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  1. 学位論文
  2. 博士論文
  3. 学位授与年月日:2017.03.24

Manipulation of Silicon Nitride Biomaterial Surfaces for Enhanced Osteoconductivity and Bacteriostasis

http://hdl.handle.net/10212/2398
http://hdl.handle.net/10212/2398
18273ffa-6753-4141-9bae-266f5f96df8e
名前 / ファイル ライセンス アクション
D2-0206_h1.pdf 全文 (7.7 MB)
D2-0206.pdf 内容・審査結果の要旨 (161.8 KB)
Item type 学位論文 / Thesis or Dissertation(1)
公開日 2019-01-15
タイトル
タイトル Manipulation of Silicon Nitride Biomaterial Surfaces for Enhanced Osteoconductivity and Bacteriostasis
言語 en
その他のタイトル
その他のタイトル 骨伝導性および静菌性を高めるための窒化ケイ素生体材料における表面処理
言語 ja
作成者 ボック, ライアン マシュー

× ボック, ライアン マシュー

en Bock, Ryan Matthew

ja ボック, ライアン マシュー

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アクセス権
アクセス権 open access
アクセス権URI http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 Silicon nitride
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 SiYAlON
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 surface modification
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 surface chemistry
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 orthopaedic implants
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 biomaterial
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 bioceramic
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 surface charge
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 wetting
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 osteosarcoma
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 SaOS-2 cells
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 bacteria
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 bacteriostasis
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 hydroxyapatite formation
内容記述
内容記述タイプ Abstract
内容記述 Silicon nitride (Si3N4) has a distinctive combination of material properties desirable for orthopaedic implants, such as high strength and fracture toughness, phase stability, biocompatibility, hydrophilicity, radiotranslucency and resistance to biofilm formation. Its unique oxynitride surface, populated by native amino- and hydroxyl-terminated functional groups, lends itself to easy tuning via simple thermal, chemical, and mechanical treatments. In this thesis, Si3N4 surfaces subjected to various treatments, such as grinding and polishing, chemical etching, and annealing in nitrogen or air, were characterized using a variety of microscopic and spectroscopic techniques, streaming potential measurements, and static contact angle measurements. Significant differences in surface properties were observed with isoelectric points ranging from 2 to 5.6, and moderate to extremely hydrophilic water contact angles varying from ~65° to ~8°. With promising surface properties observed, in vitro tests using cells from the SaOS-2 line were employed for an assessment of the modified surfaces’ osteoconductive potential. While all Si3N4-derived surfaces were found to encourage osteoid production and mineralization, samples annealed in N2 exhibited by far the greatest volume of deposited hydroxyapatite. Further observation revealed that the cells preferentially clustered on islands of SiYAlON phase at the surface of these samples. Motivated by this result, a synthetic glaze designed to mimic the composition of the SiYAlON islands was applied to Si3N4 substrates and subjected to a similar battery of tests. As hypothesized, the glazed surfaces induced even more osteoid formation and mineralization than their N2-annealed precursors. In vitro testing was also employed to observe potential inhibition to biofilm formation by Staphylococcus epidermidis and Escherichia coli, both commonly responsible for post-surgical infection, due to changes in surface chemistry. It was found that treated surfaces retained all or most of as-fabricated Si3N4’s inherent resistance to biofilm formation. Further understanding was gleaned when Raman spectroscopy was employed to probe interactions between the samples and living cells, both SaOS-2 and the bacterium Porphyromonas gingivalis. Shifts in bands associated with metabolic indicators illuminated some of the mechanisms at play during these interactions. This work demonstrates that modification of Si3N4’s surface can enhance its native osteoconductivty without compromising its bacteriostatic character. Novel SiYAlON formulations show promise not just as a surface enhancement for silicon nitride, but also as a novel bioactive material that can be infused into or coated onto existing products to enable desirable biologic interactions.
言語 en
日付
日付 2017-03-24
日付タイプ Issued
言語
言語 eng
資源タイプ
資源タイプ識別子 http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
資源タイプ doctoral thesis
出版タイプ
出版タイプ VoR
出版タイプResource http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85
学位授与番号
学位授与番号 乙第206号
学位名
言語 ja
学位名 博士(工学)
学位授与年月日
学位授与年月日 2017-03-24
学位授与機関
学位授与機関識別子Scheme kakenhi
学位授与機関識別子 14303
言語 ja
学位授与機関名 京都工芸繊維大学
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Ver.1 2025-09-08 01:26:42.168708
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