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内耳蝸牛の流体構造連成解析に着目したバイオミメティック人工内耳の開発

专注于内耳耳蜗流固耦合分析的仿生人工耳蜗的开发

基本信息

批准号：
19J20157
负责人：
山崎嘉己
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，感音性難聴に対する未来医療に関連して，内耳蝸牛の機能を模倣した人工聴覚上皮の開発を目指してきた．蝸牛に備わる機械的および電気的な要素，すなわち基底膜の20-20k Hzにわたる周波数弁別能，外有毛細胞のナノ振動増幅および内有毛細胞の音/神経信号変換に着目し，バイオミメティクスとMicroelectromechanical systemsの融合による超高性能マイクロマシンの創製を進めている．令和3年度は，動物実験用デバイスの大量安定生産を可能とする作製スキームを確立した．デバイスは，モルモットの蝸牛に埋め込み可能な寸法・構造で設計しており，圧電素子と神経刺激・振動制御を実現する2種類の電極を含むことに特徴がある．一方，圧電素子の材料には，PVDF-TrFEを使用しており，電極と異なる有機系材料であることから再現性のある接着が技術的隘路となり，デバイスの耐久性に改善点があった．そこで，接着層としてチタンを導入することで異種材料の強固な接着に成功し，歩留まりが1割以下から6割以上に改善された．作製したデバイスを加振し，ナノメートルスケールの振動を計測および解析した結果，空気中において157-277 kHzの周波数弁別能があることがわかった．また，共同研究先の大阪大学医学研究科にデバイスの埋め込み試験を依頼し，モルモットの蝸牛に埋め込み可能であることを確認している．モルモットの外耳から音刺激を与えたところ，アーティファクトではない振動が観測され，動物の体内に埋め込んだ場合も明らかに周波数弁別能が保持されることが示された．さらに，微小針型プローブおよび実体顕微鏡を導入し，ロックインアンプと組み合わせた電圧計測系を構築した．デバイスに対して音圧86.4 dB SPLを入力したところ，最大80.9 μVの出力電圧が計測され，動物実験に向けた基礎データの蓄積に成功している．

This study is aimed at exploring the future medical implications of sensory difficulties in the development of artificial epithelium mimicking inner ear snail function. The mechanical and electrical elements of snail equipment, such as the frequency spectrum of basement membrane at 20-20 kHz, the vibration amplitude of outer hairy cells, and the acoustic/neurosignal conversion of inner hairy cells, are important for the development of ultra-high performance micromechanical systems. In the third year of this year, the stable production of large quantities of animal products was established. 2 types of electrodes, including the possible size, structure, design, voltage element, neurostimulation, vibration control, and characteristics. On the one hand, the use of PVDF-TrFE as a material for voltage-dependent electrodes is an improvement in the durability of organic materials. In addition, the bonding layer is introduced into the substrate, and the strength of the heterogeneous material is successfully bonded. The bonding layer is kept below 1 cut and improved above 6 cuts. The vibration measurement and analysis results show that the frequency spectrum of 157-277 kHz in the air can be measured and analyzed. Jointly researching the advanced Osaka University Graduate School of Medicine, we confirmed the possibility of a snail's infection. The acoustic stimulation of the external ear is related to the vibration of the animal, and the frequency spectrum of the animal is maintained in different situations. Today, the introduction of micro-needle micro-mirror and the construction of voltage measurement system. The maximum output voltage of 80.9 μV was measured at 86.4 dB SPL.

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A Preliminary Prototype High-Speed Feedback Control of an Artificial Cochlear Sensory Epithelium Mimicking Function of Outer Hair Cells

模拟外毛细胞功能的人工耳蜗感觉上皮的初步原型高速反馈控制

DOI：
10.3390/mi11070644
发表时间：
2020
期刊：
Micromachines
影响因子：
3.4
作者：
Hiroki Yamazaki;Dan Yamanaka;and Satoyuki Kawano
通讯作者：
and Satoyuki Kawano

螺旋形状の人工聴覚上皮デバイスを用いた振動特性評価

使用螺旋形人工听觉上皮装置评估振动特性

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuto Yamaguchi;Sho Yakabe;and Takaaki Ishigure;河野友太朗，山崎嘉己，川野聡恭
通讯作者：
河野友太朗，山崎嘉己，川野聡恭

内耳基底膜の音伝播機構を模倣した人工聴覚上皮の時間応答評価

模拟内耳基底膜声音传播机制的人工听觉上皮的时间响应评估

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Watanabe;Y. Naijo;K. Hada;T. Furukawa;T. Itou;T. Ueno;K. Kobayashi;and J. Akimitsu;宮脇　正晴;野田航平，山崎嘉己，川野聡恭
通讯作者：
野田航平，山崎嘉己，川野聡恭

P(VDF-TrFE)を用いた自立駆動型フレキシブルセンサの開発とウェアラブル医療デバイスへの応用

利用P(VDF-TrFE)开发自动驾驶柔性传感器及其在可穿戴医疗设备中的应用