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

2003 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) ; 斎藤 隆史 北海道医療大学, 歯学部, 教授 (40265070) ; 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 / ハイドロキシアパタイト / 硬質レジン / 焼付陶材

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。
平成15年度では、申請者らは、合金表面にスポンジ構造を創製し、その構造にハイドロキシアパタイトを湿式法でコーティングする方法を開発した。さらにアパタイトを焼結することによって、アパタイトと合金を強固に結合できる。本研究では、異なる素材を複合化し、傾斜機能を有する新たなバイオマテリアルを創製した。湿式法によって合金表層のスポンジ構造にハイドロキシアパタイトを機械的に固定できる。アパタイト溶射インプラントの持つ本質的問題は、アパタイトとチタンの熱膨張係数(アパタイトは13.3、チタンは9×10^<-6>/℃)の違である。すなわち、数万℃の高温から室温に冷却する過程で、アパタイトコーティング層に大きな引張応力が発生する。その結果、基盤とアパタイト層の間にクラックが発生し易い。本法における焼結温度(700〜800℃)はアパタイト溶射温度よりも低いので、熱応力は溶射法よりはかなり低い。またスポンジ構造によってアパタイト層を機械的に固定できるので、基盤からアパタイトの剥離は生じない。

Research Products

• [Publications] H.Ohno: "Recent advances in surface modification and functionally graded technologies in dentistry"Transactions of the fourth international congress on dental materials. Oct.29-Nov.1. 77-87 (2002)
• [Publications] M.Hashimoto, F.Tay, H.Ohno, et al.: "SEM and TEM analysis of water degradation of human dentinal collagen"J Biomed Mater Res Part B. 66B. 287-298 (2003)
• [Publications] M.Hashimoto, H.Ohno, H.Sano, et al.: "Degradation patterns of different adhesives and bonding procedures"J Biomed Mater Res Part B. 66B. 324-330 (2003)
• [Publications] M.Hashimoto, H.Ohno, H.Sano, et al.: "In vitro degradation of resin-dentin bonds analyzed by micro-tensile bond test, scanning and transmission electron microscopy"Biomaterials. 24. 3795-3803 (2003)
• [Publications] M.Yamauti, M.Hashimoto, H.Sano, H.Ohno, et al.: "Degradation of resin-dentin bonds using NaOCl"Dental Materials. 19. 399-405 (2003)
• [Publications] H.Ohno: "Recent advances in functionally graded technology in dental implants"Higashi Nippon Dental Journal. 22・2. 1-15 (2003)