１細胞物性を絶対値化する多段ポアデバイスの開発

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2022年度は、本研究で開発するポアデバイスの設計最適化のためのシミュレーションと、シミュレーション結果に基づいたデバイス試作、および試作デバイスを用いた原理検証実験を行った。ポアデバイスでは、測定対象に対するポアの幅や長さが計測の精度や効率に影響する。ポア構造をはじめとするデバイス設計最適化について、有限要素法によるシミュレーションをまず行った。本研究で注目する１細胞物性の一つである、細胞の変形性をシミュレーションするためには、溶液中の細胞がポアを通過する際の構造変化を計算する必要があり、そのために流体構造相互作用を含めた有限要素法のシミュレーションモデルを構築した。シミュレーションで得られた細胞構造のポア通過時間依存性をもとに、ポアデバイスによって測定される電流値を解析的に算出し、細胞変形とポアデバイスによって得られるシグナルとの相関を計算した。以上のシミュレーション結果から、ポア多段化だけでなくポア構造そのものの最適化によっても、目的とする物性の評価指標を得ることが可能なことを見出した。得られた結果をもとにポアデバイスを試作し、計測対象として血球細胞を用いたポアデバイスによる計測を行った。計測対象の血球細胞の顕微鏡観察、顕微鏡観察下での電流波形の同時計測を行うことによって、シミュレーション結果を良く再現する計測結果を確認した。以上の結果から、本研究の目的である１細胞物性計測について、これまでのサイズや表面電荷に加えて、細胞の変形性がポアデバイスによって計測可能であることの原理実証に成功した。