DNAナノチューブを利用した高い生体適合性を有する細胞内刺激電極アレイの研究開発

本研究では，人工細胞膜とDNAナノチューブを用いた高い生体適合性を有する神経細胞内刺激電極アレイの開発を目指す．これまで提案電極の実現のための基盤技術の開発を行った．具体的には，1) ジメチルポリシロキサン（PDMS）上に高い機械強度を有する人工細胞膜の形成，2）長さが制御可能なDNAナノチューブの試作，3)作製したDNAナノチューブと人工細胞膜の相互作用の調査を行った．以下に，それぞれの詳細を述べる．1) PDMS上に高い機械強度を有する人工細胞膜の形成．脂質の自発展開現象を用いて，硬いPDMS表面で高い機械的強度人工細胞を形成した．また，PDMSに対して適切なプラズマ処理を施すことにより，膜の形成速度や形成した膜の形状をコントロールできることがわかった．本技術は，提案電極の基板技術として重要な意味を持つ．2) 長さが制御可能なDNAナノチューブの試作．従来のDNAナノチューブの表面を化学修飾することで，長さが自由に伸長できる仕組みを開発した．原子間力顕微鏡を用いてサイズを確認したところ，DNAナノチューブの長さは伸長前34.4 nm，伸長後64.2 nmで，約2倍にすることができた．またDNAナノチューブの物質透過を評価するために，パッチクランプを用いた電気計測実験系を新たに構築した．結果，作製したDNAナノチューブが電荷を透過させ，導電性を持つことが判明した．3) DNAナノチューブと人工細胞膜の相互作用の調査．作製したDNAナノチューブと人工細胞膜の相互作用を評価できる，水晶振動子マイクロバランスを利用した新たな実験系を構築した．結果，DNAナノチューブが人工細胞膜に導入する様子をリアルタイムで評価することができ，提案電極の性質に関する新たな知見を得た．

本研究では，人工細胞膜とDNAナノチューブを用いた高い生体適合性を有する神経細胞内刺激電極アレイの開発を目指す．これまで提案電極の実現のための基盤技術の開発を行った．具体的には，1) ジメチルポリシロキサン（PDMS）上に高い機械強度を有する人工細胞膜の形成，2）長さが制御可能なDNAナノチューブの試作，3)作製したDNAナノチューブと人工細胞膜の相互作用の調査を行った．以下に，それぞれの詳細を述べる．1) PDMS上に高い機械強度を有する人工細胞膜の形成．脂質の自発展開現象を用いて，硬いPDMS表面で高い機械的強度人工細胞を形成した．また，PDMSに対して適切なプラズマ処理を施すことにより，膜の形成速度や形成した膜の形状をコントロールできることがわかった．本技術は，提案電極の基板技術として重要な意味を持つ．2) 長さが制御可能なDNAナノチューブの試作．従来のDNAナノチューブの表面を化学修飾することで，長さが自由に伸長できる仕組みを開発した．原子間力顕微鏡を用いてサイズを確認したところ，DNAナノチューブの長さは伸長前34.4 nm，伸長後64.2 nmで，約2倍にすることができた．またDNAナノチューブの物質透過を評価するために，パッチクランプを用いた電気計測実験系を新たに構築した．結果，作製したDNAナノチューブが電荷を透過させ，導電性を持つことが判明した．3) DNAナノチューブと人工細胞膜の相互作用の調査．作製したDNAナノチューブと人工細胞膜の相互作用を評価できる，水晶振動子マイクロバランスを利用した新たな実験系を構築した．結果，DNAナノチューブが人工細胞膜に導入する様子をリアルタイムで評価することができ，提案電極の性質に関する新たな知見を得た．