JP5260505B2 - 低応力流動性歯科用組成物 - Google Patents

Description

本発明は、極めて低い重合収縮及び極めて低い収縮応力を含むバランスのとれた特有の全体性能を有することを特徴とする、光重合性且つ光開裂性の樹脂モノマー並びに樹脂複合組成物に関する。かかる新規の樹脂のメインフレームに組み込まれる光反応性部位は、かかる樹脂の光開裂性に基づく、樹脂及び／又は硬化樹脂の網目構造を生成することができる。このため、網目構造形成プロセスを変えて結果的に収縮応力を有意に緩和させることから、（メタ）アクリレートベース樹脂系に関するフリーラジカル反応の重合速度は実質的に遅いものとなる。加えて、かかるＰ＆Ｐ樹脂を含有するラジカル重合性樹脂系は、硬化材料中の寸法安定性及び収縮応力が全体の性能にとって重要である、マイクロエレクトロニクス、特別なコーティング及び修復歯科における広範な用途を見い出すものであると期待されている。本発明はまた、従来の低応力複合体に相当する例外的に低い硬化応力を有し且つ従来の流動性複合体に匹敵する実質的な流動性を有する組成物に関する。このような特有の特性を有するかかる組成物による歯科用材料は、歯の治療における歯科分野で使用されている。

高架橋ポリマーは、複合体、発泡構造体、構造用接着剤、電子パッケージ用の絶縁体等のマトリックスとして広範に研究されている。高密度架橋構造は、高弾性率、高破壊強度及び耐溶剤性等の優れた機械特性がベースとなるものである。しかしながら、これらの材料は、クラックの形成及び伝播に起因する高い応力によって不可逆的に損傷を受ける。重合応力は、制限される鎖移動性と共に重合収縮によって生じる。これは最終的に収縮応力集中をもたらし、また徐々にこのような閉じ込められた応力が開放され、界面領域のような或る特定の弱い帯域に損傷を微視的にもたらす。微視的にこれは、剥離、クラッキング等として反映されている。同様に、現行の接着修復物における収縮応力の発生は、樹脂複合体が硬化している間に収縮が制限される一因でもあり、またこれは修復物の構成に大いに影響を受ける。さらに、機能的な取り込み（functional loading）中の不均質な変形は材料の界面並びに凝集に損傷を与えるおそれがある。種々のアプローチが、修復材料からの全体的な応力の発生を制限することによって、又は修復された界面の直接的な応力集中を最小限に抑えることによって試されている。このようなアプローチには、例えば、新規の樹脂、新規の樹脂化学物質、新規のフィラー、新規の硬化プロセス、新規の結合剤及びさらに新規の手法が含まれる。

低重合収縮及び低収縮応力をもたらし得る新規の樹脂マトリックスの開発には多大な関心が寄せられている。例えば、（メタ）アクリレートベース樹脂系の種々の構造及び幾何学形状の誘導体、例えば非（メタ）アクリレート樹脂系、非ラジカルベース樹脂系が挙げられる。加えて、光硬化性の低収縮歯科用複合体について、新規の樹脂系及び新規の光開始剤のみならず、ナノメートルからマイクロメートルまでの種々の粒径及びサイズ分布、異なる形状、粉砕されるか又は仕上がりが球状である不規則形状を有するフィラー等の、新規のフィラー及びフィルターの表面改質が広範囲にわたって研究されている。またこれは、無機、有機、ハイブリッドであるような組成物で異なり得る。

