内耳蝸牛の流体構造連成解析に着目したバイオミメティック人工内耳の開発

专注于内耳耳蜗流固耦合分析的仿生人工耳蜗的开发

基本信息

批准号：
19J20157
负责人：
山崎嘉己
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，感音性難聴に対する未来医療に関連して，内耳蝸牛の機能を模倣した人工聴覚上皮の開発を目指してきた．蝸牛に備わる機械的および電気的な要素，すなわち基底膜の20-20k Hzにわたる周波数弁別能，外有毛細胞のナノ振動増幅および内有毛細胞の音/神経信号変換に着目し，バイオミメティクスとMicroelectromechanical systemsの融合による超高性能マイクロマシンの創製を進めている．令和3年度は，動物実験用デバイスの大量安定生産を可能とする作製スキームを確立した．デバイスは，モルモットの蝸牛に埋め込み可能な寸法・構造で設計しており，圧電素子と神経刺激・振動制御を実現する2種類の電極を含むことに特徴がある．一方，圧電素子の材料には，PVDF-TrFEを使用しており，電極と異なる有機系材料であることから再現性のある接着が技術的隘路となり，デバイスの耐久性に改善点があった．そこで，接着層としてチタンを導入することで異種材料の強固な接着に成功し，歩留まりが1割以下から6割以上に改善された．作製したデバイスを加振し，ナノメートルスケールの振動を計測および解析した結果，空気中において157-277 kHzの周波数弁別能があることがわかった．また，共同研究先の大阪大学医学研究科にデバイスの埋め込み試験を依頼し，モルモットの蝸牛に埋め込み可能であることを確認している．モルモットの外耳から音刺激を与えたところ，アーティファクトではない振動が観測され，動物の体内に埋め込んだ場合も明らかに周波数弁別能が保持されることが示された．さらに，微小針型プローブおよび実体顕微鏡を導入し，ロックインアンプと組み合わせた電圧計測系を構築した．デバイスに対して音圧86.4 dB SPLを入力したところ，最大80.9 μVの出力電圧が計測され，動物実験に向けた基礎データの蓄積に成功している．

在这项研究中，我们的目的是开发人造听力上皮，以模仿内耳耳蜗的功能与未来的医学有关感官性听力损失的功能。关注耳蜗的机械和电气元素，即在地下膜的20-20kHz之间区分频率的能力，外部毛细胞的纳米传动扩增以及内部毛细胞的声音/神经信号转换，我们正在通过融合生物素体和微观机能系统的融合来开发超高的绩效微机械。在2021年，建立了生产方案，该计划使动物实验的设备稳定生产。该设备的设计尺寸和结构可以嵌入豚鼠的耳蜗中，其特征是它包含两种类型的电极，可用于实现神经刺激和振动控制。另一方面，PVDF-TRFE用作压电元件的材料，并且由于它是一种与电极不同的有机材料，因此可再现的粘附已成为技术限制，并且设备的持久性有所提高。因此，通过将钛作为粘合剂层引入，我们成功地取得了不同材料的固体粘附，将产量从不到10％提高到60％以上。制造的设备是激发的，测量和分析了纳米尺度的振动，发现它具有157-277 kHz的空气频率辨别能力。此外，大阪大学医学研究生院联合研究员还要求进行装置测试，以确认可以将其植入豚鼠的cochleas。当从豚鼠的外耳中施加声音刺激时，观察到了非战前振动，并表明当植入动物体内时，明确保持了频率辨别能力。此外，引入了微针探针和立体显微镜，以构建与锁定放大器结合的电压测量系统。当对设备输入86.4 dB的声压SPL时，测量了高达80.9μV的输出电压，并成功地积累了基本数据以用于动物实验。