表面非晶質化による金属材料の生体適合性向上に関する研究

• 研究課題/領域番号: 15390581
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 補綴理工系歯学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 宇尾 基弘 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 助教授 (20242042)
• 研究分担者: 横山 敦郎 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 教授 (20210627) ; 亘理 文夫 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 教授 (70158682)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 14,200千円 (直接経費: 14,200千円); 2005年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 2004年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 2003年度: 10,100千円 (直接経費: 10,100千円)
• キーワード: 微量元素 / 生体適合性 / チタン / X線吸収微細構造(XAFS) / 金属材料 / 窒化 / セレン / レーザー急冷法 / 非晶質 / X線回析

研究概要

材料の生体親和性は材料表層の物理・化学的物性に強く依存する。一般に金属の窒化物や炭化物は元の金属に比べて化学的に安定で、生体適合性も高いと考えられている。また金属は通常、結晶質であるが、一部の金属では溶融状態から超急冷することにより非晶質化することが知られており、非晶質金属では結晶質の場合と比べて種々の特性が向上することが知られている。
近年、歯科用としても普及してきた高出力のレーザーを用いると、非接触で局部のみを急熱・急冷することが可能となり、通常の熱処理に比べて表面のみを限局的に処理することが可能となる。そこで本研究では、第一に各種金属試料表面にNd-YAGレーザーを雰囲気・照射条件を変化させて照射し、その表面性状や状態の変化を調査した。その結果、チタンにおいては窒素雰囲気中で照射することにより、表面にごく薄い窒化チタン層を形成することが可能であることが判明した。窒化チタンは硬度が高く、耐摩耗性に優れるため、レーザー照射により任意の部位に窒化チタンを形成することにより、耐摩耗性が要求される部位のみに処理を施すことが可能であることが判明した。さらに生体内での金属材料の耐食性や生体適合性、溶出金属元素の生体内での化学状態を調べる観点から、金属インプラント周囲の軟組織をX線分析顕微鏡を用いた元素分布測定および放射光を用いたX線吸収微細構造(XAFS)測定により評価した。チタン及びニッケル埋入部周囲の生体軟組織中には各元素の溶出が明瞭に観察され、XAFS測定からチタンは金属粉末または酸化物として分布し、ニッケルは水和イオンに近い状態で分布しており、この状態の差がチタン及びニッケルの生体親和性に関係していると推定された。この分析手法は放射光によるXAFS測定を生体内微量元素の測定に応用しており、XAFS測定が生体内の微量元素の状態分析に極めて有効であることが示された。