漸進的な改良は、各アプローチ及び／又はそれらの相互の寄与によって達成されているが、重合応力は依然として硬化された網目構造系における最大の課題である。

本発明の一態様によれば、新規な樹脂組成物が提供される。しかしながら、従来の樹脂系とは異なり、応力を一部開放させるために、ポストゲル段階(post-gel stage)における重合応力を、その後の選択的な網目構造の開裂とする新たな概念が、新規樹脂組成物の設計に含まれる。上述のように、低収縮及び低応力に向けたこれまでの技術は全て、一般的に収縮及び応力の形成を制限することに基づくものである。しかしながら、硬化された網目構造系における収縮及び応力の発生は、２つの異なる段階、即ちプレゲル段階(pre-gel phase)及びポストゲル段階(post-gel phase)を有するものである。実際に、現行の技術の大半の試みはプレゲル段階に着目するものであり、試みのいくつかが効果的であることが判明している。残念なことに、これらのアプローチは、収縮がプレゲル段階ほど起こらないが、任意の重合伸長に対して応力がさらに影響を受けるようになるポストゲル段階における応力の発生を制御する点については効果的でない。硬化系において増大する架橋密度の不動性は、硬化系中の応力集中を増大させる。さらに悪いことに、ここで問題は終わらず、閉じ込められた応力が最終的にゆっくりした弛緩によって緩和されることにより、修復系にさらなる損傷が生じるおそれがある。このため、我々のアプローチは、ポストゲル段階において、任意の架橋系の「閉じた網」の幾つかが選択的に破壊されて、応力緩和期間の延長を促し得る場合に、全応力の集中が実質的に軽減されるといった概念に基づくものである。このような課題に応えるために、光重合性且つ光開裂性の樹脂を提案し、包括的な分子構造を設計する。かかる樹脂モノマーは、任意の他の樹脂モノマーのように重合することができるが、そのメインフレームは、近ＵＶが混ざっているような付加的な光源により破壊を誘発することができると予想された。これは典型的な光開裂性プロセスであるが、光重合され且つ架橋系中に埋め込まれる能力はかかる樹脂モノマーを特有のものとする。加えて、光開裂性プロセスはまた、このような二次破壊による如何なる浸出可能な種も再生しないようにすることができる。

光開裂はペプチドの固相合成では新いものでなく、これより、新たなペプチドを設計配列の或る特定の鋳型上に方向付けた後、その後の露光によってこれを鋳型から開裂させた。このようなプロセスでは化学物質によって汚染されない。一方、光酸(photoacid)及び光塩基(photobase)を光開裂の拡大応用とみなすことができる。酸成分又は塩基成分は、系中の他のものとの全ての望ましくない相互作用を避けるように一時的に潜在し、露光等の要求により放出されて酸又は塩基の再生を誘起することができる。その後、これらの酸又は塩基は、次の工程の反応のための一般的な酸性触媒又は塩基性触媒として作用する。近年、ＭＥＭＳにおける充填ポリマー、熱不安定性接着剤、熱スプレーコーティング及び除去可能な封入等の容易に除去されるような用途のために、ポリマー又は高分子網目構造を脱重合性又は減成可能とするために、熱によって除去可能であるか又は光化学的に可逆的な材料が開発されている。ごく最近では、薬剤供給の効率を改善するために光開裂性デンドリマーが研究されている。我々の知識によれば、収縮応力の制御についての硬化された網目構造中の光開裂性セグメントに関する先行技術は存在しない。しかしながら、この研究を正当化するために、関連技術の全てを実用的な根拠として使用することにした。

歯科用複合体は、歯の修復物に必要な美観、物理特性及び機械特性をもたらすように、有機又はハイブリッド樹脂マトリックス、無機又はハイブリッドフィラー、及び開始剤、安定化剤、顔料等の他の成分を用いて配合される。硬化された歯科用複合体による重合収縮は、直接後方に樹脂ベース複合体修復物を設ける際の歯科臨床医の主な関心事の１つである。樹脂ベース複合材料、歯科用接着剤に関する改良が進み、充填技法及び光硬化の予測可能性が改善されているが、収縮問題は依然として残っている。実際にはそれは、辺縁破折抵抗（marginal integrity）の低下をもたらすおそれがあり且つ辺縁ギャップ形成及び微小漏洩をもたらす重合収縮に関する応力であり、これは、辺縁着色、術後感受性、副次的な齲歯、及び歯髄病変の一因となるおそれがある。

歯科用複合体の重合収縮を軽減させる一般的なアプローチは、特に後部修復物用のフィラー充填量を増大させることである。しかしながら、これらの高度に充填された複合体のより高い粘度は、窩洞の調製にも適合しないことがある。^１-２フィラー含有量が少なければより高い可撓性を有する流動性複合体を初めに設けることによって、マイクロハイブリッド及びパッケージング可能な複合修復物を直接利用するよりも微小漏洩を抑えることができるが、^３-４この利得は、流動性複合体自体の重合収縮を増大させることによって相殺される可能性があることが実証された。^５したがって、上述のように微小漏洩を実際に低減させるために、低収縮、特に低硬化応力流動性複合体を開発することが非常に望ましい。

