高融点金属炭化物・窒化物系歯科材料の開発と生体親和性に関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10307049
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 亘理 文夫 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 教授 (70158682)
• 研究分担者: 宇尾 基弘 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 助手 (20242042) ; 大川 昭治 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 助手 (40001945) ; 近藤 清一郎 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 助教授 (80018431) ; 横山 敦郎 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 助手 (20210627)
• キーワード: 窒化チタン / インプラント / 窒化チタン / チタン / 引っかき硬さ / 生体親和性 / 超音波スケーラー / 表面改質

研究概要

平成12年度は(1)純チタン(Ti)、表面窒化チタン(TiN)、チタン|窒化チタン連接インプラント(Ti|TiN)、チタン/アパタイト(Ti/HAP)系およびチタン/窒化チタン+アパタイト(Ti/TiN+HAP)系傾斜機能型インプラントの作製、(2)機械的特性、表面構造観察、結晶構造解析等の物性評価、(3)動物埋入実験による生体親和性試験を行った。
[実験方法] (2)物性評価 表面窒化層の薄膜X線回折、表面粗さ測定、マルテンス引っかき硬さ試験、超音波スケーラーによる引っかき/耐摩耗性試験、曲げ試験、人工体液、1%乳酸中溶出試験を行なった。また窒化層断面の走査型電子顕微鏡(SEM)観察を行なった。(3)動物埋入試験 ラット大腿骨骨髄腔に2-4週埋入後、インプラント付近の組織を固定、脱水、包埋後、
染色薄切標本として採取し、光顕による病理学的観察、SEM反射電子像観察を行い、新生骨直接接触率、新生骨形成面積として定量解析を行った。
[実験結果](2)物性評価-窒化処理により黄金色を呈したチタン表面は薄膜X線回折からTiN+Ti_2Nであり、断面SEM観察から厚さ約2μmであることが確認された。窒化処理チタン表面のビッカース硬さの荷重依存性から推定した表面窒化層厚さの推定値2-3μmとよい一致を示した。ビッカース硬さ1700程度と著しく硬くなった表面に臨床で用いられる超音波スケーラーを適用しても全く傷がつかなくなることは特筆できる。超音波スケーラーによる定荷重回転摩耗試験冶具を作製し引っかき/耐摩耗性試験で定量的に評価した。
(3)生体親和性評価-新生骨直接接触率、新生骨形成量ともチタンとほぼ同程度であり、新生骨の接触角が若干大きめの傾向を示す。
(4)ラット下顎歯におけるデンタルインプラント試験-従来、歯科インプラント試験は犬で行なわれていたが、ラットを使うミニチュア試験法を開発し、チタンインプラントのアバットメント部(上皮貫通部)表面を窒化チタンにしたものについて試験を行なった。
(5)傾斜機能型インプラント-チタン/アパタイト(Ti/HAP)系傾斜機能材料では作製中に一部のアパタイトが反応分解するが、チタン/窒化チタン+アパタイト(Ti/TiN+HAP)系ではアパタイトのまま作製されることを確認し、動物実験を行なった。
(6)好中球を用いた微細摩耗粉の為害性シミュレーション-10μm,1μm大のTi微粒子を埋入した周囲軟組織は24週後も炎症性反応を示し、巨食細胞のTi微粒子貪食、好中球形態の変化を確認。好中球が刺激を受け放出するサイトカインのうち、TNFαとIL-8について調べ10μmTi微粒子は特に反応を引き起こさないが、1μm大Ti微粒子は放出を促すことを確認。物理的サイズ効果による刺激・為害性を認めた。

研究成果

• [文献書誌] Fumio WATARI: "Compositional and morphological imaging of laser irradiated human teeth by low vacuum SEM, confocal laser scanning microscopy and atomic force microscopy"J.Materials Science in Medicine. 12. 189-194 (2001)
• [文献書誌] Hironobu MATSUNO: "Biocompatibility and osteogenesis of refractory metal implants, titanium, hafnium, niobium, tantalum and rhenium"Biomaterials. in press. (2001)
• [文献書誌] M.UO: "Tissue reaction around metal implants observed by X-ray scanning analytical microscopy"Biomaterials. 21. 677-685 (2001)
• [文献書誌] Fumio WATARI: "Fabrication of functionally graded implant and its biocompatibility"Functionally Graded Materials in the 21st Century : A Workshop on Trends and Forecasts. 187-190 (2001)
• [文献書誌] Atsuro YOKOYAMA: "Mechanical Properties and Biocompatibility of Titanium-Hydroxyapatite Implant Material Prepared by Spark Plasma Sintering Method"Key Engineering Materials. 192-195. 445-448 (2001)
• [文献書誌] 田村豊: "生体用インプラントとしての窒化チタンの基礎的特性評価"平成12年度日本金属学会・日本鉄鋼協会両北海道支部合同冬期講演大会概要集. 14 (2001)
• [文献書誌] Noriyuki SATOH: "Fabrication of Esthetic Dental Restoratives Made of Porcelain and Composite Resin by Laser Lithography"Proc.Symp, Adv, Res, Energy Tech,2000(20th Symp, Efficient Use of Energy and Direct Electrical Power Generation), CARET. 471-478 (2000)
• [文献書誌] 宇賀大: "審美嬌正ワイヤーに適したブラケットの試作"歯科材料・器械. 19. 553-564 (2000)
• [文献書誌] 佐藤範幸: "光造形法を応用した審美補綴物作製の試み-CAD/CAMによる積層法からのアプローチ"Quintessence of Dental Technology. 25. 463-469 (2000)
• [文献書誌] 宇尾基弘: "走査型X線分析顕微鏡の生物試料観察への応用"生体材料. 18. 232-234 (2000)
• [文献書誌] 亘理文夫: "生体にやさしい人工歯根"第14回「大学と科学」公開シンポジウム組織委員会編「21世紀の新素材-産業界を活性化させる傾斜機能材料-」. 169-180 (2000)
• [文献書誌] 亘理文夫: "生体応用に向けた傾斜機能材料の作成と特性"粉体および粉末冶金. 47. 1226-1233 (2000)
• [文献書誌] 宮尾里香: "放電プラズマ法による傾斜機能型インプラントの試作と特性"粉体および粉末冶金. 47. 1239-1242 (2000)
• [文献書誌] 大森守: "SPS法によるチタン/ハイドロキシアパタイト系傾斜機能材料の作製"粉体および粉末冶金. 47. 1234-1238 (2000)
• [文献書誌] 亘理文夫: "歯科・生体材料と表面"表面技術協会第102回講演大会・講演要旨集. 320-323 (2000)