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2023 年度 実績報告書

超フレキシブル有機圧電型発電/拍動検知デバイス開発と生体内駆動の検証

研究課題

研究課題/領域番号 21H04655
研究機関九州大学

研究代表者

石田 謙司  九州大学, 工学研究院, 教授 (20303860)

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)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2024-03-31
キーワード動物実験 / 心臓発電 / 有機圧電薄膜 / マイクロポンプ / インプランタブルデバイス
研究実績の概要

最終年度である本年は、生体適合素材ある気相重合パリレンC自立膜を基板として超フレキシブル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。直径約10mmのマウス心臓に適した有機圧電デバイスとするため、電極構造、素子形状等を工夫して構造最適化に取り組んだ。マウス心臓の曲面形状に沿うように有効電極構造を工夫すると共に、パリレンC基板にスリット加工を施した。試作した有機圧電デバイスをマウス心臓の右心房表面に装着し、拍動測定を試みた。この際、生体用接着剤を利用して素子固定を試みたが、接着剤硬化に伴ってフィルム柔軟性が失われたため、生体接着剤の使用は一旦断念し、マウス心臓表面の自発的粘着性により超薄フィルムを密着させた。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た。動物実験時の動画観察よりマウス心臓の心拍数は約100-130bpmであったのに対して、出力波形から読み取った心拍数は約120bpmとなり、マウスの心臓拍動にほぼ一致した圧電出力波形が得られたことを確認した。マウス心臓の拍動由来の電力算出を行った所、出力電力として約0.1pWオーダーのエネルギー創出が観測された。出力電力量としては小さいものの、生体内発電の可能性を示した。また投薬用生体内マイクロポンプを想定して逆圧電効果によるアクチュエータ機能を検証した。P(VDF/TrFE)カンチレバー型素子において、電圧印加時に分極方向に依存した圧電変形を観測できた。印加電圧―素子変形量から圧電定数e31を42mC/m2と算出した。また積層化による変形量向上も実証すると共に、素子全体を生体適合性ParyleneCで気相重合蒸着封止した場合においても、逆圧電特性と柔軟性(最大1 mmの変形量)を維持できたことから生体内デバイスとしての応用可能性を示した。

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。

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。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Contribution of the Seebeck effect to liquid-flow-induced voltage generation in carbon nanotubes2024

    • 著者名/発表者名
      Shohei Horike, Kaho Kawasaki, Mayuko Nishinaka, Qingshuo Wei, Yasuko Koshiba and Kenji Ishida
    • 雑誌名

      Materials Today Physics

      巻: 41 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1016/j.mtphys.2024.101337

    • 査読あり
  • [雑誌論文] P(VDF/TrFE) Thin Film Piezoelectric Actuators Sealed Parylene C for Medical Micropumps2023

    • 著者名/発表者名
      Keigo Shikata, Yasuko Koshiba, Shohei Horike, and Kenji Ishida
    • 雑誌名

      physica status solidi (a)

      巻: 220 ページ: 2300250-1-6

    • DOI

      10.1002/pssa.202300250

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemical charge-carrier modulation of carbon nanotubes using ionic liquids derived from organic superbases for stable thermoelectric materials2023

    • 著者名/発表者名
      Mayuko Nishinaka, Ikuyo Harada, Kouki Akaike, Qingshuo Wei, Yasuko Koshiba, Shohei Horike, Kenji Ishida
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 218 ページ: 118667-1-7

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2023.118667

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complex chemistry of carbon nanotubes toward efficient and stable p-type doping2023

    • 著者名/発表者名
      Kaho Kawasaki, IkuyoHarada, Kouki Akaike, Qingshuo Wei, Yasuko Koshiba, Shohei Horike & Kenji Ishida
    • 雑誌名

      Communications Materials

      巻: 5 ページ: 21-1-7

    • DOI

      10.1038/s43246-024-00460-0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication and Local Electrical Characterization of p-n Junction Copper Phthalocyanine Nanorods2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuko Koshiba, Iori Sugimoto, Shohei Horike, Tatsuya Fukushima, Kenji Ishida
    • 雑誌名

      physica status solidi (a)

      巻: 220 ページ: 2300243-1-8

    • DOI

      10.1002/pssa.202300243

    • 査読あり
  • [雑誌論文] フレキシブル有機圧電センサによる心臓拍動検出と心臓発電2023

    • 著者名/発表者名
      石田謙司
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌

      巻: J106 ページ: 408-414

    • DOI

      10.14923/transelej.2023JCI0003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 熱電機能を有するスーパーキャパシタの巨大熱起電力と発電応用2024

    • 著者名/発表者名
      堀家 匠平、衛 慶碩、関 和彦、小柴 康子、石田 謙司
    • 学会等名
      第71回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 医療機器用コーティングしたP(VDF/TrFE)薄膜のアクチュエーション機能2023

    • 著者名/発表者名
      紫加田京瑚, 堀家匠平, 小柴康子, 石田謙司
    • 学会等名
      第69回高分子研究発表会(神戸)
  • [学会発表] 両親媒性溶媒を用いたポリフッ化ビニリデンのスピンコート薄膜の構造変化に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      菅咲来, 小柴康子, 堀家匠平, 石田謙司
    • 学会等名
      第69回高分子研究発表会(神戸)
  • [学会発表] 電荷保持特性向上に向けた液晶ポリマーの構造制御2023

    • 著者名/発表者名
      斧原誠司, 小柴康子, 堀家匠平, 田口吉昭, 石田謙司
    • 学会等名
      第69回高分子研究発表会(神戸)
  • [学会発表] Characterization of liquid crystal polymer films prepared through gel states for electret2023

    • 著者名/発表者名
      Seiji Onohara, Yasuko Koshiba, Shohei Horike, Yoshiaki Taguchi and Kenji Ishida
    • 学会等名
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of liquid crystal polymer films prepared through gel states for electret2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuko Koshiba, Satoshi Atsumi, Shohei Horike, and Kenji Ishida
    • 学会等名
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] リンクル構造を導入した有機薄膜圧電センサの作製と評価2023

    • 著者名/発表者名
      久保 佑一郎、小柴 康子、堀家 匠平、石田 謙司
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 積層した円型 P(VDF/TrFE)薄膜素子の逆圧電特性評価2023

    • 著者名/発表者名
      紫加田京瑚, 堀家匠平, 小柴康子, 石田謙司
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 高沸点両親媒性溶媒を用いたPVDF薄膜の電気特性評価2023

    • 著者名/発表者名
      菅咲来, 小柴康子, 堀家匠平, 石田謙司
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] カーボンナノチューブ/ポリマーコンポジットの摩擦転写による一軸配向膜の作製2023

    • 著者名/発表者名
      笹田 幹弥1、小柴 康子、堀家 匠平、石田 謙司
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] フレキシブルな有機圧電フィルムを用いた心臓拍動検知と心臓発電2023

    • 著者名/発表者名
      石田謙司
    • 学会等名
      高分子学会 印刷・情報・電子用材料研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] PVDFフィルムを用いたカテーテル型触覚センサの特性評価2023

    • 著者名/発表者名
      長野 聡一朗,高嶋 一登, 竹中 慎,石田 謙司
    • 学会等名
      機械学会第34回バイオフロンティア講演会
  • [図書] 有機半導体の開発と最新動向 第25章 赤外分光法による有機半導体高分子の光安定性評価2024

    • 著者名/発表者名
      小柴康子、福島達也、石田謙司
    • 総ページ数
      400
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      978-4-7813-1763-2

URL: 

公開日: 2024-12-25  

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