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Investigation of Responsive Characteristics of Photosynthetic Cells to Environmental Stimuli by Using On-chip Local Environmental Control

利用片上局部环境控制研究光合细胞对环境刺激的响应特性

基本信息

批准号：
21H04543
负责人：
新井史人
金额：
$ 27.12万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

藍藻を用いて，生体膜で機能するイオン輸送体による環境適応能力を調査した．マイクロ流体チップとマイクロプローブを有するオンチップロボットシステムを統合し，特定細胞への刺激量を動的かつ精密に制御し，細胞応答計測を動的に行った．以下に述べる２通りの方法で研究を進めた．(1) マイクロ流体チップ内の気液界面を使って，微小な液滴を10 ms以下の短時間で置換し，細胞に浸透圧変化などの外部刺激を与え，細胞の大きさ変化を高速ビションによって，計測・評価する．(2) マイクロ流体チップ上の細胞をマイクロプローブによって拘束し，超高分解能を有するピペットを用いて溶液を高速に吸引吐出制御することによって，msオーダーの短時間で外部刺激を与える．そして，マイクロプローブによって，細胞の機械特性を計測する．チップ内での細胞計測実験を行い，以下の成果を得た．A．微細加工・システム構築：システムを改良し，PZT駆動のマイクロポンプによって高速に溶液置換するシステムを構築した．蛍光色素を用いた評価実験ではステップ応答で10 ms以下の高速応答を実現した．B. 動的機械特性計測：藍藻の大きさ変化，粘弾性計測を実現する動的力センシングのための機構を製作した．２つのプローブの水平調整を行い，実際に動的に力計測を行った．C．環境制御・計測：蛍光色素を用いて，藍藻の生死判別を行い，機械学習を用いて，細胞のサイズ（面積）を自動的に計測するシステムを構築した．１画面に複数の細胞がある場合でも自動で面積計算をすることが可能になった．D. 細胞計測・評価・機能解析：藍藻の生体膜で機能する輸送体および細胞体積調節蛋白質の遺伝子の不活化株を相同的遺伝子組換え技術によって作成し，動的な環境変化（刺激）による藍藻の力学的特性計測を行った．溶液置換の前後で藍藻が死にいたらない条件が細胞によって異なることが明らかになった．

To investigate the environmental adaptation of cyanobacteria in vivo and in vivo. The flow of fluid is controlled by precise control of the amount of stimulation of specific cells. The following is a description of the method of research and development. (1)The interface of gas and liquid in the fluid can be changed, the small droplet can be replaced in a short time of less than 10 ms, the cell can be permeated with pressure, the external stimulus can be changed, the cell can be changed with high speed, and the measurement and evaluation can be carried out. (2)The cells on the fluid are bound by high decomposition energy. The solution is used at high speed. The external stimulus is short. The mechanical properties of cells were measured. The following results were obtained during the implementation of cell measurement in the field of cell biology. Micromachining system construction: improvement of PZT system construction High speed response below 10 ms is achieved when the pigment is used. Dynamic mechanical characteristics measurement: cyanobacteria large change, viscosity measurement to achieve dynamic force measurement mechanism to manufacture, 2 to adjust the level of the surface, the actual dynamic force measurement to perform. Environmental control·measurement: use of fluorescent pigments, determination of cyanobacteria life and death, mechanical learning, automatic measurement of cell size (area), construction of cell size (area), automatic area calculation, etc. Cell Measurement, Evaluation and Functional Analysis: Measurement of Cyanobacteria Biomembrane Function, Transporter and Cell Volume Regulatory Protein Gene, Inactivated Strain and Same Gene Subassembly Technology, Production and Dynamic Environment Change (Stimulation) Before and after solution replacement, cyanobacteria die under different conditions.

项目成果

期刊论文数量（18）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

急激な浸透圧変化に対する藍藻の浸透圧調整機能の評価

蓝绿藻针对渗透压快速变化的渗透压调节功能评价

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
王道遠;李敏赫;鈴木雄二;金子真悟，杉浦広峻，辻井　雅，魚住信之，新井史人
通讯作者：
金子真悟，杉浦広峻，辻井　雅，魚住信之，新井史人

急激な浸透圧変化を受ける単一細胞の複数同時計測の自動化

对经历快速渗透压变化的单细胞进行多个同时测量的自动化

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y.Murai;M.Ishikawa;金子真悟，辻井　雅，魚住信之，新井史人
通讯作者：
金子真悟，辻井　雅，魚住信之，新井史人

High-speed liquid exchange using a 3D printed probe with dual pumps

使用带双泵的 3D 打印探针进行高速液体交换

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Xu Du;Shingo Kaneko;Hisataka Maruyama;Hirotaka Sugiura;Fumihito Arai
通讯作者：
Fumihito Arai

マイクロ流体チップ内の高速液滴置換による単一細胞の浸透圧ストレス応答計測

通过微流控芯片中的高速液滴位移测量单细胞的渗透应激响应

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masato Yoshida;Kosuke Kimura;Toshihiko Hirooka;Keisuke Kasai;and Masataka Nakazawa;金子真悟，辻井雅，魚住信之，新井史人
通讯作者：
金子真悟，辻井雅，魚住信之，新井史人

High-speed and Pinpoint Liquid Exchange on Microfluidic Chip Using 3D Printed Double-barreled Microprobe with Dual Pumps

使用 3D 打印双管微探针和双泵在微流控芯片上进行高速精确液体交换