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ありみちながおか
5 years ago
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1 平成 30 年度機械振興補助事業研究成果報告 ( ステンレス材料への応用 ) 生体に対する高潤滑性炭素コーティングの技術開発 ~ 上半期研究成果 ~ 東京電機大学工学部電気電子工学科平栗健二 TDU 東京電機大学 1

2 ダイヤモンド状炭素薄膜 (DLC) グラファイトダイヤモンド DLC 背景 + = 特性 ~ 応用先 ~ 低摩擦性化学的安定性生体適合性ガスバリア性工業分野医療分野 TDU 東京電機大学 2

3 医療機器の現状 1 背景医療技術の発達に伴い平均寿命が上昇高齢化が急速化治療機器や検査機器の開発が盛んに! 治療機器や検査機器 ( 挿管器具 ) ステンレスや真鍮などの金属材料 TDU 東京電機大学 /12/20

4 医療機器の現状 2 1 胃カメラ等 ( 体内留置機器 ) 1 挿入時の摩擦による問題疼痛不快感などの患者への負担背景検査時の胃酸による問題機器表面の劣化アレルギー物質溶出などの医療従事者および患者双方の負担 3 滅菌処理による問題機器表面の劣化などの医療従事者側の負担医療機器機器表面の諸特性の向上が必要不可欠滅菌処理 ( 高圧蒸気滅菌 ) TDU 東京電機大学 /12/20

5 研究目的目的今回の研究目的 DLC 膜の摺動性および耐薬品耐滅菌性を調査摺動性の調査機械的摺動性および生体に対する摺動性を確認耐薬品耐滅菌性の調査医療現場を模擬した耐滅菌耐酸性試験により諸特性を確認 TDU 東京電機大学 5

Pressure Filament current Substrate voltage Deposition time

6 成膜方法イオン化蒸着法 (Ionized vapor deposition system ) 実験方法 Substrate SUS304 Source C 6 H 6 Ionized deposition system Pressure Filament current Substrate voltage Deposition time Film thickness 0.2 [Pa] 30 [A] 2 [kv] 220 [min] 2 [μm] TDU 東京電機大学 6

7 実験の説明実験方法摺動性評価機械的摺動性評価ボールオンディスク試験生体に対する摺動性評価模擬生体環境下の摩擦試験耐久性評価耐薬品性耐滅菌性評価高圧蒸気滅菌試験および塩酸による浸漬試験 TDU 東京電機大学 7

機械的摺動性 ( ボールオンディスク試験 ) Sample SUS DLC/SUS Environment Dry Wet Dry Wet 評価 Friction coefficient 0.529 0.556 0.176 0.

8 機械的摺動性 ( ボールオンディスク試験 ) Sample SUS DLC/SUS Environment Dry Wet Dry Wet 評価 Friction coefficient Ball material TDU 東京電機大学 8 SUS ball Φ=6 [mm] Temperature [ ] 25 Humidity [%] 15 Load [N] 3.00 Rotational speed [cm/s] 5.00 ISO/DIS18535 参照 O-DLC/SUS Dry Wet Dry: 大気乾燥状態 Wet: 生理食塩水を基板上に滴下 DLC コーティングにより摩擦係数が大幅に低下 4%E3%83%A9%E3%82%B9%E3%83%88&qs=n&form=QBIR&sp=

9 生体に対する摺動性 ( 模擬生体環境下の摩擦試験 ) Weight Al F 1 N 1 F 2 Weight [g] TDU 東京電機大学 9 Sample N 1 +N 2 F Urethane rubber Digital force gauge Friction coefficient SUS DLC/SUS O-DLC/SUS 評価静止摩擦係数の求め方 F = μn F = F 1 +F 2 = μ (2N 1 +N 2 ) N 1 :Al 板と UR の重量 N 2 : 各試料の重量生体に対する摩擦において親水性試料が良好な摺動性酸素処理によって摩擦係数の低減効果を確認

