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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16686017/
• 关键词: マイクロ光造形法; マイクロマシン; 光トラッピング; マイクロポンプ; マイクロマニピュレータ; マイクロ化学分析システム

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。

This study is aimed at the development of the "three-dimensional optical modeling method" and the "optical control method" in the fluid circuit. This year, the company has launched a new technology to improve the quality of its products. The new rules for the control of micro-particles and the control of biological samples in the interior of the laboratory can be developed in the high-functionality operation of the optical control system, the two-dimensional investigation of the optical control system, and the three-dimensional control operation. The following are specific results. (1)The development and operation of optical fiber optic fiber optic Finite element method for flow analysis, optimization of flow path shape, determination of flow path shape with high viscosity and high efficiency The results of the analysis are consistent with the results of the test. The pulse is full, and the biological sample is transported without delay. (2)Photon light shaping method is used to shape, shape, and coordinate the control of micro-objects in three-dimensional control. In practice, the function test is carried out, and the micro-particle stability is controlled by the three-dimensional control. In the future, the light control system can be used for cell analysis.

项目成果

流体制御素子

流体控制元件

• 发表时间: 2005

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

• 发表时间: 2007
• 期刊: 化学工業 58・1
• 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

光で操るマイクロ・ナノマシン

光控微纳米机器

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本物理学会誌 60・3
• 作者: S.Maruo;H.Inoue;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

フォトニック流体制御による光制御バイオチップの開発

利用光子流体控制开发光控生物芯片

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本ロボット学会誌 25・2
• 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;丸尾昭二
• 通讯作者: 丸尾昭二