| 研究課題/領域番号 |
15J03262
|
|---|
| 研究種目 |
特別研究員奨励費
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 国内 |
|---|
| 研究分野 |
ナノマイクロシステム
|
|---|
| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
|---|
研究代表者 |
東 和彦 慶應義塾大学, 理工学部, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2015-04-24 – 2018-03-31
|
| 研究課題ステータス |
採択後辞退 (2017年度)
|
| 配分額 *注記 |
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
|
|---|
| キーワード | マイクロロボット / 運動性細菌 / バクテリアセルロース / マイクロ流体 / 微細加工 / ハイドロゲル / ナノファイバー / 微生物 |
|---|
| 研究実績の概要 |
前年度までにマイクロ流体デバイスを用いて，バクテリアセルロース(BC)から微細球を製作するプロセスを開発した．このプロセスは，まずBC生成細菌を含有したゼラチン溶液がコーン油に分散したw/oエマルションをマイクロ流体デバイスにより作製する．そして，このゼラチン球を冷却してゲル化させた後，アルギン酸カルシウムゲル内にトラップし，室温に戻すことでゼラチンをゾル状態に戻す．これにより，アルギン酸カルシウムゲル内部に球状の空隙が形成され，この空間内でBC生成細菌がBCを生成することで空隙と同形状のBC微小球を得ることができるというものだ．しかし，マイクロ流体デバイスにより形成されたゼラチン球が，ゲル化前に出口にて融合するという問題があった．この問題は通常，界面活性剤を用いることで回避できるが，回収容器の底面にゼラチン球が堆積することで圧力がかかるため，界面活性剤を用いても融合を避けることは困難であった．そこで，出口に長い流路を設け，その流路を冷却水に接触させることで，流路内をゼラチン球が流れている間にゲル化を誘発することでこの問題を解決した．また，この液滴融合の問題から着想を得，PDMSのように，前駆体が水と混合しない液体であるポリマーの微小球を作製する方法を開発した．これは，上記のマイクロ流体デバイスの内側流路に前駆体液体を，外側流路にアルギン酸ナトリウム溶液を流入させて前駆体の微小球を形成し，出口部で塩化カルシウム溶液と接触させることでアルギン酸ナトリウムをゲル化させ，前駆体の微小球が内包されたゲルファイバーを作製するというプロセスである．これにより，微小球同士は融合することなく個別に分離された状態が保たれ，ゲル化を誘発することで様々なポリマーの微小球が得られる．このプロセスを用いてPDMSの微小球を製作し，国際学会International Symposium on Micro-Nano Science and Technology 2016にて発表を行った．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
本研究では，運動性細菌を固定するための微細構造体を必要とするが，ナノファイバ材料から微細構造体を作製する技術は少ない．例えば，ナノファイバ材料の製作に一般的に用いられている電界紡糸法は，原理的に膜状の構造しか作製できない．ただし，SU-8などのフォトレジストを電界紡糸して得た膜にフォトマスクを用いて露光，現像することで微細構造を作製することはできる．しかし，この場合も製作プロセスが煩雑な上に生産性が著しく低い．これまでに開発したBC微細構造体の製作プロセスも，同様の問題を抱えていた．そこで，初年度はこの問題を克服する新たな製作プロセスの開発に注力することとした．これにより，当初の研究計画から一歩後退する形とはなったが，新規製作法により生産性は飛躍的に向上したため，結果的には今後の研究効率を大きく高めるものと考えている．
|
| 今後の研究の推進方策 |
まず，運動性細菌の固定状態を解析する方法を確立する．これには，蛍光染色法を用いる予定である．なお，蛍光染色方法の候補としてはNanoOrange (Invitrogen)や免疫蛍光染色法が挙げられる．NanoOrangeは，タンパク質の親水性部分と結合することで蛍光活性を示すようになるため，運動する細菌のべん毛を可視化することが可能である．次に，磁性細菌を用いて微細構造体へ磁性細菌を指向的に固定する．磁性細菌とは，直鎖状の磁性粒子を細胞体内に有する細菌のことを指し，この磁性粒子が磁界方向を向くことで，細菌も磁界方向へ遊泳する．この性質を利用することで，磁界に沿って，磁性細菌をBC微細構造体へ固定することが可能であると考えている．運動性細菌の固定方向を一致させることができれば，従来研究よりも効率的に微細構造体へ力を加えることができ，運動速度の飛躍的な向上が予想される．この際，球状のBC微細構造体をまずマイクロアレイデバイスに固定する．マイクロアレイデバイスとは，リポソームなど球状の物体を配列的に固定するマイクロ流体デバイスで，典型的な例としては半円状の微細構造に対象物をトラップする．これにより，磁性細菌が指向的に固定されるものと考えられる．さらに，これにより製作したマイクロロボットを磁界によって運動制御する．この実験のため，定量的な刺激強度勾配が生成でき，顕微鏡下で観察可能なマイクロ流体システムを構築し，製作した微生物マイクロロボットの挙動を評価する．
|
