JPH0441420A - Self-propelled intelligent material - Google Patents
Self-propelled intelligent materialInfo
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- JPH0441420A JPH0441420A JP2145412A JP14541290A JPH0441420A JP H0441420 A JPH0441420 A JP H0441420A JP 2145412 A JP2145412 A JP 2145412A JP 14541290 A JP14541290 A JP 14541290A JP H0441420 A JPH0441420 A JP H0441420A
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- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
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- A61K9/10—Dispersions; Emulsions
- A61K9/127—Synthetic bilayered vehicles, e.g. liposomes or liposomes with cholesterol as the only non-phosphatidyl surfactant
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、自らが検知(センシング)した環境に知的に
応答して移動しながら機能を発現(アクチュエート)す
る自走性インテリジェント材料に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a self-propelled intelligent material that expresses (actuates) functions while moving in response to the environment it senses (sensing). .
本発明は、少なくとも微小センサと微小アクチュエータ
とを自己組織的に一体化させることにより、極めて微小
で、かつ能動的に移動可能な自走性インテリジェント材
料を実現しようとするものである。The present invention aims to realize a self-propelled intelligent material that is extremely small and can actively move by integrating at least a micro sensor and a micro actuator in a self-organizing manner.
〔従来の技術]
産業機械や医療福祉機器等の分野においては、高度な機
能を有する小型アクチュエータ(動力源)に対する要求
がますます高まっている。従来の小型アクチュエータの
主流はデジタル制御の容易な電動モータであるが、その
エネルギー変換効率は体積の2分の3乗に比例すると言
われ、多自由度化、高出力化、小型化を同時に達成する
ことはまず不可能である。仮に、多自由度を有する小型
高出力の機械が実現されたとしても、これを制御するた
めに専用の高性能コンピュータが常に稼働することが必
要となり、システム全体としての大型化や複雑化は免れ
ない、このことは、将来のアクチュエータが、従来とは
全く異なる原理にもとづくものであって、しかもインテ
リジェントでなければならないことを示唆している。[Prior Art] In the fields of industrial machinery, medical welfare equipment, etc., there is an increasing demand for compact actuators (power sources) with advanced functions. The mainstream of conventional small actuators is electric motors that can be easily controlled digitally, but their energy conversion efficiency is said to be proportional to the 2/3 power of the volume, achieving multiple degrees of freedom, high output, and miniaturization at the same time. It is almost impossible to do so. Even if a small, high-power machine with multiple degrees of freedom were realized, a dedicated high-performance computer would need to be constantly running to control it, and the system as a whole would not become larger or more complex. This suggests that future actuators will have to be based on completely different principles and be intelligent.
近年、生体の機能、構造、運動等にヒントを得たインテ
リジェント材料の概念が提唱され、注目を集めている。In recent years, the concept of intelligent materials inspired by biological functions, structures, movements, etc. has been proposed and is attracting attention.
これは、検知手段(センサ)、情報処理手段(プロセッ
サ)および能動手段(アクチュエータまたはエフェクタ
)の王者の機能をひとつの材料の中に具現化し、しかも
これらの機能を相互に連係させようとするものである。This is a material that embodies the functions of a detection means (sensor), an information processing means (processor), and an active means (actuator or effector) in a single material, and also aims to link these functions with each other. It is.
従来の考え方ではこれら王者は独立の装置であったが、
インテリジェント材料の概念によればこれらは一体化さ
れており、当然のことながら環境に応じて動作すること
等が可能となる。したがって、新しい薬物輸送系(ドラ
ッグ・デリバリ−・システム)、人工臓器、バイオリア
クター、バイオセンサ、バイオコンピュータ、構造材料
等への応用展開に多大な期待が寄せられている。In the conventional thinking, these champions were independent devices, but
According to the concept of intelligent materials, these elements are integrated and can naturally behave in response to the environment. Therefore, there are great expectations for its application to new drug delivery systems, artificial organs, bioreactors, biosensors, biocomputers, structural materials, and the like.
人工臓器はインテリジェント材料の有望な適用分野であ
る。たとえば、膵臓はランゲルハンス島β細胞の表面で
血糖値を検知し、その値に応じて細胞内の小胞体に貯留
しているインシュリンの放出を制御している。糖尿病の
治療を目的として開発の進められている従来の人工膵臓
は、生体の膵臓の働きを模倣するために、血糖センサ、
マイクロコンピュータ、インシュリン放出ポンプ、およ
び動力源となるバッテリー等のデバイスから構成されて
いる。しかし、血糖値に応じてインシュリンの透過性が
自動的に変化するようなインテリジェントな膜が開発さ
れれば、これらのデバイスは一切不要となる。Artificial organs are a promising application field for intelligent materials. For example, the pancreas detects blood sugar levels on the surface of β-cells in the islets of Langerhans, and controls the release of insulin stored in the endoplasmic reticulum within the cells according to the detected levels. Conventional artificial pancreases, which are being developed for the purpose of treating diabetes, are equipped with blood sugar sensors,
It consists of devices such as a microcomputer, an insulin pump, and a battery that serves as a power source. But if intelligent membranes were developed that automatically changed their insulin permeability depending on blood sugar levels, these devices would no longer be necessary.
