ナノスケール超高速細胞選別・操作に基づく３次元細胞システムの超高速アセンブリ

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: 超高速バイオアセンブラ
• 研究課題/領域番号: 23106006
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 福田 敏男 名城大学, 理工学部, 教授 (70156785)
• 研究分担者: 中島 正博 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80377837)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ナノデバイス / ナノマニピュレーション / 局所環境計測・制御 / 高速細胞応答計測 / 高効率細胞操作

研究実績の概要

単一細胞の局所計測・制御用のナノデバイス技術を応用し，環境制御型電子顕微鏡及びマイクロチップ内でのナノロボット操作技術を発展させ，３次元細胞システムの機能解明のためのナノスケールの高速・高効率細胞応答計測・操作システムを構築する．
(1)細胞内外のインピーダンス特性，pHや温度などの物理量により細胞の活性を高速・高効率に計測・制御するためのナノデバイスを作製し，細胞の特性や状態を計測・制御する．(2)ナノデバイスを活用することにより，細胞及び足場間のインターラクションを計測し，細胞・足場複合体のIn vivo応用のためにIn vitroにおける評価技術を確立する．(3)3次元機能性複合組織を形成するために，細胞・足場複合体のIn vitro培養及び摩擦抵抗力・機械的強度・多層間付着力などの計測・評価技術を確立する．
そこで今年度は，前年度までの成果に基づき，主に以下に挙げる研究課題について実施した．
(1)３次元細胞構造体の組み立てをスケールアップし，より簡便な操作で実現することが望まれている．そこで，磁性微粒子を細胞マイクロ構造体中に包埋し，着磁させることで磁化し，自己組織的に組み立てる手法を提案し，基礎的な知見を得た．(2)ゲル中に包埋された細胞は，培地交換を行わなければ，細胞死に至る可能性がある．そこで，アルギン酸ファイバーを溶かし出すなどの新たな手法を提案し，細胞を包埋したゲル中に毛細血管状のマイクロチャネルを作り出すための基礎的な知見を得た．(3)バイオプリンティング技術では連続的に細胞を打ち出すことが出来るが，単純に基板に打ち出したのみでは，表面張力などの影響により，細胞のパターニングが困難となる．そこで，生体適合性・生分解性材料状にマイクロパターニングを施し，バイオプリンティング技術を応用して細胞のパターニングをする手法を提案し，基礎的な知見を得た．

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Batch Fabrication of Microscale Gear-Like Tissue by Alginate-Poly-L-lysine (PLL) Microcapsules System (2016)
  • 著者名/発表者名: Z. Liu, M. Takeuchi, M. Nakajima, T. Fukuda, Y. Hasegawa, Q. Huang
  • 雑誌名: IEEE Robotics and Automation Letters 巻: 1 ページ: 206-212
  • DOI: 10.1109/LRA.2016.2514500
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-Speed Bioassembly of Cellular Microstructures with Force Characterization for Repeating Single-Step Contact Manipulation (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Wang, Q. Shi, T. Sun, X. Liu, M. Nakajima, Q. Huang, T. Fukuda
  • 雑誌名: IEEE Robotics and Automation Letters 巻: 1 ページ: 1097-1102
  • DOI: 10.1109/LRA.2016.2522084
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Micromanipulation for Coiling Microfluidic Spun Alginate Microfibers by Magnetically Guided System (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sun, H. Wang, Q. Shi, M. Takeuchi, M. Nakajima, T. Fukuda, Q. Huang
  • 雑誌名: IEEE Robotics and Automation Letters 巻: 1 ページ: 803-813
  • DOI: 10.1109/LRA.2016.2524991
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 小口径細胞構造体のための細胞包埋ゲルファイバー巻き取りシステム (2016)
  • 著者名/発表者名: 武井 菜月，中島 正博，竹内 大，福田 敏男
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 82 ページ: 15-00547
  • DOI: 10.1299/transjsme.15-00547
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hybrid Stent Device of Flow-diverting Effect and Stent-assisted Coil Embolization Formed by Fractal Structure (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Kojima, Keiko Irie, Kouhei Masunaga, Yasuhiko Sakai, Masahiro Nakajima, Masaru Takeuchi, Toshio Fukuda, Fumihito Arai, Makoto Negoro
  • 雑誌名: Medical & Biological Engineering & Computing 巻: 54 ページ: 831-841
  • DOI: 10.1007/s11517-015-1374-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 次世代脳血管内治療のための弁付きハイブリッドフラクタルステントの研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 市川 明彦，伊藤 隆博，下垣外 浩平，久保 貴，福田 敏男
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 81 ページ: 14-00635
  • DOI: 10.1299/transjsme.14-00635
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bacterial sheet-powered rotation of a micro-object (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaru Kojima, Tatsuya Miyamoto, Masahiro Nakajima, Michio Homma, Tatsuo Arai, Toshio Fukuda
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.snb.2015.07.071
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic assembly of microfluidic spun alginate microfibers for the fabrication of three-dimensional cell-laden hydrogel constructs (2015)
  • 著者名/発表者名: Tao Sun, Qiang Huang, Qing Shi, Huaping Wang, Xiaoming Liu Minoru Seki, Masahiro Nakajima, Toshio Fukuda
  • 雑誌名: Microfluidics Nanofluidics 巻: 19 ページ: 1169-1180
