レーザーとバイオミメティックプロセスを用いた歯根面の高機能化

我々と産業技術総合研究所ナノ材料研究部門の大矢根グループの共同研究チームは，レーザーとバイオミメティックプロセスを応用して，歯の表面に迅速にアパタイトを析出させ，高機能歯面を獲得する研究を行っています．歯面に成膜されたアパタイトには生体活性物質や抗菌薬を内包できることから，根面う蝕の抑止や歯周病の治療に応用できる可能性があります．また本法は歯以外のバイオマテリアル表面にも応用することができ，コンポジットレジンなどの人工材料表面を改質することが可能です．大矢根グループのホームページ　https://staff.aist.go.jp/a-oyane/index1.html

 

 

レーザー照射部位をTEM観察した結果，2-3ミクロンの厚みのアパタイト層が生成されているのが確認できました．レーザーのエネルギーが歯の表面に吸収されて，リン酸カルシウム溶液からのアパタイトの析出が促進されたと考えられました．またアパタイト層は象牙質とすき間なく連続し結合していると考えられました．Mater Sci Eng C 2020に掲載．

 

 


歯科用コンポジットレジン表面に，レーザーとバイオミメティックプロセスを併用して，アパタイトの析出を試みました．レーザー照射面に板状のアパタイト結晶の析出を認めました．歯肉縁下う蝕治療や，穿孔部封鎖治療に用いたコンポジットレジン表面の生物学的な改質等，様々な用途への応用が期待できます．Heliyon 2018 に掲載．

 

 

 

 

 

歯科用半導体レーザーと光吸収剤インドシアニングリーン（ICG）を併用したバイオミメティックプロセスを新規に開発しました．レーザーのエネルギーはICGに効率よく吸収され，３分間の照射で象牙質に連続したアパタイト結晶の生成を確認し（電子顕微鏡像），アパタイト生成に要する時間を大幅に短縮することができました．Int J Mol Sci 2022 に掲載．また，歯科用半導体レーザーの照射条件やICGの塗布方法をアップデートした結果，アパタイトの生成に必要な時間を３０秒まで短縮することができました．歯の表面に人工的にアパタイトを生成する方法として世界最速レコードを達成しました．Appl Surf Sci 2024 に掲載．

 

参考文献

Ponnusamy NK, Oyane A, Nakamura M, Inose T, Onuma K, Nishida E, Miyaji H. Fluoride-incorporated apatite coating on resin-based composite via laser-assisted rapid pseudo-biomineralization. Appl Surf Sci, 681, 161473, 2025.
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161473

 

K Onuma, M Makino, I Sakamaki, M Nakamura, E Nishida, S Tanaka, H Miyaji, A Oyane. Ultrafast coating of fluoride-substituted hydroxyapatite layers on teeth by laser-assisted crystallization: Comparison of surface structure and composition among enamel, dentin, and cementum. App Surf Sci, 674, 160876, 2024.
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.160876

 

K Onuma, P Aniruddha, M Makino, I Sakamaki, M Nakamura, S Tanaka, H Miyaji, A Oyane. Rapid regeration of artificial enamel using laser-assisted biomineralization: With and without mesoscale hierarchy in hydroxyapatite rods. Mater Today Commun, 38, 108030, 2024.
https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108030

 

H Miyaji, A Oyane, A Narazaki. Biological modification of tooth surface by laser-based apatite coating techniques. J Oral Biosci, 64(2), 217-221, 2022.
https://doi.org/10.1016/j.job.2022.03.004

 

A Oyane, I Sakamaki, M Nakamura, K Koga, K Shitomi, S Tanaka, H Miyaji. Fluoridated apatite coating on human dentin via laser-assisted pseudo-biomineralization with the aid of a light-absorbing molecule. Int J Mol Sci, 23 (24), 15981, 2022.
https://doi.org/10.3390/ijms232415981

 

A Oyane, I Sakamaki, K Koga, M Nakamura, K Shitomi, H Miyaji. Antibacterial tooth surface created by laser-assisted pseudo-biomineralization in a supersaturated solution. Mater Sci Eng C, 116, 111170, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111170

 

Y Hibino, A Oyane, K Shitomi, H Miyaji. Technique for simple apatite coating on a dental resin composite with light-curing through a micro-rough apatite layer. Mater Sci Eng C, 116, 111146, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111146

 

A Oyane, N Saito, I Sakamaki, K Koga, M Nakamura, AJ Nathanael, N Yoshizawa, K Shitomi, K Mayumi, H Miyaji. Laser-assisted biomineralization on human dentin for tooth surface functionalization. Mater Sci Eng C, 105, 110061, 2019.
https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110061

 

A Oyane, M Nakamura, I Sakamaki, Y Shimizu, S Miyata, H Miyaji. Laser-assisted wet coating of calcium phosphate for surface-functionalization of PEEK. PLoS ONE, 13 (10),1-15 (e0206524), 2018.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0206524

 

AJ Nathanael, A Oyane, M Nakamura, M Mahanti, K Koga, K Shitomi, H Miyaji. Rapid and area-specific coating of fluoride-incorporated apatite layers by a laser-assisted biomimetic process for tooth surface functionalization. Acta Biomater, 79, 148-157, 2018.
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.08.025

 

J Nathanael, A Oyane, M Nakamura, K Koga, E Nishida, S Tanaka, H Miyaji. Calcium phosphate coating on dental composite resins by a laser-assisted biomimetic process. Heliyon, 4(8), e00734 (1-16), 2018.
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00734