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大阪大学、3Dプリンターで生体の骨に似た性質を備えた人工骨素材を開発

大阪大学大学院工学研究科の中野貴由教授らの研究グループが、金属3Dプリンターを使用し、生体の骨に似た性質を備える合金素材を開発したと2022年11月29日に発表した。

同研究科は2017年にバイオハイエントロピー合金(BioHEA)を設計し、ある程度の強度と生体親和性を示す材料の創製に成功したが、実用化にはさらなる高強度化に加えて低弾性と高加工性が必要だった。

開発した新材料は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデンで構成される6元系BioHEAだ。パラメーター合金設計法により、従来開発の5元系BioHEAに対し、毒性の低いハフニウムを加えた6元系へと構成元素を増加させた。また、レーザーを熱源とする金属3Dプリンティングを用いた強制固溶により強度を高めることに加え、生体親和性の向上にも成功している。

今回の製法で作成されたBioHEAは同組成の鋳造ハイエントロピー合金(HEA)と比較して、加工性を保ちつつ、強度は約1.4倍の1300MPa超に高まった。医療デバイスのカスタム機能化への貢献だけでなく、高融点元素で構成されることから航空宇宙材料部材への応用も見込まれる。

こうしたAM法による材料は、骨代替用バイオマテリアルとして人工関節や脊椎スペーサー、骨固定デバイスなどに適用可能だ。すでにインプラントメーカーとの共同研究により、医療用材料としての実用化を視野に入れて研究を進めている。また、高温耐熱材料にも拡張することで航空/宇宙材料の力学特性カスタム化にも応用可能だ。

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