  • DOI: 0.1007/s10404-015-1633-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamic Force Characterization Microscopy Based on Integrated Nanorobotic AFM and SEM System for Detachment Process Study (2015)
  • 著者名/発表者名: Yajing Shen, Masahiro Nakajima, Zhenhai Zhang, Toshio Fukuda
  • 雑誌名: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 巻: 20 ページ: 3009-3017
  • DOI: 10.1109/TMECH.2015.2413779
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single Cell Mass Measurement Using Drag ForceInside Lab-on-Chip Microfluidics System (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Rahman, M. R. Ahmad, M. Takeuchi, M. Nakajima, Y. Hasegawa, T. Fukuda
  • 雑誌名: IEEE Trans. Nanobioscience 巻: 14 ページ: 927-934
  • DOI: 10.1109/TNB.2015.2507064
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Measurement of MWCNT/Tungsten Contact Resistance by bridging CNT on Two Tungsten electrodes with Two Manipulators (2015)
  • 著者名/発表者名: Ning Yu, Masahiro Nakajima, Qing Shi, Masaru Takeuchi, Zhan Yang, Qiang Huang, Toshio Fukuda
  • 学会等名: 2015 IEEE/SICE Int. Symp. on System Integration (SII)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-12-11 – 2015-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] Local Guiding of C. elegans inside Micro-channel for Injection Operation (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Ayamura, Masahiro Nakajima, Masaru Takeuchi, Naoki Hisamoto, Pastuhov Strahil, Yasuhisa Hasegawa, Toshio Fukuda
  • 学会等名: 2015 IEEE/SICE Int. Symp. on System Integration (SII)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-12-11 – 2015-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] 3D Magnetic Assembly of Cellular Structures with “Printing” Manipulation by Microrobot-controlled Microfluidic System (2015)
  • 著者名/発表者名: Pengyun Li, Qing Shi, Huaping Wang, Xiaolan Tu, Tao Sun, Xiaoming Liu, Qiang Huang, Toshio Fukuda
  • 学会等名: the 2015 IEEE Conf. on Robotics and Biomimetics
  • 発表場所: Zhuhai, China
  • 年月日: 2015-12-06 – 2015-12-09
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of Hepatic Lobule Model based on Electrodeposition (2015)
  • 著者名/発表者名: Zeyang Liu, Masaru Takeuchi, Masahiro Nakajima, Toshio Fukuda, Yasuhisa Hasegawa, Qiang Huang
  • 学会等名: 26th 2015 Int. Symp. on Micro-NanoMechatronics and Human Science(MHS2015)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-23 – 2015-11-25
  • 国際学会
• [学会発表] In situ Nanomanipulation with 3D SEM-CT Observation inside Environmental SEM (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nakajima, Masaru Takeuchi, Toshio Fukuda, Yasuhisa Hasegawa, Qiang Huang
  • 学会等名: 26th 2015 Int. Symp. on Micro-NanoMechatronics and Human Science(MHS2015)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-23 – 2015-11-25
  • 国際学会
• [学会発表] On-chip Fabrication of Bio-degradable Microstructures (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryota Sakakibara, Masaru Takeuchi, Akihiko Ichikawa, Kenichi Ohara, Masahiro Nakajima, Yasuhisa Hasegawa, Toshio Fukuda
  • 学会等名: 26th 2015 Int. Symp. on Micro-NanoMechatronics and Human Science(MHS2015)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-23 – 2015-11-25
  • 国際学会
• [学会発表] Microchannels Fabrication by Alginate Fiber Molding Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaru Takeuchi, Masahiro Nakajima, Toshio Fukuda, Yasuhisa Hasegawa
  • 学会等名: 26th 2015 Int. Symp. on Micro-NanoMechatronics and Human Science(MHS2015)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-23 – 2015-11-25
  • 国際学会
• [学会発表] Local Melting of Hydrogel for Microchannels Fabrication in Cell Structures (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Oya, Masaru Takeuchi, Akihiko Ichikawa, Kenichi Ohara, Masahiro Nakajima, Yasuhisa Hasegawa, Toshio Fukuda
  • 学会等名: 26th 2015 Int. Symp. on Micro-NanoMechatronics and Human Science(MHS2015)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-23 – 2015-11-25
  • 国際学会
