| 研究課題/領域番号 |
21H01298
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
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| 研究機関 | 関西大学 |
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研究代表者 |
青柳 誠司 関西大学, システム理工学部, 教授 (30202493)
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| 研究分担者 |
長嶋 利夫 上智大学, 理工学部, 教授 (10338436)
高橋 智一 関西大学, システム理工学部, 准教授 (20581648)
福永 健治 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (30278634)
高澤 知規 群馬大学, 医学部附属病院, 准教授 (30400766)
鈴木 昌人 関西大学, システム理工学部, 教授 (70467786)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2021年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
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| キーワード | マイクロナノデバイス / 生体模倣 / 精密部品加工 / FEMシミュレーション / 医療・福祉 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ミリサイズの3D形状のプラスチック製品を数十マイクロメートルの精度で成形するために、熱インプリントとインサート成形を組み合わせた成形手法を新規に提案する。射出成形ではバリやヒケが生じてしまう先端部分を、熱インプリントにより作製する。これを金型内に設置し、根元部分を射出成形することで結合する。この技術をインサート成形と呼び、成形条件の異なる先端部分と根元部分を接合することが可能となる。樹脂として生分解性のPLA（Polylactic Acid, ポリ乳酸）を用い、この技術を医療用無痛針の作製に応用する。動物や人間の皮膚への針の穿刺実験を行い、痛みの少ない針の形状と穿刺方法について検討する。
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| 研究実績の概要 |
マイクロサイズのプラスチック製品を作製するために、熱インプリントとインサート成形を組み合わせた成形手法を提案し、蚊を模倣した中空微細針の作製を行った。
1)インプリントによる高アスペクト形状の作製法の確立：製品のマスター形状は、高精度光造形装置（独Nanoscribe社製、分解能 0.2マイクロメートル）で作製した。これを転写して、フレキシブルなPDMS（シリコーンゴム）の型を作製した。ゴム製の型を射出成形に用いることは世界初である．2)セラミック製の型をCIM（Ceramic Injection Mold）の手法を用い作製した．蚊の針のギザギザ形状の負型の作製を行った。これら1)または2)を入れ子型として金型先端に組み込み、射出成形を行い次項のインサート成形とは異なる１ショットによるPLA製の針の作製に成功した。
3)インサート成形による先端部と根元部の結合：先端部分に用いる材料の融点を根元部分のそれよりも高くしておく。金型内に先端部分（完成品）を設置し、そこに根本部分を射出成形することで、「オールPLA」の製品を得ることができる。別途外部企業に委託して射出成形により作製したPLA製の中空針を金型先端に設置し，インサート成形を行い、これに成功した。
4) 微細針の先端形状と穿刺方法の実験的検討 ：人工皮膚と動物皮膚への穿刺実験を行った。MEMS技術を用いて人工皮膚内に神経を模擬したモデルを作製し、その変形を画像処理で定量的に評価した。
5)FEM（有限要素法）解析による検討：非線形FEM解析を用いて、皮膚内を針が進行する際の穿刺抵抗力や皮膚の応力分布をシミュレーションした。針を回転させることで皮膚に早期に刺入でき、その後回転を止めて皮内を進行させることにより、神経への応力伝播を低減できることを確認した。この程度が先端が細い針の場合に大きいことを確認した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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