2019 Fiscal Year Annual Research Report
6 DOF Non-Contact Micro Manipulation for Biological Object
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19H02093
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
新井 健生 電気通信大学, その他部局等, 客員教授 (90301275)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小嶋 勝 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (00533647)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マニピュレーション / 微小対象 / 旋回流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，液体中における細胞などの生体微小対象物の6自由度非接触マニピュレーションについて，新たな駆動方法を提案し，その原理を解明するとともに最大最小速度などの限界値を究明し，バイオ分野での有効な応用例を示すものである．今年度は，当初計画された既提案の振動駆動を採用しようとしたところ，ダウンサイジングに問題が生じ，顕微鏡下に搭載が不可能なことが判明した，そこで，顕微鏡下での搭載が可能なコンパクトな機構について，磁気，超音波，バブルなどについて適用可能性を検討した．その結果，磁気駆動のアイデアが得られ，計画を大幅に改めた．このアイデアに基づき，6自由度機構を実現する3次元磁場発生装置の設計試作を行い，基本動作の確認を行った．電流制御に改善を要することと，感染症勃発による研究連携の停滞により，高速カメラを用いた精密制御は次年度に実施された．
1)3次元流速場発生メカニズム：顕微鏡下に搭載可能な3対のコイルを設計試作した．流速場を発生するため，磁性体材料による微小マイクロロボットを設計試作した．現状は球形と円筒形の2種類で検証を行った．マイクロロボットは液体中において磁場の周波数制御により，3自由度の並進と底面上で3自由度の回転動作が可能なことを検証した．
2)非接触6自由度マニピュレーション：細胞などの操作対象物への接近はマイクロロボットの並進運動を適用し，マイクロロボットの回転動作により生ずる流速場を利用して，対象物の回転運動を得る方式を検討した．6自由度の精密運動制御を実現するため，高速カメラによるビジュアルフィードバックについては，翌年度に実施した．
3）微小生体試料の高精度マニピュレーションの実現：少量の蛍光ビーズを含むヒドロゲル構造体を計測対象とし，画像情報に基づいて変位と回転速度を算出することで，蛍光ラベルによる高精度センシング法の検討を行った．
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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
駆動方式を当初計画から大きく変更したことと，1月下旬より感染症の勃発により，分担者との連携や海外との共同研究がはかどらず，一部の試作や実験を中止せざるを得なくなった．このため，高速カメラを用いた精密制御は次年度に実施したが，研究成果については概ね計画通りである．
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| Strategy for Future Research Activity |
精密制御の実験については令和2年度早期に実施検証が済んでおり，令和2年度の本来計画には支障がなく，細胞を対象としてマニピュレーションの実現が一部実施された，依然としてコロナの影響で人の移動が制限をされており共同研究に支障をきたしており，遠隔会議を中心として成果の進捗を図っているが，令和2年度も一部の実験が進んでおらず，令和3年度への繰り越しとなっている．これまでのデータを基に，成果発表にも力を入れていく．
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