任意の歯科用複合体を開発する際の課題は、低硬化応力及び必要な機械強度に加えて、美観、ハンドリング特性を含む全体性能のバランスをとることである。残念なことに、優れた機械強度は通常、架橋密度を増大させた結果であり、これにより、望ましくない重合収縮及び収縮応力が常に伴って起こる。それゆえこのような収縮及び応力を最小限に抑えようと努める上で、新規の樹脂系を開発しようとする試みが増している。例えば、異なるサイズ及び形状を有する樹脂モノマーを設計することによって樹脂マトリックス中の重合性基を減少させることは実際、この点に関して或る程度は良好である。しかしながら、分子鎖移動性を制限し且つ重合変換を制限したために、機械強度の低下及び或る特定のハンドリング特性の低下が通常もたらされる。加えて、ハンドリング特性をあまり損なうことなくフィラー充填量を増大させ得る特定のフィラーを用いることによって、収縮を低減することができる。たとえそうであっても、流動性複合体の大部分の硬化応力は実質的に高いままである。むろん、低硬化応力を有する流動性歯科用組成物を開発することが極めて望ましい。

理論的に言うと、熱開裂性又は光不安定性の結合等の環境に影響の受けやすい部位の何種類かが重合性樹脂モノマー中に組み込まれた場合、かかる樹脂又はその結果得られる高分子材料はコマンド依存性（command-responsible）になる。より詳細には、それらを熱開裂性又は光開裂性にすることができる。幾つかの従来の光開始剤の化学的性質は、このような開始剤が重合性光開始剤又はマクロ開始剤として研究されてきたことから、かかる光重合性且つ光開裂性の樹脂モノマーを設計する基剤として使用することができる。しかしながら、実際にはそれらのうちのいずれも、どうにかしてポリマー鎖又は網目構造を破壊可能にするようにポリマー鎖又は高分子網目構造中に組み込まれていなかった。

本研究の別の目的は、光開裂性又は熱不安定性の部位を光重合性樹脂モノマーの一部として組み込むことによって、低収縮及び低応力の次世代修復材料用の新規の樹脂系を開発することである。このような独特のアプローチを用いて、従来の重合網目構造が選択的に開裂され、これにより、重合後に応力が分散し、さらに自己応力の緩和がもたらされ、最終的には全応力集中が最小限に抑えられるようにすることができることが予想された。

光によるコマンドに応じた重合網目構造の開裂性、又は光開裂性をもたらすために、光応答性部位は、エネルギーレベルが顕著な特定の光に対するさらなる露光まで、可視光硬化等の標準露光プロセスに対して安定であるものとする。特に、かかるエネルギー源は、標準可視青色光以外の任意のものであり得る。近ＵＶ光は、多くの可能な選択肢の典型的な例の１つである。さらに、オルト−ニトロベンジルセグメント又はα−ヒドロキシアルキルフェノンに由来の化合物が、可視光によって光重合され且つ必要に応じてさらなるＵＶ光によって破壊可能になるよう誘起される、この新しいクラスの樹脂モノマーの理想的な候補であることが期待された。

このアプローチの実行可能性により、新しいクラスの樹脂に対する多用性についての迅速な研究が可能になる。したがって、多様なかかる重合性且つ光開裂性の樹脂モノマーを、スキームＩＩに示すように広範な粘度を伴って首尾良く調製した。

さらに、得られる複合体にとってバランスのとれた全体性能を有するために、かかる新規の樹脂モノマーを、他の従来の樹脂モノマー（例えばＢｉｓＧＭＡ、ＴＥＧＤＭＡ、ＵＤＭＡ）、又は実験用樹脂モノマー（例えば大環状樹脂）と共に多様な比率で配合した。以下の実施例に示されるように、かかる新しいクラスのＰ＆Ｐ樹脂モノマーに基づくそれらの複合体により、顕著な低収縮、低応力及び優れた機械特性、並びに良好なハンドリング特性が示された。

