2015 Fiscal Year Annual Research Report
骨の力学機能に立脚した脊椎固定用異方性材料デザイン
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24246111
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
新家 光雄 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50126942)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
仲井 正昭 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20431603)
劉 恢弘 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40748943)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | β型チタン合金 / 低弾性率 / ヤング率自己調整 / 脊柱矯正器具 / ロッド / 変形双晶誘起塑性 / 高強度 / 細胞毒性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新規に開発した低弾性率β型Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金（TNTZ)および低弾性率ヤング率自己調整機能型β型Ti-Cr系合金の脊柱矯正器具用ロッドへの適用を視野に入れた研究開発を展開した。
TNTZでは、強歪加工法の１つである高圧捩り加工（HPT)や微粒子衝突法により、低弾性率維持を維持したままでの高強度化を達成し、さらには酸素添加による耐摩耗性の改善にも成功した。Ti-Cr系合金では、Ti-12Cr合金を中心として、Crおよび酸素量の適正化を行い、変形双晶誘起塑性（TWIP)による高強度・高延性化を達成できることを見出し、かつその場合同時に誘起されるω相につき詳細な解析を行った。さらには、細胞毒性試験によりTi-Cr系合金の生体親和性の優位性を実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
脊柱固定用ロッドへの適用を念頭に、低弾性β型Ti29Nb-13Ｔa-4.6Zr合金（TNTZ）およびTi-Cr合金に注目し、これらの合金における骨構造機能発現のための合金設計、合金組成の最適化、相安定性の制御、高強度・高延性化、高耐久化、高摩耗抵抗化、細胞および動物（兎）を用いての生体組織適合性評価、生体活性セラミックス表面修飾による生体親和性の促進、高形状付与性を進めてきている。
特に、Ti-Cr合金では、ヤング率自己調整機能を付与することができ、それによる形状付与性の著しい改善を達成するとともに、それに伴う自己強化機能の発現への可能性を見出すことができている。また、組成制御によりβ相の安定度を制御することによって、変形双晶誘超塑性（TWIP)を発現させ、Ti-Cr合金の高強度・高延性化を達成している点は、大きな成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金（TNTZ）およびTi-Cr合金製脊柱固定用ロッドへの骨構造機能類似の自己強化機能を付与するための合金組成制御およびピーニング（特にキャビテーションピーニング）による表面処理を推進することに主眼を置いて研究開発を展開する。その場合、各合金におけるω相および酸素濃度の制御を最適化し、ロッドの実用化に重要なASTM 1717に準じた圧縮疲労強度の改善を主目的とする。
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[Presentation] Mechanical and Surface Functionalities of Nanostructured Beta–Type Titanium Alloys through Severe Plastic Deformation2015
Author(s)
Hakan Yilmazer, Mitsuo Niinomi, Ken Cho, Masaaki Nakai, Yoshikazu Todaka, Burak Dikici, Mustafa Şend, Hitoshi Shiku and Tomokazu Matsue
Organizer
The 13th World Conference on Titanium (Ti-2015)
Place of Presentation
Manchester Grand Hyatt, San Diego, California, USA
Year and Date
2015-08-16 – 2015-08-20
Int'l Joint Research
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[Presentation] Enhanced osteointegration on biomedical nanostructured β-type titanium alloys2015
Author(s)
Hakan Yilmazer, Mitsuo Niinomi, Masaaki Nakai, Huihong Liu, Yoshikazu Todaka, Mustafa Şen and Tomokazu Matsue
Organizer
The 10th Anniversary International Workshop on Biomaterials in Interface Science, Innovative Research for Biosis-Abiosis Intelligent Interface Summer Seminar 2015
Place of Presentation
Baden-ya Soho, Zao, Miyagi, Japan
Year and Date
2015-08-04 – 2015-08-05
Int'l Joint Research
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[Presentation] Osteoblast attachment on nanostructured β-type titanium alloys subjected to severe plastic deformation2015
Author(s)
H. Yilmazer, M. Niinomi, K. Cho, M. Nakai, L. Huihong, Y. Todaka, B. Dikici, M. Sen, H. Shiku, T. Matsue
Organizer
日本歯科理工学会平成27年度春期学術講演会（第65回）
Place of Presentation
仙台市情報・産業プラザ, 仙台
Year and Date
2015-04-11 – 2015-04-12
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