ミミズの筋肉使ったポンプ開発 エネルギー源はATP 電力不要の超小型ポンプ実現へ

ミミズの筋肉使ったポンプ開発 エネルギー源はATP 電力不要の超小型ポンプ実現へ

  • ITmedia
  • 更新日:2016/10/18

理化学研究所と東京電機大学の共同研究チームは10月17日、ミミズの筋肉組織を利用した小型ポンプを開発したと発表した。動作のためのエネルギー源には、生体の共通エネルギー源であるアデノシン三リン酸(ATP)を利用しており、将来、ミミズと同様の構造を人工的に作ることができれば、電力不要で駆動する超小型ポンプを開発できる可能性があるという。

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ポンプは、体内埋め込み装置の開発など最先端研究分野で小型化が求められているが、従来の圧電素子による小型ポンプは、電源やワイヤーなどが必要で、小型化には限界があった。

研究チームは、小型ポンプの材料に生体筋肉組織を利用することで、小型で効率のよいポンプが実現できるのではないかと発案。ミミズの体表を構成する「体壁筋」に着目した。ミミズの体壁筋は収縮力に優れ、制御性や応答速度にも長けているためだ。

まず、フトミミズを輪切りにして開き、幅約1センチのシート状にし、電気刺激に対する収縮力を測定したところ、最大9.3ミリニュートン(約0.95グラム重)、収縮するまでの応答時間は約0.3秒と、同サイズの圧電素子と同程度の性能があり、ポンプの駆動素子として十分な力が出ることが分かった。

そこで、ミミズ筋肉シートを用いた小型ポンプを試作。ポンプの土台となるマイクロ流体チップ上に、幅・深さ0.2ミリの流路と直径3ミリのポンプチャンバーを作製し、その上に筋肉の収縮力を伝えるプッシュバーという構造体を置き、さらにミミズ筋肉シートを載せて針で固定した。

筋肉シートに電気パルスで連続的に刺激を与えたところ、シートが収縮してチャンバー内の水が押し出され、送液を確認できた。流量は1分間に5マイクロリットルで、このサイズの小型ポンプとしては、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が分かったという。

今回の「ミミズポンプ」は刺激に電気を用いたが、動作のためのエネルギー源には、生体の共通エネルギー源であるATPを活用しており、将来、神経組織なども含めて人工的にミミズと同様の構造を作ることができれば、電気なしで駆動する可能性があるという。

電力不要の超小型ポンプが実現できれば、下水管内のロボットや血管内ロボットなど、工業・医療分野の応用が期待できるとしている。

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