2014 Fiscal Year Annual Research Report
表面形態・構造のナノスケール制御に基づく医療用金属材料の長期信頼性設計
| Project/Area Number |
26249111
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
藤本 愼司 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70199371)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土谷 博昭 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50432513)
宮部 さやか 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50584132)
廣本 祥子 独立行政法人物質・材料研究機構, 生体機能材料ユニット, 研究員 (00343880)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 電気化学プロセス / 表面改質 / ナノ構造 / 生体親和性 / 細胞培養 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、生体環境下での医療用金属材料の劣化の抑制を、材料の表面形態や構造をナノスケールで制御することにより検討することを目的としている。本年度は、研究代表者のグループで構築した細胞培養下で長期間繰り返し荷重を印加できるシステムを用いて、医療用金属材料であるSUS316Lステンレス鋼およびTi-6Al-4V合金の疲労試験を実施するとともに、医療用金属材料の表面改質について検討した。
その結果、繰り返し応力付与中、不働態皮膜の破壊により形成される新生面は体液と接触し金属溶解が生じるため、繰り返し応力付与試験初期には腐食電位は一旦、卑にシフトし、その後、材料の加工硬化や再不働態化により徐々に金属溶解が抑制されるようになり腐食電位は貴にシフトすることが分かった。そして、金属疲労き裂が発生すると、き裂内に生じた新生面が体液と接触するため金属溶解により腐食電位は降下し、応力集中によりき裂は進展し腐食電位は降下し続けることが明らかとなった。金属溶解材料表面に接着したタンパク質や細胞は、不働態皮膜が破壊され新生面が露出した際に、新生面と体液の接触を妨げることにより、金属溶解を抑制することが分かった。また疲労き裂が発生することなどにより、タンパク質および細胞と試料表面の間に形成される微小空間に体液が流れ込んだ場合、すき間環境が形成され再不働態化が阻害されき裂進展が促進されうることが明らかとなった。
また医療用金属材料の表面改質として、自己組織化ナノホール構造形成に及ぼす電気化学条件の影響を検討しナノホール構造形成過程を明確化するとともに、電子物性を表面処理条件により制御した酸化物層を形成した医療用金属材料において、酸化物層破壊時の再不働態化挙動を検討した結果、酸化物層の電子物性により再不働態化挙動が異なることを見出した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は医療用金属材料の長期信頼性評価の礎となる、細胞培養下での長期繰り返し荷重試験を実施することにより、医療用金属材料の細胞培養下での電気化学反応および劣化挙動について基礎的な知見を得るとともに、表面改質の基礎を確立することができ、当初の目的を達成するため順調に進捗しているといえる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、試料表面を改質した試料を用いて、表面形態や構造が細胞培養下での医療用金属材料の劣化挙動に及ぼす影響を調査するとともに、医療用金属材料が他の金属部材と接触した際にどのような電気化学反応が生じ、劣化に至りうるかを検討する。
|
