新規構造体の創製による金属インプラント力学機能の生体模倣化

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報告者らは、種々のスケール、機能を有する材料の複合化による骨類似の低ヤング率、衝撃吸収性を併せ持つ構造体の創製を目指している。本年度では、粉末充填型ポーラス構造体が低ヤング率および高衝撃吸収性を示すことを明らかにするとともに、両力学機能の支配因子を解明するなど、これまで全く知られていなかった以下のような知見を見出し、学術論文、学会発表として発表した。1.「粉末」部と「壁」部を共存させただけの構造体は、最大応力到達後に破断していたのに対し、熱処理を行ない「粉末」部と「壁」部での物理的接着が認められた粉末充填型ポーラス構造体では、最大応力に到達後、一定の応力で変形が進行するプラトー領域の発現が認められた。さらに、熱処理時間の増大にともなうプラトー応力が上昇していた。以上の結果より、三次元形状設計および電子ビーム照射条件を最適化による、「粉末」部と「壁」部からなる新規複合構造体の創製が、生体骨組織類似の低ヤング率および高衝撃吸収性を有した材料の開発に有効であることが明らかとなった。2.粉末充填型ポーラス構造体のヤング率の、「壁」部の気孔率および気孔形状に対する強い依存性、さらに気孔形状の最適化による異方性の付与が明らかとなった。3.一方、衝撃吸収性は「粉末」部のマクロスケールの構造に強く依存した。さらに、複合則により導出された「粉末」部のヤング率はネックサイズ比の2乗に比例しており、複合構造体の力学機能制御には、「粉末」部に存在する粉末間のネックサイズ比の制御が重要であることが明らかとなった。