バイオセラミックス・コーティングによる骨伝導性の強化とインプラント周囲炎の予防
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20K09992
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
PEZZOTTI G. 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (70262962)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
足立 哲也 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (10613573)
Marin Elia 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 助教 (10814014)
小原 幸 京都薬科大学, 薬学部, 准教授 (80275198)
扇谷 えり子 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (80300820)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | バイオセラミックス / 歯科インプラント / ラマン分光分析 / 再生医療 / 抗菌性 |
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| Outline of Research at the Start |
YAGレーザー処理により、チタン合金表面に窒化ケイ素の粉末をコーティングすることで、窒化ケイ素複合化インプラント材料を創成する。窒化ケイ素複合化インプラントの抗菌性や骨伝導が強化するかをin vitroまたはin vivoの系で検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
再生力や免疫力が低下した高齢者に対して、良質の歯科インプラント治療を提供するには、高い生物活性と抗菌性を有するインプラント材料を使用することが望 ましい。しかし、インプラント材料として最も多く使われているチタン合金は、これらの要件を十分に満たしているとは言い難い。新規バイオセラミックス窒化 ケイ素は優れた生物活性と高い骨伝導性、歯周病菌に対する抗菌性を有することから、新たなインプラント材料として注目されている。我々はレーザー・パター ニングにより、窒化ケイ素セラミックスをチタン表面にコーティングすることで抗菌性と骨伝導性をさらに強化できると考えた。本研究は、骨伝導能と歯周病菌 に対する抗菌効果(インプラント周囲炎の予防)を窒化ケイ素コーティングによって強化できるかをin vitroとin vivoの系で検証し、さらに窒化ケイ素が骨結 合に与える影響を様々な分光学的解析法により明らかにする。本法は、迅速に強固な骨結合を獲得し、インプラント周囲炎を予防することでQOL向上に寄与す る。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
環境ストレスに対する生理的・代謝的応答を解明するために、生細胞や微生物のラマンスペクトルに含まれる分光学的フィンガープリントを解読した。高感度な専用装置によるIn situラマンイメージングを開発し、それを用いて、選択された分光学的フィンガープリントを分子種や特定の生理反応の鮮明なスナップショットに変換した。ラマンイメージングが生命現象と互換性があることで可能となる経時変化実験により、窒化ケイ素バイオセラミックス基板に暴露された細胞やバクテリアの代謝応答の特性を評価した。
次に、その研究対象を3Dプリント技術にも広げた。3Dプリント部品に窒化ケイ素を分散させたポリメチルメタクリレート複合体をコーティングし、バクテリアの定着に対する抵抗力を高める可能性を検討した。ケイ素、ジルコニウム、ハフニウム、アルミニウムの4種類の窒化物について試験した。この中で窒化ハフニウムが、グラム陽性菌とグラム陰性菌の両方に対して最も効果的であった。さらに、繊維やプラスチックフィルムなど多くの市販品に使用されている酢酸セルロースを母体として窒化アルミニウムを種々の重量％（0~20 wt.%）添加して試験を行った。この複合体の機械的および熱的特性を分析し、最適化した。10重量%以上の窒化アルミニウム添加により表皮ブドウ球菌と大腸菌バクテリアに対して良好な抗菌性を示すことがわかった。熱安定性の高い抗菌性複合体は、食品産業におけるプラスチック包装材の代替材料として使用される可能性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
セラミックス含有生体材料は、人体環境中の厳しい条件に耐える能力を有し、かつ顕著な抗菌性を示す。本プロジェクトでは、様々な種類のバイオセラミックスやポリマー基セラミックバイオマテリアルの抗菌特性を調査してきた。本プロジェクトの最終年度において、in vitroで培養した大腸菌と黄色ブドウ球菌を用いて、様々な種類の試料における抗菌効果とその特性評価方法についてまとめる。また、試験したバイオマテリアルの抗菌効果を、観察された抗菌特性の原因である官能基に帰属される特徴的なラマンバンドを使用して、ラマン分析により解析する。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Biological responses to silicon and nitrogen-rich PVD silicon nitride coatings2021
Author(s)
E. MARIN, F. BOSCHETTO, M. ZANOCCO, W. ZHU, T. ADACHI, N. KANAMURA, T. YAMAMOTO, B.J. MACENTIRE, E. N. JONES, C. POWELL, J. HENDRY, R.M. BOCK, B.S. BAL, G. PEZZOTTI
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Journal Title
Materials Today Chemistry
Volume: 19
Pages: 100404-100404
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Surface Functionalization of Polyethylene by Silicon Nitride Laser Cladding2020
Author(s)
M. ZANOCCO, E. MARIN, F. BOSCHETTO, T. ADACHI, T. YAMAMOTO, N. KANAMURA, W. ZHU, B. J. MCENTIRE, B. S. BAL, R. ASHIDA, O. MAZDA, G. PEZZOTTI
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Journal Title
Applied Science
Volume: 10
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] In Vitro Comparison of Bioactive Silicon Nitride Laser Claddings on Different Substrates2020
Author(s)
E. MARIN, M. ZANOCCO, F. BOSCHETTO, T. YAMAMOTO, N. KANAMIURA, W. ZHU, B. J. MCENTIRE, B. S. BAL, R. ASHIDA, O. MAZDA, G. PEZZOTTI
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Journal Title
Applied Science
Volume: 10
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
