Establishment of manufacturing method for short leg orthosis using cellulose nanofiber

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K20259
• Research Institution: Hokkaido University of Science
• Principal Investigator: 佐藤 健斗 北海道科学大学, 保健医療学部, 助教 (80868373)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: セルロースナノファイバー / 短下肢装具 / 製造方法

Outline of Annual Research Achievements

脳卒中片麻痺患者は、障害の程度によっては歩行が困難となるため、ポリプロピレン等のプラスチックを主材とした短下肢装具を装着することが多い。しかしながら現在の装具では冬期間の破損のリスクが高いことや、一定の強度を要する為に素材の厚みを厚くせざる負えない状況から靴の選択の幅を狭めることで利用者からの受け入れが悪い状況にある。
一方で、近年注目されているセルロースナノファイバーは素材として高強度かつ低比重であり環境負荷も小さく、プラスチックの複合材として大きな可能性を秘めており、現在のプラスチック製装具の持つ問題を解決する可能性を秘めている。
本研究ではセルロースナノファイバーを複合材として用いた短下肢装具を実用的に臨床で活用するための製造工程を確立することを目標とする．セルロースナノファイバーを用いた短下肢装具の製造においては，どのような製造工程が運用しやすく，かつ安定した製造ができるのか短下肢装具製造工程のプロトコールを確立する．
加えて，短下肢装具として形にしたセルロースナノファイバー複合材料の厚みと機械特性の関係性を機械試験によって明らかにするとともに，実際の短下肢装具使用者を対象とした歩行分析や、筋骨格モデリングシミュレーションソフトを利用した検討によって、その特性および実用性を明らかにする．
本研究によってそれまで装具の受け入れが悪く、利用につながっていなかった脳血管障害患者を装具の利用につなげ、健康寿命の延伸に少しでも力添えできればと考える。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初予定していた、熱可塑性樹脂へのCNFの混練が想定以上に技術的に困難であることに加え、小ロットで短下肢装具領域で使用されている厚みでの押出成形を行うことができる業者がなく、想定よりも費用がかかりそうであることが分かった。その為、熱可塑性樹脂での、短下肢装具製造工程の検討は困難である。
また、熱硬化性樹脂への混練は問題なく可能であるが、現在義肢装具領域で使用されている熱可塑性樹脂（アクリル）の種類が多様であり、選定に時間を要している。

Strategy for Future Research Activity

【現在までの進捗状況】で記載したように、CNFを混練した熱可塑性樹脂の短下肢装具製造工程の検討は大変難しい状況であるため、今後は熱硬化性樹脂を主とした検討を行っていく。
また、新型コロナウイルスの感染拡大に伴って、被験者を使用した研究がスムーズに行えない可能性もあるため、CNFを混練した熱硬化性樹脂を用いた試験片を作成し、その機械特性を筋骨格モデリングシミュレーションソフトを利用した人体への作用の検討も視野に入れて研究を進めようと考えている。

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの感染拡大に伴い、予定していた旅費の支出を伴う打ち合わせが無かったため。