Development of MEMS array device vibrating cell for elucidating a micro vibration effect in the bone reproduction on a cell scale.

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04273
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 南 和幸 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (00229759)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 克也 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 講師 (10403651) ; 中原 佐 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (00756968)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: メカノバイオロジー / マイクロデバイス / 微小振動 / Bio MEMS / 骨形成

Outline of Annual Research Achievements

全身振動療法により骨形成が促進されることが明らかになっているが、そのメカニズムは明らかでは無い。先行研究により微小振動が骨形成を促進するメカニズムには細胞が関与していると考えられており、細胞の振動感知メカニズムおよびその解明手法を明らかにすることが必要である。本研究では、微小振動下にある細胞小器官の動態を把握する観察手法の実現を目標としている。今年度は振動を与えている単一細胞の細胞小器官を、光学顕微鏡により高い空間分解能でその場観察できる細胞振動MEMSアレイデバイスの開発に着手した。このデバイスの特徴は以下の通りである。①細胞が接着し、細胞に振動刺激を与えるプラットフォームは光学顕微鏡の観察光軸と垂直方向に振動し、振動中も細胞にピントが合うこと。②プラットフォームが独立して多数配列していて、対象となる細胞を効率良く捕捉して実験を行えること。③振動させる質量を最小化して、実験観察系の不要な振動を抑制して、正確な振動振幅の付与と分解能が高く鮮明な観察ができること。
外部からプローブを使って励振するタイプのアレイデバイスを設計し、製作プロセスの検討を行い、プロセス上の問題点を加工条件の検討により解決した。このプロセスで試作品を製作し、細胞なしでデバイス単体の駆動実験を行った。プラットフォームサイズのミリメートルスケールでの観察では、15Hzから90Hzまで観察上の問題は特に生じないことが分かった。今後は細胞観察におけるマイクロメートルスケールの観察を行って、観察像の分解能の確認を行っていく。一方で、駆動におけるプラットフォームの挙動において、わずかな励振方法の違いで斜めに蛇行する現象が現れた。構造体の歪みやプラットフォームに作用する力の不均一さが原因と考えられた。今後は構造を再設計して上記の問題を解決する必要があることがわかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新たなマイクロデバイスの設計・試作・評価により、構造の妥当性や問題点などが明らかとなり、研究を進めていく方向が定まってきた。

Strategy for Future Research Activity

目的が達成できるようにデバイスの改良とより詳細な検討を今後進めていく。並行してアクチュエータを備えたデバイス構造の検討も進めていく。

Causes of Carryover

培養細胞を用いた実験まで進めなかったこと、学会発表が可能なレベルまで研究成果が出なかったこと、既存の実験装置の使用で済んだため、差額が生じた。次年度には若干遅れてしまった細胞培養を用いてより精密な実験を行うので、それに必要な薬品、器具類等の購入に当てる。