| 研究課題/領域番号 |
15K13919
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
田中 陽 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, ユニットリーダー (40532271)
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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 / マイクロマシン / 流体工学 / 生体機能利用 / ミミズ |
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| 研究実績の概要 |
掌サイズの基板上の微細流路に化学・生化学プロセスを集積したマイクロ流体チップは次世代型実験ツールとして注目されているが流体や物体の駆動には流路に比べ大きく煩雑なシステムが必要である。一方、生体の筋組織は精緻な化学・力学的機能が集約された流体制御素子であり、これを組み込むことで飛躍的に高集積・高機能なデバイスを実現可能との着想のもと、申請者は以前心筋を用いたポンプを開発したが、外部制御が困難という問題があった。そこで申請者はミミズの体壁筋に着目した。これは心筋や平滑筋のような流体制御に適した膜環状構造を持ちながら骨格筋のように瞬発性・制御性が高く、また体表の剛毛と併せて蠕動運動も可能なきわめて高度な筋組織であり、本研究ではこれを用いた微小流路内での流体制御および物体輸送システムの創成を目的とした。
当該年度は、デバイス設計にあたり、ミミズの筋組織の生理力学的特徴を把握する必要があるため、組織を神経ごと様々なサイズに切り、ミミズに適した生理的塩溶液中で一定時間機能を保ったまま生かせることを確認し、張力測定器により物理・電気・化学刺激に対する発生張力や応答速度を計測した。発せ鵜張力は10 mNレベル、応答速度は10 msオーダーであった。これは同サイズの培養心筋細胞シートに比べても大きく、研究代表者らが以前に開発した心筋ポンプなどの細胞デバイスをより強化できる可能性が見出せた。また、とくに電気刺激によって非常に制御性良く収縮のタイミングを制御することが可能であることが分かった。このような膜状の筋肉は自然界でも珍しく、これがデバイスへの利用の妥当性が検証されたことは今後の細胞デバイス発展にとっても意義深い。
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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
当該年度は、まずはミミズの基礎的な力学的特性を把握するとともに、この天然の発生力を利用して流体駆動のようなデバイス素子としての有用性を実証することができ、まずは当初の計画を達成できたといえる。さらに、それだけにとどまらず、この発生力が電気刺激によって非常に精度よく制御可能であることが実証され、繰り返し使用可能であることも明らかになったことから、研究代表者らが以前に開発した心筋細胞ポンプなどの従来の細胞デバイスの性能を遥に凌駕するデバイスが作製できる可能性が見出され、当所の目的以上に進展がみられたといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、ミミズ体壁筋の収縮力を利用したポンプやバルブの開発へと移行するが、まずは以前に研究代表者らが作製した、心筋細胞シートを用いたポンプの心筋シートをミミズ体壁筋に置き換えたタイプのデバイスでポンプ機能を検証するとともに、同様のデバイスで化学刺激による持続液な収縮を利用したバルブ機能の実証に取り組む。また、これらのデバイスの機能を以前のデバイスと比較し、どの程度性能が実際にアップしたかについて検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度は、当初想定よりも体壁筋の力が大きいことがわかり、これを大きくするための諸検討の必要性が小さくなった。これにより研究自体は当初の計画よりも進展したことになるが、必然的にデバイス検証に向けた準備実験が大幅に短縮することが可能となり、それ相当分として研究費の未使用分が発生した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
未使用分1,297,300円は、物品費としてシビレエイ他、試薬や実験器具などの消耗品として100,000円、学会参加や打ち合わせ等のための旅費として100,000円、実験員等の人件費として1,000,000円、学会登録費などその他として97,300円を計画している。
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