デンタルインプラントの界面制御を可能にするレーザ加工／機械加工複合プロセスの構築

• 研究課題/領域番号: 17KK0126
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生産工学・加工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 水谷 正義 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50398640)
• 研究期間 (年度): 2017 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円)
• キーワード: レーザ加工 / 歯科インプラント / 微細周期構造 / マイクロ・ナノ複合構造 / セラミクス製インプラント / 超精密加工 / プロセスデザイン / 生産工学 / 材料加工・処理 / 生体材料 / 表面・界面物性 / 医療・福祉

研究成果の概要

インプラントの高機能化に対し，材料表面に微細構造を創成することで種々の機能性を付与可能な技術が注目されている．この点に対して本研究では，超精密切削により創成したマイクロメートルオーダのV溝構造と，短パルスレーザにより創成されるナノメートルオーダの微細周期構造(LIPSS)を組み合わせることでマイクロ－ナノ複合微細構造の創成を試み，その創成原理の解明を行うとともに，その構造が持つ機能性に注目して検討を行った．その結果，V溝の角度やレーザの偏光方向，照射回数によってV溝内部で生じる光学的な挙動が変化し，それによって得られる複合構造が変化することを明らかにした．

研究成果の学術的意義や社会的意義

“インプラント周囲炎”に関する課題は世界的に解決策を模索している状態で，未だ解決には至っていない．本研究成果によりこの課題を解決することが可能になれば，医歯学分野にとって画期的な成果となる．また，本研究で創成したマイクロ－ナノ複合構造により適切に「界面」の創成・制御が可能となれば工業的に非常に魅力的な機能の創出が期待できる．

