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通商産業省 工業技術院 機械技術研究所 Research 1990-3 Mechanical Engineering Laboratory |
| 32-1 高機能性医用材料 High Performance Biomaterials | 
| 高機能性医用材料 この研究の目的は、人工関節などの生体機能代替材料の寿命を、セラミック充填超高分子量ポリエチレン、アルミナ、ジルコニア、水酸アバタイトおよびセラミックコーティングチタン合金等のバイオコンボジットマテリアルを適用することにより、２０年以上まで延長させることです。バイオマテリアルおよびデバイスの機械的寿命と生体適合性は関節シミュレータ、摩耗試験機、細胞培養システム等により試験しています。 High Performance Biomaterials The aim of this research is to prolong the life time of endoprostheses to much greater than ten years, through the application of advanced biocomposite materials such as alumina, zirconia, hydroxyapatite, ceramic filled ultra high molecular weight polyethylene, and ceramic coated Ti alloy. Proof testing using joint simulators, wear testers, and cell incubation systems, is used to investigate the long-term mechanical reliability and biocompatibility of devices using these materials. |
| 32-2 医用診断用システム技術の開発 Advanced Disease Diagnosis Systems | 
| 医用診断用システム技術の開発 生体組織の正確な診断には多くのデータが必要です。NMR（核磁気共鳴）を用いれば、無侵襲で疾患の位置、三次元的な形状および生体組織の化学構造などのデータが得られるので、診断がより正確になります。 疾患を正確にかつ早く検出するシステムのために、NMRで得られた画像を高速に処理するための画像処理技術、処理画像の計算機による三次元表示技術、多重露光ホログラムを用いた投影型スクリーンによる三次元表示システムおよびそれらを用いた診断技術の開発を進めています。 Advanced Disease Diagnosis Systems Accurate diagnosis of abnormal tissue (e. g. cancer) requires a great deal of information. Using Nuclear Magnetic Resonance (NMR) techniques, three dimensional images of tissue structure, together with information on chemical composition, can be obtained non-invasively, providing a great deal of useful information to support the diagnostician. This study has three major goals which are： The development of novel computational techniques for ultrafast processing and display of NMR data, the development of an advanced optical three-dimensional NMR data display system, and the development of precise diagnosis methods using these techniques. |
| 33-1 高次脳機能の解明 Higher Order Brain Functions | 
| 高次脳機能の解明 この研究は、人間が持つ知覚・認知、運動・行動、情動・意思などの高次脳機能を分子レベルで解明することを目的としています。また、それらの脳機能をつかさどるアミン系物質、アミノ酸や各種ホルモンなどの化学的情報伝達因子を探求し、脳内における分布とその時間的変化を無侵襲で計測することにより、高次脳機能との対応をはかります。伝達因子の解析にはクロマトグラフィなどの各種の生化学的分析技術、NMR（核磁気共鳴）分光法を、また、脳内での伝達因子の計測にはMRI（磁気共鳴画像:Magnetic Resonance Imaging）技術などを活用します。水素、炭素、フッ素、ナトリウム、リン、カルシウム、カリウムなどが測定の対象となる元素です。 Higher Order Brain Functions The higher order brain functions such as perception, recognition, movement control, behaviour, emotion and intention are related to biochemical molecular processes occurring in the brain tissue. In this investigation, the distribution and roles of the various chemical messengers (amines, amino acids, hormones, and so on) in the brain are being studied using non-invasive techniques such as in vivo high resolution Magnetic Resonance Imaging. |
| 33-2 高分子によるバイオミメティックアクチュエータ Biomimetic Actuators using Polymer Gels | 
