マイクロ波照射により歯科補綴物を脱着可能にするスマートセメントの創製

Research Project

Project/Area Number	21K17080
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 57050:Prosthodontics-related
Research Institution	Fukuoka Dental College
Principal Investigator	梶本昇福岡歯科大学, 口腔歯学部, 講師 (30824213)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywords	レジンセメント / マイクロ波 / 近赤外線 / 接着 / 脱着 / 歯科用セメント / イオン液体 / 熱膨張マイクロカプセル
Outline of Research at the Start	歯科臨床において補綴物の脱着が必要な場合があるが，接着層を物理的に破壊する方法しかなく，歯牙の損傷や歯周組織への負担が避けられない。任意に補綴物の脱着を誘起する技術が望まれているが，そのようなスマートな脱着技術は未だ実用化できていない。本研究では，「マイクロ波照射で加熱可能なイオン液体」を「熱により膨張する粒子 (熱膨張粒子)」とともに歯科用セメントと複合化し，マイクロ波照射で脱着を誘起する歯科用セメントを創製することを目的とする。また，臨床モデルを用いて，マイクロ波を接着層のみに選択的に吸収させる照射条件を検証し，周囲組織や補綴物に影響を与えない脱着技術の確立を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	昨年度の結果から，熱源としてSiCを単独で用いる実験を行った。熱源SiCおよび熱膨張マイクロカプセル(TC)をMMA系レジンセメントに添加した組成の試作セメントを作製した。まずは，マイクロ波照射後の表面温度変化，寸法変化にから，添加成分の効果を検証したところ，SiCおよびTCともに可能な限り多く添加する必要があると考えられた。そこで，いくつかの組成でセメント硬化体の曲げ強さを測定し，組成を絞った。その結果，粉末成分にSiC40 mass%，TC30 mass%を添加した試料(S40-T30)がJIST6611:2009の歯質接着性レジンセメントの曲げ強さ要件(20MPa以上)を満たした。この組成のセメント硬化体において，80W15秒の条件でマイクロ波(2450MHz)を照射したところ，明らかな温度上昇と170%以上の線膨張が認められた。また，L929細胞を用いた細胞毒性試験(抽出法，MTTアッセイ)においても市販のレジンセメントと相違ない細胞適合性を示した。続いて，得られた試作セメントS40-T30に関して，照射条件の検討を行うこととした。その際，マイクロ波との比較として，波長が異なる電磁波である高周波(13.56MHz)，近赤外線(300THz)をコントロールとして用い，照射による寸法変化を測定したことろ，近赤外線がマイクロ波と同レベルの膨張を示した。そこで，S40-T30以外の組成でも近赤外線を照射した検討を行ったところ，SiCの添加量を大幅に減じることが可能であることが分かった。近赤外線はマイクロ波と比較して，バイオイメージングで使用されるなど安全性が高い波長域であること，また，実験が容易であること，現段階でマイクロ波による実験結果よりも優れていることから，近赤外線を用いた検討も並行して検討を進めることとした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 熱源としてSiCを用いたことで，予想していた発熱および膨張が認められたことから，SiCと熱膨張カプセルの添加量を絞ることができた。また，マイクロ波照射だけでなく，近赤外線照射においても同様の特性を得られることが分かり，マイクロ波照射よりも簡便かつ安全な近赤外線を用いた接着/脱着が行える可能性が出てきた。本研究の主目的は接着後に任意に脱着を可能にするという点にある。接着後にマイクロ波照射を行うことで脱着可能なのかデータが出そろっていないという点では当初の予定より遅れているが，当初の予定には無かった近赤外線照射による脱着という新たな可能性が見いだせたという点では研究は進んでいるため，それらを総合して「おおむね順調に進展」とした。
Strategy for Future Research Activity	2022年度に実施した研究結果に基づいて，接着/脱着試験を行う。すなわち，発熱源としてSiCを添加した試作セメント硬化体を作製し，マイクロ波照射の有無による接着強さの変化を明らかにする。また，2022年度の検討において，近赤外線でもマイクロ波照射と同等以上のセメントの発熱・膨張が認められていること，近赤外線がバイオイメージングで使用されるなど安全性が高い波長域である点，近赤外線を用いた照射方法が容易である点，これらを考慮して，近赤外線を用いた接着/脱着に関しても並行して検討を行う予定である。