2020 Fiscal Year Annual Research Report
Control of gliding microtubules using surface roughness structure and its application to nano transportation system
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20H02117
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
中原 佐 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (00756968)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | キネシン / 微小管 / MEMS / MicroTAS / 表面粗さ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体分子モータのキネシンと、細胞骨格の微小管による運動系（微小管運動）を体の外で再構築し、ナノスケールの輸送体として応用する研究が行われている。微小管の移動速度を制御する方法については、これまでに多くの方法が提案されてきたが、構造によって受動的に制御する方法は極めて少ない。本研究では新たな速度制御方法として、ナノメートルオーダーの表面粗さ構造に着目した。表面粗さ構造に対する微小管運動の特性変化のメカニズムを明らかにするとともに、その特性を利用したナノ輸送システムを開発することが本研究の目的である。
2020年度においては、計画していた階段状表面粗さ構造の製作プロセスを検討した。加工プロセスには、微細加工技術のフォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチングを採用し、微小な矩形パターンを徐々に拡大させる方法でポリイミドフィルムを加工した。加工したフィルムの矩形パターンの各段差を評価した結果、微小管運動が継続できる高さ（286nm未満）であることを確認した。また、フィルム上での微小管運動を観察し、段差上を微小管が移動する様子を確認した。当該年度では、本研究の目的を達成するために必要なデバイス製作に関する知見を得ることができた。基本的な製作プロセスは確立できたと考えられるため、今後は製作プロセスを改善し、表面粗さが徐々に大きくなる構造を形成するとともに、粗さ構造における微小管運動の特性評価をおこなう計画である。
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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
2020年度においては、計画していた階段状表面粗さ構造の製作プロセスを検討した。加工プロセスには、60μmの矩形パターンから幅を30μmずつ増加させ、徐々に加工範囲を拡げていく方法を採用し、フォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチングによってポリイミドフィルムを加工した。加工したフィルムの各段差を評価した結果、微小管運動が継続できる高さ（286nm未満）であることを確認した。また、フィルム上に簡易流路を製作し、微小管運動に必要な試薬を順次導入した結果、フィルム上での微小管運動が観察でき、段差上を移動する様子も確認できた。フィルムの基本的な製作プロセスが確立できており、フィルム上での微小管運動の観察が実施できていることから、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度においては、表面粗さに対する微小管運動の特性変化を連続的に捉えるとともに、制御技術としての有用性を評価する計画である。本計画を実施するためには、各段差が286nm以下であり、粗さが10から100nm程度となる階段状の表面粗さ構造が必要である。この課題に対しては、薄い保護膜を階段状にパターニングしておき、その後、反応性イオンエッチングによって保護膜と同時に下地のポリイミドフィルムを加工する方法を検討している。保護膜のある面は、保護膜がない面に比べて相対的にポリイミドフィルムの加工時間が小さくなるため、加工時間に依存する表面粗さの大きさを制御できると考えられる。所望の表面粗さ構造ができ次第、構造上に微小管運動を構築し、その運動の様子を蛍光顕微鏡で観察する。微小管運動の評価対象としては、微小管の移動速度、および停止や剥離といった挙動変化の割合を対象とする。また、微小管運動を継続できる凹凸間隔や最大高さ、およびキネシンの付着密度や微小管長さに起因した運動特性の変化についても統計的な処理を用いて評価および考察する。上記の内容を実施することで、微小管運動の新たな制御技術としての有用性を実証する計画である。
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