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2021 年度 実績報告書

イオン注入による酸化物セラミックスへの生体活性付与と強度低下メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H02030
研究機関東京都立大学

研究代表者

小林 訓史  東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (80326016)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードイオン注入 / 酸化物セラミックス / 生体活性 / 表面処理
研究実績の概要

前年度までにイオン注入のみで生体活性を与えることが不可能であることが判明したため,リン酸や水酸化ナトリウムを用いて処理することにより生体活性を付与する手法を開発した.ジルコニア材料(部分安定化ジルコニア(3Y-TZP),強化ジルコニア(ATZ))を95 ℃の水酸化ナトリウムやリン酸溶液に7日間浸漬し,その後,擬似体液に浸漬することで骨類似アパタイトの形成を調査した.その結果,アパタイト形成量は水酸化ナトリウムよりもリン酸処理の方が高く,ATZよりも3Y-TZPの方が多くなった.特にリン酸処理した3Y-TZPでは,表面のほぼ全てがアパタイト層で被覆され,高いアパタイト形成能を示した.これらの材料では,生体埋入後に表面にアパタイトを形成することで生体骨と直接結合することが示唆される.さらに,アパタイト形成能は酸・アルカリ処理に伴い表面エネルギーが低下し,接触角が小さくなったことが影響している可能性を示した.
次に力学的特性を調査するために二軸曲げ試験とジルコニア材料の劣化の指標となる単斜晶率の測定を行った.その結果,3Y-TZP,ATZ材料は水酸化ナトリウムやリン酸で処理後も二軸曲げ強さは低下しなかった.さらに,アパタイト形成後や生体埋入後約30年の長期間の強度を予測するオートクレーブ処理後も二軸曲げ強さが低下することはなかった.しかし,処理に伴い約30%の正方晶ジルコニアが単斜晶に変態した.一方で,イオン注入したジルコニア材料をリン酸処理した場合,イオン注入無のものと同様の生体活性が得られ,同時にイオン注入量の増加とともに,単斜晶への変態が抑制される傾向が観察された.本手法は生体活性を付与しつつ,生体内での長期使用においても劣化の少ない処理法として期待される.

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Effect of bioactivation through acid/alkali process on the flexure strength of zirconia-based ceramics and composites2022

    • 著者名/発表者名
      Kojima Riku、Osada Toshiko、Kobayashi Satoshi
    • 雑誌名

      Advanced Composite Materials

      巻: 31 ページ: 1~12

    • DOI

      10.1080/09243046.2022.2042914

    • 査読あり
  • [学会発表] ハイドロキシアパタイト-アルミナ複合多孔体の焼結挙動および力学的特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      図所優羽,小林訓史
    • 学会等名
      日本機械学会第32回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] Characterization of Osteogenesis For Calcium Phosphate Ceramics - Alumina Composite Porous Scaffolds2022

    • 著者名/発表者名
      Yu Zusho, Hiromi Miyoshi, Naoya Sakamoto, Satoshi Kobayash
    • 学会等名
      6th Asian Symposium on Materials and Processing
  • [学会発表] Characterization of mechanical properties and osteogenesis for hydroxyapatite-alumina composite porous scaffolds2022

    • 著者名/発表者名
      Yu Zusho, Hiromi Miyoshi, Naoya Sakamoto, Satoshi Kobayash
    • 学会等名
      46th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composite
  • [学会発表] Effect of Bioactivation Using Acid or Alkaline Treatment on Mechanical Properties of Zirconia-Based Ceramics2022

    • 著者名/発表者名
      Riku Kojima, Masataka Ijiri, Toshiko Osada, Satoshi Kobayashi
    • 学会等名
      46th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites
  • [学会発表] ハイドロキシアパタイト-アルミナ複合多孔体スキャフォールドの作製および力学的特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      図所優羽,長田稔子,小林訓史
    • 学会等名
      日本機械学会2021年度年次大会
  • [学会発表] ハイドロキシアパタイト-アルミナ複合多孔体の力学的特性に及ぼす気孔サイズの影響2021

    • 著者名/発表者名
      図所優羽,長田稔子,小林訓史
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2021材料力学カンファレンス
  • [学会発表] ハイドロキシアパタイト-アルミナ複合多孔体スキャフォールドにおける骨芽様細胞の増殖および石灰化挙動2021

    • 著者名/発表者名
      図所優羽,三好洋美,坂元尚哉,小林訓史
    • 学会等名
      日本機械学会第29回機械材料・材料加工技術講演会

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公開日: 2022-12-28  

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