| 研究課題/領域番号 |
17H02794
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| 研究機関 | 弘前大学 |
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研究代表者 |
花田 修賢 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (20435671)
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| 研究分担者 |
山田 勝也 弘前大学, 医学研究科, 准教授 (40241666)
澤田 英夫 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (50259909)
武安 伸幸 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (90373323)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | フェムト秒レーザー / CYTOP / 波面制御 / ダブルパルス / ナノファイバー / 細胞集塊 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、空間的・時間的に変調したフェムト秒レーザーによる機能性フッ素ポリマーCYTOPの特殊微細加工技術開発および本技術を用いた３次元細胞培養・浸潤観察用バイオチップデバイス作製により、バイオ医用分野への応用展開を図ることを目的とした。
フッ素ポリマーCYTOPの加工技術開発について、本年度は、主にCYTOPの特殊微細加工を行うための加工システム構築を行った。フェムトレーザーを時間的・空間的に波面制御するべく、加工システムには、レーザーを２ビームに分岐することで、一方の光路に光学遅延回路を形成し光路差を与える光学系の設計および任意の光強度分布を形成可能な空間光位相変調器を組み込んだ。また、フェムト秒レーザーのパルスピッキングによる1shot照射を行うべく、ポッケルスセルも組み込んでいる。加工場においては、フェムト秒レーザー照射中にCYTOPの熱処理を可能にする加熱ヒーターを基板上に設置した。構築した加工システムを用いたフェムト秒レーザー照射実験では、CYTOP基板上に、フェムト秒レーザーの多点同時照射を行い、CYTOP製ナノファイバーの作製を試みた。その結果、従来レーザー照射方法に比べ、ファイバーの量および長さに変化を与える事に成功している。
また、新規フッ素ポリマー材料開発については、熱処理前後のCYTOPを用いたラマン測定を行った。バイオ医用応用に関しては、将来的なバイオチップ応用を踏まえ、細胞集塊培養のためのシステム構築を行っている。
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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
本年度は、CYTOPの特殊微細加工を行うことを目的としたフェムト秒レーザー加工システムの構築を行った。フェムト秒レーザーを２ビームに分岐して形成した光路遅延回路や任意の光強度分布を与える空間光位相変調器の設置、レーザーパルスピッキングによる1shot照射可能なポッケルスセルを、当初研究計画通り導入した。
先行研究では、従来フェムト秒レーザー直接描画法によりCYTOPのアブレーション加工痕内に、ナノファイバーライクな微小構造体を確認していたが、意図的にナノファイバーを作製するには至らなかった。ナノファイバーの作製は、将来的にCYTOPバイオチップ内で観察・分析する細胞集塊の培養を支援すると考えられる。そこで、構築した加工システムを用いて、ビームパターンを整形したCYTOP基板上へのフェムト秒レーザー照射を行うことで、ナノファイバーの作製を試みた。その結果、フェムト秒レーザーの多点同時照射により、ファイバーを大量に生産することを可能にし、かつファイバー長も従来照射方法に比べ、長くすることに成功した。また、ファイバー以外にも特異な３次元構造体の作製が可能であることを確認しており、当初の計画以上に研究が進展すると考えられる。
更に、CYTOPの熱処理前後におけるラマン分光測定結果により、当初より計画していた３次元多光子加工を目的とした新規フッ素ポリマー材料開発を行うことが可能であることを確認している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究計画としては、フェムト秒レーザー波面制御によるナノファイバー作製の改善（例えばファイバー長やファイバー径、ファイバーの堆積方法など）および新規３次元構造体の作製、およびその加工メカニズムの解明を行う予定である。また、フェムト秒レーザー３次元多光子加工を目的とした新奇フッ素ポリマー材料開発についても検討していく。最終的には、先行研究で開発した３次元CYTOPバイオチップの高次機能集積化を行う予定である。
細胞集塊分析応用については、研究分担者間のバイオチップに封入した細胞集塊の輸送方法について、また、CYTOPバイオチップ基板上での細胞培養について検討する予定である。
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