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フェムト秒レーザーによる医療用セラミックスの表面微細構造形成技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K13706
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 光工学・光量子科学
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

欠端 雅之  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70356757)

研究分担者 屋代 英彦  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30358197)
研究協力者 伊藤 敦夫  産総研, 健康工学研究部門
大矢根 綾子  産総研, ナノ材料研究部門
鳥塚 健二  産総研, 電子光技術研究部門
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード超短パルスレーザー / アブレーション / セラミックス / レーザープロセッシング / 周期構造形成 / 機械強度評価 / 光プロセッシング / フェムト秒レーザー / ジルコニア / 周期構造 / 医療応用 / 機械強度 / 結晶相 / 光プロセシング / レーザー
研究成果の概要

医療用インプラントに用いられるジルコニアセラミックス表面にフェムト秒レーザーを照射した際に形成される微細な表面周期構造の形成条件を明らかにし、医療用インプラントに求められる条件を満たすか評価した。具体的にはレーザーの照射条件(偏光、波長、パルス幅、フルエンス、ショット数、ダブルパルス照射)への依存性を明らかにするとともに、実用化に必要な条件として医療用インプラントのISO規格に基づいた機械強度試験と加速劣化試験の条件を満足する作製条件を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ジルコニアセラミックス表面のフェムト秒レーザー誘起表面周期構造形成の特性を調べ、周期構造の大きさや方向が従来報告されていた酸化物や誘電体とは異なることを明確に示した。またダブルパルス照射実験を実施し、二つのパルスの時間遅延に依存した構造の方向・周期の変化を詳細に調べ、ジルコニア表面の周期構造形成に影響を与える複数の物理過程が,どの時間領域で関係しているかについての知見が得られたことは学術的意義が大きい。
更に基礎的な学術研究にとどまらず,ISO規格に基づいた評価により医療用部材への実用可能性を示したことは社会的意義が大きい。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち謝辞記載あり 3件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] レーザー加工で創る機能表面と医療応用2019

    • 著者名/発表者名
      奈良崎愛子、欠端雅之、屋代英彦
    • 雑誌名

      光アライアンス

      巻: 印刷中

    • NAID

      40021922366

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Laser-induced periodic surface structures on Yttria-stabilized Zirconia ceramics by femtosecond double-pulse irradiations2018

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, H. Yashiro, K. Torizuka
    • 雑誌名

      Proceedings of 19th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM2018)

      巻: 18

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of laser surface treatment on bending strength of yttria-stabilized zirconia ceramics2017

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, A. Ito, H. Yashiro, A. Oyane, K. Torizuka
    • 雑誌名

      Proceedings of 18th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2017)

      巻: 17

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Effect of polarization ellipticity on laser-induced periodic surface structures formed on yttria-stabilized zirconia2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, K. Torizuka
    • 雑誌名

      Proceedings of 17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2016)

      巻: 16

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Wavelength dependence of femtosecond laser-induced periodic surface structures on yttria-stabilized zirconia2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, T. Takahashi, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, T. Nishikawa, K. Torizuka
    • 雑誌名

      Proceedings of 17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2016)

      巻: 16

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] フェムト秒レーザーによるジルコニアセラミックスの表面修飾2016

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、大矢根綾子、屋代英彦、伊藤敦夫、鳥塚健二
    • 雑誌名

      O plus E

      巻: 38 ページ: 1034-1039

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] ジルコニア多結晶体表面に形成されたフェムト秒レーザー誘起周期構造のTEMによる断面観察2019

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、屋代英彦、大矢根綾子、伊藤敦夫、鳥塚健二
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第39回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] フェムト秒レーザー誘起表面周期構造が形成されたジルコニアセラミックスの透過電子顕微鏡観察2019

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、屋代英彦、大矢根綾子、伊藤敦夫、鳥塚健二
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Bending strength and cyclic fatigue tests of yttria-stabilized zirconia ceramics modified with femtosecond-laser induced periodic surface structures for medical implants2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, A.Oyane, H.Yashiro, A. Ito, Y. Okazaki, K. Torizuka
    • 学会等名
      The 8th International Congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-resolution observations of crystal grains beneath ultrafast laser-induced periodic surface structures on yttria-stabilized zirconia2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, H.Yashiro, A.Oyane, A. Ito, K. Torizuka
    • 学会等名
      International Symposium “Fundamentals of Laser Assisted Micro- and Nanotechnologies (FLAMN-19)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser-induced periodic surface structures on Yttria-stabilized Zirconia ceramics by femtosecond double-pulse irradiations2018

    • 著者名/発表者名
      M.Kakehata, H. Yashiro, K. Torizuka
    • 学会等名
      9th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フェムト秒レーザー誘起表面周期構造で修飾したジルコニアセラミックスの曲げ強度と疲労限度評価2018

