| 研究課題/領域番号 |
21K09930
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高橋 正敏 東北大学, 歯学研究科, 助教 (50400255)
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| 研究分担者 |
高田 雄京 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (10206766)
多田 浩之 東北大学, 歯学研究科, 講師 (70431632)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 制菌性 / チタン合金 / 組織制御 / 金属組織 / 熱処理 / Ti-Ag合金 / バイオフィルム |
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| 研究実績の概要 |
令和４年度は、Ti-Au、Ti-Cu、Ti-Pt、Ti-Nb合金を設計し、それら合金インゴットを試作した。Ti-Nb系の平衡状態図は全率固溶型、それ以外の系は共析型である。合金を熱間鍛造と熱間圧延し、板状に切り出して試料を作製した。その試料に真空熱処理による組織制御を行った。熱処理前後の金属組織を調べた。それら合金の制菌性を評価した。
【合金の試作】設計した合金組成となるように各元素を秤量し、アルゴンアーク溶解炉を用いて合金インゴットを溶製した。【熱処理】板状試料を石英管に真空封入し、電気炉を用いて熱処理した。炉から取り出した後は水中急冷した。【金属組織評価】X線回折試験を行って試料表面の合金相を同定した。SEMで金属組織を観察した。【制菌性評価】バイオフィルム形成試験と抗菌試験を行った。
【結果】共析型の合金には熱処理前に金属間化合物が多量に存在したが、熱処理により金属間化合物の量を制御することができた。1時間以上の熱処理で、概ねαチタン単相になった。Ti-Nb合金はα+βもしくはβ単相であった。いずれの合金も表面に形成されたバイオフィルム量はチタンより少なかった。表面粗さの低下が一因と考えられた。ただし、Ti-30%Nbの表面粗さはチタンより有意に大きかった。いずれの合金も抗菌性を示さなかったが、Ti-Cu合金の生菌数はチタンより少なかった。以上の結果から、Au，Pt，Nbはチタンに制菌性を与える添加元素として期待され、特にNbが有望であることが示唆された。
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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
様々な二元系チタン合金に対して熱処理による金属組織制御が可能となった。また、これら合金のバイオフィルム形成試験と抗菌試験を行うことで、チタンに制菌性を与える添加元素のスクリーニングを行い、Au，Pt，Nbが期待でき、特にNbが有望であることが分かった。バイオフィルム形成抑制能には表面粗さの低下が関与することを示した。しかし、例外もあったため、ぬれ性試験や自然電位測定を引き続き行い、制菌メカニズムの解明を目指す計画である。
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| 今後の研究の推進方策 |
【合金開発】これまでの研究成果により、チタンに制菌性を与える合金化元素として有望であることが示されたNbを新たに加え、Ti-Ag-Nb合金を開発する。【状態図の作成】合金開発には状態図が必須である。Ti-Ag-Nb系の状態図は存在しないため、状態図を作成する。【バイオフィルム形成試験】細菌培養試験用品を用いて、試料をスクロース含有液体培地に浸漬し、バイオフィルム形成細菌を嫌気培養する。表面に形成されたバイオフィルムを回収して蒸留水に懸濁し、分光光度計で濁度を測定することで、バイオフィルム量を推定する。【殺菌試験】細菌培養試験用品を用いて、バイオフィルム形成細菌を試料上で、フィルム密着法により培養する。培養後に試験菌を洗い出し、寒天平板培養法で生菌数を求め、試験成立条件の判定を行う。試験が成立した場合について抗菌活性値を計算し、抗菌性を評価する。【自然電位の測定】バイオフィルム形成試験で使用する液体培地における、各合金の自然電位の測定を行う。研磨した試料を蒸留水に1日間浸漬した後、37℃で24時間測定する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
学術講演会がウェブ開催になり旅費の支出が抑えられた。バイオフィルム形成試験や抗菌試験に必要な、次年度の消耗品類に使用する予定である。
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