2013 Fiscal Year Research-status Report
WE43マグネシウム合金ステントの拡張・留置における腐食予測シミュレーション開発
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25420010
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
吉原 正一郎 山梨大学, 医学工学総合研究部, 准教授 (00311001)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 腐食挙動 / 塑性変形 / ステント / マグネシウム合金 / 国際情報交換 / アイルランド |
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| Research Abstract |
１、流れ場装置の製作：生体適合材料の腐食試験を行うために、実際に血液に相当する液体の流れ場を再現できる拍動ポンプを用いた流れ場装置を作製した。拍動を模擬するために、流量を3600ml/minまで制御できるコンピュータ制御送液ポンプを購入し製作した。
２、生体適合材料の腐食挙動の解明：AZ系マグネシウム合金で一般的な材料としてAZ31がある。この材料を用いて流れ場における腐食実験を実施し、予ひずみが与えられた材料や、表面が荒れている材料ほど、腐食の進行が速いことを確認した。また、流速が速い場合も腐食しやすいことを実験によって確認した。さらに、送液によって材料が受ける圧力分布に応じて、腐食挙動が異なることを実験とこれまで海外の参考文献によって確認した。圧力が大きい箇所ほど、腐食進展が大きいことが示唆できた。一方、ステンレス材料では、SUS304転造ねじを用いて、腐食試験を行い予ひずみが大きい箇所ほど腐食の進展が大きいことを確認した。本結果から、FEMシミュレーションによって、時間とともに、材料が腐食する様子をシミュレーションするプログラムを製作した。
３、FEMシミュレーションによる最適内圧条件の検討：バルジ成形試験を行い、A1070アルミニウム管材の破断の予測を実験により試みた。引抜き材のため、熱処理し他材料との比較など、材料の性質による影響を確認した。焼きなまし材料の場合、変形能も大きく、塑性変形がなされている様子であるが、単純に引抜き材の場合、塑性変形能まで達しないで破断する様子を呈した。FEMおよび延性破壊条件を用いることで破断条件を予測し、それが可能であることを確認した。
４、学会参加：平成25年度に、韓国、米国で開催された国際会議３件発表・公表し、平成26年に、国内会議で1件、米国ボストンで開催されるバイオメカニクスに関する国際会議（7th WCB）2件発表予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１、流れ場装置の製作：当初の計画以上に進展した。装置が完成し、実験可能である状態のため、順調に推移した。さらに、平成26年度に行う予定でもあった内容の一部を実施し、実験結果も得られ、その成果を学会で発表することもできた。
２、生体適合材料の腐食挙動の解明：おおむね当初の予定～当初の計画以上の範囲で進展した。生体適合材料としてWE43マグネシウム合金と同様の傾向を示すであろうAZ31マグネシウム合金の腐食形態を明らかにできたこと、また、流れ場での実験も達成することができ、学会でも公表することができたことは、順調である。次年度は、WE43マグネシウム合金での実験・実証を目指す。一方、ステントではなく、ボルトによる腐食実験結果から、シミュレーションのモデル化および、腐食現象を模擬できるプログラムを検討し、構造解析への適用の可能性を明らかにしたことは、次年度の腐食シミュレーションアルゴリズムの足掛かりに道筋をつけることができた。
３、FEMシミュレーションによる最適内圧条件の検討：やや遅れている。A1070アルミニウム管材の引張試験とバルジ試験の実験結果およびFEMシミュレーションによる結果より、材料の破断予測が可能であることを示唆した。しかし、実施予定のステント形状でのシミュレーションは現在進行形であり、次年度にかけて継続・実施すべき内容となった。
４、学会参加・成果発表：当初の計画以上に進展した。学会発表に伴い、査読付き論文として2件、公表することができ、当初の予定を大きく上回ることができた。
以上の内容から、おおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１、流れ場における腐食実験：平成25年度に、装置を完成させ、流れ場における基本的な腐食形態を明らかにした。平成26年度では、材料の形状、ひずみ分布を有する材料の腐食形態、流れ場におけるレイノルズ数の違いによる腐食形態について、より実際のステントを模擬したときに考慮しなければならない因子が腐食に及ぼす影響を明らかにする。また、対象とする材料を生体適合材料と有望視されているWE43マグネシウム合金のみならず、他の材料についても視野を広げ対応したい。この部分においては、海外の研究者や国内の製販企業との情報交換を念頭に置いて進めたい。
２、シミュレーションによる腐食アルゴリズム：材料の持っている特性、予ひずみの有無によって腐食形態が異なることを実験により明らかにした。本内容の高精度化を念頭にし腐食アルゴリズムの構築を実施したい。腐食には、一様腐食、孔食などの形態のアルゴリズムへの反映を検討する。それを実現するためには、①に記した実験の結果を鑑みる必要がある。
３、学会発表：１、に記した材料の形状やひずみ分布を有する材料の腐食形態については、国際会議で発表する予定である。また、海外の研究者との意見交換を踏まえ、査読付き論文を投稿する。
４、継続項目・追加項目：シミュレーション解析において、管材のシミュレーションは実施し、その成果を得たが、実際、ステント形状でのFEMシミュレーションは進行途中であるため、ステント形状の変形シミュレーションを実施する。その結果、ステント部材には、ひずみ分布を有することになる。そのひずみ分布を有するステントの腐食進展状況の予測を、これまでの実験結果から検討する。本内容においても成果が得られた場合、学会発表を積極的に実施する。
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