2022 Fiscal Year Research-status Report
Electromagnetic properties of molecular nanocoils and application for the scaffold
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21K05210
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
帯刀 陽子 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (30435763)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西原 禎文 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (00405341)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 分子性ナノコイル / 電荷移動錯体 / 電磁物性 / スキャホールド / 起電力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
伝導性の観点から、分子性導体は半導体から金属・超伝導に至る多彩な伝導物性を示すことが知られている。このような特異な物性を生かしつつ、分子性導体のナノワイヤ・ナノコイルなどへの低次元材料化が強く望まれている。また構造有機分野の物性については、「光と螺旋」の相関についての報告が殆どであり、「螺旋形態の制御による電磁機能の制御」についての研究例は国内外において皆無である。一方、再生医工学に関する研究は医歯薬学分野のみならず、理工学分野も含めて国内外で盛んに行われている。中でも、再生に必要な細胞を効果的に機能させる新規足場材料の開発が求められている。分子性電磁ナノコイルが有する高い細胞接着性、電磁特性は細胞工学上重要であり、スキャホールドと併用することで骨再生を飛躍的に向上させることが期待できる。
本研究では、起電力を発生させることができる分子性電磁ナノコイルの構造と電磁物性の相関を明らかにし、自己発電型電磁ナノコイルスキャホールドの開発を目指した。
集合状態で高導電性を発現する分子性導体の電磁気物性を解明することで新規メディカルデバイスを開拓する。分子性電磁ナノコイルが誘起するコイル構造由来の誘導起電力を用いて、スキャホールド自体が細胞の分化・増殖過程に働きかけ、骨再生を促進する新規動的自己活性化電磁ナノコイルスキャホールドを作成する。具体的には、有機導電性分子からなる分子性電磁ナノコイルを複数構築した。2022年度は、得られた自己発電型分子性電磁ナノコイルの電磁物性を、測定条件を変化させつつ評価した。これらのデータを収集し、2023年度は分子性電磁ナノコイルの構造と電磁物性の相関を解明する。さらに、得られた知見を基に、分子性電磁ナノコイルスキャホールドを用いた細胞培養と再生医療への応用へと展開する。
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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
1有機導電性分子からなる分子性電磁ナノコイルの構築
これまでの研究の成果で得られた、導電性分子電磁ナノコイルを再現性良く作成した。また、作製時の温度、溶媒の種類、乾燥時間等の外的要因を制御することで、コイル直径、巻き数、ピッチ、配向性もコントロールできることが分かった。
2分子性電磁ナノコイルの電気・磁気物性評価
分子性電磁ナノコイルの電磁特性は、これまでの知見から得られたように、強磁場発生装置を用いて交流磁場を印加し、オシロスコープを用いてバルク状態での誘導起電力を評価することができた。１で作成したナノコイル全てについての評価がまだ完了しておらず、数サンプルは未測定であるため、こちらについては2023年度も継続して行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度に物性評価が完了しなかった分子性ナノコイル群について、電磁測定を進める。同時に、2023年度の計画として挙げていた分子性電磁ナノコイルスキャホールドの作成と細胞培養と再生医療への応用に関する実験も行う。初めに、分子性電磁ナノコイルを編み込んだスキャホールド材を作成する。このナノコイルスキャホールド上に、骨芽細胞を播種・培養し、分子性電磁ナノコイルの大表面積と多孔質性などのモルホロジーが、細胞培養と細胞付着性に与える影響を評価する。次に、電場や磁場が細胞活性化に大きく関与することは、既に明らかとなっていることから、交流磁場を印加することで誘起される分子性電磁ナノコイルの誘導起電力に基づく局所電圧を用いて、細胞の活性化を図る。この材料を生体材料として応用するために、分子性電磁ナノコイルの表面に細胞を播種・培養し、細胞の分化・増殖を促進させるための最適な電磁場印加える条件、起電力値を検討する
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| Causes of Carryover |
2022年度中に完了する予定であった分子性ナノコイルの電磁物性評価が、サンプル数が多いために未測定の物質が残ってしまったため、2023年度でも継続することとなった。このようなことから、測定に必要な材料や装置購入が2023年度に変更となってしまったため。
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