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レーザープラズマによる固液界面反応の理解と骨結合性インプラントシステムへの応用

公募研究

研究領域プラズマ医療科学の創成
研究課題/領域番号 15H00906
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
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

大矢根 綾子  国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノ材料研究部門, 主任研究員 (50356672)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2016年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2015年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワードリン酸カルシウム / アパタイト / ジルコニア / レーザー加工 / 過飽和溶液 / 表面処理 / パルスレーザー / レーザープラズマ / 骨伝導
研究実績の概要

歯科・外科用インプラントの表面にある種のリン酸カルシウムを成膜すると、骨伝導性を付与することができる。研究代表者らはこれまで、過飽和溶液を反応場とする液相成膜技術とレーザープラズマによる表面加工技術を組み合わせ、インプラント用の材料基材に対するリン酸カルシウム成膜技術を開発してきた。本研究では、レーザープラズマ加工による基材の表面構造変化・液相成膜反応を基礎的に追求するとともに、骨伝導性インプラントの開発に向けて、リン酸カルシウムを成膜したジルコニア基材に対し、動物実験による機能実証を行った。
平成28年度は、前期公募研究を含めたこれまでの基礎検討の結果を総合し、種々の基材にリン酸カルシウムを成膜するためのレーザープラズマ条件について比較検討を行い、和文・英文総説としてまとめた。
ジルコニア基材に対する応用研究においては、平成27年度の予備検討の結果をもとに、ウサギの匹数を増やして動物実験を実施した。ジルコニア基材としては、インプラント材料として有用なイットリア安定化正方晶ジルコニア多結晶体(Y-TZP)を用いた。フェムト秒レーザープラズマ加工後にリン酸カルシウムを成膜したY-TZP基材(A群)が、未加工基材(C群)およびリン酸カルシウム成膜のみを施した基材(B群)に比して、より強固に骨と固着することを実証した。非脱灰標本を作製して骨と基材との界面を観察した結果、B群およびC群に比べ、A群では骨組織がY-TZP基材と直接接触している領域が多く観察され、骨接触率の有意な向上が認められた。A群では、骨組織が基材との隙間を埋めるように再生したことで、骨固着力を向上させたと考えられた。一方、A群およびB群において、表面に成膜したCaPの残存を明確には確認することができなかった。A群で表面に形成させた凹凸構造が骨固着力の向上に重要な役割を持つことが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち謝辞記載あり 4件、 査読あり 3件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 11件、 招待講演 9件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 液相レーザープロセスによるチタン金属のオンデマンド表面機能化技術2017

    • 著者名/発表者名
      中村真紀、大矢根綾子
    • 雑誌名

      チタン

      巻: 65-1 ページ: 48-53

    • NAID

      40021086562

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 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

      OplusE

      巻: 38-11 ページ: 1034-1039

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Physicochemical fabrication of calcium phosphate-based thin layers and nanospheres using laser processing in solutions2016

    • 著者名/発表者名
      M. Nakamura, A. Oyane
    • 雑誌名

      J Mater Chem B

      巻: 4 号: 38 ページ: 6289-6301

    • DOI

      10.1039/c6tb01362g

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The mechanism underlying calcium phosphate precipitation on titanium via ultraviolet, visible, and near infrared laser-assisted biomimetic process2016

    • 著者名/発表者名
      M. Mahanti, M. Nakamura, A. Pyatenko, I. Sakamaki, K. Koga and A. Oyane
    • 雑誌名

      J. Phys. D: Appl. Phys.

      巻: 49 号: 30 ページ: 304003-304012

    • DOI

      10.1088/0022-3727/49/30/304003

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Femtosecond laser-induced periodic surface structures on yttria-stabilized zirconia2016

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

      Proceedings of LAMP2015

      巻: 296 ページ: 88-95

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Pulsewidth dependence of laser-induced periodic surface structure formed on yttria-stabilized zirconia polycrystal2016

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

      Proceedings of SPIE

      巻: 9740 ページ: 97401G-97401G

    • DOI

      10.1117/12.2209013

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Biomimetic apatite coating on yttria-stabilized tetragonal zirconia utilizing femtosecond laser surface processing2016

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

      Surface and Coatings Technology

      巻: 296 ページ: 88-95

    • DOI

      10.1016/j.surfcoat.2016.03.075

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] リン酸カルシウム系足場材料の設計・構築と再生医療応用2017

    • 著者名/発表者名
      大矢根綾子
    • 学会等名
      技術情報協会セミナー
    • 発表場所
      技術情報協会(東京都品川区)
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 元素を利用したリン酸カルシウムの組成・構造制御とバイオメディカル応用2017

    • 著者名/発表者名
      大矢根綾子
    • 学会等名
      元素ブロック高分子材料の創出第5回合同修士論文発表会
    • 発表場所
      京都リサーチパーク(京都府京都市)
    • 年月日
      2017-03-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Enhanced Bone-Bonding to Zirconia Ceramics by Femtosecond Laser Plasma Technology2017

