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．

在这项研究中，我们将进一步提高全球新颖的层压水凝胶电池的产量，并阐明其机械性能和生物相容性。然后，我们将利用获得的指标来设计和开发一种新型人工植入物。目的是建立一个系统。 2020财年，我们将根据迄今为止的研究成果，首先致力于层压水凝胶电池的生产和高产量。通过研究凝胶厚度等对电池输出的影响，我们将建立一种保持高输出的电池的制造方法。此外，每种凝胶的机械测试将同时进行，以阐明机械性能。然后，我们将考虑如何将获得的结果应用于骨植入物，并致力于建立使用 CT 图像的有限元分析 (CT-FEA) 的设计方法。根据该研究计划进行研究，我们通过改进凝胶生产方法，成功开发了形状稳定性更好的凝胶电池。我们已确认其功率特性等于或优于先前研究的功率特性，并且功率特性与传统医疗环境中使用的生物电池的功率特性相当。此外，通过改进生产方法，胶体电池中使用的四种胶体的机械性能也得到显着提高。压缩力学测试表明，即使将5毫米厚的凝胶压缩至4.8毫米，也不会破裂，并且卸载后凝胶也具有优异的恢复形状的能力，并且具有非常好的柔韧性和临界压缩应力。。据认为，它对体内机械环境表现出优异的柔韧性，并且具有优异的形状稳定性。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），并研究骨植入物的设计和凝胶电池作为生物电池的应用。如上所述，我们的研究活动总体上能够顺利进行，并且我们相信作为我们研究主题的层压水凝胶电池的广泛有效性已经得到证明。我们计划在继续我们的研究活动的同时，建立新植入物的设计和开发系统。

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