| 研究課題/領域番号 |
21K04705
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 |
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研究代表者 |
渡辺 博行 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究室長 (90416339)
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| 研究分担者 |
向井 敏司 神戸大学, 医学研究科, 教授 (40254429)
佐野 有哉 東北大学, 医学系研究科, 非常勤講師 (50822508)
清水 良央 東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (30302152)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | マグネシウム基複合材料 / 生体材料 / マグネシウム生体材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生体内分解性を有する骨折固定具の素材として、マグネシウムを利用する研究が活発になっている。本研究では、マグネシウム生体材料に対して、適正な力学特性や分解性に加えて、カルシウムとリンの貯蔵と供給源としての役割（貯蔵機能）も付与することにより骨組織修復の促進を図った貯蔵機能型マグネシウム生体材料を創製することを目的とする。材料作製とその材料学的な評価および動物実験を通して、マグネシウム中におけるカルシウムとリンの最適な存在形態を解明し、材料組織の設計指針を構築することで目的を達成する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、マグネシウム生体材料に対して、適正な力学特性や分解性に加えて、カルシウムとリンの貯蔵と供給源としての役割（貯蔵機能）も付与することにより骨組織修復の促進を図った貯蔵機能型マグネシウム生体材料を創製することを目的としている。前年度までに動物に埋植する複合材料素材（リン酸三カルシウムの粒子をマグネシウム合金中に分散させた材料）を作製した。
埋植材用の素材から圧縮試験片を採取し、骨への貫入（打ち込み）を想定して高速度での圧縮試験を実施した。素材の降伏強度は290 MPaを超える高い値を示すことがわかった。また、リン酸三カルシウムの体積率が強度に及ぼす影響は大きくなかった。
埋植材用の素材からネイル（釘）を加工し、模擬骨への貫入試験を行なった。貫入中に急激な荷重変化は見られなかった。このことから、貫入過程においてネイルの座屈や破断は生じていないことが推測された。貫入後の試料の観察結果からも、ネイルや模擬骨の破壊は生じていないことが確認できた。ネイルに破壊が生じないような良好な強度をもつこと素材であることが明らかになった。素材が微細な結晶粒組織を有したため良好な強度をもたらしたと考えられる。
動的圧縮試験で得られた材料データを用いて、貫入試験の有限要素解析によるシミュレーションを行って、貫入中のネイル内部に作用する応力分布も調査した。シミュレーションでの貫入速度は10 m/sとした。ネイルに作用する最大応力は動的圧縮試験で得られた素材自体の降伏応力を下回っていることが分かった。このことから、ネイルは貫入に際しての十分な強度を有していると確認できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
ネイル（釘）の埋植を実施する計画であったが、上記の貫入試験など動物実験前の入念な予備評価のため、埋植には至らなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画どおり、開発した複合材料素材からネイル（釘）を加工して動物実験を行う。予備実験で評価法の妥当性を確認できたウサギ大腿骨にて分解挙動や骨形成に関する実験を行う予定である。
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