| 高分子によるバイオミメティックアクチュエータ 生体におけるエネルギー変換機能の工学的実現のために、メカノケミカル機能を発現する高性能材料の開発およびアクチュエータの開発を行っています。材料の高性能化ではポリビニルアルコール系ハイドロゲルの応答性の向上と、高負荷時の収縮特性を向上させるために、多孔性および異方性材料の作製を試みました。その結果、骨格筋に近い力と応答性を持つ材料が得られています。 それを使ったアクチュエータのモデルを試作して基礎性能を調べ、材料技術および要素技術の高度化、デバイス化技術について検討を進めています。 Biomimetic Actuators using Polymer Gels In this project, high performance mechanochemical materials are under investigation with a view to the development of a biomimetic actuator (an actuator which converts chemical energy into work). The material currently under investigation is polyvinyl alchohol hydrogel, and it is hoped that significant improvements in the response time and contraction power of this material will be obtained. So far, a power generation capability close to that found in human muscles has been achieved. |
| 34-1 光CT装置の基礎研究 Fundamental Studies for a Near-infrared CT Scanner | 
| 光CT装置の基礎研究 近赤外光は可視光等に比べ生体に吸収されにくく、透過光を検知することができるため、これを応用すれば光CT装置が可能になります。近赤外光CT画像により生体内の心臓や脳の酸素濃度計測が可能であり、特に脳の営む高次の精神活動と酸素代謝との相関を明らかにすることができるものと期待されています。 しかし、光はⅩ線等とは異なり、生体組織により強く散乱されるため、近赤外光との生体組織の干渉現象を明らかにする必要があります。この研究では、光が生体に照射されたときにどの様に吸収・散乱されるかについての実験および解析を行い、現象を明らかにして、近赤外光を用いた光CT装置実現のための基礎データを提供します。 Fundamental Studies for a Near-infrared CT Scanner The absorption coefficient of Near Infrared (NIR) radiation in living tissue is very low, and so it appears possible to construct a NIB CT scanner which works by detecting the transmission of NIR radiation through living tissue. Investigations so far have indicated that NIR CT scanners will be able to give much valuable information about the oxygenation state of organs such as the heart and brain, thus enabling analysis of the relationship between mental activity and the oxygenation of the brain. However, the interaction of NIR radiation and living tissue is not as yet fully understood, and so this project aims to achieve an understanding of the fundamental phenomena of scattering and absorption of light by living tissue, to provide basic data for the development of NIR CT scanner systems. |
| 34-2 バイオマテリアルの生体適合性評価 Evaluation of the Biocompatibility of Biomaterials | 
| バイオマテリアルの生体適合性評価 アルミナ、ジルコニア、ハイドロキシアバタイト、チタン合金、PMMA等のバイオマテリアルの組織適合性を細胞培養法により評価することを目的として、細胞の初期付着率、相対増殖率などの従来からのものに加え、新しい評価基準として、細胞形態、細胞接者強度などを取り入れながら研究を進めています。 これらのバイオマテリアルを異なる表面粗さを有する円盤状に成型し、試料とします。この試料を培養デイッシュに入れ、その上に１０％ウシ胎児血清を１０％加えたEagle's MEM培養液２ml、を加えL－929細胞を播種し、37℃、５％CO2雰囲気下で培養し、実験に使用します。 初期付着率、相対増殖率は細胞を計数することにより算出し、細胞形態と細胞接着強度はそれぞれ画像処理法とバイオメカニカルな手法により計測します。 Evaluation of the Biocompatibility of Biomaterials In this study, the in vivo biocompatibility of materials such as alumina, zirconia, hydroxyapatite, Ti-alloys, and PMMA, have been evaluated using a cell culture technique. In this work, new evaluation criteria such as cell morphology and cell adhesion strength have been adopted in addition to the classical criteria of initial adhesion rate, relative growth rate, and so on. The biomaterials were made into disks with various different surface roughnesses, and seeded with L-929 cells in 2ml of Eagle's MEM 10% fetal calf serum. The disks were then placed in culture dishes and incubated at 37℃ in humidified air containing 5% CO2. The cell morphology and adhesion strength were measured by image analysis and biomechanical techniques, and the relative growth rates were assessed by cell counting. |
