2021 Fiscal Year Annual Research Report
Optimal Structural Design of 3D Printed Artifitial Bone
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19K09588
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大山 慎太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 客員研究員 (80768797)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横田 秀夫 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, チームリーダー (00261206)
山澤 建二 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 副チームリーダー (50344057)
平田 仁 名古屋大学, 予防早期医療創成センター(医), 教授 (80173243)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 人工骨 / 3Dプリンタ / 生体親和性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度の研究は以下の2点を中心に実施した。
①昨年度までの自在設計プリンティングのためハードウェア仕様を策定したが、これにもとづく仕様書を作成し、プロトタイプ機を機器作成会社に発注するため複数回の打ち合わせを行った。最終的に完成した仕様に基づいて発注を行った。昨今の電子部品不足により手配が遅れたことと、これの事由による細かい仕様変更を実施したが、2022年5月に完成予定である。
②動物実験の解析結果およびシミュレーションから、印刷精度や連通孔の造形精度やin vivoでの骨細胞のinduction availabilityを大きく犠牲にしない範囲で印刷速度を速めることが可能なソフトウェア改良を実施。最終的に確定したハードウェア仕様に基づいて動作するようチューニングを行った。強度とbiocompatibilityを両立するためには、30-50%程度の100-200μmの連通孔が理想であり、連通孔配置は強度を維持するためトラス方向への配置が望ましい。これを実現するためにインクはある程度粘稠度が高いものを加熱して吐出できる必要がある。こちらに関しては商用ソフトウェア化が可能かの検討を行うとともに、知財化を目指している
この研究開発の過程での実験で、3D印刷時にインクジェットから種々の液剤を吐出可能なノウハウを蓄積しており、印刷時に液体であれば複合薬剤による造形が可能である。それにより例えばTCP造形時にバイオポリマー繊維のような粘弾性材料を、鉄筋コンクリートの鉄筋のように適切に配置することで理論上、生体骨のようなひずみに強い構造を設計可能であり、このような種々の薬剤によって特性付加エンテーシスなどの再建が可能かの研究に発展させていく予定である。今年度はこの成果で出版１件を行い、さらに論文執筆中である
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