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オジギソウ搭載型植物機能利用スマートマシーン創発

公募研究

研究領域ソフトロボット学の創成:機電・物質・生体情報の有機的融合
研究課題/領域番号 19H05338
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

田中 陽  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (40532271)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2020年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
キーワードオジギソウ / 生物機能利用 / スマートデバイス / 発電 / ダイナミクス / マイクロデバイス / ロボット / 情報伝達
研究開始時の研究の概要

電力に依拠した既存の機械システムに代わる、クリーンで安全かつ高効率なデバイスとしてこれまで代表者は、化学エネルギーのみで多彩で高効率な生物機能に着目し、これと人工物を融合した新機能デバイスを開発してきたが、動物の複雑な組織切片の機能維持やデバイス搭載は難しく、倫理的問題もあった。そこで、本研究では、切片の生育が容易で倫理的な問題も少ない植物であるオジギソウの機械・光・熱刺激等によるマルチセンシング・情報伝達・運動機能に着目し、それらのデバイス集積化による流体制御デバイス・ロボット・発電機といったスマート(多機能)デバイスを創成する。

研究実績の概要

化石燃料やその産物としての電力に依拠した既存の機械システムに代わる、クリーンで安全かつ高効率なデバイス開発は現代諸分野が抱える共通課題である。その解決策としてこれまで代表者は、化学エネルギーのみで多彩で高効率な機能を発現でき、材料は自然に還元される生物機能に着目し、これと人工物を融合した新機能デバイスを開発してきたが、神経や血管等も含む動物の複雑な組織切片の機能維持やデバイス搭載は難しく、倫理的問題もあり、単発機能実証に留まっていた。そこで、本研究では、切片の生育が容易で倫理的な問題も少ない植物であるオジギソウの機械・光・熱刺激等によるマルチセンシング・情報伝達・運動機能に着目し、それらのデバイス集積化による流体制御デバイス・ロボット・発電機といったスマート(多機能)デバイスを創成する。
当該年度は、前年度までに調査した、オジギソウの基本特性としての発生力の測定やそのサイクル時間、また枝だけ切り離した場合のプロパティ計測結果などをもとに、実際のデバイスを設計試作した。具体的には、流体デバイスの液体の流れを操作するためのバルブを作製した。実際には、マイクロ流体チップ上にマイクロ流路とチャンバーを作製したもので、チャンバーの膜上に置いた金属の錘にオジギソウの枝が滑車を通してワイヤでつなげられ、枝が下がると錘が持ち上がり、ふさがっていた流路が開く仕組みとした。オジギソウの力の測定では、鉢植えのオジギソウではバルブの開閉に十分な15mN、枝部分だけを切り離した状態でも枝を二つ使えば同等の力が出せることが分かった。バルブの動作実証実験では、バルブの開いた状態が鉢植えの枝では約8分間、枝だけの状態では約2分間持続した。いずれもバルブの開閉を3回繰り返すことができ、耐圧は4.2kPaと、このサイズのバルブとしては圧電素子を用いた既存のものに匹敵する機能を持つことを確認できた。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 10件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Flow analysis on microcasting with degassed polydimethylsiloxane micro-channels for cell patterning with cross-linked albumin2020

    • 著者名/発表者名
      Shen Yigang、Tanaka Nobuyuki、Yamazoe Hironori、Furutani Shunsuke、Nagai Hidenori、Kawai Takayuki、Tanaka Yo
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 号: 5 ページ: e0232518-e0232518

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0232518

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pneumatically actuated thin glass microlens for on-chip multi-magnification observations2020

    • 著者名/発表者名
      Yusufu Aishan, Yaxiaer Yalikun, Yo Tanaka
    • 雑誌名

      Acuators

      巻: 9 号: 3 ページ: 73-73

    • DOI

      10.3390/act9030073

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Vacuum microcasting of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine polymer for stable cell patterning2020

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Nobuyuki、Sekine Ryoji、Funano Shun-ichi、Sato Asako、Carretero Nuria Taberner、Ebisuya Miki、Tanaka Yo
    • 雑誌名

      BioTechniques

      巻: 69 号: 3 ページ: 171-177

    • DOI

      10.2144/btn-2020-0052

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] User‐friendly cell patterning methods using a polydimethylsiloxane mold with microchannels2020

    • 著者名/発表者名
      Funano Shun‐ichi、Tanaka Nobuyuki、Tanaka Yo
    • 雑誌名

      Development, Growth & Differentiation

      巻: 62 号: 3 ページ: 167-176

    • DOI

      10.1111/dgd.12637

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Accurate rotation of ultra-thin glass chamber for single-cell multidirectional observation2020

    • 著者名/発表者名
      Aishan Yusufu、Yalikun Yaxiaer、Funano Shun-ichi、Shen Yigang、Tanaka Yo
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 号: 2 ページ: 026502-026502

    • DOI

      10.7567/1882-0786/ab626d

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Horizontal connection method for glass microfluidic devices2020

    • 著者名/発表者名
      Yaxiaer Yalikun, Nobutoshi Ota, Doudou Ma, Yo Tanaka
    • 雑誌名

      Micro & Nano Letters

      巻: 15 号: 5 ページ: 333-338

    • DOI

      10.1049/mnl.2019.0603

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of flow-induced microfluidic chip wall deformation on imaging flow cytometry2020

    • 著者名/発表者名
      Yaxiaer Yalikun, Nobutoshi Ota, Baoshan Guo, Tao Tang, Yuqi Zhou, Cheng Lei, Hirofumi Kobayashi, Yoichiroh Hosokawa, Ming Li, Hector Enrique Munoz, Dino Di Carlo, Keisuke Goda, Yo Tanaka
    • 雑誌名

      Cytometry: Part A

      巻: 97 号: 9 ページ: 909-920

    • DOI

      10.1002/cyto.a.23944

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Microfluidic Platform Based on Robust Gas and Liquid Exchange for Long-term Culturing of Explanted Tissues2019

    • 著者名/発表者名
      Nobutoshi Ota, Genki N. Kanda, Hiroyuki Moriguchi, Yusufu Aishan, Yigang Shen, Rikuhiro G. Yamada, Hiroki R. Ueda, Yo Tanaka
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 35 号: 10 ページ: 1141-1147

    • DOI

      10.2116/analsci.19P099

    • NAID

      130007726242

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • 年月日
      2019-10-10
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A valve powered by earthworm muscle with both electrical and 100% chemical control2019

    • 著者名/発表者名
      Yo Tanaka, Shun-ichi Funano, Yuji Noguchi, Yaxiaer Yalikun, Norihiro Kamamichi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: - 号: 1 ページ: 8042-8042

    • DOI

      10.1038/s41598-019-44116-3

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thin glass micro-dome structure based microlens fabricated by accurate thermal expansion of microcavities2019

    • 著者名/発表者名
      Yusufu Aishan, Yaxiaer Yalikun, Satoshi Amaya, Yigang Shen, Yo Tanaka
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 115 号: 26 ページ: 263501-263501

    • DOI

      10.1063/1.5123186

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [備考] 理化学研究所・集積バイオデバイス研究チームホームページ

    • URL

      http://ibd.riken.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-12-28  

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