(57)【要約】【課題】生体に近い質感と延性を有し、電気メスで切断可能な熱可塑性エラストマーに関する技術を提供する。【解決手段】電解質溶液を１０重量％以上、含浸可能な微粒子に含浸させることにより熱可塑性エラストマー中に安定的に分散させることによって製造した導電性エラストマーを模擬腎臓１０の形状のシリコーン型２０に注入して成形した模擬腎臓１０（成形体）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性エラストマー中に電解質溶液を１０重量％以上分散させたことを特徴とする導電性エラストマー。
【請求項２】
電解質溶液を、含浸可能な微粒子に含浸させることにより熱可塑性エラストマー中に安定的に分散させることによって導電性エラストマーを製造する導電性エラストマーの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の導電性エラストマーを所定の形状の型に入れて成形体を得る導電性エラストマー成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形性、柔軟性に優れ、メスなどの刃物類のみならず、電気メスでの切断が可能な熱可塑性エラストマー、その製造方法及びその成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、若手医師やインターンの手術の際の切断、縫合などの手技訓練といった医療教育現場において模擬臓器が用いられている（例えば、引用文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２７４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記従来の模擬臓器は、シリコーン、架橋ポリビニルアルコール（架橋ＰＶＡ）、ウレタンなどの材料で形成されている。しかし、実際の生体組織と比較して、シリコーンは硬く、絶縁体であるため電気メスでの切断はできない。また、架橋ＰＶＡは、電気メスで切断は可能であるが、延性に乏しい。さらに、ウレタンは、実際の生体に近い質感を有するが、電気メスで切断できず、メスなどの刃物で切断する場合、切断部分が刃に付着するため、刃物での切断も困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、生体に近い質感と延性を有し、電気メスで切断可能な熱可塑性エラストマーに関する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。なお、本欄における括弧内の参照符号や補足説明等は、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。
【０００７】
[適用例１]
本発明に係る導電性エラストマーは、熱可塑性エラストマー中に電解質溶液を１０重量％以上分散させたことを要旨とする。
【０００８】
このように熱可塑性エラストマー中に電解質溶液を１０重量％以上分散させると、分散した電解質により、熱可塑性エラストマーが導電性を有することとなる。そして、導電性を有するために、電気メスの高周波電流を流すことが可能となる。
【０００９】
すると、その高周波電流によりジュール加熱で発熱するため切断が可能となる。その際、エラストマーが熱可塑性であるので、熱により切断された部分がメスの通過後冷却するとともに凝固する。
【００１０】
したがって、例えば、導電性エラストマーを人体などの臓器の形に成形する（以下、この成形体を模擬臓器とも呼ぶ）と、電気メスで切断可能であり、しかも、切断箇所が凝固していくため、実際の臓器を電気メスで切断した場合と同様の状態となり、電気メスを用いた手術の訓練に適したものとなる。
【００１１】
また、上記導電性エラストマーは、実際の生体に近い質感や延性を有しているため、導電性エラストマーにより成形した模擬臓器は、実際の臓器に近い質感や延性を有する模擬臓器となる。
【００１２】
