階層的構造制御に基づく材料機能化が実現する革新的生体吸収性マイクロデバイス構築

本研究の目的は、生体吸収性ポリマーを用いた無痛刺入型医療デバイスの開発である。マイクロニードル型のデバイスを用いた、血液の体内光測定技術の実現を目指す。本年度は、異なる先端直径のマイクロニードルをブタ皮膚に刺入して、先端直径と穿刺力の関係及び塑性変形が穿刺力に与える影響について明らかにした。先端直径3 μm及び45 μmでは刺入時に先端が塑性変形し穿刺力が増加する一方で、先端直径80 μmでは、約200 mNの穿刺力で塑性変形せずに刺入可能であることを示した。一般に痛みの低減には尖鋭な先端が求められるが、先端付近に塑性変形や破壊的変形が生じると、穿刺力が増加することを明らかにした。また光計測デバイスとしての応用可能性を示すために、マイクロニードルを用いた酸素濃度測定を行った。燐光酸素プローブである白金ポルフィリンを添加したマイクロニードルで観測される燐光寿命がStern-Volmer方程式に従う酸素応答性を有することを確認し、酸素センサーとしての応用可能性を示した。また、マイクロニードルをトマトの果実中に刺入して自家蛍光の測定を行うことで、生体組織の光測定を行う際の課題を明らかにし、解決の方針を示した。生体組織の内部を低侵襲に測定する技術は、光測定以外の測定手法や医療分野以外にも応用可能であり、幅広い展開が期待される基盤技術である。また、本研究で示されたポリマー材料の精密成形及び微小構造体の物性に関する材料学的知見は、今後のデバイス研究において設計指針として有用であるとともに、高分子材料科学において材料中の微視的構造制御による材料特性の付与という新たな学術分野の開拓にも位置付けられ、材料工学の発展に貢献すると考えられる。

本研究の目的は、生体吸収性ポリマーを用いた無痛刺入型医療デバイスの開発である。マイクロニードル型のデバイスを用いた、血液の体内光測定技術の実現を目指す。本年度は、異なる先端直径のマイクロニードルをブタ皮膚に刺入して、先端直径と穿刺力の関係及び塑性変形が穿刺力に与える影響について明らかにした。先端直径3 μm及び45 μmでは刺入時に先端が塑性変形し穿刺力が増加する一方で、先端直径80 μmでは、約200 mNの穿刺力で塑性変形せずに刺入可能であることを示した。一般に痛みの低減には尖鋭な先端が求められるが、先端付近に塑性変形や破壊的変形が生じると、穿刺力が増加することを明らかにした。また光計測デバイスとしての応用可能性を示すために、マイクロニードルを用いた酸素濃度測定を行った。燐光酸素プローブである白金ポルフィリンを添加したマイクロニードルで観測される燐光寿命がStern-Volmer方程式に従う酸素応答性を有することを確認し、酸素センサーとしての応用可能性を示した。また、マイクロニードルをトマトの果実中に刺入して自家蛍光の測定を行うことで、生体組織の光測定を行う際の課題を明らかにし、解決の方針を示した。生体組織の内部を低侵襲に測定する技術は、光測定以外の測定手法や医療分野以外にも応用可能であり、幅広い展開が期待される基盤技術である。また、本研究で示されたポリマー材料の精密成形及び微小構造体の物性に関する材料学的知見は、今後のデバイス研究において設計指針として有用であるとともに、高分子材料科学において材料中の微視的構造制御による材料特性の付与という新たな学術分野の開拓にも位置付けられ、材料工学の発展に貢献すると考えられる。