１細胞物性を絶対値化する多段ポアデバイスの開発

开发将单个细胞的物理性质转换为绝对值的多级孔隙装置

• 批准号: 22K04893
• 负责人: 横田 一道
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and 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-22K04893/
• 关键词: ポアデバイス; １細胞; 細胞計測; マイクロ流路

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。

2022 は, this study で 発 す る ポ ア デ バ イ ス の design optimization の た め の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン results に づ い た デ バ イ ス attempt, お よ び attempt デ バ イ ス を with い た principle 検 card be 験 を line っ た. ポ ア デ バ イ ス で は, determining like に seaborne seaborne す る ポ ア の や picture long さ が measuring precision の や に sharper rate affect す る. ポ ア tectonic を は じ め と す る デ バ イ ス design optimization に つ い て, finite element method に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を ま ず line っ た. This study で attention す る 1 cell property の a つ で あ る, cell の - morphic を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン す る た め に は, solution の cell が ポ ア を through す る interstate の structure - the を computing す る necessary が あ り, そ の た め に fluid structure interaction を containing め た finite elements method の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル を build し た. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で have ら れ た cellular structure の ポ ア through time dependency を も と に, ポ ア デ バ イ ス に よ っ て determination さ れ る current numerical を parsing に calculate し, cell - と ポ ア デ バ イ ス に よ っ て have ら れ る シ グ ナ ル と の phase masato を computing し た. Above の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン results か ら, ポ ア multistage mineralization だ け で な く ポ ア tectonic そ の も の の optimization に よ っ て も, purpose と す る property を 価 の evaluation index to る こ と が may な こ と を shows し た. Results have ら れ た を も と に ポ ア デ バ イ ス を try し, measuring like と seaborne し て を blood cells with い た ポ ア デ バ イ ス に よ る measuring line を っ た. Measuring like の seaborne の blood cells 顕 micro mirror 観 examine, 顕 観 examine the micro mirror で の の current waveform and a measuring line を う こ と に よ っ て, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン results く を good reappearance す る を measuring results し た. の above results か ら purpose, this study の で あ る 1 cell property measuring に つ い て, こ れ ま で の サ イ ズ や surface charge に plus え て, cell の - morphic が ポ ア デ バ イ ス に よ っ て measuring may で あ る こ と の principle be card に successful し た.

项目成果

マイクロポアデバイスを用いた細胞および微生物計測

使用微孔装置测量细胞和微生物

• 发表时间: 2023
• 作者: Tsutsui Makusu;Yokota Kazumichi;He Yuhui;Kawai Tomoji;横田一道
• 通讯作者: 横田一道

Ionic Signal Amplification of DNA in a Nanopore

纳米孔中 DNA 的离子信号放大

• DOI: 10.1002/smtd.202200761
• 发表时间: 2022
• 期刊: Small Methods
• 影响因子: 12.4
• 作者: Tsutsui Makusu;Yokota Kazumichi;He Yuhui;Kawai Tomoji
• 通讯作者: Kawai Tomoji

マイクロポアデバイスを用いた物理指標に基づく非標識１細胞識別

使用微孔装置基于物理指标的非标记单细胞鉴定

• 发表时间: 2022
• 作者: Tsutsui Makusu;Yokota Kazumichi;He Yuhui;Kawai Tomoji;横田一道;横田一道
• 通讯作者: 横田一道

Sparse multi-nanopore osmotic power generators

• DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101065
• 发表时间: 2022-10-19
• 期刊: CELL REPORTS PHYSICAL SCIENCE
• 影响因子: 8.9
• 作者: Tsutsui, Makusu;Yokota, Kazumichi;Kawai, Tomoji
• 通讯作者: Kawai, Tomoji

マイクロポアデバイスを用いた酵母検出と識別

使用微孔装置检测和鉴定酵母

• 发表时间: 2022
• 作者: 横田一道;竹尾麻恵;安部博子;黒川雄司;橋本宗明;梶本和昭;田中正人;村山さなえ;中島芳浩;谷口正輝;片岡正俊
• 通讯作者: 片岡正俊