2022 Fiscal Year Annual Research Report
量子・X線ビーム技術および数理モデルの統合による抗う蝕性イオンの動態解析
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21K21009
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
内藤 克昭 大阪大学, 歯学部附属病院, 医員 (70909506)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | ハーゲン・ポアズイユ流れ / ナビエ・ストークス方程式 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度の研究成果に基づき、最終年度は(1)象牙質に浸透したイオンの耐酸性への影響とそのメカニズムを解析すること、(2)反応拡散方程式とナビエ・ストークス方程式を基礎とした有限要素法で、象牙質に対するイオン拡散現象を表すモデルの再現度の向上をめざすこと、上記2点を実施した。
(1)について、健全象牙質にフッ化物イオンや亜鉛イオンを導入することで耐酸性が向上することがわかった。また亜鉛イオンを導入した試料は、とくに高い耐酸性を有した。X線回折法により、象牙質に亜鉛イオンを導入しても、結晶構造には影響しなかった。またX線光電子分光法では、象牙質内に取り込まれた亜鉛が4配位構造を持つ共有結合を有している可能性が示唆された。
(2)について、象牙細管を有する解析モデルを作製し、細管内から歯根表面に向かう歯髄内圧を再現するためにナビエ・ストークス方程式を適応した。また拡散に関して、象牙細管内と象牙質基質では明らかに異なることから、それぞれに適した拡散係数を設定した。細管内の流れは、ハーゲン・ポアズイユ流れに従うことが予想されることから、理論値と計算値が一致するように設定を行った。上記内容を組み込んで有限要素法による計算を行ったところ、3次元のフッ化物イオンの拡散現象の可視化に成功した。
今後の研究の展開として、本研究で用いたイオン拡散の実験結果は、PIXE/PIGE法によるバルクでの測定であるため、メソスケールにとどまっている。ゆえに、モデルの整合性を高めるために、飛行時間型2次イオン質量分析法でミクロスケールのイオン拡散を実験的に獲得して、モデルに反映させる予定である。
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