　東北大学は2023年1月26日、光通信ファイバーの製造技術である熱延伸プロセスを応用し、アクチュエーターやセンサー、流路、光路、カメラを一体化した、直径数百μm以下の多機能性カテーテルを開発したと発表した。同カテーテルを用いて、微小流路の内部でも、生体分子の濃度測定が可能であることを確認している。

概念図：形状プログラム可能な多機能ファイバーを用いたスマートカテーテル［クリックで拡大］出所：東北大学

　まず、必要な機能を集積した多機能ファイバーと形状記憶合金（SMA）ワイヤーを組み合わせ、プリフォームと呼ばれる成型物を作製した。熱延伸プロセスを応用し、この成型物を金太郎あめのように加熱しながら引き伸ばすことで、直径数百μm以下で柔軟性のある多機能性カテーテルをつくることに成功。これにより、ポリマー製ファイバーにおいて、内部にセンシング機能やアクチュエーター機能など、さまざまな機能を集積することが可能になった。

延伸法により成型物から作製されたアクチュエーターとセンシング機能を集積したファイバー［クリックで拡大］出所：東北大学

　また、センシング電極としてカーボン複合材料を導入し、熱延伸プロセスにより作製した多機能カテーテルを用いて、生体内で利用することを想定した実験を実施。血管の分岐構造をモデルとした流路をつくり、各流路に異なるアドレナリン濃度の緩衝液を同時に流したところ、アクチュエーター機能で挿入する分岐方向を調節しながらセンシングすることで、各流路のアドレナリン濃度の差異を検出できた。

分岐した血管と血流のモデル実験におけるアドレナリン検出［クリックで拡大］出所：東北大学

　治療や生体検査で使用するカテーテルは、屈曲変形や電気化学センサーなど複数の機能を付与する場合、各機能を有するカテーテル素子を段階的に積層する必要がある。全機能を付加すると線型が太くなり、生体の目標部位に到達できないため、必要最低限の機能しか選択できないという課題があった。

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