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

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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．