さらに、生体骨の成長状態に伴って共に成長あるいは消
滅するような人工骨がインテリジェント材料により実現
されれば、生体の成長や治癒に伴う再手術が不要となる
。Furthermore, if an artificial bone that grows or disappears with the growth state of the living bone can be created using intelligent materials, there will be no need for re-surgery as the living body grows or heals.
あるいは、亀裂等の欠陥が生じた構造材料において、亀
裂の先端部において着色や電子放出等により外部に劣化
を知らせ、含育成分を溶出させて自動的に亀裂を充填す
る等の自己診断性、自己修復性も期待できる。Alternatively, in structural materials with defects such as cracks, self-diagnosis is possible, such as informing the outside of the deterioration by coloring or emitting electrons at the tips of the cracks, and automatically filling the cracks by eluting the incubating components. Self-healing properties can also be expected.
このように、様々な応用が期待されているインテリジェ
ント材料の究極の姿は、一種の分子機械であると考えら
れる。しかし、現行の技術によりこれを分子として合成
することは至難であるため、より現実的なアプローチと
して分子集合体の設計が試みられている。In this way, the ultimate form of intelligent materials, which are expected to have a variety of applications, is thought to be a type of molecular machine. However, it is extremely difficult to synthesize this as a molecule using current technology, so attempts are being made to design molecular aggregates as a more realistic approach.
たとえば、ある種の酵素にみられるような特定の物質と
反応して水素を放出する分子を微小センサ、局所PHの
変化により伸縮する高分子を微小アクチュエータとし、
これらを高分子の網で包んでマイクロカプセルとするこ
と等が、比較的実現性の高い手段として考えられている
。For example, molecules that react with specific substances and release hydrogen, such as those found in certain enzymes, are used as microsensors, and polymers that expand and contract due to changes in local pH are used as microactuators.
Wrapping these in a polymer net to form microcapsules is considered to be a relatively feasible means.
上述のように、種々の応用分野が考えられているインテ
リジェント材料であるが、従来から想定されている微小
アクチュエータの機能は、固定された場所において貯蔵
された物質を放出する等の静的なイメージのものが多く
、それ自身が常に活発な運動器官として働きインテリジ
ェント材料を自由に移動させるといった概念は提唱され
ていない、さらに、微小センサと微小アクチュエータの
集合状態もマイクロカプセル中に閉し込める等の物理的
な手法により達成されており、その集合状態に熱力学的
な必然性等が存在しないため、ミクロンあるいはサブミ
クロン・レベルの極めて微小なインテリジェント材料を
創製することは困難である。As mentioned above, it is an intelligent material that has been considered for a variety of application fields, but the functions of microactuators that have traditionally been assumed are static images such as releasing a stored substance at a fixed location. However, the concept of an intelligent material acting as an active moving organ and freely moving the intelligent material itself has not been proposed.Furthermore, the concept of an aggregated state of microsensors and microactuators being confined in a microcapsule has not been proposed. It is difficult to create extremely small intelligent materials at the micron or submicron level because this is achieved through physical methods and there is no thermodynamic necessity for the aggregated state.
そこで本発明は、従来の技術の限界を越えて微小であり
、かつ能動的に移動可能な自走性インテリジェント材料
を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a self-propelled intelligent material that is minute and can actively move beyond the limits of conventional technology.
本発明にかかる自走性インテリジェント材料は、上述の
目的を達成するために提案されるものであり、少なくと
も微小センサと微小アクチュエータとが自己組織的に一
体化されてなることを特徴とするものである。The self-propelled intelligent material according to the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object, and is characterized in that at least a microsensor and a microactuator are integrated in a self-organized manner. be.
〔作用]
本発明における自己組織的な一体化とは、互いに親和性
を有する材料を用いて熱力学的に安定な構造をあたかも
ひとつの組織のように組み上げてゅくことを意味してい
る。したがって、従来のように特別な相互作用等を持た
ない微小センサと微小アクチュエータとを単にマイクロ
カプセル中に物理的に閉じ込めるといった手法よりも逼
かに微小なインテリジェント材料を容易に構成すること
ができる。しかも、このように一体的に組み上げられた
微小センサと微小アクチュエータとは、直接的に、もし
くはこれらを結合する組織を介して間接的に互いの変化
に敏感に応答することができる。[Operation] Self-organizing integration in the present invention means assembling a thermodynamically stable structure as if it were a single organization using materials that have mutual affinity. Therefore, it is possible to easily construct an intelligent material that is much smaller than the conventional method of simply physically confining a microsensor and a microactuator that do not have any special interaction in a microcapsule. Furthermore, the microsensor and microactuator that are integrally assembled in this manner can sensitively respond to changes in each other directly or indirectly through the tissue that connects them.