    • 著者名/発表者名
      A. Oyane, M. Kakehata, H. Yashiro, A. Ito, and H. Mutsuzaki
    • 学会等名
      International Conference on Plasma Medical Science Innovation 2017(ICPMSI2017)
    • 発表場所
      Nagoya University(Aichi, Nagoya)
    • 年月日
      2017-02-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フェムト秒レーザー加工とリン酸カルシウム成膜により骨固着力を高めたジルコニア基材の表面および骨界面の評価2017

    • 著者名/発表者名
      大矢根綾子、欠端雅之、屋代英彦、伊藤敦夫、六崎裕高
    • 学会等名
      2017つくば医工連携フォーラム
    • 発表場所
      物質・材料研究機構(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2017-01-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] PLD法を用いたジルコニア表面へのハイドロキシアパタイト結晶の成膜2017

    • 著者名/発表者名
      屋代英彦、梅林信弘、宇田祥平、大矢根綾子、伊藤敦夫、六崎裕高、鳥塚健二
    • 学会等名
      2017つくば医工連携フォーラム
    • 発表場所
      物質・材料研究機構(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2017-01-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [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
      2017つくば医工連携フォーラム
    • 発表場所
      物質・材料研究機構(茨城県つくば市
    • 年月日
      2017-01-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] fsレーザー加工とリン酸カルシウム成膜により骨固着力を高めたジルコニアの骨界面観察2016

    • 著者名/発表者名
      大矢根綾子、欠端雅之、屋代英彦、伊藤敦夫、六崎裕高
    • 学会等名
      日本バイオマテリアル学会シンポジウム 2016
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-11-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ジルコニア表面へのハイドロキシアパタイト成膜条件による結晶性の影響2016

    • 著者名/発表者名
      屋代英彦、梅林信弘、欠端雅之、大矢根綾子、伊藤敦夫、六崎裕高、鳥塚健二
    • 学会等名
      日本バイオマテリアル学会シンポジウム 2016
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-11-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Laser-Assisted Liquid-Phase Synthesis of Calcium Phosphate-Based Thin Layers and Nanospheres for Biomedical Applications2016

    • 著者名/発表者名
      A. Oyane, M. Nakamura
    • 学会等名
      The 33rd International Korea-Japan Seminar on Ceramics (K-J Ceramics 33)
    • 発表場所
      Daejeon(Korea)
    • 年月日
      2016-11-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 過飽和液中レーザー照射によるチタン表面でのリン酸カルシウム形成反応-パラメーター制御と表面温度計算-2016

    • 著者名/発表者名
      大矢根綾子、Mahanti Moumita、Pyatenko Alexander、坂巻育子、中村真紀、古賀健司
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス(広島県東広島市)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 過飽和溶液を利用したリン酸カルシウム形成技術とバイオメディカル応用2016

    • 著者名/発表者名
      大矢根綾子
    • 学会等名
      第37回数理の翼夏季セミナー
    • 発表場所
      ゆずりはら青少年自然の家(山梨県上野原市)
    • 年月日
      2016-08-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [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, and K. Torizuka
    • 学会等名
      17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2016)
    • 発表場所
      西安(中国)
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [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, and K. Torizuka
    • 学会等名
      17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2016)
    • 発表場所
      西安(中国)
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フェムト秒レーザーを利用したジルコニア表面へのアパタイトコーティング2016

    • 著者名/発表者名
      大矢根 綾子、坂巻 育子、欠端 雅之、屋代 英彦、鳥塚 健二、伊藤 敦夫
    • 学会等名
      名古屋大学「プラズマ科学プラットフォーム」開所記念講演会・見学会
    • 発表場所
      名古屋大学豊田講堂(愛知県)
    • 年月日
      2016-04-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] プラズマ表面改質による生体材料の高機能化2016

    • 著者名/発表者名
      大矢根綾子
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都)
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [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レーザーパルス幅依存性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63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都)
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] フェムト秒レーザー加工を利用した ジルコニア基材上へのアパタイトコーティング2016

    • 著者名/発表者名
      大矢根 綾子、坂巻 育子、欠端 雅之、屋代 英彦、鳥塚 健二、伊藤 敦夫
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2016年年会
    • 発表場所
      早稲田大学西早稲田キャンパス(東京都)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Pulsewidth dependence of laser-induced periodic surface structure formed on yttria-stabilized zirconia polycrystal2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito, and K. Torizuka
    • 学会等名
      Photonics West LASE2016
    • 発表場所
      Moscone Center, San Fransisco, Calfornia, U.S.A
    • 年月日
      2016-02-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] インプラントへの応用を目指したジルコニアセラミックスのフェムト秒レーザー加工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
      つくば医工連携フォーラム2016
    • 発表場所
      産業技術総合研究所つくばセンター共用講堂(茨城県)
    • 年月日
      2016-01-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] レーザープロセスを利用したジルコニアの表面加工による生体骨との固着2016

