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

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．

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．