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

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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。