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細胞アクティブセンシングのための実時間マイクロPIVシステム

公募研究

研究領域超高速バイオアセンブラ
研究課題/領域番号 24106509
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関広島大学

研究代表者

石井 抱  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40282686)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2013年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2012年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワードマイクロ計測 / 画像計測
研究概要

前年度に構築した実時間マイクロPIV/PTVシステムに対し,高速マイクロ流量制御機能を付加した上で,マイクロ流路内における細胞位置・形状と流れ分布を同時計測し,細胞のダイナミクス・形状特性を捉える細胞アクティブセンシング機能を実現し,その性能評価を行った.
A) 細胞アクティブセンシングのための実時間マイクロ流量制御: 1) 流量制御用アクチュエータのフィードフォワード制御時における制御目標値と,実時間マイクロPIVシステム
により計測された流路内の流れ分布を比較した.2) 計測された流れ分布に基づき,実時間流量ビジュアルフィードバック制御を行った場合の流れの計測精度及び時間応答性を評価した.
B) 高速搬送される細胞に対するマイクロ流路ベースドアクティブセンシング: 1) 径100um前後のウニ卵細胞をマイクロ流路に流した場合に流れ分布と細胞位置・形状が同時計測できることを流速1m/sを超える場合でも確認した.2) ブアン固定したウニ卵細胞と通常のウニ卵細胞をマイクロ流路内に流した場合,細胞の硬さにより、流速に比例した形で円形度に基づく画像特徴量に違いがあり,これらの情報を実時間判別できることを確認した.3) 産卵後の時間経過とともに細胞の硬さが徐々に柔らかくなることを定量的に計測できることを確認した。
C) 高速搬送される細胞に対する瞬時細胞ブロブ解析: 1) B)のシステムに細胞の大きさ、透明度、円形度を瞬時に計算可能とする画像処理機能をハードウェア実装した。2) 受精したウニ卵細胞の成長の時間遷移を統計的かつ実時間解析できることを確認し、セルソーティングに向けた瞬時細胞ブロブ解析を2000fps以上の速度で実現した。3) 構築したシステムの最終的な性能評価を行い、バイオアセンブラのハイスループット化に向けた細胞アクティブセンシングの応用展開について検討した。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] A Real-Time Microscopic PIV System Using Frame Straddling High-Frame-Rate Vision2013

    • 著者名/発表者名
      Motofumi Kobatake, Tadayoshi Aoyama, Takeshi Takaki, and Idaku Ishii
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: Vol. 25 No.4 ページ: 586-595

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous Vision-Based Shape and Motion Analysis of Cells Fast-Flowing in a Microchannel2013

    • 著者名/発表者名
      Qingy Gu, Tadayoshi Aoyama, Takeshi Takaki, Idaku Ishii
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automation Science and Engineering

      巻: - 号: 1 ページ: 204-215

    • DOI

      10.1109/tase.2013.2292583

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accuracy of Gradient-Based Optical Flow Estimation in High-Frame-Rate Video Analysis2012

    • 著者名/発表者名
      Lei Chen
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E95.D 号: 4 ページ: 1130-1141

    • DOI

      10.1587/transinf.E95.D.1130

    • NAID

      10030942254

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-Time Optical Flow Estimation Using Multiple Frame-Straddling Intervals2012

    • 著者名/発表者名
      Lei Chen
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: 24 ページ: 686-698

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Self-Projected Light-Section Method for Fast Three-Dimensional Shape Inspection2012

    • 著者名/発表者名
      Hao Gao
    • 雑誌名

      International Journal of Optomechatronics

      巻: 23 号: 1 ページ: 30-45

    • DOI

      10.1109/tcsvt.2012.2202195

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] フルピクセルマイクロPIVシステムを用いた毛細血管レベルマイクロチャンネルの実時間流れ解析2014

    • 著者名/発表者名
      小畠 基史, 中村 尚喜, 青山 忠義, 高木 健, 石井 抱
    • 学会等名
      第19回ロボティクスシンポジア
    • 発表場所
      有馬グランドホテル(兵庫県神戸市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] A Real-Time Micro-PIV System Using Frame-Straddling High-Speed Vision2012

    • 著者名/発表者名
      Motofumi Kobatake
    • 学会等名
      IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation
    • 発表場所
      St. Paul (USA)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 2000-fps Multi-Object Tracking Based on Color Histogram2012

    • 著者名/発表者名
      Qingyi Gu
    • 学会等名
      SPIE Photonics Europe / Real-Time Image and Video Processing
    • 発表場所
      Brussels (Belgium)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Fast Tracking System for Multi-colored Pie-Shaped Markers2012

    • 著者名/発表者名
      Qingyi Gu
    • 学会等名
      Proceedings of International Symposium on Optomechatronic Technologies
    • 発表場所
      Paris (France)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] V字マイクロ流路における流れ分布の実時間計測2012

    • 著者名/発表者名
      小畠 基史
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2012
    • 発表場所
      浜松
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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