計装化ウルトラミクロトームの開発と生体組織/異種物質との密着性評価

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10671140
• Research Institution: Nippon Medical School
• Principal Investigator: 相原 薫 日本医科大学, 医学部, 教授 (30060362)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朝倉 健太郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10111460)
• Keywords: ウルトラミクロトーム / 計装化 / せん断エネルギー / 摩擦エネルギー / 密着性 / 人工関節 / インプラント材料 / 生体組織

Research Abstract

事故や関節リウマチ、変形性関節症などの関節障害により、機能回復が望めない場合に「人工関節」は有望である。人工関節を固定させるには、1)人工関節と骨とを密着させる、2)スクリューやスパイクによって機械的に固定させる、3)人工関節と骨との間に骨セメントを充填させて固定させる、4)多孔性材料に骨組織を侵入させて固定させるなどの方法が採用されている。
なぜ、これらの多様な方法が採られているかは、生体組織とインプラントされた異種物界面の密着性、つまりは力学的・化学的な密着強度が評価できないことに原因がある。そこで本研究では異種物質界面の密着性と生体適合性の視点から計装化ウルトラミクロトームを開発し、生体組織と金属、セラミック、有機材料などとの密着性(力学的強度)を定量化することを目的とした。
本年度の研究概略は以下のとおりである。
(1)主として計装化ウルトラミクロトームの概念設計に重点を置き、切削における要素を解析した。この結果、せん断エネルギーと摩擦エネルギーが大きく関与していることが明らかになった。
(2)切削の要素解析を行った結果に基づき、既存ウルトラミクロトームの試料ホルダー部に圧電アクチュエータを組み込み、せん断エネルギー(応力)や摩擦エネルギーなどを計測できるシステムをメーカに発注し、試作機ができた。
(3)切削エネルギーの計測にはダイヤモンドナイフを用いた。生体組織/異種物質界面との密着性強度(あるいは剥離性)の関連性については新たに密着性評価治具を考案した。
(4)圧電アクチュエータからの出力を、RS232Cを介してパソコンに入力し、画像解析するためのソフトを構築中である。