電気ウナギの組織を模擬した積層ハイドロゲル電池を有する骨用インプラントの開発

模拟电鳗组织的层压水凝胶电池骨植入物的研制

基本信息

批准号：
22K18191
负责人：
中牟田侑昌
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Sojo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，世界的に新規性が高い積層ハイドロゲル電池のさらなる高出力化，力学特性や生体適合性の解明を行い，その後，得られた指標から人工発電器官を有する新型インプラントの設計・開発システムの確立を行うことが目的である．令和4年度は，これまでの研究成果を踏まえつつ，まず積層ハイドロゲル電池の作製及び高出力化に取り組む．ゲルの厚み等が電池の出力に及ぼす影響を検討することで高出力が持続する電池の作製法を確立する．また，各ゲルの力学試験も並行して行い，力学特性を解明する．そして，得られた結果から骨用インプラントへの適用方法について検討し，CT画像を利用したFEA(CT-FEA)による設計法の確立に取り組む．研究計画のもと研究を行った結果，ゲルの作製方法を改善したことでより形状安定性に優れたゲル電池の開発に成功した．先行研究と同等以上の電力特性が確認できており，従来の医療現場で使用されている生体電池に匹敵する電力特性も示されている．また，作製方法を改善したことでゲル電池に使用されている4種類のゲルの力学特性も大きく向上した．圧縮力学試験を行ったところ，厚さ5㎜のゲルを4.8㎜まで圧縮しても破断には至らず，また，除荷後に形状が復元する能力も優れており，非常に良好な柔軟性や限界圧縮応力が示されている．生体内における力学的環境に対して優れた柔軟性を発揮し，形状安定性も優れると考えられる．そして，骨構造解析ソフトウェアを使用し，3次元骨モデルを用いて有限要素解析(CT-FEA)を行い，骨用インプラントの設計や生体電池としてのゲル電池の適用方法について検討を行った．上記のようにおおむね順調に研究活動を遂行できており，研究対象である積層ハイドロゲル電池の幅広い有効性が示されていると考える．引き続き研究活動を遂行しながら新型インプラントの設計・開発システムの確立を行う予定である．

这项研究旨在进一步提高全球高度新颖的层压水凝胶电池的功率输出，并阐明机械性能和生物相容性，然后基于获得的指标，为具有人工发电机的新植入物建立设计和开发系统。在2022财年，我们将首先考虑生产层压水凝胶电池并增加产量，并考虑到先前的研究结果。通过检查凝胶厚度等对电池输出的影响，我们建立了一种制造可保持高输出的电池的方法。另外，对每种凝胶的机械测试并行进行以阐明机械性能。根据获得的结果，我们将检查骨植入物的应用方法，并致力于使用FEA（CT-FEA）使用CT图像建立设计方法。根据研究计划的研究，我们通过改善凝胶制备方法成功地开发了具有更好形状稳定性的凝胶电池。与先前研究相当的功率特性已得到证实，并且功率特性与常规医疗环境中使用的功率特性相当。此外，通过改进制造方法，在凝胶电池中使用的四种凝胶类型的机械性能也得到了极大的改进。压缩力学测试表明，即使将5mm厚的凝胶压缩至4.8mm，它也没有破裂，并且在卸载后还具有出色的恢复形状的能力，表明非常良好的柔韧性和边际压缩应力。人们认为它在体内的机械环境中表现出极好的灵活性，并且具有出色的形状稳定性。然后，使用骨结构分析软件，使用3D骨模型进行有限元分析（CT-FEA），以检查骨植入物的设计以及将凝胶电池的应用作为生物电池。如上所述，研究活动通常是顺利进行的，据信，已显示层压水凝胶电池的广泛有效性（这是研究的主题）。我们计划继续进行研究活动，并建立一个设计和开发新植入物的系统。

项目成果

期刊论文数量（1）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

電気ウナギを模擬した積層ハイドロゲル電池の基礎研究

模拟电鳗叠层水凝胶电池的基础研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Maung Ye Swe Soe;Kim Jung Kyung;Carretero Nuria Taberner;Phng Li-Kun;Chemical osteogenesis supplements modulated the multicellular behaviors of osteocytic spheroids;折増　郁哉，中牟田　侑昌，東藤　貢
通讯作者：
折増　郁哉，中牟田　侑昌，東藤　貢