| 研究課題/領域番号 |
21K03841
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18040:機械要素およびトライボロジー関連
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| 研究機関 | 日本工業大学 |
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研究代表者 |
張 暁友 日本工業大学, 基幹工学部, 教授 (30431985)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 磁気軸受 / 遠心ポンプ / 人工腎臓 / 電磁アクチュエータ / 磁気浮上 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
現在日本における慢性腎臓病の患者数は総計1300万人と推定されており，その中に約33万の重度な患者は血液透析治療を受けている．透析治療機器は大型でシステムが複雑であり，また透析膜の劣化により長期の連続透析ができず体内埋込みは困難である．本研究では，透析膜の代わりに血液を持続に遠心分離する人工腎臓の開発に着目し，高耐久性および血栓・溶血低減可能な，小型磁気浮上遠心ポンプを開発し，埋込み可能な人工腎臓への応用可能性を検討する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，腎臓病患者の生活の質を向上させるため，小型遠心ポンプ用１自由度制御型磁気軸受を開発した．試作磁気軸受の寸法は径90mm，高さ120mm，質量は1.51kgである．ロータが軸方向に0.3mmの変位になる状態から，浮上するために必要な電流が2.5Aとなり，浮上時にロータの振動幅が約±2μmとなる．
また，遠心ポンプのインペラを回転させるためのモータを設計し，2000rpmまで回転制御が実現できた．さらに，シミュレーションを行い，血液の入口流速やインペラ回転数を最適化した．回転速度が2750rpmを超え，血液の入口流速が1.2m/sの場合，血球成分の分離効率は約45%となった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
体内に埋込み可能な人口腎臓に応用できる，コンパクトかつ低エネルギー消費型磁気浮上遠心ポンプの実現を目指すことができる．磁気浮上の無摩擦・無摩耗の特徴を生かし，高耐久性および血栓・溶血低減可能な，体内埋込み型人口腎臓の実現を目指せる．
世界中に約200万人以上の腎臓病患者が血液透析治療を受けているが，透析治療に用いる機器は大型であり，システムが複雑である．このため，患者は毎週３回通院し，毎回４時間程度の治療を受けなければならない．体内埋込式磁気浮上人工腎臓の実現により，腎臓病患者の生活の質を劇的に向上することができる．
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