Functionalization of implant by bio-active coating with ion release and high bonding strength

通过具有离子释放和高粘合强度的生物活性涂层对植入物进行功能化

基本信息

批准号：
20H02448
负责人：
上田恭介
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

チタン製歯科インプラントの骨との迅速かつ強固な結合およびインプラント周囲炎予防を目的として、抗菌性元素含有生体内溶解性バイオアクティブガラスコーティングを試みた。コーティング膜として、骨適合性と生体内溶解性を有するSi-Ca-P-O系生体活性ガラスをベースとし、抗菌性元素(X=Ag, Cu, Zn)および溶解性制御元素(Ta)を添加したSi-Ca-P-O-Ta-X系生体活性ガラスに着目した。コーティング膜組成決定のために、ゾルゲル法にて元素添加生体活性ガラス粉末を合成した。ゾルゲル法による生体活性ガラスへのTa添加方法を確立し、Agとの共添加ガラス作製可能組成を明らかした。コーティングプロセスとしては、ゾルゲル・ディップコーティング法を用いた。本プロセスは安価で簡便にガラスやセラミックスコーティング膜を作製できるものの、基板との密着力が低いことが知られている。そこで、基板であるチタンをNaOH処理により活性化し、中間層を作製することで、基板と化学的に結合した生体活性ガラスコーティング膜作製を試みた。ゾル組成、ディップコーティング条件を制御することで、膜厚1マイクロメートルのコーティング膜を作製することができた。密着力も生体用コーティング膜に必要な15 MPaを超える高さをした。一方、基板面内での膜厚不均一性、添加元素とチタン基板との反応による深さ方向の不均一性といった問題点も明らかになった。今後は、上記課題を克服するコーティングプロセスを検討し、擬似体液浸漬試験における溶解性評価および大腸菌を用いた抗菌性評価を行っていく。スパッタリング法による生体活性ガラス膜作製についても検討し、CuおよびZn添加ガラスを作製することができた。こちらについても、擬似体液浸漬試験による抗菌性発現元素の溶解性および抗菌性を評価する。

为了快速、牢固地将钛金属种植体与骨粘合并预防种植体周围炎，我们尝试开发一种含有抗菌元素的生物可溶性生物活性玻璃涂层。涂层膜以具有骨相容性和生物可溶性的Si-Ca-P-O基生物活性玻璃为基础，添加抗菌元素（X=Ag、Cu、Zn）和溶解度控制元素（Ta），我们专注于Si-Ca-P-O。 -Ta-X基生物活性玻璃。为了确定涂膜的组成，采用溶胶-凝胶法合成了添加元素的生物活性玻璃粉末。我们建立了一种利用溶胶-凝胶法将Ta添加到生物活性玻璃中的方法，并阐明了可以生产与Ag共掺杂的玻璃的组成。使用溶胶-凝胶浸涂法作为涂覆工艺。尽管这种工艺可以很容易地以低成本生产玻璃或陶瓷涂层，但众所周知，它对基材的附着力较低。因此，我们尝试通过 NaOH 处理激活钛基材并创建中间层，从而创建一种生物活性玻璃涂层，该膜以化学方式结合到基材上。通过控制溶胶组成和浸涂条件，我们能够制备厚度为1微米的涂膜。粘附强度也高于15 MPa，这是生物涂层所需的。另一方面，也暴露出由于添加元素与钛基材的反应而导致基材表面内的膜厚不均匀、深度方向的不均匀等问题。未来，我们将研究克服上述问题的涂层工艺，并在模拟体液浸泡试验中进行溶解度评估以及使用大肠杆菌进行抗菌评估。我们还研究了通过溅射生产生物活性玻璃膜，并能够制造添加铜和锌的玻璃。在这里，将使用模拟体液浸泡试验来评估抗菌元素的溶解度和抗菌性能。

项目成果

期刊论文数量（52）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fabrication of Ag-doped amorphous calcium phosphate coating films by RF magnetron sputtering and their antibacterial activity

射频磁控溅射Ag掺杂非晶磷酸钙镀膜及其抗菌性能

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Ueda; J. Wu; K. Ito; K. Ogasawara; H. Kanetaka; T. Narushima
通讯作者：
T. Narushima

チタンの基礎と応用

钛的基础知识和应用

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
新家光雄;池田勝彦;成島尚之;中野貴由;細田秀樹
通讯作者：
細田秀樹

Phosphate and Borate Bioactive Glasses

磷酸盐和硼酸盐生物活性玻璃

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Ueda;T. Narushima
通讯作者：
T. Narushima

Effect of Niobium and Oxygen Contents on Microstructure and Mechanical Properties of α+β-Type Ti–(5–25)Nb–(0.5–1)O (mass%) Alloys for Biomedical Applications

铌和氧含量对生物医学应用 α+β 型 Ti–(5–25)Nb–(0.5–1)O (mass%) 合金微观结构和力学性能的影响

DOI：
10.2320/matertrans.mt-mla2022020
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
1.2
作者：
Ueda Kyosuke;Omiya Masahito;Kato Kotaro;Kanetaka Hiroyasu;Narushima Takayuki
通讯作者：
Narushima Takayuki

チタン合金の抗菌化表面処理

钛合金表面抗菌处理