細胞のイオン輸送体の機能解明を目的とした浸透圧刺激印加及び機械特性計測技術の開発

申請者は，単一細胞の浸透圧適応機能の解明を目的とし，機械構造を統合化したマイクロ流体システムを用いた細胞の計測技術の開拓を進めてきた．本計測系は，環境の溶媒を制御しながら個別の細胞の特性を計測できる．マイクロ流体チップの中央には二対の機械式プローブを設計してあり，板バネ形状のはりのたわみから反力―変形量特性を評価することが可能である．本研究初期構想では，浸透圧環境下での細胞の静的な特性を評価することを目標としてきた，しかしながら細胞内部の浸透圧に起因するダイナミクスをより定量的に解明するためには，細胞内部の流動室の特性を評価できるようにすることが重要であると判明した．そのため，研究計画を軌道修正し，必要な要素的基盤技術の追求を進めた．（１）マイクロ流体システム内部に細胞を滞留なく供給する流路加工技術．従来の細胞計測システムは，細胞を計測するための流路狭窄部において，急縮小部分をどうしても形成してしまうことから，高せん断速度領域が発生し，細胞が引き伸ばされ，節々に詰まるといった問題が発生する．そこで，ガラスの特殊ウェットエッチング技術により，平滑化された流路の狭窄部を作製する技術を確立した．これにより，細胞の流路内での変形，付着を抑制し，従来のコンセプトである連続的な細胞の計測を実現可能とした．（２）レーザ変位計による顕微鏡下観察物に対する高精度高速な変異計測技術．従来，力センサとなる梁構造のたわみの計測には，画像センサから得られた信号からモアレ縞を生成し，位相差検出を行う方法を用いてきた．しかしながら，画像センサを用いるため，変位計測の周波数が低く，またレイテンシーも大きかった．申請者は，計測アルゴリズムを変更し，レーザの一時回折光を用いた新しい干渉計の原理を開発し，実証した．これにより，実証実験においてフォトディテクタのサンプリングレートによる計測を可能とした．

申請者は，単一細胞の浸透圧適応機能の解明を目的とし，機械構造を統合化したマイクロ流体システムを用いた細胞の計測技術の開拓を進めてきた．本計測系は，環境の溶媒を制御しながら個別の細胞の特性を計測できる．マイクロ流体チップの中央には二対の機械式プローブを設計してあり，板バネ形状のはりのたわみから反力―変形量特性を評価することが可能である．本研究初期構想では，浸透圧環境下での細胞の静的な特性を評価することを目標としてきた，しかしながら細胞内部の浸透圧に起因するダイナミクスをより定量的に解明するためには，細胞内部の流動室の特性を評価できるようにすることが重要であると判明した．そのため，研究計画を軌道修正し，必要な要素的基盤技術の追求を進めた．（１）マイクロ流体システム内部に細胞を滞留なく供給する流路加工技術．従来の細胞計測システムは，細胞を計測するための流路狭窄部において，急縮小部分をどうしても形成してしまうことから，高せん断速度領域が発生し，細胞が引き伸ばされ，節々に詰まるといった問題が発生する．そこで，ガラスの特殊ウェットエッチング技術により，平滑化された流路の狭窄部を作製する技術を確立した．これにより，細胞の流路内での変形，付着を抑制し，従来のコンセプトである連続的な細胞の計測を実現可能とした．（２）レーザ変位計による顕微鏡下観察物に対する高精度高速な変異計測技術．従来，力センサとなる梁構造のたわみの計測には，画像センサから得られた信号からモアレ縞を生成し，位相差検出を行う方法を用いてきた．しかしながら，画像センサを用いるため，変位計測の周波数が低く，またレイテンシーも大きかった．申請者は，計測アルゴリズムを変更し，レーザの一時回折光を用いた新しい干渉計の原理を開発し，実証した．これにより，実証実験においてフォトディテクタのサンプリングレートによる計測を可能とした．