高機能生体材料創製を可能とする先進プラズマ表面処理プロセスの開発

开发先进的等离子表面处理工艺，能够创建高功能的生物材料

• 批准号: 14J07212
• 负责人: 佐藤 こずえ
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J07212/
• 关键词: 生体材料; 表面処理; プラズマ; 生体安全性; 耐食性; 発光分光分析; X線光電子分光法; グロー放電プラズマ; Co-Cr-Mo合金; チタン合金; 生体適合性

Co-Cr-Mo合金は、主に人工股関節に使用されてきたが、近年では血管狭窄部の治療に用いられるステント用材料として期待が高まっている。ステント材として利用するためには複雑かつ細かな機械加工が必要となるが、一般にCo-Cr-Mo系合金は加工性に劣るため、この性質を改善する目的でNiが添加される。しかし、Niは生体毒性が指摘されているため体内への溶出抑制が不可欠である。医療用生体材料として近年開発されたCo-Cr-Mo合金は、表面処理の研究開発の歴史が浅く、その技術は発展途上の段階である。したがって、Niの溶出の抑制が可能な新たな表面処理法の開発が必要となっている。昨年度の研究において見出した中空陰極型グロー放電プラズマ表面処理を利用することにより、従来法である平行平板型陰極を使用した酸素グロー放電プラズマ処理と比較して、材料表面上の成膜形成速度が6倍程度改善した。この高効率なシステムを活かして、耐食性の優れる表面皮膜を作製するのが本年度の研究目的である。具体的には、生体安全性の観点から、不動態であるCr2O3のみを構成要素とする表面酸化皮膜の生成を目指す。本年度の研究では、陰極材を純 Cr に変更して実験を行った。プラズマガスの違いにより、異なる特性を持つ表面酸化皮膜が形成することが明らかになった。特に、O2 ガスを用いた場合は、Cr 酸化物のみからなる皮膜を形成させることに成功した。また、Ar および Ne ガスとの相違点は、皮膜の成長速度である。O2 ガスを利用した場合では、成膜速度が大きくなることが判明した。このことから成膜に際して、O2 ガスを利用した場合では、イオン励起種による陰極スパッタリングに加え、プラズマ内で生成された酸素の励起種も表面皮膜形成における酸化反応に積極的に関与することが考えられる。

Co - Cr - Mo alloy は section, the main に artificial masato に use さ れ て き た が, recent で は vessel stenosis therapy に の with い ら れ る ス テ ン ト materials と し て expect high が ま っ て い る. ス テ ン ト material と し て using す る た め に は complex 雑 か つ fine か な machining が necessary と な る が, general に Co - Cr - Mo alloy は processability に substandard る た め, こ の nature を improve す る purpose で Ni が add さ れ る. The biotoxicity of が, されて るため るため, るため in vivo へ, and the inhibition of <s:1> dissolution が should not be lacking in である. Raw material for medical use と し て in recent years, open 発 さ れ た は Co - Cr - Mo alloy, surface 処 の research open 発 が shallow く の history, そ の technology は 発 exhibition on の way Duan Jie で あ る. Youdaoplaceholder0 たがって, Ni <s:1> dissolution <e:1> inhibition が may な new たな surface treatment method <e:1> development が necessary となって る る る. Out yesterday's annual の research に お い て し た type hollow cathode グ ロ ー discharge プ ラ ズ マ surface 処 reason を す る こ と に よ り, 従 to で あ る parallel flat cathode を use し た acid element グ ロ ー discharge プ ラ ズ マ 処 Richard と compare し の て, material surface film formation speed 6 times が degree improve し た. <s:1> <s:1> high efficiency なシステムを live て て, <s:1> excellent edibility れる surface film を production する が が research purpose of <s:1> this year である. Specific に は, body safety の 観 point か ら, dynamic で あ る Cr2O3 の み を elements と す る surface acidification skin membrane の generated を refers す. This year, the research on で で and the transformation of を pure Cr に in cathode materials into <s:1> て experiments を is conducted on った. プ ラ ズ マ ガ ス の violations い に よ り, different な る features を が acidification skin membrane formation on the surface of holding つ す る こ と が Ming ら か に な っ た. に, O2 ガ ス を with い は た occasions, Cr acidification の み か ら な る を skin membrane formation さ せ る こ と に successful し た. Youdaoplaceholder0, Ar および, Ne ガスと,, the conflicting point および, the growth rate of the membrane である. O2 ガスを is determined by using the <s:1> た situation で and the が large <s:1> くなる とが とが とが とが とが とが とが とが. こ の こ と か ら film-forming に interstate し て, O2 ガ ス を using し た occasions で は, イ オ ン wound up kinds of に よ る cathode ス パ ッ タ リ ン グ に え, プ ラ ズ マ formation さ で れ た acid element の skin membrane formation on the surface of wound up kinds of も に お け る acidification anti 応 に positive に masato and す る こ と が exam え ら れ る.

项目成果

Biocompatible surface treatment of a Ti alloy with an oxygen glow-discharge plasma and formation mechanism for the plasma-induced oxide layer

氧辉光放电等离子体钛合金生物相容性表面处理及等离子体诱导氧化层的形成机制

• 发表时间: 2015
• 作者: Kozue Satoh;Kazuaki Wagatsuma
• 通讯作者: Kazuaki Wagatsuma

銅圧延板における集合組織成分による転位密度分布とその回復挙動

位错密度分布及其恢复行为取决于轧制铜板中的织构成分

• 发表时间: 2014
• 作者: 佐藤こずえ;佐藤成男;鈴木茂;我妻和明
• 通讯作者: 我妻和明

東北大学金属材料研究所分析科学研究部門我妻研究室

东北大学材料研究所分析科学研究部吾妻实验室

Formation mechanism of toxic-element-free oxide layer on Tiー6Alー4V alloy in d.c. glow discharge plasma with pure oxygen gas

纯氧气直流辉光放电等离子体中Ti-6Al-4V合金无毒元素氧化层的形成机理

• DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.05.080
• 发表时间: 2016
• 期刊: Surf. Coat. Technol.
• 作者: K. Satoh;S. Sato;K. Wagatsuma
• 通讯作者: K. Wagatsuma

Surface modification of Co-Cr-Mo alloy using a hollow cathode type oxygen glow discharge plasma and the characterization by optical emission and X-ray photoelectron measurements

使用空心阴极型氧辉光放电等离子体对 Co-Cr-Mo 合金进行表面改性，并通过光学发射和 X 射线光电子测量进行表征

• 发表时间: 2016
• 作者: K. Satoh;K. Shimasaki;K. Wagatsuma
• 通讯作者: K. Wagatsuma