窒素ドープ酸化チタン表面改質による可視光応答抗菌活性インプラントアバットメント

氮掺杂氧化钛表面改性的可见光响应抗菌活性种植体基台

• 批准号: 20K18589
• 负责人: 岩津 実里
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K18589/
• 关键词: 窒素ドープ酸化チタン; 可視光応答型光触媒活性; インプラント周囲炎; 抗菌効果; 活性酸素種

本研究は、窒素ドープ二酸化チタン（N-doped TiO2）の作製方法の更なる検討と、その有効性及び生物学的安全性について検討を行い、可視光照射下で有効な抗菌効果を発揮するN-doped TiO2の作製条件と可視光照射条件の最適化を目的としている。本年度は、試料の作製と各試料の表面分析、可視光照射下での抗菌試験を計画し、研究を実施した。具体的には、純チタンを研磨し、水酸化ナトリウムと温水に浸漬後、管状電気炉を用いて500℃、600℃、700℃の各温度にて3時間アンモニア雰囲気中で加熱処理を行うことで窒素ドープ酸化チタン試料（以下、500-3h、600-3h、700-3hとする）の作製を行った。作製した試料表面に存在する元素の確認と定性・定量分析を行うためX線光電子分光分析装置（XPS）を用いて表面の観察を行った。さらに、試料に蒸着した薄膜の密度や結晶性などを調べるため薄膜X線回折装置（TF-XRD）による分析を行った。XPS分析から、加熱処理温度が高くなるにつれ試料にドープした窒素量も増加することが示唆された。また、XRD分析から700℃で加熱処理した試料表面の改質層にはアナターゼ型二酸化チタンが形成されていないことが示唆された。この原因としては、加熱処理の際に用いたアンモニアに含有される水素により還元反応が大きく進み、二酸化チタンよりも酸素が欠乏した状態の酸化チタンが形成されたと予想される。今年度は、新型コロナウイルス感染症の流行により研究室への立ち入りが制限されるなど感染症拡大予防から研究活動も制限され、必要消耗品に関しても品薄で入手しにくい状態となったため購入できない期間があった。また、研究過程で電気炉の不具合がみつかり、途中サンプル作製ができない状態であったが、現在は修理を終え正常に稼働している。以上の理由から当初の研究計画よりも大幅に遅れが生じることとなった。

在本研究中，我们将进一步研究氮掺杂二氧化钛（N-掺杂TiO2）的生产方法，检验其有效性和生物安全性，并证明氮掺杂二氧化钛（N-掺杂TiO2）表现出有效的抗菌作用目的是优化掺杂TiO2的生产条件和可见光照射条件。今年，我们策划并开展了样品制备、每个样品的表面分析以及可见光照射下的抗菌测试等研究。具体地，将纯钛抛光，浸入氢氧化钠和热水中，然后使用氮掺杂的管式电炉在氨气氛中在500℃、600℃和700℃的温度下热处理3小时。制备氧化钛样品(下文中称为500-3h、600-3h和700-3h)。为了确认制备的样品表面上存在的元素并进行定性和定量分析，使用X射线光电子能谱仪(XPS)观察表面。此外，我们使用薄膜X射线衍射装置（TF-XRD）进行分析，以检查沉积在样品上的薄膜的密度和结晶度。 XPS分析表明，随着热处理温度的升高，样品中氮的掺杂量增加。此外，XRD分析表明，在700℃热处理的样品表面的改性层中没有形成锐钛矿型二氧化钛。推测其原因在于，热处理时使用的氨中含有的氢使还原反应显着进行，生成了比二氧化钛更缺乏氧的氧化钛。今年，由于新型冠状病毒感染疫情的爆发，实验室出入受到限制，研究活动也受到限制，以防止感染蔓延，必要的耗材也紧缺且难以获得，因此将会出现无法购买的时期有。另外，在研究过程中，发现电炉出现问题，无法制备样品，但目前已修复并正常运行。由于上述原因，原定的研究计划出现了较大的延误。