Soft-robotic culture medium
Publicly Offered Research
| Project Area | Advanced mechanics of cell behavior shapes formal algorithm of protozoan smartness awoken in giorama conditions. |
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| Project/Area Number |
22H05685
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (IV)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
津守 不二夫 九州大学, 工学研究院, 教授 (10343237)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | ソフトロボティクス / ゲル / ３Dプリント / 磁性粒子 / アクチュエータ |
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| Outline of Research at the Start |
生体や細胞組織を培地上で培養を行う研究が現在広く行われている．本研究は自然界や生体内部における環境適応を培地上で理解するため，３Ｄプリント技術を応用し，培地自体の３次元パターニングに加え，その培地に動き（変形）を可能とするシステムを開発する．外部からの直接的な変形に応答し培地内部の各所に設計に応じた応力を分布させることを目指す．さらには磁場に反応するゲル材料を用い積極的な駆動も可能とする．本研究で目指すものは，すなわち「運動する培地」であり，言ってみれば「ソフトロボット培地」である．このような駆動培地は，ひとつ上位スケールでみた刺激応答を実現する環境となる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，磁性粒子を分散させた強靭なゲル材料を調整し，この材料でそのままソフトロボットを作製することに成功した．ゲル材料に磁性粒子を分散させることで，ゲル材料自体が光透過性を失うため，紫外線開始剤を用いたプロセスが利用できず，熱開始剤を使用したプロセスを設計し直した．その後，最適化を行い強度と伸びを両立する磁性粒子分散ゲルを完成することができた．磁性粒子には硬磁性フェライト材料を使用し，規則的な着磁パターンを付与することで這行型のソフトロボットやドジョウのように水中を移動するソフトロボットの作製に成功した．この成果は国際会議ICM&P2023で発表した．
また，このゲル材料上で粘菌を培養し，培地として使用することができることも確認した．当初，ゲル成分に成長を阻害する物質が含まれていることが判明し，この問題を回避するためにゲルを水に１日浸漬することで有害な成分を除去する必要があることがわかった．今後は，形状付与方法を確立し動的な変形状態の培養実験を行う予定である．これにより，このゲル材料を培地として使用することが可能であることをさらに検証し，より多くの応用が可能であることを確認することを目指す．
磁性粒子分散ゲルを用いたソフトロボットは，医療応用においても有望である．駆動培地が実現することで，細胞培養や微生物の培養において新たな選択肢が生まれることも期待できる．引き続き，磁性粒子分散ゲルを利用した応用研究にもつなげていく予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
磁性粒子を分散させた強靭ゲルを調整した．磁性粒子を分散することにより，ゲル材料自体が光透過性を失うため，紫外線開始剤を用いたプロセスを利用することができなかった．そのため，熱開始剤を用いたプロセスを設計し直した．最適化の後に，強度と伸びを両立する磁性粒子分散ゲルを完成した．磁性粒子には硬磁性フェライト材料を用いた．規則的な着磁パターンを付与することにより，這行型のソフトロボットやドジョウのように水中を移動できるソフトロボットも作製できた．
このゲル材料を培地として用いることが必要である．作製したゲル材料上で粘菌の培養を試みたが，ゲル成分に成長を阻害するものが含まれていることが判明した．この問題はゲルを水に１日浸漬しておくことで回避できることがわかった．
このように駆動可能かつ培地として利用可能なゲル材料が順調に作製できている．形状付与方法を確立し，動的な変形状態培地上での培養実験を続ける予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに強度と伸びを両立する磁性粒子分散強靭ゲルを完成している．また，這行型のソフトロボットやドジョウのように水中を移動できるソフトロボットも作製でき，外部磁場による駆動環境も準備できている．今後は自在な形状付与方法を確立し，動的な変形状態培地上での培養実験を続ける予定である．
形状付与には3Dプリンタで出力した型を用いる方法が最もシンプルかつ有効である．一方で，複雑な３次元構造を作製するために，ゲル材料自体を3Dプリントする手法の開発も進める．
まずは型を用い作製した迷路状の構造を作製し，粘菌の培養を試みたい．伸縮変形を行うことで，迷路のパスが変化するような実験系を準備し，粘菌が動的に変化する迷路上でどのような判断を行うかを観察する．
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