［適用例２］
また、電解質溶液を、含浸可能な微粒子に含浸させることにより熱可塑性エラストマー中に安定的に分散させることによって導電性エラストマーを製造すると、容易に［適用例１］に記載の導電性エラストマーを製造することができる。
【００１３】
［適用例３］
さらに、［適用例１］に記載の導電性エラストマーを所定の形状の型に入れて成形体を得るようにすると、所望の形態の導電性エラストマー（上記の模擬臓器など）を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】導電性エラストマーを用いて実際に成形を行った際の成形体（模擬腎臓）を示す写真である。
【図２】導電性エラストマーの成形の際に使用したシリコーン型を示す写真である。
【図３】導電性エラストマーのインピーダンス測定の結果を示す図である。
【図４】模擬臓器の形状に成形していないエラストマー及び導電性エラストマーを電気メスで切断している様子を示す写真である。
【図５】導電性エラストマーを模擬臓器の形状に成形したものを電気メスで切断している様子を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００１６】
［第１実施形態］
（導電性エラストマーゲルＸ１の製法）
本発明が適用された導電性エラストマーＸ１は、下記（ａ）〜（ｃ）に示す製法で製造される。
【００１７】
（ａ）水素添加スチレン系熱可塑性エラストマー（株式会社クラレ製、セプトン（登録商標）４０３３：８部、セプトン４０４４：２部）をパラフィンオイル（ＭＯＲＥＳＣＯ社製、スモイル（登録商標）Ｐ−１００）：９０部に膨潤後、１８０°Ｃで加熱混練し、溶解させて、エラストマーゾルを調製し１３０°Ｃで保温する。このようにして製造したものをＡ１成分と呼ぶ。
【００１８】
（ｂ）水：９０部に対し食塩：９０部を加えて溶解させた後、コーンスターチ：１５部を加えて、１００°Ｃで粘性が高くなるまで加熱、混練した後、ステアリン酸モノグリセリンエステル（太陽化学株式会社製、サンソフトV8000（登録商標））：５部を加えた後、９５°Ｃで保温する。このようにして製造したものをＢ１成分と呼ぶ。
【００１９】
（ｃ）Ａ１成分：５０部とＢ１成分：５０部の割合で１００°Ｃで混合することによって電解質を分散させた導電性エラストマーゲルを得る。このようにして製造したものを導電性エラストマーゲルＸ１と呼ぶ。
【００２０】
（導電性エラストマーの成形）
上述の導電性エラストマーゲルＸ１を９５°Ｃ以上に加熱し、２分割したシリコーン型のそれぞれの空洞部分に注入し、型を接合して一体化することにより成形体を得た。
【００２１】
図１に、導電性エラストマーＸ１を用いて実際に成形を行った際の成形体（本実施形態では、模擬腎臓１０）を示す。また、図２に、導電性エラストマーＸ１の成形の際に使用したシリコーン型２０の外観を示す。
【００２２】
シリコーン型２０は、人体の腎臓の形状をX線ＣＴなどの三次元データに基づいて三次元プリンタなどでモデルを作成し、作成したモデルをシリコーンに入れて固め、それを２分割して形成している。
【００２３】
模擬臓器１０は、図２に示す２分割されたシリコーン型２０の内部に導電性エラストマーＸ１を充填して成形したものである。図１に示すように、模擬腎臓１０が成形できていることが分かる。
【００２４】
（導電性エラストマーゲルＸ１の性能）
ここで、電解質を加えない比較例として、水：１００部に対しコーンスターチ１２部を加えて１００°Ｃで粘性が高くなるまで加熱、混練した後、ステアリン酸モノグリセリンエステル（サンソフト）：５部を加えた後９５°Ｃで保温したＣ成分を調製する。
【００２５】
次に、Ａ１成分：５０部とＣ成分：５０部とを混合し、電解質を分散させないエラストマーゲルＹ１を得た。
そして、上記導電性エラストマーゲルＸ１（以下、単にＸ１とも呼ぶ）及びエラストマーゲルＹ１（以下、単にＹ１とも呼ぶ）についてインピーダンスを計測した。また、参考として、成分Ａ１（以下、単にＡ１とも呼ぶ）についてもインピーダンスを計測した。