さらに、本発明のインテリジェント材料における微小ア
クチュエータは一種の運動器官として機能するので、常
に能動的な移動が可能であり、目的の場所へ速やかに移
動して該インテリジェント材料が目的とする仕事を集中
的に行うことが可能となる。Furthermore, the micro actuators in the intelligent material of the present invention function as a kind of movement organ, so they can always be actively moved, quickly move to the desired location, and allow the intelligent material to concentrate on the intended work. It becomes possible to do so.
以下、本発明の好適な実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
実施例1
本実施例は、本発明を適用して新規なドラッグ・デリバ
リ−・システムを提供し得る閉鎖小胞を構成した例であ
る。Example 1 This example is an example of constructing a closed vesicle that can provide a novel drug delivery system by applying the present invention.
本実施例における閉鎖小胞は、リポソームを基本として
いる。ドラッグ・デリバリ−・システムの分野において
は、リポソームを担体として薬剤に徐放性や細胞特異性
を付与する方法が既に実用化されている。リポソームは
、血中循環の間に薬物を徐々に放出したり、一部血管か
ら組織に移行してそこで薬物を放出したり、食細胞によ
り重色されたり、あるいは他の細胞に融合されたりしな
がら薬剤を放出する。従来の技術では、リポソームの大
きさや膜電荷の調節、あるいは微小センサとして機能す
る抗体でリポソーム表面を修飾すること等により、ある
程度の細胞選択性あるいは臓器選択性が達成されている
。The closed vesicles in this example are based on liposomes. In the field of drug delivery systems, methods have already been put into practical use to impart sustained release properties and cell specificity to drugs using liposomes as carriers. Liposomes can gradually release drugs during blood circulation, partially migrate from blood vessels to tissues where they release drugs, or can be enzymatically absorbed by phagocytes or fused to other cells. while releasing the drug. In conventional techniques, a certain degree of cell selectivity or organ selectivity has been achieved by adjusting the liposome size and membrane charge, or by modifying the liposome surface with an antibody that functions as a microsensor.
しかし、本実施例で述べるリポソームは、単に脂質二重
膜から構成されるもの、あるいはこれに抗体等の微小セ
ンサが付加されたものではなく、さらに微小アクチュエ
ータを備えたものである。However, the liposome described in this example is not simply composed of a lipid bilayer membrane or has a microsensor such as an antibody added thereto, but is also equipped with a microactuator.
上記微小センサと微小アクチュエータとは、必ずしも別
の構造体である必要はなく、単一の物質にこれら両者の
機能が備わったものであっても良い。さらにリポソーム
の内部には薬剤が保持されている。上記微小センサおよ
び微小アクチュエータは、脂質、15!脂質、タンパク
質5糖タンパク賞等の通常の生体膜の構成成分が所定の
機能を発現し得るように修飾された物質であっても良い
し、あるいは膜形成を阻害したり毒性を示すことのない
範囲で生体物質以外の物質から選ばれたものであっても
良い、また、膜中におけるこれらの数や配置は特に限ら
れるものではない。たとえば単一の微小アクチュエータ
により細菌や原生動物の鞭毛運動を模倣することができ
、また多数の微小アクチュエータにより原生動物の繊毛
運動やアメーバ運動を模倣することが可能となる。The microsensor and microactuator do not necessarily need to be separate structures, and a single substance may have both functions. Furthermore, a drug is retained inside the liposome. The above microsensors and microactuators are made of lipids, 15! It may be a substance that has been modified so that the constituent components of normal biological membranes such as lipids, proteins, and glycoproteins can express a specific function, or it may be a substance that does not inhibit membrane formation or exhibit toxicity. They may be selected from materials other than biological materials within a range, and the number and arrangement of these materials in the membrane are not particularly limited. For example, a single microactuator can imitate the flagellar movement of bacteria or protozoa, and multiple microactuators can imitate protozoan ciliary movement or amoeboid movement.
