2020 Fiscal Year Annual Research Report
レーザー誘起ナノジェットによる物質デリバリー手法開拓と高機能人工歯面の創製
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19H02635
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
奈良崎 愛子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (40357687)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 真紀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (00568925)
大矢根 綾子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (50356672)
宮治 裕史 北海道大学, 大学病院, 講師 (50372256)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | レーザー転写 / デリバリー / レーザー誘起ジェット / バイオインク / ナノ複合粒子 / リン酸カルシウム / アパタイト / 生理活性物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
歯周病は罹患率の極めて高い生活習慣病であり、その治療法が高度化すれば多くの国民のQOL向上に資する。歯周病の再生治療においては、細菌増殖により破壊された歯表面（歯面）での歯周組織との付着（ペリオドンタルアタッチメント）を早期に再構築させることが重要である。本研究では、生理活性物質とリン酸カルシウムのナノ複合粒子を高濃度に分散させたバイオインクを開発、そのバイオインクを用いて歯面上に高機能人工歯面を形成するため、新たにレーザー誘起ジェットを利用したナノ複合粒子の3次元デリバリー技術構築を目指す。
2020年度の取組みとして、バイオインク調製においては、合成条件の更なる検討を行った。ナノ粒子原料（分散剤も含む）の種類・濃度を適切に選択することで、簡便かつ迅速に分散性リン酸カルシウムナノ粒子（平均粒子径100 nm程度）を得ることができた。
バイオインク転写技術においては、前年度構築したハイスピードカメラを基盤としたシステムを用い、波長2.94umのEr:YAGレーザーパルス照射による水ならびにバイオインクのレーザーアブレーションならびにインク射出の様子を可視化し比較検討を行った。その結果、水のレーザーアブレーションにより形成される気泡やレーザー誘起ジェットのマイクロ秒スケールでの時間発展を捕捉、リン酸カルシウムナノ粒子を含有するバイオインクにおいても可視化に成功した。
膜レーザー転写技術では、バイオミメティック法によりタンパク質などを担持させたアパタイト原料膜を衝撃吸収性部材上に調製し、より高次な転写プロセスパラメータ制御に取り組んだ結果、クラックを低減した高品位転写を達成した。
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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
本研究では、生理活性物質を担持したリン酸カルシウムの複合ナノ粒子からなるバイオインクならびにその膜のレーザーデリバリー技術の開発に取り組む。
2020年度の取組みとして、バイオインク調製においては、合成条件の更なる検討を行った。ナノ粒子原料（分散剤も含む）の種類・濃度を適切に選択することで、簡便かつ迅速に分散性リン酸カルシウムナノ粒子（平均粒子径100 nm程度）を得ることができた。
バイオインク転写技術においては、前年度構築したハイスピードカメラを基盤としたシステムを用い、波長2.94umのEr:YAGレーザーパルス照射による水ならびにバイオインクのレーザーアブレーションならびにインク射出の様子を可視化し比較検討を行った。その結果、水のレーザーアブレーションにより形成される気泡やレーザー誘起ジェットのマイクロ秒スケールでの時間発展を捕捉、リン酸カルシウムナノ粒子を含有するバイオインクにおいても可視化に成功した。
膜レーザー転写技術では、バイオミメティック法によりタンパク質などを担持させたアパタイト原料膜を衝撃吸収性部材上に調製し、より高次な転写プロセスパラメータ制御に取り組んだ結果、クラックを低減した高品位転写を達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、生理活性物質とリン酸カルシウムのナノ複合粒子を高濃度に分散させたバイオインクを開発、次にそのバイオインクを用いて歯面上に高機能人工歯面を形成するため、新たにレーザー誘起ナノジェットを利用したナノ複合粒子の3次元デリバリー技術（バイオインク転写技術）を構築する。生理活性物質としては、歯周組織再生促進効果が期待されるタンパク質（FGF-2、フィブロネクチンなど）や生体微量元素（Zn、Fなど）を用いる。
今後の取組みとして、バイオインク調製においては、引き続き医療用注射液（分散剤：ヘパリンなど）を用いた独自の合成技術により、生理活性物質を担持したリン酸カルシウムの複合ナノ粒子を合成する。これまでに合成したナノ粒子の分散性の長期保持や、合成のスケールアップ等、バイオインクとしての実用性を考慮して粒子構造や合成法の最適化を行う。
バイオインク転写技術においては、ハイスピードカメラを基盤とした可視化システムに取り組み、レーザーアブレーションにより形成されるレーザー誘起ジェットといった微小領域での高速現象の可視化に引き続き挑戦する。具体的には、2020年度課題となったバイオインク中の気泡によるプロセス再現性の低下を改善するためインクホルダの改造に注力し、レーザー誘起ジェット形成プロセスの制御性向上を図る。
膜レーザー転写技術では、バイオミメティック法により生理活性物質（タンパク質など）を担持させたアパタイト原料膜を調製し、その転写プロセスについても可視化、より高次な転写プロセスパラメータ制御によるプロセス高度化に取り組み、実際に象牙質などへの高品位転写を検討する。得られた転写構造について断面SEM観察の構造評価を行いプロセスパラメータと転写構造/被転写基材界面の相関性を明らかにする。
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