背景紹介 柔軟な容量型圧力センサーは、その高い感度、迅速な応答性、優れた機械的柔軟性により、インテリジェントロボット、医療モニタリング、ヒューマン・マシンインタラクションなどの分野で広く応用されています。しかし、従来の誘電性エラストマー（dielectric elastomers）は通常、低い誘電率を持ち、その容量信号の変化範囲を制限しています。容量センサーの性能を向上させるために、研究者は通常、エラストマーに高誘電率の無機セラミックや導電性材料を添加してその誘電性能を向上させます。しかし、これらの充填材は通常硬く、エラストマーを硬化させ、柔軟性を低下させ、高圧下で浸透現象（percolation）が発生し、材料が誘電性から導電性に変化し、容量センシング機能を失うことがあります。 液体金属（...

アルミニウムイオン電池におけるナノファイバーカソードの研究進展 学術的背景 持続可能なエネルギーソリューションに対する世界的な需要の高まりに伴い、エネルギー貯蔵システムの開発が研究の焦点となっています。リチウムイオン電池（LIBs）は高いエネルギー密度とサイクル安定性により市場を支配していますが、その高コスト、資源の有限性、安全性の問題、環境影響などの課題から、代替となる金属イオン電池（MIBs）技術の探索が進められています。アルミニウムイオン電池（AIBs）は、より高い理論的な体積容量、低コスト、環境に優しい特性から有望な代替案と見なされています。しかし、AIBsの性能はまだ商業化の基準に達しておらず、主な原因として電極材料の体積変化、電解質と電極の副反応、サイクル安定性の低さなどが挙げら...

学術的背景 電子機器の普及に伴い、電磁妨害（Electromagnetic Interference, EMI）による人体の健康や機器の寿命への悪影響が顕著になっています。伝統的な金属ベースの電磁シールド材料は高い導電性を持っていますが、剛性が高く加工性が低いため、ウェアラブル機器のニーズに対応できません。そのため、柔軟性、耐久性、カスタマイズ性を備えた電磁シールド材料の開発が研究の焦点となっています。導電性ポリマーであるポリピロール（Polypyrrole, PPy）は、良好な導電性、熱安定性、低毒性を持つことから、理想的な電磁シールド材料と見なされています。しかし、既存の電磁シールド材料は耐久性と大規模生産の面で課題があり、産業化が妨げられています。本研究では、新たな粒子流紡糸技術を用い...

学術的背景 産業のアップグレードと学際的な融合の進展に伴い、人類社会は情報化、知能化、自動化において顕著な進歩を遂げていますが、これにより新素材に対する要求もさらに高まっています。特に電磁機能材料の分野では、電磁汚染問題が深刻化する中、安定した特性と広帯域操作を備えた磁性ナノ材料の開発が緊急の課題となっています。γ′-Fe4Nは、その安定した化学的特性、高導電性、および飽和磁化強度により、電磁波吸収性能の向上において大きな可能性を示しています。しかし、その製造条件が厳しいため、長い間見過ごされてきました。本研究では、窒化エンジニアリングと電紡糸技術を用いて、窒素ドープカーボンファイバーにFe4Nナノスフェアを埋め込んだ吸波材料（Fe4N@NCFs）を成功裏に製造し、高効率、広帯域、薄型のマイ...

多層勾配MgO/MgCO₃/PCLナノファイバー膜を用いた末梢神経再生に関する研究 学術的背景 末梢神経欠損は臨床において一般的な複雑な整形外科的問題であり、既存の治療法の効果は限定的です。神経足場内におけるシュワン細胞（Schwann cells）の増殖不足と機能障害は、神経修復効果に影響を与える重要な要因です。マグネシウムイオン（Mg²⁺）は末梢神経再生において重要な役割を果たしますが、従来のマグネシウム含有生体材料ではマグネシウムイオンの放出が速すぎるため、神経再生の中後期において持続的な効果を発揮することが困難でした。さらに、マグネシウム含有神経足場が末梢神経再生を調節する分子メカニズムは未だ明確ではありません。したがって、マグネシウムイオンを持続的に放出できる神経足場材料を開発し、...