研究成果

• [雑誌論文] Selenium distribution in human soft tissue determined by using X-ray scanning analytical microscope and X-ray absorption fine structure analysis (2006)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Asakura K., Kohgo T., Watari F.
  • 雑誌名: Chemistry Letters 35 ページ: 66-67
  • NAID: 10016907840
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Rare earth oxide containing fluorescent glass filler for composite resin (2005)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Okamoto M., Watari F., Tani K., Morita M., Shintani A.
  • 雑誌名: Dental Materials Journal 24 ページ: 49-52
  • NAID: 110002983792
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Analysis of Titanium Dental Implants Surrounding Soft Tissue using X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) (2005)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Asakura K., Yokoyama A., Totsuka Y., Akasaka T., Watari F.
  • 雑誌名: Chemistry Letters 34 ページ: 776-777
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The cytotoxicity of metal encapsulating carbon nanocapsules (2005)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Sato Y., Yokoyama A., Watari F., Totsuka Y., Tohji K., et al.
  • 雑誌名: Small 1 ページ: 816-819
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Biological behavior of hat-stacked carbon nanofibers in the subcutaneous tissue in rats (2005)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama A., Sato Y., Akasaka T., Uo M., Watari F., Tohji K., et al.
  • 雑誌名: Nanoletters 5 ページ: 157-161
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Influence of length on cytotoxicity of multi-walled carbon nanotubes against human acute monocytic leukemia cell line THP-1 in vitro and subcutaneous tissue of rats in vivo (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato K., Yokoyama A., Akasaka T., Uo M., Watari F., Tohji K., et al.
  • 雑誌名: Molecular Biosystems 1 ページ: 176-182
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Analysis of Titanium Dental Implants Surrounding Soft Tissue using X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) (2005)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Asakura K., Yokoyama A., Tamura K., Totsuka Y., Akasaka T., Watari F.
  • 雑誌名: Chemistry Letters 34 ページ: 776-777
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The cytotoxicity of metal encapsulating carbon nanocapsules (2005)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Tamura K, Sato Y., Yokoyama A., Watari F., Totsuka Y., Tohji K.
  • 雑誌名: Small 1 ページ: 816-819
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biological behavior of hat-stacked carbon nanofibers in the subcutaneous tissue in rats (2005)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama A., Sato Y., Nodasaka Y., Yamamoto S., Kawasaki T., Shindoh M., Kohgo T., Akasaka T., Uo M., Watari F., Tohji K.
  • 雑誌名: Nanoletters 5 ページ: 157-161
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Influence of length on cytotoxicity of multi-walled carbon nanotubes against human acute monocytic leukemia cell line THP-1 in vitro and subcutaneous tissue of rats in vivo (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato K., Yokoyama A., Shibata K., Akimoto Y., Ogino S., Nodasaka Y., Kohgo T., Tamura K., Akasaka T., Uo M., Motomiya K., Jayadevan B., Ishiguro M., Hatakeyama R., Watari F., Tohji K.
  • 雑誌名: Molecular Biosystems 1 ページ: 176-182
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The cytotoxicity of metal encapsulating carbon nanocapsules (2005)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Sato Y., Yokoyama A., Watari F., Totsuka Y., Tohji K.et al.
  • 雑誌名: Small 1 ページ: 816-819
• [雑誌論文] Biological behavior of hat-stacked carbon nanofibers in the subcutaneous tissue in rats (2005)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama A., Sato Y., Akasaka T., Uo M., Watari F., Tohji K.et al.
  • 雑誌名: Nanoletters 5 ページ: 157-161
• [雑誌論文] Influence of length on cytotoxicity of multi-walled carbon nanotubes against human acute monocytic leukemia cell line THP-1 in vitro and subcutaneous tissue of rats in vivo (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato K., Yokoyama A., Akasaka T., Uo M., Watari F., Tohji K et al.
  • 雑誌名: Molecular Biosystems 1 ページ: 176-182
• [雑誌論文] Rapid analysis of dental metallic restoratives using X-ray Scanning Analytical Microscope (2004)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Watari F.
  • 雑誌名: Dental Materials 20 ページ: 611-615
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Quantitative analysis of biological specimens by X-ray scanning analytical microscope (2004)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Tanaka M., Watari F.
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research,PartB Applied Biomaterials 70B ページ: 146-151
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Laser welding of titanium and dental precious alloys (2004)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki K., Ohkawa S., Uo M., Akasaka T., Watari F.
  • 雑誌名: Materials Transactions 45 ページ: 1140-4416
  • NAID: 10012905756
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Three-dimensional topographic scanning electron microscope and Raman spectroscopic analyses of the irradiation effect on teeth by Nd : YAG, Er : YAG,and CO : lasers (2004)
  • 著者名/発表者名: Yamada M.K., Uo M., Ohkawa S., Akasaka T., Watari F.