ところで、上記微小センサとしては、分子、イオン、熱
、光、pH,@気、磁気、音、圧力等、あらゆる種類の
外界からの刺激に応答するものが用途に応じて選択され
る0分子の識別を例にとると、ホルモンとりセブター、
抗原と抗体、あるいは酵素と基質等の間にみられる特異
的相互作用をセンサ機能に応用することがまず考えられ
る。この場合、上述の各物質もしくはその修飾体を微小
センサとして脂質二重膜に埋め込めば良い。By the way, the above-mentioned microsensors include those that respond to all kinds of external stimuli such as molecules, ions, heat, light, pH, air, magnetism, sound, pressure, etc. Taking identification as an example, Hormone Tori Sebuta,
The first idea is to apply the specific interactions observed between antigens and antibodies, enzymes and substrates, etc. to sensor functions. In this case, each of the above-mentioned substances or modified substances thereof may be embedded in the lipid bilayer membrane as a microsensor.
あるいは、天然に生体内に存在する特異的相互作用によ
らなくとも、センシングは可能である。Alternatively, sensing is possible without relying on specific interactions that naturally exist in living organisms.
たとえば、癌細胞の増殖部位は正常部位よりも温度が高
く、またpHが低いので、熱センサあるいはpHセンサ
を使用すれば患部を識別することができる。また、目的
の細胞を蛍光抗体でラベルし、光センサによりその蛍光
を検出することもできる。For example, a site where cancer cells proliferate has a higher temperature and lower pH than a normal site, so a heat sensor or a pH sensor can be used to identify the affected area. It is also possible to label cells of interest with a fluorescent antibody and detect the fluorescence using an optical sensor.
一方、上記微小アクチュエータとしてもあらゆる種類の
ものが考えられるが、現状では微小センサ以上に生体モ
デルにより示唆されるところが大きい。この場合の生体
モデルとは、筋肉の収縮、細菌や精子等の鞭毛連動、繊
毛運動、原生動物や食細胞等にみられるアメーバ運動等
である。筋肉の収縮は、良く知られるようにアクチンと
ミオシンの2種のタンパク質の間のすべり運動に起因す
るものである。細菌の鞭毛運動に関しては、たとえば「
生物物理」第26巻2号73〜82ページ(1986)
年に総説されているように、鞭毛の基部にタンパク質か
らなる鞭毛モーターが存在し、これが水素イオンをエネ
ルギーとして鞭毛を回転させていることが明らかとなっ
ている。また原生動物の繊毛運動は、(9+2 )構造
を有する繊毛の内部で微小管同士の間にすべりが発生し
て繊毛に屈曲が生ずる有効打と、これが繊毛の先端へ向
かって伝搬したのち元に戻る回復打とが繰り返されるこ
とによるものである。また、アメーバ運動は、ATPを
エネルギー源とする収縮性タンパク質の相互作用により
原形質流動が生じ、これにより細胞膜が偽足を伸ばしな
がら細胞体を移動させるものである。On the other hand, various types of microactuators are conceivable, but at present, they are suggested more by biological models than by microsensors. In this case, biological models include muscle contraction, flagellar movement of bacteria and sperm, ciliary movement, and amoeboid movement seen in protozoa, phagocytes, and the like. As is well known, muscle contraction is caused by sliding motion between two types of proteins, actin and myosin. Regarding bacterial flagellar movement, for example,
Biophysics” Vol. 26, No. 2, pp. 73-82 (1986)
As reviewed in 2010, it has been revealed that there is a flagellar motor made of protein at the base of the flagellum, which uses hydrogen ions as energy to rotate the flagellum. In addition, ciliary movement in protozoa consists of an effective stroke in which sliding occurs between microtubules inside the cilia with a (9+2) structure, causing the cilia to bend, and an effective stroke that propagates toward the tip of the cilia and then returns to its original position. This is due to repeated recovery strokes. Furthermore, in amoeboid movement, plasma flow occurs due to the interaction of contractile proteins using ATP as an energy source, and as a result, the cell membrane moves the cell body while extending pseudopodia.
ここで、タンパク質問のすべり運動を利用して推進力を
得る微小アクチュエータとしては、たとえば2本の棒状
タンパク質が相互作用により背中合わせに配列された高
次構造を利用することが考えられる。2本のタンパク質
類の相対位置が二次元的にずれると、高次構造の重心を
中心とする回転モーメントが生ずる。ずれの方向が逆で
あれば、回転モーメントも逆向きとなる。かかるずれの
発生が繰り返されることにより平面波が生じ、推進力を
得ることができる。Here, as a microactuator that obtains propulsive force by utilizing the sliding motion between proteins, it is conceivable to use a higher-order structure in which two rod-shaped proteins are arranged back to back due to interaction, for example. When the relative positions of two proteins shift two-dimensionally, a rotational moment about the center of gravity of the higher-order structure is generated. If the direction of the deviation is opposite, the rotational moment will also be in the opposite direction. By repeating the occurrence of such deviation, a plane wave is generated, and a propulsion force can be obtained.
