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2020 年度 実績報告書

生体内分解性を有するマイクロ検力センサー創製に向けた材料設計原理の確立

研究課題

研究課題/領域番号 17H01327
研究機関神戸大学

研究代表者

向井 敏司  神戸大学, 未来医工学研究開発センター, 教授 (40254429)

研究分担者 磯野 吉正  神戸大学, 工学研究科, 教授 (20257819)
福本 巧  神戸大学, 医学研究科, 教授 (70379402)
池尾 直子  神戸大学, 工学研究科, 助教 (80647644)
上杉 晃生  神戸大学, 工学研究科, 助教 (90821710)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード生体材料 / 生体内分解性金属 / 検力センサー / 細線 / 粒界偏析
研究実績の概要

生体内分解性インプラントは経時に伴い体内で分解されるため、抜去手術を必要としないデバイスとして注目されている。本研究ではインプラントの分解に伴う力学的強度をリアルタイムでモニタリングできるシステムの構築を目標としている。今年度は、ヘテロ構造の形成により強靱化した分解性細線の組成最適化および生体安全性を評価するとともにセンサーとの接合および実装に関する研究を推進した。
分解性金属材料の最適組成設計については、マグネシウム系合金および亜鉛系合金について第一原理計算による予測に基づき選定した添加元素について、濃度を調整し、強度、靱性、分解性のバランスがとれた細線を作製した。ここでは、強靱化が予測された亜鉛ならびにカルシウムについて、添加濃度の異なる細線を作製した。引張試験による強度測定、巻付試験による靱性評価および疑似体液中での分解性評価を実施した結果、亜鉛濃度の最適化により、上記性質についてバランスの良い細線を作製できることがわかった。他方、亜鉛細線については、強靱化および分解性をバランスさせた合金について、添加濃度の異なる細線を作製し、特性評価を通じて最適組成を検討し、比較的低濃度のマグネシウム添加が有効であることを確認した。
細線材料の生体安全性を確認するため、ラットを用いた動物実験を実施し、機械的性能および体内分解性を評価した。その結果、亜鉛細線はマグネシウム細線と比較して大幅な分解速度低下を示すこと、および、埋植部周辺の組織細胞に悪影響を及ぼさず安全性が高い材料であることがわかった。また、元素添加は生体内での分解性に大きく影響し、計算予測した結果の妥当性を確認した。
分解性を示すシリコン合金からなるマイクロセンサーを前年度に引き続き試作した。摩擦摺動により亜鉛合金細線を接合する条件を最適化し、シリコンセンサーと細線により構成した分解性マイクロ検力システムを確立した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (40件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (11件) (うちオープンアクセス 6件、 査読あり 10件) 学会発表 (29件)

  • [雑誌論文] Bioabsorbable zinc alloys for use in urological surgery2023

    • 著者名/発表者名
      Takanori Sano、Hinata Nobuyuki、Kobayashi Ryoya、Nakatsuji Tatsuya、Okamura Yasuyoshi、Furukawa Junya、Nakano Yuzo、Mukai Toshiji、Fujisawa Masato
    • 雑誌名

      World Journal of Urology

      巻: 41 ページ: 1181~1186

    • DOI

      10.1007/s00345-023-04342-x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Grain Refinement on Fatigue Properties of Mg?0.3 at%Ca Alloy in Air and Simulated Body Fluid2022

    • 著者名/発表者名
      Ikeo Naoko、Kawamura Naoya、Mukai Toshiji
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 63 ページ: 69~72

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2021186

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Biodegradation behaviors of magnesium(Mg)-based alloy nails in autologous bone grafts: In vivo study in rabbit skulls2022

    • 著者名/発表者名
      Yanagisawa Yuta、Shimizu Yoshinaka、Mukai Toshiji、Sano Yuya、Odashima Kenji、Ikeo Naoko、Saito Haruka、Yamauchi Kensuke、Takahashi Tetsu、Kumamoto Hiroyuki
    • 雑誌名

      Journal of Applied Biomaterials & Functional Materials

      巻: 20 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1177/22808000221095230

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tension bending deformability of Mg-Ca and Mg-Zn alloy wires by coiling and evaluation of degradability <i>in vitro</i>2022

    • 著者名/発表者名
      Sannomiya Hiroki、Nakatsuji Tatsuya、Nakamura Kunimitsu、Mukai Toshiji
    • 雑誌名

      Journal of Japan Institute of Light Metals

      巻: 72 ページ: 708~710

    • DOI

      10.2464/jilm.72.708

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Different Effects of Calcium and Zinc as a Solute Element on the Fatigue Properties in Simulated Body Fluids of Magnesium Alloys2021

    • 著者名/発表者名
      Ikeo Naoko、Uemura Taichi、Taguma Akihito、Mukai Toshiji
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 62 ページ: 1806~1809

