| 研究課題/領域番号 |
18H04158
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
西澤 松彦 東北大学, 工学研究科, 教授 (20273592)
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| 研究分担者 |
田中 徹 東北大学, 医工学研究科, 教授 (40417382)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ハイドロゲル電極 |
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| 研究実績の概要 |
ソフトウェット電極（ハイドロゲル電極および酵素電極ファブリック）の機能拡張を推し進め，両者を組み合わせて，電気的な計測・刺激（診断・治療）を低侵襲に行う新規医療デバイスのプラットフォームを創出のを目的として研究を推進した。特に、ハイドロゲルなど有機材料の「生体組織と同様な柔軟性」や「分子透過性」，膨潤によるサイズ・形状の変化を活かした「体内患部への密着固定」などの基盤的な特徴を確立し，さらに，バイオ発電による「手術創治癒の促進機能」と「投薬制御機能」を搭載して，「エネルギー自立型」デバイスの実現可能性を示すことの具体を示すために実験を行った。
その結果、電極材料の埋入が可能なハイドロゲル素材のメニュー拡充を達成した。その中で、埋入のためにはゲル化反応におけるサイズ変化が比較的小さい必要があり、例えばアクリルアミド系のゲルは不可で、ポリビニルアルコールは条件を満たしていることを明らかにした。一方、バイオ発電システムについては、経皮センサおよび経皮投薬デバイスに応用するための出力向上技術の開発に進捗を得た。具体的には効果的にシリーズアレイ化（直列つなぎ）することによって出力電圧・出力電流が向上させることに見通しがついた。さらに、経皮抵抗を低減させてバイオ発電パッチの性能を最大限に発揮させることが出来るポーラスマイクロニードルに関して、その製造プロセスに使用する溶剤の最適化に成功し、空孔率とニードル形状の再現性を格段に向上させることにも成功した
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ハイドロゲル電極の外部装置への接続機構を量産対応の製造技術として確立するために必要な知見が着実に得られている。電極材料の埋入が可能なハイドロゲル素材については、ゲル化反応におけるサイズ変化が比較的小さい必要があり、例えばアクリルアミド系のゲルは不可で、ポリビニルアルコールは条件を満たしていることを明らかにしている。一方、バイオ発電システムについても、経皮センサおよび経皮投薬デバイスに応用するための出力向上技術の開発に取り組み、シリーズアレイ化（直列つなぎ）によって出力電圧・出力電流を向上出来る見通しを得ることが出来ている。さらに、経皮直流通電における抵抗値を一定にする効果を有する通電性ニードルアレイとの一体化を進めるために、ポーラスマイクロニードルの作製方法について条件の最適化がほぼ完了している。このポーラスマイクロニードルの完成は、バイオ発電パッチの製品化に向けて必要なQMSの確立に必要な技術要素として重要な成果である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、ハイドロゲル電極の構成材料の確定と、滅菌操作の適用可能性の検討を行う。基材としては、ゲル化反応におけるサイズ変化が比較的小さいポリビニルアルコールを中心に検討し、電極材料としてはグラファイト繊維によるカーボン布を利用する。これらを組み合わせて構成するハイドロゲル電極に関して、オートクレーブ滅菌、エチレンガス滅菌、およびガンマ線滅菌の効果を、処理後の電極の形状・性能の評価と併せて整理し、製品化に向けた滅菌工程の確定を行う。バイオ発電システムについては、経皮直流通電における抵抗値を一定にする効果を有する通電性ニードルアレイとの一体化を進める。研究室で独自に開発したポーラスマイクロニードルは、分子透過性と通電性を有しながら刺入率
がほぼ100％に近い低侵襲ニードルアレイであり、これと組み合わせることによって、皮膚抵抗が貼付場所や個人差によって変化することが解決される。さらに、ポーラス孔内に負電荷固定を施すことによって電気浸透流の発生機能を付与し、経皮薬剤浸透および経皮体液サンプリングの効率向上を行う。固定負電荷量と浸透流強度との関連を調べ、輸送対象分子のサイズに合わせた最適化の条件を整理する。
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