レーザ誘起微細周期構造の構造制御ダイナミクスと構造／生体組織間相互作用の解明
| Project/Area Number |
23K23095
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| Project/Area Number (Other) |
22H01827 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
水谷 正義 東北大学, グリーンクロステック研究センター, 教授 (50398640)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 圭祐 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (30431589)
金高 弘恭 東北大学, 歯学研究科, 教授 (50292222)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
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| Keywords | レーザ加工 / レーザ誘起微細周期構造（LIPSS） / バイオインプラント / 生体親和性 / 抗菌性 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，歯科治療における喫緊の課題であるインプラント周囲炎の発症を防止する革新的歯科インプラントの開発を目指すものである．この目的に対して本研究では各生体組織（細胞や細菌）に応じて適切な幾何学的構造を有するレーザ誘起微細周期構造（LIPSS）をインプラント表面に創成することで解決しようとしている．本申請では，LIPSSの構造制御ダイナミクスを解明し，その制御を試みるとともに，得られた構造と生体組織との相互作用について抗菌性，細胞親和性の両面から検証することで，その有効性を実証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は「I. 実験的・解析的手法を用いたレーザ誘起微細周期構造（LIPSS）の構造制御ダイナミクスの解明」，「II. 幾何学的構造と細菌付着抑制効果の関係性解明」および「III. 幾何学的構造と細胞との反応性解明」の3つのフェーズを並行して進めている．各フェーズにおける2022年度の実績を以下に示す．
I. 実験的・解析的手法を用いたレーザ誘起微細周期構造（LIPSS）の構造制御ダイナミクスの解明：LIPSSが創成される挙動についてシミュレーションを用いて再現し，現象の解明を行った．具体的には，LIPSS構造創成時に生じる挙動について電界強度分布と格子温度分布を複合した解析モデルを確立するとともに，同モデルをコーティング表面へ展開し，その有効性を確認した．また，LIPSSの構造制御ダイナミクスに関して微細溝中におけるLIPSS創成現象に着目し，その現象を明らかにした．さらに，レーザ照射時に生じる現象についてセラミクスあるいはアモルファス金属という新たな素材への展開を進めるとともに，レーザ金属積層造形への展開も進めている．
II. 幾何学的構造と細菌付着抑制効果の関係性解明：LIPSSに対する抗菌性（細菌付着抑制効果）について，Escherichia coli（大腸菌）を用いて浸漬法による実験を行った．その結果，対象とする細菌のサイズとLIPSSの構造サイズとの関係が抗菌作用発現の有無に影響することを明らかにした．
III. 幾何学的構造と細胞との反応性解明：LIPSSに対する細胞の反応性ついて，細胞を用いた実験により検証を行った．その結果，定性的ではあるが，LIPSSサイズに対して，本研究で対象とする細胞（骨芽細胞）は十分に大きく，細胞の分化・増殖には大きな影響を及ぼさないことを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究「フェーズⅠ」について，すでにLIPSSの創成挙動をシミュレーションにより再現可能とし，それに基づいたレーザ照射の新たな展開を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
I. 実験的・解析的手法を用いたレーザ誘起微細周期構造（LIPSS）の構造制御ダイナミクスの解明
LIPSSの創成挙動については再現可能であり，今後はその構造制御ダイナミクスの解明を進める．その際，加工環境（雰囲気制御や液中照射など）を含めた検討を行う．また同手法を含めたレーザ照射現象の新素材，あるいは他の加工プロセスとの複合への展開も進める．
II. 幾何学的構造と細菌付着抑制効果の関係性解明
LIPSSに対する抗菌性について，大腸菌だけでなく，黄色ブドウ球菌などの他の菌種へも展開し，細菌のサイズと構造サイズの関係をさらに明確化するとともに，筋膜の強度との関係性についても明らかにする．
III. 幾何学的構造と細胞との反応性解明
LIPSSに対する細胞の反応性ついて定量化するとともに，その反応機序についても明らかにする．
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
