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ミクロな機械が切り拓く次世代の医療とヘルスケア

東北大学 大学院医工学研究科 医工学専攻 生体機械システム医工学講座
ナノデバイス医工学研究分野
東北大学 大学院工学研究科 ロボティクス専攻 
バイオメカニクス講座 ナノデバイス医工学分野

研究内容Research Enlish/日本語

高機能、多機能な低侵襲検査、治療機器の開発

体を大きく切り開くことなく、カテーテルと呼ばれる医療用チューブ、内視鏡などを体内に挿入し検査や治療を行う低侵襲医療が行われていますが、大きさや形状の制限から機能や精度に限界があります。極小の血圧センサ、超音波センサなどを開発、搭載することで低侵襲医療機器の未来へ向けた製造技術の開発と機器の高性能化、多機能化を行っています。将来的には体内で精密な検査治療を行う半自律型マイクロロボットの実現も視野に入れています。

極細径光ファイバ圧力センサ

 カテーテル治療などにおいて血管内局所内圧などを測定する目的で、外径125μmの非常に小さな圧力センサを開発しています。
 MEMS技術によって光ファイバー端面に薄いダイヤフラム(膜)が形成されており、圧力によるダイヤフラムのたわみを光の干渉現象を用いて計測します。この光ファイバ圧力センサは電気や磁気による影響を受けないという利点があります。


能動カテーテル(形状記憶合金タイプ)

 TiNi製の形状記憶合金(SMA; Shape Memory Alloy)運動素子(アクチュエータ)を3本、伸ばした状態でステンレススチールコイルの中に固定したもので、体外からのリード線を介したSMAへの通電の量に応じて形状記憶効果により縮み、様々な方向に屈曲します。体内での精密な位置決め、見回し観察などに役立ちます。右の写真は外径1.6mmです。
(クリックすると動画が再生されます)



体表に装着する新たなヘルスケア(健康管理)機器の開発

 皮膚に貼り付け、皮下の血圧や血行動態を日常生活の中で無侵襲に計測する小型超音波センサや、鍼灸で用いる針付きパッチを利用し本来は採血の必要がある血液中の生体成分を痛みなくモニタリングできる皮下組織液採取システムを開発しています。これらの機器は微細加工技術を用いることではじめて実現でき、インターネットとつながることで健康管理に役立つ高付加価値を生み出します。

皮下生体成分計測のための微小循環用針

 
 血糖や乳酸などの生体成分を日常的にモニタリングすることで、健康状態の管理が容易になります。表面に流路が形成された細径な金属針を皮膚に浅く刺し、微小還流を行うことにより皮下の生体成分を体外に取り出し計測します。分子量の小さい血糖や乳酸などは血中の濃度と皮下の濃度が良く相関することが知られており、採血の必要がなくなります。非平面微細加工技術を用いて外径0.2 mmの針の上に表面に穴の開いた流路を作製しています。

非平面フォトファブリケーション、非平面実装技術の開発

 大量生産が可能な半導体プロセスやMEMSプロセスの多くは平らなウェハ上に加工を行いますが、体内で用いる医療機器や多くのウェアラブル健康管理機器へ組み込むための実装には適しません。直径数mmのチューブの表面、内面に微細加工を行う、新しい加工技術の開発と、それに必要な装置の開発を行っています。量産性のあるプロセスにより製造コストを下げ、広く使って貰えることを目指しています。
 

手術手技の評価、医療機器開発に役立てるためのマイクロセンサを搭載した臓器モデルの開発

 医医師の訓練、手術手技の評価、医療機器開発の際の安全性や有効性評価には、ヒトに対する実際の手術、実験動物の利用などが行われますが、これに代わる、マイクロセンサを搭載した新たな臓器モデルの開発を行っています。臓器の形状、物理特性を再現した臓器モデルに様々なのマイクロセンサを搭載することで、手術の治療効果、手術中に組織にかかる力などを定量化します。

その他

 上記の目的のために開発してきた微細加工技術、組立技術の新たな応用、可能性について、実際に作ってみることで検討しています。

形状記憶合金によるマイクロ関節を用いたロボットハンド

 形状記憶合金を用いた屈曲機構について量産性の高い構造と作製方法を開発し、ロボットハンドに応用してみました。


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服薬記録コップ

 使用者が薬をきちんと飲んだかどうかを記録するコップです。コップには小型カメラが内蔵されていて、このコップを使って水と一緒に服薬するときの舌の上の薬の画像を撮影記録します。撮影された映像はインターネットサーバーにワイヤレス伝送されます。薬の飲み間違いや飲み忘れの防止、新薬験薬の際の正確な服薬記録に役立つと記載されます。


アミューズメント応用

 ザクとは違う機体の、あの武器を、形状記憶合金を用いた能動カテーテルの屈曲機構で作ってみました。


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研究業績

 (準備中)




芳賀・松永・鶴岡研究室
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