金属-金属酸化物複合針状材料の発熱機構の解明と応用

• Project/Area Number: 19656172
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Composite materials/Physical properties
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 青野 宏通 Ehime University, 大学院・理工学研究科, 准教授 (00184052)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2009: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2008: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2007: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: 交流磁場 / 磁性材料 / 癌治療 / 発熱特性 / シミュレーション / チタン / フェライト / 渦電流

Research Abstract

交流磁場中で発熱する針状材料は新しい癌治療の医療器具として、発熱特性・生体適合性などが優れた材料が期待されている。本研究はその開発に関するものである。
フェライトを針状に成型し焼成した材料を用い、マウスなどを用いた動物実験を行なったところ、癌腫瘍に対して有効であることが明らかになった。しかし、フェライトなどの酸化物材料は導電性が乏しいため渦電流による強い発熱が期待できないことから、針状金属材料について設計指針を交流磁場中の実測と汎用電磁場解析ソフトJMAG-studio Ver.9.0によるコンピューターシミュレーションで解析を行なった。磁性材料の使用は比透磁率の制御が困難であり、また磁場の浸透深さが非常に浅いことから、非磁性材料であるが生体適合性に優れ、浸透深さの大きいチタンを中心について検討を進めた。金属棒、金属管、フェライトの入った金属管の3種類について、実際の発熱特性を調べた。その結果、実測値とシミュレーション結果がほぼ一致することが確認され、チタン管にMgFe_2O_4フェライト磁性粉末を入れた試料について、フェライトが磁場を集束し、金属部のチタン管に渦電流が流れ、電気抵抗の損失による発熱が著しく増大することを確認した。また、急冷されたMgFe_2O_4をチタン管に入れることにより発熱特性が向上した。金属の電気抵抗と比透磁率の因子により発熱が影響され、非磁性材料であるTiと磁性材料であるNiについて検討を行ったところ、最適な電気抵抗値を得ることができた。CADを用いて針状器具の角度を変える実験を行ない、実測値との一致が得られた。

Research Products

• [Journal Article] Repeated inductive heating using a sintered MgFe_2O_4 needle for minimally invasive local control in breast cancer therapy (2009)
  • Author(s): S.Yukumi, Y.Watanabe, A.Horiuchi, T.Doi, K.Sato, M.Yoshida, Y.Yamamoto, T.Maehara, H.Aono, T.Naohara, K.Kawachi
  • Journal Title: International Journal of Hyperthermia 25 Pages: 416-421
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a second-generation radiofrequency ablation using sintered MgFe_2O_4 needles and alternating magnetic field for human cancer therapy (2009)
  • Author(s): Y.Watanabe, K.Sato, S.Yukumi, M.Yoshida, Y.Yamamoto, T.Doi, H.Sugishita, T.Naohare, T.Maehara, H.Aono, K.Kawachi
  • Journal Title: Bio-Medical Materials and Engineering 19 Pages: 1048-1051
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface Study of Fine MgFe2O4 Ferrite Powder Prepared by Chemical Methods (2008)
  • Author(s): Hiromichi AONO
  • Journal Title: Applied Surface Science 254 Pages: 2319-2324
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Computer simulation of heat generation ability in AC magnetic field for Ti tube filled with ferrite powder (2007)
  • Author(s): Hideyuki HIRAZAWA
  • Journal Title: Proc.of 24th International Japan-Korea Seminar on Ceramics Pages: 609-612
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Computer Simulation of Heat Generation Ability in AC Magnetic Field for Needle-type Materials (2009)
  • Author(s): T.Naohara, H.Aono, T.Maehara, Y.Watanabe, H.Hirazawa, S.Matsutomo
  • Organizer: 6^<th> International Conference on Electromagnetic Processing of Materials(EPM)
  • Place of Presentation: Dresden, Germany
• [Presentation] 金属材料の交流磁場下での発熱とシミュレーション (2008)
  • Author(s): 西岡, 青野, 猶原. 前原, 平澤, 松友
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2008-09-24
• [Presentation] 金属管にフェライトを充填した針状材料の誘導加熱シミュレーション (2008)
  • Author(s): 小山, 青野, 猶原. 前原, 平澤, 松友
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2008-09-24
• [Presentation] 金属管に磁性材料を充填した針状材料の誘導加熱シミュレーション (2008)
  • Author(s): 平澤, 青野, 猶原, 前原
  • Organizer: 軽金属学会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2008-05-10
• [Presentation] フェライトを充填した金属管の交流磁場下ての発熱シミュレーション (2007)
  • Author(s): 内原 高大
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 2007-09-21
• [Presentation] MgFe2O4を充填したTi管の交流磁場下での発熱シミュレーション (2007)
  • Author(s): 平澤 英之
  • Organizer: 中国四国支部鉄鋼第50回・金属第47回合同支部講演大会
  • Place of Presentation: 島根県民会館
  • Year and Date: 2007-08-09