ウレタンアクリレートを用いた3Dプリント義歯床用レジンの機械的特性と生体適合性．

Mechanical Properties and Biocompatibility of Urethane Acrylate-Based 3D-Printed Denture Base Resin.

• Jy-Jiunn Tzeng
• Tzu-Sen Yang
• Wei-Fang Lee
• Hsuan Chen
• Hung-Ming Chang

抄録

本研究では，脂肪族ウレタンヘキサアクリレート（87A），芳香族ウレタンヘキサアクリレート（88A），脂肪族UA（588），15％HDDで希釈した脂肪族ウレタントリアクリレート（594），高機能脂肪族UA（5812）の5種類のウレタンアクリレート（UA）を選択し，DLP（Digital Light Processing）ベースの3Dプリント用の5種類のUAベースのフォトポリマーレジンを配合した．各UA（40wt%）に，エトキシル化ペンタエリスリトールテトラアクリレート（40wt%），イソボルニルアクリレート（12wt%），ジフェニル（2,4,6-トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキサイド（3wt%），ピンク色のアクリル（5wt%）を添加し，均一に混合した。UA系樹脂の各試料は，CADソフトウェアを用いて設計し，DLP 3Dプリンタを用いて特定の寸法に加工した。これらの設計されたUAベースレジンの特性，機械的特性，および細胞毒性レベルを調査し，異なるUV照射時間において，市販の3Dプリント用義歯床アクリル樹脂（BBベース）の対照群と比較した。ショア硬さ測定データとMTTアッセイは一元配置分散分析とボンフェローニのポストホックテストを用いて分析し，粘度，最大強度，弾性率はKruskal-Wallis検定を用いて分析した（α＝0.05）。UA材料とUV照射時間を置き換えることで，機械的特性を調整可能なUAベースのフォトポリマー樹脂を調製することに成功した。UV照射15分後，5812および594グループはBBベースグループと比較して高い粘度を示し，88Aおよび87Aグループは低い粘度を示した。また，最大曲げ強度，曲げ弾性率，ショア硬さについても，材料間で有意差が認められた（<0.001）。MTTアッセイの結果から，UAベースのフォトポリマー樹脂には毒性がないことがわかった。本研究では，設計したフォトポリマーレジンの機械的特性は，UAまたはUV照射時間を変えることで調整できた。このことから，脂肪族ウレタンアクリレートは，歯科用途のDLP型3Dプリント用プリンタブルレジンの設計に使用できる可能性が高いと考えられる。

In this study, five urethane acrylates (UAs), namely aliphatic urethane hexa-acrylate (87A), aromatic urethane hexa-acrylate (88A), aliphatic UA (588), aliphatic urethane triacrylate diluted in 15% HDD (594), and high-functional aliphatic UA (5812), were selected to formulate five UA-based photopolymer resins for digital light processing (DLP)-based 3D printing. Each UA (40 wt%) was added and blended homogenously with ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate (40 wt%), isobornyl acrylate (12 wt%), diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide (3 wt%), and a pink acrylic (5 wt%). Each UA-based resin specimen was designed using CAD software and fabricated using a DLP 3D printer to specific dimensions. Characteristics, mechanical properties, and cytotoxicity levels of these designed UA-based resins were investigated and compared with a commercial 3D printing denture base acrylic resin (BB base) control group at different UV exposure times. Shore hardness-measurement data and MTT assays were analyzed using a one-way analysis of variance with Bonferroni's post hoc test, whereas viscosity, maximum strength, and modulus were analyzed using the Kruskal-Wallis test (α = 0.05). UA-based photopolymer resins with tunable mechanical properties were successfully prepared by replacing the UA materials and the UV exposure times. After 15 min of UV exposure, the 5812 and 594 groups exhibited higher viscosities, whereas the 88A and 87A groups exhibited lower viscosities compared with the BB base group. Maximum flexural strength, flexural modulus, and Shore hardness values also revealed significant differences among materials ( < 0.001). Based on MTT assay results, the UA-based photopolymer resins were nontoxic. In the present study, mechanical properties of the designed photopolymer resins could be adjusted by changing the UA or UV exposure time, suggesting that aliphatic urethane acrylate has good potential for use in the design of printable resins for DLP-type 3D printing in dental applications.