交互積層膜の3次元プロセッシングとバイオデバイスへの応用

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これまで,細胞に対する電気刺激のほとんどは,金属電極やガラス基板をはじめとした無機物で構成された硬質の電極基板上で行われてきた.そのため,筋細胞のように「動く」細胞においては,硬い基板に接着していることでその運動が制限され,さらに自身の発する収縮力によって基板から剥離してしまうといった問題が生じる.そこで、本研究では、高い柔軟性を持つハイドロゲル有機電極を開発した。アガロースやコラーゲンなど、大量の水分を保持し極めて柔軟で高い物質透過性を持つハイドロゲルを基板とし、生体適合性が高く電気化学的な酸化重合(電解重合)が可能なpoly(3,4-ethylene dioxythiophene)(PEDOT)などの導電性高分子パターンを転写することで形成される。白金マイクロパターン電極上にゲルシートを配置して電解重合を行うと、導電性高分子は電極からゲル内に向かって成長するが、電極とゲルの双方に強く接着するためそのまま剥離することはできない。ここで、導電性高分子は酸化還元に伴い溶液中のイオンを取り込んで体積が変化する電解伸縮現象を示すことから、交流電位による繰り返しストレスを生じさせることで柔軟なゲル-導電性高分子と硬い電極を剥離することができる。電解重合と電解伸縮を組み合わせた本手法は、全ての操作を液中での電位制御のみで完結する簡便さを有しながらも、乾燥や加熱が必要なインクジェットやフォトリソグラフィでは不可能であった含水基板への直接パターニングを可能とした。作製したゲル電極により培養筋管細胞に電気刺激を入力したところ,電極自体にも細胞の収縮に応じた変位が見られたことから,従来より仕事効率の高いトレーニング系を構築できたといえる.