あるいは上述のような高次構造において、一方のタンパ
ク質類が伸びた時には他方が縮み、一方のタンパク質類
が縮んだ時には他方が伸びるという動作が繰り返されれ
ば、バイメタルのような屈曲運動が期待できる。Alternatively, in the above-mentioned higher-order structure, if one protein stretches, the other contracts, and one protein contracts, the other stretches, and if this action is repeated, a bending motion similar to that of a bimetal can be expected.
さらに、生体材料を使用しない微小アクチュエータとし
ては、メカノケミカル系およびメカノサーマル系を応用
したものが実現性が高い。Furthermore, as microactuators that do not use biomaterials, those that apply mechanochemical systems and mechanothermal systems are highly feasible.
メカノケミカル系とは、化学エネルギーを力学エネルギ
ーに変換する系である。たとえば、メタクリル酸を主鎖
に有する架橋高分子は、アルカリ溶液中では側鎖の−C
OOH基のほとんどが解離するために分子内に静電反発
が生して膨潤するが、酸性溶液中ではほとんどが再結合
するために反発力が消失し、ゲルは収縮する。これ以外
にも、たとえば酸化還元、光異性化、相転移等を動作原
理とするメカノケミカル系が考えられる。A mechanochemical system is a system that converts chemical energy into mechanical energy. For example, a crosslinked polymer having methacrylic acid in its main chain has -C in its side chain in an alkaline solution.
Most of the OOH groups dissociate, causing electrostatic repulsion within the molecules and causing swelling; however, in an acidic solution, most of them recombine, causing the repulsion to disappear and the gel to shrink. In addition to this, mechanochemical systems based on operating principles such as redox, photoisomerization, and phase transition can be considered.
一方のメカノサーマル系とは、熱エネルギーを力学エネ
ルギーに変換する系である。たとえば、形状記憶合金に
おけるマルテンサイト相とオーステナイト相との間の相
転移はその代表例である。On the other hand, a mechanothermal system is a system that converts thermal energy into mechanical energy. For example, a typical example is the phase transition between martensite and austenite phases in shape memory alloys.
本実施例のリポソームの主体となる脂質二重膜を構成す
る分子としては、脂質の中でも特に生体膜の主要構成脂
質であるリン脂質が使用される。Among the lipids, phospholipids, which are the main constituent lipids of biological membranes, are used as molecules constituting the lipid bilayer membrane, which is the main component of the liposome in this example.
一般には、両性イオン型のレシチン(ホスファチジルコ
リン)やスフィンゴミエリン、アニオン性のホスファチ
ジルセリン、ホスファチジルイノシトール、ホスファチ
ジルグリセロール、およびホスファチジン酸、−級アミ
ノ基を有するホスファチジルエタノールアミン等が使用
される。また、膜の安定化のために中性脂質としてコレ
ステロール等を添加しても良い。Generally, zwitterionic lecithin (phosphatidylcholine) and sphingomyelin, anionic phosphatidylserine, phosphatidylinositol, phosphatidylglycerol, phosphatidic acid, phosphatidylethanolamine having a -grade amino group, and the like are used. Furthermore, cholesterol or the like may be added as a neutral lipid to stabilize the membrane.
以上は生体膜に由来する天然の脂質であるが、人工脂質
も導入することができる。たとえば、ステアリルアミン
ジセチルホスフェート スルホリピド(硫脂質)は表
面電荷の制御に使用することができ、またミリスチル基
、七チル基、ステアリル基等を有する長鎖アルキルグル
コシドやトリエトキンコレスロール等を中性脂質として
使用することもできる。Although the above are natural lipids derived from biological membranes, artificial lipids can also be introduced. For example, stearylamine dicetyl phosphate sulfolipids can be used to control surface charge, and long-chain alkyl glucosides with myristyl, heptyl, stearyl, etc. It can also be used as a lipid.
リポソームの調製法は、本発明において特に限定される
ものではなく、目的の形態や大きさムこよって公知の種
々の方法の中から適宜選択することができる。The method for preparing liposomes is not particularly limited in the present invention, and can be appropriately selected from various known methods depending on the desired shape and size.
もっとも簡単なのは、脂質二重膜の形成時に同時に微小
センサと微小アクチュエータとが取り込まれ得る場合で
ある。この場合には、■上述のような脂質と微小センサ
と微小アクチュエータとを適当な容器内で有1III溶
媒に溶解し、有機溶媒を蒸発除去して器壁に脂質薄膜(
ただし微小センサと微小アクチュエータを含む)を形成
した後、薬物溶液を容器内に注入してミキサーで攪拌す
る方法、■脂質、微小センサ、微小アクチュエータ、薬
物を含む有機溶媒に超音波照射を施す方法、■上記■に
おける有機溶媒中にコール酸ナトリウムやデオキシコー
ル酸ナトリウム等の界面活性剤を共存させて混合ミセル
を形成し、透析により界面活性剤を除去する方法(コー
ル酸透析法)、■クロロホルムやエーテルに脂質を溶解
した溶液と緩衝液とを用いてエマルジョンを調製し、溶
媒を蒸発させる方法(逆相蒸発法)、■脂質のエーテル
溶液を加温された緩衝液に注入し、エーテルを蒸発させ
る方法等が適用できる。The simplest case is when a microsensor and a microactuator can be incorporated simultaneously during the formation of a lipid bilayer. In this case, (1) dissolve the lipid, microsensor, and microactuator as described above in an organic solvent in a suitable container, remove the organic solvent by evaporation, and form a thin lipid film on the vessel wall.
