2015 Fiscal Year Research-status Report
エナメル質を保全できる矯正歯科治療―大気圧低温プラズマと蛍光物質の応用―
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15K11334
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
山方 秀一 北海道大学, 歯学研究科(研究院), 助教 (70292034)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | エナメル質 / 表面改質 / 大気圧低温プラズマ / ランタノイド / 蛍光 / 矯正装置 / 接着 / ボンディング材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
矯正歯科治療で不可避とされているエナメル質損傷(白斑やう蝕、酸エッチング、切削除去時の機械的損傷)の低減または回避に向け、『大気圧低温プラズマによるエナメル質表面改質』および『蛍光特性を持つ矯正歯科用ボンディング材』を応用して健全エナメル質を保全する先駆的かつ臨床的意義の高い治療法の構築を目指して当該研究課題に取り組み、以下のとおり初年度の成果を得た。
大気圧低温プラズマの応用に関しては、まずペン型大気圧低温プラズマ発生装置(窒素ガス)の性能を評価するために、表面改質効果を評価しやすいステンレス鋼(SUS430)を試料とした。様々な照射時間(5-30秒)および照射距離(10-50 mm)での表面処理および静滴法での接触角測定の結果から、照射時間は5秒で十分であり、照射距離は10-30 mmの場合に40 mm以上の場合より有意に高い効果が得られることがわかった。また、Young-Dupre式と拡張Fowkes式を用いた解析から、プラズマ処理による試料の表面エネルギーの増加(73.6mJ/m2から112.9 mJ/m2)は双極子成分が主体であり、水素結合成分の寄与はわずかであることを明らかにした。
蛍光ボンディング材の開発に関しては、ユウロピウム賦活酸化イットリウム(Y2O3:Eu3+)微粒子 [Eu/Y比：1-10 mol%(1 mol%刻み)]を均一沈殿法で合成し、実験に充てた。同微粒子の励起および蛍光の極大波長は、それぞれEu3+固有のエネルギー遷移7F0→5L6および5D0→7F2を表す396 nmおよび611 nmに認められること、蛍光強度は8 mol%まではドープ濃度依存的に高くなるが、それ以上では発光効率が低下(濃度消光)することを明らかにした。さらに、同微粒子を添加したボンディング材の蛍光強度は、微粒子含有率に概ね比例して変化することを確認した。
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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
新規性の高い材料開発の領域では、特にその作製方法に通法と呼べるものはなく、作製方法のプロトコール確立に多大な時間と労力が必要となる。当該研究年度においても同様で、種々の作製プロセス毎に手法の確立に期間を要したが、各実験から今後の展開にとって有益な結果が得られたこと、ならびにY2O3:Eu3+微粒子を添加した蛍光ボンディング材の薄膜試料を一定の品質を保って作製可能となったことは重要な進展であったといえる。
また、既に、大気圧低温プラズマの応用に関してはXPSによる各種金属試料の元素や化学結合の分析ならびに剪断試験による接着強さの評価を、蛍光ボンディング材の開発に関しては発光効率に与える焼成温度の影響の評価をそれぞれ準備実験として実施しており、平成27年度の成果として十分なデータを提示するには至らなかったものの、平成28年度以降の研究遂行に向けて概ね順調な進捗状況にあると判断している。これらの実験の継続実施および展開によって十分な成果が得られる見込みであることに加え、八フッ化プロパン(C3F8)ガス大気圧低温プラズマを用いての牛歯エナメル質表面の疎水化処理に関する実験の推進についても準備が整っていることから、平成28年度以降も当初予定のとおりの達成度が見込めると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず平成27年度に行った研究成果に基づき、実験内容の修正ならびに検証実験を行う。そのうえで、窒素ガス大気圧低温プラズマによるエナメル質表面改質に関しては、金属試料(ステンレス鋼および金銀パラジウム合金を予定)および牛歯エナメル質試料表面に対するX線光電子分光装置(XPS)による化学結合状態の解析、X線回折装置(XRD)による結晶構造の解析を実施することに加え、剪断試験または引張試験による矯正歯科用ブラケットの接着強さの評価を追加実験として実施し、それらの結果に基づいて論理的考察を進める。また、八フッ化プロパン(C3F8)ガス大気圧低温プラズマを用いてのエナメル質表面の疎水化処理を開始する。これは、ブラケット接着後の周囲エナメル質を疎水化することで細菌叢吸着の抑制、すなわち耐酸性の向上を試みる実験として位置付けられる。上記のすべての実験から得られる成果は、将来的に既存のペン型大気圧低温プラズマ発生装置を小型設計化することを視野に入れた戦略的検討の基礎となるものであり、当該研究課題の全体構想の展開領域につながる重点項目と捉えている。
矯正歯科用ボンディング材への蛍光視認性の付与に関しては、発光効率に与える焼成温度の影響を評価するために、800-1,100 ℃ (50 ℃毎の7種)で焼成して得られる各微粒子の励起および蛍光スペクトルを測定し、効果的な焼成温度を特定する。また、XRDによる微細構造の評価ならびにエネルギー分散型X線分析装置(EDS)による元素マッピングに基づく構成元素の解析を行い、Y2O3へのEu3+ドーピングの限界を物理量として明らかにしていく。さらに、得られたY2O3:Eu3+微粒子を添加した蛍光ボンディング材を用いて矯正歯科用ブラケットを接着した場合の接着強さに関し、剪断試験または引張試験の結果に基づく評価を実施する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額(B-A)は、平成27年3月までの使用計画に従った発注・納品に伴って発生した純粋な未使用残額である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額(B-A)は、次年度助成額の使用計画を再編しなくてはならないほど大きい額ではないため、平成28年度助成額へ組み入れられることにより、当該研究課題開始当初に計画したとおりの予算執行によって意義ある支払いに確実に充てられる予定である。
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[Journal Article] Estimation of Biocompatibility of Nano-sized Ceramic Particles with Osteoblasts, Osteosarcomas and Hepatocytes by Static and Time-Lapse Observation2016
Author(s)
Abe S, Seitoku E, Iwadera N, Hamba Y, Yamagata S, Akasaka T, Kusaka T, Inoue S, Yawaka Y, Iida J, Sano H, Yonezawa T, Yoshida Y
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Journal Title
Journal of Biomedical Nanotechnology
Volume: 12
Pages: 472-480
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Do Silver－Russell syndrome and Beckwith－Wiedemann syndrome have opposite craniofacial morphology and occlusion?2015
Author(s)
Sato Y, Fukushima K, Ohtsuka M, Ikeda M, Atsuta M, Yamazaki Y, Saito F, Sugawara-Kato Y, Kim T, Iwasaki H, Yamagata S, Kaneko T, Yamamoto T, Iida J
Organizer
第74回日本矯正歯科学会大会
Place of Presentation
福岡国際会議場・マリンメッセ福岡(福岡県・福岡市)
Year and Date
2015-11-18 – 2015-11-20
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