| Project/Area Number |
23K22725
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| Project/Area Number (Other) |
22H01454 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
早川 健 中央大学, 理工学部, 准教授 (70759266)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 宏明 中央大学, 理工学部, 教授 (20372427)
工藤 謙一 中央大学, その他部局等, 嘱託職員 (90250232)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
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| Keywords | 微細操作 / マイクロロボティクス / マイクロ流体 / 振動誘起流れ / 細胞組織構築 / バイオアセンブラ / 細胞操作 / MEMS |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，機械振動と流体の相互作用を利用して，1 Hz～1 MHzの振動をマイクロ流体デバイスに印加することにより，様々なサイズの物体を操作する技術の実現を目指す．
まず，1 kHz～1 MHzの振動を印加可能な，ワイドレンジ周波数機械振動印加システムの構築を行い，それぞれの周波数帯における機械振動－流体相互作用を実験的・理論的に解析する．また，構築したシステム上で使用可能な細胞培養チャンバーを作製し，細胞を培養しながら操作を行えるシステムを構築する．最終的には，構築したシステムを用いて細胞を対象に操作を行い，様々なサイズや形状の細胞パターンの作製を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，1 Hz～10 MHzの機械的振動を用いて様々なサイズの細胞パターンを生成する技術の創製を行う．その実現のため，以下の３点をマイルストーンとして研究を行った．
(I) ワイドレンジ周波数機械振動印加システムの構築
(II) ワイドレンジ周波数帯における機械振動－流体相互作用の理論的解析
(III) マルチスケール微細操作システムの細胞操作への応用
2024年度は，まず(I)についてのシステム改良を行い，マイクロ粒子および細胞を用いて，様々なcmオーダーのパターンの生成に成功した．特に，～100 Hz程度までの周波数帯で大きな変位を実現可能なボイスコイルモーターを用いた振動印加系を構築し，cmオーダーの細胞組織構築が可能なシステムを実現した．次に，(II)に関して，MHz帯におけるアクチュエータとマイクロ流体デバイス，流体の電気機械結合の等価回路モデルを構築し，一次元モデルでの解析を行った．このモデルを用いて，超音波振動子を固定方法する接着剤や，細胞を流す流路の寸法がデバイス全体の振動特性に与える影響を評価し，特に流路の寸法が大きな影響を持つことを確認した．また，超音波振動子から細胞のある流路に超音波が伝達するまでの音響伝播を，FEMを用いてシミュレーションした．(III)に関しては，昨年度構築した顕微鏡ステージ上で使用可能な細胞培養チャンバーを用いて，100 μmオーダーのサイズのスフェロイドを，数cmサイズの細胞パターンを作製後，数日間の細胞培養行うことに成功した．
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