Development of Lead-Free Biocompatible Multi-Layer Thin-film Structure Generation Technology for Implantable Actuator and Energy Harvest Device

用于植入式执行器和能量收集装置的无铅生物相容性多层薄膜结构生成技术的开发

• 批准号: 23360059
• 负责人: NAKAMACHI Eiji
• 金额: $ 12.31万
• 依托单位: Doshisha University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23360059/
• 关键词: 分子材料設計; 創製プロセス最適化; 圧電特性; 生体適合; 第一原理計算; アクチュエータ; 発電デバイス; スパッタ成膜

We developed a lead-free biocompatible multi-layer thin-film structure generation technology for implantable actuator and energy harvest device, as demonstrated below: (1) Piezoelectric stress constants of designed mixed crystals, Ti doped MSO, obtained by the first-principle calculations was 0.696(C/m2), which is 1.52 times larger than MSO. Piezoelectric constant d33 was 354.8pm/V. (2) Optimum post-annealing temperature was obtained as 676 centigrade, its crystallization of tetragonal MgSiO3 was 90.5%.High crystallization of tetragonal MgSiO3 was obtained on generated ten-layered thin film. Its piezoelectric constant d33 was 406.1 pm/V. (3) Mono-morph MSO cantilever actuator could be vibrated with the amplitude tens nm under 15 Voltage. (4) A magnetic induced hybrid vibration energy harvester, which employed the mono-morph MSO and PVDF piezoelectric cantilever, generated 1.2 microW. We confirmed that this device can provide a sufficient power for implantable Bio-MEMS device.

我们开发了一种用于植入式驱动器和能量收集装置的无铅生物相容性多层薄膜结构生成技术，如下所示：（1）通过第一性原理计算得到所设计的混合晶体Ti掺杂MSO的压电应力常数为0.696（C/m2），是MSO的1.52倍。压电常数d33为354.8pm/V。（2）最佳后退火温度为676 ℃，四元MgSiO_3晶化率为90.5%，在10层薄膜上得到了高晶化率的四元MgSiO_3。其压电常数d33为406.1pm/V。（3）在15 V的电压下，单晶MSO悬臂梁驱动器可以产生几十nm的振动。(4)磁感应混合振动能量采集器，采用单晶MSO和PVDF压电悬臂梁，产生1.2微W。我们证实，该装置可以提供一个足够的电源植入生物MEMS器件。

项目成果

Development of a Micropump for Bio-MEMS Using a New Biocompatible Piezoelectric Material MgSiO_3

使用新型生物相容性压电材料MgSiO_3开发生物MEMS微型泵

• DOI: 10.1117/1.3624515
• 发表时间: 2011
• 期刊: J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS
• 作者: Nakamachi;E.;Hwang;H.;Okamoto;N. and Morita;Y.
• 通讯作者: Y.

Crystallographic Process Optimization of Biocompatible Piezoelectric MgSiO3 Thin Film Generation

生物相容性压电 MgSiO3 薄膜生成的晶体学工艺优化

• 发表时间: 2013
• 作者: K. Takumi;Y. Morita;E. Nakamachi
• 通讯作者: E. Nakamachi

Development of Bio-MEMS Device for Cell Cluster Patterning by Using Dielectrophoresis Method

介电泳法细胞簇图案化生物MEMS器件的开发

• 发表时间: 2013
• 作者: S. MURAKAMI,Y. MORITA;and E. NAKAMACHI
• 通讯作者: and E. NAKAMACHI

ユニモルフ圧電片持ち梁を用いた磁力誘起型低周波発電システムの開発

采用单压电晶片悬臂梁的磁感应低频发电系统的开发

• 发表时间: 2012
• 作者: 南庸介;森田有亮;仲町英治
• 通讯作者: 仲町英治

変形に伴うBaTiO3の表面電位がラット骨髄細胞の骨芽細胞への分化に及ぼす影響

BaTiO3形变表面电位对大鼠骨髓细胞向成骨细胞分化的影响

• 发表时间: 2013
• 作者: Masanori Kikuchi;Yoshitaka Wada; Yuto Shimizu;Yulong Li;加藤 優喜，森田 有亮，仲町 英治
• 通讯作者: 加藤 優喜，森田 有亮，仲町 英治