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Synthesis of hydrogel microbeads using a centrifuge system with UV irradiation and ultrasonic vibration

Research Project

Project/Area Number 19K14920
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

Kurashina Yuta  東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40801535)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords超音波 / マイクロ加工 / ハイドロゲル / アルギン酸 / NIPAM / インテリジェントデバイス / 応答性マテリアル / グルコース応答性ゲル / コアシェル / 温度応答性ゲル / 微細加工 / マイクロファブリケーション / DDS / バイオセンサー
Outline of Research at the Start

マイクロゲルビーズの生成はDDSをはじめとした種々の分野において期待されている.特に,水溶液中で高速にマイクロゲルビーズを生成できる遠心分離法は高速で微量のサンプルを生成できることや生成後の洗浄が不要なことから注目を集めている.しかし,分子量の低いモノマの重合によるマイクロゲルビーズの生成が困難であることやビーズ径を微小化することが困難であることからDDSへの応用が難しい.このため,本研究では,遠心分離に電源供給装置を設置し,遠心分離中のUV照射や射出中のガラス管の超音波振動による固有振動モードを用いることでグルコース量に応答する微小な刺激応答性マイクロゲルビーズの生成を行う.

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a power supply system for centrifugation and generated intelligent microbeads, which respond to minute stimuli, by using UV irradiation during centrifugation and the resonance mode of ultrasonic vibration of the glass tube during injection. The pregel solution, which was being ejected at high speed by centrifugation, was irradiated with UV light and ejected into an aqueous calcium chloride solution to induce photopolymerization and ionic crosslinking at the same time, resulting in the synthesis of microbeads with a core-shell structure. The microbeads with a core-shell structure were produced simultaneously by photopolymerization and ionic crosslinking. The microbeads were also synthesized by applying ultrasonic vibration during centrifugation using a glass tube mounted on a multilayered ultrasonic transducer.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生成したマイクロビーズは,生体内で薬剤をモニタリングすることや徐放することに用いられるドラッグデリバリーシステム(DDS)に応用することができる.また,本研究で用いた遠心駆動システムによる生成方法は従来のOil/Waterエマルジョン法と比較して極めて少ないサンプルで生成できる特徴を有している.そのため,貴重なサンプルである生体高分子などを用いた治療・研究への応用など医療の最先端の幅広い治療と研究に応用することが可能である.

Report

(2 results)
  • 2020 Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2020 2019 Other

All Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] One-step fabrication of multi-functional core-shell Janus hydrogel microparticles for theranostics application2020

    • Author(s)
      Mio Tsuchiya, Yuta Kurashina, Yun Jung Heo, Hiroaki Onoe
    • Organizer
      The 33rd IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Phase-separated core-shell hydrogel microbeads from homogeneous mixed polymer solution by simultaneous gelation2019

    • Author(s)
      Yuta Kurashina, Mio Tsuchiya, Keitaro Kasahara, and Hiroaki Onoe
    • Organizer
      The 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] UV照射搭載型遠心分離機によるコアシェル構造ハイドロゲルマイクロビーズの生成2019

    • Author(s)
      倉科佑太, 土谷澪, 笠原啓太朗, 尾上弘晃
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第39回研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 自己生成型コアシェルビーズを用いたドラッグリリース2019

    • Author(s)
      倉科佑太, 土谷澪, 笠原啓太朗, 尾上弘晃
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第40回研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Remarks] 倉科佑太の研究紹介

    • URL

      http://www.kitamoto.iem.titech.ac.jp/members/kurashina.html

    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2022-12-28  

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