超低温合成・接合法による高性能生体材料の開発

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我々はこれまでに,水熱ホットプレス法(以下HHP法と省略)を用いることで,生体骨の主な無機成分であるハイドロキシアパタイト(HA)とチタン(Ti)が数μmにわたり傾斜し入れ替わる界面構造を有し,高い界面強度を有するHA/Ti接合体を,150℃もの低温で作製する方法を確立している.しかしながら,その接合形態は円柱状HAセラミックスと円柱状Tiバルク体の底面同士の接合であった.よって,この接合法を実用生体材料に応用するためには,円柱側面も含めたコーティン,すなわち被接合材料への全面HAコーティング法を確立することが重要である.本年度は,HHP法の原理を応用した二重構造カプセルを用いたHAコーティング法(ダブルカプセル法)を確立した.第一カプセルにHA出発原料であるリン酸水素カルシウム二水和物と水酸化カルシウムの混合粉とともにTi棒を入れる.この第一カプセルの周りをアルミナ粉末で覆うような形式で,第二カプセル中に第一カプセルとアルミナ粉末を封入する.こうして得られたカプセルをバッチ式オートクレーブを用い,温間等方静水圧プレス処理することで,50μm以下の膜厚を有するHAコーティングが得られた.カプセル作製の際,第二カプセル内部を減圧すること,ならびに,外界と完全に封鎖することが重要であるという知見を得た.得られたHAコーティング材を引抜試験に供したところ,Ti棒にHAが残留しており,破壊サイトはコーティング界面ではなく,HAコーティング内部であることが確認された.これより,HHP法の原理を応用したダブルカプセル法によるHAコーティングは,少なくとも4.5MPa以上の界面せん断強度を有し,かつ従来の方法では不可避であった熱分解が全くないHAコーティングが作製できることが示された.