2020 Fiscal Year Annual Research Report
Material design for microscale load sensor having bio-degradability
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17H01327
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
向井 敏司 神戸大学, 未来医工学研究開発センター, 教授 (40254429)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
磯野 吉正 神戸大学, 工学研究科, 教授 (20257819)
福本 巧 神戸大学, 医学研究科, 教授 (70379402)
池尾 直子 神戸大学, 工学研究科, 助教 (80647644)
上杉 晃生 神戸大学, 工学研究科, 助教 (90821710)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 生体材料 / 生体内分解性金属 / 検力センサー / 細線 / 粒界偏析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体内分解性インプラントは経時に伴い体内で分解されるため、抜去手術を必要としないデバイスとして注目されている。本研究ではインプラントの分解に伴う力学的強度をリアルタイムでモニタリングできるシステムの構築を目標としている。今年度は、ヘテロ構造の形成により強靱化した分解性細線の組成最適化および生体安全性を評価するとともにセンサーとの接合および実装に関する研究を推進した。
分解性金属材料の最適組成設計については、マグネシウム系合金および亜鉛系合金について第一原理計算による予測に基づき選定した添加元素について、濃度を調整し、強度、靱性、分解性のバランスがとれた細線を作製した。ここでは、強靱化が予測された亜鉛ならびにカルシウムについて、添加濃度の異なる細線を作製した。引張試験による強度測定、巻付試験による靱性評価および疑似体液中での分解性評価を実施した結果、亜鉛濃度の最適化により、上記性質についてバランスの良い細線を作製できることがわかった。他方、亜鉛細線については、強靱化および分解性をバランスさせた合金について、添加濃度の異なる細線を作製し、特性評価を通じて最適組成を検討し、比較的低濃度のマグネシウム添加が有効であることを確認した。
細線材料の生体安全性を確認するため、ラットを用いた動物実験を実施し、機械的性能および体内分解性を評価した。その結果、亜鉛細線はマグネシウム細線と比較して大幅な分解速度低下を示すこと、および、埋植部周辺の組織細胞に悪影響を及ぼさず安全性が高い材料であることがわかった。また、元素添加は生体内での分解性に大きく影響し、計算予測した結果の妥当性を確認した。
分解性を示すシリコン合金からなるマイクロセンサーを前年度に引き続き試作した。摩擦摺動により亜鉛合金細線を接合する条件を最適化し、シリコンセンサーと細線により構成した分解性マイクロ検力システムを確立した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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