豊橋技術科学大学

Search

Search

Nagai, Moeto

Affiliation Electronics-Inspired Interdisciplinary Research Institute(EIIRIS)
Title Professor
Fields of Research BioMEMS, Biohybrid System, Micro-Nano Mechatronics, MicroTAS, Biofabrication, Micromachining
Degree Ph.D. in Engineering from University of Tokyo
Academic Societies The Japan Society Mechanical Engineering, The Japan Society for Precision Engineering, The Institute of Electrical Engineers of Japan
E-mail nagai@me
Please append ".tut.ac.jp" to the end of the address above.
Laboratory website URL https://hmn.me.tut.ac.jp/
Researcher information URL(researchmap) Researcher information

Research

細胞は生命の基本単位でありますが,複雑度が高いことから,細胞機能の効率的な解明が望まれています。さらに従来のマイクロ機械では,センサとアクチュエータの集積化が難しいことが知られています。これらの問題に対し,生命の基本単位である細胞を工学的に活用し,健康と機械工学の分野に貢献することを研究の目的にしています。細胞を高機能かつ自律的な素子として捉え,自然界に存在するマイクロロボットとして活用し,並列計算やドラッグデリバリへの活用を目指します。

我々が細胞を取り扱うためには,マイクロ・ナノ加工技術で作製したツールをベースにします。物理的な操作方法として,主に流体,光,電気,磁気のエネルギーを使用します。これらのマイクロ構造と操作技術をベースにして,細胞機能解析ツールや微生物融合MEMSの開発を進めています。

主に「生体材料の機能を高効率に調べるシステム」と「生体材料を取り込んだシステム」の2つの軸で,研究と技術開発を実施しています。

  1. 超並列細胞操作ステーション:マイクロ・ナノ加工技術を利用して作製した超並列細胞操作ツールを利用し,単一細胞の機能を高効率に解析,機能制御するためのマイクロシステムを開発します。細胞の機能を調査して,医学・薬学の分野でも役立つ知見を得ます。
  2. 微生物融合マイクロシステム:人工的に作製した機械と微生物細胞のセンサ,アクチュエータを組み合わせたマイクロシステムを開発します。複数の微生物が微小な時空間に対し自律的に応答することを利用して,微小環境を動的に制御可能なシステムの開発を目標にしています。

Theme1:Microsystems powered by microorganisms

Overview
Single cell of Vorticella convallaria immobilized in a PDMS micro-chamber

The use of micro-nano time and space are desired in life and green fields. This use requires the development of an element controlling microenvironment. We apply microorganisms as a part of microsystems and integrate them with artificially fabricated micro-structures. Our target is to achieve the development of systems that have a designed input and output. The advantages of biological microorganism cells are (1) integration of energy conversion circuits, actuators, sensors, and control systems, (2) autonomy, and (3) massively-parallel processing. The use of biological cells can break through the limit of conventional microsystems. This combination usage allows us to address micro-nano time and space in life and green markets.

Selected publications and works

◆M Nagai, T Hirano, T Shibata, Micromachines, Vol. 10 (2), p. 130, (2019).
◆M. Nagai, K. Tanizaki, and T. Shibata, J. of Microelectromechanical Systems, Vol. 28, p. 419 (2019).
◆M. Nagai, N. Matsumoto, T. Kawashima, and T. Shibata, Sensor Actuat. B-Chem, Vol. 188, p. 1255 (2013).

Keywords

Biohybrid system, Bioactuator, Environment-responsive

Theme2:Development of cell station capable of massively parallell manipulation

Overview
An array of hollow microprobes fabricated by MEMS technology

Massively parallel analysis and control of cellular functions are required for the progress of medicine and cell biology. To analyze and control cellular functions, we develop a system capable of massively parallel manipulation of single cells. We fabricate an array of microprobes by MEMS technologies. The arrayed structure is used for cell placement and intracellular delivery. Electrokinetic and fluidic forces are applied to manipulate cells and deliver biomolecules in a precise manner.

Selected publications and works

M. Nagai, K. Kato, S. Soga, T.S. Santra, and T. Shibata, Micromachines, Vol. 11(4), p. 442 (2020).
M. Nagai, K. Kato, K. Oohara, and T. Shibata, Micromachines Vol. 8(12), 350, (2017).

Keywords

Cell station, Single cell manipulation, Intracellular delivery, Cell Assembly

Title of class

Mechanical Technology 2(B11530160), Mechanical Technology 2(B11530170), Experimental Practice for Mechanical Engineerings (B11610021, B11610023), CAD/CAM/CAE ExerciseCAD/CAM/CAE Exercise (B11630033 ), Microsystems Engineering (M21621150)

Others (Awards, Committees, Board members)

Awards
MEXT 2018 Science and Technology Prize
2013 The Institute of Electrical Engineers of Japan (IEEJ), Sensors and Micromachines Society, Best Paper Award
2013 The Japan Society of Mechanical Engineers (JSME), Tokai Branch, Young Scientist Award
IEEE 2014 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS 2014), Best Poster Award


to Pagetop