理研、マイクロ流体構造を用いたミドリムシの3次元運動制御に成功

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理化学研究所(理研)は2017年2月28日、パルス波が非常に短いフェムト秒レーザを用いて、ガラスマイクロチップ内部の3次元マイクロ流体構造へ自在に金属薄膜を堆積させて金属配線を施す技術を開発したと発表した。

3次元マイクロ流体構造とは、ガラスや半導体基板またはポリマーに微小流路、反応容器などの流体構造を作製し、生物研究や化学工学で活用するためのマイクロデバイスだ。

理研ではさらにこの技術を使い、流体の流れを制御できるバイオチップ・エレクトロフルイディクスを作製。その閉空間内でミドリムシの運動する方向を3次元で制御することにも成功した。

今回の研究では、ガラスマイクロチップの内部に3次元マイクロ流体構造を構築し、超短パルスで高強度のフェムト秒レーザで流体構造の内部を選択的にアブレーションすることで、流体構造内部へ自在に金属薄膜を堆積させ金属配線を施す技術を開発した。アブレーションとは、個体の表面がプラズマ化し、原子、分子、クラスタが蒸発して固体表面が削り取られる現象だ。

この技術を用いて、任意の箇所に電極を配置したエレクトロフルイディクスを作製し、その内部の電解分布を時間的/空間的に制御することで、ミドリムシの運動方向を3次元に制御することに成功した。

高速で運動する微生物の鞭毛などの部位を詳しく分析するためには、その動きをさまざまな方向から観察することが必要で、観察を効率的に行うには、微生物などを閉空間に入れて動きを3次元的に制御することが必要だ。今回開発した技術により、微生物や生細胞の微小な部位や高速運動する部位を効率的で詳しく観察でき、微生物や生細胞の動態や機能の解明への応用が期待できるという。

さらに、電気化学的な手法を利用してイオンや含有物質の定量/定性分析を高感度に行うバイオチップである、電気化学バイオセンサ作製などのへの応用も期待できるという。

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