However, after forming a microsensor and microactuator), a drug solution is injected into a container and stirred with a mixer; ■ A method in which an organic solvent containing lipids, microsensors, microactuators, and drugs is irradiated with ultrasonic waves. , ■ A method of forming mixed micelles by coexisting a surfactant such as sodium cholate or sodium deoxycholate in the organic solvent in (■) above, and removing the surfactant by dialysis (cholate dialysis method), ■ Chloroform A method of preparing an emulsion using a solution of a lipid dissolved in ether and a buffer solution and evaporating the solvent (reverse-phase evaporation method); A method such as evaporation can be applied.
ただし、微小センサや微小アクチュエータがタンパク質
や糖タンパク質等の材料からなる場合には、有機溶媒の
使用や超音波照射は変性を招く震れが大きいので、生合
成過程をモデルとして、脂質二重膜の形成後に微小セン
サや微小アクチュエータを導入することが望ましい。た
とえば、抗体に疎水基を結合させたものをコール酸透析
法によりリポソーム上に導入する方法や、予め導入され
た糖タンパク質の糖鎖部分に抗体を導入する方法を参考
にすることができる。この場合、微小センサおよび微小
アクチュエータは、自身の構造における親水部および疎
水部の分布状態により、脂質二重膜を貫通したり、表層
側の単分子層のみに埋没するような状態で存在すること
ができる。However, when microsensors and microactuators are made of materials such as proteins and glycoproteins, the use of organic solvents or ultrasonic irradiation causes large vibrations that can lead to denaturation. It is desirable to introduce microsensors and microactuators after the formation of the microsensors and microactuators. For example, a method in which an antibody bound to a hydrophobic group is introduced onto a liposome by cholic acid dialysis, or a method in which an antibody is introduced into a sugar chain portion of a glycoprotein that has been introduced in advance can be referred to. In this case, the microsensors and microactuators may penetrate the lipid bilayer membrane or be buried only in the surface monolayer, depending on the distribution of hydrophilic and hydrophobic regions in their structure. I can do it.
いずれの方法を適用した場合にも、最終的には脂質二重
膜5微小センサ、微小アクチュエータの三者が自己組織
的に一体化されて閉鎖小胞を形成し、その内部に薬物が
保持されていることが本実施例のリポソームの特徴であ
る。Regardless of which method is applied, the lipid bilayer membrane 5 microsensor and microactuator are ultimately integrated in a self-organized manner to form a closed vesicle in which the drug is retained. This is a feature of the liposome of this example.
かかるリポソームにおいては、微小センサと微小アクチ
ュエータの各々の機能が高度に連係している。微小セン
サにより検知された情報は、脂質二重膜の界面電位変化
、pH変化、浸透圧変化、温度によるゲル−液晶相転移
に伴う脂質二重膜の構造変化、あるいは微小センサ自身
の構造変化により誘起された脂質二重膜の形態変化等の
何らかの形で微小アクチュエータに伝達される。高度に
生体が模倣された系では、微小センサと微小アクチュエ
ータとが膜内を二次元的に移動し、会合や解離を通じて
ダイナミックに情報を伝達することも考えられる。In such liposomes, the functions of the microsensors and microactuators are highly linked. The information detected by the microsensor is generated by changes in the interfacial potential of the lipid bilayer membrane, pH changes, osmotic pressure changes, structural changes in the lipid bilayer membrane due to gel-liquid crystal phase transition due to temperature, or structural changes in the microsensor itself. It is transmitted to the microactuator in some way, such as by an induced change in the shape of the lipid bilayer membrane. In a highly biomimetic system, microsensors and microactuators may move two-dimensionally within the membrane and dynamically transmit information through association and dissociation.
リポソーム内に保持される薬剤の種類も特に限定される
ものではない。The type of drug held within the liposome is also not particularly limited.
