心筋細胞の駆動力を電気エネルギーに変換するナノファイバー型バイオ発電素子の開発

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本研究は、生物の最小単位である細胞というパーツを用いて、微小機械及びナノ材料と結びつけるという全く新しい概念に基づいて、デバイス設計を行う斬新な試みである。これまでに様々なMEMSデバイス、発電素子、燃料電池が提案されてきたが、提案するデバイスは従来とは全く異なるアプローチによる独創的な新原理デバイスである。細胞と無機材料を融合させ、生体自ら発生するエネルギーやリズムを運動エネルギー、電気エネルギーに変換するという生体融合機能デバイスの創成である。そこで、心筋細胞を駆動源として、細胞を用いた柔らかいマイクロアクチュエータを実現できると考え,デバイスの設計及び基礎実験を行ってきた。細胞そのものを材料として、力学的機能と化学的機能を持ち合わせた新規なアクチュエータであり、構想及びデバイスの基本原理は非常に独創的である。基礎実験により、化学エネルギー(グルコース・酸素供給)だけで動作するアクチュエータを既に確認しており、試作したバイオマイクロアクチュエータの発生力は細胞あたり数nNから数十μNという大きな力を発生することが分かった。そこで、ナイロン糸上での心筋細胞の接着性をみるために,ナイロン糸上での心筋細胞培養実験を行った。ナイロン糸に接着している心筋細胞が観察でき,培養2日後には,拍動も確認できた。圧電ファイバーの伸縮応答実験より,心筋細胞を効率よくナイロン糸上に配向させることができれば,電圧が得られることがわかった。