| 研究課題/領域番号 |
22K04898
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28050:ナノマイクロシステム関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
山平 真也 京都大学, 生命科学研究科, 特定講師 (70750652)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 樹脂成形 / 微細加工 / 薄肉加工 / PDMS / 細胞解析デバイス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生命科学研究から医療までの広い分野で、熱可塑性樹脂製のマイクロデバイスは重要なツールとなっている。しかし、現在主力となっている高剛性の金型を用いた成形技術は、10 umレベルの極薄い形状を大面積で有する立体物成形には適していない。また、非常に高いコストにより研究室レベルでは実施が困難である。
そこで申請者は、鋳型自体が変形によって寸法誤差を自己補正する弾性体鋳型を用いることで、誤差が大きいが安価な鋳型でも、金型では困難な極薄い構造を大面積にわたって精密に成形できる技術を発案・実証した。本研究では当該技術の確立を行い、薄い構造の高い熱伝導や優れた光学特性を利用した細胞解析デバイスを開発する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、弾性体鋳型が変形によって寸法誤差を自己補正することにより熱可塑性樹脂の薄肉加工を可能とする技術を、段階を踏んで発展させ、任意の形状を成形し、望みの部分を薄肉加工できる技術として確立することを目的とする。まず、流路形状や断面が矩形の容器などのマイクロデバイスの基本的な構成要素の薄肉加工法の確立を行う。次に、得られた鋳型と成形物等のデータを基に、薄肉形状を有する任意の構造物を作製するための鋳型や加工プロセスのシミュレーション方法を策定する。また、アプリケーションとして、上記技術を用いて開発したデバイスの細胞解析への応用を行う。
令和4年度は、薄肉な垂直部分を有する成形物作製のために、曲面を有する弾性体鋳型の作製に注力した。まず、変形した後に垂直面や水平面となるような曲面を有する弾性体鋳型の作製のために、3Dプリンターで曲面を有するマスター鋳型の作製を行った。光造形3Dプリンターで作製したマスター鋳型に弾性体材料としてPDMSエラストマーを注型して熱硬化したところ、PDMSの硬化不良が起きてしまった。そこで、マスター鋳型の後処理を検討したところ、2次光硬化とエタノールによる洗浄に加えて加熱を行うことで、PDMSの硬化不良を抑制することができた。また、これまでに成形方法を確立している10 μm程度の極薄い底面を有するマルチウェルプレートと光活性化細胞捕捉剤を用いて1細胞パターニングを行い、論文として報告した(S. Yamahira. et al. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144(29), 13154-13162)。本論文では、極薄いウェルの底面を介して、ウェルプレートの裏側に密着したフォトマスクから光のパターンをウェルの底面に照射することで、ウェル底面の光活性化細胞捕捉剤表面に細胞一つサイズの精緻なパターンを露光することが可能であった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
所属機関の異動があったが、京都大学大学院生命科学研究科において、種々の樹脂加工に必要な研究環境を整えることができた。また、これらの樹脂加工環境において、本加工原理を証明した既報 (S. Yamahira, Y. Heike, Micromachines 2020, 11, 748.) の薄肉加工を再現できることを確認した。次に、この技術の汎用性を高めるために、光硬化性3Dプリンターで任意の形状のマスター鋳型を作製し、これを用いて任意形状のPDMS鋳型の作製を試みた。当初、マスター鋳型からの溶出物が原因とみられるPDMSの硬化不良によって、PDMS鋳型作製が安定しなかった。マスター鋳型の後処理として、従来の2次光硬化とエタノールによる超音波洗浄に加えて、60℃以上で一晩の加熱処理を行うことによりPDMSの硬化不良を抑制することができた。また、アプリケーションとして、光活性化細胞捕捉剤のコート基板として本技術で開発した薄底マルチウェルプレートを用いることで、優れた光学特性から1細胞単位の精密パターニングが可能であった。
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| 今後の研究の推進方策 |
任意のPDMS鋳型の作製について目途が立ち、今後、このPDMS鋳型を用いて熱可塑性樹脂材の熱プレス加工を行うことにより、流路形状や断面が矩形の容器などのマイクロデバイスの基本的な構成要素の薄肉加工法の確立を行う。また、任意の構造物を作製するための鋳型や加工プロセスのシミュレーション方法の策定や、上記技術を用いたデバイス開発と細胞解析への応用も同時に行う予定である。
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