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DNAナノチューブを利用した高い生体適合性を有する細胞内刺激電極アレイの研究開発

研究課題

研究課題/領域番号 21J14374
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
審査区分 小区分90110:生体医工学関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

PENG ZUGUI  東京工業大学, 工学院, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード人工細胞膜 / DNAナノチューブ
研究開始時の研究の概要

本研究は,ブレインマシンインタフェース(BMI)に適した高い生体適合性を有する、人工細胞膜とDNAナノチューブによって構成された神経細胞内刺激電極アレイの開発を目的とする.高性能なBMIを実現するには,この電極アレイは,細胞内刺激を実現するとともに高い生体適合性を有する.本研究の成果は,BMI技術の新たなブレイクスルーをもたらし,障害者のQOL向上につながると考えられる.

研究実績の概要

本研究では,人工細胞膜とDNAナノチューブを用いた高い生体適合性を有する神経細胞内刺激電極アレイの開発を目指す.これまで提案電極の実現のための基盤技術の開発を行った.具体的には,1) ジメチルポリシロキサン(PDMS)上に高い機械強度を有する人工細胞膜の形成,2)長さが制御可能なDNAナノチューブの試作,3)作製したDNAナノチューブと人工細胞膜の相互作用の調査を行った.以下に,それぞれの詳細を述べる.
1) PDMS上に高い機械強度を有する人工細胞膜の形成.脂質の自発展開現象を用いて,硬いPDMS表面で高い機械的強度人工細胞を形成した.また,PDMSに対して適切なプラズマ処理を施すことにより,膜の形成速度や形成した膜の形状をコントロールできることがわかった.本技術は,提案電極の基板技術として重要な意味を持つ.
2) 長さが制御可能なDNAナノチューブの試作.従来のDNAナノチューブの表面を化学修飾することで,長さが自由に伸長できる仕組みを開発した.原子間力顕微鏡を用いてサイズを確認したところ,DNAナノチューブの長さは伸長前34.4 nm,伸長後64.2 nmで,約2倍にすることができた.またDNAナノチューブの物質透過を評価するために,パッチクランプを用いた電気計測実験系を新たに構築した.結果,作製したDNAナノチューブが電荷を透過させ,導電性を持つことが判明した.
3) DNAナノチューブと人工細胞膜の相互作用の調査.作製したDNAナノチューブと人工細胞膜の相互作用を評価できる,水晶振動子マイクロバランスを利用した新たな実験系を構築した.結果,DNAナノチューブが人工細胞膜に導入する様子をリアルタイムで評価することができ,提案電極の性質に関する新たな知見を得た.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Neural Interface for Biohybrid Prosthetic Hands to Realize Sensory and Motor Functions2022

    • 著者名/発表者名
      Yagi Tohru、Peng Zugui、Kanno Shoichiro
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: 34 号: 2 ページ: 316-318

    • DOI

      10.20965/jrm.2022.p0316

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • 年月日
      2022-04-20
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Study of the Effects of Plasma Surface Treatment on Lipid Bilayers Self-Spreading on a Polydimethylsiloxane Substrate under Different Treatment Times2021

    • 著者名/発表者名
      Zugui Peng,Kenta Shimba,Yoshitaka Miyamoto,Tohru Yagi
    • 雑誌名

      LANGMUIR

      巻: 37 号: 36 ページ: 10732-10740

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.1c01319

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 人工細胞のコミュニケーションツールの創成に向けた 細胞膜貫通DNAナノチューブに関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      彭 祖癸, 榛葉 健太, 宮本 義孝, 八木 透
    • 学会等名
      2022年電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 生体適合性が高い細胞内刺激電極の実現に向けた 細胞膜貫通DNAナノチューブの開発2021

    • 著者名/発表者名
      彭 祖癸, 榛葉 健太, 宮本 義孝, 八木 透
    • 学会等名
      2021年電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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