研究成果

• [国際共同研究] Fraunhofer IPT(ドイツ) (2018)
  • 年月日: 2018-05-06
• [雑誌論文] 生体・医療材料の最前線 (2019)
  • 著者名/発表者名: MIZUTANI Masayoshi、OTSUKA Yuichi、KIKUCHI Shoichi
  • 雑誌名: 材料 巻: 68 号: 9 ページ: 723-729
  • DOI: 10.2472/jsms.68.723
  • NAID: 130007709595
  • ISSN: 0514-5163, 1880-7488
  • 年月日: 2019-09-15
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cortical bone response toward nanosecond-pulsed laser-treated zirconia implant surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirota M, Harai T, Ishibashi S, Mizutani M, Hayakawa T.
  • 雑誌名: Dental Materials Journal 巻: 38 号: 3 ページ: 444-451
  • DOI: 10.4012/dmj.2018-153
  • NAID: 130007657711
  • ISSN: 0287-4547, 1881-1361
  • 年月日: 2019-05-29
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fraunhofer IPT 滞在記（滞在中) (2019)
  • 著者名/発表者名: 水谷 正義
  • 雑誌名: トライボロジスト 巻: 64 号: 2 ページ: 103-106
  • DOI: 10.18914/tribologist.64.02_103
  • NAID: 130007594680
  • ISSN: 0915-1168, 2189-9967
  • 年月日: 2019-02-15
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] ナノ秒パルスレーザによるジルコニアインプラントへの生体適合性付与：微細溝の創成および熱影響の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: Harai Tomohiro、Hirota Masatsugu、Hayakawa Tohru、Shimada Keita、Mizutani Masayoshi、Kuriyagawa Tsunemoto
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 83 号: 2 ページ: 37-45
  • DOI: 10.2320/jinstmet.J2018043
  • NAID: 130007556853
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • 年月日: 2019-02-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Control of short-pulsed laser induced periodic surface structures with machining - Picosecond laser micro/nanotexturing with ultraprecision cutting (2019)
  • 著者名/発表者名: Kodama Shuhei、Suzuki Shinya、Hayashibe Kazuya、Shimada Keita、Mizutani Masayoshi、Kuriyagawa Tsunemoto
  • 雑誌名: Precision Engineering 巻: 55 ページ: 433-438
  • DOI: 10.1016/j.precisioneng.2018.10.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of hydroxy groups and microtopography generated by a nanosecond-pulsed laser on pure Ti surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuta Kurashina、Atsushi Ezura、Ryo Murakami、Masayoshi Mizutani、Jun Komotori
  • 雑誌名: Journal of Materials Science: Materials in Medicine 巻: 30, Articla57 ページ: 1-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Control of short-pulsed laser induced periodic surface structures with machining -picosecond laser nanotexturing with magnetic abrasive finishing- (2019)
  • 著者名/発表者名: Kodama S.、Yamaguchi H.、Shimada K.、Mizutani M.、Kuriyagawa T.
  • 雑誌名: Precision Engineering 巻: 60 ページ: 428-436
  • DOI: 10.1016/j.precisioneng.2019.06.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Crystal Structure on Fabrication of Fine Periodic Surface Structures with Short Pulsed Laser (2018)
  • 著者名/発表者名: Kodama Shuhei、Suzuki Shinya、Shibata Akihiro、Shimada Keita、Mizutani Masayoshi、Kuriyagawa Tsunemoto、Tohoku University 6-6-01 Aramaki-Aza-Aoba, Aoba-ku, Sendai 980-8579, Japan、Dexerials Corporation, Tagajo, Japan
  • 雑誌名: International Journal of Automation Technology 巻: 12 号: 6 ページ: 868-875
  • DOI: 10.20965/ijat.2018.p0868
  • NAID: 130007506010
  • ISSN: 1881-7629, 1883-8022
  • 年月日: 2018-11-05
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Design of Bio-Functional Porous Structure Adopting Metal Additive Manufacturing -Effects of the Porosity and Its Orientation on the Mechanical Property- (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Mizutani、Shinji Ishibashi、Takumi Mizoi、Masaki Tsukuda、Keita Shimada、Shoichi Kikuchi、Yoshikazu Nakai、Tsunemoto Kuriyagawa
  • 学会等名: First European Conference on Structural Integrity of Additively Manufactured Materials (ESIAM19)
  • 国際学会
• [学会発表] Design of Pore Morphology in Porous Metal Manufactured via Selective Laser Melting (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinji Ishibashi、Masataka Chuzenji、Takumi Mizoi、Masaki Tsukuda、Hidekazu Maehana、Keita Shimada、Masayoshi Mizutani、Tsunemoto Kuriyagawa
  • 学会等名: 8th International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology (ASPEN 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Wettability and Osteoblast-Like Cell Behavior on Zirconia Surface Irradiated with Nanosecond Pulsed Laser (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harai、Keita Shimada、Masayoshi Mizutani、Satomi Oizumi、Keisuke Nakamura、Masatsugu Hirota、Tohru Hayakawa、Hitoshi Ohmori、Tsunemoto Kuriyagawa
  • 学会等名: The 22nd International Symposium on Advances in Abrasive Technology (ISAAT 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 高機能性インプラントの実現を目指した根状多孔質構造体の創成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 溝井琢巳、石橋信治、中善寺優昴、佃将希、前花英一、金高弘恭、佐々木理、嶋田慶太、水谷正義、厨川常元
  • 学会等名: 2019年度精密工学会春季大会学術講演会
• [学会発表] 金属積層造形による根状多孔質構造体に関する研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中善寺優昴、石橋信治、溝井琢巳、嶋田慶太、水谷正義、厨川常元
  • 学会等名: 2019年砥粒加工学会先進テクノフェア（ATF2019）
• [学会発表] レーザ照射ジルコニアの黒化と制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 原井智広、水谷正義
  • 学会等名: 日本材料科学会 第2回北海道・東北支部 材料科学コロキウム
• [学会発表] 選択的レーザ溶融法による根状多孔質構造体の創成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中善寺優昴、石橋信治、溝井琢巳、前花英一、嶋田慶太、水谷正義、厨川常元
  • 学会等名: 2019年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [学会発表] 選択的レーザ溶融法により作製した3D積層造形Ti-6Al-4V合金の4点曲げ疲労特性に及ぼすレーザ走査条件の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大崎航平、菊池将一、中井善一、石橋信治、嶋田慶太、水谷正義、厨川常元
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M材料力学カンファレンス2019
• [学会発表] Improvement of biocompatibility by nanosecond pulsed laser (2018)
  • 著者名/発表者名: Harai Tomohiro、Hirota Masatsugu、Hayakawa Tohru、Shimada Keita、Mizutani Masayoshi、Kuriyagawa Tsunemoto
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Micro/Nano Mechanical machining and Manufacturing
  • 国際学会
• [学会発表] ナノ秒パルスレーザ照射によるジルコニアインプラントの表面改質に関する基礎的検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原井智広、廣田正嗣、早川徹、嶋田慶太、水谷正義、厨川常元
  • 学会等名: 2018年度精密工学会東北支部学術講演会
• [学会発表] レーザ照射によるチタン酸化皮膜の結晶構造制御に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 瀧田千秋、原井智広、嶋田慶太、水谷正義、厨川常元
  • 学会等名: 2018年度精密工学会東北支部学術講演会