生体融和チタン合金の自家骨結合過程における腐食疲労挙動とその機構の解明

阐明生物相容性钛合金自体骨整合过程中的腐蚀疲劳行为及其机制

基本信息

批准号：
17760092
负责人：
久森紀之
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Sophia University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760092/
关键词：
チタン合金腐食疲労アバタイト微細構造不動態アパタイト

项目摘要

生体融和チタン合金にアパタイト核が析出・成長する過程およびラビット大腿骨と十分に結合した試験体を用い,流動式擬似体液環境(既設)下における電気化学計測器と疲労試験を組み合わせた腐食疲労試験システムを利用した腐食劣化挙動を把握する.特に本年度は,破壊に寄与する腐食や力学のパラメータを変化させることで,安全・安心なインプラントデバイスの提案を行った.(1) き裂の発生に必要な力学的効果を応力振幅(Hz)および繰返し荷重をパラメータとし,アパタイト析出能および結合能に及ぼす隙間腐食挙動と力学条件の影響について検討した.その結果,定電位(1V)を与えた状態で疲労損傷を加えると,不動態皮膜の破壊に伴い流れる電流密度の値は,周波数に依存して上昇する,また,破断繰返し回数とΔKの関係から耐食性を考慮すると,かかる回数はΔKの増加に伴って大幅に減少する.すなわち,疲労き裂進展過程において疲労損傷が腐食損傷に影響を及ぼすことが示された.(2) インプラントしたアルカリ処理チタンを摘出した後,チタン合金とアパタイト析出層および骨結合層の界面(密着)における力学特性評価を行った.その結果,荷重一変位曲線をStage1〜3に分離することで骨組織との密着状態を詳細に検討することが可能であり,密着強度および密着エネルギーの向上は骨組織との生化学的密着(直接密着)によるものと考えられる.引き抜き時における骨とインプラント材との密着状態は,HA層内でのき裂発生,荷重が増加することに伴う骨へのき裂伝播,最終破壊の順に遷移することが明らかとなった.(3) チタン合金表面をアルカリ溶液で改質し,体内に埋入すると骨組成が傾斜構造で析出・成長する生体融和チタン合金を対象に長期間より安全に信頼性高い適用を目指し,チタン合金の弱部である隙間腐食と疲労損傷が同時に作用する相乗問題について解明した.

利用生物相容性钛合金中磷灰石核的沉淀和生长过程以及与兔股骨完全粘合的试样，将电化学测量仪器和流式模拟体液环境（现有）中的疲劳试验相结合的腐蚀疲劳试验。使用该系统了解腐蚀恶化行为。特别是，今年，我们通过改变导致断裂的腐蚀和机械参数，提出了一种安全可靠的植入装置。(1)以应力幅值（Hz）和重复载荷为参数，研究裂纹萌生所需的力学效应，研究缝隙腐蚀行为和力学条件对磷灰石析出能力和结合能力的影响。结果，恒定电位（1V），当施加疲劳损伤时，钝化膜被破坏。流过的电流密度的值根据频率而增加。此外，当从重复断裂次数和ΔK之间的关系考虑耐腐蚀性时，随着ΔK增加，重复断裂次数显着减少。影响开发过程中的腐蚀损伤。(2)去除植入的碱处理钛后，我们评估了钛合金、磷灰石沉淀层和骨结合层之间界面（粘附力）的力学性能。结果，载荷-位移曲线分为阶段1 3、骨可以详细检查与组织的密合状态，强度和粘附能的提高被认为是由于与骨组织的生化粘附（直接粘附）。拔出时骨与植入材料之间的粘附是由于HA内部出现裂纹所致很明显，这种转变按照裂纹扩展至骨骼和最终断裂的顺序发生（3）。钛合金的表面经过碱性溶液的改性，当植入体内时，骨成分会沉淀并以分级结构生长。我们的目标是长期安全可靠地应用这种生物相容性钛合金。阐明了缝隙腐蚀和疲劳损伤同时作用的协同问题。