Enteric Bacteria Collect Magnetically Driven Capsule Robot for Intestinal Flora Analysis

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04316
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 市川 明彦 名城大学, 理工学部, 准教授 (20377823)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 正直 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (60467321)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: マイクロロボット / バイオマイクロ / 腸内フローラ

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，腸内フローラ解析のため、腸液を回収する磁気駆動腸内探索ロボットの実現を目的としている．これまでの実績として，試作１号機並びに試作２号機，また，吸引したものが逆流しにくくするためのテスラバルブを用いた逆止弁について研究を行った．
試作１号機では、当初バネを用いて、外部から磁力により駆動させる手法を用いていたが、吸引容量の確保のため、シリコーンであるPDMSにて、外壁そのものにバネ構造をもたせることとした。PDMSは蛇腹構造にすることで、折りたたむ様に変形するため、容量を保ちつつ、バネ構造を実現した。また、吸引口の部分に逆止弁を取り付けることで、吸引した腸液の流出を防ぐことを実現した。駆動実験を行い、磁石の距離を調整したところ、磁石から７０mm離れた位置での吸引動作を実現した。
試作２号機では、さらに柔軟なバネ機構並びに逆止弁機構の向上を実現した。バネ機構はこれまでPDMSの型による加工で行っていた。しかし、厚みの調整や、バリがでるため、加工が必要であり、そこから膜が破れる事があった。そこで、３Dプリンターで柔軟なシリコーン素材のレジストを用いることで、十分な強度と厚みの制御、形状の自由度をもたせることを実現した。また、逆止弁の機構についても３Dプリンターを用いることで、複雑な形状でも逆止弁を作成することに成功した。これまで70mmであった駆動距離を伸ばすことができ、80mmの距離での吸引動作を実現した。
以上２種類の試作を行ったが、逆止弁の構造として、球状の弁が入るため、この部分が破損により流出する可能性があった。そこで、逆止弁構造として、テスラバルブを用いることを検討した。テスラバルブは流れの方向により流量が異なるバルブである。３Dプリンターで型を作成し、バルブ形状の評価を行い、逆止弁としての効果を確認した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では，腸内フローラ解析のため、腸液を回収する磁気駆動腸内探索ロボットの実現を目的としている．これまでの実績として，試作１号機並びに試作２号機，また，吸引したものが逆流しにくくするためのテスラバルブを用いた逆止弁について研究を行った．研究計画として、最終年度までに一体化したロボットの作成を行うものであり、最終年度ではこれの評価を再度行いより実用化につなげる。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究で試作を２段階で行い、逆止弁構造についても検討を行った。最終年度では、これまでの試作を踏まえて、一体の試作機を作成して、これを用いて、豚の腸を用いた実験を行う。また、これまでは１点での腸液吸引であったが、面として微生物解析が可能な形状のものについても新たに検討する。

Causes of Carryover

磁気駆動ロボットの作成にあたり、アクリルのレーザ加工により逆止弁構造を更に洗練するためにレーザ加工機をレンタルしたが、このアイデアが年度末近くであったため、やむを得ず次年度での使用を行うこととなった。