再生軟組織内部に微小磁気駆動パーツを機能的に分散配置した能動型灌流システムの開発

开发在再生软组织内具有功能分布微磁部件的主动灌注系统

• 批准号: 21K04853
• 负责人: 井上 健司
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04853/
• 关键词: 再生組織; 灌流ネットワーク; 磁気駆動; 細胞培養; 精密ステージ; マイクロハンド

本研究の目的は、再生軟組織内部に灌流用の能動型流路ネットワークを形成する方法を提案することである。基本ユニットである灌流パーツは、円筒状のポリウレタン樹脂内部に鉄粒子を分散させた構造を持つ。外部から磁場を印加すると鉄粒子が引き寄せられて圧縮し、磁場を取り除くとポリウレタンの弾性によって元に戻る。よって、磁場を周期的に印加することで、パーツをポンプのように作動させることができる。この灌流パーツを量産し、構成したい流路に沿って密に並べた管を造る戦略と、疎に配置して培養液を微拍動させ、内皮細胞の血管新生能力により流路を発生させる戦略で、流路ネットワークを形成し、外部磁場により能動的に灌流を発生・制御する。令和４年度は、前年度に考案した灌流パーツ作成法の自動化に取り組んだ。この方法では、金属線をポリウレタン樹脂溶液に浸してから鉄粒子を付着させて固化し、出来上がった円筒状の灌流パーツを金属線から引き抜く。装置は、XYZステージで金属線の溶液瓶・鉄粒子瓶間の移動と引き抜き動作を行う。引き抜く際は、灌流パーツをソレノイドで押さえておく。開発の結果、一部に簡単な手動操作を含むものの、ほぼすべてのプロセスを自動で行うことが可能となった。次に、既存設備の2本指マイクロハンドを用いて、灌流パーツ等の複数の微小物体を整列させるシステムを構築した。さらに、灌流パーツに磁場を周期的に印加するため、ネオジム磁石を灌流パーツの下でXY方向に移動する装置を作成した。また、再生軟組織のモデルとしてコラーゲンゲルを利用し、その中にメッキした鉄粒子と線維芽細胞を分散して細胞培養の適合性を検討した。さらに、動的磁場をかけて、鉄粒子の動きによってコラーゲンゲル中のインク微粒子の拡散変化を観察した。動的磁場と鉄粒子の動きによって、ゲル内の拡散を促進されることが示唆された。

本研究的目的是提出一种形成用于再生软组织内部灌注的主动通道网络的方法。基本单元，即灌注部分，具有铁颗粒分散在圆柱形聚氨酯树脂内部的结构。当施加外部磁场时，铁颗粒被吸引和压缩，当磁场移除时，由于聚氨酯的弹性，它们恢复到原来的形状。因此，通过周期性地施加磁场，该部件可以像泵一样运行。一种策略是批量生产这些灌注部件并创建沿着您想要配置的流路紧密排列的管，另一种策略是将它们稀疏地排列并在培养基中产生轻微的脉动，以使用内皮细胞的血管生成能力形成，并使用外部磁场主动产生和控制灌注。 2020年，我们致力于将前一年设计的灌注部件创建方法自动化。在该方法中，将金属线浸入聚氨酯树脂溶液中，然后使铁颗粒附着并固化，并将所得的圆柱形灌注部件从金属线中拉出。该装置使用XYZ平台移动并拉出溶液瓶和铁颗粒瓶之间的金属线。拉出时，用电磁阀握住冲洗部分。经过开发，尽管某些部分需要简单的手动操作，但几乎所有过程都可以自动执行。接下来，我们构建了一个系统，使用现有的两指微型手来对齐多个微型物体，例如灌注部件。此外，为了向灌注部分周期性地施加磁场，我们制作了一种在灌注部分下方沿 X 和 Y 方向移动钕磁铁的装置。此外，我们使用胶原蛋白凝胶作为再生软组织的模型，并在其中分散电镀铁颗粒和成纤维细胞，以检查其是否适合细胞培养。此外，通过施加动态磁场，我们观察到由于铁颗粒的运动而导致胶原凝胶中墨水颗粒扩散的变化。这表明动态磁场和铁颗粒的运动促进了凝胶内的扩散。

项目成果

再生軟組織内部に灌流を発生させるための微小磁気駆動パーツの開発

开发微磁驱动部件以在再生软组织内产生灌注

• 发表时间: 2022
• 作者: 東山侑太;川口敏史;馮忠剛;井上健司
• 通讯作者: 井上健司

2本の垂直マイクロフィンガーと顕微鏡用ステージを併用した微小物体の自動ピックアンドプレース

使用两个垂直微型手指和显微镜载物台自动拾取和放置微小物体

• 发表时间: 2023
• 作者: 太田佑里香;川口敏史;井上健司
• 通讯作者: 井上健司