2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of mechanism and improvement of photo-response of cells on semiconductors; Development of multiple cells 3D printer
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20H02467
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
上田 正人 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (40362660)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堤 祐介 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主席研究員 (60447498)
岩崎 泰彦 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (90280990)
池田 勝彦 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (20184434)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 生体材料 / セラミックス / 光応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
§1可視光に応答するTi含有セラミック膜の合成： (Sr,La)TiO3単結晶の(110)面と(100)面にRFスパッタリング法でTiO2膜を合成し，半導体ヘテロ接合を構築した。なお，これら(Sr, La)TiO3単結晶にUVを照射すると起電力，光電流が発生する。TiO2成膜ままでは，起電力が小さくなり，共に0.15 V程度であった。773 Kの熱処理を施すと起電力は顕著に増加し，面異方性が現れた。BaTiO3粉末と純Nb板をターゲットとした2源スパッタリング法で，Ba(Ti,Nb)O3膜を合成した。BaTiO3へのNbにより，UV照射下での光電流は減少した。一方，タブレット端末を利用した光照射では非常に弱いが明瞭な光応答が観察された。
§2可視光に応答するセラミック膜の合成：純Fe，純WをターゲットとしたRFスパッタリングでFe2O3膜，WO3膜を合成した。WO3膜に熱処理を施すと，タブレット端末を利用した光照射に対しても明瞭な光応答が観察された。
§3セラミック膜のキャラクタリゼーション：Ba(Ti,Nb)O3膜ではNb添加に伴って，X線回折ピークが低角シフトし，TiサイトがNbで置換されたことが確かめられた。WO3膜の透過スペクトルには，バンドギャップに相当する基礎吸収が観察された。
§4細胞接着の促進・忌避，接着細胞の剥離に及ぼす諸因子の分離：半導体表面では，光照射下において表面電位の変化やOHラジカルの発生等，様々な現象が生じる。ホウケイ酸ガラスに(Ti,Nb)O2を成膜し，その表面に接触させたメチレンブルー（MB）水溶液の光脱色過程を観察した。光源にはタブレット端末を用いた。MB水溶液の吸収スペクトルにはチオニンの生成を示唆する変化が観察され，ラジカルの発生が示唆された。タンパク質吸着挙動等とリンクさせることで細胞接着を支配する諸因子を分離できる可能性がみえてきた。
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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
§1可視光に応答するTi含有セラミック膜の合成，§3セラミック膜のキャラクタリゼーションに関しては，想定通りの結果が得られた。§4細胞接着の促進・忌避，接着細胞の剥離に及ぼす諸因子の分離に関しては，タブレットを用いた細胞の局所的な接着制御が実現していないので，その界面で生じている現象の解析はできていない。メチレンブルーを使用した表面反応の観察では，想定通りの結果が得られた。一方，§2可視光に応答するセラミック膜の合成では，WO3膜において微弱な可視光に対する応答を捉えることにも成功している。これは想定より順調に進んだ。したがって，総合的 に「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的に当初の計画通り，可視光の吸収が可能な基礎吸収を有する半導体膜の合成を中心に行うが，Ti含有セラミックス膜に対する不純物ドーピング，半導体積層化によって可視光応答性の付与も継続して検討する。また，最終年度は，タブレット端末を利用した細胞パターニングに注力する。具体的な方針は下記の通り。
§1可視光に応答するセラミック膜の合成: Fe2O3とWO3の薄膜をRFスパッタリング法にて合成する。膜厚と結晶性と光応答の関係について系統的に調査する。光応答性は電気化学的な評価を中心に行うが，細胞接着挙動に対する光応答性を最優先し，光応答膜の最適化を行う。
§2セラミック膜のキャラクタリゼーション：一般的なキャラクタリゼーションに加え，走査型電気化学顕微鏡を駆使し，局所的な光照射による局所的な光応答と細胞の２D配置を関連付けることに注力する。
§3タブレット端末を利用した多種細胞の2Dパターン培養：基本的には汎用型タブレット端末を光源として細胞のパターン培養を行う。細胞の接着領域と非接着領域が不明瞭な場合は，光源にXeランプとシャープカットフィルターを使用することも想定している。
§4総括：研究分担者との連絡を密にし，半導体の光応答を利用した細胞のパターン培養方法を体系化すると共に課題や問題点を抽出する。
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Research Products
(18 results)
