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2012 年度 実施状況報告書

カーボンナノチューブチタンを使用したインプラントの開発

研究課題

研究課題/領域番号 24592221
研究種目

基盤研究(C)

研究機関千葉大学

研究代表者

鈴木 昌彦  千葉大学, フロンティアメディカル工学研究開発センター, 教授 (10312951)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードカーボンナノチューブ / チタン合金 / 人工関節 / 摩耗 / Metal on metal / UHMWPE / 骨芽様細胞
研究概要

試験片としてSP700: Ti-4.5Al-3V-2Fe-2MoとCNT 0.7 wt%含有SP700を使用した.Metal on metalを想定して ピン(φ2 mm),ディスク(40 x 40mm)の形状で, SP700, CNT-SP700, Co-Cr-Moの3つの組み合わせで摩耗試験を行った. 試験はフリクションプレーヤーを使用した. CNT-SP700の摩耗量はSP700と比較して有意に減少していた. しかし, Co-Cr-Moの結果と比較するとその摩耗量は多かった.
UHMWPE (ultrahigh molecular weight polyethylene) on metal摺動部の摩耗特性を評価するために,ピンをUHMWPE,ディスクをCNT-SP700,SP700あるいはCo-Cr-Moにしてピンオンディスク型すべり摩耗試験を行った.ディスクがCNT-SP700,SP700のときのピンの摩耗量には差は確認されなかったが,これらをCo-Cr-Moの結果と比較すると,摩耗量が有意に小さかった(p<0.001).
SP700とCNT-SP700のφ14 mm ディスク上で, MC3T3-Eを培養した. 培養後1, 3, 5, 7でAlamar Blue assayを用いて細胞増殖試験を行った. 1日培養後, SEM観察を行った.Image J 1.42qを用いて写真を数値化し,細胞面積とアスペクト比について解析を行った.  CNT-SP700とSP700を比較すると,培養1日目には細胞数に差はないが,培養3日目以降ではCNT-SP700で細胞数が有意に多かった.培養1日後のSEM観察の結果では, SP700とCNT-SP700の細胞面積およびアスペクト比に有意な差はなかった.CNT添加によりチタン合金の耐摩耗性と細胞増殖能の向上が確認された.

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

平成24年度の予定はSP700: Ti-4.5Al-3V-2Fe-2MoとCNT 0.7 wt%含有SP700を使用したピン(φ2 mm)とUHMWPEのディスク(40 x 40mm)を用いたpin on disc試験を行う。 CNTチタンとチタン(コントロール)材料よりdiscを作製して、disc上でマウス骨芽様細胞やヒト由来の骨芽様細胞を培養することとなっていた。Pin on disc試験とマウス骨芽様細胞の培養に関しては年度内に達成可能だった。

今後の研究の推進方策

平成25年度の計画は、SP700: Ti-4.5Al-3V-2Fe-2MoとCNT 0.7 wt%含有SP700を使用したピン(φ2 mm)とディスク(40 x 40mm)を用いたpin on disc試験を行う。CNTチタンとチタン(コントロール)材料よりdiscを作製して、disc上でマウス骨芽様細胞を培養して遺伝子発現などを検討することになっている。
次年度に行う予定のSP700: Ti-4.5Al-3V-2Fe-2MoとCNT 0.7 wt%含有SP700を使用したピン(φ2 mm)とディスク(40 x 40mm)を用いたpin on disc試験については、平成24年度内に実施可能であった。SP700: Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Moは医療用ではないため、次年度は医療用のTi6Al4VにCNTを添加した材料を調達してpin on disc試験、細胞培養による解析を予定している。

次年度の研究費の使用計画

次年度は医療用のTi6Al4VにCNTを添加した材料を調達してpin on disc試験、細胞培養による解析を予定している。CNT添加したTi6Al4V金属の調達、pin on disc試験のための金属加工、牛血清などに研究費を使用する。また、CNT添加チタン合金上で骨芽様細胞を培養して蛍光顕微鏡、real-time PCRを用いた遺伝子発現の評価、western blottingによる蛋白発現の評価を行うために研究費を使用する。

  • 研究成果

    (1件)

すべて 2012

すべて 学会発表 (1件)

  • [学会発表] CNT含有チタン合金の摺動特性2012

    • 著者名/発表者名
      白坂和歌子、原田賢二、綱嶋義貴、植月啓太、西村直之、中村順一、佐粧孝久、高橋和久 鈴木昌彦
    • 学会等名
      第39回日本臨床バイオメカニクス学会
    • 発表場所
      千葉市
    • 年月日
      20121109-20121110

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公開日: 2014-07-24  

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