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research,PartB Applied Biomaterials 71B ページ: 7-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Microparticle formation and its mechanism in single and double emulsion solvent evaporation (2004)
  • 著者名/発表者名: Rosca I.D., Watari F., Uo M.
  • 雑誌名: Journal of Controlled Release 99 ページ: 271-280
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effects of micro/nano particle size on cell function and morphology (2004)
  • 著者名/発表者名: Tamura K., Takashi N., Akasaka T., Uo M., Totsuka Y., Watari F.
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 254-256 ページ: 919-922
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Quantitative analysis of biological specimens by X-ray scanning analytical micro scope (2004)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Tanaka M., Watari F.
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research, Part B Applied Biomaterials 70B ページ: 146-151
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Three-dimensional topographic scanning electron microscope and Raman spectroscopic analyses of the irradiation effect on teeth by Nd:YAG, Er:YAG, and CO_2 lasers (2004)
  • 著者名/発表者名: Yamada M.K., Uo M., Ohkawa S., Akasaka T., Watari F.
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research, Part B-Applied Biomaterials 71B ページ: 7-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effects of micro/nano particle size on cell function and morphology (2004)
  • 著者名/発表者名: Tamura K., Takashi N., Akasaka T., Rosca I.D., Uo M., Totsuka Y., Watari F.
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 254-256 ページ: 919-922
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Quantitative analysis of biological specimens by X-ray scanning analytical microscope (2004)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Tanaka M., Watari F.
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research, PartB Applied Biomaterials 70B ページ: 146-151
• [雑誌論文] Three-dimensional topographic scanning electron microscope and Raman spectroscopic analyses of the irradiation effect on teeth by Nd:YAG, Er:YAG, and CO_2 lasers (2004)
  • 著者名/発表者名: Yamada M.K., Uo M., Ohkawa S., Akasaka T., Watari F.
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research, PartB Applied Biomaterials 71B ページ: 7-15
• [雑誌論文] Surface analysis of dental amalgams by x-ray photoelectron spectrometry and x-ray diffraction spectrometry (2003)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Berglund A., Cardenas J., Pohl L., Watari F., Bergman M., Sjoberg S.
  • 雑誌名: Dental Materials 19 ページ: 639-644
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cytotoxicity and bonding properties of dental ceramics (2003)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Sjogren G., Sundh A., Watari F., Bergman M., Lerner U.
  • 雑誌名: Dental Materials 19 ページ: 497-492
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Tissue Response to a newly developed calcium phosphate cement containing succinic acid and carboxymethyl-chitin (2003)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama A., Matsuno H., Yamamoto S., Kawasaki T., Kohgo T., Uo M., Watari F.
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research PartA 64A ページ: 491-501
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Discrimination between composite resin and teeth using fluorescence properties (2003)
  • 著者名/発表者名: Tani K., Watari F., Uo M., Morota M.
  • 雑誌名: Dental Materials Journal 22 ページ: 569-580
  • NAID: 110002983629
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cytotoxicity and bonding properties of denta 1 ceramics (2003)
  • 著者名/発表者名: Uo M., Sjogren G., Sundh A., Watari F., Bergman M., Lerner U.
  • 雑誌名: Dental Materials 19 ページ: 487-492
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Tissue Response to a newly developed calcium phosphate cement containing succinic acid and carboxymethyl-chitin (2003)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama A., Matsuno H., Yamamoto S., Kawasaki T., Kohgo T., Uo M., Watari F.Nakasu M.
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research 64 A ページ: 491-501
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Discrimination between composite resin and teeth using fluorescence properties (2003)
  • 著者名/発表者名: Tani K., Watari F., Uo M., Morota M.
  • 雑誌名: Dental Materials Journal 22(4) ページ: 569-580
  • NAID: 110002983629
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Uo M., Berglund A., Cardenas J., Phl L., Watari F., Bergman M., Sjoberg S.: "Surface analysis of dental amalgams by x-ray photoelectron spectrometry and x-ray diffraction spectrometry"Dental Materials. 19. 639-644 (2003)
• [文献書誌] Uo M., Sjogren G., Sundh A., Watari F., Bergman M., Lerner U.: "Cytotoxicity and bonding properties of dental ceramics"Dental Materials. 19. 497-492 (2003)
• [文献書誌] Yokoyama A., Matsuno H., Yamamoto S., Kawasaki T., Kohgo T., Uo M., Watari F., Nakasu M.: "Tissue Response to a newly developed calcium phosphate cement containing succinic acid and carboxymetyl-chitin"Journal of Biomedical Materials Research PartA. 64A. 491-501 (2003)
• [文献書誌] Tani K., Watari F., Uo M., Morota M.: "Discrimination between composite resin and teeth using fluorescence properties"Dental Materials Journal. 22. 569-580 (2003)
• [文献書誌] Uo M., Watari F., Kohgo T.: "The application of X-ray scanning analytical microscope for the analysis of biological tissues"Journal of Dental Research. SI82. B-62 (2003)