成が起きるかを明らかにすることを狙っている．本年度は，レーザ加工による表面改質プロセスを確立するとともに，加工面のHAp形成能（生体活性能）の評価を行った．以下に得られた成果をまとめる．
「レーザ加工による表面改質手法の確立」
シミュレーションおよび実験的検証により得られた知見をもとに，平面サンプルだけでなく，三次元的な形状を有するサンプルに対しても，昨年度得られた成果と同様の改質効果を付与することが可能なレーザ加工条件を検討し，表面改質手法としての有効性を検証した．その結果，レーザ加工時の強度や加工速度をコントロールすることにより，実際のインプラントを想定した円柱形状サンプルに対しても，本研究で狙っている表面改質の効果を得ることが可能であることが明らかとなった．
「Hap形成能の評価」
インプラントを生体内に埋入した際にHApが自然析出するかどうか，また，埋入後どの程度の期間で析出するかについて，まずは実験室レベルでの検証を行った．具体的には体液を模擬した疑似体液（SBF）中に表面改質を施した試験片を浸漬し，HApの析出の有無を評価した．その結果，未処理サンプルではHApの析出の析出が確認されないのに対して，レーザ加工を行ったサンプルでは浸漬後数日でHApの析出が確認された．また，加工条件の違いにより析出挙動が変化することが明らかとなった．加工条件の変化に伴う析出挙動の相違については次年度更なる検討を進める予定である．
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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
実施計画書の記載通りに順調に研究が進捗しており，結果としても次年度に繋がる有益な知見が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
「HAp形成能の評価」
平成26年度に行ったHAp形成能について引き続き詳細な評価を行う．とくにレーザ加工条件の違いがHApの析出挙動に及ぼす影響について，これまでに得られた表面分析の結果も踏まえて検討する．
「骨伝導能の評価」
本研究では，加工面でどのように骨形成が起こるのかを明らかにすることも目的としている．そのため，本研究のアプリケーションの一つとして考えている歯科インプラントの形状を想定したシリンダー型の試験片にレーザ加工を施し，それを用いて動物実験を行うことにより，骨伝導能の評価を行う．なお，動物実験は鶴見大学歯学部 早川 徹 教授の協力を得て実施する．
動物実験と並行して，実験室レベルでの評価試験も行うことにより，その効果を立証する．この実験では，レーザ加工を施した表面で線維芽細胞および骨芽細胞の培養を行い，接着性や増殖率の評価を行う．さらに体内での骨形成の指標となる細胞のコラーゲンやアルカリフォスファターゼ（ALP）産生の評価を行うことにより，線維芽細胞や骨芽細胞の分化能について評価を行う．
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