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2017 年度 実施状況報告書

力学負荷応答性自己強化金属インプラントの生理的荷重負荷応答性と実機設計

研究課題

研究課題/領域番号 17K06071
研究機関近畿大学

研究代表者

仲井 正昭  近畿大学, 理工学部, 准教授 (20431603)

研究分担者 山本 衛  近畿大学, 生物理工学部, 准教授 (00309270)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードチタン合金 / 生体材料 / 変形誘起相変態 / オメガ相 / 弾性率 / インプラント
研究実績の概要

研究代表者らにより開発された弾性率自己調整金属は、変形誘起相変態により変形部の弾性率が上昇し、非変形部は低弾性率を示すことを特徴とする材料である。本研究では、この弾性率自己調整金属の応用として、力学負荷応答性自己強化金属インプラントの開発の可能性を検討している。このインプラントを実現するためには、外部からの力学負荷による変形誘起相変態の発生の制御が重要な課題となる。そこで今年度は、まずは生体外において、弾性率自己調整金属に種々の大きさの力学負荷を印加し、変形誘起相変態の発生の有無を検証した。弾性率自己調整金属の一つであるTi-Cr-O系チタン合金に対してひずみ量を系統的に変化させて引張変形を与え、その微細組織を観察したところ、弾性変形領域における変形誘起相変態の発生が認められた。この結果は、外部からの力学負荷に対して応答するインプラントの実現の可能性があることを示唆している。さらに、生体内における弾性率自己調整金属の力学負荷応答性の検証を行うための動物実験を開始した。この動物実験では、厚さの異なる数種類のチタン合金製プレートを家兎の大腿骨に固定し、これらのプレートに印加される力学負荷の大きさを変化させることとした。現在、この動物実験結果の再現性の確認を行うとともに、動物実験方法の妥当性について検討を進めている。

現在までの達成度 (区分)
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

生体外における弾性率自己調整金属の力学負荷応答性の検証として、弾性変形領域における変形誘起相変態の発生を認めることができた。さらに、生体内における弾性率自己調整金属の力学負荷応答性の検証として動物実験を開始した。これらのことから、本研究は順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

弾性率自己調整金属の生体内外における力学負荷応答性の検証を実施する。今年度の成果を踏まえて、次年度は、生体外では、静的力学負荷から動的力学負荷の印加による力学負荷応答性の検証へと進展させる。生体内の力学負荷応答性の検証については、動物実験結果の再現性の確認と動物実験方法の妥当性を検討しながら進めることとする。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Deformation-induced ω-phase transformation in a β-type titanium alloy during tensile deformation2017

    • 著者名/発表者名
      K.K. Liu, M. Niinomi, M. Nakai, K. Cho Ken and H. Fujii
    • 雑誌名

      Scripta Mater.

      巻: 130 ページ: 27~31

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2016.10.036

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Change in mechanical properties of biomechanical Ti-12Cr subjected to heat treatment and surface modification processing2017

    • 著者名/発表者名
      K. Niwa, T. Akahori, M. Niinomi, T. Hattori and M. Nakai
    • 雑誌名

      Mater. Trans.

      巻: 58 ページ: 951~957

    • DOI

      10.2320/matertrans.M2016432

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metastable Zr-Nb alloys for spinal fixation rods with tunable Young’s modulus and low magnetic resonance susceptibility2017

    • 著者名/発表者名
      X.L. Zhao, L. Li, M. Niinomi, M. Nakai, D.L. Zhang and C. Suryanarayana
    • 雑誌名

      Acta Biomater.

      巻: 62 ページ: 372~384

    • DOI

      10.1016/j.actbio.2017.08.026

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Development of biomedical beta-titanium alloys with deformation-induced changeable elastic modulus2018

    • 著者名/発表者名
      M. Nakai
    • 学会等名
      1st International Symposium on Light Alloys and Composite Materials (ISLAC'18)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of metallic biomaterials with changeable elastic modulus using deformation-induced phase transformation2017

    • 著者名/発表者名
      M. Nakai and M. Niinomi
    • 学会等名
      Japan-Korea International Symposium on Materials Science and Technology 2017 (JKMST2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Controlling mechanical property by deformation-induced omega phase in biomedical beta-titanium alloys2017

    • 著者名/発表者名
      M. Nakai
    • 学会等名
      KIM-JIM symposium -Interplay between,phase transformation and deformation in advanced structural materials-
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生体用弾性率可変型チタン合金の化学組成最適化2017

    • 著者名/発表者名
      仲井正昭, 新家光雄
    • 学会等名
      第56回日本生体医工学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体用チタン合金のヤング率制御と合金開発2017

    • 著者名/発表者名
      仲井正昭, 新家光雄
    • 学会等名
      日本学術振興会鋳物第24委員会鋳造プロセス分科会第19回会議
    • 招待講演
  • [学会発表] 医療用チタン合金間で生じる摩擦摩耗の特徴2017

    • 著者名/発表者名
      仲井正昭, 新家光雄, 李允碩
    • 学会等名
      日本真空学会機能薄膜部会ナノ構造機能創成専門部会第8回研究会
    • 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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