2021 Fiscal Year Research-status Report
Nanomechanical characterization of enamel obtained from genetically modified mouse for conceptualizing advanced materials
| Project/Area Number |
19K10188
|
|---|
| Research Institution | Showa University |
|---|
Principal Investigator |
柴田 陽 昭和大学, 歯学部, 教授 (30327936)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 篤 昭和大学, 歯学部, 講師 (50407558)
荻野 玲奈 (田中玲奈) 昭和大学, 歯学部, 講師 (80585779)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | エナメル質 / ナノインデンテーション / ハイドロキシアパタイト / 応力ひずみ曲線 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
応力ひずみ曲線は材料機械特性の情報量が多く，最も信頼性の高い試験方法である．しかし規格試験である引張・曲げ試験は生体材料や構造材料に用いることが適当でなく，局所の応力ひずみ特性を直接評価できる新たな試験方法の開発が求められている．微小領域の機械特性試験としてはダイアモンド圧子を用いたナノインデンテーション法が以前から知られている．これは応力ひずみ特性における初期のコンタクトメカニクスである弾性係数を議論することができる一方で，バルク試験における最大強度，破壊抵抗性などの情報を獲得することはできない．球状圧子を用いたナノインデンテーション法では，材料表面への接触直後から応力場を制御しやすい．すなわち接触直後では弾性変形を生じ，荷重上昇に伴い塑性変形を発生する．このため理論上局所の応力ひずみ曲線から降伏点強度を議論することができるようになった．初期接触で弾性変形のみを生じる球状圧子では歯質と修復材料界面での微小機械特性のマッピングが可能になり，これまで困難であった象牙質と歯面処理剤のハイブリッド層を直接評価できる方法を新たに開発することができた．その結果，親水性機能性モノマーを用いた歯面処理では象牙質と修復材料界面の機械特性が著しく低下していることが明らかとなった．この結果に基づき，新たにリン酸エステル系機能性モノマーのみで歯面処理した歯面処理剤の開発に着手することができた．また本研究で用いられる最新装置では歯根膜の様な軟組織・線維性組織の機械特性を測定することも可能となり，生物学分野への波及効果も見られる．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
生体組織に対し，材料レベル（ナノスケール）での応力ひずみ曲線が得られることが証明された．一方で，生体組織では瞬間弾性と遅れ弾性の厳密な区分が難しい．このため，圧子先端を材料表面に瞬間的に接触させ，また除荷することによりみられる荷重除荷曲線の解析が必要となった．これには高度な解析技術と追加の動物実験が必要となる．コロナ禍の影響もあり，実験室への出入りは以前より制限されている．このため研究計画を2022年度まで延長することになった．
|
| Strategy for Future Research Activity |
遺伝子改変マウスから採取したエナメル質の力学的特性を，新たな荷重条件で検討する．間質タンパクであるアメロブラスチン，エナメリンの影響による瞬間弾性・遅れ弾性を数値化・関数化して定義する．本研究計画ではさらにピラミッド型や球状圧子を用いてエナメル質の基本強度をナノレベルで議論するため，圧子先端形状校正を数学的に補正できるオリジナルソフトウェアを共同開発する．一連の研究で開発された新たな微小機械特性試験は新規生体材料の開発への波及効果が大きく，今後も継続する．また近年ではYAGレーザー照射した歯質の物理・化学特性変化が注目されており，これらの微小機械特性についても検討していく計画がある．
|
| Causes of Carryover |
当初計画していた研究を完了するため，新たな実験計画を試みたが，コロナ禍の影響により実験室への出入りや人手が制限されていた．このため研究経費を次年度に持ち越し，更なる追加実験を行う事になった．
|
Research Products
(11 results)
