2016 Fiscal Year Research-status Report
In silico解析による構造最適化に基づく高強度コンポジットレジンの創製
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15K11195
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山口 哲 大阪大学, 歯学研究科, 講師 (30397773)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今里 聡 大阪大学, 歯学研究科, 教授 (80243244)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 歯科用修復材料 / コンポジットレジン / バイオメカニクス / 有限要素法 / マルチスケール解析 / 構造最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、コンポジットレジン（CR）の機械的強度が、未だ歯科用金属に及ばないことに着目し、CRを構成するフィラーの種類、サイズ、配合方法や幾何学的配置などのパラメータと機械的強度の関連性をシミュレーションモデルによりin silico予測することで、機械的強度の向上につながるメカニズムを明らかにすることを目的として、研究実施計画に基づき、段階的に研究を遂行した結果、本年度は以下の成果が得られた。
1. フィラーの形状が曲げ強さに及ぼす影響を評価するために、充填用CRを対象とした解析を実施した。不定形フィラーを用いる方がマクロ構造モデルの曲げ強さが大きくなり、ミクロ構造では最大主ひずみ分布が拡がりにくいことが明らかとなった。
2. フィラーの種類が圧縮強さに及ぼす影響を評価するために、CAD/CAM用CRブロックを対象にした解析を実施した。CAD/CAM用CRブロックに含有するシリカに加えて、シリカよりも弾性率の高いフィラーを、ごく微量含有することが圧縮強さの向上につながることが明らかとなった。
3. フィラーのサイズについては、5種の異なる直径の球形シリカフィラーをbis-GMA/TEGDMAに填入したモデルを作製し、これらのモデルに対してマルチスケール解析を行った。フィラーの直径が小さくなるほど、圧縮強さが大きくなることが明らかとなった。
4. フィラーの幾何学的配置が圧縮強さに及ぼす影響を評価するために、ミクロ構造モデル内に球形フィラーを配置したモデルを作製し、体積含有率を一定にした状態で、体心に配置したフィラーからその周囲に配置したフィラーまでの距離の変化が圧縮強さに及ぼす影響を検証した。フィラー間の距離が離れるほど圧縮強さが減少する傾向を示したが、その変化量は少なく、先のフィラーの形状、種類やサイズの要因と比べると影響が少ないことが分かった。
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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
平成27年度の実施状況報告書で記載したとおり、本年度は、各パラメータ（フィラーの形状、種類、サイズや幾何学的配置）がCRの機械的強度に及ぼす影響を明らかにする目的で、マルチスケール解析による検証を行った。当初の計画では機械的強度として曲げ強さのみに限定していたが、CAD/CAM用CRブロックの大臼歯への適用を目指して長期耐久性にも関与する圧縮強さも評価可能なモデルを作製した。以上より、各パラメータと機械的強度の関連性を明確にすることに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最適化されたパラメータで試作したCAD/CAM用CRブロックと市販品から作製したクラウンの破断荷重と疲労強度の評価を行う。標準実習用模型歯の下顎第一大臼歯をスキャニングしてミリングマシーンで造型したクラウンをレジンコア支台歯へ接着し、圧縮試験および疲労試験を実施する。疲労試験は当初の予定とおり、効率良く研究を遂行するために、加速疲労試験を実施する。
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| Causes of Carryover |
投稿や掲載にかかる費用が必要ない雑誌に研究成果の発表を行ったため、当初計画していた研究成果投稿料が不要となった。これに伴い、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
最適化されたパラメータで試作したCAD/CAM用CRブロックと市販品から作製したクラウンの破断荷重と疲労強度の評価を進め、得られた成果を国内外の学会において発表するための参加費や旅費の一部、あるいは論文投稿費として利用することを予定している。
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