二ケイ酸リチウムガラスセラミックスの機械的挙動と生物活性に及ぼすLi/Na交換の影響

Effect of Li/Na exchange on mechanical behavior and biological activity of lithium disilicate glass-ceramic.

抄録

化学量論的組成の二ケイ酸リチウム（LD）ガラスセラミックスを，純粋なNaNOまたはNaNO+KNO混合溶融塩浴中で，ガラス転移温度（T）以下でイオン交換した。イオン交換したガラスセラミックスの微細構造，表面形態，機械的特性，生体活性を詳細に調べた。その結果，LDガラスセラミックスの強度と靭性は，イオン交換前の175MPa，0.96MPamから，イオン交換温度を下げることで，応力緩和が少なくなり，それぞれ546MPa，4.31MPamまで向上することがわかった。さらに，Li/Na交換によってガラスセラミックスの表面にNaリッチ層のグラデーションが形成された。このグラデーションは，SBF（Simulated Body Fluid）溶液に浸した後，ナノサイズの多孔質を有するHA（Hydroxyapatite）の形成に有益であり，オリジナルのLDガラスセラミックスに比べて優れた生体活性を示した。この結果は、骨修復用途におけるLDガラスセラミックスの強化と生物学的活性化の参考になるかもしれない。

Lithium disilicate (LD) glass-ceramics with a stoichiometric composition were ion-exchanged in pure NaNO or mixed NaNO + KNO molten salt baths below the glass transition temperature (T). The microstructures, surface morphologies, mechanical properties and bioactivities of the ion-exchanged glass-ceramics were studied in detail. It was found that the strength and toughness of LD glass-ceramic could be enhanced from 175 MPa to 0.96 MPa m before ion-exchange to 546 MPa and 4.31 MPa m respectively under a lowered ion-exchange temperature because the less stress relaxation. In addition, a gradient of Na rich layer in the surface of glass-ceramic was induced by Li/Na exchange, which could be beneficial to the formation of HA (Hydroxyapatite) with nano-size porous after soaking in SBF (Simulated Body Fluid) solution and exhibited better bioactivity compared with the original LD glass-ceramic. The results might provide a reference for the strengthening and biological activation of LD glass-ceramics in bone restoration applications.