任意の形状で様々な3次元組織・臓器を再生することは組織工学・再生医工学において極めて重要であるが、未だ実現できていない。特に、肝臓や膵臓などの代謝系臓器ネットワークをチップ内に構築し臓器間相互作用をその場分析している例は国内外を見ても存在しない。これは複雑に絡み合う血管網を有する臓器を構築することが従来技術では不可能だからである。そこで本研究は、熱工学的アプローチと流体工学的アプローチを融合させた熱流体システムデザインに基づく革新的バイオ3Dプリンタを用いて毛細血管網が複雑に絡み合う3次元臓器を構築することを目指し、代謝系臓器ネットワークで構成されたOrgan-on-a-chipの創出に資する以下の具体的な成果をあげている。本研究成果により、義塾から世界で初めて再生臓器の熱流体システムデザインを実現可能となる。
（１） 熱工学的アプローチとして、キャビテーション加工パラメータを制御するための圧力可変チャンバーを開発し、負圧環境および加圧環境でのキャビテーション生成能を初めて明らかにした。また、圧力制御によって加工線幅を制御できることに成功した。
（２） 流体工学的アプローチとして、加工流路の物質輸送性質の測定技術を構築した。特に、高精度な計測を実現するための送液制御システムと高感度観察システムを構築し、再現性の高いセンシング手法を確立した。
（３） 代謝系臓器ネットワーク構築に向けた共培養プロトコルについて、流れ場を制御した細胞培養実験を通して妥当性を確認した。また、各種細胞の成長因子と流体力学効果について明らかにした。
（４） 培養チャンバー環境下におけるフェムト秒レーザ加工パラメータについて検討を行い、高精度・高効率な光伝送システムが必要であることを実験的に明らかにした。
Organ-on-a-chip with 3D vascular network grown inside the microfluidic chip has attracted attention for the regenerative medicine engineering and the tissue engineering. However, few studies have demonstrated such complexed 3D bio printing. In this study, the 3D Bio printing using the femto-second laser beam with high spatio-tempral resolution has been developed based on the state-of-the-art Thmo-fludic System Design approaches. The achievements are summarized as follows;
1) The 3D Bio printing with a cavitation-mode was conducted under the pressure control system. The spatial resolution control can be realized by changing the environmental pressure.
2) The mass transport characteristics of the printed bio-gel was experimentally confirmed by the novel micro fluidic system.
3) The cell growth promoting substances for the 3D Bio printing was successfully determined.
4) The 3D Bio printing parameters under the cell culturing chamber was verified for the first time.