革新的Mg合金製の生体吸収性医療機器開発
研究課題情報
- 課題管理番号
- 18im0210807h0002
- 9つの連携分野プロジェクト
その他<第一期>
- 事業名
医療分野研究成果展開事業
- タグ(2018)
研究の性格: 医薬品・医療機器等の開発を目指す研究<医療機器開発につながるシステム開発を含む>
開発フェーズ: 基礎的
承認上の分類: 医薬品
対象疾患: 循環器系の疾患
- タグ(2017)
研究の性格: 医薬品・医療機器等の開発を目指す研究<医療機器開発につながるシステム開発を含む>
開発フェーズ: 基礎的
承認上の分類: 医薬品
対象疾患: 循環器系の疾患
- 代表研究機関
- 国立大学法人熊本大学
- 研究代表者
(2018) 河村能人, 国立大学法人熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター センター長・教授
(2017) 河村能人, 国立大学法人熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター センター長 教授
- 研究期間
- 2017年度 - 2018年度
- 課題への総配分額
- 39,961 千円
- 研究概要(2018)
- 純国産の生体吸収性Mgステント(心臓血管用と脳動脈瘤用)の実現を目指して、生体吸収性KUMADAI 超急冷Mg合金製ステントを開発し、その実用可能性を実証して、「前臨床試験」に展開する。
- 研究概要(2017)
- 本研究開発では、「革新的Mg合金製の生体吸収性医療機器開発」を目的に、(1)-① KUMADI超急冷マグネシウム合金の合金設計とプロセス開発、(1)-② KUMADAI超急冷マグネシウム合金の腐食性及び生体吸収性評価、(2)-① KUMDAI超急冷マグネシウム合金細管加工技術の確立、(2)-② KUMADAI超急冷マグネシウム合金再選加工技術の確立、(3)-① 冠動脈向けKUMADAI超急冷マグネシウム合金ステントの動物実験等による生体適合性評価を実施した。 (1)-①:LPSO相の体積分率を変化させたMg-Zn-Y合金を作製し、機械的性質、耐食性を評価した。Mg97.25Zn0.75Y2合金において、降伏強度380 MPa、伸び9%の機械的性質を示した。耐食性においても、作製したMg98. 5Zn0.5Y1合金と比較して良好な耐食性を示した。 (1)-②:マウスへのKUMADAI超急冷マグネシウム埋込試験を行い、腐食性及び生体吸収性の評価を実施した。またポリマーでコーティングしたマグネシウム合金は耐食性を低下せることが明らかとなった。 (2)-①:細管加工条件を探るために、 KUMADI超急冷マグネシウム合金の超塑性特性の調査を実施し、その基礎データを得ることができた。そのデータをもとに、汎用マグネシウム合金(AZ31)およびKUMADI超急冷マグネシウム合金(Mg-Zn-Y)を用いて一次細管を作製し、表面粗さと変肉率の評価を実施した。 (2)-②:東邦金属が独自に所有する伸線加工技術を基に、線径30 µmのKUMADAI超急冷マグネシウム合金ワイヤーの作製に成功しており、その最適製造条件の調査と供給体制構築を実施している。 (3)-①: ZnやYといった添加元素の割合を変化させ、腐食、吸収速度、周辺組織への変化を比較検討した。一方で、ベアメタルステントの作製が遅れているため、早急に供給体制を構築後、各特性の評価を実施していく。
研究成果情報
2018
2017
成果の概要
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本研究開発では、「革新的Mg合金製の生体吸収性医療機器開発」を目的に、(1)KUMADAI超急冷マグネシウム合金の合金設計とプロセス開発、(2)KUMADAI超急冷マグネシウム合金の表面処理技術開発、(3)KUMADAI超急冷マグネシウム合金細管加工技術の確立、(4)KUMADAI超急冷マグネシウム合金細線加工技術の確立、(5)冠動脈向けKUMADAI超急冷マグネシウム合金ステントの動物実験等による生体適合性評価、(6)脳動脈向けKUMADAI超急冷マグネシウム合金ステントの動物実験等による生体適合性評価を実施した。熊本大学は(1)から(5)を担当して進めた。実施状況は以下の通りである。(1)KUMADAI 超急冷マグネシウム合金の合金設計とプロセス開発: 競合材料であるBiotronic社のWE43合金と同等の伸びと疑似体液中耐食性を持ちながらWE43の1.6倍の耐力を持つKUMADAI 超急冷マグネシウム合金を開発することができた。また、KUMADAI 超急冷マグネシウム合金が高速超塑性を示すとこを明らかにするとともに、その超塑性特性を明らかにした。