階層的構造制御に基づく材料機能化が実現する革新的生体吸収性マイクロデバイス構築

基于分层结构控制的材料功能化实现创新生物可吸收微器件的构建

基本信息

批准号：
21J14930
负责人：
神田循大
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、生体吸収性ポリマーを用いた無痛刺入型医療デバイスの開発である。マイクロニードル型のデバイスを用いた、血液の体内光測定技術の実現を目指す。本年度は、異なる先端直径のマイクロニードルをブタ皮膚に刺入して、先端直径と穿刺力の関係及び塑性変形が穿刺力に与える影響について明らかにした。先端直径3 μm及び45 μmでは刺入時に先端が塑性変形し穿刺力が増加する一方で、先端直径80 μmでは、約200 mNの穿刺力で塑性変形せずに刺入可能であることを示した。一般に痛みの低減には尖鋭な先端が求められるが、先端付近に塑性変形や破壊的変形が生じると、穿刺力が増加することを明らかにした。また光計測デバイスとしての応用可能性を示すために、マイクロニードルを用いた酸素濃度測定を行った。燐光酸素プローブである白金ポルフィリンを添加したマイクロニードルで観測される燐光寿命がStern-Volmer方程式に従う酸素応答性を有することを確認し、酸素センサーとしての応用可能性を示した。また、マイクロニードルをトマトの果実中に刺入して自家蛍光の測定を行うことで、生体組織の光測定を行う際の課題を明らかにし、解決の方針を示した。生体組織の内部を低侵襲に測定する技術は、光測定以外の測定手法や医療分野以外にも応用可能であり、幅広い展開が期待される基盤技術である。また、本研究で示されたポリマー材料の精密成形及び微小構造体の物性に関する材料学的知見は、今後のデバイス研究において設計指針として有用であるとともに、高分子材料科学において材料中の微視的構造制御による材料特性の付与という新たな学術分野の開拓にも位置付けられ、材料工学の発展に貢献すると考えられる。

这项研究的目的是使用可生物吸附的聚合物开发一种无痛的植入医疗装置。我们旨在实现使用微针式设备测量血液内遗传光灯的技术。今年，我们将带有不同尖端直径的微针插入猪皮中，以阐明尖端直径和穿刺力之间的关系以及塑性变形对穿刺力的影响。在3μm和45μm的尖端直径下，插入过程中的尖端塑性变形，增加穿刺力，而在尖端直径为80μm时，表明可以在没有塑性变形的情况下插入大约200 MN的穿透力。通常，需要尖锐的尖端来减轻疼痛，但据显示，当塑料或破坏性变形在尖端附近发生时，穿刺力就会增加。此外，为了证明将其作为光学测量装置的应用可能性，使用微针的氧气浓度进行了测量。我们证实，磷酸卟啉（一种磷光氧探针）在微锥体中观察到的磷光寿命，该氧气探针的氧气反应性根据船尾量器方程，并证明了将其用作氧气传感器的可能性。此外，通过将微针插入番茄的果实中以测量自动荧光，阐明了生物组织的光测量问题，并提出了解决该问题的政策。以微创方式测量活组织内部的技术可以应用于除光度测量和医疗领域以外的测量方法，并且是一种基本技术，预计将广泛开发。此外，本研究中介绍的聚合物材料精确成型的唯物主义知识以及本研究中介绍的微观结构的物理特性将作为未来设备研究的设计指南，并且也将定位在聚合物材料科学中新的学术领域的开发中，其中材料特性通过微结构控制赋予了微观结构，因此被认为是为材料发动机开发而造成的。