Study of biocompatible implant TiNbSn alloy

生物相容性种植体TiNbSn合金的研究

• 批准号: 20H02458
• 负责人: 正橋 直哉
• 金额: $ 11.56万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02458/
• 关键词: インプラント; 生体親和性; 陽極酸化; TiNbSn; 光触媒; 耐摩耗性; 抗菌性

申請者は, 細胞毒性の低い元素から構成され，低ヤング率・高強度を備えたTiNbSn合金を開発した．生体内ではトライボコロージョンにより金属イオンや摩耗粉が放出され，生体への悪影響が指摘されている．そこで，TiNbSn合金に陽極酸化を施しトライボコロージョン特性を調査した．プラズマ溶解したTiNbSn合金（Ti-22.0 at. % Nb-2.1 at. % Sn）を1423 K_24 h /1223 K_2 hにて真空中で熱処理後に, スウェージング加工, 溝ロール圧延を施して厚さ1 mmの板材を作製した. これを25 mm角の板に切り出し, 酒石酸Na水溶液にH2O2を添加した電解浴中にて電流密度50 mA/cm2で1, 5, 10, 30分間の陽極酸化を施した．組織観察と表面分析を行った後，開回路電位（OCP）を計測しながらfretting条件で往復摺動摩擦摩耗試験を行い, 摩擦係数（COF）を測定した．【結果】トライボコロージョン試験の結果，未処理材のCOFは初期に最大値を示した後に低下し約0.38に近づくのに対し, 陽極酸化材は徐々に増加し摩耗試験終了後は0.35～0.38を示し，fretting摩耗における酸化膜のCOFへの影響は摩耗初期に効果的であることが判る．一方，OCPは未処理材ならびに1, 5分陽極酸化材は摩耗開始と共にOCPが低下し終了と共に増加するが, 10, 30分陽極酸化材ではOCP変化は検出されない．摩耗試験開始時のOCPと摩耗試験中のOCPの差（ΔE）は陽極酸化時間の増加とともに減少し，10, 30分陽極酸化材ではほぼゼロに等しい．1,5,10分間陽極酸化材では基板が露出し，露出面積は陽極酸化時間とともに減少していることから, 摩耗試験中のΔEは基材の露出面積に支配され，トライボコロージョン特性は10分以上の陽極酸化材で優れていると結論できる.

The applicant has developed TiNbSn alloy with low cytotoxicity and low elemental composition, low yield and high strength. In vivo, there is no trace of metal in the body, no trace of powder in the body, and no trace of biological influence. The anodic acidification of TiNbSn alloy was investigated. TiNbSn alloy (Ti-22.0 at. % Nb-2.1 at. % Sn) at 1423 K_24 h /1223 K_2 h in vacuum. After heat treatment, the sheet with thickness of 1 mm was fabricated. The anodic acidification was performed at intervals of 1, 5, 10, 30 minutes at a current density of 50 mA/cm2 in the electrolytic bath with the addition of H2O2 in aqueous Na tartrate solution. After the tissue surface analysis, the open loop potential (OCP) was measured and the coefficient of friction (COF) was determined. [Results] The COF of untreated materials decreased from the initial maximum value to about 0.38, and the COF of anodized materials increased from 0.35 to 0.38 at the end of the test. The COF of anodized materials decreased from 0.38 to 0.38 at the beginning of the test. On the other hand, OCP is not treated material, 1, 5 minutes anodized material, friction loss start, total OCP is low, total increase, 10, 30 minutes anodized material, OCP is not treated material. OCP at the beginning of wear test and OCP difference (ΔE) in wear test decrease with increasing anodizing time, 10, 30 minutes anodizing material decrease with decreasing anodizing time, 1, 5, 10 minutes anodizing material decrease with substrate exposed area, Δ E in wear test decrease with increasing anodizing time, Δ E in wear test decrease with substrate exposed area, Δ E in wear test decrease with increasing anodizing time, Δ E in wear test decrease with increasing anodizing time, Δ E in wear test decrease with decreasing substrate exposed area, Δ E in wear test decrease with increasing anodizing time, ΔE in wear test decrease with decreasing substrate exposed area, ΔE in wear test decrease with decreasing substrate exposed area. The anodized materials with excellent properties above 10 points in color and color characteristics are concluded.

项目成果

インプラント用Ti合金への骨伝導性の付与

为种植体钛合金添加骨传导性

生体用金属材料－ステンレスとチタンの比較－

生物应用金属材料-不锈钢和钛的比较-

• 发表时间: 2023
• 作者: Hanae Aoki;Katsuhiro Uchikoshi;Takamichi Miyazaki;Masato Ohnuma;Yoshik Honda;Nobukiyo Kobayashi;Shigehiro Ohnuma;Hiroshi Masumoto;正橋直哉
• 通讯作者: 正橋直哉

Fretting tribocorrosion properties of anodized TiNbSn implant alloy

• DOI: 10.1016/j.surfcoat.2023.129492
• 发表时间: 2023-04-13
• 期刊: SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY
• 影响因子: 5.4
• 作者: Kubota，M.;Masahashi，N.;Inoue，H.
• 通讯作者: Inoue，H.

インプラント用陽極酸化TiNbSn合金の光触媒活性

植入物阳极氧化TiNbSn合金的光催化活性

• 发表时间: 2023
• 作者: 久保田真彩;正橋直哉;畠山美樹;井上博之;花田修治
• 通讯作者: 花田修治

陽極酸化TiNbSn合金の光誘起機能

阳极氧化 TiNbSn 合金的光致功能

• 发表时间: 2022
• 作者: 正橋直哉;久保田真彩;目代貴之;森優;栗島宏明;井上博之,相澤俊峰,花田修治
• 通讯作者: 井上博之,相澤俊峰,花田修治