(2)KUMADAI超急冷マグネシウム合金の表面処理技術開発: 高耐食性を示す表面処理法を開発することができた。(3)KUMADAI超急冷マグネシウム合金細管加工技術の確立: 押出加工により、偏肉率2.6~4%・外径3mm・長さ300mmのKUMADAI超急冷マグネシウム合金製一次細管を作製することができた。また、KUMADAI超急冷マグネシウム合金の電解研磨技術の目途を立てることができた。冠動脈向け模擬ステント(ストラット厚75μm、壁面開口率70%)の試作に成功した。(4)KUMADAI超急冷マグネシウム合金細線加工技術の確立: 線径30μmで500MPa以上の耐力を持つ細線を作製することができた。KUMADAI超急冷マグネシウム合金細線から脳動脈瘤用の編込み型ステントの試作に成功した。(5)冠動脈向けKUMADAI超急冷マグネシウム合金ステントの動物実験等による生体適合性評価: KUMADAI超急冷マグネシウム合金製の冠動脈向け模擬ステントのブタ留置実験を実施し、血管再狭窄・決戦閉塞・炎症細胞浸潤のいずれも認められないという良好な結果が得られた。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. T.-K. Lee, M. Yamasaki, Y. Kawamura, High-strength AZ91 alloy fabricated by rapidly solidified flaky powder metallurgy and hot extrusion, J.-B. Go, S. -H. Park, Metals and Materials International, 2019 25 372-380.
2. T.-K. Lee, M. Yamasaki, Y. Kawamura, Y.-M. Lee, C. -S. Lee, High strain-rate superplasticity of AZ91 alloy achieved by rapidly solidified flaky powder metallurgy, Materials Letters, 2019 234 245-248.
3. Hosokawa, S, Stellhorn, J.R., Paulus, B., Maruyama, K., Kobayashi, K, Okuda, H, Yamasaki, M, Kawamura, Y, Sato, H, The seeds of Zn6Y8 L12-type clusters in amorphous Mg85Zn6Y9 alloy investigated by photoemission spectroscopy, Journal of Alloys and Compound, 2018 764 431-436.
4. Hosokawa, S, Maruyama, K, Kobayashi, K, Stellhorn, J.R, Paulus, B, Koura, A, Shimojo, F, Tsumuraya, T, Yamasaki, M, Kawamura, Y, Yoshioka, S, Sato, H, Electronic structures and impurity cluster features in Mg-Zn-Y alloys with a synchronized long-period stacking ordered phase, Journal of Alloys and Compound, 2018 762 797-805.
5. Hosokawa, S, Stellhorn, J.R, Klee, B.D., Pilgrim, W.-C, Okuda, H, Yamasaki, M, Kawamura, Y, Blanc, N, Boudet, N, Seeds of L12 clusters in amorphous Mg85Zn6Y9 alloy observed via anomalous X-ray scattering, Applied Physics Express, 2018 11 Art. No. 071402.
6. Matsumoto, T, Yamasaki, M, Hagihara, K, Kawamura, Y, Configuration of dislocations in low-angle kink boundaries formed in a single crystalline long-period stacking ordered Mg-Zn-Y alloy, Acta Materialia 2018 151 78-81.
