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Development of ceramic artificial bones with superior damage tolerance properties

开发具有优异损伤耐受性的陶瓷人造骨

基本信息

批准号：
22H03948
负责人：
横井太史
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Tokyo Medical and Dental University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

セラミックスの構造材料における脆性破壊の抑制は極めて重要な研究課題である。セラミックス製のバイオマテリアルに人工骨がある。高齢者に用いられているヒドロキシアパタイト焼結体は生体内で分解吸収されないため、長期間に渡って荷重を支え続ける必要があり、一種のセラミックス構造材料と見なすことができる。これまでに、結晶化ガラスを用いてセラミックス製人工骨の高強度化が図られてきたが、現実的には脆性破壊の根本的な解決には至らず、一時的に実用化されたものの、現在は生産が中止されている。結晶化ガラスに代わって現在はヒドロキシアパタイト焼結体が用いられているが、脆性破壊への対策は行われていない。これに対して研究代表者は、貝殻の真珠層の構造に着目した。真珠層は炭酸カルシウムとポリマーの複合材料であり、これらがレンガ／モルタル構造を形成している。この特異な構造がき裂の直進を妨げ、材料を強靭化している。このような構造を人工的に作製することができれば、損傷許容性に優れる人工骨を得られると考えた。ここで研究代表者が考案したのは、カルボン酸含有層状リン酸カルシウムを熱分解することによって、リン酸カルシウム層とカルボン酸の熱分解で生成したアモルファスカーボン層が積層したミルフィーユ構造が自発的に形成され、この層状構造が材料中のき裂の直進を妨げることで、材料の損傷許容性を向上させるのではないか、というものである。本研究では、イソフタル酸含有層状リン酸カルシウムを作製し、これを熱分解・焼結することによって得られた材料の機械的・生物学的性質を明らかにし、損傷許容性に優れる新規人工骨の設計と合成の指針を明らかにすることを目指す。

セラミックスのStructural MaterialsにおけるBrittle Breakage Suppressionは Extremely ImportantなResearch Topicである. Artificial Bone Artificial Bone made by SuraMiltech. For those with high age, it is recommended to use いられているヒドロキシアパタイト焼structure, which is decomposed and absorbed in the body, long-term A kind of のセラミックス structural material と见なすことができる.これまでに, crystallized ガラスをいてセラミックスのhigh-strength が図られてきたが, and genには made from いてセラミックスThe fundamental solution to the brittle breakdown has been resolved, the temporary solution has been eliminated, and the current production has been suspended. Crystallized Gyroscopeが用いられているが、brittle broken 壊への対 Ceは行われていない. He is a representative of research on the nacreous structure of shells and his research on the structure of nacre. The nacre layer is made of carbonic acid carbonate composite materials, and the structure is made of natural nacre. It has a unique structure and a cracked, straight forward structure, and the material has been strengthened and toughened. The structure of the artificial bone is the same as the artificial bone, and the damage tolerance is the same as the artificial bone.ここでRepresentative of research, したのは, カルボン acid containing layered リン acid カルシウムを thermal decomposition するThermal decomposition of ことによって, リン acid カルシウム layer とカルボン acid の thermal decomposition したアモルファスカーボThe laminated layer structure is formed by the layered structure and the cracks in the material are formed by the layered structure. Straight forward を hinder げることで, material damage tolerance を upward させるのではないか, というのである. In this study, the material containing layered リン acid カルシウムを was produced using thermal decomposition and pyrolysis of これを. The mechanical and biological properties are clear, the damage tolerance is excellent, the new artificial bone design is synthetic, the pointer is clear and the eye is clear.