Material design for microscale load sensor having bio-degradability

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H01327
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Structural/Functional materials
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Mukai Toshiji 神戸大学, 未来医工学研究開発センター, 教授 (40254429)
• 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)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 生体材料 / 生体内分解性金属 / 検力センサー / マイクロワイヤ / 粒界偏析

Outline of Final Research Achievements

Biodegradable implants are gaining attention as devices that do not require removal surgery because they degrade in the body over time. This study aims to construct a force testing system capable of real-time monitoring of the mechanical strength associated with degradability, and to establish the elemental technology for such a system. First-principles calculations were used to design the composition of biodegradable magnesium and zinc alloys to optimize their strength and degradability. Toughened wires were fabricated by forming heterogeneous microstructures through plastic working. Finally, a method to form biodegradable microforce sensors was established and implemented on the implant surface.

Free Research Field

材料工学

Academic Significance and Societal Importance of the 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利点を有しているが、治癒部を維持する力学的性能を検証するためにはX線CTなど体外からの観察以外に取り得る手段がない。本研究ではインプラントに作用する力を計測するための生体内分解性を有する検力センサーおよびマイクロワイヤの創製研究を実施した。強靱化および分解性制御に有効な構成元素を計算により選定し、生体内分解性を有する高強度マイクロワイヤの創製を試みた。本研究で得られた成果は、体内で分解するマイクロ検力センサーの開発につながるだけではなく、細線を活用したステントや縫合糸など各種の医療デバイス開発にも応用が期待される。