本発明によれば、第２のエネルギー源に反応性である物質の新規の組成物の一部を含有する、第１のエネルギー源を介して重合され得る物質の組成物が提供される。本発明はまた、第２のエネルギー源に反応性であり且つ第２のエネルギー源を活性化すると、脱重合及び／又は減成する物質の新規の組成物の一部を含有する、第１のエネルギー源を介して重合され得る物質の組成物を提供する。第２のエネルギー源と反応性であり且つ第２のエネルギー源を活性化すると、第１のエネルギー源によって重合される材料の構造特性に実質的に影響することなく脱重合及び／又は減成する物質の新規の組成物の一部を含有する、第１のエネルギー源を介して重合され得る物質の組成物が提供される。第２のエネルギー源と反応性であり、且つ第２のエネルギー源を活性化すると、第１のエネルギー源によって重合される材料の構造特性に実質的に影響することなく脱重合及び／又は減成して、第１のエネルギー源を介して生成される物質の組成物の重合中に生じる応力を増大させる物質の新規の組成物の一部を含有する、第１のエネルギー源を介して重合され得る物質のさらなる組成物が提供される。本発明の別の態様によれば、第２のエネルギー源（熱、光化学、化学、超音波、マイクロ波等）と反応性である物質の新規の組成物の一部を含有する、第１のエネルギー源（熱、光化学、化学、超音波、マイクロ波等）を介して重合され得る、モノマー、プレポリマー及び／又はポリマーを含む物質の組成物が提供される。

これにより、これまで既知の技術の或る特定の制限が克服された。架橋を有する高分子網目構造が強度特性のために望まれるが、より高度な収縮及び応力がもたらされる。本発明によって架橋が形成されるが、同時に、生じた応力を緩和させる機構（エネルギー適用の第２の形態）がもたらされると共に、作製される高分子網目構造の構造的完全性が維持される。重合中の応力の緩和が望まれおり、高分子網目構造が確立され、より剛性な状態に起因して架橋硬化されて応力が生じる「ポストゲル」段階の前に、重合の「プレゲル」段階中に応力を緩和させるようように試みるアプローチが一般的に行われていた。本発明は実質的に、この「ポストゲル」段階中に応力を排除する。可逆的、即ち、仮に重合しても、何らかの形の後重合エネルギーを印加して、材料が不安定になる状態にまで高分子網目構造を完全に分解又は減成させるという、材料の既知の系が存在する。本発明において、部分的に、高分子網目構造の一部を減成又は分解すること、及び高分子網目構造の完全性を維持することを制御可能な形で提供される。

上記のように、本発明の一実施形態によれば、光重合性且つ光開裂性の樹脂モノマー（以後「Ｐ＆Ｐ」樹脂と称される）が、低い硬化応力と良好な機械強度との特有の組合せをもたらす。本発明のＰ＆Ｐ樹脂は、樹脂モノマー中に光応答性部位を組み込むことを特徴とし、（メタ）アクリレート系樹脂であり、さらに、任意の他の従来の（メタ）アクリレートモノマーとして重合することができる。しかしながら、かかる光応答性部位の存在は、従来の（メタ）アクリレートモノマーとは異なる方法でＰ＆Ｐ樹脂を重合させることができる。より詳細には、Ｐ＆Ｐ樹脂は、全ての機械強度を損なうことなく、比較的ゆっくりした硬化プロセスを介して応力の緩和を可能にする特有の硬化反応動力学によって重合される。したがって、従来の樹脂（例えばＢｉｓＧＭＡ／ＴＥＧＤＭＡ又はＥＢＰＡＤＭＡ）及び他の従来の複合体と比べて、実質的に低い重合収縮応力が、Ｐ＆Ｐ樹脂及びＰ＆Ｐ樹脂ベース複合体からもたらされる。本発明のＰ＆Ｐ樹脂に基づき且つ８０％〜８２％（ｗｔ／ｗｔ）の無機フィラーが充填される典型的な後の複合体(posterior composite)は、１．３Ｍｐａ〜１．７Ｍｐａの収縮応力をもたらす。それらはまた、良好な機械強度を示す。本発明はＰ＆Ｐ樹脂の拡大応用である。フィラーの充填を下げても例外的に低い硬化応力が維持されることが予想外にも見い出され、これにより低応力流動性複合体への道が開かれた。フィラー濃度は、１％〜７０％（ｗｔ／ｗｔ）、好ましくは１０％〜６０％（ｗｔ／ｗｔ）、より好ましくは５０％〜６０％（ｗｔ／ｗｔ）である。また従来の樹脂モノマーには、かかる従来の樹脂モノマーの性質及び最終用途に応じて、Ｐ＆Ｐ樹脂を最大４０％〜５０％（ｗｔ／ｗｔ）で組み込むことができる。フィラー組成物を同様に調節することができる。

