セラミックス・高分子・金属複合構造を有する傾斜機能バイオマテリアルの創製

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13557169
• Research Institution: Health Sciences University of Hokkaido
• Principal Investigator: 大野 弘機 北海道医療大学, 歯学部, 教授 (70018430)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 一彦 北海道医療大学, 歯学部, 助教授 (70168821) ; 松田 浩一 北海道医療大学, 歯学部, 教授 (20109458) ; 平井 敏博 北海道医療大学, 歯学部, 教授 (80014273) ; 広田 一男 株式会社ジーシー, 取締役・研究所長 ; 川島 功 北海道医療大学, 歯学部, 講師 (50133244)
• Keywords: 傾斜機能 / 複合構造 / スポンジ構造 / インプラント / 焼付陶材 / 硬質レジン / ハイドロキシアパタイト

Research Abstract

貴金属合金を大気中の高温(700〜800℃)で酸化した場合、Cuが酸化し、外部酸化層(酸化皮膜)と内部酸化層が形成する。高温酸化で形成された内部酸化粒子を酸洗いで除去すると合金表面にミクロなスポンジ構造が形成する。この構造に樹脂を含浸させ、レジンと金属の機械的結合を高めることができる。内部酸化層の構造は卑金属成分の種類と量によって変化することが明らかになっている。しかし、Cuとともに、InとSnを添加した場合、内部酸化粒子が針状に発達し、酸洗いで充分に除去できないことが判った。これらの結果から、内部酸化と酸洗いを組み合わせてスポンジ構造を合金表面に創製する場合、卑金属成分としてCuのみを含む貴金属合金が適した合金であることが判明した。本研究では、合金表面のスポンジ構造を利用して異なる材料を複合化し、セラミックス・高分子・金属から構成される傾斜機能層を構築し、新たなバイオマテリアルを創製し、臨床応用を研究目的とした。
初年度においては、主に高分子・金属複合構造を有する傾斜機能構造の構築に研究の主力を傾注した。すなわち、Au-Pt-Pd-Cu合金について、スポンジ構造の形態変化に及ぼすCuの添加量(10%、20%、30%)の影響を調べた。これらの金合金を大気中で、800℃、1時間加熱し、高温酸化によって内部酸化粒子を形成させた。酸化層の垂直断面をSEM・EPMA(日立、X-650)で分析した。市販の酸洗い液(石福、金・パラクリーナー^<【○!R】>)を用いて、外部酸化層および内部酸化粒子を溶解した。酸処理後の合金組成をXPS(ESCA-850、島津)で分析した。金属接着プライマーとして、チオリン酸系(METALPRIMERII^<【○!R】>、G-C)を塗布後、接着性レジン(Super-Bond^<【○!R】>、サンメディカル)を接着させた。同様に断面をSEM・EPMAで分析した。スポンジ構造へのレジンの侵入は顕微レーザラマン分光分析装置(NR-1800,日本分光)で分析した。傾斜構造の結合強さは、機械的結合と化学的結合の要素に分離して評価した。
その結果、Cuの添加量の増加に伴って、内部酸化粒子の発達が著しくなった。SEMによって、酸洗後に内部酸化粒子が完全に除去されることが確認できた。さらに合金表面に形成されたスポンジ構造にレジンが侵入していることが顕微レーザラマン分光分析で確認された。高分子・金属複合構造における結合強さについては、機械的結合と化学的結合が複合した場合、38MPaであった。機械的結合のみの場合では19MPa、化学結合のみの場合では24MPaであった。複合構造の強さにおける機械的結合と化学的結合の寄与が明らかになった。今後さらに、(1)インプラント構造体への応用、(2)焼付陶材用メタルコーピングヘの応用、(3)金属複合構造への応用の領域は研究を発展させる予定である。

Research Products

• [Publications] H.Ohno, K.Endo, M.Hashimoto: "New mechanical retention method for resin and gold alloy bonding"Journal of Dental Research. (in press). (2002)
• [Publications] M.Iijima, H.Ohno, I.Kawashima, K.Endo, I.Mizoguchi: "Mechanical behavior at different temperatures and stressed for superelastic nickel-titanium orthodontic wires having different transformation temperatures"Dental Materials. 18. 88-93 (2002)
• [Publications] M.IJijima, H.Ohno, I.Kawashima, K.Endo, W.A.Brantley, I.Mizoguchi: "Micro X-ray diffraction study of superelastic nickel-titanium orthodontic wires at different temperatures and stresses"Biomaterials. 23. 1769-1774 (2002)
• [Publications] K.Hayashi, Y.Araki, J.Uechi, H.Ohno, I.Mizoguchi: "A novel method for the three-dimensional (3-D) analysis of orthodontic tooth movement -calculation of rotation about and translation along the finite helical axis"Journal of Biomechanics. 35. 45-51 (2002)
• [Publications] M.Hashimoto, H.Ohno, M.Kaga, K.Endo, H.Sano, H.Oguchi: "Resin-tooth adhesive interfaces after long-term function"American Journal of Dentistry. 14・4. 211-215 (2001)
• [Publications] M.Hashimoto, H.Ohno, M.Kaga, H.Sano, K.Endo, Y.Araki, M.Kubota, H.Oguchi: "Fractured surface characterization : wet vs.dry bonding"Journal of Dental Research. 80-Special Issue. 529 (2001)
• [Publications] 大野弘機, 他: "接着の科学"医歯薬出版株式会社(印刷中). (2002)