2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of ultra-flexible organic piezoelectric power generation/pulse detection device in vivo drive

Research Project

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Project/Area Number	21H04655
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
Research Institution	Kyushu University (2022-2023) Kobe University (2021)
Principal Investigator	ishida kenji 九州大学, 工学研究院, 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) 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)
Project Period (FY)	2021-04-05 – 2024-03-31
Keywords	心臓拍動 / 有機圧電薄膜 / 生体適合性 / インプランタブルデバイス
Outline of Final Research Achievements	We conducted basic research on heart beat sensing and cardiac power generation using flexible organic piezoelectric sensors, verifying direct signalization of physical movement (contraction/expansion) of a 3D heart model, stress detection as a potential indicator of cardiac muscle strength, and operation under a simulated in vivo environment. In addition, we fabricated a prototype organic piezoelectric device coated entirely with vapor-phase polymerized parylene C, a biocompatible material, and conducted animal experiments using mice. The piezoelectric voltage output was negative during contraction and positive during relaxation of the mouse heart, and the piezoelectric output waveform was almost identical to the heart rate of the mouse heart. The calculation of the power derived from the pulsation of the mouse heart showed that energy generation on the order of about 0.1 pW was observed, indicating the possibility of in vivo power generation.
Free Research Field	応用物理
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	生体内に埋め込み、係留した医療用センサーによって病理情報を取得したり、薬剤を自動投薬する医療機器の研究開発が急速に進んでいる。これら機器は "インプランタブルデバイス"と呼ばれ、生体機能の一部をサポートし、患者の病状回復や病態管理する次世代医療工学技術として注目されている。これら生体内センサー/医療機器には幾つかの技術的課題が存在するが、重要課題の１つが生体内での電源確保である。本研究では当該問題の解決のため、超柔軟で毒性のない有機圧電体膜を、体内で常時動いている心臓に係留し、心臓拍動による生体内型発電と心臓心拍モニタリングに取り組み、マウスを用いた動物実験を通してその可能性を示した。