Strategy for biometallic implant design based on the control of cathodic reaction

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金属製インプラントの耐食性の向上を表面皮膜改質と数値計算に基づくインプラント形状最適設計手法の確立によって実現するために、検討項目を事象解明、表面改質、数値モデル化の3つに大別して研究を行うことにしている。本年度はインプラント上に生成する酸化被膜上でのカソード反応を模擬生体環境中で、研究代表者らが考案した電流制御分極法により評価するとともに、表面改質法として電気化学プロセスのひとつであるアノード酸化法により電解液中の化学種の取り込みによる酸化被膜の電子物性制御の可能性に関して検討した。模擬生体環境中でのアノード酸化によりチタン表面に酸化皮膜を形成して、その表面での酸素還元反応速度を模擬生体環境中での電流制御分極法により評価した結果、模擬生体環境で生成した表面酸化皮膜上では模擬生体環境でない場合と比較して、酸素還元反応が抑制されることが分かった。またホウ酸、リン酸またはモリブデン酸アニオンを含む電解液中でチタンのアノード酸化を行い、アニオンの取り込みによる酸化皮膜の電子物性変化について調査した。電子物性評価には電気化学インピーダンス測定から算出した皮膜の電気容量を用いたMott-Schottkyプロットを用いた。アノード酸化により作製した、いずれの酸化皮膜のMott-Schottkyプロットは正の傾きをもつ直線を示し、アノード酸化によりチタン表面に形成した酸化皮膜はn型半導体として機能していることが分かった。直線の傾きから算出されるドナー密度はアノード酸化電圧や電解液に含まれるアニオンの種類により変化することが分かった。このことからアノード酸化によりチタン表面に形成する酸化皮膜の電子物性を制御できることが明らかとなった。