Development of Photoresponsive Nanocarbon Implants to Treat Peri-implantitis

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K10025
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57050:Prosthodontics-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: HIRATA Eri 北海道大学, 歯学研究院, 助教 (10722019)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横山 敦郎 北海道大学, 歯学研究院, 教授 (20210627) ; 高野 勇太 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (60580115)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ナノカーボン / インプラント周囲炎 / 骨 / インプラント / カーボンナノホーン / カーボンナノチューブ

Outline of Final Research Achievements

Carbon nanomaterials (CNMs) have excellent properties for biomedical use. Previous studies showed potential for dental implant applications, but treating peri-implantitis remains challenging.
This research developed: 1) Bone-conductive CNH/TiO2 coatings, 2) CNT membranes, 3) Antimicrobial CNH/antibiotic composites, 4) Photodynamic antimicrobial CNH/photosensitizer composites.
Evaluations showed: 1) CNH/TiO2 enhanced bone conductivity over uncoated titanium. 2) CNT membranes promoted osteoblast growth and bone formation. 3) Antibiotic/CNH composites exhibited potent antimicrobial activity enhanced by near-infrared light. 4) Photosensitizer/CNH generated singlet oxygen for strong photodynamic antimicrobial effects.These unique CNM-based materials show potential for improving dental implant integration and combating infections.

Free Research Field

ナノバイオサイエンス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発したカーボンナノ材料を利用した革新的なインプラント材料は、従来材料の課題を克服する可能性を秘めている。骨伝導性に優れるCNHコーティングチタンは、早期の骨親和性を実現し、CNTメンブレンは効率的な骨再生を促進する。一方、抗生物質やフォトセンサー分子との複合化によりインプラント周囲炎に対する新たな治療法の開発が期待できる。これらの材料は、インプラント治療の成功率向上と合併症リスク低減に寄与し、患者のQOL向上が見込まれる。さらに抗菌材料の応用範囲は、医療分野にとどまらず、環境や食品分野などへも広がる可能性がある。