| 研究課題/領域番号 |
15H05513
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
尾上 弘晃 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (30548681)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | マイクロ・ナノデバイス / マイクロファイバ / 機能性材料 / ハイドロゲル / 自己組織化 |
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| 研究実績の概要 |
平成28年度は（１）異種材料のファイバ内パターン形成（２）ファイバの自己折り畳みの検討と３次元構造の形成の２項目を主に実施した．（１）についてはマイクロ流体デバイス内の層流パターンを制御することで，中空やヤヌス型の断面形状を持つ刺激応答性Nipam-co-aacゲルファイバの形成に成功した．温度及びpHに応答することで，ファイバ内のNipam-co-aacのパターンに応じてファイバ形状が変化することを確認した．特に中空状の刺激応答性ゲルファイバを収縮・膨潤させることで（２）については竹槍状先端を持つマイクロ流路とパターニング技術を組み合わせることにより，Nipam-co-aacゲルがパターンされたスプリング形状の３次元構造の形成に成功した．このスプリング型３次元構造に温度による刺激を与えることで３次元構造が変形し，スプリングの伸縮が生じることを確認した．また，刺激応答性ゲル以外の物質を含む３次元構造体の形成の例として，磁性ナノ粒子および培養細胞を封入した３次元構造を形成し，それぞれ磁場応答性及び３次元組織形成が可能であることを実験により実証した．
これらの成果は国際学術論文誌Scientific Reportsに1編掲載，またマイクロ工学分野の権威ある国際会議であるMEMS2017及びmicroTAS2016においての発表を含む国際会議4件，国内学会4件として発表した．また刺激応答性マイクロゲルファイバの作製方法に関して特許を1件申請した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の計画であったファイバ内の材料のパターニングに着手し，断面方向への機能性材料の配置に成功した．また，マイクロスプリング形状の自発的な形成にも成功し，３次元構造体がマイクロゲルの自己折り畳みにより形成可能である実施例を実験的に示した．それに加え，当初は次年度に予定していた刺激による３次元構造体の変形も手がかりを掴み，本技術の応用先の一つであるソフトアクチュエータの実現可能性へ大きく前進した．そのため，当初の計画以上に伸展していると評価している．
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| 今後の研究の推進方策 |
プロジェクト最終年度であるH29年度は，(i)Self-foldingによる３次元構造構築と(ii)構築した複合材料構造体を用いた応用展開，の２つの研究課題に取り組む．
(i)としてH28年度からに引き続き，形状情報となる膨潤・収縮ゲルの位置を変えることにより，スプリング，バンドル，チューブ，シートなどといった基礎的な３次元構造の構築を実現する．膨潤・収縮によるfoldingの角度やファイバ表面の物理的相互作用を変えることにより，形成される構造の形状と安定性を評価する．同時に(ii)として，本提案手法により構築した複合3次元構造体を利用し，ソフトロボティクスや生体組織構築，また材料科学への応用展開を行う．具体的には，(1)刺激場によって伸縮するゲルアクチュエータを利用したソフトマイクロロボットの大量一括構築，(2)動脈などの配向性・階層性をもつ生体組織構築，(3)タンパク質の３次元構造を構築を模倣した汎用的複合材料構築法の実現，などが挙げられる．これらの応用展開を通じ，ファイバーを基軸とした複合ゲル材料の3次元構造構築法の有効性・汎用性を実証する．
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