2023 Fiscal Year Annual Research Report
超フレキシブル有機圧電型発電/拍動検知デバイス開発と生体内駆動の検証
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21H04655
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
石田 謙司 九州大学, 工学研究院, 教授 (20303860)
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| 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)
堀家 匠平 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (00809486)
小柴 康子 神戸大学, 工学研究科, 助手 (70243326)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 動物実験 / 心臓発電 / 有機圧電薄膜 / マイクロポンプ / インプランタブルデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度である本年は、生体適合素材ある気相重合パリレンC自立膜を基板として超フレキシブル有機圧電素子を試作し、マウスを用いた動物実験に取り組んだ。直径約10mmのマウス心臓に適した有機圧電デバイスとするため、電極構造、素子形状等を工夫して構造最適化に取り組んだ。マウス心臓の曲面形状に沿うように有効電極構造を工夫すると共に、パリレンC基板にスリット加工を施した。試作した有機圧電デバイスをマウス心臓の右心房表面に装着し、拍動測定を試みた。この際、生体用接着剤を利用して素子固定を試みたが、接着剤硬化に伴ってフィルム柔軟性が失われたため、生体接着剤の使用は一旦断念し、マウス心臓表面の自発的粘着性により超薄フィルムを密着させた。マウス心臓の収縮時に負、弛緩時に正の圧電電圧出力が得られた。動物実験時の動画観察よりマウス心臓の心拍数は約100-130bpmであったのに対して、出力波形から読み取った心拍数は約120bpmとなり、マウスの心臓拍動にほぼ一致した圧電出力波形が得られたことを確認した。マウス心臓の拍動由来の電力算出を行った所、出力電力として約0.1pWオーダーのエネルギー創出が観測された。出力電力量としては小さいものの、生体内発電の可能性を示した。また投薬用生体内マイクロポンプを想定して逆圧電効果によるアクチュエータ機能を検証した。P(VDF/TrFE)カンチレバー型素子において、電圧印加時に分極方向に依存した圧電変形を観測できた。印加電圧―素子変形量から圧電定数e31を42mC/m2と算出した。また積層化による変形量向上も実証すると共に、素子全体を生体適合性ParyleneCで気相重合蒸着封止した場合においても、逆圧電特性と柔軟性（最大1 mmの変形量）を維持できたことから生体内デバイスとしての応用可能性を示した。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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