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

我々は、産業技術総合研究所ナノ材料研究部門・大矢根グループとの共同研究により、レーザー技術とバイオミメティックプロセスを融合した新規歯面改質法の開発に取り組んでいます。本手法は、歯質表面に対して短時間でアパタイトを析出させることを可能とし、高機能化された歯面を獲得できる点に特徴があります。歯面に形成されたアパタイト層は、生体活性物質や抗菌薬を内包・担持することが可能であり、根面う蝕の抑制や歯周病治療への応用が期待されます。さらに、本技術は歯質に限らず、各種バイオマテリアル表面への応用も可能であり、コンポジットレジンをはじめとする人工材料表面の機能的改質にも展開できる汎用性を有しています。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透過型電子顕微鏡（TEM）により観察した結果、厚さ約2～3 µmのアパタイト層が形成されていることが確認されました。レーザーのエネルギーが歯質表面に吸収されることで、リン酸カルシウム溶液中からのアパタイト析出が促進されたものと考えられます。また、形成されたアパタイト層は象牙質とすき間なく連続しており、両者が良好に結合している可能性が示唆されました。Mater Sci Eng C 2020に掲載。

 


歯科用コンポジットレジン表面に対し、レーザー照射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。その結果、レーザー照射面において板状のアパタイト結晶の析出が認められました。本手法により、歯肉縁下う蝕治療や穿孔部封鎖治療に用いられるコンポジットレジン表面を生物学的に改質できる可能性が示され、臨床応用を含む多様な用途への展開が期待されます。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）を併用した新規バイオミメティックプロセスを開発しました。本手法では、レーザーのエネルギーがICGに効率よく吸収されることで、アパタイト析出が促進されます。その結果、わずか3分間のレーザー照射により、象牙質表面に連続したアパタイト結晶の生成を電子顕微鏡像により確認しました。これにより、従来法と比較してアパタイト生成に要する時間を大幅に短縮できることが示されました。Int J Mol Sci 2022 に掲載。さらに、歯科用半導体レーザーの照射条件およびICGの塗布方法を最適化した結果、アパタイト生成に要する時間を30秒まで短縮することに成功しました。本手法は、歯の表面に人工的にアパタイトを生成する方法として、我々の知る限りにおいて世界最速の達成例であると考えられます。Appl Surf Sci 2024 に掲載。

 

参考文献

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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.
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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.
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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.
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大矢根綾子，中村真紀，宮治裕史．特集：医療・ヘルスケアを支える高機能材料，高度歯科医療のためのリン酸カルシウム複合薄膜・ナノ粒子の迅速液相合成．工業材料，日刊工業新聞社，67(10)，59-63，2019

 

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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.
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