傷の自己治癒を促す装着型の圧電/摩擦帯電ナノ発電素子に関するレビュー論文を発表 台湾・清華大

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物質・材料研究機構(NIMS)は2022年1月31日、台湾・清華大学の研究グループが、傷の自己治癒を促進する装着型の圧電または摩擦帯電ナノ発電素子の開発に焦点を当てて解説したレビュー論文を発表した、と物質材料研究のオープンアクセス誌「STAM (Science and Technology of Advanced Materials)」で紹介した。

Science and Technology of Advanced Materials(Vol.23,p.1(2022))に掲載されたレビュー論文“Self-assisted wound healing using piezoelectric and triboelectric nanogenerators”で、以下がその概要となる。

圧電材料は、機械応力に応じて電気を発生する誘電材料だ。天然のものとしては、石英、ロッシェル塩、トルマリン、トパーズといった結晶や絹、樹木、エナメル、髪の毛、骨、ゴムといった有機/生体材料があり、人工合成したものとしては水晶類似物やセラミックス、ポリマー、複合材などが挙げられる。

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)は圧電特性に優れているものの、生体への毒性を有する鉛を含んでおり、創傷被覆材(パッチ)に使用するのは困難だった。このためいくつかの研究チームは、圧電特性に優れており生体にも適合する酸化亜鉛(ZnO)を用いている。ポリジメチルシロキサン膜上にZnOナノ針状結晶を一軸配向した創傷被覆材により、傷の治癒を早めることに成功している。

また別のグループは、同じく圧電特性に優れており生体に適合するほか、化学安定性を有しており、加工も容易な有機材料のポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いている。実験室内での試験や動物実験において、PVDFをポリウレタン足場材に埋め込んだ創傷被覆材が有望な結果を残している。

別のタイプのナノ発電素子としては、摩擦帯電ナノ発電素子(TENG)が挙げられる。TENGは、2種類の材料を隙間を少し空けて向かい合わせに置き、相対的な位置を変化させることで静電気を発生させるものだ。

TENGを研究しているグループは、TENGをネズミに装着することで、傷の治癒が促進されることを確認した。負に帯電しやすいCu/ポリテトラフルオロエチレン層と正に帯電しやすいCu層間で、ネズミの呼吸による体の動きに伴い両層の位置が互いにずれることにより、静電気を生じる仕組みとなっている。同グループは、抗生物質もTENGに加えることで、傷の感染を抑えて治癒効果を高めた。

これらの素子は、創傷の自己治癒を助ける被覆材として有望である一方で、実際の医療に応用するには未だ課題を有している。傷の大きさがさまざまであり、被覆材のサイズをカスタマイズする必要があること、しっかりと傷に付着した被覆材が、創傷部位からの滲出液によって悪影響を受けず、腐食しないことなどが課題として挙げられる。

実際の医療応用に向けて、今後はコストパフォーマンスや効率の高い創傷被覆システムの開発が求められるとした。

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