チタンと骨含有元素との非平衡な合金・複合体による骨形成促進

• 研究課題/領域番号: 23K04415
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26040:構造材料および機能材料関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 稗田 純子 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40566717)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2025年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: チタン合金 / 骨含有元素 / 非平衡合金 / 骨形成能 / プラズマプロセス

研究開始時の研究の概要

骨折固定具，人工関節や歯科インプラントに使用されているTiおよびTi合金よりも骨形成能に優れる新規医療用Ti材料の開発を目指し，従来の溶解プロセスでは作製できないCaとTiを合金化したTi合金を作製し，細胞接着性タンパク質の吸着や骨芽細胞の接着・増殖挙動などを調査する。さらに，材料からのCaの溶出による骨形成促進を狙って，作製条件等を制御して複合体の作製を試み，その微細組織とCaの溶出量，骨形成能との関係を調査する。

研究実績の概要

現在、人工骨や骨折固定具には、骨と直接接着する特性を有するチタンおよびチタン合金が使用されている。疾病や事故により損傷した骨や歯の治療に用いられる体内埋入型チタン製部材(骨折固定具、人工関節や歯科インプラントなど)では、生体骨との良好な接着性に加えて、 早期治療のために高い骨形成能が求められる。本研究では、従来のチタンおよびチタン合金よりも骨形成能に優れる新規医療用チタン材料の開発を目指し、骨含有元素とチタンを合金化した合金を作製し，その結晶構造，微細組織，表面特性と骨形成能との相関関係を調べることで，骨形成を促進させるために最適な組成，表面構造を明らかにすることを目的とした。
当該年度は、高周波マグネトロンスパッタ法を用いて、チタンと骨含有元素との固溶体型合金の作製を行った。チタンおよび骨含有元素原料を複合化したターゲットを用いて、任意の組成のチタン合金を作製するためのターゲット構成の検討を行った。チタンターゲット上の骨含有元素原料の配置位置や量、組成制御および原料の飛散を防止するために用いたメッシュの有無により、組成が大きく変化することが確認できた。チタンに複数の骨含有元素を第二、第三元素として添加を行い、その結晶構造等についても調査することができた。
また、次年度に向けて、成膜装置に自作の基板加熱機構を導入し、所定の温度で基板を加熱しながら成膜できるか装置の調整を行いつつ、基板加熱機構のさらなる改良を進めた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の研究計画での実施項目を進めつつ、次年度実施予定の項目を円滑に実施するための準備・予備実験も行えたため、研究は順調に進んでいると考える。

今後の研究の推進方策

相分離型Ti複合体の作製と各種評価：次年度は、高周波マグネトロンスパッタ法による成膜時に基板を加熱することにより、スパッタ粒子の基板表面での拡散を促進し、相分離型Ti複合体の作製を試みる。基板温度を変化させることで表面拡散の程度を制御し、結晶構造や微細組織が変化するか調査する。固溶体型Ti合金と同様の表面特性等の評価に加え、作製した複合体の微細組織を、後方散乱電子回折による分析、透過電子顕微鏡による観察、電子回折による解析により調べる。