2023 Fiscal Year Research-status Report
High-throughput Experimental System Using Implantable Cell-biomaterial Microarray
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23KK0070
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
永井 萌土 豊橋技術科学大学, 次世代半導体・センサ科学研究所, 教授 (00580557)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 俊哉 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00909294)
崔 容俊 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80868828)
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| Project Period (FY) |
2023-09-08 – 2026-03-31
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| Keywords | 光造形3Dプリンタ / 細胞生体材料マイクロアレイ / DIW / 集積ノズル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体内に移植可能な細胞生体材料マイクロアレイ(CBMA: Cell Biomaterial Microarray)を作り，ハイスループット実験システムを開発することを目的としている。代表がシンガポールへ渡航し，2024年度に本格的に現地で研究を実施するための準備を行った。シンガポール工科デザイン大学と南洋理工大学の両方を訪問した。従来のシングルノズルを活用した形成法の結果を議論し，次に設計するべきノズルや細胞生体材料マイクロアレイ（CBMA）のフォーマットを改良した。
移植可能な濃度勾配を持つCBMAの作製法を議論した。これは集積ノズルと単一ノズルを利用する場合の両方で，濃度勾配を持ったCBMAを作製するものである。ポンプ集積化ノズルは，多層流体マイクロデバイスの技術を適用して開発する。全材料をPDMSまたはフレキシブルレジンとし，設置場所で溶液が混ざり合う設計とした。ノズルには空圧駆動バルブを統合し，その開閉動作で液量を10nL単位で調整し，0～50nLで配置できるようにした。
光造形3Dプリンタでレジンモールドを作製できるように，プリンタを準備し，モデルを作製した。このモールド上に未硬化のPDMSを滴下し，剥がし取り，穴の空いたPDMS-MA(幅10mm，ピッチ0.7mm，14×14の196ウェル)を得られるようにしている。配置する材料のサイズは，直径0.5 mm，高さ1mmの穴で体積は合計で200 nL程度である。サブμLスケールの細胞と試料の活性を保ったまま，格子状にマイクロパターニングが可能である。次年度以降に形成し，十分に混合できる条件，時間を短縮する条件を探索できるように準備を進めた。
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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
本研究の進捗は，おおむね順調に進展していると判断できる。その理由は以下の通りである。
代表がシンガポールへ渡航し，シンガポール工科デザイン大学と南洋理工大学の両方を訪問した。これにより，2024年度に本格的に現地で研究を実施するための準備が整った。訪問では，従来のシングルノズルを活用した形成法の結果を議論し，次に設計するべきノズルや細胞生体材料マイクロアレイ（CBMA）のフォーマットの改良点を明確にした。
移植可能な濃度勾配を持つCBMAの作製法についても議論が進んだ。集積ノズルと単一ノズルの両方を利用し，濃度勾配を持ったCBMAを作製する方法を検討した。ポンプ集積化ノズルの開発では，多層流体マイクロデバイスの技術を適用し，全材料をPDMSまたはフレキシブルレジンとし，設置場所で溶液が混ざり合う設計とした。またノズルに空圧駆動バルブを統合し，10nL単位で液量を調整できるようにした。
光造形3Dプリンタを準備し，レジンモールドの作製モデルを作成した。このモールドを用いてPDMS-MAを得られるようにしており，サブμLスケールの細胞と試料の活性を保ったまま，格子状にマイクロパターニングが可能となる。次年度以降の研究に向けて，形成条件や混合条件，時間短縮の条件探索の準備も進めている。
以上のように、シンガポールでの研究実施に向けた準備が着実に進んでおり，CBMAの作製法についても具体的な検討が進んでいる。また，次年度以降の研究に向けた準備も進めていることから，本研究の進捗は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 |
代表が6ヶ月，分担1名がシンガポールに滞在する。シンガポールでノズルとPDMDS-MAを作製し，濃度勾配を持つ細胞・ゲル試料を格子状に配置してCBMAを開発する。 CBMAのin vitro評価を行う。さらに2025年度を見据えて，CBMAを生体内に移植・評価する技術を整える。PDMS-MA単体の移植評価は，日本で実施する。滞在はシンガポール工科デザイン大学を中心とし，南洋理工大学も訪問する。
集積ノズルと単一ノズルの両方を利用し，濃度勾配を持ったCBMAを作製する。ポンプ集積化ノズルの開発では，多層流体マイクロデバイスの技術を適用し，全材料をPDMSまたはフレキシブルレジンとし，設置場所で溶液が混ざり合う設計を実現する。またノズルに空圧駆動バルブを統合し，10nL単位で液量を調整を実証する。
そのためには光造形3Dプリンタからレジンモールドを出力し，このモールドを用いてPDMS-MAを得られるようにする。サブμLスケールの細胞と試料の活性を保ったまま，格子状にマイクロパターニングを示す。
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| Causes of Carryover |
シンガポールへの海外渡航を2024年度に重点的に行うようにすることにしたため。また人員配置計画上，2024年度の実験支出や装置支出が多くなることが見込まれたため，2023年度で支出せずに2024年度に使用することにした。
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