表Ｉ〜表ＩＩに示されるように、例外的に低い収縮応力が、これらの新たな流動性組成物から明らかになった。また、対照として、同様の流動性ペーストを、同様のフィラー充填量を有するＴＰＨ樹脂（９９９４４６、DENTSPLY Internationalから入手可能）及び組成物を用いて配合した。予測したように、さらに高い収縮応力が得られた（０．９ＭＰａ〜１．３ＭＰａに対して３．６ＭＰａ）。図１は、典型的な実験用流動性複合体（ＬＢ６−１０９、１１０、１１１及びＸＪ５−１９６）と、幾つかの市販の流動性材料（例えば、Ｄｙｒａｃｔｆｌｏｗ（DENTSPLY International）、ＡｄｍｉｒａＦｌｏｗ（VOCO, Germany）、Ｆｌｏｗ Ｉｔ（Jeneric/Pentron, Inc.）、ＥｓｔｈｅｔＸｆｌｏｗ（DENTSPLY International）、Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（KERR CORPORATION）、及びＴｅｔｒｉｃ Ｆｌｏｗ（IVOCLAR VIVADENT, INC.））との比較を示す。ＥｓｔｈｅＸｆｌｏｗ及びＤｙｒａｃｔｆｌｏｗと比べて、実験用流動性複合体によって最大６０％〜８０％応力の削減が達成される。さらに、新たな流動性材料は依然として適度な機械強度をもたらし、これは最も流動性のある製品に匹敵する（図２も参照）。機械強度は、フィラー組成物を精製することによってさらに改善することができると思われる。

Ｐ＆Ｐ樹脂及びその複合体によって示される低応力の性質は、上記のような特有の硬化反応動力学に起因する。ＰＤＣの研究により、ＴＰＨ樹脂又はその複合体に比べて適度にゆっくりしたこの特有の重合速度がさらに確認された。ＴｅｔｒｉｃＦｌｏｗはまた、安定なラジカル化合物の存在に起因して（同一の硬化条件下で）ゆっくりした重合速度を示した。ＴｅｔｒｉｃＦｌｏｗは、他の市販の流動性材料（３．３ＭＰａ〜４．６ＭＰａ）よりも比較的低い応力を有するものの、依然として、Ｐ＆Ｐ樹脂をベースとする実験用流動性複合体（１．０ＭＰａ〜１．４ＭＰａ）よりもさらに高い収縮応力（２．４ＭＰａ〜３．２ＭＰａ）を生じる。

本発明は、流動性複合体に、典型的なＥｓｔｈｅｔＸｆｌｏｗ（３．４ＭＰａ）又はＤｙｒａｃｔｆｌｏｗ（４．６ＭＰａ）よりも約６０％〜７０％少ない０．９ＭＰａ〜１．３ＭＰａの例外的に低い重合応力をもたらす。より重要なことは、新規の流動性材料が、依然として適度な機械特性をもたらすことができる点である。低硬化応力及びハンドリング特性に関するこの特有の特性の組合せは、歯科用修復物（例えばライナー、封止剤等）、並びに硬化応力及び流動性が大いに関係する他の応用分野に使用することができる。

したがって、本明細書中に開示されるように本発明は、上記の本発明の目的の１つ又は複数を成し遂げ、他の点では当該技術に対する有益な寄与を構成することが明らかである。当業者にとって明らかなように、本発明の精神を逸脱することなく、本明細書中に開示される好ましい実施形態に変更が為され、本明細書中の本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲よってのみ限定される。

Claims (4)

1. プレゲル段階とポストゲル段階とを含む架橋網目構造を有するタイプの重合性材料の硬化中に応力を軽減させる方法であって、前記架橋網目構造の少なくとも一部を選択的に破壊することにより応力緩和期間を誘起することを含む、方法。
2. 前記重合性材料が光重合性且つ光開裂性の樹脂である、請求項１に記載の方法。
3. 前記樹脂がＵＶ光に曝されると光開裂性になる、請求項２に記載の方法。
4. 前記樹脂が、オルト−ニトロベンジル及びα−ヒドロキシアルキルフェノンから成る群から選択されるセグメントを有する、請求項２に記載の方法。