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

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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。