バイオインスピレーションが役立たない場合：曲線挿入時におけるバイオインスパイアード曲線針の力学的挙動

本研究では、経皮的処置に使用される曲針に適用した、生体にヒントを得た有刺（バーブ）形状の有効性を調査する。ミツバチや蚊などの昆虫の刺針の形状は、直線的な刺入時における刺入力の低減、組織変形および組織損傷の抑制を目的として、直線針に適用されてきた。しかし、これらの利点が、基部の曲線的な操作を伴う曲針においても有効であるかは依然として不明である。本研究では、蚊にヒントを得た有刺形状を、曲げ角度が7.5°、15°、22.5°、および30°のベベルチップ曲針に適応させた。これにより、横方向および軸方向の刺入力、曲げモーメント、および針先の軌道への影響を評価した。標準的な曲針および生体模倣した曲針を、高解像度3Dプリンティングを用いて作製し、曲線的な刺入条件下で組織模倣ゲルを用いて試験した。針の基部で力およびモーメントのデータを記録し、針先の経路はビデオトラッキングによる曲率半径解析を用いて定量化した。曲線的な刺入条件下において、刺入力および曲げモーメントに統計的に有意な減少は見られなかった。これらの結果は、試験条件下で定義された軌道に従う曲針において、有刺表面構造を追加しても、測定された力は曲線的な刺入時に有意に変化しなかったことを示唆している。これは、検証した表面修飾が、これらの条件下での全体的な機械的応答を実質的に変化させないことを示している。本研究は、直線的な刺入で有効な摩擦低減表面構造が、曲線的な刺入に直接的に適用できるとは限らないこと、また、曲針への適用における最適化戦略では、幾何学的および軌道ベースの設計検討を優先させることが有益である可能性を強調している。