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2021180

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of cold-working on phase formation during heat treatment in CrMnFeCoNi system high-entropy alloys with Al addition2021

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hiroyuki、Murata Toru、Nakamura Shunsuke、Ikeo Naoko、Mukai Toshiji、Tsuchiya Koichi
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 872 ページ: 159668~159668

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2021.159668

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Osteogenic response under the periosteum by magnesium implantation in rat tibia2021

    • 著者名/発表者名
      ODASHIMA Kenji、SHIMIZU Yoshinaka、SANO Yuya、YAMAMOTO Akiko、MUKAI Toshiji、TAKADA Yukyo、YANAGISAWA Yuta、IMAI Yoshimichi、TAKAHASHI Tetsu、KUMAMOTO Hiroyuki
    • 雑誌名

      Dental Materials Journal

      巻: 40 ページ: 498~507

    • DOI

      10.4012/dmj.2020-011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of initial microstructure on grain refinement under hot compression in CrMnFeCoNi high-entropy alloy with Al addition2021

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hiroyuki、Murata Toru、Ikeo Naoko、Mukai Toshiji、Han Kwangsik、Tsuchiya Koichi
    • 雑誌名

      Materialia

      巻: 18 ページ: 101172~101172

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2021.101172

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase transformation and morphological features in a cold-worked CrMnFeCoNi high entropy alloy with Al addition2021

    • 著者名/発表者名
      Singh Alok、Hiroto Takanobu、Watanabe Hiroyuki、Ikeo Naoko、Mukai Toshiji、Tsuchiya Koichi
    • 雑誌名

      Materials Characterization

      巻: 182 ページ: 111556~111556

    • DOI

      10.1016/j.matchar.2021.111556

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microstructural Evolution in Magnesium after Hyper-Velocity Impact of Alumina Projectile2021

    • 著者名/発表者名
      Fujita Naoki、Nakatsuji Tatsuya、Hasegawa Sunao、Ikeo Naoko、Sato Eiichi、Mukai Toshiji
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 62 ページ: 1401~1406

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-L2021003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] PO-1587: Novel biocompatible artifact-robust and highly visible fiducial marker for image-guided radiotherapy2020

    • 著者名/発表者名
      Wang T.、Ikeo N.、Okumura K.、Akasaka H.、Yada R.、Yoshida K.、Miyawaki D.、Ishihara T.、Mukumoto N.、Shimizu Y.、Mukai T.、Nakaoka A.、Sasaki R.
    • 雑誌名

      Radiotherapy and Oncology

      巻: 152 ページ: S862~S862

    • DOI

      10.1016/S0167-8140(21)01605-4

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 医療用亜鉛ワイヤの引抜加工およびマグネシウム添加による組織変化2022

    • 著者名/発表者名
      野田幸伸, 中辻竜也, 向井敏司
    • 学会等名
      第170回 超塑性研究会
  • [学会発表] Mg-Ca二元合金の疲労特性に与えるカルシウム添加濃度の影響2022

    • 著者名/発表者名
      野口大, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      第170回 超塑性研究会
  • [学会発表] 亜鉛系コンポジットによる生体内分解性ネイルの貫入特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      竹内友哉, 中辻竜也, 向井敏司
    • 学会等名
      第170回 超塑性研究会
  • [学会発表] 有限要素解析による骨固定プレートの材質および形状の検討2022

    • 著者名/発表者名
      勝井陽介, 中辻竜也, 向井敏司
    • 学会等名
      第170回 超塑性研究会
  • [学会発表] 亜鉛系コンポジットを用いた生体内分解性ネイルの貫入特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      竹内友哉, 中辻竜也, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2022年秋期大会
  • [学会発表] 温間引抜加工によるZn-Mg合金ワイヤの結晶粒微細化2022

    • 著者名/発表者名
      野田幸伸, 中辻竜也, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2022年秋期大会
  • [学会発表] 生体内分解性亜鉛クリップ創成に向けたマグネシウム添加による亜鉛の機械的性質および生体内分解性向上2022

    • 著者名/発表者名
      小林遼也, 中辻竜也, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2022年秋期大会
  • [学会発表] 生体内分解性Mg-Ca合金のin vitro疲労寿命に与えるカルシウム添加の効果2022

    • 著者名/発表者名
      野口大, 池尾直子, 中辻竜也, 向井敏司
    • 学会等名
      軽金属学会 第143回秋期大会
  • [学会発表] マグネシウムの加工硬化挙動に及ぼすスカンジウムの影響2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川開渡, 中辻竜也, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      軽金属学会 第143回秋期大会
  • [学会発表] 亜鉛系コンポジットによる生体内分解性ネイルの貫入特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      竹内友哉, 中辻竜也, 向井敏司
    • 学会等名
      第5回 日本金属学会第7分野講演会
  • [学会発表] Mg-Zn合金細線の組織変化に及ぼす減面率の影響2021