このように構成されたリポソームは、自身の微小センサ
により患部の細胞に特異的な物質を検知し、上記物質の
濃度勾配にもとづいて目的の細胞の存在部位を判断し、
微小センサと連動して自身の微小アクチュエータを動作
させることにより正確に色部に近づき、そこで内部に保
持している薬剤を放出する。したがって、正常細胞へは
何ら影響を及ぼさないことはもちろん、従来のドラッグ
・デリバリ−・システムと比べて患部により一層近い部
位で集中的に薬剤を放出することが可能となる。したが
って、少量の薬剤により高い治療効率が期待できる上、
強力な抗癌剤を投与する場合における副作用の抑制に極
めて有効である。The liposome configured in this way uses its own microsensor to detect a substance specific to cells in the affected area, and based on the concentration gradient of the substance, determines the location of the target cell,
By operating its own micro actuator in conjunction with a micro sensor, it accurately approaches the colored area, where it releases the drug held inside. Therefore, not only does it have no effect on normal cells, but it also makes it possible to intensively release the drug closer to the affected area than with conventional drug delivery systems. Therefore, high therapeutic efficiency can be expected with a small amount of drug, and
It is extremely effective in suppressing side effects when administering powerful anticancer drugs.
実施例2
本実施例は、本発明を適用して新規なパターン形成方法
を提供し得る閉鎖小胞を構成した例である。Example 2 This example is an example of constructing a closed vesicle that can provide a novel pattern forming method by applying the present invention.
本実施例の閉鎖小胞は、基本的には実施例1と同様、微
小センサと微小アクチュエータとが自己組織的に一体化
されてなるリポソームであるが、内部にレジスト材料を
保持している。The closed vesicle of this example is basically a liposome in which a microsensor and a microactuator are integrated in a self-organizing manner, as in Example 1, but it retains a resist material inside.
上記微小センサは、パターンを形成しようとする基板上
に予め設けられたマーカーを検知し、上記アクチュエー
タは該微小センサの検知情報にもとづいて能動的にマー
カー位置へリポソームを移動させ、そこでレジスト材料
を放出して付着させる。この際、マーカーは微小センサ
に検知され得るものであれば、光、熱、磁気等のいかな
るものであっても良い、これにより、ナノメータ・オー
ダーのパターン形成が可能となる。The microsensor detects a marker provided in advance on the substrate on which a pattern is to be formed, and the actuator actively moves the liposome to the marker position based on the detection information of the microsensor, and the resist material is applied there. Release and attach. At this time, the marker may be of any type, such as light, heat, or magnetism, as long as it can be detected by a microsensor.This allows pattern formation on the order of nanometers.
近年、半導体装置の製造分野においては、VLSlある
いはULSI等にみられるように、デザイン・ルールが
ますます微細化されており、サブミクロン・レベルのみ
ならず、クォーターミクロン・レベルの微細加工も研究
の対象となっている。In recent years, in the field of semiconductor device manufacturing, design rules have become increasingly finer, as seen in VLSI and ULSI, and research is now focused on microfabrication not only at the submicron level but also at the quarter micron level. Targeted.
従来、これらの微細加工の鍵とされているのは、光や電
子線の照射により所定のレジスト・パターンを形成する
りソグラフィ技術である。たとえば光を利用するフォト
リソグラフィにおいては、エキシマ・レーザー光等の短
波長光源も使用されるようになってきているが、これに
伴ってフォトレジスト層の膜厚や段差の影響も大きく現
れるようになっており、解像限界は0.3μm程度であ
る。Conventionally, the key to these microfabrication techniques has been lithography technology in which a predetermined resist pattern is formed by irradiation with light or electron beams. For example, in photolithography that uses light, short-wavelength light sources such as excimer laser light are increasingly being used, but along with this, the effects of the thickness and level difference of the photoresist layer have become significant. The resolution limit is about 0.3 μm.
また、電子線を使用する電子線リソグラフィの場合は、
解像限界は10nmに上がるが、真空装置が必要となる
など多額の設備投資を要する。In addition, in the case of electron beam lithography that uses an electron beam,
Although the resolution limit increases to 10 nm, it requires a large amount of capital investment, including the need for vacuum equipment.
これに対し、本発明の自走性インテリジェント材料によ
り新規なパターン形成方法が提供されれば、高価な設備
を使用しなくとも分子サイズ・レベルまでのパターン形
成が可能となる。On the other hand, if a novel pattern forming method is provided using the self-propelled intelligent material of the present invention, it will be possible to form patterns down to the molecular size level without using expensive equipment.
実施例3
本実施例は、前述のようなリポソームをさらに自己組織
的に結合させた連鎖構造を実現することにより、一種の
回路網を構成する例である。Example 3 This example is an example in which a type of circuit network is constructed by realizing a chain structure in which liposomes as described above are further bonded in a self-organizing manner.
本実施例で使用されるのリポソームは、微小センサ、微
小アクチュエータの他に、該微小センサに検知され得る
適当なマーカーを有する細胞疑似デバイスである。上記
微小センサにはS、、S、。The liposome used in this example is a cell-simulating device that has a microsensor, a microactuator, and an appropriate marker that can be detected by the microsensor. The above microsensors include S,,S,.
