Development of "artificial muscle' ink for 3D print of microrobots

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K18852
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 平塚 祐一 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (10431818)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新田 高洋 岐阜大学, 工学部, 准教授 (20402216) ; 野村 慎一郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50372446) ; 森島 圭祐 大阪大学, 工学研究科, 教授 (60359114)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: モータータンパク質 / 人工筋肉

Outline of Annual Research Achievements

近年３Dプリンタ技術が発展し産業構造に大きな変革が生じ始めている。一方アクチュエータに相当する部分は未だ３Dプリンタでは構築できず、アクチュエータ部品は後乗せという状況にある。我々は最近、モータータンパク質と呼ばれる生命の運動タンパク質を利用し水溶液中に人工筋肉を形成させることに成功した。この人工筋肉を利用して大きさ数ミリメーターのマイクロロボットを稼動させることに成功している。本研究提案ではこの技術をさらに発展させモータータンパク質を封入した「人工筋肉」インクを開発し、マイクロロボットのアクチュエータ部位を三次元造形する手法の開発を目指した。
人工筋肉インクは２種類のリポソームからなる。一つは筋肉のモータータンパク質であるミオシンを含むミオシン玉とそのレールタンパク質であるアクチンを内包するアクチン玉からなり、光照射によりリポソームが破壊し内部のミオシン・アクチンが混合されることにより収縮・凝集
し人工筋肉が形成させる方法を考案した。
光応答的にリポソームを簡便に破壊する手法はこれまで報告例がなく、本研究ではazobenzen-phosphate（AzoP）を脂質に添加し、シス・トランス転移でリポソームの状態変化（破壊）を作り出す手法の開発に着手した。その結果、シス体AzoPは水溶性が高いため脂質に組み込まれる量が少なくリポソーム形成に影響を及ぼさないが、高濃度のトランス体添加はリポソームが不安定化することが分かった。また高い粘性を持ったインクにするためにゲル状リポソームになるポリグリセリンポリリシノレートを含む多量体リポソームも本AzoPの手法が適用できる可能性を見いだした。今後、リポソームに精製したアクチンまはたミオシンを封入し光照射によりシス→トランス変移を起こさせ、人工筋肉を発生させる。