骨の強度が決まる力学的な仕組みを臨床に

Bone Biomechanics for Clinical Applications

骨粗鬆症では、軽微な衝撃であっても海綿骨部位に骨折が多発します。この研究では、骨量に加えて骨梁一本一本の衝撃強さやマイクロアーキテクチャが海綿骨の動的強度を決定するという仮説のもと、これらを実験的に解明しています。得られた知見を基に、骨折リスクの診断および制御への応用を目指します。

Osteoporotic fractures frequently occur in cancellous bone even under minor impacts. We hypothesize that, in addition to bone mass, the impact strength of individual trabeculae and the microarchitecture play critical roles in determining the dynamic strength of cancellous bone. This study aims to experimentally clarify these mechanisms and to apply the findings to improved diagnosis and control of fracture risk.

共同研究：医学部、弘前大学
プロジェクト：骨梁衝撃強さとマイクロアーキテクチャに基づく海綿骨動的強度特性の発現機序

生体組織を模倣して3Dプリント可能な機能性材料に

Biomimetic Design for Additively Manufacturable Functional Materials

生体内で力学的に最適化された骨構造に基づいて、3Dプリント可能な新しい多孔質構造「海綿骨模倣構造」（特許7744644）を提案してきました。この構造を用いて、新しい機能性材料の開発に取り組んでいます。例えば、繰り返し衝撃を吸収可能な高い衝撃吸収性と耐久性を持つ、3Dプリント可能な新しい頭部保護部材を開発しています。これらは輸送用緩衝材等への応用も期待されます。さらに、生体内での破壊リスクを低減した高機能インプラントの設計にも取り組んでいます。

We are developing novel 3D-printable protective materials based on a biomimetic porous structure inspired by cancellous bone architecture. This structure exhibits excellent multi-impact absorption and high three-dimensional isotropy, enabling effective impact absorption from any direction. The porous architecture can be flexibly tailored to meet specific shape and performance requirements. In addition to head protection, the material shows strong potential for applications in body protection equipment and cushioning materials for transporting precision instruments.

研究設備

• Microfocus X-ray CT system (Shimadzu, SMX-90CT, 90kV)
• X-ray diffractometer (Rigaku, Ultima IV, 40kV)
• Digital microscope (Leica, DMS300)

• Universal testing systems (Instron, Model 3345, Model 3365)
• Microhardness Tester (Shimadzu, HMV-G31, ~19.61N)
• Micro cantilever bending testing system (customized)
• Micro pendulum impact testing system (customized)
• Micro drop weight impact testing system (customized)
• Drop-tower equipped with child head impactor (customized)

• High speed camera (Photron, FASTCAM Mini AX50, 2000fps)
• Data logger (Kyowa, EDX-200A, PCD-400A, PCD-430A)

• MEX 3D printer (Raise3D, Pro3 Plus HS, E2)
• Manual precision sectioning machine (Buehler, IsoMet Low Speed)
• Manual grinder polisher (South Bay Technology, model 900)
• Manual milling machine