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、大矢根綾子、屋代英彦、伊藤敦夫、岡崎義光、鳥塚健二
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 直交偏光したフェムト秒レーザーパルス対照射で形成される ジルコニアセラミックスの表面周期構造; 構造周期の遅延依存性2018

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、屋代英彦、鳥塚健二
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] レーザープロセシングのジルコニア人工関節への応用2018

    • 著者名/発表者名
      屋代英彦、欠端雅之、大矢根綾子、伊藤敦夫、六﨑裕高
    • 学会等名
      レーザー学会第38回学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 医療応用を想定したジルコニアセラミックスへのレーザー誘起表面周期構造形成2018

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、屋代英彦、大矢根綾子、伊藤敦夫、西川正、鳥塚健二
    • 学会等名
      レーザー学会第38回学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 直交偏光したフェムト秒レーザーパルス対照射で形成されるジルコニアセラミックスの表面周期構造2018

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、屋代英彦、鳥塚健二
    • 学会等名
      レーザー学会第38回学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] フェムト秒レーザー表面修飾ジルコニアセラミックスのインプラント応用に向けた曲げ強度評価2018

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、伊藤敦夫、屋代英彦、大矢根綾子、鳥塚健二
    • 学会等名
      つくば医工連携フォーラム 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 異なる偏光を持つフェムト秒レーザーパルス対照射により誘起されるジルコニアセラミックス表面の周期構造2018

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、屋代英彦、鳥塚健二
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] フェムト秒レーザーパルス対照射により誘起されるジルコニアセラミックス表面の周期構造2017

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、小山達己、屋代英彦、西川正、鳥塚健二
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜、横浜、 神奈川
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] フェムト秒レーザー誘起周期構造で修飾したジルコニアセラミックスの曲げ強度評価2017

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、屋代英彦、大矢根綾子、伊藤敦夫、鳥塚健二
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜、横浜、神奈川
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] フェムト秒レーザー照射によるジルコニアセラミックスの表面修飾2017

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、屋代英彦、大矢根綾子、伊藤敦夫、鳥塚健二
    • 学会等名
      つくば医工連携フォーラム2017
    • 発表場所
      物質材料研究機構(NIMS), つくば市、茨城
    • 年月日
      2017-01-20
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Effect of laser surface treatment on bending strength of yttria-stabilized zirconia ceramics.2017

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, A. Ito, H. Yashiro, A. Oyane, K. Torizuka
    • 学会等名
      18th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser-induced periodic surface structures on Yttria-stabilized Zirconia ceramics by cross-polarized femtosecond double-pulse irradiations2017

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata,  T. Koyama, H. Yashiro, T. Nishikawa, K. Torizuka
    • 学会等名
      International Conference on Laser Ablation (COLA2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Femtosecond laser-induced periodic surface structures2017

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, K. Torizuka
    • 学会等名
      理研-産総研 第三回 量子技術イノベーションコアWorkshop
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Femtosecond laser-induced periodic surface structures on zirconia ceramics2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito,  K. Torizuka
    • 学会等名
      第二回 産総研―理研 量子技術イノベーションコアワークショップ
    • 発表場所
      富士ソフトアキバプラザ、千代田区 東京
    • 年月日
      2016-11-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] イットリア安定化ジルコニアセラミックス表面のフェムト秒レーザー誘起周期構造形成の楕円偏光依存性2016

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、屋代英彦、大矢根綾子、伊藤敦夫、鳥塚健二
    • 学会等名
      第77回応用物理学 秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟市
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] イットリア安定化ジルコニアセラミックスに形成されるフェムト秒レーザー誘起周期構造のレーザー波長依存性2016

    • 著者名/発表者名
      欠端雅之、高橋俊彦、屋代英彦、大矢根綾子、伊藤敦夫、西川正、鳥塚健二
    • 学会等名
      第77回応用物理学 秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟市、新潟県
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Effect of polarization ellipticity on laser-induced periodic surface structures formed on yttria-stabilized zirconia2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, K. Torizuka
    • 学会等名
      17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2016)
    • 発表場所
      Wyndham Grand Xi’an South、西安、中国
    • 年月日
      2016-05-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wavelength dependence of femtosecond laser-induced periodic surface structures on yttria-stabilized zirconia2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, T. Takahashi, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, T. Nishikawa, K. Torizuka
    • 学会等名
      17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2016)
    • 発表場所
      Wyndham Grand Xi’an South、西安、中国
    • 年月日
      2016-05-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 産業技術総合研究所 光技術研究部門 先進レーザープロセスグループホームページ

    • URL

      https://unit.aist.go.jp/esprit/group/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
  • [備考] 産業技術総合研究所 光技術研究部門 超高速フォトニクスグループホームページ

    • URL

      https://unit.aist.go.jp/esprit/uf-photo/

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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