硬組織工学のための高強化アクリル樹脂とノズルベース光プリンティングによる添加製造の適合性

Highly Reinforced Acrylic Resins for Hard Tissue Engineering and Their Suitability to Be Additively Manufactured through Nozzle-Based Photo-Printing.

抄録

ミネラル結合組織は人体組織の中で最も硬い材料であり、損傷した組織を修復するためにポリマーベースの複合材料が広く使用されている。特に、光活性レジンおよびコンポジットレジンは、一般的に歯科修復診療において最もポピュラーな選択肢と考えられている。本研究の第一の目的は、新規な高強度光活性化微粒子歯科用複合材料を研究することである。粒子強化光ポリマーの押出成形に基づく革新的な積層造形技術は、フィラー分率(/)が10%までのコンポジットを加工するために最近開発された。本研究の第二の目的は、高強度複合材料の3Dプリントの実現可能性を探ることである。シリカ、二酸化チタン、ジルコニアナノ粒子で強化した2,2-ビス（アクリロイルオキシメチル）ブチルアクリレートとトリメチロールプロパントリアクリレートをベースとするさまざまな複合材料を設計し、圧縮試験を通じて調査した。Enfis Uno Air LED Engineを搭載した3DバイオプロッターAK12を用いて、最も高い機械的特性を示す複合材を加工した。最も高い剛性と強度を示した複合材料は、3Dプリンティングで加工することに成功し、4層複合足場が実現した。粒子状複合材料の機械的特性は、フィラー画分の種類と量を変更することで調整できる。押出成形による3次元繊維堆積と光重合からなる付加製造技術を用いて、高度に強化された光重合可能な複合材料を加工することが可能である。

Mineralized connective tissues represent the hardest materials of human tissues, and polymer based composite materials are widely used to restore damaged tissues. In particular, light activated resins and composites are generally considered as the most popular choice in the restorative dental practice. The first purpose of this study is to investigate novel highly reinforced light activated particulate dental composites. An innovative additive manufacturing technique, based on the extrusion of particle reinforced photo-polymers, has been recently developed for processing composites with a filler fraction (/) only up to 10%. The second purpose of this study is to explore the feasibility of 3D printing highly reinforced composites. A variety of composites based on 2,2-bis(acryloyloxymethyl)butyl acrylate and trimethylolpropane triacrylate reinforced with silica, titanium dioxide, and zirconia nanoparticles were designed and investigated through compression tests. The composite showing the highest mechanical properties was processed through the 3D bioplotter AK12 equipped with the Enfis Uno Air LED Engine. The composite showing the highest stiffness and strength was successfully processed through 3D printing, and a four-layer composite scaffold was realized. Mechanical properties of particulate composites can be tailored by modifying the type and amount of the filler fraction. It is possible to process highly reinforced photopolymerizable composite materials using additive manufacturing technologies consisting of 3D fiber deposition through extrusion in conjunction with photo-polymerization.