    • 著者名/発表者名
      沢口信介, 三宮大喜, 中辻竜也, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      軽金属学会第140回春期大会
  • [学会発表] Effects of Adding Zinc and Calcium Solute on Mechanical Properties in Magnesium Fine Wires2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Sannomiya, Shinsuke Sawaguchi, Tatsuya Nakatsuji, Naoko Ikeo, Kunimitsu Nakamura, Toshiji Mukai
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Magnesium Alloys and their Applications (Mg 2021)
  • [学会発表] Effect of Adding Third Element on Deformability of Mg-Al Alloy2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Senoo, Tatsuya Nakatsuji, Naoko Ikeo, Masatake Yamaguchi, Toshiji Mukai
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Magnesium Alloys and their Applications (Mg 2021)
  • [学会発表] Influence of reduction rate on microstructure evolution in Mg alloy wire2021

    • 著者名/発表者名
      Shinsuke Sawaguchi, Hiroki Sannomiya, Tatsuya Nakatsuji, Naoko Ikeo, Toshiji Mukai
    • 学会等名
      13th Symposium on Biodegradable Metals for Biomedical Applications
  • [学会発表] マグネシウム添加による亜鉛の生体内分解性および機械的性質改善2021

    • 著者名/発表者名
      小林遼也, 漆谷建治, 中辻竜也, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2021年秋期大会
  • [学会発表] Mg-Ca合金のin vitro疲労寿命に与えるカルシウム濃度の影響2021

    • 著者名/発表者名
      野口大, 中辻竜也, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2021年秋期大会
  • [学会発表] Mg-Al合金の塑性異方性に及ぼすジルコニウム添加効果2021

    • 著者名/発表者名
      妹尾和樹, 中辻竜也, 池尾直子, 山口正剛, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2021年秋期大会
  • [学会発表] 高強度マグネシウム合金プレートによる下顎骨固定の応力分布解析2021

    • 著者名/発表者名
      勝井陽介, 中辻竜也, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2021年秋期大会
  • [学会発表] 六方晶金属の室温インデンテーションクリープに及ぼす結晶方位の影響2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木直尭, 池尾直子, 中辻竜也, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2021年秋期大会
  • [学会発表] マグネシウムの延性に及ぼすスカンジウムの添加効果2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川開渡, 中辻竜也, 山口正剛, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      軽金属学会第141回秋期大会
  • [学会発表] 軽金属プレートによる下顎骨固定時の応力遮蔽効果に対する材質の影響2021

    • 著者名/発表者名
      勝井陽介, 中辻竜也, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      軽金属学会第141回秋期大会
  • [学会発表] Mg-Mn合金の室温変形機構に及ぼすひずみ速度の影響2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤祐介, 中辻竜也, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      軽金属学会第141回秋期大会
  • [学会発表] 高強度マグネシウム合金プレートによる骨固定の応力分布解析2021

    • 著者名/発表者名
      勝井陽介, 池尾直子, 中辻竜也, 向井敏司
    • 学会等名
      第4回日本金属学会第7分野講演会
  • [学会発表] マグネシウムの塑性異方性緩和に対するアルミニウムおよび第三元素添加効果2020

    • 著者名/発表者名
      妹尾和樹, 長尾昌樹, 中辻竜也, 山口正剛, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2020年春期大会
  • [学会発表] ジルコニウムの粒界偏析によるマグネシウムの衝撃靭性の向上2020

    • 著者名/発表者名
      井上裕理, 馬場鷹人, 中辻竜也, 山口正剛, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2020年春期大会
  • [学会発表] マグネシウムの塑性異方性改善に向けたアルミニウムおよびジルコニウムの共添加効果2020

    • 著者名/発表者名
      妹尾和樹, 長尾昌樹, 中辻竜也, 山口正剛, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      軽金属学会第139回秋期大会
  • [学会発表] 純Mgのインデンテーションクリープに対する方位依存性2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木直堯, 池尾直子, 中辻竜也, 向井敏司
    • 学会等名
      第3回日本金属学会第7分野講演会
  • [学会発表] マグネシウム細線の機械的性質に及ぼす亜鉛およびカルシウム添加の影響2020

    • 著者名/発表者名
      三宮大喜, 沢口信介, 中辻竜也, 池尾直子, 中村国光, 向井敏司
    • 学会等名
      第3回日本金属学会第7分野講演会
  • [学会発表] 生体内分解性クリップの開発に向けたマグネシウム添加による亜鉛の機械的性質改善2020

    • 著者名/発表者名
      小林遼也, 中辻竜也, 池尾直子, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2021年春期大会

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公開日: 2023-12-25  

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