• [学会発表] Shape-controlled production of alginate-Poly-L-lysine (PLL) microcapsules for 3D cell structures fabrication based on electrodeposition method (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Liu, M. Takeuchi, M. Nakajima, Y. Hasegawa, T. Fukuda and Q. Huang,
  • 学会等名: 19th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 年月日: 2015-10-25 – 2015-10-29
  • 国際学会
• [学会発表] Survival Microinjection into C. elegans with In vivo Observation based on Micromanipulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nakajima, Yuki Ayamura, Masaru Takeuchi, Naoki Hisamoto, Strahil Pastuho, Yasuhisa Hasegawa, Toshio Fukuda, Qiang Huang
  • 学会等名: 2015 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • 発表場所: Hamburg, Germany
  • 年月日: 2015-09-28 – 2015-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] Automated Bubble-Based Assembly of Cell-Laden Microgels into Vascular-Like Microtubes (2015)
  • 著者名/発表者名: Xiaoming Liu, Qing Shi, Huaping Wang, Tao Sun, Ning Yu, Qiang Huang, Toshio Fukuda
  • 学会等名: 2015 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • 発表場所: Hamburg, Germany
  • 年月日: 2015-09-28 – 2015-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] Electrodeposition of Cell-laden Alginate-PLL Hydrogel Structures for Spatially Selective Entrapment (2015)
  • 著者名/発表者名: Zeyang Liu, Masaru Takeuchi, Masahiro Nakajima, Toshio Fukuda, Yasuhisa Hasegawa, Qiang Huang
  • 学会等名: 2015 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • 発表場所: Hamburg, Germany
  • 年月日: 2015-09-28 – 2015-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] Contact Characterization between Multi-Walled Carbon Nanotubes and Metal Electrodes (2015)
  • 著者名/発表者名: Qing Shi, Ning Yu, Qiang Huang, Toshio Fukuda, Masahiro Nakajima, Zhan Yang
  • 学会等名: 2015 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • 発表場所: Hamburg, Germany
  • 年月日: 2015-09-28 – 2015-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] Shape-controlled production of alginate hydrogel-poly-L-lysine microcapsules based on electrodeposition method (2015)
  • 著者名/発表者名: Zeyang Liu, Masaru Takeuchi, Masahiro Nakajima, Yasuhisa Hasegawa, Toshio Fukuda, Qiang Huang
  • 学会等名: the 41st Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2015)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-12
  • 国際学会
• [学会発表] utomated Biomanipulation to Assemble Cellular Microstructure with Railed Multi-Microrobotic System (2015)
  • 著者名/発表者名: Huaping Wang, Qing Shi, Qiang Huang, Tao Sun, Toshio Fukuda, Masahiro Nakajima, Masaru Takeuchi
  • 学会等名: the 2015 IEEE Int. Conf. on Information and Automation Lijing,
  • 発表場所: Yunnan, China
  • 年月日: 2015-08-08 – 2015-08-10
  • 国際学会
• [学会発表] Aqueous Imaging by SEM-CT System inside Environmental-SEM (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nakajima, Masaru Takeuchi, Kouya Shimazaki, Naoki Hisamoto, Yasuhisa Hasegawa, Toshio Fukuda
  • 学会等名: 15th IEEE Int. Conf. on Nanotechnology
  • 発表場所: Rome, Italy
  • 年月日: 2015-06-27 – 2015-06-30
  • 国際学会
• [学会発表] 3D Microchannel Networks by Melting Alginate Hydrogel Fibers for Cell Structures (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaru Takeuchi, Masahiro Nakajima, Yasuhisa Hasegawa, Toshio Fukuda
  • 学会等名: 15th IEEE Int. Conf. on Nanotechnology
  • 発表場所: Rome, Italy
  • 年月日: 2015-06-27 – 2015-06-30
  • 国際学会
• [学会発表] Three-Dimensional Magnetic Assembly of Alginate Microfibers Using Microfluidic "printing" Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Tao Sun, Qiang Huang, Qing Shi, Huaping Wang, Masahiro Nakajima, Toshio Fukuda
  • 学会等名: ICRA 2015 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation
  • 発表場所: Seattle, USA
  • 年月日: 2015-05-26 – 2015-05-30
  • 国際学会
• [学会発表] Lab in a Droplet (LiD): Self-Assembly of Micro-Nano Structures Inside a Droplet Using Surface Tension (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaru Takeuchi, Akihiko Ichikawa, Masahiro Nakajima, Toshio Fukuda, Yasuhisa Hasegawa, Huang Qiang
  • 学会等名: ICRA 2015 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation
  • 発表場所: Seattle, USA
  • 年月日: 2015-05-26 – 2015-05-30
  • 国際学会