イオンポリマーメタル複合体を用いた人工心筋開発の基礎研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680852
• Research Institution: Suzuka University of Medical Science
• Principal Investigator: 筏 義人 鈴鹿医療科学大学, 医用工学部, 教授 (00025909)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若林 成知 鈴鹿医療科学大学, 保健衛生学部, 講師 (40191720) ; 伊原 正 鈴鹿医療科学大学, 医用工学部, 教授 (70261039)
• Keywords: 電解質膜 / アクチュエータ / 医療器具 / 人工筋肉 / 人工心筋

Research Abstract

高分子電解質-金属接合膜(SPM)によるメカノケミカル・アクチュエータは、人工筋肉素材として、人工血管、人工食道などへの応用可能性が高いと考えられている。SPMは軽量で柔軟性にとみ、低電圧で変位を発生・制御できる特徴があり、能動マイクロカテーテルをはじめとして、様々な医用器具、人工筋肉への応用技術が期待されている。しかし、構造体としての人工筋肉はまだ開発されておらず、その最大の障害が発生応力の小さいことである。SPMの変位は、電圧よりも電流に依存することが解析された。本研究では、SPMに電圧を加えた場合の発生応力を、等張性収縮、等尺性収縮計測の手法で検討した。パーフルオロスルホン酸膜(デュポン社製Nafion117)をジクロロフェナントロリン金(III)溶液に浸潤したのち、5%亜硫酸ナトリウム溶液で還元して金めっきをほどこし、SPMを作成した。Nafion膜の膜厚は200μm、導電率は0.083S/cmである。Nafion膜は層の厚さは約2μmで導電率は4.46×10^5S/cmである。SPMを短冊状に切断した。任意波形ジェネレータで発生させた方形波を印加し、発生張力を、アイソトニックトランスデューサおよびアイソメトリックトランスデューサで計測した(日本光電)。Nafion膜SPMに1-5V_<P-P>の電圧を印加した際の発生張力は、3V_<P-P>の時、5.2×10^6Pa、4V_<P-P>の時、7.2×10^6Paであった。ヤング率は、曲率(変位)に応じて変化し、19.5-27.4Mpaの範囲の値であった。SPMをアクチュエータとして利用するため、発生応力を計測し、ヤング率を推定した。実用上必要な応力発生のためには効率よく給電することのできる電極構造を持つ複層構造の構造体の設計が必要であることが示唆された。

Research Products

• [Publications] 伊原 正, 小黒啓介, 筏 義人: "イオンポリマーメタル複合体を用いた人工心筋開発の基礎研究"医用電子と生体工学. 第38巻特別号. 121 (2000)
• [Publications] 伊原 正, 小黒啓介, 筏 義人: "イオンポリマーメタル複合体を用いたアクティブグラフト開発の基礎研究"医用電子と生体工学. 第39巻特別号. 329 (2001)