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» 2019年07月30日 15時00分 公開

医療技術ニュース:ミミズの筋肉で弁開発、電気を使わずに化学刺激で収縮

理化学研究所と東京電機大学は、ミミズの筋肉組織を用いて電気刺激によらない化学エネルギーのみで動作する小型の弁を開発した。アセチルコリン刺激の結果、既存のバルブに匹敵する機能を持つことが明らかとなった。

[MONOist]

 理化学研究所と東京電機大学は2019年7月8日、ミミズの筋肉組織を用いて電気刺激によらない化学エネルギーのみで動作する小型の弁(バルブ)を開発したと発表した。アセチルコリンによる刺激の結果、既存の圧電素子を用いたバルブに匹敵する機能を持つことが明らかとなった。

 共同研究チームはまず、フトミミズとアセチルコリン緩衝液を用いて化学刺激に対するミミズ筋肉シートの機械的特性を測定。その結果、応答にばらつきはあるものの力や収縮率は一般の小型バルブの圧電素子に劣らず、バルブ作製に利用可能であるとした。

 次に、ミミズ筋肉を用いたバルブ設計を試作し、原理検証を行った。土台となるマイクロ流体チップ上に幅および深さ0.2mmの流路と直径3mmのチャンバーを作製。チャンバー上に厚さ0.1mmの膜と筋肉の収縮力を伝えるプッシュバーを置き、ミミズ筋肉シートを載せてピンで固定した。

 これを用いて、電気パルス刺激とアセチルコリンによる化学刺激を与え、バルブとしての性能比較をした。電気パルス刺激では、シートは素早く収縮しバルブは閉じたが、収縮を持続するためには繰り返し電気刺激を行う必要があった。

 一方、アセチルコリン刺激では、応答に時間を要したものの、最終的に収縮し、その状態が1分以上持続できた。また、刺激後に緩衝液で洗浄し再刺激することで、3回以上繰り返し使えることを確認した。この結果から、化学刺激によるミミズバルブは、このサイズのバルブとしては既存の圧電素子を用いたものに匹敵する機能を持つことを実証した。

 本研究で開発したミミズバルブは、駆動源にも刺激にも電気を使わず、動きを外部から制御できる。研究チームは、体内埋め込みデバイスだけでなく、薬効試験など医学応用や外部からの電源供給を必要としない水流制御装置のモデルとしての工業応用など、さまざまな応用につながるとしている。

photo ミミズ筋肉シートの化学刺激応答の測定(クリックで拡大) 出典:理化学研究所
photo ミミズバルブの構造と送液原理 出典:理化学研究所
photo パルス電気刺激によるバルブ動作の実証実験 出典:理化学研究所
photo 化学刺激によるバルブ動作の実証実験 (クリックで拡大) 出典:理化学研究所

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