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半導体表面で細胞が示す光応答の機序解明とその鋭敏化;多種細胞3D光造形への展開

研究課題

研究課題/領域番号 20H02467
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分26040:構造材料および機能材料関連
研究機関関西大学

研究代表者

上田 正人  関西大学, 化学生命工学部, 教授 (40362660)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
キーワード生体材料 / セラミックス / 光応答
研究開始時の研究の概要

TiO2膜上に細胞を播種し,紫外光をその背面から照射すると,その照射パターンに応じて細胞の接着が促進・忌避される現象,さらには剥離される現象が観察される。本研究では,その細胞応答が,半導体表面で生じる電位変化,OHラジカルの発生等,どの現象に支配されているか,静電的な引力・斥力,接着タンパク質の変性による現象か等,その機序を明らかにする。その知見を基に,必要な光応答を鋭敏化させる。最終的に,セラミックス膜とiPad等のタブレット端末を利用した新規な原理に基づく細胞の3D造形手法を提案する。

研究成果の概要

光照射によって,非接触でパターニングされた細胞シートを作製可能な細胞培養器を開発することを最終目標として,生体為害性がなく,光に応答するセラミック薄膜を合成し,その応答性向上を試みた。2源スパッタリングにより,Nbを添加したTiO2膜,SrTiO3膜を合成した。任意形状の光照射が可能なタブレット端末を光源としても,明瞭な光応答が観察された。SrTiO3表面にTiO2膜を積層することで起電力を増大させることも可能である。SrTiO3における光応答は,その面方位に依存することを単結晶を用いた実験で明らかにした。さらに,可視光に応答するWO3膜,Fe2O3膜も合成できた。いずれの膜も細胞毒性はない。

研究成果の学術的意義や社会的意義

TiO2などのセラミック半導体に光を照射すると,表面の親水・疎水制御や電位制御などが可能であることが知られている。しかし,細胞培養や細胞シートの作製において,その機能を積極的に利用しようとした試みは皆無であった。TiO2膜に紫外光を照射することで誘起される反応を利用して細胞の接着を忌避できることがわかっている。本研究では,生体為害性がなく,可視光に応答する酸化物膜を複数合成した。バイオマテリアルにおいて半導体における光応答の利用は新規な切り口である。タブレット端末など既存のデバイスと併用することで,細胞の配置をコントロールした細胞シートを非接触で作製可能な細胞プリンターに繋がると考えている。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] レーザ粉末床溶融結合法による導電性材料としての銅合金の造形2021

    • 著者名/発表者名
      小笹良輔,Gupta Mridul,石本卓也,松垣あいら,久世哲嗣,柳谷彰彦,上田正人,池尾直子,中野貴由
    • 雑誌名

      スマートプロセス学会誌

      巻: 10 号: 4 ページ: 265-269

    • DOI

      10.7791/jspmee.10.265

    • NAID

      130008069940

    • ISSN
      2186-702X, 2187-1337
    • 年月日
      2021-07-10
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Utilisation of Titanium and Titanium Dioxide as Scaffolds for Proliferating Coral Reef2021

    • 著者名/発表者名
      Masato Ueda, Chihiro Sawatari, Tomoyuki Takahashi, Hiroaki Tsuruta, Hidenobu Tokushige, Hirohisa Hikosaka, Daigo Yonetsu, Masahiko Ikeda
    • 雑誌名

      Mater. Sci. Forum

      巻: 1016 ページ: 1497-1502

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/msf.1016.1497

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanical Property and Heat Treatment Behaviour of Ti-Zr-Fe Alloys2021

    • 著者名/発表者名
      Chang Ting Hsuan, Maria Adachi, Masato Ueda, Masahiko Ikeda
    • 雑誌名

      Mater. Sci. Forum

      巻: 1016 ページ: 1479-1484

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/msf.1016.1479

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of Substitution of Fe by Mo on Heat Treatment Behavior in Ti-Mo-Fe Alloys2021

    • 著者名/発表者名
      K. Mizuta, S. Miyake, M. Ikeda, M. Ueda
    • 雑誌名

      Mater. Sci. Forum

      巻: 1016 ページ: 162-169

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/msf.1016.162

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 可視光LEDに応答する酸化物膜の合成とその光応答2022

    • 著者名/発表者名
      炭崎晴香,上田正人
    • 学会等名
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 可視光応答型セラミック半導体膜における細胞接着2022

    • 著者名/発表者名
      炭崎晴香,上田正人,松垣あいら,中野貴由
    • 学会等名
      第44回日本バイオマテリアル学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 可視光LEDに応答するセラミック半導体膜の合成2022

