2020 Fiscal Year Research-status Report
CAD/CAM用ノンプレシャスメタルの新規接着システムの開発
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19K19107
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
岩崎 太郎 日本大学, 松戸歯学部, 助教 (60778281)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | チタン / 過酸化水素水処理 / シラン処理 / コンポジットレジン / 接着強さ / 機械的特性 / エックス線光電子分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、①CAD/CAMシステムで加工が可能な歯科用非貴金属材料であるチタンに対する新規接着システムの構築と、②本接着システムを用いて処理を行ったチタンにコンポジットレジンを前装した歯冠補綴装置製作を目指した基礎的研究からなる。
チタンとコンポジットレジンとの高い接着強さ獲得には、表面に対する水酸基導入（Ti-OH基）のための過酸化水素水処理と、その後のシランプライマーによるシラン処理が有効であることが明らかになった。チタン表面に対する過酸化水素水処理の効果を水の接触角で評価したところ、過酸化水素水濃度が上がるにしたがってチタン表面への水酸基の導入は効果的であることが示唆された。次に、過酸化水素水処理の効果をコンポジットレジンとの接着強さで評価した。各濃度に調製した過酸化水素水でチタン表面を処理し、γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランを含むシランプライマーによるシラン処理を行った。そして、その処理面にコンポジットレジンを接着させ、せん断接着試験を行った。その結果、7mass%以上では有意に高い接着強さを示した。以上のことから、チタン表面の変色が少なく、有意に高い接着強さを示す7mass%を過酸化水素水の最適濃度と決定した。さらに、本システムによる処理を行ったチタン表面に対してエックス線光電子分光法による分析を行った。その結果、チタン表面には水酸基とともにハイドロペルオキシ基（Ti-OOH基）が導入されていることが判明し、接着強さ向上に寄与していることが示唆された。
歯冠補綴装置製作の際、前装に用いるコンポジットレジンに対して材料試験（ダイナミック超微小硬度計を用いたダイナミック硬さ試験）を行い、材料学的なキャラクタリゼーションを行った。その結果、ダイナミック硬さおよび弾性係数は無機質フィラー含有率の増加とともに大きくなる傾向を示した。
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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
本研究は、歯科用非貴金属材料であるチタンに対して有効な新規接着システムを構築することを目的としている。さらに、その接着システムにより処理されたチタン表面とコンポジットレジンとの接着強さを評価・検討する。以上より、金属接着性モノマーを用いた従来の接着システムに比較し臨床的に優れた新規の接着システム開発を目指すものである。
本接着システムは、チタンを過酸化水素水処理により改質（水酸基の導入）し、その後シラン化学を応用することでコンポジットレジンとの接着に良好な表面を得るものである。これまでに、各ステップにおける最適な処理条件が明らかとなった。具体的には、1mass%以上に調製した過酸化水素水を用いて処理を行うと表面の改質、つまり水酸基（Ti-OH基）のチタン表面への導入に最適な濃度であった。また、7mass%以上で処理を行うと有意に高いコンポジットレジンとの接着強さを獲得できることが明らかとなった。このことから、過酸化水素水処理によるチタン表面の変色を考慮し、7mass%を最適な濃度とした。さらに、本接着システムの接着機構を解明するため、エックス線光電子分光装置による表面分析を行った。その結果、過酸化水素水処理によってチタン表面にはTi-OH基とともにハイドロペルオキシ基（Ti-OOH基）が導入されることが明らかとなった。このTi-OOH基によってシランカップリング剤の化学吸着や物理吸着が促進され、コンポジットレジンとの高い接着強さが実現すると考えられる。
現在、本接着システムとコンポジットレジンを用いた歯冠補綴装置製作を想定した研究を行っている。具体的には、前装に用いるコンポジットレジンに対して各種材料試験を行い、材料学的なキャラクタリゼーションを行っている。得られた結果より、コンポジットレジンの機械的性質と無機質フィラー含有率には相関関係がみられることが明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究ではこれまでに、従来の接着システムと比較して、有意に高いチタンとの初期接着強さを獲得できる最適な表面処理条件を明らかにした。しかし、長期的に起こり得る接着強さの変化の評価は行っていない。これは本接着システムを臨床応用するために重要な検討課題であると考えられる。そこで、今後は口腔内でも良好な予後を達成し得る、チタンとコンポジットレジンの長期接着耐久性に関する実験を行う。具体的には、接着試験体を5℃の冷水中と55℃の温水中に各60秒間浸漬することを繰り返す水中熱サイクル試験を行う。得られた結果から、本接着システムが初期接着強さと長期接着強さに及ぼす影響について検討を行う。さらに、結果を横断的にフィードバックし、必要であれば本接着システムにおける各ステップの処理条件等も見直しを行う。
これらに加えて、本接着システムとコンポジットレジンを用いた歯冠補綴装置製作を想定した研究をさらに進めていく。具体的には、前装に用いるコンポジットレジンに対して材料試験（3点曲げ試験、間接引張試験、ダイナミック硬さ試験、摩耗試験）を行い、材料学的なキャラクタリゼーションを行う。歯ブラシを用いた摩耗試験では、試験前後の試料表面を走査電子顕微鏡で観察・比較し、さらに表面粗さを測定することによって耐摩耗性の評価を行う。補綴装置には高い審美性も必要であるが、同時に口腔内の咀嚼運動等に耐え得る機能性も必要である。これらの材料試験から得られた機械的性質は、本接着システムを用いた補綴装置製作のための一助とする。
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| Causes of Carryover |
予定していた通りに研究が進まず、次年度への繰り越しが生じてしまった。具体的には、新規接着システムを構築のための各ステップにおける処理条件の設定（最適な過酸化水素水とシランプライマーの調製）や有効性の検討に時間を要した。同様に、前装用コンポジットレジンのキャラクタリゼーションに関しても想定以上に時間を要した。そのため、予定よりも消耗品等の購入が減少した。加えて、昨今の社会情勢もあり、予定していた研究成果発表に係る学会出張旅費や論文作成時の英文校正費用、学会誌投稿料等が執行できず残額が生じてしまった。
このことを踏まえ、次年度は本研究課題を計画通りに推し進め、研究遂行のために必要な消耗品等やコンポジットレジンのキャラクタリゼーションを行う材料試験に係わる費用、国内外の学会で研究成果を発表するために必要な費用、さらにそれらの成果を論文にまとめ国際・国内誌に投稿するための各種費用として予算を執行する。
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