学術的背景 メタバース（Metaverse）の急速な発展に伴い、人間と機械のインターフェース（HMI）技術は、仮想空間と人間のユーザーを結ぶ鍵となっています。その中でも、ジェスチャー認識技術はメタバースにおいて特に重要であり、特に指の動きを正確に捕捉することが求められています。従来のジェスチャー認識に使用される曲げセンサー（Bending Sensor）は、ゴムや接着剤などのポリマー材料を基にしていますが、ポリマーの粘弾性（Viscoelasticity）により、これらのセンサーは長期間使用すると信号ドリフト（Signal Drift）が発生する問題があります。このドリフトは、センサーの出力が時間とともに変化するため、信頼性と長期的な安定性が低下します。そのため、信号ドリフトのない柔軟な曲げ...

エアロゲル骨セメントと遠隔加熱による骨インプラント-セメント界面の低侵襲修復 背景紹介 世界中で、下肢骨折は最も一般的な骨折タイプであり、特に高齢者や骨粗鬆症患者において発生率が高い。整形外科手術では、骨セメント（bone cement）がインプラントを固定するために広く使用され、長管骨の骨折治療に活用されている。しかし、インプラントと骨セメントとの界面は繰り返し負荷を受けると緩みやすく、インプラントの安定性が低下し、インプラントの故障を引き起こす可能性がある。これにより、痛みを伴う再手術が必要となる。従来の骨セメントと修復方法は、修復手術に通常は開放手術が必要であるという重大な課題を抱えている。これは患者の苦痛を増し、回復期間を長引かせてしまう。この問題を解決するため、研究者らはエアロゲル...

選択的レーザー溶融タンタル骨プレートの研究と臨床応用 学術的背景 整形外科インプラント分野では、チタン（Ti）ベース合金とタンタル（Ta）が高い生体適合性のために広く使用されています。チタンベース合金は通常、骨プレートや大腿骨ステムなどの荷重インプラントの製造に使用され、タンタルはその高密度と優れた骨組織親和性のため、多孔質形態やコーティング材料として使用されます。しかし、化学気相成長法（CVD）などの従来の製造方法では、多孔質構造のトポロジー特性を正確に制御することができず、整形外科インプラントにおけるタンタルの応用が制限されていました。近年、積層造形（AM）技術、特に選択的レーザー溶融（SLM）技術により、複雑な多孔質構造を持つ個別化インプラントの製造が可能になりました。本研究では、SL...

三重周期最小表面構造に基づく二重螺旋チタン合金スキャフォールドの骨修復への応用研究 学術的背景 骨欠損修復は、特に外傷、腫瘍、炎症などの疾患によって引き起こされる臨界サイズ骨欠損（critical-size bone defects）の場合、整形外科分野における重要な課題です。現在、臨床で一般的に使用されている骨修復方法には、自家骨移植と同種骨移植があります。しかし、自家骨移植にはドナー部位の損傷やドナー骨量の制限が問題となり、同種骨移植では免疫拒絶反応や疾患伝播のリスクが生じます。そのため、骨組織工学（bone tissue engineering, BTE）は、従来の治療法を代替する重要な戦略となっています。チタン合金は、その優れた機械的特性、生体適合性、耐食性から、臨床骨修復に広く使用...

マグネシウムとガリウム共担持マイクロスフェアによる骨修復の加速 学術的背景 骨欠損（bone defects）は、感染、腫瘍切除、または機械的外傷によって引き起こされる臨床上の一般的な問題です。骨欠損は患者の生活の質に影響を与えるだけでなく、機能喪失を引き起こす可能性もあります。骨移植（bone grafting）は現在、骨欠損の主な治療法ですが、ドナー不足、感染リスクの高さ、免疫拒絶反応などの問題があります。さらに、骨移植の高コストと複数回の手術の必要性は、社会経済的な負担をもたらします。そのため、骨再生を促進し、感染を防止するバイオマテリアルの開発が重要です。 近年、生分解性マイクロスフェア（bioresorbable microspheres）が薬物送達担体として注目されています。これ...