量子ビーム微細加工技術を駆使した先端医療用バイオデバイスの創製

摘要

量子ビーム（エネルギーや指向性が高度に制御されたイオンビームや電子線、光）は、イオン化や励起により材料にエネルギーを付与し、ラジカルなどの活性種によって材料の表面や内部に特徴的な空間分布で化学反応を誘起する(図1にポリエチレンの例を示す)。量子ビームはブロードなビームとしての照射や、nmレベルまで絞った照射が可能である。さらに、線質やエネルギーを制御することで、飛跡に沿つた深さ方向の反応分布も制御可能となる。また、ガス雰囲気や試料の温度、状態によって、分解や架橋などの反応の方向性を制御することも出来る。これまで、量子ビーム誘起化学反応の高精度な制御により、最先端のツールとして、物理的•化学的特性や形状を制御した新しいナノテクノロジー材料が開発されている。量子科学技術研究開発機構では、量子ビーム誘起反応による高分子材料の分解や架橋、酸化、還元の空間分布を制御した、先端医療•診断•バイオ研究に不可欠な機能性バイオデバイスの創製研究を進めている。特に、各種量子ビームを改質のためのツールから脱却し、「微細加工ツール」、「局所改質•機能化ツール」、「同時滅菌できる加工ツール」としても活用することで、他の手法では不可能なユニークな機能性材料を創出してきた。本稿では生体適合性プラスチックとゲル材料について開発例を紹介する。%Advancing in medical technology such as regenerative medicine, drug discovery, diagnostic reagents, drug delivery, etc. is an urgent issue in order to realize a high quality of human life. The authors produced a novel functional biocompatible plastic and hydrogel materials that freely controls three-dimensionally the surface microscopic shape, and physical and chemical properties in nm / μm region / space by using the superior properties of quantum beams. Nano-structures were fabricated on poly lactic acid surface by using focused ion beam. HeLa cells proliferated three-dimensionally on the radiation-crosslinked hydrogels, and furthermore, their shapes can be controlled by the micro-fabricated surface of the hydrogel. And nano-gels for MRI contrast agent were produced by controlling the spatial distribution of reactions.