【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.14】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1130
利用課題名 / Title
微細流路MEMSデバイスの研究
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
共生細菌、,電子線リソグラフィ/ EB lithography,ダイシング/ Dicing,μTAS,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,流路デバイス/ Fluidec Device
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
菅 哲朗
所属名 / Affiliation
電気通信大学大学院情報理工学研究科機械知能システム学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
島田佳季
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-500：高速大面積電子線描画装置
UT-900：ステルスダイサー
UT-604：高速シリコン深掘りエッチング装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
私たちの身の回りには「細くて狭い」環境が普遍的に存在する．病原細菌や共生細菌が狭小空間に潜り込み，宿主の組織深部に到達することは，感染の初期過程に重要な要素である．ホソヘリカメムシという昆虫では，消化管の末端に直径1 μmの狭窄部が存在する ．共生細菌は，この狭窄部を通過して共生器官に到達することが知られている．共生細菌は「ドリル運動」と呼ばれる特異な運動を行うが ，細菌が宿主組織深部を移動するメカニズムや，推進運動に対する物理的環境の影響については不明な点が多い．この謎を解明するためには，空間が制限された狭窄流路で細菌の動きを再現・観察できる実験系が必要である．そこで，半導体微細加工技術を用いて，ドリル運動細菌の観察と定量的評価のために流路幅を変えた流路デバイスを製作した．この観察デバイスは狭窄部を模倣しており，長さ100 μmの直線流路における推進速度の比較が可能である．
実験 / Experimental
本研究では，狭窄環境内での細菌の動きを調べるためのマイクロ流路デバイスを試作した．流路設計幅では，実際の狭窄部の寸法が1 μmであることから，その近傍である0.5，0.8，1.0，1.25，1.5，1.75，2.0 μmと複数の流路幅を設計した．流路狭さによって造られる空間狭さの変化とドリル運動の推進速度変化を調査した．まずマスタパターンとして電子線描画技術を用いてマイクロ流路パターンを形成した．その後PDMSでマスタパターンをキャストしてパターンを転写し，PDMSデバイスを製作した．製作した流路幅と設計寸法との間にはわずかな差が観察されたが，実験に適した7つの明確な断面領域が得られた．この複数の流路幅を持つマイクロ流路デバイス内に細菌を閉じ込め，位相差顕微鏡を用いて細菌の動きを観察し，その推進速度を算出した．ドリル運動細菌と非ドリル運動細菌を同一流路に閉じ込め，比較分析を行った．Fig.1 に凶作部を通過する最近の模式図ら、Fig,2 に本研究の最近運動の仮設を、 Fig.3にデバイスの作製フローを、Fig.4にデバイスの構造図を示す。
結果と考察 / Results and Discussion
本研究では，7つの異なる狭さを持つ流路におけるドリル運動細菌Caballeronia insecticolaの推進力を測定した．その結果，推進速度はどの流路幅でも比較的安定していることがわかった．次にC. insecticolaと近縁であり非ドリル運動細菌であるBurkholderia anthina をデバイスに閉じ込めて狭さの違う流路内で推進速度を測定した．流路幅が1.0 μmと0.8 μmの条件下で、C. insecticolaの推進速度は72％減少したのに対し、B. anthinaでは95％の減少が見られた。さらに、C. insecticolaの推進速度はB. anthinaの6.7倍であった。ドリル細菌がまた別の近縁種でも同様の比較を行った．ドリル運動細菌Vibrio fischeriと.非ドリル運動細菌Vibrio choleraeにおいても同様に評価を行った．複数の狭さの異なる流路内における運動の比較を行うと，推進速度はドリル運動細菌が速く，運動している個体も多い結果となった．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 Swimming by unwrapping and wrapping flagella. Fig.2 Hypothesis: Wrapping bacteria moves smoothly in coffined spaces. Fig.3 Device process flow. Fig.4 Device Design.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
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特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件