2004 Fiscal Year Annual Research Report
生体インプラント用金属およびセラミックス材料表面反応に及ぼす応力の影響
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16360354
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
成島 尚之 東北大学, 先進医工学研究機構, 教授 (20198394)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大内 千秋 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00312603)
井口 泰孝 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90005413)
平 雅之 岩手医科大学, 歯学部, 講師 (60179398)
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| Keywords | 生体材料 / チタン / チタン合金 / 摩耗粉 / 摩擦摩耗 / 生体適合性 / ピンオンディスク / イオン溶出 |
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| Research Abstract |
1.摩耗試験装置の改良
CO_2およびO_2ガス分圧制御可能なインキュベータ内(310K飽和水蒸気雰囲気)で稼働する雰囲気制御Pin-on-Disk型回転摩耗試験器を設計・作製した。予備実験の結果、駆動系からの発熱により使用時間は2時間程度に制限されることがわかった。
2.チタン系材料の摩耗試験
既存の非消耗型電極アルゴンアーク溶解炉を用いて、実用α+β型チタン合金(Ti-6Al-4V,Ti-6Al-7Nb)および当グループで開発した冷間加工性に優れた新β型チタン合金(Ti-14Mo-3Nb-1.5Zr)を溶製した。これらの加え、工業用純チタン(α型,CP Ti)を試料として、Hanks溶液および1mass%乳酸中でのPin-on-Disk型回転摩耗試験を行った。PinおよびDiskには同一種の材料を用いた。β型のTi-14Mo-3Nb-1.5Zrにおいて耐摩耗性の指標となるwear lossがCP Ti, Ti-6Al-4VやTi-6Al-7Nbよりも大きいことが判明した。この原因はヤング率が小さいβ型合金においては付着摩耗が顕著なためと考察したが、詳細は次年度における課題である。1mass%乳酸中における摩耗試験においては、合金組成比に対応したイオン溶出が観察された。一方、Hanks溶液中における溶出イオン濃度はICPの検出限界以下であった。
3.表面硬化処理の影響
ガス法による表面硬化処理を施したβ型Ti-14Mo-3Nb-1.5Zrのwear lossは、未処理材でのものと比較してその値は減少しており、耐摩耗性の向上が確認された。
4.細胞毒性評価
β型Ti-14Mo-3Nb-1.5Zrを含め種々のチタン合金に関してL929を使用した細胞毒性試験を行い、チタン合金の優れた生体適合性を確認した。また予備実験としてマクロファージ系RAW264と市販のチタン粒子との反応を調べ、チタン粒子が貪食されることを確認した。実験中にチタン粒子が凝集するという問題点が明らかとなり、次年度における課題と思われる。
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