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

利用DNA纳米管研发高生物相容性细胞内刺激电极阵列

• 批准号: 21J14374
• 负责人: PENG ZUGUI
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14374/
• 关键词: 人工細胞膜; DNAナノチューブ

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．

This study aims to provide guidance for the development of artificial cell membranes and DNA probes with high biological fitness and for the development of intracellular stimulation electrodes. The development of substrate technology for the realization of proposed electrodes. Specifically, 1) the formation of artificial cell membrane with high mechanical strength on PDMS, 2) the test of long term control of possible DNA damage, 3) the investigation of interaction of artificial cell membrane with DNA damage. 1) High mechanical strength on PDMS results in the formation of artificial cell membranes. Lipid self-expansion phenomenon is used, hard PDMS surface has high mechanical strength, artificial cells are formed. The film formation speed and film shape of PDMS This technology is based on the important implications of the proposed electrode substrate technology. 2) Long term control of possible DNA damage. The surface of DNA is chemically modified, and the length of DNA is freely elongated. Atomic force microscopy was used to confirm that the length of DNA was 34.4 nm before elongation and 64.2 nm after elongation, which was about 2 times longer than that of DNA. A new system of electrical measurement was developed for the evaluation of DNA. As a result, the interaction between DNA and artificial cell membrane was investigated. The interaction of artificial cell membrane with DNA was evaluated. As a result, new insights into the nature of the proposed electrode were obtained.

项目成果

人工細胞のコミュニケーションツールの創成に向けた 細胞膜貫通DNAナノチューブに関する研究

研究穿透细胞膜的 DNA 纳米管，用于创建人造细胞的通讯工具

• 发表时间: 2022
• 作者: 彭 祖癸;榛葉 健太;宮本 義孝;八木 透
• 通讯作者: 八木 透

生体適合性が高い細胞内刺激電極の実現に向けた 細胞膜貫通DNAナノチューブの開発

开发细胞膜穿透DNA纳米管以实现高度生物相容性细胞内刺激电极

• 发表时间: 2021
• 作者: 彭 祖癸;榛葉 健太;宮本 義孝;八木 透
• 通讯作者: 八木 透

Neural Interface for Biohybrid Prosthetic Hands to Realize Sensory and Motor Functions

用于实现感觉和运动功能的生物混合假手的神经接口

• DOI: 10.20965/jrm.2022.p0316
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Robotics and Mechatronics
• 影响因子: 1.1
• 作者: Tohru Yagi;Zugui Peng;Shoichiro Kanno
• 通讯作者: Shoichiro Kanno

A Study of the Effects of Plasma Surface Treatment on Lipid Bilayers Self-Spreading on a Polydimethylsiloxane Substrate under Different Treatment Times

不同处理时间下等离子体表面处理对聚二甲基硅氧烷基底上脂质双层自铺展的影响研究

• DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c01319
• 发表时间: 2021
• 期刊: LANGMUIR
• 影响因子: 3.9
• 作者: Sugiyama Hironobu;Miyazaki Masayoshi;Sasase Masato;Kitano Masaaki;Hosono Hideo;Zugui Peng,Kenta Shimba,Yoshitaka Miyamoto,Tohru Yagi
• 通讯作者: Zugui Peng,Kenta Shimba,Yoshitaka Miyamoto,Tohru Yagi