| 研究課題/領域番号 |
19K05112
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| 研究機関 | 山陽小野田市立山口東京理科大学 |
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研究代表者 |
石川 敏弘 山陽小野田市立山口東京理科大学, 工学研究科, 教授 (60756104)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 金属チタン / 表面 / 光触媒機能 / アナターゼ型酸化チタン |
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| 研究実績の概要 |
私たちはこれまで、TiO2/SiO2系光触媒材料の開発と金属チタン表面の機能化に関する研究を行ってきた。その中で、金属チタン表面に存在する不動態膜(ルチル型酸化膜)の生成メカニズムを熱力学的に明らかにさせたが、一方では優れた光触媒機能を有するアナターゼ型酸化膜形成の難しさに直面した。既存技術においても、金属チタン表面の機能化には、強酸・強アルカリ処理と高圧条件下での水熱反応や、高電圧を必要とする陽極酸化法と言った、比較的複雑な手法が採用されており、簡便な空気中酸化によるアナターゼ型酸化膜形成に関する報告は皆無であった。そこで、私たちがこれまでに開発してきたTiO2/SiO2系光触媒材料に関する知見、すなわち「シリカが共存する場合はアナターゼ型酸化チタンが1200℃の大気中でも安定に存在すると言う知見(Natureに発表)」を金属チタン表面の酸化反応に適用できないかとの想いに至り、金属チタン表面に存在する不動態膜の除去法や機能化に関する研究を行っている中で、シュウ酸のような還元力を有する有機酸で処理するだけで、湿潤条件下で安定な水素化チタン(TiH2)が生成し、その表面にシリカ層を生成させた状態で大気中酸化するだけで、金属チタン表面にアナターゼ型酸化膜が生成する可能性を見出した。この知見を基に金属チタン表面に優れた親水特性を発現させることにより、疑似体液中で極めて優れたアパタイト形成能を示した。これらの基礎的知見を基に金属チタン表面にSiO2固溶アナターゼ傾斜層を形成させ骨形成能、ならびに付着細菌の完全分解能を付与できることを確認した。
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| 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
簡便な空気中酸化によるアナターゼ型酸化膜形成に関する報告は皆無であったが、シュウ酸のような還元力を有する有機酸で処理するだけで、湿潤条件下で安定な水素化チタン(TiH2)が生成し、その表面にシリカ層を生成させた状態で大気中酸化するだけで、金属チタン表面にアナターゼ型酸化膜が生成する可能性を見出した。また、この知見を基に金属チタン表面に優れた親水特性を発現させることにより、疑似体液中で極めて優れたアパタイト形成能を見出した。これらの基礎的知見を基に金属チタン表面にSiO2固溶アナターゼ傾斜層を形成させ、多能性幹細胞を用いた骨形成能を発現させ得る新しい技術の確立に向けた方向性が見えてきた。
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| 今後の研究の推進方策 |
金属チタンは、優れた耐食性を示し、生体適合性にも優れていることから歯科材料や骨補強材等にも多く用いられており、極めて安全性の高い材料である。しかし、チタンは生体活性に乏しく骨代替材等に用いる場合は、骨形成能を付与させる目的で、水熱反応(強酸・強アルカリ処理＋高圧条件)や陽極酸化(強酸処理＋高電圧条件)、酸素プラズマ処理と言った比較的複雑な手法を用いた表面処理が施されている。そこで今後は、マイルドな有機酸による還元処理を行った後の大気中酸化だけで、金属チタン表面に優れた骨形成能と人体内埋設前の付着細菌ならびに毒素の完全分解能を付与する簡便な方法を開発する。具体的には、金属チタンの表面を室温の有機酸で還元処理したのち、有機チタンを含むポリシロキサン溶液を噴霧し大気中で加熱するだけで、金属チタン表面に骨形成能ならびに人体内埋設前の付着細菌ならびに毒素の完全分解能を同時に発現させる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナの影響が続いていたことから海外出張が行けず、予定していた国際学会も次年度まで延期となったことから、研究機関延期のご許可を頂戴した。
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