Self-maintenance functionalization of titanium dental implants: addition of antibacterial activity and improvement of bone compatibility

钛种植牙的自我维护功能化：增加抗菌活性并提高骨相容性

基本信息

批准号：
18J10430
负责人：
上田隆統志
金额：
$ 1.22万
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：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度に続き、歯科用Ti製インプラントの抗菌機能化のため、熱酸化を用いたTi上における可視光応答型光触媒活性Au添加酸化チタン膜作製プロセスを検討した。プロセスとしては昨年度検討した100at%Au蒸着後大気酸化に加え、新たにTi-(60, 40)at%Au共蒸着後大気酸化を検討した。反応性DCマグネトロンスパッタリングは可視光応答型光触媒活性が得られなかったため除外した。第一に可視光照射下における抗菌能-膜密着力バランスの向上に取り組んだ。抗菌能は大腸菌を用いたガラス密着法、膜密着力はピン引抜試験により評価した。蒸着膜厚増加に伴い抗菌能は向上し、膜密着力は低下する傾向が見られた。抗菌能向上すなわち可視光応答化は固溶Auイオンに、膜密着力低下は酸化膜/基板界面に形成した金属間化合物(Ti3Au)に起因することが示された。抗菌能は100at%Au蒸着後大気酸化において最大となったが、最も優れた抗菌能-膜密着力バランスはTi-40at%Au共蒸着後大気酸化において得られた。酸化膜/基板界面のAu濃化を抑制しつつAuイオンを固溶させるプロセスが抗菌能-膜密着力バランスの向上に有効であった。第二に可視光照射下および暗所静置下における細胞増殖を評価した。細胞増殖はマウス骨芽細胞様細胞およびヒト歯肉線維芽細胞を用いたalamarBlueアッセイにより評価した。Au添加酸化チタン膜は最大の抗菌能が得られた100at%Au蒸着後大気酸化により作製した。鏡面研磨工業用純Ti上と比較すると、Au添加酸化チタン膜上の細胞増殖は可視光照射下において減少したが、暗所静置下において増殖した。すなわち、光照射条件による細胞毒性のコントロールが可能であることが示された。以上から、歯科用Ti製インプラント表面にて抗菌能と骨適合性を両立するプロセスとしてAu共蒸着後大気酸化が有力であることが示唆された。

继去年之后，我们研究了一种利用热氧化在钛上制造可见光响应光催化活性掺金氧化钛薄膜的工艺，以便为牙科钛种植体提供抗菌功能。工艺方面，除了去年研究的100at%Au蒸镀后的大气氧化外，我们还新研究了Ti-(60, 40)at%Au共蒸镀后的大气氧化。反应性直流磁控溅射被排除，因为无法获得可见光响应光催化活性。首先，我们致力于改善可见光照射下抗菌能力和膜粘附力之间的平衡。使用使用大肠杆菌的玻璃粘附法评价抗菌能力，并使用针拉力试验评价膜粘附性。随着沉积膜厚度的增加，抗菌能力提高，膜附着力有降低的趋势。结果表明，抗菌能力（即对可见光的响应性）的提高归因于固溶金离子，而膜附着力的降低归因于氧化膜/基材界面处形成的金属间化合物（Ti3Au）。 100at%Au气相沉积、大气氧化后抗菌活性最高，但Ti-40at%Au共蒸镀、大气氧化后抗菌活性-膜粘附平衡最佳。在抑制氧化膜/基板界面的Au浓度的同时固溶Au离子的过程对于改善抗菌能力和膜附着力之间的平衡是有效的。其次，在可见光照射下和在黑暗中静置的情况下评估细胞增殖。使用小鼠成骨细胞样细胞和人牙龈成纤维细胞通过alamarBlue测定评估细胞增殖。 100at% Au 沉积后，通过大气氧化制备了 Au 掺杂的氧化钛薄膜，从而产生了最大的抗菌活性。与镜面抛光的工业纯钛相比，掺金氧化钛薄膜上的细胞增殖在可见光照射下减少，但在黑暗中则增加。换句话说，表明可以通过光照射条件来控制细胞毒性。上述结果表明，Au共沉积后的大气氧化是在牙科钛种植体表面实现抗菌活性和骨相容性的有效过程。

项目成果

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专利数量（0）

二段階熱酸化によるチタンへの炭素・窒素含有TiO2膜の作製と可視光応答型光触媒活性

两步热氧化法制备钛表面含碳/氮的TiO2薄膜及可见光响应光催化活性

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
古泉隆佑;佐藤直生;上田隆統志;上田恭介;伊藤甲雄;小笠原康悦;成島尚之
通讯作者：
成島尚之

Visible-light-driven antibacterial properties of Au-added TiO2 layers formed by thermal oxidation

热氧化形成的添加 Au 的 TiO2 层的可见光驱动抗菌性能

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Ueda; N. Sato; K. Ueda; K. Ito; K. Ogasawara; T. Mokudai; H. Kanetaka;T. Narushima
通讯作者：
T. Narushima

Visible‐light‐responsive antibacterial activity of Au‐incorporated TiO 2 layers formed on Ti?(0?10)at%Au alloys by air oxidation

空气氧化Ti?(0?10)at%Au合金上掺Au TiO 2 层的可见光响应抗菌活性

DOI：
10.1002/jbm.a.36624
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
4.9
作者：
Ueda Takatoshi;Ueda Kyosuke;Ito Koyu;Ogasawara Kouetsu;Kanetaka Hiroyasu;Mokudai Takayuki;Niwano Yoshimi;Narushima Takayuki
通讯作者：
Narushima Takayuki

Au蒸着Ti基板の大気酸化によるAu添加TiO2膜の作製およびその可視光誘起抗菌能

沉积金钛基体大气氧化制备金掺杂TiO2薄膜及其可见光抗菌活性