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

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13124205
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 生田 幸士 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90212745)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長倉 俊明 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (40288577) ; 丸尾 昭二 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00314047)
• Keywords: 化学IC / マイクロ光造形法 / 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

本研究の目的は、独自開発した3次元微細加工法であるマイクロ光造形法を駆使して、申請者が提案している「化学ICチップ」の流体制御システムを完成させることである。本年度の主な研究成果を以下にまとめる。
1)化学IC用カップリング手法の開発と理論的解析
化学ICのみならず、すべてのマイクロ化学デバイスにおいて、マクロ-マイクロ間の接続インターフェースは重要課題となっている。本年度は、モジュール型化学ICを結合して化学生化学実験を行うために、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開発し、400kPa以上の高耐圧で液漏れがないシステムを完成した。さらに、理論的解析を行い、シリコーンラバーが薄いほど耐圧が高くなるというマイクロデバイスに適した特性を見いだした。
2)高耐久性マイクロポンプの開発と無細胞蛋白合成への応用
密着性の高い新型バルブを提案・開発し、耐久性の高い高性能マイクロポンプチップを作製した。本マイクロポンプを用いて、マイクロチップ内で7時間にわたり無細胞蛋白合成を行うことに初めて成功した。ポンプもマイクロ化することにより、蛋白合成用化学ICを、テーラーメード医療や体内埋込型デバイスへ応用することが可能となった。
3)マイクロホモジナイザー化学ICの開発
生化学や細胞生物学において必要不可欠な前処理操作であるホモジナイズ処理を行うための化学ICを開発した。本チップでは、圧電素子の振幅をホーンで拡大して、チップ内でキャビテーションを誘起する。これによりチャンバー内の細胞を破砕する。試作チップでは、わずか3秒間のホモジナイズにより、100%の効率で細胞(PC12)を破砕することに成功した。
4)自律型インスリン注入のための微小浸透圧バルブの開発
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を開発し、ラットを用いたin vivo試験を行い、その有効性を実証した

Research Products

• [Publications] S.Maruo, K.Ikuta, H.Korogi: "Submicron manipulation tools driven by light in a liquid"Applied Physics Letters. 82・1. 133-135 (2003)
• [Publications] S.Maruo, K.Ikuta: "Submicron stereolithography for the production of freely movable mechanisms by using single-photon polymerization"Sensors and Actuators A. 100・1. 70-76 (2002)
• [Publications] K.Ikuta, Y.Sasaki, H.Maegawa S.Maruo, T.Hasegawa: "Micro ultrasonic homogenizer chip made by hybrid microstereolithography"Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2002. 745-747 (2002)
• [Publications] K.Ikuta, A.Takahashi, K.Ikeda, S.Maruo: "User-assembly, fully integrated micro chemical laboratory using biochemical IC chips for wearable/implantable applications"Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2002. 37-39 (2002)
• [Publications] T.Hasegawa, K.Ikuta: "Silicone rubber coupling for micro fluidic devices -Theoretical analysis of sealing properties for interconnection"Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2002. 694-696 (2002)
• [Publications] S.Maruo, K.Ikuta, H.Korogi: "Direct nanomanipulation tools for biological samples"Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2002. 937-939 (2002)
• [Publications] K.Ikuta, Y.Sasaki, H.Maegawa, S.Maruo: "Biochemical IC chips for pretreatment in biochemical experiments"Proc. of the 15th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2003). 343-346 (2002)
• [Publications] K.Ikuta, A.Takahashi, K.Ikeda, S.Maruo: "Fully-integrated micro biochemical laboratory using biochemical IC chips"Proc. of the 15th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2003). 451-454 (2002)
• [Publications] K.Ikuta, A.Takahashi, K.Ikeda, S.Maruo: "Biochemical IC chips fabricated by hybrid microstereolithography"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. (In press). (2003)
• [Publications] S.Maruo, K.Ikuta, H.Korogi: "Optically driven micromanipulation tools fabricated by two-photon microstereolithography"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 739(In press). (2003)
• [Publications] 生田 幸士: "医療へ。生命科学へ。マイクロのちから。"NTT Advanced Technology. 23. 1-7 (2002)
• [Publications] 生田幸士: "マイクロナノロボティクスを用いた低侵襲医療"日本内視鏡外科学会雑誌. 8・1. 36-40 (2003)
• [Publications] 生田 幸士(分担執筆): "マイクロマシン技術総覧"産業技術サービスセンター. 753 (2003)
• [Publications] 丸尾 昭二(分担執筆): "マイクロマシン技術総覧"産業技術サービスセンター. 753 (2003)
• [Publications] 長倉俊明(分担執筆): "マイクロマシン技術総覧"産業技術サービスセンター. 753 (2003)