【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.13】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24HK0002
利用課題名 / Title
細胞バイオメカニクス研究のためのマイクロデバイス開発
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
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）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials
キーワード / Keywords
蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,成形/ Molding,リソグラフィ/ Lithography,ダイシング/ Dicing,流路デバイス/ Fluidec Device,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,生体イメージング/ In vivo imaging,細胞培養デバイス/ Cell Culture 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)
豊原 涼太
所属名 / Affiliation
北海道大学 工学研究院 機械・宇宙航空工学部門
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
寄木隆矢,邱紫盈,谷田凌祐,若松千弘
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
松尾保孝,Agus Subagyo
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術相談/Technical Consultation
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
HK-702：両面マスクアライナ
HK-705：ダイシングソー
HK-707：スピンコーター
HK-604：レーザー描画装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
全ての多細胞生物は細胞同士が互いに接着しあって様々な組織や臓器を構成している。細胞同士が互いに接着するとき細胞-細胞間には力が発生しており、この力が細胞集団の機能や生理において重要な役割を果たすことが示唆されている[1]。細胞間力の計測方法として蛍光張力検出モジュールの導入[2]やレーザー誘起衝撃力による細胞乖離力測定[3]などがあるが、依然として計測は困難である。そこで我々の研究グループでは、マイクロ磁気ビーズを内包した微小液滴を外部磁場により駆動させることで細胞間力を任意に計測・制御できる実験系の確立を目指している。マイクロ流路デバイスを用いて液滴内に内包するビーズ数を制御し、必要な力の大きさに応じた磁気ビーズの導入を行うものである。今回は細胞と共培養可能なo/w（oil in water）型の微小液滴において、磁気ビーズを1つずつ内包する液滴の生成を行った。
実験 / Experimental
レーザー描画装置を用いてフォトマスクを作製した後、マスクアライナにおいてフォトマスクを通じて紫外線を露光することでフォトレジストにパターンを転写し現像工程を経てモールドを作製した。ソフトリソグラフィーによりPDMSデバイスを作製し、プラズマ照射を経てスライドガラスに接着させ、マイクロ流路デバイスを作製した（図1）。連続相流入口から細胞培養液（DMEM）を流速1000 μl/hで、分散相流入口から直径4.5 μmの磁気ビーズと界面活性剤（Span80）を4%混ぜたMineral Oilを流速10 μl/hでで流し、生成された液滴を流出口にて観察した。
結果と考察 / Results and Discussion
磁気ビーズを内包した液滴を図2に、生成液滴に内包された磁気ビーズ数の割合を図3に示す。液滴に磁気ビーズを内包させることに成功したものの、目標とする磁気ビーズ1つを内包する液滴の生成率は25％であった。Fatehifarら[4]の報告によると、理論最大値は35％であるため、今後は磁場を用いて磁気ビーズ1つを内包する液滴のみを分別するプロセスが必要になると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 マイクロ流路デバイスの設計。
図2 磁気ビーズ1つを内包した液滴。直径45 μmの液滴の中に、黒い磁気ビーズが含まれている様子を確認できる。スケールバー：10 μm。
図3 液滴内の磁気ビーズ数の割合。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
参考文献
[1] Kumar, S. and Weaver, V.
M. Mechanics, malignancy, and metastasis: The force journey of a tumor cell.
Cancer and Metastasis Reviews, Vol. 28 (2009), pp. 113-127.
[2] Tambe, D.T., Hardin,
C.C., Angelini, T.E., Rajendran, K., Park, C.P., Picamal, X.S., Zhou, E.H.,
Zaman, M.H., Butler, J.P., Weitz, D.A., Fredberg, J.J. and Trepat, X.
Collective cell guidance by cooperative intercellular forces. Nature Materials,
Vol. 10 (2011), pp. 469-475.
[3] Hosokawa, Y., Hagiyama,
M., Iino, T., Murakami, Y. and Ito, A. Noncontact estimation of intercellular
breaking force using a femtosecond laser impulse quantified by atomic force
microscopy. Proceedings of National Academy of Sciences, Vol. 108, No. 5
(2011), pp. 1777-1782.
[4] Fatehifar, M., Revell,
A., Jabbari, M. and De Rosis, A. A numerical analysis of particle encapsulation
in a flow-focusing droplet generation device. Physics of Fluids, Vol. 35, Issue
11 (2023), No. 113317.
関連発表
1. 寄木隆矢、根本凌汰、豊原涼太、大橋俊朗、”マイクロフルイディクスによる生細胞への磁気ビーズ導入技術の開発”日本機械学会第36回バイオエンジニアリング講演会（名古屋）、令和5年5月11日
2. 寄木隆矢、豊原涼太、大橋俊朗、”マイクロ流体デバイスによる生細胞への磁気ビーズ導入技術の開発”第47回日本バイオレオロジー学会年会（東京）、令和5年6月8日
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)
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Ryota Toyohara, Pre-alignment of fibroblasts induced by micropatterning and cyclic stretching techniques accelerates wound healing, Bio-Medical Materials and Engineering, 36, 200-206(2025).
DOI: 10.1177/09592989241305522
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
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