単一細胞の超高精度・超高速連続操作のためのオンチップロボットの開発

开发用于超高精度、超高速连续操控单细胞的片上机器人

• 批准号: 12J10106
• 负责人: 佐久間 臣耶
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Osaka University (2013)Nagoya University (2012)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J10106/
• 关键词: マイクロロボット; マイクロ流体チップ; ロボチップ; ハイスループット; 力学的特徴量計測; オンチップロボティクス; 赤血球; 卵子; 変位縮小機構

微細加工技術の発展とともに, 単一細胞・微生物の特徴量計測はバイオテクノロジー分野で大変重要になってきている. 特に, 力学的特徴量計測のためには, 細胞を単一細胞レベルで大量に操作可能な技術開発が必要である. 我々は, ハイスループット処理が可能なマイクロ流体チップ内での細胞操作に対して, ロボット技術を統合し, 搬送流路系において単一細胞の機械的連続計測を目的としている. 25年度は, 細胞の機械的特徴量計測に関して, 細胞のサイズに応じてシステム構築およびその評価を行った. 直径が数マイクロメートルの細胞として赤血球を対象とし, その変形能に着目した機械的特徴量計測システムを構築した. システムを用いて, マイクロ流路内の赤血球を, 位置決め精度±0.24マイクロメートル, 駆動周波数20ヘルツと超精密・超高速に細胞を位置決めを達成した. さらに, 構築したシステムを用いて, 赤血球の体内循環時の毛細血管通過時の疲労特性評価を目的とした赤血球疲労評価を行い, その伸展能および回復能も用いることでこれを定量的に評価する方法を提案した. 直径が数十マイクロメートル, 数百マイクロメートルの細胞に関しては, 動物細胞およびウシ・マウス卵子をそれぞれ対象として, 前年度までに構築したロボット統合型マイクロ流体チップを用いた, 画像フィードバックを用いた連続機械的特徴量計測を行った. 流路内に投入した細胞をチップ外部に配置したシリンジポンプを用いて, チップ内の計測部へと搬送した後, チップに配置したプローブにより細胞を物理操作で変形させ, 高速度カメラにて細胞の変形量および細胞の反力を計測する. これらの情報を基に細胞の力学的特徴量を計測し, 20/個のスループットで自動連続計測に成功した. 本手法は, 細胞の力学的特徴量のデータベース化だけでなく, 細胞の品質評価, 発生評価に貢献し得る.

Microfabrication technology の 発 exhibition と と も に, a cell, microbial の 単, 徴 meter measuring は バ イ オ テ ク ノ ロ ジ ー eset で big - important に な っ て き て い る. に, mechanics of 徴 meter measuring の た め に は, cell を 単 a cell レ ベ ル で large に operation could な technology open 発 が necessary で あ る. I 々 は, ハ イ ス ル ー プ ッ ト 処 Richard が may な マ イ ク ロ fluid チ ッ プ within で の cells operating に し seaborne て, ロ ボ ッ ト technology integration を し, move send flow system に お い て 単 a cell の machinery even 続 measuring を purpose と し て い る. 25 year は 徴 quantity of cell の mechanical measuring に masato し て, Cells サ サ ズに応じてシステム construct およびそ <s:1> evaluate 価を line った. Diameter が number マ イ ク ロ メ ー ト ル の cells と し て red blood corpuscle を like と seaborne し, そ の - shaped ability に mesh し た mechanical 徴 quantity of measuring シ ス テ ム を build し た. シ ス テ ム を with い て, マ イ ク ロ flow within の red blood corpuscle を, position definitely め accuracy + / - 0.24 マ イ ク ロ メ ー ト ル, 駆 dynamic cycle for 20 ヘ ル ツ と を position of ultra-precision, super-fast に cells め を reached し た. さ ら に, build し た シ ス テ ム を with い て, red blood cell の when の capillaries by circulating の exhausted 労 characteristics evaluation 価 を purpose と し た red blood corpuscle exhausted 労 review 価 を い, そ の can stretch お よ び can reply も い る こ と で こ れ を に of quantitative evaluation of 価 す る method proposed を し た. Diameter が dozens マ イ ク ロ メ ー ト ル, hundreds of マ イ ク ロ メ ー ト ル の cells に masato し て は, animal cells お よ び ウ シ · マ ウ ス eggs を そ れ ぞ れ like と seaborne し て, before the annual ま で に build し た ロ ボ ッ ト integrate type マ イ ク ロ fluid チ ッ プ を with い た, The image is フィ ドバッ ドバッ を を を measured by a characteristic gauge of a フィ た connected to a 続 machine を lines った. Flow within the に into し た cells を チ ッ プ external に configuration し た シ リ ン ジ ポ ン プ を with い て, チ ッ プ within の measuring department へ と move send し た after チ ッ プ に configuration し た プ ロ ー ブ に よ り cells を で physical operation - shaped さ せ, High speed カ メ ラ に の て cells - shaped quantity お よ び cells の counterforce を measuring す る. こ れ ら の intelligence を 徴 quantity of base の に cell mechanics を measuring し, 20 / の ス ル ー プ ッ ト で automatically even 続 measuring に successful し た. This gimmick は, 徴 quantity of cell の mechanics の デ ー タ ベ ー ス change だ け で な く, cell の quality review 価, born 発 review 価 る し に contribution.

项目成果

A new index of cell fatigue under reciprocative stress test

交互应力测试下细胞疲劳的新指标

• 发表时间: 2013
• 作者: K. Kuroda;W. Fukui;M. Kaneko;S. Sakuma and F. Arai
• 通讯作者: S. Sakuma and F. Arai

Fabrication of nanopillar micropatterns by hybrid mask lithography for surface-directed liquid flow

通过混合掩模光刻制造纳米柱微图案以实现表面定向液体流动

• DOI: 10.3390/mi4020232
• 发表时间: 2013
• 期刊: Micromachines
• 影响因子: 3.4
• 作者: S. Sakuma;M. Sugita and F. Arai
• 通讯作者: M. Sugita and F. Arai

ハイパワー・超精密オンチップロボットによる細胞の力計測

使用高功率、超精密片上机器人进行细胞力测量

• 发表时间: 2012
• 作者: 佐久間臣耶;新井史人
• 通讯作者: 新井史人

Cellular Force Measurement Using a Nanometric-Probe-Integrated Microfluidic Chip with a Displacement Reduction Mechanism

• DOI: 10.20965/jrm.2013.p0277
• 发表时间: 2013-04-01
• 期刊: JOURNAL OF ROBOTICS AND MECHATRONICS
• 影响因子: 1.1
• 作者: Sakuma, Shinya;Arai, Fumihito
• 通讯作者: Arai, Fumihito

OCIAN; on-chip impedance analyzer formeasurement of cellular mechanical parameters

欧西安；

• 发表时间: 2012
• 作者: Yuta Inoue;Tanaka Kenzo;Ayumi Tanaka-Oda;Aogu Yoneyama;Tomoaki Ichie;S. Sakuma and F. Arai
• 通讯作者: S. Sakuma and F. Arai