【００２６】
インピーダンス計測の際、Ｘ１、Ｙ１、Ａ１を、それぞれ、直径２５ｍｍのアルミ円板に挟み、融解させたのち冷却して、厚さ１ｍｍのサンプルを調製し、調製したサンプルをＬＣＲメータ（ＧＷ−ＩＮＳＴＥＣ社製、ＬＣＲ−９１６）により、電極間（アルミ円板間）で測定を行った。
【００２７】
また、電気メス３０で生体に交流電流を印加し、ジュール熱を発生させて切断するようになっているため、複数の周波数の電流を印加して、インピーダンスの測定を行った。測定結果を図３に示す。導電性エラストマーのインピーダンス測定の結果を示す図である
【００２８】
図３に示すように、電解質を分散させた導電性エラストマーゲルＸ１のインピーダンスが、電解質を分散させないエラストマーゲルＹ１及び成分Ａ１に対して低く、導電性を有していることが分かる。
【００２９】
さらに、導電性エラストマーゲルＸ１、エラストマーゲルＹ１及び成分Ａ１について、電気メス（ＣＯＮＭＥＤ  ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ社製  ＨＹＦＲＥＣＡＴＯＲＲ  ２０００）により切断試験を行った。その結果、導電性エラストマーゲルＸ１のみが電気メスでの切断が可能であることが確認できた。
【００３０】
模擬臓器の形状に成形していない導電性エラストマーＸ１を電気メスで切断している様子を図４に示す。図４（ａ）は、導電性エラストマーＸ１を電気メスで切断している写真であり、図４（ｂ）は、電解質を含有していない熱可塑性エラストマーの切断を試みている写真である。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、導電性エラストマーＸ１を電気メスで切断する際には、電気メスによる切断部分が放電により光っており（図４（ａ）中で明るくなっている箇所）、切断されていることが分かる。
【００３２】
これに対し、図４（ｂ）に示すように、電解質を含有していない熱可塑性エラストマーは、電気メスによる加熱が見られず、切断されていないことが分かる。
さらに、導電性エラストマーＸ１を模擬腎臓１０の形状に成形したものを、岐阜大学医学部の教授執刀により電気メスで切断している様子を図５に示す。図５に示すように、模擬腎臓１０が切断されていることが分かる。
【００３３】
以上のように、導電性エラストマーＸ１は、素材としても成形後も電気メスで切断可能であることが分かる。
【００３４】
［第２実施形態］
（導電性エラストマーゲルＸ２の製法）
【００３５】
（ａ）水素添加スチレン系熱可塑性エラストマー（セプトン４０３３：７部、セプトン４０４４：３部）をパラフィンオイル（スモイルＰ−１００）：９０部に膨潤後、１８０°Ｃで加熱混練し、溶解させて、エラストマーゾルを調製し１３０°Ｃで保温する。このようにして製造したものをＡ２成分と呼ぶ。
【００３６】
（ｂ）水：１００部に対し食塩：５部を加えて溶解させ後、コーンスターチ：３０部を加えて、１００°Ｃで粘性が高くなるまで加熱、混練した後、ステアリン酸モノグリセリンエステル（サンソフトV8000）：１５部を加えた後、９５°Ｃで保温する。このようにして製造したものをＢ２成分と呼ぶ。
【００３７】
（ｃ）Ａ２成分とＢ２成分とをそれぞれ、８５部：１５部、７７．５部：２２．５部、７０部：３０部、５５部：４５部（水分量がそれぞれ１０％、１５％、２０％、３０％）の割合で１００°Ｃで混合することによって電解質を分散させた導電性エラストマーゲルを得る。このようにして製造したものを導電性エラストマーゲルＸ２と呼ぶ。
【００３８】
（導電性エラストマーゲルＸ２の性能）
各導電性エラストマーゲルＸ２に対し、第１実施形態と同様に電気メスによる切断試験を行い、Ｂ２成分が２２．５部以上で切断可能であることを確認した。また、第１実施形態と同様に、シリコーン型２０を用いて成形可能であることを確認した。
【００３９】
［第３実施形態］
（導電性エラストマーゲルＸ３の製法）