    • 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
      つくば医工連携フォーラム2016
    • 発表場所
      産業技術総合研究所つくばセンター共用講堂(茨城県)
    • 年月日
      2016-01-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] フェムト秒レーザーを利用したジルコニア表面への温和なアパタイト成膜技術2016

    • 著者名/発表者名
      大矢根 綾子、欠端 雅之、坂巻 育子、屋代 英彦、伊藤 敦夫、鳥塚 健二
    • 学会等名
      つくば医工連携フォーラム2016
    • 発表場所
      産業技術総合研究所つくばセンター共用講堂(茨城県)
    • 年月日
      2016-01-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Laser-assisted biomimetic processing of calcium phosphate-based thin-layers and spheres2016

    • 著者名/発表者名
      A. Oyane, M. Nakamura
    • 学会等名
      16th International Symposium on Biomimetic Materials Processing (BMMP-16)
    • 発表場所
      名古屋大学環境総合館レクチャーホール(愛知県)
    • 年月日
      2016-01-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] レーザープロセスによるジルコニア表面加工と生体骨の固着2016

    • 著者名/発表者名
      屋代 英彦、欠端 雅之、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36回年次大会
    • 発表場所
      名城大学天白キャンパス(愛知県)
    • 年月日
      2016-01-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] イットリア安定化ジルコニア表面へのフェムト秒レーザー誘起周期構造形成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
      レーザー学会学術講演会第36回年次大会
    • 発表場所
      名城大学天白キャンパス(愛知県)
    • 年月日
      2016-01-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Physicochemical fabrication of calcium phosphate-based bioceramics2015

    • 著者名/発表者名
      A. Oyane, M. Nakamura
    • 学会等名
      15th Asian BioCeramics symposium (ABC2015)
    • 発表場所
      東京医科歯科大学(東京都)
    • 年月日
      2015-12-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] レーザーのジルコニア表面ナノ周期構造形成とリン酸カルシウム成膜による骨固着力向上2015

    • 著者名/発表者名
      屋代英彦、欠端雅之、大矢根綾子、伊藤敦夫、六崎裕高
    • 学会等名
      第37回日本バイオマテリアル学会大会
    • 発表場所
      京都テルサ(京都府)
    • 年月日
      2015-11-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 過飽和液中レーザープロセスによるチタン金属表面での迅速リン酸カルシウム形成2015

    • 著者名/発表者名
      大矢根綾子、Mahanti Moumita、坂巻育子、越崎直人、中村真紀、古賀健司
    • 学会等名
      第37回日本バイオマテリアル学会大会
    • 発表場所
      京都テルサ(京都府)
    • 年月日
      2015-11-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] リン酸カルシウム薄膜・粒子の液相合成とバイオメディカル応用2015

    • 著者名/発表者名
      大矢根綾子
    • 学会等名
      第2回ガラス科学技術研究会
    • 発表場所
      日本ガラス工業センター(東京都)
    • 年月日
      2015-10-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Increased water wettability of yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal by femtosecond-laser induced periodic surface structure formation2015

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, A. Oyane, H. Yashiro, A. Ito and K. Torizuka
    • 学会等名
      Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE2015)
    • 発表場所
      Ramada Plaza Jeju Hotel, Korea
    • 年月日
      2015-09-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser-assisted calcium phosphate precipitation on metal alloy in supersaturated calcium phosphate solution2015

    • 著者名/発表者名
      A. Oyane, M. Nakamura, Y. Shimizu, K. Koga and I. Sakamaki
    • 学会等名
      Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE2015)
    • 発表場所
      Ramada Plaza Jeju Hotel, Korea
    • 年月日
      2015-09-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] リン酸カルシウム系融合マテリアルの合成とバイオメディカル応用2015

    • 著者名/発表者名
      大矢根綾子、中村真紀
    • 学会等名
      第64回高分子討論会
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス(宮城県)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イットリア安定化ジルコニアに形成されたレーザー誘起周期的表面構造の断面観察2015

    • 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76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Cross-sectional image of femtosecond laser-induced periodic surface structures on yttria-stabilized zirconia2015

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito and K. Torizuka
    • 学会等名
      The 13th Conference on Laser Ablation (COLA-2015)
    • 発表場所
      Australian National University, Cairns, Australia
    • 年月日
      2015-09-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Femtosecond laser-induced periodic surface structures on yttria-stabilized zirconia2015

    • 著者名/発表者名
      M. Kakehata, H. Yashiro, A. Oyane, A. Ito and K. Torizuka
    • 学会等名
      The 7th international congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP2015)
    • 発表場所
      北九州国際会議場(福岡県)
    • 年月日
      2015-05-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 大矢根のホームページ

    • URL

      https://staff.aist.go.jp/a-oyane/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [産業財産権] 医療機器材料の製造方法および医療機器材料2015

    • 発明者名
      欠端雅之、屋代英彦、伊藤敦夫、大矢根綾子
    • 権利者名
      欠端雅之、屋代英彦、伊藤敦夫、大矢根綾子
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-089715
    • 出願年月日
      2015-04-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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