3次元マイクロ・ナノ光造形による光制御バイオチップの開発

利用3D微/纳米立体光刻技术开发光控生物芯片

基本信息

批准号：
16686017
负责人：
丸尾昭二
金额：
$ 18.64万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、「3次元マイクロ・ナノ光造形法」を用いて、光駆動マイクロ・ナノマシン群を作製し、それらを流体回路に内蔵した「光制御バイオチップ」の開発を目指した。本年度は、従来の容積型マイクロポンプに加えて、マイクロ領域で支配的となる粘性を活用した「光駆動シングルディスクマイクロポンプ」を開発した。バイオチップ内部で生体試料を操作する光制御マイクロマニピュレータの高機能化を行い、レーザー光の2次元走査によって3次元的な把持動作が可能な「ローリング機構を利用したマイクロマニピュレータ」を新規に開発し、微粒子の把持実験を行った。以下に、具体的な成果をまとめる。(1)光駆動シングルディスクマイクロポンプの開発と駆動実証2光子マイクロ光造形法を用いて、単一のディスク型ローター(直径:10μm)をU字型マイクロ流路に内蔵させた粘性型マイクロポンプを考案・試作した。有限要素法に基づくマイクロ流れ解析によって、流路形状の最適化を行い、ディスク周辺の粘性を高効率に流体の駆動力に変化させる形状を決定した。実際に、2光子造形によってマイクロポンプを試作し、駆動検証実験を行った結果、解析結果とよく一致する結果を得た。このポンプは、脈動が全くなく、生体試料をダメージ無く輸送できるという特長がある。(2)光制御ローリングマニピュレータの作製と微粒子把持実験2光子マイクロ光造形法を用いて、レーザー光によってローリングするマイクロアーム構造を造形し、2本のアームを協調制御することによって、微小物体を3次元的に把持することが可能なマニピュレータを考案・試作した。実際に、機能検証実験を行い、微粒子を安定に3次元的に把持することができることを確かめた。今後、光制御バイオチップに内蔵すれば、細胞分析などに応用可能なマニピュレータとして有用である。

在这项研究中，我们旨在开发一种光学控制的生物芯片，该生物芯片使用“ 3D微纳米光学建模方法”来制造光学驱动的微纳米机械基团并将其结合到流体电路中。除了传统的位移微泵外，我们还开发了一种“光学驱动单盘微型泵”，该粘度利用了粘度，该粘度在微域中占主导地位。已经增强了在生物芯片内部运行生物样品的光学控制的微型操作器，并且已经开发出了使用滚动机制的新微观手持，该机制允许通过激光光的二维扫描进行三维握把操作，并进行了实验来抓住细颗粒。以下是特定结果的摘要。（1）使用两光子显微照片方法的光学驱动单盘微型泵的开发和驱动演示，我们设计并产生了一个粘性微型泵，其中将单个盘转子（直径：10μm：10μm）构建在U形的微流路径中。基于有限元方法的微流量分析用于优化流动路径形状，并确定磁盘周围的粘度以高效率将磁盘周围变为流体的驱动力的形状。实际上，使用两光子塑料对微型蛋白团进行了原型，并与分析结果吻合非常吻合。该泵的优势是它根本没有脉动，并且可以在没有损坏的情况下运输生物样品。（2）制备使用两光子微型摄影方法的灯光滚动操作器和实验，并对精细的粒子抓地力实验进行了制备，一种可以在三维上固定微型对象的操纵器，是通过激光驱动和配备武器的大部分旋转和构成两次的微型结构来设计和原型的。实际上，进行了功能验证实验，以确认可以在三个维度上稳定地抓住细颗粒。将来，如果将其内置到光制的生物芯片中，它将作为可以应用于细胞分析等的操纵器。

项目成果

期刊论文数量（19）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

流体制御素子

流体控制元件

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

光で操るマイクロ・ナノマシンの未来

光控微纳米机器的未来

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
化学工業 58・1
影响因子：
0
作者：
M. Shibata;N. Ohura;N. Sekiya;S. Ichioka;A. Kamiya;S. Maruo;S. Hardt(編);S. Maruo;S. Maruo;丸尾昭二;丸尾昭二;丸尾昭二;丸尾昭二
通讯作者：
丸尾昭二

Optically driven micropump produced by three-dimensional two-photon microfabrication

DOI：
10.1063/1.2358820
发表时间：
2006-10-02
期刊：
APPLIED PHYSICS LETTERS
影响因子：
4
作者：
Maruo, Shoji;Inoue, Hiroyuki
通讯作者：
Inoue, Hiroyuki

光で操るマイクロ・ナノマシン

光控微纳米机器

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
日本物理学会誌 60・3
影响因子：
0
作者：
S.Maruo;H.Inoue;丸尾昭二
通讯作者：
丸尾昭二

Optically driven micropump produced by two-photon microstereolithography

双光子微立体光刻技术生产的光驱动微型泵

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Proc.of Micro Total Analysis Systems
影响因子：
0
作者：
S.Maruo;H.Inoue
通讯作者：
H.Inoue

DOI：
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作者：
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M. Shibata;N. Ohura;N. Sekiya;S. Ichioka;A. Kamiya;S. Maruo;S. Hardt(編);S. Maruo;S. Maruo;丸尾昭二;丸尾昭二;丸尾昭二
通讯作者：
丸尾昭二