オンチップ微小液滴電気穿孔を可視化するマイクロ反応場の数値解析と実験による検証

微反应场的数值分析和实验验证，以可视化片上微滴电穿孔

• 批准号: 22K03936
• 负责人: 中島 賢治
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Sasebo National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03936/
• 关键词: 電気穿孔; 数値解析; 膜電子透過化; 遺伝子導入; 電気泳動; 液滴形成; マイクロ流体デバイス

2021年度までのオンチップ微小液滴電気穿孔法では、直流電源を用いていたため、電極で電気分解が起こっていた。それが原因で、マイクロ流路内で気泡が発生したり、電極が溶出したり、帯電性細胞物質が電極に付着したりするなど、電気穿孔に不都合な現象が起こる問題があった。そのため、2022年度からは直流電源に替えて交流電源を用いるようにし、かつ微小液滴を生成しないフロースルー型電気穿孔法へ移行している。これにより、電気穿孔後の細胞回収も効率的に行えるようになった。上記の方針変更によって、当研究課題が受ける影響は軽微である。引き続き、電圧印加時の細胞膜電位分布を計算し、膜電位により膜電子透過化が起こる現象の計算を試みる。当方らの数値解析は、膜穿孔状態の経時変化が考慮に入っていないために膜電位計算がうまくいっていない。そのため、非定常の膜穿孔現象によって膜の導電性が変化する様子を計算条件に反映しなければならない。理化学研究所のMahmoudら（Analytical Chemistry, 2020）は、この問題を解決していると考えられるが、彼らの発表論文には、その数値解析手法について詳しく書かれていなかった。今後も計算手法の調査を継続する。2022年度から研究されているフロースルー型電気穿孔については、以前のオンチップ微小液滴電気穿孔でも課題であった、一つの液滴に複数の細胞が入ってしまう現象が、さらに大きな課題となっている。約40μmの電極間に複数の細胞が塊で入ってしまうと、計画通りの電圧印加が行われないため、電気穿孔の未達成が起こると考えている。本研究室では、細胞をマイクロビーズで模擬し、細胞塊を分断する流路構造を実験と数値解析により調査する計画である。そのため、2022年度はマイクロデバイス流動実験観察装置を構成した。PDMS流路の外注には約50万円かかるため、代替策を考えている。

In 2021, the micro-droplet electroporation method was used for direct current power supply and electrode decomposition. The reason is that bubbles are generated in the flow path, the electrode is dissolved, the electrode is charged with electric cellular substances, and the electroporation is not combined. In 2022, the DC power supply was replaced by the AC power supply, and the generation of small droplets was promoted. The cells returned to normal after electroporation. The policy changes mentioned above will affect the research subject slightly. Calculation of cell membrane potential distribution during induction and voltage application, calculation of membrane potential and electron permeation phenomenon When the number of square is analyzed, the membrane perforation state is changed and the membrane potential is calculated. The calculation conditions for the change of film conductivity due to the phenomenon of non-steady film perforation are reflected in this paper. Mahmoud (Analytical Chemistry, 2020) of the Institute of Physical Chemistry and Chemical Research: How to Solve the Problem of Physics and Chemistry In the future, the investigation of calculation methods will be carried out. In 2022, the research on micro-droplet electroporation was carried out in the past, and the problems of micro-droplet electroporation were discussed. The phenomenon of multiple cells entering into a droplet was studied in the past. About 40μm between the electrodes, a plurality of cells are blocked, the voltage of the project is blocked, and the electroporation is not achieved. In our laboratory, we will conduct numerical analysis of the flow path structure of the cell block by simulation and investigation. In 2022, the flow monitoring device was formed. PDMS flow path external injection is about 500,000 yen, replacement policy is considered.