学術背景 インターネット・オブ・シングス（IoT）やウェアラブル電子機器の急速な発展に伴い、生理モニタリング、スマート衣料、ヒューマン・コンピュータ・インタラクションなどの分野におけるスマートセンサーの需要が高まっています。特に、柔軟性のある多機能センサーは、皮膚湿度検出や生理活動モニタリングなどの潜在的な応用が期待されています。しかし、既存の可視化多機能湿度・ひずみセンサーは、統合後にセンシング性能の低さ、耐久性の不足、温度干渉、および大規模生産の難しさといった課題に直面しています。これらの問題を解決するため、研究者たちは新しい材料と構造設計を探求し、センサーの性能と安定性を向上させることを目指しています。 ペロブスカイト材料は、その優れた光学特性、低コスト、および製造の容易さから、近年ス...
学術的背景 ウェアラブル電子機器（健康モニタリングデバイスや人間とコンピュータのインタラクションデバイスなど）の急速な発展に伴い、市場では柔軟性、安全性、そして持続可能な電源ソリューションに対する需要が高まっています。従来のリチウムイオン電池は広く使用されていますが、その剛性構造、安全上のリスク、環境汚染の問題、そして希少鉱物への依存により、これらの新たなニーズを満たすことが困難です。繊維形状の電源は、その優れた柔軟性とテキスタイルとの互換性から、非常に有望な代替案として注目されています。その中でも、ポリマーをベースにした柔軟な水系エネルギー貯蔵システムは、その固有の安全性、柔軟性、そして再生可能でリサイクル可能な有機電極材料と環境に優しい水系電解質の使用により、特に注目を集めています。しか...
学術的背景 地球規模の気候変動の進行に伴い、建築物のエネルギー消費、特にエアコンシステムのエネルギー消費が増加し続けています。統計によると、建築物のエアコンシステムは世界の年間電力消費量の約10%を占めており、この数字は二酸化炭素排出量の増加と共に上昇し、地球温暖化の悪循環をさらに加速させています。受動的放射熱管理技術、特に選択的なスペクトル変調を利用した放射冷却技術は、この問題を解決する可能性のある手法として注目されています。この技術は、太陽光（0.3-2.5 μm）を散乱させ、大気窓（8-14 μm）を通じて熱を宇宙空間（約3 K）に放射することで、追加のエネルギー投入や環境汚染を必要とせずに自動的に温度調節を実現します。 しかし、既存の放射冷却材料、例えばガラス、ブロック、フィルム、コ...
新型生分解性空気フィルター材料：PLAメルトブローン不織布とブレスフィギュア技術の結合 学術的背景 大気汚染問題、特に微小粒子状物質（PM2.5）の人体への脅威が深刻化する中で、効率的な空気フィルター材料の需要が増加しています。従来の空気フィルター材料は、ポリプロピレン（PP）などの石油系材料に依存しており、これらの材料は生分解性がなく、長期的に環境汚染を引き起こします。そのため、生分解性、効率性、耐久性を兼ね備えた空気フィルター材料の開発が研究の焦点となっています。 ポリ乳酸（Polylactic Acid, PLA）は、生分解性と加工性に優れたバイオベース材料として、石油系材料の代替として理想的です。しかし、従来のPLAメルトブローン不織布（Melt-Blown Nonwovens, M...
学術的背景 ウェアラブル電子デバイスの急速な発展に伴い、高性能で柔軟性と耐久性を備えた材料に対する需要が高まっています。グラフェン（graphene）は、優れた導電性、機械的強度、柔軟性を備えた二次元材料として、近年ウェアラブルデバイスへの応用が注目されています。しかし、グラフェンをウェアラブルデバイスに適した機能性繊維材料に変換する方法は、依然として解決すべき課題の一つです。グラフェン繊維（graphene fiber, GF）は、グラフェンの優れた特性を継承するだけでなく、繊維製品の柔軟性と編み込み性も備えており、ウェアラブルセンシング、柔軟なエネルギー貯蔵デバイス、およびスマートテキスタイルにおいて大きな応用可能性を示しています。本論文は、グラフェン繊維の製造技術とそのウェアラブルデバ...
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 傷口感染は、世界中の患者や医療専門家にとって重要な問題であり、特に深刻な傷を扱う際に不適切な包帯は感染リスクを高め、治癒時間を延長し、さらには死亡率の上昇や経済的負担を引き起こす可能性があります。従来の包帯、例えばガーゼやバンドエイドは広く使用されていますが、多くの制約があります。例えば、ガーゼは過剰な出血を引き起こす可能性があり、手などの部位の動きを制限する一方、バンドエイドは通気性がなく、発汗後に傷口が湿りやすく、感染リスクを高めます。したがって、感染を効果的に防止し、良好な通気性、伸縮性、防水性を備えた新しい包帯の開発が現在の研究の焦点となっています。 近年、ナノファイバーやマイクロファイバー膜はその柔軟性と優れた変形能力から、傷の修復において大きな可能性があると考えられて...
学術的背景 地球温暖化ガスの排出が増え続けるにつれ、環境温度が上昇し、人間は極端な気候による健康と生産性への潜在的な脅威に直面しています。特に夏場、エアコンや扇風機などの冷房機器の広範な使用により、エネルギー消費が急増し、温暖化ガスの排出がさらに悪化しています。統計によると、夏の冷房設備は現在、世界の二酸化炭素排出量の40％を占めており、2050年までに50％に上昇すると予測されています。また、寒い環境も人間の生命を脅かします。例えば、2021年の甘粛省白銀マラソン事件では、極端な天候により多数の死者が出ました。そのため、外部エネルギーを必要とせずに人体の熱と湿度のバランスを調整できる持続可能でゼロエネルギー、ゼロエミッションのスマートテキスタイルの開発が、現在の研究の焦点となっています。 ...
ポリイミド繊維表面修飾による靭帯-骨癒合促進の研究 学術的背景 前十字靭帯（Anterior Cruciate Ligament, ACL）損傷は、世界的に見られるスポーツ傷害の一つであり、毎年約1/1250の人がACL再建手術を受ける必要があります。現在、ACL再建の主な方法には自家移植と他家移植がありますが、これらの方法には免疫拒絶やドナー部位の合併症などの問題があります。人工靭帯、特に非分解性のポリマー材料は、優れた機械的強度と術後の回復の速さなどの利点から、臨床的に重要な選択肢となっています。しかし、既存の人工靭帯材料であるポリエチレンテレフタレート（Polyethylene Terephthalate, PET）は骨再生における生物活性が不十分であり、線維性被膜の形成を引き起こし、...
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...