MEMS技術を用いた一分子・生体単一細胞の評価デバイスの製作と医用応用

使用MEMS技术的单分子/生物单细胞评估装置的制造和医学应用

• 批准号: 05F05290
• 负责人: 金 範ジュン
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05290/
• 关键词: バイオMEMS; マイクロチャンネル; 生体細胞; マイクロカンチレバー; インピーダンス

本研究の目的は、半導体微細加工技術で作るマイクロ構造の中で、個別の細胞を物理的に操作し、生体単一細胞を可視化、観測すると同時に化学、電気、機械特性を評価することである。マイクロ流体構造の上に製作した機能的マイクロ構成要素を用いて複雑な化学と生物学上の分析を行なうことができる総合システムの開発を行った。昨年度は、細胞の変形と電気的特性の関係を調べるために細胞の濾過用のマイクロチャンネルと単一細胞の電気的特性の測定用のツインマイクロカンチレバーアレイを持つ新しいデバイスを設計した。そのマイクロ構造や計測用のカンチレバーの製作を行い、試作デバイスの実装と信号入力回路の集積化を実現した。今年は、半導体微細加工技術を用いて、細胞質の中にDNA,タンパク質、その他の分子を入れる単一細胞の高効率エレクトロポレーション(電気穿孔法)用マイクロチップを開発した。従来の手法としては、ガラスキャピラリーを用いるマイクロインジェクション、細胞に電界を印加して膜に一時的な穿孔を生じさせるエレクトロポレーションやリポソーム等が用いられている。従来の方法では、一度に大量に処理を施すことが出来、設備も簡単で、DNAを直接導入できることが利点であるが、導入効率が悪いし、電圧などの条件設定が難しいのが欠点である。特に、大量の細胞に高い電圧をかけると、細胞への損害が高く効率も低い。また、細胞への遺伝子導入の後も細胞の選別に時間がかかる。そして、細胞への損害を抑える低い電圧を用いて単一細胞のレベルにおいて膨大な種類の微量サンプルを高効率かつハイスループットでエレクトロポレーションを行うことを実現するマイクロチップを製作し、Gene Transferの実験に成功した。

Purpose の this study は, semiconductor microfabrication technology で る マ イ ク ロ tectonic の を で, individual の cells in physical に し operation, raw 単 a body cell を visualization, 観 す る と 気 に chemical, electricity, mechanical properties at the same time を review 価 す る こ と で あ る. マ イ ク ロ fluid structure on の に producing し た functionary マ イ ク ロ elements を with い て complex 雑 な chemical と biologically の analysis line を な う こ と が で き る 総 close シ ス テ ム の open 発 を line っ た. Annual は yesterday, cell の - shaped と electrical characteristics of 気 の masato is を adjustable べ る た め に cells の filtration with の マ イ ク ロ チ ャ ン ネ ル と 単 a cell の electric 気 の determined using の ツ イ ン マ イ ク ロ カ ン チ レ バ ー ア レ イ を hold つ new し い デ バ イ ス を design し た. そ の マ イ ク ロ tectonic や measuring with の カ ン チ レ バ ー の production line を い, attempt デ バ イ ス の be loaded と signal circuit の set into force product change を be presently し た. を は this year, semiconductor microfabrication techniques with い て, に DNA in the cytoplasm の タ ン パ ク qualitative, そ の he を の molecules into れ る 単 a cell の high working rate エ レ ク ト ロ ポ レ ー シ ョ ン (気 perforation method) using マ イ ク ロ チ ッ プ を open 発 し た. 従 to の gimmick と し て は, ガ ラ ス キ ャ ピ ラ リ ー を with い る マ イ ク ロ イ ン ジ ェ ク シ ョ ン, cell に electric を Inca し に a temporary な て membrane perforation を raw じ さ せ る エ レ ク ト ロ ポ レ ー シ ョ ン や リ ポ ソ ー ム い が in ら れ て い る. , once に 従 to の way で は に 処 Richard を shi す こ と が out, equipment も Jane 単 で, DNA を directly import で き る こ と が tartness で あ る が, import, sharper rate が 悪 い し, electricity 圧 な ど の conditions set が difficult し い の が points less で あ る. Special に, a large number of <s:1> cells に, high <s:1> voltage を けると けると, cell へ <s:1> damage が high く efficiency <s:1> low く. Youdaoplaceholder0, へ of the cells, 伝 of the 伝 remains of the <s:1>, after being imported into the <s:1>, the <s:1> selection time of the <s:1> cells が が, る, る, る. そ し て, cell へ の damage を え suppression る low い 圧 を with い て 単 a cell の レ ベ ル に お い て swelled な kinds の trace サ ン プ ル を high working rate か つ ハ イ ス ル ー プ ッ ト で エ レ ク ト ロ ポ レ ー シ ョ ン を line う こ と を be presently す る マ イ ク ロ チ ッ プ を し making, Gene Transfer の be 験 に successful し た.

项目成果

生体単一細胞の測定用のMEMSデバイスの開発

开发用于测量生物单细胞的MEMS装置

• 发表时间: 2006
• 期刊: 電気学会論文誌E Vol. 126・No. 3
• 作者: 趙永學;高間信行;山本貴富喜;藤井輝夫;金範じゅん
• 通讯作者: 金範じゅん

Development of microfluidic device for electrical/physical characterization of single cell

• DOI: 10.1109/jmems.2005.863738
• 发表时间: 2006-04-01
• 期刊: JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS
• 影响因子: 2.7
• 作者: Cho, YH;Yamamoto, T;Kim, B
• 通讯作者: Kim, B

A silicon-based single cell electroporation microchip for gene transfer

用于基因转移的硅基单细胞电穿孔微芯片

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of 2006 International Conference on Microtechnologies in Medicine and Biology (MMB2006)
• 作者: Younghak Cho;Bruno Le Pioufle;Nobuyuki Takama;Beomjoon Kim
• 通讯作者: Beomjoon Kim

MEMS-based Bio-chip for the Characterization of Single Red Blood Cell

用于表征单个红细胞的基于 MEMS 的生物芯片

• 发表时间: 2005
• 期刊: The 3rd. Annual IEEE EMBS Special Topic Conference on Microtechnologies in Medicine and Biology
• 作者: Y.H.Cho;N.Takama;T.Yamamoto;T.Fujii;B.J.Kim
• 通讯作者: B.J.Kim

Fabrication and Characterization of Thermally Actuated Bimorph Probe for Living Cell Measurements with Experimental and Numerical Analysis

用于活细胞测量的热驱动双压电晶片探针的制造和表征以及实验和数值分析

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Mechanical Science and Technology Vol. 20・No. 3
• 作者: Younghak Cho;Beomjoon Kim;Seokkwan Hong;Jeongjin Kang
• 通讯作者: Jeongjin Kang