心筋細胞を用いた高効率エネルギー変換型バイオアクチュエータに関する研究

利用心肌细胞的高效能量转换生物执行器的研究

基本信息

批准号：
17040026
负责人：
森島圭祐
金额：
$ 9.47万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

初年度に得られた実験データ及び試作結果を元に、力学的機能をもった心筋細胞駆動型デバイスとして,電力を全く用いることなく、化学エネルギーだけで駆動するマイクロチューブポンプやマイクロバルブ等の流体制御デバイスと駆動力を用いて発電するデバイスの設計試作を行い、評価実験を行った。試作の結果、チューブの膜厚30〜40μm、直径2mm、全長6mmのマイクロポンプの駆動音部を試作することに成功した。また、駆動部に外部から力を加えて、ポンプ流動を確認した。また、本システムの高出力化のためには、筋カトレーニングのように細胞を刺激し、細胞自体の筋力性能を向上させる必要がある。そこで本特定領域内での連携において、生体に近く柔らかいアクチュエータであり,金とNafionという生体適合性のよいものからつくられているICPF (Ionic Conductive Polymer Film)アクチュエータを用いて、細胞と一体型でシンプルな構造をした細胞伸展刺激システムを共同開発することができた。また、発電素子においては、培養心筋細胞の拍動力による運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子の原理検証実験を行い、培養心筋細胞を圧電ナノファイバー上の任意の場所に接着固定するアセンブリ手法を確立できた。マイクロ空間内での培養心筋細胞のリアルタイム観察を行い、小型インキュベーター内の環境制御、細胞生命維持のための循環システムを構築し、アクチュエータ及びデバイスの性能評価を行い、高機能バイオMEMSデバイスを目指す指針が得られた。本研究に関する研究成果発表として、MicroTAS国際会議(平成18年11月、東京)、IEEE EMBS(平成18年9月、New York)で発表した。

根据第一年获得的实验数据和原型结果，我们对具有机械功能的心肌细胞驱动器件进行了设计和实验设计，例如单独使用化学能量的微管泵或微离心泵，以及使用驱动力产生动力并进行评估实验的设备。由于原型，我们成功地构建了微泵的驱动声部分，厚度为30-40μm，直径为2 mm，总长度为6 mm。此外，将外力应用于驱动区以确认泵流。此外，为了增加该系统的功率输出，有必要刺激细胞，例如在肌肉训练中以改善细胞本身的肌肉力量性能。因此，在该特定领域的合作中，我们能够共同开发与细胞集成的细胞扩展刺激系统，并使用ICPF（离子导电聚合物膜）执行器具有简单的结构，该结构是一个柔软的执行器，它是一个靠近身体的软动力，并且由高度生物上的金和Nafion制成。此外，在发电元件中，我们进行了一项主要验证实验，用于产生发电元件，该实验将培养的心肌细胞的脉动力量引起的动能转化为电能，并建立了粘合和固定培养的心肌细胞的装配方法，以建立了Piezoelectric nananofibiber的任何位置。对微空间中培养的心肌细胞进行了实时观察，并为环境控制和小型孵化器内的细胞生命支持构建了循环系统，并进行了执行器和设备的性能评估，并获得了指南，以实现高性能生物EMEMS设备的目标。这项研究的结果在Microtas国际会议（2006年11月，东京）和IEEE EMBS（2006年9月，纽约）上介绍。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Nano Liquid Handling with Bio-Actuated Micro Heart Pump Powered by Cardiomyocytes Sheet

使用由心肌细胞片供电的生物驱动微型心脏泵进行纳米液体处理

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
IEEE Proceedings of International Conference on Nanotechnology
影响因子：
0
作者：
K.Morishima;Y.Tanaka;K.Sato;T.Shimizu;M.Yamato;A.Kikuchi;K.Sato;T.Okano;T.Kitamori
通讯作者：
T.Kitamori

Muscle-Actuated Power Generator Using Cultured Cardiomyocytes and PZT Fiber

使用培养心肌细胞和 PZT 纤维的肌肉驱动发电机