3次元微細加工法によるマイクロ流体制御システムの創製

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13124205
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 生田 幸士 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90212745)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長倉 俊明 鈴鹿医療科学大学, 医用工学部, 助教授 (40288577) ; 丸尾 昭二 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (00314047)
• Keywords: 化学IC / マイクロ光造刑法 / マイクロポンプ / マイクロバルブ / マイクロ化学分析システム / 無細胞タンパク合成 / テーラーメイド製薬 / 体内埋込デバイス

Research Abstract

本年度の研究成果を以下にまとめる。
1)気体・液体輸送可能な高性能マイクロポンプチップの開発
従来のマイクロポンプチップを抜本的に改良し、液体・気体双方の輸送が可能な高性能ポンプチップを開発した。このポンプは、新たに開発した圧力損失が1kPa以下の低損失バルブを用いることで、液体・気体双方の輸送を可能としている。気体輸送が可能となったことで、マイクロ化学デバイスにおける重要課題の一つである気泡を外部に自動排出できるうえに、微量サンプルの自動注入への応用を可能にした。
2)化学IC用カップリング手法の開発
モジュール型化学ICを結合し、高度な化学合成分析装置を構成するために、ホルダーユニットとシリコーンラバーフィルムを利用するカップリング手法を提案・開発した。このカップリング手法は、流路のデッドスペースが小さい、再利用可能、400kPa以上の高耐圧という特長がある。さらに、本手法は、化学ICのみならず広く一般のマイクロ化学デバイス間の結合にも応用できる。
3)化学ICによる連続式無細胞タンパク合成
化学ICの生化学応用として、ポストゲノム研究のキーテクノロジーとなりうる「連続式無細胞タンパク合成用化学ICファミリー」を開発した。このチップ群は、コネクタチップ、リザーバーチップ、一方向バルブチップ、リアクタチップ、フォトセンサーチップの計5枚からなる。各チップをホルダーユニット内に固定し、DNAからタンパク質(ルシフェラーゼ)を8時間にわたり連続的に合成することに世界で初めて成功した。近い将来、テーラーメード製薬にも貢献できる。
4)自律型インスリン注入用浸透圧バルブの微小化
グルコース濃度差によって自律的にインスリン供給を行う浸透圧バルブの更なる微小化に成功した。従来の膜型浸透圧バルブに加えて、新たに針型浸透圧バルブ(外径:1mm)を試作した。さらに、ラットを用いたin vivo試験も開始している。

Research Products

• [Publications] S.Maruo, K.Ikuta: "Submicron stereolithography for the production of freely movable mechanisms by using single-photon polymerization"Sensors and Actuators A. 96(in press). (2002)
• [Publications] K.Ikuta, T.Hasegawa, T.Adachi: "The optimized SMA Micro pump chips applicable to liquids and gases"Proc. of 11th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers '01). 916-919 (2001)
• [Publications] K.Ikuta, K.Ikeda, A.Takahashi, S.Maruo: "Chemical IC chip family for on-chip cell-free protein synthesis from DNA"Proc. of Micro Total Analysis Systems 2001. 233-235 (2001)
• [Publications] T.Hasegawa, K.Ikuta: "Simple and effective method for hold and connect of chemical IC chip-set"Proc. of Micro Total Analysis Systems 2001. 377-378 (2001)
• [Publications] K.Ikuta, T.Adachi, T.Hasegawa: "Multi-micro pump chip to flow gases and liquids"Proc. of Micro Total Analysis Systems 2001. 233-235 (2001)
• [Publications] S.Maruo, K.Ikuta, H.Korogi: "Remote Light-driven Micromachines Fabricated by 200 nm Microstereolithography"Proc. of the IEEE Conference on Nanotechnology (IEEE NANO 2001). 508-512 (2001)
• [Publications] K.Ikuta, K.Ikeda, A.Takahashi, S.Maruo: "Artificial cellular device with cell-free protein synthesis ability constructed by chemical IC chips"Proc. of the IEEE Conference on Nanotechnology (IEEE NANO 2OO1). 134-139 (2001)
• [Publications] S.Maruo, K.Ikuta, H.Korogi: "Optical drive of constrained micromechanisms produced by two-photon microstereolithography with 200 nm resolution"Proc. of Fourth International Workshop on High Aspect Ratio MicroStructure Technology (HARMST '01). 57-58 (2001)
• [Publications] T.Nagakura, et al.: "The Study of functional tissue characterization for arteriosclerosis estimated with continuous ultrasound image"Korea Society of Medical & Biological Engineering. 132-133 (2001)
• [Publications] 伊丹正浩, 長倉俊明 他: "浸透圧バルブのマスプロダクトの検討"医用電子と生体工学. 39. 540 (2001)
• [Publications] 長倉俊明, 伊丹正浩 他: "浸透圧バルブの力学的考察と動物実験への検討"医用電子と生体工学. 39. 540 (2001)
• [Publications] 宇田昌樹, 長倉俊明 他: "連続超音波断層像による循環器支援診断のための汎用3D画像システムの研究"医用電子と生体工学. 39. 546 (2001)
• [Publications] 野上真子, 長倉俊明 他: "多源視による定量的3次元画像の再構成の研究"医用電子と生体工学. 39. 540 (2001)
• [Publications] 長倉俊明, 石原 謙 他: "糖尿病治療のための自立型微小インスリン注入システムの研究"中谷電子計測技術振興財団 年報. 15. 60-64 (2001)
• [Publications] 生田幸士: "化学ICが拓くテーラーメード化学と医療"BME. 15・10. 63-67 (2001)
• [Publications] 生田幸士: "化学の世界を変える化学ICチップ"未来材料. 2・3. 16-23 (2001)
• [Publications] 生田幸士: "化学ICが拓くバイオマイクロデバイス"化学装置. 44・2. 48-54 (2001)
• [Publications] Koji Ikuta: "Biochemical IC Chip Family for In-chip Cell-free Protein Synthesis from DNA"Proc. of Second International Symposium on Biomimetic Materials Processing (BMMP-2). 31-32 (2001)
• [Publications] 丸尾昭二, 生田幸士(分筆担当): "「光マイクロマシンにおける微細加工プロセス・材料技術とデバイスの応用展開」"技術情報協会(印刷中). (2002)
• [Publications] 長倉俊明(分筆担当): "MEの基礎知識と安全管理"南江堂. 400 (2002)
• [Publications] 長倉俊明(分筆担当): "ナノ・マイクロマシン技術総覧"産業技術サービスセンター(印刷中).