2017 Fiscal Year Research-status Report
蛍光性及び水熱劣化抑制能を有するマルチファンクションジルコニアセラミックスの開発
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17K11745
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中村 隆志 大阪大学, 歯学研究科, 准教授 (20198211)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関野 徹 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (20226658)
若林 一道 大阪大学, 歯学部附属病院, 助教 (50432547)
西田 尚敬 大阪歯科大学, 歯学部, 講師(非常勤) (70448116)
矢谷 博文 大阪大学, 歯学研究科, 教授 (80174530)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ジルコニア / 蛍光性 / 希土類 / 歯科 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CAD/CAM技術が発達し、高透光性ジルコニアのみで製作するフルジルコニアのクラウンブリッジが多用されるようになった。従来のセラミックスやレジンは、天然歯がもつ蛍光性を付与することにより審美性の再現を行っている。ところが、一般に市販の歯科用高透光性ジルコニアには蛍光性がなく、患者の希望する明るく白い歯を再現するのが困難である。さらに、高透光性ジルコニアは、透光性向上のため劣化抑制に有効なアルミナをほとんど含んでおらずフレーム用ジルコニアよりも口腔内で劣化しやすい性質を持っている。そこで、本研究は天然歯と同様の色調の蛍光性をもち、長期間使用しても劣化しにくいクラウンブリッジ用の高透光性ジルコニアを開発することを目的とした。
まず天然歯の蛍光性を検討した。抜去したヒト第三大臼歯を歯冠部で板状に切断・研磨し、蛍光分光光度計を用いて蛍光性と色調を評価した。その結果、天然歯は波長365 nmの紫外線に対してピーク波長446 nmの青白色の蛍光を示すことがわかった。次に、天然歯に近い色調の蛍光性を発揮させるため、アルミナをほとんど含まない歯科用の高透光性ジルコニア粉末に各種の希土類（Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm）を微量添加し、混合、成形後に焼結・研磨して試料を製作した。ブラックライトを照射し、蛍光性を示さないものを除外した（スクリーニング）。蛍光の評価には蛍光分光光度計を用いた。その結果、Pr、Sm、Euは赤色、Tb，Ho，Erは緑色、Dyを添加した試料は黄色の蛍光を示し、Tmを添加した試料は青色の蛍光を示した．歯質に近い青色を示したTmを添加した試料は、蛍光分光光度計により、波長365 nmの紫外線に対して波長460 nmの蛍光を示すことが明らかとなった。今後は、蛍光強度がより強くなる条件を模索し、物性への影響も調査する予定である。
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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
以前から、天然歯は紫外線の照射により、青白色の蛍光を発することが知られている。本実験でも、抜去歯の歯冠部を板状に切断して製作した試料に紫外線を照射すると、従来の報告と同様の青白色の蛍光が確認できた。
歯科用のセラミックスやレジンでは、有機蛍光材料や蛍光ガラスによって蛍光が付与されている。しかしながら、ジルコニアは多結晶体であり、焼結温度が高いので、このような材料を使用することができない。本実験では、歯科用ジルコニア粉末に各種の希土類酸化物の粉末を微量添加し、焼結させることでジルコニアに蛍光性を付与する方法をこころみた。その結果、紫外線照射により蛍光がみられない希土類もあったが、いくつかの希土類では明らかな蛍光が確認できた。その色調も、Tb，Ho，Er添加では緑色、Dy添加では黄色、Tmを添加では青色の蛍光が観察された。天然歯が青白色の蛍光を示したので、Tmを添加したジルコニアの青色蛍光は、天然歯に比較的近い色調を示すものとして、以後の実験にはTmの酸化物を使用して進めていくこととした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回実験で製作した各種の希土類添加ジルコニア試料は、天然歯に近い色調を持つものもあったが、その蛍光は天然歯ほど強いくはなかった。また、比較的強い蛍光が得られた試料は、蛍光色調が天然歯とは異なっていた。そこで、天然歯に近い青色の蛍光がみられたTmの酸化物を使用して実験を行う予定である。
２９年度に使用したジルコニアはイットリアを3mol%含んだ市販の標準グレードのジルコニアである。このジルコニアは透過性はあまりないが、歯科用にはイットリアを3～５mol%含んだ高透光性ジルコニアパウダーが開発されている。蛍光強度は母体の透光性が上がれば上昇するといわれており、このような市販の高透光性ジルコニアを使用して実験を進めていくことが有望と考えている。また、希土類の添加はジルコニアの結晶構造に影響を及ぼす可能性がある。そこで、XRDを使用した結晶構造の解析や、試料の物性の評価を合わせて行う必要があるものと思われる。
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| Causes of Carryover |
平成２９年度に実験を開始するのにあたり、まず原料粉末をボールミル装置により、湿式および乾式で混合後に焼結する必要があった。市販のジルコニア粉末に各種の希土類酸化物を混合する際に必要な遊星ボールミル装置を購入予定であったが、研究分担者（関野徹教授）が大阪大学産業科学研究所内に保有する遊星ボールミル装置を使用できたため、装置を購入する必要がなかったことから次年度使用費用が発生した。遊星ボールミル装置は購入しなかったが、混合に必要なポットミル装置を購入し、産業科学研究所の関野研に設置して使用した。平成３０年度以降も引き続き、産業科学研究所（関野研）のボールミル装置を使用する予定である。この次年度使用費用は、国際誌に投稿の際の英文校正費に充当させる予定である。
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