    • 著者名/発表者名
      上田正人,炭崎晴香
    • 学会等名
      第44回日本バイオマテリアル学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Two-dimensional Arrangement of Cells by Light Irradiation2022

    • 著者名/発表者名
      M. Ueda, M. Ikeda
    • 学会等名
      SFB + JSB Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Highly efficient propagation of coral tissues using bone regeneration techniques2022

    • 著者名/発表者名
      N. Kosaka, C. Saruwatari, M. Ueda, M. Ikeda, T. Takahashi
    • 学会等名
      SFB + JSB Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of photo-response in titanium dioxide for cell culture substrates2022

    • 著者名/発表者名
      H. Sumisaki, M. Ueda, M. Ikeda
    • 学会等名
      SFB + JSB Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 可視光 LED に応答する酸化物膜の合成2022

    • 著者名/発表者名
      炭崎晴香,上田正人,池田勝彦
    • 学会等名
      日本金属学会2022年春期(第170回)講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 工業用純チタン板における電気抵抗率の異方性2022

    • 著者名/発表者名
      上田正人,木下達也,池田勝彦
    • 学会等名
      日本金属学会2022年春期(第170回)講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ベイルアウトしたポリプの基盤密着に及ぼす表面形態の影響2022

    • 著者名/発表者名
      上坂菜々子,中嶋志保,上田正人,池田勝彦
    • 学会等名
      日本金属学会2022年春期(第170回)講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] レーザ粉末床溶融結合による銅合金の創製と電気抵抗率変化2022

    • 著者名/発表者名
      グプタ ムリドゥル,小笹良輔,石本卓也,久世哲嗣,柳谷彰彦,上田正人,野村直之,中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2022年春期(第170回)講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Utilisation of Titanium and Titanium Dioxide as Scaffolds for Proliferating Coral Reef2021

    • 著者名/発表者名
      M. Ueda, C. Sawatari, T. Takahashi, H. Tsuruta, H. Tokushige, H. Hikosaka, D. Yonetsu, M. Ikeda
    • 学会等名
      Thermec'2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Immobilisation of Coral Soft Tissue on Ti based Substrates2021

    • 著者名/発表者名
      N. Kosaka, M. Ueda, M. Ikeda
    • 学会等名
      MRM2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] (Ti1-xNbx)O2-δ膜の微弱光応答性2021

    • 著者名/発表者名
      上田正人,炭崎晴香,池田勝彦
    • 学会等名
      日本金属学会2021年秋期(第169回)講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] レーザビーム粉末床溶融結合により造形した銅合金の電気抵抗率変化2021

    • 著者名/発表者名
      GUPTA MRIDUL,小笹良輔,石本卓也,久世哲嗣,柳谷彰彦,上田正人,中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2021年秋期(第169回)講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Ti-Mn-Fe 系ニアβ型合金の開発2021

    • 著者名/発表者名
      池田勝彦,上田正人,山西悠介,水田京佑
    • 学会等名
      日本金属学会2021年秋期(第169回)講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] チタン基足場におけるサンゴの骨格形成2021

    • 著者名/発表者名
      上坂菜々子,上田正人,池田勝彦
    • 学会等名
      日本金属学会2021年秋期(第169回)講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 光照射下のTiO2表面におけるタンパク質の吸着挙動2021

    • 著者名/発表者名
      炭崎晴香,上田正人,池田勝彦,猿渡ちひろ
    • 学会等名
      日本バイオマテリアル学会関西ブロック 第15回若手研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] TiO2表面におけるタンパク質の吸着挙動に及ぼす光照射の影響2021

    • 著者名/発表者名
      炭崎晴香,上田正人,池田勝彦,猿渡ちひろ
    • 学会等名
      日本金属学会2021年春期(第168回)講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光応答細胞培養器に利用する酸化物の合成2020

    • 著者名/発表者名
      三田樹,上田正人,池田勝彦
    • 学会等名
      第3回 日本金属学会 第7分野講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Utilisation of Ceramic films in Biomedical and Environmental Applications2020

    • 著者名/発表者名
      Masato Ueda
    • 学会等名
      The 15th International Workshop on Biomaterials in Interface Science
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 2D Control of Cell Adhesion on Titanium Dioxide by Light Irradiation2020

    • 著者名/発表者名
      M. Ueda, M. Aoki, S. Matsumura, M. Ikeda
    • 学会等名
      11th World Biomaterials Congress
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 環境材料研究室

    • URL

      https://wps.itc.kansai-u.ac.jp/matt/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 関西大学 環境材料研究室

    • URL

      https://wps.itc.kansai-u.ac.jp/matt/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 関西大学 化学生命工学 化学・物質工学科 環境材料研究室

    • URL

      https://wps.itc.kansai-u.ac.jp/matt/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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