水晶振動子センサプローブによる肝オルガノイドのハイスループットスクリーニング

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令和3年度は，研究課題の第一目標である，オルガノイド計測用高分解能力センサプローブの開発及び提案するプローブを用いたオルガノイド計測実証実験に取り組んだ．本研究で提案する水晶振動式力センサプローブは，振動子に力が印加された際に，その力に対し共振周波数が変化する特性を応用したセンサである．我々は，振動子を厚みの異なる水晶ウェハで挟み込んだ，カンチレバー形状のセンサを作製し，振動子部分に応力が集中する構造により，高い分解能を有するセンサを設計した．材料力学及び有限要素法を用いたシミュレーションに基づいて詳細な設計が行われ，微細加工を用いてセンサは作製された．作製されたセンサの分解能は2.7×10^2 nNとなり，設計通りに高い力分解能を達成した．また，作製したプローブを用いてオルガノイド硬さ計測の実証実験を実施した．実験では，オルガノイドに変形を与えた際に，変形量の増加に伴いより大きな反力が得られることを確認した．実験結果より，その硬さを定量的に評価するため，我々は弾性球の大変形モデルを用いたヤング率推定を行った．推定結果では，数キロパスカル程度のヤング率がえられており，この結果は従来研究にて行われたAFMでの硬さ計測と近しいものである．また，実証実験ではオルガノイド以外にポリジメチルシロキサン（PDMS）を用いたビーズを用いて硬いサンプルを模擬した実験を行った．PDMSビーズにおいても，PDMSの一般的なヤング率に近しい値を得ることに成功し，提案する計測系が，柔らかいものから硬いものまで計測が可能で，ばらつきの大きなオルガノイドの計測に適していることを確認した．以上の結果より，これまでの取り組みによって，提案する水晶振動子プローブを用いた計測手法でのオルガノイド硬さ評価を達成した．