高生体適合性低弾性率・高強度多孔質生体用金属材料の開発

• 研究課題/領域番号: 15H03016
• 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: 生体医工学・生体材料学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 謝 国強 東北大学, 多元物質科学研究所, 産学官連携研究員 (50422134)
• 研究分担者: 金高 弘恭 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (50292222)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円); 2017年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2016年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: 金属ガラス / ポーラス材料 / 放電プラズマ焼結法 / 生体・医療材料 / 微細構造 / 強度 / ヤング率 / 気孔率 / 機械的特性

研究成果の概要

無毒性・非アレルギー元素で構成された非平衡相のTi基金属ガラス合金粉末を用い、放電プラズマ焼結（SPS）法により、高強度、かつ低ヤング率の多孔質Ti基金属ガラス材料の開発に成功した。多孔質金属ガラスの性能を合金組織、気孔サイズ、気孔率などの依存性を明確した。また、擬似生体環境での腐食評価および細胞実験から新材料の生物学的生体適合性および動物実験により新材料の臨床的有効性を明確した。

研究成果

• [雑誌論文] Manufacturing of Cu-based metallic glasses matrix composites by spark plasma sintering (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Cardinal, J.M. Pelletier, G.Q. Xie and F. Mercier
  • 雑誌名: Mater. Sci. Eng. A 巻: 711 ページ: 405-411
  • DOI: 10.1016/j.msea.2017.11.052
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of nanostructured metallic glass thin films upon sputtering (2017)
  • 著者名/発表者名: Ketov Sergey V.、Joksimovic Rastko、Xie Guoqiang、Trifonov Artem、Kurihara Kazue、Louzguine-Luzgin Dmitri V.
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 3 号: 1 ページ: e00228-e00228
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2016.e00228
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced mechanical properties, corrosion behavior and bioactivity of Ti-based bulk metallic glasses with minor addition elements (2016)
  • 著者名/発表者名: F.X. Qin, Y. Zhou, C. Ji, Z.H. Dan, G.Q. Xie and S. Yang
  • 雑誌名: Acta Metallurgica Sinica (English Letters) 巻: 29 号: 11 ページ: 1011-1018
  • DOI: 10.1007/s40195-016-0468-0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Corrosion behavior, mechanical properties and cell cytotoxity of Zr-based bulk metallic glasses (2016)
  • 著者名/発表者名: B.R. Guan, X.T. Shi, Z.H. Dan, G.Q. Xie, M. Niinomi and F.X. Qin
  • 雑誌名: Intermetallics 巻: 72 ページ: 69-75
  • DOI: 10.1016/j.intermet.2016.02.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nanoindentation studies of the effects of ion irradiation on the near surface mechanical response of annealed Ti40Cu32Pd14Zr10Sn2Si2 metallic glass ribbons (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Zare, M.J. Klopfstein, D.A. Lucca, L. Price, L. Shao and G.Q. Xie
  • 雑誌名: Journal of Tribology 巻: 138 号: 4
  • DOI: 10.1115/1.4032820
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In vivo evaluation of a Ti-based bulk metallic glass alloy bar (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Kokubun, W. Wang, S.L. Zhu, G.Q. Xie, S. Ichinose, S. Itoh and K. Takakuda
  • 雑誌名: Bio-Medical Materials and Engineering 巻: 26 号: 1-2 ページ: 9-17
  • DOI: 10.3233/bme-151546
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of minor additions on Ni- and Be-free Ti-based bulk glassy alloys (2015)
  • 著者名/発表者名: S.L. Zhu, G.Q. Xie, A. Inoue, Z.D. Cui, X.J. Yang and W. Zhang
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 833 ページ: 79-84
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.833.79
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Biocompatible bulk metallic glasses and the composites produced by spark plasma sintering (2018)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, H. Kanetaka, F.X. Qin, S.L. Zhu and W. Wang
  • 学会等名: Structure, Properties and Dynamics of Glasses
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 放電プラズマ焼結法による多孔質チタン基金属ガラスの機械的特性に及ぼす気孔サイズの影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 謝国強、高田朝、金高弘恭
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会2017年春季大会
• [学会発表] Improvement and characterization of Ti-based bulk metallic glasses for application as biomedical materials (2017)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, S.L. Zhu, F.X. Qin, H. Takada, H. Kanetaka and W. Wang
  • 学会等名: International Conference on Frontiers in Materials Processing Application, Research & Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 放電プラズマ焼結法による多孔質チタン基金属ガラスの機械的性質に及ぼす気孔率の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 謝国強、金高弘恭
  • 学会等名: 日本金属学会2017年秋期（第161回）大会
• [学会発表] Biocompatible Ti-based bulk metallic glassy composites produced by spark plasma sintering (2017)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, S.L. Zhu and H. Kanetaka
  • 学会等名: JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy (JSPMIC2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of biocompatible Ti-based bulk metallic glasses (2016)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, H. Kanetaka, F.X. Qin, S.L. Zhu and W. Wang