10 実験の説明実験方法摺動性評価機械的摺動性評価ボールオンディスク試験生体に対する摺動性評価模擬生体環境下の摩擦試験耐久性評価耐薬品性耐滅菌性評価高圧蒸気滅菌試験および塩酸による浸漬試験 TDU 東京電機大学 10

11 高圧蒸気滅菌試験および塩酸による浸漬試験概要 1 高圧蒸気滅菌試験 Container Beaker High-pressure steam 1 cycle 2 浸漬試験 Hydrochloric acid Beaker 実験方法 Beaker SUS DLC/SUS Temperature [ ] 126 Time [min] 15 医療現場で使用されている条件 SUS Digital hot plate DLC/SUS Temperature [ ] 70 [ ] Time [min] 30 [min] Acid concentration ph=1.023(22.1 [ ]) 滅菌試験および浸漬試験を1 cycleとし合計 100 cycles 実施 TDU 東京電機大学 11

12 Intensity [a. u. ] Raman 分光法による膜構造評価評価 1 G-peak D-peak 1900 全繰り返し数でDLC 膜特有の膜構造を確認 TDU 東京電機大学 Raman shift [cm -1 ] cycles 70 cycles 50 cycles 30 cycles 10 cycles 0 cycle 900

13 目視による表面形態観察各繰り返し数における SUS DLC/SUS の表面形態評価 2 繰り返し数が増えるごとに SUS 表面の劣化を確認 TDU 東京電機大学 13

14 SEM による表面形態観察 1 各繰り返し数における SUS の表面形態 ( 600) 評価 3 50 μm 50 μm 50 μm 0 cycle 10 cycles 30 cycles 50 cycles 70 cycles 100 cycles 滅菌および浸漬処理によって SUS 表面の凹凸を確認 TDU 東京電機大学 μm 50 μm 50 μm

15 SEM による表面形態観察 2 各繰り返し数における DLC/SUS の表面形態 ( 600) 評価 4 50 μm 50 μm 50 μm 0 cycle 10 cycles 30 cycles 50 μm 50 μm 50 μm 50 cycles 70 cycles 100 cycles DLC コーティングによって表面の安定性を確認 TDU 東京電機大学 15

16 AFM による表面粗さ評価各繰り返し数におけるサンプルの表面粗さ Cycle number Mean roughness (Ra) [nm] SUS DLC/SUS 評価 5 SUS DLC/SUS SUS:0~50 cyclesにかけて粗さが増加し 50~100 cyclesにかけて飽和 DLC/SUS: 全繰り返し数において表面粗さはほぼ一定数値 DLC コーティングにより表面粗さの均一性を確認 TDU 東京電機大学 16

17 平成 30 年度機械振興補助事業研究成果報告 ( 洋白への応用 ) 生体に対する高潤滑性炭素コーティングの技術開発 ~ 下半期研究成果 ~ 東京電機大学工学部電気電子工学科平栗健二 TDU 東京電機大学 17

18 医療機器の現状現在の治療機器検査機器背景胃カメラ ( 体内留置装置 ) 真鍮洋白ステンレスなどの金属材料問題点挿入する際の摩擦による侵襲低摩擦性電気メスによる患部の火傷電気的絶縁性消毒滅菌による劣化耐久性 TDU 東京電機大学 /12/20

19 膜種の選定実験方法生体適合性低摩擦性に優れている DLC の調査 ta-c, a-c:h の 2 種類を選定 ta-c : 高硬度低摩擦高密着水素フリー a-c:h : 低摩擦水素含有 (10~30%) 化学的安定 TDU 東京電機大学 19

