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2023 Fiscal Year Annual Research Report

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

Research Project

Project/Area Number 21H04655
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

石田 謙司  九州大学, 工学研究院, 教授 (20303860)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 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)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2024-03-31
Keywords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
Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Contribution of the Seebeck effect to liquid-flow-induced voltage generation in carbon nanotubes2024

    • Author(s)
      Shohei Horike, Kaho Kawasaki, Mayuko Nishinaka, Qingshuo Wei, Yasuko Koshiba and Kenji Ishida
    • Journal Title

      Materials Today Physics

      Volume: 41 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1016/j.mtphys.2024.101337

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] P(VDF/TrFE) Thin Film Piezoelectric Actuators Sealed Parylene C for Medical Micropumps2023

    • Author(s)
      Keigo Shikata, Yasuko Koshiba, Shohei Horike, and Kenji Ishida
    • Journal Title

      physica status solidi (a)

      Volume: 220 Pages: 2300250-1-6

    • DOI

      10.1002/pssa.202300250

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrochemical charge-carrier modulation of carbon nanotubes using ionic liquids derived from organic superbases for stable thermoelectric materials2023

    • Author(s)
      Mayuko Nishinaka, Ikuyo Harada, Kouki Akaike, Qingshuo Wei, Yasuko Koshiba, Shohei Horike, Kenji Ishida
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 218 Pages: 118667-1-7

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2023.118667

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Complex chemistry of carbon nanotubes toward efficient and stable p-type doping2023

    • Author(s)
      Kaho Kawasaki, IkuyoHarada, Kouki Akaike, Qingshuo Wei, Yasuko Koshiba, Shohei Horike & Kenji Ishida
    • Journal Title

      Communications Materials

      Volume: 5 Pages: 21-1-7

    • DOI

      10.1038/s43246-024-00460-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication and Local Electrical Characterization of p-n Junction Copper Phthalocyanine Nanorods2023

    • Author(s)
      Yasuko Koshiba, Iori Sugimoto, Shohei Horike, Tatsuya Fukushima, Kenji Ishida
    • Journal Title

      physica status solidi (a)

      Volume: 220 Pages: 2300243-1-8

    • DOI

      10.1002/pssa.202300243

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 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

    • Author(s)
      石田謙司
    • Journal Title

      電子情報通信学会論文誌

      Volume: J106 Pages: 408-414

    • DOI

      10.14923/transelej.2023JCI0003

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      堀家 匠平、衛 慶碩、関 和彦、小柴 康子、石田 謙司
    • Organizer
      第71回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      紫加田京瑚, 堀家匠平, 小柴康子, 石田謙司
    • Organizer
      第69回高分子研究発表会(神戸)
  • [Presentation] 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

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

    • Author(s)
      斧原誠司, 小柴康子, 堀家匠平, 田口吉昭, 石田謙司
    • Organizer
      第69回高分子研究発表会(神戸)
  • [Presentation] Characterization of liquid crystal polymer films prepared through gel states for electret2023

    • Author(s)
      Seiji Onohara, Yasuko Koshiba, Shohei Horike, Yoshiaki Taguchi and Kenji Ishida
    • Organizer
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characterization of liquid crystal polymer films prepared through gel states for electret2023

    • Author(s)
      Yasuko Koshiba, Satoshi Atsumi, Shohei Horike, and Kenji Ishida
    • Organizer
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 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

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

    • Author(s)
      紫加田京瑚, 堀家匠平, 小柴康子, 石田謙司
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 高沸点両親媒性溶媒を用いたPVDF薄膜の電気特性評価2023

    • Author(s)
      菅咲来, 小柴康子, 堀家匠平, 石田謙司
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      笹田 幹弥1、小柴 康子、堀家 匠平、石田 謙司
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      石田謙司
    • Organizer
      高分子学会 印刷・情報・電子用材料研究会
    • Invited
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      長野 聡一朗,高嶋 一登, 竹中 慎,石田 謙司
    • Organizer
      機械学会第34回バイオフロンティア講演会
  • [Book] 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

    • Author(s)
      小柴康子、福島達也、石田謙司
    • Total Pages
      400
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      978-4-7813-1763-2

URL: 

Published: 2024-12-25  

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