柔らかくて強い、生体骨に近い特性の金属材料を開発：医療機器ニュース

東北大学は、生体骨に匹敵する柔らかさと高い耐摩擦性を両立させた、新規コバルトクロム系生体用金属材料を共同開発した。人工関節やボーンプレート、ステントなどへの応用が期待できる。

[MONOist]

　東北大学は2022年5月19日、生体骨に匹敵する柔らかさと高い耐摩擦性を両立させた、新規CoCr（コバルトクロム）系生体用金属材料を開発したと発表した。日本原子力研究開発機構、J-PARCセンター、チェコ科学アカデミーとの共同研究による成果となる。

　生体用金属材料は、ステンレス鋼、CoCr合金、Ti（チタン）合金などが主に利用されている。既存のCoCr合金は耐摩擦性に優れているものの、応力とひずみの比であるヤング率が生体骨の約10倍も高く、柔らかさに欠けることが課題となっている。

　新たに開発した金属材料は、コバルトとクロムを主成分とし、アルミニウムとシリコーンを添加したCo-Cr-Al-Si合金だ。

開発した新規CoCr系生体用金属材料単結晶の写真 出所：東北大学

　単結晶材料には、結晶の方向ごとに弾性的特性が異なる性質「弾性異方性」があるが、体心立方構造の新規CoCr合金は、面心立方構造の既存CoCr合金と比べて大きな弾性異方性を持つ。例えば＜110＞方向では極めてヤング率が高く、＜100＞方向ではヤング率が低い。

　新規CoCr合金は、ヤング率の低い＜100＞方向の単結晶を用いることで、生体骨と同等の柔らかさを得られた。一般的な生体用金属材料では、ヤング率が低いと耐摩擦性も低くなるが、新規CoCr合金の耐摩擦性は既存CoCr合金に匹敵するほど高い。また、1.65％もの大きな変形に対して1000万回以上の疲労寿命を示し、高い耐食性があることも分かった。

a：従来の生体用金属材料におけるヤング率と耐摩耗性の関係および新規CoCr合金の位置付け、b：1.65％ひずみにおける1000万回疲労試験前後の力学的特性［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　超弾性ひずみは17％と高く、ステントや多機能性生体材料への応用が期待できる。既存の超弾性合金として知られているNiTi（ニッケルチタン）合金でも、超弾性ひずみは8％程度だ。

a：新規CoCr合金における超弾性特性、 b：従来の生体用金属材料における回復ひずみと耐食性の関係および新規CoCr合金の位置付け［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　このように、新規CoCr合金は耐食性、耐摩耗性、超弾性特性に優れ、ヤング率が低いことから、人工関節やボーンプレート、ステント、ガイドワイヤなどへの応用が期待できる。