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Development of shape-memory hydrogels for maxillofacial prostheses available for perioperative medicine use

Research Project

Project/Area Number 21K09993
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 57050:Prosthodontics-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Koyama Shigeto  東北大学, 大学病院, 准教授 (10225089)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 佐々木 啓一  東北大学, 歯学研究科, 非常勤講師 (30178644)
古川 英光  山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50282827)
日原 大貴  東北大学, 歯学研究科, 助教 (60781292)
川上 勝  山形大学, 有機材料システムフロンティアセンター, 准教授 (70452117)
佐藤 奈央子  東北大学, 大学病院, 助教 (80510015)
渡邉 洋輔  山形大学, 有機材料システムフロンティアセンター, 助教 (30891527)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords形状記憶ゲル / 顎顔面補綴装置 / 周術期治療 / 顎顔面補綴 / 顎補綴装置
Outline of Research at the Start

形状記憶ゲルを用いることにより,周術期を連続的に担い術後早期回復を促進する顎補綴装置および治療システムの基盤を形成することを目的とする.形状記憶ゲルは2種類のモノマーからUVラジカルバルク共重合により合成され,低温ではゲルの秩序構造により硬く,加熱するにつれ結晶融解が起こり,ゲルのヤング率が急激に低下すると同時に素早く元の形に戻ろうとする特性を持つ.
方法は①形状記憶ゲルの内部構造解析,力学物性評価にて,顎補綴装置に最適な形状記憶ゲル組成を決定し,②3Dゲルプリンティングシステムにて形状記憶ゲルを利用した顎補綴装置の設計,形状記憶システムと操作条件を構築し,本技術の臨床応用への妥当性を検証する.

Outline of Final Research Achievements

This study focused on a shape-memory gel (SMG) that softens when heated, retains its shape when cooled, and returns to its original shape when reheated. The purpose was to optimize SMG for intraoral use by controlling the ratio of 2 acrylate monomers and to evaluate the changes in the shape memory and physical properties of SMG with temperature and to evaluate biocompatibility.
The SMG, in which the phase-transition temperature was controlled by mixing acrylate monomers with different melting points, exhibited shape memory in the intraoral environment. The results indicate the feasibility of applying SMG for the fabrication of intelligent maxillofacial prostheses intelligent because of its high adaptability to tissue changes over time and biocompatibility.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

周術期医療に顎補綴治療が早期介入するためには、軟組織(手術創面、易出血性腫瘤、筋皮弁)など複雑で脆弱な形態に対応することが必要となる。今回開発した形状記憶ゲル(SMG)は、義歯床材と同様の生体適合性と硬度を有し、口腔内での成形が容易であり、優れた形状記憶性と形状回復性を有していた。これより、生体親和性、治癒促進性、欠損形態に対する細部再現性、および形態変化に対する適応性を有し、可及的速やかに欠損形態を栓塞・補填できる機能的な顎顔面補綴治療に応用できる可能性が示唆された。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2024 2023 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] In vitro evaluation of shape-memory hydrogels for removable dental prostheses and optimization of phase-transition temperature for intraoral use2024

    • Author(s)
      Hiroaki Kakinuma, Shigeto Koyama, Takeru Kondo, Takayuki Harata, Hidemitsu Furukawa, Hiroshi Egusa
    • Journal Title

      The Journal of Prosthetic Dentistry

      Volume: - Issue: 4 Pages: 708.e1-708.e8

    • DOI

      10.1016/j.prosdent.2024.01.016

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 形状記憶ゲルの歯科臨床応用に向けた物性の評価2021

    • Author(s)
      原田貴之,小山重人,星野智大,泉田一賢,加藤裕光,佐藤奈央子,川上勝,古川英光,佐々木啓一
    • Journal Title

      日本顎顔面補綴学会機関誌

      Volume: 34 Pages: 33-41

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 形状記憶ゲルの補綴歯科材料への応用に向けた特性評価2023

    • Author(s)
      柿沼祐亮,小山重人,原田貴之,江草宏
    • Organizer
      日本歯科補綴学会132回学術大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 形状記憶ゲルの補綴歯科材料への応用に向けた特性評価2023

    • Author(s)
      柿沼祐亮,小山重人,原田貴之,江草 宏
    • Organizer
      日本補綴誌歯科学会132回学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 形状記憶ゲルの歯科臨床応用に向けた物性の評価2021

    • Author(s)
      原田 貴之,小山 重人,星野 智大,泉田 一賢,加藤 裕光,佐藤 奈央子,佐々木 啓一
    • Organizer
      一般社団法人日本顎顔面補綴学会 第38回総会・学術大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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