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R-1
2017

表面電位制御による高生体活性チタンの開発


技術のポイント

酸化チタンスケール表面近傍に窒素含有欠陥を導入することで大きな表面電位を形成し、高い生体活性能を発現

基礎研究


背景
金属チタンの酸化により形成したスケールの生体活性能(水酸化アパタイト(HAp)形成と骨芽細胞活性)に及ぼすスケールの表面電位(極性とその大きさ)の影響は明らかではない

目的
スケールの形成条件を変化させて、窒素含有欠陥の存在状態と表面電位との相関を明らかにするとともに、その情報を基にスケール表面の生体活性能を制御する

成果
(1) スケールの表面電位形成の起源は、“ルチル型”酸化チタン結晶中の窒素含有欠陥
[+: (N2O+2、−: (NO)O-1、ゼロ: (NO)O-1はエネルギー論的に不安定であるため、時間の経過に伴い格子点から放出され消滅]
(2) 酸化チタンスケール表面に大きな表面電位(+、−)を形成することで、HAp形成と骨芽細胞活性の両方を向上


酸化チタンスケールのゼータ電位とHAp被覆率
・スケール形成時のN2雰囲気中のPO2 : 10-14 Pa
・HAp形成能評価: 擬似体液1週間浸漬、
HAp粒子の面積被覆率
・骨芽細胞活性評価:MC3T3-E1分化
スケール断面のTEM像とN-K端ELNESスペクトル
スケール形成条件: (a) 700℃×1h,、(b) 600℃×1h

窒素含有欠陥の形成エネルギ−の
フェルミレベル依存性

(NO)O-1はその他の欠陥種に比べて不安定



期待される適用分野
人工膝関節・股関節・椎体、歯科用インプラント等


参考文献 M. Hashimoto et al., J. Mat. Res. 31 (2016) 1004.
謝辞 本研究は、JSPS科研費16K06786と25106008の助成を受けたものである



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