【００４０】
（ａ）ジエチレングリコール：５０部に対し疎水化デンプン：５０部を加えて、１１０°Ｃで加熱して膨潤させ、電解質としてヨウ化カリウム：４．２部及びヨウ素０．６部を加え１００°Ｃで保温する。このようにして製造したものをＢ３成分と呼ぶ。
【００４１】
（ｂ）第２実施形態におけるＡ２成分とＢ３成分とをそれぞれ、１００部：１００部を、１００°Ｃに保温した開放容器で混練し、導電性エラストマーゲルを得る。このようにして製造したものを導電性エラストマーゲルＸ３と呼ぶ。
【００４２】
（導電性エラストマーゲルＸ３の性能）
導電性エラストマーゲルＸ３に対し、第１実施形態と同様に電気メスによる切断試験を行い、電気メスによる切断が可能であることを確認した。また、第１実施形態と同様に、シリコーン型２０を用いて成形可能であることを確認した。
【００４３】
［第４実施形態］
（導電性エラストマーゲルＸ４の製法）
（ａ）水素添加スチレン系熱可塑性エラストマー（セプトン４０３３：８部、セプトン４０４４：８部）をパラフィンオイル（スモイルＰ−１００）：８４部に膨潤後、１８０°Ｃで加熱混練し溶解させる。このようにして製造したものをＡ４成分と呼ぶ。
【００４４】
（ｂ）水：１００部に対し食塩：１０部を加えて溶解させ後、コーンスターチ：２０部を加えて、１００°Ｃで粘性が高くなるまで加熱、混練した後、相溶化剤としてステアリン酸モノグリセリンエステル（サンソフト）：５部を加える。このようにして製造したものをＢ４成分と呼ぶ。
【００４５】
（ｃ）Ａ４成分：１００部とＢ４成分：１００部とを加圧可能なインターナルミキサー（東洋精器社製ラボプラストミル（登録商標）４Ｃ１５０)で
１１０°Ｃで、水分の沸騰を防ぐため密閉加圧下（110度の水の飽和水蒸気圧約140kPa）で加熱混練し、導電性エラストマーゲルを得る。このようにして製造したものを導電性エラストマーゲルＸ４と呼ぶ。
【００４６】
（導電性エラストマーゲルＸ４の性能）
各導電性エラストマーゲルＸ４に対し、第１実施形態と同様に電気メスによる切断試験を行い、切断可能であることを確認した。また、第１実施形態と同様に、シリコーン型２０を用いて成形可能であることを確認した。
【００４７】
［第５実施形態］
（導電性エラストマーゲルＸ５の製法）
【００４８】
（ａ）水素添加スチレン系熱可塑性エラストマー（セプトン４０３３：７部、セプトン４０４４：３部）をパラフィンオイル（スモイルＰ−１００）：９０部に膨潤後、１８０°Ｃで加熱混練して溶解させ、１３０°Ｃで保温する。このようにして製造したものをＡ５成分と呼ぶ。
【００４９】
（ｂ）水：１００部に対し架橋ポリアクリル酸ナトリウム：３部を加えて膨潤させ、９５°Ｃで保温する。このようにして製造したものをＢ５成分と呼ぶ。
（ｃ）Ａ５成分：１００部とＢ５成分：１００部とを１００°Ｃに保温した開放容器で混練し、導電性エラストマーゲルを得る。このようにして製造したものを導電性エラストマーゲルＸ５と呼ぶ。
【００５０】
（導電性エラストマーゲルＸ５の性能）
各導電性エラストマーゲルＸ５に対し、第１実施形態と同様に電気メスによる切断試験を行い、切断可能であることを確認した。また、第１実施形態と同様に、シリコーン型２０を用いて成形可能であることを確認した。
【００５１】
［その他の実施形態］
（１）使用する熱可塑性エラストマーは成形加工時の蒸発防止と製品に空洞ができるのを防止するため、誘電・導電性液体の沸点以下で十分な加工性を有するものが望ましい。加工温度の高いエラストマーを使用する場合は、第３実施形態のように、密閉加圧下で加工を行うことにより、液体の沸騰を抑制し製品を製造することが可能である。
【００５２】
（２）電解質は、電気メスにより印加される高周波電流による発熱を担う。第１実施形態に示すように、水、塩化ナトリウムなど各種塩類の水溶液やイオン性液体、或いは、第４実施形態に示すように、分子内にカルボキシル基、アミノ基、水酸基、エーテル基、スルホン酸基、リン酸基などのイオン性官能基を持つ高分子でもよい。
