極微量血液採取のためのダイアフラム型形状記憶合金マイクロアクチュエータの開発

超微量血液采集膜片式形状记忆合金微执行器的研制

基本信息

批准号：
17700431
负责人：
槌谷和義
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Tokai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,外径100μmおよび内径50μmを有するマイクロ針から0.5μlのヒト血液が吸引可能な携帯型血液採取法マイクロポンプ,および血中の血糖値測定用センサの開発を目的とし,以下の3テーマについて研究を行った.(1)汎用有限要素法ソフトを用いて,マイクロポンプの構成要素であるSMAの形状4因子,SMAの機械特性4因子,液体密封用ゴムの機械特性3因子,針の内径変化に伴う圧力損失の合計12因子を変化させ,SMAアクチュエータの形状回復によるタンク内の体積の変化について実験計画法を用いて評価を行い,最良なマイクロアクチュエータ設計条件の探索を行った.(2)血糖値測定器の小型化を目指すため,2電極による測定法の実現,測定誤差率を現在利用されている測定器の半分である5%前後に改善,患者への負担軽減のため,極微量の血液において,正確な測定を行うために測定分解能の向上についての検討を行った.(3)針内径の拡大によるポンプ出力の低減と痛みはトレードオフの関係になるが,痛みに対する許容最大外径を求めると同時に,穿刺に耐え得る剛性を有し,かつ圧力損失が小さくなる条件を満足する針を設計するために,蚊の針と同程度の径を基準とし,生体適合性を有するチタン製マイクロ針創製を目的とし,針の内形状・外形状を含む,断面の形状変化による流体の損失および剛性を調べ,最適な形状を検討した.その結果,以下の知見を得た.(1)貫通溝幅,切り代の長さ,SMAの直径およびSMAの厚さに関して99%で有意性を示し,特にSMAの厚さは,30.42%の高い寄与率を示した.(2)過酸化水素の還元作用を用いることにより,小型化が可能となる2電極法を用いることで,測定誤差率5%が実現可能となった.また,カソード側の電極の表面積を広くすることにより,単位時間当たりの過酸化水素分解量が増し,過酸化水素濃度の測定分解能が向上することを示した.(3)針の外側,内側の形状を正n角形にした場合,n≦8において穿刺に必要な断面二次モーメントを得た.また,針内部の形状を正n角形にした場合,n≧6においてSMAにより生成される負圧より圧力損失が小さくなり吸引可能となった.さらには数匹のマウスに外径の異なる針を穿刺し,数分の経過後の唾液アミラーゼの上昇によるストレスの変化,痛みによる慣れを確認したことよりアミラーゼの検出は痛みの評価が可能であることを示唆した.

在这项研究中，我们对三个主题进行了研究：（1）我们更改了SMA形状的四个因素，SMA的形状是微型聚会的一个成分，可以从微孔系中吸入0.5μl的人体血液，其外径为100μm，内径为100μM，内径为50μm，并以50μm的内直径和用于测量血液中血液中血液中的血液葡萄糖水平。（1）使用通用有限元软件，我们更改了SMA形状的四个因素，SMA机械性能的四个因素，液体密封橡胶的机械性能的三个因素以及与针头直径变化相关的12个因素损失因素。由于SMA执行器的形状通过形状恢复，我们评估了储罐中的体积变化，并使用实验设计方法评估了储罐中体积的变化。我们研究了良好的微型演员设计条件。（2）为了使血糖测量仪器的小型化，我们意识到了两种电极测量方法，将测量误差率提高到了约5％左右，一半是当前使用的测量工具的一半，并减轻了对患者的负担，我们研究了测量分辨率的改进，以改善血液中极为小的测量方法。（3）由于针头内径和疼痛的扩大，减少泵输出之间存在权衡关系，但是为了确定疼痛的最大允许外直径，与此同时，我们设计了具有刚度的针头，可以承受刚性的刚度，并能够承受降压损失的条件，并且与蚊子针头相似。基于直径，目的是创建生物相容性的钛微针，并检查了由于横截面形状变化而引起的流体损失和僵硬，包括针的内部和外部形状，并研究了最佳形状。结果，获得了以下发现：（1）贯穿凹槽宽度，切割倍数的长度，SMA直径和SMA厚度为99％，尤其是SMA的厚度较高的贡献率为30.42％。（2）可以使用两电极法实现5％的测量错误率，该方法可以通过使用过氧化氢的还原作用来实现微型化。此外，通过增加阴极侧电极的表面积，每单位时间的过氧化氢分解量增加，并提高了过氧化氢浓度的分辨率。（3）当针的外部形状和内部形状变为正常的N形时，当N≦8时，将获得穿刺所需的第二个横截面的时刻。当针对针中的形状变为正常的N形时，压力损失小于SMA在n≧6时产生的负压，从而可以吸出。此外，几只小鼠被不同的外径刺穿，并且在进展和疼痛几分钟后，由于唾液淀粉酶的增加而引起的应力变化，这表明可以评估淀粉酶的检测。