7. Fujita, N, Matsushita, M, Tsukamoto, R, Yamasaki, M, Kawamura, Y, Irifune, T, Abe, E, The structure of a novel long-period superlattice phase in Mg97Zn1Yb2 alloys, Scripta Materialia 2018 151 78-81.
8. Inoue, S, Yamasaki, M, Kawamura, Y, Oxidation behavior and incombustibility of molten Mg-Zn-Y alloys with Ca and Be addition, Corrosion Science 2019 149 133-143.
9. El-Tahawy, M., Mathis, K., Garces, G, Matsumoto, T, Yamasaki, M, Kawamura, Y, Gubicza, J, Type and density of dislocations in a plastically deformed long-period stacking ordered magnesium alloy, Journal of Alloys and Compounds 2019 771 629-635.
10. Hagihara, K., Li, Z, Yamasaki, M, Kawamura, Y, Nakano, T, Strengthening mechanisms acting in extruded Mg-based long-period stacking ordered (LPSO)-phase alloys, Acta Materialia 2019 163 226-2391.
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. マルチモダール微細組織制御によるMg-Zn-Y至急速凝固合金の高靭性化, 口頭, 西本宗矢, 井上晋一, 山崎倫昭, 河村能人, 平成30年度合同学術講演会(日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部・軽金属学会九州支部・北九州市共催), 2018/6/23, 国内.
国内 / 口頭
2. 急速凝固Mg-Y, Mg-Zn,及びMg-Zn-Y合金の腐食挙動, 口頭, 一ノ瀬祐希, 井上晋一, 山崎倫昭, 河村能人, 平成30年度合同学術講演会(日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部・軽金属学会九州支部・北九州市共催), 2018/6/23, 国内.
国内 / 口頭
3. Mg-Zn-Y系合金展伸材の腐食及びSCC挙動, 口頭, 川上智大, 井上晋一, 山崎倫昭, 河村能人, 平成30年度合同学術講演会(日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部・軽金属学会九州支部・北九州市共催), 2018/6/23, 国内.
国内 / 口頭
4. Mg-Zn-Gd系合金の腐食挙動における熱処理の影響, 口頭, 黒岩和則, 井上晋一, 山崎倫昭, 河村能人,平成30年度合同学術講演会(日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部・軽金属学会九州支部・北九州市共催), 2018/6/23, 国内.
国内 / 口頭
5. 多様なミルフィーユ構造を有する新規Mg合金の創製, 口頭, 河村能人:日本金属学会2018年秋期講演大会, 2018/9/19, 国内.
国内 / 口頭
6. ミルフィーユ型マグネシウム合金のキンク強化におよぼす材料組織の影響調査, 口頭, 江草大佑,山崎倫昭,河村能人,阿部英司, 軽金属学会第135回秋期大会, 2018/11/10, 国内.
国内 / 口頭
7. Deformation mechanisms in direct solidified Mg-LPSO alloy during uniaxial compression, 口頭, Daria Drozdenko, Kristian Mathis, Michiaki Yamasaki, Yoshihito Kawamura, 軽金属学会第135回秋期大会, 2018/11/10, 国内.
国内 / 口頭
8. Mg基LPSO合金におけるキンク界面形成が加工硬化と歪み緩和に及ぼす影響, 口頭, 松本 翼,山崎倫昭,染川英俊,萩原幸司,河村能人, 軽金属学会第135回秋期大会, 2018/11/10, 国内.
国内 / 口頭
9. 多様なミルフィーユ構造を持つ新規Mg合金の創製, 河村能人, 軽金属学会第135回秋期大会, 2018/11/10, 国内.
国内 /
10. ミルフィーユ構造形成過程評価のための放射光その場測定法の拡張の検討, 口頭, 奥田浩司,山崎倫昭,河村能人,木村滋, 軽金属学会第135回秋期大会, 2018/11/10, 国内.
国内 / 口頭