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology (EMN) Meeting on Metallic Glasses
  • 発表場所: Kuala Lumpur, Malaysia
  • 年月日: 2016-09-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evaluation of Ni- and Be-free porous Ti-based bulk metallic glasses for application as biomaterials (2016)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, F.X. Qin, W. Wang , H. Takada and H. Kanetaka
  • 学会等名: 23rd International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostrustured Materials (ISMANAM-2016)
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Property improvement of Ni- and Be-free Ti-based bulk metallic glasses for application as biomaterials (2016)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, S.L. Zhu, F.X. Qin, W. Wang, H. Takada and H. Kanetaka
  • 学会等名: Summit of Materials Science (SMS2016)
  • 発表場所: Tohoku University, Japan
  • 年月日: 2016-05-18
  • 国際学会
• [学会発表] Porous bulk metallic glasses for application as biomedical materials (2016)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, F.X. Qin, I. Seki and W. Wang
  • 学会等名: TMS 2016: 145th Annual Meeting & Exhibition
  • 発表場所: Nashville, Tennessee, U.S.A.
  • 年月日: 2016-02-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 金属ガラスの医療応用に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 謝国強
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会 鉄系金属ガラスの粘性流動成形技術開発研究会 平成28年度第3回研究会
  • 発表場所: 仙台
  • 招待講演
• [学会発表] 生体適合高性能Ti基金属ガラス合金の改善と評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 謝国強、秦風香、朱勝利、関一郎、新家光雄、王巍、高久田和夫、塙隆夫、松下伸広、塚本雅裕
  • 学会等名: 特異構造金属・無機融合高機能材料開発共同研究プロジェクト第6回6大学6研究所連携プロジェクト公開討論会
  • 発表場所: 東北大学、仙台
  • 年月日: 2015-11-20
• [学会発表] 溶液プロセスによるTi基金属ガラス表面への酸化亜鉛含有ナノメッシュ酸化物層の形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松戸亮、生駒俊之、松下伸広、謝国強、新家光雄
  • 学会等名: 特異構造金属・無機融合高機能材料開発共同研究プロジェクト第6回6大学6研究所連携プロジェクト公開討論会
  • 発表場所: 東北大学、仙台
  • 年月日: 2015-11-20
• [学会発表] 塩素フリーフラックスによるチタンの還元と不純物分離プロセスの構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 関一郎、謝国強、山浦真一
  • 学会等名: 特異構造金属・無機融合高機能材料開発共同研究プロジェクト第6回6大学6研究所連携プロジェクト公開討論会
  • 発表場所: 東北大学、仙台
  • 年月日: 2015-11-20
• [学会発表] 放電プラズマ焼結で作製した多孔質チタン基金属ガラスの特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 謝国強、秦風香、王巍、金高弘恭
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会2015年秋季大会
  • 発表場所: 京都大学、京都
  • 年月日: 2015-11-11
• [学会発表] Characterization of Ni- and Be-free Ti-based bulk metallic glasses fabricated by spark plasma sintering (2015)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, S.L. Zhu, F.X. Qin, W. Wang and I. Seki
  • 学会等名: 3rd International Conference on Powder Metallurgy in Asia (APMA2015)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2015-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Development of biocompatible bulk metallic glasses (2015)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, F.X. Qin, S.L. Zhu and W. Wang
  • 学会等名: Advanced Materials & Surface Modification International Conference (AMSMIC)
  • 発表場所: Qingdao, P. R. China
  • 年月日: 2015-10-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Biocompatible titanium-based bulk metallic glasses (2015)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, S.L. Zhu, F.X. Qin and W. Wang
  • 学会等名: 22nd International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostrustured Materials (ISMANAM-2015)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2015-07-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effects of minor additions on Ni- and Be-free Ti-based bulk glassy alloys for application as biomedical materials (2015)
  • 著者名/発表者名: G.Q. Xie, S.L. Zhu, F.X. Qin, I. Seki, W. Wang, K. Takakuda, T. Hanawa, N. Matsushita and M. Tsukamoto
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials (AMDI-6)
  • 発表場所: Waseda University, Japan
  • 年月日: 2015-06-09
  • 国際学会
• [学会発表] Surface modification of Ti-based bulk metallic glass by solution process for bioactivity and antimicrobial property (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Matsudo, K. Katsumata, T. Ikoma, J. Tanaka, G.Q. Xie, M. Niinomi, and N. Matsushita
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials (AMDI-6)
  • 発表場所: Waseda University, Japan
  • 年月日: 2015-06-09
  • 国際学会
• [学会発表] Chlorine free manufacturing process of titanium for glassy alloys (2015)
  • 著者名/発表者名: I. Seki, S. Yamaura and G.Q. Xie
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials (AMDI-6)
  • 発表場所: Waseda University, Japan
  • 年月日: 2015-06-09
  • 国際学会