光硬化型イオンゲルを用いた高性能ソフトマイクロマニピュレータの開発

使用光固化离子凝胶开发高性能软微操作器

• 批准号: 20031010
• 负责人: 丸尾 昭二
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20031010/
• 关键词: マイクロ光造形; 光硬化イオンゲル; マイクロマニピュレータ

近年、細胞やバクテリア・DNAなどの生体試料を高精度に操作するバイオマニピュレーション技術の開発が強く求められている。本研究では、低電圧で水中駆動が可能なソフトマイクロマニピュレータの開発を目的としている。本年度は、昨年度までに駆動実証した光硬化型イオンゲルアクチュェータの微小化と3次元化を目指して、新しい電極材料および電極作製方法の検討を行った。第一の方法は、有機溶媒に分散したカーボンナノチューブをスプレー法を用いて、イオンゲル製カンチレバーに塗布する方法である。カンチレバー側面に溝を形成することで、スプレー中に電極間が導通しないように工夫した。実際に、試作したカンチレバー型アクチュエータの駆動顕教実験を行い、印加電圧に応答して変位することが確認できた。しかし、変位量が小さく、電極の表面積を増加させる改良が必要である。一方、第二の方法として、マイクロ光造形によって作製した樹脂製の3次元微小電極構造を、熱処理によって炭化する任意の3次元微小電極を形成する手法を開発した。特に、炭化した際に微細な3次元構造を維持できる新規光硬化性樹脂を開発することに成功し、数μmの直径の微細電極の形成も可能であることを実証した。今後、この炭素電極に光硬化型イオンゲルを塗布し、微小なイオンゲル・マニピュレータを作製し、細胞やバクテリアなどの生体試料を低侵傷で把持・操作できるソフトマニピュレータの開発をめざす。

近年来，人们对开发能够高精度操纵细胞、细菌和DNA等生物样本的生物操纵技术有着强烈的需求。这项研究的目的是开发一种可以在水下低电压驱动的软微操纵器。今年，我们研究了新的电极材料和电极制造方法，目的是使光固化离子凝胶致动器小型化和三维化，我们去年已在运行中进行了演示。第一种方法是使用喷涂方法将分散在有机溶剂中的碳纳米管施加到离子凝胶悬臂梁上。通过在悬臂侧面形成凹槽，我们设计了一种防止喷涂过程中电极之间导电的方法。我们实际上对原型悬臂执行器进行了驱动实验，并确认它可以响应施加的电压而发生位移。然而，需要进行改进以增加小位移电极的表面积。另一方面，作为第二种方法，我们开发了一种通过热处理对通过微立体光刻法制造的树脂三维微电极结构进行碳化来形成任意三维微电极的方法。特别是，我们成功开发了一种新型光固化树脂，在碳化时仍能保持精细的三维结构，并证明可以形成直径为几微米的精细电极。未来，我们将在这种碳电极上涂上光固化离子凝胶，制造出微型离子凝胶机械手，目标是开发一种能够以最小侵入性抓取和操纵细胞和细菌等生物样本的软机械手。

项目成果

Photocurable ionic gels for the development of soft microactuators

用于开发软微执行器的光固化离子凝胶

• 发表时间: 2009
• 作者: Hisashi Kokubo;Takeshi Ueki;Tomohiro Yasuda;Seung-Yul Lee;Daisuke Aoki;Yuuta Sano;Kazuyuki Niitsuma;Ayuko Yamaguchi;Shutaro Saito
• 通讯作者: Shutaro Saito

Development of a soft actuator using a photocurable ionic gel

• DOI: 10.1088/0960-1317/19/3/035005
• 发表时间: 2009-03
• 期刊: Journal of Micromechanics and Microengineering
• 影响因子: 2.3
• 作者: S. Saito;Yuichi Katoh;H. Kokubo;M. Watanabe;S. Maruo

Development of microactuators using photopatternable ionic gel

使用可光图案化离子凝胶开发微执行器

• 发表时间: 2008
• 作者: S. Saito;Y. Kato;H. Kokubo M. Watanabe and S. Maruo
• 通讯作者: H. Kokubo M. Watanabe and S. Maruo

光硬化イオンゲルアクチュエータの開発

光固化离子凝胶驱动器的开发

• 发表时间: 2008
• 作者: 齋藤秀太郎;加藤優一;小久保尚;渡邉正義;丸尾昭二
• 通讯作者: 丸尾昭二