3Dプリントした透明・柔軟な光硬化樹脂の機械的特性、豚動脈血管と比較検討

北海道大学は4月12日、3Dプリンターで作製した透明・柔軟な樹脂板と豚の生体動脈の機械的性質を比較し、生体血管に近い血管模型を3Dプリンターから直接作製することに成功したと発表した。この研究は、同大病院放射線診断科の森田亮助教、同大学大学院先端生命科学研究院の野々山貴行准教授らの研究グループによるもの。研究成果は、「Journal of Vascular and Interventional Radiology」にオンライン掲載されている。

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3Dプリンターにはさまざまな構造の形状を容易に再現できる特性がある。しかし、滑りや弾性などの機械的特性も含めて、生体血管に類似した血管模型を3Dプリンターから直接作製したという報告はない。

今回の研究では、生体血管に類似した血管模型の作製実現を目指して、3Dプリントした透明・柔軟な光硬化樹脂（レジン）の機械的特性（弾性率・粘着性・透明性・動摩擦係数）を豚動脈血管と比較検討した。樹脂板は3Dプリンターを用いて樹脂から作製し、豚の動脈板は、動脈を切除して作製。樹脂板の各硬化時間は0、1、3、5、10分とした。樹脂板と動脈プレートに対して、引張圧縮試験機を用いて、引張試験で弾性率を計測。さらにカテーテル先端素材であるポリエチレン板に対して、樹脂板および血管内腔表面の接着強度を測定した。また、樹脂板の硬化時間毎に樹脂の透明度を紫外可視分光光度計で測定。そして、シリコンコーティングの効果を見るためにシリコーンスプレーを1〜5秒間塗布した樹脂板表面の動摩擦係数と動脈内腔面の動摩擦係数を測定し、比較した。

透明柔軟な光硬化樹脂の物性を解明、適切なシリコンコーティング厚を把握

比較の結果、弾性率は樹脂の硬化時間に関わらず、樹脂板では動脈と比較して有意に高く、樹脂の硬さが示された。樹脂の可視光線透過率および接着強度は、樹脂の硬化時間の増加とともに減少した。従って、樹脂の硬化時間を短く設定することで、透明性を保ったまま、粘着性を低下させることができる。

また、シリコンコーティングした樹脂表面の動摩擦係数は、シリコーン層の膜厚が1.6～2μmの場合に動脈と同程度であったため、この数値を目安にしてコーティングを行うのが良いことがわかった。シリコンコーティングは、樹脂に生体動脈と同等の滑りを付与する重要なプロセスだ。

カテーテル治療シミュレーションへの貢献に期待

今回報告した素材・作製方法を用いることで、形状のみならず、滑りや弾性などの機械的特性も含めて、生体血管に近い血管模型を3Dプリンターから直接作製できる。この血管模型の作製法は、高難度医療技術であるカテーテル治療の医学的手技シミュレーションへの貢献が期待される、と研究グループは述べている。（QLifePro編集部）