機械加工による濡れ性の変化を利用した細胞培養マイクロ流路デバイスの開発

• 研究課題/領域番号: 20K22405
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
• 研究機関: 豊田工業高等専門学校
• 研究代表者: 神永 真帆 豊田工業高等専門学校, 機械工学科, 助教 (20879986)
• 研究期間 (年度): 2020-09-11 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 切削加工 / 濡れ性 / 微細加工 / マイクロ流路 / 細胞 / マイクロ流路デバイス / 切削

研究開始時の研究の概要

本研究は，切削や3Dプリントによるマイクロ流路デバイス作製における課題である，加工面の表面微小形状の粗さを流体制御に利用することで，高機能な細胞実験デバイスを作製することを目的とする．表面微小形状と濡れ性の関係を調査し，それをもとにポンプ等の外部装置を用いない流体制御の手法を確立する．さらに，それを利用して培養細胞を用いた実験を行うためのマイクロ流路デバイスを作製し，その機能を確認する．

研究成果の概要

マイクロ流路デバイスの鋳型を作製する際に切削を用いると，立体培養細胞の取り扱いに適した大型のデバイスを作製することができる．しかし，加工面が荒いために管路抵抗の増加や液残りが発生しやすく，流体を制御しづらいという課題がある．そこで，加工に伴う表面微小形状の変化による濡れ性の変化を調査したところ，送り速度と，切削方向が水接触角に影響することが分かった．今後，これらの結果を基にマイクロ流路デバイスの濡れ性を変化させて疎水表面と親水表面を作り分けることで，流体制御に応用することができると考えられる．

研究成果の学術的意義や社会的意義

マイクロ流路デバイスは，環境の詳細なコントロールや実験の自動化が可能であり，生物分野の研究に広く用いられている．大型の細胞塊や組織を使用した現実に近い実験を行うためには，切削加工により大型のデバイスを作製する必要があるが，加工面が荒いために管路抵抗の増加や液残りが発生しやすく，流体を制御しづらいという課題がある．そこで，本研究では切削加工の短所の影響を小さくすることを目的とし，切削条件を変えた場合の水接触角と算術平均粗さを調べた．今回の調査結果をもとにして，大型のマイクロ流路デバイスを容易に作製できれば，生物実験の効率化につながることが期待できる．