| 研究課題/領域番号 |
21H04655
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分29:応用物理物性およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 (2022-2023)
神戸大学 (2021) |
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研究代表者 |
石田 謙司 九州大学, 工学研究院, 教授 (20303860)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 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 |
41,990千円 (直接経費: 32,300千円、間接経費: 9,690千円)
2023年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
2022年度: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2021年度: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)
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| キーワード | 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 / 動物実験 / 心臓発電 / マイクロポンプ / 有機圧電膜 / 超フレキシブル / 拍動センシング / インプランタブル / フレキシブル / フレキシブル圧電薄膜 / 心筋力 / センシング / 有機強誘電体 / 拍動検知 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生体内で常時、変形/変位が発生する臓器として「心臓」に注目し、心臓拍動による生体内発電を目指す。その実現に必要なポテンシャル素材として有機強誘電体を選択し、そのナノ構造制御により、超柔軟性と圧電特性を両立させていく。また微細加工技術を用いて心臓モデルの複数箇所における発電/拍動パターン検出を行い、生体内での高効率発電と発電電力を使った病理・拍動情報の無線送信の可能性を検証する。
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| 研究成果の概要 |
フレキシブル有機圧電センサーを用いて、心臓拍動センシングと心臓発電に関する基礎研究を行った。3D心臓モデルの収縮/拡張という物理的な動きの直接信号化、心臓の筋力指標となりうる応力検知、疑似生体内環境下での動作確認などを検証した。加えて生体適合素材ある気相重合パリレンCにて全面被覆した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。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、かつマウス心臓の心拍数にほぼ一致した圧電出力波形が得られた。マウス心臓拍動由来の電力算出を行った所、約0.1pWオーダーのエネルギー創出が観測され、生体内発電の可能性を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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