米乐m6官方网站[会长：中钵良二]（以下简称“AIST”）纳米材料研究部[研究部主任佐佐木刚]纳米颗粒结构设计组首席研究员中村真纪、首席研究员大谷绫子等人和北海道大学牙科研究生院讲师宫地宏脉冲激光轻松快捷银纳米粒子磷酸钙亚微米颗粒并证明了这种颗粒作为牙科治疗材料的潜力。
利用该合成技术，只需用相对较弱的脉冲激光照射钙离子、磷酸根离子和银离子的混合水溶液几分钟，就可以获得含有许多银纳米颗粒的亚微米磷酸钙颗粒。所得颗粒对引起龋齿（蛀牙）和牙周病的口腔细菌表现出抗菌活性，预计可用于需要在狭小空间内消毒的牙科治疗。该技术的详细信息将于 2016 年 9 月 15 日公布生物材料学报杂志。
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| 图1：（左）复合颗粒合成技术概念图，（右）合成颗粒横截面的电子显微镜图像 |
磷酸钙是人体骨骼和牙齿的主要无机成分，具有优异的生物相容性和生物分子吸附性能，而银纳米颗粒具有抗菌活性和独特的光学性能，这种复合材料有望在医学、环境和分析等多种领域得到应用。例如，纳米级到微米级的磷酸钙颗粒包裹着许多银纳米颗粒，可以渗透到牙齿周围（牙齿和牙龈、牙齿邻面等）容易发生龋齿（蛀牙）和牙周病的狭窄空间，并具有杀菌作用。再矿化认为同时表现出促进作用，并且期待其作为口腔环境的保存和改善剂的应用。然而，用于合成这种复合颗粒的技术存在诸如操作复杂且耗时的问题，并且需要更简单且更快速的合成技术。
迄今为止，产业技术研究院已开发出一种技术，通过用相对较弱的脉冲激光照射分散在液相中的非晶纳米颗粒原料，简单快速地合成金属和氧化物的亚微米球形颗粒（液体激光熔化法，2010 年 9 月 1 日 AIST 主要研究成果）。此外，我们还开发了一种技术，以离子溶液为原料，合成在磷酸钙中含有磁性氧化铁的复合颗粒，该复合颗粒可用作生物材料。此次，我们的目的是应用该技术开发一种简单快速的含抗菌纳米银磷酸钙亚微米颗粒的合成技术。
这项研究和开发得到了 Amada 基金会 2014 年鼓励研究补助金的支持。
此次，我们应用产业技术研究所的激光亚微米粒子合成技术，开发出简单且快速的含有银纳米粒子的磷酸钙亚微米粒子（以下简称“复合粒子”）的合成技术。通过使用银离子作为激光吸收剂并调节添加到反应溶液中的浓度，发生反应生成亚微米颗粒的磷酸钙，银离子的光还原银纳米颗粒的沉淀反应同批次进行，实现了复合颗粒的一步合成。将相对较弱的纳秒脉冲激光束（355 nm，30 Hz，200 mJ/脉冲/cm2，光束直径8毫米，脉冲宽度8-10纳秒）20分钟（图1左），合成复合颗粒（图1右）。
此次开发的技术中，将原料离子溶液混合后，立即生成含有银的磷酸钙的非晶质颗粒，这些颗粒吸收脉冲激光，在液体中瞬间被加热（约10纳秒）并熔化，从而导致球状化。此外，据认为，由于这些颗粒中所含银离子的光还原，金属银纳米颗粒在磷酸钙颗粒中分散并沉淀，从而产生图1右侧所示的复合颗粒。此外，随着原料混合水溶液中银离子浓度的增加，所得复合颗粒中的银含量也增加（图2），因此可以说，该技术可以调节复合颗粒中银与磷酸钙的比例。
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图2：4mL混合水溶液中生成的复合颗粒中钙、磷、银的含量
改变混合水溶液中银离子的浓度 |
我们对使用新开发的技术合成的复合颗粒应用于牙科治疗的可能性进行了基础研究。当将复合颗粒添加到引起龋齿和牙周病的口腔细菌（引起龋齿的细菌、牙周病细菌）的悬浮液中时，细菌的生长被抑制，并且它们对这些口腔细菌表现出抗菌活性。另外，增殖抑制效果取决于颗粒浓度，颗粒浓度越高，增殖抑制效果越大。当将复合颗粒添加到引起龋齿的细菌的悬浮液中并孵育24小时时，不再观察到亚微米尺寸的颗粒。人们认为磷酸钙被细菌产生的酸溶解（分解成钙离子和磷酸根离子）（图3）。据认为，随着磷酸钙的溶解，颗粒内含有的大量抗菌银纳米颗粒被释放出来，发挥其抗菌作用。众所周知，口腔细菌增殖时会产生酸，使周围的液体呈酸性（酸化），溶解牙齿的磷酸钙成分（脱矿质），但已证实该复合颗粒通过自身溶解来抑制细菌悬浮液的酸化。即，该复合粒子可期待具有抑制口腔环境酸化的效果，同时供给作为牙齿的主要成分的钙离子和磷酸根离子，防止牙齿脱矿并促进再矿化，可期待作为口腔环境的保存及改善剂而应用。
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| 图3：（上）添加复合颗粒后致龋菌的电子显微照片（左：培养4小时后，右：培养24小时后），（下）复合颗粒示意图和颗粒结构的预期变化 |
我们将考虑大规模生产新开发的复合颗粒。此外，利用这项技术，不仅可以封装金属银，还可以封装磁性氧化铁等其他有用物质，因此我们计划研究各种复合颗粒不仅在牙科领域，而且在医学、环境和分析等各个领域的应用。
纳米材料研究部纳米颗粒结构设计组
首席研究员 Maki Nakamura 电子邮件：ma-ki-nakamura*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）