インプリントとインサートによる微細成形法の提案と蚊を模倣した医療用無痛針への応用

使用压印和插入物的微成型方法的提案及其在模仿蚊子的无痛医用针中的应用

基本信息

批准号：
21H01298
负责人：
青柳誠司
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Kansai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

熱インプリントとインサート成形を組み合わせた成形手法を提案した。射出成形ではバリやヒケが生じてしまう先端部分を、熱インプリントにより作製する。これを金型内に設置し、根元部分を射出成形することで結合する。この技術をインサート成形と呼び、成形条件の異なる先端部分と根元部分を接合することが可能となる。本年度は、熱インプリントにより先端部分となるPLA（Polylactic Acid, ポリ乳）製針の作製を行った。高精度光造型装置（分解能 0.2ミクロン)で作製されたマスター形状を、シリコーンゴムで型取りした。この際、前年度問題であった芯棒部分の倒れを防止する方法を考案した。この型をPLAシートに熱インプリントし、蚊と同様に鋸歯状の突起を持ち、先端が三面で尖るランセット形状の中空針の作製に成功した。研究の進捗の過程で、成形条件を最適化すれば先端部分と根元部分を分割することなく、一度の射出成形でPLA製の針が作製できる感触を得た。本年度はこれに取り組んだ。先端部分の型には金属製のものではなく、PDMS（シリコーンゴムの一種）を用いた。蚊の鋸歯状突起のように、「かえり」がある型から抜けない形状にもゴムの柔軟性により対応可能となる。ゴム製の型を射出成形に用いることは世界発である．本年度は、基礎的な射出成形を行った結果、バリや変形があるものの、針形状の作製に一定の目途が経った。蚊の針と同様にギザギザ形状の針を前記光造形装置で作製し、回転や振動を付与して、人工皮膚や実験動物の皮膚に穿刺を行った。擬似神経モデルをMEMS技術により人工皮膚に付与することに成功した。非線形FEM（有限要素法）解析により、皮膚内を針が進行する際の穿刺抵抗力や皮膚の応力分布をシミュレーションした。ここにも神経のモデルを取り入れた。神経に影響を与えない針形状や針の刺し方について多数の知見が得られた。

我们提出了一种结合热压印和嵌件成型的成型方法。注射成型时出现毛刺和缩痕的尖端部分是通过热压印生产的。将其放置在模具中，并通过注塑成型将底座部件连接起来。这种技术称为嵌件成型，它可以在不同的成型条件下连接尖端和根部部件。今年，我们利用热压印技术制造了一种由 PLA（聚乳酸）制成的针，作为针尖。使用高精度光学成型装置（分辨率0.2微米）制作的母模，使用硅橡胶进行成型。这时我们就想出了一个方法来防止芯棒塌陷，这在前一年是一个问题。通过将该模具热压印到 PLA 片材上，他们成功制造了一种柳叶刀形状的空心针，具有类似于蚊子的锯齿状突起和三边尖的尖端。在研究过程中，人们认为，如果成型条件得到优化，PLA 针可以通过一次注射成型工艺制成，而无需将尖端和基部分开。今年我们就在这方面做了工作。尖端的模具不是由金属制成，而是由 PDMS（一种硅橡胶）制成。橡胶的柔韧性使其能够处理有毛刺且无法从模具中取出的形状，例如蚊子的锯齿状突起。采用橡胶模具进行注塑成型，属世界首创。今年，由于基本注塑成型，虽然存在一些毛刺和变形，但我们能够在生产针形状方面达到一定程度。使用立体光刻装置制造出类似于蚊针的锯齿状针，并通过旋转和振动来刺穿人造皮肤和实验动物的皮肤。我们利用 MEMS 技术成功地将伪神经模型附加到人造皮肤上。采用非线性FEM（有限元法）分析来模拟针头穿过皮肤时的穿刺阻力和皮肤内的应力分布。这里还引入了神经模型。关于不影响神经的针形状和针插入方法获得了许多发现。