インプリントとインサートによる微細成形法の提案と蚊を模倣した医療用無痛針への応用

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熱インプリントとインサート成形を組み合わせた成形手法を提案した。射出成形ではバリやヒケが生じてしまう先端部分を、熱インプリントにより作製する。これを金型内に設置し、根元部分を射出成形することで結合する。この技術をインサート成形と呼び、成形条件の異なる先端部分と根元部分を接合することが可能となる。本年度は、熱インプリントにより先端部分となるPLA（Polylactic Acid, ポリ乳）製針の作製を行った。高精度光造型装置（分解能 0.2ミクロン)で作製されたマスター形状を、シリコーンゴムで型取りした。この際、前年度問題であった芯棒部分の倒れを防止する方法を考案した。この型をPLAシートに熱インプリントし、蚊と同様に鋸歯状の突起を持ち、先端が三面で尖るランセット形状の中空針の作製に成功した。研究の進捗の過程で、成形条件を最適化すれば先端部分と根元部分を分割することなく、一度の射出成形でPLA製の針が作製できる感触を得た。本年度はこれに取り組んだ。先端部分の型には金属製のものではなく、PDMS（シリコーンゴムの一種）を用いた。蚊の鋸歯状突起のように、「かえり」がある型から抜けない形状にもゴムの柔軟性により対応可能となる。ゴム製の型を射出成形に用いることは世界発である．本年度は、基礎的な射出成形を行った結果、バリや変形があるものの、針形状の作製に一定の目途が経った。蚊の針と同様にギザギザ形状の針を前記光造形装置で作製し、回転や振動を付与して、人工皮膚や実験動物の皮膚に穿刺を行った。擬似神経モデルをMEMS技術により人工皮膚に付与することに成功した。非線形FEM（有限要素法）解析により、皮膚内を針が進行する際の穿刺抵抗力や皮膚の応力分布をシミュレーションした。ここにも神経のモデルを取り入れた。神経に影響を与えない針形状や針の刺し方について多数の知見が得られた。