また、水系だけでなく第２実施形態に示すように、ジエチレングリコールなどの有機剤に対し、ヨウ素などをドープさせたものでもよい。
【００５３】
（３）電気メスでの切断性を有するためには、組成物全体に対する電解質の割合は、第２実施形態に示すように１０重量％以上必要であり、成形物の強度と切断性の関係から３０重量％程度が好ましい。
【００５４】
（４）微粒子或いは増粘剤は電解質により膨潤するものが望ましく、高分子或いは架橋高分子にカルボキシル基、アミノ基、水酸基、エーテル基、スルホン酸基、リン酸基あるいはそれらの塩を分子中に有するものが適している。
【００５５】
例えば、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリリン酸、デンプン、化学装飾デンプン、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドなどのホモポリマー、或いは、ホモポリマーそれらのリチウム、カリウム、ナトリウム等の金属塩及びアミン、塩酸、硫酸、硝酸、カルボン酸等の塩類、カラギナンなどの増粘多糖類、さらに、上記物質を共有結合又はイオン結合等により架橋し不溶化したものであってもよい。
【００５６】
液体に完全に溶解し、強固なゲルを形成するものよりも、脆弱なゲルの形成、膨潤に留まるものの方が、エラストマー中への分散及び海島構造による液体の安定保持に適している。具体的には、ポリビニルアルコールよりもデンプンの方が適しており、さらに、デンプンの中でも糊化しやすいジャガイモデンプンよりもトウモロコシデンプンの方が適している。
【００５７】
（５）電解質と微粒子・増粘剤は別々の物質である必要はなく、第４実施形態に示すように、１つの物質に両者の機能を持たせることも可能である。
【００５８】
（６）相溶化剤は加えなくとも性能を発現するが、含水粒子の相互作用の低下、含水ドメインの微細化により、導電・誘電性液体の分散保持を安定化するとともに、成形加工時の粘度を低下させる効果がある。
【００５９】
（７）熱可塑性エラストマーの加熱方法としては、電気ヒータ、ガス炎等の他、熱可塑性エラストマーの高周波導電性、誘電性を利用して電磁加熱によることも可能である。
【００６０】
（導電性エラストマーの特徴）
熱可塑性エラストマーであるスチレン系エラストマーに対し、塩化ナトリウム水溶液などの電解質を粘性化或いは微粒子に含浸させて分散することにより熱可塑性エラストマーの柔軟性と成形性とを維持しながら、熱可塑性エラストマーの導電性を電気メスで切断可能なレベルにまで下げることが可能となった。
【００６１】
本願発明に係る導電性エラストマーは、安価な熱可塑性エラストマーに対し電解質を含んだ粒子を分散させることで電気メスでの切断を可能としている。さらに、疎水性の熱可塑性エラストマーで電解質を包み込むことにより、液体の蒸発を抑えることができるため、その保存、運搬を極めて容易にすることができる。
【００６２】
また、熱可塑性エラストマーを使用することにより、射出成形、トランスファー成形等生産性の極めて高い成形方法で成形することを可能とした。
さらに、熱可塑性エラストマーを使用することにより、材料のリサイクルや製品の修復が可能となった。
【００６３】
上記実施形態では、成形時の型としてシリコーン型を用いたが、金属型など他の材料の型を用いてもよい。例えば、加熱した導電性エラストマーゲルを、シリンジを用いて円筒形の金型の内部に注入して成形体を得るようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０…模擬臓器（成形体）、２０…シリコーン型、３０… 電気メス。
【図１】
2018119020.tif 000003
【図２】
2018119020.tif 000004
【図３】
2018119020.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018119020.tif 000007