フォトニック流体制御による単一細胞多元分析システムの開発

利用光子流体控制开发单细胞多维分析系统

• 批准号: 18048017
• 负责人: 丸尾 昭二
• 金额: $ 7.49万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18048017/
• 关键词: マイクロ光造形法; マイクロマシン; 光ピンセット; バイオチップ

本研究では、単一細胞の分子応答や力学刺激応答をサイト選択的に多元分析する「マイクロチップ型分析システム」の構築をめざした。本システムの特徴は、マイクロポンプやバルブなどの流体制御素子をレーザー光によって遠隔駆動させることである。このシステムは、マイクロアクチュエータを内蔵させる必要がないため、バイオチップ自体を小型で安価に製造できるという特徴がある。本年度は、レーザー照射によって高速回転駆動するヘリカルロータマイクロポンプの設計・試作を行った。直径4μmの円筒内部に螺旋状のブレードを内蔵させたヘリカルロータを設計し、レーザー光による光の放射圧によって回転トルクを高効率に発生させることに成功した。このヘリカルロータは300rpm以上で高速回転することを実験的に確かめた。さらに、このロータをU字型マイクロ流路に内蔵させたマイクロポンプを設計した。このポンプでは、回転するロータの周囲に生じる粘性力によって液体を輸送する。設計では、最大流量が得られる形状を有限要素法に基づく流体解析によって決定した。実際に、2光子マイクロ光造形法によって、マイクロポンプを試作し、駆動検証実験を行った。その結果、pL/分オーダの超微量液体輸送が実現できていることが確認できた。また、光駆動流体制御素子の複数・同時駆動をめざして、空間光変調素子を用いた多点同時光トラッピングシステムを構築した。複数の微粒子を同時に捕捉し、自在駆動させることに成功した。今後、このマルチトラッピングシステムを用いて、より高度な光制御バイオチップの研究開発を行う予定である。

在这项研究中，我们旨在创建一个“微芯片型分析系统”，该系统将现场选择分析单个细胞的分子和机械刺激反应。该系统的一个特征是流体控制元件（例如微型泵和阀门）是由激光驱动的。该系统的特征是不需要内置的显微活性剂，该微型蒸发器允许生物芯片本身的小而廉价的生产。今年，我们设计并原型制作了一个螺旋旋转的微型泵，可以通过激光照射以高速旋转。设计一个螺旋转子，用直径为4μm的圆柱体内置的螺旋叶片设计，并且能够通过激光光引起的光的辐射压力产生高效的旋转扭矩。经过实验证实，该螺旋转子以300 rpm或更高的高速旋转。此外，设计了一个微泵，该转子内置在U形微流路径中。该泵通过旋转转子周围发生的粘性力传递液体。在设计中，通过基于有限元方法的流体分析确定获得最大流速的形状。实际上，使用两光子微量形态方法对微型聚集进行了原型，并进行了驱动验证实验。结果，可以确认可以实现PL/min的超树液液体运输。此外，为了同时驱动多个光学驱动的流体控制元件，已经构建了使用空间光调制元素的多点同时光学诱捕系统。它成功地同时捕获了多个细颗粒并允许它们自由驱动。将来，我们计划使用此多陷阱系统来进行更先进的光学控制生物芯片的研究和开发。

项目成果

マイクロポンプ

微型泵

• 发表时间: 2007

ナノオプティクス・ナノフォトニクスのすべて -ナノ光技術の基礎から実用まで-

关于纳米光学和纳米光子学的所有内容 - 从纳米光学技术的基础知识到实际应用 -

• 发表时间: 2006
• 作者: 井上宏之;芳賀誠士;丸尾昭二;丸尾昭二;T. Hasegawa;A. Takaura;S. Maruo;高浦彰;高浦彰;S. Hardt(編);丸尾昭二(分担執筆)
• 通讯作者: 丸尾昭二(分担執筆)

Recent progress in two-photon microfabrication

双光子微加工的最新进展

• 发表时间: 2008
• 期刊: Lasers&Photonics Reviews 2
• 作者: M. Shibata;N. Ohura;N. Sekiya;S. Ichioka;A. Kamiya;S. Maruo
• 通讯作者: S. Maruo

Nano-and Micromaterials Series: Advances

纳米和微米材料系列：进展

• 发表时间: 2008
• 期刊: Nano-and Micromaterials Series: Advances in Materials Research, Vol. 9, Springer
• 作者: M. Shibata;N. Ohura;N. Sekiya;S. Ichioka;A. Kamiya;S. Maruo;S. Hardt(編)
• 通讯作者: S. Hardt(編)

2光子造形による光制御バイオチップの開発

使用双光子建模开发光控生物芯片

• 发表时间: 2007
• 期刊: 化学とマイクロ・ナノシステム研究会誌 6・1
• 作者: M. Shibata;N. Ohura;N. Sekiya;S. Ichioka;A. Kamiya;S. Maruo;S. Hardt(編);S. Maruo;S. Maruo;丸尾 昭二;丸尾 昭二;丸尾 昭二;丸尾昭二;丸尾昭二;丸尾昭二
• 通讯作者: 丸尾昭二