Japan Nanonet Bulletin 第92号 : 2005年7月6日

自己組織化によるナノバイオインターフェイスの
設計と創製

自己組織化によるナノ/マイクロ加工技術は優れたバイオメディカル機能を発現する表面の作製に有効であると考えられている。

我々は、高分子を溶液から製膜する過程で起こる結露現象を利用して形成される、均一な細孔が規則的に配列した多孔質高分子薄膜(図1)とその三3次元構造体(図2)の作製と構造制御を行っている。生体適合性高分子や生分解性高分子など多様な高分子から様々なパターンが簡便に作製できることが特徴である。

これらの微細加工表面は、細胞の接着形態、増殖、分化、浸潤性、骨格タンパク質の構造、細胞外マトリックス産生能などに大きな影響を及ぼすことが明らかになった。例えば、所定の孔径を有する多孔質薄膜上では、特別なサイトカインを添加しない培養条件下で、幹細胞が未分化維持したまま増殖することがわかった。現在、自己組織化技術と新規合成高分子を組み合わせた医療用デバイスへの応用に取り組んでいる。

また、細胞機能制御機構の解明のために、材料-細胞界面で組織化された生体分子(高分子鎖-水分子-タンパク質ポリペプチド鎖-細胞膜表面糖鎖)の多元構造の解析を行っている。その結果、材料表面で組織化された水の構造・運動性が重要な役割を果たしていることが示唆された。

自己組織化によって形成されるパターン化材料の作製の簡便さと構造規則性を生かした微細加工技術は、医療のみならず、環境・光・電子・情報デバイス材料など幅広い分野に展開可能であると考えられる。

図1.
自己組織化多孔質薄膜 a) ガラス基板上の薄膜 b)自己支持性の薄膜 c)薄膜表面の光学顕微鏡像 d)薄膜表面の電子顕微鏡像 e) 薄膜の光散乱による回折像

図2.
自己組織化プロセスで作製した様々な3次元パターン構造の例 a) 3層多孔質膜 b) 2層多孔質膜 c)ナノピラー構造 d)異方性ナノピラー構造

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