20 評価方法評価使用基板 : 洋白 { 銅 (Cu), 亜鉛 (Zn), ニッケル (Ni)} DLCの膜種 :ta-c, a-c:h 成膜方法 : 物理気相成長 (PVD) 法, 化学気相成長 (CVD) 法滅菌方法 : 高圧蒸気滅菌試験評価方法表面形態評価電界放出形走査電子顕微鏡 (FE-SEM) 表面元素定量分析電気的絶縁性測定膜密着性評価エネルギー分散型 X 線分光器 (EDS) 電気絶縁性試験スクラッチ試験 TDU 東京電機大学 20

21 高圧蒸気滅菌試験概要高圧蒸気滅菌 ( オートクレーブ ) 実験 High-pressure steam 滅菌条件温度 [ ] 126 時間 [min] 15 医療現場で使用されている条件 Beaker Nickel silver a-c:h/nickel silver ta-c/nickel silver 高圧蒸気滅菌試験 15 min を 1 cycle とし 50 cycles 実施 TDU 東京電機大学 21

SEM 表面形態観察 EDS 表面元素定量分析 SEM による表面形態観察 0 cycle 50

μm 50 μm (b) a-c:h/ 洋白 ta-c, a-c:h の表面状態は不変 EDS

cycle 50 cycles C 87.70% 88.45% 91.10% 90.79% O 8.

22 SEM 表面形態観察 EDS 表面元素定量分析 SEM による表面形態観察 0 cycle 50 cycles 50 μm (a) ta-c/ 洋白 0 cycle 50 cycles 50 μm 50 μm 50 μm (b) a-c:h/ 洋白 ta-c, a-c:h の表面状態は不変 EDS による定量分析評価 ta-c/ 洋白 a-c:h/ 洋白 0 cycle 50 cycles 0 cycle 50 cycles C 87.70% 88.45% 91.10% 90.79% O 8.90% 10.91% 8.90% 8.96% Cu ND 0.58% ND 0.25% Zn 0.73% 1.07% ND ND Ni 0.14% 0.47% ND ND ta-c Ni を検出 a-c:h Ni 未検出 ND: < 0.02% ta-c, a-c:h の安定性を確認 a-c:h により Ni は未検出 TDU 東京電機大学 22

23 電気絶縁性試験概要電気絶縁性試験機電極試験条件温度 [ ] 23 湿度 [%] 24 TDU 東京電機大学 23 試料開始電圧 [V] 1.00 ステップ電圧 [V] 2.00 ステップ時間 [s] 0.5 測定結果評価耐電圧 [V] 測定回数 ta-c/ 洋白 a-c:h/ 洋白 [ 回 ] 0 cycle 50 cycles 0 cycle 50 cycles 平均値 ta-c/ 洋白は絶縁性が低く数 V で導通 a-c:h/ 洋白は 100V 以上の耐電圧 a-c:h により高絶縁性を保持

24 膜密着性試験概要スクラッチ試験機概略図測定結果評価ダイヤモンド圧子垂直荷重剥離荷重 [N] 測定回数 ta-c/ 洋白 a-c:h/ 洋白 [ 回 ] 0 cycle 50 cycles 0 cycle 50 cycles 平均値薄膜試験条件基板滅菌試験 50 cycles 後も剥離荷重は不変速さ [mm/s] 負荷速度 [N/s] 1.67 a-c:h により密着性を維持 TDU 東京電機大学 24

25 研究成果のまとめ総括 DLC 膜は医療機器への成膜において有用な技術医療従事者および患者への負担軽減 3 医療機器 TDU 東京電機大学 25 滅菌処理 ( 高圧蒸気滅菌 ) /12/20

NITOFLON® No. 903UL

NITOFLON® No. 903UL NITOFLON No. 903UL 概要 NITOFLON NO.903UL は片面を接着性表面処理したポリテトラフルオロエチレン (PTFE) 樹脂フィルムを支持体とし処理面にシリコーン系粘着剤を塗布したものです構成 NO.903UL シリコーン系粘着剤ポリテトラフルオロエチレン (PTFE) 図 1 構成図特長ポリテトラフルオロエチレン樹脂フィルムを支持体にしているため電気特性