複数骨格筋アクチュエータによる物体操作の実現

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究における平成26年度の目的は、継続的に収縮運動可能な骨格筋アクチュエータを確立することである。生体外において構築された骨格筋は、臓器や動物実験の代替品としての移植医療や創薬への応用だけでなく、人工食肉や生体模倣ロボットの駆動素子として工学分野への応用が期待されている。これまでの研究で、体外での骨格筋の構築方法は確立されてきた。しかし、従来方法で作製された骨格筋アクチュエータは培養に伴って短縮や変形が生じ、継続的な収縮運動が困難であった。そこで本年度では、腱様構造を有する拮抗筋付き骨格筋アクチュエータを構築して継続的な骨格筋の収縮運動を実現を目指した。これまでの研究結果より、大きな収縮運動を継続的に達成するためには、 (a)駆動部が正確なリンク機構であること、(b)骨格筋が変形せずに直線的に収縮運動が可能であること、(c)拮抗筋構造を実現できること、の3点を満たす必要がある。本年度の研究成果として、(a)骨格筋を培養可能なリンク機構を3Dプリンタにより作製できることを示した。3Dプリンタで作製したリンク機構を有するデバイス上に1μm以上の厚みのポリマー膜と糖たんぱく質をコートすることで、デバイス上での骨格筋線維束の培養を実現した。(b)骨格筋の直線的な収縮運動を実現するために、腱様構造が効果的なことを明らかにした。骨格筋の片端部とリンク機構部を繋ぐ部分に厚さ2μmのポリマー膜を設けることで、リンク機構の回転運動に伴う回転方向の変形を吸収させ、骨格筋線維束の直線的な収縮運動に成功した。(c)拮抗筋構造の構築には、申請者提案の筋芽細胞含有ハイドロゲルシートをデバイスの表・裏の両面から積層することで実現した。本デバイスにおいて拮抗筋が収縮運動することにより、約90度の大きなリンク機構の回転運動が実現できており、バイオアクチュエータや薬物動態試験などへの応用が期待できる。