Development of 3D-printing denture materials with cellulose nanofiber for SDGs and high-strength.

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K10111
• Research Institution: Fukuoka Dental College
• Principal Investigator: 川口 智弘 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 准教授 (50631701)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浜中 一平 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 講師 (40736691)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: セルロースナノファイバー / 3Dプリンター / 義歯材料 / 補綴 / 歯学

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、疎水性セルロースナノファイバーを3Dプリンティング用アクリル樹脂の補強用繊維として配合することで、3Dプリンティング義歯材料の機械的強度不足を解消し、優れた機械的強度と環境に優しいSDGsな特徴を兼ね備えた3Dプリンティング義歯材料を開発する。さらにその新規材料から高強度義歯床および高強度人工歯を開発することを目指す。
光造形方式で製作される3Dプリンティング義歯は、口腔内スキャナーや技工用スキャナーで取り込んだ情報をもとに人工歯部と義歯床部各々のデジタルデータを作成し、3Dプリンティングによって製作されている。その後、義歯床のソケット内に人工歯をはめ込み、義歯床用材料と同じ紫外線硬化性樹脂を用いた後、2次重合して接着させる方法で製作されている。
令和４年度の研究では、紫外線硬化性樹脂中にセルロースナノファイバー配合PMMA (Poly Methyl Methacrylate) 樹脂を溶解させることに成功した。また3Dプリンティング義歯床用材料には従来の義歯の接着に有効な酢酸エチルが奏功しなかったことがわかった。酢酸エチル処理では3Dプリンティング義歯床用材料の溶解による小孔形成が十分に発揮されていないと思われる。そこでアルミナブラスト処理によって接着力を高めることができた。アルミナブラスト処理は、被着面を抉るように破壊されていたことから、接着材が発揮する接着強さが3Dプリンティング義歯床用材料の強度より大きいことが示唆された。また紫外線硬化性樹脂の剪断接着強さを向上させるためには、２次重合後の義歯床用材料に対する表面処理を粒径50μｍよりも粒径110μｍのアルミナブラスト処理を行うことが効果的であると示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

セルロースナノファイバーを紫外線硬化性樹脂に溶解させることが従来型のMMAモノマーよりも困難であることが判明し、セルロースナノファイバー配合PMMA樹脂 (Poly Methyl Methacrylate) とMMA((Methyl Methacrylate)を用いて紫外線硬化性樹脂に配合した。本研究課題の進歩状況に、溶解方法や配合量の条件および紫外線硬化性樹脂の試料製作のための照射条件の設定に時間を要したためである。

Strategy for Future Research Activity

紫外線硬化性樹脂中にセルロースナノファイバーを配合し、JDMAS252：2019やISO20795-1に基づき3Dプリンティング材料の機械的性質を測定する。セルロースナノファイバーの配合量を調整し機械的強度が向上する濃度まで測定する。また歯冠色や歯肉色に色調を変更した材料や既存の3Dプリンティング材料とも比較を行う。

Causes of Carryover

令和４年度にセルロースナノファイバーの最適濃度条件設定が遅れ、機械的強度測定に必要な3Dプリンター用材料購入量やその他試料作製材料品が少なかったためである。令和５年度では、研究計画に則してセルロースナノファイバーやその他試料作製材料の購入費および研究結果の発表費用として使用する。