1.・、S7、上記マーカーにはM、、M2.−・・1
M。1.・,S7, the above marker has M, ,M2. -・・1
M.
の種類があり、これら微小センサとマーカーとが自由に
組み合わされて多数の種類の細胞反位デバイスが存在す
る。ここで、微小センサとマーカーとの間にS、−M+
、sz−M!、−、、S、−M、。There are many types of cell dislocation devices in which these microsensors and markers are freely combined. Here, between the microsensor and the marker, S, -M+
, sz-M! ,-, ,S,-M,.
のような一定の対応関係がなりたっていると、各細胞疑
似デバイスは微小アクチュエータの動作により泳ぎ回り
ながら、自身の微小センサにより検知し得るマーカーを
持つ細胞疑似デバイスを捜し出し、これを結合して連鎖
構造へと成長してゆく。When a certain correspondence relationship is established, each cell pseudo device swims around due to the operation of its microactuator, searches for cell pseudo devices that have markers that can be detected by its own microsensor, and connects them to create a chain. It grows into a structure.
かかる回路網には、従来の電気回路や電子回路には見ら
れない極めてユニークな特徴がある。まず、上記微小セ
ンサとマーカーの組合せを変更すれば、任意の配列を実
現することが可能である。Such circuit networks have extremely unique features not found in conventional electrical or electronic circuits. First, by changing the combination of the microsensors and markers, any arrangement can be realized.
また、ひとつの細胞疑似デバイスにおける微小センサま
たはマーカーの数を複数としたり、対応関係を重複させ
る等の方法により、分校構造を形成することも可能であ
る。また、回路網の一部に生じた欠陥は、新しい細胞反
位デバイスを添加して欠陥部位の細胞反位デバイスと入
れ替えることにより修復される。さらには、回路網の完
成後に学習作用等により微小センサとマーカーを化学的
に変化させることができれば、該回路網の構造を破壊せ
ずに回路特性を変化させることも可能となる。Furthermore, it is also possible to form a branch structure by using a plurality of microsensors or markers in one cell-simulating device, or by overlapping correspondence relationships. Furthermore, a defect occurring in a part of the circuit network can be repaired by adding a new cell reversal device to replace the cell reversal device at the defective site. Furthermore, if microsensors and markers can be chemically changed by a learning effect or the like after the circuit network is completed, it becomes possible to change the circuit characteristics without destroying the structure of the circuit network.
上記回路網は、神経回路網をモデルとするバイオコンピ
ュータへの応用発展も期待できるものである。The above circuit network can also be expected to be applied to biocomputers modeled on neural networks.
〔発明の効果]
以上の説明からも明らがなように、本発明の自走性イン
テリジェント材料は、従来よりも慝かに微小であり、し
かも微小センサと微小アクチュエータの各々が単一組織
の一員として密接に連係した挙動を示すので正確な動作
を行う。かがる自走性インテリジェント材料は、新規な
ドラッグ・デリバリ−・システム、パターン形成方法、
バイオコンピュータ等への道を開くものである。[Effects of the Invention] As is clear from the above description, the self-propelled intelligent material of the present invention is much smaller than the conventional material, and each of the microsensors and microactuators are made of a single tissue. As a member of the group, they exhibit closely linked behavior and perform accurate movements. The self-propelled intelligent material can be used as a novel drug delivery system, patterning method,
This will pave the way for biocomputers, etc.
Claims (1)
組織的に一体化されてなることを特徴とする自走性イン
テリジェント材料。A self-propelled intelligent material comprising at least a microsensor and a microactuator integrated in a self-organized manner.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2145412A JPH0441420A (en) | 1990-06-05 | 1990-06-05 | Self-propelled intelligent material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2145412A JPH0441420A (en) | 1990-06-05 | 1990-06-05 | Self-propelled intelligent material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0441420A true JPH0441420A (en) | 1992-02-12 |
Family
ID=15384663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2145412A Pending JPH0441420A (en) | 1990-06-05 | 1990-06-05 | Self-propelled intelligent material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0441420A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7611482B2 (en) * | 2002-11-21 | 2009-11-03 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Minimally-invasive smart devices |
| US8062287B2 (en) | 2005-12-22 | 2011-11-22 | Koninklijke Philips Electronics N V | Device for controlled release of chemical molecules |
-
1990
- 1990-06-05 JP JP2145412A patent/JPH0441420A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7611482B2 (en) * | 2002-11-21 | 2009-11-03 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Minimally-invasive smart devices |
| US8062287B2 (en) | 2005-12-22 | 2011-11-22 | Koninklijke Philips Electronics N V | Device for controlled release of chemical molecules |
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