2019 Fiscal Year Final Research Report

Piezoelectric power generation with organic flexible ferroelectic polymers for implantable devices

Research Project

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Project/Area Number	17H06229
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Applied physics and engineering and related fields
Research Institution	Kobe University
Principal Investigator	Ishida Kenji 神戸大学, 工学研究科, 教授 (20303860)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	北村雅季神戸大学, 工学研究科, 教授 (10345142) 高嶋一登九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (30435656) 小柴康子神戸大学, 工学研究科, 助手 (70243326) 福島達也神戸大学, 工学研究科, 講師 (70705392)
Project Period (FY)	2017-06-30 – 2020-03-31
Keywords	生体内発電 / 有機強誘電体 / 心臓発電 / インプラントデバイス
Outline of Final Research Achievements	Flexible piezoelectric devices with poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) thin films were fabricated, and directly monitoring of the heart state and piezoelectric power generation were investigated using the pulsating 3D heart model. By attaching the flexible piezoelectric devices to the 3D heart model, the piezoelectric responses corresponding to the pulsation of the right and left ventricles were observed and reflected the status of heart. The maximum output voltage was obtained in the front of the right ventricle of the heart model. The output energy, which caused from piezoelectric effect, improved linearly with the increase of the device area, and was estimated to be approximately 8 nJ/mm2 per heartbeat.
Free Research Field	有機強誘電体
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	生体内センサーによる病理情報の取得、自動的な薬剤投与など新規医療機器の研究が急速に進んでいる。これら生体内センサー/医療機器の技術的課題の１つが電源確保の問題である。皮膚貫通したコード配線は感染症の元となり、電池では交換時に再手術が必要となる。発電量は小さくとも、継続的に発電する生体内電源の開発が求められている。本研究では、生体内の筋肉や臓器の弱くて小さな力（変形）を電気変換して変位センシング/発電できる、柔軟な有機圧電型発電素子の開発を目指して、有機強誘電体P(VDF/TrFE)薄膜を用いた生体内センサ/発電デバイスの研究開発を行い、心臓の状態把握、心臓発電の可能性を示すことができた。